JPH03291462A - 太陽熱利用深夜電気温水器 - Google Patents

太陽熱利用深夜電気温水器

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JPH03291462A
JPH03291462A JP2091891A JP9189190A JPH03291462A JP H03291462 A JPH03291462 A JP H03291462A JP 2091891 A JP2091891 A JP 2091891A JP 9189190 A JP9189190 A JP 9189190A JP H03291462 A JPH03291462 A JP H03291462A
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Tomohiro Mizuno
水野 朝弘
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、太陽熱と深夜電気を利用して給湯に用いる温
水を作る太陽熱利用深夜電気温水器に関する。
〔従来の技術〕
従来、深夜電気温水器に太陽熱エネルギーを利用する方
法として、昼間に太陽熱温水器により給水をある程度ま
で昇温させて貯湯槽に貯え、夜間に貯湯槽から太陽熱で
温められた温水を深夜電気温水器に導き、安価な深夜電
気を利用して給湯に必要な温度にまで昇温させて深夜電
気温水器の蓄熱槽に蓄えておき、翌日に蓄熱槽の温水を
給湯するというものがある。この場合、集熱された太陽
熱エネルギーは翌日まで使用されないことになり。
特に夕方以後に給湯の需要が多いことを考慮すると、集
熱してから給湯まで長時間放置され、この間の放熱しこ
より、集熱されたエネルギーは大量の熱量を損失するこ
とになる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のように従来技術においては、集熱された太陽熱エ
ネルギーは集熱から給湯まで長時間放置されるので、そ
の間の放熱によって大量に損失するという問題があった
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであって、深夜
電気温水器と太陽熱温水器をひとつの蓄熱槽で結合し、
翌日の日射量の予測値を基に深夜電気により蓄熱槽の給
水に熱量を与え、さらに翌日に太陽熱をあたえて、給湯
に必要な全熱量を得ることにより、集熱した太陽熱エネ
ルギーをより有効利用できる太陽熱利用深夜電気温水器
を提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明の太陽熱利用深夜電
気温水器は、翌日の日射量を予測する日射量予測センサ
と、該日射量予測センサの予測値から求められる熱量を
所定熱量から差し引いた差分の熱量を深夜電気を用いて
給水に与えるヒータと、該ヒータにより沸き上げられた
温水を上部に蓄える蓄熱槽と、翌日の日射量を集める太
陽熱コレクタと、該太陽熱コレクタに循環ポンプを介し
て接続しかつ前記蓄熱槽底部に設置されて給水と熱交換
して温水をつくる熱交換器と、前記蓄熱槽に蓄えた温水
をかきまぜる混合ポンプとを備えたことを特徴としてい
る。そして、前記混合ポンプは前記蓄熱槽の上部と底部
とを接続する配管経路内に設け、温水を循環させて混合
するようなものがよい。
〔作用〕
本発明の太陽熱利用深夜電気温水器において、日射量予
測センサは翌日の日射量を予測して太陽熱により得られ
る熱量を設定し、ヒータは設定された太陽熱熱量を所定
熱量すなわち装置の定格熱量から差し引いた差分の熱量
を深夜電気を用いて給水に与えて沸き上げ、蓄熱槽は沸
き上げられて上方に昇ってきた温水を蓄え、一方太陽熱
コレクタは翌日に日射量、換言すれば太陽熱を集熱して
内蔵する流体を加熱し、加熱された流体を循環ポンプが
太陽熱コレクタと熱交換器の間を循環させ、この時熱交
換器は蓄熱槽底部に滞留する給水を加熱して温水を作り
、混合ポンプは給湯前に駆動されて蓄熱槽中の温水をか
き混ぜて、全体を均一な温度にする。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面により説明する。
第1図は実施例の太陽熱利用深夜電気温水器の構成図で
ある。この太陽熱利用深夜電気温水器は大別して翌日の
日射量を予測する日射量予測センサと、日射量予測セン
サの予測値を基に消費電力が決定された深夜電気で給水
を加熱する電気温水器と、その電気温水器に翌日集熱し
た太陽熱エネルギーを供給する太陽熱コレクタと、それ
らを制御する制御装置とから構成されている。
日射量予測センサ1は翌日の昼間の天候をその日の温度
、湿度、気圧等の変化から推定して翌日の日射量を予測
し、その予測値は電気温水器により給水に与える熱量す
なわち深夜電気の電力量を設定する。電気温水器は、密
閉容器である蓄熱槽2と、蓄熱槽2内の下部に設けられ
た内容器3aとその内容器3aから上方に伸びる筒3b
とからなり筒3bと内容器3aの間を開閉するコントロ
ール弁3cを設けた循環浴3と、内容器中3aに設けら
れたヒータ4と、内容器3aの下に設けられた熱交換器
5と、蓄熱槽2の外側でほぼ頂部と底部を接続する配管
経路に設けられた循環混合ポンプ6とからなり、そして
蓄熱槽2の底部には給水用配管7が、また蓄熱槽2頂部
には給湯用配管8が設けられている。また内容器3aの
底には給水を内容器内に導く導入孔3dが設けられ、ま
た、内容器3aと蓄熱槽2の間には上下を導通するすき
間2aが設けられている。太陽熱コレクタ9は。
蓄熱槽2の中の熱交換器5にそれぞれ配管10゜11に
より往復接続され、そしてその配管経路には太陽熱コレ
クタ9中の水温と蓄熱槽2底部の水温との差を検出する
差温計12により駆動制御される集熱ポンプ13が設置
されている。
次に太陽熱利用深夜電気温水器における給水及び温水等
の流体の流れについて説明する。給水用配管6から蓄熱
槽2に供給された給水は導入孔3dを通じて内容器3a
に入り、そこでヒータ4により深夜電気で沸き上げられ
沸き上げられた温水は筒3bを通じて循環浴3から対流
により蓄熱槽2の上部に上がり、蓄えられる。なお、コ
ントロール弁3cは、通常“閉”となっており、内容器
3aの中の温水が設定温度に上昇した時に“開”となり
、温水を上方に導く。一方太陽熱コレクタ9で太陽熱に
より加熱された流体は往復配管10゜11を介して蓄熱
槽2の底部に設けられた熱交換器5との間を集熱ポンプ
により循環させられて蓄熱槽2の給水と熱交換し、その
熱交換により沸き上げられた温水は蓄熱槽2の下部に滞
留する。蓄熱槽2の下部に滞留するのは、通常、熱交換
器により沸き上げられた温水はヒータ4により沸き上げ
られた温水よりも低温であるためである。給湯時には、
蓄熱槽2の上部及び下部に蓄えられた温水は循環混合ポ
ンプ6により循環混合ポンプ6の配管と蓄熱槽2のすき
間2aを通って循環させられながら混合して均一な温度
になり、均一な温度の温水はそれから給湯配管8を通っ
て給湯され、たとえば風呂に供給される。
ここで、深夜電気により沸き上げられた温水と太陽熱を
利用して沸き上げられた温水を給湯時に混合する理由に
ついて述べておきたい。太陽熱コレクタにおいては低温
の流体を加熱する方が効率が良いことはよくしられてい
る。そのため蓄熱槽では、上部に高温の温水を、下部に
低温の温水を蓄えておき、この低温の温水と太陽熱コレ
クタで加熱された流体との間で熱交換器を介して熱の授
受を行うのが好ましい、もし蓄熱槽に蓄えた温水全体を
かきまぜて均一な温度にしたとすると、太陽熱コレクタ
の流体の温度が上がり、太陽熱コレクタにおける集熱効
率が低下する。流体が高温になりいわゆる高温集熱にな
ると、太陽熱コレクタの集熱効率が著しく低下して太陽
熱を有効に利用できなくなる。また前記混合を行うこと
によって太陽熱による沸き上げ温度を給湯温度より低く
設定することができ、この様にして得た給湯温度より低
温の温水を給湯に使用することができる為、太陽依存率
を向上することができる。上記太陽熱コレクタと、太陽
依存率の観点から、給湯時に蓄熱槽の温水を循環混合す
るのである。
次に太陽熱利用深夜電気温水器における制御、すなわち
日射量予測センサによる予測値を基−に電気温水基の給
湯負荷分担がどのように決定されるかを説明する。
太陽熱利用深夜電気温水器が蓄えるへき給湯負荷をQと
し、この給湯負荷Qは電気温水器により与える熱量QE
と太陽熱集熱により与える熱量Qsとでまかなわれるの
で、(1)式が成り立つ。
Q = QE+ QS        (1)なお熱量
Qsの値は日射量予測センサにより与えられるものであ
る。さらにQは(2)式のように表すことができる。
Q= (TE−To)  (S−VS)+ΔT Vs−
(2)Qε= (TE−T、)(S−Vs) Qs=△TVs ここでTE:深夜電気による沸き上げ温度T0:給水温
度 vs:太陽熱を利用して加熱される給水量△T:太陽熱
により給水が昇温する温度幅S:蓄熱槽容量 である。
太陽熱により給水が昇温する温度幅△Tは、給水jt 
V sの関数であり、(3)式で示される。
△T = f、 (Vs)   −(3)(2)、(3
)式から(4)式が求まる。
Q= (TE−To)(S  Vs)+f、(Vs)V
s−(4)次に太陽熱利用電気温水器が太陽熱に依存す
る太陽熱依存率をf2(Qs)とすると 従来の気象データから日射量を推定するソーラーシュミ
レーションより求められる、日射量Jと太陽熱依存率f
2(Qs)の関係を示す関数をfi (J)とすると、 f2(Qs)=f、(J) 上記2つの式から次の(5)式が得られる。
△T=       f (J)・・・(6)00Vs (6)式に予測される日射量Jxを代入すると、太陽熱
を利用して加熱する給水量Vsとその沸き上げ温度幅Δ
Tとの関係、すなわちf工(Vs)が決定される。この
f工(Vs)と(4)式から、太陽熱を利用して沸き上
げる給水量VSが求まり、さらに電気温水器で沸き上げ
るべき給水量(S−Vs)が求まる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、太陽熱利用深夜電気温水器は、翌日の
日射量を予測する日射量予測センサと、日射量の予測値
から求まる熱量を所定熱量から引いた差分の熱量を深夜
電気を用いて給水に与えるヒータと、ヒータで沸き上が
った温水を上部に蓄え、底部では太陽熱コレクタに接続
した熱交換器で加熱された温水を蓄える蓄熱槽と、温水
をかきまぜる混合ポンプを備えており、(a)従来太陽
熱温水器と深夜電気温水器を組合せて2つの貯湯槽を用
いていたのに対し一つの蓄熱槽を設けるだけでよく、(
b)深夜電気で給水を加熱した後、太陽熱を利用して、
太陽熱利用から給湯までの経過時間が短くできるので、
集熱した太陽熱を放熱少く有効に利用でき、(c)蓄熱
槽底部にある低温の給水から太陽熱により温水を作るの
で、太陽熱コレクタの集熱効率がよく、(d)翌日の日
射量を予測して深夜電気により給水を沸き上げ、太陽熱
により給水を沸き上げてから、給湯時に作られた温水を
かきまぜるので、蓄熱槽全量の温水を利用できる、とい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による実施例の太陽熱利用深夜電気温水
器の構成図である。 1・・・日射量予測センサ、2・・・蓄熱槽、2a・・
・すき間、3・・・循環基、3a・・・内容器、3b・
・筒、3C・・・コントロール弁、3d・・・導入孔、
4・ヒータ、訃・・熱交換器、6・・・循環混合ポンプ
、7・・・給水配管、8・・給湯配管、9・・・太陽熱
コレクタ、10゜11・・往復配管、12・・・差温針
、13・・・集熱ポンプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、翌日の日射量を予測する日射量予測センサと、該日
    射量予測センサの予測値から求められる熱量を所定熱量
    から差し引いた差分の熱量を深夜電気を用いて給水に与
    えるヒータと、該ヒータにより沸き上げられた温水を上
    部に蓄える蓄熱槽と、翌日の日射量を集める太陽熱コレ
    クタと、該太陽熱コレクタに循環ポンプを介して接続し
    かつ前記蓄熱槽底部に設置されて給水と熱交換して温水
    をつくる熱交換器と、前記蓄熱槽に蓄えた温水をかきま
    ぜる混合ポンプとを備えた太陽熱利用深夜電気温水器。 2、前記混合ポンプは前記蓄熱槽の上部と底部を接続す
    る配管経路内に設けられ、温水を循環させて混合するこ
    とを特徴とする請求項1記載の太陽熱利用深夜電気温水
    器。
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