JPS6158843B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は集熱器と蓄熱槽とを循環ポンプを介し
て環状に接続してなる太陽熱集熱装置の制御装置
に関する。

従来、この種の太陽熱集熱装置では集熱器の水
温と蓄熱槽内下部の水温との差温に応じて循環ポ
ンプの発停制御が行なわれていた。また、循環ポ
ンプの頻繁な発停を防止するための制御や凍結防
止制御、さらには循環ポンプを保護するための制
御など、種々の制御が行なわれていた。また、設
置場所や需要家の要望に応じて装置の構成や組合
わせが少しずつ異なり、装置が異なる毎に種々の
動作が要求されていた。このため、従来は制御装
置を１つ１つ設計してリレー回路や半導体ロジツ
ク回路を組んだり、マイクロプロセツサ
（MPU）とリードオンリ・メモリ（ROM）とラ
ンダム・アクセス・メモリ（RAM）とからなる
マイクロコンピユータを使用し、ROMの部分を
取り換えることにより対処してきたが、前者の方
法ではリレーやロジツク回路を設計し直すのに設
計期間が長くかかり、種々の装置によつて共通性
が低く、たつた１つの仕様の変更でも複雑なロジ
ツク全体を考え直すことが必要となつて複雑な動
作をさせるのは大変である。又、後者の方法はマ
イクロコンピユータがMPUとROMとRAMから構
成されるため、コスト的に高いものであり、簡単
な動作で良い場合にはコスト的に採用が困難であ
り、プログラムの複雑な動作を種々の組合わせに
ついてチエツクしなければならず、この作業（デ
バツク）が大変である。

本発明は上述の事実に鑑みてなされたものであ
り、特注や仕様変更の多い太陽熱集熱装置の制御
装置において、循環ポンプの発停制御、凍結防止
制御、循環ポンプの保護制御などの制御を的確に
行なうとともに、複雑なロジツクの検討やデバツ
クを必要としたり、ハード部分を変更することな
く種々の注文に応じられるようにし、設計期間の
短縮化、コストの低廉化及び誤りの低減を図るこ
とを目的とし、その基本的構成は集熱器の水温と
蓄熱槽内下部の水温との差温に応じて１又は０の
出力信号を発する差温サーモと、集熱器の水温と
設定値とを比較して１又は０の出力信号を発する
凍結防止サーモと、蓄熱槽内上部の水温と設定値
とを比較して１又は０の出力信号を発するポンプ
保護サーモと、１又は０の出力信号を発する運転
スイツチと、１又は０の出力信号を発する遅延復
帰型のタイマと、これらのサーモ、運転スイツチ
及びタイマの出力信号をアドレス入力とし、アド
レス指定されたデータ出力を発する書き込み自在
なプログラマブル・リードオンリ・メモリ
（PROM）と、警報器とを備え、PROMのアドレ
ス指定されたデータ出力に応じて循環ポンプの運
転制御とタイマ及び警報器の作動制御とを行なう
ことを特徴とし、サーモ、運転スイツチ及びタイ
マの出力信号の組み合わせに応じてPROMのアド
レスを指定し、指定されたアドレスのデータに基
づいて循環ポンプの運転制御とタイマ及び警報器
の作動制御を的確に行なうとともに、アドレスデ
ータを出荷時又は設置時に書き込み又は書き換え
して顧客の要望に沿つた種々の複雑な動作をロジ
ツク回路やリレー回路に依ることなく可能にした
ものである。

以下、本発明を太陽熱集熱装置の制御装置に適
用した実施例について図面に基づいて説明する。

第１図は本発明が適用可能な太陽熱集熱装置の
系統図であり、１は複数本の太陽熱集熱管２が並
設され傾斜して設置された集熱器、３は集熱器１
で集められた太陽熱を利用して加熱される熱媒体
としての水が貯溜される蓄熱槽であり、集熱器１
と蓄熱槽３とが循環路としての往管４と還管５と
で連絡されている。往管４には蓄熱槽３の近傍に
循環ポンプ６と、ウオーターハンマー防止用の逆
止弁７と、往管電動弁８とが順次介設され、還管
５には循環路系の最高位部分に吸気弁９と、排気
弁１０と、膨張管１１とが接続され、蓄熱槽３の
近傍には還管電動弁１２が介設されている。１３
はシスターンであり、膨張管１１からの溢水を受
けるとともに給水管１４からの市水の供給を受
け、蓄熱槽３に水を補給して循環路系を半密閉状
態に維持するよう装置内の最高所に設けてあり、
送水管１５が蓄熱槽３内の下部に挿入されてい
る。１６は蓄熱槽３の上部から導出された出湯管
であり、途中に三方電動弁１７が介設され、第１
流入口１７１と流出口１７３の連通により蓄熱槽
３の温水が直接出湯されるようにするとともに、
蓄熱槽３と第１流入口１７１の間の出湯管１６と
第２流入口１７２とを連絡する分岐管１８中にボ
イル１９が介設され、第２流入口１７２と流出口
１７３の連通により蓄熱槽３の温水がボイラ１９
にて追焚きされて出湯されるようにしてある。
尚、鎖線より上方は機械室外部、鎖線より下方は
機械室内部を示す。

２０は制御装置であり、ボイラ１９内の水温を
検出するボイラセンサ２１と、蓄熱槽３内の下部
の水温を検出する蓄熱槽センサ２２と、集熱器１
の出口側の集熱管水温を検出する集熱器センサ２
３と、集熱器１の中間部の集熱管水温を検出する
凍結防止センサ２４と、蓄熱槽３内上部の水温と
を検出する保護センサ２５とを備え、集熱ポンプ
６の発停と、電動弁８，１２の開閉制御と、三方
電動弁１７の切換制御と、ボイラ１９のバーナ２
６の点火制御と警報器２７の作動制御とを行な
う。尚、各センサは温度変化を電気信号のアナロ
グ値に変換するサーミスタ等を使用する。

第２図は制御装置２０の系統図を示したもので
あり、各センサからの温度測定値がアナログの電
気信号として変換装置としての温水サーモ２８，
２９、差温サーモ３０、凍結防止サーモ３１、過
集熱防止サーモ３２及びポンプ保護サーモ３３に
夫々入力され、温水サーモ２８，２９は設定器３
４からの設定信号との大小比較を行ない、その他
のサーモ３０ないし３３は予め定めた固定の設定
信号との大小比較を行ない、夫々１又は０の出力
信号を発する。尚、各サーモは各センサを１辺な
いし２辺に含んだ抵抗ブリツジ回路と、オペアン
プ等の比較器と、デイフアレンシヤル設定用の帰
還抵抗とからなる通常の電子サーモ回路から構成
される。例えば温水サーモ２８はボイラ１９内の
水温が設定器２４の設定値（例えば30〜80℃で可
変）より高い時に０、低い時に１の出力信号を発
し、温水サーモ２９は蓄熱槽３内下部の水温が設
定器３４の設定値より高い時に０、設定値より低
い時に１の出力信号を発し、差温サーモ３０は集
熱器センサ２３の測定値が蓄熱槽センサ２２の測
定値より所定値（一例として７℃）以上高いと、
この差温が所定値（一例として２℃）以下になる
まで１、これ以外の場合に０の出力信号を発し、
凍結防止サーモ３１は集熱器１の中間部の水温が
所定値（例えば３℃）以下になると所定値（例え
ば７℃）以上になるまで１、これ以外の場合に０
の出力信号を発し、過集熱防止サーモ３２は蓄熱
槽３内上部の水温が所定値（例えば92℃）以上に
なると所定値（例えば85℃）以下になるまで１、
これ以外の場合に０の出力信号を発し、ポンプ保
護サーモ３３は蓄熱槽内上部の水温が所定値（例
えば95℃）以上になると所定値（例えば85℃）以
下になるまで１、これ以外の場合に０の出力信号
を発するようにする。

３５は各サーモ２８ないし３３の出力信号と運
転スイツチ３６のオン、オフ（１か０）信号と、
遅延復帰型のタイマ３７の出力信号（１か０）と
が入力端子Ａ０ないしＡ７にアドレス入力として
供給され、アドレス入力に対応して指定されたア
ドレスに記憶されたデータを出力端子Ｄ０ないし
Ｄ５に発するプログラマブル・リードオンリ・メ
モリ（PROM）であり、本実施例では市販されて
いる富士通社のMB8516或いは日本電気社のμ
PD2716等のように書き込み、書き換えが自在な
Ｅ（イレイザブル）PROMを使用している。そし
て出力端子Ｄ０ないしＤ５に発せられたデータ出
力（１又は０）はリレー（図示せず）等を介在し
てバーナ２６の点火指令、三方電動弁１７の切換
指令、集熱ポンプ６の運転指令、往管電動弁８及
び還管電動弁１２の開閉指令、警報器２７の作動
指令、更にはタイマ３７の動作指令として使用さ
れる。すなわちPROM３５の各アドレスには各ア
ドレス入力に対して適切で且つ顧客の要望に沿つ
た運転条件が得られるようにデータを定めるよう
にすれば良く、その一例を第３図に示す。

而して本実施例の動作を第３図を参照して説明
する。まず動作例に示すようにPROM３５の入
力端子Ａ２，Ａ７に１、入力端子Ａ０，Ａ１，Ａ
３〜Ａ６に０のアドレス入力がある場、出力端子
Ｄ０ないしＤ５に〔０、１、１、０、０、１〕の
データ出力が発せられる。このような場合には日
射があり、しかも集熱器センサ２３の感知温度が
蓄熱槽センサ２２の感知温度より所定値以上高い
差温が生じており、集熱が可能な状態にあつて差
温サーモ３０が１の出力信号を発しており、その
他のサーモが０の出力信号を発しており、勿論、
運転スイツチ３６がオンになつている。この時バ
ーナ２６は点火されることがなく、三方電動弁１
７は第１流入口１７１と流出口１７３とが連通し
ており、蓄熱槽３からの出湯はボイラ１９を介す
ることなく出湯管１６から直接行なわれる。又、
往管電動弁８及び還管電動弁１２の開放とともに
集熱ポンプ６が運転し、蓄熱槽３と集熱器１の間
で往管４及び還管５を介して水が循環し、太陽熱
の集熱を利用して蓄熱槽３に温水が貯湯される。
又、出力端子Ｄ５の１出力によりタイマ３７が動
作して１の出力信号を発し、これが入力端子Ａ７
に供給されるため、PROM３５のアドレス入力は
その後、動作例のように変わるが、データ出力
の変化はない。この集熱運転中に日射がなくな
り、集熱器センサ２３と蓄熱槽センサ２２の差温
が小さくなり、所定値以下となると、差温サーモ
３０は０の出力信号を発し、PROM３５のアドレ
ス入力は動作例のように変化する。この時、出
力端子Ｄ５が０出力に変化してタイマ３７に動作
解除が命じられるが、タイマ３７の出力信号は一
定時間、１の状態に保持されていて集熱運転がそ
のまま継続される。そしてタイマ３７が復帰して
出力信号が０となると、動作例のように集熱ポ
ンプ６が停止され、両電動弁８，１２が閉路す
る。このように差温サーモ３０が０信号を発して
も一定時間は集熱運転が継続されるため、集熱ポ
ンプ６は一旦運転するとタイマ３７の復帰遅延時
間以上は必ず運転されることになり、頻繁にオ
ン、オフして損傷することがない。勿論、タイマ
３７の復帰時間内に再び差温サーモ３０が１の出
力信号を発すればタイマ３７が再セツトされ、集
熱運転はそのまま続けられる。

上述した集熱運転中に蓄熱槽３内の水温が上昇
し、保護センサ２５の感知温度が例えば92℃以上
となる過集熱状態になると、動作例のように過
集熱サーモ３２が１の出力信号を発してアドレス
入力が変化する。この場合、出力端子Ｄ２の出力
が０になるため、電動弁８，１２の閉止とともに
集熱ポンプ６の運転を停止させ、蓄熱槽３内の温
度上昇を阻止して出湯時の危検を防止するととも
に、循環路系で沸騰が生じるのを防止する。万
一、集熱ポンプ６に停止指令が出ているにも拘ら
ず、集熱ポンプ６の制御接点（図示せず）等に故
障があり、集熱ポンプ６が停止しない場合には保
護センサ２５の感知温度が95℃になつた時点でポ
ンプ保護サーモ３３が出力信号となり、アドレス
入力が動作例に示すようになる。この時、出力
端子Ｄ０ないしＤ５のデータ出力は〔０、１、
０、０、１、１〕となり、出力端子Ｄ４の１出力
により警報器２７が作動して管理人に異常を知ら
せる。管理人は手動にて集熱ポンプ６の通電を切
つて点検を行なうことができ、集熱ポンプに許容
温度以上の水が供給されないようにする。そして
出湯に伴ない、蓄熱槽３に送水管１５から新たな
市水が供給され、保護センサ２５の感知温度が所
定値（例えば85℃）まで下がると、過集熱防止サ
ーモ３２及びポンプ保護サーモ３３の出力信号が
０となり、集熱運転が可能になる。

又、動作例のように集熱運転が停止された状
態から集熱器１の中央部に設けた凍結防止センサ
２４の感知温度が所定値以下に低下して凍結の虞
れが生じた場合、凍結防止サーモ３１が１の出力
信号を発してPROM３５のアドレス入力が動作例
のようになり、出力端子Ｄ０ないしＤ５のデー
タ出力が〔０、１、１、０、０、０〕となつて集
熱ポンプ６が運転するとともに電動弁８，１２が
開放し、蓄熱槽３内下部の温水が集熱器１に供給
されて凍結が防止される。そして凍結防止センサ
２４の感知温度が所定値以上となり凍結の虞れが
なくなると、動作例の状態に戻り、集熱ポンプ
６の運転が停止され、電動弁８，１２が閉路す
る。

以上の各動作列に於いて、蓄熱槽センサ２２の
感知温度が設定器３４の設定値より低くなると、
温水サーモ２９の出力信号が０となつて入力端子
Ａ１に入力され、この時出力端子Ｄ１は０の出力
を発して三方電動弁１７の第２流入口１７２と流
出口１７３とを連通させるようにする。そして温
水センサ２１の感知温度が設定器３４の設定値よ
り低く温水サーモ２８が１の出力信号を発してい
る場合に限り、出力端子Ｄ０が１出力となつてバ
ーナ２６が点火され蓄熱槽３の温水がボイラ１９
にて設定値まで追焚きされ、出湯に供される。

第４図は本発明の適用可能な他の太陽熱集熱装
置の系統図を示し、第１図と対応する部分には同
一符号を付してあり、第１図のものと異なるのは
往管４の途中に排水電動弁３８の介設された排水
管３９が接続され、該排水管３９の排水電動弁３
８上流側と還管５の途中とが逆止弁４０の介設さ
れたバイパス管４１にて連結されていることであ
る。斯る集熱装置は寒冷地で特に要望があり、凍
結防止センサ２４が所定値以下の低温を感知した
場合には集熱ポンプ６を運転することなく、排水
電動弁３８を開放するようにし、機械室外部の集
熱器１と、往管４及び還管５の水を排水管３９か
ら排出するようにして蓄熱槽３の温水を使用する
ことなく、確実に凍結を防止するようにしたもの
である。制御装置２０は第２図に示すものをその
まま使用することができ、排水電動弁３８を
PROM３５の出力端子Ｄ４の出力に応じて制御す
れば良く、第３図の動作例′に示すように入力
端子Ａ３に１の入力がある場合に出力端子Ｄ２に
０、出力端子Ｄ３に１の出力が発せられるようア
ドレス入力に対応するデータを書き換えておくだ
けで良い。

尚、上述したMB−8516の場合、実際には入力
端子が12個、出力端子が８個有り、更に複雑な動
作を行なわせることが可能である。又、電気によ
る書き込みと消去が可能なEEPROMを使用すれ
ば、設置時に顧客の要望を聞いた上で、アドレス
入力に対応するデータの一部を書き換えることも
できる。又、本発明でいうPROMは書き込みと消
去が可能なEPROM、EEPROMの他に書き込み
専用のバイポーラヒユーズタイプのものでも良
い。

本発明は以上のように構成されているので、循
環ポンプの運転制御とタイマ及び警報器の作動制
御を的確に行ない、太陽熱を効率良く集熱できる
とともに、循環路での凍結を防止し、さらには循
環ポンプの保護を図ることができ、PROMの入出
力条件を考慮するのみで複雑なロジツクやリレー
回路を組んだり、ハード部分を何ら変更すること
なく、汎用性のある太陽熱集熱装置の制御装置を
構成することが可能であり、特注や設計変更の多
い太陽熱集熱装置の制御装置に利用すれば、設計
期間の短縮、コストの低廉化が図れるとともに顧
客の要望に応じた動作を選択できるなど、有用な
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用可能な太陽熱集熱装置の
一例を示す系統図、第２図は本発明の一実施例で
ある太陽熱集熱装置の制御装置の系統図、第３図
は第２図で用いたPROMの入出力条件例を示す説
明図、第４図は本発明が適用可能な太陽熱集熱装
置の他例を示す系統図である。 １……集熱器、３……蓄熱槽、６……循環ポン
プ、２７……警報器、３０……差温サーモ、３１
……凍結防止サーモ、３３……ポンプ保護サー
モ、３５……PROM、３６……運転スイツチ、３
７……タイマ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 集熱器と蓄熱槽とを循環ポンプを介して環状
   に接続してなる太陽熱集熱装置の制御装置におい
   て、集熱器の水温と蓄熱槽内下部の水温との差温
   に応じて１又は０の出力信号を発する差温サーモ
   と、集熱器の水温と設定値とを比較して１又は０
   の出力信号を発する凍結防止サーモと、蓄熱槽内
   上部の水温と設定値とを比較して１又は０の出力
   信号を発するポンプ保護サーモと、１又は０の出
   力信号を発する運転スイツチと、１又は０の出力
   信号を発する遅延復帰型のタイマと、これらのサ
   ーモ、運転スイツチ及びタイマの出力信号をアド
   レス入力とし、アドレス指定されたデータ出力を
   発する書き込み自在なプログラマブル・リードオ
   ンリ・メモリ（PROM）と、警報器とを備え、
   PROMのアドレス指定されたデータ出力に応じて
   循環ポンプの運転制御とタイマ及び警報器の作動
   制御とを行なうことを特徴とする太陽熱集熱装置
   の制御装置。