JPS5851A - 太陽熱集熱装置 - 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】 本発明は直接水を集熱器に循環させ集熱を行なう太陽熱
集熱装置に関するものであり、凍結のおそれのある時に
はジェットポンプを利用して、集熱器や集熱配管内の水
を強制排出させ凍結を完全に防止するとともに、凍結防
止運転制御を集熱用の制御装置を利用して合理的に行な
う太陽熱集熱装置を提供することを目的とする。

従来、水を直接集熱器に循環させ集熱を行なう太陽熱集
熱装置は数多く存在したが、いずれも水抜きが完全に行
なえないため、凍結事故が続発していた。第３図はその
代表的な例を示すものである。集熱器１へは集熱ポンプ
２にて蓄熱槽３内の水が集熱往き管４を経て循環され、
集熱器で昇温された温水は集熱戻り管５を経て再び蓄熱
槽３に戻される。蓄熱槽３の上部にはジスターン６が設
けられており、ボールタップ７にて水道水が供給。

停止される。給湯栓８には給湯ポンプ９にて蓄熱槽３の
温水が供給される。使用された温水の補給水は給水管１
０を通って上部のジスターン６より水が補給される。さ
て、このシステムの凍結防止方法としては、集熱器１を
出た集熱戻り管５の最上部にエア抜き弁１１が設けられ
ている。集熱ポンプ２の運転停止時には集熱ポンプ２の
吐出圧がかからなくなるため、このエア抜き弁１１がら
空気を吸い込み集熱器１や集熱往き管４．集熱戻り管５
内の水はジスターン６内の水位まで自然に落下する設計
となっている。しかし現実には自然落水に頼っているた
め、多少とも集熱器や管内に水が残ったり、エア抜き弁
１１０通気孔が大気にさらされているので、まずこの通
気孔が凍結で塞がり落水が行なえなくなり、集熱器や管
が大破損する事故が続出していた。また配管施工上もト
ラップ部ができると落水時に水が残るため、棟越し配管
ができないとか、落水のために細い管であるとエアロツ
クや表面張力により水が抜けないので管を太くする必要
がある等、不都合が多かった。また、この落水方式以外
にも凍結のおそれのある時は、集熱ポンプを運転し蓄熱
槽の温水を循環させる循環方式もあったが、集熱ポンプ
の動力が必要であったり、折角集熱した温水を凍結防止
のため使ってしまったりする欠点があり省エネルギーに
反していた。以上のように従来の方式は水抜きが完全に
行なえず凍結事故を起こしたり、省エネルギーに反する
ものであった。

本発明は、このような従来の欠点を蓄熱槽から集熱器に
至る集熱配管に集熱ポンプを設け、集熱ポンプの吐出側
から吸込側に帰還するバイパス経路を設け、このバイパ
ス経路にジェットポンプを挿設し、ジェットポンプの吸
込管を前記集熱配管に接続し、かつ集熱配管とバイパス
経路を選択する経路切換手段を設け、凍結のおそれのあ
る時に集熱配管内の水を強制排出させたものである。

また本発明は集熱器に集熱を制御する制御装置の高温側
センサーを、蓄熱槽に低温側センサーを設け、高温側セ
ンサーで集熱器温度を検出し、非集熱時で凍結のおそれ
がある時にはジェットポンプを作動させるものである。

次に上記本発明の一実施例を図とともに説明する。

第１図は本発明を太陽熱給−湯システムに適用した例で
ある。太陽熱を集熱する集熱器２１へ集熱ポンプ２２に
て蓄熱槽２３内の水が、集熱配管の集熱往き管２４を通
って供給され、集熱器２１で昇温された温水は集熱配管
の集熱戻り管２６を通って再び蓄熱槽２３に戻り集熱回
路が構成されている。集熱ポンプ２２は蓄熱槽２３から
集熱器２１への集熱往き管２４に設けられている。捷た
蓄熱槽２３の上部には空気層部２６が設けられており、
集熱器２１からの集熱戻り管２５の開口２７は、この空
気層部２６に臨んでいる。また集熱ポンプ２２の吐出側
には吸込側である蓄熱槽２３に帰還するバイパス経路２
８が設けられている。このバイパス経路２８にはジェッ
トポンプ３９が挿設されており、ジェットポンプ３９の
吐出側には経路切換手段である電動開閉弁４０が設けら
れている。ジェットポンプ３９の吸込口には片側が集熱
往き管２４に接続された吸込管４１が接続されている。

また前記バイパス経路の分岐部４２と吸込管４１の集熱
往き管への接続部４３との間には経路切換手段である電
動開閉弁４４が設けられている。蓄熱槽２３から給湯栓
４６へは給湯ポンプ２９により加圧給湯される。給湯栓
４５へは蓄熱槽温度が高い時には直接、低い時には補助
ボイラー３０を経て供給されるが、この選択は給湯経路
切換弁３１にて行なわれる。給湯栓４６を開くことによ
り消費される水は水道管３２をポールタップ３３が開く
ことにより、蓄熱槽２３に供給される。水が直接蓄熱槽
２３上部に供給されると、上部に溜った温度の高い温水
がうめられ低温になってしまうため、連通管３４を用い
て水を蓄熱槽の下部に導いている。３６は波立防止板で
あり、集熱戻り管２６の開口から落下して来る温水によ
り水面が揺れ動き、ポールタップ３３によって水が頻繁
に少量づつ供給されることを防止している。また、この
システムの制御は制御装置３６、集熱器２１に取り付け
られた凍結防止のための温度センサーを兼ねた高温側セ
ンサー３７゜蓄熱槽２３に取り付けられた低温側センサ
ー３８などによって行なわれる。

次に、このシステムの動作を説明する。太陽の日射によ
バ集熱器２１の温度が上昇し蓄熱槽２３との温度差が設
定値以上に開くと、高温側センサー３７と低温側センサ
ー３８および制御装置３６の働きで、集熱ポンプ２２が
起動する０蓄熱槽２３の下部の水は集熱ポンプ２２によ
り、集熱往き管２４を通って集熱器２１に送られる。集
熱器２１で昇温された温水は集熱戻り管２６を通って再
び蓄熱槽２３に戻り、上部から順次蓄熱されて行く。日
射がなくなり、集熱器２１と蓄熱槽２３の温度差が少な
くなると集熱ポンプ２２は運転を停止する。給湯栓４６
が開かれると給湯ポンプ２９が起動し、蓄熱槽２３内の
温水を供給する。

供給した温水の代りにポールタップ３３が作動し。

水道管３２より水を蓄熱槽２３に供給する。さて。

このシステムの凍結防止方法について述べると、集熱器
２１の温度が下がると高温側センサー３７がこれを検出
し、あらかじめ定めた設定値以下になると制御装置３６
を介して電動開閉弁４４が「閉」となり、電動開閉弁４
０がパイノ（ス経路２８を「開」とする。同時に集熱ポ
ンプ２２が運転を開始し、水はバイパス経路２８を流れ
るため、ジェットポンプ３９が作動し、吸込管４１を通
って集熱往き管２４．集熱器２１および集熱戻り管２６
から構成される集熱回路内の水を強制排出させる。この
時集熱戻り管２５の開口２７は蓄熱槽２３の空気層部２
６に臨んでいるため集熱回路内の水が強制排出されると
空気と自動的に置き変る。

集熱ポンプ２２は所定時間廻ると制御装置３６内にさら
され凍結を起こしやすい集熱器２１やこの周辺の集熱往
き管２４、集熱戻り管２６は凍結を起こすことはない。

以上は経路切換手段として電動開閉弁４０．４４をバイ
パス経路２８と集熱往き管２４に設けた例であるが１次
に経路切換手段を他の方法で構成した例を述べる。第２
図において集熱ポンプ２２の吐出側のバイパス経路２８
の分岐部には、経路切換手段である電動３方弁４５が設
けられている。また吸込管４１には同じく経路切換手段
である電動開閉弁４６が設けられている。他の部分の構
成は第１図の実施例と同様である。動作については集熱
器２１の温度が凍結のおそれがある温度まで下がると、
高温側センサー３７の働きで制御装置３了を介して、電
動３方弁４５および電動開閉弁４６を切り換える。

集熱時はバイパス経路２８と吸込管４１は閉じられてい
て水が流れないが、凍結防止運転時はバイパス経路２８
に水が流れるように電動３方弁通管４１から集熱往き管
２４、集熱器２１および集熱戻り管２６内の水を強制排
出させている。

以上の説明から明らかなように本実施例においては、集
熱往き管に設けた集熱ポンプの吐出側から吸込側に帰還
するバイパス経路にジェットポンプを設け、集熱戻り管
を蓄熱槽上部の空気層部に臨ませているので、ジェット
ポンプの作動時に確実に集熱器や集熱配管内の水が強制
排出されるものであり、ジェットポンプの作動も開閉弁
や三方弁の切換えで自動的にかつ容易に行なえる。また
凍結防止運転も制御装置に連結された集熱運転用を兼ね
た高温側センサーを利用しているため特別にセンサーを
設ける必要もない。

したがって本発明は次のような効果を有する。

（１）集熱配管が、トラップ状になっていても水が強制
排出でき残水がないため、工事上の制約がなく１棟越し
配管なども可能である。

（２）水を強制排出するため、落水方式のように配管を
太くする必要がなく、むしろ細い管の方が水の排出がし
やすい。このため配管が安価にできるとともに、集熱運
転時の放熱ロスが少なくなる。

（３）凍結防止のために、集熱ポンプを短時間運転し水
を強制排出することで済むため、従来の循環方式に比べ
大幅に省エネルギーが図れる。

（４）水の強制排出は集熱ポンプを利用してジェットポ
ンプを作動させているため、特別に他の動力源を必要と
しない。またジェットポンプは吸込揚程が遠心ポンプや
体積ポンプより大きく取れ、水の排出が一層確実に行な
える。

（５）集熱器に設けた集熱のための高温側センサーを凍
結防止のための温度センサーと兼ねているため、特別に
凍結防止用の温度センサーを設ける必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のシステム系統図、第２図は
本発明の他の実施例のシステム系統図。 第３図は従来のシステム系統図である。 ２１・・・・・・集熱器、２２・・・・・・集熱ポンプ
、２３・・・・蓄熱槽、２４・・・・・・集熱往き管、
２６・・・・・・集熱戻り管、２６・・・・・・空気層
、２７・・・・・・開口、２８・・・・・・バイパス経
路、３６・・川・制御装置、４０，４４゜４６・・・・
・・電動開閉弁（経路切換弁）、３９・・・・・・ジェ
ットポンプ、４１・・・・・・吸込管、４２・・・・・
・分岐訊４３・・・・・・接続部、４６・・・・・・電
動三方弁（経路切換弁）。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第　
２　図 ３７ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）太陽熱を集熱する集熱器と、この集熱器に水を循
   環させる集熱ポンプと、集熱器で昇温された温水を蓄え
   る蓄熱槽を有する太陽熱集熱装置において、蓄熱槽から
   集熱器へ至る集熱配管に前記集熱ポンプを設けるととも
   に、この集熱ポンプの吐出側から吸込側に帰還するバイ
   パス経路を設け、このバイパス経路にジェットポンプを
   挿設し、このジェットポンプの吸込管を前記集熱配管に
   接続し、かつ、集熱配管とバイパス経路を選択する経路
   切換手段を設け、凍結のおそれのある時にはジェットポ
   ンプを作動させ。 集熱器および集熱配管内の水を強制排出したことを特徴
   とする太陽熱集熱装置。 （２）前記蓄熱槽を上部に空気層を有する蓄熱槽で構成
   し、かつ前記集熱配管の集熱戻り管をこの空気層に臨ま
   せたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の太陽
   熱集熱装置。 （３）前記バイパス経路の分岐部と前記吸込管の集熱往
   き管との接続部の間に経路切換手段として集熱往き管を
   開閉する開閉弁を設けるとともに。 バイパス経路のジェットポン、ブ吐出側にも同じく、経
   路切換手段としてバイパス経路を開閉する開閉弁を設け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の太陽熱
   集熱装置。 （４）前記バイパス経路の分岐部に経路切換手段として
   三方切換弁を設け、かつ前記吸込管に同じく経路切換手
   段として吸込管を開閉する開閉弁を設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の太陽熱集熱装置。 （６）太陽熱を集熱する集熱器と、この集熱器に水を循
   環させる集熱ポンプと、集熱器で昇温された温水を蓄え
   る蓄熱槽を有する太陽熱集熱装置において、蓄熱槽から
   集熱器へ至る集熱配管に前記集熱ポンプを設けるととも
   に、この集熱ポンプの吐出側から吸込側に帰還するバイ
   パス経路を設け、このバイパス経路にジェットポンプを
   挿設し、このジェットポンプの吸込管を前記集熱配管に
   接続し、かつ、集熱配管とバイパス経路を選択する経路
   切換手段を設け、前記集熱器に集熱を制御する制御装置
   の高温側センサーを、前記蓄熱槽には低温側センサーを
   設け、高温側センサーにて前記集熱器の温度を検出し、
   非集熱時で凍結のおそれのある時には前記ジェットポン
   プを作動させ集熱器および集熱配管内の水を強制排出し
   たことを特徴とする太陽熱集熱装置。