JP2000130862A - 太陽熱集熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 集熱効率の高い条件下で、貯湯タンク内のお
湯が利用されることなく、循環ポンプを作動し続けて
も、太陽熱集熱装置の各種構成部材の劣化を抑えること
が可能な太陽熱集熱装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 戻り配管１４の途中には、サーモワック
スタイプの切換弁２２が取り付けられており、この切換
弁２２とリザーブタンク１６がバイパス管２３によって
連結されている。バイパス管２３の一部は、水冷容器２
４内に収納され、この水冷容器２４には、その内部に水
を取り込むための給水口２４ａと、内部の水が一定温度
以上になると、弁が開いて排水する温調弁２４ｂが取り
付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽熱を利用して給湯
を行うことが可能な太陽熱集熱装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、太陽熱集熱器から離れたとこ
ろに密閉型の貯湯タンクを設置し、貯湯タンクに熱交換
器を内蔵させ、専用の熱媒体（例えばプロピレングリコ
ール等の不凍液）を循環ポンプで太陽熱集熱器に供給し
て加熱し、温められた熱媒体を熱交換器に流して貯湯タ
ンク内の水を間接的に加熱する太陽熱集熱装置は公知で
ある。

【０００３】このような太陽熱集熱装置を図３を用いて
説明すると、太陽熱集熱器１０と貯湯タンク１１とは、
互いに離間しているが、太陽熱集熱器１０の入口と、貯
湯タンク１１に内蔵された熱交換器１２の出口とは往き
配管１３によって連結され、また太陽熱集熱器１０の出
口と熱交換器１２の入口とは戻り配管１４によって連結
されている。また往き配管１３の途中には、循環ポンプ
１５とリザーブタンク１６が取り付けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、上記したよう
な太陽熱集熱装置では、太陽熱集熱器１０内の熱媒体の
温度が、貯湯タンク１１内の水温より一定温度（例えば
５℃）以上高くなると、循環ポンプ１５が作動し、熱交
換器１２から出た熱媒体が、往き配管１３からリザーブ
タンク１６に入り、さらにリザーブタンク１６から循環
ポンプ１５を経た後、往き配管１３を通って太陽熱集熱
器１０に流れ、太陽熱集熱器１０内で温められる。そし
て太陽熱集熱器１０で温められた熱媒体は、戻り配管１
４から熱交換器１２に流れ、貯湯タンク１１内の水を間
接的に加熱して熱交換器１２から出ていくという循環を
繰り返すようにしている。

【０００５】そして貯湯タンク１１の天井部に接続され
た出湯管１７を介して、一定量のお湯が外部に取り出さ
れると、同量の水が貯湯タンク１１の底部に接続された
給水管１８を介して貯湯タンク１１内に供給される。こ
の出湯管１７の途中には、逃し弁１９が取り付けられ、
また給水管１８の途中には、減圧逆止弁２０が取り付け
られている。また貯湯タンク１１の底部は、排水管２１
も接続されており、貯湯タンク１１の内部を掃除した
り、貯湯タンク１１を移設する際には、この排水管２１
からお湯を取り出すことができる。

【０００６】しかしながら集熱効率の高い条件下（例え
ば夏期の晴天日）で、貯湯タンク１１内のお湯が取り出
されることなく、熱媒体が循環し続けると、熱媒体や貯
湯タンク１１内のお湯の温度がどんどん上昇し、太陽熱
集熱装置の各種構成部材、具体的には、貯湯タンク１
１、往き配管１３、戻り配管１４、循環ポンプ１５及び
リザーブタンク１６が短期間で劣化しやすくなるという
問題がある。

【０００７】そのため通常は、貯湯タンク１１内の湯温
が一定温度（例えば８５℃）に達した時、循環ポンプ１
５を停止するようにしており、循環ポンプ１５を停止す
ると、貯湯タンク１１内の湯温は上昇せず、また往き配
管１３、戻り配管１４、循環ポンプ１５及びリザーブタ
ンク１６内の熱媒体の温度も上昇しないが、太陽熱集熱
器１０内に滞留する熱媒体の温度はどんどん上昇し、そ
の熱媒体が沸騰することによって劣化したり、蒸発残留
物が太陽熱集熱器１０内の配管に固着して集熱性能が大
幅に低下するという問題が発生する。

【０００８】特に真空ガラス管内に太陽熱吸収体が配設
された真空式太陽熱集熱器は、一般の平板式太陽熱集熱
器に比べて集熱性能に優れているため、太陽熱集熱器内
で熱媒体の沸騰が起こりやすい。

【０００９】本発明は、かかる事情に鑑みなされたもの
であり、集熱効率の高い条件下で、貯湯タンク内のお湯
が利用されることなく、循環ポンプを作動し続けても、
太陽熱集熱装置の各種構成部材の劣化を抑えることが可
能な太陽熱集熱装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽熱集熱装置
は、太陽熱集熱器と、熱交換器を内蔵する貯湯タンク
と、太陽熱集熱器の入口と熱交換器の出口を連結し、途
中に循環ポンプとリザーブタンクを取り付けられた往き
配管と、太陽熱集熱器の出口と熱交換器の入口を連結す
る戻り配管を備えてなる太陽熱集熱装置において、戻り
配管の途中に切換弁が取り付けられ、この切換弁とリザ
ーブタンクがバイパス管によって連結され、バイパス管
の途中には、バイパス管内を通過する熱媒体を冷却する
ための冷却機構が取り付けられてなることを特徴とす
る。

【００１１】

【作用】本発明の太陽熱集熱装置の熱媒体は、通常時に
は、循環ポンプが作動することによって往き配管内と戻
り配管内を循環するが、太陽熱集熱器によって熱媒体が
温められ、一定温度（例えば８０℃）まで上昇すると、
切換弁が、熱交換器に通じる戻り配管側からバイパス管
側に切り換わり、太陽熱集熱器から出た熱媒体は、戻り
配管の途中から切換弁、バイパス管を経てリザーブタン
ク内に入り、リザーブタンクから循環ポンプを経て太陽
熱集熱器に入るように循環する。そしてバイパス管内を
流れる熱媒体は、冷却機構によって冷却されるため温度
が低下する。また熱媒体が、貯湯タンク内に流れること
がないため、貯湯タンク内の湯温の上昇を防止すること
ができる。

【００１２】そのため本発明は、特に集熱効率に優れた
真空式太陽熱集熱器を利用する際に有効である。

【００１３】また本発明における冷却機構として、バイ
パス管の一部を収納し、内部に水を取り入れるための給
水口と、内部の水が一定温度以上になると、排水するた
めの温調弁を備えた水冷容器を使用すると、貯湯タンク
に接続される給水管から水を採れば良いため工事が容易
であり、しかも冷却能力が大きいため好ましい。

【００１４】このような水冷容器を使用すると、バイパ
ス管内を流れる熱媒体は水冷容器内の水によって間接的
に冷却されるが、逆に水冷容器内の水温は徐々に上昇
し、冷却作用が低下する。しかし水冷容器内の水温が一
定温度（例えば４０〜８０℃）以上になると温調弁が開
いて排水するため、給水口から新たな水が取り入れら
れ、再び冷却作用が向上する。

【００１５】尚、本発明において、バイパス管内の熱媒
体を水冷容器によって効率良く冷却するためには、水冷
容器内のバイパス管を屈曲させて、接水面積を大きくす
れば良い。

【００１６】また本発明においては、リザーブタンクと
して、内部が大小２つの部屋に仕切られ、これらの部屋
が底部付近でつながった構造のタンクを使用すると、熱
媒体の放熱が小さく、熱媒体の交換頻度が少なくなるた
め好ましい。このような構造のリザーブタンクを使用す
る場合には、往き配管を小さい部屋側に接続し、バイパ
ス管を大きい部屋側に接続すれば良い。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の太陽熱集熱装置を実施例に基
づいて詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明にかかる太陽熱集熱装置を
示す説明図であり、図２は、図１における水冷容器を示
す拡大断面図である。

【００１９】図中、太陽熱集熱器１０は、真空ガラス管
（外径φ１２６ｍｍ×全長２８３０ｍｍ）の中に、表面
を選択吸収膜処理した幅１１６ｍｍ、長さ２６２０ｍ
ｍ、厚み０．４ｍｍの鉄製集熱板と、この集熱板の中心
軸にプレスでかしめられた外径φ１５．８８ｍｍ、厚み
０．６ｍｍの銅製熱媒管をサポータで保持して収納した
形態を有する集熱管を１２本使用した真空式太陽熱集熱
器であり、その有効集熱面積は、３．６４ｍ² である。

【００２０】この太陽熱集熱器１０から離れたところに
は、熱交換器１２を内蔵した貯湯タンク１１が設置され
ており、太陽熱集熱器１０の入口と熱交換器１２の出口
とは往き配管１３によって連結され、また太陽熱集熱器
１０の出口と熱交換器１２の入口とは戻り配管１４によ
って連結されている。

【００２１】貯湯タンク１１は、ポリブデン樹脂やステ
ンレスから形成され、その天井部には１本の出湯管１７
が連結され、この出湯管１７から貯湯タンク１１のお湯
が取り出されて風呂等に給湯される。この出湯管１７の
途中には、設定圧力が０．９５ｋｇ／ｃｍ² の逃し弁１
９が取り付けられている。また貯湯タンク１１の底部に
は、給水管１８と排水管２１が連結され、貯湯タンク１
１から取り出されたお湯と同量の水が給水管１８を介し
て給水され、貯湯タンク１１内を掃除する際には、排水
管２１を介して排水される。また給水管１８の途中に
は、設定圧力が０．８０ｋｇ／ｃｍ² の減圧逆止弁２０
が取り付けられている。

【００２２】往き配管１３の途中には、循環ポンプ１５
とリザーブタンク１６が取り付けられている。循環ポン
プ１５は、リザーブタンク１６よりも太陽熱集熱器１０
側に位置しており、その出力は、１００Ｖ・１１５Ｗで
ある。またリザーブタンク１６の容量は約３０リットル
であり、ポリプロピレンから成形されている。

【００２３】戻り配管１４の途中には、サーモワックス
タイプの切換弁２２が取り付けられており、この切換弁
２２とリザーブタンク１６がバイパス管２３によって連
結されている。

【００２４】バイパス管２３の一部は、水冷容器２４内
に収納され、この水冷容器２４には、その内部に水を取
り込むための給水口２４ａと、内部の水が一定温度以上
になると、弁が開いて排水する温調弁２４ｂが取り付け
られている。給水口２４ａは、減圧逆止弁２０の２次側
の給水管１８の途中から水冷用給水管２５で連結されて
いる。

【００２５】このような太陽熱集熱装置において、循環
ポンプ１５を作動させると、熱交換器１２から出た熱媒
体は、往き配管１３からリザーブタンク１６に入り、さ
らにリザーブタンク１６から循環ポンプ１５を経た後、
往き配管１３を通って太陽熱集熱器１０に流れ、太陽熱
集熱器１０で加熱される。太陽熱集熱器１０で温められ
た熱媒体は、戻り配管１４から熱交換器１２に流れ、貯
湯タンク１１内の水を間接的に温めて熱交換器１２から
出ていく。

【００２６】このようなサイクルを繰り返すことによっ
て、熱媒体の温度が徐々に上昇するが、一定温度以上に
なると、戻り配管１４の途中に取り付けられた切換弁２
２が、熱交換器１２に通じる戻り配管１４側から、バイ
パス管２３側に切り換わり、太陽熱集熱器１０から出た
熱媒体は熱交換器１２に流れず、リザーブタンク１６に
流れ込み、往き配管１３と循環ポンプ１５を通して太陽
熱集熱器１０に循環する。そしてバイパス管２３を通過
する熱媒体は、内部に水を充満した水冷容器２４によっ
て冷却され、これによって温度が低下することになる。

【００２７】水冷容器２４内の水温は、バイパス管２３
内の熱媒体によって徐々に上昇するが、水温が一定温度
（例えば４０〜８０℃）以上になると、温調弁２４ｂか
ら排水され、それに代わって給水口２４ａから新たな水
が給水されるため、冷却作用が維持される。尚、給水口
２４ａには、連結具２６によって水冷用給水管２５が連
結されている。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明の太陽熱集熱装置
は、集熱効率の高い条件下で、貯湯タンク内のお湯が利
用されることなく、循環ポンプを作動し続けても、熱媒
体の温度が一定以上になると、貯湯タンク内に熱媒体が
流れることがなく、しかもバイパス管に取り付けられた
冷却機構によって熱媒体が冷却されるため、太陽熱集熱
装置の各種構成部材の劣化を抑えることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる太陽熱集熱装置を示す説明図で
ある。

【図２】図１における水冷容器を示す拡大断面図であ
る。

【図３】従来の太陽熱集熱装置を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 太陽熱集熱器 １１ 貯湯タンク １２ 熱交換器 １３ 往き配管 １４ 戻り配管 １５ 循環ポンプ １６ リザーブタンク ２２ 切換弁 ２３ バイパス管 ２４ 水冷容量 ２４ａ 給水口 ２４ｂ 温調弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽熱集熱器と、熱交換器を内蔵する貯
   湯タンクと、太陽熱集熱器の入口と熱交換器の出口を連
   結し、途中に循環ポンプとリザーブタンクが取り付けら
   れた往き配管と、太陽熱集熱器の出口と熱交換器の入口
   を連結する戻り配管を備えてなる太陽熱集熱装置におい
   て、戻り配管の途中に切換弁が取り付けられ、この切換
   弁とリザーブタンクがバイパス管によって連結され、バ
   イパス管の途中には、バイパス管内を通過する熱媒体を
   冷却するための冷却機構が取り付けられてなることを特
   徴とする太陽熱集熱装置。
2. 【請求項２】 冷却機構が、バイパス管の一部を収納
   し、内部に水を取り入れるための給水口と、内部の水が
   一定温度以上になると、排水するための温調弁を備えた
   水冷容器であることを特徴とする請求項１記載の太陽熱
   集熱装置。
3. 【請求項３】 太陽熱集熱器が、真空ガラス管の内部
   に、太陽熱吸収体を配設した真空式太陽熱集熱器である
   ことを特徴とする請求項１、２記載の太陽熱集熱装置