JPS6011399Y2

JPS6011399Y2 - 太陽熱利用装置

Info

Publication number: JPS6011399Y2
Application number: JP17305481U
Authority: JP
Inventors: 浩永富
Original assignee: 松下電工株式会社
Priority date: 1981-11-19
Filing date: 1981-11-19
Publication date: 1985-04-16
Also published as: JPS5878448U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は太陽熱を利用して給湯を行なう太陽熱利用装
置に関する。

このような太陽熱利用装置のひとつとして第１図および
第２図に示されるような構成のものが知られている。

この従来の太陽熱利用装置は自然循環型であって、太陽
熱を吸収して水を加熱する集熱器１を二つ備えたもので
ある。

集熱器１の上方には温水を蓄える貯湯槽２′が備えられ
ている。

それぞれの集熱器１の内部にはリバース・リターン型の
水路３が設けられており、この水路への入口となる下降
管４がこの水路３を貯湯槽２′の下方につなぎ、出口と
なる上昇管５がこの水路３を貯湯槽２′の上方につなぐ
ようにしている。

このようにしておくと、ポンプを使わなくても貯湯槽２
′−下降管４−水路３−上昇管５−貯湯槽２′と水が循
環して、貯湯槽２′内の湯温か上昇する。

貯湯槽２′の一方側面にはその底部においてジスターン
７が接続されている。

このジスターン７および貯湯槽２′は外箱８の中に納め
られるようになっている。

第２図ではこの外箱８は省略されている。

ジスターン７には水道管９がはいっており、貯湯槽２′
内の湯が減って水位が下がるとボールタップ１０の働き
により、自動的に水がジスターン７にはいるようになっ
ている。

そして、ジスターン７の水は貯湯槽２′の底部から貯湯
槽２′内に供給されるようになっている。

貯湯槽２′の他方側面にはその上部において給湯パイプ
１１が接続されている。

給湯パイプ１１の末端には蛇口１２等が接続され、ここ
から給湯が行なわれるようになっている。

外箱８の前面には反射板が取り付けられ、ここに当った
直射日光を集熱器１に反射して集熱器の採熱量を増やす
ようにしている。

この従来の太陽熱利用装置は、次のようにして給湯を行
なう。

すなわち、オーバフロ一方式による給湯であって、蛇口
１２をあけると貯湯槽２′の上方から温水が出てくる。

それと同時に貯湯槽２′の底部に水道水が供給されるの
である。

このような太陽熱利用装置は構造が単純で、比較的保守
も少なくてすむため、非常に便利である。

しかしながら、この従来の太陽熱利用装置は出湯温度が
変化しやすく、最初使用するとき湯温か高くても、次に
使用するときは湯温か低くなり易いという欠点を持って
いた。

湯を多量に使った後は特にそうである。

すなわち、湯を使用した後には、底部から供給された水
が対流等によって上方の残湯と混ざり、湯温を下げてし
まうからである。

集熱器で湯温を再び上げるには時間がかかる。

この考案はこのような欠点を解決するためになされたも
ので、出湯温度を常に高く保つことができ、しかも採熱
量の多い太陽熱利用装置を提供するものである。

これについて以下に説明する。この考案にかかる太陽熱
利用装置は、内部に温水を蓄える貯湯槽、および内部に
水路をもち太陽熱を吸収してこの水路を通る水を加熱す
る集熱器を備えた太陽熱利用装置であって、前記貯湯槽
には底面から所定の高さまで仕切りを設けることによっ
て複数のへやが作られているのであるが、前記仕切りは
、貯湯槽に対する水の出入口が別々のへやに配置され、
それぞれのへやには集熱器の水路に対する出入口が少な
くとも１組設けられ、しかも隣り合うへや間において水
の流通を可能とさせるようにして作られていることを特
徴としている。

以下、図面にあられれた実施例にもとづいてこの考案を
説明する。

第３図はこの考案にかかる太陽熱利用装置の１例をあら
れす。

図にみるように、この太陽熱利用装置は、貯湯槽２ａの
内部に仕切り６が設けられ、分割型の貯湯槽となってい
るところが従来とは異なり、後は従来と同様である。

すなわち、この太陽熱利用装置も自然循環型であって、
集熱器１を二つ備えたものである。

集熱器１の上方には貯湯槽２ａを備えている。

二つの集熱器１の内部にはそれぞれリバース・リターン
型の水路３が設けられており、水路３への入口となる下
降管４がこの水路３を貯湯槽２ａの下方につなぎ、水路
３の出口となる上昇管５がこの水路３を貯湯槽２ａの上
方につなぐようにしている。

貯湯槽２ａの一方側面では、その底部において、貯湯槽
への水の入口となるジスターン７が接続されている。

このジスターン７および貯湯槽２ａは、ここでは省略し
たが外箱の中に納められるようになっている。

ジスターン７には水道管９が接続され、貯湯槽２ａの水
位によって水を出したり止めたりするポールタップ１０
が備えられている。

貯湯槽２ａの他方側面では、その上部において末端に蛇
口１２等を備えた給湯パイプ１１が接続されており、こ
の給湯パイプ１１は貯湯槽からの水の出口となっている
。

貯湯槽２ａ内の仕切り６はっぎのようにして設けられて
いる。

すなわち、貯湯槽２ａには仕切り６によって二つのへや
が作られているのであるが、貯湯槽への水の入口すなわ
ちジスターン７と、貯湯槽からの温水の出口すなわち給
湯パイプ１１が別々のへやに配置されれ、それぞれのへ
やには集熱器の水路３に対する水の出入口すなわち下降
管４および上昇管５が１組ずつ設けられるようにする。

そして、仕切り６の高さは満水時の水面よりも少し低く
し、隣り合うへやの間の水の流通を可能とするようにす
るのである。

この例ではへやごとに１枚の集熱器が設けられるように
なっている。

この考案にかかる太陽熱利用装置は前記のような仕切り
を貯湯槽に設けるようにしているので、出湯温度を常に
高く保つことができる。

このことを次に詳しく説明する。

この太陽熱利用装置もオーバーフロ一方式によって給湯
が行なわれる。

蛇口１２をあけると給湯パイプ１１が配置されたへやＡ
から湯が流れ出る。

へやＡの水面が下がると、ジスターン７の配置されたへ
やＢからへやＡに湯が流れ込む。

同時に、ジスターン７から水道水が入り、へやＢの残湯
を押し上げる。

給湯後へやＢでは温水と水道水が混ざり湯温か下がるが
、仕切り６によってへやＢと隔てられたへやＡでは湯温
か下がらない。

温度の低くなったへやＢの湯が仕切り６を越えてへやＡ
へ移ることがあるとしても、わずかであって無視できる
。

もっとも、へやＢの湯温がへやＡの湯温よりも最初から
低い場合は、給湯時へやＢからへやＡへ湯が流れること
によってへやＡの湯温は少し下がる。

しかし、従来のように水道水が混ざって大きく出湯温度
が下がるというようなことは決してない。

仕切りとして次に説明するよ・うなものを用いると、給
湯時以外におけるへやＡとＢの湯の混合が全く防止され
るので、便利である。

第４図に示されるように、この仕切り１３は壁部１４の
上端が一部切り欠かれている。

この切り欠き部には、これと同じ形をした閉塞板１５が
次のようにして取り付けられている。

すなわち、閉塞板１５は、その上端において面に沿って
固定された軸１６の両端を壁部１４の上端に溝付き金具
１７等を用いて回転可能に固定することにより、この軸
１６を中心として揺動することができるように取り付け
られているのである。

閉塞板１５の上端には、両端に浮き（ボール）１８を備
えた棒体１９が軸１６とほぼ直交するよう固定されてい
る。

仕切り１３の壁部１４の高さは水面と同じかあるいはそ
れよりも高くなっている。

この仕切り１３は第５図ａおよびｂで説明、されるよう
にして働く。

ａ図は給湯を行なわないときの状態を示し、へやＡ、
Ｂは両者とも満水の状態である。

へやＡ、Ｂの水位が等しいため、閉塞板１５はどちら
にも傾かない。

そのため、へやＡおよびＢは仕切られたままであって、
両者の湯は全く混合されない。

ｂ図は給湯を行なったため、へやＡの水位が下がった状
態を示す。

この場合には、へやＡ側の浮き１８が下がるため、閉塞
板１５が傾く。

そのため、へやＢからＡに湯が流れ込む。

第６図で示されるように、前記仕切り１３の閉塞板１５
の下方に降下管２０を設け、へやＢから流れてくる温水
をへやＡの底部へ導くようにすると、へやＢの湯温がへ
やＡの湯温よりも低い場合であっても、給湯温度があま
り下がらないのでよい。

すなわち、給湯時におけるへやＡ（！：Ｂの湯の混合が
妨げられるからである。

第７図はこの考案はかかる太陽熱利用装置の他の例をあ
られす。

この例も前記第３図のものと同じ自然循環型である。

この太陽熱利用装置は集熱器１を三つ備え、貯湯槽２ｂ
がＡ、Ｂ、Ｃの三つのへやに仕切られているところ
が第３図のものと異なり、あとは同じである。

すなわち、第３図のものと同じようにして仕切り６，６
または１３゜１３を設けるのである。

そして、ジスターン７および給湯パイプ１１が両端のへ
や、すなわちＡとＢに設けられるようにすると、Ｂ、Ｃ
，Ａの順に湯温が高くなる。

そのため、第３図のものよりもさらに出湯温度が安定す
る。

同じようにして、集熱器およびへやを多数設けるように
してもよい。

また、へやＡと接続している集熱器に選択吸収膜を使用
したものを用いるようにすると、出湯温度がさらに高く
なるので好ましい。

これまでの例ではへやの数と同じ数の集熱器が設けられ
るようになっているが、必ずしもこのようにする必要は
なく、たとえば一つの集熱器を二つの区域に分けて各へ
やへの循環水路を設けるようであってもよい。

すなわち、この場合、集熱器の水路には少なくともへや
の数と同じ組数の出入口が設けられなければならないの
である。

また、先の実施例では一つのへやに１組の水路の出入口
が設けられるようにしているが、必ずしもこのようにす
る必要はなく、多数組の出入口が設けられるようにして
もよい。

さらに、水の循環方法も必ずしも自然循環方式が採用さ
れるとは限らず、ポンプを使用した強制循環方式が採用
されてもよい。

この考案にかかる太陽熱利用装置はこのように構成され
るものであって、貯湯槽内に仕切りを設けて複数のへや
を作り、この仕切りが、貯湯槽に対する水の出入口が別
々のへやに配置され、それぞれのへやには集熱器の水路
に対する出入口が少なくとも１組設けられ、しかも隣り
合うへや間において水の流通を可能とさせるようにして
作られているので、従来のように貯湯槽の全部の残湯が
水道水と混合されるというようなことがなく、出湯温度
の高温安定化ができ、しかも採熱量が増大する。

つぎに実施例と比較例の採熱特性および出湯温度特性の
比較を行なう。

実施例の太陽熱利用装置は第３図に示されるものであっ
て、貯湯槽の容量はへやＡが１００ｆ、へやＢが１００
／の計２００／である。

比較例の太陽熱利用装置は第１図に示されるものであっ
て貯湯槽の容量は２００Ｊである。

実施例および比較例の太陽熱利用装置を用いて３日間採
熱を行ない、その間１日１回給湯を行なった。

給湯前および給湯後における実施例のへやＡ、Ｂの湯
温および比較例の貯湯槽の湯温を第１表に示す。

さらに、実施例および比較例の採熱量および出湯温度を
第２表に示す。

ただし、１回の給湯量は両者とも１００でとした。

水道水の温度は２０℃であって、実施例でのへやＡ、
Ｂおよび比較例での貯湯槽のスタート時における各水温
は２０℃であった。

採熱量の計算は放熱がないものとして行なった。

＊ｌ天気が悪く、かつ湯温か３５℃と高いため、採熱
が行なわれなかった。

＊２．＊３高温になると採熱しにくくなるので、
前日に２．５℃の温度差があったにもかかわらずこの出
−１１℃の温度差になっていた。

第２表に示された結果かられかるように、実施例は比較
例に比べ採熱量が多く、出湯温度の平均値も高い。

また、比較例では出湯温度がばらつき最高と最低の温度
差Ｒが１６℃であるのに対し、実施例ではばらつきがな
くＲは０℃である。

なお、不凍液を使った間接加熱式の太陽熱利用装置では
、以下に説明するように、蓄熱槽に過昇温防止弁を備え
るようにすると、不凍液が過熱されて蒸発や変質すると
いうようなことを防止することができるので、非常に便
利である。

まず、従来の太陽熱利用装置を第８図を用いて説明する
。

図に見るように、この太陽熱利用装置は太陽熱を吸収す
る集熱器（コレクタ）２１．内部に温水を蓄える密閉式
の蓄熱槽２２′を備えている。

蓄熱槽２２′の内部には下方に熱交換器２３が設けられ
ている。

また、蓄熱槽２２′の上部には安全弁２４および末端に
蛇口２６等を備えた給湯パイプ２５が接続され、下部に
は水道管２７が接続されている。

安全弁２４は蓄熱槽２２′に大きな圧力がかからないよ
うにするためのもので、０．９５ｋｇ／ｃｌ程度に設定
するのがよい。

熱交換器２３は送流管（往管）２＆ｌおよび還流管（復
管）２８ｂによって集熱器２１と接続され、送流管２８
ａの中間部にはポンプ２９が設けられている。

熱交換器２３、送流管２８ａ１集熱器２１、還流管２８
ｂの系（コレクタ系）内には熱媒体として、エチレング
リコールの３０％水溶液等の不凍液が満たされており、
水とは異なって冬でも凍結することがなく、熱媒体の凍
結によるコレクタ系の破損の心配が全くない。

この太陽熱利用装置はコントローラ３０を備えており、
このコントローラ３０は集熱器２１の上方および蓄熱槽
２２′の上方に取り付けられた温度センサ３１および３
２の示す温度に応じてポンプ２９を動かしたり止めたり
する。

この太陽熱利用装置はつぎのようにして太陽熱の集熱を
行なう。

温度センサ３１の温度Ｔ□が温度センサ３２の温度Ｔ２
よりも２〜１０℃高くなると、コントローラ３０がポン
プ２９を回す。

ポンプ２９は不凍液を熱交換器２３→送流管２８ａ→集
熱器２１→還流管２８ｂ→熱交換器２３と循環させる。

集熱器２１で太陽光によって加熱された不凍液は熱交換
器２３を通る間に蓄熱槽２２′内の水に熱を伝え温水と
する。

このようにして、蓄熱槽２２′に太陽熱が蓄えられるの
である。

還流管２８ｂには、膨張タンク３３が備えられており、
不凍液が熱せられて体積が膨張すると、その膨張体積分
はここに蓄えられる。

蓄熱槽２２′に蓄えられた温水は蛇口２６等から出すこ
とによって利用することができる。

温水が出ると、水道管２７から蓄熱槽２２′内に水が供
給されるようになっている。

しかしながら、この従来の太陽熱利用装置は不凍液の飛
散（蒸発）、変質が発生しやすいという欠点があった。

すなわち、熱交換器に不凍液を通して水を間接的に温め
るため、普通は不凍液の温度は水温より５〜１０°Ｃ程
度高い。

したがって、温水の温度が９０℃を越えた時、不凍液の
温度は１００℃前後にも達するのである。

たとえば、不凍液として用いられるプロピングリコール
５０％水溶液は沸騰温度が１０６℃であるため、前述の
ごと＜１００℃前後に達すると蒸発や変質が生じる。

第９図は、不凍液の蒸発や変質が生じにくい太陽熱利用
装置の１例をあられす。

この太陽熱利用装置は密閉式蓄熱槽２２ａに過昇温防止
弁３４が取り付けられているところが従来とは異なり、
他の構造、太陽熱の採熱方法および温水の利用方法は従
来と同様である。

すなわち、蓄熱槽２２ａの内部には下方に熱交換器２３
が設けられている。

蓄熱槽２２ａの上部には安全弁２４および末端に蛇口２
６等を備えた給湯パイプ２５が接続され、温度センサ３
２が取り付けられている。

蓄熱槽２２ａの下部には水道管２７が接続されている。

熱交換器２３は送流管２８ａおよび還流管２８ｂによっ
て集熱器２１と接続され、送流管２８ａの中間部にはポ
ンプ２９が設けられている。

集熱器２１の上部には温度センサ３１が取り付けられ、
還流管２８ｂには膨張タンク３３が備えられている。

コントローラ３０は温度センサ３１および３２の示す温
度に応じてポンプ２９を動かしたり止めたりする。

過昇温防止弁３４は、蓄熱槽２２ａ内の湯温か設定温度
を越えると開く。

そのようなものとしては、たとえばサーモワックスを利
用した弁や、温度センサと電磁弁を組み合わせたものが
用いられる。

過昇温防止弁３４の設定温度は７０〜８０℃付近にする
とよく、設置位置は熱交換器２３の上端とほぼ同じ高さ
位置にするとよい。

図中、矢印りで示される同域内がそれである。

過昇温防止弁３４が開くと、ここから湯が流れ出る。

そのため、水道管２７から蓄熱槽２２ａ内に水道水が入
り込み、熱交換器２３を冷やす。

これにより、不凍液の温度が７５〜８５℃付近以下に保
たれ、不凍液の蒸発や変質が防止されるのである。

熱交換器２３は蓄熱槽２２ａのできるだけ下部に設けら
れるようにするとよい。

そのようにすると、水道水でよく冷やされ、また、流入
する水も少なくて済み、蓄熱槽２２ａ内の湯温を大きく
下げなくてすむからである。

第１０図は不凍液の蒸発や変質が生じにくい太陽熱利用
装置の他の例をあられす。

この太陽熱利用装置は前記の例とは異なり、開放式蓄熱
槽２２ｂを備えている。

蓄熱槽２２ｂのこの構造が前記の例とは異なるだけであ
り、採熱手段および採熱方法は同様である。

蓄熱槽２２ｂの側壁の上方には水道管２７が接続されて
おり、この水道管２７は蓄熱槽２２ｂの内部で２本に分
かれている。

一方にはボールタップ３５が取り付けられ、蓄熱槽２２
ｂの水面が下がると、ここから自動的に水が供給される
。

他方には過昇温防止弁３４が取り付けられている。

ボールタップ３５の下方には導水管３６が備えられ、水
が蓄熱槽２２ｂの底部から供給されるようになっている
。

蓄熱槽２２ｂ（７）側壁には水道管２７のほかにオーバ
ーフロー管３７および給湯パイプ３８が接続されている
。

オーバーフロー管３７は水面がある高さ以下になるとこ
こから水を流しだすようになっている。

給湯パイプ３８の末端には蛇口２６が設けられ、ここを
あけてポンプ３９を回転させると湯が供給される。

過昇温防止弁３４としてサーモワックスを利用したもの
を使用する場合は弁部を湯に漬けておく必要がある。

蓄熱槽２２ｂの湯温が過昇温防止弁３４の設定温度以上
になると、この過昇温防止弁が開き、市水を上部から流
入させて蓄熱槽２２ｂの湯全体の温度を下げ、蓄熱槽２
２ｂ内部下方に設けられた熱交換器２３を冷やす。

そのため、不凍液が過熱される心配がない。

水が多量に入る場合はオーバーフロー管３７より水が外
に流れ出るので、蓄熱槽２２ｂから水があふれる心配が
ない。

このように、ここで説明した太陽熱利用装置は蓄熱槽に
過昇温防止弁を備えるようにしているので、不凍液が設
定温度以下に保たれ、したがって不凍液の飛散、変質が
防止され、長期間性能が低下しないのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の太陽熱利用装置の斜視図、第２図は従来
の太陽熱利用装置の概略説明図、第３図はこの考案にか
かる太陽熱利用装置の１例をあられす概略説明図、第４
図は仕切りの１例をあられす部分的斜視図、第５図ａ、
ｂは仕切りの動きの説明図、第６図は仕切りに設けら
れた降下管の概略説明図、第７図はこの考案にかかる太
陽熱利用装置の他の例をあられす概略説明図、第８図は
従来から用いられている間接加熱式の太陽熱利用装置の
説明図、第９図は不凍液の蒸発や変質が生じにくい間接
加熱式太陽熱利用装置の１例をあられす概略説明図、第
１０図は同じく不凍液の蒸発や変質が生じにくい間接加
熱式太陽熱利用装置の他の例をあられす概略説明図であ
る。１・・・・・・集熱器、２ａ、２ｂ・・・・・・貯湯槽
、３・・・・・・水路、４・・・・・・水路への入口と
なる下降管、５・・・・・・水路の出口となる上昇管、
６，１３・・・・・・仕切り、７・・・・・・貯湯槽へ
の水の入口となるジスターン、１１・・・・・・貯湯槽
からの温水の出口となる給湯パイプ、Ａ、Ｂ・・・・
・・へや。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

内部に温水を蓄える貯湯槽、および内部に水路をもち太
陽熱を吸収してこの水路を通る水を加熱する集熱器を備
えた太陽熱利用装置であって、前記貯湯槽には底面から
所定の高さまで仕切りを設けることによって複数のへや
が作られているのであるが、前記仕切りは、貯湯槽に対
する水の出入口が別々のへやに配置され、それぞれのへ
やには集熱器の水路に対する出入口が少なくとも１組設
けられ、しかも隣り合うへや間において水の流通を可能
とさせるようにして作られていることを特徴とする太陽
熱利用装置。