JPS59150257A - 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】 く技術分野〉 本発明は、集熱熱媒体と使用熱媒体とが分離された形式
の太陽熱集熱装置に関するものである。

〈従来技術〉 従来の太陽熱集熱装置は、第１図の様に、゛太陽熱によ
り集熱熱媒体を加熱する太陽熱集熱器１１と、加熱され
た集熱熱媒体により使用熱媒体を加熱する熱交換装置１
３と、加熱された使用熱媒体を蓄える蓄熱装置１２と、
集熱熱媒体を強制的に循環させるポンプＰと、前記太陽
熱集熱器１１、熱交換装置１３およびポンプＰを接続す
る集熱熱媒体循環用管路１４とを具え、前記蓄熱装置１
２は一個の蓄熱槽１２から構成され、前記熱交換装置１
３は前記蓄熱槽１２に内装された一個の熱交換器１３か
ら構成され、太陽熱集熱器１１の出口側に集熱熱媒体の
温度を感知する温度センサー１６ｓが設けられ、蓄熱槽
１２の下部の使用熱媒体の温度を感知する温度センサー
１６１が設けられ、これらの出力信号に基づいて、ポン
プ［゛を始動・停止することによ１）、前記熱交換器１
３への集熱熱媒体の循環を制御する制御装置１５が設け
られたものであった。

しかし、上記の構成では、蓄熱装置ｆｔ１２として、比
較的大室＠（用途か−・般家庭用の給湯用のみでも３０
　Ｎ　＝　４５０ρの大容量が必要）の蓄熱槽をただ一
個のみ利用していたため、太陽熱集蓄熱を開始してから
必要な温度の温水（使用熱媒体）が得られずに、かえっ
て太陽熱集熱装置の利用価値を半減してしまう問題点が
あった。

また、−日の集熱においても日射の弱い午後Ｅ時頃にな
ると、蓄熱槽１２内の水温の１引によって温度センサー
１６ｓと温度センサー１６［との間の温度差（Ｔ　１６
ｓ−Ｔ　１６　ｔ、）が温度差設定値１１を下まわって
しまい、日射がまだ十分あるにもがかわらず、それ以上
集熱できなくなることかよくある。あるいはまた午前中
集熱をして蓄熱槽１２の温度がある程度」二がって午後
からうす曇りや晴れたり曇ったりの天気のとき、温度セ
ンサー１６Ｓの温度が市水温より高くても温度差（Ｔ１
６ｓ−’ｒ１６ｔ）が１１を越えないためそれ以］―集
熱できないという場合もある。

〈目的〉 本発明は上記問題点を解決するためになされたちので、
熱媒体を蓄熱槽に蓄熱する際に熱媒体を使用する用途、
例えば暖房、冷房、給湯等に合わせて必要とする温度の
使用熱媒体が必要な量だけすばやく得られるように効率
的に蓄熱することが可能な太陽熱集熱装置の提供を目的
としている。

〈第一実施例〉 以下に本発明の実施例を図面に基いて説明する。

まず第一実施例を＄２図により説明すると、これは、間
接加熱方式の太陽熱集熱装置であって、太陽熱により集
熱熱媒体を加熱する太陽熱集熱器１と、加熱された集熱
熱媒体により使用熱媒体を加熱する熱交換装置３と、加
熱された使用熱媒体を蓄える蓄熱装置２と、集熱熱媒体
を強制的に循環させるポンプ１〕と、前記太陽熱集熱器
１、熱交換装置３およびポンプＦ）を接続する集熱熱媒
体循環用管路４とを具えてなる太陽熱集熱装置において
、前記蓄熱装置２は第一・、二、三番熱槽２ａ、２ｂ、
２Ｃから構成され、前記熱交換装置３は前記各蓄熱槽２
ａ、２ｔ〕、２ｃ毎に内装された第一、二、圧熱交換器
、ｉ　ａ、　３　ｂ、　３　ｃから構成され、これら熱
交換器３ａ、３ｂ、３ｃへの集熱熱媒体の出入を制御す
る切換弁Ａ　、　ｌ：３が設けられ、前記ポンプＰの始
動・停止ｌ−と前記切換弁Ａ、Ｂの切換えとにより、前
記熱交換器３ａ、３ｂ、３ｃへの集熱熱媒体の循環を制
御する制御装置５が設けられたものである。

また、本実施例では、蓄熱槽２ａ、２ｂ、２ｃは、比較
的小容量で同一形状のものが利用され、前記循環用管路
４は、太陽熱集熱器１の出口側と第一熱交換器３ａの入
口側の切換弁へを接続する管４ａ、第一熱交換器３ａの
入口側の切換弁Ａと第二熱交換器３１）の入口側の切換
弁Ｂを接続する管４１）、第二熱交換器３１］の入口側
の切換弁Ｂと第三熱交換器３ｃの入口側を接続する管４
ｃ、第一、ニ１、圧熱交換器３ａ、３１＋、３ｃの出口
側とポンプＰの入口側を接続する管４ｄ、ポンプＰの出
口側と太陽熱集熱器１の入［」側を接続する管４ｅから
構成されている。また前記第一、二、三番熱槽２ａ、２
ｂ、２ｃの下部には、ジスターン７からの低温使用熱媒
体（冷水）供給用の導入管４ｒが接続され、前記各蓄熱
槽２ａ、２ｂ、２ｃの−Ｌ部には切換弁１）、Ｅを介し
て高温使用熱媒体導出管４ｇが接続される。前記切換弁
Ａ−・Ｅはそれぞれ電動モータ作動形三力切換弁が利用
されている。そして、本実施例の制御装置５は、太トを
熱集熱器１の出口側の集熱熱媒体の温度を感知する温度
センサー６Ｓと蓄熱槽２　ａ、　２　ｂ。

２（ｉの下部の使用熱媒体の温度を感知する温度センサ
ー６ａ＋６ｂ＋６ｃとの出力信号に基づいて、ポンプＰ
の始動・停止と前記切換弁Ａ−Ｅの切換えとにより、前
記熱交換器３ａ、３ｂ、：（ｃのうちの任意の一個に選
択的に集熱熱媒体を循環させかつこれら蓄熱槽２　ａ＝
　２１３．２．、ｃから使用熱媒体を使用時に導出する
よう構成される。また、図中の実線は熱媒体回路を、ま
た点線は制御のための電気信号回路を示している。

なお、本発明では、前記制御装置は、上記の様な温度セ
ンサーの温度に限らず、日射、天候等その池の状況に応
じて制御するよう構成することも可能である。

次に作用を説明する。温度センサー６ｓ＋６ａ。

６ｂ、６ｃの出力信号である温度をそれぞＪ尤Ｔ６ｓ。

Ｔ　６ａ、Ｔ　６ｂ、Ｔ　Ｇｃで表すと、表１，２の様
に、太陽熱集熱器１の温度センサー６ｓと第三蓄熱槽２
ｃの温度センサー６ｃの温度差であるＴ（Ｈ；　　’Ｔ
’６ｃが温度差設定値ｔ１よ１）も大きくなれば（Ｔ６
ｓ−Ｔ６ｃ＞ｔｌ）、切換弁Ａ及び切換弁ＢがＡ　２　
、　Ｂ　２の方向に開き、ｔ！ＩＪ６図（ｅ）の様に、
ポンプＰが始動して、太陽熱集熱器１→切換弁Ａ→切換
弁Ｂ→熱交換器３ｃ→ポンプＰ→太陽熱集熱器１という
集熱熱媒体循環回路が形成され、第三蓄熱槽２ｃ内の使
用熱媒体が温められ蓄熱される。

また温度差である’ｒ６ｓ−Ｔ６ｂが温度差設定値Ｌ１
よりも大きくなれば（Ｔ　６ｓ　　Ｔ　６１）＞Ｌ　１
　）、Ｔ６ｓ　−Ｔ　６ｃ＞ｔ　’Ｊであっても切換弁
ＡがＡ２の方向、切換弁ｆ３ｈｔＢ１の方向に間外、第
６図（１））（図中Ｆ矢参照）の様に、太陽熱集熱器１
→切換弁Ａ→切換弁Ｂ→熱交換器３＋）→ポンプＰ→太
陽熱集熱器１という集熱熱媒体循環回路が形成され、第
二蓄熱槽２ｂ内の使用熱媒体が温められが蓄熱される。

また’Ｉ’６ｓ−Ｔ６ａが温度差設定値ｔｉｔよりも大
きくなれば（Ｔ６ｓ−’ｒ６ａ＞ｔｌ）、Ｔ６ｓ　　Ｔ
６ｃ＞Ｌｌ、Ｔ　６　ｓ　−１’　６１）＞Ｌ　ｉであ
っても切換弁ＡがＡ１の方向に開いて、第６図（ａ）（
Ｆ矢参照）の様１こ、太陽熱集熱器１→切換弁Ａ→熱交
換器３ａ→ポン７”　ＩＴＩ→太陽熱集熱器１という集
熱熱媒体循環回路が形成され、第一・蓄熱槽２ａ内の使
用熱媒体か温められ、第一蓄熱槽２ａに蓄熱される。

さらに表３．４の如く第一蓄熱槽２ａの温度センサー６
ａが第一設定温度Ｔａ（使用者が利用目的に応して設定
する温度）に達すると、たとえＴ６Ｓ−Ｔ６ａ＞１．１
であっても第一蓄熱槽２ａへの蓄熱は停止して、切換弁
Ａ　、　Ｂが自動的に切換わ１）、′Ｆ６　ｓ　−１’
　６　ｂ＞ｔ　１であれば、第二蓄熱槽２１〕に蓄熱を
開始する。

また同様に温度センサー６１ノが第二設定温度Ｔｌ１（
使用者が利用目的に応じて設定する温度）に達すると、
たとえＴ　６　ｓ−’Ｔ　６　ｂａｔ　１であっても、
第三蓄熱槽２ｃに蓄熱を開始する。

、友−１ Ｖζ 人−盈 ■昨−１６ａ＜１．１１！　　　集熱停止１　　　蓄熱
槽２ｅｌこ蓄熱　蓄熱槽２１）に蓄熱　蓄熱槽２ｂｊこ
蓄熱１−咲−１’６−ａ＞！、ｊし−ｆｉｌ！ｉ１１：
　　、、３７Ｍ４２ｃ４，３ｊｊｉｊ　ＷＩ％ｌ２ｂｊ
；３１％−ＪｆｉＪｊ！３２ｂ１ｍ１１％太−−−・１ 一−−−−−−−慣庫ヤ乙ぜ（’＞−ｐ辺Ｗｔ株−Ｌ【
ト佳眼す切場±−一一一一創−互 人一旦 一表ユ 上記のように制御することで、第一蓄熱槽２ａは高温、
第一］−蓄熱槽２１）は中温、第三蓄熱槽２０は低温と
いうように（ただし第一・設定温度Ｔａ＞第二設定温度
Ｔｂの場合である）、それぞれの蓄熱槽を温度別に効率
よく集熱できる。すなわち、まず第一・設定温度Ｔａに
達するまで、第一蓄熱槽２ａを集熱するのであるが、温
度センサー６ａ、６ｂ、６ｃの温度がＴ　６ａ＝Ｔ　６
ｂ＝Ｔ　６ｃＳＴ　６ａ＜Ｔ　６ｂ＜Ｔ　６ｃの場合は
、朝、第一蓄熱槽２ａがら集熱を始めるが、表１に示す
ように１゛６ａが１７６１）、　ｉ”　６　ｃに比べて
高い場合は、第一蓄熱槽２ａが集熱可能（Ｔ６ｓ−Ｔ６
ａ＞ｔｌ）になるまで第二蓄熱槽２１〕あるいは第三蓄
熱槽２ｃを集熱する。また日中の日射の変動例えば雲な
どの゛影響で、日射が急に減少した場合、第一蓄熱槽２
ａが第一設定温度Ｔａに達していないのに、第一・蓄熱
槽２ａには集熱できない場合が起こって来る（第一蓄熱
槽２ａ内の温度が上昇しているためＴ６ｓ−Ｔ６ａ＞ｔ
、１になる）。この場合、表１にも示したように第一蓄
熱槽２ａへの集熱を止めて第二蓄熱槽２１）あるいは第
三蓄熱槽２ｃに集熱する。そしてその後、日射が増加し
て第一・蓄熱Ｉｎ　２　ａに集熱可能な状態（Ｔ　６ｓ
　　Ｔ　６ａ＞１．　ｌ　）になると、第二蓄熱槽２１
）あるいは第三蓄熱槽２ｃへの集熱を市めて再び第一・
蓄熱槽２ａに集熱する。あるいはまた、［］射が弱くな
る午後三時頃になると、従来の蓄熱槽−個の太陽熱集熱
装置においては蓄熱槽内の温度の」二昇によって日射が
まだ十分あるにもかかられず温度センサー６ｓと温度セ
ンサー６Ｉの温度差が設定値以下になってしまい集熱で
トないということが多く見られたが、本実施例の太陽熱
集熱装置では第一蓄熱槽２ａ、第二二蓄熱槽２１）、第
一二蓄熱槽２ｃの順に温度を１−げていくため、′１〕
後三時ごろには第三蓄熱槽２ｃの温度はまだそれほど上
がっておらず、Ｔ　６ｓ−Ｔ　６ｃ＞ｔ、　ｌがとれる
ため、従来の太陽熱集熱装置よりも艮く集熱できる。

］；記のように本実施例の太陽熱集熱装置においては日
射の変動に応して、第一蓄熱槽２ａがら第一゛、蓄熱槽
２ｂ、第三蓄熱槽２ｃへ、あるいは第二、蓄熱槽２ｂか
ら第一蓄熱槽２ａ、第三蓄熱槽２ｃへ、あるいは第五蓄
熱槽２ｃから第一蓄熱槽２ａ、第ニー蓄熱槽２１１へと
、集熱する蓄熱槽をシフトさせながら効率よくそれぞれ
の蓄熱槽を温度別に集熱していく。

集熱してあった使用熱媒体（温水）を使用する場合を説
明すると、この場合は利用、用途に応じて必要とする湯
温を選択することが可能である。すなわち第２図中の切
換弁り、Ｅを制御装置５の指令により、切換えることに
よって第６図（ｅ）（ｆ）のように第一蓄熱槽２ａがら
高温水が、第二蓄熱槽２１〕から中温水が、第二蓄熱槽
２ｃがら低温水が得られる。

（第一実施例〉 次に第３図の第二実施例に−）いて説明すると、これは
、第一、二、三番熱槽２ａ、２ｊ）、２ｃ内に設けられ
た熱交換器３ａ、３ｂ、３ｃが循環用管路４に直列に接
続されるとともに、これら各熱交換器のそれぞれにその
入口側と出口側の間がバイパス管Ｘ　、　Ｙ　、　Ｚで
接続され、各熱交換器３ａ＋３ｂ＊３ｅの入口側と循環
用管路４とバイパス管Ｘ、Ｙ、Ｚとの接続部に三方切換
弁Ａ　、　Ｔ３．　Ｃが設けられている。

まｔこ８は集熱モード切換スイッチで、マイクロコンピ
ュータ利用の制御装置５に接続され、このスイッチ８に
よって温度センサー別集熱モードと通常集熱モードとの
切換えが可能に構成される。なお、本実施例のその池の
構成は、Ｌ記の第一・実施例と同様であるため、説明は
省略する。

次に、第５図の７０−チャートに基づき、集熱モード切
換スイッチ８を温度別集熱モードに設定した場合の集熱
制御を説明すると、この場合は、基本的には第一実施例
の集熱制御と同様である。

すなわち、表１　、２　、４．　、５の様に、日射の変
動に応して、第６図（ｃ）の様に、ポンプＰが始動して
、太陽熱集熱器１→切換弁Ａ→バイパス管Ｘ→切換弁Ｂ
→バイパス管Ｙ→切換弁Ｃ→熱交換器：）ｃ→ポンプＦ
ゝ→太陽熱集熱器、１という集熱熱媒体循環回路が形成
され、第三蓄熱槽２ｃ内の使用熱媒体が温められ蓄熱さ
れる。

あるいは、第６図（ｂ）（Ｇ矢参照）の様に、太陽熱集
熱器１→切換弁Ａ→バイパス管Ｘ→切換弁Ｂ→熱交換器
３ｂ→切換弁Ｃ→バイパス管Ｚ→ポンプＰ→太陽熱集熱
器１という集熱熱媒体循環回路が形成され、第二蓄熱槽
２ｂ内の使用熱媒体が温められ蓄熱される。

あるいは、第６図（ａ）（Ｇ矢参照）の様に、太陽熱集
熱器１→切換弁Ａ→熱交換器３ａ→切換弁１３→バイパ
ス管Ｙ→切換弁Ｃ→バイパス管Ｚ→ポンプＩ）→太陽熱
製熱器１という集熱熱媒体循環回路が形成され、第一蓄
熱槽２ａ内の使用熱媒体が温められ、第一蓄熱槽２ａに
蓄熱される。

１・、記のよう（、二本実施例の太陽熱集熱装置におい
ては、日射の変動に応じて、第一蓄熱、ｍ２ａから第二
蓄熱槽２１〕、第五蓄熱槽２０へ、あるいは第二蓄熱槽
２１）力弓、第一・蓄熱槽２ａ、第三蓄熱槽２ｃへ、あ
るいは第二蓄熱槽２ｃから第一蓄熱槽２ａ、第ニア蓄熱
槽２１）・＼と、集熱する蓄熱槽をシフトさせながら効
率よくそれぞれの蓄熱槽を温度別に集熱していく。

次に、特に温度別蓄熱すなわち特別に高温の温水が必要
でないときには、集熱モード切換スイッチ）ｌを切換え
て、通常集熱モードにする。この場合、表６，７にも示
すように、°温度差である］６Ｓ’「６ａ、ｉ’６ｓ　
　Ｔ６ｂ、１”６ｓ　　Ｔ６ｃのいずれかか温度差設定
値１，１以−１−ｔこなればその蓄熱槽を蓄熱する。例
えば、第二蓄熱槽２Ｃの温度差（Ｔ６ｓ−Ｔ６ｃ）のみ
１１以トになれば、第三蓄熱槽２ｃのみ蓄熱するし、第
三蓄熱槽２ｃと第二蓄熱槽２１〕の温度差がともに１１
以」二になると、第三蓄熱槽２（＝、第二蓄熱槽２ｂを
同時に集熱する。また同様にして、第一蓄熱槽２ａと第
二蓄熱槽２ｂを同時に、第一蓄熱槽２ａと第三蓄熱槽２
ｃを同時に集熱する。

あるいは、第三蓄熱槽２ｃ、第二蓄熱槽２１）、第一・
蓄熱槽２ａの温度差がし１以上１こなると、これらすべ
て同時に集熱する。すなわち、第６図（ｄ）の様に、太
陽熱集熱器１→切換弁Ａ→熱交換器３ａ→切換弁Ｂ→熱
交換器３１〕→切換弁Ｃ→熱交換器３ｃ→ポンプＰ→太
陽熱集熱器１という、熱交換器直列接続形の集熱熱媒体
循環回路が形成される。このように複数個の熱交換器を
直列接続して集熱すると、卑、−・熱交換器で集熱する
よりも装置全体の熱父候手は市く、その」二、太陽熱集
熱器１へ向う熱媒体の温度は熱交換器単一の場合よりも
低ドするため太陽熱集熱器の集熱効率も向上する。そし
て、第−蓄熱押ｉ２ａ、第二蓄熱槽２１）、第ニア蓄熱
槽２１の温度はほぼ均一に蓄熱される。

また通常集熱モードとして集熱してあった場合は、第６
図（ｇ）のようにすべての蓄熱槽から均一な温度の水が
得られる。

〈第三実施例〉 第４図は本発明の第三実施例であり、これは、上記第二
実施例に比して、ジスターン７がらの使用熱媒体（冷水
）供給用の導入管４［は第一蓄熱槽２ａのみに接続され
、第一蓄熱槽２ａ、第二蓄熱槽２１）、第Ｈ６蓄熱槽２
ｃ間を接続する管９ａ、９ｂが新設されたもので、他の
構成は第二実施例と同様である。そしてこの実施例で使
用熱媒体（温水）の利用は第６図（ｈ）、（ｉ）の様に
切換弁ｉ）　、　Ｅの開閉により行なわれる。

上記各実施例では給湯圧はジスターン７の水頭圧によ−
）て得られているが、水道圧を利用してもよい。

なオ；、−１，記名実施例においては蓄熱槽と熱交換器
とが各−八個の場合を説明したが、本発明は蓄熱槽と熱
交換器が各二個又は四個以にの場合にも適用できる、−
とは勿論である。

〈効果〉 １；Ｊ、　Ｌの説明から明らかな通１）、本発明の太陽
熱集熱装置の蓄熱装置は複数個の蓄熱槽から構成され、
熱交換装置は前記各蓄熱槽毎に内装された複数個の熱交
換器から構成され、これら熱交換器への集熱熱媒体の出
入を制御する切換弁が設けらＪｔ、ポンプの始動・停止
と前記切換弁の切換えとにより、前記熱交換器への集熱
熱媒体の循環を制御する制御装置が設けられたものであ
る。

したがって、本発明によれば、蓄熱槽に蓄熱する際に、
使用熱媒体を、使用する用途、例えば暖房、冷房、給湯
等に合わせて必要とする温度で必要な量だけすばやく得
られるように効率的に蓄熱することが可能であるとい−
）た優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成図、第２図は本発明装置の第一
実施例の構成図、第３図は本発明装置の第二実施例の構
成図、第４図は本発明装置の第三実施例の構成図、第５
図は第二実施例の制御装置のフローチャート、第６図（
、）〜（ｉ）は作用説明用略図である。 １：太陽熱集熱器、２：蓄熱装置、２ａ：第一蓄熱槽、
２１）：第二蓄熱槽、２ｃ：第三蓄熱槽、３：熱交換装
置、３ａ：第一熱交換器、３１）：第二熱交換器、３ｃ
：第三熱交換器、４：循環用管路、５：制御装置、６ｓ
、　６　ａ、　６　ｂ、　６　＜：：温度センサー、７
：シスターン、ε；：集熱モード切換スイッチ、ノ＼・
・・ト：：切換弁、Ｐ：ポンプ。 出　願　人　　シャープ株式会社 代理人　中村恒久 手続＾１ｊ正書（白妙） ＋！（和５９イ１′５月１ｏ日 特許庁長官殿 ■、事件の表示 特願昭５８−０２５１０７号 ２、発明、考案の名利； 太陽熱集熱装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　出願人 名　　称 ４、代理人＠５４１ 住　所　　大阪市東区南本町４丁目５７番地インペリア
ル船場昭和　　年　　　月　　　日（発送日）６、補正
により増加する発明の数 ７、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」欄 ８補正の内容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 太陽熱に上り集熱熱媒１体を加熱する太陽熱集熱器と、
   加熱された集熱熱媒体ｌこより使用熱媒体を加熱する熱
   交換装置と、加熱された使用熱媒体を蓄える蓄熱装置と
   、集熱熱媒体を強制的に循環さぜるポンプと、前記太陽
   熱集熱器、熱交換装置お−よびポンプを接続する集熱熱
   媒体循環用管路とを具えてなる太陽熱集熱装置において
   、前記蓄熱装置は複数個の蓄熱槽から構成され、前記熱
   交換装置は前記各蓄熱槽毎に内装された複数個の熱交換
   器から構成され、これら熱交換器への集熱熱媒体の出入
   を制御する切換弁が設けられ、前記ポンプの始動・停止
   と前記切換弁の切換えとによ１）、前記熱交換器への集
   熱熱媒体の循環を制御する制御装置が設けられたことを
   特徴とする太陽熱集熱装置。