JP2008106980A

JP2008106980A - 太陽熱集熱ユニット及びソーラーハウス

Info

Publication number: JP2008106980A
Application number: JP2006289266A
Authority: JP
Inventors: Teruyoshi Tatebayashi; 輝義舘林
Original assignee: ATTAKA MORINOKUNI KARA KK
Current assignee: ATTAKA MORINOKUNI KARA KK
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2008-05-08

Abstract

【課題】従来の太陽熱集熱ユニットでは、貯液タンクが突然激しく振動し、その振動により最悪の場合、破損に至るトラブルが発生している。本発明は、かような貯液タンクの異常な振動の解消を目的とする。
【解決手段】太陽熱を集める集熱器４と、液状の熱媒体Ｗを貯める貯液タンク５と、貯液タンク５から集熱器４に熱媒体Ｗを送る送出管６と、集熱器４から貯液タンク５に熱媒体Ｗを戻す回収管７と、を有し、集熱器４で熱媒体Ｗを温めて太陽熱を利用するようにした太陽熱集熱ユニット１において、前記回収管７を貯液タンク５内の熱媒体Ｗの最高液位より上の位置に接続してなる太陽熱集熱ユニット１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽熱を建物の暖房や給湯に利用するための太陽熱集熱ユニット及び太陽熱を利用するソーラーハウスに関する。

従来のソーラーハウスを図４により説明する。
まずソーラーハウスは、太陽熱集熱ユニット１０１と、暖房ユニット１０２と、給湯ユニット１０３を備えている。
太陽熱集熱ユニット１０１は、建物の高所（主として屋根）にあって太陽熱を集める集熱器１０４と、液状の熱媒体Ｗ（不凍液）を貯める貯液タンク１０５と、貯液タンク１０５から前記給湯ユニット１０３又は暖房ユニット１０２から給湯ユニット１０３を経由して熱媒体Ｗを集熱器１０４に送る送出管１０６と、集熱器１０４から貯液タンク１０５に熱媒体Ｗを戻す回収管１０７と、を有する。

また、暖房ユニット１０２は、建物の床下に設けた蓄熱材１０８と、その蓄熱材１０８の中に埋設された放熱パイプ１０９と、床暖用補助ボイラー１１０と、を有する。
また、給湯ユニット１０３は、内部に熱交換器１１１を有する貯湯タンク１１２と、給湯用補助ボイラー１１３と、を有する。

前記送出管１０６にはポンプＰ１，Ｐ２と電磁弁Ｓ１〜Ｓ３が設けられており、夏期モードで「電磁弁Ｓ１→開」、「電磁弁Ｓ２，Ｓ３→閉」にして給湯ユニット１０３経由で熱媒体Ｗを集熱器１０４に送り、冬期モードで「電磁弁Ｓ１→閉」、「電磁弁Ｓ２，Ｓ３→開」にして暖房ユニット１０２から給湯ユニット１０３経由で熱媒体Ｗを集熱器１０４に送る。そして、集熱器１０４で太陽熱により温められた熱媒体Ｗは、回収管１０７を通って貯液タンク１０５に戻る。

なお、図４中、符号１１４は前記貯液タンク１０５に接続された熱媒体補充用のパイプである。また、符号１１５は床暖用補助ボイラー１１０と前記送出管１０６とをつなぐ補助暖パイプであり、そこに設けたポンプＰ３と電磁弁Ｓ４，Ｓ５とを開閉制御することによって、送出管１０６を通る熱媒体Ｗの温度が十分でない場合に、床暖用補助ボイラー１１０で熱媒体Ｗを暖めて、放熱パイプ１０９→蓄熱材１０８→建物の床、の経路で建物内の温度を上げる。

従来の太陽熱集熱ユニット１０１では、貯液タンク１０５が突然激しく振動し、その振動により最悪の場合、破損に至るトラブルが発生している。
そのようなトラブルは、夏場に多く、また、熱媒体Ｗを循環させるポンプＰ１，Ｐ２が自動運転により作動した直後に発生し、そのうえさらに集熱器１０４の熱媒体Ｗの温度と、貯液タンク１０５の熱媒体Ｗの温度差が大きい場合に生じていること、などが状況として確認された。
以上の状況と、前記従来の太陽熱集熱ユニット１０１の構造とを総合して検討した結果、上記トラブルは、夏場の猛烈な太陽熱により熱媒体Ｗが集熱器１０４内で沸騰か又はそれに近い温度に加熱され、その高温の熱媒体ＷがポンプＰ１，Ｐ２の作動を契機として回収管１０７から貯液タンク１０５の熱媒体Ｗの中に一気に噴出し、そこで激しく気泡が発生して振動に至るものと考えられた。

本発明は、上記知見に基づきなされたもので、太陽熱を集める集熱器と、液状の熱媒体を貯める貯液タンクと、貯液タンクから集熱器に熱媒体を送る送出管と、集熱器から貯液タンクに熱媒体を戻す回収管と、を有し、集熱器で熱媒体を温めて太陽熱を利用するようにした太陽熱集熱ユニットにおいて、前記回収管を貯液タンク内の熱媒体の最高液位より上の位置に接続してなる太陽熱集熱ユニットを提供する。なお、ここで貯液タンク内の熱媒体の最高液位とは、許容値として設定された範囲の最高の液位であり、許容値を超える異常時の液位を意味するものではない。

また、請求項２に記載したように、太陽熱を集める集熱器と、液状の熱媒体を貯める貯液タンクと、貯液タンクから集熱器に熱媒体を送る送出管と、集熱器から貯液タンクに熱媒体を戻す回収管と、を有し、集熱器で熱媒体を温めて太陽熱を利用するようにした太陽熱集熱ユニットにおいて、前記回収管を貯液タンク内の熱媒体の最高液位より上の位置に接続し、また、回収管の途中から第２回収管を分岐させると共にその第２回収管を貯液タンク内の熱媒体の最低液位より下の位置に接続し、さらに回収管への流路と第２回収管への流路を択一的に切り替える流路切替手段を設けてなる太陽熱集熱ユニットを提供する。なお、ここで貯液タンク内の熱媒体の最低液位とは、許容値として設定された範囲の最低の液位であり、許容値を超える異常時の液位を意味するものではないが、許容値として空の状態が認められている場合には液位「０」も含まれる。

また、請求項３に記載したように、請求項１又は２に記載の太陽熱集熱ユニットを建物の暖房に利用するようにしたソーラーハウスを提供する。

集熱器で温められた熱媒体が、貯液タンクの上部空間を通って液面に落下するから、高温の熱媒体が貯液タンク内の液中に勢いよく噴出することがない。これにより従来貯液タンクに生じていた異常な振動が解消できる。

なお、熱媒体を貯液タンクの上部空間に放出させてから貯液タンク内の液面に落下させると、熱媒体の温度が下がる。しかし、振動対策を必要とする夏場は太陽熱が有り余るため多少のロスは問題でない。これに対し、夏場以外は可能な限り太陽熱を無駄なく取り込む必要があるため、貯液タンク内での熱媒体の温度低下は好ましくない。
そこで請求項２のように貯液タンクへの流入経路を高低２カ所に分け、それを流路切替手段で切り替え得るようにすれば、夏場に必要な振動対策重視の運転と、夏場以外の熱効率重視の運転とを適宜使い分けることができる。

［実施形態１］
以下に本発明の実施形態１を図面を参照しつつ説明する。なお、図１はソーラーハウスの概略配管図である。
まず、ソーラーハウスは、太陽熱集熱ユニット１と、暖房ユニット２と、給湯ユニット３を備えている。
太陽熱集熱ユニット１は、建物の高所（主として屋根）にあって太陽熱を集めるパネル形の集熱器４と、液状の熱媒体Ｗ（不凍液）を貯める貯液タンク５と、貯液タンク５から前記給湯ユニット３又は暖房ユニット２から給湯ユニット３を経由して熱媒体Ｗを集熱器４に送る送出管６と、集熱器４で温められた熱媒体Ｗを貯液タンク５に戻す回収管７と、を有する。

また、暖房ユニット２は、建物の床下に設けた蓄熱材８と、その蓄熱材８の中に埋設された放熱パイプ９と、床暖用補助ボイラー１０と、を有する。
また、給湯ユニット３は、内部に熱交換器１１を有する貯湯タンク１２と、給湯用補助ボイラー１３と、を有する。

前記送出管６にはポンプＰ１，Ｐ２と電磁弁Ｓ１〜Ｓ３が設けられており、夏期モードで「電磁弁Ｓ１→開」、「電磁弁Ｓ２，Ｓ３→閉」にして給湯ユニット３経由で熱媒体Ｗを集熱器４に送り、冬期モードで「電磁弁Ｓ１→閉」、「電磁弁Ｓ２，Ｓ３→開」にして暖房ユニット２から給湯ユニット３経由で熱媒体Ｗを集熱器４に送る。そして、集熱器４で太陽熱により温められた熱媒体Ｗは、回収管７を通って貯液タンク５に戻る。

なお、図１中、符号１４は前記貯液タンク５に接続された熱媒体補充用のパイプである。また、符号１５は床暖用補助ボイラー１０と前記送出管６とをつなぐ補助暖パイプであり、そこに設けたポンプＰ３と電磁弁Ｓ４，Ｓ５とを開閉制御することによって、送出管６を通る熱媒体Ｗの温度が十分でない場合に、床暖用補助ボイラー１０で熱媒体Ｗを暖めて、放熱パイプ９→蓄熱材８→建物の床、の経路で建物内の温度を上げる。また、符号１６は貯液タンク５の高所に開設したエア抜き用の貫通孔である。

しかして本発明の太陽熱集熱ユニット１は、前記回収管７を貯液タンク５の高所であって貯液タンク５内の熱媒体Ｗに浸らない位置、すなわち貯液タンク５内の熱媒体Ｗの最高液位より上の位置に接続したものである。これにより熱媒体Ｗが貯液タンク５の上部空間を通って熱媒体Ｗの液面に落下するため、貯液タンク５に貯まって温度が下がった状態の熱媒体Ｗの中に、高温の熱媒体Ｗが一気に噴出する、という事態に至らない。よって異常な振動も発生しない。

［実施形態２］
図２は他の形態を示すソーラーハウスの配管図である。なお、図２中、図１と同一符号を付した部分は、図１と同一であり、従って説明を省略する。

この実施形態２のソーラーハウスは、前記回収管７の途中から第２回収管１７を分岐させると共にその第２回収管１７を貯液タンク５の低所であって貯液タンク５内の熱媒体Ｗに浸る位置、すなわち貯液タンク５内の熱媒体Ｗの最低液位より下の位置に接続し、さらに回収管７への流路と第２回収管１７への流路を択一的に切り替える流路切替手段たる手動切替式の三方弁１８を設けたものである。

そして、気温が上昇する夏期に前記三方弁１８を操作して前記流路を回収管７側に設定する。この状態は前記実施形態１と同様であり、夏期に特有の貯液タンク５の異常な振動が防止できる。もちろん貯液タンク５の上部空間に放出されたとき熱媒体Ｗの温度が下がるから、熱効率は低下する。しかし、この時期の太陽熱は有り余る状態であるため、この程度の熱効率の低下は全く問題ない。

次に、気温が下降する秋期から翌年の夏期に至るまでの間は前記三方弁１８を第２回収管１７側に設定する。そうすると集熱器４からの熱媒体Ｗが、第２回収管１７を通って貯液タンク５に貯まった熱媒体Ｗの中に直接入るから熱の損失が少なく効率がよい。なお、この時期は、熱媒体Ｗの温度が夏期に比べて低く、貯液タンク５の異常な振動が起こりにくい環境であるから、集熱器４からの熱媒体Ｗを貯液タンク５に貯まった熱媒体Ｗの中に直接入れても殆ど弊害はない。

このように実施形態２の太陽熱集熱ユニット１は、回収管７への流路と、第２回収管１７への流路を適宜切り替えることにより、低温期の熱効率を悪化させることなく高温期の異常な振動が防止できる。

［実施形態３］
図３は実施形態３を示すソーラーハウスの配管図である。なお、図３中、図１，図２と同一符号を付した部分は、図１，図２と同一又は同機能の要素であり、従って説明を省略する。

この実施形態３のソーラーハウスは、暖房ユニット２の放熱パイプ９と床暖用補助ボイラー１０及び給湯ユニット３を貯液タンク５に夫々直接接続するようにしたものである。従って、ポンプＰ１〜Ｐ３以外に、放熱パイプ９と貯液タンク５の間に熱媒体Ｗを循環させるためのポンプＰ４が設けられている。そして、各ポンプＰ１〜Ｐ４によって暖房ユニット２、給湯ユニット３、集熱器４、床暖用補助ボイラー１０の夫々と貯液タンク５の間で熱媒体Ｗを必要に応じて循環させる。
なお、図３において符号２０は貯液タンク５に設けたオーバーフロー管である。

本発明のソーラーハウス（実験棟）について、８月下旬の良く晴れた日に太陽熱集熱ユニット１の作動状態を観察し、その効果を確認した。

以上本発明を実施の形態について説明したが、もちろん本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態２，３では手動切替式の三方弁１８を採用したが、これを電動式の三方弁１８に変更し、さらに例えば集熱器４に設置した温度センサー１９で熱媒体Ｗの温度を計測し、熱媒体Ｗが所定の温度（例えば熱媒体の沸点又は沸点に近い温度）以上に上昇した場合に自動制御で三方弁１８を切り替えるようにしてもよい。或いは７月〜９月を回収管７側の流路にして他を第２回収管１７側の流路に設定する、というように月又は日の情報に基づく自動制御で三方弁１８を切り替えるようにしてもよい。また、三方弁１８を使用しなくとも、回収管７と第２回収管１７のそれぞれに電磁弁を設けて切り替えるようにすることもできる。

また、実施形態１，２は送出管６の途中に暖房ユニット２と給湯ユニット３を設けるようにしたが、これらユニットは回収管７の途中に設けてもよい。
また、実施形態１〜３において暖房ユニット２と給湯ユニット３はセットである必要はなく、どちらか一方のユニットのみでもよい。

ソーラーハウスの概略配管図である。ソーラーハウスの概略配管図である。ソーラーハウスの概略配管図である。従来技術を示すソーラーハウスの概略配管図である。

符号の説明

１ …太陽熱集熱ユニット
４ …集熱器
５ …貯液タンク
６ …送出管
７ …回収管
１７…第２回収管
１８…三方弁（流路切替手段）
Ｗ …熱媒体

Claims

太陽熱を集める集熱器と、液状の熱媒体を貯める貯液タンクと、貯液タンクから集熱器に熱媒体を送る送出管と、集熱器から貯液タンクに熱媒体を戻す回収管と、を有し、集熱器で熱媒体を温めて太陽熱を利用するようにした太陽熱集熱ユニットにおいて、
前記回収管を貯液タンク内の熱媒体の最高液位より上の位置に接続してなることを特徴とする太陽熱集熱ユニット。
太陽熱を集める集熱器と、液状の熱媒体を貯める貯液タンクと、貯液タンクから集熱器に熱媒体を送る送出管と、集熱器から貯液タンクに熱媒体を戻す回収管と、を有し、集熱器で熱媒体を温めて太陽熱を利用するようにした太陽熱集熱ユニットにおいて、
前記回収管を貯液タンク内の熱媒体の最高液位より上の位置に接続し、また、回収管の途中から第２回収管を分岐させると共にその第２回収管を貯液タンク内の熱媒体の最低液位より下の位置に接続し、さらに回収管への流路と第２回収管への流路を択一的に切り替える流路切替手段を設けてなることを特徴とする太陽熱集熱ユニット。
請求項１又は２に記載の太陽熱集熱ユニットを建物の暖房に利用するようにしたことを特徴とするソーラーハウス。