JP2009264712A - Vacuum pipe type solar heat collector and heating system - Google Patents
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Abstract
【課題】蒸発器（蒸発管）を備えた真空管式太陽集熱器の蒸発効率を向上させる。
【解決手段】真空断熱層（45）を有した円筒状の２重ガラス管（42）と、該２重ガラス管（42）の内側に設けられて液冷媒が供給される蒸発管（46）とを有した真空管式集熱管（41）を備えた真空管式太陽集熱器において、蒸発管（46）の管内には、液冷媒を保持するウイック（48）を設ける。
【選択図】図５Evaporation efficiency of a vacuum tube type solar collector equipped with an evaporator (evaporation tube) is improved.
A cylindrical double glass tube (42) having a vacuum heat insulating layer (45) and an evaporation tube (46) provided inside the double glass tube (42) and supplied with liquid refrigerant. In the vacuum tube type solar collector including the vacuum tube type heat collection tube (41) having the above, a wick (48) for holding the liquid refrigerant is provided in the tube of the evaporation tube (46).
[Selection] Figure 5
Description
本発明は、太陽光を熱源として吸熱を行う真空管式太陽集熱器、及びそれを用いた暖房システムに関するものである。 The present invention relates to a vacuum tube solar collector that absorbs heat using sunlight as a heat source, and a heating system using the same.
従来より、暖房システムのひとつとしていわゆるヒートポンプ式暖房システムが知られている。一般的なヒートポンプ式暖房システムは、室外の空気から暖房用の熱を吸熱する空気熱源ユニットと、暖房を行う室内に配置されて、空気熱源ユニットから送られた高圧冷媒の熱を室内空気へ放熱する凝縮器とを備えている。 Conventionally, a so-called heat pump type heating system is known as one of heating systems. A general heat pump heating system has an air heat source unit that absorbs heat for heating from outdoor air, and is disposed in a room where heating is performed, and dissipates the heat of high-pressure refrigerant sent from the air heat source unit to the indoor air. And a condenser.
このような、ヒートポンプ式暖房システムでは、室外の気温が低い場合の暖房能力低下を補うためや、高ＣＯＰの暖房システムを構築する目的などから、太陽光を熱源として吸熱を行ういわゆる太陽熱源ユニットが、空気熱源ユニットと併用されることがある（例えば特許文献１を参照）。この太陽熱源ユニットが併用されるヒートポンプ式暖房システムでは、空気熱源ユニットと太陽熱源ユニットとが並列に接続され、空気熱源ユニットで蒸発させた冷媒と太陽熱源ユニットで蒸発させた冷媒とを圧縮機で圧縮して高圧冷媒を得る。そして、この高圧冷媒の熱を、暖房を行う室内に配置した凝縮器によって、室内空気へ放熱している。
ところで、この太陽熱源ユニットには、蒸発器で太陽熱を直接利用して冷媒を蒸発させるように構成された太陽集熱器を備えたものがある。このような太陽集熱器の蒸発器では、冷媒を流通させつつ加熱する蒸発管を備えている。そして、この太陽集熱器（蒸発管）は、屋根などの斜面に配置するのが一般的である。しかしながら、このような傾斜した蒸発管の配置では、蒸発管内の液状の冷媒は、受熱面（具体的には蒸発管の内周面）に接しにくく、しかも蒸発管内では冷媒の偏流が起こりやすいので蒸発効率が低下するという問題がある。また、蒸発効率の低下は蒸発器の大型化にもつながることになる。 By the way, this solar heat source unit includes a solar heat collector configured to evaporate the refrigerant by directly using solar heat with an evaporator. Such an evaporator of a solar collector includes an evaporator tube that heats the refrigerant while circulating it. And this solar collector (evaporation tube) is generally arranged on a slope such as a roof. However, with such an inclined evaporator tube arrangement, the liquid refrigerant in the evaporator tube is unlikely to come into contact with the heat receiving surface (specifically, the inner peripheral surface of the evaporator tube), and the refrigerant drifts easily in the evaporator tube. There is a problem that the evaporation efficiency decreases. In addition, a decrease in evaporation efficiency leads to an increase in the size of the evaporator.
本発明は、空気加熱式ヒートポンプによる暖房が難しかった寒冷地において効率良く暖房をおこなうために、上記の問題に着目してなされたものであり、蒸発器（蒸発管）を備えた真空管式太陽集熱器を採用し、さらにその蒸発効率を向上させることを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problem in order to efficiently perform heating in a cold region where heating by an air heating type heat pump is difficult, and a vacuum tube type solar collector equipped with an evaporator (evaporation tube). The purpose is to adopt a heater and further improve its evaporation efficiency.
上記の課題を解決するため、第１の発明は、
真空断熱層（45）を有した円筒状の真空断熱部（42）と、該真空断熱部（42）の内側に設けられて液冷媒が供給される蒸発管（46）とを有した真空管式集熱管（41）を備えた真空管式太陽集熱器であって、
前記蒸発管（46）の管内には、前記液冷媒を保持する液冷媒保持手段（48）が設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the first invention is
A vacuum tube type having a cylindrical vacuum heat insulating part (42) having a vacuum heat insulating layer (45) and an evaporation pipe (46) provided inside the vacuum heat insulating part (42) to which liquid refrigerant is supplied. A vacuum tube solar collector equipped with a heat collecting tube (41),
A liquid refrigerant holding means (48) for holding the liquid refrigerant is provided in the evaporation pipe (46).
これにより、液冷媒が液冷媒保持手段（48）によって真空管式集熱管（41）の蒸発管（46）内に保持されて、該蒸発管（46）の内面壁に接触させられる。 Thus, the liquid refrigerant is held in the evaporation pipe (46) of the vacuum tube type heat collecting pipe (41) by the liquid refrigerant holding means (48), and is brought into contact with the inner wall of the evaporation pipe (46).
また、第２の発明は、
第１の発明の真空管式太陽集熱器において、
前記液冷媒保持手段（48）は、ウイック（48）であることを特徴とする。
In addition, the second invention,
In the vacuum tube type solar collector of the first invention,
The liquid refrigerant holding means (48) is a wick (48).
これにより、ウイック（48）が、供給された液冷媒を浸透させ保持するとともに、保持した液冷媒を蒸発管（46）の内面壁に接触させる。 As a result, the wick (48) permeates and holds the supplied liquid refrigerant and makes the held liquid refrigerant contact the inner wall of the evaporation pipe (46).
また、第３の発明は、
第１の発明の真空管式太陽集熱器において、
前記液冷媒保持手段（48）は、毛管現象を生じさせる溝（49）であることを特徴とする。
In addition, the third invention,
In the vacuum tube type solar collector of the first invention,
The liquid refrigerant holding means (48) is a groove (49) for causing capillary action.
これにより、溝（49）が、供給された液冷媒を毛管現象によって取り込んで保持するとともに、保持した液冷媒を蒸発管（46）の内面壁に接触させる。 Thereby, the groove (49) takes in and holds the supplied liquid refrigerant by capillary action, and brings the held liquid refrigerant into contact with the inner wall of the evaporation pipe (46).
また、第４の発明は、
第１の発明の真空管式太陽集熱器において、
前記液冷媒は、前記蒸発管（46）の、配置された際に下端となる側から供給されることを特徴とする。
In addition, the fourth invention is
In the vacuum tube type solar collector of the first invention,
The liquid refrigerant is supplied from the side of the evaporation pipe (46) which becomes the lower end when it is arranged.
これにより、蒸発した冷媒（ガス冷媒）を、効率よく蒸発管（46）内で流すことができる。 Thereby, the evaporated refrigerant | coolant (gas refrigerant | coolant) can be efficiently flowed in an evaporation pipe | tube (46).
また、第５の発明は、
第１の発明の真空管式太陽集熱器において、
前記真空管式集熱管（41）は、複数が並列に接続されていることを特徴とする。
In addition, the fifth invention,
In the vacuum tube type solar collector of the first invention,
A plurality of the vacuum tube type heat collecting tubes (41) are connected in parallel.
これにより、複数の真空管式集熱管（41）によって冷媒の加熱が行われる。 Thereby, the refrigerant is heated by the plurality of vacuum tube type heat collecting tubes (41).
また、第６の発明は、
第５の発明の真空管式太陽集熱器において、
それぞれの蒸発管（46）は、それぞれの蒸発管（46）へ冷媒の流通抵抗を等しくする抵抗管（33）を介して並列に接続されていることを特徴とする。
In addition, the sixth invention,
In the vacuum tube type solar collector of the fifth invention,
Each of the evaporation pipes (46) is connected in parallel to each of the evaporation pipes (46) via a resistance pipe (33) that equalizes the flow resistance of the refrigerant.
これにより、それぞれの真空管式集熱管（41）に対して均等に冷媒が分配される。 Thereby, a refrigerant | coolant is equally distributed with respect to each vacuum tube type heat collecting tube (41).
また、第７の発明は、
第１の発明の真空管式太陽集熱器と、
前記真空管式太陽集熱器と並列に接続され、空気から集熱する蒸発器（23）と、
を備えたことを特徴とする。
In addition, the seventh invention,
A vacuum tube type solar collector of the first invention;
An evaporator (23) connected in parallel with the vacuum tube solar collector and collecting heat from the air;
It is provided with.
これにより、空気から集熱する蒸発器（23）と、真空管式太陽集熱器が併用されて、暖房が行われる。 As a result, the evaporator (23) that collects heat from the air and the vacuum tube solar collector are used together to perform heating.
第１の発明によれば、液冷媒が液冷媒保持手段（48）によって真空管式集熱管（41）の蒸発管（46）内に保持されて、該蒸発管（46）の内面壁に接触させられるので、寒冷地で外気温が低くとも太陽熱エネルギーをロスすることなく利用し、効率よく液冷媒を蒸発させることができる。このように蒸発の効率が向上することで、真空管式太陽集熱器の小型化が可能になる。 According to the first invention, the liquid refrigerant is held in the evaporation pipe (46) of the vacuum tube type heat collecting pipe (41) by the liquid refrigerant holding means (48) and brought into contact with the inner wall of the evaporation pipe (46). Therefore, even if the outside air temperature is low in a cold region, it can be used without losing solar thermal energy, and the liquid refrigerant can be efficiently evaporated. Thus, by improving the evaporation efficiency, the vacuum tube type solar collector can be downsized.
また、第２の発明によれば、屋根の様の斜面に蒸発管（46）を取り付け、下から液冷媒を供給しても、ウイック（48）が、供給された液冷媒を浸透させて保持するとともに、保持した液冷媒を蒸発管（46）の内面壁に接触させ、高さ方向にあげるので、蒸発管（46）の内面壁の全面で冷媒の加熱を効率よく行うことができる。 According to the second aspect of the invention, even if the evaporation pipe (46) is attached to the roof-like slope and the liquid refrigerant is supplied from below, the wick (48) permeates and holds the supplied liquid refrigerant. At the same time, since the held liquid refrigerant is brought into contact with the inner wall of the evaporation pipe (46) and raised in the height direction, the refrigerant can be efficiently heated on the entire inner wall of the evaporation pipe (46).
また、第３の発明によれば、屋根の様の斜面に蒸発管（46）を取り付け、下から液冷媒を供給しても、蒸発管（46）に設けられた溝（49）が、供給された液冷媒を毛管現象によって取り込んで保持するとともに、保持した液冷媒を蒸発管（46）の内面壁に接触させ、高さ方向にあげるので、蒸発管（46）の内面壁の全面で冷媒の加熱を効率よく行うことができる。 According to the third aspect of the invention, even if the evaporation pipe (46) is attached to the roof-like slope, and the liquid refrigerant is supplied from below, the groove (49) provided in the evaporation pipe (46) is supplied. The captured liquid refrigerant is taken in by capillarity and held, and the held liquid refrigerant is brought into contact with the inner wall of the evaporation pipe (46) and raised in the height direction, so that the refrigerant is spread over the entire inner wall of the evaporation pipe (46). Can be efficiently performed.
また、第４の発明によれば、蒸発した冷媒（ガス冷媒）を、効率よく蒸発管（46）内で流すことができるので、暖房システムのＣＯＰをより向上させることができる。 Further, according to the fourth invention, the evaporated refrigerant (gas refrigerant) can be efficiently flowed in the evaporation pipe (46), so that the COP of the heating system can be further improved.
また、第５の発明によれば、複数の真空管式集熱管（41）で冷媒の加熱が行われるので、所望の量のガス冷媒を得ることができる。 Further, according to the fifth aspect, since the refrigerant is heated by the plurality of vacuum tube type heat collecting tubes (41), a desired amount of gas refrigerant can be obtained.
また、第６の発明によれば、 それぞれの真空管式集熱管（41）に対して均等に冷媒が分配されるので、各真空管式集熱管（41）を効率よく機能させることができる。すなわち、この真空管式集熱管（41）を用いた暖房システムのＣＯＰをより向上させることができる。 Further, according to the sixth invention, since the refrigerant is evenly distributed to the respective vacuum tube-type heat collecting tubes (41), each vacuum tube-type heat collecting tube (41) can be functioned efficiently. That is, the COP of the heating system using this vacuum tube type heat collecting tube (41) can be further improved.
また、第７の発明によれば、空気熱源ユニットと太陽熱源ユニットとが併用された従来の暖房システムと比べ、ＣＯＰをより向上させることができる。 Moreover, according to 7th invention, compared with the conventional heating system with which the air heat source unit and the solar heat source unit were used together, COP can be improved more.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.
本発明の実施形態に係る真空管式太陽集熱器は、例えば、暖房運転が可能なヒートポンプ式の空気調和装置（暖房システム）において、空気を熱源とした熱交換器と並列に接続されて暖房用の熱を供給する。 The vacuum tube type solar collector according to the embodiment of the present invention is connected to a heat exchanger using air as a heat source in parallel with a heat exchanger in a heat pump type air conditioner (heating system) capable of heating operation, for example. To supply heat.
＜暖房システムの全体構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る真空管式太陽集熱器を含んだ暖房システム（1）のシステム図である。この暖房システム（1）は、図１に示すように、凝縮器（10）、空気熱源ユニット（20）、及び太陽熱源ユニット（30）を備えている。空気熱源ユニット（20）は、室外空気を熱源として吸熱を行い、太陽熱源ユニット（30）は、太陽光を熱源として吸熱を行う。暖房システム（1）では、太陽熱源ユニット（30）と空気熱源ユニット（20）とは、第１及び第２連絡配管（11,12）を介して互いに並列に接続され、さらに、この第１及び第２連絡配管（11,12）によって凝縮器（10）と接続されている。これにより、この暖房システム（1）では、冷媒（例えばＣＯ２）が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる冷媒回路（13）が構成されている。
<Overall configuration of heating system>
FIG. 1 is a system diagram of a heating system (1) including a vacuum tube type solar collector according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the heating system (1) includes a condenser (10), an air heat source unit (20), and a solar heat source unit (30). The air heat source unit (20) absorbs heat using outdoor air as a heat source, and the solar heat source unit (30) absorbs heat using sunlight as a heat source. In the heating system (1), the solar heat source unit (30) and the air heat source unit (20) are connected in parallel to each other via the first and second connecting pipes (11, 12). The second communication pipe (11, 12) is connected to the condenser (10). Thereby, in the heating system (1), the refrigerant (e.g., CO 2) refrigerant circuit is the refrigeration cycle of the circulating vapor compression is performed (13) is configured.
凝縮器（10）は、暖房を行う室内に配置されたいわゆる室内機に組み込まれている。そして、空気熱源ユニット（20）及び太陽熱源ユニット（30）から送られた高圧冷媒の熱を室内空気へ放熱して高圧冷媒を凝縮させる。この凝縮器（10）には、具体的には例えば、クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器などを採用することができる。なお、図示はしていないが、凝縮器（10）の近傍に室内ファンが設置され、凝縮器（10）とともに室内機に組み込まれている。 The condenser (10) is incorporated in a so-called indoor unit arranged in a room that performs heating. And the heat | fever of the high pressure refrigerant | coolant sent from the air heat source unit (20) and the solar heat source unit (30) is thermally radiated to indoor air, and a high pressure refrigerant | coolant is condensed. Specifically, for example, a cross fin type fin-and-tube heat exchanger or the like can be adopted as the condenser (10). Although not shown, an indoor fan is installed in the vicinity of the condenser (10), and is incorporated in the indoor unit together with the condenser (10).
空気熱源ユニット（20）は、いわゆる室外機に組み込まれ、室外の空気から暖房用の熱を吸熱する。この例では、空気熱源ユニット（20）は、空気熱源ユニット側圧縮機（21）、膨張機（22）、熱交換器（23）、及び室外ファン（24）を備えている。 The air heat source unit (20) is incorporated in a so-called outdoor unit and absorbs heat for heating from outdoor air. In this example, the air heat source unit (20) includes an air heat source unit side compressor (21), an expander (22), a heat exchanger (23), and an outdoor fan (24).
空気熱源ユニット側圧縮機（21）は、吸入ポートから吸入した冷媒を圧縮し、吐出ポートから圧縮した冷媒を吐出する。本実施形態では、空気熱源ユニット側圧縮機（21）の吸入ポート側が熱交換器（23）に接続され、吐出ポート側が第１連絡配管（11）を介して凝縮器（10）に接続されている。この空気熱源ユニット側圧縮機（21）には、例えばスクロール圧縮機などの種々の圧縮機を採用できる。 The air heat source unit side compressor (21) compresses the refrigerant sucked from the suction port and discharges the compressed refrigerant from the discharge port. In this embodiment, the suction port side of the air heat source unit side compressor (21) is connected to the heat exchanger (23), and the discharge port side is connected to the condenser (10) via the first connection pipe (11). Yes. Various compressors such as a scroll compressor can be adopted as the air heat source unit side compressor (21).
膨張機（22）は、流入孔が第２連絡配管（12）を介して凝縮器（10）に接続され、流出孔が熱交換器（23）に接続され、冷凍サイクルの膨張行程を行う。そして、凝縮器（10）から流入した冷媒を膨張させて、所定の圧力まで減圧させて、熱交換器（23）に流出させる。この膨張機（22）には、例えば、いわゆるロータリ式膨張機などを採用できる。このロータリ式膨張機（膨張機（22））は、流入した冷媒を膨張させて動力を発生させる。発生させた動力は、空気熱源ユニット側圧縮機（21）を直接駆動したり、発電機を駆動させて、発電した電力を空気熱源ユニット側圧縮機（21）に供給したりすることによって回収する。 The expander (22) has an inflow hole connected to the condenser (10) via the second communication pipe (12) and an outflow hole connected to the heat exchanger (23), and performs an expansion process of the refrigeration cycle. Then, the refrigerant flowing in from the condenser (10) is expanded, depressurized to a predetermined pressure, and flows out to the heat exchanger (23). As the expander (22), for example, a so-called rotary expander can be employed. This rotary expander (expander (22)) expands the refrigerant that has flowed in to generate power. The generated power is recovered by directly driving the air heat source unit side compressor (21) or by driving the generator to supply the generated power to the air heat source unit side compressor (21). .
熱交換器（23）は、膨張機（22）を介して冷媒が供給され、この冷媒を室外空気の熱で蒸発させる蒸発器として機能する。熱交換器（23）には、例えばクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器などを採用することができる。この熱交換器（23）の近傍には、室外ファン（24）が設置されている。室外ファン（24）は、熱交換器（23）へ室外空気を送風する。 The heat exchanger (23) functions as an evaporator that is supplied with refrigerant through the expander (22) and evaporates the refrigerant with the heat of outdoor air. As the heat exchanger (23), for example, a cross fin type fin-and-tube heat exchanger or the like can be employed. An outdoor fan (24) is installed in the vicinity of the heat exchanger (23). The outdoor fan (24) blows outdoor air to the heat exchanger (23).
太陽熱源ユニット（30）は、太陽熱源ユニット側圧縮機（31）、膨張弁（32）、及び真空管式太陽集熱器（40）を備え、太陽光から暖房用の熱を吸熱する。 The solar heat source unit (30) includes a solar heat source unit side compressor (31), an expansion valve (32), and a vacuum tube solar collector (40), and absorbs heat for heating from sunlight.
太陽熱源ユニット側圧縮機（31）は、吸入ポートから吸入した冷媒を圧縮し、吐出ポートから圧縮した冷媒を吐出する。本実施形態では、太陽熱源ユニット側圧縮機（31）の吸入側が真空管式太陽集熱器（40）に接続され、吐出側が第１連絡配管（11）を介して凝縮器（10）に接続されている。この空気熱源ユニット側圧縮機（21）には、例えばスクロール圧縮機などの種々の圧縮機を採用できる。 The solar heat source unit side compressor (31) compresses the refrigerant sucked from the suction port and discharges the compressed refrigerant from the discharge port. In this embodiment, the suction side of the solar heat source unit side compressor (31) is connected to the vacuum tube type solar collector (40), and the discharge side is connected to the condenser (10) via the first connection pipe (11). ing. Various compressors such as a scroll compressor can be adopted as the air heat source unit side compressor (21).
膨張弁（32）は、流入孔が第２連絡配管（12）を介して凝縮器（10）に接続され、流出孔が真空管式太陽集熱器（40）に接続されている。そして、凝縮器（10）から流入した冷媒を膨張させて、所定の圧力まで減圧させて、真空管式太陽集熱器（40）に流出させる。 The expansion valve (32) has an inflow hole connected to the condenser (10) via the second communication pipe (12), and an outflow hole connected to the vacuum tube solar collector (40). Then, the refrigerant flowing in from the condenser (10) is expanded, depressurized to a predetermined pressure, and flows out to the vacuum tube solar collector (40).
真空管式太陽集熱器（40）は、たとえば戸建住宅などの建造物の屋根に設置されて、膨張弁（32）から供給された低圧の冷媒を太陽熱で蒸発させる蒸発器として機能する。この真空管式太陽集熱器（40）を屋根に設置する際には、その屋根の傾斜に応じて斜めに傾斜させて配置するのが一般的である。日本国内での設置角度は、概ね30°〜45°程度であり、例えば降雪が多い地域などでは、傾斜角度を大きくする。 The vacuum tube type solar collector (40) is installed on the roof of a building such as a detached house, for example, and functions as an evaporator that evaporates low-pressure refrigerant supplied from the expansion valve (32) by solar heat. When this vacuum tube solar collector (40) is installed on a roof, it is generally arranged to be inclined obliquely according to the inclination of the roof. The installation angle in Japan is approximately 30 ° to 45 °. For example, in an area where there is a lot of snowfall, the inclination angle is increased.
次に、真空管式太陽集熱器（40）の構成について詳述する。 Next, the configuration of the vacuum tube solar collector (40) will be described in detail.
本実施形態の真空管式太陽集熱器（40）は、流入した液体状の冷媒（液冷媒）を蒸発させる真空管式集熱管（41）を複数備えている。これらの真空管式集熱管（41）は互いに並列に接続されている。そして、各真空管式集熱管（41）は、この真空管式太陽集熱器（40）を設置した状態で、冷媒の流れ方向が設置場所（例えば戸建住宅の屋根等）の傾斜に沿うように配置されるとともに、設置状態で下端となる側から、膨張弁（32）から送られてきた液冷媒が供給されている（図２を参照）。この際、これらの真空管式集熱管（41）（詳しくは後述する蒸発管（46））には、図３に示すように、抵抗管（33）を介して、膨張弁（32）から送られてきた二相冷媒を分配している。この抵抗管（33）は、それぞれの真空管式集熱管（41）へ冷媒の流通抵抗を等しくするための配管である。 The vacuum tube type solar collector (40) of the present embodiment includes a plurality of vacuum tube type heat collection tubes (41) for evaporating the flowing liquid refrigerant (liquid refrigerant). These vacuum tube type heat collecting tubes (41) are connected in parallel to each other. And each vacuum tube type heat collecting tube (41) is the state which installed this vacuum tube type solar collector (40), and the flow direction of a refrigerant | coolant follows the inclination of an installation place (for example, roof of a detached house etc.). While being disposed, the liquid refrigerant sent from the expansion valve (32) is supplied from the lower end side in the installed state (see FIG. 2). At this time, these vacuum tube type heat collecting tubes (41) (more specifically, an evaporation tube (46) to be described later) are sent from an expansion valve (32) through a resistance tube (33) as shown in FIG. Distributing the two-phase refrigerant. The resistance pipe (33) is a pipe for equalizing the flow resistance of the refrigerant to each vacuum tube type heat collecting pipe (41).
それぞれの真空管式集熱管（41）は、図４に示すように、２重ガラス管（42）と、この２重ガラス管（42）の内側（詳しくは後述の内側ガラス管（44）の内側）に設けられて液冷媒が供給される蒸発管（46）とを備えている。２重ガラス管（42）は、外側ガラス管（43）と内側ガラス管（44）との２重構造に構成されている。この外側ガラス管（43）と内側ガラス管（44）との間には隙間（層）が設けられている。そして、この層は真空状態に保持され、この層で真空断熱層（45）を形成している。 As shown in FIG. 4, each vacuum tube type heat collecting tube (41) includes a double glass tube (42) and an inner side of the double glass tube (42) (in detail, an inner side of an inner glass tube (44) described later). ) And an evaporation pipe (46) to which liquid refrigerant is supplied. The double glass tube (42) has a double structure of an outer glass tube (43) and an inner glass tube (44). A gap (layer) is provided between the outer glass tube (43) and the inner glass tube (44). This layer is maintained in a vacuum state, and this layer forms a vacuum heat insulating layer (45).
蒸発管（46）は、２重ガラス管（42）を介して入射した太陽光から熱を吸熱して液冷媒を蒸発させる。この例では具体的には蒸発管（46）は、銅管で形成されている。また、本実施形態では、この蒸発管（46）を内側ガラス管（44）内に配置した状態で、これらの間に隙間ができるように、内側ガラス管（44）の内径、及び蒸発管（46）の外径を設定し、蒸発管（46）と内側ガラス管（44）との間に空気層（47）を形成している。この蒸発管（46）には、既述の通り、抵抗管（33）を介して膨張弁（32）からの二相冷媒が供給される。 The evaporator tube (46) absorbs heat from sunlight incident through the double glass tube (42) to evaporate the liquid refrigerant. In this example, specifically, the evaporation pipe (46) is formed of a copper pipe. Further, in the present embodiment, in a state where the evaporation tube (46) is disposed in the inner glass tube (44), an inner diameter of the inner glass tube (44) and an evaporation tube ( The outer diameter of 46) is set, and an air layer (47) is formed between the evaporation tube (46) and the inner glass tube (44). As described above, the two-phase refrigerant from the expansion valve (32) is supplied to the evaporation pipe (46) via the resistance pipe (33).
また、この蒸発管（46）の管内には、図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、液冷媒を保持する液冷媒保持手段としてウイック（48）が設けられている。本実施形態では、ウイック（48）は、蒸発管（46）の内面壁に沿うように、且つ蒸発管（46）の中心に空洞ができるように設けられている。そして、このウイック（48）は、蒸発管（46）の下端側から供給された液冷媒を浸透させて保持するとともに、保持した液冷媒を蒸発管（46）の内面壁に接触させる。このようなウイック（48）としては、例えば、金属多孔質体、多孔質セラミック、繊維の集合体などが挙げられる。 Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, a wick (48) is provided in the evaporation pipe (46) as liquid refrigerant holding means for holding liquid refrigerant. In the present embodiment, the wick (48) is provided along the inner wall of the evaporation pipe (46) and so as to form a cavity at the center of the evaporation pipe (46). The wick (48) permeates and holds the liquid refrigerant supplied from the lower end side of the evaporation pipe (46) and brings the held liquid refrigerant into contact with the inner wall of the evaporation pipe (46). Examples of such wicks (48) include metal porous bodies, porous ceramics, fiber aggregates, and the like.
このように構成された蒸発管（46）では、例えば屋根などにおいて太陽光を受けると、太陽光は２重ガラス管（42）を通過して、蒸発管（46）と内側ガラス管（44）との間に形成された空気層（47）に到達し、この空気層（47）の空気を加熱する。この加熱された空気は蒸発管（46）を加熱する。また、空気層（47）を通過した太陽光は、蒸発管（46）の表面を加熱する。このように蒸発管（46）の表面が加熱されると、その熱は蒸発管（46）の内面壁に伝導し、蒸発管（46）の内面壁とウイック（48）との界面の液冷媒が加熱されて蒸発する。 In the thus configured evaporator tube (46), for example, when sunlight is received on a roof or the like, the sunlight passes through the double glass tube (42), and the evaporator tube (46) and the inner glass tube (44). The air layer (47) formed between the air layers (47) is reached and the air in the air layer (47) is heated. This heated air heats the evaporator tube (46). Moreover, the sunlight which passed the air layer (47) heats the surface of an evaporation pipe (46). When the surface of the evaporation pipe (46) is heated in this way, the heat is conducted to the inner wall of the evaporation pipe (46), and the liquid refrigerant at the interface between the inner wall of the evaporation pipe (46) and the wick (48). Evaporates when heated.
以上のように構成された暖房システム（1）における暖房運転は、空気熱源ユニット（20）のみを用いて太陽熱源ユニット（30）を用いない第１の暖房運転モードと、太陽熱源ユニット（30）と空気熱源ユニット（20）とを併用した第２の暖房運転モードとの２つの暖房運転モードとが可能である。第１の暖房運転モードでは空気熱源ユニット（20）の熱交換器（23）が蒸発器として機能して暖房を行い、第２の暖房運転モードでは、太陽熱源ユニット（30）の真空管式太陽集熱器（40）、及び空気熱源ユニット（20）の熱交換器（23）がそれぞれ蒸発器として機能して暖房を行う。 The heating operation in the heating system (1) configured as described above includes the first heating operation mode using only the air heat source unit (20) and not the solar heat source unit (30), and the solar heat source unit (30). And two heating operation modes including a second heating operation mode in which the air heat source unit (20) is used in combination. In the first heating operation mode, the heat exchanger (23) of the air heat source unit (20) functions as an evaporator for heating, and in the second heating operation mode, the vacuum tube solar collector of the solar heat source unit (30). The heater (40) and the heat exchanger (23) of the air heat source unit (20) each function as an evaporator to perform heating.
＜暖房システム（1）の運転動作＞
上記の第１の暖房運転モード及び第２の暖房運転モードのそれぞれについての運転動作を説明する。
<Operation of heating system (1)>
The operation of each of the first heating operation mode and the second heating operation mode will be described.
（第１の暖房運転モード）
例えば、夜間などには、空気熱源ユニット（20）のみを用いる第１の暖房運転モードで暖房が行われる。第１の暖房運転モードでは、空気熱源ユニット側圧縮機（21）のみが運転状態にされる。これにより、冷媒回路（13）では、空気熱源ユニット側圧縮機（21）で冷媒を圧縮する冷凍サイクルが行われる。この際、空気熱源ユニット側圧縮機（21）から吐出された冷媒（ガス冷媒）は、第１連絡配管（11）を通って室内機の凝縮器（10）へ送られる。凝縮器（10）に流入した冷媒は、室内空気へ放熱して凝縮する。凝縮器（10）では室内空気が加熱され、加熱された室内空気が室内へ送り返される。凝縮器（10）で凝縮した冷媒は、第２連絡配管（12）を介して室外機（空気熱源ユニット（20））へ送られる。室外機に流入した冷媒は、膨張機（22）を通過する際に減圧され、その後に熱交換器（23）で室外空気から吸熱して蒸発する。熱交換器（23）で蒸発した冷媒は、空気熱源ユニット側圧縮機（21）へ吸入されて圧縮される。
(First heating operation mode)
For example, at night, heating is performed in the first heating operation mode using only the air heat source unit (20). In the first heating operation mode, only the air heat source unit side compressor (21) is put into operation. Thereby, in a refrigerant circuit (13), the refrigerating cycle which compresses a refrigerant | coolant with the air heat source unit side compressor (21) is performed. At this time, the refrigerant (gas refrigerant) discharged from the air heat source unit side compressor (21) is sent to the condenser (10) of the indoor unit through the first connection pipe (11). The refrigerant flowing into the condenser (10) dissipates heat to the indoor air and condenses. In the condenser (10), room air is heated, and the heated room air is sent back into the room. The refrigerant condensed in the condenser (10) is sent to the outdoor unit (air heat source unit (20)) through the second connection pipe (12). The refrigerant flowing into the outdoor unit is decompressed when passing through the expander (22), and then evaporates by absorbing heat from the outdoor air in the heat exchanger (23). The refrigerant evaporated in the heat exchanger (23) is sucked into the air heat source unit side compressor (21) and compressed.
（第２の暖房運転モード）
一方、太陽熱源ユニット（30）と空気熱源ユニット（20）とを併用した第２の暖房運転モードでは、太陽熱源ユニット側圧縮機（31）と空気熱源ユニット側圧縮機（21）の両方が運転状態にされる。これにより、冷媒回路（13）では、太陽熱源ユニット側圧縮機（31）及び空気熱源ユニット側圧縮機（21）で冷媒を圧縮する冷凍サイクルが行われる。この際、太陽熱源ユニット側圧縮機（31）の吐出圧と空気熱源ユニット側圧縮機（21）の吐出圧とが同じになるように、太陽熱源ユニット側圧縮機（31）と空気熱源ユニット側圧縮機（21）の運転状態がそれぞれ制御される。
(Second heating operation mode)
On the other hand, in the second heating operation mode using both the solar heat source unit (30) and the air heat source unit (20), both the solar heat source unit side compressor (31) and the air heat source unit side compressor (21) are operated. Put into a state. Thereby, in a refrigerant circuit (13), the refrigerating cycle which compresses a refrigerant with a solar heat source unit side compressor (31) and an air heat source unit side compressor (21) is performed. At this time, the solar heat source unit side compressor (31) and the air heat source unit side are set so that the discharge pressure of the solar heat source unit side compressor (31) and the discharge pressure of the air heat source unit side compressor (21) become the same. The operating state of the compressor (21) is controlled.
この第２の暖房運転モードでは、太陽熱源ユニット側圧縮機（31）及び空気熱源ユニット側圧縮機（21）からそれぞれ吐出された冷媒（ガス冷媒）は、第１連絡配管（11）を通って室内機の凝縮器（10）へ送られる。凝縮器（10）に流入した冷媒は、室内空気へ放熱して凝縮する。凝縮器（10）では室内空気が加熱され、加熱された室内空気が室内へ送り返される。凝縮器（10）で凝縮した冷媒は、第２連絡配管（12）を介して室外機（空気熱源ユニット（20））及び太陽熱源ユニット（30）へ送られる。室外機（空気熱源ユニット（20））に流入した冷媒は、膨張機（22）を通過する際に減圧され、その後に熱交換器（23）で室外空気から吸熱して蒸発する。熱交換器（23）で蒸発した冷媒は、空気熱源ユニット側圧縮機（21）へ吸入されて圧縮される。 In the second heating operation mode, the refrigerant (gas refrigerant) discharged from the solar heat source unit side compressor (31) and the air heat source unit side compressor (21) passes through the first connection pipe (11). It is sent to the condenser (10) of the indoor unit. The refrigerant flowing into the condenser (10) dissipates heat to the indoor air and condenses. In the condenser (10), room air is heated, and the heated room air is sent back into the room. The refrigerant condensed in the condenser (10) is sent to the outdoor unit (air heat source unit (20)) and solar heat source unit (30) through the second connection pipe (12). The refrigerant flowing into the outdoor unit (air heat source unit (20)) is decompressed when passing through the expander (22), and then absorbs heat from the outdoor air and evaporates in the heat exchanger (23). The refrigerant evaporated in the heat exchanger (23) is sucked into the air heat source unit side compressor (21) and compressed.
一方、太陽熱源ユニット（30）に流入した冷媒は、膨張弁（32）を通過する際に減圧され、真空管式太陽集熱器（40）に送られる。真空管式太陽集熱器（40）では、抵抗管（33）を介して各真空管式集熱管（41）内の蒸発管（46）に冷媒（液冷媒）が均等に分配される。蒸発管（46）内に流入した液冷媒は、蒸発管（46）内に設けられたウイック（48）内に浸透して上昇する。ウイック（48）に浸透した液冷媒の一部は、蒸発管（46）の内面壁とウイック（48）との界面において、該蒸発管（46）の内面壁に接触する。 On the other hand, the refrigerant flowing into the solar heat source unit (30) is depressurized when passing through the expansion valve (32) and is sent to the vacuum tube solar collector (40). In the vacuum tube type solar collector (40), the refrigerant (liquid refrigerant) is evenly distributed to the evaporation tubes (46) in each vacuum tube type heat collection tube (41) through the resistance tube (33). The liquid refrigerant that has flowed into the evaporation pipe (46) penetrates into the wick (48) provided in the evaporation pipe (46) and rises. A portion of the liquid refrigerant that has permeated the wick (48) contacts the inner wall of the evaporation pipe (46) at the interface between the inner wall of the evaporation pipe (46) and the wick (48).
ここで、真空管式集熱管（41）が太陽光を受けると、太陽光は真空管式集熱管（41）の２重ガラス管（42）を通過して、蒸発管（46）と内側ガラス管（44）との間に形成された空気層（47）に到達し、この空気層（47）の空気を加熱する。なお、この真空管式集熱管（41）では、２重ガラス管（42）が真空断熱層（45）を有しているので、入射した光によって生じた熱は真空管式集熱管（41）の外に対流と伝導により放熱することが殆どない。したがって、寒冷地などでも外気温や風などの影響を受けることなく太陽からの熱を吸熱することができる。 Here, when the vacuum tube type heat collecting tube (41) receives sunlight, the sunlight passes through the double glass tube (42) of the vacuum tube type heat collecting tube (41), and the evaporation tube (46) and the inner glass tube ( 44), and the air in the air layer (47) is heated. In this vacuum tube type heat collecting tube (41), since the double glass tube (42) has a vacuum heat insulating layer (45), the heat generated by the incident light is outside the vacuum tube type heat collecting tube (41). However, heat is hardly dissipated by convection and conduction. Therefore, heat from the sun can be absorbed without being affected by outside air temperature, wind, etc. even in cold regions.
空気層（47）を通過した太陽光が主に蒸発管（46）の表面を加熱する。このように蒸発管（46）の表面が加熱されると、その熱は蒸発管（46）の内面壁に伝導し、蒸発管（46）の内面壁とウイック（48）との界面の液冷媒が加熱されて蒸発する。 The sunlight that has passed through the air layer (47) mainly heats the surface of the evaporator tube (46). When the surface of the evaporation pipe (46) is heated in this way, the heat is conducted to the inner wall of the evaporation pipe (46), and the liquid refrigerant at the interface between the inner wall of the evaporation pipe (46) and the wick (48). Evaporates when heated.
蒸発した冷媒（ガス冷媒）は、ウイック（48）の中を通り抜け、さらに、蒸発管（46）内の空洞部分を該蒸発管（46）の上方に向かって流れて、該蒸発管（46）の上端から流出する。このように、蒸発管（46）内では、冷媒が液相と気相とに分離されて熱交換（蒸発）とガス冷媒の流通が行われる。それぞれの真空管式集熱管（41）（蒸発管（46））から流出したガス冷媒は、太陽熱源ユニット側圧縮機（31）へ吸入されて圧縮される。 The evaporated refrigerant (gas refrigerant) passes through the wick (48), and further flows through a hollow portion in the evaporation pipe (46) toward the upper side of the evaporation pipe (46). Flows out from the top of Thus, in the evaporation pipe (46), the refrigerant is separated into a liquid phase and a gas phase, and heat exchange (evaporation) and circulation of the gas refrigerant are performed. The gas refrigerant flowing out from each vacuum tube type heat collecting tube (41) (evaporating tube (46)) is sucked into the solar heat source unit side compressor (31) and compressed.
このように太陽熱源ユニット（30）と空気熱源ユニット（20）とを併用すると、図６のｐ−ｈ線図に示すように、空気熱源ユニット（20）のみを用いる第１の暖房運転モードよりも高いＣＯＰを実現できる。 When the solar heat source unit (30) and the air heat source unit (20) are used in combination, as shown in the ph diagram of FIG. 6, the first heating operation mode using only the air heat source unit (20) is used. High COP can be realized.
以上のように、本実施形態によれば、蒸発管（46）が屋根等に設置され、液冷媒が下方から供給されても、液冷媒がウイック（48）によって真空管式集熱管（41）の蒸発管（46）内に保持されて、該蒸発管（46）の内面壁の全面に接触させられるので、効率よく液冷媒を蒸発させることができる。このように蒸発の効率が向上することで、真空管式太陽集熱器（40）の小型化が可能になる。しかも、抵抗管（33）によって、それぞれの真空管式集熱管（41）への冷媒の流通抵抗が等しくなっているので、それぞれ真空管式集熱管（41）に対して冷媒が均等に分配され、各真空管式集熱管（41）を効率よく機能させることができる。すなわち、暖房システム（1）のＣＯＰをより向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, even if the evaporation pipe (46) is installed on the roof or the like and the liquid refrigerant is supplied from below, the liquid refrigerant is supplied to the vacuum tube-type heat collecting pipe (41) by the wick (48). Since it is held in the evaporation pipe (46) and brought into contact with the entire inner wall of the evaporation pipe (46), the liquid refrigerant can be efficiently evaporated. Thus, by improving the evaporation efficiency, the vacuum tube solar collector (40) can be downsized. Moreover, since the resistance of the refrigerant to the respective vacuum tube-type heat collecting tubes (41) is equalized by the resistance tubes (33), the refrigerant is evenly distributed to the respective vacuum tube-type heat collecting tubes (41). The vacuum tube type heat collecting tube (41) can be functioned efficiently. That is, the COP of the heating system (1) can be further improved.
また、蒸発管（46）内では、冷媒が液相と気相とに分離されて熱交換（蒸発）が行われるので、ガス冷媒の流れに液冷媒が混入するのを防止できる。そのため、蒸発管（46）内では液冷媒の偏流が防止され、その結果、効率よくガス冷媒を流すことができる。 Further, in the evaporation pipe (46), the refrigerant is separated into the liquid phase and the gas phase and heat exchange (evaporation) is performed, so that the liquid refrigerant can be prevented from being mixed into the flow of the gas refrigerant. Therefore, the liquid refrigerant is prevented from drifting in the evaporation pipe (46), and as a result, the gas refrigerant can flow efficiently.
《その他の実施形態》
なお、蒸発管（46）における液冷媒を保持する液冷媒保持手段は、ウイック（48）には限定されない。例えば、蒸発管（46）の内周面に、毛管現象を生じさせる、ストレートあるいはスパイラル状の溝を設けてもよい。図７は、蒸発管（46）の断面図であり、この例では、蒸発管（46）内にストレートの溝（溝（49））を設けている。
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In addition, the liquid refrigerant holding means for holding the liquid refrigerant in the evaporation pipe (46) is not limited to the wick (48). For example, a straight or spiral groove that causes capillary action may be provided on the inner peripheral surface of the evaporation tube (46). FIG. 7 is a cross-sectional view of the evaporation pipe (46). In this example, a straight groove (groove (49)) is provided in the evaporation pipe (46).
また、蒸発管（46）と内側ガラス管（44）との間（上記の空気層（47））には、空気以外の気体、例えば不活性ガスを封入してもよい。また、蒸発管（46）と内側ガラス管（44）とが接するようにしてもよい。 Further, a gas other than air, for example, an inert gas, may be enclosed between the evaporation tube (46) and the inner glass tube (44) (the air layer (47)). Further, the evaporation tube (46) and the inner glass tube (44) may be in contact with each other.
本発明は、太陽光を熱源として吸熱を行う真空管式太陽集熱器、及びそれを用いた暖房システムとして有用である。 The present invention is useful as a vacuum tube type solar collector that absorbs heat using sunlight as a heat source and a heating system using the same.
1 暖房システム
２０ 空気熱源ユニット
２３ 熱交換器（蒸発器）
３０ 太陽熱源ユニット
３３ 抵抗管
４０ 真空管式太陽集熱器
４１ 真空管式集熱管
４２ ２重ガラス管（真空断熱部）
４５ 真空断熱層
４６ 蒸発管
４８ ウイック（液冷媒保持手段）
４９ 溝（液冷媒保持手段）
1
30 Solar
45
49 Groove (Liquid refrigerant holding means)
Claims (7)
前記蒸発管（46）の管内には、前記液冷媒を保持する液冷媒保持手段（48）が設けられていることを特徴とする真空管式太陽集熱器。 A vacuum tube type having a cylindrical vacuum heat insulating part (42) having a vacuum heat insulating layer (45) and an evaporation pipe (46) provided inside the vacuum heat insulating part (42) to which liquid refrigerant is supplied. A vacuum tube solar collector equipped with a heat collecting tube (41),
A vacuum tube type solar collector, wherein a liquid refrigerant holding means (48) for holding the liquid refrigerant is provided in the tube of the evaporation pipe (46).
前記液冷媒保持手段（48）は、ウイック（48）であることを特徴とする真空管式太陽集熱器。 The vacuum tube solar collector of claim 1,
The vacuum refrigerant solar collector, wherein the liquid refrigerant holding means (48) is a wick (48).
前記液冷媒保持手段（48）は、毛管現象を生じさせる溝（49）であることを特徴とする真空管式太陽集熱器。 The vacuum tube solar collector of claim 1,
The vacuum-tube solar collector, wherein the liquid refrigerant holding means (48) is a groove (49) that causes capillary action.
前記液冷媒は、前記蒸発管（46）の、配置された際に下端となる側から供給されることを特徴とする真空管式太陽集熱器。 The vacuum tube solar collector of claim 1,
The vacuum liquid solar collector, wherein the liquid refrigerant is supplied from a side of the evaporation pipe (46) which becomes the lower end when it is arranged.
前記真空管式集熱管（41）は、複数が並列に接続されていることを特徴とする真空管式太陽集熱器。 The vacuum tube solar collector of claim 1,
The vacuum tube type solar collector is characterized in that a plurality of the vacuum tube type heat collection tubes (41) are connected in parallel.
それぞれの蒸発管（46）は、それぞれの蒸発管（46）へ冷媒の流通抵抗を等しくする抵抗管（33）を介して並列に接続されていることを特徴とする真空管式太陽集熱器。 The vacuum tube solar collector according to claim 5,
Each of the evaporator tubes (46) is connected in parallel to each of the evaporator tubes (46) via a resistor tube (33) that equalizes the flow resistance of the refrigerant.
前記真空管式太陽集熱器と並列に接続され、空気から集熱する蒸発器（23）と、
を備えたことを特徴とする暖房システム。 A vacuum tube solar collector of claim 1;
An evaporator (23) connected in parallel with the vacuum tube solar collector and collecting heat from the air;
A heating system comprising:
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