特許 6861965 太陽熱集熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6861965

(24)【登録日】2021年4月2日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】太陽熱集熱装置

(51)【国際特許分類】

   F24S 90/10 20180101AFI20210412BHJP

【ＦＩ】

   F24S90/10

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-238620(P2016-238620)

(22)【出願日】2016年12月8日

(65)【公開番号】特開2018-96558(P2018-96558A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2019年11月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】503027931

【氏名又は名称】学校法人同志社

(73)【特許権者】

【識別番号】390002886

【氏名又は名称】株式会社長府製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000475

【氏名又は名称】特許業務法人みのり特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山口 博司

(72)【発明者】

【氏名】山崎 晴彦

(72)【発明者】

【氏名】荒川 純二

【審査官】 柳本 幸雄

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４６０７２３２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１０−１１６９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−２１３１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１６１６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−０６６０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３８２７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｓ ９０／１０

Ｆ２４Ｓ １０／９０

Ｆ２４Ｓ ２０／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超臨界流体からなる冷媒の入口および出口を有し、太陽照射を受ける集熱器と、
冷媒供給口、および冷媒吸入口、および冷媒吐出口を有するエジェクタと、
前記集熱器の出口と前記エジェクタの冷媒供給口を接続し、前記冷媒が内部を流れる第１の管路と、
前記集熱器の入口と前記エジェクタの冷媒吐出口を接続し、前記冷媒が内部を流れる第２の管路と、
冷媒流入口および冷媒流出口を有する伝熱管を含み、前記伝熱管を流れる前記冷媒から熱を回収する熱交換器と、
前記第１の管路と前記熱交換器の前記伝熱管の前記冷媒流入口を接続する第３の管路と、
前記熱交換器の前記伝熱管の前記冷媒流出口と前記エジェクタの前記冷媒吸入口を接続する第４の管路と、
前記第１〜第４の管路のうちの少なくとも１つに配置された流量制御弁と、
前記第１〜第４の管路のうちの少なくとも１つに配置され、前記冷媒の相変化の状態を検出する検出器と、
前記流量制御弁を制御する制御部と、を備え、
前記集熱器の前記出口が前記入口よりも高い位置に配置され、かつ前記熱交換器の前記伝熱管の前記冷媒流入口が前記冷媒流出口よりも高い位置に配置されるとともに、前記第１および第３の管路が前記第２の管路よりも高い位置に配置されており、
前記冷媒の流れが前記エジェクタによって付勢されるとともに、前記流量制御弁が前記検出器の検出値に基づいて制御されて、前記冷媒が、前記集熱器内を流れる間に、太陽熱によって加熱されて液相から超臨界状態になる一方、前記熱交換器の前記伝熱管内を流れる間に冷却されて超臨界状態から液相になるように前記集熱器と前記熱交換器との間を相変化しながら自然循環するものであることを特徴とする太陽熱集熱装置。

【請求項2】

前記集熱器内の冷媒流路が、前記入口側から前記出口側に向かって傾斜してのび、または前記入口側から前記出口側に向かって垂直にのび、
前記熱交換器の前記伝熱管が、前記冷媒流入口側から前記冷媒流出口側に向かって傾斜してのび、または前記冷媒流入口側から前記冷媒流出口側に向かって垂直にのびているものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱集熱装置。

【請求項3】

前記第１および第２の管路を接続するバイパス管路と、
前記バイパス管路に配置されたヒータと、
前記バイパス管路における前記ヒータの上流側および下流側にそれぞれ配置された別の流量制御弁と、を備え、
前記別の流量制御弁が前記制御部によって制御されるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽熱集熱装置。

【請求項4】

前記第２および第４の管路を接続する別のバイパス管路と、
前記別のバイパス管路に配置されたさらに別の流量制御弁と、を備え、
前記さらに別の流量制御弁が前記制御部によって制御されるものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の太陽熱集熱装置。

【請求項5】

前記検出器が、
前記第１および第２の管路のそれぞれに配置された温度検出器と圧力検出器からなっていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の太陽熱集熱装置。

【請求項6】

前記超臨界流体が超臨界ＣＯ_２であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の太陽熱集熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超臨界流体からなる冷媒を用いた自然循環式の太陽熱集熱装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来技術においては、超臨界ＣＯ_２からなる冷媒を用いた太陽熱集熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この太陽熱集熱装置は、冷媒の入口および出口を有し、太陽の照射を受ける集熱器と、冷媒の吸入口および吐出口を有する伝熱管を備えた熱交換器と、集熱器の出口と熱交換器の吸入口を接続し、冷媒が内部を流れる第１の管路と、熱交換器の吐出口と集熱器の入口を接続し、冷媒が内部を流れる第２の管路と、を備えており、集熱器、第１の管路、熱交換器および第２の管路からなる冷媒の閉回路を形成している。

【0003】

また、熱交換器の伝熱管の吸入口側が吐出口側よりも高くなるように高低差が設けられ、集熱器の集熱管のうち少なくとも、当該集熱管に流入した液相のＣＯ_２の加熱が始まり超臨界状態に変わるまでの部分が、超臨界ＣＯ_２の流れ方向下流側に向かって上向き勾配となるように配置される。
さらに、集熱器内の超臨界ＣＯ_２の超臨界状態の有無を検出する検出器が設けられ、閉回路に流量調節弁が設けられ、検出器の検出値に基づいて流量調節弁を制御するコントローラが備えられる。

【0004】

そして、超臨界ＣＯ_２が、集熱器内を流れる間に、太陽熱によって液相から超臨界状態に相変化する一方、熱交換器の伝熱管内を流れる間に、熱回収流体によって冷却されて超臨界状態から液相に相変化する。そして、この場合、超臨界ＣＯ_２の密度は超臨界状態では液相の状態よりも１/５程度小さくなるので、超臨界ＣＯ_２は、集熱器側では入口側から出口側に向かって自然に上昇する一方、熱交換器の伝熱管内では吸入口側から吐出口側に向かって下降する。こうして、超臨界ＣＯ_２が、集熱器と熱交換器との間において超臨界状態および液相間で相変化しながら自然循環する。

【0005】

こうして、集熱器において超臨界ＣＯ_２によって吸収、保持された太陽熱が、熱交換器において熱回収流体によって回収される。
この太陽熱集熱装置によれば、コンプレッサ等のような外部電力を用いて冷媒を強制的に循環させる手段が不要であり、装置の簡素化、低コスト化を図ることができ、省エネルギーが達成できる。
しかしその一方で、この太陽熱集装置においては、冷媒の十分な循環流量が得られず、そのため装置の熱回収率が低いという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４６０７２３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

したがって、本発明の課題は、超臨界流体を用いた自然循環式の太陽熱集熱装置の熱回収率を向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明によれば、超臨界流体からなる冷媒の入口および出口を有し、太陽照射を受ける集熱器と、冷媒供給口、および冷媒吸入口、および冷媒吐出口を有するエジェクタと、前記集熱器の出口と前記エジェクタの冷媒供給口を接続し、前記冷媒が内部を流れる第１の管路と、前記集熱器の入口と前記エジェクタの冷媒吐出口を接続し、前記冷媒が内部を流れる第２の管路と、冷媒流入口および冷媒流出口を有する伝熱管を含み、前記伝熱管を流れる前記冷媒から熱を回収する熱交換器と、前記第１の管路と前記熱交換器の前記伝熱管の前記冷媒流入口を接続する第３の管路と、前記熱交換器の前記伝熱管の前記冷媒流出口と前記エジェクタの前記冷媒吸入口を接続する第４の管路と、前記第１〜第４の管路のうちの少なくとも１つに配置された流量制御弁と、前記第１〜第４の管路のうちの少なくとも１つに配置され、前記冷媒の相変化の状態を検出する検出器と、前記流量制御弁を制御する制御部と、を備え、前記集熱器の前記出口が前記入口よりも高い位置に配置され、かつ前記熱交換器の前記伝熱管の前記冷媒流入口が前記冷媒流出口よりも高い位置に配置されるとともに、前記第１および第３の管路が前記第２の管路よりも高い位置に配置されており、前記冷媒の流れが前記エジェクタによって付勢されるとともに、前記流量制御弁が前記検出器の検出値に基づいて制御されて、前記冷媒が、前記集熱器内を流れる間に、太陽熱によって加熱されて液相から超臨界状態になる一方、前記熱交換器の前記伝熱管内を流れる間に冷却されて超臨界状態から液相になるように前記集熱器と前記熱交換器との間を相変化しながら自然循環するものであることを特徴とする太陽熱集熱装置が提供される。

【0009】

本発明の好ましい実施例によれば、前記集熱器内の冷媒流路が、前記入口側から前記出口側に向かって傾斜してのび、または前記入口側から前記出口側に向かって垂直にのび、前記熱交換器の前記伝熱管が、前記冷媒流入口側から前記冷媒流出口側に向かって傾斜してのび、または前記冷媒流入口側から前記冷媒流出口側に向かって垂直にのびている。

【0010】

本発明の別の好ましい実施例によれば、前記太陽熱集熱装置は、さらに、前記第１および第２の管路を接続するバイパス管路と、前記バイパス管路に配置されたヒータと、前記バイパス管路における前記ヒータの上流側および下流側にそれぞれ配置された別の流量制御弁と、を備え、前記別の流量制御弁が前記制御部によって制御される。

【0011】

本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記太陽熱集熱装置は、さらに、前記第２および第４の管路を接続する別のバイパス管路と、前記別のバイパス管路に配置されたさらに別の流量制御弁と、を備え、前記さらに別の流量制御弁が前記制御部によって制御される。

【0012】

本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記検出器が、前記第１および第２の管路のそれぞれに配置された温度検出器と圧力検出器からなっている。
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記超臨界流体が超臨界ＣＯ_２である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、集熱器の出口とエジェクタの冷媒供給口を第１の管路によって接続し、集熱器の入口とエジェクタの冷媒吐出口を第２の管路によって接続するとともに、熱交換器の伝熱管の冷媒流入口と第１の管路を第３の管路によって接続し、伝熱管の冷媒流出口とエジェクタの冷媒吸入口を第４の管路によって接続し、さらに、集熱器の出口を入口よりも高い位置に配置し、熱交換器の伝熱管の冷媒流入口を冷媒流出口よりも高い位置に配置するとともに、第１および第３の管路を第２の管路よりも高い位置に配置している。また、第１〜第４の管路のうちの少なくとも１つに流量制御弁と冷媒の相変化の状態を検出する検出器を配置し、検出器の検出値に基づいて流量制御弁を制御する。

【0014】

そして、超臨界流体からなる冷媒を、集熱器内を通過させる間に、太陽熱によって液相から超臨界状態に相変化させ、超臨界状態の冷媒の一部を第１の管路を通じてエジェクタの冷媒供給口に流入させる一方、残りの部分を第３の管路を通じて熱交換器の伝熱管の冷媒流入口に流入させる。

【0015】

熱交換器（伝熱管）に流入させた冷媒は、熱交換器（伝熱管）を通過させる間に冷却して超臨界状態から液相に相変化させる。一方、エジェクタの冷媒供給口に流入させた冷媒を、エジェクタのノズルから混合部に噴出させ、減圧膨張させることによって超臨界状態から液相に相変化させる。それと同時に、エジェクタの混合部には、冷媒吸入口から伝熱管内の液相の冷媒を第４の管路を通じて吸入し、エジェクタの冷媒吐出口（ディフューザ）から液相の冷媒を第２の管路に吐出させる。エジェクタから吐出させた液相の冷媒は第２の管路を通じて集熱器の入口に流入させる。

【0016】

この場合、超臨界流体の密度は超臨界状態では液相の状態よりも１/５程度小さくなるので、超臨界流体は、集熱器内では入口側から出口側に向かって自然に上昇する一方、熱交換器の伝熱管内では冷媒流入口側から冷媒流出口側に向かって自然に下降し、冷媒が集熱器と熱交換器との間において超臨界状態および液相間で相変化しながら自然に循環する。こうして、集熱器において超臨界ＣＯ_２に吸収、保持された太陽熱が、熱交換器において回収される。
さらに、この循環する冷媒の流れをエジェクタによって付勢し、それによって、装置内を循環する冷媒の流量を増大させ、熱回収率を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の１実施例による太陽熱集熱装置の基本構成を示す概略図である。

【図2】図１の太陽熱集熱装置の集熱器の斜視図である。

【図3】図１の太陽熱集熱装置の集熱器の集熱効率をシミュレーションした結果を示すグラフである。

【図4】図１の太陽熱集熱装置の熱交換器の熱回収率をシミュレーションした結果を示すグラフである。

【図5】本発明の別の実施例による太陽熱集熱装置の基本構成を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の構成を好ましい実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の１実施例による太陽熱集熱装置の基本構成を示す概略図である。
図１を参照して、本発明によれば、冷媒の入口１ａおよび出口１ｂを有し、太陽光の照射を受ける集熱器１が備えられる。

【0019】

図２は、集熱器の斜視図である。図２を参照して、集熱器１は、この実施例では、公知の真空管式ソーラーコレクタからなっている。集熱器１は、一端面が開口した中空直方体形状のケーシング２を有し、ケーシング２は、一端面開口が上向きになり、かつ一対の対向する側壁のうちの一方が他方よりも高くなるように配置される。

【0020】

集熱器１は、また、ケーシング２の内部の上下端にそれぞれ設けられた上部および下部ヘッダ３ａ、３ｂと、ケーシング２の内部に互いに間隔をあけて平行に配置され、上部および下部ヘッダ３ａ、３ｂを接続する複数の集熱管４を有している。

【0021】

集熱管４の外周は密封構造の透明ガラス管４ａによって囲まれ、ガラス管４ａの内部は真空状態に保持され、集熱管４からの熱伝導、熱対流による熱の放射が防止されるようになっている。また、ガラス管４ａの下側に放物面状の反射板５が配置される。
そして、ケーシング２の開口が太陽照射を受けるとともに、太陽光が反射板５によって反射されて集熱管４に集光されるようになっている。
図示はしないが、反射板５の下側にはグラスウール等からなる断熱材が配置されている。

【0022】

集熱器１は、さらに、一端が下部ヘッダ３ｂに接続されるとともに、ケーシング２の下側壁を貫通して下向きにのびる下部集合管６ａと、一端が上部ヘッダ３ａに接続されるとともに、ケーシング２の上側壁を貫通して上向きにのびる上部集合管６ｂを有している。そして、下部集合管６ａの他端開口が集熱器１の入口１ａをなし、上部集合管６ｂの他端が集熱器１の出口１ｂをなしている。

【0023】

本発明によれば、また、ノズル７ａと、混合部７ｂと、ディフューザ７ｃとから構成されたエジェクタ７を備えている。そして、エジェクタ７のノズル７ａの基端開口が冷媒供給口７ｄをなし、ディフューザ７ｃの先端開口が冷媒吐出口７ｅをなしており、混合部７ｄには冷媒吸入口７ｆが連通している。

【0024】

そして、集熱器１の出口１ｂとエジェクタ７の冷媒供給７ｄが、第１の管路８によって接続され、集熱器１の入口１ａとエジェクタ７の冷媒吐出口７ｅが、第２の管路９によって接続されている。
この場合、第１の管路８は第２の管路９よりも高い位置に配置される。

【0025】

本発明によれば、また、冷媒流入口１０ａおよび冷媒流出口１０ｂを有する伝熱管１０を含み、伝熱管１０を流れる冷媒から熱を回収する熱交換器１１が備えられる。
この実施例では、熱交換器１１は垂直方向にのび、伝熱管１０の冷媒流入口１０ａが熱交換器１１の上端に位置し、冷媒流出口１０ｂが熱交換器１１の下端に位置する。
そして、伝熱管１０の外周が熱回収流体の流路１２によって包囲され、流路１２の下部に熱回収流体の入口１２ａが設けられる一方、流路１２の上部に熱回収流体の出口１２ｂが設けられている。

【0026】

また、第１の管路８と熱交換器１１の伝熱管１０の冷媒流入口１０ａが第３の管路１３によって接続され、熱交換器１１の伝熱管１０の冷媒流出口１０ｂとエジェクタ７の冷媒吸入口７ｆが第４の管路１４によって接続されている。
この場合、第３の管路１３は第２の管路９よりも高い位置に配置される。

【0027】

さらに、第１の管路８の集熱器１および第３の管路１３との接続部間にのびる部分には、第１の流量制御弁１５と、第１の温度検出器１６と、第１の圧力検出器１７と、第１の質量流量計１８とが配置される。また、第２の管路９に、第２の温度検出器１９と、第２の圧力検出器２０とが配置される。

【0028】

第１および第２の温度検出器１６、１９、および第１および第２の圧力検出器１７、２０は、冷媒の相変化の状態を検出する検出器として機能する。
そして、第１の流量制御弁１５が、第１および第２の温度検出器１６、１９、および第１および第２の圧力検出器、および第１の質量流量計１８の計測値に基づき、制御部２８によって制御される。
第１の質量流量計１８は必要に応じて配置される。

【0029】

また、熱交換器１１の熱回収流体の流路１２の入口１２ａに熱回収流体供給管２１が接続され、出口１２ｂに熱回収流体排出管２２が接続される。さらに、熱回収流体供給管２１にポンプ２３が配置され、熱回収流体供給管２１におけるポンプ２３の下流側には、第３の温度検出器２４および第２の質量流量計２５が配置され、熱回収流体排出管２２に第２の流量制御弁２６が配置され、熱回収流体排出管２２における第２の流量制御弁２６の下流側には第４の温度検出器２７が配置される。
ポンプ２３および第２の流量制御弁２６は、第３および第４の温度検出器２４、２７、および第２の質量流量計２５の計測値に基づき、制御部２８によって制御される。

【0030】

こうして、集熱器１、第１の管路８、エジェクタ７、第２の管路９、第３の管路１３、熱交換器１１の伝熱管１１、および第４の管路１４から形成された閉管路系に、超臨界流体からなる冷媒が充填される。
この場合、超臨界流体としては、公知の種々のものが適宜使用可能であるが、取扱いの容易さ、安全性および環境保護等の観点から、ＣＯ_２（臨界温度＝３１．１℃、臨界圧力＝７．３８ＭＰａ）を使用することが好ましい。

【0031】

また、熱回収流体が熱回収流体供給管２１を通じて熱交換器１１の流路１２に供給され、流路１２内を対向流をなして流れた後、熱回収流体排出管２２を通じて流路１２から排出される。
この実施例では、熱回収流体として水が使用される。

【0032】

そして、冷媒が、集熱器１（集熱管４）内を流れる間に、太陽熱によって加熱されて液相から超臨界状態に相変化する。そして、超臨界状態の冷媒の一部が第１の管路８を通じてエジェクタ７の冷媒供給口７ｄに流入する一方、残りの部分は第３の管路１３を通じて熱交換器１１の伝熱管１０の冷媒流入口１０ａに流入する。

【0033】

熱交換器１１（伝熱管１０）に流入した冷媒は、熱交換器１１（伝熱管１０）を通過する間に水（熱回収流体）によって冷却されて超臨界状態から液相に相変化する（水（熱回収流体）は加熱されて湯水となる）。一方、エジェクタ７の冷媒供給口７ｄに流入した冷媒は、エジェクタ７のノズル７ａから混合部７ｂに噴出し、そのとき減圧膨張することによって超臨界状態から液相に相変化する。それと同時に、エジェクタ７の混合部７ｂには、冷媒吸入口７ｆから伝熱管１０内の液相の冷媒が第４の管路１４を通じて吸入され、エジェクタ７の冷媒吐出口７ｅ（ディフューザ７ｃ）から液相の冷媒が第２の管路９に吐出する。エジェクタ７から吐出した液相の冷媒は第２の管路９を通じて集熱器１の入口１ａに流入する。

【0034】

この場合、超臨界流体の密度は超臨界状態では液相の状態よりも１/５程度小さくなるので、超臨界流体は、集熱器１内では入口１ａ側から出口１ｂ側に向かって自然に上昇する一方、熱交換器１１の伝熱管１０内では冷媒流入口１０ａ側から冷媒流出口１０ｂ側に向かって自然に下降し、冷媒が集熱器１と熱交換器１１との間において超臨界状態および液相間で相変化しながら自然に循環する。こうして、集熱器１において冷媒に吸収、保持された太陽熱が、熱交換器１１において水（熱回収流体）に回収される。
さらには、この循環する冷媒の流れがエジェクタ７によって付勢され、それによって、装置内を循環する冷媒の流量が増大して、熱回収率が大幅に向上する。

【0035】

なお、この実施例において、熱交換器１１の熱回収流体供給管２１と熱回収流体排出管２２を給湯タンクに接続し、給湯タンク、熱回収流体供給管、熱交換器、および熱回収流体排出管からなる閉じた管路系を形成すれば、太陽熱給湯器として使用することができる。

【0036】

次に、本発明の太陽熱集熱装置の実際の集熱効率および熱回収効率を調べるべく、シミュレーションを行った。シミュレーションの内容は次のとおりである。

【0037】

（シミュレーション１）
図１に示した管路系から第１の流量制御弁１５を除去した装置構成において、集熱器１に対する日射量（入熱量）を１３００Ｗとし、超臨界状態のＣＯ_２の圧力を７．５ＭＰａとし、さらに、集熱器１から流出する超臨界ＣＯ_２の質量流量（第１の質量流量計１８の計測値）が、エジェクタ７を備えない場合の１．２倍に増大するとして、集熱器１から流出する超臨界ＣＯ_２の質量流量（第１の質量流量計１８の計測値）を複数段階に変化させ、質量流量毎に集熱器１の集熱効率を算出した。結果を図３のグラフに示した。

【0038】

図３のグラフ中、縦軸は集熱効率を表し、横軸は超臨界ＣＯ_２の質量流量（ｋｇ/ｈ）を表している。また、”□”で示した点を結んだグラフが、エジェクタ７を備えた装置構成のものであり、破線で示したグラフは、エジェクタ７を備えない装置構成のものである。
図３のグラフから、エジェクタ７を備えたことによって、集熱効率が向上することが確認できた。

【0039】

（シミュレーション２）
シミュレーション１の場合と同様にして、集熱器１から流出する超臨界ＣＯ_２の質量流量（第１の質量流量計１８の計測値）を複数段階に変化させ、質量流量毎に熱交換器１０の熱回収率を算出した。結果を図４のグラフに示した。

【0040】

図４のグラフ中、縦軸は熱回収率を表し、横軸は超臨界ＣＯ_２の質量流量（ｋｇ/ｈ）を表している。また、”□”で示した点を結んだグラフが、エジェクタを備えた装置構成のものであり、破線で示したグラフは、エジェクタを備えない装置構成のものである。

【0041】

図４のグラフから、超臨界ＣＯ_２の質量流量が１０〜１８ｋｇ/ｈの範囲内では、エジェクタ７を備えたことで、熱回収率が向上することが確認された。なお、エジェクタ７を備えた場合に、超臨界ＣＯ_２の質量流量が１８ｋｇ/ｈを超えると熱回収効率が増大しなくなるのは、第１の管路８および第３の管路１３間の分流が影響しているものと考えられる。

【0042】

図５は、本発明の別の実施例による太陽熱集熱装置の基本構成を示す図１に類似の図である。
図５の実施例は、図１の実施例に、さらに、別の構成要件を付加したものである。よって、図５中、図１に示したものと同じ構成要素には同一番号を付し、以下では、それらの詳細な説明を省略する。

【0043】

図５を参照して、この実施例では、まず、第１および第２の管路８、９を接続する第１のバイパス管路２９と、第１のバイパス管路２９に配置されたヒータ３０と、第１のバイパス管路２９におけるヒータ３０の上流側および下流側にそれぞれ配置された第３および第４の流量制御弁３１、３２とが備えられる。
ヒータ３０、および第３および第４の流量制御弁３１、３２は制御部２８によって制御される。

【0044】

この付加された構成によれば、例えば、本発明の太陽熱集熱装置を太陽熱給湯器として使用した場合に、雨天や曇天のために太陽照射量が少なくなったときや、夜間に太陽照射量がゼロとなったときでも、ヒータ３０を動作させて第３および第４の流量制御弁３１、３２の開度を調節し、冷媒をヒータ３０によって加熱することで、一定の出湯温度が得られる。
また、ヒータ３０を動作させて第３および第４の流量制御弁３１、３２の開度を調節し、冷媒を加熱してその液相から臨界状態への相変化を促進することで、ヒータ３０を一種のポンプとして機能させて装置内の冷媒の流れを付勢することができる。
また、気象ビッグデータに基づいて日々の太陽照射量および気温等を予測し、この予測値に基づいてヒータ３０の制御を行うことによって、本発明の太陽熱集熱装置をより効率的に動作させることができる。

【0045】

さらに、第２および第４の管路９、１３を接続する第２のバイパス管路３３と、第２のバイパス管路３３に配置された第５の流量制御弁３４とが備えられる。第５の流量制御弁３４は制御部２８によって制御される。
この付加された構成によれば、第５の流量制御弁３４の開度を調節することで、集熱器１の入口１ａへの冷媒の流入量を迅速に増減させることができる。

【0046】

以上、本発明の構成をいくつかの好ましい実施例に基づいて説明したが、本発明の構成は上記実施例に限定されず、本願の特許請求の範囲に記載した構成の範囲内で種々の変形例を案出できることは言うまでもない。
例えば、上記実施例では、第１の管路８の第３の管路１３との接続部の下流側に流量制御弁を１つだけ配置したが、それに加えて、第１の管路８の第３の管路１３との接続部の上流側に別の流量制御弁を配置してもよいし、それに加えて、第３の管路１３にさらに別の流量制御弁を配置してもよいし、それに加えて、第４の管路１４にさらに別の流量制御弁を配置してもよい。
また、例えば、上記実施例では、熱交換器１１を、伝熱管１０と、伝熱管１０の外周を包囲する熱回収流体の流路１２とから構成したが、熱交換器１１を、伝熱管１０、および伝熱管１０を直接空冷する送風機から構成することもできる。

【符号の説明】

【0047】

１ 集熱器
１ａ 入口
１ｂ 出口
２ ケーシング
３ａ 上部ヘッダ
３ｂ 下部ヘッダ
４ 集熱管
４ａ ガラス管
５ 反射板
６ａ 下部集合管
６ｂ 上部集合管
７ エジェクタ
７ａ ノズル
７ｂ 混合部
７ｃ ディフューザ
７ｄ 冷媒供給口
７ｅ 冷媒吐出口
７ｆ 冷媒吸入口
８ 第１の管路
９ 第２の管路
１０ 伝熱管
１０ａ 冷媒流入口
１０ｂ 冷媒流出口
１１ 熱交換器
１２ 熱回収流体の流路
１２ａ 入口
１２ｂ 出口
１３ 第３の管路
１４ 第４の管路
１５ 第１の流量制御弁
１６ 第１の温度検出器
１７ 第１の圧力検出器
１８ 第１の質量流量計
１９ 第２の温度検出器
２０ 第２の圧力検出器
２１ 熱回収流体供給管
２２ 熱回収流体排出管
２３ ポンプ
２４ 第３の温度検出器
２５ 第２の質量流量計
２６ 第２の流量制御弁
２７ 第４の温度検出器
２８ 制御部
２９ 第１のバイパス管路
３０ ヒータ
３１ 第３の流量制御弁
３２ 第４の流量制御弁
３３ 第２のバイパス管路
３４ 第５の流量制御弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】