JPS6317355A - 太陽・空気熱集熱器 - 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 本発明はヒートポンプによる加熱装置において用いられ
、その蒸発器加熱のために太陽、および空気より集熱す
る集熱器に関する。

従来の技術 住宅用太陽熱給湯システムとして、市水を太陽集熱器に
よって直接加熱す・るシステムは周知であるが、年間を
通して相当な温度の給湯を得ようとすると大面積の集熱
器が必要な上に、低日射および夜間に備えて補助熱源が
必須であり、省エネルギーになっても設備費用の点で問
題がある。

一方太陽熱と、空気の両者を熱源とするヒートポンプを
用いた給湯システムでは、黒色塗装されたフィンコイル
に太陽日射をあて、これをヒートポンプの蒸発器として
用いて、原理的には補助熱源なしで年間の給湯が可能で
ある。第４図に従来のヒートポンプを用いた太陽・空気
を熱源とする給湯機の一例を示す。２は黒色塗装された
フィン材で、集熱管１に機械的に密着させられている。

集熱管１は管路３１．３２を通って圧縮機３６の吸引口
に接続され、圧縮機３５の吐出口は管路３４を通って貯
湯槽３７の湯３６の中に設けられた凝縮器４０に結ばれ
、凝縮器４ｏの出口は管路４１、膨張弁３３を通り、管
路３０を経て集熱管１に接続されている。上記管路内に
は例えばフロン１２等の作用媒体が充填されている。圧
縮機３５を電気モータ等によって駆動すると、フロン１
２の蒸気を吸引して圧縮し、高圧の蒸気として管３４を
通って凝縮器４ｏに送出する。凝縮器４ｏに送り込まれ
た７０ン１２の高圧蒸気はそこで凝縮して液化する。こ
のとき凝縮熱が生成され、これによって貯湯槽３７内の
湯が加温される。液化した７０ン１２は管路４１を通り
膨張弁３３を経て管路３ｏを通って集熱管１に入ると、
圧縮機３５の吸引側の気圧まで減圧され、フィン２から
伝熱された熱で急速に蒸発して再び低圧の蒸気になる。

このときフロン１２は蒸発熱をフィン２を通して、太陽
、あるいは空気から奪っている。貯湯槽出口から湯を取
シ出すと、市水が管路３９から供給され、凝縮器４０の
周囲は殆んど市水の温度になる。

発明が解決しようとする問題点 ヒートポンプによる加熱において、加熱出力／圧縮機入
力の比は成績係数と呼ばれ省エネルギー性の尺度として
極めて重要である。この成績係数を高くするためには、
圧縮機の高能率化は勿論重要であるが、周知のように、
さきの集熱管１内のフロン１２が蒸発する温度（以下蒸
発温度）を如何に高くするかが最重課双である。一般の
ヒートポンプでは蒸発のため熱源として空気が用いられ
るが、この場合空気と集熱管内流体の間の熱抵抗のため
に、蒸発温度は外気温より数度から１０℃は低くなる。

これに対し第４図に示す例では、空気が保有する熱に太
陽熱が加わり上記温度差は小さくなり、相当大きな成績
係数が得られる。しかしさらに大きな成績係数を得るた
めに集熱面積を大きくしても、蒸発温度を外気温より高
くすることは事実上不可能であった。即ち、大きな集熱
面積によって蒸発温度を外気より高くできても、折角集
めた太陽熱の大部分は周囲の空気中に放散し、システム
全体の効率が低下してしまうからである。

本発明は、上記従来例が有する問題を解決し、太陽日射
が豊富な時はそれを集熱して蒸発温度を外気温より高く
し、低日射時は太陽および空気、夜間は空気から集熱す
ることができる太陽・空気集熱器を提供することを目的
とする。

問題点を解決するための手段 本発明による集熱器は、黒色塗装されたフィン材と、そ
れに密着した集熱管よりなる集熱板と、その下面に設け
られたハニカムよりなる集熱構造体と、上面に透光材か
らなる窓面、側面に断熱性を有する壁面を備えた断熱構
造体を備え、上記集熱構造体を上記断熱構造体で上部か
ら覆い、上記透光材と上記集熱板の間の空間に遮風板を
備え、上記断熱構造体と上記集熱構造体側面の間に空気
の通路を設けたものである。

作　　　用 本集熱器を用いて蒸発温度を外気温より高くするときの
本集熱器の作用を説明する。上記集熱体が太陽光によっ
て加熱され、外気温より高温になると上記フィン材周囲
の空気も加熱されて浮力を得て上昇し、断熱構造体と集
熱構造体の間の上部空間に停溜する。周知のように停溜
する空気の熱絶縁性は、現在最高性能の熱絶縁材料であ
る発泡ウレタンに近く、これによって高温の集熱体から
の熱放散が防止され集熱エネルギーが有効に利用される
。さらに集熱体下部に設けられたハニカムは、外界の風
が吹き込んで上記空気の停溜が乱されることを防止する
。

蒸発温度が外気温より低い場合は、上記フィン材周囲の
空気は冷却されて周囲の空気より重くなりハニカム中を
下降する。それて伴って上記断熱構造体と上記集熱構造
体側面の間に設けられた空気通路から外部空気が導入さ
れ、フィン上部に供給されて循環が継続しフィン表面か
ら集熱がなされる。上記ハニカムは上記説明から明らか
なように逆煙突の効果があり、その高さ、ハニカム寸法
の設計は重要である。

実施例 第１図に本発明による太陽・空気熱集熱器の縦方向断面
図、第２図に横方向断面図、第３図に部分図を示す。２
は黒色塗装されたアルミニウム薄板のフィンであり、１
は銅製集熱管であり、３および３′は各集熱管に対し作
用媒体を集配するヘッダー管である。第１図〜第３図で
明らかなように、ハニカム４はプラスチック薄板を格子
上に組合わされた構造を有する。ハニカム４の材質は、
後記する作用目的から低熱伝導度の材料が望ましい。フ
ィン２の外縁にはＵ型のチャンネル１４が取付けられ、
ハニカム４の外周板１３は該チャンネル１４に取付けら
れ、集熱構造体１８を構成している。６は薄鉄板で作ら
れた断熱構造体１７０側板で、内面にガラスウールの断
熱材８が取付けられている。側板６の上縁には取付金具
アによってアクリル樹脂製の透光板６が取付けられてい
る。

側板６の内側に、コ字型の遮風板９が取付けられている
。後記する作用から遮風板ｅは透明材料または表面に反
射性を有する材料で作られることが望ましい。第１図及
び第２図から明らかなように、該フィン２上部に遮風板
９を介して該断熱構造体１７が載せられ、集熱構造体１
８との間に空気通路２４、および空気停滞のための空間
１６が設けられている。

以下本発明の太陽・空気熱集熱器の作用を説明して効果
を明確にする。本集熱器の上部ヘッダー管３′を第４図
の管路３１に、下部ヘッダー管３を管路３ｏに接続して
後、全系を真空にしてから作用媒体フロン１２を注入す
る。５００　Ｋｔｎｌ　／　ｍ’　ｈ以上の強い日射を
本集熱器に照射しながら圧縮機３６を駆動すると、集熱
管１内の液状フロン１２は蒸発して圧縮機３６の吸入口
から吸引されて高圧蒸気に圧縮され、吐出口から管路３
４を通って凝縮器４０内に入って凝縮液化し、このとき
凝縮熱を生成して凝縮器４０の周囲の水を加熱する。

液化したフロン１２は管路４１．膨張弁３３を経て管路
３０．ヘッダー管３を通って集熱管１に入る。既に述べ
たように本集熱管１は強い日射てよって高温に加熱され
たフィン２からの伝導熱によって高温に加熱されており
、集熱管１内の液化フロン１２は外気温よりはるかに高
い温度で蒸発するので、ヒートポンプ給湯システムの成
績係数、即ち（加熱出力／圧縮機駆動入力）の値はきわ
めて高い。このときフィン２の周囲の空気も加熱されて
周囲の空気より軽くなり第１図の矢印２０゜第２図の矢
印２１に示すように上昇し、集熱板と透光材６の空間に
停滞する。これに伴ってハニカム４内の空気も停滞する
周知のように停滞する空気の熱絶縁性は、最高の熱絶縁
材料の発泡ウレタンの値に近いので、加熱されたフィン
２表面からの熱放散は充分に抑制され、集められた太陽
日射は有効にフロン１２の蒸発に用いられる。遮風板９
の大きさ、設置間隔はその作用から第１図によって理解
される。第１図に示した１点鎖線は、集熱器の設置角度
の一例を示している。即ち集熱器が水平に設置された場
合はフィン２で加熱された空気はフィン２．集熱管１か
らなる集熱板と透光板６の間の空間に停滞する。しかし
年間の集熱の為には一般に傾斜して取付けられるが、こ
の時は上記空気の停滞は下部の遮風板９と集熱体の交点
１１と上部遮風板９の下端１２を通る平面と、透光板５
の間の空間に発生する。本集熱器における断熱性が停滞
する空気により得られるものであることから、集熱体下
方の熱絶縁性のために、ハニカムの材料として低熱伝導
性材料が望ましい事は明らかである。

次に低日射時あるいは夜間等、フィン２の表面温度が外
気温より低い場合について説明する。この時はフィン２
によって周囲の空気は冷却されて重くなりハニカム４の
セル内に矢印２２に示すごとく下降する。このとき空気
通路２４、とハニカム４内の気柱はサイフオンを形成し
、ハニカム４内の空気が重い程大量の空気が通路２４を
通って供給される。即わちハニカム４は逆煙突の作用を
有し、その高さは高い程有利であるが、実験では１００
ｒＩｒ！ｎ程度でも充分な空気循環が発生し集熱を行な
う事ができた。

発明の効果 以上述べた詳細な説明によって明らかなように、従来の
太陽・空気熱集熱器を用いたヒートポンプ給湯システム
が蒸発温度を外気温より高められなかったのに対し、本
発明の集熱器は、豊富な太陽日射を有効に利用して、ヒ
ートポンプの蒸発温度を外気温より大巾に高くすること
ができ、きわめて大きな成績係数を実現し、さらに低日
射時、夜間等においても、ヒートポンプサイクル管路を
何ら変更することなく集熱することを可能としたもので
、省エネルギー性が高いだけでなく、工業的に大きな効
果を有するヒートポンプ加熱機をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る太陽・空気熱集熱器の一実施例の
縦方向断面図、第２図は同実施例の横方向断面図、第３
図は同部分斜視図、第４図は太陽・空気を熱源とするヒ
ートポンプ給湯システムの従来例を示す説明図である。 １・・・・・・集熱管、２・・・・・・フィン、３．３
′・・・・・・へ　゛ラダー、４・・・・・・ハニカム
、６・・・・・・透光板、６・・・・・・側板、８・・
・・・・断熱材、９・・・・・・遮風板、１７・・・・
・・断熱構造体、１８・・・・・・集熱構造体。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 黒色塗装されたフィン材と、それに密着した集熱流体用
   管材よりなる集熱板と、その下面に設けられたハニカム
   よりなる集熱構造体と、上面に透光材からなる窓、側面
   に断熱性を有する壁を備えた断熱構造体とを備え、該集
   熱構造体を該断熱構造体で上部より覆い、該透光材と該
   集熱板の間の空間に遮風板を備え、該断熱構造体と該集
   熱構造体の間に空気の通路を設けた太陽・空気熱集熱器
   。