JP2008138898A - Heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽熱を利用した暖房装置に関するものである。 The present invention relates to a heating device using solar heat.
従来、この種の暖房装置は、太陽熱集熱器と、暖房用に使用される温水が蓄えられる蓄熱層と、給湯用に使用される温水が蓄えられる貯湯槽とを備え、太陽熱集熱器で熱せられた熱媒を蓄熱槽に内蔵された熱交換器で水と熱交換するようにしている。蓄熱槽には、ヒートポンプを介して、または介さずに冷暖房設備が接続され、間接的に太陽熱集熱器で熱せられた熱媒の熱を暖房設備に使用している(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, this type of heating device includes a solar heat collector, a heat storage layer that stores hot water used for heating, and a hot water storage tank that stores hot water used for hot water supply. The heated heat medium is exchanged with water by a heat exchanger built in the heat storage tank. A cooling / heating facility is connected to the heat storage tank via a heat pump or not, and the heat of the heat medium indirectly heated by the solar heat collector is used for the heating facility (see, for example, Patent Document 1). .
また、太陽熱の集熱パネルとエアスペース(空気通路)をユニット化して、建造物の外壁部に取り付け、室内に設けたファンによりエアスペース内の暖気を吸引して、冬期において太陽熱により暖房するようにしている(例えば特許文献2参照)。
しかしながら、前記従来技術では、太陽熱集熱器で熱せられた熱媒を蓄熱槽の水と熱交換し、その蓄えられた温水を暖房設備に使用するので、熱交換時の放熱損失により暖房設備の熱効率が向上しないという課題があった。 However, in the above prior art, the heat medium heated by the solar heat collector is heat-exchanged with the water in the heat storage tank, and the stored hot water is used for the heating equipment. There was a problem that thermal efficiency was not improved.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、太陽集熱器で加熱した熱媒体から暖房用の熱を効率良く取り出すことを目的とする。 This invention solves the said conventional subject, and it aims at taking out the heat for heating efficiently from the heat medium heated with the solar collector.
前記従来の課題を解決するために、本発明の暖房装置は、太陽熱を集熱する集熱器と、この集熱器で加熱した熱媒体を回路を介して循環させる循環させるポンプと、前記回路の途中に設けられ熱交換器で熱交換した熱を放熱する放熱器とを備えたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a heating device of the present invention includes a heat collector that collects solar heat, a pump that circulates a heat medium heated by the heat collector through a circuit, and the circuit. And a radiator that dissipates the heat exchanged by the heat exchanger.
これよって、集熱器で加熱した熱媒体を回路を介して直接熱交換器に送り、その熱をそのまま暖房に使用するので、間接加熱による放熱損失を低減し、集熱器で収集した高温の熱を効率良く暖房に使用するものである。 As a result, the heat medium heated by the heat collector is directly sent to the heat exchanger through the circuit, and the heat is used as it is for heating. Therefore, heat loss due to indirect heating is reduced, and the high temperature collected by the heat collector is reduced. Heat is efficiently used for heating.
また、集熱器で加熱した高温の熱媒体を回路内に循環するので、集熱器や回路や熱交換器をコンパクトに構成でき、屋根材として設置が容易になるものである。 In addition, since a high-temperature heat medium heated by the heat collector is circulated in the circuit, the heat collector, the circuit, and the heat exchanger can be configured in a compact manner, and can be easily installed as a roofing material.
本発明の暖房装置は、太陽集熱器で加熱した熱媒体から暖房用の熱を効率良く取り出し、屋根材として美観を損ねない設置を可能とするものである。 The heating device of the present invention efficiently takes out heat for heating from a heat medium heated by a solar collector, and can be installed as a roofing material without impairing the beauty.
第1の発明は、太陽熱を集熱する集熱器と、この集熱器で加熱した熱媒体を回路を介して循環させる循環させるポンプと、前記回路の途中に設けられ熱交換器で熱交換した熱を放熱する放熱器とを備えたことにより、集熱器で加熱した熱媒体を回路を介して直接熱交換器に送り、その熱を放熱器を介してそのまま暖房に使用するので、間接加熱による放熱損失を低減し、集熱器で収集した高温の熱を効率良く暖房装置に使用するもことができる
。
A first invention is a heat collector that collects solar heat, a pump that circulates a heat medium heated by the heat collector through a circuit, and a heat exchanger that is provided in the middle of the circuit to exchange heat. Since the heat medium heated by the heat collector is directly sent to the heat exchanger via the circuit and the heat is directly used for heating via the radiator, Heat dissipation loss due to heating can be reduced, and high-temperature heat collected by the heat collector can be efficiently used in the heating device.
また、集熱器で加熱した高温の熱媒体を回路内に循環するので、集熱器や回路や熱交換器をコンパクトに構成でき、屋根材として設置を容易にすることができる。 In addition, since the high-temperature heat medium heated by the heat collector is circulated in the circuit, the heat collector, the circuit, and the heat exchanger can be configured compactly, and can be easily installed as a roofing material.
第2の発明は、特に、第1の発明の熱交換器は、回路上の上流側に熱媒体を加熱するために加熱装置を設けたことにより、天候により集熱器の加熱能力が低下しても、加熱装置により加熱できるので、暖房装置に必要な熱量を確保することができる。 In the second invention, in particular, the heat exchanger of the first invention is provided with a heating device for heating the heat medium on the upstream side of the circuit, so that the heating capacity of the heat collector decreases due to the weather. However, since it can heat with a heating device, the amount of heat required for a heating device can be secured.
第3の発明は、特に、第2の発明の加熱装置は、熱媒体温度検知部の信号を受けた制御器により、熱媒体の温度を暖房装置に必要な温度に加熱を行うようコントロールしたことにより、暖房装置には一定温度の熱媒体が送られ、安定した暖房温度を得るとともに加熱装置の省エネを図ることができる。 In the third aspect of the invention, in particular, the heating device of the second aspect of the invention controls the temperature of the heat medium to be heated to a temperature required for the heating device by a controller that receives a signal from the heat medium temperature detection unit. Thus, a heating medium having a constant temperature is sent to the heating device, so that a stable heating temperature can be obtained and energy saving of the heating device can be achieved.
第4の発明は、特に、第1の発明の熱交換器は、暖房用の第二の熱媒体を加熱するために、第二の熱媒体を循環させるためのパネル部内に配置したことにより、集熱器を循環する熱媒体と暖房用の第二の熱媒体を独立させて動作させるので、集熱器での加熱状態が変動をおこしてもパネル部がバッファーの効果を果たし、安定した暖房温度を得ることができる。 According to the fourth aspect of the invention, in particular, the heat exchanger of the first aspect of the invention is arranged in the panel portion for circulating the second heat medium in order to heat the second heat medium for heating. Since the heat medium circulating in the heat collector and the second heat medium for heating are operated independently, even if the heating state in the heat collector fluctuates, the panel part will act as a buffer and stable heating The temperature can be obtained.
第5の発明は、特に、第3の発明の制御器は、集熱器に設けた日射温度検知部の信号を受けて、暖房装置の運転開始時期を判定することにより、暖房装置の運転開始から高温の熱を利用できるようにして、暖房装置の使い勝手を向上することができる。 In the fifth aspect of the invention, in particular, the controller of the third aspect of the invention starts the operation of the heating device by receiving the signal of the solar radiation temperature detector provided in the heat collector and determining the operation start time of the heating device. Therefore, the usability of the heating device can be improved by making it possible to use high-temperature heat.
第6の発明は、特に、第5の発明の制御器は、室内温度検知部よりも熱媒体温度検知部の検知温度が低い時にポンプを作動して熱媒体を回路内に循環することにより、夏期の早朝に大気の放射冷却を利用して、集熱器から放熱を促進し、放熱器により室内の空気を冷却するので、冬期に暖房装置と使用していたものを夏期には冷風器や冷輻射器として使用することで、使い勝手を向上することができる。 In the sixth aspect of the invention, in particular, the controller of the fifth aspect of the invention operates the pump when the detection temperature of the heat medium temperature detection unit is lower than the indoor temperature detection unit to circulate the heat medium in the circuit. Radiation cooling of the atmosphere is used in the early morning of summer to promote heat dissipation from the heat collector, and the indoor air is cooled by the radiator. Usability can be improved by using it as a cold radiator.
第7の発明は、特に、第1の発明の熱交換器は、回路上の上流側に集熱器で加熱する熱媒体の蓄熱槽を設けたことにより、集熱器での加熱状態が変動をおこしても蓄熱槽がバッファーの効果を果たし、安定した暖房温度を得ることができる。 In the seventh invention, in particular, the heat exchanger of the first invention is provided with a heat storage tank for a heat medium heated by the heat collector on the upstream side of the circuit, so that the heating state in the heat collector fluctuates. Even if it performs, a heat storage tank can play the effect of a buffer and can obtain the stable heating temperature.
(実施の形態1)
図1、図2、図3において、1は太陽熱を収集する集熱器で、建造物の屋根や屋上に設置されている。2は放熱器で、集熱器1で収集した熱を室内に供給している。放熱器2には、ポンプ3と熱交換器4が内蔵され、このポンプ3により熱媒体5を回路6を介して集熱器1と熱交換器4の間を循環させて熱交換を行うようにしている。
(Embodiment 1)
1, 2, and 3,
集熱器1は太陽熱を集熱する複数の反射鏡7を有し、これら反射鏡7は、南北方向に平行に配設してある。
The
前記反射鏡7の各反射面8は太陽光の反射率を向上させるために、鏡面に仕上げている。鏡面仕上げは、反射鏡7を構成する材料によりめっき、蒸着、研磨、塗装等の方法がある。反射鏡7の加工は、耐熱の樹脂(例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂等)の成型、ステンレスのプレス加工、アルミダイカスト成型等の方法がある。
Each reflecting
また、アルミの鏡面仕上げ板を折り曲げる方法もある。例えば、反射鏡7を耐熱樹脂で成型した時は、鏡面をアルミめっき(蒸着)や塗装で仕上げ、反射面8を形成する。
There is also a method of bending an aluminum mirror finish plate. For example, when the reflecting
特に、鏡面をアルミめっきする時は、ポリイミド樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂またはポリステル樹脂、ポリアミド樹脂等を使用する。 In particular, when the mirror surface is plated with aluminum, polyimide resin, polyphenylene sulfide resin, polyester resin, polyamide resin, or the like is used.
ステンレスをプレス加工したときは、アルミ電解研磨やバフ研磨等で鏡面を形成することもある。また、アルミダイカストの成型でもめっき等により鏡面仕上げを行い、アルミダイカスト材料の研磨後の酸化皮膜による反射率の低下を防止することもある。 When stainless steel is pressed, a mirror surface may be formed by aluminum electrolytic polishing or buffing. In addition, the aluminum die casting may be mirror-finished by plating or the like to prevent a reduction in reflectance due to an oxide film after polishing of the aluminum die casting material.
反射鏡7の放物面の焦点10にそれぞれ配置された集熱部9は、管(銅管やステンレス管や黄銅管やアルミ管等)で構成されている。
The heat collecting
放物面の反射鏡7は、一方向の太陽光しか焦点を結ばないので、集熱部9に太陽光を集中させるためには、反射鏡7に対して垂直の太陽光を当てるか、または方位方向に平行の適当な角度の太陽光を当て、反射面8に反射させ反対側の集熱部9に同一の角度で跳ね返り集光する必要がある。
Since the parabolic reflecting
この放物面の反射鏡7の特性に合わせるために、駆動部11により複数個の反射鏡7を同一の角度に一体で回転させる作動部12を設けている。
In order to match the characteristics of the parabolic reflecting
駆動部11は、ステッピングモーター等のモーターとギアやカムを組み合わせて軸に装着した駆動部作動板13を回転し、この駆動部作動板13に棒状の作動部12をピン14を介して枢支している。 The drive unit 11 rotates a drive unit operation plate 13 mounted on a shaft by combining a motor such as a stepping motor, a gear, and a cam, and pivotally supports a rod-like operation unit 12 via a pin 14 on the drive unit operation plate 13. is doing.
そして、作動部12には各反射鏡7に一端を固定した反射鏡作動板15の他端がピン16により枢支してあり、したがって、それぞれの反射鏡7は集熱部9を軸として同期して回転されるようにしてある。
And, the other end of the reflecting
反射鏡作動板15は反射鏡7の両端部に装着した端面17のどちらか一方(両端の端面17でも可能である)に固定されている。端面17は反射鏡7と同等の材料と表面処理を行うようにしている。
The
この端面17には開口18を設け、集熱部9が挿入されている。端面17の開口18を集熱部9に接触しないように延長して筒状の軸受け部19を設け、その周囲に回転軸受け20を設けている。
The end face 17 is provided with an opening 18 and a
回転軸受け20はベアリング軸受けまたは非接触の流体軸受けを使用している。回転軸受け20の一方は、回転支持部21に固定され、これにより反射鏡7は集熱部9と接触しないように独立した構成に設けられている。
The
集熱部9の表面には、選択吸収膜を形成している(図示なし)。 A selective absorption film is formed on the surface of the heat collecting section 9 (not shown).
選択吸収膜は集熱部9の表面に黒色の黒クロムまたは無電解ニッケルのめっき処理を行うようにしている。また、めっきの替わりにマンガン系の黒色塗料を塗布することもある。集熱部9は熱媒体5の流通が抵抗にならないように管外径を小さく構成して、太陽光が集熱部9に多く集中できるようにしている。管外径が小さいほど集光比(太陽光の入射面積で焦点面積を除したもの、樋型では、反射鏡の開口幅で焦点の管外径を除した値)が高くなり、集熱部9を高温にするようにしている。
The selective absorption film is plated with black black chrome or electroless nickel on the surface of the
22は駆動部11の動作をコントロールする追尾制御器で、マイコン等に記憶した太陽の年間の動きをベースに季節や1日の太陽高度に合わせて作動し、複数個の反射鏡7を回
転させ、その日のその時間の太陽の日射が最大になる高度に合わせるようにしている。
A tracking
それにより反射鏡7に反射した太陽光が集熱部9を焦点にして集中し、集熱部9の温度を高温に上昇させるようにしている。
Thereby, the sunlight reflected by the reflecting
23は複数個の反射鏡7と集熱部9と作動部12と駆動部11を収納した箱状の外装で、上部開口は透過体24で閉塞されている。この外装23は腐食の少ないステンレスや耐候性のある樹脂材料(例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂等)で構成している。
外装23の内部には断熱材25が充填している。断熱材25は耐熱性のロックウール、グラスウール等で構成している。断熱材25の表面は硬化させて、それだけで壁面を構成するかまたは板で内面を補強して構成するようにしている。
The exterior 23 is filled with a
集熱部9は外装23を貫通するごとく配置され、その一方が集熱入口部26として、他方が集熱出口部27としてあり、それら集熱入口部26、および集熱出口部27は一本の間に収束され、回路6を構成する。
The
透過体24は複数個の反射鏡7の上部に設けられ、太陽光を取り込み、反射鏡7の内部に雨やホコリが侵入するのを防止している。透過体24は太陽光を通過させるために透過率の大きな透明ガラスを使用している(このような透明ガラスの日射透過率は、約90%である)。この透過体24に向かって外装断熱材25を傾斜させて、上方に広がるように構成して、太陽の高度に合わせて反射鏡で太陽光を多く受けられるようにしている。
The
放熱器2は集熱器1で収集した太陽熱を室内にアウトプットするところで、市販されている輻射式のオイルヒーターと同じ機能を持ち、複数個の輻射管28で構成するパネル部29を備えている。
The
輻射管28の形状は室内の空気と自然対流や放射により熱交換を促進するためにプレート状の熱交換器構成をしている。輻射管28は鉄、ステンレス、アルミ等の材料で構成され、フィン形状、コイル形状、多管形状等を用いることも可能である。
The shape of the
パネル部29は密閉構造で形成され、内部に対流による循環流を発生して輻射管28の内部まで熱移動できるように第二の熱媒体30を蓄えている。
The
この第二の熱媒体30は揮発性が小さく、耐熱性の高いシリコーン油のような鉱物系の潤滑油を使用している。 The second heat medium 30 uses a mineral-based lubricating oil such as silicone oil having low volatility and high heat resistance.
集熱器1を循環する熱媒体5も同一の鉱物系の潤滑油を使用できるが、代替フロン(HFC:Hydrogenerated Fluoro Carbon)の134Aや二酸化炭素(CO2)を使用することも可能である。
The same mineral-based lubricating oil can be used for the
輻射管28やパネル部29の内面は、コーティング(樹脂膜やホーロー等)処理され、腐食を防止するようにしている。
The inner surfaces of the
パネル部29内部の底部31に熱交換器4を配置し、この熱交換器4に対して、回路6の行き管32と戻り管33を結合している。
The
熱交換器4と行き管32と戻り管33は、パネル部29内部とは独立しているので熱媒体5と第二の熱媒体30が接触することはない。
Since the
熱交換器4と行き管32と戻り管33は、ロウ付けやシール材を充填してのカシメ等の密閉構成を行っているので、パネル部29外に熱媒体5と第二の熱媒体30が漏れ出すことはない。
Since the
放熱器2は放熱器外装34により箱状に構成され、複数個の輻射管28は、放熱器外装34から室内の空気と接触しやすいように外側に向かって露出している。放熱器外装34内には、熱交換器4の戻り管33の途中に熱媒体5を循環させるポンプ3を配置して熱交換された後の熱媒体5を吸引するようにしている。
The
ポンプ3は容積型のポンプ(例えば、ピストンポンプ、プランジャーポンプ、ギヤーポンプ、偏心ポンプ等)で構成している。
The
回路6の行き管32と戻り管33は耐熱性の樹脂(例えば、フッ素樹脂等)や金属(例えば、銅、ステンレス等)の配管で構成され、その周囲は耐熱性の断熱材(例えば、グラスウールやアルミナ、シリカ等のセラッミクやロックウール等)で被服され、回路6からの放熱を防止している。
The
戻り管33は集熱器1の集熱入口部26に連結され、行き管32は集熱器1の集熱出口部27に連結されて、集熱器1と熱交換器4が一つの密閉回路として構成している。
The
熱交換器4は銅やアルミ材料で構成され、管の周囲に多数のフィンを備え、管内を流れる熱媒体5の熱をパネル部29内の第二の熱媒体30に熱交換するようにしている。熱交換器4の形状は多管や複数個のプレートを連接する構成も可能である。
The
35は加熱装置で、放熱器外装34内の熱交換器4の上流側の行き管32の途中に設け、集熱器1から供給される熱媒体5の再加熱に使用している。
A heating device 35 is provided in the middle of the
加熱装置35は電気式のヒータ(例えば、シーズヒータ、リボンヒータ、バンドヒータ等)で行き管32の一部を加熱するようにしている。加熱装置35の周囲は耐熱性の断熱材(例えば、グラスウールやアルミナ、シリカ等のセラッミクやロックウール等)で被服され放熱を防止している。
The heating device 35 heats a part of the going
また、加熱装置35はシーズヒータをアルミや黄銅に鋳込んで行き管32の途中やパネル部29の内部に専用の加熱部を設けることも可能である。
Further, the heating device 35 can also be provided with a dedicated heating unit in the middle of the
36は制御器で、加熱装置35の一部または熱交換器4の一部あるいは行き管32の一部に設けた熱媒体温度検知部37の信号を受けて、加熱装置35の出力を変化させ、熱交換器4に供給される熱媒体5の温度を放熱器2に必要な温度に加熱するようにしている。加熱装置35の出力調節は定格電力の入り切りで行うが、加熱装置35の温度を検知しながら電力を可変して温度調節を行うことも可能である。
熱媒体温度検知部37は熱電対やサーミスタで構成され、熱媒体5の温度を直接測定するかあるいは行き管32の表面を間接的に測定して熱媒体5の温度を判定するようにしている。
The heat medium
また、制御部36は他にポンプ3のコントロールや追尾制御器22への指示を行うようにしている。
In addition, the
38は集熱器1の一部に設けた日射温度検知部で、この日射温度検知部38の信号を受
けた制御器36は、集熱器1の温度上昇の状態を把握し、運転開始時期を判定するようにして、運転開始から短時間で放熱器2から暖房に寄与する熱を供給できるようにしている。日射温度検知部38は熱電対やサーミスタで構成され、集熱器1内の熱媒体5の温度を直接測定するか、あるいは集熱部9の一部の表面を間接的に測定して熱媒体5の温度を判定するようにしている。
Reference numeral 38 denotes a solar radiation temperature detector provided in a part of the
39は放熱器外装34の一部に設けた室内温度検知部で、この室内温度検知部39の信号を受けた制御器36は室内の暖房状態を把握し室内の温度を一定に保つようにポンプ3の動作をコントロールするようにしている。
制御器36は基本的には暖房が十分な場合はポンプ3の動作を停止するが、その日の天候により日射が強く集熱器1の温度が上昇する時は、日射温度検知部38の信号を受けて、集熱器1の熱媒体5の温度が過剰に上昇しないようにポンプ3の流量を減少させながら循環させる動作も行うようにしている。
The
室内温度検知部39は熱電対やサーミスタで構成され、室内の空気温度を直接測定するようにしている。
The
40は放熱器外装34の一部に設けた運転指示部で、この運転指示部40により放熱器2からの暖房能力を選択できるようにしている。運転指示部40には表示部41が備えられ、室内温度検知部39からのデータ(室温表示)、日射温度検知部38からのデータ(集熱器1の温度状態表示)を表示するようにしている。
また、制御器36に搭載するマイコン等により暖房運転時の使用熱量のうちどのくらいの割合を太陽熱でカバーしているかの表示を行うことも可能である。
Moreover, it is also possible to display how much of the amount of heat used during heating operation is covered by solar heat by a microcomputer or the like mounted on the
また、制御部36は、日射温度検知部38の信号から運転指示部40から運転指示を行った時に実際の運転開始までの待機状態を表紙して知らせることも可能である。
Further, the
制御器36は室内温度検知部39と日射温度検知部38の信号を受けて、室内温度よりも集熱器1の熱媒体5の温度が低い場合は、冷輻射運転ができることを表示部41に表示するようにしている。
The
冷輻射運転は特に夏期の深夜から明け方の大気の放射冷却を利用するためにポンプ3を作動させて熱媒体5を回路6内を循環させるようにして、集熱器1から大気に熱を放射するようにしている。これにより、室内の温度を低下するようにしている。
The cold radiation operation radiates heat from the
運転指示部40には冬期の暖房運転と夏期の冷輻射運転を切り替えるスイッチを設けている(図示無し)。また、放熱器2に対して、送風機を使用して強制的に送風や吸引の空気の流れを形成し、放熱器2の室内空気との熱交換を促進することも可能である。
The
42は暖房装置(システム)で、太陽熱を回収する集熱器1と室内でその熱を放出する放熱器2と熱媒体5を循環する回路6で構成している。
Reference numeral 42 denotes a heating device (system), which includes a
以上のように構成された集熱器について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat collector comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、冬期において、暖房装置42を運転する時は、運転指示部40から暖房能力を選択して運転スイッチをいれると、制御部36は集熱器1の日射温度検知部38の信号を評価して集熱器1内の熱媒体5の温度が放熱器2に供給して、輻射暖房として使用できるかを判定する。
First, in the winter season, when the heating device 42 is operated, when the heating capacity is selected from the
日射量が増加し熱媒体5の温度が上昇し輻射暖房として使用が可能な温度(例えば、80℃程度)になると、制御器36はポンプ3を作動させ、回路6内に熱媒体5を循環させる。
When the amount of solar radiation increases and the temperature of the
この時、運転開始時間を短縮する時は、加熱装置35を作動し熱媒体5の温度を上昇させ、暖房に使用するかまたは熱交換器4や回路6等の暖房装置42全体の暖気運転に使用するようにしている。
At this time, when the operation start time is shortened, the heating device 35 is operated to raise the temperature of the
この加熱装置35は制御器36がその日の天候、例えば曇りのときは、集熱器1の加熱性能が低下するので、熱媒体5を輻射暖房として使用が可能な温度に再加熱し、変動しやすい太陽熱の加熱性能を安定するようにしている。
When the
また、充分に太陽熱を収集している時でも放熱器2のハイパワーモードとして加熱装置35を作動して、電気式の暖房装置の能力不足を向上するようにしている。
Further, even when solar heat is sufficiently collected, the heating device 35 is operated in the high power mode of the
制御器36は熱媒体温度検知部37の信号を受けて加熱装置35の加熱能力を可変して、熱媒体5の温度を暖房温度に加熱するようにしている。
The
熱媒体5は熱交換器4により、パネル部29内の第二の熱媒体30と熱交換を行い、第二の熱媒体30は温度上昇し、放熱器2の複数個の輻射管28から室内に放熱され、暖房に使用される。
The
以後、制御器36は室内温度検知部39の温度をモニターしながら、熱媒体5の温度を安定に保ちながら指示された運転状態(例えば、室温)を持続するようにしている。
Thereafter, the
また、集熱器1では、追尾制御器22が、マイコン等に記憶するその日の太陽高度データに合わせて、駆動部11を回転させ、作動部12を動かし、集熱部9の周囲で反射鏡7を回転させ、太陽光が反射鏡7に垂直に当たるような位置に向ける。
In the
例えば、太陽が南中にあれば太陽光は、高度、方位に関して反射鏡7の反射面2にどの方向からも直角に当たり、集熱部9に太陽光を集中させて、集熱部9の温度を上昇させる。
For example, if the sun is in the south, the sunlight hits the reflecting
図3の(a)、(b)のように異なる太陽高度により、太陽光の入射方向が異なっても、反射鏡7の回転により、反射鏡7に太陽光を垂直に当てるようにしている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, even if the incident direction of sunlight is different due to different solar altitudes, the reflecting
集熱部9の表面に装着した選択吸収膜により、太陽光の約90%が集熱部9に吸収され、集熱部9の温度が上昇する。
About 90% of sunlight is absorbed by the
集熱部9に熱媒体5が送られると、集熱部9の熱を受け熱媒体5は、高温の液体または蒸気(または液体や蒸気と液体が混ざったもの等)を形成して熱交換器4に送られる。
When the
この時、制御器36は太陽の高度の動きに合わせて反射鏡7を随時動かし、太陽が南中から方位が変化していても太陽光が常に反射鏡7に対して、集熱部9に焦点を結ぶように追尾するように駆動部11をコントロールしていく。
At this time, the
また、夏期において制御器36は室内温度検知部39と日射温度検知部38の信号を受けて、室内温度よりも集熱器1の熱媒体5の温度が低い場合は、冷輻射運転ができることを表示部41に表示するようにして、冷輻射運転ができることを知らせる。
Further, in the summer, the
使用者は運転指示部40から冷輻射運転のスイッチを介して指示を行う。これにより、日射温度検知部38の温度が室内温度よりも上昇し、冷輻射運転ができなくなるまで夏期における運転を可能としている。
The user gives an instruction from the
以上のように本実施の形態においては、太陽光を集光する集熱器1と、この集熱器1で加熱する熱媒体5を循環させるポンプ3と、このポンプ3により熱媒体5を循環する回路6と、この回路6の途中に設けた熱交換器4と、この熱交換器4を内蔵する放熱器2を備えたので、集熱器1で加熱した熱媒体5を回路6を介して直接熱交換器4に送り、その熱を放熱器2を介してそのまま暖房に使用でき、間接加熱による放熱損失を低減し、集熱器1で収集した高温の熱を効率良く暖房装置42に使用するもことができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、集熱器1で加熱した高温の熱媒体5を回路6内に循環するので、集熱器1や回路6や熱交換器4をコンパクトに構成でき、屋根材として設置を容易にすることができる。
Moreover, since the high-
また、本実施の形態の熱交換器4は、回路6上の上流側に熱媒体5を加熱するために加熱装置35を設けたことにより、天候により集熱器1の加熱能力が低下しても、加熱装置35により加熱できるので、暖房装置42に必要な熱量を確保することができる。
Further, in the
また、加熱装置35は、熱媒体温度検知部37の信号を受けた制御器36により、熱媒体5の温度を暖房装置42に必要な温度に加熱を行うようコントロールしたことにより、暖房装置42には一定温度の熱媒体5が送られ、安定した暖房温度を得るとともに加熱装置35の省エネを図ることができる。
Further, the heating device 35 controls the heating device 42 so that the temperature of the
また、本実施の形態の熱交換器4は、暖房用の第二の熱媒体30を加熱するために、第二の熱媒体30用のパネル部29内に配置したことにより、集熱器1を循環する熱媒体5と暖房用の第二の熱媒体30を独立させて動作させるので、集熱器1での加熱状態が変動をおこしても第二の熱媒体30用のパネル部29がバッファーの効果を果たし、安定した暖房温度を得ることができる。
In addition, the
また、本実施の形態の制御器36は、集熱器1に設けた日射温度検知部38の信号を受けて、暖房装置42の運転開始時期を判定することにより、暖房装置42の運転開始から高温の熱を利用できるようにして、暖房装置42の使い勝手を向上することができる。
Moreover, the
また、本実施の形態の制御器36は、室内温度検知部39よりも熱媒体温度検知部37の検知温度が低い時にポンプを作動して熱媒体5を回路6内に循環することにより、夏期の早朝に大気の放射冷却を利用して、集熱器1から放熱を促進し、放熱器1により室内の空気を冷却するので、冬期に暖房装置と使用していたものを夏期には冷風器や冷輻射器として使用することで、使い勝手を向上することができる。
Further, the
また、本実施の形態の加熱装置35は、太陽熱に加えて熱媒体5を加熱できるので、市販される電気暖房器の出力(最大1.2kW程度)よりもハイパワーを得ることができ、使い勝手を向上できる。
Moreover, since the heating apparatus 35 of this Embodiment can heat the
また、本実施の形態の追尾制御部22は、太陽の年間の動きをベースに季節や1日の太陽高度に合わせて、駆動部11を作動し、作動部12を動かして複数個の反射鏡7を回転させて、その日のその時間の太陽の日射が最大になる高度に合わせるように支持しているので、それにより反射鏡7に反射した太陽光が集熱部9を焦点にして集中し、集熱部9の温度を高温に上昇させることができ、熱媒体5に高温の熱を年間の長い期間、1日の多くの時間帯を使って伝えることができる。
In addition, the
また、本実施の形態においては、反射鏡7は、方物面鏡で構成したので、太陽光を方物面鏡の焦点に集中でき、エネルギ密度の低い太陽光から必要な熱量と温度を得ることができる。
Moreover, in this Embodiment, since the
また、本実施の形態においては、集熱部9は、方物面鏡で構成した反射鏡7の焦点に配置したことにより、集熱部8の温度を高温に上昇させ、熱媒体5にその熱を効率良く伝えることができる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施の形態の透過体24は、選択透過性能を有する耐熱性、耐候性の優れた樹脂材料(例えば、ポリカーボネート等)で構成することにより、集熱器1の軽量化と低コスト化を行うことができる。
Further, the
また、本実施の形態の反射鏡7は、複合放物面集光器(CPC:Compound Parabolic Concentrator)の反射鏡を用いることにより、太陽光の所定の傾斜角度(例えば、太陽光の入射可能な角度が天頂より30°程度なら約3倍の集光比、入射可能な角度が20°程度に狭くすると、集光比は約7倍に拡大する。集光比が、大きくなれば太陽光がより集束するので、集熱開口で照射する熱量は増加し、温度を上昇するようになる。
In addition, the reflecting
しかし、集光比を拡大すると太陽光の入射可能な角度は、天頂を基準に狭くなるので、集光部9での集光時間、設置場所等の制約が多くなり、考慮する必要がある。)に対して、集熱部9に集中することができるので、太陽の高度に対して、反射鏡1を回転させる範囲を小さくするか、または回転をする必要が無いように構成し、構成部品や制御の簡略化によりコストダウンを図ることができる。
However, when the condensing ratio is increased, the angle at which sunlight can be incident becomes narrower with respect to the zenith. Therefore, there are many restrictions on the condensing time at the condensing
また、本実施の形態の外装23は、内部に熱伝導率の小さいガス(例えば、クリプトンガス)を注入し、密封することにより、外装23内で反射鏡1の可動部分のための空間の空気の対流による放熱を防止するので、外装23からの放熱を低減させ集熱効率を向上することができる。
In addition, the exterior 23 according to the present embodiment is filled with a gas having a low thermal conductivity (for example, krypton gas) and sealed, so that air in the space for the movable part of the
また、不活性ガスを充填することで、高温の集熱部9を覆い安全性を高め、外装断熱材25の劣化を防止して、長期間の使用に耐えることができる。
Moreover, by filling the inert gas, it is possible to cover the high-temperature
また、本実施の形態の集熱器1は、太陽の高度方向を固定(複数個の反射鏡1の並びを南北方向に合わせ、例えば、設置台の傾斜角度は、春分や秋分時の南中に太陽光が垂直に反射鏡1に当たるような角度に設置する)して、太陽の方位の動きに対して複数個の反射鏡1を回転することにより、1日の太陽の動きからより多くの太陽光を集熱部9に集中することも可能である。
In addition, the
(実施の形態2)
図4は実施の形態2を示し、図1と同作用をする部分には同一符号を付し、詳細な説明は実施の形態1のものを援用する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 shows the second embodiment, and the same reference numerals are given to the parts having the same functions as those in FIG.
図4において、放熱器2のパネル部29内部の底部31に配置された熱交換器4に向かう行き管32の途中に蓄熱槽43を設けている。
In FIG. 4, the heat storage tank 43 is provided in the middle of the
蓄熱槽43は暖房装置42を運転しない時に熱交換器4と蓄熱槽43の途中に設けた三方弁44を作動し、分岐管45を介して熱媒体5を熱交換器4に向かわせないで戻り管33に戻すようにして、ポンプ3により集熱器1と回路6と蓄熱槽43を循環する回路を構
成し、蓄熱槽43内に高温の熱媒体5を蓄えるようにしている。
The heat storage tank 43 operates the three-way valve 44 provided in the middle of the
暖房装置42を運転する時は三方弁44を再度戻し、熱媒体5が蓄熱槽43から熱交換器4に向かうようにして、運転開始時の加熱装置35の作動を低減するようにしている。
When the heating device 42 is operated, the three-way valve 44 is returned again so that the
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat exchanger comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
暖房装置42を運転する時に、回路6内にある温度の低い熱媒体5が供給されても、あらかじめ蓄熱槽43に蓄えられた高温の熱媒体5を供給して、熱交換器4に温度の低い熱媒体5の流入を防止して、放熱器2から能力低下を軽減するようにしている。
Even when the low-
天気が良く暖房装置42を使用しないときに、集熱器1により熱媒体5を循環して、蓄熱槽43に高温の熱媒体5を蓄えて、熱を回収するようにしている。
When the weather is good and the heating device 42 is not used, the
以上のように、本実施の形態においては、熱交換器4に向かう行き管32の途中に蓄熱槽43を設けているので、暖房装置42の運転開始時の温度上昇のための待機時間を短縮し、また暖房能力の低下をカバーして使い勝手を向上することができる。
As described above, in the present embodiment, since the heat storage tank 43 is provided in the middle of the
また、暖房装置42を使用しないときに蓄熱槽43に集熱器1で回収し、高温に加熱された熱媒体5を蓄えるので、加熱装置35の使用を抑え、省エネを図ることができる。
Further, when the heating device 42 is not used, the
また、天気の良い時に熱を蓄熱槽43に蓄える構成を備えたので、不安定で密度の薄い太陽エネルギーの回収の効率を向上することができる。 Moreover, since the structure which stores heat in the thermal storage tank 43 at the time of fine weather was provided, the efficiency of collection | recovery of unstable and thin solar energy can be improved.
以上のように、本発明にかかる暖房装置は、エネルギ密度の低い太陽光から熱を回収して効率よい熱交換を行って熱媒体を加熱して使用できるので、床暖房や乾燥機に適用することができる。 As described above, the heating device according to the present invention can be used by heating the heat medium by recovering heat from sunlight with low energy density and efficiently exchanging heat, and thus is applied to floor heating and dryers. be able to.
1 集熱器
2 放熱器
3 ポンプ
4 熱交換器
5 熱媒体
6 回路
29 パネル部
35 加熱装置
36 制御器
37 熱媒体温度検知部
38 日射温度検知部
42 暖房装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006323373A JP2008138898A (en) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | Heating device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2008138898A true JP2008138898A (en) | 2008-06-19 |
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ID=39600557
Family Applications (1)
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-
2006
- 2006-11-30 JP JP2006323373A patent/JP2008138898A/en active Pending
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