JP2023086633A - Solar heat supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽熱供給システムに関するものであり、更に詳しくは、バックアップ熱源となるヒートポンプ式給湯器を備えた太陽熱供給システムに関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solar heat supply system, and more particularly to a solar heat supply system having a heat pump water heater as a backup heat source.
従来の太陽温水器は主として風呂用の給湯として利用されてきたが、晴天時には給湯負荷のほとんどをまかなうことができるとはいえ、雨の日や冬には所望とする熱量を得ることができないという問題があった。このために晴れた日には太陽熱温水器から、雨の日にはガス給湯器もしくはヒートポンプ式給湯器（エコキュート）からお湯が浴槽に供給されるように給湯配管を手動で切り替えるハイブリッドシステムもある。このシステムでは雨天の日には太陽熱温水器からぬるいお湯を出した上でガス給湯器などで追い焚きすることもできる。しかしこの方法は、多少、手間がかかるという問題点があった。 Conventional solar water heaters have been mainly used to supply hot water for baths, but although they can cover most of the hot water supply load on sunny days, they cannot provide the desired amount of heat on rainy days or in winter. I had a problem. For this reason, there is also a hybrid system that manually switches the hot water supply pipe so that hot water is supplied to the bathtub from the solar water heater on sunny days and from the gas water heater or heat pump type water heater (EcoCute) on rainy days. With this system, on rainy days, you can use the solar water heater to supply lukewarm water and reheat it with a gas water heater. However, this method has the problem that it takes some time and effort.
この問題点を解消するために提案された特許文献１に示す太陽熱給湯システムは、太陽熱温水器をヒートポンプでバックアップするハイブリッド給湯器である。このシステムでは、太陽熱を太陽熱集熱器で集め、お湯が足りないときにはヒートポンプユニットで大気から空気熱を集熱する。不凍液は使用せず、水を太陽熱集熱器に通して、温められた４５℃以上の温水を静かに貯湯槽の上部に層状に蓄え、温度の低い貯湯槽下部の水層と混合しないようにして上部から出湯することで、適温のお湯を供給できるわけであるが、熱量の需要量に対して太陽熱が不足する分だけを自動でヒートポンプバックアップ熱源から供給できないために、必要以上に熱いお湯を作りすぎることもあるという問題点があった。温度センサーの数が少ないと、センサーの位置までお湯ができたかどうかというお湯の体積だけで制御して、熱量を計算していないために、必要以上の熱量を蓄えることがある。 The solar hot water supply system shown in
本発明は上記従来の課題を解決するもので、バックアップ熱源となるヒートポンプ式給湯器を備えた太陽熱供給システムの省エネ効果をさらに向上させるものである。消費者が必要とするだけの温水を貯湯槽に準備するように制御される。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and further improves the energy-saving effect of a solar heat supply system equipped with a heat pump water heater as a backup heat source. It is controlled to prepare hot water in the hot water tank as much as the consumer needs.
上記課題を解決するため、本発明の太陽熱供給システムは、水を熱媒とする太陽熱集熱器と、前記太陽熱集熱器で得られる温水を蓄える貯湯槽を備え、前記貯湯槽の上部からお湯が層状に溜まって行く太陽熱供給システムにおいて、前記貯湯槽内の設定した高さの湯温を測定する多数個の温度センサーと、前記温度センサーから得られた多くの湯温データを無線で送信する送信機と、前記湯温データから貯湯槽に蓄えられた温水の総蓄熱量を計算する計算手段と、前記貯湯槽内の湯量及び熱量が入浴や床暖房の使用に必要な数値に達していない時には自動的に起動されるか、または手動で不足分を補う給湯器とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the solar heat supply system of the present invention includes a solar heat collector using water as a heat medium, and a hot water storage tank for storing hot water obtained by the solar heat collector. In a solar heat supply system in which hot water accumulates in layers, a large number of temperature sensors for measuring the hot water temperature at a set height in the hot water storage tank and a large amount of hot water temperature data obtained from the temperature sensors are transmitted wirelessly. A transmitter, a calculation means for calculating the total amount of heat stored in the hot water stored in the hot water storage tank from the hot water temperature data, and the hot water amount and the heat amount in the hot water storage tank do not reach the numerical values necessary for bathing and floor heating. and a water heater that is sometimes automatically activated or manually supplements the shortfall.
また、本発明の太陽熱供給システムにあっては、前記多数個の温度センサーと、前記多数個の温度センサーから得られた湯温データを無線で通信する送信機をまとめて一体化したセンサープローブは、貯湯槽の上面から鉛直下向きに差し込むことが望ましい。
また、本発明の太陽熱供給システムにあっては、前記貯湯槽は、前記太陽熱集熱器と一体に形成されており、屋根に設置されることが望ましい。Further, in the solar heat supply system of the present invention, the sensor probe is integrated with the plurality of temperature sensors and a transmitter for wirelessly communicating hot water temperature data obtained from the plurality of temperature sensors. , It is desirable to insert vertically downward from the upper surface of the hot water storage tank.
Moreover, in the solar heat supply system of the present invention, it is preferable that the hot water storage tank is formed integrally with the solar heat collector and installed on the roof.
本発明の太陽熱供給システムは、水を熱媒とする太陽熱集熱器と、前記太陽熱集熱器で得られる温水を蓄える貯湯槽を備え、前記貯湯槽の上部からお湯が層状に溜まって行く太陽熱供給システムにおいて、前記貯湯槽内の設定した高さの湯温を測定する複数個の温度センサーと、前記温度センサーから得られた多くの湯温データから貯湯槽に蓄えられた温水の総蓄熱量を計算する計算手段と、前記貯湯槽内の湯量及び熱量が入浴や床暖房の使用に必要な数値に達していない時には自動的に起動されるか、または手動で不足分を補う給湯器とを備えたことを特徴とするものであるから、貯湯槽に蓄えられた湯量と熱量をモニタリングでき、熱需要に応じて熱供給ができるという効果がある。 The solar heat supply system of the present invention comprises a solar heat collector using water as a heat medium, and a hot water storage tank for storing hot water obtained by the solar heat collector, and hot water accumulates in layers from the top of the hot water storage tank. In the supply system, a plurality of temperature sensors for measuring the hot water temperature at a set height in the hot water storage tank, and the total amount of heat stored in the hot water stored in the hot water storage tank from a large amount of hot water temperature data obtained from the temperature sensors. and a water heater that is automatically activated when the amount of hot water and the amount of heat in the hot water storage tank do not reach the values necessary for bathing or using floor heating, or manually compensates for the shortage. Since it is characterized by having the hot water storage tank, it is possible to monitor the amount of hot water and the amount of heat stored in the hot water storage tank, and there is an effect that heat can be supplied according to the heat demand.
バックアップ熱源のヒートポンプ給湯機（「関西電力」の登録商標でエコキュート）は、太陽熱温水器のついていない単体で用いられる時には、深夜電力時間帯に高温で沸き上げて、湯切れが起こらないように大量に貯湯する「高温沸き上げ・大量貯湯」制御が一般的であった。しかし高温で沸き上げると、ヒートポンプのエネルギー消費効率（ＣＯＰ、成績係数）が低くなるという欠点がある。深夜電力は安価であり、例えば朝の洗顔のお湯を準備するには好都合である。しかし、夜のお風呂のお湯は、深夜電力で沸き上げると利用するまでの時間が長いので貯湯槽からの放熱ロスという無駄も多くなる欠点もある。本発明の太陽熱供給システムでは、太陽熱の集熱が終わる夕方からお風呂に入るまでの時間帯に、必要とされる熱量が得られるまで昼間電力でヒートポンプを動かし、低温沸き上げを行うため、ＣＯＰを高めることができる。お湯を利用するまでの時間も短くなり放熱ロスが少なくなる。本発明の太陽熱供給システムは、多数の温度センサーでモニタリングすることで適量だけを貯湯することができ、全体のエネルギー効率を上げることができるという効果がある。太陽熱集熱器のついていないエコキュート単体であっても、本発明のセンサーの数を増やした貯湯槽を使えば「低温沸き上げ・適量貯湯」制御が可能になるという点で省エネ効果がある。 The heat pump water heater (registered trademark of Kansai Electric Power Co., Ltd.) as a backup heat source, when used alone without a solar water heater, boils water at a high temperature during late-night power hours, and a large amount of water is supplied to prevent running out of hot water. "High-temperature boiling and large-volume hot water storage" control, in which hot water is stored in water, was common. However, boiling at a high temperature has the drawback of lowering the energy consumption efficiency (COP, coefficient of performance) of the heat pump. Late-night electricity is inexpensive and convenient for preparing hot water for washing your face in the morning, for example. However, since it takes a long time to use the hot water in the bath when it is boiled by late-night electric power, there is also the drawback that there is a lot of waste in the form of heat loss from the hot water storage tank. In the solar heat supply system of the present invention, the heat pump is operated with daytime electricity until the required amount of heat is obtained from the evening when the collection of solar heat is finished until the time when the user takes a bath. can increase The time it takes to use hot water is also shortened, and heat loss is reduced. The solar heat supply system of the present invention has the effect of being able to store only an appropriate amount of hot water by monitoring with a large number of temperature sensors, thereby improving the overall energy efficiency. Even with a single EcoCute unit without a solar heat collector, if a hot water storage tank with an increased number of sensors of the present invention is used, it is possible to control "low temperature boiling and appropriate amount of hot water storage", which is effective in saving energy.
又、請求項２のように、前記温度センサーと前記計算手段と、前記計算手段から得られた温度データを無線で通信する多数の感温部となる検出素子（熱電対、サーミスタ、測温抵抗体などがありうる）を有する温度センサープローブは、シース型といわれる無機絶縁ケーブルであって、ステンレスなどのケースの中に等間隔に検出素子が並び、酸化マグネシウムで固く充填されたものとなっている。そのシース型の温度センサーが貯湯槽の上面から鉛直方向下向きに差し込まれている構造をしている。この構造によって、多数の検出素子で温度と湯量が感知されて熱量計算が可能になると同時に、センサーを差し込む穴も一つで済むために放熱ロスが削減される。蓄熱性能が上がれば、当日雨天であっても前日晴天であれば残存する太陽熱を使えるというように、省エネ性能が高まるという効果がある。Further, as in
又、請求項３のように、前記貯湯槽は、前記太陽熱集熱器と一体に形成されており、屋根に設置されるものは、システムが簡易であり、貯湯槽に蓄えられた湯量と熱量をスマートフォンなどで簡単にモニタリングでき、熱需要に満たない時には不足分だけをバックアップ熱源で補えるという効果がある。 In addition, as in
以下、本発明を実施の形態の一例を図１乃至図４に基づいて詳述すると、本発明の太陽熱供給システム１は、水を熱媒とする太陽熱集熱器２と、前記太陽熱集熱器２で得られる温水を蓄える貯湯槽３を備え、前記貯湯槽３の上部からお湯が層状に溜まって行く太陽熱供給システム１において、前記貯湯槽３内の設定した高さの湯温を測定する複数個の温度センサープローブ４と、前記温度センサープローブ４から得られた多くの湯温データから貯湯槽３に蓄えられた温水の総蓄熱量を計算する計算手段５と、前記貯湯槽３内の湯量及び熱量が入浴や床暖房の使用に必要な数値に達していない時には自動的に起動されて不足分を補う給湯器６とを備えている。給湯器６はヒートポンプ式給湯器を一般に用いるが、ガス給湯器を用いても構わない。 1 to 4, a solar
太陽熱集熱器２は、長方形で、太陽光を透過するガラス面と、ケースと、ケース内に設置される集熱板と中に水を流す熱媒管からなる。熱媒管は、ジグザグに蛇行した一本の管である。エナテックス社製の太陽熱集熱器を使用してよい。（特開２０１８－１７９４６２号公報） The
貯湯槽３は、エコキュートを製造している各社が市場に出している円筒状のステンレス製のタンクと外見は似ているが、温度センサーを取り付ける位置が異なる。通常、貯湯槽は側面からサーミスタの温度センサーを差し込む穴が３ヶ所から６ヶ所ほど開いている。これは貯湯槽の上部、中間部、下部に蓄えられた水の温度を測定するためである。熱いお湯は密度が小さく、上部から貯まって行くため、例えば中間部のセンサーが熱い温度を検知したらその高さから上にはお湯が貯まったと判断され、ヒートポンプの湯沸かし終了などの制御がなされる。しかし本発明の貯湯槽３に備え付けられた温度センサープローブ４は、自然まかせの太陽熱による温水の温度を測定する。晴れた日には高温となり、雨の日には低温になる。太陽熱集熱器２は、ヒートポンプより受け身的、パッシブな装置であり、４５℃以上のお湯を集めるよう制御しても、温度ばらつきが生じる。本発明では、この温度分布を測定するために、従来よりもはるかに多いセンサーを入れる。しかし、そのために側面から穴を開けると放熱のため蓄熱ロスが生じる。このため、感温部となる多数の検出素子１８が内部に等間隔に並んだ温度センサープローブ４を貯湯槽３の上面から差し込むための穴が貯湯槽３の上面に一カ所だけある。そしてその穴は、ネジ式で、ネジ式の温度センサープローブ４の取手を閉めると温度センサーのシース１３といわれる金属部分全体が貯湯槽３内部に差し込まれ、フタをする。このフタには温度データの送信機（トランスミッター）１４が内蔵されており、デジタル化した温度データを無線で送信できるコンピュータチップ２７が入っている。多数の検出素子１８で温度分布を測定する目的は、後述するように蓄熱量をデジタル化して計算するためである。 The hot
従来のヒートポンプ式給湯器では、最大６個程度の複数の温度センサーが貯湯槽の側面から穴を開けて差し込まれている構造のために、センサー用の穴からの放熱による蓄熱ロスがあった。貯湯槽の断熱材として発泡スチロールやポリウレタンが使われているが、本発明のようにセンサープローブ４を上部から差し込む構造にすれば、穴を開けずに済むために貯湯槽の側面を真空技術を使用した構造にして蓄熱性能を向上させることも可能になるだろう。 Conventional heat pump water heaters have a structure in which multiple temperature sensors, up to about six, are inserted through holes drilled from the side of the hot water storage tank. Styrofoam and polyurethane are used as the heat insulating material for the hot water storage tank, but if the
給湯器６は、ヒートポンプを製造している各社のヒートポンプ式給湯器をそのまま使用してよい。 As the
温度センサープローブ４は、ステンレスなどでできたシース１３の内部に約２ｃｍ～約１０ｃｍの間隔を空けて等間隔に、１０から６０個の感温部となる検出素子１８が内部に等間隔で設置されたものである。検出素子１８の個数は、多ければ多いほど精密に熱量を計算できる。検出素子１８には、熱電対、サーミスタ、測温抵抗体などを使用できる。シース１３と熱電対素線１９の間を粉末状の酸化マグネシウムなどの無機物２０で硬く充填し、絶縁を保つと同時に内部を気密状態にして、高い耐久性を持たせる。The
シース型の温度センサープローブ４でなく、多数個の検出素子１８をワイヤーに繋いでアンカーで沈めるという構造でも、感温部となる検出素子の高さを変えることで温度分布を測定することができる。 Instead of the sheath-type
温度センサープローブ４が多数の検出素子１８を内蔵するにもかかわらず一本の形状をしているのには次のようなメリットがある。温度センサープローブ４が故障した際、温度センサープローブ４を引き抜いて作業することができるし、新しい温度センサープローブ４を交換する際には手間がかからない。このような形状にすることで、貯湯槽３から漏れる熱量を最小限に抑えることができる。検出素子から得られた電流の微妙な変化は検出素子１８から伸びる導線１９を通って温度センサープローブ４の上部の取手部分の送信機１４に内蔵されたコンピュータチップ２７で温度データに変換され、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈや５Ｇのような無線により台所などに設置されたリモコンに送信される。そしてリモコン内部のコンピュータでそのときに貯湯槽３に蓄えられた総熱量が計算される仕組みになっている。こうして貯湯槽３に蓄えられた総熱量がモニタリングされる。 Although the
詳しく説明すると、各家庭での熱の消費形態は家族構成やライフスタイルに応じて多種多様である。そのために、本発明の太陽熱供給システムでは、消費者は自分の必要とするお湯の温度（あつい・ふつう・ぬるい）と体積（単位はＬ）と使用する時刻という各自の温水の消費パターン（洗顔、シャワー、入浴などが想定される）を台所などに備え付けられたリモコンに前もって自分で入力する。この熱需要に応じた熱量・体積のお湯を貯湯槽に用意するために、多数個の温度センサーで貯湯槽に蓄えられた太陽熱の熱量と湯量のデータを取ってデジタル化し、リモコンのコンピュータに送信してモニタリングする。毎日の天候によって変動する太陽熱と、放熱で失われてしまうために刻々と変化する貯湯槽の中のお湯の蓄熱量を、得られた多数のデータから計算する。変動する蓄熱量をモニタリングして可視化することで、太陽熱が需要に対して不足した日には不足分をヒートポンプで沸き上げるよう制御でき、各々の消費者の需要を満たすお湯を毎日作ることが可能になる。 To explain in detail, there are various types of heat consumption patterns in each home, depending on the family structure and lifestyle. For this reason, in the solar heat supply system of the present invention, each consumer has their own hot water consumption pattern (face washing, Showering, bathing, etc.) are entered by oneself in advance into a remote controller installed in a kitchen or the like. In order to prepare hot water in the hot water storage tank with the amount of heat and volume according to this heat demand, the data on the amount of solar heat and the amount of hot water stored in the hot water storage tank is digitized by multiple temperature sensors and sent to the computer of the remote controller. and monitor. Solar heat, which fluctuates according to the weather every day, and the amount of heat stored in the hot water tank, which changes every moment due to heat loss due to heat dissipation, are calculated from a large amount of data obtained. By monitoring and visualizing the fluctuating amount of stored heat, it is possible to control the heat pump to make up for the shortage of solar heat on days when it is insufficient, making it possible to produce hot water that meets the demand of each consumer every day. become.
計算手段５は、次のようになっている。太陽熱集熱器２を通って得られた温水は、貯湯槽３に上部から層状に蓄えられていく。高温の水は貯湯槽３のより上部に、より低温の水はより下部に蓄えられている。鉛直方向に伸びるセンサープローブ４に内蔵された多数の温度センサーの検出素子１８で貯湯槽３に蓄えられた温水のいろんな高さの温度を計測すると、ある時刻における温度ばらつきのデータが出揃う。貯湯槽３の水を、図５のように温度センサーの検出素子１８の数に分かれた仮想的な水柱の集合と考える。検出素子１８は各水柱の真ん中の高さの位置にあり、各検出素子１８の示す温度は各水柱の平均温度の近似値となる。図５では例として上から６２℃、５５℃、４５℃としている。図５では貯湯槽３の底の水柱の平均温度の近似値は１５℃としているが、これはその日の水道管からの給水温度とほぼ同じである。検出素子１８は等間隔に並んでいるので、各水柱の体積は同じになる。図５では例として１０Ｌとしている。すると各水柱の蓄えた熱量は次の計算式で表現できる。
（各水柱の蓄えた熱量）＝（水の比熱）×（仮想的な各水柱の質量）×（水温－その日の給水温度）
各水柱のその時刻における蓄えた熱量は上式で得られるため、総熱量は各水柱の蓄えた熱量の総和になる。リモコンのコンピュータにはこのような計算を行うプログラムを入れておく。この蓄熱量のモニタリングの時間の間隔は、必要に応じて設定される。１分間隔、１５分間隔、３０分間隔、１時間間隔などがありうる。The calculation means 5 is as follows. Hot water obtained through the
(The amount of heat stored in each water column) = (Specific heat of water) x (Mass of each virtual water column) x (Water temperature - Water supply temperature on that day)
Since the amount of heat stored in each water column at that time is obtained by the above formula, the total amount of heat is the sum of the amounts of heat stored in each water column. A program that performs such calculations is installed in the computer of the remote controller. The time interval for monitoring the heat storage amount is set as required. There can be 1 minute intervals, 15 minute intervals, 30 minute intervals, 1 hour intervals, and the like.
この計算はインターネット上で行うと便利である。インターネット上で行えば、データや計算された蓄熱量をパソコン上で見ることもできる。ある日のお湯は太陽熱で１００％まかなわれたとか、ある日のお湯は太陽熱が７０％と残りヒートポンプで３０％でまかなわれた、というようなデータを分析して得られた情報もパソコンの画面上ならたやすく表示できる。ＩｏＴ技術でパソコンを用いてこの太陽熱供給システムを遠隔から制御したり、気象予測から翌日の太陽熱蓄熱量を予測するような応用も考えられる。 It is convenient to perform this calculation on the Internet. If you do it on the Internet, you can also see the data and the calculated heat storage amount on your computer. Information obtained by analyzing data, such as 100% of hot water on one day was supplied by solar heat, or 70% of hot water was supplied by solar heat and the remaining 30% by heat pump, is also displayed on the computer screen. You can easily see it above. Applications such as remote control of this solar heat supply system using a personal computer using IoT technology and prediction of the next day's solar heat storage amount from weather forecasts are also conceivable.
各温度センサーの示す温度は各水柱の平均温度と仮定すると誤差が生じるリスクが大きいときには、各温度センサーの示す温度が各水柱の最低温度と仮定すれば計算された蓄熱量が真の蓄熱量の値よりも下回ることはない。If the temperature indicated by each temperature sensor is assumed to be the average temperature of each water column, when there is a large risk of error, if the temperature indicated by each temperature sensor is assumed to be the lowest temperature of each water column, the calculated heat storage amount will be the true heat storage amount. not lower than the value.
単位についてであるが、熱量の単位はｋＪ（キロジュール）が使用されるのが普通である。しかし、この蓄熱槽が家庭で用いられる場合、太陽光の余剰電力を蓄電池に電気エネルギーとして蓄えるだけではなく、ヒートポンプを利用して熱エネルギーの形態で蓄熱槽に蓄えておくことも考えられる。そのため、太陽光発電や蓄電池でよく用いられるｋＷｈ（キロワットアワー）を熱量にも用いると、電力と熱のセクターカップリングの観点からは都合がいいと考えられる。ｋＷｈに単位を統一すると、太陽光パネルで発電したうち、何割を蓄電池に、何割を蓄熱槽に蓄えた、というように理解できる。家庭のエネルギーマネジメントを電力と熱を合わせて総合的に考えることができ、利便性が向上すると考えられる。ネットゼロエネルギーハウス、ＺＥＨをはじめとするエコハウスをデザインするときに便利だろう。１ｋＷｈ＝３６００ｋＪである。Regarding the unit, kJ (kilojoule) is usually used as the unit of heat quantity. However, when this heat storage tank is used at home, it is conceivable not only to store the surplus power of sunlight in the storage battery as electric energy, but also to store it in the heat storage tank in the form of thermal energy using a heat pump. Therefore, if kWh (kilowatt hour), which is often used in photovoltaic power generation and storage batteries, is also used for the amount of heat, it is considered convenient from the viewpoint of sector coupling between electric power and heat. If the unit is unified to kWh, it can be understood that of the power generated by the solar panel, what percentage is stored in the storage battery and what percentage is stored in the heat storage tank. It is thought that home energy management can be comprehensively considered by combining electric power and heat, and convenience will be improved. It will be useful when designing eco-houses such as net zero energy houses and ZEH. 1kWh=3600kJ.
図１は本発明の実施例のシステム構成図である。図２において２の太陽熱集熱器に日光が当たって太陽熱集熱器２の温度センサー７が４５℃以上になると集熱が開始されるように制御されており、９の集熱循環ポンプが動いて太陽熱の集熱が開始される。太陽熱集熱器２への送水管を通っていく水は貯湯槽３の底部から水が吐出され、その日の水道水の温度となっている。集熱器２からの温水戻り管を通ってくる水は、貯湯槽３の上部から戻ってくるが、この温水の温度は天候の状況によってばらつきが生じる。例えば真夏には７０℃にも達することもある。水は高温であるほど膨張して同質量での体積が大きくなるため、比重が軽くなる。このため、より高温の水は貯湯槽３のより上部に層状に溜まっていく。太陽熱集熱器の温度センサー７が４５℃以下になると集熱ポンプ９は停止する。このシステムでは、太陽熱集熱器２と給湯器６が貯湯槽３に対して並列につながっている。雨天時など、太陽熱集熱器２の水温が４５℃に満たない時には、給湯器６への循環ポンプ１０が作動して給湯器６が自動的に稼働して需要量に応じた温水を貯湯槽３の上部に作る。太陽熱ではまかなえない日にはどの程度給湯器６を動かせばいいのかは、貯湯槽３の中のお湯の量、すなわちお湯の体積と計算手段５で計算された蓄熱量で決まる。変動する蓄熱量のモニタリングによって再生可能エネルギーである太陽熱を効率よく利用することができる。FIG. 1 is a system configuration diagram of an embodiment of the present invention. In FIG. 2, when sunlight hits the
計算手段５で得られた総熱量が、温水の消費者が必要とする温水の熱量を超える量である時は、太陽熱で需要が完全にまかなわれたことになる。もし総熱量が消費者の必要とする熱量よりも少ない時は、バックアップ熱源の給湯器６でその不足分を、消費者がお湯を必要とする時刻までにあらかじめ自動的に用意されておかなければならない。この多少複雑な条件分けは、台所などのリモコンに内蔵されるマイコン（マイクロコントローラー）のコンピュータにプログラミングしておく必要がある。それに加えてこのマイコンは、例えば「毎日１８０Ｌで４３℃のお風呂を沸かす習慣があって、夜８時に利用する」というような消費者の消費パターンも、消費者本人がインプットできる仕様も備えている。インプットされた消費パターンとは別に、にわかに温水が必要になった際は、手動で給湯器６を動かせるような機能も備える。給湯器６で作られたお湯も、太陽熱と合わせて蓄熱量の計算とモニタリングがなされ、消費者が必要とする熱量にまで達したらヒートポンプの湯沸かし終了という制御がなされる仕組みである。When the total amount of heat obtained by the calculation means 5 exceeds the amount of hot water required by the hot water consumer, it means that the demand is completely covered by solar heat. If the total amount of heat is less than the amount of heat required by the consumer, the shortage must be automatically prepared in advance by the
この発明は、集熱板と一体化した貯湯槽を屋根の上に乗せる型式の図６のような太陽熱温水器３３にも適用できる。屋根の上の太陽熱温水器の貯湯槽３８の中に温度センサープローブ３７を取り付け、太陽の熱による太陽熱温水器の集熱板３５の内部の水の対流を用いて自然循環式で集められた太陽熱を遠隔からモニタリングすることが同様に可能である。太陽熱が集熱できない時のバックアップの熱源にはヒートポンプやガス給湯器などを用いる。 The present invention can also be applied to a solar water heater 33 as shown in FIG. A
本発明の、バックアップ熱源となる給湯器６を備えた太陽熱供給システム１は、主に無料の太陽熱と空気熱を使用するため使用者にとっては光熱費が安くなる効果がある。太陽熱と空気熱は再生可能エネルギーだから、太陽熱供給システム１は脱炭素技術であり、家庭部門における温室効果ガスの排出量をガス給湯器だけを使った場合に比べて大幅に削減でき、温暖化防止に役立つという効果がある。ガスの供給が突然途絶えてしまう災害時のような緊急事態でも、太陽熱を集熱し、シャワーなどに使用できるという効果がある。 The solar
１…太陽熱供給システム
２…太陽熱集熱器
３…貯湯槽
４…シース型温度センサープローブ
６…給湯器
７…太陽熱集熱器の温度センサー
８…集熱温度センサーから集熱循環ポンプへの信号導線
９…太陽熱温水器への循環ポンプ
１０…ヒートポンプへの循環ポンプ
１１…空気抜き弁
１２…出湯弁
１３…シース（温度センサーのケース）
１４…送信機（トランスミッター）
１５…ヒートポンプ供給管
１６…ヒートポンプ排出管
１７…整流板
１８…温度センサーの検出素子（熱電対、サーミスタもしくは測温抵抗体）
１９…検出素子から伸びる導線
２０…酸化マグネシウム粉末の充填剤
２１…ターミナル
２２…パッキング
２３…パッキング押さえ
２４…フランジ部
２５…送信機容器
２６…メイン基板
２７…チップ
２８…コネクタ
２９…乾電池ケース
３０…乾電池
３１…フタ部材
３２…留めネジ
３３…太陽熱温水器
３４…太陽熱温水器の集熱板のケース
３５…太陽熱温水器の集熱板
３６…太陽熱温水器のタンク
３７…太陽熱温水器のセンサープローブ
３８…太陽熱温水器の貯湯槽
３９…太陽熱温水器の送信機
４０…ガス給湯器
４１…浴槽REFERENCE SIGNS
14 ... transmitter (transmitter)
REFERENCE SIGNS LIST 15: heat pump supply pipe 16: heat pump discharge pipe 17: rectifying plate 18: detection element of temperature sensor (thermocouple, thermistor or resistance temperature detector)
REFERENCE SIGNS
上記課題を解決するため、本発明の太陽熱供給システムは、水を熱媒とする太陽熱集熱器と、前記太陽熱集熱器で得られる温水を蓄える貯湯槽を備え、前記貯湯槽の上部からお湯が層状に溜まって行く太陽熱供給システムにおいて、前記貯湯槽内の設定した高さの湯温を測定する多数個の温度センサーと、前記温度センサーから得られた多くの湯温データを無線で送信する送信機と、前記湯温データから貯湯槽に蓄えられた温水の総蓄熱量を計算する計算手段と、前記貯湯槽内の湯量及び熱量が入浴や床暖房の使用に必要な数値に達していない時には自動的に起動されるか、または手動で不足分を補う給湯器とを備えた太陽熱供給システムであって、前記多数個の温度センサーと、前記多数個の温度センサーから得られた温度データを無線で通信する送信機を一つにまとめたセンサープローブは、貯湯槽上面から鉛直下向きに差し込まれ、ステンレスなどのケースの中に等間隔に検出素子が並び、無機物で固く充填されたいわゆるシース型の構造をしていることを特徴とすることを特徴とする。In order to solve the above problems, the solar heat supply system of the present invention includes a solar heat collector using water as a heat medium, and a hot water storage tank for storing hot water obtained by the solar heat collector. In a solar heat supply system in which hot water accumulates in layers, a large number of temperature sensors for measuring the hot water temperature at a set height in the hot water storage tank and a large amount of hot water temperature data obtained from the temperature sensors are transmitted wirelessly. A transmitter, a calculation means for calculating the total amount of heat stored in the hot water stored in the hot water storage tank from the hot water temperature data, and the hot water amount and the heat amount in the hot water storage tank do not reach the numerical values necessary for bathing and floor heating. a solar heating system with a water heater, sometimes automatically activated or manually backfilled, wherein said multiple temperature sensors and temperature data obtained from said multiple temperature sensors; The sensor probe, which integrates a transmitter that communicates wirelessly, is inserted vertically downward from the top of the hot water storage tank, and is a so-called sheath type in which detection elements are arranged at regular intervals inside a case made of stainless steel or the like, and is firmly filled with inorganic substances. It is characterized by having a structure of
本発明の太陽熱供給システムは、水を熱媒とする太陽熱集熱器と、前記太陽熱集熱器で得られる温水を蓄える貯湯槽を備え、前記貯湯槽の上部からお湯が層状に溜まって行く太陽熱供給システムにおいて、前記貯湯槽内の設定した高さの湯温を測定する複数個の温度センサーと、前記温度センサーから得られた多くの湯温データから貯湯槽に蓄えられた温水の総蓄熱量を計算する計算手段と、前記貯湯槽内の湯量及び熱量が入浴や床暖房の使用に必要な数値に達していない時には自動的に起動されるか、または手動で不足分を補う給湯器とを備えた太陽熱供給システムであって、前記多数個の温度センサーと、前記多数個の温度センサーから得られた温度データを無線で通信する送信機を一つにまとめたセンサープローブは、貯湯槽上面から鉛直下向きに差し込まれ、ステンレスなどのケースの中に等間隔に検出素子が並び、無機物で固く充填されたいわゆるシース型の構造をしていることを特徴とするものであるから、貯湯槽に蓄えられた湯量と熱量をモニタリングでき、熱需要に応じて熱供給ができるという効果がある。The solar heat supply system of the present invention comprises a solar heat collector using water as a heat medium, and a hot water storage tank for storing hot water obtained by the solar heat collector, and hot water accumulates in layers from the top of the hot water storage tank. In the supply system, a plurality of temperature sensors for measuring the hot water temperature at a set height in the hot water storage tank, and the total amount of heat stored in the hot water stored in the hot water storage tank from a large amount of hot water temperature data obtained from the temperature sensors. and a water heater that is automatically activated when the amount of hot water and the amount of heat in the hot water storage tank do not reach the values necessary for bathing or using floor heating, or manually compensates for the shortage. A solar heat supply system comprising a plurality of temperature sensors and a sensor probe that integrates a transmitter that wirelessly communicates temperature data obtained from the plurality of temperature sensors, is installed from the upper surface of the hot water storage tank It is characterized by a so-called sheath-type structure in which the detection elements are arranged at equal intervals in a case made of stainless steel or the like and filled with an inorganic substance. It has the effect of being able to monitor the amount of hot water and the amount of heat supplied, and to be able to supply heat according to the heat demand.
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