JPS59119131A - 太陽熱利用システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明は、太陽熱集熱器により得た熱を、熱媒体を介し
て蓄熱温水タンクに蓄熱し、必要に応じて温水を取り出
し、利用し得るようにした太陽熱利用システムに関する
。

〈従来技術〉 近年、太陽熱を用いて水温を上昇させ、温水を蓄熱温水
タンクから取り出して必要に応じて利用し得るようにし
た太陽熱利用システムが各家庭等において広く用いられ
るようになってきた。

かかる太陽熱利用システムとして、従来は、第１０図に
示すように、太陽熱集熱器（１）と１個の蓄熱温水タン
ク（２）とを有し、両者の間を、循環ボン通させて、蓄
熱温水タンク内の水を、給水管路（４）、せ得るように
している。

そして、太陽熱集熱器（１）の吐水口寄り所定位置及び
蓄熱温水タンク（２）の吐水口寄り所定位置に夫にて検
出した集熱温度と温度センサ（Ｔｈ２’）にて検出した
蓄熱温度との差が予め設定した所定値に達したことを差
温制御装置（図示せず）により検出して循環ポンプ（３
）を駆動し、水を循環させることにより、蓄熱温水タン
ク内の水温を上昇させることができるようにしている。

尚、（９）は必要に応じて温水を取り出す取り出しるジ
スターンである。

従って、集熱温度が蓄熱温度よりも所定値以上高い場合
にのみ水を循環させて水温を上昇させることができる〜 しかし、従来の太陽熱利用システムにおいては、蓄熱温
水タンク（２）を大容量としなければならないので、太
陽熱集熱を開始して後、必要な温度の温水が得られるま
でに相当長時間を要するのみならす、日射しが弱くなる
午後３時頃になると、蓄熱温水タンク内の水温上昇によ
って、集熱温度と蓄熱温度との差が所定値以下となり、
日射しが充分にあってもそれ以上の蓄熱を行ない得なく
なり、更には午前中に蓄熱を行なって蓄熱温水タンク内
の水温が上昇した状態において、午後が・うす曇りや晴
れたり曇ったりの天候であり、かつ集熱温度が市水温よ
りかなり高い場合であっても、集熱温度と蓄熱温度との
差が所定値以下となり、それ以」二の蓄熱を行ない得な
くなる等の欠点がある。

〈目的〉 本発明は、温水の使用用途にあわせて、最適温度の温水
をすみやかに得られるようにするとともに、太陽熱の集
蓄熱効率を向上させることを目的とする。

〈構成〉 かかる目的を達成するために、本発明は、太陽熱集熱器
と蓄熱温水タンクとを熱媒体循環用配管にて連通ずると
ともに、太陽熱集熱器と蓄熱温水タンクとの間において
熱媒体を循環させる循環ポンプを設けてなる太陽熱利用
システムにおいて、蓄熱温水タンクを複数個のタンクに
て構成するとともに、複数個のり／り相互間における熱
移動を川面とするヒートポンプを設けてなる。

以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

〈実施例〉 第［図は本発明太陽熱利用システムを示す構成図であり
、１個の太陽熱集熱器（１）と、３個の蓄熱温水タンク
（２ａＸ２ｂＸ２ｃ）と、ヒートポンプ（Ｉ−Ｉ　Ｐ）
とから構成されている。

蓄熱温水タンク（２ａ）（２ｂＸ２ｃ）は、例えば１．
００〜１５０β程度の比較的小容量のタンクであり、蓄
熱温水タンク（２ａＸ２＋））に、切換弁（７）（８）
を介して給湯管（９）と連通される管路（９ａ）（９ｂ
）を設けるとともに、蓄熱温水タンク（２ｃ）に、切換
弁（８）を介して給湯管（（りと連通される管路（９ｃ
）を設けている。

また、蓄熱温水タンク（２２Ｘ２ｂ）に、太陽熱集熱器
（１）からの温水吐出管（５）と切換弁（６）を介して
選択的に連通される管路（５ａＸ５ｂ）を設け、更に蓄
熱温水タンク（２ａ）の下部所定位置と太陽熱集熱器（
１）との間を、循環ポンプ（３）を介挿した管路（４）
にて連通している。

ヒートポンプ（Ｈｌ））は、蒸発器ｑ「）と、コンプレ
ツ→ノー０７）と、凝縮器（１０と、膨張弁（１８）と
て構成されている。

そして、切換弁（」υ（１々を介して蒸発器（１ｏに、
蓄熱温水タンク（２８Ｘ２１））内の温水を導ひき得る
よう］１４成するとともに、切換弁０■（１４）を介し
て凝縮器１％）に、蓄熱温水タンク（２１）Ｘ２Ｃ）内
の温水を導ひき得るよう構成し、以て蒸発器Ｑ５）に導
ひいた温水から熱を奪い、この熱を凝縮器（ＩＱに導ひ
いた温水に与えるようにしている。

また、太陽熱集熱器（１）の吐水口寄り所定位置に集熱
温度を検出する温度センサ（Ｔｈ１）を設けるとともに
、蓄熱温水タンク（２ａ）の管路（４）が開口する部分
に近接させて蓄熱温度を検出する温度センサ（１’ｈ２
）を設け、両温度センサ（Ｔｈ　ｌ　）（Ｔｈ　２）　
　により検出される温度の差が予め設定した所定値以上
となったとき、差温制御装置（図示せず）にて循環ポン
プ（３）を駆動し、温水を循環させるようにしている９
、 尚、（１（秒はノスター／であり、各蓄熱温水タンク（
２ａ　）（２＋）Ｘ　２Ｃ）に水を補給し得るようにし
ている。

以１−の構成になる太陽熱利用システムの作用は次のと
おりである。

第２図は、太陽熱集熱器（１）からの温水にて蓄熱温水
タンク（２ｂＸ２ａ）の水温を直接昇温させるとともに
、蓄熱温水タンク（２ｃ）の水温をヒートポンプ（Ｉ　
Ｐ）にて昇温させるようにした場合の温水の流れを示し
ている。

この場合には、温水吐出管（５）と管路（５ｂ）とを連
通ずるよう切換弁（６）を作動させ、蓄熱温水タンク（
２＋））と蒸発器ｑつとを連通ずるよう切換弁ｕノを作
動させ、蓄熱温水タンク（２ａ）と蒸発器０ｒ））とを
連通ずるよう切換弁（１１）を作動させ、更に蓄熱温水
タンク（２ｃ）と凝縮器０（ｉとを連通ずるよう切換弁
（＋３１（１４）を作動させればよい。

切換弁（６）（１１）’（＋４（１（１４）を以」二の
ように作動させた状態において、温度センサ（Ｔｌｌ＋
）により検出される集熱温度と、温度センサ（Ｔｈ２）
により検出される蓄熱温度との差（以下差温度という１
．）が、予め設定した所定値よりも太きけれは、図示し
ない差温制御装置にて循環ポンプ（３）を駆動すること
により、温水を、太陽熱集熱器（１）、温水吐出管（５
）、ｊｉｆ路（５１））、蓄熱温水タンク（２ｂ）、蒸
発器００、蓄熱温水タンク（２ａ）、及び管路（４）の
順に循環させ、以て蓄熱温水タンク（２１）Ｘ　２ａ　
）の水温を」１胃させることができる。

この場合において、最も温度が高い温水は先づ蓄熱温水
タンク（２１））に供給され、その後は蒸発器（１！−
）において熱を奪われて降温した温水が蓄熱温水タンク
（２ａ）に供給されるので、蓄熱温水タンク（２１））
の水温の方が、蓄熱温水タンク（２ａ）の水温よりも高
くなる。

従って、蓄熱温水タンク（２＋））の氷温かかなり高く
なっても、差温度は集熱温度と蓄熱温水タンク（２＋）
）の水温との差よりもかなり大きくなり、蓄熱温水タン
ク（２ｂ）の水温を従来例よりもかなり高くすることか
できる。即ち、太陽熱の集蓄熱効率を著しく高めること
かできるのである。。

そして、蓄熱温水タンク（：２ａ）（２ｂ）の水温が共
に−に昇して前記差温度か所定値以下となれば、循環ポ
ンプ（３）を停止させて太陽熱の集蓄熱動作を中断する
１、。

また、以」二の場合において、蒸発器０■を通過する間
に温水から奪い取られた熱は、凝縮器茜において蓄熱温
水タンク（２ｃ）の温水に与えられ、蓄熱温水タンク（
２ｃ）の温水を昇温さぜる６）尚、この場合において、
蓄熱温水タンク（２ｃ）の温水は自然対流により凝縮器
ａＱとの間を循環する。

以上のようにして、蓄熱温水タンク（２ａＸ２ｂＸ２ｃ
’）の濡水を昇温させることができる。

その後は、切換弁（７）（８）を作動させることにより
、所望の蓄熱温水タンクから用途にあわせた温度の温水
を取り出すことができる。

第３図は、太陽熱集熱器（１）からの温水にて蓄熱温水
タンク（２；ｌ）の水温を直接上昇させるとともに、蓄
熱温水タンク（２ｃ）の水温をヒートポンプ（ＨＰ）に
てに昇さぜるようにした場合の温水の流れを示している
。

この場合には、温水吐出管（５）と管路（５；＋　）と
を連通ずるよう切換弁（６）を作動させ、蓄熱温水タン
ク（２；−ｔ）と蒸発器θ〜とを連通ずるよう切換弁（
ｌ］）（１２１を作動させ、更に蓄熱温水タンク（２（
・）七凝縮器（Ｉｌｉｉとを連通ずるよう切換弁（］：
！（１４１を作動させればよい。

切換弁（６）（ＪＩ本１３　（１４）を以上のように作
動させた状態において、差温度が予め設定した所定値よ
りも大きければ、図示しない差温制御装置にて循環ポン
プ（３）を駆動することにより、温水を、太陽熱集熱器
（１）、温水吐出管（５）、管路（５ａ）、蓄熱温水タ
ンク（２ａ）、及び管路（４）の順に循環させ、以て蓄
熱温水タンク（２ａ）の水温を上昇させることができる
。

また、以」二の場合において、蓄熱温水タンク（２ａ）
内の温水の一部は自然対流により蒸発器０５）との間を
循環して熱を奪い取られ、蓄熱温水タンク（２ｃ）内の
温水は自然対流により凝縮器（ＩＱとの間を循環して前
記奪い取られた熱を与えられ、以て蓄熱温水タンク（２
Ｃ）内の温水を昇温させることがてきる１、 以」二のようにし７て蓄熱温水タンク（２ａ）（２ｃ）
の温水のみを屓温させることができる。

従って、蓄熱温水夕／り（２ｂ）の温水が充分に高温と
なり、もはや蓄熱する必要かない場合に最適である５−
７ 第４図は、太陽熱集熱器（１）からの温水にて蓄熱温水
タンク（２Ｈ＋）の水温を直接上昇させるとともに、蓄
熱温水タンク（２ｂ）の水温をヒートポンプ（ＨＰ）に
て１昇させるようにした場合の温水の流れを示しており
、第３図と異なる点は、蓄熱温水タンク（２０の温水に
代えて蓄熱温水タンク（２１））の温水が自然対流によ
り凝縮器（ｌｉとの間を循環するようにした点のみであ
る。

従って、蓄熱温水タンク（２ａ）（２１））の温水のみ
を昇温させることができる。

第５図乃至第７図は、差温度が予め設定された所定値よ
り低くて太陽熱を集熱できない場合、或は何らかの理由
により太陽熱を集熱しない場合の温水の流れを示してい
る。

即ち、第５図は、蓄熱温水タンク（２ａ）の温水か自然
対流により蒸発器０９との間を循環して降温されるとと
もに、蓄熱温水タンク（２ｃ）の温水が自然対流により
凝縮器（ＩＱとの間を循環して昇温されるようにしてお
り、第６図は、蓄熱温水タンク（２ａ　）の温水か自然
対流により蒸発器（１旬との間を循環して降温されると
ともに、蓄熱温水タンク（２ｂ）の温水が自然対流によ
り凝縮器ＯＱとの間を循環して昇温されるようにしてお
り、第７図は、蓄熱温水タンク（２＋））の温水が自然
対流により蒸発器α椴との間を循環して降温されるとと
もに、蓄熱温水タンク（２ｃ）の温水が自然対流により
凝縮器０（）との間を循環して昇温されるようにしてい
る。

第８図及び第９図は、ヒートポンプ（ＨＰ）を全く作動
させることなく太陽熱の集蓄熱のみを行なわせる場合の
温水の流れを示している。

即ち、第８１は、温水を、太陽熱集熱器（１）、温水吐
出管（５）、管路（５ｂ）、蓄熱温水タンク（２ｂ）、
蒸発器ｕ均、蓄熱温水タンク（２ａ）、及び管路（４）
の順に循環させて蓄熱温水タンク（２ｂＸ２ａ）の水温
を上昇させるようにしており、第９図は、温水を、太陽
熱集熱器（１）、温水吐出管（５）、管路（５ａ）、蓄
熱温水タンク（２ａ）、及び管路（４）の順に循環させ
て蓄熱温水タンク（２ａ）の水温を上昇させるようにし
ている。

以上のように本発明太陽熱利用システムは種々の態様の
集蓄熱動作を行なわせ得るので、これら態様を適宜組み
合わせることにより、以下に詳述するように、常に効率
のよい集蓄熱を行なうことができる。

即ち、集蓄熱動作開始初期には、第２図に示すように温
水を循環させればよく、蒸発器（１５１において温水か
ら熱を奪い、蓄熱温水タンク（２ａ）から太陽熱集熱器
（１）に向かって流れる温水を降温させることにより太
陽熱集熱器（１）における集熱効率を高めることができ
る。

そして、奪い取った熱を蓄熱温水タンク（２ｃ）の温水
に与えて昇温させることができる。

集蓄熱動作遂行途中において日射しが弱くなった場合等
には、太陽熱集熱器（１）から吐出される温水の温度が
蓄熱温水タンク（２ｂ）の温水の温度より低くなること
がある。

かかる場合には、第３図に示すように温水を循環させれ
ばよく、蓄熱温水タンク（２１））の温水の温度を低下
させることを防止し、しかも蓄熱温水タンク（２ａ）に
集蓄熱するとともに、ヒートポンプ（Ｈｒ’）　　によ
って蓄熱温水タンク（２ａ）から熱を奪い、蓄熱温水タ
ンク（２ｃ）に奪った熱を与えることにより太陽熱集熱
器（１）における集熱効率を高めることができる。

また、蓄熱温水タンク（２ｃ）の水温が充分に上昇して
、ヒートポンプ（ＨＰ）によってそれ以上蓄熱すること
ができなくなった場合には、第４図に示すように温水を
循環させればよく、蓄熱温水タンク（２ｃ）の温水を高
温に維持したままで、蓄熱温水タンク（２ａ）に集蓄熱
するとともに、ヒートポンプ（ＨＰ）　　によって蓄熱
温水タンク（２ａ）から熱を奪い、蓄熱温水タンク（２
ｂ）に奪った熱を与えることにより、太陽熱集熱器（１
）における集熱効率を高めることができる。

また、−日中日射しか弱く、或は全く日射しかなかった
場合等には、−日中集蓄熱動作を行なっても、蓄熱温水
タンク（２ａＸ２ｂ）（２ｃ）の温水の温度があまり上
昇ぜす、４０°Ｃ前後或はそれ以下の温度となって追い
焚きを必要とする事態を生ずる。

かかる場合には、第５図乃至第７図に示すように温水を
循環させればよく、ヒートポンプ（ＨＰ）によって何れ
かｌの蓄熱温水タンクから熱を奪い、昇温させようとす
る他の蓄熱温水タンクに奪った熱を与えることにより必
要な蓄熱温水タンクのみを昇温さぜることができる。

従って、上記各動作を選択的に行なわせることによ、す
、効率的な集蓄熱を行ない得るのみならず、温水の温度
を昇温させ、或は降温させることにより用途にあわせた
最適温度の温水を得ることができる。

尚、以上は、蓄熱温水タンクを３個設けた一水式の集熱
循環回路について説明したが、本発明はこの実施例に限
定されるものでは全くなく、例えば蓄熱温水タンクの数
を２個とし、或は４個とすることも可能であり、更には
１水式の集熱循環回路とすることも可能であり、その他
本発明の要旨を変更しない範囲内において適宜設計変更
を施こすことが可能である。

〈効果〉 以」二のように本発明は、蓄熱温水タンクを複数個とし
、しかも蓄熱温水タンク間において熱の授受を行ない得
るようにしたので、集蓄熱効率を著しく向上させ得るの
みならず、温度別蓄熱を可能とし、しかも集熱終了後に
おいて蓄熱温水タンク間における熱の授受を行なうこと
により、用途（こ応じて最適温度の温水を得ることがで
きる等特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明太陽熱利用システムを示す構成図、 第２図乃至第９図は夫々太陽熱利用システムの動作状態
を示す図、 第１０図は従来例を示す構成図。 ■・・・太陽熱集熱器、 ２ａ、２’ｂ、２ｃ・・・蓄熱温水タンク、３・・・循
環ポンプ、 ６．７．８．１１．１２、ｊ３．１４・・・切換弁、１
５・・ルき発器、　　　　Ｉ６・・・凝縮器、ＨＰ・・
ヒートポンプ。 出　願　人　シャープ株式会社 代理人鈴木　茂はめ？１名 ’ｊ　（’、、’：’、’、土−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ■、太陽熱集熱器と、蓄熱温水タンクと、両者の間で熱
   媒体を循環させる循環ポンプと、熱媒体循環用の管路等
   を有する太陽熱利用システムにおいて、蓄熱温水タンク
   を複数個のタンクで構成するとともに、複数個のタンク
   間における熱の授受を行なわぜるヒートポンプを設けた
   ことを特徴とする太陽熱利用システム。