JP4029285B2 - 太陽熱利用温水器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば屋根上等に設置される自然循環式の太陽熱利用温水器に関し、特に貯湯タンク内に貯湯された湯をできるだけ多く採湯し得る技術に係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の自然循環式の太陽熱利用温水器としては、貯湯タンクと、この貯湯タンクに下側位置で接続された太陽熱の集熱器とから構成されたものが一般に知られている。このような太陽熱利用温水器では、集熱器が昼間の太陽熱を受けて内部水が昇温すると、貯湯タンク内の水が集熱器と貯湯タンクとの間で対流作用により自然循環を繰り返す結果、貯湯タンク内の水が湯に置き換えられるようになっている。
【０００３】
この貯湯タンク内には採湯管が配設されており、この採湯管は基端が給湯口に固定され、先端の採湯口がその近傍にフロートが取り付けられた状態で自由端とされる一方、全体を可撓性のホースにより形成するか途中に可撓部を設けるかなどにより自由に屈曲し得る構成とされている。そして、上記フロートにより採湯口が貯湯タンク内の貯湯水面の直ぐ下で水没するように維持され、貯湯水位が変動すればそれに追随して採湯口が昇降するように採湯管が屈曲して、貯湯タンク内の上層にある高温の湯を採り出して給湯に供するようにされている。
【０００４】
そして、貯湯タンクへの給水を停止した状態で上記採湯管により採湯を継続すると、貯湯水位が徐々に低下してついには貯湯タンク内の底面近傍まで低下し、この水位低下に伴い採湯口も底面近傍まで下降することになる。このため、貯湯タンクの底面に下降位置にある採湯口が入り込む凹部を設けておき、貯湯タンク内からできるだけ多くの量の採湯を行い得るようにすることが提案されている（例えば特許文献１又は特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭６０−４３９５７号公報
【特許文献２】
実開昭６１−２７０５８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記提案の底面に凹部を設けた貯湯タンクでは、間欠採湯方式（あるいはロット採湯方式ともいわれる）にて採湯を行うには便宜となり得るものの、連続採湯方式にて採湯を行う場合には、貯湯タンク内にまだ湯が有るにも拘わらずその湯を十分に採湯し得ない事態が生じることがある。
【０００７】
すなわち、上記の連続採湯方式とは、貯湯タンクから採湯しつつ採湯した分だけ給水して貯湯タンク内を常に所定の定水位に保つ方式のことである。例えば図７の例を用いて説明すると、図外の給湯カランを開くと採湯管７００の採湯口７０１から貯湯タンク２００内の上層の湯が吸い込まれて給湯される一方、給湯使用により水位が下がるとボールタップ４００のフロート（浮き玉）４０１が下がることにより給水口４０２を開いて給水し給水により水位が所定水位まで上昇すると上記フロート４０１が上がることにより給水口４０２を閉じ、これにより、定水位に維持される。そして、給水された冷たい水は導水管６００を通して貯湯タンク２００下部に落とし込まれ、湯の部分を上方に押し上げていくことになる。この際、採湯管７００の採湯口７０１はフロート７０２により貯湯上層において水没した上昇状態（図７に実線で示す状態）に維持され、この貯湯上層の湯が採湯口７０１から吸い込まれる。これに対し、上記の間欠採湯方式とは、給水が停止された状態で採湯され、採湯により貯湯タンク２００内の貯湯水位が順次低下し、ついには採湯口７０１が底面近傍まで下降すると（図７に一点鎖線で示す状態参照）、もはや採湯は行い得なくなる。
【０００８】
上記の上昇状態の採湯口７０１は、貯湯水面下のギリギリに位置させると空気が流入してサイフォン作用による採湯を継続し得ない事態が発生するおそれがあるため、貯湯水面からある程度下位に位置付けられるようにフロート７０２との取付位置関係が設定されている。このため、採湯口７０１と貯湯水面との間の最上層にある湯は採湯されずに常に残留してしまうことになる。通常、貯湯タンク２００は横長（例えば１〜２ｍ）の形状に形成されており、その長さ分に相当する面積に上記最上層の深さを乗じたかなりの容量の湯が採湯されないままに残留することになる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、貯湯タンク内の湯をできるだけ多くかつ有効に採湯し得るようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、給水口、給湯口及び太陽熱集熱器との間で循環させるための往き・戻りの循環口を有する貯湯タンクと、基端が上記給湯口に接続され先端の採湯口がフロートにより貯湯タンク内で貯湯水位の変動に追随して昇降するよう屈曲可能な採湯管とを備えた太陽熱利用温水器を対象にして、次の特定事項を備えることとした。
【００１２】
すなわち、請求項１に係る発明では、上記貯湯タンクに対し、その頂壁部の一部を上方に突出して他部の頂壁部の内面を通る水平面よりも上方に拡がる凸状空間を内部に区画形成し、上記貯湯タンクを上記給水口からの給水を受けて貯湯水位が上記他部の頂壁部の内面を通る水平面よりも上方位置であって上記凸状空間内に位置した状態に維持されるように設定し、かつ、上記採湯管を上記フロートが上記貯湯水位に追随することにより上記採湯口が上記凸状空間内に入り込んで上記貯湯水位の直下位置であってかつ水没した状態に維持されるように配設することとした。
【００１３】
この請求項１に係る発明の場合、集熱器の集熱により貯湯タンク内に貯湯された湯を上記凸状空間内に位置付けられた採湯口から連続採湯方式にて採湯を継続すると、採湯により貯湯水位が低下してもその低下に伴い採湯分に相当する給水が行われるため、凸状空間内に貯湯水位が位置する状態に維持されて凸状空間内に湯が溜められた貯湯空間としての状態を維持すると共に、採湯口も凸状空間内に位置した状態に維持される。一方、採湯により貯湯タンク内の湯が徐々に減るのに伴い給水された水が順次下層に潜り込み、残りの湯が押し上げられることになる。そして、上記頂壁部の内面下位置までもが水に置き換えられても、なおも凸状空間内の湯が上記採湯口から吸い込まれることになる。ここで、上記凸状空間は貯湯タンク内の貯湯空間の内で最も上方に位置する上に、頂壁部が部分的に突出されて形成されたものであるため、その水平方向の断面積はこの凸状空間を除いた頂壁部の内面下位置におけるそれよりも小さくなる。このため、上記の凸状空間の狭い領域に最後まで残った湯をも採湯口から有効に採湯することが可能になり、貯湯タンク内の貯湯をほぼ最後まで給湯使用に供することが可能になる。
【００１５】
上記の発明の太陽熱利用温水器においては、上記凸状空間に臨んで給水口を配設することにより（請求項２）、給水口として通常採用されるボールタップの配設空間として上記凸状空間を有効利用し得ることになる。
【００１６】
また、以上の発明の太陽熱利用温水器においては、上記給水口から給水される水を貯湯タンク内の底部に導く導水管を備え、上記導水管の上端から底部に臨む下端までの間に導水流の流勢を緩衝するよう屈曲部を形成することもできる（請求項３）。このようにすることにより、給水口から給水される冷たい水を貯湯タンク内の湯と混合させてしまうことなく、その冷たい水を貯湯タンクの底部に静かに導いて集熱器側に流入させることが可能になる。すなわち、給水口からの給水をストレートの導水管により貯湯タンク底部まで落とし込むようにすると、その流勢により導水された冷たい水と集熱器から戻された貯湯タンク内の湯とが撹拌・混合されてしまい、集熱器で加熱された湯を十分に有効利用し得なくなるからである。特に請求項２の太陽熱利用温水器に適用することにより、同じ凸状空間に給水口を配設したとしても、給水口からの給水と凸状空間内の湯とを混合させることなく、凸状空間内の湯を採湯のために残して給湯使用に利用することが可能になる。
【００１７】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１〜請求項３のいずれかの太陽熱利用温水器によれば、貯湯タンクの上部に内部空間と連続する凸状空間を貯湯空間として設け、この凸状空間に採湯管の採湯口が入り込むようにしているため、連続採湯方式での採湯の場合に上記の凸状空間の狭い領域に最後まで残る湯をも採湯口から吸い込ませることができ、貯湯タンク内の湯をできるだけ多くかつ有効に採湯することができる。
【００１９】
特に、請求項２によれば、上記凸状空間を給水口として通常採用されるボールタップの配設空間としても有効利用することができ、貯湯タンク全体のコンパクト化を図ることができる。
【００２０】
さらに、請求項３によれば、給水口からの給水と、既に貯湯されている貯湯タンク内の湯との混合・撹拌を可及的に抑制して集熱器で加熱された湯の十分な有効利用を図ることができる。特に請求項２の如く同じ凸状空間に給水口を配設したとしても、給水口からの給水と凸状空間内の湯との混合を阻止して、凸状空間内の湯を採湯のために有効に利用することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る自然循環式の太陽熱利用温水器を示している。この太陽熱利用温水器は貯湯タンク２と、この貯湯タンクに対しその下側位置で通常は斜め下り勾配に設置されて上記貯湯タンクに接続される１又は２以上の集熱器３，３（図面には２つの場合を図示）とを備えて構成され、上記貯湯タンク２には途中に給水元栓４１（図２参照）を介装した給水管４の下流端と、下流端側に給湯カラン５１（図２参照）が接続される給湯管５の上流端とが接続されている。
【００２３】
上記貯湯タンク２は、図２にも示すように内部に横長の本体空間２１を区画形成する横長の本体２２と、この本体２２の頂壁部２２１の一部（図例では端部）を上方に突出させて内部に凸状空間２３を区画形成する凸部２４とから構成されている。上記本体空間２１の全てと凸状空間２３の一部とによって貯湯空間が構成されている。上記凸部２４には段部２４１が形成され、これにより、頂壁部２２１の内面２２１ａを通る水平面よりも上位に頂面が位置して後述の採湯管７の採湯口７１が入り込むことになる凸状空間部２３ａと、後述のボールタップ４３のフロート４３２が配設される凸状空間部２３ｂとの階段状の凸状空間２３が形成されている。
【００２４】
そして、上記貯湯タンク２には、上記凸部２４側の側壁部２２２の凸状空間２３に臨む上方位置に給水口４２が配設され、この給水口４２に臨んで上端が開口して貯湯タンク２の底壁部２２３近傍位置まで側壁部２２２に沿って下方に延びる導水管６が配設され、同じく上記側壁部２２２の本体空間２１に臨む上下方向中間位置に給湯口５２が配設され、また、この給湯口５２に基端が連結された採湯管７がその先端の採湯口７１を上記本体空間２３側に延ばして配設されている。さらに、上記貯湯タンク２の底壁部２２３には、上記各集熱器３に対し湯水が流入する循環往き口２２４，２２４と、各集熱器３からの湯が戻される循環戻り口２２５，２２５が形成される一方、上記採湯管７の採湯口７１が下降状態（図２に一点鎖線で示す状態）になったときに入り込むことになる凹部２２６が形成されている。そして、この凹部２２６の底に上記循環戻り口２２５が開口されている。
【００２５】
上記給水口４２はボールタップ４３を含んで構成され、このボールタップ４３により給水口４２に接続された給水管４からの給水を受けて貯湯タンク２内の貯湯水位を予め設定した一定水位（設定貯湯水位ＨＬ）に維持するようにしている。すなわち、上記ボールタップ４３は揺動可能な支持アーム４３１と、支持アーム４３１の先端に取り付けられたフロート（浮き玉）４３２とを有し、水位変動に基づきフロート４３２が設定貯湯水位の位置よりも下降すると上記支持アーム４３１の下方揺動により図示省略のピストンバルブが開いて給水を開始する一方、この給水による水位上昇により上記フロート４３２が上記設定貯湯水位ＨＬまで上昇すると上記支持アーム４３１の上方揺動により上記ピストンバルブが閉じて給水を停止するようになっている。これにより、上記給水口４２は上記採湯管７から採湯された分だけ給水して貯湯タンク２内を常に一定の設定貯湯水位ＨＬに維持するように構成されている。
【００２６】
上記設定貯湯水位ＨＬは、図３にも示すように上記頂壁部２２１の内面２２１ａを通る水平面よりも上方であって上記凸状空間２３内に所定深さ分だけ入り込んだ水平位置に設定されている。詳しくは上記凸状空間２３の内の凸状空間部２３ａに入り込んだ上昇状態（図２に実線で示す状態）の採湯口７１を全て水没させ得るように上記設定貯湯水位ＨＬを設定すればよく、上記凸状空間部２３ａの全てを水没させるように上記設定貯湯水位ＨＬを設定してもよい。この設定貯湯水位ＨＬの設定は上記給水口を構成するボールタップ４３のフロート４３２の上下位置調整により行えばよい。
【００２７】
上記導水管６は、給水口４２から貯湯タンク２内に給水される水を貯湯タンク２の底壁部２２３近傍位置まで、つまり貯湯タンク２の本体空間２１の底部まで導いて、新規に給水された冷たい水と既に各集熱器３で加熱された湯との無用な混合を防止するために設置されるものである。この導水管６の途中部分には導水管６中を下降する水の流勢を削いで緩和させるための屈曲部６１が設けられている。この屈曲部６１は比較的大きい屈曲Ｒで前後・左右方向に屈曲又は湾曲させて形成したものであり、図４にその一例を示すように貯湯タンク２の内部からみて左側に屈曲した後に手前に屈曲し、さらに下方に屈曲した後に後方に屈曲し、そして最後に下方に屈曲して底部まで延びるようにされている。また、この屈曲部６１は採湯管７を迂回する役割をも担っている。
【００２８】
上記採湯管７は、全体を例えばゴムホース等の可撓管素材により構成し、途中位置に蛇腹等により構成された可撓部７２を介装して比較的自由に屈曲自在に構成されている。そして、自由端とされた先端の採湯口７１の上側の所定位置にはフロート７３が取り付けられ、このフロート７３の浮力により上記採湯口７１を貯湯水面近傍で完全に水没した状態に維持しつつ、貯湯水位の変動に追随して昇降自在に位置変化させ得るようになっている。つまり、連続採湯方式での採湯が行われる場合には上記採湯口７１を設定貯湯水位ＨＬ付近の直下位置でかつ水没した上記の上昇状態に維持する一方、間欠採湯方式での採湯が行われる場合には水位低下に追随して下降してついには凹部２２６に入り込んだ上記の下降状態まで位置変換するようにされている。このような上昇状態と下降状態との間での採湯口７１の位置変換が上記可撓部７２での屈曲や採湯管７全体の屈曲により実現される。
【００２９】
以上の太陽熱温水器においては、まず給湯元栓４１を開くと水道圧等の圧力により給水口４２から貯湯タンク２内への給水が開始され、各集熱器３内の全て及び貯湯タンク２内の設定貯湯水位ＨＬまで水で充満されるとボールタップ４３により給水口４２が閉止されて給水が停止する。
【００３０】
この状態で昼間の太陽熱を集熱器３，３で集熱して内部の水が加熱されて昇温すると、軽くなって上方に流動して循環戻り口２２５，２２５から貯湯タンク２内に戻される一方、貯湯タンク２内からは相対的に冷たい重たい水が循環往き口２２４，２２４から各集熱器３に落とし込まれる。そして、このような対流作用に基づく自然循環が繰り返されて、貯湯タンク２内の水温が上昇して貯湯状態になる。
【００３１】
次に、上記貯湯状態から間欠採湯方式による採湯を行うには、給水元栓４１を閉じた状態で給湯カラン５１を開けばよい。すると、上昇状態にある採湯口７１が水没状態に維持されているため、この採湯口７１から湯がサイフォン作用により吸い込まれ、吸い込まれた湯が採湯管７、給湯口５２、給湯管５を通して給湯カラン５１まで導かれた後に出湯される。この出湯の継続により貯湯タンク２内の貯湯水位が順次低下し、この貯湯水位の低下に追随して採湯口７１も水没状態を維持しつつ下降する。そして、貯湯水位が貯湯タンク２の底壁部２２３の上面位置よりも低下すると、最後に残った湯は凹部２２６に集められ、この凹部２２６内の湯が下降状態になった採湯口７１から吸い出される。このように上記採湯口７１が入り込む凹部２２６の形成によって、貯湯水位が底壁部２２３の上面位置よりも低くなる段階までの採湯を実現することができる。
【００３２】
また、間欠採湯方式ではなくて、上記の貯湯状態から連続採湯方式よる採湯を行うには、給水元栓４１を開けたままの状態で給湯カラン５１を開けばよい。すると、上記と同様に採湯口７１から湯が吸い込まれて給湯カラン５１から出湯されることになるが、この場合には出湯で減った分だけ給水口４２から給水されるため、正確には出湯流量と給水流量とのバランスにより多少変動するものの貯湯タンク２内は設定貯湯水位ＨＬをほぼ維持した状態になる。上記給水口４２から給水された水は導水管６を通して貯湯タンク２の底部に導かれ循環往き口２２４に流入する一方、貯湯タンク２の底部に回り込み、貯湯タンク２内の湯を上方に押し上げていくことになる。この傾向が続くと、湯の層の厚みが減っていき、ついには頂壁部２２１の内面２２１ａのレベルまで水で満たされ、最後にはそれよりも上位の凸状空間２３内にのみ湯が残ることになる。このような状態になっても採湯口７１が凸状空間２３内に入り込んだ上昇状態に維持されるため、凸状空間２３内に残った最後の湯まで採湯することができる。従って、凸状空間のない従来の貯湯タンクの場合と比べると、より多くの湯を有効に採湯することができることになる。
【００３３】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、凸状空間２３として凸状空間部２３ａと２３ｂとからなる階段状に形成したものを示したが、これに限らず、例えば図５に示すような一つの凸状空間２５として形成するようにしてもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、同じ一つの凸状空間２３，２５内に給水口４２及びボールタップ４３を配設し、上昇状態の採湯口７１が入り込むようにした場合を示したが、これに限らず、ボールタップ４３の配設位置と、採湯口７１の配設位置とを互いに異ならせるようにしてもよい。例えば図６に示すように、貯湯タンク２ａの頂壁部２２１から上方に突出する互いに異なる２つの凸部２６，２７を形成し、一方の凸部２６内の空間２８内にボールタップ４３付き給水口４２を配設し、他方の凸部２７内の凸状空間２９内に上昇状態の採湯口７１が入り込むように採湯管７を配設するようにしてもよい。
【００３５】
導水管６の屈曲部６１の屈曲形態としては、例えば前後左右のそれぞれに交互に膨出するような湾曲形状を組み合わせたりしてもよい。
【００３６】
なお、凸状空間２３，２５，２９を形成するための凸部２４，２７は、貯湯タンク２，２ａの本体部と一体に形成するようにしても、互いに別体で形成したものを接合するようにしても、いずれでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す外観図である。
【図２】図１の実施形態を縦断面状態で模式的に示す模式図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における部分断面説明図である。
【図４】導水管の屈曲部の例を示す部分斜視図である。
【図５】凸状空間の他の形態を示す部分模式図である。
【図６】図５とは異なる他の形態の凸状空間を有する貯湯タンクの模式図である。
【図７】本発明の課題を説明するための貯湯タンクを断面状態で示した模式図である。
【符号の説明】
２，２ａ 貯湯タンク
３ 集熱器
６ 導水管
７ 採湯管
２３，２５，２９ 凸状空間（貯湯空間）
４２ 給水口
５２ 給湯口
６１ 屈曲部
７１ 採湯口
７３ フロート
２２１ 頂壁部
２２１ａ 頂壁部の内面
２２４ 循環往き口（循環口）
２２５ 循環戻り口（循環口）
ＨＬ 設定貯湯水位

Claims (3)

1. 給水口、給湯口及び太陽熱集熱器との間で循環させるための往き・戻りの循環口を有する貯湯タンクと、基端が上記給湯口に接続され先端の採湯口がフロートにより貯湯タンク内で貯湯水位の変動に追随して昇降するよう屈曲可能な採湯管とを備えた太陽熱利用温水器において、
   上記貯湯タンクにはその頂壁部の一部が上方に突出されて他部の頂壁部の内面を通る水平面よりも上方に拡がる凸状空間が内部に区画形成され、
   上記貯湯タンクは上記給水口からの給水を受けて貯湯水位が上記他部の頂壁部の内面を通る水平面よりも上方位置であって上記凸状空間内に位置した状態に維持されるように設定され、かつ、
   上記採湯管は、上記フロートが上記貯湯水位に追随することにより、上記採湯口が上記凸状空間内に入り込んで上記貯湯水位の直下位置であってかつ水没した状態に維持されるように配設されている
   ことを特徴とする太陽熱利用温水器。
2. 請求項１に記載の太陽熱利用温水器であって、
   上記凸状空間に臨んで給水口が配設されている、太陽熱利用温水器。
3. 請求項１、請求項２のいずれかに記載の太陽熱利用温水器であって、
   上記給水口から給水される水を貯湯タンク内の底部に導く導水管を備え、
   上記導水管の上端から底部に臨む下端までの間には導水流の流勢を緩衝するよう屈曲部が形成されている、太陽熱利用温水器。

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