JPS644044Y2

JPS644044Y2 -

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Publication number: JPS644044Y2
Application number: JP1982181731U
Authority: JP
Priority date: 1982-11-30
Filing date: 1982-11-30
Publication date: 1989-02-02
Also published as: JPS5986562U

Description

【考案の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本考案は太陽熱集熱装置に関するものである。

〈従来技術〉従来、熱媒の耐凍結性を考慮した太陽熱集熱装
置としては、例えば第２図のようなヒートパイプ
式太陽熱集熱器を利用した装置が知られている。

図において、２１は太陽光線の照射される場所
に設置された集熱器で、ヒートパイプから構成さ
れる。２２は集熱器２１に接続される配管、２３
は蓄熱槽２４内に装備され配管２２に接続された
熱交換器、２５は集熱器２１と熱交換器２３との
間の配管２２に介装された開閉弁、２６は熱交換
器２３に接続された受液器、２７は受液器２６と
集熱器２１とを接続する配管、２８及び２９は
夫々配管２７に介装された循環ポンプ及び凝縮液
タンクである。３０は圧力センサ、３１は液位セ
ンサ、３２はポンプ２８及び弁制御装置、３３は
給水配管、３４は減圧弁、３６は給湯配管であ
る。

上記構成において、集熱器２１に熱媒体を蒸発
させるヒートパイプを利用して熱媒体の蒸発及び
凝縮のサイクルにより太陽光線の熱を蓄熱槽２４
に蓄えるようにしたから集熱器２１及び配管の凍
結を防止できる。

〈考案が解決しようとする問題点〉しかし、上記従来技術では、集熱器２１を流れ
る熱媒Ｂ１と蓄熱槽２４内の熱媒Ｂ２とは異なる
ものを使用している（例えばフロンと水）。その
ため、蓄熱槽２４内の熱交換器２３が破損する
と、熱媒Ｂ１（フロン）が蓄熱槽２４内の熱媒Ｂ
２（水）に混入し、安全上問題があつた。

もし、熱媒Ｂ１と蓄熱槽２４内の熱媒Ｂ２とを
同じもの（例えば水）にすると、夜間などに循環
ポンプ２８が停止した場合、集熱器２１の熱媒Ｂ
１である水が凝縮液タンク２９に戻り凍結するお
それがある。

また、複数の集熱器２１を直列に接続し、その
出入り口を配管２２，２７により蓄熱槽２４に接
続して１系統の循環回路を形成する場合、各集熱
器２１の熱媒流路が蛇行しており、集熱量を多く
するときは長い流路にしなければならないため、
循環回路を真空引するときの作業が容易に行な得
ず、組み立て作業に時間を要するといつた問題点
がある。

本考案は、上記に鑑み、集熱器を流れる熱媒と
蓄熱槽内の熱媒とが混入しても無害で安全性に優
れ、また耐凍結性及び組み立て作業性にも優れた
太陽熱集熱装置の提供を目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉本考案による問題点解決手段は、第１図の如
く、第一熱媒Ｂ１が封入されたヒートパイプ６を
多数本有する太陽熱集熱器１と、消費用の水Ｂ２
を貯留し前記集熱器１で収集した太陽熱を蓄える
ための蓄熱槽２と、内部が真空状態に保たれると
共に前記集熱器１で収集した太陽熱を第二熱媒と
しての水Ｂ３の循環により蓄熱槽２に移送する移
送装置１１とを具え、該移送装置１１は、前記集
熱器１に収納され前記ヒートパイプ６の放熱部が
挿入された直管状の第一熱交換器Ｃ１と、前記蓄
熱槽２に収納され前記第二熱媒Ｂ２の熱を蓄熱槽
２内の水に放出する第二熱交換器Ｃ２と、前記第
二熱媒Ｂ３を第一熱交換器Ｃ１に強制的に移送す
るための循環ポンプ１２と、前記第二熱交換器Ｃ
２と循環ポンプ１２との間にあつて循環ポンプ１
２の停止時に前記第二熱媒Ｂ３の大部分が流入す
るよう低位置に配された受液器１３と、前記第二
熱媒Ｂ３の循環用配管１４，１５とから構成さ
れ、前記集熱器１のヒートパイプ６が太陽熱を受
けることによつて第一熱媒Ｂ１が蒸発して該ヒー
トパイプ６の放熱部で放熱し凝縮することで第一
熱交換器Ｃ１内の第二熱媒Ｂ３に太陽熱を吸熱さ
せ、この第二熱媒Ｂ３の吸熱により第二熱媒Ｂ３
が蒸発し第二熱交換器Ｃ２で放熱して凝縮するこ
とで、蓄熱槽２内の水に太陽熱を吸熱させるよう
にして成るものである。

〈作用〉上記問題点解決手段において、太陽熱集熱器１
が太陽熱を受けると、循環ポンプ１２が作動し、
受液器１３内の移送用の第二熱媒Ｂ３が液配管１
４を通つて太陽熱集熱器１の第一熱交換器Ｃ１に
流入する。一方、集熱器１のヒートパイプ６は、
その中に封入された第一熱媒Ｂ１が太陽熱を受け
て蒸発し上方へ移動し、上端で第一熱交換器Ｃ１
内を流れる第二熱媒Ｂ３に熱を与えて自ら凝縮し
下方へ移動し、蒸発・凝縮サイクルを繰返す。第
一熱交換器Ｃ１では、第二熱媒Ｂ３が大気圧より
低い状態にあるので、その下部に貯つた第二熱媒
Ｂ３がヒートパイプ６内の第一熱媒Ｂ１から熱を
受けて100℃以下で蒸発し、その蒸気が蒸気配管
１５を通つて蓄熱槽２の第二熱交換器Ｃ２に流入
する。そして、蓄熱槽２内の水Ｂ２に熱を与え
て、自らは凝縮して再び受液器１３内に落下す
る。このサイクルを繰り返し、蓄熱槽２内の水Ｂ
２に熱を蓄える。

夜間など、太陽熱を集熱できないときは、循環
ポンプ１２が停止する。そうすると、移送装置１
１内を循環していた第二熱媒Ｂ３は、第一熱交換
器Ｃ１が直管状のものであるから流路が短く、そ
のため第一熱交換器Ｃ１から液配管１４を経て容
易に受液器１３内に落下する。このため、第一熱
交換器Ｃ１内では移送用の第二熱媒である水Ｂ３
が残留せず、凍結することを防止できる。

また、太陽熱集熱器１のヒートパイプ６内に
は、フロンなどが封入されており、その凝固点が
−94℃であるので、凍結を防止できる。

また、集熱器１を流れる第二熱媒Ｂ２と蓄熱槽
２内の水Ｂ２とは同じ水を利用しているので、第
二熱交換器Ｃ２が万一破損しても、移送装置１１
内の圧力が大気圧より低いため、蓄熱槽２内に移
送用の第二熱媒Ｂ３が混入しにくく、さらに例え
混入しても無害であるなど、安全性で優れてい
る。

また、複数の集熱器１を直列に接続し、その出
入り口を配管により蓄熱槽２に接続して１系統の
循環回路を形成し、循環回路を真空引きする場
合、各集熱器１の熱媒流路が直管状の第一熱交換
器Ｃ１を通るのみの短い流路であるため、循環回
路を真空引するときの作業が容易に行ない得、ヒ
ートパイプ６内の真空引き作業も設置場所で行な
う必要もなく、循環回路を真空引きした後のヒー
トパイプ６の組み込みもヒートパイプの放熱部の
ねじ込みで簡単に行ない得、組み立て作業性も優
れている。

〈実施例〉以下、本考案の実施例を第１図に基づいて説明
すると、本考案の太陽熱集熱装置は、第一熱媒Ｂ
１が封入されたヒートパイプ６を多数本有する太
陽熱集熱器１と、熱媒Ｂ２を貯留し前記集熱器１
で収集した太陽熱を蓄えるための蓄熱槽２と、前
記集熱器１で収集した太陽熱を第二熱媒Ｂ３の循
環により蓄熱槽２に移送する移送装置１１とを具
えている。

そして、第一熱媒Ｂ１としては、フロン１１
３，１１４（凝固点が−94℃）などが使用され、
蓄熱槽２の熱媒Ｂ２としては、直接消費されるの
で水が使用される。移送用の第二熱媒Ｂ３として
は、潜熱大なる水が使用される。

前記太陽熱集熱器１は、前記ヒートパイプ６
と、このヒートパイプの上端放熱部が挿入された
第一熱交換器Ｃ１とからなる。

前記ヒートパイプ６は、直管状でその両端が閉
塞されて真空とされたものであつて、その中に封
入された第一熱媒Ｂ１が太陽熱を受けて蒸発し上
方へ移動し、ヒートパイプ６の上端で第一熱交換
器Ｃ１内を流れる第二熱媒Ｂ３に熱を与えて自ら
凝縮し下方へ移動し、蒸発・凝縮サイクルを繰返
すよう構成されている。

前記移送装置１１は、前記太陽熱集熱器１に収
納された移送熱媒蒸発吸熱用の直管状の前記第一
熱交換器Ｃ１と、前記蓄熱槽２に収納された移送
熱媒凝縮放熱用の第二熱交換器Ｃ２と、移送用の
第二熱媒Ｂ３を循環するための循環ポンプ１２
と、第二熱交換器Ｃ２と循環ポンプ１２との間で
循環ポンプ停止時に移送用の第二熱媒Ｂ３の大部
分が流入するよう低位置に配された受液器１３
と、移送熱媒Ｂ３の循環用配管１４，１５とから
構成されている。

そして、前記移送装置１１はその内部が真空状
態に保たれている。なお、前記移送装置１１は、
太陽熱集熱器１および蓄熱槽２を設置後に配管設
置され、配管内部を真空排気して大気圧以下とし
た後に移送用第二熱媒Ｂ３が封入される。

また、第一熱交換器Ｃ１はその入口１６側が低
いように下り勾配が付されており、循環ポンプ１
２の停止時は第一熱交換器Ｃ１内の移送熱媒Ｂ３
は液配管１４を落下する構造とされている。

また、移送装置１１の第二熱媒Ｂ３の封入量
は、移送装置１１の全体の熱媒容量を考慮すると
共に、循環ポンプ１２の作動時に受液器１３の下
部に液状の第二熱媒Ｂ３が残つて循環ポンプ１２
の空運転が防止されるよう調整される。

前記受液器１３は、封入量全部の第二熱媒Ｂ３
を収納できる容量で設計され、屋内または保温空
間Ｄに位置せしめられている。また前記循環ポン
プ１２は、受液器１３に近接して屋内または保温
空間Ｄに位置せしめられている。

次に作用を説明すると、移送装置１１は、太陽
熱集熱器１が太陽熱を受けると、差温コントロー
ラなどにより循環ポンプ１２が作動し、受液器１
３内の移送用の第二熱媒Ｂ３が液配管１４を通つ
て太陽熱集熱器１の第一熱交換器Ｃ１に流入す
る。一方、集熱器１のヒートパイプ６は、その中
に封入された第一熱媒Ｂ１が太陽熱を受けて蒸発
し上方へ移動し、上端で第一熱交換器Ｃ１内を流
れる第二熱媒Ｂ３に熱を与えて自ら凝縮し下方へ
移動し、蒸発・凝縮サイクルを繰返す。第一熱交
換器Ｃ１では、移送用の第二熱媒Ｂ３が大気圧よ
り低い状態にあるので、その下部に貯つた移送用
の第二熱媒Ｂ３がヒートパイプ６内の第一熱媒Ｂ
１から熱を受けて100℃以下で蒸発し、その蒸気
は蒸気配管１５を通つて蓄熱槽２の第二熱交換器
Ｃ２に流入する。ここで、この蒸気は蓄熱槽２内
の消費用の水Ｂ２に熱を与えて、自らは凝縮して
再び前記受液器１３内に落下する。このサイクル
を繰り返し、蓄熱槽２内の水Ｂ２に熱を蓄える。

さらに、集熱器１内の第二熱媒Ｂ３は、第一熱
交換器Ｃ１がその入口１６側が低いように下り勾
配が付されているので、第一熱交換器Ｃ１から液
配管１４を経て受液器１３内に落下し、受液器１
３の液面はＬで示したレベルに達する。このため
第一熱交換器Ｃ１内では移送用の第二熱媒Ｂ３が
残留しない。そして、受液器１３は、封入量全部
の第二熱媒Ｂ３を収納できる容量で設計され、屋
内または保温空間Ｄに位置しているので、移送装
置１１の屋外部分での凍結は防止できる。

また、集熱器１を流れる第二熱媒Ｂ２と蓄熱槽
２内の水Ｂ２とは同じものを利用しているので、
第二熱交換器Ｃ２が万一破損しても、移送装置１
１内の圧力が大気圧より低いため、蓄熱槽２内に
移送用の第二熱媒Ｂ３が混入しにくく、さらに例
え混入しても無害であるなど、安全性で優れてい
る。

また、万一、ヒートパイプ６の上端が破損した
場合、ヒートパイプ６内の第一熱媒Ｂ１であるフ
ロンが移送装置１１内に洩れても、蓄熱槽２内に
第二熱交換器Ｃ２があるので、蓄熱槽２内の水Ｂ
２である水中に混入することを防止できる。

なお、移送用の第二熱媒Ｂ３として潜熱小なる
液体、例えばフロンを利用すれば、その蒸発潜熱
は水の1/10〜1/20であり、同一の熱量を移送する
のに必要な循環量は、逆に10〜20倍になるが、本
実施例では、移送用の第二熱媒を真空状態で蒸
発・凝縮潜熱により移送し、その潜熱は大である
ので、大気圧下で水を循環する場合に比して、そ
の循環量は1/10〜1/20でよく、それに応じて循環
ポンプの出力も大幅に低減できる。

〈考案の効果〉以上の説明から明らかな通り、本考案による
と、集熱器を流れる第二熱媒と蓄熱槽内の水とは
同じものを利用しているので、第二熱交換器が万
一破損しても、移送装置内の圧力が大気圧より低
いため、蓄熱槽内に移送用の第二熱媒が混入しに
くく、さらに例え混入しても無害であるなど、フ
ロンなどを使用するよりも安全性で優れている。

また、移送装置を循環する第二熱媒がたとえ水
であつても、受液器が循環ポンプ停止時に第二熱
媒の大部分が流入するよう低位置に配され、第一
熱交換器が直管状に形成されているので、夜間な
ど循環ポンプが停止したときにも第二熱媒が集熱
器に残留することなく、集熱器での凍結を防止で
きる。

また、太陽熱集熱器のヒートパイプ内にはフロ
ンなどを封入でき、その凝固点が低いから、その
凍結も防止できる。

さらに、複数の集熱器１を直列に接続し、その
出入り口を配管により蓄熱槽２に接続して１系統
の循環回路を形成し、循環回路を真空引きする場
合、各集熱器の熱媒流路が直管状の第一熱交換器
を通るのみの短い流路であるため、循環回路を真
空引するときの作業が容易に行ない得、ヒートパ
イプ内の真空引き作業も設置場所で行なう必要も
なく、循環回路を真空引きした後のヒートパイプ
の組も込みもヒートパイプの放熱部のねじ込みで
簡単に行ない得、組み立て作業性も優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す太陽熱集熱装
置の略式断面図、第２図は従来のヒートパイプ式
太陽熱集熱器を用いた太陽熱熱集装置の略式断面
図である。Ｂ１：太陽熱集熱用の熱媒、Ｂ２：蓄熱用の熱
媒、Ｂ３：移送熱媒、Ｃ１：第一熱交換器、Ｃ
２：第二熱交換器、１：太陽熱集熱器、２：蓄熱
槽、１１：移送装置、１２：循環ポンプ、１３：
受液器、１４，１５：配管。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

第一熱媒Ｂ１が封入されたヒートパイプ６を多
数本有する太陽熱集熱器１と、消費用の水Ｂ２を
貯留し前記集熱器１で収集した太陽熱を蓄えるた
めの蓄熱槽２と、内部が真空状態に保たれると共
に前記集熱器１で収集した太陽熱を第二熱媒とし
ての水Ｂ３の循環により蓄熱槽２に移送する移送
装置１１とを具え、該移送装置１１は、前記集熱
器１に収納され前記ヒートパイプ６の放熱部が挿
入された直管状の第一熱交換器Ｃ１と、前記蓄熱
槽２に収納され前記第二熱媒Ｂ２の熱を蓄熱槽２
内の水に放出する第二熱交換器Ｃ２と、前記第二
熱媒Ｂ３を第一熱交換器Ｃ１に強制的に移送する
ための循環ポンプ１２と、前記第二熱交換器Ｃ２
と循環ポンプ１２との間にあつて循環ポンプ１２
の停止時に前記第二熱媒Ｂ３の大部分が流入する
よう低位置に配された受液器１３と、前記第二熱
媒Ｂ３の循環用配管１４，１５とから構成され、
前記集熱器１のヒートパイプ６が太陽熱を受ける
ことによつて第一熱媒Ｂ１が蒸発して該ヒートパ
イプ６の放熱部で放熱し凝縮することで第一熱交
換器Ｃ１内の第二熱媒Ｂ３に太陽熱を吸熱させ、
この第二熱媒Ｂ３の吸熱により第二熱媒Ｂ３が蒸
発し第二熱交換器Ｃ２で放熱して凝縮すること
で、蓄熱槽２内の水に太陽熱を吸熱させるように
して成ることを特徴とする太陽熱集熱装置。