太陽能熱水器的制造方法
太陽能熱水器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種熱交換效率優(yōu)異并且能夠抑制所供應的熱水溫度的變動的太陽能熱水器。該太陽能熱水器具有：太陽能集熱器（10）；蓄熱器（20），儲存由太陽能集熱器（10）收集的熱量；以及熱交換器（30），利用蓄熱器（20）中儲存的熱量對水進行加熱，蓄熱器（20）被劃分成具有潛熱蓄熱材料的多個蓄熱單元（21，21…），太陽能熱水器具有實現(xiàn)多個蓄熱單元（21）之間的均熱化的熱導管（均熱部件）（40）。
【專利說明】太陽能熱水器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種接收太陽能并利用所接收到的太陽能的熱量對水進行加熱的太陽能熱水器。
【背景技術】
[0002]近年來，由于原油價格上漲，節(jié)能的需求提高，利用作為可再生能源的太陽能產生熱水的太陽能熱水器越來越受到關注。作為這種太陽能熱水器，提出如下一種太陽能熱水供應系統(tǒng)，其具有:收集太陽能的集熱器；儲存收集到的熱量的蓄熱器；以及用于使用所儲存的熱量對水進行加熱的熱交換器(參照專利文獻I)。
[0003]在這種太陽能熱水供應系統(tǒng)中，蓄熱器由構成為隔熱的底板、側板以及透光板形成箱形形狀，其內部設置有在大致整個表面以面形狀蜿蜒行進地配置的通水管和以夾著通水管的狀態(tài)上下配置的蓄熱單元，通過使用集熱器所收集到的太陽能對水進行加熱，使被加熱的水與蓄熱單元進行熱交換，由此將熱量儲存到該蓄熱單元，因而具有不需要用于儲存熱水的容器的優(yōu)點。
[0004]現(xiàn)有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2003 — 83608號公報
【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明所要解決的問題
[0008]但是，在上述太陽能熱水供應系統(tǒng)中，采用以下結構:蓄熱器在構成為隔熱的箱體內部，將潛熱蓄熱單元以夾著通水管的狀態(tài)上下設置，由于潛熱蓄熱單元的熱傳導率小，因此存在難以快速蓄熱或放熱的問題。另外，在以往的結構中，由于在潛熱蓄熱單元與在通水管內流動的水之間進行熱交換，所以在靠近通水管的部分和遠離通水管的部分上，潛熱蓄熱單元的溫度產生不均，而存在所供應的熱水溫度容易變動這樣的問題。
[0009]
【發(fā)明內容】
[0010]本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術中的問題而做出的，本發(fā)明的目的是提供一種熱交換效率優(yōu)異并且能夠控制所供應的熱水溫度的變動的太陽能熱水器。用于解決問題的手段
[0011]為了解決上述問題，本發(fā)明涉及一種太陽能熱水器，具有:太陽能集熱器；蓄熱器，儲存由所述太陽能集熱器收集的熱量；以及熱交換器，利用所述蓄熱器中儲存的熱量對水進行加熱，所述太陽能熱水器的特征在于，所述蓄熱器被劃分成具有潛熱蓄熱材料的多個蓄熱單元，所述太陽能熱水器具有實現(xiàn)所述多個蓄熱單元之間的均熱化的均熱部件。
[0012]根據上述結構，由于蓄熱器采用被劃分成具有潛熱蓄熱材料的多個蓄熱單元的結構，所以通過將蓄熱單元劃分得較小能夠增大蓄熱器全體的導熱面積，相應地，能夠提高蓄熱或放熱時的熱交換效率。另外，由于具有實現(xiàn)多個蓄熱單元之間的均熱化的均熱部件，所以能夠從通過均熱部件被均熱化的多個蓄熱單元中均等地獲取熱，從而能夠抑制所供應的熱水溫度的變動。
[0013]該結構中，也可以在所述熱交換器上設置所述多個蓄熱單元，在各蓄熱單元之間分別設置導熱支柱，所述均熱部件與該導熱支柱導熱性地連接。另外，也可以在所述熱交換器上設置所述多個蓄熱單元，所述均熱部件與所述熱交換器導熱性地連接。
[0014]另外，所述太陽能集熱器、所述蓄熱器以及所述熱交換器也可以重疊地設置。還有，也可以所述蓄熱器和所述熱交換器重疊地設置，所述太陽能集熱器與該蓄熱器以及熱交換器橫向并排地設置，所述太陽能集熱器和所述蓄熱器通過熱移送部件導熱性地連接。
[0015]另外，也可以所述熱交換器具有入口集管和出口集管、以及將所述入口集管和出口集管之間相互連結的多個連結管，所述均熱部件沿著所述連結管設置。所述連結管也可以管徑從所述入口集管向所述出口集管逐漸增大。
[0016]另外，也可以所述熱交換器具有入口集管和出口集管、以及將所述入口集管和出口集管之間相互連結的多個連結管，所述均熱部件通過使所述連結管的管徑從所述入口集管向所述出口集管逐漸增大而構成。另外，也可以所述潛熱蓄熱材料使用產生過度冷卻的材料，在多個所述蓄熱體上設有發(fā)熱觸發(fā)機構。另外，所述蓄熱器也可以針對每個所述蓄熱單元具有熔點不同的潛熱蓄熱材料。發(fā)明效果
[0017]根據上述結構，由于蓄熱器采用被劃分成具有潛熱蓄熱材料的多個蓄熱單元的結構，所以通過將蓄熱單元劃分得較小能夠增大蓄熱器全體的導熱面積，相應地，能夠提高蓄熱或放熱時的熱交換效率。另外，由于具有實現(xiàn)多個蓄熱單元之間的均熱化的均熱部件，所以能夠從通過所述均熱部件被均熱化的多個蓄熱單元中均等地獲取熱，從而能夠抑制所供應的熱水溫度的變動。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1A為本發(fā)明第一實施方式所涉及的太陽能熱水器的側視圖。
[0019]圖1B為圖1的A的B—B剖視圖。
[0020]圖2為取下集熱板后的狀態(tài)的太陽能熱水器的俯視圖。
[0021]圖3A為本發(fā)明第二實施方式所涉及的太陽能熱水器的側視圖。
[0022]圖3B為圖3A的B— B剖視圖。
[0023]圖4為取下集熱板后的狀態(tài)的太陽能熱水器的俯視圖。
[0024]圖5A為本發(fā)明的第三實施方式所涉及的太陽能熱水器的側視圖。
[0025]圖5B為圖5A的B— B剖視圖。
[0026]圖6為太陽能熱水器的俯視圖。
[0027]圖7A為本發(fā)明第四實施方式所涉及的太陽能熱水器的側視圖。
[0028]圖7B為圖7A的B— B剖視圖。
[0029]圖7C為圖7A的C— C剖視圖。
[0030]圖8為取下集熱板后的狀態(tài)的太陽能熱水器的俯視圖。
[0031]圖9為從本發(fā)明第五實施方式所涉及的太陽能熱水器中取下集熱板后的狀態(tài)的俯視圖。
[0032]圖1OA為第五實施方式的變形例所涉及的太陽能熱水器的側視圖。
[0033]圖1OB為圖1OA的B— B剖視圖。[0034]圖11為本發(fā)明第六實施方式所涉及的太陽能熱水器的俯視圖。
[0035]圖12為第六實施方式的變形例所涉及的太陽能熱水器的俯視圖。
[0036]圖13A為本發(fā)明第七實施方式所涉及的太陽能熱水器的側視圖。
[0037]圖13B為圖13A的B—B剖視圖。
[0038]圖13C為圖13A的C— C剖視圖。
[0039]圖14為太陽能熱水器的俯視圖。
【具體實施方式】
[0040]下面參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。
[0041]〈第一實施方式〉
[0042]太陽能熱水器I被配置在易于受到陽光照射的場所(例如屋頂)，如圖1A和圖1B所示，太陽能熱水器I具有:太陽能集熱器10，從太陽受到陽光照射而收集太陽能；蓄熱器20，接收并儲存從該太陽能集熱器10放射的太陽能；以及熱交換器30，接收從該蓄熱器20或太陽能集熱器10放射的熱量并將該熱量向外部(本實施方式中為自來水)傳遞，將上述太陽能集熱器10、蓄熱器20和熱交換器30在高度(厚度)方向上層疊而成。在該第一實施方式中，在熱交換器30的上方設置蓄熱器20，在該蓄熱器20的上方設置太陽能集熱器10。因此，能夠減小太陽能熱水器I的設置面積，并且能夠實現(xiàn)該太陽能熱水器I的小型化。
[0043]熱交換器30具有:形成為板狀的基板31 ;以及豎立設置在上述基板31上的多個散熱片(導熱支柱)32、32…。上述基板31和散熱片32例如由銅、鋁等熱傳導性能優(yōu)異的金屬或由上述金屬組成的合金制成，各散熱片32空出規(guī)定間隔地通過螺釘緊固或鉚接、焊接等被固定在基板31上。另外，基板31和散熱片32也可以一體地形成。上述各散熱片32形成為大致相同的高度，太陽能集熱器10被固定在散熱片32的上端。
[0044]如圖2所示，熱交換器30具有:沿著上述散熱片32延伸的方向配置的一對入口集管33和出口集管34 ;以及連結上述入口集管33和出口集管34之間的多個連結管35、35...。上述各連結管35例如由銅、鋁等熱傳導性能優(yōu)異的金屬或由上述金屬組成的合金制成，分別導熱性地連接并固定在基板31的下表面上。
[0045]另外，入口集管33上連接作為供水源的上水管，出口集管34上連接與熱水供應口連接的熱水供應管。另外，為了將過度升溫的熱水調整到合適的溫度，也可以將從作為供水源的上水管分支的混合用管連接在熱水供應管上。通過使熱水供應管中流動的熱水經由混合用管與上水管的水混合，能夠將熱水調整到合適的溫度。
[0046]太陽能集熱器10具有進行了提高光吸收率的表面處理的集熱板11，該集熱板11被固定在熱交換器30的散熱片32上。該集熱板11與上述的熱交換器30的基板31、散熱片32以及連結管35同樣地，也由熱傳導性能優(yōu)異的金屬材料形成，該集熱板11所收集的太陽能經由多個散熱片32被傳遞給熱交換器30的基板31。
[0047]蓄熱器20用于儲存在太陽能集熱器10中收集并被傳遞給熱交換器30的太陽能。該蓄熱器20具有多個被劃分得較小的蓄熱單元21、21...，這些蓄熱單元21并排配置在相鄰的散熱片32、32之間。各蓄熱單元21是使用袋狀疊層材料封裝潛熱蓄熱材料而形成的單元，如圖1A所示，該蓄熱單元21的上表面21A和下表面21B形成為分別與集熱板11和基板31接觸的高度。此外，在集熱板11和基板31上分別設有多個用于保持蓄熱單元21的突起(省略其圖示)，從而能夠將該蓄熱單元21固定在集熱板11和基板31之間，并且能夠提高該集熱板11以及基板31與蓄熱單元21之間的熱傳導特性。因此，能夠將從集熱板11和基板31傳遞的太陽能高效地儲存在蓄熱單元21內的潛熱蓄熱材料。
[0048]潛熱蓄熱材料具有利用其熔解或凝固時的潛熱進行蓄熱或放熱的性質。在本實施方式中，作為潛熱蓄熱材料，使用了三水醋酸鈉，但是只要是具有上述性質的物質，則不特別地限定，例如可以使用六水氯化鎂、八水氫氧化鋇、五水硫代硫酸鈉、六水硝酸鎂、石蠟、木糖醇等、以及它們的混合物等。
[0049]當利用潛熱蓄熱材料時，與利用水等顯熱的方法相比，蓄熱密度變大，所以能夠實現(xiàn)蓄熱器20的小型化。另外，由于將使用疊層材料封裝潛熱蓄熱材料并被劃分得較小的蓄熱單元21并排配置在基板31上，所以能夠將蓄熱器20的高度(厚度)抑制得很低，進而能夠實現(xiàn)太陽能熱水器I的小型化。
[0050]潛熱蓄熱材料具有以下性質:在儲存完太陽能后被冷卻時，處于所謂的過度冷卻狀態(tài)，即使被冷卻到凝固點以下的溫度，也不會凝固，不會開始放熱。因此，在本實施方式中，蓄熱器20上設有對蓄熱單元21分別施加刺激而引起發(fā)熱(凝固)的發(fā)熱觸發(fā)機構22(圖2)。該發(fā)熱觸發(fā)機構22各自獨立地設在各蓄熱單元21中，并具有:在蓄熱單元21內與潛熱蓄熱材料接觸的通電線；以及用于經由該通電線向潛熱蓄熱材料施加電壓的操作開關。通過在使用太陽能熱水器I時使該操作開關動作從而對潛熱蓄熱材料施加刺激，解除蓄熱單元21內的潛熱蓄熱材料的過度冷卻狀態(tài)，在該潛熱蓄熱材料凝固時，儲存在該潛熱蓄熱材料中的熱從潛熱蓄熱材料向熱交換器30的基板31釋放。此外，通過使各發(fā)熱觸發(fā)機構22分別地進行動作，能夠從各蓄熱單元21獲取必要的熱量，并且能夠有效地利用所儲存的熱量。另外，作為對蓄熱單元21施加刺激的方法，并不局限于施加電壓的方法，也可以是對蓄熱單元21施加剪切應力的方法，或者是具有使晶種接觸呈液態(tài)的潛熱蓄熱材料的機構的方法。
[0051]疊層材料是由薄膜狀較薄材料構成的袋狀容器，例如由聚丙烯(PP)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)等樹脂制成。通過使用薄膜狀疊層材料來封裝潛熱蓄熱材料，蓄熱單元21具有對于集熱板11以及基板31優(yōu)異的接觸性，并且上述集熱板11以及基板31與潛熱蓄熱材料直接接觸,從而能夠防止集熱板11和基板31的腐蝕。此外,蓄熱單元21由于使用袋狀疊層材料封裝潛熱蓄熱材料而被劃分得較小，所以能夠使蓄熱時發(fā)生液化的潛熱蓄熱材料的處理變得容易，能夠將蓄熱單元21簡單地配置在基板31上，并且能夠確保蓄熱單元21的導熱面積較大，從而能夠提高導熱效率而快速獲取熱。
[0052]另外，可以設想到以下問題:在從多個蓄熱單元21向熱交換器30傳遞熱量并使用該熱交換器30對水進行加熱時，難以從各蓄熱單元21均等地獲取熱，隨著時間的流逝，熱回收量減少。因此，在本實施方式中，如圖2所示，太陽能熱水器I具有熱導管(均熱部件)40，該熱導管(均熱部件)40被配置在蓄熱單元21之間并與多個散熱片32導熱性地連接。具體而言，這些熱導管40配置為與熱交換器30的連結管35的延伸方向大致平行，并配置為分別貫穿形成在多個散熱片32上的通孔32A。另外，熱導管40被設置成與散熱片32導熱性地連接即可，例如，可采用以下結構:在散熱片32的上端分別形成切口，將熱導管配置(固定)在上述切口中。
[0053]熱導管40被形成為:在例如由銅、鋁等熱傳導性能優(yōu)異的金屬或由上述金屬組成的合金制成的密閉的容器內部，工作液以減壓狀態(tài)被封入其中。為抑制容器的高度(厚度)并確保具有較大的接觸面積，上述容器形成為扁平板狀。此外，容器的形狀并不局限于扁平板狀，例如也可以形成為圓柱形。
[0054]在熱導管40的容器內部，能夠產生毛細管吸引力的芯材(wick)密接地配置在其內壁上。另外，也可以在容器的內壁上形成槽。在熱導管40的內部設有成為工作液流路的空間。該空間內收容的工作液產生蒸發(fā)和凝縮的相變以及在熱導管40內進行流動，由此進行熱量傳輸。即，當在被熱導管40的容器貫穿的各散熱片32之間產生溫差時，由于從高溫的散熱片32傳遞給容器的熱量，在熱導管40的吸熱側，液態(tài)的工作液蒸發(fā)而向氣態(tài)產生相變，工作液蒸發(fā)所產生的蒸汽從熱導管40的吸熱側向作為放熱側的低溫側散熱片32移動。在放熱側，該蒸發(fā)了的蒸汽冷卻，由此工作液從氣態(tài)向液態(tài)復原。復原為液態(tài)的工作液從放熱側再次向吸熱側移動(回流)。這樣，在太陽能熱水器I中，由于使熱導管40以貫穿熱交換器30的多個散熱片32的方式配置，所以經由該熱導管40在多個散熱片32之間進行熱量的移動，并進行該散熱片32的均熱化。因此，使設有上述多個散熱片32的熱交換器30的基板31進行均熱化，進而實現(xiàn)配置在基板31上的多個蓄熱單元21的均熱化。
[0055]根據該第一實施方式，由于將熱導管40以貫穿豎立設置在熱交換器30的基板31上的多個散熱片32上所設置的通孔32A的方式配置，因此通過該熱導管40實現(xiàn)熱交換器30的均熱化。這樣，配置在熱交換器30的基板31上的多個蓄熱單元21被均熱化，能夠將熱量均等地分配給所述多個蓄熱單元21并儲存熱量。因此，能夠防止一部分蓄熱單元21的溫度過度上升而逐漸劣化導致蓄熱器20的蓄熱能力產生不均。此外，在將所儲存的熱量經由熱交換器30傳遞給水時(熱回收時)，通過熱導管40使多個蓄熱單元21均熱化，所以能夠使各蓄熱單元21內的潛熱蓄熱材料的凝固速率(速度)保持恒定，從而能夠從該多個蓄熱單元21均等地獲取熱量。其結果是，能夠防止一部分蓄熱單元21先行結束放熱導致向熱水進行的供熱在中途停止的情況，由此能夠抑制經過熱交換器30供應的熱水溫度隨時間的變動。
[0056]另外，由于熱導管40沿著多個連結管35并排設置，所以在連結管35內流動的水流方向與熱導管40中熱量的移動方向大致平行。這樣，在從蓄熱單元21獲取熱量時，能夠經由熱導管40將熱量均等地賦予連結管35內的水，從而能夠進一步抑制所供應的熱水溫度隨時間的變動。
[0057]另外，在本實施方式中，說明了各蓄熱單元21經由熱交換器30的基板31以及散熱片32與熱導管40導熱性地接觸的結構，但并不是說蓄熱單元21和熱導管40不能直接接觸，例如，可以在使蓄熱單元21的一部分與熱導管40接觸的狀態(tài)下將該蓄熱單元21配置在基板31上。
[0058]另外，在本實施方式中，說明了作為均熱部件的一個例子使用熱導管40的方式，但本發(fā)明并不局限于此。作為通過均熱部件使蓄熱單元21均熱化的其他方式，可以考慮例如將由熱傳導性能良好的金屬或合金制成的棒狀體用作均熱部件的方式。
[0059]〈第二實施方式〉
[0060]圖3A為第二實施方式所涉及的太陽能熱水器50的側視圖，圖3B為圖3A的B— B剖視圖，圖4為取下集熱板后的狀態(tài)的太陽能熱水器50的俯視圖。
[0061]如圖3A和圖3B所示，太陽能熱水器50與上述第一實施方式所涉及的太陽能熱水器I在結構方面上的不同之處在于:作為使熱導管40與熱交換器30導熱性地連接的方式，熱導管40被配置在熱交換器30的基板31的下表面?zhèn)?；使蓄熱單?1與散熱片32以大致相同的長度一體地形成。對于與上述太陽能熱水器I相同結構的部分，標注相同的附圖標記，并省略其說明。
[0062]在第二實施方式中，如圖4所示，由于形成為扁平板狀的熱導管40的上表面以與熱交換器30的基板31的下表面相互接觸的狀態(tài)被進行固定，所以能夠確保熱導管40與基板31具有較大的熱交換面積，從而能夠更高效地進行熱交換器30的均熱化。
[0063]由于熱導管40的高度被形成為與同樣設在基板31的下表面上的多個連結管35的高度大致相同，所以能夠防止熱導管40突出到比連結管35更靠下方的位置，從而能夠實現(xiàn)太陽能熱水器50的高度(厚度)方向上的小型化。
[0064]在第二實施方式中，由于熱導管40被配置在基板31的下表面?zhèn)龋虼嗽谠摶?1的上表面?zhèn)犬a生相應大小的空間。因此，在散熱片32、32之間設置形成扁平板狀的蓄熱單元61，該蓄熱單元61的長度與該散熱片32的長度大致相同。該蓄熱單元61的高度形成得與散熱片32的高度大致相同，該蓄熱單元61的上表面61A和下表面61B分別與集熱板11和基板31相接觸。
[0065]因此，與第一實施方式相比，第二實施方式能夠在不增大高度(厚度)方向上的尺寸的情況下，增加配置在基板31上的潛熱蓄熱材料的量，從而能夠在更長時間內抑制經由熱交換器30供應的熱水溫度隨時間的變動。此外，蓄熱單元61與第一實施方式所涉及的蓄熱單元21的大小不同，但其他結構都一樣。另外，如果能夠在散熱片32、32之間在與該散熱片32大致相同的長度上配置蓄熱單元，則可以并排設置多個劃分得較小的蓄熱單元。
[0066]根據上述第二實施方式，由于熱導管40被固定設置在基板31的下表面?zhèn)?，因此熱交換器30通過熱導管40實現(xiàn)均熱化。由此，配置在熱交換器30的基板31上的多個蓄熱單元61在從集熱板11接收熱量并儲存熱量的過程中也相互進行均熱化。因此，能夠在各蓄熱單元61中均等地儲存熱量，因此能夠防止一部分蓄熱單元61的溫度過度上升而逐漸劣化導致蓄熱器60的蓄熱能力產生不均。此外，在將儲存的熱量經由熱交換器30傳遞給水時，多個蓄熱單元61通過熱導管40而被均熱化，所以能夠從所述多個蓄熱單元61均等地獲取熱量。其結果是，能夠防止一部分蓄熱單元61先行結束放熱導致向熱水進行的供熱在中途停止的情況，由此能夠抑制經過熱交換器30供應的熱水溫度隨時間的變動。
[0067]另外，在上述第一實施方式和第二實施方式中，太陽能熱水器1、50設為將太陽能集熱器10、蓄熱器20、60以及熱交換器30在上下方向上層疊的結構，但是本發(fā)明并不局限于此，也可以將上述太陽能集熱器10、蓄熱器20、60以及熱交換器30例如在水平方向上層疊地配置。
[0068]〈第三實施方式〉
[0069]圖5A為本發(fā)明第三實施方式所涉及的太陽能熱水器80的側視圖，圖5B為沿圖5A的B—B剖視圖，圖6為太陽能熱水器80的俯視圖。
[0070]如圖5A和圖5B所示，太陽能熱水器80具有:太陽能集熱器10 ;蓄熱器90，接收并儲存從上述太陽能集熱器10放射的太陽能；以及熱交換器100，接收從該蓄熱器90放射的熱量并將該熱量向外部(本實施方式中為自來水)傳遞，太陽能熱水器80被形成為:蓄熱器90被層疊配置在上述熱交換器30的上方，將太陽能集熱器10相對于該熱交換器100和蓄熱器90橫向并排地配置，上述太陽能集熱器10和熱交換器100通過移送用熱導管110導熱性地連接。
[0071]熱交換器100具有:形成為板狀的基板101 ;以及豎立設置在上述基板101上的多個散熱片102、102...。上述基板101和散熱片102例如由銅、鋁等熱傳導性能優(yōu)異的金屬或由上述金屬組成的合金制成，各散熱片102空出規(guī)定間隔地通過螺釘緊固或鉚接、焊接等被固定在上述基板101上。另外，基板101和散熱片102也可以一體地形成。
[0072]如圖6所示，熱交換器100具有:沿著上述散熱片102延伸的方向配置的一對入口集管103和出口集管104 ;連結上述入口集管103和出口集管104之間的多個連結管105、105…。上述各連結管105例如由銅、鋁等熱傳導性能優(yōu)異的金屬或由上述金屬組成的合金制成，分別被固定在基板31的下表面上。另外，入口集管103上連接作為供水源的上水管，出口集管104上連接與熱水供應口連接的熱水供應管。另外，為了將過度升溫的熱水調整到合適的溫度，也可以將從作為供水源的上水管分支的混合用管連接在熱水供應管上。通過使熱水供應管中流動的熱水經由混合用管與上水管的水混合，能夠將熱水調整到合適的溫度。
[0073]蓄熱器90用于儲存由太陽能集熱器10收集并經由移送用熱導管110傳遞給熱交換器100的太陽能。該蓄熱器90具有多個被劃分得較小的蓄熱單元91，這些蓄熱單元91被夾持在相鄰的散熱片102、102之間。與上述實施方式一樣，蓄熱單元91分別設有發(fā)熱觸發(fā)機構22 (圖6)，并使用袋狀的疊層材料來封裝潛熱蓄熱材料而形成，如圖5A所示，將扁平的蓄熱單元91豎立配置在相鄰的散熱片102、102之間。
[0074]如圖5A所示，蓄熱單元91形成為使該蓄熱單元91的一個面91A和另一個面91B分別與相鄰的散熱片102、102相接觸的厚度。此外，各散熱片102上分別設有用于保持蓄熱單元91的多個突起(省略其圖示)，能夠將該蓄熱單元91固定在相鄰的散熱片102、102之間，并且能夠提高該散熱片102和蓄熱單元91之間的熱傳遞特性。因此，能夠將從散熱片102傳遞的太陽能高效地儲存·在蓄熱單元91內的潛熱蓄熱材料。
[0075]另外，在本實施方式中，如圖6所示，太陽能熱水器80具有:將太陽能集熱器10和熱交換器100導熱性地連接的移送用熱導管(熱移送部件)110 ;以及與上述移送用熱導管110并排設置的熱導管(均熱部件)120。該熱導管120與上述熱導管40同樣地，也以貫穿形成于熱交換器100的散熱片102上的通孔102A的方式設置，從而能夠實現(xiàn)熱交換器100和分別配置在該熱交換器100的散熱片102、102之間的多個蓄熱單元91的均熱化。此外，在該第三實施方式中，熱導管120形成為圓柱形，并以貫穿形成于散熱片102上的通孔102A的方式配置，但是也可以使該熱導管形成為扁平板狀，并配置在熱交換器100的基板101的下表面上。
[0076]另一方面，移送用熱導管110用于將太陽能集熱器10所收集到的太陽能向蓄熱器90移送，具有:形成為圓柱形的移送部IlOA ;以及被連結到該移送部IlOA的均熱部110B，移送部IlOA被固定在太陽能集熱器10的集熱板11上，均熱部IlOB貫穿熱交換器100的多個散熱片102而被固定。在圖6中，移送用熱導管110僅例示了一個，但是移送用熱導管110也可以具有多個。
[0077]在本實施方式中，優(yōu)選的是，太陽能熱水器80以使熱交換器100的高度位置比太陽能集熱器10更靠上方的方式，傾斜地配置在容易受到太陽的陽光照射的場所(例如屋頂)。根據該結構，對于移送用熱導管110而言，均熱部IlOB位于比移送部IlOA更靠上側的位置，由此能夠抑制工作液從移送部IlOA對抗重力向均熱部IlOB回流，因此即使在夜間等太陽能集熱器10的集熱板11被冷卻的情況下，也能夠抑制熱量從蓄熱器90向太陽能集熱器10逆流。
[0078]此外，作為抑制工作液從移送用熱導管的移送部向均熱部回流的結構，在均熱部的內部設置芯材等產生毛細管吸引力的機構，相對于此，也可以在移送部的內部不設置產生該毛細管吸引力的機構。在該結構中，即使不將熱交換器設在比太陽能集熱器更靠上方的位置，也能夠抑制工作液從移送部向均熱部回流，因此，例如能夠將太陽能熱水器設置在平坦的屋頂上，并且能夠實現(xiàn)該太陽能熱水器的設置方式的多樣化。
[0079]在上述結構中，與太陽能集熱器10橫向并排地、且上下層疊地配置蓄熱器90和熱交換器100，并且太陽能集熱器10和蓄熱器90通過移送用熱導管110導熱性地連接，所以能夠從太陽能集熱器10向蓄熱器90高效地進行熱傳輸。此外，通過將蓄熱單元91豎立配置在熱交換器100的散熱片102、102之間，能夠抑制熱交換器100的設置面積的增大，即使構成為與太陽能集熱器10橫向并排地、且上下層疊配置蓄熱器90和熱交換器100的情況下，也能夠實現(xiàn)太陽能熱水器80的小型化。
[0080]另外，由于將熱導管120和移送用熱導管110的均熱部IlOB以貫穿豎立設置在熱交換器100的基板101上的多個散熱片102上所設置的通孔102A的方式配置，因此，通過這些熱導管120和移送用熱導管110的均熱部110B，能夠實現(xiàn)熱交換器100的均熱化。由此，能夠使設置在熱交換器100的散熱片102、102之間的多個蓄熱單元91均熱化，能夠對所述多個蓄熱單元91均等地分配熱并儲存熱。因此，本發(fā)明能夠防止一部分蓄熱單元91的溫度過度上升而逐漸劣化導致蓄熱器90的蓄熱能力產生不均。此外，在將所儲存的熱量經由熱交換器100傳遞給水時，由于通過熱導管120和移送用熱導管110的均熱部IlOB使多個蓄熱單元91均熱化，所以能夠從所述多個蓄熱單元91均等地獲取熱。其結果是，能夠防止一部分蓄熱單元91先行結束放熱導致向熱水進行的供熱在中途停止的情況，由此能夠抑制經過熱交換器100供應的熱水溫度隨時間的變動。
[0081]〈第四實施方式〉
[0082]如圖7A和圖7B所示，太陽能熱水器130與上述太陽能熱水器80在結構方面上的顯著差異是:設在熱交換器100上并使入口集管103和出口集管104連結的連結管106分別從入口集管103向出口集管104逐漸增大直徑。關于其他的結構，對于與上述太陽能熱水器80相同的結構，標注相同的附圖標記，并省略其說明。
[0083]在該第四實施方式中，如圖8所示，各連結管106的出口集管104側的端部106B形成得比入口集管103側的端部106A大，各連結管106從入口集管103向出口集管104逐漸增大直徑。根據在該連結管106內流動的水的流量、流速等確定出口集管104側的端部106B的直徑的大小。
[0084]根據上述結構，由于通過移送用熱導管110的均熱部IlOB能夠實現(xiàn)熱交換器100的均熱化，因此，能夠使設在熱交換器100的散熱片102、102之間的多個蓄熱單元91均熱化，能夠對所述多個蓄熱單元91均等地分配熱并儲存熱。因此，能夠防止一部分蓄熱單元91的溫度過度上升而逐漸劣化導致蓄熱器90的蓄熱能力產生不均。
[0085]另外，在將儲存的熱量經由熱交換器100傳遞給水時，多個蓄熱單元91通過移送用熱導管110的均熱部IlOB而被均熱化，還有，由于上述連結管106分別從入口集管103向出口集管104逐漸增大直徑，所以該連結管106內流動的水的流速越靠下游側越慢，所以能夠從多個蓄熱單元91均等地獲取熱量。其結果是，能夠防止一部分蓄熱單元91先行結束放熱導致向熱水進行的供熱在中途停止的情況，由此能夠抑制經過熱交換器100供應的熱水溫度隨時間的變動。
[0086]〈第五實施方式〉
[0087]在上述各實施方式所涉及的太陽能熱水器中，說明了使用熱導管(均熱部件)使蓄熱器的多個蓄熱單元均熱化的結構。在該結構中，各蓄熱單元具有發(fā)生過度冷卻的同一種潛熱蓄熱材料，并具有在同一溫度下產生相變的性質。因此實際上難以按順序使各蓄熱單元進行潛熱蓄熱，而是對所有的蓄熱單元同樣地進行潛熱蓄熱。因此，在陰天等陽光照射量較少時，有可能在所有的蓄熱單元的潛熱蓄熱未結束(至少一部分蓄熱單元部分上殘留固態(tài))時已迎來日落。該情況下，可以設想到以下問題:蓄熱單元以殘留的固相為核心而繼續(xù)固化，在下降到常溫(例如20°C)之前的過程中，由于無法處于過度冷卻狀態(tài)，因此無法保持潛熱，不僅顯熱部分、潛熱部分也會因放熱而失去。為了解決上述問題，在本實施方式中，蓄熱器針對每個蓄熱單元具有熔點不同的潛熱蓄熱材料。
[0088]圖9為本發(fā)明第五實施方式所涉及的太陽能熱水器200的俯視圖，圖9示出了取下集熱板11后的狀態(tài)。本實施方式與上述第一實施方式所涉及的太陽能熱水器I在結構方面上的不同之處是:太陽能熱水器200的蓄熱器20包括具有熔點不同的潛熱蓄熱材料的兩種蓄熱單元221、222。其他的結構與太陽能熱水器I的結構相同，因此對相同的結構標注相同的附圖標記，并省略其說明。還有，在本實施方式中，采用了包括具有熔點不同的潛熱蓄熱材料的兩種蓄熱單元221、222的結構，但本發(fā)明并不局限于此，當然也可以采用以下結構:包括具有熔點不同的潛熱蓄熱材料的三種以上蓄熱單元。
[0089]如圖9所示，蓄熱器20具有:低熔點潛熱蓄熱單元221，其具有熔點低(例如50°C)的潛熱蓄熱材料(低熔點蓄熱材料)；以及高熔點潛熱蓄熱單元222，其具有的潛熱蓄熱材料(高熔點蓄熱材料)的熔點比上述低熔點潛熱蓄熱單元221內的潛熱蓄熱材料的熔點高(例如為60°C)。作為低熔點蓄熱材料和高熔點蓄熱材料的組合，例如，可以使用三水醋酸鈉和八水氫氧化鋇的組合、五水硫代硫酸鈉和六水氫氧化鎂的組合。
[0090]將上述低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222并排配置在基板31上。具體而言，低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222分別沿著熱交換器30的連結管35的延伸方向(行方向)和散熱片32的延伸方向(列方向)交替地設置，形成所謂的棋格樣式。
[0091]將太陽能集熱器10、蓄熱器20和熱交換器30在高度(厚度)方向上層疊而形成太陽能熱水器200。因此，由陽光照射所產生的太陽能在太陽能集熱器10的集熱板11的全體上被收集，并被均等地傳遞至與該集熱板11接觸的低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222。
[0092]在本實施方式中，由于低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222被設置成棋格狀，所以該低熔點潛熱蓄熱單元221以均勻散布的狀態(tài)設在集熱板11的下方。
[0093]因此，進入各蓄熱單元的任何區(qū)域的太陽能都將能夠用于位于附近的低熔點潛熱蓄熱單元221的潛熱蓄熱，因此能夠按照首先低熔點蓄熱材料其次高熔點蓄熱材料這樣的順序進行潛熱蓄熱。
[0094]還有，由于太陽能熱水器200具有熱導管40，所以經由該熱導管40使低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222均熱化。因此，各蓄熱單元221、222的溫度達到熔點最低的低熔點潛熱蓄熱單元221的低熔點蓄熱材料的熔點之后，在高熔點潛熱蓄熱單元222的顯熱升溫中消耗的熱量經由熱導管40從高熔點潛熱蓄熱單元222向低熔點潛熱蓄熱單元221傳輸，低熔點潛熱蓄熱單元221被優(yōu)先蓄熱。
[0095]因此，即使因例如陰天等導致陽光照射量不足的情況下，至少在低熔點潛熱蓄熱單元221上能夠不殘留固相地進行潛熱。因此，即使失去顯熱部分使得溫度下降之后，低熔點潛熱蓄熱單元221通過過度冷卻也能夠保持低熔點蓄熱材料的潛熱蓄熱部分，能夠使所儲存的熱量與水進行熱交換，從而作為熱水被有效地利用。
[0096]另一方面，在晴天等陽光照射量充足的情況下，各蓄熱單元221、222的溫度升至高熔點潛熱蓄熱單元222的潛熱蓄熱材料的熔點。因此，在各蓄熱單元221、222的溫度達到高熔點潛熱蓄熱單元222的潛熱蓄熱材料的熔點之后，低熔點潛熱蓄熱單元221的顯熱升溫中消耗的熱量經由熱導管40從低熔點潛熱蓄熱單元221向高熔點潛熱蓄熱單元222傳輸，而被儲存在高熔點潛熱蓄熱單元222中。因此，通過分階段地在低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222中蓄熱，能夠在低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222中切實地蓄熱，由此能夠有效地利用該所儲存的熱量。
[0097]在本實施方式中，如圖9所示，將低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222大致相同地設置。如上所述，由于低熔點潛熱蓄熱單元221與陽光照射量不足時的蓄熱量有關，所以可能期望其數(shù)量更多。但是，低熔點潛熱蓄熱單元221相比于高熔點潛熱蓄熱單元222過多時，由于從高熔點潛熱蓄熱單元222向低熔點潛熱蓄熱單元221的熱傳輸減少，所以難以在低熔點潛熱蓄熱單元221中不殘留固相地進行蓄熱。
[0098]相對于此，低熔點潛熱蓄熱單元221相比于高熔點潛熱蓄熱單元222過少時，對低熔點潛熱蓄熱單元221的蓄熱量減少。
[0099]因此，在本實施方式中，通過將低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222大致相同地設置，能夠確保對蓄熱器20的蓄熱量，并且能夠實現(xiàn)對低熔點潛熱蓄熱單元221的可靠的蓄熱。
[0100]接下來，對利用所積蓄的熱量的情況進行說明。
[0101]在針對低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222的蓄熱結束時，由于在所述低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222中潛熱蓄熱材料的相變溫度(熔點)不同，因此有可能出現(xiàn)以下問題:熱交換器30的熱交換溫度產生不均，由此所生成的熱水的溫度也因所處位置的不同而產生差異。
[0102]但在本實施方式中，由于低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222通過熱導管40而被均熱化，所以在從各蓄熱單元221、222獲取熱時，能夠使熱量經由熱導管40均等地傳遞給連結管35內的水，從而能夠抑制所供應的熱水溫度的由場所引起的不均。
[0103]另外，在僅低熔點潛熱蓄熱單元221結束蓄熱而高熔點潛熱蓄熱單元222未蓄熱時，由于高熔點潛熱蓄熱單元222無法不產生相變地保持恒定溫度，因此有可能出現(xiàn)以下問題:熱交換溫度產生不均，因此所生成的熱水的溫度也因所處場所不同而產生不均。
[0104]但是，即使在這種情況，在本實施方式中，由于低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222通過熱導管40而被均熱化，所以從各蓄熱單元221、222獲取熱時，能夠使熱量經由熱導管40均等地傳遞給連結管35內的水，從而能夠抑制所供應的熱水溫度的由場所引起的不均。
[0105]如此，在本實施方式中，由于蓄熱器20具有低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222，并且使用熱導管40使上述低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222均熱化，因此熱交換器30中熱交換溫度的不均消失。因此，關于對具有不同熔點的蓄熱單元的配置，沒有限制，即使將低熔點潛熱蓄熱單元和高熔點潛熱蓄熱單元偏置，也沒有問題，只要上述低熔點潛熱蓄熱單元和高熔點潛熱蓄熱單元分別與熱導管導熱地連接即可。上述蓄熱單元彼此也可以在一端直接接觸。
[0106]例如，如圖1OA和圖1OB所示，在變形例所涉及的太陽能熱水器201中，蓄熱器20具有低熔點潛熱蓄熱單元223和高熔點潛熱蓄熱單元224，將上述各蓄熱單元223、224在高度(厚度)方向上層疊而構成蓄熱器20。
[0107]具體地講，高熔點潛熱蓄熱單元224以使其下表面224B與基板31接觸的方式，被設置在基板31上，低熔點潛熱蓄熱單元223分別以使其上表面223A與集熱板11接觸的方式，被設置在上述高熔點潛熱蓄熱單元224上。低熔點潛熱蓄熱單元223和高熔點潛熱蓄熱單元224被形成為:它們層疊后的高度與散熱片32的高度大致相同。
[0108]在上述結構中，蓄熱器20包括具有熔點不同的潛熱蓄熱材料的低熔點潛熱蓄熱單元223和高熔點潛熱蓄熱單元224，將高熔點潛熱蓄熱單元224設置在基板31上，將低熔點潛熱蓄熱單元223層疊在該高熔點潛熱蓄熱單元224上，并且將集熱板11設置在該低熔點潛熱蓄熱單元223上。因此，集熱板11上所收集的太陽能被用于與上述集熱板11接觸的低熔點潛熱蓄熱單元223的潛熱蓄熱，因此能夠按照首先低熔點蓄熱材料其次高熔點蓄熱材料這樣的順序進行潛熱蓄熱。因此，即使陽光照射量少，也能在低熔點潛熱蓄熱單元223中不殘留固相地進行蓄熱，所以即使是陰天也能有效地利用太陽能。
[0109]〈第六實施方式〉
[0110]圖11為第六實施方式所涉及的太陽能熱水器210的俯視圖。該實施方式與上述第三實施方式所涉及的太陽能熱水器80在結構方面上的不同之處是:蓄熱器90包括具有熔點不同的潛熱蓄熱材料的兩種蓄熱單元191、192。其他的結構與太陽能熱水器80相同，因此對相同的結構標注相同的附圖標記，并省略其說明。
[0111]在本實施方式中，如圖11所示，蓄熱器90包括:具有低熔點蓄熱材料的低熔點潛熱蓄熱單元191 ;以及高熔點潛熱蓄熱單元192，其具有的高熔點蓄熱材料的熔點高于上述低熔點潛熱蓄熱單元191內的低熔點蓄熱材料的熔點。作為低熔點蓄熱材料和高熔點蓄熱材料的組合，例如，可以使用三水醋酸鈉和八水氫氧化鋇的組合、五水硫代硫酸鈉和六水氫氧化鎂的組合。
[0112]低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192分別被夾持在相鄰的散熱片102、102之間，并且所述低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192被構成為在熱交換器100的連結管105的延伸方向(行方向)上交替地設置。另外，低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192被大致相同地配置。
[0113]在上述結構中，由于蓄熱器90將包括具有不同熔點的潛熱蓄熱材料的低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192在熱交換器100的連結管105的延伸方向(行方向)上交替地設置，因此，即使陽光照射量少，也能夠在低熔點潛熱蓄熱單元191中不殘留固相地進行蓄熱，因此即使是陰天也能有效地利用太陽能。
[0114]另外，低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192的配置結構不局限于圖11中的情形。例如，如圖12所示，也可以將低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192在熱交換器100的連結管105的一端側和另一端側分開地設置。在本變形例中，低熔點潛熱蓄熱單元191被設在入口集管103側(上游側)，高熔點潛熱蓄熱單元192被設在出口集管104側(下游側)。
[0115]在不設置熱導管120的結構中，在分開設置低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192時，為使集熱板11上收集的太陽能均勻地傳遞到各蓄熱單元，因此不向低熔點潛熱蓄熱單元191優(yōu)先地蓄熱，而向低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192同時蓄熱。
[0116]對此，在本結構中，由于使用熱導管120實現(xiàn)低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192的均熱化，所以能夠防止高熔點潛熱蓄熱單元192的蓄熱逐漸進行而處于高溫的情況，能夠將高熔點潛熱蓄熱單元192的顯熱向低熔點潛熱蓄熱單元191傳輸，并能夠向低熔點潛熱蓄熱單元191優(yōu)先蓄熱。通過這樣使用熱導管120，能夠消除與低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192的設置有關的限制。
[0117]還有，在本變形例中，由于低熔點潛熱蓄熱單元191被設在入口集管103側(上游側)，高熔點潛熱蓄熱單元192被設在出口集管104側(下游側)，所以，在利用儲存的熱量時，能夠分別從低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192以同樣的熱密度獲得熱。因此，水流上游側的潛熱蓄熱材料不會先行結束潛熱釋放，因此實現(xiàn)所供應的熱水溫度隨時間的變化減小這樣的效果。
[0118]另外，在本實施方式中，說明了第三實施方式所涉及的太陽能熱水器80的蓄熱器90為包括具有熔點不同的蓄熱材料的多個蓄熱單元的結構，但只要是包括具有熔點不同的蓄熱材料的多個蓄熱單元的結構，當然也適用于其他實施方式所涉及的太陽能熱水器50、130。
[0119]〈第七實施方式〉
[0120]太陽能熱水器150被設在容易受到陽光照射的場所(例如，屋頂)，如圖13A所示，太陽能熱水器150具有:太陽能集熱器10，其接收來自太陽的陽光照射而收集太陽能；蓄熱器60，其接收并儲存從上述太陽能集熱器10放射的太陽能；以及熱交換器30，其接收從上述蓄熱器60或太陽能集熱器10放射的熱量并將該熱量傳遞給外部(本實施方式中為自來水)，將上述太陽能集熱器10、蓄熱器60和熱交換器30在高度(厚度)方向上層疊而形成太陽能熱水器150。在本實施方式中，在熱交換器30的上方設置蓄熱器60,在該蓄熱器60的上方設置太陽能集熱器10。因此，能夠抑制太陽能熱水器150的設置面積，并且能夠實現(xiàn)該太陽能熱水器150的小型化。
[0121]熱交換器30具有:形成為板狀的基板31 ;以及豎立設置在上述基板31上的散熱片32、32。上述基板31和散熱片32例如由銅、鋁等熱傳導性能優(yōu)異的金屬或由上述金屬組成的合金制成，各散熱片32空出規(guī)定間隔地通過螺釘緊固等被固定在該基板31上。另外，基板31和散熱片32也可以一體地形成。上述各散熱片32形成為大致相同的高度，太陽能集熱器10被固定在該散熱片32的上端部。[0122]如圖14所示，熱交換器30具有:沿著上述散熱片32延伸的方向配置的一對入口集管33和出口集管34 ；以及連結上述入口集管33和出口集管34之間的多個連結管36，36…。上述各連結管36例如由銅、鋁等熱傳導性能優(yōu)異的金屬或由上述金屬組成的合金制成，分別被固定在基板31的下表面上。
[0123]另外，入口集管33上連接作為供水源的上水管，出口集管34上連接與熱水供應口連接的熱水供應管。另外，為了將過度升溫的熱水調整到合適的溫度，也可以將從作為供水源的上水管分支的混合用管連接在熱水供應管上。通過使熱水供應管中流動的熱水經由混合用管與上水管的水混合，能夠將熱水調整到合適的溫度。
[0124]太陽能集熱器10具有被形成為與基板31大致相同的大小的板狀、且進行了提高光吸收率的表面處理的集熱板11，該集熱板11被固定在熱交換器30的散熱片32上。與上述熱交換器30的基板31、散熱片32和連結管35—樣，該集熱板11也由熱傳導性能優(yōu)異的金屬材料制成，該集熱板11所收集的太陽能經由多個散熱片32被傳遞給熱交換器30。
[0125]蓄熱器60用于儲存在太陽能集熱器10中收集并被傳遞給熱交換器30的太陽能。該蓄熱器60具有多個被劃分得較小的蓄熱單元61、61...，這些蓄熱單元61并排配置在相鄰的散熱片32、32之間。各蓄熱單元61是使用袋狀疊層材料封裝潛熱蓄熱材料而形成的單元，如圖13A所示，該蓄熱單元61的上表面61A和下表面61B形成為分別與集熱板11和基板31相接觸的高度(厚度)。還有，集熱板11和基板31上分別設有多個用于保持蓄熱單元61的突起(省略其圖示)，從而能夠將該蓄熱單元61固定在集熱板11和基板31之間，并且能夠提高該集熱板11以及基板31與蓄熱單元61之間的熱傳遞特性。因此，能夠將從集熱板11和基板31傳遞的太陽能高效地儲存在蓄熱單元61內的潛熱蓄熱材料。
[0126]潛熱蓄熱材料具有利用其熔解或凝固時的潛熱進行蓄熱或放熱的性質。在本實施方式中，作為潛熱蓄熱材料，使用了三水醋酸鈉，但是只要具有上述性質的物質，則不特別地限定，例如可以使用六水氯 化鎂、八水氫氧化鋇、五水硫代硫酸鈉、六水硝酸鎂、石蠟、木糖醇等、以及它們的混合物等。
[0127]如果利用潛熱蓄熱材料，與利用水等顯熱的方法相比，蓄熱密度變大，所以能夠實現(xiàn)蓄熱器60的小型化。還有，由于將使用疊層材料來封裝潛熱蓄熱材料并被劃分得更小的蓄熱單元61配置在基板31上，所以能將太陽能熱水器I的高度(厚度)抑制得更低，能夠實現(xiàn)該太陽能熱水器I的小型化。
[0128]潛熱蓄熱材料具有以下性質:在儲存完太陽能后被冷卻時，處于所謂的過度冷卻狀態(tài)，即使被冷卻到凝固點以下的溫度，也不會凝固，不會開始放熱。因此，在本實施方式中，蓄熱器60上設有對蓄熱單元61分別施加刺激而引起發(fā)熱(凝固)的發(fā)熱觸發(fā)機構22(圖14)。該發(fā)熱觸發(fā)機構22各自獨立地設在各蓄熱單元61中，并具有:在蓄熱單元61內與潛熱蓄熱材料接觸的通電線；以及用于經由該通電線向潛熱蓄熱材料施加電壓的操作開關。通過在使用太陽能熱水器150時使該操作開關動作從而對潛熱蓄熱材料施加刺激，解除蓄熱單元61內的潛熱蓄熱材料的過度冷卻狀態(tài)，在該潛熱蓄熱材料凝固時，儲存在該潛熱蓄熱材料中的熱從潛熱蓄熱材料向熱交換器30的基板31釋放。此外,通過使各發(fā)熱觸發(fā)機構22分別地進行動作，能夠從各蓄熱單元61獲取必要的熱量，并且能夠有效地利用所儲存的熱量。另外，作為對蓄熱單元61施加刺激的方法，并不局限于施加電壓的方法，也可以是對蓄熱單元61施加剪切應力的方法，或者是具有使晶種接觸呈液態(tài)的潛熱蓄熱材料的機構的方法。
[0129]疊層材料是由薄膜狀較薄材料構成的袋狀容器，例如由聚丙烯(PP)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)等樹脂制成。通過使用薄膜狀疊層材料來封裝潛熱蓄熱材料，蓄熱單元61具有對于集熱板11以及基板31優(yōu)異的接觸性，并且上述集熱板11以及基板31與潛熱蓄熱材料直接接觸,從而能夠防止集熱板11和基板31的腐蝕。此外,蓄熱單元61由于使用袋狀疊層材料封裝潛熱蓄熱材料而被劃分得較小，所以能夠使蓄熱時發(fā)生液化的潛熱蓄熱材料的處理變得容易，能夠將蓄熱單元61簡單地配置在基板31上，并且能夠確保蓄熱單元61的導熱面積較大，從而能夠提高導熱效率而快速獲取熱。
[0130]另外，可以設想到以下問題:在將熱量從多個蓄熱單元61傳遞給熱交換器30而用該熱交換器30對水進行加熱時，難以從各蓄熱單元61均等地獲取熱，隨著時間的推進，熱回收量減少。因此，在本實施方式中，將熱交換器30的入口集管33和出口集管34連結的連結管36如圖13B和圖13C所示，出口集管34側的端部36B形成得比入口集管33側的端部36A更大，如圖14所示，從入口集管33向出口集管34逐漸增大直徑。根據在該連結管36內流動的水的流量、流速等確定出口集管34側的端部36B的直徑大小。在此，上述的入口集管33、出口集管34以及多個連結管36構成均熱部件。
[0131]根據第七實施方式，在熱交換器30的上方設置蓄熱器60，在該蓄熱器60的上方設置太陽能集熱器10。因此，能夠抑制太陽能熱水器150的設置面積，從而能夠實現(xiàn)該太陽能熱水器150的小型化。另外，由于熱交換器30具有豎立設在基板31上的多個散熱片32、32，并且在該多個散熱片32、32上設置太陽能集熱器10的集熱板11，因此，由該集熱板11收集的太陽能經由散熱片32、32傳遞給基板31，從而能夠在設置在該基板31上的蓄熱單元61中高效地蓄熱。
[0132]還有，由于上述連結管36分別從入口集管33向出口集管34逐漸增大直徑，所以在該連結管36中流動的水的流速越是靠下游側越慢，由此能夠從多個蓄熱單元61中均等地獲取熱。其結果是，能夠防止一部分蓄熱單元61先行結束放熱導致向熱水進行的供熱在中途停止的情況，由此能夠抑制經過熱交換器30供應的熱水溫度隨時間的變動。
[0133]另外，在本實施方式中，蓄熱器60的各蓄熱單元61采用了具有產生過度冷卻的同一種類的潛熱蓄熱材料的結構，但本發(fā)明并不局限于此，當然蓄熱器60也可以采用具有多種蓄熱單元的結構，該多種蓄熱單元具有熔點不同的潛熱蓄熱材料。
[0134]另外，在上述第一至第七實施方式中，還可以采用以下結構:至少將蓄熱器和熱交換器收裝在殼體(圖未示)內，再將每個上述殼體設在屋頂之上。該情況下，殼體優(yōu)選由隔熱性能較好的材料形成。還有，也可以采用以下結構:將整個太陽能熱水器收容在殼體內，使用玻璃等具有透光性的部件形成該殼體的面對太陽能集熱器(集熱板)的表面。
[0135]附圖標記說明
[0136]1、50、80、130、150、200、201、210、211:太陽能熱水器
[0137]10:太陽能集熱器
[0138]11:集熱板
[0139]20、60、90:蓄熱器
[0140]21、61、91:蓄熱單元
[0141]30、100:熱交換器[0142]31、101:基板
[0143]32、102:散熱片(導熱支柱)
[0144]32A、102A:通孔
[0145]33、103:入 口集管
[0146]34、104:出 口集管
[0147]35、36、105、106:連結管
[0148]40、120:熱導管(均熱部件)
[0149]110:移送用熱導管(熱移送部件)
[0150]IlOA:移送部
[0151]IlOB:均熱部
[0152]191、221、223:低熔點潛熱蓄熱單元(蓄熱單元)
[0153]192、222、224:高熔點潛熱蓄熱單元(蓄熱單元)
【權利要求】
1.一種太陽能熱水器，具有: 太陽能集熱器； 蓄熱器，儲存由所述太陽能集熱器收集的熱量；以及 熱交換器，利用所述蓄熱器中儲存的熱量對水進行加熱， 所述太陽能熱水器的特征在于， 所述蓄熱器被劃分成具有潛熱蓄熱材料的多個蓄熱單元， 所述太陽能熱水器具有實現(xiàn)所述多個蓄熱單元之間的均熱化的均熱部件。
2.根據權利要求1所述的太陽能熱水器，其特征在于， 在所述熱交換器上設置所述多個蓄熱單元， 在各蓄熱單元之間分別設置導熱支柱， 所述均熱部件與該導熱支柱導熱性地連接。
3.根據權利要求1所述的太陽能熱水器，其特征在于， 在所述熱交換器上設置所述多個蓄熱單元， 所述均熱部件與所述熱交換器導熱性地連接。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的太陽能熱水器，其特征在于， 所述太陽能集熱器、所述蓄熱器以及所述熱交換器重疊地設置。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的太陽能熱水器，其特征在于， 所述蓄熱器和所述熱交換器重疊地設置， 所述太陽能集熱器與該蓄熱器以及熱交換器橫向并排地設置， 所述太陽能集熱器和所述蓄熱器通過熱移送部件導熱性地連接。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的太陽能熱水器，其特征在于， 所述熱交換器具有: 入口集管和出口集管；以及 將所述入口集管和出口集管之間相互連結的多個連結管， 所述均熱部件沿著所述連結管設置。
7.根據權利要求6所述的太陽能熱水器，其特征在于， 所述連結管的管徑從所述入口集管向所述出口集管逐漸增大。
8.根據權利要求1所述的太陽能熱水器，其特征在于， 所述熱交換器具有: 入口集管和出口集管；以及 將所述入口集管和出口集管之間相互連結的多個連結管， 所述均熱部件通過使所述連結管的管徑從所述入口集管向所述出口集管逐漸增大而構成。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的太陽能熱水器，其特征在于， 所述潛熱蓄熱材料使用產生過度冷卻的材料， 在多個所述蓄熱單元上設有發(fā)熱觸發(fā)機構。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的太陽能熱水器，其特征在于， 所述蓄熱器針對每個所述蓄熱單元具有熔點不同的潛熱蓄熱材料。
【文檔編號】F24J2/34GK103635757SQ201280032908
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年4月10日 優(yōu)先權日:2011年11月8日
【發(fā)明者】島田守, 池田匡視 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社
【專利摘要】本發(fā)明提供一種熱交換效率優(yōu)異并且能夠抑制所供應的熱水溫度的變動的太陽能熱水器。該太陽能熱水器具有：太陽能集熱器（10）；蓄熱器（20），儲存由太陽能集熱器（10）收集的熱量；以及熱交換器（30），利用蓄熱器（20）中儲存的熱量對水進行加熱，蓄熱器（20）被劃分成具有潛熱蓄熱材料的多個蓄熱單元（21，21…），太陽能熱水器具有實現(xiàn)多個蓄熱單元（21）之間的均熱化的熱導管（均熱部件）（40）。
【專利說明】太陽能熱水器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種接收太陽能并利用所接收到的太陽能的熱量對水進行加熱的太陽能熱水器。
【背景技術】
[0002]近年來，由于原油價格上漲，節(jié)能的需求提高，利用作為可再生能源的太陽能產生熱水的太陽能熱水器越來越受到關注。作為這種太陽能熱水器，提出如下一種太陽能熱水供應系統(tǒng)，其具有:收集太陽能的集熱器；儲存收集到的熱量的蓄熱器；以及用于使用所儲存的熱量對水進行加熱的熱交換器(參照專利文獻I)。
[0003]在這種太陽能熱水供應系統(tǒng)中，蓄熱器由構成為隔熱的底板、側板以及透光板形成箱形形狀，其內部設置有在大致整個表面以面形狀蜿蜒行進地配置的通水管和以夾著通水管的狀態(tài)上下配置的蓄熱單元，通過使用集熱器所收集到的太陽能對水進行加熱，使被加熱的水與蓄熱單元進行熱交換，由此將熱量儲存到該蓄熱單元，因而具有不需要用于儲存熱水的容器的優(yōu)點。
[0004]現(xiàn)有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2003 — 83608號公報
【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明所要解決的問題
[0008]但是，在上述太陽能熱水供應系統(tǒng)中，采用以下結構:蓄熱器在構成為隔熱的箱體內部，將潛熱蓄熱單元以夾著通水管的狀態(tài)上下設置，由于潛熱蓄熱單元的熱傳導率小，因此存在難以快速蓄熱或放熱的問題。另外，在以往的結構中，由于在潛熱蓄熱單元與在通水管內流動的水之間進行熱交換，所以在靠近通水管的部分和遠離通水管的部分上，潛熱蓄熱單元的溫度產生不均，而存在所供應的熱水溫度容易變動這樣的問題。
[0009]
【發(fā)明內容】
[0010]本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術中的問題而做出的，本發(fā)明的目的是提供一種熱交換效率優(yōu)異并且能夠控制所供應的熱水溫度的變動的太陽能熱水器。用于解決問題的手段
[0011]為了解決上述問題，本發(fā)明涉及一種太陽能熱水器，具有:太陽能集熱器；蓄熱器，儲存由所述太陽能集熱器收集的熱量；以及熱交換器，利用所述蓄熱器中儲存的熱量對水進行加熱，所述太陽能熱水器的特征在于，所述蓄熱器被劃分成具有潛熱蓄熱材料的多個蓄熱單元，所述太陽能熱水器具有實現(xiàn)所述多個蓄熱單元之間的均熱化的均熱部件。
[0012]根據上述結構，由于蓄熱器采用被劃分成具有潛熱蓄熱材料的多個蓄熱單元的結構，所以通過將蓄熱單元劃分得較小能夠增大蓄熱器全體的導熱面積，相應地，能夠提高蓄熱或放熱時的熱交換效率。另外，由于具有實現(xiàn)多個蓄熱單元之間的均熱化的均熱部件，所以能夠從通過均熱部件被均熱化的多個蓄熱單元中均等地獲取熱，從而能夠抑制所供應的熱水溫度的變動。
[0013]該結構中，也可以在所述熱交換器上設置所述多個蓄熱單元，在各蓄熱單元之間分別設置導熱支柱，所述均熱部件與該導熱支柱導熱性地連接。另外，也可以在所述熱交換器上設置所述多個蓄熱單元，所述均熱部件與所述熱交換器導熱性地連接。
[0014]另外，所述太陽能集熱器、所述蓄熱器以及所述熱交換器也可以重疊地設置。還有，也可以所述蓄熱器和所述熱交換器重疊地設置，所述太陽能集熱器與該蓄熱器以及熱交換器橫向并排地設置，所述太陽能集熱器和所述蓄熱器通過熱移送部件導熱性地連接。
[0015]另外，也可以所述熱交換器具有入口集管和出口集管、以及將所述入口集管和出口集管之間相互連結的多個連結管，所述均熱部件沿著所述連結管設置。所述連結管也可以管徑從所述入口集管向所述出口集管逐漸增大。
[0016]另外，也可以所述熱交換器具有入口集管和出口集管、以及將所述入口集管和出口集管之間相互連結的多個連結管，所述均熱部件通過使所述連結管的管徑從所述入口集管向所述出口集管逐漸增大而構成。另外，也可以所述潛熱蓄熱材料使用產生過度冷卻的材料，在多個所述蓄熱體上設有發(fā)熱觸發(fā)機構。另外，所述蓄熱器也可以針對每個所述蓄熱單元具有熔點不同的潛熱蓄熱材料。發(fā)明效果
[0017]根據上述結構，由于蓄熱器采用被劃分成具有潛熱蓄熱材料的多個蓄熱單元的結構，所以通過將蓄熱單元劃分得較小能夠增大蓄熱器全體的導熱面積，相應地，能夠提高蓄熱或放熱時的熱交換效率。另外，由于具有實現(xiàn)多個蓄熱單元之間的均熱化的均熱部件，所以能夠從通過所述均熱部件被均熱化的多個蓄熱單元中均等地獲取熱，從而能夠抑制所供應的熱水溫度的變動。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1A為本發(fā)明第一實施方式所涉及的太陽能熱水器的側視圖。
[0019]圖1B為圖1的A的B—B剖視圖。
[0020]圖2為取下集熱板后的狀態(tài)的太陽能熱水器的俯視圖。
[0021]圖3A為本發(fā)明第二實施方式所涉及的太陽能熱水器的側視圖。
[0022]圖3B為圖3A的B— B剖視圖。
[0023]圖4為取下集熱板后的狀態(tài)的太陽能熱水器的俯視圖。
[0024]圖5A為本發(fā)明的第三實施方式所涉及的太陽能熱水器的側視圖。
[0025]圖5B為圖5A的B— B剖視圖。
[0026]圖6為太陽能熱水器的俯視圖。
[0027]圖7A為本發(fā)明第四實施方式所涉及的太陽能熱水器的側視圖。
[0028]圖7B為圖7A的B— B剖視圖。
[0029]圖7C為圖7A的C— C剖視圖。
[0030]圖8為取下集熱板后的狀態(tài)的太陽能熱水器的俯視圖。
[0031]圖9為從本發(fā)明第五實施方式所涉及的太陽能熱水器中取下集熱板后的狀態(tài)的俯視圖。
[0032]圖1OA為第五實施方式的變形例所涉及的太陽能熱水器的側視圖。
[0033]圖1OB為圖1OA的B— B剖視圖。[0034]圖11為本發(fā)明第六實施方式所涉及的太陽能熱水器的俯視圖。
[0035]圖12為第六實施方式的變形例所涉及的太陽能熱水器的俯視圖。
[0036]圖13A為本發(fā)明第七實施方式所涉及的太陽能熱水器的側視圖。
[0037]圖13B為圖13A的B—B剖視圖。
[0038]圖13C為圖13A的C— C剖視圖。
[0039]圖14為太陽能熱水器的俯視圖。
【具體實施方式】
[0040]下面參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。
[0041]〈第一實施方式〉
[0042]太陽能熱水器I被配置在易于受到陽光照射的場所(例如屋頂)，如圖1A和圖1B所示，太陽能熱水器I具有:太陽能集熱器10，從太陽受到陽光照射而收集太陽能；蓄熱器20，接收并儲存從該太陽能集熱器10放射的太陽能；以及熱交換器30，接收從該蓄熱器20或太陽能集熱器10放射的熱量并將該熱量向外部(本實施方式中為自來水)傳遞，將上述太陽能集熱器10、蓄熱器20和熱交換器30在高度(厚度)方向上層疊而成。在該第一實施方式中，在熱交換器30的上方設置蓄熱器20，在該蓄熱器20的上方設置太陽能集熱器10。因此，能夠減小太陽能熱水器I的設置面積，并且能夠實現(xiàn)該太陽能熱水器I的小型化。
[0043]熱交換器30具有:形成為板狀的基板31 ;以及豎立設置在上述基板31上的多個散熱片(導熱支柱)32、32…。上述基板31和散熱片32例如由銅、鋁等熱傳導性能優(yōu)異的金屬或由上述金屬組成的合金制成，各散熱片32空出規(guī)定間隔地通過螺釘緊固或鉚接、焊接等被固定在基板31上。另外，基板31和散熱片32也可以一體地形成。上述各散熱片32形成為大致相同的高度，太陽能集熱器10被固定在散熱片32的上端。
[0044]如圖2所示，熱交換器30具有:沿著上述散熱片32延伸的方向配置的一對入口集管33和出口集管34 ;以及連結上述入口集管33和出口集管34之間的多個連結管35、35...。上述各連結管35例如由銅、鋁等熱傳導性能優(yōu)異的金屬或由上述金屬組成的合金制成，分別導熱性地連接并固定在基板31的下表面上。
[0045]另外，入口集管33上連接作為供水源的上水管，出口集管34上連接與熱水供應口連接的熱水供應管。另外，為了將過度升溫的熱水調整到合適的溫度，也可以將從作為供水源的上水管分支的混合用管連接在熱水供應管上。通過使熱水供應管中流動的熱水經由混合用管與上水管的水混合，能夠將熱水調整到合適的溫度。
[0046]太陽能集熱器10具有進行了提高光吸收率的表面處理的集熱板11，該集熱板11被固定在熱交換器30的散熱片32上。該集熱板11與上述的熱交換器30的基板31、散熱片32以及連結管35同樣地，也由熱傳導性能優(yōu)異的金屬材料形成，該集熱板11所收集的太陽能經由多個散熱片32被傳遞給熱交換器30的基板31。
[0047]蓄熱器20用于儲存在太陽能集熱器10中收集并被傳遞給熱交換器30的太陽能。該蓄熱器20具有多個被劃分得較小的蓄熱單元21、21...，這些蓄熱單元21并排配置在相鄰的散熱片32、32之間。各蓄熱單元21是使用袋狀疊層材料封裝潛熱蓄熱材料而形成的單元，如圖1A所示，該蓄熱單元21的上表面21A和下表面21B形成為分別與集熱板11和基板31接觸的高度。此外，在集熱板11和基板31上分別設有多個用于保持蓄熱單元21的突起(省略其圖示)，從而能夠將該蓄熱單元21固定在集熱板11和基板31之間，并且能夠提高該集熱板11以及基板31與蓄熱單元21之間的熱傳導特性。因此，能夠將從集熱板11和基板31傳遞的太陽能高效地儲存在蓄熱單元21內的潛熱蓄熱材料。
[0048]潛熱蓄熱材料具有利用其熔解或凝固時的潛熱進行蓄熱或放熱的性質。在本實施方式中，作為潛熱蓄熱材料，使用了三水醋酸鈉，但是只要是具有上述性質的物質，則不特別地限定，例如可以使用六水氯化鎂、八水氫氧化鋇、五水硫代硫酸鈉、六水硝酸鎂、石蠟、木糖醇等、以及它們的混合物等。
[0049]當利用潛熱蓄熱材料時，與利用水等顯熱的方法相比，蓄熱密度變大，所以能夠實現(xiàn)蓄熱器20的小型化。另外，由于將使用疊層材料封裝潛熱蓄熱材料并被劃分得較小的蓄熱單元21并排配置在基板31上，所以能夠將蓄熱器20的高度(厚度)抑制得很低，進而能夠實現(xiàn)太陽能熱水器I的小型化。
[0050]潛熱蓄熱材料具有以下性質:在儲存完太陽能后被冷卻時，處于所謂的過度冷卻狀態(tài)，即使被冷卻到凝固點以下的溫度，也不會凝固，不會開始放熱。因此，在本實施方式中，蓄熱器20上設有對蓄熱單元21分別施加刺激而引起發(fā)熱(凝固)的發(fā)熱觸發(fā)機構22(圖2)。該發(fā)熱觸發(fā)機構22各自獨立地設在各蓄熱單元21中，并具有:在蓄熱單元21內與潛熱蓄熱材料接觸的通電線；以及用于經由該通電線向潛熱蓄熱材料施加電壓的操作開關。通過在使用太陽能熱水器I時使該操作開關動作從而對潛熱蓄熱材料施加刺激，解除蓄熱單元21內的潛熱蓄熱材料的過度冷卻狀態(tài)，在該潛熱蓄熱材料凝固時，儲存在該潛熱蓄熱材料中的熱從潛熱蓄熱材料向熱交換器30的基板31釋放。此外，通過使各發(fā)熱觸發(fā)機構22分別地進行動作，能夠從各蓄熱單元21獲取必要的熱量，并且能夠有效地利用所儲存的熱量。另外，作為對蓄熱單元21施加刺激的方法，并不局限于施加電壓的方法，也可以是對蓄熱單元21施加剪切應力的方法，或者是具有使晶種接觸呈液態(tài)的潛熱蓄熱材料的機構的方法。
[0051]疊層材料是由薄膜狀較薄材料構成的袋狀容器，例如由聚丙烯(PP)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)等樹脂制成。通過使用薄膜狀疊層材料來封裝潛熱蓄熱材料，蓄熱單元21具有對于集熱板11以及基板31優(yōu)異的接觸性，并且上述集熱板11以及基板31與潛熱蓄熱材料直接接觸,從而能夠防止集熱板11和基板31的腐蝕。此外,蓄熱單元21由于使用袋狀疊層材料封裝潛熱蓄熱材料而被劃分得較小，所以能夠使蓄熱時發(fā)生液化的潛熱蓄熱材料的處理變得容易，能夠將蓄熱單元21簡單地配置在基板31上，并且能夠確保蓄熱單元21的導熱面積較大，從而能夠提高導熱效率而快速獲取熱。
[0052]另外，可以設想到以下問題:在從多個蓄熱單元21向熱交換器30傳遞熱量并使用該熱交換器30對水進行加熱時，難以從各蓄熱單元21均等地獲取熱，隨著時間的流逝，熱回收量減少。因此，在本實施方式中，如圖2所示，太陽能熱水器I具有熱導管(均熱部件)40，該熱導管(均熱部件)40被配置在蓄熱單元21之間并與多個散熱片32導熱性地連接。具體而言，這些熱導管40配置為與熱交換器30的連結管35的延伸方向大致平行，并配置為分別貫穿形成在多個散熱片32上的通孔32A。另外，熱導管40被設置成與散熱片32導熱性地連接即可，例如，可采用以下結構:在散熱片32的上端分別形成切口，將熱導管配置(固定)在上述切口中。
[0053]熱導管40被形成為:在例如由銅、鋁等熱傳導性能優(yōu)異的金屬或由上述金屬組成的合金制成的密閉的容器內部，工作液以減壓狀態(tài)被封入其中。為抑制容器的高度(厚度)并確保具有較大的接觸面積，上述容器形成為扁平板狀。此外，容器的形狀并不局限于扁平板狀，例如也可以形成為圓柱形。
[0054]在熱導管40的容器內部，能夠產生毛細管吸引力的芯材(wick)密接地配置在其內壁上。另外，也可以在容器的內壁上形成槽。在熱導管40的內部設有成為工作液流路的空間。該空間內收容的工作液產生蒸發(fā)和凝縮的相變以及在熱導管40內進行流動，由此進行熱量傳輸。即，當在被熱導管40的容器貫穿的各散熱片32之間產生溫差時，由于從高溫的散熱片32傳遞給容器的熱量，在熱導管40的吸熱側，液態(tài)的工作液蒸發(fā)而向氣態(tài)產生相變，工作液蒸發(fā)所產生的蒸汽從熱導管40的吸熱側向作為放熱側的低溫側散熱片32移動。在放熱側，該蒸發(fā)了的蒸汽冷卻，由此工作液從氣態(tài)向液態(tài)復原。復原為液態(tài)的工作液從放熱側再次向吸熱側移動(回流)。這樣，在太陽能熱水器I中，由于使熱導管40以貫穿熱交換器30的多個散熱片32的方式配置，所以經由該熱導管40在多個散熱片32之間進行熱量的移動，并進行該散熱片32的均熱化。因此，使設有上述多個散熱片32的熱交換器30的基板31進行均熱化，進而實現(xiàn)配置在基板31上的多個蓄熱單元21的均熱化。
[0055]根據該第一實施方式，由于將熱導管40以貫穿豎立設置在熱交換器30的基板31上的多個散熱片32上所設置的通孔32A的方式配置，因此通過該熱導管40實現(xiàn)熱交換器30的均熱化。這樣，配置在熱交換器30的基板31上的多個蓄熱單元21被均熱化，能夠將熱量均等地分配給所述多個蓄熱單元21并儲存熱量。因此，能夠防止一部分蓄熱單元21的溫度過度上升而逐漸劣化導致蓄熱器20的蓄熱能力產生不均。此外，在將所儲存的熱量經由熱交換器30傳遞給水時(熱回收時)，通過熱導管40使多個蓄熱單元21均熱化，所以能夠使各蓄熱單元21內的潛熱蓄熱材料的凝固速率(速度)保持恒定，從而能夠從該多個蓄熱單元21均等地獲取熱量。其結果是，能夠防止一部分蓄熱單元21先行結束放熱導致向熱水進行的供熱在中途停止的情況，由此能夠抑制經過熱交換器30供應的熱水溫度隨時間的變動。
[0056]另外，由于熱導管40沿著多個連結管35并排設置，所以在連結管35內流動的水流方向與熱導管40中熱量的移動方向大致平行。這樣，在從蓄熱單元21獲取熱量時，能夠經由熱導管40將熱量均等地賦予連結管35內的水，從而能夠進一步抑制所供應的熱水溫度隨時間的變動。
[0057]另外，在本實施方式中，說明了各蓄熱單元21經由熱交換器30的基板31以及散熱片32與熱導管40導熱性地接觸的結構，但并不是說蓄熱單元21和熱導管40不能直接接觸，例如，可以在使蓄熱單元21的一部分與熱導管40接觸的狀態(tài)下將該蓄熱單元21配置在基板31上。
[0058]另外，在本實施方式中，說明了作為均熱部件的一個例子使用熱導管40的方式，但本發(fā)明并不局限于此。作為通過均熱部件使蓄熱單元21均熱化的其他方式，可以考慮例如將由熱傳導性能良好的金屬或合金制成的棒狀體用作均熱部件的方式。
[0059]〈第二實施方式〉
[0060]圖3A為第二實施方式所涉及的太陽能熱水器50的側視圖，圖3B為圖3A的B— B剖視圖，圖4為取下集熱板后的狀態(tài)的太陽能熱水器50的俯視圖。
[0061]如圖3A和圖3B所示，太陽能熱水器50與上述第一實施方式所涉及的太陽能熱水器I在結構方面上的不同之處在于:作為使熱導管40與熱交換器30導熱性地連接的方式，熱導管40被配置在熱交換器30的基板31的下表面?zhèn)?；使蓄熱單?1與散熱片32以大致相同的長度一體地形成。對于與上述太陽能熱水器I相同結構的部分，標注相同的附圖標記，并省略其說明。
[0062]在第二實施方式中，如圖4所示，由于形成為扁平板狀的熱導管40的上表面以與熱交換器30的基板31的下表面相互接觸的狀態(tài)被進行固定，所以能夠確保熱導管40與基板31具有較大的熱交換面積，從而能夠更高效地進行熱交換器30的均熱化。
[0063]由于熱導管40的高度被形成為與同樣設在基板31的下表面上的多個連結管35的高度大致相同，所以能夠防止熱導管40突出到比連結管35更靠下方的位置，從而能夠實現(xiàn)太陽能熱水器50的高度(厚度)方向上的小型化。
[0064]在第二實施方式中，由于熱導管40被配置在基板31的下表面?zhèn)龋虼嗽谠摶?1的上表面?zhèn)犬a生相應大小的空間。因此，在散熱片32、32之間設置形成扁平板狀的蓄熱單元61，該蓄熱單元61的長度與該散熱片32的長度大致相同。該蓄熱單元61的高度形成得與散熱片32的高度大致相同，該蓄熱單元61的上表面61A和下表面61B分別與集熱板11和基板31相接觸。
[0065]因此，與第一實施方式相比，第二實施方式能夠在不增大高度(厚度)方向上的尺寸的情況下，增加配置在基板31上的潛熱蓄熱材料的量，從而能夠在更長時間內抑制經由熱交換器30供應的熱水溫度隨時間的變動。此外，蓄熱單元61與第一實施方式所涉及的蓄熱單元21的大小不同，但其他結構都一樣。另外，如果能夠在散熱片32、32之間在與該散熱片32大致相同的長度上配置蓄熱單元，則可以并排設置多個劃分得較小的蓄熱單元。
[0066]根據上述第二實施方式，由于熱導管40被固定設置在基板31的下表面?zhèn)?，因此熱交換器30通過熱導管40實現(xiàn)均熱化。由此，配置在熱交換器30的基板31上的多個蓄熱單元61在從集熱板11接收熱量并儲存熱量的過程中也相互進行均熱化。因此，能夠在各蓄熱單元61中均等地儲存熱量，因此能夠防止一部分蓄熱單元61的溫度過度上升而逐漸劣化導致蓄熱器60的蓄熱能力產生不均。此外，在將儲存的熱量經由熱交換器30傳遞給水時，多個蓄熱單元61通過熱導管40而被均熱化，所以能夠從所述多個蓄熱單元61均等地獲取熱量。其結果是，能夠防止一部分蓄熱單元61先行結束放熱導致向熱水進行的供熱在中途停止的情況，由此能夠抑制經過熱交換器30供應的熱水溫度隨時間的變動。
[0067]另外，在上述第一實施方式和第二實施方式中，太陽能熱水器1、50設為將太陽能集熱器10、蓄熱器20、60以及熱交換器30在上下方向上層疊的結構，但是本發(fā)明并不局限于此，也可以將上述太陽能集熱器10、蓄熱器20、60以及熱交換器30例如在水平方向上層疊地配置。
[0068]〈第三實施方式〉
[0069]圖5A為本發(fā)明第三實施方式所涉及的太陽能熱水器80的側視圖，圖5B為沿圖5A的B—B剖視圖，圖6為太陽能熱水器80的俯視圖。
[0070]如圖5A和圖5B所示，太陽能熱水器80具有:太陽能集熱器10 ;蓄熱器90，接收并儲存從上述太陽能集熱器10放射的太陽能；以及熱交換器100，接收從該蓄熱器90放射的熱量并將該熱量向外部(本實施方式中為自來水)傳遞，太陽能熱水器80被形成為:蓄熱器90被層疊配置在上述熱交換器30的上方，將太陽能集熱器10相對于該熱交換器100和蓄熱器90橫向并排地配置，上述太陽能集熱器10和熱交換器100通過移送用熱導管110導熱性地連接。
[0071]熱交換器100具有:形成為板狀的基板101 ;以及豎立設置在上述基板101上的多個散熱片102、102...。上述基板101和散熱片102例如由銅、鋁等熱傳導性能優(yōu)異的金屬或由上述金屬組成的合金制成，各散熱片102空出規(guī)定間隔地通過螺釘緊固或鉚接、焊接等被固定在上述基板101上。另外，基板101和散熱片102也可以一體地形成。
[0072]如圖6所示，熱交換器100具有:沿著上述散熱片102延伸的方向配置的一對入口集管103和出口集管104 ;連結上述入口集管103和出口集管104之間的多個連結管105、105…。上述各連結管105例如由銅、鋁等熱傳導性能優(yōu)異的金屬或由上述金屬組成的合金制成，分別被固定在基板31的下表面上。另外，入口集管103上連接作為供水源的上水管，出口集管104上連接與熱水供應口連接的熱水供應管。另外，為了將過度升溫的熱水調整到合適的溫度，也可以將從作為供水源的上水管分支的混合用管連接在熱水供應管上。通過使熱水供應管中流動的熱水經由混合用管與上水管的水混合，能夠將熱水調整到合適的溫度。
[0073]蓄熱器90用于儲存由太陽能集熱器10收集并經由移送用熱導管110傳遞給熱交換器100的太陽能。該蓄熱器90具有多個被劃分得較小的蓄熱單元91，這些蓄熱單元91被夾持在相鄰的散熱片102、102之間。與上述實施方式一樣，蓄熱單元91分別設有發(fā)熱觸發(fā)機構22 (圖6)，并使用袋狀的疊層材料來封裝潛熱蓄熱材料而形成，如圖5A所示，將扁平的蓄熱單元91豎立配置在相鄰的散熱片102、102之間。
[0074]如圖5A所示，蓄熱單元91形成為使該蓄熱單元91的一個面91A和另一個面91B分別與相鄰的散熱片102、102相接觸的厚度。此外，各散熱片102上分別設有用于保持蓄熱單元91的多個突起(省略其圖示)，能夠將該蓄熱單元91固定在相鄰的散熱片102、102之間，并且能夠提高該散熱片102和蓄熱單元91之間的熱傳遞特性。因此，能夠將從散熱片102傳遞的太陽能高效地儲存·在蓄熱單元91內的潛熱蓄熱材料。
[0075]另外，在本實施方式中，如圖6所示，太陽能熱水器80具有:將太陽能集熱器10和熱交換器100導熱性地連接的移送用熱導管(熱移送部件)110 ;以及與上述移送用熱導管110并排設置的熱導管(均熱部件)120。該熱導管120與上述熱導管40同樣地，也以貫穿形成于熱交換器100的散熱片102上的通孔102A的方式設置，從而能夠實現(xiàn)熱交換器100和分別配置在該熱交換器100的散熱片102、102之間的多個蓄熱單元91的均熱化。此外，在該第三實施方式中，熱導管120形成為圓柱形，并以貫穿形成于散熱片102上的通孔102A的方式配置，但是也可以使該熱導管形成為扁平板狀，并配置在熱交換器100的基板101的下表面上。
[0076]另一方面，移送用熱導管110用于將太陽能集熱器10所收集到的太陽能向蓄熱器90移送，具有:形成為圓柱形的移送部IlOA ;以及被連結到該移送部IlOA的均熱部110B，移送部IlOA被固定在太陽能集熱器10的集熱板11上，均熱部IlOB貫穿熱交換器100的多個散熱片102而被固定。在圖6中，移送用熱導管110僅例示了一個，但是移送用熱導管110也可以具有多個。
[0077]在本實施方式中，優(yōu)選的是，太陽能熱水器80以使熱交換器100的高度位置比太陽能集熱器10更靠上方的方式，傾斜地配置在容易受到太陽的陽光照射的場所(例如屋頂)。根據該結構，對于移送用熱導管110而言，均熱部IlOB位于比移送部IlOA更靠上側的位置，由此能夠抑制工作液從移送部IlOA對抗重力向均熱部IlOB回流，因此即使在夜間等太陽能集熱器10的集熱板11被冷卻的情況下，也能夠抑制熱量從蓄熱器90向太陽能集熱器10逆流。
[0078]此外，作為抑制工作液從移送用熱導管的移送部向均熱部回流的結構，在均熱部的內部設置芯材等產生毛細管吸引力的機構，相對于此，也可以在移送部的內部不設置產生該毛細管吸引力的機構。在該結構中，即使不將熱交換器設在比太陽能集熱器更靠上方的位置，也能夠抑制工作液從移送部向均熱部回流，因此，例如能夠將太陽能熱水器設置在平坦的屋頂上，并且能夠實現(xiàn)該太陽能熱水器的設置方式的多樣化。
[0079]在上述結構中，與太陽能集熱器10橫向并排地、且上下層疊地配置蓄熱器90和熱交換器100，并且太陽能集熱器10和蓄熱器90通過移送用熱導管110導熱性地連接，所以能夠從太陽能集熱器10向蓄熱器90高效地進行熱傳輸。此外，通過將蓄熱單元91豎立配置在熱交換器100的散熱片102、102之間，能夠抑制熱交換器100的設置面積的增大，即使構成為與太陽能集熱器10橫向并排地、且上下層疊配置蓄熱器90和熱交換器100的情況下，也能夠實現(xiàn)太陽能熱水器80的小型化。
[0080]另外，由于將熱導管120和移送用熱導管110的均熱部IlOB以貫穿豎立設置在熱交換器100的基板101上的多個散熱片102上所設置的通孔102A的方式配置，因此，通過這些熱導管120和移送用熱導管110的均熱部110B，能夠實現(xiàn)熱交換器100的均熱化。由此，能夠使設置在熱交換器100的散熱片102、102之間的多個蓄熱單元91均熱化，能夠對所述多個蓄熱單元91均等地分配熱并儲存熱。因此，本發(fā)明能夠防止一部分蓄熱單元91的溫度過度上升而逐漸劣化導致蓄熱器90的蓄熱能力產生不均。此外，在將所儲存的熱量經由熱交換器100傳遞給水時，由于通過熱導管120和移送用熱導管110的均熱部IlOB使多個蓄熱單元91均熱化，所以能夠從所述多個蓄熱單元91均等地獲取熱。其結果是，能夠防止一部分蓄熱單元91先行結束放熱導致向熱水進行的供熱在中途停止的情況，由此能夠抑制經過熱交換器100供應的熱水溫度隨時間的變動。
[0081]〈第四實施方式〉
[0082]如圖7A和圖7B所示，太陽能熱水器130與上述太陽能熱水器80在結構方面上的顯著差異是:設在熱交換器100上并使入口集管103和出口集管104連結的連結管106分別從入口集管103向出口集管104逐漸增大直徑。關于其他的結構，對于與上述太陽能熱水器80相同的結構，標注相同的附圖標記，并省略其說明。
[0083]在該第四實施方式中，如圖8所示，各連結管106的出口集管104側的端部106B形成得比入口集管103側的端部106A大，各連結管106從入口集管103向出口集管104逐漸增大直徑。根據在該連結管106內流動的水的流量、流速等確定出口集管104側的端部106B的直徑的大小。
[0084]根據上述結構，由于通過移送用熱導管110的均熱部IlOB能夠實現(xiàn)熱交換器100的均熱化，因此，能夠使設在熱交換器100的散熱片102、102之間的多個蓄熱單元91均熱化，能夠對所述多個蓄熱單元91均等地分配熱并儲存熱。因此，能夠防止一部分蓄熱單元91的溫度過度上升而逐漸劣化導致蓄熱器90的蓄熱能力產生不均。
[0085]另外，在將儲存的熱量經由熱交換器100傳遞給水時，多個蓄熱單元91通過移送用熱導管110的均熱部IlOB而被均熱化，還有，由于上述連結管106分別從入口集管103向出口集管104逐漸增大直徑，所以該連結管106內流動的水的流速越靠下游側越慢，所以能夠從多個蓄熱單元91均等地獲取熱量。其結果是，能夠防止一部分蓄熱單元91先行結束放熱導致向熱水進行的供熱在中途停止的情況，由此能夠抑制經過熱交換器100供應的熱水溫度隨時間的變動。
[0086]〈第五實施方式〉
[0087]在上述各實施方式所涉及的太陽能熱水器中，說明了使用熱導管(均熱部件)使蓄熱器的多個蓄熱單元均熱化的結構。在該結構中，各蓄熱單元具有發(fā)生過度冷卻的同一種潛熱蓄熱材料，并具有在同一溫度下產生相變的性質。因此實際上難以按順序使各蓄熱單元進行潛熱蓄熱，而是對所有的蓄熱單元同樣地進行潛熱蓄熱。因此，在陰天等陽光照射量較少時，有可能在所有的蓄熱單元的潛熱蓄熱未結束(至少一部分蓄熱單元部分上殘留固態(tài))時已迎來日落。該情況下，可以設想到以下問題:蓄熱單元以殘留的固相為核心而繼續(xù)固化，在下降到常溫(例如20°C)之前的過程中，由于無法處于過度冷卻狀態(tài)，因此無法保持潛熱，不僅顯熱部分、潛熱部分也會因放熱而失去。為了解決上述問題，在本實施方式中，蓄熱器針對每個蓄熱單元具有熔點不同的潛熱蓄熱材料。
[0088]圖9為本發(fā)明第五實施方式所涉及的太陽能熱水器200的俯視圖，圖9示出了取下集熱板11后的狀態(tài)。本實施方式與上述第一實施方式所涉及的太陽能熱水器I在結構方面上的不同之處是:太陽能熱水器200的蓄熱器20包括具有熔點不同的潛熱蓄熱材料的兩種蓄熱單元221、222。其他的結構與太陽能熱水器I的結構相同，因此對相同的結構標注相同的附圖標記，并省略其說明。還有，在本實施方式中，采用了包括具有熔點不同的潛熱蓄熱材料的兩種蓄熱單元221、222的結構，但本發(fā)明并不局限于此，當然也可以采用以下結構:包括具有熔點不同的潛熱蓄熱材料的三種以上蓄熱單元。
[0089]如圖9所示，蓄熱器20具有:低熔點潛熱蓄熱單元221，其具有熔點低(例如50°C)的潛熱蓄熱材料(低熔點蓄熱材料)；以及高熔點潛熱蓄熱單元222，其具有的潛熱蓄熱材料(高熔點蓄熱材料)的熔點比上述低熔點潛熱蓄熱單元221內的潛熱蓄熱材料的熔點高(例如為60°C)。作為低熔點蓄熱材料和高熔點蓄熱材料的組合，例如，可以使用三水醋酸鈉和八水氫氧化鋇的組合、五水硫代硫酸鈉和六水氫氧化鎂的組合。
[0090]將上述低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222并排配置在基板31上。具體而言，低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222分別沿著熱交換器30的連結管35的延伸方向(行方向)和散熱片32的延伸方向(列方向)交替地設置，形成所謂的棋格樣式。
[0091]將太陽能集熱器10、蓄熱器20和熱交換器30在高度(厚度)方向上層疊而形成太陽能熱水器200。因此，由陽光照射所產生的太陽能在太陽能集熱器10的集熱板11的全體上被收集，并被均等地傳遞至與該集熱板11接觸的低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222。
[0092]在本實施方式中，由于低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222被設置成棋格狀，所以該低熔點潛熱蓄熱單元221以均勻散布的狀態(tài)設在集熱板11的下方。
[0093]因此，進入各蓄熱單元的任何區(qū)域的太陽能都將能夠用于位于附近的低熔點潛熱蓄熱單元221的潛熱蓄熱，因此能夠按照首先低熔點蓄熱材料其次高熔點蓄熱材料這樣的順序進行潛熱蓄熱。
[0094]還有，由于太陽能熱水器200具有熱導管40，所以經由該熱導管40使低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222均熱化。因此，各蓄熱單元221、222的溫度達到熔點最低的低熔點潛熱蓄熱單元221的低熔點蓄熱材料的熔點之后，在高熔點潛熱蓄熱單元222的顯熱升溫中消耗的熱量經由熱導管40從高熔點潛熱蓄熱單元222向低熔點潛熱蓄熱單元221傳輸，低熔點潛熱蓄熱單元221被優(yōu)先蓄熱。
[0095]因此，即使因例如陰天等導致陽光照射量不足的情況下，至少在低熔點潛熱蓄熱單元221上能夠不殘留固相地進行潛熱。因此，即使失去顯熱部分使得溫度下降之后，低熔點潛熱蓄熱單元221通過過度冷卻也能夠保持低熔點蓄熱材料的潛熱蓄熱部分，能夠使所儲存的熱量與水進行熱交換，從而作為熱水被有效地利用。
[0096]另一方面，在晴天等陽光照射量充足的情況下，各蓄熱單元221、222的溫度升至高熔點潛熱蓄熱單元222的潛熱蓄熱材料的熔點。因此，在各蓄熱單元221、222的溫度達到高熔點潛熱蓄熱單元222的潛熱蓄熱材料的熔點之后，低熔點潛熱蓄熱單元221的顯熱升溫中消耗的熱量經由熱導管40從低熔點潛熱蓄熱單元221向高熔點潛熱蓄熱單元222傳輸，而被儲存在高熔點潛熱蓄熱單元222中。因此，通過分階段地在低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222中蓄熱，能夠在低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222中切實地蓄熱，由此能夠有效地利用該所儲存的熱量。
[0097]在本實施方式中，如圖9所示，將低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222大致相同地設置。如上所述，由于低熔點潛熱蓄熱單元221與陽光照射量不足時的蓄熱量有關，所以可能期望其數(shù)量更多。但是，低熔點潛熱蓄熱單元221相比于高熔點潛熱蓄熱單元222過多時，由于從高熔點潛熱蓄熱單元222向低熔點潛熱蓄熱單元221的熱傳輸減少，所以難以在低熔點潛熱蓄熱單元221中不殘留固相地進行蓄熱。
[0098]相對于此，低熔點潛熱蓄熱單元221相比于高熔點潛熱蓄熱單元222過少時，對低熔點潛熱蓄熱單元221的蓄熱量減少。
[0099]因此，在本實施方式中，通過將低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222大致相同地設置，能夠確保對蓄熱器20的蓄熱量，并且能夠實現(xiàn)對低熔點潛熱蓄熱單元221的可靠的蓄熱。
[0100]接下來，對利用所積蓄的熱量的情況進行說明。
[0101]在針對低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222的蓄熱結束時，由于在所述低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222中潛熱蓄熱材料的相變溫度(熔點)不同，因此有可能出現(xiàn)以下問題:熱交換器30的熱交換溫度產生不均，由此所生成的熱水的溫度也因所處位置的不同而產生差異。
[0102]但在本實施方式中，由于低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222通過熱導管40而被均熱化，所以在從各蓄熱單元221、222獲取熱時，能夠使熱量經由熱導管40均等地傳遞給連結管35內的水，從而能夠抑制所供應的熱水溫度的由場所引起的不均。
[0103]另外，在僅低熔點潛熱蓄熱單元221結束蓄熱而高熔點潛熱蓄熱單元222未蓄熱時，由于高熔點潛熱蓄熱單元222無法不產生相變地保持恒定溫度，因此有可能出現(xiàn)以下問題:熱交換溫度產生不均，因此所生成的熱水的溫度也因所處場所不同而產生不均。
[0104]但是，即使在這種情況，在本實施方式中，由于低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222通過熱導管40而被均熱化，所以從各蓄熱單元221、222獲取熱時，能夠使熱量經由熱導管40均等地傳遞給連結管35內的水，從而能夠抑制所供應的熱水溫度的由場所引起的不均。
[0105]如此，在本實施方式中，由于蓄熱器20具有低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222，并且使用熱導管40使上述低熔點潛熱蓄熱單元221和高熔點潛熱蓄熱單元222均熱化，因此熱交換器30中熱交換溫度的不均消失。因此，關于對具有不同熔點的蓄熱單元的配置，沒有限制，即使將低熔點潛熱蓄熱單元和高熔點潛熱蓄熱單元偏置，也沒有問題，只要上述低熔點潛熱蓄熱單元和高熔點潛熱蓄熱單元分別與熱導管導熱地連接即可。上述蓄熱單元彼此也可以在一端直接接觸。
[0106]例如，如圖1OA和圖1OB所示，在變形例所涉及的太陽能熱水器201中，蓄熱器20具有低熔點潛熱蓄熱單元223和高熔點潛熱蓄熱單元224，將上述各蓄熱單元223、224在高度(厚度)方向上層疊而構成蓄熱器20。
[0107]具體地講，高熔點潛熱蓄熱單元224以使其下表面224B與基板31接觸的方式，被設置在基板31上，低熔點潛熱蓄熱單元223分別以使其上表面223A與集熱板11接觸的方式，被設置在上述高熔點潛熱蓄熱單元224上。低熔點潛熱蓄熱單元223和高熔點潛熱蓄熱單元224被形成為:它們層疊后的高度與散熱片32的高度大致相同。
[0108]在上述結構中，蓄熱器20包括具有熔點不同的潛熱蓄熱材料的低熔點潛熱蓄熱單元223和高熔點潛熱蓄熱單元224，將高熔點潛熱蓄熱單元224設置在基板31上，將低熔點潛熱蓄熱單元223層疊在該高熔點潛熱蓄熱單元224上，并且將集熱板11設置在該低熔點潛熱蓄熱單元223上。因此，集熱板11上所收集的太陽能被用于與上述集熱板11接觸的低熔點潛熱蓄熱單元223的潛熱蓄熱，因此能夠按照首先低熔點蓄熱材料其次高熔點蓄熱材料這樣的順序進行潛熱蓄熱。因此，即使陽光照射量少，也能在低熔點潛熱蓄熱單元223中不殘留固相地進行蓄熱，所以即使是陰天也能有效地利用太陽能。
[0109]〈第六實施方式〉
[0110]圖11為第六實施方式所涉及的太陽能熱水器210的俯視圖。該實施方式與上述第三實施方式所涉及的太陽能熱水器80在結構方面上的不同之處是:蓄熱器90包括具有熔點不同的潛熱蓄熱材料的兩種蓄熱單元191、192。其他的結構與太陽能熱水器80相同，因此對相同的結構標注相同的附圖標記，并省略其說明。
[0111]在本實施方式中，如圖11所示，蓄熱器90包括:具有低熔點蓄熱材料的低熔點潛熱蓄熱單元191 ;以及高熔點潛熱蓄熱單元192，其具有的高熔點蓄熱材料的熔點高于上述低熔點潛熱蓄熱單元191內的低熔點蓄熱材料的熔點。作為低熔點蓄熱材料和高熔點蓄熱材料的組合，例如，可以使用三水醋酸鈉和八水氫氧化鋇的組合、五水硫代硫酸鈉和六水氫氧化鎂的組合。
[0112]低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192分別被夾持在相鄰的散熱片102、102之間，并且所述低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192被構成為在熱交換器100的連結管105的延伸方向(行方向)上交替地設置。另外，低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192被大致相同地配置。
[0113]在上述結構中，由于蓄熱器90將包括具有不同熔點的潛熱蓄熱材料的低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192在熱交換器100的連結管105的延伸方向(行方向)上交替地設置，因此，即使陽光照射量少，也能夠在低熔點潛熱蓄熱單元191中不殘留固相地進行蓄熱，因此即使是陰天也能有效地利用太陽能。
[0114]另外，低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192的配置結構不局限于圖11中的情形。例如，如圖12所示，也可以將低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192在熱交換器100的連結管105的一端側和另一端側分開地設置。在本變形例中，低熔點潛熱蓄熱單元191被設在入口集管103側(上游側)，高熔點潛熱蓄熱單元192被設在出口集管104側(下游側)。
[0115]在不設置熱導管120的結構中，在分開設置低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192時，為使集熱板11上收集的太陽能均勻地傳遞到各蓄熱單元，因此不向低熔點潛熱蓄熱單元191優(yōu)先地蓄熱，而向低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192同時蓄熱。
[0116]對此，在本結構中，由于使用熱導管120實現(xiàn)低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192的均熱化，所以能夠防止高熔點潛熱蓄熱單元192的蓄熱逐漸進行而處于高溫的情況，能夠將高熔點潛熱蓄熱單元192的顯熱向低熔點潛熱蓄熱單元191傳輸，并能夠向低熔點潛熱蓄熱單元191優(yōu)先蓄熱。通過這樣使用熱導管120，能夠消除與低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192的設置有關的限制。
[0117]還有，在本變形例中，由于低熔點潛熱蓄熱單元191被設在入口集管103側(上游側)，高熔點潛熱蓄熱單元192被設在出口集管104側(下游側)，所以，在利用儲存的熱量時，能夠分別從低熔點潛熱蓄熱單元191和高熔點潛熱蓄熱單元192以同樣的熱密度獲得熱。因此，水流上游側的潛熱蓄熱材料不會先行結束潛熱釋放，因此實現(xiàn)所供應的熱水溫度隨時間的變化減小這樣的效果。
[0118]另外，在本實施方式中，說明了第三實施方式所涉及的太陽能熱水器80的蓄熱器90為包括具有熔點不同的蓄熱材料的多個蓄熱單元的結構，但只要是包括具有熔點不同的蓄熱材料的多個蓄熱單元的結構，當然也適用于其他實施方式所涉及的太陽能熱水器50、130。
[0119]〈第七實施方式〉
[0120]太陽能熱水器150被設在容易受到陽光照射的場所(例如，屋頂)，如圖13A所示，太陽能熱水器150具有:太陽能集熱器10，其接收來自太陽的陽光照射而收集太陽能；蓄熱器60，其接收并儲存從上述太陽能集熱器10放射的太陽能；以及熱交換器30，其接收從上述蓄熱器60或太陽能集熱器10放射的熱量并將該熱量傳遞給外部(本實施方式中為自來水)，將上述太陽能集熱器10、蓄熱器60和熱交換器30在高度(厚度)方向上層疊而形成太陽能熱水器150。在本實施方式中，在熱交換器30的上方設置蓄熱器60,在該蓄熱器60的上方設置太陽能集熱器10。因此，能夠抑制太陽能熱水器150的設置面積，并且能夠實現(xiàn)該太陽能熱水器150的小型化。
[0121]熱交換器30具有:形成為板狀的基板31 ;以及豎立設置在上述基板31上的散熱片32、32。上述基板31和散熱片32例如由銅、鋁等熱傳導性能優(yōu)異的金屬或由上述金屬組成的合金制成，各散熱片32空出規(guī)定間隔地通過螺釘緊固等被固定在該基板31上。另外，基板31和散熱片32也可以一體地形成。上述各散熱片32形成為大致相同的高度，太陽能集熱器10被固定在該散熱片32的上端部。[0122]如圖14所示，熱交換器30具有:沿著上述散熱片32延伸的方向配置的一對入口集管33和出口集管34 ；以及連結上述入口集管33和出口集管34之間的多個連結管36，36…。上述各連結管36例如由銅、鋁等熱傳導性能優(yōu)異的金屬或由上述金屬組成的合金制成，分別被固定在基板31的下表面上。
[0123]另外，入口集管33上連接作為供水源的上水管，出口集管34上連接與熱水供應口連接的熱水供應管。另外，為了將過度升溫的熱水調整到合適的溫度，也可以將從作為供水源的上水管分支的混合用管連接在熱水供應管上。通過使熱水供應管中流動的熱水經由混合用管與上水管的水混合，能夠將熱水調整到合適的溫度。
[0124]太陽能集熱器10具有被形成為與基板31大致相同的大小的板狀、且進行了提高光吸收率的表面處理的集熱板11，該集熱板11被固定在熱交換器30的散熱片32上。與上述熱交換器30的基板31、散熱片32和連結管35—樣，該集熱板11也由熱傳導性能優(yōu)異的金屬材料制成，該集熱板11所收集的太陽能經由多個散熱片32被傳遞給熱交換器30。
[0125]蓄熱器60用于儲存在太陽能集熱器10中收集并被傳遞給熱交換器30的太陽能。該蓄熱器60具有多個被劃分得較小的蓄熱單元61、61...，這些蓄熱單元61并排配置在相鄰的散熱片32、32之間。各蓄熱單元61是使用袋狀疊層材料封裝潛熱蓄熱材料而形成的單元，如圖13A所示，該蓄熱單元61的上表面61A和下表面61B形成為分別與集熱板11和基板31相接觸的高度(厚度)。還有，集熱板11和基板31上分別設有多個用于保持蓄熱單元61的突起(省略其圖示)，從而能夠將該蓄熱單元61固定在集熱板11和基板31之間，并且能夠提高該集熱板11以及基板31與蓄熱單元61之間的熱傳遞特性。因此，能夠將從集熱板11和基板31傳遞的太陽能高效地儲存在蓄熱單元61內的潛熱蓄熱材料。
[0126]潛熱蓄熱材料具有利用其熔解或凝固時的潛熱進行蓄熱或放熱的性質。在本實施方式中，作為潛熱蓄熱材料，使用了三水醋酸鈉，但是只要具有上述性質的物質，則不特別地限定，例如可以使用六水氯 化鎂、八水氫氧化鋇、五水硫代硫酸鈉、六水硝酸鎂、石蠟、木糖醇等、以及它們的混合物等。
[0127]如果利用潛熱蓄熱材料，與利用水等顯熱的方法相比，蓄熱密度變大，所以能夠實現(xiàn)蓄熱器60的小型化。還有，由于將使用疊層材料來封裝潛熱蓄熱材料并被劃分得更小的蓄熱單元61配置在基板31上，所以能將太陽能熱水器I的高度(厚度)抑制得更低，能夠實現(xiàn)該太陽能熱水器I的小型化。
[0128]潛熱蓄熱材料具有以下性質:在儲存完太陽能后被冷卻時，處于所謂的過度冷卻狀態(tài)，即使被冷卻到凝固點以下的溫度，也不會凝固，不會開始放熱。因此，在本實施方式中，蓄熱器60上設有對蓄熱單元61分別施加刺激而引起發(fā)熱(凝固)的發(fā)熱觸發(fā)機構22(圖14)。該發(fā)熱觸發(fā)機構22各自獨立地設在各蓄熱單元61中，并具有:在蓄熱單元61內與潛熱蓄熱材料接觸的通電線；以及用于經由該通電線向潛熱蓄熱材料施加電壓的操作開關。通過在使用太陽能熱水器150時使該操作開關動作從而對潛熱蓄熱材料施加刺激，解除蓄熱單元61內的潛熱蓄熱材料的過度冷卻狀態(tài)，在該潛熱蓄熱材料凝固時，儲存在該潛熱蓄熱材料中的熱從潛熱蓄熱材料向熱交換器30的基板31釋放。此外,通過使各發(fā)熱觸發(fā)機構22分別地進行動作，能夠從各蓄熱單元61獲取必要的熱量，并且能夠有效地利用所儲存的熱量。另外，作為對蓄熱單元61施加刺激的方法，并不局限于施加電壓的方法，也可以是對蓄熱單元61施加剪切應力的方法，或者是具有使晶種接觸呈液態(tài)的潛熱蓄熱材料的機構的方法。
[0129]疊層材料是由薄膜狀較薄材料構成的袋狀容器，例如由聚丙烯(PP)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)等樹脂制成。通過使用薄膜狀疊層材料來封裝潛熱蓄熱材料，蓄熱單元61具有對于集熱板11以及基板31優(yōu)異的接觸性，并且上述集熱板11以及基板31與潛熱蓄熱材料直接接觸,從而能夠防止集熱板11和基板31的腐蝕。此外,蓄熱單元61由于使用袋狀疊層材料封裝潛熱蓄熱材料而被劃分得較小，所以能夠使蓄熱時發(fā)生液化的潛熱蓄熱材料的處理變得容易，能夠將蓄熱單元61簡單地配置在基板31上，并且能夠確保蓄熱單元61的導熱面積較大，從而能夠提高導熱效率而快速獲取熱。
[0130]另外，可以設想到以下問題:在將熱量從多個蓄熱單元61傳遞給熱交換器30而用該熱交換器30對水進行加熱時，難以從各蓄熱單元61均等地獲取熱，隨著時間的推進，熱回收量減少。因此，在本實施方式中，將熱交換器30的入口集管33和出口集管34連結的連結管36如圖13B和圖13C所示，出口集管34側的端部36B形成得比入口集管33側的端部36A更大，如圖14所示，從入口集管33向出口集管34逐漸增大直徑。根據在該連結管36內流動的水的流量、流速等確定出口集管34側的端部36B的直徑大小。在此，上述的入口集管33、出口集管34以及多個連結管36構成均熱部件。
[0131]根據第七實施方式，在熱交換器30的上方設置蓄熱器60，在該蓄熱器60的上方設置太陽能集熱器10。因此，能夠抑制太陽能熱水器150的設置面積，從而能夠實現(xiàn)該太陽能熱水器150的小型化。另外，由于熱交換器30具有豎立設在基板31上的多個散熱片32、32，并且在該多個散熱片32、32上設置太陽能集熱器10的集熱板11，因此，由該集熱板11收集的太陽能經由散熱片32、32傳遞給基板31，從而能夠在設置在該基板31上的蓄熱單元61中高效地蓄熱。
[0132]還有，由于上述連結管36分別從入口集管33向出口集管34逐漸增大直徑，所以在該連結管36中流動的水的流速越是靠下游側越慢，由此能夠從多個蓄熱單元61中均等地獲取熱。其結果是，能夠防止一部分蓄熱單元61先行結束放熱導致向熱水進行的供熱在中途停止的情況，由此能夠抑制經過熱交換器30供應的熱水溫度隨時間的變動。
[0133]另外，在本實施方式中，蓄熱器60的各蓄熱單元61采用了具有產生過度冷卻的同一種類的潛熱蓄熱材料的結構，但本發(fā)明并不局限于此，當然蓄熱器60也可以采用具有多種蓄熱單元的結構，該多種蓄熱單元具有熔點不同的潛熱蓄熱材料。
[0134]另外，在上述第一至第七實施方式中，還可以采用以下結構:至少將蓄熱器和熱交換器收裝在殼體(圖未示)內，再將每個上述殼體設在屋頂之上。該情況下，殼體優(yōu)選由隔熱性能較好的材料形成。還有，也可以采用以下結構:將整個太陽能熱水器收容在殼體內，使用玻璃等具有透光性的部件形成該殼體的面對太陽能集熱器(集熱板)的表面。
[0135]附圖標記說明
[0136]1、50、80、130、150、200、201、210、211:太陽能熱水器
[0137]10:太陽能集熱器
[0138]11:集熱板
[0139]20、60、90:蓄熱器
[0140]21、61、91:蓄熱單元
[0141]30、100:熱交換器[0142]31、101:基板
[0143]32、102:散熱片(導熱支柱)
[0144]32A、102A:通孔
[0145]33、103:入 口集管
[0146]34、104:出 口集管
[0147]35、36、105、106:連結管
[0148]40、120:熱導管(均熱部件)
[0149]110:移送用熱導管(熱移送部件)
[0150]IlOA:移送部
[0151]IlOB:均熱部
[0152]191、221、223:低熔點潛熱蓄熱單元(蓄熱單元)
[0153]192、222、224:高熔點潛熱蓄熱單元(蓄熱單元)
【權利要求】
1.一種太陽能熱水器，具有: 太陽能集熱器； 蓄熱器，儲存由所述太陽能集熱器收集的熱量；以及 熱交換器，利用所述蓄熱器中儲存的熱量對水進行加熱， 所述太陽能熱水器的特征在于， 所述蓄熱器被劃分成具有潛熱蓄熱材料的多個蓄熱單元， 所述太陽能熱水器具有實現(xiàn)所述多個蓄熱單元之間的均熱化的均熱部件。
2.根據權利要求1所述的太陽能熱水器，其特征在于， 在所述熱交換器上設置所述多個蓄熱單元， 在各蓄熱單元之間分別設置導熱支柱， 所述均熱部件與該導熱支柱導熱性地連接。
3.根據權利要求1所述的太陽能熱水器，其特征在于， 在所述熱交換器上設置所述多個蓄熱單元， 所述均熱部件與所述熱交換器導熱性地連接。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的太陽能熱水器，其特征在于， 所述太陽能集熱器、所述蓄熱器以及所述熱交換器重疊地設置。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的太陽能熱水器，其特征在于， 所述蓄熱器和所述熱交換器重疊地設置， 所述太陽能集熱器與該蓄熱器以及熱交換器橫向并排地設置， 所述太陽能集熱器和所述蓄熱器通過熱移送部件導熱性地連接。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的太陽能熱水器，其特征在于， 所述熱交換器具有: 入口集管和出口集管；以及 將所述入口集管和出口集管之間相互連結的多個連結管， 所述均熱部件沿著所述連結管設置。
7.根據權利要求6所述的太陽能熱水器，其特征在于， 所述連結管的管徑從所述入口集管向所述出口集管逐漸增大。
8.根據權利要求1所述的太陽能熱水器，其特征在于， 所述熱交換器具有: 入口集管和出口集管；以及 將所述入口集管和出口集管之間相互連結的多個連結管， 所述均熱部件通過使所述連結管的管徑從所述入口集管向所述出口集管逐漸增大而構成。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的太陽能熱水器，其特征在于， 所述潛熱蓄熱材料使用產生過度冷卻的材料， 在多個所述蓄熱單元上設有發(fā)熱觸發(fā)機構。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的太陽能熱水器，其特征在于， 所述蓄熱器針對每個所述蓄熱單元具有熔點不同的潛熱蓄熱材料。
【文檔編號】F24J2/34GK103635757SQ201280032908
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年4月10日 優(yōu)先權日:2011年11月8日
【發(fā)明者】島田守, 池田匡視 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社
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