JP2006029750A - Hybrid solar collector, and solar heating system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液状媒体が流れるフィン付き配管と、上面に太陽光を導光させるための導光部を有し、該導光部を介して前記太陽光が照射されると共に、前記フィン付き配管が配設されたケース本体部とを備えることを特徴とする。 The present invention has a finned pipe through which a liquid medium flows and a light guide part for guiding sunlight to the upper surface, and the sunlight is irradiated through the light guide part, and the finned pipe And a case main body portion provided therein.
暖房機、給湯器では、石油燃料を燃焼させて得られるエネルギーを用いて空気を暖気に換えたり、水を温水に暖めたりして熱エネルギーを取得する方法が一般的に用いられている。しかしながら、地球温暖化防止等の観点より、石油燃料等の代替えとなる他のエネルギー資源に対する要望が高まっている。 In a heater and a water heater, a method of acquiring thermal energy by changing air to warm air using energy obtained by burning petroleum fuel or warming water to warm water is generally used. However, from the standpoint of preventing global warming and the like, there is an increasing demand for other energy resources that can replace petroleum fuel and the like.
石油燃料等の燃焼以外の方法を用いて熱エネルギー取得を行う方法として、太陽熱を利用した集熱器が考案されており、今日では、集熱効率を高めるために気状媒体と液状媒体とを用いて太陽光を利用した集熱を行うバイブリット集熱器が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Solar heat collectors have been devised as a method for obtaining thermal energy using methods other than the combustion of petroleum fuel, etc. Today, a gaseous medium and a liquid medium are used to improve the heat collection efficiency. In addition, a vibrit collector that collects heat using sunlight is known (see, for example, Patent Document 1).
ハイブリット集熱器は、液状媒体を流すフィン付き配管と、その周囲に空気を流すための空気流動空間とを備えており、太陽エネルギーをフィン付き配管に集熱させて配管内の液状媒体の温度を上昇させることによって温水を得るとともに、フィンの放熱により温度上昇した空気を取得することによって、太陽エネルギーの集熱を行う装置である。この集熱器を用いて6リットル/時の水量と、0.4m3/分の風量を用いて、液状媒体と気状媒体とによる熱エネルギー集熱効率の測定実験を行った結果、82.5%という高い集熱効率を得ることが可能である旨の実験データを得ることができた。
しかしながら、上述したハイブリット集熱器を室内暖房として利用する場合、上述の実験で82.5%の高い集熱効率を取得した0.4m3/分の風量では、天井高2.5mの屋内において約3畳程度(9.6m3)の暖気しか供給することができず、十分な暖房能力を得ることができない。上述した実験と同様の集熱効率を維持した状態で、ハイブリット集熱器を用いて居間等の広い部屋の暖房を行うためには、大型の集熱器を用いる必要が生ずるという問題があった。 However, when the above-described hybrid heat collector is used as room heating, the air flow rate of 0.4 m 3 / min, which has acquired a high heat collection efficiency of 82.5% in the above-described experiment, is about indoor in a ceiling height of 2.5 m. Only warm air of about 3 tatami mats (9.6 m 3 ) can be supplied, and sufficient heating capacity cannot be obtained. In order to heat a large room such as a living room using a hybrid heat collector while maintaining the same heat collection efficiency as in the experiment described above, there is a problem that a large heat collector needs to be used.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、集熱器を大型化させることなく高い集熱効率を確保することが可能なハイブリット集熱器及びそのハイブリット集熱器を用いた太陽熱暖房システムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a hybrid heat collector capable of ensuring high heat collection efficiency without increasing the size of the heat collector and a solar heating system using the hybrid heat collector The issue is to provide.
上記課題を解決するために、本発明に係るハイブリット集熱器は、液状媒体が流れるフィン付き配管と、太陽光を導光させるための導光部を有し、該導光部を介して前記太陽光が照射されると共に、前記フィン付き配管が配設されたケース本体部とを備え、前記導光部と前記フィン付き配管の間に形成される空気流動空間において前記太陽光によって暖められた空気と、前記太陽光の受光により暖められた前記フィン付き配管内の液状流体との温度上昇を利用して、前記太陽光による太陽エネルギーを熱エネルギーとして取得するハイブリット集熱器であって、前記空気流動空間に仕切り部を設けて、前記ケース本体部に導入されてから前記ケース本体部から排出されるまでの前記空気の流動経路を延伸させることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a hybrid heat collector according to the present invention has a finned pipe through which a liquid medium flows and a light guide part for guiding sunlight, and the light guide part passes through the light guide part. The solar cell is irradiated with sunlight and includes a case main body portion on which the finned pipe is disposed, and is warmed by the sunlight in an air flow space formed between the light guide portion and the finned pipe. A hybrid collector that obtains solar energy from sunlight as thermal energy by using a temperature rise of air and the liquid fluid in the finned pipe that is heated by receiving sunlight. A partition portion is provided in the air flow space, and the flow path of the air from the introduction to the case main body portion to the discharge from the case main body portion is extended.
また、本発明に係る太陽熱暖房システムは、前記ハイブリット集熱器を備えたことを特徴とする。 Moreover, the solar heating system which concerns on this invention was provided with the said hybrid heat collector.
本発明に係るハイブリット集熱器によれば、ハイブリット集熱器の空気流動空間に仕切り部を設置して空気の流動経路を延伸させることによって、仕切り部を設置しない場合に比べて集熱効率を高めることができる。特に、仕切り部により送流される空気とフィン付き配管を流れる温水とが同方向に流れる(並流する)ように仕切り部を設置することによって、より高い集熱効率を得ることが可能となる。 According to the hybrid heat collector according to the present invention, the partition portion is installed in the air flow space of the hybrid heat collector to extend the air flow path, thereby improving the heat collection efficiency as compared with the case where the partition portion is not installed. be able to. In particular, it is possible to obtain higher heat collection efficiency by installing the partition portion so that the air fed by the partition portion and the hot water flowing through the finned pipe flow (cocurrently flow) in the same direction.
以下、本発明に係るハイブリット集熱器を、図面を用いて説明を行う。 Hereinafter, the hybrid heat collector according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係るハイブリット集熱器1を備えた太陽熱暖房システム2を示した図である。太陽熱暖房システム2は、ハイブリット集熱器1と、循環水槽3と、ウォーターポンプ4と、ファン5とを備えている。
FIG. 1 is a diagram showing a
ハイブリット集熱器1には、水が流れるフィン8付き配管6が配設されており、一端部(図1の左下端部)7aから水が導入されて、他端部(図1の左上端部)7bより排出される。他端部7bより排出される水は、バイブリット集熱器1により温められて恒温状態となる。ハイブリット集熱器1の他端部7bから排出された恒温水は、循環水槽3に導入されて熱エネルギーの吸収が行われる。熱エネルギー吸収によって低温化した水は、ウォーターポンプ4によりハイブリット集熱器1の一端7aに送出されて循環される。なお、ハイブリット集熱器1の一端部7aと他端部7bの位置は、図1に示すような左下端部、左上端部に限るものではなく、ケース本体部12の端部、中央部に限らず、さらに左右においてもフィン8付き配管6が循環水槽3に導かれる構造であれば、ケース本体部9に対してどのように配設されていてもよい。
The
ハイブリット集熱器は、図2に示すように、フィン8が取り付けられた配管6と、配管6が収納されるケース本体部9とを有している。ケース本体部9は直方体形状を呈しており、天井面には太陽光Sを導光させる導光部9Aが形成されている。ケース本体部9には、導光部9Aを介して照射された太陽光Sを臨むようにしてフィン8付き配管6が底面(照射面)9b一面に配設される。導光部9Aには、上板面9aが封設されており、導光部9Aを介して外気が入り込まない構造となっている。
As shown in FIG. 2, the hybrid heat collector includes a
フィン8付き配管6は、熱伝導係数の小さい空気側の伝熱を促進させるために、薄い円盤状の突起板であるフィン8を配管6の周囲に多数取り付けて伝熱面積を大きくしたものである。フィン8付き配管は、図1に示すように、ケース本体部9の左下端部7aよりケースの上端辺に平行に配設され、右端部で180度Uターンした後に再度を左端部へと延設され、左端部でUターンをした後に再度右端部へと延設される。このように左右端部でUターンを繰り返すようにして左上端部7bまでフィン8付き配管6が延設され、ケース本体部9の底面9b一面を覆うように施設される。
The
ケース本体部9の一側面9cには、2つの外気導入用開口10a、10bと、1つの暖気取り出し用開口11とが形成されている。暖気取り出し用開口11には、ケース本体部9内の空気を吸引するファン5が設けられており、ファン5の駆動に伴って外気導入用開口10a、10bより導入された外気がケース本体部9内を廻って暖気取り出し用開口11から排出される。
Two outside air introduction openings 10a and 10b and one warm
ケース本体部9の導光部9Aとフィン8付き配管6との間には、空気の流通経路12を形成する空気流通空間13が形成されている。空気流通空間13には、フィン8付き配管6に交差する向きに2つの仕切り板からなる仕切り部15a、15bが設けられている。各仕切り部15a、15bからケース本体部9の流通経路12の側壁面16a、16bまでの距離をaとし、仕切り部間15aと仕切り部15bとの間の距離をbとすると、仕切り部15a、15bはb=2aとなる位置に設置される。仕切り部15a、15bの一の端部15a1、15b1は、側壁面9cに固着されており、側壁面9cへの仕切り部15a、15bの固着によって隣接する外気導入用開口10a、10bと暖気取り出し用開口11とが区切られている。一方、仕切り部15a、15bの他の端部15a2、15b2は、ケース本体部9の側壁面9dに固着されておらず、仕切り部15a、15bの他の端部15a2、15b2とケース本体部9の側壁部9dとの間を空気が通過することが可能な構造となっている。
Between the
このように、仕切り部15a、15bが形成されるハイブリット集熱器1を備えた太陽熱暖房システム2において、ウォーターポンプ4とファン5とを駆動させ、ハイブリット集熱器1において、太陽光Sで水及び空気を暖めて太陽エネルギーを熱エネルギーとして取得する。
In this way, in the
以下、上述した太陽熱暖房システムと他のいくつかの太陽熱暖房システムとを用いて、集熱効率の違いについて比較する。 Hereinafter, the difference in heat collection efficiency will be compared using the above-described solar heating system and some other solar heating systems.
実施例1に示す太陽熱暖房システムは、上述したものと同じ構成である。フィン8付き配管6を流れる水を図3に示すように、左下側端部7aからケース本体部9に導入されて左上部端部7bから排出される方向に送流させる。
The solar heating system shown in Example 1 has the same configuration as described above. As shown in FIG. 3, the water flowing through the
また、外気導入用開口10a、10bと暖気取り出し用開口11とが同一側壁面9cに形成されており、外気導入用開口10a、10bからケース本体部9内部に導入された空気が、仕切り部15a、15bにより延設された流通経路12を通って側壁面9cの中心部に設置された暖気取り出し用開口11から排出される構造となっている。
Further, the outside air introduction openings 10a and 10b and the warm
暖気取り出し用開口11の前面を流れる空気の流れ(図3に示す矢印A)がフィン8付き配管を流れる水の流れ(図3示す矢印B)と対向する方向となるため、実施例1に示す太陽熱暖房システムでは、仕切り部あり(向流)型のハイブリット集熱器1を用いることを特徴とする。
Since the flow of air (arrow A shown in FIG. 3) flowing through the front surface of the
実施例2に示す太陽熱暖房システムは、上述したものと同じ構成であるが、フィン8付き配管6を流れる水が、図4に示すように、左上側端部7bからケース本体部9に導入されて左下部端部7aから排出される方向に送流される点で実施例1と異なる。
The solar heating system shown in Example 2 has the same configuration as described above, but water flowing through the
なお、外気導入用開口10a、10bと暖気取り出し用開口11とが同一側面9cに形成されており、外気導入用開口10a、10bからケース本体部9内部に導入された空気が、仕切り部15a、15bにより延設された流通経路12を通って側壁面9cの中心部に設置された暖気取り出し用開口11から排出される構造となっている点は実施例1と同じである。
The outside
暖気取り出し用開口11の前面を流れる空気の流れ(図4に示す矢印A)がフィン8付き配管を流れる水の流れ(図4示す矢印B)と同方向となるため、実施例2に示す太陽熱暖房システムでは、仕切り部あり(並流)型のハイブリット集熱器1aを用いることを特徴とする。
Since the air flow (arrow A shown in FIG. 4) flowing through the front surface of the
実施例3に示す太陽熱暖房システムは、ハイブリット集熱器と、循環水槽3と、ウォーターポンプ4と、ファン5と備えている点で実施例1及び実施例2に示した太陽熱暖房システムと構成を同じにするが、ハイブリット集熱器に仕切り部15a、15bが設置されていない点で実施例1及び実施例2に示した太陽熱暖房システムと構成を異にする。
The solar heating system shown in the third embodiment has the same configuration as the solar heating system shown in the first and second embodiments in that it includes a hybrid heat collector, a circulating water tank 3, a
実施例3に示すハイブリット集熱器1bでは、仕切り部15a、15bが設けられておらず、外気導入用開口18a〜18cが設けられた側壁面9d(図5の上側側壁面)に対向する側壁面9c(図5の下側側壁面)に暖気取り出し用開口11が設けられており、暖気取り出し用開口11に設けられるファン5の駆動に伴って、外気導入用開口18a〜18cから導入された空気が空気流通空間13を通って暖気取り出し用開口11から排出される。
In the
また、フィン8付き配管6を流れる水は、左下側端部7aからケース本体部9に導入されて左上部端部7bから排出される方向に送流される。
Further, the water flowing through the
暖気取り出し用開口11の前面を流れる空気の流れ(図5に示す矢印A)がフィン8付き配管6を流れる水の流れ(図5示す矢印B)と逆方向となるため、実施例3に示す太陽熱暖房システムでは、仕切り部なし(向流)型のハイブリット集熱器1bを用いることを特徴とする。
Since the flow of air (arrow A shown in FIG. 5) flowing in front of the
実施例4に示す太陽熱暖房システムは、実施例3に示した太陽熱暖房システムと同様に、ハイブリット集熱器に仕切り部が設置されていない点で実施例1及び実施例2に示した太陽熱暖房システムと構成を異にする。 Similar to the solar heating system shown in the third embodiment, the solar heating system shown in the fourth embodiment is the solar heating system shown in the first and second embodiments in that no partition is provided in the hybrid heat collector. And the configuration is different.
実施例4に示すハイブリット集熱器1cも、実施例3と同様に仕切り部が設けられておらず、外気導入用開口18a〜18cが設けられた側壁面9d(図6の上側側壁面)に対向する側壁面9c(図6の下側側壁面)に暖気取り出し用開口11が設けられており、暖気取り出し用開口11に設けられるファン5の駆動に伴って、外気導入用開口18a〜18cから導入された空気が空気流通空間13を通って暖気取り出し用開口11から排出される。
Similarly to the third embodiment, the
一方、フィン8付き配管6を流れる水は、左上側端部7bからケース本体部9に導入されて左下部端部7aから排出される方向に送流される。
On the other hand, water flowing through the
暖気取り出し用開口11の前面を流れる空気の流れ(図6に示す矢印A)がフィン8付き配管を流れる水の流れ(図6示す矢印B)と同方向となるため、実施例4に示す太陽熱暖房システムでは、仕切り部なし(並流)型のハイブリット集熱器1cを用いることを特徴とする。
Since the flow of air (arrow A shown in FIG. 6) flowing through the front surface of the
以下、実施例1〜実施例4に示す太陽熱暖房システムの集熱効率について比較する。 Hereinafter, the heat collection efficiency of the solar heating systems shown in Examples 1 to 4 will be compared.
図7は、実施例1及び実施例3に示す向流型の太陽熱暖房システムにおける集熱効率を示したグラフである。また、図8は、実施例2及び実施例4に示す並流型の太陽熱暖房システムにおける集熱効率を示したグラフである。図7、図8に示すグラフは、ファン6による暖気の取り出しを、0.9m3/秒に維持しつつ、ウォーターポンプ4により送流する水量を一時間あたり2〜12リットル/時で変化させた条件下において、同一集熱面積で得られる総合集熱効率を示したグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the heat collection efficiency in the countercurrent solar heating system shown in the first and third embodiments. FIG. 8 is a graph showing the heat collection efficiency in the cocurrent solar heating system shown in Example 2 and Example 4. The graphs shown in FIGS. 7 and 8 show that the amount of water fed by the
図7、図8を用いて各実施例に係る太陽熱暖房システムを比べると、仕切り部15a、15bを設けた太陽熱暖房システム(実施例1及び実施例2)の方が仕切り部15a、15bを設けなかった太陽熱暖房システム(実施例3及び実施例4)よりも高い集熱効率を示している。特に、空気の温度上昇に基づく集熱効率を比較すると、仕切り部15a、15bを設けた太陽熱暖房システム(実施例1及び実施例2)の集熱効率は、仕切り部15a、15bを設けなかった太陽熱暖房システム(実施例3及び実施例4)の集熱効率よりも良好な値を示している。ケース本体部9に仕切り部15a、15bを設けた場合、仕切り部15a、15bも設けなかった場合に比べて空気の流通経路が長くなり、導光部9Aを介して太陽光が長い時間照射されて熱エネルギー量が増大したため集熱効率が上昇したものと考えられる。仕切り部15a、15bを設けることによって高い集熱効率を得ることが可能となるので、暖められた空気(暖気)だけであっても十分な暖気能力を得ることが可能となる。
When comparing the solar heating system according to each embodiment with reference to FIG. 7 and FIG. 8, the solar heating system (the first embodiment and the second embodiment) provided with the
また、仕切り部15a、15bを上述したようにb=2aとなる位置に配設することにより、外気導入用開口10a、10bから導入された空気が、流路を所定角度変更(例えば180度)して仕切り部15a、15bの他の端部15a2、15b2で合流し、暖気取り出し用開口11へと導かれる。空気流路が変更されて、暖気取り出し用開口11へ導かれる為、空気の流通経路12内の合流部分で空気の乱流現象が起こり、空気は合流部分で対流することになる。そして、本体部9に流れる空気の流動時間が長くなることにより、空気がフィン8付き配管6に接触している時間が長くなり、フィン8付き配管6から放熱される熱量も多くなり集熱効率が高くなる。また、ケース本体部9に仕切り部15a、15bを設けて、空気流路を延伸する構造としている為、小型コンパクトにすることができる。
Further, by arranging the
さらに、仕切り部15aからケース本体部9の流通経路12の側壁面16aまでの距離aと仕切り部15bからケース本体部9の側壁面16bまでの距離aとがほぼ同じ距離(a=a)となるように仕切り部15a、15bを配置しているので、暖房取り出し用開口11へ向かう空気の流れを均一化して装置内の抵抗(圧力損失)を最小限にすることができ、高い集熱効率を得ることが可能となる。
Furthermore, the distance a from the
また、並流型の太陽熱暖房システムと向流型の太陽熱暖房システムとを水と空気とを利用した場合の総合集熱効率で比較すると、並流型の太陽熱暖房システムの方が、向流型の太陽熱暖房システムよりも集熱効率が高く、特に、仕切り部15a、15bを設けた並流型の太陽熱暖房システムでは、水量が2リットル/時の場合にすでに99.8%の集熱効率を示しているので、ウォーターポンプ4の駆動量を水量が2リットル/時程度まで低減させてシステム全体の消費電力量を抑えた場合であっても効率的なエネルギー吸収を行うことが可能となり、省エネルギー化を図ることが容易となる。
In addition, when comparing the total heat collection efficiency when using water and air between a cocurrent solar heating system and a countercurrent solar heating system, the cocurrent solar heating system is more countercurrent type The heat collection efficiency is higher than that of the solar heating system. In particular, the parallel flow type solar heating system provided with the
さらに、水の水量(リットル/時)を上げることなく集熱効率を高めることできるため、太陽熱暖房システムの小型化を図ることが容易となり、低風量であっても十分な暖房効果を奏することができる便所や洗面所等の小空間用の暖房として小型の太陽熱暖房システムを好適に用いることが可能となる。 Furthermore, since the heat collection efficiency can be increased without increasing the amount of water (liter / hour), it is easy to reduce the size of the solar heating system, and a sufficient heating effect can be achieved even with a low air volume. A small solar heating system can be suitably used as heating for a small space such as a toilet or a washroom.
以上説明したように、ハイブリット集熱器の空気流通用空間に仕切り部を設置することによって、仕切り部を設置しない場合に比べて集熱効率を高めることができ、さらに仕切り部により送流される空気と配管を流れる水とが並送する方向(並流)に流れることによって、水と空気とを総合的に利用したより高い集熱効率を得ることが可能となる。 As described above, by installing the partition portion in the air circulation space of the hybrid heat collector, the heat collection efficiency can be increased compared to the case where the partition portion is not installed, and the air sent by the partition portion and By flowing in the direction (parallel flow) in which water flowing through the pipes flows in parallel, it is possible to obtain higher heat collection efficiency using water and air comprehensively.
以上、本発明に係るハイブリット集熱器を詳述したが、本発明に係るハイブリット集熱器は上述したものに限定されるものではない。例えば、仕切り部は必ずしも2枚である必要はなく、1枚であっても、また、2枚よりも多く複数枚用いられる場合であっても、仕切り部により空気の流動空間が延伸する構成となっていればよい。また、外気導入用開口が1つしか設けられていないものであってもよい。さらに、仕切り部の設置位置は、必ずしもb=2aとなる位置に設ける必要はなく、必要に応じて仕切り部の設置位置を変更させてもよい。 The hybrid collector according to the present invention has been described in detail above, but the hybrid collector according to the present invention is not limited to the above-described one. For example, the partition part does not necessarily have to be two sheets, and even if one sheet is used or a plurality of more than two sheets are used, the air flow space extends by the partition part. It only has to be. Further, only one outside air introduction opening may be provided. Furthermore, the installation position of the partition part is not necessarily provided at a position where b = 2a, and the installation position of the partition part may be changed as necessary.
1、1a、1b、1c ハイブリット集熱器
2 太陽熱暖房システム
6 配管
8 フィン
9 ケース本体部
9b 底面(照射部)
12 流動経路
13 空気流動空間
15a,15b 仕切り部
1, 1a, 1b,
12
Claims (2)
太陽光を導光させるための導光部を有し、該導光部を介して前記太陽光が照射されると共に、前記フィン付き配管が配設されたケース本体部と
を備え、
前記導光部と前記フィン付き配管の間に形成される空気流動空間において前記太陽光によって暖められた空気と、前記太陽光の受光により暖められた前記フィン付き配管内の液状流体との温度上昇を利用して、前記太陽光による太陽エネルギーを熱エネルギーとして取得するハイブリット集熱器であって、
前記空気流動空間に仕切り部を設けて、前記ケース本体部に導入されてから前記ケース本体部から排出されるまでの前記空気の流動経路を延伸させることを特徴とするハイブリット集熱器。 A finned pipe through which a liquid medium flows;
A light guide portion for guiding sunlight, and the case body portion provided with the finned pipe and the sunlight is irradiated through the light guide portion;
Temperature rise of the air heated by the sunlight in the air flow space formed between the light guide portion and the finned pipe and the liquid fluid in the finned pipe heated by receiving the sunlight A hybrid collector that acquires solar energy from sunlight as thermal energy,
The hybrid collector according to claim 1, wherein a partition portion is provided in the air flow space to extend a flow path of the air from being introduced into the case main body until being discharged from the case main body.
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KR101888509B1 (en) * | 2018-01-11 | 2018-09-20 | 주식회사 탑솔 | A composite heat source solar collector using a sealing structure of an absorption plate integrated with a transparent body |
KR101923976B1 (en) * | 2017-01-23 | 2018-11-30 | 주식회사 탑솔 | hybrid system using the same of air circulation preventing structure by using complex use of air heat and solar thermal |
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