(57)【要約】【課題】  集熱器を大型化させることなく高い集熱効率を確保することが可能なハイブリット集熱器及びそのハイブリット集熱器を用いた太陽熱暖房システムを提供する。【解決手段】  本発明に係るハイブリット集熱器１は、液状媒体が流れるフィン８付き配管６と、太陽光を導光させるための導光部９Ａと、フィン８付き配管６が配設されたケース本体部９とを備えている。ハイブリット集熱器１は、太陽光によって暖められた空気と、太陽光の受光により暖められたフィン８付き配管６内の液状流体との温度上昇を利用して、太陽光による太陽エネルギーを熱エネルギーとして取得する。ハイブリット集熱器１には、仕切り部１５ａ、１５ｂが空気流動空間１３に設けられており、仕切り部１５ａ、１５ｂによってケース本体部９に導入されてから排出されるまでの空気の流動経路１２が延伸される構造となっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状媒体が流れるフィン付き配管と、
太陽光を導光させるための導光部を有し、該導光部を介して前記太陽光が照射されると共に、前記フィン付き配管が配設されたケース本体部と
を備え、
前記導光部と前記フィン付き配管の間に形成される空気流動空間において前記太陽光によって暖められた空気と、前記太陽光の受光により暖められた前記フィン付き配管内の液状流体との温度上昇を利用して、前記太陽光による太陽エネルギーを熱エネルギーとして取得するハイブリット集熱器であって、
前記空気流動空間に仕切り部を設けて、前記ケース本体部に導入されてから前記ケース本体部から排出されるまでの前記空気の流動経路を延伸させることを特徴とするハイブリット集熱器。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリット集熱器を備えたことを特徴とする太陽熱暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状媒体が流れるフィン付き配管と、上面に太陽光を導光させるための導光部を有し、該導光部を介して前記太陽光が照射されると共に、前記フィン付き配管が配設されたケース本体部とを備えることを特徴とする。
【背景技術】
【０００２】
暖房機、給湯器では、石油燃料を燃焼させて得られるエネルギーを用いて空気を暖気に換えたり、水を温水に暖めたりして熱エネルギーを取得する方法が一般的に用いられている。しかしながら、地球温暖化防止等の観点より、石油燃料等の代替えとなる他のエネルギー資源に対する要望が高まっている。
【０００３】
石油燃料等の燃焼以外の方法を用いて熱エネルギー取得を行う方法として、太陽熱を利用した集熱器が考案されており、今日では、集熱効率を高めるために気状媒体と液状媒体とを用いて太陽光を利用した集熱を行うバイブリット集熱器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ハイブリット集熱器は、液状媒体を流すフィン付き配管と、その周囲に空気を流すための空気流動空間とを備えており、太陽エネルギーをフィン付き配管に集熱させて配管内の液状媒体の温度を上昇させることによって温水を得るとともに、フィンの放熱により温度上昇した空気を取得することによって、太陽エネルギーの集熱を行う装置である。この集熱器を用いて６リットル／時の水量と、０．４ｍ３／分の風量を用いて、液状媒体と気状媒体とによる熱エネルギー集熱効率の測定実験を行った結果、８２．５％という高い集熱効率を得ることが可能である旨の実験データを得ることができた。
【特許文献１】特開２００１−２２１５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したハイブリット集熱器を室内暖房として利用する場合、上述の実験で８２．５％の高い集熱効率を取得した０．４ｍ３／分の風量では、天井高２．５ｍの屋内において約３畳程度（９．６ｍ３）の暖気しか供給することができず、十分な暖房能力を得ることができない。上述した実験と同様の集熱効率を維持した状態で、ハイブリット集熱器を用いて居間等の広い部屋の暖房を行うためには、大型の集熱器を用いる必要が生ずるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、集熱器を大型化させることなく高い集熱効率を確保することが可能なハイブリット集熱器及びそのハイブリット集熱器を用いた太陽熱暖房システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るハイブリット集熱器は、液状媒体が流れるフィン付き配管と、太陽光を導光させるための導光部を有し、該導光部を介して前記太陽光が照射されると共に、前記フィン付き配管が配設されたケース本体部とを備え、前記導光部と前記フィン付き配管の間に形成される空気流動空間において前記太陽光によって暖められた空気と、前記太陽光の受光により暖められた前記フィン付き配管内の液状流体との温度上昇を利用して、前記太陽光による太陽エネルギーを熱エネルギーとして取得するハイブリット集熱器であって、前記空気流動空間に仕切り部を設けて、前記ケース本体部に導入されてから前記ケース本体部から排出されるまでの前記空気の流動経路を延伸させることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る太陽熱暖房システムは、前記ハイブリット集熱器を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るハイブリット集熱器によれば、ハイブリット集熱器の空気流動空間に仕切り部を設置して空気の流動経路を延伸させることによって、仕切り部を設置しない場合に比べて集熱効率を高めることができる。特に、仕切り部により送流される空気とフィン付き配管を流れる温水とが同方向に流れる（並流する）ように仕切り部を設置することによって、より高い集熱効率を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係るハイブリット集熱器を、図面を用いて説明を行う。
【００１１】
図１は、本発明に係るハイブリット集熱器１を備えた太陽熱暖房システム２を示した図である。太陽熱暖房システム２は、ハイブリット集熱器１と、循環水槽３と、ウォーターポンプ４と、ファン５とを備えている。
【００１２】
ハイブリット集熱器１には、水が流れるフィン８付き配管６が配設されており、一端部（図１の左下端部）７ａから水が導入されて、他端部（図１の左上端部）７ｂより排出される。他端部７ｂより排出される水は、バイブリット集熱器１により温められて恒温状態となる。ハイブリット集熱器１の他端部７ｂから排出された恒温水は、循環水槽３に導入されて熱エネルギーの吸収が行われる。熱エネルギー吸収によって低温化した水は、ウォーターポンプ４によりハイブリット集熱器１の一端７ａに送出されて循環される。なお、ハイブリット集熱器１の一端部７ａと他端部７ｂの位置は、図１に示すような左下端部、左上端部に限るものではなく、ケース本体部１２の端部、中央部に限らず、さらに左右においてもフィン８付き配管６が循環水槽３に導かれる構造であれば、ケース本体部９に対してどのように配設されていてもよい。
【００１３】
ハイブリット集熱器は、図２に示すように、フィン８が取り付けられた配管６と、配管６が収納されるケース本体部９とを有している。ケース本体部９は直方体形状を呈しており、天井面には太陽光Ｓを導光させる導光部９Ａが形成されている。ケース本体部９には、導光部９Ａを介して照射された太陽光Ｓを臨むようにしてフィン８付き配管６が底面（照射面）９ｂ一面に配設される。導光部９Ａには、上板面９ａが封設されており、導光部９Ａを介して外気が入り込まない構造となっている。
【００１４】
フィン８付き配管６は、熱伝導係数の小さい空気側の伝熱を促進させるために、薄い円盤状の突起板であるフィン８を配管６の周囲に多数取り付けて伝熱面積を大きくしたものである。フィン８付き配管は、図１に示すように、ケース本体部９の左下端部７ａよりケースの上端辺に平行に配設され、右端部で１８０度Ｕターンした後に再度を左端部へと延設され、左端部でＵターンをした後に再度右端部へと延設される。このように左右端部でＵターンを繰り返すようにして左上端部７ｂまでフィン８付き配管６が延設され、ケース本体部９の底面９ｂ一面を覆うように施設される。
【００１５】
ケース本体部９の一側面９ｃには、２つの外気導入用開口１０ａ、１０ｂと、１つの暖気取り出し用開口１１とが形成されている。暖気取り出し用開口１１には、ケース本体部９内の空気を吸引するファン５が設けられており、ファン５の駆動に伴って外気導入用開口１０ａ、１０ｂより導入された外気がケース本体部９内を廻って暖気取り出し用開口１１から排出される。
【００１６】
ケース本体部９の導光部９Ａとフィン８付き配管６との間には、空気の流通経路１２を形成する空気流通空間１３が形成されている。空気流通空間１３には、フィン８付き配管６に交差する向きに２つの仕切り板からなる仕切り部１５ａ、１５ｂが設けられている。各仕切り部１５ａ、１５ｂからケース本体部９の流通経路１２の側壁面１６ａ、１６ｂまでの距離をａとし、仕切り部間１５ａと仕切り部１５ｂとの間の距離をｂとすると、仕切り部１５ａ、１５ｂはｂ＝２ａとなる位置に設置される。仕切り部１５ａ、１５ｂの一の端部１５ａ１、１５ｂ１は、側壁面９ｃに固着されており、側壁面９ｃへの仕切り部１５ａ、１５ｂの固着によって隣接する外気導入用開口１０ａ、１０ｂと暖気取り出し用開口１１とが区切られている。一方、仕切り部１５ａ、１５ｂの他の端部１５ａ２、１５ｂ２は、ケース本体部９の側壁面９ｄに固着されておらず、仕切り部１５ａ、１５ｂの他の端部１５ａ２、１５ｂ２とケース本体部９の側壁部９ｄとの間を空気が通過することが可能な構造となっている。
【００１７】
このように、仕切り部１５ａ、１５ｂが形成されるハイブリット集熱器１を備えた太陽熱暖房システム２において、ウォーターポンプ４とファン５とを駆動させ、ハイブリット集熱器１において、太陽光Ｓで水及び空気を暖めて太陽エネルギーを熱エネルギーとして取得する。
【００１８】
以下、上述した太陽熱暖房システムと他のいくつかの太陽熱暖房システムとを用いて、集熱効率の違いについて比較する。
【実施例１】
【００１９】
実施例１に示す太陽熱暖房システムは、上述したものと同じ構成である。フィン８付き配管６を流れる水を図３に示すように、左下側端部７ａからケース本体部９に導入されて左上部端部７ｂから排出される方向に送流させる。
【００２０】
また、外気導入用開口１０ａ、１０ｂと暖気取り出し用開口１１とが同一側壁面９ｃに形成されており、外気導入用開口１０ａ、１０ｂからケース本体部９内部に導入された空気が、仕切り部１５ａ、１５ｂにより延設された流通経路１２を通って側壁面９ｃの中心部に設置された暖気取り出し用開口１１から排出される構造となっている。
【００２１】
暖気取り出し用開口１１の前面を流れる空気の流れ（図３に示す矢印Ａ）がフィン８付き配管を流れる水の流れ（図３示す矢印Ｂ）と対向する方向となるため、実施例１に示す太陽熱暖房システムでは、仕切り部あり（向流）型のハイブリット集熱器１を用いることを特徴とする。
【実施例２】
【００２２】
実施例２に示す太陽熱暖房システムは、上述したものと同じ構成であるが、フィン８付き配管６を流れる水が、図４に示すように、左上側端部７ｂからケース本体部９に導入されて左下部端部７ａから排出される方向に送流される点で実施例１と異なる。
【００２３】
なお、外気導入用開口１０ａ、１０ｂと暖気取り出し用開口１１とが同一側面９ｃに形成されており、外気導入用開口１０ａ、１０ｂからケース本体部９内部に導入された空気が、仕切り部１５ａ、１５ｂにより延設された流通経路１２を通って側壁面９ｃの中心部に設置された暖気取り出し用開口１１から排出される構造となっている点は実施例１と同じである。
【００２４】
暖気取り出し用開口１１の前面を流れる空気の流れ（図４に示す矢印Ａ）がフィン８付き配管を流れる水の流れ（図４示す矢印Ｂ）と同方向となるため、実施例２に示す太陽熱暖房システムでは、仕切り部あり（並流）型のハイブリット集熱器１ａを用いることを特徴とする。
【実施例３】
【００２５】
実施例３に示す太陽熱暖房システムは、ハイブリット集熱器と、循環水槽３と、ウォーターポンプ４と、ファン５と備えている点で実施例１及び実施例２に示した太陽熱暖房システムと構成を同じにするが、ハイブリット集熱器に仕切り部１５ａ、１５ｂが設置されていない点で実施例１及び実施例２に示した太陽熱暖房システムと構成を異にする。
【００２６】
実施例３に示すハイブリット集熱器１ｂでは、仕切り部１５ａ、１５ｂが設けられておらず、外気導入用開口１８ａ〜１８ｃが設けられた側壁面９ｄ（図５の上側側壁面）に対向する側壁面９ｃ（図５の下側側壁面）に暖気取り出し用開口１１が設けられており、暖気取り出し用開口１１に設けられるファン５の駆動に伴って、外気導入用開口１８ａ〜１８ｃから導入された空気が空気流通空間１３を通って暖気取り出し用開口１１から排出される。
【００２７】
また、フィン８付き配管６を流れる水は、左下側端部７ａからケース本体部９に導入されて左上部端部７ｂから排出される方向に送流される。
【００２８】
暖気取り出し用開口１１の前面を流れる空気の流れ（図５に示す矢印Ａ）がフィン８付き配管６を流れる水の流れ（図５示す矢印Ｂ）と逆方向となるため、実施例３に示す太陽熱暖房システムでは、仕切り部なし（向流）型のハイブリット集熱器１ｂを用いることを特徴とする。
【実施例４】
【００２９】
実施例４に示す太陽熱暖房システムは、実施例３に示した太陽熱暖房システムと同様に、ハイブリット集熱器に仕切り部が設置されていない点で実施例１及び実施例２に示した太陽熱暖房システムと構成を異にする。
【００３０】
実施例４に示すハイブリット集熱器１ｃも、実施例３と同様に仕切り部が設けられておらず、外気導入用開口１８ａ〜１８ｃが設けられた側壁面９ｄ（図６の上側側壁面）に対向する側壁面９ｃ（図６の下側側壁面）に暖気取り出し用開口１１が設けられており、暖気取り出し用開口１１に設けられるファン５の駆動に伴って、外気導入用開口１８ａ〜１８ｃから導入された空気が空気流通空間１３を通って暖気取り出し用開口１１から排出される。
【００３１】
一方、フィン８付き配管６を流れる水は、左上側端部７ｂからケース本体部９に導入されて左下部端部７ａから排出される方向に送流される。
【００３２】
暖気取り出し用開口１１の前面を流れる空気の流れ（図６に示す矢印Ａ）がフィン８付き配管を流れる水の流れ（図６示す矢印Ｂ）と同方向となるため、実施例４に示す太陽熱暖房システムでは、仕切り部なし（並流）型のハイブリット集熱器１ｃを用いることを特徴とする。
【００３３】
以下、実施例１〜実施例４に示す太陽熱暖房システムの集熱効率について比較する。
【００３４】
図７は、実施例１及び実施例３に示す向流型の太陽熱暖房システムにおける集熱効率を示したグラフである。また、図８は、実施例２及び実施例４に示す並流型の太陽熱暖房システムにおける集熱効率を示したグラフである。図７、図８に示すグラフは、ファン６による暖気の取り出しを、０．９ｍ３／秒に維持しつつ、ウォーターポンプ４により送流する水量を一時間あたり２〜１２リットル／時で変化させた条件下において、同一集熱面積で得られる総合集熱効率を示したグラフである。
【００３５】
図７、図８を用いて各実施例に係る太陽熱暖房システムを比べると、仕切り部１５ａ、１５ｂを設けた太陽熱暖房システム（実施例１及び実施例２）の方が仕切り部１５ａ、１５ｂを設けなかった太陽熱暖房システム（実施例３及び実施例４）よりも高い集熱効率を示している。特に、空気の温度上昇に基づく集熱効率を比較すると、仕切り部１５ａ、１５ｂを設けた太陽熱暖房システム（実施例１及び実施例２）の集熱効率は、仕切り部１５ａ、１５ｂを設けなかった太陽熱暖房システム（実施例３及び実施例４）の集熱効率よりも良好な値を示している。ケース本体部９に仕切り部１５ａ、１５ｂを設けた場合、仕切り部１５ａ、１５ｂも設けなかった場合に比べて空気の流通経路が長くなり、導光部９Ａを介して太陽光が長い時間照射されて熱エネルギー量が増大したため集熱効率が上昇したものと考えられる。仕切り部１５ａ、１５ｂを設けることによって高い集熱効率を得ることが可能となるので、暖められた空気（暖気）だけであっても十分な暖気能力を得ることが可能となる。
【００３６】
また、仕切り部１５ａ、１５ｂを上述したようにｂ＝２ａとなる位置に配設することにより、外気導入用開口１０ａ、１０ｂから導入された空気が、流路を所定角度変更（例えば１８０度）して仕切り部１５ａ、１５ｂの他の端部１５ａ２、１５ｂ２で合流し、暖気取り出し用開口１１へと導かれる。空気流路が変更されて、暖気取り出し用開口１１へ導かれる為、空気の流通経路１２内の合流部分で空気の乱流現象が起こり、空気は合流部分で対流することになる。そして、本体部９に流れる空気の流動時間が長くなることにより、空気がフィン８付き配管６に接触している時間が長くなり、フィン８付き配管６から放熱される熱量も多くなり集熱効率が高くなる。また、ケース本体部９に仕切り部１５ａ、１５ｂを設けて、空気流路を延伸する構造としている為、小型コンパクトにすることができる。
【００３７】
さらに、仕切り部１５ａからケース本体部９の流通経路１２の側壁面１６ａまでの距離ａと仕切り部１５ｂからケース本体部９の側壁面１６ｂまでの距離ａとがほぼ同じ距離（ａ＝ａ）となるように仕切り部１５ａ、１５ｂを配置しているので、暖房取り出し用開口１１へ向かう空気の流れを均一化して装置内の抵抗（圧力損失）を最小限にすることができ、高い集熱効率を得ることが可能となる。
【００３８】
また、並流型の太陽熱暖房システムと向流型の太陽熱暖房システムとを水と空気とを利用した場合の総合集熱効率で比較すると、並流型の太陽熱暖房システムの方が、向流型の太陽熱暖房システムよりも集熱効率が高く、特に、仕切り部１５ａ、１５ｂを設けた並流型の太陽熱暖房システムでは、水量が２リットル／時の場合にすでに９９．８％の集熱効率を示しているので、ウォーターポンプ４の駆動量を水量が２リットル／時程度まで低減させてシステム全体の消費電力量を抑えた場合であっても効率的なエネルギー吸収を行うことが可能となり、省エネルギー化を図ることが容易となる。
【００３９】
さらに、水の水量（リットル／時）を上げることなく集熱効率を高めることできるため、太陽熱暖房システムの小型化を図ることが容易となり、低風量であっても十分な暖房効果を奏することができる便所や洗面所等の小空間用の暖房として小型の太陽熱暖房システムを好適に用いることが可能となる。
【００４０】
以上説明したように、ハイブリット集熱器の空気流通用空間に仕切り部を設置することによって、仕切り部を設置しない場合に比べて集熱効率を高めることができ、さらに仕切り部により送流される空気と配管を流れる水とが並送する方向（並流）に流れることによって、水と空気とを総合的に利用したより高い集熱効率を得ることが可能となる。
【００４１】
以上、本発明に係るハイブリット集熱器を詳述したが、本発明に係るハイブリット集熱器は上述したものに限定されるものではない。例えば、仕切り部は必ずしも２枚である必要はなく、１枚であっても、また、２枚よりも多く複数枚用いられる場合であっても、仕切り部により空気の流動空間が延伸する構成となっていればよい。また、外気導入用開口が１つしか設けられていないものであってもよい。さらに、仕切り部の設置位置は、必ずしもｂ＝２ａとなる位置に設ける必要はなく、必要に応じて仕切り部の設置位置を変更させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るハイブリット集熱器を備えた太陽熱暖房システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るハイブリット集熱器のフィン付き配管及びケース本体部を示した断面図である。
【図３】実施例１のハイブリット集熱器を示した平面図である。
【図４】実施例２のハイブリット集熱器を示した平面図である。
【図５】実施例３のハイブリット集熱器を示した平面図である。
【図６】実施例４のハイブリット集熱器を示した平面図である。
【図７】実施例１及び実施例３に示す向流型の太陽熱暖房システムにおける集熱効率を示したグラフである。
【図８】実施例２及び実施例４に示す並流型の太陽熱暖房システムにおける集熱効率を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  ハイブリット集熱器
２  太陽熱暖房システム
６  配管
８  フィン
９  ケース本体部
９ｂ  底面（照射部）
１２  流動経路
１３  空気流動空間
１５ａ，１５ｂ  仕切り部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006029750.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2006029750.tif 000008
【図７】
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【図８】
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