JPH0137660B2 - - Google Patents

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
集熱器によつ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
ギーになつ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
たフイ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イン
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を通つて圧縮機３５の
吸引口に接続され、圧縮機３５の吐出口は管路３
４を通つて貯湯槽３７の湯３６の中に設けられた
凝縮器４０に結ばれ、凝縮器４０の出口は管路４
１、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つて駆動すると、フロン１２
の蒸気を吸引して圧縮し、高圧の蒸気として管３
４を通つて凝縮器４０に送出する。凝縮器４０に
送り込まれたフロン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
によつて貯湯槽３７内の湯が加温される。液化し
たフロン１２は管路４１を通り膨張弁３３を経て
管路３０を通つて集熱管１に入ると、圧縮機３５
の吸引側の気圧まで減圧され、フイン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は蒸発熱をフイン２を通
して、太陽、あるいは空気から奪つている。貯湯
槽出口から湯を取り出すと、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題である。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つた。即ち、大きな集熱面積
によつ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、黒色塗装されたフイン
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
が太陽光によつて加熱され、外気温より高温にな
ると上記フイ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、これによつ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、上記フイン
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。それに伴つて上記断熱
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、フイン上部に供
給されて循環が継続しフイ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
板のフインであり、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
ツダー管である。第１図〜第３図で明らかなよう
に、ハニカム４はプラスチツ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。フイン２の外縁にはＵ型のチヤンネル１４が
取付けられ、ハニカム４の外周板１３は該チヤン
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１７の
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７によつ
てアクリル樹脂製の透光板５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９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、該フイン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１８との間に
空気通路２４、および空気停溜のための空間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。本集熱器の上部ヘツダー
管３′を第４図の管路３１に、下部ヘツダー管３
を管路３０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。500Kcal／m²ｈ
以上の強い日射を本集熱器に照射しながら圧縮機
３５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３５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３４を通つて
凝縮器４０内に入つて凝縮液化し、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、ヘツダー管３を通つて集熱管１に入
る。既に述べたように本集熱管１は強い日射によ
つて高温に加熱されたフイン２からの伝導熱によ
つ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。このときフイン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５の空間に停溜する。これに伴つてハニカ
ム４内の空気も停溜する周知のように停溜する空
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、加熱されたフイン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
つて理解される。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イン２で加熱された
空気はフイン２、集熱管１からなる集熱板と透光
板５の間の空間に停溜する。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
上記空気の停溜は下部の遮風板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
断熱性が停溜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、フイン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
の時はフイン２によつ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を通つて供
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
100mm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つて明らかなよう
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
れなかつたのに対し、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……フイン、３，３′……ヘ
ツダー、４……ハニカム、５……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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 黒色塗装されたフイン材と、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。