強制循環型太陽熱温水器
【課題】循環装置による熱媒の単位時間当りの循環量を変更することにより、太陽光の受光量が多い場合において、放熱損失と集熱性能の低下を回避するとともに、太陽光の受光量が少ない場合において、熱媒による貯湯タンクにおける熱吸収を回避できる強制循環型太陽熱温水器を提供することを課題とする。
【解決手段】
本発明の強制循環型太陽熱温水器１は、太陽熱により熱媒を加熱する集熱板２と、熱媒Ｎにより加熱される水を貯める貯湯タンク４と、集熱板２と貯湯タンク４との間で熱媒Ｎを循環させる循環ポンプ６と、循環ポンプ６の稼働及び停止と、循環ポンプ６が熱媒Ｎを循環させる単位時間当りにおける量である瞬間熱媒循環量とを制御する制御部９と、を備え、循環ポンプ６による瞬間熱媒循環量が変更することを特徴とする。
【解決手段】
本発明の強制循環型太陽熱温水器１は、太陽熱により熱媒を加熱する集熱板２と、熱媒Ｎにより加熱される水を貯める貯湯タンク４と、集熱板２と貯湯タンク４との間で熱媒Ｎを循環させる循環ポンプ６と、循環ポンプ６の稼働及び停止と、循環ポンプ６が熱媒Ｎを循環させる単位時間当りにおける量である瞬間熱媒循環量とを制御する制御部９と、を備え、循環ポンプ６による瞬間熱媒循環量が変更することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強制循環型太陽熱温水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、貯湯タンク内の水を加熱する温水器として、集熱板が受けた太陽熱を利用して熱媒を加熱し、その加熱された熱媒を貯湯タンク内に循環させて、貯湯タンク内の水を加熱する太陽熱温水器が広く知られている。
また、従来の太陽熱温水器において、集熱板と貯湯タンクとの間で熱媒を循環させる方法に関し、自然循環型と強制循環型との２種類があり、その一つである強制循環型は、屋根上に設置された集熱板と地面に設置された貯湯タンクの間で、循環ポンプなどの循環装置により強制的に循環させる方法である。
【０００３】
そして、従来技術の強制循環型太陽熱温水器に関し、下記特許文献に開示されるように、集熱板内にある熱媒の温度と貯湯タンク内の水の温度を検出する温度検出器がそれぞれ設けられており、貯湯タンク内の水の温度に比べ、集熱板内にある熱媒の温度が所定の温度分だけ高い場合に、循環ポンプを稼働させて、熱媒の循環を行っていた。
【０００４】
また、循環ポンプの稼働により循環する熱媒の単位時間当りの量は、集熱板が熱媒を加熱する単位時間当りの加熱量と、貯湯タンクにおいて熱媒が放熱できる放熱量との相関関係が最も良い効率となる循環量となるように予め設定されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０４４９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の強制循環型太陽熱温水器によれば、循環ポンプの稼働により循環する熱媒の単位時間当りの量が予め設定されていたため、以下のような問題が生じていた。
【０００７】
例えば、太陽が南中にあり、一日において最も太陽から集熱量が多い時間帯においては、集熱板の受光量が多く、熱媒を加熱できる熱量も多い。よって、集熱板内においては、加熱されて循環可能な熱媒の量も増加することとなる。
しかしながら、従来の強制循環型太陽熱温水器によれば、熱媒の単位時間当りの循環量が一定であったため、循環されずに集熱板内に滞留し、放熱してしまうという問題があった。さらに、熱媒が集熱板に滞留していることにより、集熱板による集熱性能が低下するという問題があった。
【０００８】
一方で、従来の強制循環型太陽熱温水器によれば、例えば、太陽が南中を過ぎ、集熱板の受光量が減少した場合、熱媒を加熱できる熱量が少なくなる。よって、予め設定された単位時間当りの循環量で熱媒を循環させることができないため、循環装置を停止させることとなる。
ここで、循環装置の停止により、熱媒が集熱板と貯湯タンクと間を循環するための接続配管内にある熱媒が外気により冷やされてしまい、貯湯タンク内の水温よりも低くなることがあった。そのため、循環装置を再稼働した場合に、温度が低下した熱媒が貯湯タンクの加熱された水から熱量を奪ってしまうという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、前記問題に鑑みて創案された発明であって、循環装置による熱媒の単位時間当りの循環量を変更することにより、太陽光の受光量が多い場合において、放熱損失と集熱性能の低下を回避するとともに、太陽光の受光量が少ない場合において、熱媒による貯湯タンクにおける熱吸収を回避できる強制循環型太陽熱温水器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の強制循環型太陽熱温水器は、太陽熱により熱媒を加熱する集熱板と、前記熱媒により加熱される水を貯める貯湯タンクと、前記集熱板と前記貯湯タンクとの間で前記熱媒を循環させる循環装置と、前記循環装置の稼働及び停止と、前記循環装置が熱媒を循環させる単位時間当りにおける量である瞬間熱媒循環量とを制御する制御部と、を備え、前記循環装置による前記瞬間熱媒循環量が変更されることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の強制循環型太陽熱温水器によれば、制御部が、集熱板と貯湯タンクとの間で循環する単位時間当りの熱媒量を変更させることができる。よって、多くの太陽熱が集熱板に集熱したとしても、瞬間熱媒循環量を増加させることにより、循環可能にも関わらず集熱板に滞留する熱媒を減少させることができる。そして、集熱板に滞留する熱媒が減少することにより、放熱の減少化、及び、集熱板の集熱性能の低下の低減化を図ることができる。
一方で、太陽熱の減少により集熱板内の熱媒を加熱する熱量が減少した場合には、瞬間熱媒循環量を減少させる。これによれば、循環装置を停止させることないため、接続配管内の熱媒の温度低下を抑止することができ、温度が低下した熱媒が貯湯タンクにおける熱吸収を回避することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の強制循環型太陽熱温水器は、前記集熱板内の熱媒の温度を検出する熱媒温度検出器と、前記貯湯タンクに貯水された水の温度を検出する水温検出器と、をさらに備え、前記制御部は、前記循環装置を稼働又は停止させるとともに、前記循環装置の前記瞬間熱媒循環量を変更させる循環装置制御部と、前記熱媒温度検出器により検出された熱媒の温度から、前記水温検出器により検出された水温の温度を差し引いて、前記熱媒と貯湯タンクの水温との温度差である差温値を算出する算出部と、前記循環装置停止時において、前記算出部が算出した差温値と所定値である第１差温値を比較して、前記差温値が第１差温値以上の場合に、所定の単位時間当りの循環量である第１循環量を循環させるように、前記循環装置制御部に制御信号を送信する稼働判断部と、前記循環装置稼働中において、前記算出部が算出した差温値に基づいて、前記差温値により前記集熱板に熱量がない場合に、循環装置が停止するように前記循環装置制御部に制御信号を送信する停止判断部と、前記循環装置稼働中において、前記差温値と前記第１差温値よりも大きい第２差温値とを比較し、前記差温値が第２差温値よりも大きい場合に、前記第１循環量よりも所定の単位時間当りの循環量が多い第２循環量を循環させ、一方で、前記差温値と前記第１差温値よりも小さい第３差温値とを比較し、前記差温値が第３差温値よりも小さい場合には、前記第１循環量よりも所定の単位時間当りの循環量が少ない第３循環量を循環させるように、制御信号を前記循環装置制御部に送信する循環量変更部と、前記第１循環量、前記第２循環量、前記第３循環量と、前記第１差温値、前記第２差温値、前記第３差温値とを記憶する記憶部とを備え、前記循環装置制御部が前記循環量変更部から送信される制御信号に対応して、前記循環装置の前記瞬間熱媒循環量を変更することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の強制循環型太陽熱温水器によれば、差温値が第１差温値以上の場合、つまり、熱媒が貯湯タンク内の水を加熱可能な場合に、循環装置制御部が循環装置を稼働させる。
よって、貯湯タンクには、貯湯タンク内の水よりも第１差温高い熱媒が第１循環量分循環されて、貯湯タンク内の水を加熱することができる。
なお、ここでいう「第１循環量」とは、集熱板が熱媒を加熱する単位時間当りの加熱量と、貯湯タンクにおいて熱媒が放熱できる放熱量との相関関係が最も良い効率となる循環量を示す。また、「第１差温値」とは、第１循環量により熱媒の循環させた場合に必要とされる貯湯タンク内の水と集熱板内の熱媒との温度差である。
【００１４】
また、請求項２の強制循環型太陽熱温水器によれば、稼働中において、差温値が第２差温値よりも大きい場合、第１循環量よりも多い第２循環量を循環させる。
ここで、熱媒が第２差温値よりも大きい場合とは、集熱板に集熱する熱量が多く、集熱板が集熱板内にある熱媒を加熱する加熱速度に比べて、熱媒の循環量である第１循環量が少ない場合である。
従って、第１循環量よりも多い第２循環量を循環させることにより、熱媒が循環されずに集熱板内に滞留し、放熱してしまうという問題を回避できる。また、さらに、熱媒が集熱板に滞留していることもないため、集熱板による集熱性能が低下するという問題も回避することができる。
【００１５】
一方で、請求項２の強制循環型太陽熱温水器によれば、稼働中において、差温値が第３差温値よりも小さい場合、第１循環量よりも少ない第３循環量を循環させる。
ここで、差温値が第３差温値よりも小さい場合とは、集熱板に集熱する熱量が少なく、集熱板が集熱板にある熱媒を加熱する加熱速度に比べて、熱媒の循環量である第１循環量が多い場合である。
従って、第１循環量よりも少ない第３循環量を循環させることにより、第１循環量を循環する場合に比べて、熱媒が集熱板に滞留する時間が長くすることができる。
また、第１循環量よりも少ないものの、熱媒が循環しているため、熱媒接続配管内に留まり外気により冷やされて、貯湯タンク内の水温以下に低下することを回避できるため、熱媒が貯湯タンク内の水の熱吸収をするという問題を回避することができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の強制循環型太陽熱温水器は、前記貯湯タンク内に流入する熱媒の温度を検出する流入用温度検出部と、前記貯湯タンク内で放熱した熱媒の温度を検出する流出用温度検出部と、を備え、前記記憶部は、前記貯湯タンクに流入した熱媒が放熱する所定の放熱量である標準放熱量が記録されており、さらに、前記制御部は、前記循環装置の稼働中に、前記流入用温度検出部により検出された熱媒の温度から、前記流出用温度検出部により検出された熱媒の温度を差し引き、貯湯タンクにおける放熱量である放熱値を算出する放熱値算出部と、前記放熱値算出部により算出された放熱値と前記記憶部に記録された標準放熱値とを比較し、前記放熱値が標準放熱値よりも小さい場合に、前記瞬間熱媒循環量を減少させるように、前記循環装置制御部に制御信号を送信する第２循環量変化部を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の強制循環型太陽熱温水器によれば、放熱値算出部が、放熱値と標準放熱値とを比較する。そして、第２循環量変化部が、放熱値が標準放熱値よりも低いと判断した場合、つまり、放熱効率が低い場合には、瞬間熱媒循環量を減少させるように、循環装置制御部に制御信号を送るため、循環装置による瞬間熱媒循環量が減少し、貯湯タンク内での放熱効率を高めることが可能となる。
【００１８】
また、請求項４に記載の前記強制循環型太陽熱温水器は、前記太陽熱により加熱された前記集熱板の温度を検出する集熱板温度検出部を備え、前記記憶部は、循環装置が稼働中における集熱板の温度と集熱板内の熱媒の温度との所定の温度差である標準温度差値が記録されており、前記制御部は、集熱板温度検出部により検出された前記集熱板の温度から、前記流出用温度検出部により検出された熱媒の温度を差し引いて、集熱板から熱媒に伝導していない残留熱量である残留熱量値を算出する残留熱量値算出部と、前残留熱量算出部が算出した残留熱量値と前記記憶部に記憶された標準温度差とを比較して、前記残留熱量値が前記標準温度差よりも大きい場合に、前記瞬間熱媒循環量を減少させるように、前記循環装置制御部に制御信号を送信する第３循環量変化部を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の強制循環型太陽光温水器によれば、残留熱量値算出部が集熱板から熱媒に伝導していない残留熱量値を算出する。
そして、その算出された残留熱量値と標準的な集熱板の温度と集熱板内の熱媒の温度差である標準温度差と比較し、残留熱量値が標準温度差よりも大きいか否かを判断する。
ここで、残留熱量値が標準温度差よりも大きい場合とは、集熱板に熱用があるにも関わらず、熱媒の方に伝導していない場合である。
よって、第３循環残留熱量値が標準温度差よりも大きいと判断した場合に、瞬間熱媒循環量を減少させるように、循環装置制御部に制御信号を送信し、瞬間熱媒循環量を減少させるため、熱媒が集熱板内に滞留する時間が長くなり、集熱板から熱媒への熱伝達効率を高めることが可能となる。
【００２０】
また、請求項５に記載の強制循環型太陽光温水器は、前記循環装置が、供給される電力の大きさに比例して回転数が変化する循環ポンプであり、前記制御部は、太陽光を受けて電力に変換し、前記電力を循環ポンプに供給する太陽電池であることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の強制循環型太陽光温水器によれば、循環ポンプの回転数、つまり、瞬間熱媒循環量は、太陽電池の受光量に対応することとなるため、受光量が多い場合には、瞬間熱媒循環量が多くなり、一方で、受光量が少ない場合には、瞬間熱媒循環量が少なくなる。
よって、集熱板の集熱量も多い場合には、瞬間熱媒循環量が多いため、循環可能な熱媒が集熱板に滞留して放熱するという問題を回避することができるとともに、集熱板による集熱性能が低下するという問題も回避することができる。
一方で、集熱板の集熱量も少ない場合には、少ないもの熱媒が循環しているため、熱媒接続配管内に留まり外気により冷やされて、貯湯タンク内の水温以下に低下することを防止でき、熱媒が貯湯タンク内の水の熱吸収をするという問題を回避することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上、本発明によれば、太陽光の受光量が多い場合において、放熱損失と集熱性能の低下を回避するとともに、太陽光の受光量が少ない場合において、熱媒による貯湯タンクにおける熱吸収を回避できる強制循環型太陽熱温水器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る強制循環型太陽熱温水器を示す全体図である。
【図２】第１実施形態の制御部の構成を示す構成図である。
【図３】第１実施形態の強制循環型太陽熱温水器の運転方法を示すフローチャートである。
【図４】変更例における強制循環型太陽熱温水器を示す全体図である。
【図５】変更例の制御部の構成を示す構成図である。
【図６】第２実施形態の強制循環型太陽熱温水器を示す全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、第１実施形態に係る強制循環型太陽熱温水器１について、図面を適宜参照しながら説明する。
第１実施形態に係る強制循環型太陽熱温水器１は、図１に示すように、集熱板２と、熱交換器３を備えた貯湯タンク４と、接続配管５ａ、５ｂと、循環ポンプ６と、集熱板２内に設けられた熱媒温度検出器７と、貯湯タンク４内に設けられた水温検出器８と、循環ポンプ６の稼働を制御する制御部９とを備えてなる。
【００２５】
集熱板２は、パネル状の箱体であり、接続配管５ｂから流入した熱媒Ｎが滞留するとともに、接続配管５ａから熱媒Ｎが流出可能となっている。また、集熱板２は、住宅の屋根など太陽光を受光し易い箇所に設置されており、太陽熱により集熱板２内の熱媒Ｎを加熱する。なお、本発明の集熱板２については特に限定されるものでなく、例えば、集熱板２が真空のガラス管により構成されてもよい。これによれば、真空のガラス管の内部にあり、加熱された熱媒の熱が放熱し難いという利点がある。なお、本発明においては、熱媒Ｎについても特に限定されるものでなく、不凍液や水などの流体であればよい。
【００２６】
貯湯タンク４は、タンク状の密閉容器であり、容器内の下部側に熱交換器３が設けられている。そして、貯湯タンク４に貯められた水は、熱交換器３内に流入した熱媒Ｎに加熱されて、貯湯タンク４内の上部側に移動する。また、貯湯タンク４は、上部側に給湯用配管１０が設けられており、必要に応じて、住宅内の浴槽等に給湯される。一方で、貯湯タンク４は、下部側に給水用配管１１が配設されており、給湯用配管１０を介して、給湯された量と同等の量の給水が可能となっている。
【００２７】
接続配管５ａは、集熱板２の上部側と、貯湯タンク４に設けられた熱交換器３とを接続する配管である。また、接続配管５ａには、集熱板２により加熱された熱媒Ｎを貯湯タンク４内に流入するための循環ポンプ６が設けられている。
一方で、接続配管５ｂは、貯湯タンク４に設けられた熱交換器３と、集熱板２の下部側とを接続する配管であって、熱交換器３で放熱した熱媒Ｎを貯湯タンク４内に流入されるための配管である。これにより、熱媒Ｎが集熱板２と熱交換器３と接続配管５ａ、５ｂとを循環する循環路が形成される。
【００２８】
循環ポンプ６は、稼働することにより、接続配管５ａ、５ｂを介して、集熱板２にある熱媒と貯湯タンク４内にある熱媒とを循環させるための装置である。
また、本実施形態の循環ポンプ６は、回転数を制御可能なサーボモータを備えており、このサーボモータの回転数を制御することにより、循環させる熱媒Ｎの単位時間当りの量（以後、「瞬間熱媒循環量」と称する。）を制御することができる。なお、本実施形態において、循環装置として循環ポンプ６を用いているが、開閉することにより循環量を変更可能なバルブなどであってもよい。
【００２９】
熱媒温度検出器７は、集熱板２内であって上部側に設けられており、集熱板２内の加熱された熱媒Ｎの温度ＴＮを検出する。一方、水温検出器８は、貯湯タンク４の下部側に設けられ、貯湯タンク４内に貯水された水の温度ＴＷを検出する。
また、熱媒温度検出器７と水温検出器８は、常時温度を検出しており、検出した温度データを制御部９に送信する。
【００３０】
制御部９は、熱媒Ｎの温度ＴＮから貯湯タンク４内の水の水温ＴＷを差し引いて差温値ΔＴを算出する算出部１２と、算出された差温値ΔＴに基づいて循環ポンプ６を稼働させるか否かを判断する稼働判断部１３と、算出された差温値ΔＴに基づいて稼働している循環ポンプ６を停止させるか否かを判断する停止判断部１４と、算出された差温値ΔＴから、瞬間熱媒循環量を変更するか否かを判断する循環量変更部１５と、循環ポンプ６の稼働及び停止と循環ポンプ６の瞬間熱媒循環量の変更を行なう循環ポンプ制御部１６と、差温値Ｔ１等とそれに対応する瞬間熱媒循環量とを記憶する記憶部１７と、を備えている。
ここで、稼働判断部１３は、循環ポンプ６が停止している場合に機能し、停止判断部１４と循環量変更部１５は、循環ポンプ６が稼働中に機能する。一方で、算出部１２と循環ポンプ制御部１６は、循環ポンプの稼働及び停止に関わらず、常時機能する。
なお、制御部９を構成する各機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、プログラム等によって実現される。
【００３１】
稼働判断部１３は、循環ポンプ６の停止中において、算出部１２により算出された差温値ΔＴと、記憶部１７に記録された所定値である第１差温値Ｔ１との比較を行ない、瞬間熱媒循環量を所定量である第１循環量として、循環ポンプ６を稼働するか否かを決定する。
ここで、所定量である「第１循環量」とは、集熱板２における加熱と貯湯タンク４における放熱との相関関係において、最も効率良い熱交換ができる単位時間当りの循環量であり、用いられる集熱板２の集熱率や熱交換器３の熱交換率により相対的に決定されるものである。
また、所定値である「第１差温値」とは、前述する第１循環量、つまり、最も効率良い熱交換ができる単位時間当りの循環量で熱媒Ｎを循環させた場合に、必要とされる貯湯タンク４内の水と集熱板２内の熱媒との温度差の値である。
よって、稼働判断部１３は、差温値ΔＴが第１差温値Ｔ１以上を示した場合には、瞬間熱媒循環量を第１循環量として循環できると判断し、循環ポンプ制御部１６に、第１循環量で循環ポンプ６を稼働させるように制御信号を送信する。
なお、本実施形態においては、「第１差温値」を４０℃とし、「第１循環量」を６Ｌ／ｍｉｎとして説明する。
【００３２】
また、停止判断部１４は、循環ポンプ６の稼働中において、差温値ΔＴが「０」を示しているか否かを判断し、循環ポンプ６の稼働を停止させるか否かを決定する。
ここで、差温値ΔＴが「０」を示す場合とは、貯湯タンク４内の水と集熱板２内の熱媒Ｎとの温度差がなく、集熱板２内の熱媒Ｎが貯湯タンク４の水を加熱する熱量を有していない場合である。
よって、停止判断部１４は、差温値ΔＴが「０」を示していると判断した場合には、循環ポンプ制御部１６に、循環ポンプ６を停止するように制御信号を送信する。
【００３３】
循環量変更部１５は、循環ポンプ６の稼働中において、算出部１２により算出された差温値ΔＴが、所定値である第３差温値Ｔ３以上であり、かつ、所定値である第２差温値Ｔ２未満の範囲内にあるかを判断する。
【００３４】
ここで、所定値である「第２差温値Ｔ２」とは、前記する第１差温値Ｔ１に比べて高く設定された値である。よって、差温値ΔＴが第２差温値Ｔ２を超える場合とは、集熱板２に集熱する熱量が増加し、第１差温値Ｔ１の場合に比べて、循環できる熱媒Ｎの量が多い場合である。
従って、循環量変更部１５は、循環ポンプ６の稼働中に、差温値ΔＴが第２差温値Ｔ２を超える値を示した場合、集熱板２内に循環できる熱媒Ｎの量が多いと判断し、循環ポンプ制御部１６に、第２循環量で循環ポンプ６を稼働させるように制御信号を送信する。
なお、第２循環量とは、熱媒Ｎの単位時間当りの循環量であって、第１循環量に比べて循環量が多く設定されている。なお、本実施形態では、「第２差温値」を６０℃とし、「第２循環量」を１０Ｌ／ｍｉｎとして説明する。
【００３５】
一方で、所定値である「第３差温値Ｔ３」とは、前記する第１差温値Ｔ１に比べて低く設定された値である（但し、０を超える値）。よって、差温値ΔＴが第３差温値Ｔ３よりも低い場合とは、集熱板２に集熱する熱量が低下しており、熱媒Ｎの温度が低く、循環できる熱媒Ｎの量が少ない場合である。
従って、循環量変更部１５は、循環ポンプ６の稼働中に、差温値ΔＴが第３差温値Ｔ３よりも低い値を示した場合には、循環できる熱媒Ｎの量が少ないと判断し、循環ポンプ制御部１６に、第３循環量で循環ポンプ６を稼働させるように制御信号を送信する。なお、第３循環量とは、第１循環量よりも熱媒Ｎの単位時間当りの循環量が少ない量とする。また、本実施形態において、「第３差温値」を３０℃とし、「第３循環量」を１Ｌ／ｍｉｎとして説明する。
【００３６】
循環ポンプ制御部１６は、稼働判断部１３と停止判断部１４と循環量変更部１５から送信される制御信号に対応して、循環ポンプ６の稼働及び停止を制御するとともに、熱媒Ｎの単位時間当りの循環量が、第１循環量〜第３循環量のいずれかとなるように、循環ポンプ６の回転数の制御をおこなう。
また、記憶部１７は、第１循環量（６Ｌ／ｍｉｎ）、第２循環量（１０Ｌ／ｍｉｎ）、第３循環量（１Ｌ／ｍｉｎ）と、第１差温値（４０℃）、第２差温値（６０℃）、第３差温値（３０℃）とを記憶している。
【００３７】
次に、本実施形態における強制循環型太陽熱温水器１の運転方法について、図面を参照して説明する。
【００３８】
本実施形態の強制循環型太陽熱温水器１は、図１に示すように、常時、熱媒Ｎの温度ＴＮと、貯湯タンク４内の水の水温ＴＷとを検出しているとともに、検出された温度ＴＮと水温ＴＷが制御部９に送信されており、この温度ＴＮと水温ＴＷを基に循環ポンプ６の運転が以下のように制御される（スタート）。
【００３９】
まず、循環ポンプ６の停止時において、算出部１２が温度ＴＮから水温ＴＷを差し引いて差温値ΔＴを算出する（ステップ１）
【００４０】
次に、稼働判断部１３により、差温値ΔＴが第１差温値を超えているか否かを判断する（ステップ２）。
具体的に、夜などの太陽光が集熱板２に照射されておらず、集熱板２に熱媒Ｎを加熱する太陽熱が確保されていない場合、例えば、集熱板２内にある熱媒Ｎの温度ＴＮが１５℃、貯湯タンク４内の水温ＴＷが７℃を示し、差温値ΔＴが８℃となる。
よって、このような場合には、差温値ΔＴが第１差温値Ｔ１は、第１差温値である４０℃を超えないため、循環ポンプ６を稼働させることなく待機となる（「Ｎｏ」の場合）。
【００４１】
一方で、太陽光が集熱板２に照射され、例えば、熱媒Ｎの温度ＴＮが５５℃となり、貯湯タンク４内の水温ＴＷが１０℃を示した場合、算出部１２により算出される差温値ΔＴが４５℃となる。
よって、このような場合には、差温値Ｔが第１差温値Ｔ１（４０℃）を超えるため（「Ｙｅｓ」の場合）、稼働判断部１３は、循環ポンプ制御部１６に、循環ポンプ６を稼働させるように制御信号を送信する（ステップ３）。
【００４２】
そして、循環ポンプ制御部１６が、循環量が第１循環量である６Ｌ／ｍｉｎとなるように循環ポンプ６を稼働させるため、温度ＴＮが５５℃の熱媒Ｎが熱交換器３側に流入して、貯湯タンク４に貯水された水温ＴＷが１０℃の水を加熱することとなる。
【００４３】
また、循環ポンプ６の稼働中においては、算出部１２により温度ＴＮと水温ＴＷとから算出された差温値ΔＴに基づいて、停止判断部１４と循環量変更部１５が以下のように制御する。
【００４４】
まず、循環量変更部１５は、差温値ΔＴが第３差温値Ｔ３以上第２差温値Ｔ２未満であるか判断される（ステップ４）。
ここで、例えば、熱媒Ｎの温度ＴＮが５８℃、貯湯タンク４内の水温ＴＷが１１℃などの場合、差温値ΔＴは４７℃となるが、この場合、差温値ΔＴの４７℃は、第３差温値Ｔ３である３０℃以上であり、かつ、第２差温値Ｔ２である６０℃未満に該当し（Ｙｅｓの「Ｔ２＞ΔＴ≧Ｔ３」の場合）、瞬間熱媒循環量が、第１循環量である６Ｌ／ｍｉｎに維持される（ステップ５）。
【００４５】
また、南中など日照量が多い時間帯など、例えば、熱媒Ｎの温度ＴＮが７３℃、貯湯タンク４内の水温ＴＷが１１℃を示したとする。
この場合、差温値ΔＴが６２℃と算出されるため、循環量変更部１５は、差温値ΔＴである６２℃が第２差温値Ｔ２である６０℃を超えると判断し（Ｎｏの「ΔＴ≧Ｔ２」の場合）、循環ポンプ制御部１６に、熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量が第２循環量である１０Ｌ／ｍｉｎとなるように、制御信号を送信する。
よって、循環ポンプ制御部１６が、熱媒Ｎの循環量が第２循環量となるように、循環ポンプ６の回転数を増やし、瞬間熱媒循環量が１０Ｌ／ｍｉｎとなり、熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量が増加する（ステップ６）。
【００４６】
一方で、夕方頃の日照量が少ない時間帯など、例えば、熱媒Ｎの温度ＴＮが４１℃、貯湯タンク４内の水温ＴＷが１２℃を示したとする。
この場合、差温値ΔＴが２９℃と算出されるため、循環量変更部１５は、差温値ΔＴが第３差温値Ｔ３である３０℃よりも低いと判断し（Ｎｏの「Ｔ３＞ΔＴ」の場合）、熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量を減らすべく、循環ポンプ制御部１６に、熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量が第３循環量（１Ｌ／ｍｉｎ）となるように、制御信号を送信する。
よって、循環ポンプ制御部１６が、熱媒Ｎの循環量が１Ｌ／ｍｉｎとなるように、循環ポンプ６の回転数を減らし、瞬間熱媒循環量が第３循環量の１Ｌ／ｍｉｎとなる（ステップ７）。
【００４７】
また、夜となり日照が全くない時間帯など、例えば、熱媒Ｎの温度ＴＮが１１℃、貯湯タンク４内の水温ＴＷが１１℃を示したとする。
この場合、差温値ΔＴが０℃と算出され、停止判断部１４は、算出部１２から送信された差温値ΔＴが「０」であるか否かを判断する。
ここで、差温値ΔＴが「０」であると停止判断部１４が判断した場合には、停止判断部１４は、循環ポンプ制御部１６に循環ポンプ６の稼働を停止するように制御信号を送信し、循環ポンプ６が停止する（エンド）。
一方で、差温値ΔＴが「０」ではないと停止判断部１４が判断した場合に、停止判断部１４は、集熱板２内の熱媒Ｎに未だ熱量があるとして、そのまま循環ポンプ６の稼働を継続させる。
【００４８】
以上、第１実施形態の強制循環型太陽熱温水器１について説明したが、このような強制循環型太陽熱温水器１は、熱媒Ｎの温度ＴＮから貯湯タンク４内の水の水温ＴＷを差し引いて得られる差温値ΔＴに基づいて、熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量を変更している。
よって、例えば、太陽が南中にあり、集熱板２内で加熱されて循環可能な熱媒Ｎの量が多い場合に、制御部９が熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量を増加させるため、熱媒Ｎが循環されずに集熱板２内に滞留し、放熱してしまうという問題がない。また、熱媒Ｎが集熱板２に滞留しているおそれもないため、集熱板２による集熱性能が低下するというおそれもない。
【００４９】
一方で、例えば、太陽が南中を過ぎ、日照量が減少した場合など、予め設定された瞬間熱媒循環量で循環させることができなくなったとしても、強制循環型太陽熱温水器１によれば、制御部９が熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量を減少させるため、接続配管内にある熱媒Ｎが外気により冷やされて、貯湯タンク４内の熱を吸収するという問題を回避することができる。
【００５０】
なお、本発明の強制循環型太陽熱温水器は、第１実施形態に示した強制循環型太陽熱温水器に限るものではない。
本実施形態の循環量変更部１５においては、瞬間熱媒循環量を変更するために、算出部１２により算出された差温値ΔＴを所定値の第２差温値Ｔ２と第３差温値Ｔ３の２つと比較していたが、これに限定されない。
たとえば、第１差温値Ｔ１が４０℃、第２差温値Ｔ２が６０℃、第３差温値Ｔ３が３０℃のほかに、第４差温値Ｔ４が５０℃、第５差温値Ｔ５が３５℃などに設定し、差温値ΔＴと比較するための基準を増やす。そして、これにあわせて、第４差温値Ｔ４に対応する瞬間熱媒循環量を８Ｌ／ｍｉｎとし、第５差温値Ｔ５に対応する瞬間熱媒循環量を３Ｌ／ｍｉｎと設定する。
この変形例の循環量変更部によれば、熱媒Ｎの循環量を、差温値ΔＴに対応した、より適切な瞬間熱媒循環量とすることが可能となる。
【００５１】
そのほかに、例えば、変形例として、図４に示すように、第１実施形態で示した強制循環型太陽熱温水器１が備える構成のほかに、さらに、貯湯タンク４内に流入する熱媒Ｎの温度ＳＩＮを検出する流入用温度検出部２０と、貯湯タンク４内で放熱して流出する熱媒Ｎの温度ＳＯＵＴを検出する流出用温度検出部２１と、太陽熱により加熱された集熱板２の温度ＴＳを検出する集熱板用温度検出部２２とを備えている強制循環型太陽熱温水器１ａであってもよい。
また、変形例である強制循環型太陽熱温水器１ａの制御部９ａは、図５に示すように、第１実施形態で示した強制循環型太陽熱温水器１の制御部９が備える構成のほかに、放熱値算出部２３と、第２循環量変更部２４と、残留熱量算出部２５と、第３循環量変更部２６と、タイマ部２７を備えているとする。
【００５２】
ここで、放熱値算出部２３は、熱媒Ｎの温度ＳＩＮから熱媒Ｎの温度ＳＯＵＴを差し引いて放熱値Ｓの算出を行なう。なお、算出された放熱値Ｓとは、熱媒Ｎが熱交換器３を介して、貯湯タンク４内の水に放熱した熱量を指す。
第２循環量変更部２４は、貯湯タンク４内に流入した熱媒Ｎにおける放熱量である放熱値Ｓと、所定の放熱量である標準放熱量Ｓ１とを比較して、放熱値Ｓが標準放熱量Ｓ１を下回っていないかを判断する。なお、標準放熱量Ｓ１は、記憶部１７に記憶されているものとする。
ここで、放熱値Ｓが標準放熱量Ｓ１を下回っている場合とは、熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量が多く、熱交換器３における放熱効率が低い場合である。
よって、第２循環量変更部２４は、放熱値Ｓが標準放熱量Ｓ１を下回っていると判断した場合には、瞬間熱媒循環量が少なくなるように制御信号を循環ポンプ制御部１６に送信する。
これによれば、循環ポンプ６による瞬間熱媒循環量が減少し、熱媒Ｎの放熱効率を高めることが可能となる。
【００５３】
また、残留熱量算出部２５は、集熱板用温度検出部２２により検出された集熱板２の温度ＴＳから、熱媒温度検出器７により検出された集熱板２内の熱媒Ｎの温度ＴＮを差し引いて、集熱板２から熱媒Ｎに伝導していない残留熱量Ｈの算出を行なう。
第３循環量変更部２６は、残留熱量Ｈと、記憶部１７に記憶された標準温度差Ｈ１とを比較する。なお、標準温度差Ｈ１とは、循環ポンプ６が稼動中において、集熱板２の温度とその集熱板２内にある熱媒Ｎの温度と差の平均値であって、集熱板２や熱媒Ｎの熱伝達速度により決定されるものである。
そして、その結果、残留熱量Ｈが標準温度差Ｈ１よりも大きい場合には、第３循環量変更部２６は、瞬間熱媒循環量が少なくなるように制御信号を循環ポンプ制御部１６に送信する。ここで、残留熱量Ｈが標準温度差Ｈ１よりも大きい場合とは、集熱板２上に太陽熱による熱量が介在しているにも関わらず、熱媒Ｎに伝達していない場合である。
よって、第３循環量変更部２６の制御信号により、循環ポンプ制御部１６が循環ポンプ６の瞬間熱媒循環量が減少すれば、熱媒Ｎの集熱板２に滞留する時間が長くなり、集熱板２から熱媒Ｎへの熱伝達効率を高めることが可能となる。
【００５４】
また、タイマ部２７は、循環ポンプ６の稼働開始時点からの時間を計測するものであり、かつ、循環量変更部１５と第２循環量変更部２４と第３循環量変更部２６のそれぞれの処理開始時の制御を行う。
具体的には、例えば、循環ポンプ６の稼働開始時点から、３０分経過毎に循環量変更部１５を開始させる。また、循環量変更部１５の処理開始時から１０分後に、第２循環量変更部２４の処理を開始させるとともに、第２循環量変更部２４の処理開始時から１０分後に第３循環量変更部２６の処理を開始させる。
これによれば、循環量変更部１５と第２循環量変更部２４と第３循環量変更部２６のそれぞれが、同時に処理を開始することを回避でき、循環ポンプ制御部１６に送信される制御信号が重複することがない。
【００５５】
次に、本発明の第２実施形態における強制循環型太陽熱温水器１ｂについて説明する。
第２実施形態における強制循環型太陽熱温水器１ｂは、図６に示すように、集熱板２と、熱交換器３を備えた貯湯タンク４と、接続配管５ａ、５ｂと、循環ポンプ６ｂと、太陽電池３０とを備えている。
なお、以下、第２実施形態の強制循環型太陽熱温水器１ｂについて説明するが、強制循環型太陽熱温水器１ｂの構成である、集熱板２、熱交換器３、貯湯タンク４、接続配管５ａ、５ｂは、第１実施形態における強制循環型太陽熱温水器１の構成を同一構成であるため、説明を省略する。
【００５６】
循環ポンプ６ｂは、供給される電力の大きさにより回転数が変化するモータを備えており、このモータが回転することにより、熱媒Ｎが集熱板２と貯湯タンク４内を循環することができる。
【００５７】
太陽電池３０は、太陽光エネルギーから電力に変換する電力機器であり、照射される太陽光エネルギーが大きいほど、変換される電力量も大きい。また、太陽電池３０によって変換された電力は、循環ポンプ６が稼働する際の電力として、供給される。
【００５８】
つぎに、第２実施形態の強制循環型太陽熱温水器１ｂの運転方法について説明する。
本実施形態の循環ポンプ６の稼働及び停止は、太陽電池３０から供給される電力による。つまり、太陽電池３０により受光した太陽光が電力に変換されれば、その変換された電力量により循環ポンプ６が稼働することとなり、一方で、太陽電池３０が全く受光しない場合には、電力は供給されず、循環ポンプ６は稼働しない。
【００５９】
また、その循環ポンプ６が稼働する際の回転数は、供給される電力量に比例することとなる。よって、太陽電池３０が受光する受光量が多い場合には、供給される電力量が多くなるため、循環ポンプ６の回転数が増加して、熱媒Ｎの単位時間当りの循環量である瞬間熱媒循環量も大きくなる。
【００６０】
一方で、太陽電池３０が受光する受光量が少ない場合には、供給される電力量が少なくなるため、循環ポンプ６の回転数が減少して、熱媒Ｎの単位時間当りの循環量である瞬間熱媒循環量も少なくなる。
【００６１】
以上、第２実施形態の強制循環型太陽熱温水器１ｂについて説明したが、この強制循環型太陽熱温水器１ｂによれば、太陽が南中にある場合、集熱板２の集熱量は多く、かつ、太陽電池３０が変換する電力量も多い。
よって、循環ポンプ６による瞬間熱媒循環量も大きいため、集熱板２に滞留する熱媒Ｎも少なくなるため、循環可能な熱媒Ｎが集熱板２に滞留して放熱するという問題を回避することができるとともに、集熱板２による集熱性能が低下するという問題も回避することができる。
【００６２】
また、この強制循環型太陽熱温水器１ｂによれば、太陽が南中を過ぎ、集熱板２の受光量が減少した場合、集熱板２の集熱量も減少し、また、太陽電池３０が変換する電力量も減少するため、循環ポンプ６による瞬間熱媒循環量も少なくなる。
これによれば、少ない循環量ではあるものの熱媒Ｎが循環しているため、熱媒Ｎが接続配管５ａ内に留まり外気により冷やされて、貯湯タンク４内の水温以下に低下することを防止でき、熱媒Ｎが貯湯タンク４内の水の熱吸収をするという問題を回避することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１、１ａ、１ｂ 強制循環型太陽熱温水器
２ 集熱板
３ 熱交換器
４ 貯湯タンク
５ａ、５ｂ 接続配管
６、 循環ポンプ
７ 熱媒温度検出器
８ 水温検出器
９、９ａ 制御部
１０ 給湯用配管
１１ 給水用配管
１２ 算出部
１３ 稼働判断部
１４ 停止判断部
１５ 循環量変更部
１６ 循環ポンプ制御部
１７ 記憶部
２０ 流入用温度検出部
２１ 流出用温度検出部
２２ 集熱板用温度検出部
２３ 放熱値算出部
２４ 第２循環量変更部
２５ 残留熱量算出部
２６ 第３循環量変更部
２７ タイマ部
３０ 太陽電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強制循環型太陽熱温水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、貯湯タンク内の水を加熱する温水器として、集熱板が受けた太陽熱を利用して熱媒を加熱し、その加熱された熱媒を貯湯タンク内に循環させて、貯湯タンク内の水を加熱する太陽熱温水器が広く知られている。
また、従来の太陽熱温水器において、集熱板と貯湯タンクとの間で熱媒を循環させる方法に関し、自然循環型と強制循環型との２種類があり、その一つである強制循環型は、屋根上に設置された集熱板と地面に設置された貯湯タンクの間で、循環ポンプなどの循環装置により強制的に循環させる方法である。
【０００３】
そして、従来技術の強制循環型太陽熱温水器に関し、下記特許文献に開示されるように、集熱板内にある熱媒の温度と貯湯タンク内の水の温度を検出する温度検出器がそれぞれ設けられており、貯湯タンク内の水の温度に比べ、集熱板内にある熱媒の温度が所定の温度分だけ高い場合に、循環ポンプを稼働させて、熱媒の循環を行っていた。
【０００４】
また、循環ポンプの稼働により循環する熱媒の単位時間当りの量は、集熱板が熱媒を加熱する単位時間当りの加熱量と、貯湯タンクにおいて熱媒が放熱できる放熱量との相関関係が最も良い効率となる循環量となるように予め設定されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０４４９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の強制循環型太陽熱温水器によれば、循環ポンプの稼働により循環する熱媒の単位時間当りの量が予め設定されていたため、以下のような問題が生じていた。
【０００７】
例えば、太陽が南中にあり、一日において最も太陽から集熱量が多い時間帯においては、集熱板の受光量が多く、熱媒を加熱できる熱量も多い。よって、集熱板内においては、加熱されて循環可能な熱媒の量も増加することとなる。
しかしながら、従来の強制循環型太陽熱温水器によれば、熱媒の単位時間当りの循環量が一定であったため、循環されずに集熱板内に滞留し、放熱してしまうという問題があった。さらに、熱媒が集熱板に滞留していることにより、集熱板による集熱性能が低下するという問題があった。
【０００８】
一方で、従来の強制循環型太陽熱温水器によれば、例えば、太陽が南中を過ぎ、集熱板の受光量が減少した場合、熱媒を加熱できる熱量が少なくなる。よって、予め設定された単位時間当りの循環量で熱媒を循環させることができないため、循環装置を停止させることとなる。
ここで、循環装置の停止により、熱媒が集熱板と貯湯タンクと間を循環するための接続配管内にある熱媒が外気により冷やされてしまい、貯湯タンク内の水温よりも低くなることがあった。そのため、循環装置を再稼働した場合に、温度が低下した熱媒が貯湯タンクの加熱された水から熱量を奪ってしまうという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、前記問題に鑑みて創案された発明であって、循環装置による熱媒の単位時間当りの循環量を変更することにより、太陽光の受光量が多い場合において、放熱損失と集熱性能の低下を回避するとともに、太陽光の受光量が少ない場合において、熱媒による貯湯タンクにおける熱吸収を回避できる強制循環型太陽熱温水器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の強制循環型太陽熱温水器は、太陽熱により熱媒を加熱する集熱板と、前記熱媒により加熱される水を貯める貯湯タンクと、前記集熱板と前記貯湯タンクとの間で前記熱媒を循環させる循環装置と、前記循環装置の稼働及び停止と、前記循環装置が熱媒を循環させる単位時間当りにおける量である瞬間熱媒循環量とを制御する制御部と、を備え、前記循環装置による前記瞬間熱媒循環量が変更されることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の強制循環型太陽熱温水器によれば、制御部が、集熱板と貯湯タンクとの間で循環する単位時間当りの熱媒量を変更させることができる。よって、多くの太陽熱が集熱板に集熱したとしても、瞬間熱媒循環量を増加させることにより、循環可能にも関わらず集熱板に滞留する熱媒を減少させることができる。そして、集熱板に滞留する熱媒が減少することにより、放熱の減少化、及び、集熱板の集熱性能の低下の低減化を図ることができる。
一方で、太陽熱の減少により集熱板内の熱媒を加熱する熱量が減少した場合には、瞬間熱媒循環量を減少させる。これによれば、循環装置を停止させることないため、接続配管内の熱媒の温度低下を抑止することができ、温度が低下した熱媒が貯湯タンクにおける熱吸収を回避することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の強制循環型太陽熱温水器は、前記集熱板内の熱媒の温度を検出する熱媒温度検出器と、前記貯湯タンクに貯水された水の温度を検出する水温検出器と、をさらに備え、前記制御部は、前記循環装置を稼働又は停止させるとともに、前記循環装置の前記瞬間熱媒循環量を変更させる循環装置制御部と、前記熱媒温度検出器により検出された熱媒の温度から、前記水温検出器により検出された水温の温度を差し引いて、前記熱媒と貯湯タンクの水温との温度差である差温値を算出する算出部と、前記循環装置停止時において、前記算出部が算出した差温値と所定値である第１差温値を比較して、前記差温値が第１差温値以上の場合に、所定の単位時間当りの循環量である第１循環量を循環させるように、前記循環装置制御部に制御信号を送信する稼働判断部と、前記循環装置稼働中において、前記算出部が算出した差温値に基づいて、前記差温値により前記集熱板に熱量がない場合に、循環装置が停止するように前記循環装置制御部に制御信号を送信する停止判断部と、前記循環装置稼働中において、前記差温値と前記第１差温値よりも大きい第２差温値とを比較し、前記差温値が第２差温値よりも大きい場合に、前記第１循環量よりも所定の単位時間当りの循環量が多い第２循環量を循環させ、一方で、前記差温値と前記第１差温値よりも小さい第３差温値とを比較し、前記差温値が第３差温値よりも小さい場合には、前記第１循環量よりも所定の単位時間当りの循環量が少ない第３循環量を循環させるように、制御信号を前記循環装置制御部に送信する循環量変更部と、前記第１循環量、前記第２循環量、前記第３循環量と、前記第１差温値、前記第２差温値、前記第３差温値とを記憶する記憶部とを備え、前記循環装置制御部が前記循環量変更部から送信される制御信号に対応して、前記循環装置の前記瞬間熱媒循環量を変更することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の強制循環型太陽熱温水器によれば、差温値が第１差温値以上の場合、つまり、熱媒が貯湯タンク内の水を加熱可能な場合に、循環装置制御部が循環装置を稼働させる。
よって、貯湯タンクには、貯湯タンク内の水よりも第１差温高い熱媒が第１循環量分循環されて、貯湯タンク内の水を加熱することができる。
なお、ここでいう「第１循環量」とは、集熱板が熱媒を加熱する単位時間当りの加熱量と、貯湯タンクにおいて熱媒が放熱できる放熱量との相関関係が最も良い効率となる循環量を示す。また、「第１差温値」とは、第１循環量により熱媒の循環させた場合に必要とされる貯湯タンク内の水と集熱板内の熱媒との温度差である。
【００１４】
また、請求項２の強制循環型太陽熱温水器によれば、稼働中において、差温値が第２差温値よりも大きい場合、第１循環量よりも多い第２循環量を循環させる。
ここで、熱媒が第２差温値よりも大きい場合とは、集熱板に集熱する熱量が多く、集熱板が集熱板内にある熱媒を加熱する加熱速度に比べて、熱媒の循環量である第１循環量が少ない場合である。
従って、第１循環量よりも多い第２循環量を循環させることにより、熱媒が循環されずに集熱板内に滞留し、放熱してしまうという問題を回避できる。また、さらに、熱媒が集熱板に滞留していることもないため、集熱板による集熱性能が低下するという問題も回避することができる。
【００１５】
一方で、請求項２の強制循環型太陽熱温水器によれば、稼働中において、差温値が第３差温値よりも小さい場合、第１循環量よりも少ない第３循環量を循環させる。
ここで、差温値が第３差温値よりも小さい場合とは、集熱板に集熱する熱量が少なく、集熱板が集熱板にある熱媒を加熱する加熱速度に比べて、熱媒の循環量である第１循環量が多い場合である。
従って、第１循環量よりも少ない第３循環量を循環させることにより、第１循環量を循環する場合に比べて、熱媒が集熱板に滞留する時間が長くすることができる。
また、第１循環量よりも少ないものの、熱媒が循環しているため、熱媒接続配管内に留まり外気により冷やされて、貯湯タンク内の水温以下に低下することを回避できるため、熱媒が貯湯タンク内の水の熱吸収をするという問題を回避することができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の強制循環型太陽熱温水器は、前記貯湯タンク内に流入する熱媒の温度を検出する流入用温度検出部と、前記貯湯タンク内で放熱した熱媒の温度を検出する流出用温度検出部と、を備え、前記記憶部は、前記貯湯タンクに流入した熱媒が放熱する所定の放熱量である標準放熱量が記録されており、さらに、前記制御部は、前記循環装置の稼働中に、前記流入用温度検出部により検出された熱媒の温度から、前記流出用温度検出部により検出された熱媒の温度を差し引き、貯湯タンクにおける放熱量である放熱値を算出する放熱値算出部と、前記放熱値算出部により算出された放熱値と前記記憶部に記録された標準放熱値とを比較し、前記放熱値が標準放熱値よりも小さい場合に、前記瞬間熱媒循環量を減少させるように、前記循環装置制御部に制御信号を送信する第２循環量変化部を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の強制循環型太陽熱温水器によれば、放熱値算出部が、放熱値と標準放熱値とを比較する。そして、第２循環量変化部が、放熱値が標準放熱値よりも低いと判断した場合、つまり、放熱効率が低い場合には、瞬間熱媒循環量を減少させるように、循環装置制御部に制御信号を送るため、循環装置による瞬間熱媒循環量が減少し、貯湯タンク内での放熱効率を高めることが可能となる。
【００１８】
また、請求項４に記載の前記強制循環型太陽熱温水器は、前記太陽熱により加熱された前記集熱板の温度を検出する集熱板温度検出部を備え、前記記憶部は、循環装置が稼働中における集熱板の温度と集熱板内の熱媒の温度との所定の温度差である標準温度差値が記録されており、前記制御部は、集熱板温度検出部により検出された前記集熱板の温度から、前記流出用温度検出部により検出された熱媒の温度を差し引いて、集熱板から熱媒に伝導していない残留熱量である残留熱量値を算出する残留熱量値算出部と、前残留熱量算出部が算出した残留熱量値と前記記憶部に記憶された標準温度差とを比較して、前記残留熱量値が前記標準温度差よりも大きい場合に、前記瞬間熱媒循環量を減少させるように、前記循環装置制御部に制御信号を送信する第３循環量変化部を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の強制循環型太陽光温水器によれば、残留熱量値算出部が集熱板から熱媒に伝導していない残留熱量値を算出する。
そして、その算出された残留熱量値と標準的な集熱板の温度と集熱板内の熱媒の温度差である標準温度差と比較し、残留熱量値が標準温度差よりも大きいか否かを判断する。
ここで、残留熱量値が標準温度差よりも大きい場合とは、集熱板に熱用があるにも関わらず、熱媒の方に伝導していない場合である。
よって、第３循環残留熱量値が標準温度差よりも大きいと判断した場合に、瞬間熱媒循環量を減少させるように、循環装置制御部に制御信号を送信し、瞬間熱媒循環量を減少させるため、熱媒が集熱板内に滞留する時間が長くなり、集熱板から熱媒への熱伝達効率を高めることが可能となる。
【００２０】
また、請求項５に記載の強制循環型太陽光温水器は、前記循環装置が、供給される電力の大きさに比例して回転数が変化する循環ポンプであり、前記制御部は、太陽光を受けて電力に変換し、前記電力を循環ポンプに供給する太陽電池であることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の強制循環型太陽光温水器によれば、循環ポンプの回転数、つまり、瞬間熱媒循環量は、太陽電池の受光量に対応することとなるため、受光量が多い場合には、瞬間熱媒循環量が多くなり、一方で、受光量が少ない場合には、瞬間熱媒循環量が少なくなる。
よって、集熱板の集熱量も多い場合には、瞬間熱媒循環量が多いため、循環可能な熱媒が集熱板に滞留して放熱するという問題を回避することができるとともに、集熱板による集熱性能が低下するという問題も回避することができる。
一方で、集熱板の集熱量も少ない場合には、少ないもの熱媒が循環しているため、熱媒接続配管内に留まり外気により冷やされて、貯湯タンク内の水温以下に低下することを防止でき、熱媒が貯湯タンク内の水の熱吸収をするという問題を回避することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上、本発明によれば、太陽光の受光量が多い場合において、放熱損失と集熱性能の低下を回避するとともに、太陽光の受光量が少ない場合において、熱媒による貯湯タンクにおける熱吸収を回避できる強制循環型太陽熱温水器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る強制循環型太陽熱温水器を示す全体図である。
【図２】第１実施形態の制御部の構成を示す構成図である。
【図３】第１実施形態の強制循環型太陽熱温水器の運転方法を示すフローチャートである。
【図４】変更例における強制循環型太陽熱温水器を示す全体図である。
【図５】変更例の制御部の構成を示す構成図である。
【図６】第２実施形態の強制循環型太陽熱温水器を示す全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、第１実施形態に係る強制循環型太陽熱温水器１について、図面を適宜参照しながら説明する。
第１実施形態に係る強制循環型太陽熱温水器１は、図１に示すように、集熱板２と、熱交換器３を備えた貯湯タンク４と、接続配管５ａ、５ｂと、循環ポンプ６と、集熱板２内に設けられた熱媒温度検出器７と、貯湯タンク４内に設けられた水温検出器８と、循環ポンプ６の稼働を制御する制御部９とを備えてなる。
【００２５】
集熱板２は、パネル状の箱体であり、接続配管５ｂから流入した熱媒Ｎが滞留するとともに、接続配管５ａから熱媒Ｎが流出可能となっている。また、集熱板２は、住宅の屋根など太陽光を受光し易い箇所に設置されており、太陽熱により集熱板２内の熱媒Ｎを加熱する。なお、本発明の集熱板２については特に限定されるものでなく、例えば、集熱板２が真空のガラス管により構成されてもよい。これによれば、真空のガラス管の内部にあり、加熱された熱媒の熱が放熱し難いという利点がある。なお、本発明においては、熱媒Ｎについても特に限定されるものでなく、不凍液や水などの流体であればよい。
【００２６】
貯湯タンク４は、タンク状の密閉容器であり、容器内の下部側に熱交換器３が設けられている。そして、貯湯タンク４に貯められた水は、熱交換器３内に流入した熱媒Ｎに加熱されて、貯湯タンク４内の上部側に移動する。また、貯湯タンク４は、上部側に給湯用配管１０が設けられており、必要に応じて、住宅内の浴槽等に給湯される。一方で、貯湯タンク４は、下部側に給水用配管１１が配設されており、給湯用配管１０を介して、給湯された量と同等の量の給水が可能となっている。
【００２７】
接続配管５ａは、集熱板２の上部側と、貯湯タンク４に設けられた熱交換器３とを接続する配管である。また、接続配管５ａには、集熱板２により加熱された熱媒Ｎを貯湯タンク４内に流入するための循環ポンプ６が設けられている。
一方で、接続配管５ｂは、貯湯タンク４に設けられた熱交換器３と、集熱板２の下部側とを接続する配管であって、熱交換器３で放熱した熱媒Ｎを貯湯タンク４内に流入されるための配管である。これにより、熱媒Ｎが集熱板２と熱交換器３と接続配管５ａ、５ｂとを循環する循環路が形成される。
【００２８】
循環ポンプ６は、稼働することにより、接続配管５ａ、５ｂを介して、集熱板２にある熱媒と貯湯タンク４内にある熱媒とを循環させるための装置である。
また、本実施形態の循環ポンプ６は、回転数を制御可能なサーボモータを備えており、このサーボモータの回転数を制御することにより、循環させる熱媒Ｎの単位時間当りの量（以後、「瞬間熱媒循環量」と称する。）を制御することができる。なお、本実施形態において、循環装置として循環ポンプ６を用いているが、開閉することにより循環量を変更可能なバルブなどであってもよい。
【００２９】
熱媒温度検出器７は、集熱板２内であって上部側に設けられており、集熱板２内の加熱された熱媒Ｎの温度ＴＮを検出する。一方、水温検出器８は、貯湯タンク４の下部側に設けられ、貯湯タンク４内に貯水された水の温度ＴＷを検出する。
また、熱媒温度検出器７と水温検出器８は、常時温度を検出しており、検出した温度データを制御部９に送信する。
【００３０】
制御部９は、熱媒Ｎの温度ＴＮから貯湯タンク４内の水の水温ＴＷを差し引いて差温値ΔＴを算出する算出部１２と、算出された差温値ΔＴに基づいて循環ポンプ６を稼働させるか否かを判断する稼働判断部１３と、算出された差温値ΔＴに基づいて稼働している循環ポンプ６を停止させるか否かを判断する停止判断部１４と、算出された差温値ΔＴから、瞬間熱媒循環量を変更するか否かを判断する循環量変更部１５と、循環ポンプ６の稼働及び停止と循環ポンプ６の瞬間熱媒循環量の変更を行なう循環ポンプ制御部１６と、差温値Ｔ１等とそれに対応する瞬間熱媒循環量とを記憶する記憶部１７と、を備えている。
ここで、稼働判断部１３は、循環ポンプ６が停止している場合に機能し、停止判断部１４と循環量変更部１５は、循環ポンプ６が稼働中に機能する。一方で、算出部１２と循環ポンプ制御部１６は、循環ポンプの稼働及び停止に関わらず、常時機能する。
なお、制御部９を構成する各機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、プログラム等によって実現される。
【００３１】
稼働判断部１３は、循環ポンプ６の停止中において、算出部１２により算出された差温値ΔＴと、記憶部１７に記録された所定値である第１差温値Ｔ１との比較を行ない、瞬間熱媒循環量を所定量である第１循環量として、循環ポンプ６を稼働するか否かを決定する。
ここで、所定量である「第１循環量」とは、集熱板２における加熱と貯湯タンク４における放熱との相関関係において、最も効率良い熱交換ができる単位時間当りの循環量であり、用いられる集熱板２の集熱率や熱交換器３の熱交換率により相対的に決定されるものである。
また、所定値である「第１差温値」とは、前述する第１循環量、つまり、最も効率良い熱交換ができる単位時間当りの循環量で熱媒Ｎを循環させた場合に、必要とされる貯湯タンク４内の水と集熱板２内の熱媒との温度差の値である。
よって、稼働判断部１３は、差温値ΔＴが第１差温値Ｔ１以上を示した場合には、瞬間熱媒循環量を第１循環量として循環できると判断し、循環ポンプ制御部１６に、第１循環量で循環ポンプ６を稼働させるように制御信号を送信する。
なお、本実施形態においては、「第１差温値」を４０℃とし、「第１循環量」を６Ｌ／ｍｉｎとして説明する。
【００３２】
また、停止判断部１４は、循環ポンプ６の稼働中において、差温値ΔＴが「０」を示しているか否かを判断し、循環ポンプ６の稼働を停止させるか否かを決定する。
ここで、差温値ΔＴが「０」を示す場合とは、貯湯タンク４内の水と集熱板２内の熱媒Ｎとの温度差がなく、集熱板２内の熱媒Ｎが貯湯タンク４の水を加熱する熱量を有していない場合である。
よって、停止判断部１４は、差温値ΔＴが「０」を示していると判断した場合には、循環ポンプ制御部１６に、循環ポンプ６を停止するように制御信号を送信する。
【００３３】
循環量変更部１５は、循環ポンプ６の稼働中において、算出部１２により算出された差温値ΔＴが、所定値である第３差温値Ｔ３以上であり、かつ、所定値である第２差温値Ｔ２未満の範囲内にあるかを判断する。
【００３４】
ここで、所定値である「第２差温値Ｔ２」とは、前記する第１差温値Ｔ１に比べて高く設定された値である。よって、差温値ΔＴが第２差温値Ｔ２を超える場合とは、集熱板２に集熱する熱量が増加し、第１差温値Ｔ１の場合に比べて、循環できる熱媒Ｎの量が多い場合である。
従って、循環量変更部１５は、循環ポンプ６の稼働中に、差温値ΔＴが第２差温値Ｔ２を超える値を示した場合、集熱板２内に循環できる熱媒Ｎの量が多いと判断し、循環ポンプ制御部１６に、第２循環量で循環ポンプ６を稼働させるように制御信号を送信する。
なお、第２循環量とは、熱媒Ｎの単位時間当りの循環量であって、第１循環量に比べて循環量が多く設定されている。なお、本実施形態では、「第２差温値」を６０℃とし、「第２循環量」を１０Ｌ／ｍｉｎとして説明する。
【００３５】
一方で、所定値である「第３差温値Ｔ３」とは、前記する第１差温値Ｔ１に比べて低く設定された値である（但し、０を超える値）。よって、差温値ΔＴが第３差温値Ｔ３よりも低い場合とは、集熱板２に集熱する熱量が低下しており、熱媒Ｎの温度が低く、循環できる熱媒Ｎの量が少ない場合である。
従って、循環量変更部１５は、循環ポンプ６の稼働中に、差温値ΔＴが第３差温値Ｔ３よりも低い値を示した場合には、循環できる熱媒Ｎの量が少ないと判断し、循環ポンプ制御部１６に、第３循環量で循環ポンプ６を稼働させるように制御信号を送信する。なお、第３循環量とは、第１循環量よりも熱媒Ｎの単位時間当りの循環量が少ない量とする。また、本実施形態において、「第３差温値」を３０℃とし、「第３循環量」を１Ｌ／ｍｉｎとして説明する。
【００３６】
循環ポンプ制御部１６は、稼働判断部１３と停止判断部１４と循環量変更部１５から送信される制御信号に対応して、循環ポンプ６の稼働及び停止を制御するとともに、熱媒Ｎの単位時間当りの循環量が、第１循環量〜第３循環量のいずれかとなるように、循環ポンプ６の回転数の制御をおこなう。
また、記憶部１７は、第１循環量（６Ｌ／ｍｉｎ）、第２循環量（１０Ｌ／ｍｉｎ）、第３循環量（１Ｌ／ｍｉｎ）と、第１差温値（４０℃）、第２差温値（６０℃）、第３差温値（３０℃）とを記憶している。
【００３７】
次に、本実施形態における強制循環型太陽熱温水器１の運転方法について、図面を参照して説明する。
【００３８】
本実施形態の強制循環型太陽熱温水器１は、図１に示すように、常時、熱媒Ｎの温度ＴＮと、貯湯タンク４内の水の水温ＴＷとを検出しているとともに、検出された温度ＴＮと水温ＴＷが制御部９に送信されており、この温度ＴＮと水温ＴＷを基に循環ポンプ６の運転が以下のように制御される（スタート）。
【００３９】
まず、循環ポンプ６の停止時において、算出部１２が温度ＴＮから水温ＴＷを差し引いて差温値ΔＴを算出する（ステップ１）
【００４０】
次に、稼働判断部１３により、差温値ΔＴが第１差温値を超えているか否かを判断する（ステップ２）。
具体的に、夜などの太陽光が集熱板２に照射されておらず、集熱板２に熱媒Ｎを加熱する太陽熱が確保されていない場合、例えば、集熱板２内にある熱媒Ｎの温度ＴＮが１５℃、貯湯タンク４内の水温ＴＷが７℃を示し、差温値ΔＴが８℃となる。
よって、このような場合には、差温値ΔＴが第１差温値Ｔ１は、第１差温値である４０℃を超えないため、循環ポンプ６を稼働させることなく待機となる（「Ｎｏ」の場合）。
【００４１】
一方で、太陽光が集熱板２に照射され、例えば、熱媒Ｎの温度ＴＮが５５℃となり、貯湯タンク４内の水温ＴＷが１０℃を示した場合、算出部１２により算出される差温値ΔＴが４５℃となる。
よって、このような場合には、差温値Ｔが第１差温値Ｔ１（４０℃）を超えるため（「Ｙｅｓ」の場合）、稼働判断部１３は、循環ポンプ制御部１６に、循環ポンプ６を稼働させるように制御信号を送信する（ステップ３）。
【００４２】
そして、循環ポンプ制御部１６が、循環量が第１循環量である６Ｌ／ｍｉｎとなるように循環ポンプ６を稼働させるため、温度ＴＮが５５℃の熱媒Ｎが熱交換器３側に流入して、貯湯タンク４に貯水された水温ＴＷが１０℃の水を加熱することとなる。
【００４３】
また、循環ポンプ６の稼働中においては、算出部１２により温度ＴＮと水温ＴＷとから算出された差温値ΔＴに基づいて、停止判断部１４と循環量変更部１５が以下のように制御する。
【００４４】
まず、循環量変更部１５は、差温値ΔＴが第３差温値Ｔ３以上第２差温値Ｔ２未満であるか判断される（ステップ４）。
ここで、例えば、熱媒Ｎの温度ＴＮが５８℃、貯湯タンク４内の水温ＴＷが１１℃などの場合、差温値ΔＴは４７℃となるが、この場合、差温値ΔＴの４７℃は、第３差温値Ｔ３である３０℃以上であり、かつ、第２差温値Ｔ２である６０℃未満に該当し（Ｙｅｓの「Ｔ２＞ΔＴ≧Ｔ３」の場合）、瞬間熱媒循環量が、第１循環量である６Ｌ／ｍｉｎに維持される（ステップ５）。
【００４５】
また、南中など日照量が多い時間帯など、例えば、熱媒Ｎの温度ＴＮが７３℃、貯湯タンク４内の水温ＴＷが１１℃を示したとする。
この場合、差温値ΔＴが６２℃と算出されるため、循環量変更部１５は、差温値ΔＴである６２℃が第２差温値Ｔ２である６０℃を超えると判断し（Ｎｏの「ΔＴ≧Ｔ２」の場合）、循環ポンプ制御部１６に、熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量が第２循環量である１０Ｌ／ｍｉｎとなるように、制御信号を送信する。
よって、循環ポンプ制御部１６が、熱媒Ｎの循環量が第２循環量となるように、循環ポンプ６の回転数を増やし、瞬間熱媒循環量が１０Ｌ／ｍｉｎとなり、熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量が増加する（ステップ６）。
【００４６】
一方で、夕方頃の日照量が少ない時間帯など、例えば、熱媒Ｎの温度ＴＮが４１℃、貯湯タンク４内の水温ＴＷが１２℃を示したとする。
この場合、差温値ΔＴが２９℃と算出されるため、循環量変更部１５は、差温値ΔＴが第３差温値Ｔ３である３０℃よりも低いと判断し（Ｎｏの「Ｔ３＞ΔＴ」の場合）、熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量を減らすべく、循環ポンプ制御部１６に、熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量が第３循環量（１Ｌ／ｍｉｎ）となるように、制御信号を送信する。
よって、循環ポンプ制御部１６が、熱媒Ｎの循環量が１Ｌ／ｍｉｎとなるように、循環ポンプ６の回転数を減らし、瞬間熱媒循環量が第３循環量の１Ｌ／ｍｉｎとなる（ステップ７）。
【００４７】
また、夜となり日照が全くない時間帯など、例えば、熱媒Ｎの温度ＴＮが１１℃、貯湯タンク４内の水温ＴＷが１１℃を示したとする。
この場合、差温値ΔＴが０℃と算出され、停止判断部１４は、算出部１２から送信された差温値ΔＴが「０」であるか否かを判断する。
ここで、差温値ΔＴが「０」であると停止判断部１４が判断した場合には、停止判断部１４は、循環ポンプ制御部１６に循環ポンプ６の稼働を停止するように制御信号を送信し、循環ポンプ６が停止する（エンド）。
一方で、差温値ΔＴが「０」ではないと停止判断部１４が判断した場合に、停止判断部１４は、集熱板２内の熱媒Ｎに未だ熱量があるとして、そのまま循環ポンプ６の稼働を継続させる。
【００４８】
以上、第１実施形態の強制循環型太陽熱温水器１について説明したが、このような強制循環型太陽熱温水器１は、熱媒Ｎの温度ＴＮから貯湯タンク４内の水の水温ＴＷを差し引いて得られる差温値ΔＴに基づいて、熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量を変更している。
よって、例えば、太陽が南中にあり、集熱板２内で加熱されて循環可能な熱媒Ｎの量が多い場合に、制御部９が熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量を増加させるため、熱媒Ｎが循環されずに集熱板２内に滞留し、放熱してしまうという問題がない。また、熱媒Ｎが集熱板２に滞留しているおそれもないため、集熱板２による集熱性能が低下するというおそれもない。
【００４９】
一方で、例えば、太陽が南中を過ぎ、日照量が減少した場合など、予め設定された瞬間熱媒循環量で循環させることができなくなったとしても、強制循環型太陽熱温水器１によれば、制御部９が熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量を減少させるため、接続配管内にある熱媒Ｎが外気により冷やされて、貯湯タンク４内の熱を吸収するという問題を回避することができる。
【００５０】
なお、本発明の強制循環型太陽熱温水器は、第１実施形態に示した強制循環型太陽熱温水器に限るものではない。
本実施形態の循環量変更部１５においては、瞬間熱媒循環量を変更するために、算出部１２により算出された差温値ΔＴを所定値の第２差温値Ｔ２と第３差温値Ｔ３の２つと比較していたが、これに限定されない。
たとえば、第１差温値Ｔ１が４０℃、第２差温値Ｔ２が６０℃、第３差温値Ｔ３が３０℃のほかに、第４差温値Ｔ４が５０℃、第５差温値Ｔ５が３５℃などに設定し、差温値ΔＴと比較するための基準を増やす。そして、これにあわせて、第４差温値Ｔ４に対応する瞬間熱媒循環量を８Ｌ／ｍｉｎとし、第５差温値Ｔ５に対応する瞬間熱媒循環量を３Ｌ／ｍｉｎと設定する。
この変形例の循環量変更部によれば、熱媒Ｎの循環量を、差温値ΔＴに対応した、より適切な瞬間熱媒循環量とすることが可能となる。
【００５１】
そのほかに、例えば、変形例として、図４に示すように、第１実施形態で示した強制循環型太陽熱温水器１が備える構成のほかに、さらに、貯湯タンク４内に流入する熱媒Ｎの温度ＳＩＮを検出する流入用温度検出部２０と、貯湯タンク４内で放熱して流出する熱媒Ｎの温度ＳＯＵＴを検出する流出用温度検出部２１と、太陽熱により加熱された集熱板２の温度ＴＳを検出する集熱板用温度検出部２２とを備えている強制循環型太陽熱温水器１ａであってもよい。
また、変形例である強制循環型太陽熱温水器１ａの制御部９ａは、図５に示すように、第１実施形態で示した強制循環型太陽熱温水器１の制御部９が備える構成のほかに、放熱値算出部２３と、第２循環量変更部２４と、残留熱量算出部２５と、第３循環量変更部２６と、タイマ部２７を備えているとする。
【００５２】
ここで、放熱値算出部２３は、熱媒Ｎの温度ＳＩＮから熱媒Ｎの温度ＳＯＵＴを差し引いて放熱値Ｓの算出を行なう。なお、算出された放熱値Ｓとは、熱媒Ｎが熱交換器３を介して、貯湯タンク４内の水に放熱した熱量を指す。
第２循環量変更部２４は、貯湯タンク４内に流入した熱媒Ｎにおける放熱量である放熱値Ｓと、所定の放熱量である標準放熱量Ｓ１とを比較して、放熱値Ｓが標準放熱量Ｓ１を下回っていないかを判断する。なお、標準放熱量Ｓ１は、記憶部１７に記憶されているものとする。
ここで、放熱値Ｓが標準放熱量Ｓ１を下回っている場合とは、熱媒Ｎの瞬間熱媒循環量が多く、熱交換器３における放熱効率が低い場合である。
よって、第２循環量変更部２４は、放熱値Ｓが標準放熱量Ｓ１を下回っていると判断した場合には、瞬間熱媒循環量が少なくなるように制御信号を循環ポンプ制御部１６に送信する。
これによれば、循環ポンプ６による瞬間熱媒循環量が減少し、熱媒Ｎの放熱効率を高めることが可能となる。
【００５３】
また、残留熱量算出部２５は、集熱板用温度検出部２２により検出された集熱板２の温度ＴＳから、熱媒温度検出器７により検出された集熱板２内の熱媒Ｎの温度ＴＮを差し引いて、集熱板２から熱媒Ｎに伝導していない残留熱量Ｈの算出を行なう。
第３循環量変更部２６は、残留熱量Ｈと、記憶部１７に記憶された標準温度差Ｈ１とを比較する。なお、標準温度差Ｈ１とは、循環ポンプ６が稼動中において、集熱板２の温度とその集熱板２内にある熱媒Ｎの温度と差の平均値であって、集熱板２や熱媒Ｎの熱伝達速度により決定されるものである。
そして、その結果、残留熱量Ｈが標準温度差Ｈ１よりも大きい場合には、第３循環量変更部２６は、瞬間熱媒循環量が少なくなるように制御信号を循環ポンプ制御部１６に送信する。ここで、残留熱量Ｈが標準温度差Ｈ１よりも大きい場合とは、集熱板２上に太陽熱による熱量が介在しているにも関わらず、熱媒Ｎに伝達していない場合である。
よって、第３循環量変更部２６の制御信号により、循環ポンプ制御部１６が循環ポンプ６の瞬間熱媒循環量が減少すれば、熱媒Ｎの集熱板２に滞留する時間が長くなり、集熱板２から熱媒Ｎへの熱伝達効率を高めることが可能となる。
【００５４】
また、タイマ部２７は、循環ポンプ６の稼働開始時点からの時間を計測するものであり、かつ、循環量変更部１５と第２循環量変更部２４と第３循環量変更部２６のそれぞれの処理開始時の制御を行う。
具体的には、例えば、循環ポンプ６の稼働開始時点から、３０分経過毎に循環量変更部１５を開始させる。また、循環量変更部１５の処理開始時から１０分後に、第２循環量変更部２４の処理を開始させるとともに、第２循環量変更部２４の処理開始時から１０分後に第３循環量変更部２６の処理を開始させる。
これによれば、循環量変更部１５と第２循環量変更部２４と第３循環量変更部２６のそれぞれが、同時に処理を開始することを回避でき、循環ポンプ制御部１６に送信される制御信号が重複することがない。
【００５５】
次に、本発明の第２実施形態における強制循環型太陽熱温水器１ｂについて説明する。
第２実施形態における強制循環型太陽熱温水器１ｂは、図６に示すように、集熱板２と、熱交換器３を備えた貯湯タンク４と、接続配管５ａ、５ｂと、循環ポンプ６ｂと、太陽電池３０とを備えている。
なお、以下、第２実施形態の強制循環型太陽熱温水器１ｂについて説明するが、強制循環型太陽熱温水器１ｂの構成である、集熱板２、熱交換器３、貯湯タンク４、接続配管５ａ、５ｂは、第１実施形態における強制循環型太陽熱温水器１の構成を同一構成であるため、説明を省略する。
【００５６】
循環ポンプ６ｂは、供給される電力の大きさにより回転数が変化するモータを備えており、このモータが回転することにより、熱媒Ｎが集熱板２と貯湯タンク４内を循環することができる。
【００５７】
太陽電池３０は、太陽光エネルギーから電力に変換する電力機器であり、照射される太陽光エネルギーが大きいほど、変換される電力量も大きい。また、太陽電池３０によって変換された電力は、循環ポンプ６が稼働する際の電力として、供給される。
【００５８】
つぎに、第２実施形態の強制循環型太陽熱温水器１ｂの運転方法について説明する。
本実施形態の循環ポンプ６の稼働及び停止は、太陽電池３０から供給される電力による。つまり、太陽電池３０により受光した太陽光が電力に変換されれば、その変換された電力量により循環ポンプ６が稼働することとなり、一方で、太陽電池３０が全く受光しない場合には、電力は供給されず、循環ポンプ６は稼働しない。
【００５９】
また、その循環ポンプ６が稼働する際の回転数は、供給される電力量に比例することとなる。よって、太陽電池３０が受光する受光量が多い場合には、供給される電力量が多くなるため、循環ポンプ６の回転数が増加して、熱媒Ｎの単位時間当りの循環量である瞬間熱媒循環量も大きくなる。
【００６０】
一方で、太陽電池３０が受光する受光量が少ない場合には、供給される電力量が少なくなるため、循環ポンプ６の回転数が減少して、熱媒Ｎの単位時間当りの循環量である瞬間熱媒循環量も少なくなる。
【００６１】
以上、第２実施形態の強制循環型太陽熱温水器１ｂについて説明したが、この強制循環型太陽熱温水器１ｂによれば、太陽が南中にある場合、集熱板２の集熱量は多く、かつ、太陽電池３０が変換する電力量も多い。
よって、循環ポンプ６による瞬間熱媒循環量も大きいため、集熱板２に滞留する熱媒Ｎも少なくなるため、循環可能な熱媒Ｎが集熱板２に滞留して放熱するという問題を回避することができるとともに、集熱板２による集熱性能が低下するという問題も回避することができる。
【００６２】
また、この強制循環型太陽熱温水器１ｂによれば、太陽が南中を過ぎ、集熱板２の受光量が減少した場合、集熱板２の集熱量も減少し、また、太陽電池３０が変換する電力量も減少するため、循環ポンプ６による瞬間熱媒循環量も少なくなる。
これによれば、少ない循環量ではあるものの熱媒Ｎが循環しているため、熱媒Ｎが接続配管５ａ内に留まり外気により冷やされて、貯湯タンク４内の水温以下に低下することを防止でき、熱媒Ｎが貯湯タンク４内の水の熱吸収をするという問題を回避することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１、１ａ、１ｂ 強制循環型太陽熱温水器
２ 集熱板
３ 熱交換器
４ 貯湯タンク
５ａ、５ｂ 接続配管
６、 循環ポンプ
７ 熱媒温度検出器
８ 水温検出器
９、９ａ 制御部
１０ 給湯用配管
１１ 給水用配管
１２ 算出部
１３ 稼働判断部
１４ 停止判断部
１５ 循環量変更部
１６ 循環ポンプ制御部
１７ 記憶部
２０ 流入用温度検出部
２１ 流出用温度検出部
２２ 集熱板用温度検出部
２３ 放熱値算出部
２４ 第２循環量変更部
２５ 残留熱量算出部
２６ 第３循環量変更部
２７ タイマ部
３０ 太陽電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱により熱媒を加熱する集熱板と、
前記熱媒により加熱される水を貯める貯湯タンクと、
前記集熱板と前記貯湯タンクとの間で前記熱媒を循環させる循環装置と、
前記循環装置の稼働及び停止と、前記循環装置が熱媒を循環させる単位時間当りにおける量である瞬間熱媒循環量とを制御する制御部と、を備え、
前記循環装置による前記瞬間熱媒循環量が変更されることを特徴とする強制循環型太陽熱温水器。
【請求項２】
前記強制循環型太陽熱温水器は、
前記集熱板内の熱媒の温度を検出する熱媒温度検出器と、
前記貯湯タンクに貯水された水の温度を検出する水温検出器と、をさらに備え、
前記制御部は、
前記循環装置を稼働又は停止させるとともに、前記循環装置の前記瞬間熱媒循環量を変更させる循環装置制御部と、
前記熱媒温度検出器により検出された熱媒の温度から、前記水温検出器により検出された水温の温度を差し引いて、前記熱媒と貯湯タンクの水温との温度差である差温値を算出する算出部と、
前記循環装置停止時において、前記算出部が算出した差温値と所定値である第１差温値を比較して、前記差温値が第１差温値以上の場合に、所定の単位時間当りの循環量である第１循環量を循環させるように、前記循環装置制御部に制御信号を送信する稼働判断部と、
前記循環装置稼働中において、前記算出部が算出した差温値に基づいて、前記差温値により前記集熱板に熱量がない場合に、循環装置が停止するように前記循環装置制御部に制御信号を送信する停止判断部と、
前記循環装置稼働中において、前記差温値と前記第１差温値よりも大きい第２差温値とを比較し、前記差温値が第２差温値よりも大きい場合に、前記第１循環量よりも所定の単位時間当りの循環量が多い第２循環量を循環させ、一方で、前記差温値と前記第１差温値よりも小さい第３差温値とを比較し、前記差温値が第３差温値よりも小さい場合には、前記第１循環量よりも所定の単位時間当りの循環量が少ない第３循環量を循環させるように、制御信号を前記循環装置制御部に送信する循環量変更部と、
前記第１循環量、前記第２循環量、前記第３循環量と、前記第１差温値、前記第２差温値、前記第３差温値とを記憶する記憶部とを備え、
前記循環装置制御部が前記循環量変更部から送信される制御信号に対応して、前記循環装置の前記瞬間熱媒循環量を変更することを特徴とする請求項１に記載の強制循環型太陽熱温水器。
【請求項３】
前記強制循環型太陽熱温水器は、
前記貯湯タンク内に流入する熱媒の温度を検出する流入用温度検出部と、
前記貯湯タンク内で放熱した熱媒の温度を検出する流出用温度検出部と、を備え、
前記記憶部は、
前記貯湯タンクに流入した熱媒が放熱する所定の放熱量である標準放熱量が記録されており、
さらに、前記制御部は、
前記循環装置の稼働中に、前記流入用温度検出部により検出された熱媒の温度から、前記流出用温度検出部により検出された熱媒の温度を差し引き、貯湯タンクにおける放熱量である放熱値を算出する放熱値算出部と、
前記放熱値算出部により算出された放熱値と前記記憶部に記録された標準放熱値とを比較し、前記放熱値が標準放熱値よりも小さい場合に、前記瞬間熱媒循環量を減少させるように、前記循環装置制御部に制御信号を送信する第２循環量変化部を備えることを特徴とする請求項２に記載の強制循環型太陽熱温水器。
【請求項４】
前記強制循環型太陽熱温水器は、
前記太陽熱により加熱された前記集熱板の温度を検出する集熱板温度検出部を備え、
前記記憶部は、循環装置が稼働中における集熱板の温度と集熱板内の熱媒の温度との所定の温度差である標準温度差値が記録されており、
前記制御部は、
集熱板温度検出部により検出された前記集熱板の温度から、前記流出用温度検出部により検出された熱媒の温度を差し引いて、集熱板から熱媒に伝導していない残留熱量である残留熱量値を算出する残留熱量値算出部と、
前残留熱量算出部が算出した残留熱量値と前記記憶部に記憶された標準温度差とを比較して、前記残留熱量値が前記標準温度差よりも大きい場合に、前記瞬間熱媒循環量を減少させるように、前記循環装置制御部に制御信号を送信する第３循環量変化部を備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の強制循環型太陽熱温水器。
【請求項５】
前記循環装置は、供給される電力の大きさに比例して回転数が変化する循環ポンプであり、
前記制御部は、太陽光を受けて電力に変換し、前記電力を循環ポンプに供給する太陽電池であることを特徴とする請求項１に記載の強制循環型太陽熱温水器。
【請求項１】
太陽熱により熱媒を加熱する集熱板と、
前記熱媒により加熱される水を貯める貯湯タンクと、
前記集熱板と前記貯湯タンクとの間で前記熱媒を循環させる循環装置と、
前記循環装置の稼働及び停止と、前記循環装置が熱媒を循環させる単位時間当りにおける量である瞬間熱媒循環量とを制御する制御部と、を備え、
前記循環装置による前記瞬間熱媒循環量が変更されることを特徴とする強制循環型太陽熱温水器。
【請求項２】
前記強制循環型太陽熱温水器は、
前記集熱板内の熱媒の温度を検出する熱媒温度検出器と、
前記貯湯タンクに貯水された水の温度を検出する水温検出器と、をさらに備え、
前記制御部は、
前記循環装置を稼働又は停止させるとともに、前記循環装置の前記瞬間熱媒循環量を変更させる循環装置制御部と、
前記熱媒温度検出器により検出された熱媒の温度から、前記水温検出器により検出された水温の温度を差し引いて、前記熱媒と貯湯タンクの水温との温度差である差温値を算出する算出部と、
前記循環装置停止時において、前記算出部が算出した差温値と所定値である第１差温値を比較して、前記差温値が第１差温値以上の場合に、所定の単位時間当りの循環量である第１循環量を循環させるように、前記循環装置制御部に制御信号を送信する稼働判断部と、
前記循環装置稼働中において、前記算出部が算出した差温値に基づいて、前記差温値により前記集熱板に熱量がない場合に、循環装置が停止するように前記循環装置制御部に制御信号を送信する停止判断部と、
前記循環装置稼働中において、前記差温値と前記第１差温値よりも大きい第２差温値とを比較し、前記差温値が第２差温値よりも大きい場合に、前記第１循環量よりも所定の単位時間当りの循環量が多い第２循環量を循環させ、一方で、前記差温値と前記第１差温値よりも小さい第３差温値とを比較し、前記差温値が第３差温値よりも小さい場合には、前記第１循環量よりも所定の単位時間当りの循環量が少ない第３循環量を循環させるように、制御信号を前記循環装置制御部に送信する循環量変更部と、
前記第１循環量、前記第２循環量、前記第３循環量と、前記第１差温値、前記第２差温値、前記第３差温値とを記憶する記憶部とを備え、
前記循環装置制御部が前記循環量変更部から送信される制御信号に対応して、前記循環装置の前記瞬間熱媒循環量を変更することを特徴とする請求項１に記載の強制循環型太陽熱温水器。
【請求項３】
前記強制循環型太陽熱温水器は、
前記貯湯タンク内に流入する熱媒の温度を検出する流入用温度検出部と、
前記貯湯タンク内で放熱した熱媒の温度を検出する流出用温度検出部と、を備え、
前記記憶部は、
前記貯湯タンクに流入した熱媒が放熱する所定の放熱量である標準放熱量が記録されており、
さらに、前記制御部は、
前記循環装置の稼働中に、前記流入用温度検出部により検出された熱媒の温度から、前記流出用温度検出部により検出された熱媒の温度を差し引き、貯湯タンクにおける放熱量である放熱値を算出する放熱値算出部と、
前記放熱値算出部により算出された放熱値と前記記憶部に記録された標準放熱値とを比較し、前記放熱値が標準放熱値よりも小さい場合に、前記瞬間熱媒循環量を減少させるように、前記循環装置制御部に制御信号を送信する第２循環量変化部を備えることを特徴とする請求項２に記載の強制循環型太陽熱温水器。
【請求項４】
前記強制循環型太陽熱温水器は、
前記太陽熱により加熱された前記集熱板の温度を検出する集熱板温度検出部を備え、
前記記憶部は、循環装置が稼働中における集熱板の温度と集熱板内の熱媒の温度との所定の温度差である標準温度差値が記録されており、
前記制御部は、
集熱板温度検出部により検出された前記集熱板の温度から、前記流出用温度検出部により検出された熱媒の温度を差し引いて、集熱板から熱媒に伝導していない残留熱量である残留熱量値を算出する残留熱量値算出部と、
前残留熱量算出部が算出した残留熱量値と前記記憶部に記憶された標準温度差とを比較して、前記残留熱量値が前記標準温度差よりも大きい場合に、前記瞬間熱媒循環量を減少させるように、前記循環装置制御部に制御信号を送信する第３循環量変化部を備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の強制循環型太陽熱温水器。
【請求項５】
前記循環装置は、供給される電力の大きさに比例して回転数が変化する循環ポンプであり、
前記制御部は、太陽光を受けて電力に変換し、前記電力を循環ポンプに供給する太陽電池であることを特徴とする請求項１に記載の強制循環型太陽熱温水器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６８３６９（Ｐ２０１３−６８３６９Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７５４４（Ｐ２０１１−２０７５４４）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（５９２０９３８９９）長府工産株式会社 (3)
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（５９２０９３８９９）長府工産株式会社 (3)
[ Back to top ]