JPS6032096B2 - 太陽熱集熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は強制循環式の太陽熱集熱装置に関し、特に循環
路内の空気抜きを容易にして、空気溜りによる循環ポン
プの循環能力の低下を防止したものである。

第１図は従来の太陽熱集熱装置で、１，１は太陽熱コレ
クタ、２は蓄熱槽、３は往き管、４は戻り管で、上記往
き管４は蓄熱槽２内の熱交換器２ａを介して連結され、
上記コレクター，１を含めて一つの循環路を形成してい
る。

５は往き管３に介挿された循環用ポンプ、６は蓄熱槽２
とほぼ同レベルに設けた循環用熱媒体の補給タンクで、
６ａはそのオーバーフロー管である。

上記ポンプ５は、コレクタ１に設けた高温側温度センサ
７と蓄熱槽２に設けた低温側温度センサ８との温度差を
検知する差温サーモ９によって作動を制御されている。
すなわち、差温サーモ９は日射があって、センサ７の温
度がセンサ８の温度よりも高くなった場合にポンプ５を
オンし、逆に低くなった場合はオフする。上記集熱装置
においてはポンプ５により熱媒体を往き管３→コレクタ
１→戻り管４→熱交換器２ａ→往き管のルートで強制的
に循環させ、コレクタ１で集熱した太陽熱を熱交換器２
ａ部分で糟２内の水を放熱させることにより、蓄熱槽２
内に蓄熱する。

従って、上記ポンプ５は熱媒体を蓄熱槽２からコレクタ
１まで揚水するｈｍの揚程能力を必要とする。ところが
循環路内に空気溜りが生じると循環抵抗が大きくなり、
ｈｍの孫程能力のポンプでは熱媒体の循環が充分できな
いばかりでなく、場合によっては熱媒体のコレクタ１へ
の循環ができなくなることがあった。例えば水抜きを行
ったコレクターへ熱媒体を送り込むためにはコレクタ１
，往き管３，戻り管４等内の空気をポンプの自力で空気
抜きしなければならないが、高低差ｈｍの場合にｈｍの
錫程能力のポンプ５ではこのような空気抜きができず、
熱媒体の循環ができなかった。従って、実際にはｈｍよ
りも更に１〜２の高い揚程能力のあるポンプを用いてこ
のような不都合をなくしており、コレクタ１と蓄熱槽２
との実際の高低差ｈに比して、より能力の大きいポンプ
を使用しなければならず、その設備費，維持費（消費電
力を含む）が高くなるという欠点があつた。又、このよ
うに能力の高いポンプを用いても循環路内の完全な空気
抜きができないため、循環路を完全密閉式として、ポン
プ５のオン，オフにかかわらず循環路内に熱媒体を充満
する方式を採用する場合もあるが、このような場合には
凍結防止のための水抜きが困難で凍結による破損のおそ
れがある上、配管を気密にする作業も困難である。

上述のように従来においては空気溜りによる抵抗のため
ポンプ５の能力をそのシステムにおいて充分生かしきれ
ない欠点があった。本発明は上記欠点を除去するために
なされたもので、以下、その一実施例を第２図に従って
詳細に説明する。

なお、第１図と同一部分は同一符号を記す。第２図にお
いて第１図と異なる点は往き管３と戻り管４との間にバ
イパス管１０を設け、電磁弁１１でこのバイパス管１０
を開閉できるようにすると共にこの電磁弁１１の開閉を
制御する空気抜き用制御器１２を設けたことである。な
おバイパス管１０は出来るだけ高い位置に設けることが
望ましい。上記制御器１２は差温サーモ９からのポンプ
５駆動用指示信号Ｐ，に関連して、常閉型である電磁弁
１ １の開指示信号Ｐ２を発生するもので、第３図に示
すように信号Ｐ，の供給を受けて動作する１分力ウン夕
ＣＵｌ、５分力ウンタＣＵ２、上記カウンタＣＵｌの出
力を受けるＴ型フリップフロップＦ，及びアンドゲート
ＡＧから成る。上記カウンタＣＵｌ，ＣＵ２は信号Ｐ，
の立上りに同期してカウントを開始するもので、カウン
タＣＵｌは１分間を計時すると出力しその出力を自己の
クリア端子Ｃに導入して出力毎に初期状態に戻るもので
ある。従って、カウンタＣＵｌは信号Ｐ，が入力されて
いるかぎり第４図のタイムチャートに示す如く１分毎に
出力を発生する。又、上記カウンタＣＵ２は５分間を計
時すると出力し信号Ｐ，がなくなるまで、その状態を持
続するものである。フリツプフロップＦ，は上記カワン
タＣＵｌの出力が入力される毎に状態を反転するもので
、第４図タイムチャートに示す如く、１分間隔のパルス
周期、パルス幅を有するパルス信号を発生する。上記ア
ンドゲートＡＧは上記フリップフロップＦ，、カウンタ
ＣＵ及び信号Ｐ，を入力とするもので、その出力が開指
示信号Ｐ２として電磁弁１ １に供給される。このゲー
トＡＧの出力はＦ，出力Ｌ，ＣＵ出力Ｌ，Ｐ２出力日の
時にＨレベル、それ以外の時にＬレベルとなるから、第
４図タイムチャートに示すように信号Ｐ，の立上りから
１分毎にＨ→Ｌ→Ｈ→Ｌ→日を繰り返えし、５分後以降
にＬとなる波形の信号となる。１３はコレクタ１の上部
へッダ管の出口すなわち戻り管４の最上位部に設けた空
気抜き弁で、出入の容量が小さく液体に対しては実質的
に閉じており熱媒体が循環してもここから洩れるような
ことはないが、空気や蒸気は圧力が高くなるとここから
外部へ放出される。

又ポンプ５が停止すれば外気が弁１３から配管内に侵入
するのでコレクタ１内の熱媒体は往き管３を介して、補
給タンク６に戻ることになる。なお、ポンプ６は循環路
の高低差がＨｍの場合、錫程能力Ｈｍのものが使用され
ている。次に上記構成から成る集熱装置の動作を説明す
る。

コレクタ１内が空の状態において、センサ７，８の差温
により差温サーモ９から指示信号Ｐ，が発生すると、ポ
ンプ５が駆動して、管３内低部にある熱媒体がコレクタ
１側へ揚水される。この時、制御器１２からは電磁弁１
１の開指示信号Ｐ２の■が発生しているから電磁弁１
１が関となっており、バイパス管１０が運通して循環抵
抗の低い循環路が形成されている。従って、バイパス管
１０より低い位置にある循環路内の空気は往き管３→バ
イパス管１０→戻り管４→熱交換器２ａ→補給タンク６
のルートで補給タンク６から外部へ押し出され配管内の
空気抜きが行なわれる。バイパス管１０が閉じていると
循環抵抗の高いコレクタ１，１を介する循環路が形成さ
れるため、揚程Ｈｍのポンプ５ではこのような空気抜き
は容易に行うことができない。つまり、往き管３内の空
気を循環抵抗の高いコレクタ１内にわざわざ送り込み、
このコレクタ１を介して空気抜き動作を行うことになる
からである。上記電磁弁１１は１分後にはオフとなりバ
イパス管５を閉とするので、熱媒体はポンプ５の作用に
よりコレクタ１内へ送り込まれることになるがコレク夕
１内には空気が充満しているため、当初はコレクタ１内
の空気を戻り管４側へ追い出すように作用するのみで充
分に循環されない。

この状態で１分間が経過すると信号Ｐ２の■で再度バイ
パス管５が開くから熱媒体はここを介して循環されるが
、往き管３側にはポンプ５による圧力がかかっているた
めコレクター側へ送り込まれた熱媒体が逆流することは
ない。従って、コレクタ１内では熱媒体が滞留しており
この間に熱媒体と入れ混じった空気が浮力で上部へッダ
管側に移動し、空気抜き弁１３側に徐々に集まる。この
状態で、バイパス管５が再度閉じるから、ポンプ５によ
る圧力は全てコレクタ１側へかかり、上方に集まった空
気を戻り管４側に押し出し、補給タワク６から大気中に
放出する。一部は空気抜き弁１３から放出する。このよ
うにして、コレクタ１内に熱媒体が徐々にに充填される
が、この充填にともなってコレクタ１内の循環抵抗が小
さくなり、熱媒体の循環がスムーズになる。ここで、信
号Ｐ２の■により再度バイパス管１０が開くとコレクタ
１内の熱媒体の移動はほとんどなくなり、コレクタ１内
の処々に残った空気が浮力で全て上方に集まる。この状
態でバイパス管１０が閉じると熱媒体は全て、コレクタ
１を介して循環されるから最後に残った空気も空気抜き
弁１３及び補給タンク６から全て押し出されることにな
り、空気抜きが完了する。以後、バイパス管１０は開く
ことがなく熱媒体は所定の循環路を循環して集熱を行う
ことになる。集熱が進行し、例えば夕方となってセンサ
８側の温度がセンサ７側の温度よりも高くなった場合は
、差温サーモ９の出力Ｐ，がＬレベルとなるので、ポン
プ５の駆動が停止し集熱動作も停止することになる。

ポンプ５が停止すると、既述の如く空気抜き弁１３から
循環路内へ空気が侵入するのでコレクタ１内の熱媒体は
往き管３を介して補給タンク６側へ戻り、コレクタ１内
は空となり、自動的に水抜きが完了する。従って、冬期
の如く夜間凍結のおそれがある場合でも、手動による水
抜きは全く不要となる。翌印こなって差温サーモ９から
再度指示信号Ｐ，が出た場合の動作は上述した通りであ
って、たとえコレクタ１内の水抜きを行っていても、空
気抜き作業を行う必要がない。上記コレクター内の熱媒
体を抜くことは上述した凍結防止の他、夜間におけるコ
レクターからの放熱を防止するという役割をはたす。又
、上記実施例において、電磁弁１１を数回オン，オフし
てバイパス管１０の開閉を行っているが、この開閉がコ
レクター内の空気抜きには大さな役割を成す。

すなわち、信号Ｐ２の■において往き管３内の空気は抜
かれるから以後はバイパス管１０を閉じて熱媒体をコレ
クタ１側へ循環すればよこそうであるが、このようにす
ると、コレクタ１内の空気の溜り易い部分に残った熱媒
体の流れとの関係でそのまま抜けずにかえつて滞溜する
。しかしコレクタ１内に送り込まれた熱媒体を信号Ｐ２
の■のよってバイパス管１０が開いている間ほとんど動
かないようにすると、滞溜空気の浮力による浮き上りが
誘発され、滞溜空気が上部へツダ管に集まる。従って、
次にコレクタ１を介して熱媒体が循環する際には、上部
へツダ管に集まった空気がまとまって排除されることに
なる。つまり、コレクタ１への熱媒体の循環初期におい
て、気泡の混じたコレクタ１内の熱媒体に流動しないで
滞溜する時間を与えることにより、コレクタ１内の空気
の上方への移動を促がし、もってポンプ５による空気抜
きの助長と完全化を計ることができる。〔他の実施例〕 【１｝ 空気抜き弁１３がなくても、空気抜き作用に支
障はない。

‘２１ 蓄熱槽２内の水を直接コレクタ１へ送る形式に
してもよい。

叙上のよに本発明によれば循環路内の空気抜きが容易に
且つ確実に行え空気溜りによる抵抗がなくなるため循環
ポンプを錫程能力一杯まで使用できる。

従って、コレクタの設置位置を同一高さとすると、これ
までのポンプに比して錫程能力の小さい小型のポンプを
使用することができ、ひいては集熱装置の設備費、維持
費を安くすることができる。又、空気溜りがなくなるた
め、太陽熱コレクタ内の流量分布も均一になりコレクタ
における集熱効率を向上させることができる。

更に空気抜きをほぼ完全に行うことができるので、循環
路を完全に密閉する必要がなく大気開放型とすることが
できる。

従って、コレクタ内の熱媒体の水抜きを容易に行うこと
ができ、凍結防止が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図：従来の太陽熱集熱装置の構成図、第２図：本発
明の一実施例の構成図、第３図：第２図の要部ブロック
図、第４図：第２，３図の動作説明に供するタイムチャ
ート。 符号、５・・・循環ポンプ、９・・・差温サーモ、１０
…バイパス管、１１・・・電磁弁、１２・・・制御器。 第１図第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 太陽熱コレクタと蓄熱槽内とを往き管及び戻り管で
   連結して熱媒体の循環路を形成し、この熱媒体を循環用
   ポンプによつて循環させるようにして成る強制循環式の
   集熱装置において、上記往き管と戻り管とを連通するバ
   イパス管を設けると共にこのバイパス管の開閉を行う常
   閉型の制御弁を設け、上記循環用ポンプの作動時初期に
   上記制御弁を断続的に開成する制御手段を設けたことを
   特徴とする太陽熱集熱装置。 ２ 上記循環路を大気開放型とした特許請求の範囲第１
   項記載の太陽熱集熱装置。