JPS6337639Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は集熱した太陽熱により水を温水化し、
給湯あるいは温水による冷暖房に供する太陽熱温
水器に関するものである。

一般に太陽熱温水器において、蒸発性の作動液
を封入した直管状のヒートパイプを集熱部に配
し、前記ヒートパイプの頂部を集熱部の上部に配
置されたところの貯湯タンク内に位置させ、前記
作動液を利用して熱交換するものが開発されてい
る。

ところで、このような構成のものはヒートパイ
プの頂部のみで貯湯タンク内の水と熱交換するた
め、熱交換効率が必ずしも大きくはない。

このようなことから、第１図に示すような太陽
熱温水器が考えられている。この太陽熱温水器は
集熱板をもつ集熱部１と、この集熱部１の上方に
配置された貯湯タンク２よりなり、集熱部１には
蒸発性の作動液を入れた複数のヒートパイプ３ａ
〜３ｎを横方向に順次配列している。また、貯湯
タンク２部には一部が貯湯タンク２内を通る環状
の熱移送パイプ４を設けてあり、前記熱移送パイ
プ４に複数のヒートパイプ３ａ〜３ｎの上端を接
続し、各ヒートパイプ３ａ〜３ｎの下端をヘツダ
管５で共通に接続した構成となつている。

上記構成においては、各ヒートパイプ３ａ〜３
ｎで加熱されて生じる作動液の蒸気は、熱移送パ
イプ４を通り、貯湯タンク２部において効果的な
熱交換を行なうが、熱移送パイプ４で凝縮した作
動液が重力によつて流下するとき、主に両端のヒ
ートパイプ３ａと３ｎに流れ込んで、中間のヒー
トパイプ３ｂ……には有効に流れ込まない。ま
た、日射量が大きかつたり、凝縮部の温度が低い
ときには、ヒートパイプ３ａ〜３ｎ内の作動液の
沸騰、蒸発が激しく起り、凝縮液化した作動液の
ヒートパイプ３ａ〜３ｎ内への流入を妨げてドラ
イアウトと突沸をくり返す問題がある。

したがつて有効に集熱した熱を貯湯タンク２へ
熱移送できにくいため、太陽熱温水器の集熱性能
を低下させるという欠点があつた。さらに熱移送
パイプ４内では上昇する作動液の蒸気と流下して
くる凝縮液とをスムーズに流すため、前記熱移送
パイプ４を太い径にする必要があり、コストが高
くなるという欠点があつた。

また、第２図は本考案の開発段階で考案された
この種の太陽熱温水器を示し、このものはソーラ
コレクタ６内に収納されているところの上部ヘツ
ダ管７と下部ヘツダ部８を具備し、前記上下ヘツ
ダ管７，８を複数本の集熱板付のヒートパイプ９
で連通された蒸発部１０と、前記ソーラコレクタ
６の上方に位置した熱交換タンク１１の内部に収
納された凝縮部１２とを有し、前記蒸発部１０の
上部ヘツダ管７と前記凝縮部１２の一端を連通
し、かつ前記下部ヘツダ管８と前記凝縮部１２の
他端をリターンパイプ１３にて連通して密閉ルー
プを構成したものである。

このものは日射量が非常に大きいときには、ヒ
ートパイプ９内の作動液の沸とう蒸発が激しく起
き、発生した気液二相流は上部ヘツダ管７に流入
し、断面積の増加による効果により気相と液相に
分離され、上部ヘツダ管７内に液相を残して気相
（作動液の蒸気）は凝縮部１２に至る。しかし激
しい沸とう状態が永く続くと上部ヘツダ管７内に
液相はどんどん溜りだし、ついには液相が凝縮部
１２の内部に流入してしまうために凝縮熱伝達率
の低下と有効凝縮面積の減少という二重の悪影響
がおよぼされ、熱搬送性能の大幅な低下をまね
き、太陽熱温水器の集熱性能を低下させるという
問題が判明した。

本考案は、上記従来の欠点に鑑み、作動液が移
送されるループ形状を工夫することにより、経路
のパイプを太くすることなく、日射量が大きいと
きでも、また小さいときでも高い熱搬送性能が確
保でき、したがつて太陽熱温水器の集熱性能を向
上せしめるようにしたものである。

この目的を達成するために本考案は、ソーラコ
レクタ内に収納されているところの、上下にヘツ
ダ管を具備し、前記上下のヘツダ管を複数本の集
熱板付パイプで連通された蒸発部と、前記ソーラ
コレクタの上方に位置した熱交換タンクの内部に
収納された凝縮部とを配設し、前記蒸発部の上部
ヘツダ管と下部ヘツダ管の一端部を前記凝縮部の
両端部にそれぞれ連通させて接続するとともに、
前記蒸発部の上下のヘツダ管を集熱板のつかない
ドレンパイプで連通したループ型ヒートパイプよ
りなるものである。

この構成によつて、熱交換タンク内の凝縮部で
凝縮液化した作動液はリターンパイプを重力によ
つて流下して下部ヘツダ管に至り、前記複数本の
集熱板付パイプにより構成されている蒸発部へ供
給されることになり、ヘツダ管構造により均等に
集熱板付パイプへ供給される。

また、日射量が大きかつたり凝縮部の温度が低
いときには、集熱板付パイプ内の作動液の沸とう
蒸発が激しく起き、発生した気液二相流は上部ヘ
ツダ管へ流入し、断面積の増加による効果により
気液が分離され、気相は上昇して凝縮部へ至り、
液相はドレンパイプを通つて下部ヘツダ管へ至り
再び集熱板付パイプへ供給される。凝縮部におい
ては蒸気の液化量が増大するが、ドレンパイプに
よつて流下して下部ヘツダ管に至るので流下する
作動液と上昇する蒸気との衝突が起きず、したが
つてスムーズに蒸発部へ作動液の供給と蒸発部よ
りのスムーズな蒸気の流出が行なわれるようにな
るため、ドライアウトや突沸や作動液の凝縮部へ
の流入が防止でき、また通常作動時の圧損も低く
なるため高い熱搬送性能が確保できるので太陽熱
温水器の集熱性能の向上がはかれることになる。

以下、本考案の一実施例を第３図にもとづいて
説明する。

図において、１４はソーラコレクタであり、前
面に光透過体（図示せず）を配設し、内部に上部
ヘツダ管１５と下部ヘツダ管１６とを連通すると
ころの集熱板１７付の複数の集熱板付パイプ１８
よりなる蒸発部１９が設けられ、この蒸発部１９
は断熱材２０に上に保持されている。前記ソーラ
コレクタ１４の上方に位置した熱交換タンク２１
の内部には凝縮部２２が配設され、前記上部ヘツ
ダ管１５と前記凝縮部２２の一端がサプライパイ
プ２３を介して連通され、前記下部ヘツダ管１６
と前記凝縮部２２の他端がリターンパイプ２４を
介して連通されて密閉ループが構成されており、
さらに前記上部ヘツダ管１５と下部ヘツダ管１６
とを集熱板を具備しないドレンパイプ２５にて連
通接続されている。２６は水やフロン、ブタンな
どの蒸発性作動液であり、密閉ループ内が真空に
された後適量封入されている。２７は前記熱交換
タンク２１内に貯められた水等の熱媒である。

次に、上記構成において動作を説明する。太陽
光はソーラコレクタ１４の前面に配設された光透
過体（図示せず）を透過して蒸発部１９の集熱板
１７に吸収される。吸収された光は熱エネルギー
に変換され、集熱板付パイプ１８に伝導されて内
部の作動液２６を沸とう蒸発させて気化潜熱とし
てうばわれ気泡を発生する。気泡は、前記集熱板
付パイプ１８の内部を気液二相流となつて上昇し
上部ヘツダ管１５に達する。上部ヘツダ管１５に
達した二相流は、断面積の増加による効果により
気相と液相とに分離され、蒸気のみが上部ヘツダ
管１５、サプライパイプ２３を通つて凝縮部２２
に至り、熱交換タンク２１内に貯められた熱媒２
７に凝縮潜熱を与えて昇温させる。凝縮した作動
液２６はリターンパイプ２４を通つて蒸発部１９
の下部ヘツダ管１６に戻り、各集熱板付パイプ１
８に再び供給される。一方、上部ヘツダ管１５で
分離された液相は集熱板付パイプ１８の内部を流
下して戻る。

ここにおいて、日射量が非常に大きいときには
集熱板付パイプ１８内の作動液２６の沸とう蒸発
が激しく起き、同パイプ内を二相流が激しく上昇
するために、上部ヘツダ管１５で分離された液相
は集熱板付パイプ１８の内部を流下することがで
きなくなり、上部ヘツダ管１５に溜りだす。しか
し上部ヘツダ管１５内に溜りだした作動液はすぐ
にドレンパイプ２５を流下して下部ヘツダ管１６
に戻るので、次第に溜りだしてついには凝縮部２
２まで作動液が流入してしまうことがなくなり、
高い熱搬送性能が確保される。

以上のように本考案によれば、上下のヘツダ管
の間を複数の集熱板付パイプとドレンパイプとで
連通させてかつ凝縮部と密閉ループを構成したも
のであるから、蒸発量が非常に多いときでも作動
液が凝縮部に流入することが防止されるので高い
熱搬送性能が確保され、したがつて太陽熱温水器
の集熱性能の向上がはかれるという優れた特長を
有する。

さらに、上部ヘツダ管が気液セパレータの働き
をするので、別個に気液セパレータを設けること
が不必要となるだけでなく、ドレンパイプにより
上部ヘツダ管内に溜る作動液をすぐに下部ヘツダ
管に戻せるので、上部ヘツダ管の径を割合小さく
することができ、コスト、重量共少なくできると
いう効果もあわせもつものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す太陽熱温水器の断面図、
第２図は本考案の開発段階で考案された太陽熱温
水器の断面図、第３図は本考案の一実施例の太陽
熱温水器の断面図である。 １４……ソーラコレクタ、１５……上部ヘツダ
管、１６……下部ヘツダ管、１８……集熱板付パ
イプ、１９……蒸発部、２１……熱交換タンク、
２……凝縮部、２４……リターンパイプ、２５…
…ドレンパイプ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 上下にヘツダ管を具備し、前記ヘツダ管を複数
   本の集熱板付パイプで連通された蒸発部をソーラ
   コレクタ内に収納し、前記ソーラコレクタの上方
   に位置した熱交換タンクの内部に収納された凝縮
   部を配設し、前記蒸発部の上部ヘツダ管と下部ヘ
   ツダ管の一端部を前記凝縮部の両端部にそれぞれ
   連通させて接続するとともに、前記蒸発部の上下
   のヘツダ管を集熱板のつかないドレンパイプで連
   通してなるループ型ヒートパイプ式太陽熱温水
   器。