特表 2016-520786 インラインで加熱される太陽熱ストレージコレクタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2016-520786(P2016-520786A)

(43)【公表日】2016年7月14日

(54)【発明の名称】インラインで加熱される太陽熱ストレージコレクタ

(51)【国際特許分類】

   F24H 1/00 20060101AFI20160617BHJP

   F24J 2/42 20060101ALI20160617BHJP

【ＦＩ】

   F24H1/00 621B

   F24J2/42 J

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2016-505913(P2016-505913)

(86)(22)【出願日】2014年4月2日

(85)【翻訳文提出日】2015年12月1日

(86)【国際出願番号】IB2014060376

(87)【国際公開番号】WO2014162274

(87)【国際公開日】20141009

(31)【優先権主張番号】61/807,329

(32)【優先日】2013年4月2日

(33)【優先権主張国】US

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US

(71)【出願人】

【識別番号】515274077

【氏名又は名称】ティーアイジーアイ エルティーディー．

(74)【代理人】

【識別番号】100082072

【弁理士】

【氏名又は名称】清原 義博

(72)【発明者】

【氏名】クライアー，シモン

(72)【発明者】

【氏名】アデル，マイケル

【テーマコード（参考）】

3L122

【Ｆターム（参考）】

3L122AA03

3L122AA24

3L122AA53

3L122BA02

3L122BA04

3L122BA11

3L122BA32

3L122DA01

(57)【要約】

太陽熱を利用して水を加熱するためのシステムは、従来のシステムより低いコスト、高いエネルギー効率で、および迅速な応答時間でユーザーに温水を提供し、エネルギー損失を低減しユーザーの快適性を向上させる。基本構造は４つの主成分を含む：太陽熱コレクタ、熱交換器、インラインのヒーターおよびコントロールシステム。第１のフロージェネレータ（Ｇ１）が１次ループについてアクティブである間、１次ループ中の第１の温度の一時的な熱プロフィールが測定される。２次ループ中の太陽熱を利用した水の加熱は、２次ループの水のフロー；現在の第１の温度；および第１の温度の一時的な熱プロフィール：
に基づいて、１次ループ中の第１のフロージェネレータおよび２次ループ中のインラインの温水をアクティブにすることにより、提供される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽熱を利用して水を加熱するためのシステムであって、該システムは、
（ａ）太陽熱コレクタを含む１次ループであって、前記太陽熱コレクタは入力と出力を含む、１次ループ；
（ｂ）前記１次ループに動作可能に接続され、第１の温度を測定するように構成される、第１の温度センサ；
（ｃ）前記１次ループでフローを生成するように構成される第１のフロージェネレータ；
（ｄ）前記１次ループに動作可能に接続され、熱伝達流体のフローを測定するように構成される、第１のフローセンサ；
（ｅ）熱交換器であって、該熱交換器は、
（ｉ）１次ループの出力；
（ｉｉ）前記太陽熱コレクタの出力に動作可能に接続される１次ループの入力；
（ｉｉｉ）冷水供給に動作可能に接続される２次ループの入力；および
前記インラインのヒータの入力に動作可能に接続された２次ループの出力を含み；
それによって前記冷水供給部から前記熱交換器の２次ループの入力までの、および、前記熱交換器の２次ループの出力から前記インラインのヒータを介して前記温水出力までの、前記２次ループを定める、
熱交換器；
（ｆ）入力と出力を有し、前記２次ループに動作可能に接続されるインラインの温水器；
（ｇ）システム・コントローラであって、該システム・コントローラは、
（ｉ）前記第１のフロージェネレータがアクティブな間、前記１次ループ中の前記第１の温度の一時的な熱特性を測定するために；
（ｉｉ）
（Ａ）前記２次ループの水のフロー；
（Ｂ）現在の第１の温度；および
（Ｃ）前記第１の温度の前記一時的な熱特性：
に基づいて
（ｉ）前記１次ループ中の前記第１のフロージェネレータ、および
（ｉｉ）前記２次ループ中のインラインの温水器
をアクティブにすることによって、
２次ループ中の太陽熱を利用した水の加熱を提供するために構成される、；
システム・コントローラ
を含むシステム。

【請求項2】

前記インラインのヒータの出力は、温水の出力に動作可能に接続され；前記第１のフロージェネレータは：
（ｉ）前記熱交換器の１次ループの出力に動作可能に接続される入力を含み；
（ｉｉ）前記太陽熱コレクタの入力に動作可能に接続される出力を含み；および
（ｉｉｉ）アクティブにされると、前記太陽熱コレクタの出力から熱交換器の１次ループの入力までの、および、前記熱交換器の１次ループの出力から前記フロージェネレータを介して前記太陽熱コレクタの入力までの、前記１次ループ中での熱伝達流体のフローを生成するように構成され、
第２のフローセンサは、前記２次ループに動作可能に接続され、および前記２次ループ中の水のフローを測定するように構成され、
ここで、前記第１のフロージェネレータは、指定された期間の間、指定された時点でアクティブである
ことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記太陽熱コレクタは統合太陽熱ストレージコレクタ（ＩＳＣ）であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記ＩＳＣは透明に絶縁される、ことを特徴とする請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記１次ループ中の前記熱伝達流体は水であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記２次ループは飲用に適した家庭用温水を提供することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記第１のフロージェネレータは可変のフロージェネレータであることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記システム・コントローラは、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラであることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

太陽熱を利用して水を加熱するための方法であって、該方法は、
（ａ）第１のフロージェネレータが１次ループについてアクティブである間、１次ループ中の第１の温度の一時的な熱特性を測定する工程であって；
前記１次ループは太陽熱コレクタを含む、工程；
（ｂ）
（ｉ）前記２次ループの水のフロー；
（ｉｉ）現在の第１の温度；および
（ｉｉｉ）前記第１の温度の前記一時的な熱特性：
に基づいて、
（ｉ）前記１次ループ中の前記第１のフロージェネレータ
（ｉｉ）前記２次ループ中のインラインの温水器
をアクティブにすることによって、
２次ループ中の太陽熱を利用した水の加熱を提供する工程；
を含む、方法。

【請求項10】

（ａ）システム中の前記第１の温度を測定する工程であって、該システムは
（ｉ）入力と出力を含む太陽熱コレクタ
（ｉｉ）出力と入力を有するインラインのヒータであって、
（Ａ）前記出力は温水の出力に動作可能に接続される、ヒータ；
（ｉｉｉ）熱交換器であって：該熱交換器は
（Ａ）１次ループの出力；
（Ｂ）前記太陽熱コレクタの出力に動作可能に接続される１次ループの入力；
（Ｃ）冷水供給部に動作可能に接続される２次ループの入力；および
（Ｄ）前記インラインのヒータの入力に動作可能に接続される２次ループの出力；
を含み、
それによって前記冷水供給部から前記熱交換器の２次ループの入力までの、および、前記熱交換器の２次ループの出力から前記インラインのヒータを介して前記温水出力までの、前記２次ループを定める、；
熱交換器、
（ｉｖ）前記太陽熱コレクタの出力に動作可能に接続される第１の温度センサ；
（ｖ）前記第１のフロージェネレータであって：該フロージェネレータは、
（Ａ）前記熱交換器の１次ループの出力に動作可能に接続される入力を含み；
（Ｂ）前記太陽熱コレクタの入力に動作可能に接続される出力を含み；および
（Ｃ）アクティブにされると、前記太陽熱コレクタの出力から前記熱交換器の１次ループの入力までの、および前記熱交換器の１次ループの出力から前記第１のフロージェネレータを介して前記太陽熱コレクタの入力までの、前記１次ループ中の熱伝達流体のフローを生成するように構成される、
フロージェネレータ
（ｖｉ）前記１次ループに動作可能に接続され、前記熱伝達流体のフローを測定するように構成される、第１のフローセンサ；
（ｖｉｉ）前記２次ループに動作可能に接続され、および前記２次ループ中の水のフローを測定するように構成される、第２のフローセンサ
を含み、
ここで、前記第１の温度は前記第１の温度センサにより測定される、工程；
（ｂ）指定された期間のあいだ指定された時点で、前記第１のフロージェネレータをアクティブにする工程
（ｃ）前記第１のフロージェネレータがアクティブな間、前記第１の温度センサによって前記第１の温度の前記一時的な熱特性を測定する工程、
（ｄ）
（ｉ）前記２次ループ中の前記水のフロー
（ｉｉ）現在の第１の温度；および
（ｉｉｉ）前記第１の温度の前記一時的な熱特性：
に基づいて、
（ｉ）前記第１のフロージェネレータ、および
（ｉｉ）前記インラインの温水器
をアクティブにすることにより、
温水の出力に２次ループ中の太陽熱を利用した水の加熱を提供する工程；
をさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記アクティブにすることは、
（ａ）周期的な時間；
（ｂ）６０分ごと；
（ｃ）あらかじめ定められた時間；
（ｄ）システム測定の評価に基づく時間；
（ｅ）反応特性予測を改良するために、一時的な熱応答の特性に適用された機械学習アルゴリズムに基づく時間、
（ｆ）前記２次ループ中の水のフローの特性に基づく時間、および、
（ｇ）システムユーザーによる温水の使用に相応する温水の出力の評価に基づく時間、
から成る群から選択される、指定された時点で行われる
ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記システムは、：
前記温水の出力に動作可能に接続され、第５の温度を測定するように構成される第５の温度センサを含み、前記提供する工程は、前記温水の出力が予め定められた出力の温度であるような第５の温度にさらに基づく、
ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記システムは、
第２のフロージェネレータをさらに含み、該第２のフロージェネレータは：
（ｉ）前記温水の出力に動作可能に接続される入力を含み；
（ｉｉ）前記冷水供給部に動作可能に接続される出力を含み；および
（ｉｉｉ）アクティブにされると、前記２次ループの水のフローを生成するように構成され、および前記アクティブにする工程は、前記第２のフロージェネレータを、前記の指定された期間のあいだ指定された時点でアクティブにすることをさらに含む
ことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記システムは、
前記熱交換器の２次ループの出力に動作可能に接続され、第４の温度を測定するように構成される、第４の温度センサ
をさらに含み、
前記提供する工程は、前記第４の温度の一時的な熱応答特性にさらに基づく、
ことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記第２のフローセンサはフローの不足を測定し、
前記第５の温度センサが前記予め定められた出力温度を測定するまで、前記第１のフロージェネレータと前記第２のフロージェネレータをアクティブにする工程をさらに含む
ことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

前記第２のフローセンサはフローの不足を測定し、
前記第１の温度センサが予め定められたタンク使用温度を測定するまで、前記第１のフロージェネレータと前記第２のフロージェネレータをアクティブにする工程をさらに含む
ことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

【請求項17】

予め定められたシステムパラメータが収集されるまで、前記第１のフロージェネレータおよび／または前記第２のフロージェネレータをアクティブにする工程をさらに含む、
請求項１３に記載の方法。

【請求項18】

前記システムは、周囲温度を測定するように構成される温度センサをさらに含み、および
前記周囲温度に基づいて、前記第１のフロージェネレータ、前記第２のフロージェネレータ、および前記インラインのヒータをアクティブにする工程であって、それによって前記２次ループから前記１次ループまで熱を伝達し、前記熱伝達流体の温度を上昇させる、工程をさらに含む
ことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

【請求項19】

前記第１の温度に基づいて、前記第１のフロージェネレータをアクティブにする工程であって、
それにより前記１次ループから前記２次ループまで熱を伝達し、前記熱伝達流体の温度を下降させ、前記太陽熱コレクタの過熱を防ぐ、工程をさらに含む
ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項20】

前記第１の温度に基づいて、前記第１のフロージェネレータおよび前記第２のフロージェネレータをアクティブにする工程であって、それにより前記１次ループから前記２次ループまで熱を伝達し、前記熱伝達流体の温度を下降させ、前記太陽熱コレクタの過熱を防ぐ、工程をさらに含む
ことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

【請求項21】

上記の請求項の何れか１つを実施するように構成されるシステム・コントローラ。

【請求項22】

コンピュータ可読記憶媒体であって、該コンピュータ可読記憶媒体は、太陽熱を利用した水の加熱のためのコンピュータ可読コードがその上に埋め込まれており、該コンピュータ可読コードは、
（ａ）第１のフロージェネレータが１次ループに対してアクティブである間、太陽熱コレクタを含む１次ループ中の第１の温度の一時的な熱特性を測定するための；
（ｂ）
（ｉ） 前記２次ループの水のフロー；
（ｉｉ） 現在の第１の温度；および
（ｉｉｉ）前記第１の温度の一時的な熱特性：
に基づいて
（ｉ）前記１次ループ中の前記第１のフロージェネレータ、および
（ｉｉ）前記２次ループ中のインラインの温水器
をアクティブにすることにより、
２次ループ中の太陽熱を利用した水の加熱を提供するための；
プログラムコードを含む、
コンピュータ可読記憶媒体。

【請求項23】

ネットワークを通じてクライアントコンピュータに接続されたサーバにロードされ得るコンピュータープログラムであって、その結果、コンピュータープログラムを実行するサーバは、上記の請求項の何れか１つに従ってシステム中にシステム・コントローラを構成する、コンピュータープログラム。

【請求項24】

ネットワークを通じてサーバに接続されたコンピュータにロードされ得るコンピュータープログラムであって、その結果、コンピュータープログラムを実行するコンピュータは、上記の請求項の何れか１つに従ってシステム中にシステム・コントローラを構成する、コンピュータープログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

＜関連出願への相互参照＞
本発明は、２０１３年４月２日に出願された仮特許出願（ＰＰＡ）シリアル番号第６１／８０７３２９号の利益を主張し、該仮出願は引用により組み込まれる。

【0002】

＜発明の分野＞
本発明は全般的に、太陽熱加熱に関し、特に、太陽熱を利用した水の加熱（ｓｏｌａｒ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｉｎｇ）の改良に関する。

【背景技術】

【0003】

従来の家庭用温水ストレージシステムは、典型的には、太陽熱とバックアップの熱を組み合わせる。１つの一般的な太陽熱温水システム（ｓｏｌａｒ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）の構造は、従来の熱サイフォンシステムの図である図１に示される、熱サイフォンシステムとして知られている。熱サイフォンシステムは、温暖で暖かい気候においてコスト効率が良く、使用可能であるが、湯あかや腐食による目詰まりに苦しむ傾向にある。このシステムは、夜間など寒い期間中、屋外タンクを必要とされる家庭用温水（ＤＨＷ）温度（多くの場合レジオネラ病のリスクを防止するために摂氏６５度［℃］）まで加熱する必要があるために、および逆熱サイホン（ｒｅｖｅｒｓｅ ｔｈｅｒｍｏ ｓｉｐｈｏｎｉｎｇ）による熱損失のために、寒冷な気候においてはエネルギー的に非効率である。

【0004】

熱サイフォンシステムの代替物であり、寒冷な気候でより一般的な、従来のコンビ−システムの図解である図２を参照されたい。コンビシステムは、タンク（２００）をコレクター（２０２）から分離し、それによりタンク（２００）を（住居の）内側に配置できる。この構成は、寒冷な気候での熱損失を多少低減するが、それでも上記の熱サイフォンシステムなどにおける満杯のタンクの加熱を必要とする。外部コレクターループ（２０４）は、潜在的に凍結温度に晒されているので、このループは全般的にグリコールで満たされている。この場合、多くのヨーロッパ諸国での調節には、飲料水の汚染のリスクを防ぐために、付加的な熱交換器ステージ（図示せず）が必要となる。この調節により、エネルギー効率がさらに低減される。

【0005】

代替的な従来のコンビ−システムの図解である図３を参照されたい。この代替的なコンビ・システムは、上記（図２の）コンビ・システムを改良したものである。この改良されたシステムは、タンク内にタンクがある構造（ｔａｎｋ−ｉｎ−ａ−ｔａｎｋ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）により調節上の要求を克服するが、実質的にはコストを増加させる。

【0006】

上記従来システムのほとんどは、付加的なフロージェネレータおよびフローループが温水システムに含まれない限り、消費者がお湯の蛇口を開く時、比較的遅い応答時間および変動する温度に悩まされ、システムのコストをさらに増加させる。太陽熱温水システムについての更なるリスク因子は、パイプおよびコレクタ凍結のリスクである。この問題に対する一般的な解決策は、太陽熱伝達ループにおいてグリコールまたは他の凍結防止剤を使用することである。この一般的な解決策は高価であり、グリコールへの損傷並びに上に明示されるような調節システムの複雑な問題（ｃｏｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）から保護するために、グリコール、ドレインバックシステム、および過熱防止装置の定期的な交換を必要とする。

【0007】

したがって、従来の解決法より低いコスト、高いエネルギー効率、および迅速な応答時間を有する、太陽熱を利用した水の加熱のための改良されたシステムが必要とされている。

【発明の概要】

【0008】

本実施形態の教示によると、太陽熱を利用した水の加熱のためのシステムが提供され、該システムは：
１次ループ（ａ ｐｒｉｍａｒｙ ｌｏｏｐ）；
１次ループに動作可能に接続され、第１の温度を測定するように構成される、第１の温度センサ；
１次ループでフローを生成するように構成される第１のフロージェネレータ；
１次ループに動作可能に接続され、熱伝達流体（ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｌｕｉｄ）のフローを測定するように構成される、第１のフローセンサ；
１次ループおよび２次ループに動作可能に接続される熱交換器；
入力および出力を有し、２次ループに動作可能に接続されるインラインの温水器；
とシステム・コントローラを含み、
該システム・コントローラは、
第１のフロージェネレータがアクティブな間、１次ループ中の第１の温度の一時的な熱特性を測定するために；
２次ループの水のフロー；
現在の第１の温度；および
第１の温度の一時的な熱特性：に基づいて、
１次ループの第１のフロージェネレータ；および
２次ループ中のインラインの温水器
をアクティブにすることによって、
２次ループ中の太陽熱を利用した水の加熱を提供するために；
構成される。

【0009】

随意の実施形態では、
１次ループは入力および出力を含む太陽熱コレクタをさらに含み；
インラインのヒータの出力は、温水の出力に動作可能に接続され；
熱交換器は：
1次ループの出力;
太陽熱コレクタの出力に動作可能に接続された１次ループの入力;
冷水供給に動作可能に接続された２次ループの入力；および
インラインのヒータ入力に動作可能に接続された２次ループの出力；
を含み、
それによって、冷水供給部から熱交換器までの、および熱交換器の２次ループの出力からインラインのヒータを介して温水出力までの、２次ループを定め；
第１の温度センサは太陽熱コレクタの出力に接続され；
第１のフロージェネレータは：
熱交換器の１次ループの出力に動作可能に接続される入力を含み；
太陽熱コレクタの入力に動作可能に接続される出力を含み；および
アクティブにされると、太陽熱コレクタの出力から熱交換器の１次ループの入力までの、および１次ループの出力から熱交換器のフロージェネレータを介して太陽熱コレクタの入力までの、熱伝達流体のフローを生成するように構成され、
第２のフローセンサは、２次ループに動作可能に接続され、および２次ループ中の水のフローを測定するように構成され、
ここで、第１のフロージェネレータは、指定された時点で指定された期間アクティブである。

【0010】

別の随意の実施形態では、太陽熱コレクタは統合太陽熱ストレージコレクタ（ＩＳＣ）である。別の随意の実施形態では、ＩＳＣは透明に（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｌｙ）絶縁される。別の随意の実施形態では、１次ループの熱伝達流体は水である。別の随意の実施形態では、２次ループは飲用に適した家庭用温水を提供する。別の随意の実施形態では、第１のフロージェネレータは可変のフロージェネレータである。別の随意の実施形態では、システム・コントローラは、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラである。

【0011】

本実施形態の教示によると、太陽熱を利用した水の加熱についての方法が提供され、該方法は：
第１のフロージェネレータが１次ループについてアクティブである間、１次ループ中の第１の温度の一時的な熱特性を測定する工程；
２次ループの水のフロー；
現在の第１の温度；および
第１の温度の一時的な熱特性：に基づいて、
１次ループの第１のフロージェネレータ；および
2次ループ中のインラインの温水
をアクティブにすることにより、
２次ループ中の太陽熱を利用した水の加熱を提供する工程；
を含む。

【0012】

随意の実施形態は：
システム中で第１の温度を測定する工程であって：該システムは、
入力と出力を含む太陽熱コレクタ；
入力と出力を有するインラインのヒータであって、該出力は温水の出力に動作可能に接続される、インラインのヒータ；
熱交換器であって、該熱交換器は、
１次ループの出力；
太陽熱コレクタに動作可能に接続された１次ループの入力；
冷水供給に動作可能に接続される２次ループの入力；および
インラインのヒータの入力に動作可能に接続される２次ループの出力；
を含み、
それによって冷水供給部から熱交換器までの、および、熱交換器の２次ループの出力からインラインのヒータを介して温水出力までの、２次ループを定める、
熱交換器；
太陽熱コレクタに動作可能に接続される第１の温度センサ；
第１のフロージェネレータであって、該第１のフロージェネレータは：
熱交換器の１次ループの出力に動作可能に接続される入力を含み；
太陽熱コレクタの入力に動作可能に接続される出力を含み；および
アクティブにされると、太陽熱コレクタの出力から熱交換器の１次ループの入力までの、および熱交換器の１次ループの出力から第１のフロージェネレータを介して太陽熱コレクタの入力までの、熱伝達流体の流れを生成するように構成される、
第１のフロージェネレータ；
１次ループに動作可能に接続され、および熱伝達流体の転移を測定するように構成される、第１のフローセンサ；
２次ループに動作可能に接続され、および２次ループ中の水のフローを測定するように構成される、第２のフローセンサ；
を含み、
ここで、第１の温度は第１の温度センサにより測定される
工程；
指定された時点で指定された期間、第１のフロージェネレータをアクティブにする工程；
第１のフロージェネレータがアクティブな間、第１の温度センサによって第１の温度の一時的な熱特性を測定する工程；
２次ループの水のフロー
現在の第１の温度
および第１の温度の一時的な熱特性
に基づいて、
第１のフロージェネレータ：および
インラインの温水器
をアクティブにすることにより、
温水の出力に２次ループ中の太陽熱を利用した水の加熱を提供する工程；
を更に含む。

【0013】

別の随意の実施形態では、アクティブにすることは、
周期的な時間；
６０分ごと；
あらかじめ定められた時間；
システム測定の評価に基づく時間；
反応特性予測を改良するために、一時的な熱応答の特性に適用された機械学習アルゴリズムに基づく時間；
２次ループ中の水のフローの特性に基づく時間；および；
システムユーザーによる温水の使用に相応する温水の出力の評価に基づく時間；
から成る群から選択される、指定された時点で行われる。

【0014】

別の随意の実施形態では、システムは温水の出力に動作可能に接続され、および第５の温度を測定するように構成される第５のセンサを含み、提供の工程は、温水の出力が予め定められた出力の温度であるような第５の温度にさらに基づく。

【0015】

別の随意の実施形態では、システムは第２のフロージェネレータ：をさらに含み、該フロージェネレータは、
温水の出力に動作可能に接続される出力を含み；
冷水供給部に動作可能に接続される出力を含み；および
アクティブされると、２次ループの水のフローを生成するように構成され、およびアクティベーションの工程は、第２のフロージェネレータを、指定された時点で指定された期間アクティブにする工程をさらに含む。

【0016】

別の随意の実施形態では、システムは、熱交換器の２次ループの出力に動作可能に接続され、および第４の温度を測定するように構成される第４の温度センサをさらに含み、提供の工程はさらに、第４の温度の一時的な熱応答特性にさらに基づく。

【0017】

別の随意の実施形態では、第２のフローセンサはフローの不足を測定し、第５の温度センサが予め定められた出力温度を測定するまで、第１のフロージェネレータと第２のフロージェネレータをアクティブにする工程をさらに含む。

【0018】

別の随意の実施形態では、第２のフローセンサはフローの不足を測定し、第１の温度センサが予め定められたタンクの使用温度を測定するまで、第１のフロージェネレータと第２のフロージェネレータをアクティブにする工程をさらに含む。

【0019】

別の随意の実施形態は予め定められたシステムパラメータが収集されるまで、第１のフロージェネレータおよび／または第２のフロージェネレータをアクティブにする工程をさらに含む。

【0020】

別の随意の実施形態では、システムは、周囲温度を測定するように構成される周囲温度センサをさらに含み、および、周囲温度に基づいて、第１のフロージェネレータ、第２のフロージェネレータ、およびインラインヒータをアクティブにし、それによって２次ループから１次ループまで熱を伝達し、熱伝達流体の温度を上昇させる、工程をさらに含む。

【0021】

別の随意の実施形態は、第１の温度に基づいて、第１のフロージェネレータをアクティブにし、それによって１次ループから２次ループまで熱を伝達し、熱伝達流体の温度を下降させ、太陽熱コレクタの過熱を防ぐ、工程をさらに含む。

【0022】

別の随意の実施形態は、第１の温度に基づいて、第１のフロージェネレータおよび第２のフロージェネレータをアクティブにし、それによって１次ループから２次ループまで熱を伝達し、熱伝達流体の温度を下降させ、太陽熱コレクタの過熱を防ぐ、工程をさらに含む。

【0023】

本実施形態の教示によれば、現在の記述の特徴のいずれかを実施するように構成されるシステム・コントローラが提供される。

【0024】

本実施形態の教示によれば、コンピュータ可読記憶媒体が提供され、該コンピュータ可読記憶媒体は、太陽熱を利用した水の加熱のためのコンピュータ可読コードがその上に埋め込まれており、該コンピュータ可読コードは、
第１のフロージェネレータが１次ループについてアクティブである間、１次ループ中の第１の温度の一時的な熱特性を測定するための；
１次ループの第１のフロージェネレータ；および
２次ループ中のインラインの温水器
をアクティブにすることにより、
２次ループの水のフロー；
最新の第１の温度；および
第１の温度の一時的な熱特性：
に基づいて２次ループ中の太陽熱を利用した水の加熱を提供するための
プログラムコードを含む。

【0025】

本実施形態の教示によれば、ネットワークを通じてクライアントコンピュータに接続されたサーバにロードされ得るコンピュータープログラムが提供され、その結果、コンピュータープログラムを実行するサーバは、現在の記述の任意の特徴に従ってシステム中にシステム・コントローラを構成する。

【0026】

本実施形態の教示によれば、ネットワークを通じてサーバに接続されたコンピュータにロードされ得るコンピュータープログラムが提供され、その結果、コンピュータープログラムを実行するコンピュータは、現在の記述の任意の特徴に従ってシステム中にシステム・コントローラを構成する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

本実施形態は、添付の図面を参照することで、ほんの一例としてのみ本明細書に記載されている。

【0028】

【図1】従来の熱サイフォンシステムの図解である。

【図2】従来のコンビ・システムの図解である。

【図3】代替的な従来のコンビ・システムの図解である。

【図4】太陽熱を利用した水の加熱のためのシステムの典型的な図解である。

【図5】代替的および典型的な図４の実施形態である。

【図6A】代替的な実施形態の入力および出力を記載する表である。

【図6B】典型的な機能、タイプ、および範囲での、代替的な実施形態のシステムパラメータを記載する表である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

＜詳細な説明−図１−６Ｂ＞
本実施形態にかかるシステムの原理および操作は、図面および付随する説明を参照することで一層よく理解され得る。本発明は太陽熱を利用して水を加熱するためのシステムである。システムは、より低いコスト、より高いエネルギー効率で、およびより迅速な応答時間でユーザに温水を提供するのを促進し、従来のシステムと比較して、エネルギー損失を低減しユーザの快適性を向上させる。

【0030】

革新的な基本構造は４つの主な構成要素を含む：
太陽熱コレクタ、
熱交換器、
インラインヒータ、および
コントロールシステム。

【0031】

これらの４つの主な構成要素は、個別に、および様々な従来の解決策において使用されるが、しかし、現在の実施形態は、太陽熱を利用した水の加熱の分野における長年のニーズに対する解決策を提供する、革新的な組み合わせである。従来の解決策と比較して現在の実施形態の特徴は次のものを含む：
１次および２次ループの分離によるレジオネラのリスクの防止。
凍結予防シーケンスの実施によって凍結しない。
統合ストレージコレクタの体積熱容量によって、過熱がない。
１次または第２のループ中でグリコールが要求されない。
閉じた１次ループによって湯あか又は腐食がない。
予測制御ループによる速い温度の応答時間。
低減されたポンプ・エネルギー使用量。
低い初期コスト。
低減された貯蔵スペース（ｃｅｌｌａｒ ｓｐａｃｅ）
フローの変動での、ＤＨＷ温度の快適性および安定性。

【0032】

任意の太陽熱コレクタが本実施形態において使用され得るが（例えば「正規の」／フラットパネル集熱器）、システムは、太陽熱コレクタが統合太陽熱ストレージコレクタ（ＩＳＣ）である好ましい実施形態を用いて記載されよう。ＩＳＣは当該技術分野で既知であり、典型的なＩＳＣの実装は、統合熱ストレージモジュールを含む。当業者は、例えば１次ループ又は２次ループの別の場所における熱ストレージモジュールといった、他の実装が可能であることを理解するだろう。別の好ましい実施形態では、ＩＳＣは、環境中への放射性の、伝達性の、および伝導性の熱損失を低減するために、透明な絶縁体の使用を含む。透明な絶縁された太陽熱ストレージコレクタの一例は、米国特許出願第＃ＵＳ２０１００００１４３２０１号中に示され、その全体が引用により含まれる。本実施形態は、様々な用途について流体を加熱するために使用できるが、本記載では、家庭用温水（ＤＨＷ）を提供する好ましい実装が使用される。本記載を明確にするために、ＩＳＣと熱交換器との間の１次ループ中の熱伝達流体として、水が使用されるだろう。

【0033】

ここで図面を参照し、図４は、太陽熱を利用した水の加熱のためのシステム（４００）の典型的な図解である。太線が水および／または熱伝達流体のフローを表す一方、細線は入力／出力フローの接続のデータを表している。家庭用の冷水（ＤＣＷ）はシステム（４００）の２次ループ（４０２）への入力である。ＤＣＷの入力フローは、入力フローセンサ（Ｆ２）によって測定され、入力ＤＣＷの温度はＤＣＷ入力温度センサ（Ｔ３）によって測定される。熱交換器ＨＥＸ（４０８）は、２次ループ（４０２）中に入って来るＤＣＷと１次ループ（４０１）との間で熱を伝達する。熱交換器は、当該技術分野で既知であり、商業的なソースから入手可能である。本記載に基づいて、当業者は、特定の実装のための適切な熱交換器を選択できよう。ＨＥＸから二次ループ（４０２）への水の出力温度は、第４の温度センサ（Ｔ４）によって測定される。インラインヒーター（４０４）は、家庭用温水（ＤＨＷ）のＨＥＸからの水を加熱するために使用できる。ＤＨＷ温度センサ（Ｔ５）は、ＤＨＷとして供給されるインライン・ヒーター（４０４）からの水の温度を測定する。供給されるＤＨＷの実際の温度は、出力温度（Ｔｏｕｔ）として示される。典型的には、所望のおよび／または必要とされる家庭用温水（ＤＨＷ）の温度（Ｔ＿ｈｏｔ＿ｗａｔｅｒ）は、５５℃のようにあらかじめ決定される。１次ループ（４０１）では、熱伝達流体（この典型的な記載においては水である）のフローは、１次ループのフローセンサ（Ｆ１）で測定される。第２の温度センサは、ＨＥＸから来てＩＳＣに入る１次ループ（４０１）中の水の温度を測定する。第１の温度センサー（Ｔ１）は、ＩＳＣを出てＨＥＸに流れ込む１次ループ（４０１）中の水の温度を測定し、それは一般的にＩＳＣ中の水の温度と相当する。ＩＳＣの環境の周囲温度は温度センサー（Ｔａｍｂｉｅｎｔ）で測定される。１次ループのフロージェネレータ（Ｇ１）は、フローセンサ（Ｆ１）と第２の温度センサ（Ｔ２）との間に実装され得る。Ｇ１をアクティブにすると、水は１次ループ（４０１）に流れ、ゆえに、熱は１次ループ（４０１）を流れる。同様に、２次ループのフロージェネレータ（Ｇ２）は、Ａ）Ｔ５とＤＨＷの間から、Ｂ）Ｆ２とＴ３の間まで、実装され得る。Ｇ２をアクティブにすると、水は２次ループ（４０２）に流れ、ゆえに、熱は２次ループ（４０２）を流れる。好ましくは、フロージェネレータは可変のフロージェネレータである。

【0034】

システムコントローラ（４０６）は、温度センサ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔａｍｂｉｅｎｔ）、フロージェネレータ（Ｇ１、Ｇ２）、およびインラインのヒーター（４０４）のすべてに、好ましくは接続される。システムパラメータは、限定されないが、温度（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔａｍｂｉｅｎｔ）、流量（Ｆ１、Ｆ２）、あらかじめ定められた値、動作中に変化する値、使用情報、およびユーザの入力など、システム構成要素からの任意の情報を含む。システムパラメータは、派生したパラメータ、例えば、一時的な熱特性などの時間（ｔ）に依存して測定される特性値も、含むことができる。フローセンサによるフローの不足の測定は、該フローセンサについてそれぞれのループがアクティブでないことを示し、言いかえれば、熱伝達流体または水は流れておらず、そのループのパイプ中で循環していないことを示す。

【0035】

本記載に基づいて、当業者は、限定されないが、付加的なセンサの追加、より少ないセンサの使用、フロージェネレータの位置の変更、より少ないフローの追加または使用、およびより少ない制御接続の追加または使用を含む、特定の用途のニーズを満たすような実装を設計し、配置することができよう。

【0036】

本記載では、センサ、およびそのセンサで測定されたパラメータの値について、同一の表記が使用されることに留意されたい。例えば、ＤＣＷ入力温度センサ（Ｔ３）は、本記載で入力温度（Ｔ３）として称される、入力ＤＣＷの温度を測定する。装置についての表記の使用か、または装置が測定するパラメータについての表記の使用は、表記の使用の文脈から明白であろう。

【0037】

測定された値の特性は全般的に時間（ｔ）に依存し、形式Ｔ３（ｔ）の共通の表記を使用し、ここでＴ３（ｔ）は、ＤＣＷ入力温度センサ（Ｔ３）で測定されるような温度（Ｔ３）の時間変化する値（ｔｉｍｅ−ｖａｒｙｉｎｇ ｖａｌｕｅ）である。

【0038】

本実施形態では、システムコントローラ（４０６）は主として、システム（４００）の構成要素に関連した電力の量に基づいて作動する。システム（４００）の所要電力（Ｐｒｅｑ）は、ＤＣＷの入力温度（Ｔ３）および入力流量（Ｆ２）の測定により瞬時に計算され得る。ＤＨＷの既知の要求温度（例えばＴ_ｏｕｔ＝６５℃）を考慮して、所要電力Ｐｒｅｑは下記により決定することができ：
Ｐ_ｒｅｑ＝Ｃ_ｖＦ_２（Ｔ_ｏｕｔ−Ｔ_３），
式中Ｃｖは水の体積熱容量である。この所要電力は主として、ＩＳＣから１次ループ（４０１）を通り、インラインヒーター（４０４）によって必要とされるように補充され、それにより、Ｐ_ｒｅｑは、Ｐ_２（２次ループ（４０２）中の電力である）とＰ_ｈ（インラインヒーター（４０４）の電力である）との合計である。
Ｐ_ｒｅｑ＝Ｐ_２＋Ｐ_ｈ

【0039】

ＤＨＷのタップが開かれるとき、入力のフローＦ２は、入力フローセンサ（Ｆ２）によって検知され、故にシステムコントローラ（４０６）で検知される。信号は、システムコントローラ（４０６）から１次ループのフロージェネレータ（Ｇ１）まで送信される。２次ループ（４０２）の電力Ｐ_２は、下記により決定される：
Ｐ_２＝Ｃ_ｖＦ_２（Ｔ_４−Ｔ_３）

【0040】

第１の温度（Ｔ１）および第２の温度（Ｔ２）が便宜的に熱交換器（ＨＥＸ）の近くで測定される場合、その後２次ループ（４０２）で生成された電力（Ｐ_２）は、１次ループ（４０１）中の電力（Ｐ_１）に等しいと想定され、それは、
Ｐ_１＝Ｐ_２
である。

【0041】

したがって、インラインのヒータ４０４によって必要とされる電力Ｐ_ｈは、次の方程式：

【0042】

【数1】

から決定することができる。

【0043】

定常状態において、システムの上述の動作により、インラインヒータの電力Ｐｈを決定できる。第１のケース、すなわち、ＩＳＣの水温が十分に高いとき、必要な１次ループフロー（Ｆ１）は、２つのループの電力（１次ループ（４００）のＰ１、および２次ループ（４０２）のＰ２）を均等にすることで決定され得る：

【0044】

【数2】

【0045】

予測制御ループ
典型的なインラインヒータのコントロールシステムは、標準のＰＩＤ（比例積分微分）コントローラのロジックを使用して、ＤＨＷ温度センサからの温度フィードバックに依存する。しかしながら、配管と熱交換器中の水の有限体積および温度の不確実性、並びに太陽熱コレクタに蓄えられた未知の温度（つまり熱容量）によって、ＤＨＷセンサからの信号と応答との間にタイムラグが生じるのは避けられない。故に、従来の太陽熱を利用した水の加熱システムの性能を改良するための予測制御が必要とされている。

【0046】

実際には、Ｔ_ｏｕｔは一定に設定され、温度Ｔ３は１日または１シーズンにわたってただゆっくりと変わるが、温度Ｔ１およびＴ２は速く変わることができ、太陽熱コレクタ／熱ストレージモジュール中に現在蓄えられているエネルギー量に依存し得る。太陽熱を利用した水の加熱のための予測制御を実装するシステムの実施形態は、１次ループ（４０１）の周期的な活性化を特色とする。周期的に、例えば６０分ごとに、１次ループのフロージェネレーター（Ｇ１）は、短い周期のあいだ熱をＨＥＸ中に流れさせる、予測的なコントローラの事象中においてシステムコントローラー（４０６）によって活性化され得る。短周期はあらかじめ定められるか、またはシステムパラメータに基づくＧ１の各々の周期的な活性化について計算され得る。周期的な活性化により、２つのパラメータをシステム・コントローラ（４０６）中で測定し、更新することが可能となる：１）ストレージコレクタ中の水温（上に記載されるように、Ｔ１に相当する）、および、１次ループのフロー（Ｆ１）のスイッチが押される（すなわち１次ループのフロージェネレータ（Ｇ１）が活性化される）時間でＴ１温度が変化する割合。これら２つのパラメータは、ＤＨＷタップが開放され、フローが入力フローセンサ（Ｆ２）で検出される際、ｐ_ｈ（ｔ）からのインラインのヒータの１次的な熱特性と１次ループのフローＦ_１（ｔ）からのインラインヒータの一過的な熱特性を制御するために使用することができる。この事象はまた、周期的に生成されるフロー事象（１次ループ（４０１）の周期的な活性化）間において、一時的な熱特性Ｐｈ（ｔ）の更新を可能にする。

【0047】

代替的な実施形態では、予測制御は２次ループ（４０２）に適用され得る。この場合、周期的に、例えば６０分ごとに、フロージェネレータ（Ｇ１およびＧ２）の両方は活性化されて、すべてのシステムパラメータがシステム・コントローラ（４０６）中で測定され更新されることが可能となる。更新は、１次ループ（４０１）中の定常状態の水温（すなわち温度（Ｔ１））、２次ループ（４０２）中の定常状態の水温（すなわち温度Ｔ４）、および、一時的な熱の反応特性Ｔ４（ｔ）と称される、フローのスイッチが押される時間で温度（Ｔ４）が上昇する速度を更新することを含む。更新されたパラメータは、ＤＨＷタップが開放され、フローが入力フローセンサＦ２で検出される際、Ｐ_ｈ（ｔ）および／またはＦ_１（ｔ）からの一過的な熱特性を制御するために、システムコントローラ（４０６）によって使用され得る。この代替的な実施形態への可能な改良は、経時的に一時的な熱応答特性をモニターし、応答特性の予測を改良する、遺伝的アルゴリズムまたはニューラル・ネットワーク・アルゴリズムのような機械学習アルゴリズムの使用である。これにより、インラインヒータの電力（Ｐ_ｈ）をＤＨＷ温度センサー（Ｔ５）からの応答を待たずにセットすることが可能となり、温度（Ｔ５）がＴ_ｏｕｔで安定するときに限り、Ｐ_ｈは、センサ（Ｔ５）により活性化されるシステムコントローラ（４０６）のコントロールに戻ることができる。

【0048】

予熱機能
ＤＨＷタップが開かれた瞬間から温水がユーザに入手可能となるまでの待機時間を最小限にするために、本実施形態は予熱機能をさらに含み得る。この予熱機能は、１次ループのフロージェネレータ（Ｇ１）を作動させ、それから短時間（予測された一時的な熱応答特性Ｔ４（ｔ）に基づく短時間）の後に、２次ループのフロージェネレータ（Ｇ２）を作動させることにより、２次ループ（４０２）中のフローを生成することができる。代替的には、１次ループのフロー・ジェネレータ（Ｇ１）と同時に、２次ループのフロージェネレータ（Ｇ２）を作動させる。この予熱機能は、Ｔ５またはＴ１のいずれかに基づくサーモスタットになり得、それによって、設定時間の間、温度が設定値を下回る場合に予熱機能が作動する。代替的には、予熱機能は、浴室などでのライトのスイッチのような外部信号により活性化することができる。

【0049】

凍結防止機能
本実施形態は、凍結防止機能を追加的または代替的に含むことができ、１次（外部）ループ（４０１）または２次ループ（４０２）中のＩＳＣまたは配管の凍結を防ぐ。この場合、モニターされる温度は、周囲温度Ｔ_{ａｍｂｉｅｎｔ}か、または代替的に温度Ｔ１を含む。モニターされる温度の１つが特定の設定値を下回る場合、システム（４００）は逆作動する。システム（４００）の逆作動は、インラインヒータ（４０４）、１次ループ（４０１）中のフロージェネレータ（Ｇ１）、および２次ループ（４０２）中のフロージェネレータ（Ｇ２）を作動させることにより、２次ループ（４０２）中のフローを生成することができる。熱交換器（ＨＥＸ）は逆作動し、温水を押し出し、ＩＳＣへとインラインヒーター（４０４）によって加熱して、１次ループ（４０１）中で水（熱交換流体）の凍結を防ぐ。凍結防止機能（作動モード）を活性化するための代替の指標は、（予測的コントローラの事象により決定されるような）ＩＳＣ中の温度が予め定められた設定値を下回ることであり得る。この凍結防止機能は、１次ループ（４０１）において、水、特に、水／グリコールではなく単に水の使用を可能にし、凍結防止液なしで１次ループの作動を可能にする。

【0050】

全般的に、太陽熱を利用した水の加熱のシステムの本実施形態の実装は、１次ループおよび２次ループを含む。１次ループは：
１次ループに動作可能に接続され、第１の温度を測定するように構成される、第１の温度センサ；
１次ループでフローを生成するように構成される第１のフロージェネレータ；および
１次ループに動作可能に接続され、熱伝達流体のフローを測定するように構成される、第１のフローセンサ；
を含む。
熱交換器は、１次ループおよび２次ループに動作可能に接続される。２次ループは、入力および出力を備えるインラインのヒータを含む。システム・コントローラは：
第１のフロージェネレータがアクティブな間、１次ループ中の第１の温度の一時的な熱特性を測定するために；
２次ループの水のフロー；第１の温度；および第１の温度の一時的な熱特性：に基づいて
１次ループの第１のフロージェネレータ；および
２次ループ中のインラインの温水器
をアクティブにすることにより、
２次ループ中の太陽熱を利用した水の加熱を提供するために；
構成される。
代替的な典型的な実施形態

【0051】

ここで、図４の上記実施形態の代替的および典型的な実施形態である、図５を参照されたい。基本システムの４つの主要構成要素に加え、本実施形態（５０１）は、以下の３つの主要サブシステムを特色とする：
第１の主要なサブシステムは、好ましくは透明な絶縁体ベースである、太陽熱コレクタであって、４．６ｍ^２の収集面積を有する典型的な〜３００リットルの加圧されていないストレージタンクを含み、どんな温度センサまたは発熱体も含まないことで、センサおよび／または能動素子を欠くコレクタの使用を可能にし、ストレージタンクの水が、水道水または水／グリコール混合物を使用する真水モジュール（ＦＷＭ）での閉鎖循環中にある太陽熱コレクタである。
第２の主要なサブシステムは、ＨＥＸ（５０８）、インライン電気ヒータ（５０４）、１次循環ポンプ（Ｇ３）（好ましくは高効率、速度制御される）、２次循環ポンプ（Ｇ４）、可変のフローセンサ（ＶＦＳ）ユニット、すべてのセンサ位置でのセンサのための乾燥したウェル、膨張容器（５２８）、減圧弁（５２２）および混合モジュール部品（図示せず）、シャットオフ弁（図示せず）、安全弁（減圧弁（５２２、５２４）を含む）、排気部（ａｉｒ ｒｅｌｅａｓｅ）（５２０）（過熱保護のためにも使用される）、およびドレン弁（５２６）、を含む、真水モジュール（ＦＷＭ）である。
第３の主要なサブシステムは、コントロールシステム（５０６）である。

【0052】

本実施形態は、可能な場合は常に（コレクターユニットからの）蓄積された太陽エネルギーを利用し、最適なユーザの快適性を達成するために、インラインの電気ヒーター（５０４）で追加の必要な熱を補う。制御システム（５０６）は、最適なユーザの快適性および効率的なエネルギー利用を維持し、システム全体の信頼性および安全性を提供するように設計されている。さらに、システムはユーザ・フレンドリーなデータを表示し、遠隔の制御および利用を可能にするだろう。明瞭性のために、システム・コントローラ（５０６）からセンサおよび他の部品までの接続は、本図面中では示されていない。

【0053】

現在の図のほとんどの要素は、先に記載された要素と比較可能であり、次のものを含む：
コレクタ（５００）−ＩＳＣ
（「コレクターサイクル」としても知られている）１次ループ（５０１）−１次ループ（４０１）
２次ループ（５０２）（「ＤＨＷサイクル」としても知られている）−２次ループ（４０２）
インラインヒータ（４０４）−電気ヒータＥＨ（５０４）
コントローラ（５０６）−システム・コントローラ（４０６）
熱交換器ＨＥＸ（４０８）−熱交換器ＨＥＸ（５０８）
Ｓ_{ＡＭＢＩＥＮＴ}−Ｔ_{ＡＭＢＩＥＮＴ}
Ｓ１−Ｔ１
Ｓ２−Ｔ２
Ｓ４−Ｔ４
可変のフローセンサ（温度）ＶＦＳ（Ｔ）−Ｔ５
第３のフロージェネレータ（Ｇ３）−第１のフロージェネレータ（Ｇ１）
第４のフロージェネレータ（Ｇ４）−第２のフロージェネレータ（Ｇ２）

【0054】

図５はさらに次のものを含む：
第１のフローセンサ（Ｆ１）および第２のフローセンサ（Ｆ２）の機能性に類似しているが、ＤＨＷのフローを検知するのに動作可能であるフローセンサ（フロー）ＶＦＳ（Ｆ）。
第２の循環へ戻る温度を測定するのに動作可能である温度センサ（Ｓ９）。
熱交換器の中へと）ＤＣＷ（の温度を測定するのに動作可能である温度センサ（Ｓ８）。
上記真水モジュール（ＦＷＭ）および関連する部品。

【0055】

本実施形態の入力および出力を記載する表である図６Ａを参照し、典型的な機能、タイプおよび範囲を有するシステムパラメータを記載する表である図６Ｂを参照されたい。

【0056】

本実施形態は以下のものを含む、コントローラ（５０６）により実施されるような様々な機能を支援できる：
１．標準的な使用：
ａ．電気加熱支援
ｂ．支援なし（単に太陽熱）
ｃ．電気加熱のみ（太陽熱なし）
２．予想される使用への循環
３．データ収集
４．タンクの予熱
５．凍結防止
６．過熱防止（ＯＨＰ）：
ａ．ＯＨＰ１循環−１次ループ（５０１）のみ
ｂ．ＯＨＰ２極端（ｅｘｔｒｅｍｅ）−１次ループ（５０１）から水を抜き取り、２次ループ（５０２）により冷却する。

【0057】

ここで機能の典型的な実装を記載する。

【0058】

機能１：
「標準的な使用」
本機能では、温水は、給水栓（ＤＨＷ）を開くことによってユーザにより消費される。水が出るとき、コレクタからの温水は、要求温度で水道水を供給するために循環する。必要に応じて、電気加熱が加えられる。トリガー、入力、パラメータ、および出力は、以下の表でのように要約できる：

【0059】

【表1】

【0060】

供給されたＤＨＷの最大限のユーザの快適性を可能にするための最大電力で、メインポンプ（第３のフロージェネレータ（Ｇ３））および電熱（電気ヒーターＥＨ５０４）は、アクティブにされる。ＶＦＳ（Ｔ）の温度がＴ＿ｈｏｔ＿ｗａｔｅｒに達する際、ＥＨ５０４が止められる。Ｓ４温度がＴ＿ｈｏｔ＿ｗａｔｅｒ＋２度に達するとき、メインポンプ（Ｇ３）の速さは温度（Ｓ４）を維持するように（ＥＨの変動を回避するように）調節される。電気ヒータは、必要に応じて再度つけることができる。コレクター（５００）からの温水の温度（Ｓ１）が、３０秒など所定の整定時間（ＸＳ）の後にＤＣＷ（Ｓ８）より冷たければ、主ポンプ（Ｇ３）は止められ、ＥＨ５０４を介する電熱のみが必要に応じて（ＰＩＤ調節計５０６で）活性化されるだろう。

【0061】

機能２：「予想される使用への循環」
本機能において、システムは、予想される水のタッピング（ＤＨＷの使用）への水循環により予熱を実行する。両方のループ（１次ループ（５０１）および２次ループ（５０２））中の水は、予想される（予期される）水のタッピングでの使用のために加熱される。ユーザの快適性および応答時間を改良するために、ループ中の水の加熱は、外部トリガーが活性化される（例えば浴室光をつける）時に、又は水のタッピングの予めセットされた時間に向かって、始まる。

【0062】

トリガー、入力、パラメータ、および出力は、以下の表でのように要約できる：

【0063】

【表2】

【0064】

両方のポンプ（Ｇ３とＧ４）は、温水を循環させシステムを加熱するために活性化される（１次、２次循環）。循環は予め定められた時間の間（Ｘ_Ｃ秒）継続する。

【0065】

機能３：「データ収集」
本機能において、データは、１次ループ（５０１）および／または２次ループ（５０２）中で水を循環させることにより、センサから収集される。この機能は、予想される使用のためのシステムを準備するために、および、凍結または過熱に対するシステムの保護を確認するために使用することができる。温度は、いくつかの、および／またはすべてのセンサ中で適宜測定され、コントローラに報告され、データ解析のために保存される。

【0066】

トリガー、入力、パラメータ、および出力は、以下の表でのように要約できる：

【0067】

【表3】

【0068】

両方のループ（１次（５０１）および２次（５０２））の水の循環は、すべてのセンサ（ＤＣＷ−Ｓ８を除く）での温度測定を可能にする。両方のポンプは、安定のために、定められた期間（Ｘ＿ｍｅａｓ＿ｌｅｎｇｔｈ）の間、好ましくは同じ速さで活性化される。測定値は、定められた「データ収集時間」（Ｄａｔａ＿ｃｏｌｌｅｃｔ＿ｔｉｍｅ）から始めて、および、その後２時間ごと（昼夜兼行で２時間ごとに、を意味する）などの続く時間に、コントローラ中で読み取られ保存される。

【0069】

このデータに基づいて、他の機能は、凍結防止、過熱防止、およびタンクの予熱のように、活性化され得る。

【0070】

機能４：「タンクの予熱」
本機能では、コレクタのタンク中の水の逆加熱（ｒｅｖｅｒｓｅ ｈｅａｔｉｎｇ）が、予想される使用に向けて行なわれる。コレクタのタンク中の水の逆加熱は、水のタッピングの間に要求温度に達し得るために必要かもしれない。

【0071】

トリガー、入力、パラメータ、および出力は、以下の表でのように要約できる：

【0072】

【表4】

【0073】

コントローラは、予め設定された時間でユーザにより要求されたシャワーの数、およびシステムの状態のような情報に基づいて、逆加熱の活性化を決定することができる。この場合、電気加熱および両方のポンプは活性化され、その結果、コレクタ中の水は熱交換器を介して電気加熱器から来る水により加熱される。加熱の開始時間および長さは、最後に保存されたデータに基づいて、および最後の測定と予想されるシャワー時間との時間差に基づいて決定されて、１次ループ中の熱伝達流体はあらかじめ定められたタンク使用温度（Ｔａｎｋ＿ｕｓｅ＿ｔｅｍｐ）まで加熱される。

【0074】

機能５：「凍結防止」
本機能では、水は、パイプ中の水の凍結および循環の遮断を防ぐために、循環する。水循環のパイプおよびブロッキングの水の凍結を防ぐために、水は、最小温度（Ｗａｔｅｒ＿ｍｉｎ＿ｔｅｍｐ）より高く保たれなければならない。データ収集に基づいて必要とされた時、水は、水を加熱し凍結を防ぐために両方のループ中で循環されるべきである。

【0075】

トリガー、入力、パラメータ、および出力は、以下の表でのように要約できる：

【0076】

【表5】

【0077】

データ収集または水のタッピング中に測定される温度に基づいて、水の凍結は、両方のループ中の水を循環させることで防ぐことができる。水温（Ｗａｔｅｒ＿ｍｉｎ＿ｔｅｍｐ）がすべての温度センサ中で達成されることを最小限に必要とされるまで、両方のポンプ（Ｇ３、Ｇ４）が活性化されるだろう。周囲温度が非常に低かった場合、データ収集測定間の時間ギャップは一時的に減少させることができる（Ｃｒｉｔｉｃａｌ＿ａｍｂ＿ｔｅｍｐ）。

【0078】

機能６：「過熱防止」
本機能では、水はコレクタの過熱を防ぐために循環される。コレクタの過熱を防ぐために、タンク中の水は、最大のあらかじめ定められた温度（Ｗａｔｅｒ＿ｍａｘ＿ｔｅｍｐ）の下で保たれねばならない。データ収集に基づいて必要とされる時、水は、２次ループ中の水にエネルギーを移し、コレクタ中の水の熱を低減するために、１次ループ中で循環するべきである。より深刻な場合では、この循環が必要に応じて温度を下げない（温度を十分に下げることに失敗する）とき、循環へ冷水（ＤＣＷ）を加えている間、２次ループも循環させられる。その後、１次ループの水は熱交換器を介して冷却される。

【0079】

トリガー、入力、パラメータ、および出力は、以下の表でのように要約できる：

【0080】

【表6】

【0081】

データ収集または水のタッピング中に測定される温度に基づいて、コレクタの過熱は、１次ループ中の、または両方のループ中の水を必要に応じて循環させることによって防ぐことができる。まず、メインポンプ（Ｇ３）が活性化され、１次ループ中の水の循環が始まる。この動作が十分でない（不十分な）場合、冷水を加えている間、２次ループの水も循環させられる。最大の許容された水温（Ｗａｔｅｒ＿ｍａｘ＿ｔｅｍｐ）がコレクター（Ｓ１）から出て来る水を測定する温度センサにおいて達成されるまで、ポンプは活性化されている。

【0082】

適用に依存して、モジュールおよび加工のための様々な実装が可能であることに留意されたい。上述のモジュール機能は、組み合わされてより少数のモジュールとして実装され得るか、またはサブ機能へ分割されてより多数のモジュールとして実装され得る。上の記載に基づいて、当業者は、特定の適用のための実装を設計できる。

【0083】

上述の例において、使用される数字、および例示的な計算は、本実施形態の説明を補助するためのものであることに留意されたい。不注意の入力ミス、数学的なエラー、および／または簡略化計算の使用によって、本発明の有用性と基本的な利点を損うことはない。

【0084】

添付の特許請求の範囲が多数の従属なしに起草されている程度まで、これはそのような複数の従属を許容しない司法の中で方式要件に適応させるためだけに行われた。

【0085】

請求項を複数従属にすることより、暗示される特徴のすべてのあり得る組み合わせは、明示的に想定され、本発明の一部とみなされるべきであることに留意されたい。上記の記載は単に例として機能するようにのみ意図されること、および、他の多くの実施形態は添付の特許請求の範囲で定められるような本発明の範囲内で可能であることが、認識されよう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【国際調査報告】