JPS61280346A - 太陽熱集熱装置の制御装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は貯湯タンクと、この貯湯タンクに近接して配
設した集熱器とをポンプを有する循環路で連結し、貯湯
タンクに給水された水を集熱器に循環供給して加熱し、
集熱器で加熱された温水を貯湯タンクに貯湯した後、利
用部に給湯するようにした太陽熱集熱装置の制御装置に
関する。

（ロ）従来の技術 従来の太陽熱集熱装置は貯湯タンクと集熱器とを一体に
して屋根等の高所に設置する自然循環式のものと、低所
に設置した貯湯タンクと高所に設置した集熱器とをポン
プを有する循環路で連結した強制循環式のものとが使用
されている。

前者の自然循環式のものはポンプが不要で、コストが安
くなる長所を有する反面、強制循環のものに比べ集熱効
率が低い欠点があった。一方、後者の強制循環式のもの
は集熱効率が良いものの、循環路の配管が長くなるため
、大容量のポンプを使用しなければならないなど、コス
トが高くなる欠点があった。

そこで、近年、実開昭５８−１６２４４８号公報に開示
されているように、貯湯タンクと集熱器とを互いに近接
して屋根等の高所に設置し、これら貯湯タンクと集熱器
とをポンプを有する循環路で連結する太陽熱集熱装置が
使用されるようになってきた。

上述した太陽熱集熱装置は循環路の配管が短かくて済む
ので、ポンプに小容量のものを使用でき、しかも、ポン
プを太陽電池の出力で駆動できるなど、従来の強制循環
式のものに比べて設備費や維持費が安くなる。また、循
環路の放熱損失が小さく、集熱効率も高いなどの長所を
有する。しかしながら、ポンプを太陽電池の出力で起動
させるにはかなりの日射量を必要とするため、朝方など
、日射量が小さいときは集熱が可能であるにも拘らず、
ポンプの運転開始が遅れ、集熱時間が短かくなる欠点が
あった。また、夜間にポンプの運転ができないため、集
熱器の水が放射冷却で凍結し、集熱器を破損させる心配
があった。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 この発明の課題は冒頭で述べた太陽熱集熱装置の制御装
置において、太陽電池の出力をポンプの電源に有効に活
用しつつ、日射量の小さいときや凍結危険時にもポンプ
を運転させ、集熱量の増大を図るとともに、集熱器での
水の凍結を防止することである。

に）問題点を解決するための手段 上記の課題を解決するため、この発明の太陽熱集熱装置
の制御装置は太陽電池と、商用電源と、日射量検出回路
と、集熱器側の水温と貯湯タンク側の水温との差温を検
出し、差温か一定値以上のときに出力を発する差温サー
モ回路と、集熱器側の水温が設定温度以下のときに出力
を発する凍結防止サーモ回路とを有し、日射量が所定値
より小さいとき、差温サーモ回路および凍結防止サーモ
回路のオア出力でポンプに商用電源を供給し、日射量が
所定値以上のとき、日射量検出回路の出力でポンプに太
陽電池出力を供給する構成とした。

（ホ）作用 日射量が小さく、かつ集熱が可能なときや、集熱器の水
が凍結しそうなとき、差温サーモ回路または凍結防止サ
ーモ回路の何れかの出力でポンプに商用電源が供給され
、集熱運転または凍結防止運転が行なわれる。また、日
射量が太きいときは日射量検出回路の出力でポンプに太
陽電池出力が供給され、経済的な集熱運転が行なわれる
。

（へ）実施例 以下、この発明を図面に示す実施例について説明する。

第１図および第２図において、（１）および（２）は建
物（３）の屋根（４）Ｋ互いに近接して配設された密閉
型の貯湯タンクおよび集熱器である。集熱器（２）は集
熱板（５）と熱交換器（６）とからなり、集熱板（５）
の太陽熱をヒートパイプ（７）で熱交換器（６）に移送
するものを使用している。（８）および（９）は貯湯タ
ンク（１）の給水口α０）と給湯口（１υとＫそれぞれ
接続された給水管および給湯管、０４は地表近くで給水
管（８）に接続された水道管、（１３］は水道管圓に装
設した減圧逆止弁、圓は貯湯タンク（１）近傍の給水管
（８）に装設した第１逆止弁、０阻マ給湯管（９）の端
末に接続された給湯カラン、（１６）は貯湯タンク（１
）の循環在日（１，７）と集熱器（２）の循環入口α籾
との間を連絡する往管ａり、および集熱器（２）の循環
出口（２０と貯湯タンク（１）の循環戻り口（２１）と
を連絡する戻り管（２２）からなる循環路、（２３）は
第１弁口囚が貯湯タンク（１）側、第２弁口（Ｂ）が集
熱器（２）側になるように往管−に装設した三方切換弁
、（２徂ま三方切換弁（２□□□の第２弁口（Ｂ）と集
熱器（２）の循環入口（国との間の往管α■に装設した
循環用のポンプ、（２５１は逆止弁（１４Ｉのすぐ上流
側の給水管（８）と三方切換弁（２３）の第３弁口（Ｑ
とを接続する連結管、（２６）は給湯管（９）と給水管
（８）とを軒下、屋内等の凍結の虞れの少ない低所で接
続する連結管、０ηはこの連結管（２６）に装設した第
２逆止弁、弼は屋根（４）等の日当りの良い場所に設置
した太陽電池、Ｃ２９）は建物（３）の屋外側の壁面に
取付けられ、商用電源（３０）に接続されたコンセント
、（３１）は電源プラグ、（３２は降圧トランス、ｃｌ
ＩＮは降圧トランス（３２＋の二次側（低電圧側）に低
′醒圧配線ｌ３４）を介して接続された制御装置、Ｃ３
５）は集熱器（２）の循環出口（澗近傍の水温を検出す
る高温側センサ、（ア）は貯湯タンク（１）の循環往口
０７）近傍の水温を検出する低温側センサ、（３７）は
連結管（２０の接続部より上流側の給水管（８）の水温
を検出する凍結防止サーモスタットである。なお、三方
切換弁（２３１は非通電時に第１弁口（Ａ）および第２
弁口（Ｂ間が連通し、通電時に第２弁口（Ｂ）および第
３弁口（０間が連通ずるものを使用している。

貯湯タンク（１）は第３図に示すように、断熱材備）を
内張すした金属製の外装ケース４３９）　Ｋ収納されて
いる。また、貯湯タンク（１）と外装ケース（３９）と
の空間（４０）　Ｋは第１逆止弁圓、三方切換弁Ｃ２飄
ポンプ（財）およびこれらの近傍の配管が一緒に収容さ
れ、かつ、発熱部品となる三方切換弁（２（支）および
ポンプ（財）が下部に配設されている。また、凍結防止
サーモスタット０ηは外装ケース（３！Ｊに固着した固
定金具（４Ｉ）により給水管（８）に押し付けられ、給
水管（８）の水温と外気温の影響を受けるようにしであ
る。

第４図は制御装置（至）の具体回路例を示すものである
。第４図において、（４２１および（４階は低電圧配線
０４）が接続された電源端子、ｆ４４）および（句は太
陽電池［２１１９が接続された電源端子であり、電源端
子（４２１（４階間に常開の凍結防止サーモスタット０
７）と、三方切換弁＠とが直列接続されるとともに、直
流電源回路（４６）の入力側が接続されている。また、
直流電源回路（４６１の出力側にはポンプ制御回路（４
７）が接続されている。一方、電源端子（４４）（４！
１９間には逆流防止ダイオード（４８１とコンデンサ（
伯とが直列接続され、コンデンサ（機と並列に日射量検
出回路ｆ５■が接続されている。日射量検出回路６０は
抵抗（５］）および補助リレー６２の直列回路と、抵抗
６υに並列接続された補助リレー６２の常開リレー接点
（５２１）と、補助リレー６渇に並列接続されたキック
電圧吸収用のダイオードの３）とからなる。そして、ポ
ンプ（２４）がポンプ制御回路（４７）の制御リレー５
４）の常開リレー接点（５４１）と補助リレー５２の単
極双投リレー接点（５２２）の常閉側とを介して直流電
源回路（４６）の出力側に接続されているとともに、リ
レー接点（５２２）の常開側を介してコンデンサ（４９
１に並列接続されている。

ポンプ制御回路（４′０は第５図に示すように、高温側
センサ０５１の検出温度が低温側センサ（至）の検出温
度より一定値以上高いとき出力を発する差温サーモ回路
５つと、高温側センサ（３つの検出温度が設定温度（凍
結危険温度）以下のとき出力を発する凍結防止サーモ回
路６６）とを備え、両サーモ回路５５１４５６）の出力
をオア回路５７を介して制御リレーｃ８４）に供給する
ことにより、制御リレー５４）が励磁されるようにしで
ある。

第６図は１日の平均的な日射量の変化を示したものであ
る。朝方、時刻ＴＩにおいて、高温側センサｃ３０の検
出温度が低温側センサ（：４６）の検出温度より一定値
以上高くなると、ポンプ制御回路（４７）は差温サーモ
回路時の出力で制御リレーｔ５力が励磁される。また、
日射量が十分にないので、コンデンサ（４９）の充電電
圧が低く、日射量検出回路６０）の補助リレー６本家励
磁されない。このため、ポンプ（２供家リレ一接点（５
４１）とリレー接点（５２２）の常閉側とを介して直流
電源回路１４６）の出力側に接続され、低電圧化された
商用電源を利用して運転を開始する。

このとき、給水管（８）の水温が高く、凍結防止サーモ
スタット（３ηが開放しているものとすると、給水管（
８）から第１逆止弁圓を介して貯湯タンク（１）の下部
に給水された水は往管（ｌ■に入り、三方切換弁がの第
１弁口（ＡＪおよび第２弁口（Ｂ）間を通って集熱器（
２）へ強制循環される。そして、集熱器（２）で加熱さ
れた温水が戻り管＠を通って貯湯タンク（１）の上部へ
戻り、貯湯される。

時刻Ｔ２において、日射量が第１設定値Ｎ１以上になる
と、太陽電池（至）の出力でコンデンサ（機の充電電圧
が大きくなる。このとき、日射量検出回路５Ｇのリレー
６２が励磁され、リレー接点（５２１）が閉になるとと
もに、リレー接点（５２２）が常開側へ切換わる。この
ため、ポンプ（２４Ｊはリレー接点（５２２）を介して
コンデンサ（４！’ＩＩに並列接続され、太陽電池（２
□□□の出力を利用して運転されることになる。

このように、日射量がある程度大きくなるまでの間、低
電圧化された商用電源でポンプ（２）を運転させるのは
ポンプ（２４１の起動に大きな電力を要するためである
。また、商用電源から太陽電池（２１Ｏへの切換えに伴
ない、リレー接点（５２１）で抵抗５１）を短絡するの
はポンプ（２（イ）が運転している間に太陽電池（２８
）の出力がかなり低下しても、ポンプ（２４の運転の継
続が可能であるからである。さらにまた、コンデンサ（
松に大容量のものを使用し、雲等による日射の一時的な
低下に対してポンプ（財）が安定した運転を継続できる
ようＫするとともに、太陽電池（至）をダイオード（４
Ｉｌｌで保護するようにしである。

その後、時刻Ｔ３において、日射量がＮ１より小さな第
２設定値Ｎ２以下となり、太陽電池（２８）の出力でポ
ンプ（財）の運転を賄うことができなくなると、補助リ
レー６ｚの励磁が解かれる。このとき、リレー接点（５
２１）が開放し、リレー接点（５２２）が常閉側に入る
ため、ポンプ（２徂マ再び低電圧化された商用電源で運
転される。さらに、時刻Ｔ４において、高温側センサＩ
３つと低温側センサ０６）の差温が一定値以下となり、
ポンプ制御回路（４７）が制御リレー６４）の励磁を解
くと、リレー接点（５４１）が開放し、ポンプ（財）が
運転を停止するため、集熱運転が終了する。このような
集熱運転により貯湯タンク（１）に貯湯された温水は随
時、給湯管（９）の端末の給湯カランＱ５から出湯され
る。また、出湯が行なわれると、その分だけ給水管（８
）から貯湯タンク（１）に新たな水が給水される。

冬期の夜間など、放射冷却が起き、高温側センサ０！５
１の検出温度が凍結危険温度以下に下がった場合、ポン
プ制御回路（４？）は凍結防止サーモ回路（５６）の出
力で制御リレー５優を励磁させ、ポンプ（２４を運転さ
せる。そして、集熱時と同じ経路で循環路（１６）に水
が流れ、集熱器（２）や循環路α６）での水の凍結が防
止される。もちろん、この場合、ポンプ（２（イ）の電
源は低電圧化された商用電源が使用される。

また、外気温が低く、給水管（８）や給湯管（９）の水
が凍結する虞れのある場合、凍結防止ノサーモスタット
（３ηは面積の大きな外装ケース（３１を介して外気温
の低下を感知し、閉となる。そして、三方切換弁（２３
Ｉは凍結防止サーモスタ・、トＣ３７）を介して通電さ
れ、第２弁口（Ｂ）および第３弁口（０間を連通させる
。このとき、日射があり、差温サーモ回路ｌ５５）が出
力を発しているものとすれば、ポンプ（２滲が太陽電池
（至）または商用電源を利用して既に運転を行なってい
る。このため、給水管（８）→連結管（２５１→三方切
換弁（ハ）の第２弁口（Ｂ）および第３弁口（Ｑ間→ポ
ンプ（２４Ｊ→集熱器（２）→戻り管（２り→循環戻り
口Ｃυ→給湯口０２）→給湯管（９）→第２逆止弁□□
□を有する連結管（イ）→給水管（８）の循環が起こり
、給水管（８）や給湯管（９）での水の凍結が防止され
る。そして、貯湯タンク（１）上部の温水が凍結防止サ
ーモスタッＨ７）の取付は部を流れることにより、凍結
防止サーモスタッ）Ｃ３７）が開となり、三方切換弁（
２３）は第１弁口（Ｎおよび第２弁口（Ｂ）間を連通さ
せる。これに対し、日射がないときに凍結防止サーモス
タ・ソト（３７）が閉になったとすれば、凍結防止サー
モ回路（５ｅが出力を発し、この出力でポンプ（５４）
が運転されることにより上述した循環が起き、凍結が防
止される。

なお、上述した集熱運転や凍結防止運転が行なわれてい
る場合でも給湯は随時材なうことができる。また、凍結
防止運転時に第１逆止弁（１４１や、その近傍の配管に
水が流れなくなるが、これらは断熱された外装ケース（
３９内に収容され、かつ、凍結危険時に発熱する三方切
換弁（２３）やポンプ（２滲の熱を受けるので、凍結の
心配がない。

本実施例によれば、日射量が小さく、かつ差温サーモ回
路５つが出力を発して集熱が可能なときや、日射がなく
、かつ凍結防止サーモ回路（５６）が出力を発して集熱
器（２）の水が凍結しそうなとき、ポンプに商用電源Ｏ
０を供給し、集熱運転や凍結防止運転が行なわれるよう
にしたので、集熱時間が長（なり、集熱量を増大させる
ことができるとともに、集熱器（２）や循環路Ｏｅでの
水の凍結を確実に防止することができる。しかも、日射
量の大きな日中は日射量検出回路（５０）の出力でポン
プＩ２４）に太陽電池（２８）の出力が供給されるので
、経済的な集熱運転を行なわせることができる。さらに
また、商用電源（至）から太陽電池（（ト）への切換時
の日射−ＪｉｔＮｌを太陽電池（２印から商用電源（至
）への切換時の日射量Ｎ２より大きく設定したので、商
用電源（至）から太陽電池例への切換えを滑らかに行な
いつつ、太陽電池（２８）の利用時間を極力長くするこ
とができる。

（ト）発明の効果 この発明は以上のように構成されているので、日射が少
なく、かつ集熱が可能なときや、日射がない夜間のよう
に、放射冷却で集熱器の水が凍結しそうなときには商用
電源を利用してポンプを運転させ、貯湯タンクと集熱器
との間で循環が行なわれるようにでき、集熱時間を長く
し、集熱量を増大させることができるとともに、集熱器
での水の凍結を確実に防止することができる。しかも、
日射量の大きな日中は太陽電池の出力をポンプに供給し
、経済的な集熱運転を行なわせることができる。

【図面の簡単な説明】

図は何れもこの発明の一実施例に関するもので、第１図
は太陽熱集熱装置の系統図、第２図は同じく設置状態を
示す説明図、第３図は貯湯タンク近傍の配管状態を示す
断面図、第４図は制御装置の電気回路図、第５図は第４
図のポンプ制御回路のブロック図、第６図は制御装置の
動作説明図である。 （１）・・・貯湯タンク、　（２）・・・集熱器、　（
＋６１・・・循環路、（２４）・・・ポンプ、　（例・
・・太陽電池、　（至）・・・商用電源、（４η・・・
ポンプ制御回路、　６〔・・・日射量検出回路、５団・
・・差温サーモ回路、　（イ）・・・凍結防止サーモ回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）貯湯タンクと、この貯湯タンクに近接して配設し
   た集熱器とをポンプを有する循環路で連結した太陽熱集
   熱装置の制御装置において、太陽電池と、商用電源と、
   日射量検出回路と、集熱器側の水温と貯湯タンク側の水
   温との差温を検出し、差温が一定値以上のときに出力を
   発する差温サーモ回路と、集熱器側の水温が設定温度以
   下のときに出力を発する凍結防止サーモ回路とを有し、
   日射量が所定値より小さいとき、差温サーモ回路および
   凍結防止サーモ回路のオア出力でポンプに商用電源を供
   給し、日射量が所定値以上のとき、日射量検出回路の出
   力でポンプに太陽電池出力を供給することを特徴とした
   太陽熱集熱装置の制御装置。