JPS5939662B2 - 太陽熱集熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は集熱器と貯湯槽との間に被加熱水を循環させる
循環回路を形成し、集熱器にて加熱された被加熱水を貯
湯槽に貯湯するようにした太陽熱集熱装置に関するもの
である。

従来の此種の集熱装置は集熱器内の被加熱水温度が貯湯
槽内下部の被加熱水温度より一定値以上高い時に、差温
か小さくなるまでの間、集熱ポンプを用いて被加熱水を
循環させ、集熱器に送られた被加熱水を太陽熱で加熱し
たのち、貯湯槽に戻し、これを繰返すようにして貯湯槽
に温水を貯湯するようにしである。

ところで、日射のない寒冷時には循環回路内の被加熱水
は循環を停止していて凍結しやすく、集熱器や配管が破
裂する虞れを有していた。

そこで、循環回路内の被加熱水温度を検出し、被加熱水
が一定温度まで低下して凍結の危険が生じると、集熱ポ
ンプを運転して被加熱水を循環させたり、水抜き電磁弁
を開放して循環回路の被加熱水を排出したりする凍結防
止装置を作動させ、集熱器や配管を凍結による破裂から
保護するようにしである。

一般に循環回路の被加熱水が凍結を起こすのは第１図に
示すように循環回路内の被加熱水の検出部部分の温度イ
が、被加熱水の凍結温度（０℃）以上であっても、外気
温ハが０℃以下であると循環回路の最も断熱の悪い部分
から外気に放熱し、その部分の被加熱水温度口が０℃に
低下する場合（Ａ点）と、第２図に示すように外気温口
が０℃以上であっても集熱器から放射冷却して集熱器内
の被加熱水温度ハが０℃に低下する場合（Ｂ点）とがあ
り、季節や時間によって凍結する場所が異なっている。

このようにして循環回路の被加熱水温度の検出部以外の
場所で一旦凍結が生じると、凍結防止装置が作動して集
熱ポンプが運転しても被加熱水が循環しなかったり、水
抜き電磁弁が作動しても水抜きができなかったりして全
面凍結へと進み、循環回路の集熱器や配管を破損させる
ことがある。

この対策として従来は凍結防止装置の作動する被加熱水
の検出温度を高目に設定するようにしているが、春秋等
の中間期など、比較的外気温の高（田に凍結の虞れが全
くないにも拘らず放射冷却により凍結防止装置が作動し
てしまうという欠点を有していた。

又、循環回路の複数箇所の被加熱水温度を検出し、検出
温度のうち最も低い温度に応じて凍結防止装置を作動さ
せるという方法も考えられるが、センサの数の増加に伴
ない配線工事が面倒になるとともに、センサ数を増やし
ても循環回路内の最も低温になる場所の温度を必ず検出
できるとは限らず、実用的ではない。

本発明は上述の事実に鑑みてなされたものであり、循環
回路の被加熱水温度と外気温とを検出し、外気温が低い
時、外気温が高い時よりも高い被加熱水温度で凍結防止
装置を駆動させる制御装置を備えることを特徴とし、春
秋等の中間期のように外気温が高く熱伝導では被加熱水
温度が凍結し得す、放射冷却による温度低下のみを考慮
すれば良い状態では凍結防止装置が低い被加熱水検出温
度で作動するようにして無駄な凍結防止装置の作動を防
止し、冬期のように外気温が低く熱伝導により被加熱水
が凍結しやすい状態では凍結防止装置が高い被加熱水検
出温度で作動するようにして検出部以外の被加熱水の凍
結を防止し集熱器や配管を破裂から保護できるようにす
ることを目的とし、経済的で効率の良い凍結防止装置の
制御装置を備えた太陽熱集熱装置を提供するものである
。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明を適用した太陽熱集熱装置の系統図を示
し、１は集熱器、２は貯湯槽であり、集熱器１と貯湯槽
２とが凍結防止装置を兼ねる集熱ポンプ３の介設された
往管４と戻り管５とで連結されて貯湯槽２に貯溜される
被加熱水の循環回路６を形成している。

７は貯湯槽２の下部に連結された給水管、８は貯湯槽２
の上部に連結された出湯管である。

９は集熱ポンプ３０制御装置であり、集熱器１内の戻り
管５近傍の被加熱水温度、並びに貯湯槽２内の往管４近
傍の被加熱水温度を夫々検出する集熱センサ１０，１１
と集熱器１内の被加熱水温度を検出する凍結防止センサ
１２と、外気センサ１３とを備えている。

第４図は制御装置９の電気回路を示し、直流低電圧の供
給される母線１４，１５間に集熱サーモ１６と、凍結防
止サーモ１７とが接続され、交流電圧が供給される母線
１８．１９間にリレースイッチ２０１．２１１を介して
集熱ポンプ３が接続サレテいる。

集熱サーモ１６は集熱センサ１０゜１１を入力とし、集
熱センサ１０の検出温度が集熱センサ１１の検出温度よ
り一定値（例えば１０℃）以上高い時、その差が一定値
（例えば２℃）以下になるまでリレースイッチ２０１駆
動用のリレー２０を励磁させるようにした周知の差温サ
ーモからなる。

凍結防止サーモ１７は母線１４゜１５間に設けられた凍
結防止センサ１２、外気センサ１３及び抵抗２２ないし
２５からなるブリッジ回路２６と、ブリッジ回路２６の
出力点２６１．２６２に入力端２７１．２７２が接続さ
れ入力端２７１と出力端２７３０間に正帰還抵抗２８が
接続された差動増巾器２７と、差動増巾器２７の出力端
２７３と母線１５の間に直列に接続された抵抗２９．３
０と、抵抗２９，３０の中間接続点３１にベースが、母
線１５にエミッタが接続されたトランジスタ３２とから
なり、トランジスタ３２のコレクタがリレースイッチ２
１１駆動用のリレー２１を介して母線１４に接続されて
いる。

尚、各センサは何れも負特性サーミスタを使用している
。

而して、本実施例に依れば、四季を問わず、日射のある
場合に集熱センサ１０，１１が一定値以上の差温を検出
すると、集熱サーモ１６がリレー２０を励磁させ、集熱
ポンプ３がリレースイッチ２０１を介して通電される。

このため、集熱ポンプ３が運転して被加熱水が循環し、
集熱器１に残っていた被加熱水は貯湯槽２に貯湯され、
新たに集熱器１に送られた被加熱水はここで加温される
。

そして集熱センサｉｏ、１ｉにて検出される差温か一定
値以下になると、リレー２０の励磁が解かれ、集熱ポン
プ３が停止する。

このようにして日射があると、被加熱水は断続的に循環
回路６内を循環し、太陽熱を利用して加温されたのち、
貯湯槽２に温水として貯湯され、出湯管８を経て給湯さ
れる。

又、給湯が行なわれると新たに給水管７から市水が補給
される。

一方、凍結防止サーモ１７は凍結防止センサ１２と外気
センサ１３にて検出される被加熱水温度と外気温とを監
視し、被加熱水の凍結の虞れがある場合にリレー２１を
励磁して集熱ポンプ３を運転させ、被加熱水を循環させ
ることにより集熱器１、往管４及び戻り管５を凍結から
保護する。

すなわち、ブリッジ回路６は第５図に示す特性線の下側
の領域にて出力点２６１電位が出力点２６２の電位を上
回るように各センサ１０，１１゜１２及び抵抗２２ない
し２５を設定しており、外気温ＴＯに対し被加熱水温度
Ｔが負の傾きを有する比例直線部は例えば第１図及び第
２図の凍結開始温度Ｔ１とＴ２、並びにこの時の外気温
ＴＯＩ。

ＴＯ２の関係によって定められ、外気温ＴＯがＴＯ２よ
り高いＴＯ２′以上の時は被加熱水温度Ｔが一定値Ｔ２
’に定められ、外気温ＴｏがＴＯＩより低いＴＯ１′以
下の時は被加熱水温度が一定値Ｔ１′に定められている
。

そしてこの領域に凍結防止センサ１２と外気センサ１３
の検出温度が入ると、増巾器２７の出力端２７３が高電
位となり、トランジスタ３２はベース電流が流れて導通
し、リレー２１を励磁させる。

このように凍結防止サーモ１７を設計しておくことによ
り、外気温が０℃前後にある場合には外気温ＴＯが低い
程、より高い被加熱水温度Ｔで集熱ポンプ３が運転して
凍結防止が行なわれることになり、例えば外気温Ｔ′が
ＴＯ，２の時には放射冷却のみを考慮して被加熱水温度
ＴがＴ２の検出により集熱ポンプ３を運転させて集熱器
１の保護を図り、ＴＯ１０時には凍結防止センサ１０設
置部以外の集熱器１内部又は往管４若しくは戻り管５の
被加熱水温度が熱伝導により温度低下するのを考慮して
Ｔ１の検出により集熱ポンプ３を運転させて循環回路６
全体の凍結保護が行なわれることになる。

又、外気温がＴＯ２’を超える場合には放射冷却があっ
ても集熱器１内の被加熱水が凍結することはないので、
集熱ポンプ３の運転する被加熱水温度Ｔを最低のＴ２／
に設定しておくことにより春秋等の中間期に於いて無駄
な凍結防止運転をしないようにでき、被加熱水温度Ｔが
Ｔ １ ／を超える場合にも無駄な運転をしないように
できる。

尚、凍結防止サーモ１７による集熱ポンプ３の運転は被
加熱水の循環により凍結防止センサ１２の検出温度が高
まり、出力点２６１の電位が出力点２６２の電位を下回
ることにより終了し、正帰還抵抗２８により所定のディ
ファレンシャルを増巾器２７に持たせであるため、集熱
ポンプ３がハンチング運転をする虞れはない。

又、日射のある場合は凍結防止センサ１２の抵抗値が極
めて小さく、リレー２１が励磁されることはない。

第６図は本発明を適用した太陽熱集熱装置の他の系統図
を示し、第３図と同一部分には同一符号を付してあり、
第３図と異なるのは往管４と戻り管５に夫々電磁弁３３
と３４とが挿入されていることと、往管４と戻り管５の
途中に夫々接続された分岐管３５と３６に夫々電磁弁３
７と３８が介設されていることと、外気温センサ１３の
代わりにバイメタル等からなる外気温スイッチ３９が使
用され、制御装置９′が集熱ポンプ３と、電磁弁３３．
３４．３７．３８の通電制御を行なうようにしであるこ
とである。

第７図は制御装置９′の電気回路を示し、第４図と同一
部分には同一符号を付してあり、第４図と異なるのは凍
結防止サーモ１７′のブリッジ回路２６′の出力点２６
１′の電位が出力点２６２′の電位より第８図で示す特
性線の下側にて上回るように凍結防止サーモ１２、外気
温スイッチ３９及び抵抗４０ないし４３を設定しである
ことと、リレー２１にて駆動されるリレースイッチ２１
２のｂ接点を介して電磁弁３３，３４が、又、ａ接点を
介して凍結防止装置としての電磁弁３７゜３８が夫々母
線１８．１９間に接続しであることと、集熱ポンプ３が
リレースイッチ２０１のみを介して母線１８．１９間に
接続されていることである。

本実施例にあっては常時は電磁弁３３．３４が通電され
て開放し、電磁弁３７．３８が閉路した状態にあり、日
射がある時に集熱ポンプ３が断続的に運転して貯湯槽２
に温水を貯湯する。

又、日射がなく、外気温ＴＯがＴＯ１以下となり外気温
スイッチ３９が閉路した状態にて被加熱水温度ＴがＴ１
以下となった場合や、外気温ＴがＴＯ２以上となり、外
気温スイッチ３９が開放した状態にて被加熱水温度Ｔが
Ｔ２以下となった場合にはリレー２１が通電されてリレ
ースイッチ２１２がａ側に切換わり、電磁弁３３．３４
が閉路するとともに電磁弁３７，３Ｆ３が開放して分岐
管３５゜３６から循環回路６の被加熱水が排出され、循
環回路６が凍結による破裂から保護される。

この場合も外気温の低い時は外気温の高い時に比べて高
い被加熱水温度にて凍結防止が行なわれることになり、
第３図のものと同様な効果が得られる。

本発明は上述の如く、集熱器と貯湯槽との間に被加熱水
を循環させる循環回路を形成し、集熱器にて加熱された
被加熱水を貯湯槽に貯湯するようにしたものに於いて、
循環回路の被加熱水温度と外気温とを検出し、外気温が
低い時、外気温が高い時よりも高い被加熱水温度で凍結
防止装置を駆動させる制御装置を備えるものであるから
、春秋等の中間期のように外気温が高く放射冷却のみの
影響を考慮すれば良い状態では低い被加熱水温度で凍結
防止運転を行ない、無駄な凍結防止運転を防止するよう
にでき、冬期のように外気温が低（熱伝導により被加熱
水が凍結しやすい状態では高い被加熱水温度で凍結防止
運転を行ない、検出部以外の被加熱水の凍結を未然に防
止するようにでき、四季を通じて適切且つ効率の良い凍
結防止運転を行なうようにできるとともに、凍結防止装
置が作動不能になる虞れがな（循環回路の保護が図れる
ことになり、更にはセンサ数を増加させる必要がなく経
済的であるとともに配線工事を簡単にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来装置の特性例を示す説明図、第
３図は本発明の一実施例を示す太陽熱集熱装置の系統図
、第４図は第３図で用いた制御装置の電気回路図、第５
図は同じ（特性説明図、第６図は本発明の他の一実施例
を示す太陽熱集熱装置の系統図、第７図は第６図で用い
た制御装置の電気回路図、第８図は同じく特性説明図で
ある。 １・・・集熱器、２・・・貯湯槽、３・・・集熱ポンプ
、６・・・循環回路、９，９′・・・制御装置、１２・
・・凍結防止センサ、１３・・・外気センサ、３７，３
Ｂ・・・電磁弁、３９・・・外気温スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 集熱器と貯湯槽との間に被加熱水を循環させる循環
   回路を形成し、集熱器にて加熱された被加熱水を貯湯槽
   に貯湯するようにしたものに於いて、循環回路の被加熱
   水温度と外気温とを検出し、外気温が低い時、外気温が
   高い時よりも高い被加熱水温度で凍結防止装置を駆動さ
   せる制御装置を備えることを特徴とする太陽熱集熱装置
   。