JPS59217451A - 太陽熱利用集熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 不発Ｆ！Ａは作動媒体としてフロン系冷媒を用い、その
潜熱を利用して太陽熱及び空気熱を集熱する集熱装置に
関するものである。

従来例の構成とその問題点 太陽熱全集熱する集熱装置としては、水を作動媒体とし
た強制循環式及び自然循環式が存在する。

しかし、いずれも水の顕熱を利用する為、集熱時間が経
過するにつれて、集熱器に流水する水は高温となり集熱
効率は低下する。よって、太陽日射量が充分大きくても
集熱量は少なくなる０又、集熱効率の向上をはかる為に
集熱器にガラス、断熱材等を装備する工夫がなされてい
る集熱器の重量、コスト等が大となる。又、当然ながら
太陽日射量が少ない時には集熱ができないという問題点
がある０ 又、他の集熱装置として、作動媒体としてフロン系冷媒
を用い、第１図に示す如く圧縮機１、凝縮器２、膨張弁
３、集熱器４を順次連結してなる冷凍サイクルと、凝縮
器２と熱交換関係を有する水加熱器５、貯湯槽６、水循
環ポンプ７を連結した給湯回路からなる装置がある。こ
の場合には集熱器４では低温集熱の為に太陽日射量の吸
収量が増大し、さらに日射量以外に大気熱をも集熱する
ことができ集熱量が増大する。又、集熱器にはガラス、
断熱材等が不要となり軽量、小型化が可能である。しか
し、第１図に示す集熱パイプ４ａと集熱フィン４ｂｉ接
合した平板式の集熱器４では、空気側熱伝達率が低く、
又、奈気側伝熱面積が有効に利用されないために太陽日
射受熱面積当りの空気熱の吸熱量が少ない。よって−１
集熱器が大型化となり、設置スペース、設備費等が大き
くなると共に、システム内に封入する冷媒量が増加する
。

しかし、冷媒封入量はシステム機器の信頼性から制限が
あるため、集熱器の大きさは制約される。

よって充分な集熱量が確保できないという問題がある。

発明の目的 本発明は上記問題点を解決し、集熱器の日射受熱単位面
積当りの集熱量の増大を図り、集熱器の小型軽量化、及
びシステム機器の信頼性を図るものである。

１　　　　　　　発明の構成 上記目的を達成する為に圧縮機、凝縮器、膨張弁、集熱
器を順次連結して冷凍サイクルを構成し、集熱器の構成
を集熱パイプ軸方向に集熱フィンを一定間隔で積み重ね
たフィンチューブ型とし、集熱パイグ伝熱内表面積Ａ１
と集熱器外表面積Ａ。

との比ψ（＝Ａｏ／Ａｉ）が１５≦ψ≦３５とすること
により、太陽日射受熱単位面積当りの集熱量（−太陽熱
＋空気熱）が最適となり小型軽量化が図れる。又、冷媒
封入量も減少し機器の信頼性も確保できる。

実施例の説明 本発明の集熱装置の一実施例を第２図により説明する。

第２図において、実線は冷媒流れ方向を、破線（は水の
流れ方向を示す０１は圧縮機、２は凝縮器であり、冷媒
の凝縮作用を行なう。３は膨張弁、呼は集熱器であり、
第３図に示す如く集熱パイプ４ａ軸方向に集熱フィン４
ｂを一定間隔で積み重ねたフィンチューブ型構成とし、
太陽熱及び空気熱全集熱し、冷媒の蒸発作用を行なう。

父、前記圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、集熱器４は順
次連結して閉回路を構成する。５は水加熱器であり、凝
縮器２と熱交換関係を有し、水を昇温させる。６は貯湯
槽、７は水循環ボンノ゛である。又、前記水加熱器５、
貯湯槽６、水循環ポンプ７は連結されて給湯回路を構成
する。

次に作用を説明する。圧縮機１で圧縮された高温高圧の
冷媒ガスは凝縮器２に流入し、ここで過冷却液まで凝縮
液化し膨張弁３に流入し、減圧されて集熱器４に流入す
る。そして、太陽熱および自然通風による空気熱全集熱
して蒸発ガス化して圧縮機１にもどる。一方、凝縮器２
と熱交換関係を有する水加熱器５は凝縮熱で水循環ポン
プ７がら送られてきた水を昇温させて貯湯槽６にもどし
、１サイクルを終了する。そして、運転経過時間につれ
て貯湯槽６内の水温を徐々に上昇させる。

ここで、集熱器４は集熱パイプ４ａと集熱フィン４ｂか
らなるフィンチューブ型構成の為、集熱パイプ４ａの全
パイプ長に対する空気側伝熱面積は非常に大きくなり空
気吸熱量は増大する。さらに第４図に示す如く、集熱パ
イプ４ａの伝熱内表面積Ａ１と空気側伝熱外表面積Ａｏ
の比ψ（−Ａ。

／　Ａ　ｉ　）が１５≦ψ≦３５である為、太陽日射受
熱単位面積当りの集熱量は最適となる。というのは、集
熱パイプ４ａの長さ一定、つまりＡ１一定においてψが
小さくなるにつれて空気側伝熱面積ＡＯが小さくなって
集熱フィン４ｂの間隔ｆｐが大きくなり太陽日射が集熱
フィン４ｂ間を素通りする量が増大し、太陽日射集熱量
が減少する。又、当然ＡＯが小さくなっているから空気
熱の集熱量も減少する。従って、必要熱量全集熱するた
めには集熱器が大きくなり、冷媒封入量が大きくなって
、機器の信頼性の面でも課題となる。一方、ψが大きく
なるにつれて、つ寸り集熱フィン４ｂの間隔ｆｐが小さ
くなるにつ扛で、徐々に火陥日射が集熱フィン４ｂ間を
素通のする量が減少する為、太陽日射集熱量が増大する
。一方、集熱フィン４ｂ間が狭まくな９集熱フィン４ｂ
間を通過する空気側圧力損失が大きくなり風速が低下し
て、空気側熱伝達率が減少し、空気熱の集熱量は減少す
る。

従って、太陽日射集熱量と空気熱集熱量の和である総集
熱量は集熱器外表面積ＡＯと集熱パイプ内表面積Ａ１の
比ψ（二Ａｏ／へｌ）が１５≦ψ≦３５で最適となる。

発明の効果 以上に説明した如く、本発明は圧縮機、凝縮器、膨張弁
、集熱器を順次連結して閉回路からなる冷凍サイクルを
構成し、太陽熱及び空気熱を集熱する集熱装置における
集熱器の構成を集熱パイプ軸方向に集熱フィンを一定間
隔で積み重ねたフィンチューブ型構成とし、かつ、集熱
パイプ内表面積Ａｉ　と集熱器外表面積Ａｏの比ψ（−
Ａｏ／Ａｔ）を１５≦ψ≦３５とするＡ力場日射受熱単
位面積当りの総集熱量（−太陽熱生空気熱）は最適とな
り、小型軽量化がはかれる。従って、システム内の冷媒
封入量も減少し機器の信頼性も確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の太陽熱利用集熱器を示す構成図、第２図
は、本発明の一実施例による太陽熱利用集熱器の構成図
、第３図は同太陽熱利用集熱装置にお、１　　　　け６
集７器０平面１・第“図０同集７６″特性１である。 １　　圧縮機、２・・・凝縮器、３−・・・膨張弁、４
・・・集熱器、４ａ・−・集熱パイプ、４ｂ・・・・・
・集熱フィン、５・・・水加熱器、６・・・・・・貯湯
槽、了・−・・・・水循環ポンプ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
図 第４図 ９２　（θＣ１／′β６ン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、凝縮器、膨張装置、太陽熱及び空気熱全集熱す
   る集熱器を順次連結した冷媒密閉回路と、前記凝縮器と
   熱交換手段ヲ有する水加熱器、貯湯憎、水循環ポンプを
   連結した給湯回路とを備え、前記集熱器を複数枚のフィ
   ンを間隔をおいて積み重ねたフィンチューブ型構成とし
   、前記集熱器の空気側表面積Ａｏとチューブ内表面積Ａ
   １の比ψ（−Ａｏ／Ａｉ）を１５≦ψ≦３５とした太陽
   熱利用集熱装置。