JP2009236459A

JP2009236459A - 熱交換器及びそれを用いた太陽熱集熱装置

Info

Publication number: JP2009236459A
Application number: JP2008086220A
Authority: JP
Inventors: Hironori Tanaka; 宏典田中; Hiroharu Nishibe; 洋晴西部; Toshio Ikeda; 登志夫池田
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP5253860B2

Abstract

【課題】メンテナンスコストを低くでき、しかも、熱交換能力を容易に変更できる熱交換器及びそれを用いた太陽熱集熱装置を提供する。
【解決手段】複数本の各熱交換管３…が折り返すようにＵ字状に曲成された管からなって両ヘッダー接続端部３ａ，３ａが同じ向きを向いていると共に、各ヘッダー４，５の対応する熱交換管接続部４ａ，５ａが同じ向きを向き、各熱交換管３は、両ヘッダー４，５から、両ヘッダー４，５を残したまま取り外すことができるようになされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器及びそれを用いた太陽熱集熱装置に関する。

熱交換管を蛇行状に曲成して構成された熱交換器を用い、該熱交換器の熱交換管に水を通し、該水を、熱交換管内を通過していく過程で太陽熱により加温して温水をつくるソーラー給湯システムは、従来より提供されている。
特開２００２−２２２８６号公報

しかしながら、上記のようなソーラー給湯システムでは、熱交換管の一部に損傷等の不具合を生じると、蛇行状に曲成された熱交換管のすべてを交換しなければならず、メンテナンスのコストが高くついてしまうという問題がある。

また、大きな熱交換能力を必要とする場合は、使用する熱交換管の全長を長くし、小さな熱交換能力でよい場合は、使用する熱交換管の全長を短くすればよいが、熱交換器が、上記のような蛇行状に曲成した熱交換管を用いて構成されたものであると、熱交換能力を変更するのは容易ではないという問題がある。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、メンテナンスコストを低くすることができ、しかも、熱交換能力を容易に変更することができる熱交換器及びそれを用いた太陽熱集熱装置を提供することを課題とする。

上記の課題は、複数本の熱交換管と対のヘッダーとが備えられ、各熱交換管の一方の端部が一方のヘッダーに連通状態に接続されると共に、各熱交換管のもう一方の端部がもう一方のヘッダーに連通状態に接続され、前記一方のヘッダーに設けられた入口から該一方のヘッダーに送り込まれた熱交換媒体が各熱交換管を流通して熱交換を行って前記もう一方のヘッダーに送り込まれ、該もう一方のヘッダーに設けられた出口から送り出されるようになされた熱交換器において、
前記各熱交換管が折り返すようにＵ字状に曲成された管からなって両ヘッダー接続端部が同じ向きを向いていると共に、各ヘッダーの対応する熱交換管接続部が同じ向きを向き、各熱交換管が、両ヘッダーから、両ヘッダーを残したまま、取り外すことができるようになされていることを特徴とする熱交換器によって解決される（第１発明）。

この熱交換器では、いずれかのＵ字状熱交換管に損傷等の不具合が発生した場合、そのＵ字状熱交換管のみを両ヘッダーから取し外し、交換用のＵ字状熱交換管を新たに接続すれば修復し、ヘッダーや他の熱交換管の交換が不要で、メンテナンスコストを低くすることができる。

しかも、熱交換能力を小さくする場合は、いずれかのＵ字状熱交換管を取り外すことで対応することができ、また、熱交換能力を大きくする場合は、追加のＵ字状熱交換管を接続することで対応することができ、熱交換能力を容易に変更することができる。

第１発明において、前記各ヘッダーの各熱交換管接続部が、熱交換管を接続すると開き、取り外すと閉じる開閉式接続部からなっているとよい（第２発明）。この場合は、熱交換器内に熱交換媒体を流通させている最中であっても、Ｕ字状熱交換管の脱着を行うことができて、熱交換器を停止させる必要がなく、メンテナンスを容易にすることができる。

また、上記の課題は、第１，第２発明の熱交換器を用いた太陽熱集熱器であって、
前記熱交換器の各Ｕ字状熱交換管がそれぞれ個別に、太陽光を受ける面を開放した外装材の中に収容され、各外装材の太陽光を受ける面側には黒色系の集熱体が配置され、該集熱体で集熱された太陽熱が内部のＵ字状熱交換管に伝えられるようになされていると共に、該外装材の内部には、断熱材が、太陽光を受ける面側を除いて、Ｕ字状熱交換管の周囲を囲むように設けられており、
前記外装材はＵ字状熱交換管と一体化され、両ヘッダーに対するＵ字状熱交換管の脱着を外装材を付けて行うようになされていることを特徴とする太陽熱集熱装置によって同様に解決される（第３発明）。

特に、この太陽熱集熱装置では、各Ｕ字状熱交換管がそれぞれ個別に、外装材の中に収容され、両ヘッダーに対するＵ字状熱交換管の脱着を外装材を付けて行うようになされているので、外装材によって太陽熱集熱装置の外観体裁を良好なものにすることができながら、外装材がＵ字状熱交換管の脱着の妨げとなるのを防いでメンテナンスを容易にすることができる。

本発明の熱交換器は、以上のとおりのものであるから、メンテナンスコストを低くすることができ、しかも、熱交換能力を容易に変更することができる。

次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３に示す実施形態は、ソーラー給湯システムにおける屋根設置の太陽熱集熱装置に適用した場合のもので、同太陽熱集熱装置１において用いられている熱交換器２は、水を熱交換媒体とし、図１（イ）に示すように、複数本の熱交換管３…と対のヘッダー４，５とを備え、各熱交換管３の一方の端部３ａが一方のヘッダー４に連通状態に接続されると共に、各熱交換管３のもう一方の端部３ａがもう一方のヘッダー５に連通状態に接続され、前記一方のヘッダー４に設けられた入口６から該一方のヘッダー４に送り込まれた水が各熱交換管３…を流通して太陽熱と熱交換を行って前記もう一方のヘッダー５に送り込まれ、該もう一方のヘッダー５に設けられた出口７から送り出されるようになされている。

そして、各熱交換管３…は、図２（イ）に示すように、折り返すようにＵ字状に曲成された管からなっていて、両ヘッダー接続端部３ａ，３ａが同じ向きを向いていると共に、各ヘッダー４，５の対応する熱交換管接続部４ａ，５ａが同じ向きを向き、各熱交換管３…は、両ヘッダー４，５から、両ヘッダー４，５を残したまま取り外すことができるようになされていると共に、各ヘッダー４，５の各熱交換管接続部４ａ…，５ａ…は、熱交換管３を接続すると開き、取り外すと閉じる開閉式接続部で構成されている。

また、各Ｕ字状熱交換管３は、図１（ロ）（ハ）に示すように、太陽光を受ける面を開放した、アルミニウム、木材などからなる外装材８の中に、それぞれ個別に収容され、各外装材８の太陽光を受ける面側には黒色系の集熱体９が配置され、該集熱体９で集熱された太陽熱がＵ字状熱交換管３に伝えられるようになされている。１０はガラス等の透光板である。また、各外装材８の内部には、断熱材１１が、太陽光を受ける面側を除いて、Ｕ字状熱交換管３の周囲を囲むように設けられている。

そして、上記の外装材８は、Ｕ字状熱交換管３と一体化されて備えられており、ヘッダー４，５に対するＵ字状熱交換管３の脱着を、外装材８とともに行うようになされている。

また、本実施形態では、両ヘッダー４，５が共通の外装材１３の中に収容され、該外装材８の内部に収容したままの状態で、ヘッダー４，５に対して各外装材８付きＵ字状熱交換管３を脱着することができるようにされている。１２は連結材である。

上記の太陽熱集熱装置１及び熱交換器２では、いずれかのＵ字状熱交換管３に損傷等の不具合が発生した場合、そのＵ字状熱交換管のみを両ヘッダー４，５から取し外し、交換用のＵ字状熱交換管を新たに接続すれば修復し、ヘッダー４，５や他の熱交換管の交換が不要で、メンテナンスコストを低くすることができる。

特に、各Ｕ字状熱交換管３…はそれぞれ個別に、外装材８…の中に収容され、両ヘッダー４，５に対するＵ字状熱交換管３の脱着を外装材８を付けて行うようになされているので、外装材８によって太陽熱集熱装置１の外観体裁を良好なものにすることができながら、外装材８がＵ字状熱交換管３の脱着の妨げとなるのを防いでメンテナンスを容易にすることができる。

殊に、各ヘッダー４，５の各熱交換管接続部４ａ，５ａは、Ｕ字状熱交換管３を接続すると開き、取り外すと閉じる開閉式接続部からなっているので、熱交換器２内に水を流通させている最中であっても、Ｕ字状熱交換管３の脱着を行うことができて、熱交換器２を停止させる必要がなく、メンテナンスを容易にすることができる。

しかも、熱交換能力を小さくする場合は、図２（ロ）に示すように、いずれかのＵ字状熱交換管を取り外すことで対応することができ、また、熱交換能力を大きくする場合は、図２（ロ）の状態から図１（イ）に示すように、追加のＵ字状熱交換管３を接続することで対応することができ、熱交換能力を容易に変更することができる。

また、図３（イ）（ロ）に示すように、Ｕ字状熱交換管３…の配置を種々変更することも可能で、他との取り合いを容易にすることができる。

更に、本発明の熱交換器及び太陽熱集熱装置は、図４（イ）に示すように、バーコラの屋根部として用いることも可能であるし、図４（ロ）に示すように、外構やフェンスとして用いることも可能であるし、図４（ハ）に示すように、曲面配置にして用いることも可能である。また、図５（イ）に示すように、太陽光の有無、角度との関係で可動式に構成することも可能であるし、図５（ロ−１）〜（ロ−３）に示すように、バルコニーの腰壁１４の屋外側において、左右にヘッダー４，５を配置し、Ｕ字状熱交換管３…の各端部を各ヘッダー４，５に接続した構造の太陽熱集熱装置として構成することも可能である。

以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、本発明の熱交換器及び太陽熱集熱装置を給湯用のソーラーシステムの太陽熱集熱装置に適用した場合を示したが、本発明の熱交換器は、太陽熱集熱装置に限らず、種々の用途の熱交換器として用いることができるものであり、熱交換媒体も、水に限らず、その他の液体であってもよいし、空気等の気体であってもよいし、気液間で相変化をする流体であってもよい。また、本発明においていう「Ｕ字状熱交換管」の語は、実施形態に示すような本来のＵ字状をした熱交換管のほか、Ｊ字状の熱交換管などを含む意味において使用している。要は、対のヘッダーを残したまま取外しを行うことができるような曲成形態をしていればよい。

実施形態の熱交換器及び太陽熱集熱装置を示すもので、図（イ）は熱交換器の平面図、図（ロ）は該熱交換器を用いた太陽熱集熱装置の平面図、図（ハ）は図（ロ）のＩ−Ｉ線断面図である。同熱交換器を示すもので、図（イ）はＵ字状熱交換管とヘッダーとを分離状態にして示す平面図、図（ロ）はヘッダーに対するＵ字状熱交換管の接続ピッチを大きくした状態の平面図である。同熱交換器を示すもので、図（イ）及び図（ロ）はそれぞれ、Ｕ字状熱交換管の配置を種々変更した例を示す平面図である。図（イ）〜図（ハ）はそれぞれ、太陽熱集熱装置の適用例を示す説明図である。図（イ）及び図（ロ−１）〜図（ロ−３）はそれぞれ、太陽熱集熱装置の他の適用例を示す説明図である。

符号の説明

１…太陽熱集熱装置
２…熱交換器
３…Ｕ字状熱交換管
３ａ…ヘッダー接続端部
４，５…ヘッダー
４ａ，５ａ…熱交換管接続部
８…外装材
９…集熱体
１１…断熱材

Claims

複数本の熱交換管と対のヘッダーとが備えられ、各熱交換管の一方の端部が一方のヘッダーに連通状態に接続されると共に、各熱交換管のもう一方の端部がもう一方のヘッダーに連通状態に接続され、前記一方のヘッダーに設けられた入口から該一方のヘッダーに送り込まれた熱交換媒体が各熱交換管を流通して熱交換を行って前記もう一方のヘッダーに送り込まれ、該もう一方のヘッダーに設けられた出口から送り出されるようになされた熱交換器において、
前記各熱交換管が折り返すようにＵ字状に曲成された管からなって両ヘッダー接続端部が同じ向きを向いていると共に、各ヘッダーの対応する熱交換管接続部が同じ向きを向き、各熱交換管が、両ヘッダーから、両ヘッダーを残したまま、取り外すことができるようになされていることを特徴とする熱交換器。
前記各ヘッダーの各熱交換管接続部が、熱交換管を接続すると開き、取り外すと閉じる開閉式接続部からなる請求項１に記載の熱交換器。
請求項１又は２に記載の熱交換器を用いた太陽熱集熱器であって、
前記熱交換器の各Ｕ字状熱交換管がそれぞれ個別に、太陽光を受ける面を開放した外装材の中に収容され、各外装材の太陽光を受ける面側には黒色系の集熱体が配置され、該集熱体で集熱された太陽熱が内部のＵ字状熱交換管に伝えられるようになされていると共に、該外装材の内部には、断熱材が、太陽光を受ける面側を除いて、Ｕ字状熱交換管の周囲を囲むように設けられており、
前記外装材はＵ字状熱交換管と一体化され、両ヘッダーに対するＵ字状熱交換管の脱着を外装材を付けて行うようになされていることを特徴とする太陽熱集熱装置。