JP5931086B2 - Solar water heater - Google Patents
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Description
本発明は、太陽熱を受熱し、受熱した太陽熱の熱量を利用して水を加温する太陽熱利用温水器に関するものである。 The present invention relates to a solar water heater that receives solar heat and heats water using the amount of heat of the received solar heat.
近年、原油価格の上昇により省エネルギー化のニーズが高まり、再生可能エネルギーである太陽熱を利用して温水を生成する太陽熱利用温水器がますます注目されている。この種の太陽熱利用温水器として、太陽熱を集熱する集熱器と、集熱された熱を蓄える蓄熱器と、蓄えられた熱で水を加熱するための熱交換器とを備えた太陽熱利用給湯システムが提案されている(特許文献1参照)。
この太陽熱利用給湯システムでは、蓄熱器は、断熱構成された底板、側板および透光板とで箱状に形成され、その内部には略全面にわたり面状に蛇行配列された通水配管と通水配管を挟んで上下に配設した蓄熱ユニットとが設けられており、集熱器で集めた太陽熱により水を加熱し、加熱した水を蓄熱ユニットと熱交換させることで、当該蓄熱ユニットに熱を蓄えるため、温水を蓄えるためのタンクが不要になるという利点がある。In recent years, the need for energy conservation has increased due to the rise in crude oil prices, and solar water heaters that generate hot water using solar heat, which is a renewable energy, have attracted more and more attention. This type of solar water heater uses a solar heat collector that collects solar heat, a heat accumulator that stores the collected heat, and a heat exchanger that heats the water with the accumulated heat. A hot water supply system has been proposed (see Patent Document 1).
In this hot water supply system using solar heat, the heat accumulator is formed in a box shape with a bottom plate, a side plate, and a translucent plate that are heat-insulated. A heat storage unit is installed on the top and bottom of the pipe, and water is heated by solar heat collected by the heat collector, and heat is exchanged with the heat storage unit to heat the heat storage unit. Since it stores, there exists an advantage that the tank for storing warm water becomes unnecessary.
しかし、上記した太陽熱利用給湯システムでは、蓄熱器が断熱構成された箱体の内部に、通水配管を挟んで潜熱蓄熱ユニットを上下に配設した構成となっており、潜熱蓄熱ユニットは熱伝導率が小さいため、素早く熱を蓄えたり、熱を放出させたりすることが困難であるという問題がある。また、従来の構成では、潜熱蓄熱ユニットと通水配管を流通する水との間で熱交換を行うため、通水配管に近接した部分と通水配管から離れた部分とで潜熱蓄熱ユニットの温度にバラつきが生じ、供給される温水温度が変動しやすいといった問題がある。 However, the solar water heating system described above has a configuration in which the latent heat storage unit is arranged up and down with the water flow pipe sandwiched inside the box body in which the heat storage unit is insulated. Since the rate is small, there is a problem that it is difficult to quickly store heat or release heat. Further, in the conventional configuration, since heat is exchanged between the latent heat storage unit and the water flowing through the water passage pipe, the temperature of the latent heat storage unit is divided between a portion close to the water passage pipe and a portion away from the water passage pipe. There is a problem that the hot water temperature is likely to fluctuate.
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、熱交換効率に優れ、供給される温水温度の変動を抑制できる太陽熱利用温水器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a solar water heater that has excellent heat exchange efficiency and can suppress fluctuations in the supplied hot water temperature.
上記課題を解決するため、本発明は、太陽熱集熱器と、前記太陽熱集熱器で集熱される熱を蓄える蓄熱器と、前記蓄熱器に蓄えられる熱で水を加熱する熱交換器とを備えた太陽熱利用温水器であって、前記蓄熱器が潜熱蓄熱材を備える複数の蓄熱ユニットに分かれており、前記複数の蓄熱ユニット間の均熱化を図る均熱部材を備え、前記熱交換器は入口ヘッダ及び出口ヘッダと、これら入口ヘッダ及び出口ヘッダ間を繋ぐ複数の連結管とを備え、前記均熱部材は前記連結管に沿って配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、蓄熱器が潜熱蓄熱材を備える複数の蓄熱ユニットに分かれて構成されるため、蓄熱ユニットを小分けすることにより蓄熱器全体の伝熱面積を大きくすることができ、その分、蓄熱または放熱時の熱交換効率を向上することができる。また、複数の蓄熱ユニット間の均熱化を図る均熱部材を備えているため、この均熱部材により均熱化された複数の蓄熱ユニットから均等に熱を取り出すことができ、供給される温水温度の変動を抑制できる。
また、均熱部材は、連結管に沿って配置されているため、連結管を流れる水の流れ方向と、均熱部材の熱の移動方向が略平行となり、蓄熱ユニットから熱を取りだす際に、均熱部材を通じて熱を均等に連結管内の水に与えることができ、供給される温水温度の時間的な変動をより一層抑制することができる。
In order to solve the above problems, the present invention includes a solar heat collector, a heat accumulator that stores heat collected by the solar heat collector, and a heat exchanger that heats water with heat stored in the heat accumulator. A solar water heater comprising the heat storage device, wherein the heat storage device is divided into a plurality of heat storage units each including a latent heat storage material, and includes a heat equalizing member that performs temperature equalization between the plurality of heat storage units , and the heat exchanger Comprises an inlet header and an outlet header, and a plurality of connecting pipes connecting the inlet header and the outlet header, and the heat equalizing member is disposed along the connecting pipe .
According to this configuration, since the heat storage unit is configured by being divided into a plurality of heat storage units including the latent heat storage material, the heat transfer area of the entire heat storage unit can be increased by subdividing the heat storage unit, and accordingly, The heat exchange efficiency during heat storage or heat dissipation can be improved. In addition, since a heat equalizing member that equalizes the temperature between the plurality of heat storage units is provided, the heat can be evenly taken out from the plurality of heat storage units that are temperature-uniformed by the heat equalization member, and the supplied hot water Temperature fluctuation can be suppressed.
In addition, since the heat equalizing member is arranged along the connecting pipe, the flow direction of the water flowing through the connecting pipe and the heat moving direction of the heat equalizing member are substantially parallel, and when taking out heat from the heat storage unit, Heat can be evenly applied to the water in the connecting pipe through the heat equalizing member, and the temporal variation of the supplied hot water temperature can be further suppressed.
この構成において、前記熱交換器に前記複数の蓄熱ユニットが配置され、各蓄熱ユニット間にそれぞれ伝熱支柱が介在し、前記均熱部材は当該伝熱支柱に熱的に接続されていても良い。また、前記熱交換器に前記複数の蓄熱ユニットが配置され、前記均熱部材は前記熱交換器に熱的に接続されていても良い。 In this configuration, the plurality of heat storage units may be arranged in the heat exchanger, heat transfer columns may be interposed between the heat storage units, and the heat equalizing member may be thermally connected to the heat transfer columns. . The plurality of heat storage units may be arranged in the heat exchanger, and the heat equalizing member may be thermally connected to the heat exchanger.
また、前記太陽熱集熱器、前記蓄熱器及び前記熱交換器が重ねて配置されていても良い。また、前記蓄熱器及び前記熱交換器が重ねて配置され、当該蓄熱器及び熱交換器と横並びに前記太陽熱集熱器が配置され、前記太陽熱集熱器と前記蓄熱器とが熱移送部材により熱的に接続されていても良い。 Further, the solar heat collector, the heat accumulator, and the heat exchanger may be overlapped. Moreover, the said heat storage device and the said heat exchanger are arrange | positioned in piles, the said heat storage device and a heat exchanger, side, and the said solar heat collector are arrange | positioned, and the said solar heat collector and the said heat storage device are heat transfer members. It may be thermally connected.
また、前記連結管は管径が前記入口ヘッダから前記出口ヘッダに向かって徐々に拡径していても良い。
The connecting pipe may have a pipe diameter that gradually increases from the inlet header toward the outlet header.
また、前記熱交換器は入口ヘッダ及び出口ヘッダと、これら入口ヘッダ及び出口ヘッダ間を繋ぐ複数の連結管とを備え、前記均熱部材は、前記連結管の管径を前記入口ヘッダから前記出口ヘッダに向かって徐々に拡径することで構成されていても良い。また、前記潜熱蓄熱材には過冷却を生ずる材料が用いられており、複数の前記蓄熱体には発熱トリガー機構が設けられていても良い。また、前記蓄熱器は、前記蓄熱ユニットごとに、融点の異なる潜熱蓄熱材を備えても良い。 The heat exchanger includes an inlet header and an outlet header, and a plurality of connecting pipes connecting the inlet header and the outlet header, and the heat equalizing member has a diameter of the connecting pipe from the inlet header to the outlet. The diameter may be gradually increased toward the header. The latent heat storage material may be made of a material that causes overcooling, and a plurality of heat storage bodies may be provided with heat generation trigger mechanisms. Moreover, the said heat storage device may be equipped with the latent heat storage material from which melting | fusing point differs for every said heat storage unit.
本発明によれば、蓄熱器が潜熱蓄熱材を備える複数の蓄熱ユニットに分かれて構成されるため、小分けすることにより蓄熱器全体の伝熱面積を大きくすることができ、その分、蓄熱または放熱時の熱交換効率を向上することができる。また、複数の蓄熱ユニット間の均熱化を図る均熱部材を備えているため、この均熱部材により均熱化された複数の蓄熱ユニットから均等に熱を取り出すことができ、供給される温水温度の変動を抑制できる。 According to the present invention, the heat accumulator is configured by being divided into a plurality of heat accumulating units each including a latent heat accumulating material, so that the heat transfer area of the entire heat accumulator can be increased by subdividing the heat accumulator or heat dissipation. The heat exchange efficiency at the time can be improved. In addition, since a heat equalizing member that equalizes the temperature between the plurality of heat storage units is provided, the heat can be evenly taken out from the plurality of heat storage units that are temperature-uniformed by the heat equalization member, and the supplied hot water Temperature fluctuation can be suppressed.
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
<第1実施形態>
太陽熱利用温水器1は、太陽の日射を受光し易い場所(例えば、屋根)に配置され、図1A及び図1Bに示すように、太陽からの日射を受けて太陽熱を集熱する太陽熱集熱器10と、この太陽熱集熱器10から放出された太陽熱を受けて蓄熱する蓄熱器20と、この蓄熱器20もしくは太陽熱集熱器10から放出された熱を受熱して外部(本実施形態では水道水)へ伝達する熱交換器30とを備え、これら太陽熱集熱器10、蓄熱器20及び熱交換器30を高さ(厚さ)方向に積層して形成されている。この第1実施形態では、熱交換器30の上に蓄熱器20が配置され、この蓄熱器20の上に太陽熱集熱器10が配置されている。このため、太陽熱利用温水器1の設置面積を抑えることができ、当該太陽熱利用温水器1の小型化を図ることができる。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
The
熱交換器30は、板状に形成されたベース板31と、このベース板31上に立設された複数のフィン(伝熱支柱)32,32・・とを備える。これらベース板31及びフィン32は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属または上記金属からなる合金で形成され、当該ベース板31上に所定の間隔をあけて各フィン32がねじ止めやカシメ接合、溶接等によって固定されている。なお、ベース板31及びフィン32を一体に形成しても良い。これら各フィン32は、略同一の高さに形成され、当該フィン32の上端部に太陽熱集熱器10が固定されている。
The
熱交換器30は、図2に示すように、上記したフィン32が延びる方向に沿って配置される一対の入口ヘッダ33及び出口ヘッダ34と、これら入口ヘッダ33、出口ヘッダ34間を繋ぐ複数の連結管35,35・・とを備える。これら各連結管35は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属または上記金属からなる合金で形成され、それぞれベース板31の下面に熱的に接続され、固定されている。
As shown in FIG. 2, the
また、入口ヘッダ33には給水源である上水道配管が接続され、出口ヘッダ34には給湯口に接続された給湯用配管が接続される。なお、過度に昇温した湯を適温に調整するために、給湯用配管に、給水源である上水道から分岐させた混合用配管を接続してもよい。給湯用配管を流れる湯に、混合用配管を通じて上水を混合することで、湯を適温に調整することができる。
The
太陽熱集熱器10は、光吸収率を高める表面処理を行った集熱板11を備え、この集熱板11は熱交換器30のフィン32上に固定されている。この集熱板11は、上記した熱交換器30のベース板31、フィン32及び連結管35と同様に熱伝導性の優れた金属材で形成され、当該集熱板11で集められた太陽熱は、複数のフィン32を介して熱交換器30のベース板31に伝達される。
The
蓄熱器20は、太陽熱集熱器10で集熱され、熱交換器30に伝達された太陽熱を蓄えるものである。この蓄熱器20は、複数に小分けされた蓄熱ユニット21,21・・を備え、これら蓄熱ユニット21が隣接するフィン32,32間に並べて配置されている。各蓄熱ユニット21は、潜熱蓄熱材を袋状のラミネート材でパッキングして形成されたものであり、図1Aに示すように、当該蓄熱ユニット21の上面21A及び下面21Bがそれぞれ集熱板11及びベース板31に接触する高さに形成されている。さらに、集熱板11及びベース板31には、それぞれ蓄熱ユニット21を保持するための突起(図示略)が複数設けられており、当該蓄熱ユニット21を集熱板11とベース板31との間に固定するとともに、当該集熱板11及びベース板31と蓄熱ユニット21との間の熱伝達特性を向上させることができる。従って、集熱板11及びベース板31から伝達される太陽熱を蓄熱ユニット21内の潜熱蓄熱材に効率良く蓄熱することができる。
The
潜熱蓄熱材は、その融解または凝固時の潜熱を利用して蓄熱または放熱する性質を有するものである。本実施形態では、潜熱蓄熱材として酢酸ナトリウム・3水和物を用いているが、上記した性質を有するものであれば特に限定されず、例えば、塩化マグネシウム・6水和物、水酸化バリウム・8水和物、チオ硫酸ナトリウム・5水和物、硝酸マグネシウム・6水和物、パラフィン、キシリトール等、及びこれらの混合物等を使用することができる。 The latent heat storage material has a property of storing or radiating heat using latent heat at the time of melting or solidification. In this embodiment, sodium acetate trihydrate is used as the latent heat storage material, but it is not particularly limited as long as it has the above-described properties. For example, magnesium chloride hexahydrate, barium hydroxide, Octahydrate, sodium thiosulfate · pentahydrate, magnesium nitrate · hexahydrate, paraffin, xylitol, and the like, and mixtures thereof can be used.
潜熱蓄熱材を利用すると、水などの顕熱を利用する手法よりも蓄熱密度が大きくなるので、蓄熱器20の小型化を図ることができる。さらに、潜熱蓄熱材をラミネート材でパッキングして小分けされた蓄熱ユニット21をベース板31上に並べて配置しているため、蓄熱器20の高さ(厚さ)を低く抑えることができ、ひいては太陽熱利用温水器1の小型化を実現できる。
When the latent heat storage material is used, the heat storage density becomes larger than the method using sensible heat such as water, so that the
潜熱蓄熱材は、太陽熱の蓄熱後に冷却されると、いわゆる過冷却状態となって凝固点以下の温度に冷却されても凝固せず放熱が始まらないという性質を有する。このため、本実施形態では、蓄熱器20は、蓄熱ユニット21にそれぞれ刺激を与えて発熱(凝固)を誘発させる発熱トリガー機構22(図2)が設けられている。この発熱トリガー機構22は、各蓄熱ユニット21に互いに独立して配置され、蓄熱ユニット21内に潜熱蓄熱材と接触する通電線と、この通電線を通じて潜熱蓄熱材へ電圧を印加するための操作スイッチとを備える。太陽熱利用温水器1の使用時に、この操作スイッチを作動させて潜熱蓄熱材に刺激を与えることで、蓄熱ユニット21内の潜熱蓄熱材の過冷却状態が解除され、この潜熱蓄熱材が凝固する際に、当該潜熱蓄熱材に蓄熱されていた熱が潜熱蓄熱材から熱交換器30のベース板31に放出される。さらに、各発熱トリガー機構22を個別に動作させることにより、各蓄熱ユニット21から必要な熱量だけを取り出すことができ、蓄熱された熱量を有効に利用することもできる。なお、蓄熱ユニット21に刺激を与える手段としては、電圧を印加するものに限らず、例えば、蓄熱ユニット21にせん断応力を加えるものや、液体状態である潜熱蓄熱材に種結晶を接触させる機構を有するものであっても良い。
When the latent heat storage material is cooled after storing solar heat, the latent heat storage material is in a so-called supercooled state and does not solidify even when cooled to a temperature below the freezing point and does not start to release heat. For this reason, in the present embodiment, the
ラミネート材は、フィルム状の薄い部材からなる袋状容器であり、例えば、ポロプロピレン(PP)やポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリ塩化ビニル(PVC)等の樹脂製である。潜熱蓄熱材がフィルム状のラミネート材でパッキングされることにより、蓄熱ユニット21は集熱板11及びベース板31に対して優れた接触性を有するとともに、これら集熱板11及びベース板31と潜熱蓄熱材とが直接接触して、集熱板11及びベース板31の腐食を防止できる。さらに、蓄熱ユニット21は、潜熱蓄熱材を袋状のラミネート材でパッキングして小分けされているため、蓄熱時に液化する潜熱蓄熱材の取り扱いを容易にすることができ、ベース板31上に簡単に蓄熱ユニット21を配置することができるとともに、蓄熱ユニット21の伝熱面積を大きく確保することができ、伝熱効率を向上させて素早く熱を取り出すことができる。
The laminate material is a bag-like container made of a thin film-like member, and is made of a resin such as polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), or polyvinyl chloride (PVC). By packing the latent heat storage material with a film-like laminate material, the
ところで、複数の蓄熱ユニット21から熱交換器30に熱を伝達し、この熱交換器30で水を加温する場合、各蓄熱ユニット21から均等に熱を取り出すことが難しく、時間とともに熱回収量が減少するという問題が想定される。このため、本実施形態では、太陽熱利用温水器1は、図2に示すように、蓄熱ユニット21,21間に配置されて複数のフィン32に熱的に接続されるヒートパイプ(均熱部材)40を備える。具体的には、これらヒートパイプ40は、熱交換器30の連結管35の延出方向と略平行に配置され、複数のフィン32に形成された貫通孔32Aをそれぞれ貫通して配置されている。なお、ヒートパイプ40は、フィン32と熱的に接続するように配置すればよく、例えば、各フィン32の上端部にそれぞれ切欠きを形成し、この切欠きにヒートパイプを配置(固定)する構成としても良い。
By the way, when heat is transmitted from the plurality of
ヒートパイプ40は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属製または上記金属からなる合金製である密閉されたコンテナの内部に、作動液が減圧状態で封入されて形成されている。コンテナは、高さ(厚さ)を抑えて接触面積を多く確保するために、扁平な板状に形成されている。なお、コンテナの形状は、扁平な板状に限るものではなく、例えば、円柱形状に形成しても良い。
The
ヒートパイプ40のコンテナ内部には毛細管力を発揮できるウィックが内壁に密着して配置されている。または、コンテナの内壁にグルーブが形成されていても良い。ヒートパイプ40の内部には、作動液の流路となる空間が設けられている。この空間に収容された作動液が蒸発・凝縮の相変化とヒートパイプ40内部の移動をすることによって、熱輸送が行われる。すなわち、ヒートパイプ40のコンテナが貫通される各フィン32間に温度差が生じている場合、高温のフィン32からコンテナへ伝達されてきた熱により、ヒートパイプ40の吸熱側において液相状態の作動液が蒸発して気相状態へ相変化し、作動液が蒸発して生成した蒸気がヒートパイプ40の吸熱側から放熱側である低温側のフィン32へ移動する。放熱側では、この蒸発した蒸気が冷却されることで作動液が気相状態から液相状態へ戻る。液相状態に戻った作動液は放熱側から再び吸熱側へ移動(還流)する。このように、太陽熱利用温水器1では、ヒートパイプ40を熱交換器30の複数のフィン32に貫通させて配置しているため、このヒートパイプ40を通じて複数のフィン32間で熱移動が行われ、当該フィン32の均熱化が行われる。このため、これら複数のフィン32が設けられている熱交換器30のベース板31の均熱化が行われ、ひいては、ベース板31上に配置されている複数の蓄熱ユニット21の均熱化が図られる。
Inside the container of the
この第1実施形態によれば、熱交換器30のベース板31に立設された複数のフィン32に設けられた貫通孔32Aを貫通させてヒートパイプ40を配置しているため、このヒートパイプ40によって熱交換器30の均熱化が図られる。これにより、熱交換器30のベース板31上に配置された複数の蓄熱ユニット21が均熱化され、当該複数の蓄熱ユニット21に均等に熱を分配し蓄熱することができる。従って、一部の蓄熱ユニット21の温度が過剰に上昇し、劣化が進んで蓄熱器20の蓄熱能力にむらが生じることを防止できる。さらに、熱交換器30を通じて蓄えられた熱を水に受け渡す際(熱回収時)、ヒートパイプ40により複数の蓄熱ユニット21が均熱化されているため、各蓄熱ユニット21内の潜熱蓄熱材の凝固ペース(速度)を一定に保つことができ、当該複数の蓄熱ユニット21から熱を均等に取り出すことが可能となる。その結果、一部の蓄熱ユニット21が先に熱の放出を終了してしまい、温水への熱の供給が途中で止まってしまうことが防止され、これにより熱交換器30を通過して供給される温水温度の時間的な変動を抑制することができる。
According to the first embodiment, the
また、ヒートパイプ40は、複数の連結管35に沿って並設されているため、連結管35を流れる水の流れ方向と、ヒートパイプ40の熱の移動方向が略平行となる。これによれば、蓄熱ユニット21から熱を取りだす際に、ヒートパイプ40を通じて熱を均等に連結管35内の水に与えることができ、供給される温水温度の時間的な変動をより一層抑制することができる。
Further, since the
なお、本実施形態では、各蓄熱ユニット21は、熱交換器30のベース板31及びフィン32を介して、ヒートパイプ40と熱的に接触する構成として説明したが、蓄熱ユニット21とヒートパイプ40とが直接接触することを妨げるものではなく、例えば、ヒートパイプ40に蓄熱ユニット21の一部を接触させた状態で、当該蓄熱ユニット21をベース板31上に配置しても良い。
また、本実施形態では、均熱部材の一例としてヒートパイプ40を用いた態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。均熱部材によって蓄熱ユニット21を均熱化するための別の態様としては、例えば熱伝導性の良い金属もしくは合金による棒状体等を均熱部材として用いる態様が考えられる。In the present embodiment, each
Moreover, although this embodiment demonstrated the aspect using the
<第2実施形態>
図3Aは、第2実施形態にかかる太陽熱利用温水器50の側面図であり、図3Bは、図3AのB−B断面図、図4は、集熱板を取り外した状態の太陽熱利用温水器50の平面図である。
太陽熱利用温水器50は、図3A及び図3Bに示すように、ヒートパイプ40を熱交換器30に熱的に接続する態様として、ヒートパイプ40が熱交換器30のベース板31の下面側に配置されている点、蓄熱ユニット61がフィン32と略同一の長さに一体に形成されている点で、上記した第1実施形態にかかる太陽熱利用温水器1と構成を異にしている。上記した太陽熱利用温水器1と同一の構成のものについては同一の符号を付して説明を省略する。
第2実施形態では、図4に示すように、扁平の板状に形成されたヒートパイプ40の上面が熱交換器30のベース板31の下面と接触させた状態で固定されているため、ヒートパイプ40とベース板31との熱交換面積を大きく確保することができ、熱交換器30の均熱化をより効率良く行うことができる。
ヒートパイプ40の高さは、同じくベース板31の下面に配置されている複数の連結管35の高さと略同一に形成されているため、ヒートパイプ40が連結管35よりも大きく下方に突出することを防止でき、太陽熱利用温水器50の高さ(厚さ)方向の小型化を実現することができる。Second Embodiment
3A is a side view of a
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
In the second embodiment, as shown in FIG. 4, since the upper surface of the
The height of the
第2実施形態では、ヒートパイプ40がベース板31の下面側に配置されることにより、このベース板31の上面側には、その分大きなスペースが生じる。このため、フィン32,32間には、当該フィン32の長さと略同一の長さを有する扁平板状に形成された蓄熱ユニット61が配置されている。この蓄熱ユニット61は、フィン32の高さと略同一の高さに形成され、当該蓄熱ユニット61の上面61A及び下面61Bがそれぞれ集熱板11及びベース板31に接触している。
In the second embodiment, since the
このため、第1実施形態と比べて、高さ(厚さ)方向に大型化することなく、ベース板31上に配置される潜熱蓄熱材の量を増大することができ、より長時間にわたり熱交換器30を通過して供給される温水温度の時間的な変動を抑制することができる。なお、蓄熱ユニット61は、第1実施形態にかかる蓄熱ユニット21と大きさが異なるがその他の構成については同じである。また、フィン32,32間に当該フィン32と略同一の長さに亘って蓄熱ユニットを配置できるのであれば、小さく小分けされた蓄熱ユニットを複数並べても良い。
For this reason, compared with 1st Embodiment, the quantity of the latent-heat heat storage material arrange | positioned on the
この第2実施形態によれば、ヒートパイプ40がベース板31の下面側に固定配置されるため、熱交換器30はヒートパイプ40により均熱化される。これにより、熱交換器30のベース板31上に配置される複数の蓄熱ユニット61は、集熱板11からの熱を受け取り蓄熱する過程においても互いに均熱化されている。このため、各蓄熱ユニット61に均等に熱を蓄積することが可能となることにより、一部の蓄熱ユニット61の温度が過剰に上昇し、劣化が進んで蓄熱器60の蓄熱能力にむらが生じることを防止できる。さらに、熱交換器30を通じて蓄えられた熱を水に受け渡す際、ヒートパイプ40により複数の蓄熱ユニット61が均熱化されているため、当該複数の蓄熱ユニット61から熱を均等に取り出すことが可能となる。その結果、一部の蓄熱ユニット61が先に熱の放出を終了してしまい、温水への熱の供給が途中で止まってしまうことが防止され、これにより熱交換器30を通過して供給される温水温度の時間的な変動を抑制することができる。
According to the second embodiment, since the
また、上記した第1実施形態及び第2実施形態では、太陽熱利用温水器1、50は、太陽熱集熱器10、蓄熱器20、60及び熱交換器30を上下方向に積層する構成としていたが、これに限るものではなく、これら太陽熱集熱器10、蓄熱器20、60及び熱交換器30を、例えば、水平方向に重ねて配置するものであっても良い。
Moreover, in above-described 1st Embodiment and 2nd Embodiment, although the solar-heat
<第3実施形態>
図5Aは、第3実施形態にかかる太陽熱利用温水器80の側面図であり、図5Bは、図5AのB−B断面図、図6は、太陽熱利用温水器80の平面図である。
太陽熱利用温水器80は、図5A及び図5Bに示すように、太陽熱集熱器10と、この太陽熱集熱器10から放出された太陽熱を受けて蓄熱する蓄熱器90と、この蓄熱器90から放出された熱を受熱して外部(本実施形態では水道水)へ伝達する熱交換器100とを備え、この熱交換器30の上に蓄熱器90が積層されて配置されるとともに、当該熱交換器100及び蓄熱器90に対して太陽熱集熱器10を横並びに配置して形成されている。この太陽熱集熱器10と熱交換器100とは移送用ヒートパイプ110にて熱的に接続されている。<Third Embodiment>
5A is a side view of a
As shown in FIG. 5A and FIG. 5B, the solar heat
熱交換器100は、板状に形成されたベース板101と、このベース板101上に立設された複数のフィン102,102・・とを備える。これらベース板101及びフィン102は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属または上記金属からなる合金で形成され、当該ベース板101上に所定の間隔をあけて各フィン102がねじ止めやカシメ接合、溶接等によって固定されている。なお、ベース板101及びフィン102を一体に形成しても良い。
熱交換器100は、図6に示すように、上記したフィン102が延びる方向に沿って配置される一対の入口ヘッダ103及び出口ヘッダ104と、これら入口ヘッダ103、出口ヘッダ104間を繋ぐ複数の連結管105,105・・とを備える。これら各連結管105は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属または上記金属からなる合金で形成され、それぞれベース板101の下面に固定されている。また、入口ヘッダ103には給水源である上水道配管が接続され、出口ヘッダ104には給湯口に接続された給湯用配管が接続される。なお、過度に昇温した湯を適温に調整するために、給湯用配管に、給水源である上水道から分岐させた混合用配管を接続してもよい。給湯用配管を流れる湯に、混合用配管を通じて上水を混合することで、湯を適温に調整することができる。The
As shown in FIG. 6, the
蓄熱器90は、太陽熱集熱器10で集熱され、移送用ヒートパイプ110を通じて熱交換器100に伝達された太陽熱を蓄えるものである。この蓄熱器90は、複数に小分けされた蓄熱ユニット91を備え、これら蓄熱ユニット91が隣接するフィン102,102間に狭持されている。蓄熱ユニット91は、上記した実施形態と同様に、それぞれ発熱トリガー機構22(図6)が配置されるとともに、潜熱蓄熱材を袋状のラミネート材でパッキングして形成され、図5Aに示すように、扁平な蓄熱ユニット91を立てて隣接するフィン102,102間に配置されている。
The
蓄熱ユニット91は、図5Aに示すように、当該蓄熱ユニット91の一方の面91A及び他方の面91Bがそれぞれ隣接するフィン102,102に接触する厚みに形成されている。さらに、各フィン102には、それぞれ蓄熱ユニット91を保持するための突起(図示略)が複数設けられており、当該蓄熱ユニット91を隣接するフィン102,102間に固定するとともに、当該フィン102と蓄熱ユニット91との間の熱伝達特性を向上させることができる。従って、フィン102から伝達される太陽熱を蓄熱ユニット91内の潜熱蓄熱材に効率良く蓄熱することができる。
As shown in FIG. 5A, the
また、この実施形態では、太陽熱利用温水器80は、図6に示すように、太陽熱集熱器10と熱交換器100とを熱的に接続する移送用ヒートパイプ(熱移送部材)110と、この移送用ヒートパイプ110に並設されたヒートパイプ(均熱部材)120とを備える。このヒートパイプ120は、上記したヒートパイプ40と同様に熱交換器100のフィン102に形成された貫通孔102Aを貫通して配置され、熱交換器100及びこの熱交換器100のフィン102,102間にそれぞれ配置される複数の蓄熱ユニット91の均熱化を図るものである。なお、この第3実施形態では、ヒートパイプ120を円柱状に形成し、フィン102に形成された貫通孔102Aを貫通して配置しているが、このヒートパイプを扁平な板状に形成し、熱交換器100のベース板101の下面に配置して良い。
In this embodiment, as shown in FIG. 6, the
一方、移送用ヒートパイプ110は、太陽熱集熱器10で集熱された太陽熱を蓄熱器90に移送するためのものであり、円柱状に形成された移送部110Aと、この移送部110Aに連結された均熱部110Bとを備え、移送部110Aが太陽熱集熱器10の集熱板11に固定され、均熱部110Bが熱交換器100の複数のフィン102に貫通して固定されている。図6では、移送用ヒートパイプ110が1本のみの例を示しているが、移送用ヒートパイプ110は、当然複数本あって良い。
On the other hand, the
この実施形態では、太陽熱利用温水器80は、熱交換器100が太陽熱集熱器10よりも高さ位置が上方となるように、太陽の日射を受光し易い場所(例えば、屋根)に斜めに配置されることが望ましい。この構成によれば、移送用ヒートパイプ110では、均熱部110Bが移送部110Aよりも上側に位置することにより、重力に逆らって移送部110Aから均熱部110Bへの作動液の還流が抑制されるため、夜間等に太陽熱集熱器10の集熱板11が冷却された場合であっても、蓄熱器90から太陽熱集熱器10への熱の逆流を抑えることができる。
なお、移送用ヒートパイプの移送部から均熱部への作動液の還流が抑制するための構成として、均熱部の内部にウィック等の毛細管力を発生させる機構を設けるのに対し、移送部の内部には当該毛細管力を発生させる機構を設けない構成としてもよい。この構成では、熱交換器を太陽熱集熱器よりも上方に配置しなくても、移送部から均熱部への作動液の還流が抑制されるため、例えば、平坦な屋根の上に太陽熱利用温水器を設置することができ、当該太陽熱利用温水器の設置態様の多様化を実現できる。In this embodiment, the solar-
In addition, as a structure for suppressing the return of the working fluid from the transfer part of the transfer heat pipe to the soaking part, a mechanism for generating a capillary force such as a wick is provided inside the soaking part, whereas the transfer part It is good also as a structure which does not provide the mechanism which generate | occur | produces the said capillary force inside. In this configuration, since the return of the working fluid from the transfer section to the soaking section is suppressed without arranging the heat exchanger above the solar collector, for example, solar heat is used on a flat roof. A water heater can be installed and the installation mode of the solar water heater can be diversified.
この構成では、太陽熱集熱器10と横並びに、蓄熱器90及び熱交換器100が上下に積層されて配置され、太陽熱集熱器10と蓄熱器90とが移送用ヒートパイプ110により熱的に接続されているため、太陽熱集熱器10から蓄熱器90への熱輸送を効率良く行うことができる。さらに、熱交換器100のフィン102,102間に蓄熱ユニット91を立てて配置したことにより、熱交換器100の設置面積の増大を抑えることができ、太陽熱集熱器10と横並びに、蓄熱器90及び熱交換器100が上下に積層されて配置された構成とした場合であっても、太陽熱利用温水器80の小型化を図ることができる。
In this configuration, the
また、熱交換器100のベース板101に立設された複数のフィン102に設けられた貫通孔102Aを貫通させてヒートパイプ120及び移送用ヒートパイプ110の均熱部110Bを配置しているため、これらヒートパイプ120及び移送用ヒートパイプ110の均熱部110Bによって熱交換器100の均熱化が図られる。これにより、熱交換器100のフィン102,102間に配置された複数の蓄熱ユニット91が均熱化され、当該複数の蓄熱ユニット91に均等に熱を分配し蓄熱することができる。従って、一部の蓄熱ユニット91の温度が過剰に上昇し、劣化が進んで蓄熱器90の蓄熱能力にむらが生じることを防止できる。さらに、熱交換器100を通じて蓄えられた熱を水に受け渡す際、ヒートパイプ120及び移送用ヒートパイプ110の均熱部110Bにより複数の蓄熱ユニット91が均熱化されているため、当該複数の蓄熱ユニット91から熱を均等に取り出すことが可能となる。その結果、一部の蓄熱ユニット91が先に熱の放出を終了してしまい、温水への熱の供給が途中で止まってしまうことが防止され、これにより熱交換器100を通過して供給される温水温度の時間的な変動を抑制することができる。
In addition, the
<第4実施形態>
太陽熱利用温水器130は、図7A及び図7Bに示すように、熱交換器100に設けられて入口ヘッダ103と出口ヘッダ104とを繋ぐ連結管106がそれぞれ入口ヘッダ103から出口ヘッダ104に向かって徐々に拡径している点で、上記した太陽熱利用温水器80と構成を大きく異にしている。その他の構成について、上記した太陽熱利用温水器80と同一の構成のものについては同一の符号を付して説明を省略する。<Fourth embodiment>
As shown in FIGS. 7A and 7B, the
この第4実施形態では、各連結管106は、図8に示すように、入口ヘッダ103側の端部106Aよりも出口ヘッダ104側の端部106Bが大きく形成されており、入口ヘッダ103から出口ヘッダ104に向かって徐々に拡径している。出口ヘッダ104側の端部106Bの径の大きさは、当該連結管106を流れる水の流量、流速等によって決定される。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 8, each connecting
この構成によれば、移送用ヒートパイプ110の均熱部110Bによって熱交換器100の均熱化が図られるため、熱交換器100のフィン102,102間に配置された複数の蓄熱ユニット91が均熱化され、当該複数の蓄熱ユニット91に均等に熱を分配し蓄熱することができる。従って、一部の蓄熱ユニット91の温度が過剰に上昇し、劣化が進んで蓄熱器90の蓄熱能力にむらが生じることを防止できる。
According to this configuration, the
また、熱交換器100を通じて蓄えられた熱を水に受け渡す際、移送用ヒートパイプ110の均熱部110Bにより複数の蓄熱ユニット91が均熱化される。更に、上記連結管106がそれぞれ入口ヘッダ103から出口ヘッダ104に向かって徐々に拡径しているため、当該連結管106を流れる水の流速が下流側ほど遅くなることにより、複数の蓄熱ユニット91から熱を均等に取り出すことが可能となる。その結果、一部の蓄熱ユニット91が先に熱の放出を終了してしまい、温水への熱の供給が途中で止まってしまうことが防止され、これにより熱交換器100を通過して供給される温水温度の時間的な変動を抑制することができる。
Further, when the heat stored through the
<第5実施形態>
上記した各実施形態にかかる太陽熱利用温水器では、蓄熱器の複数の蓄熱ユニットをヒートパイプ(均熱部材)で均熱化する構成について説明した。この構成では、各蓄熱ユニットは、過冷却を生じる同一種類の潜熱蓄熱材を備え、同一温度で相変化する性質を有する。このため、各蓄熱ユニットを順番に潜熱蓄熱することは実質的に困難であり、すべての蓄熱ユニットに対して一様に潜熱蓄熱することとなる。従って、例えば、曇天等により日射量が少ない場合には、すべての蓄熱ユニットの潜熱蓄熱が終了しないまま(少なくとも一部の蓄熱ユニットが部分的に固相を残したまま)日没を迎える可能性がある。この場合、蓄熱ユニットは、残った固相を核にして固化が進み、常温(例えば20℃)に下がるまでの過程で、過冷却状態になれないため、潜熱を保持しておくことができず、顕熱分だけでなく潜熱分も放熱により失われてしまうという問題が想定される。この問題を解決するため、本実施形態では、蓄熱器は、蓄熱ユニットごとに、融点の異なる潜熱蓄熱材を備えている。<Fifth Embodiment>
In the solar water heater according to each of the above-described embodiments, the configuration has been described in which the plurality of heat storage units of the heat accumulator are temperature-equalized with a heat pipe (heat equalizing member). In this structure, each heat storage unit is provided with the same kind of latent heat storage material which produces supercooling, and has a property which changes a phase at the same temperature. For this reason, it is substantially difficult to sequentially store the latent heat in each heat storage unit, and the latent heat is uniformly stored in all the heat storage units. Therefore, for example, when the amount of solar radiation is small due to cloudy weather, the latent heat storage of all the heat storage units may not be completed (at least some of the heat storage units may partially leave the solid phase) and sunset may be reached. There is. In this case, the heat storage unit cannot maintain the latent heat because it cannot be overcooled in the process until solidification proceeds with the remaining solid phase as a nucleus and the temperature decreases to room temperature (for example, 20 ° C.). The problem is that not only the sensible heat but also the latent heat is lost due to heat dissipation. In order to solve this problem, in this embodiment, the heat accumulator includes latent heat storage materials having different melting points for each heat storage unit.
図9は、第5実施形態にかかる太陽熱利用温水器200の平面図であり、集熱板11を取り外した状態を示している。本実施形態では、太陽熱利用温水器200の蓄熱器20は、融点の異なる潜熱蓄熱材を有する2種類の蓄熱ユニット221,222を備える点で、上記第1実施形態にかかる太陽熱利用温水器1と構成を異にする。その他の構成は、太陽熱利用温水器1と同一であるため、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施形態では、融点の異なる潜熱蓄熱材を有する2種類の蓄熱ユニット221,222を備える構成としたが、これに限るものではなく、融点の異なる潜熱蓄熱材を有する3種類以上の蓄熱ユニットを備えても良いことは勿論である。
FIG. 9 is a plan view of a
蓄熱器20は、図9に示すように、融点の低い(例えば50℃)潜熱蓄熱材(低融点蓄熱材)を備える低融点潜熱蓄熱ユニット221と、この低融点潜熱蓄熱ユニット221内の潜熱蓄熱材よりも融点の高い(例えば60℃)潜熱蓄熱材(高融点蓄熱材)を備える高融点潜熱蓄熱ユニット222とを備える。低融点蓄熱材及び高融点蓄熱材の組み合わせとしては、例えば、酢酸ナトリウム・3水和物と水酸化バリウム・8水和物の組み合わせや、チオ硫酸ナトリウム・5水和物と水酸化マグネシウム・6水和物の組み合わせを用いることができる。
これら低融点潜熱蓄熱ユニット221及び高融点潜熱蓄熱ユニット222をベース板31上に並べて配置されている。具体的には、低融点潜熱蓄熱ユニット221及び高融点潜熱蓄熱ユニット222は、熱交換器30の連結管35の延出方向(行方向)及びフィン32の延出方向(列方向)にそれぞれ交互に配置され、いわゆる市松模様を形成している。As shown in FIG. 9, the
These low melting point latent
太陽熱利用温水器200は、太陽熱集熱器10、蓄熱器20及び熱交換器30を高さ(厚さ)方向に積層して形成されている。このため、日射による太陽熱は、太陽熱集熱器10の集熱板11全体で集められ、この集熱板11と接触する低融点潜熱蓄熱ユニット221及び高融点潜熱蓄熱ユニット222に一様に伝達される。
本実施形態では、低融点潜熱蓄熱ユニット221及び高融点潜熱蓄熱ユニット222は、市松模様状に配置されているため、当該低融点潜熱蓄熱ユニット221は、集熱板11の下に均一にバラけた状態で配置される。
このため、各蓄熱ユニットのどの領域に入った太陽熱も、近傍にある低融点潜熱蓄熱ユニット221の潜熱蓄熱に利用することができるようになり、先に低融点蓄熱材、次に高融点蓄熱材という順で潜熱蓄熱させることができる。The
In this embodiment, since the low melting point latent
For this reason, solar heat that has entered any region of each heat storage unit can be used for latent heat storage of the low-melting-point latent
更に、太陽熱利用温水器200は、ヒートパイプ40を備えるため、このヒートパイプ40を通じて、低融点潜熱蓄熱ユニット221及び高融点潜熱蓄熱ユニット222が均熱化される。このため、各蓄熱ユニット221,222の温度が、最も融点の低い低融点潜熱蓄熱ユニット221の低融点蓄熱材の融点に達した後は、高融点潜熱蓄熱ユニット222の顕熱上昇に費やされる熱が、ヒートパイプ40により高融点潜熱蓄熱ユニット222から低融点潜熱蓄熱ユニット221へと輸送され、低融点潜熱蓄熱ユニット221に優先的に蓄熱される。
従って、例えば、曇天等により、日射量が十分でない場合であっても、少なくとも低融点潜熱蓄熱ユニット221には、固相を残さず蓄熱することが可能になる。このため、顕熱分が失われて温度が低下した後でも、低融点潜熱蓄熱ユニット221は、過冷却により低融点蓄熱材の潜熱蓄熱分を保持することができ、当該蓄熱した熱量を水と熱交換し、湯として有効に利用することができる。Furthermore, since the
Therefore, for example, even when the amount of solar radiation is insufficient due to cloudy weather or the like, at least the low melting point latent
一方、晴天等の日射量が十分にある場合には、各蓄熱ユニット221,222の温度は、高融点潜熱蓄熱ユニット222の潜熱蓄熱材の融点まで上昇する。このため、各蓄熱ユニット221,222の温度が高融点潜熱蓄熱ユニット222の潜熱蓄熱材の融点に達した後は、低融点潜熱蓄熱ユニット221の顕熱上昇に費やされる熱が、ヒートパイプ40により低融点潜熱蓄熱ユニット221から高融点潜熱蓄熱ユニット222へと輸送され、高融点潜熱蓄熱ユニット222に蓄熱される。従って、低融点潜熱蓄熱ユニット221及び高融点潜熱蓄熱ユニット222には、段階的に蓄熱されることにより、当該低融点潜熱蓄熱ユニット221及び高融点潜熱蓄熱ユニット222に確実に蓄熱することが可能となり、当該蓄熱した熱量を有効に利用することができる。
On the other hand, when there is a sufficient amount of solar radiation such as sunny weather, the temperature of each of the
本実施形態では、図9に示すように、低融点潜熱蓄熱ユニット221及び高融点潜熱蓄熱ユニット222は、略同等に配置されている。上述のように、低融点潜熱蓄熱ユニット221は、日射量が十分でない場合の蓄熱量に関係するため、多い方が望ましいと考えられる。しかし、低融点潜熱蓄熱ユニット221が高融点潜熱蓄熱ユニット222に比べて過多な場合には、高融点潜熱蓄熱ユニット222から低融点潜熱蓄熱ユニット221への熱の輸送が低減するため、低融点潜熱蓄熱ユニット221に固相を残さず蓄熱することが困難となる。
これに対して、低融点潜熱蓄熱ユニット221を高融点潜熱蓄熱ユニット222に比べて過少な場合には、低融点潜熱蓄熱ユニット221への蓄熱量が減少してしまう。
このため、本実施形態では、低融点潜熱蓄熱ユニット221及び高融点潜熱蓄熱ユニット222を略同等に配置することにより、蓄熱器20への蓄熱量を確保しつつ、低融点潜熱蓄熱ユニット221に対する確実な蓄熱を図っている。In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the low melting point latent
On the other hand, when the low melting point latent
For this reason, in this embodiment, the low melting point latent
続いて、蓄熱された熱を利用する場合について説明する。
低融点潜熱蓄熱ユニット221及び高融点潜熱蓄熱ユニット222に対して、蓄熱を完了した場合、これら低融点潜熱蓄熱ユニット221と高融点潜熱蓄熱ユニット222とでは、潜熱蓄熱材の相変化温度(融点)が異なるため、熱交換器30における熱交換温度にムラができ、それによって生成する温水の温度も場所によるムラが生じるおそれがある。
しかし、本実施形態では、低融点潜熱蓄熱ユニット221及び高融点潜熱蓄熱ユニット222は、ヒートパイプ40によって均熱化されているため、各蓄熱ユニット221,222から熱を取りだす際に、ヒートパイプ40を通じて熱を均等に連結管35内の水に与えることができ、供給される温水温度の場所によるムラを抑制できる。
また、低融点潜熱蓄熱ユニット221のみ蓄熱を完了し、高融点潜熱蓄熱ユニット222には蓄熱されていない場合には、高融点潜熱蓄熱ユニット222は、相変化せず一定温度に保持されないため、熱交換温度にムラができ、それによって生成する温水の温度も場所によるムラが生じるおそれがある。
しかし、この場合であっても、本実施形態では、低融点潜熱蓄熱ユニット221及び高融点潜熱蓄熱ユニット222は、ヒートパイプ40によって均熱化されているため、各蓄熱ユニット221,222から熱を取りだす際に、ヒートパイプ40を通じて熱を均等に連結管35内の水に与えることができ、供給される温水温度の場所によるムラを抑制できる。Subsequently, a case where the stored heat is used will be described.
When heat storage is completed for the low melting point latent
However, in the present embodiment, the low melting point latent
Further, when only the low melting point latent
However, even in this case, in the present embodiment, the low-melting-point latent
このように、本実施形態では、蓄熱器20が低融点潜熱蓄熱ユニット221及び高融点潜熱蓄熱ユニット222を備えるとともに、これら低融点潜熱蓄熱ユニット221及び高融点潜熱蓄熱ユニット222をヒートパイプ40で均熱化しているため、熱交換器30における熱交換温度のムラがなくなる。このため、異なる融点を持つ蓄熱ユニットの配置には制約は無くなり、低融点潜熱蓄熱ユニット及び高融点潜熱蓄熱ユニットを偏った配置としても問題なく、これら低融点潜熱蓄熱ユニット及び高融点潜熱蓄熱ユニットがそれぞれヒートパイプと熱的に接続されていれば、当該蓄熱ユニット同士が一端で直接接触していても構わない。
As described above, in the present embodiment, the
例えば、図10A及び図10Bに示すように、変形例にかかる太陽熱利用温水器201では、蓄熱器20は、低融点潜熱蓄熱ユニット223及び高融点潜熱蓄熱ユニット224を備え、これら各蓄熱ユニット223,224を高さ(厚さ)方向に積層して構成されている。
For example, as shown in FIG. 10A and FIG. 10B, in the solar
具体的には、高融点潜熱蓄熱ユニット224は、その下面224Bがベース板31と接触するように当該ベース板31上に配置され、この高融点潜熱蓄熱ユニット224上にそれぞれ低融点潜熱蓄熱ユニット223が、その上面223Aを集熱板11と接触するように配置されている。低融点潜熱蓄熱ユニット223及び高融点潜熱蓄熱ユニット224は、これらを積層した際の高さがフィン32の高さと略同一となるように形成される。
この構成では、蓄熱器20は、融点の異なる潜熱蓄熱材を有する低融点潜熱蓄熱ユニット223及び高融点潜熱蓄熱ユニット224を備え、ベース板31上に高融点潜熱蓄熱ユニット224を配置し、この高融点潜熱蓄熱ユニット224上に低融点潜熱蓄熱ユニット223を積層するとともに、当該低融点潜熱蓄熱ユニット223上に集熱板11を配置した。このため、集熱板11で集めた太陽熱は、この集熱板11と接触する低融点潜熱蓄熱ユニット221の潜熱蓄熱に利用され、先に低融点蓄熱材、次に高融点蓄熱材という順で潜熱蓄熱させることができる。従って、日射量が少なくても、低融点潜熱蓄熱ユニット223に固相を残さず蓄熱できるので、曇天時でも効率よく太陽熱を利用できる。Specifically, the high melting point latent
In this configuration, the
<第6実施形態>
図11は、第6実施形態にかかる太陽熱利用温水器210の平面図である。この実施形態では、蓄熱器90が融点の異なる潜熱蓄熱材を有する2種類の蓄熱ユニット191,192を備える点で、上記第3実施形態にかかる太陽熱利用温水器80と構成を異にする。その他の構成は、太陽熱利用温水器80と同一であるため、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、蓄熱器90は、図11に示すように、低融点蓄熱材を備える低融点潜熱蓄熱ユニット191と、この低融点潜熱蓄熱ユニット191内の低融点蓄熱材よりも融点の高い高融点蓄熱材を備える高融点潜熱蓄熱ユニット192とを備える。低融点蓄熱材及び高融点蓄熱材の組み合わせとしては、例えば、酢酸ナトリウム・3水和物と水酸化バリウム・8水和物の組み合わせや、チオ硫酸ナトリウム・5水和物と水酸化マグネシウム・6水和物の組み合わせを用いることができる。
低融点潜熱蓄熱ユニット191及び高融点潜熱蓄熱ユニット192は、それぞれ隣接するフィン102,102間に狭持されるとともに、これら低融点潜熱蓄熱ユニット191及び高融点潜熱蓄熱ユニット192が、熱交換器100の連結管105の延出方向(行方向)に交互に配置して構成されている。また、低融点潜熱蓄熱ユニット191及び高融点潜熱蓄熱ユニット192は略同等に配置されている。<Sixth Embodiment>
FIG. 11 is a plan view of a
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the
The low melting point latent
この構成においても、蓄熱器90は、融点の異なる潜熱蓄熱材を有する低融点潜熱蓄熱ユニット191及び高融点潜熱蓄熱ユニット192を、熱交換器100の連結管105の延出方向(行方向)に交互に配置することで、日射量が少なくても、低融点潜熱蓄熱ユニット191に固相を残さず蓄熱できるので、曇天時でも効率よく太陽熱を利用できる。
Also in this configuration, the
また、低融点潜熱蓄熱ユニット191及び高融点潜熱蓄熱ユニット192の配置構成は、図11に限るものではない。例えば、図12に示すように、低融点潜熱蓄熱ユニット191及び高融点潜熱蓄熱ユニット192を、熱交換器100の連結管105の一端側と他端側とで区分けして配置しても良い。本変形例では、低融点潜熱蓄熱ユニット191が入口ヘッダ103側(上流側)に配置され、高融点潜熱蓄熱ユニット192が出口ヘッダ104側(下流側)に配置される。
Moreover, the arrangement configuration of the low melting point latent
ヒートパイプ120を設けない構成では、低融点潜熱蓄熱ユニット191及び高融点潜熱蓄熱ユニット192を区分けてして配置した場合、集熱板11で集められた太陽熱が各蓄熱ユニットに均一に伝わっていくため、低融点潜熱蓄熱ユニット191へ優先的に蓄熱されず、高融点潜熱蓄熱ユニット192へも同時に蓄熱されてしまう。
これに対して、本構成では、ヒートパイプ120を使用して、低融点潜熱蓄熱ユニット191及び高融点潜熱蓄熱ユニット192の均熱化を図っているため、高融点潜熱蓄熱ユニット192の蓄熱が進んで高温になることを防ぎ、高融点潜熱蓄熱ユニット192の顕熱を低融点潜熱蓄熱ユニット191へ輸送し、低融点潜熱蓄熱ユニット191へ優先的に蓄熱させることができる。このようにヒートパイプ120を使用することにより、低融点潜熱蓄熱ユニット191及び高融点潜熱蓄熱ユニット192の配置に関する制約をなくすことができる。In the configuration in which the
In contrast, in this configuration, the
更に、本変形例では、低融点潜熱蓄熱ユニット191が入口ヘッダ103側(上流側)に配置され、高融点潜熱蓄熱ユニット192が出口ヘッダ104側(下流側)に配置されているため、蓄熱利用時において、低融点潜熱蓄熱ユニット191及び高融点潜熱蓄熱ユニット192のそれぞれから一様な熱密度で熱を取り出すことができるようになる。従って、水の流れの上流側の潜熱蓄熱材が先に潜熱放出を終了してしまうことないため、供給される温水温度の時間変化が小さくなるという効果を奏する。
なお、本実施形態では、第3実施形態にかかる太陽熱利用温水器80の蓄熱器90が、融点の異なる蓄熱材を有する複数の蓄熱ユニットを備える構成として説明したが、融点の異なる蓄熱材を有する複数の蓄熱ユニットを備えるのであれば、他の実施形態にかかる太陽熱利用温水器50、130に対して適用しても良いことは勿論である。
<第7実施形態>Furthermore, in this modification, the low melting point latent
In addition, in this embodiment, although the
<Seventh embodiment>
太陽熱利用温水器150は、太陽の日射を受光し易い場所(例えば、屋根)に配置され、図13Aに示すように、太陽からの日射を受けて太陽熱を集熱する太陽熱集熱器10と、この太陽熱集熱器10から放出された太陽熱を受けて蓄熱する蓄熱器60と、この蓄熱器60もしくは太陽熱集熱器10から放出された熱を受熱して外部(本実施形態では水道水)へ伝達する熱交換器30とを備え、これら太陽熱集熱器10、蓄熱器60及び熱交換器30を高さ(厚さ)方向に積層して形成されている。本実施形態では、熱交換器30の上に蓄熱器60が配置され、この蓄熱器60の上に太陽熱集熱器10が配置されている。このため、太陽熱利用温水器150の設置面積を抑えることができ、当該太陽熱利用温水器150の小型化を図ることができる。
The
熱交換器30は、板状に形成されたベース板31と、このベース板31上に立設された複数のフィン32,32・・とを備える。これらベース板31及びフィン32は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属または上記金属からなる合金で形成され、当該ベース板31上に所定の間隔をあけて各フィン32がねじ止め等によって固定されている。なお、ベース板31及びフィン32を一体に形成しても良い。これら各フィン32は、略同一の高さに形成され、当該フィン32の上端部に太陽熱集熱器10が固定されている。
熱交換器30は、図14に示すように、上記したフィン32が延びる方向に沿って配置される一対の入口ヘッダ33及び出口ヘッダ34と、これら入口ヘッダ33、出口ヘッダ34間を繋ぐ複数の連結管36,36・・とを備える。これら各連結管36は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属または上記金属からなる合金で形成され、それぞれベース板31の下面に固定されている。The
As shown in FIG. 14, the
また、入口ヘッダ33には給水源である上水道配管が接続され、出口ヘッダ34には給湯口に接続された給湯用配管が接続される。なお、過度に昇温した湯を適温に調整するために、給湯用配管に、給水源である上水道から分岐させた混合用配管を接続してもよい。給湯用配管を流れる湯に、混合用配管を通じて上水を混合することで、湯を適温に調整することができる。
The
太陽熱集熱器10は、ベース板31と略同じ大きさの板状に形成され、光吸収率を高める表面処理を行った集熱板11を備え、この集熱板11は熱交換器30のフィン32上に固定されている。この集熱板11は、上記した熱交換器30のベース板31,フィン32及び連結管35と同様に熱伝導性の優れた金属材で形成され、当該集熱板11で集められた太陽熱は、複数のフィン32を介して熱交換器30に伝達される。
The
蓄熱器60は、太陽熱集熱器10で集熱され、熱交換器30に伝達された太陽熱を蓄えるものである。この蓄熱器60は、小分けされた複数の蓄熱ユニット61,61・・を備え、これら蓄熱ユニット61が隣接するフィン32,32間に並べて配置されている。各蓄熱ユニット61は、潜熱蓄熱材を袋状のラミネート材でパッキングして形成されたものであり、図13Aに示すように、当該蓄熱ユニット61の上面61A及び下面61Bがそれぞれ集熱板11及びベース板31に接触する高さ(厚さ)に形成されている。さらに、集熱板11及びベース板31には、それぞれ蓄熱ユニット61を保持するための突起(図示略)が複数設けられており、当該蓄熱ユニット61を集熱板11とベース板31との間に固定するとともに、当該集熱板11及びベース板31と蓄熱ユニット61との間の熱伝達特性を向上させることができる。従って、集熱板11及びベース板31から伝達される太陽熱を蓄熱ユニット61内の潜熱蓄熱材に効率良く蓄熱することができる。
The
潜熱蓄熱材は、その融解または凝固時の潜熱を利用して蓄熱または放熱する性質を有するものである。本実施形態では、潜熱蓄熱材として酢酸ナトリウム・3水和塩を用いているが、上記した性質を有するものであれば特に限定されず、例えば、塩化マグネシウム・6水和塩、水酸化バリウム・8水和塩、チオ硫酸ナトリウム・5水和物、硝酸マグネシウム・6水和物、パラフィン、キシリトール等、及びこれらの混合物等を使用することができる。 The latent heat storage material has a property of storing or radiating heat using latent heat at the time of melting or solidification. In this embodiment, sodium acetate trihydrate is used as the latent heat storage material, but is not particularly limited as long as it has the above-described properties. For example, magnesium chloride hexahydrate, barium hydroxide, Octahydrate, sodium thiosulfate · pentahydrate, magnesium nitrate · hexahydrate, paraffin, xylitol, etc., and mixtures thereof can be used.
潜熱蓄熱材を利用すると、水などの顕熱を利用する手法よりも蓄熱密度が大きくなるので、蓄熱器60の小型化を図ることができる。さらに、潜熱蓄熱材をラミネート材でパッキングして小分けされた蓄熱ユニット61をベース板31上に配置しているため、太陽熱利用温水器1の高さ(厚さ)を低く抑えることができ、当該太陽熱利用温水器1の小型化を実現できる。
When the latent heat storage material is used, the heat storage density becomes larger than the method using sensible heat such as water, so that the
潜熱蓄熱材は、太陽熱の蓄熱後に冷却されると、いわゆる過冷却状態となって凝固点以下の温度に冷却されても凝固せず放熱が始まらないという性質を有する。このため、本実施形態では、蓄熱器60は、蓄熱ユニット61にそれぞれ刺激を与えて発熱(凝固)を誘発させる発熱トリガー機構22(図14)が設けられている。この発熱トリガー機構22は、各蓄熱ユニットに互いに独立して配置され、蓄熱ユニット61内に潜熱蓄熱材と接触する通電線と、この通電線を通じて潜熱蓄熱材へ電圧を印加するための操作スイッチとを備える。太陽熱利用温水器150の使用時に、この操作スイッチを作動させて潜熱蓄熱材に刺激を与えることで、蓄熱ユニット61内の潜熱蓄熱材の過冷却状態が解除され、この潜熱蓄熱材が凝固する際に、当該潜熱蓄熱材に蓄熱されていた熱が潜熱蓄熱材から熱交換器30のベース板31に放出される。さらに、各発熱トリガー機構22を個別に動作させることにより、各蓄熱ユニット61から必要な熱量だけを取り出すことができ、蓄熱された熱量を有効に利用することができる。なお、蓄熱ユニット61に刺激を与える手段としては、電圧を印加するものに限らず、例えば、蓄熱ユニット61にせん断応力を加えるものや、液体状態である潜熱蓄熱材に種結晶を接触させる機構を有するものであっても良い。
When the latent heat storage material is cooled after storing solar heat, the latent heat storage material is in a so-called supercooled state and does not solidify even when cooled to a temperature below the freezing point and does not start to release heat. For this reason, in this embodiment, the
ラミネート材は、フィルム状の薄い部材からなる袋状容器であり、例えば、ポロプロピレン(PP)やポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリ塩化ビニル(PVC)等の樹脂製である。潜熱蓄熱材がフィルム状のラミネート材でパッキングされることにより、蓄熱ユニット61は集熱板11及びベース板31に対して優れた接触性を有するとともに、これら集熱板11及びベース板31と潜熱蓄熱材とが直接接触して、集熱板11及びベース板31の腐食を防止できる。さらに、蓄熱ユニット61は、潜熱蓄熱材を袋状のラミネート材でパッキングして小分けされているため、蓄熱時に液化する潜熱蓄熱材の取り扱いを容易にすることができ、ベース板31上に簡単に蓄熱ユニット61を配置することができるとともに、蓄熱ユニット61の伝熱面積を大きく確保することができ、伝熱効率を向上させて素早く熱を取り出すことができる。
The laminate material is a bag-like container made of a thin film-like member, and is made of a resin such as polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), or polyvinyl chloride (PVC). By packing the latent heat storage material with a film-like laminate material, the
ところで、複数の蓄熱ユニット61から熱交換器30に熱を伝達し、この熱交換器30で水を加温する場合、各蓄熱ユニット61から均等に熱を取り出すことが難しく、時間とともに熱回収量が減少するという問題が想定される。このため、本実施形態では、熱交換器30の入口ヘッダ33と出口ヘッダ34とを繋ぐ連結管36は、図13B及び図13Cに示すように、入口ヘッダ33側の端部36Aよりも出口ヘッダ34側の端部36Bが大きく形成されており、図14に示すように、入口ヘッダ33から出口ヘッダ34に向かって徐々に拡径している。出口ヘッダ34側の端部36Bの径の大きさは、当該連結管36を流れる水の流量、流速等によって決定される。ここで、上記した入口ヘッダ33、出口ヘッダ34及び複数の連結管36が均熱部材を構成する。
By the way, when heat is transferred from the plurality of
第7実施形態によれば、熱交換器30の上に蓄熱器60が配置され、この蓄熱器60の上に太陽熱集熱器10が配置されている。このため、太陽熱利用温水器150の設置面積を抑えることができ、当該太陽熱利用温水器150の小型化を図ることができる。また、熱交換器30は、ベース板31に立設された複数のフィン32,32を備え、このフィン32,32上に太陽熱集熱器10の集熱板11を配置しているため、この集熱板11で集熱した太陽熱は、フィン32,32を通じてベース板31に伝達されることにより、このベース板31上に配置された蓄熱ユニット61に効率良く蓄熱することができる。
更に、上記連結管36がそれぞれ入口ヘッダ33から出口ヘッダ34に向かって徐々に拡径しているため、当該連結管36を流れる水の流速が下流側ほど遅くなることにより、複数の蓄熱ユニット61から熱を均等に取り出すことが可能となる。その結果、一部の蓄熱ユニット61が先に熱の放出を終了してしまい、温水への熱の供給が途中で止まってしまうことが防止され、これにより熱交換器30を通過して供給される温水温度の時間的な変動を抑制することができる。
なお、本実施形態では、蓄熱器60の各蓄熱ユニット61は、過冷却を生じる同一種類の潜熱蓄熱材を備える構成としたが、これに限るものではなく、蓄熱器60が融点の異なる潜熱蓄熱材を有する複数種類の蓄熱ユニットを備える構成としても良いことは勿論である。According to the seventh embodiment, the
Further, since the connecting
In the present embodiment, each of the
また、上記した第1〜第7実施形態において、少なくとも蓄熱器及び熱交換器をケース体(不図示)に収容し、このケース体ごと屋根の上に配置する構成としても良い。この場合、ケース体は断熱性の高い材料で形成することが望ましい。さらに、太陽熱利用温水器全体をケース体に収容し、当該ケース体の、太陽熱集熱器(集熱板)に対向する面をガラス等の透光性を有する部材で形成する構成としても良い。 Moreover, in the above-described first to seventh embodiments, at least the heat accumulator and the heat exchanger may be accommodated in a case body (not shown), and the entire case body may be arranged on the roof. In this case, it is desirable to form the case body with a material having high heat insulation. Furthermore, it is good also as a structure which accommodates the whole solar-heated water heater in a case body, and forms the surface which faces a solar-heat collector (heat collecting plate) of the said case body with translucent members, such as glass.
1、50、80、130、150、200、201、210、211 太陽熱利用温水器
10 太陽熱集熱器
11 集熱板
20、60、90 蓄熱器
21、61、91 蓄熱ユニット
30、100 熱交換器
31、101 ベース板
32、102 フィン(伝熱支柱)
32A、102A 貫通孔
33、103 入口ヘッダ
34、104 出口ヘッダ
35、36、105、106 連結管
40、120 ヒートパイプ(均熱部材)
110 移送用ヒートパイプ(熱移送部材)
110A 移送部
110B 均熱部
191、221、223、 低融点潜熱蓄熱ユニット(蓄熱ユニット)
192、222、224、 高融点潜熱蓄熱ユニット(蓄熱ユニット)DESCRIPTION OF
32A, 102A Through-
110 Heat pipe for transfer (heat transfer member)
192, 222, 224, high melting point latent heat storage unit (heat storage unit)
Claims (9)
前記太陽熱集熱器で集熱される熱を蓄える蓄熱器と、
前記蓄熱器に蓄えられる熱で水を加熱する熱交換器とを備えた太陽熱利用温水器であって、
前記蓄熱器が潜熱蓄熱材を備える複数の蓄熱ユニットに分かれており、
前記複数の蓄熱ユニット間の均熱化を図る均熱部材を備え、
前記熱交換器は入口ヘッダ及び出口ヘッダと、これら入口ヘッダ及び出口ヘッダ間を繋ぐ複数の連結管とを備え、
前記均熱部材は前記連結管に沿って配置されていることを特徴とする太陽熱利用温水器。 A solar collector,
A heat accumulator for storing heat collected by the solar heat collector;
A solar water heater comprising a heat exchanger that heats water with heat stored in the heat accumulator,
The heat accumulator is divided into a plurality of heat storage units including a latent heat storage material,
Comprising a heat equalizing member that achieves heat equalization between the plurality of heat storage units ;
The heat exchanger includes an inlet header and an outlet header, and a plurality of connecting pipes connecting the inlet header and the outlet header.
The solar heating water heater, wherein the heat equalizing member is disposed along the connecting pipe .
各蓄熱ユニット間にそれぞれ伝熱支柱が介在し、
前記均熱部材は当該伝熱支柱に熱的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の太陽熱利用温水器。 The plurality of heat storage units are arranged in the heat exchanger,
A heat transfer column is interposed between each heat storage unit,
The solar water heater according to claim 1, wherein the heat equalizing member is thermally connected to the heat transfer column.
前記均熱部材は前記熱交換器に熱的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の太陽熱利用温水器。 The plurality of heat storage units are arranged in the heat exchanger,
The solar water heater according to claim 1, wherein the heat equalizing member is thermally connected to the heat exchanger.
当該蓄熱器及び熱交換器と横並びに前記太陽熱集熱器が配置され、
前記太陽熱集熱器と前記蓄熱器とが熱移送部材により熱的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の太陽熱利用温水器。 The heat accumulator and the heat exchanger are arranged to overlap,
The solar heat collector is disposed side by side with the heat storage and heat exchanger,
The solar water heater according to any one of claims 1 to 3, wherein the solar heat collector and the regenerator are thermally connected by a heat transfer member.
これら入口ヘッダ及び出口ヘッダ間を繋ぐ複数の連結管とを備え、
前記均熱部材は、前記連結管の管径を前記入口ヘッダから前記出口ヘッダに向かって徐々に拡径することで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の太陽熱利用温水器。 The heat exchanger includes an inlet header and an outlet header;
A plurality of connecting pipes connecting the inlet header and the outlet header;
2. The solar water heater according to claim 1, wherein the heat equalizing member is configured by gradually increasing the diameter of the connecting pipe from the inlet header toward the outlet header .
複数の前記蓄熱ユニットには発熱トリガー機構が設けられていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の太陽熱利用温水器。 The latent heat storage material is a material that causes supercooling,
The solar water heater according to claim 1 , wherein a plurality of heat storage units are provided with a heat generation trigger mechanism .
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