太阳能的聚热方法及聚热装置 |
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| 申请号 | CN200880132311.6 | 申请日 | 2008-12-11 | 公开(公告)号 | CN102245978B | 公开(公告)日 | 2013-04-24 |
| 申请人 | 学校法人同志社; 昭和电工气体产品株式会社; | 发明人 | 山口博司; 上田穗吉; 泽田升; 金山孝范; 藤间克己; | ||||
| 摘要 | 一种聚热装置，其目的在于实现一种不需要动 力 ，能够节能，且能够简化装置结构而实现低成本化，而且即使在冬季也能得到高温的回收 温度 的 太阳能 聚热方法，所述聚热装置具备聚热器(2)和 热交换器 (3)，聚热器(2)形成有以CO2为主要 流体 的 工作流体 即CO2流体所进行循环的闭回路(1)，并聚热于CO2流体，热交换器(3)从聚热后的CO2流体进行热回收，所述聚热装置具备：对CO2流体(w)的潜势热进行回收而使其 液化 ，并且在CO2流体(w)所流入的入口侧和CO2流体(w)所流出的出口侧设置高低差而在出口侧形成有由CO2流体(w)产生的液头压(H)的热交换器(3)；介入设置于闭回路(1)并对聚热于液化的CO2流体(w)而使出口侧的CO2流体(w)成为超 临界状态 的聚热器(2)，在闭回路(1)中形成CO2流体(w)的自然循环。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种太阳能的聚热方法，通过介入设置太阳能聚热器和热交换器，该太阳能聚热器形成有以CO2为主要流体的工作流体即CO2流体所进行循环的闭回路，并在该闭回路对太阳能进行聚热，该热交换器具备供CO2流体流动的传热管，从而将太阳能聚热于在该闭回路内循环的CO2流体中，且通过热交换器对该CO2流体的热量进行热回收，其特征在于，所述闭回路是未介入设置伴随CO2流体的压缩或扬程作用的物理性的强制循环设备的闭回路， |
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| 说明书全文 | 太阳能的聚热方法及聚热装置技术领域[0001] 本发明涉及利用以CO2为主要流体的工作流体所进行循环的闭回路来实现太阳能的聚热的发明，尤其是涉及能够使CO2流体在无动力下循环，能够高效率低成本地聚热并利用太阳能的太阳能的聚热方法及装置。 背景技术[0002] 近年来，以温室效应气体引起的地球变暖等环境污染问题或化石燃料的枯竭问题为背景，取代化石燃料而正进行着与新能源的开拓、实用化相关的研究。其中，太阳能照射到地球上的大致全部，其能量与其他自然能量相比具有压倒性且不会枯竭的优势，因此正进行着很多与有效利用太阳能相关的研究及实用化。 [0004] 本申请人等首先在专利文献1(日本特开2004-263944号公报)中提出了一种利用太阳能，能够同时供给发电、冷暖热及供给热水的太阳能系统。该系统包括：使用CO2、NH3、H2O、烃系的自然制冷剂作为工作流体，并以液化CO2流体为超临界压流体的泵压部；利用太阳能使该超临界压流体成为高温超临界压流体的蒸发器；使该高温超临界压流体隔热膨胀而形成低压气体并进行发电的膨胀涡轮；从低压气体进行热回收并形成液化及超临界、接近超临界、小于临界的工作流体的热回收器。 [0005] 专利文献1所公开的太阳能系统存在如下问题：在系统内需要用于使工作流体强制循环的泵动力，装置成为大规模，设备成本及维护成本高。 [0006] 通常，太阳能利用系统存在聚热效率差、设备投资大的问题。尤其是冬季的回收温度低，在利用时需要追加燃料等。而且，在专利文献1所公开的系统中，聚热本身需要动力，而且由于是分批式的热回收因此存在热利用性差的问题。 [0007] 【专利文献1】日本特开2004-263944号公报 发明内容[0008] 本发明鉴于上述现有技术的课题，其目的在于实现一种不需要动力，能够节能，且能够简化装置结构而实现低成本化，而且即使在冬季也能得到高温的回收温度的太阳能聚热方法。 [0009] 为了实现上述目的，本发明的太阳能的聚热方法通过介入设置太阳能聚热器和热交换器，该太阳能聚热器形成有以CO2为主要流体的工作流体(以下称为CO2流体)所进行循环的闭回路，并在该闭回路对太阳能进行聚热，该热交换器具备供CO2流体流动的传热管，从而将太阳能聚热于在该闭回路内循环的CO2流体，且通过热交换器对该CO2流体的热量进行热回收，所述太阳能的聚热方法的特征在于， [0010] 所述闭回路是未介入设置伴随CO2流体的压缩或扬程作用的物理性的强制循环设备的闭回路， [0011] 以工作流体的吸入侧高而喷出侧低的方式对介入安装于该闭回路的热交换器的传热管设置高低差，并在该传热管的CO2流体的喷出侧形成液头压， [0012] 将设置在所述太阳能聚热器上的聚热管中的至少流入该聚热管的CO2液体的加热开始且变化成超临界状态为止的液相部分(以下将液相部分与超临界状态的边界部称为超临界界面)配置成朝向CO2流体的流动方向下游侧而向上倾斜，并且，利用所述太阳能聚热器的太阳能聚热加热成使该聚热器内的CO2流体的超临界界面位于该聚热器的聚热管内，使该聚热器出口侧的CO2流体形成为超临界状态，从而在该闭回路形成CO2流体的自然循环，优选，基于检测所述聚热器内的CO2流体是否具有超临界状态的检测器的检测值，通过设置在所述闭回路上的流量调整阀的开闭调整，利用所述太阳能聚热器的太阳能聚热加热成使该聚热器内的CO2流体的超临界界面位于该聚热器的聚热管内，而使该聚热器出口侧的CO2流体成为超临界状态。 [0013] 另外，本发明的太阳能的聚热装置介入设置有太阳能聚热器和热交换器，该太阳能聚热器形成有以CO2为主要流体的工作流体(以下称为CO2流体)所进行循环的闭回路，并在该闭回路通过太阳能聚热对CO2进行加热，该热交换器具备供CO2流体流动的传热管，从而将太阳能聚热于在该闭回路内循环的CO2流体，且通过热交换器对该CO2流体的热量进行热回收，所述太阳能的聚热装置的特征在于， [0014] 所述闭回路是未介入设置伴随CO2流体的压缩或扬程作用的物理性的强制循环设备的闭回路， [0015] 以工作流体的吸入侧高而喷出侧低的方式对介入安装于该闭回路的热交换器的传热管设置高低差，并在该传热管的CO2流体的喷出侧形成液头压， [0016] 将设置在所述太阳能聚热器上的聚热管中的至少流入该聚热管的CO2液体的加热开始且变化成超临界状态为止的液相部分(以下将液相部分与超临界状态的边界部称为超临界界面)配置成朝向CO2流体的流动方向下游侧而向上倾斜，并且，所述太阳能的聚热装置具备：检测该聚热器内的CO2流体是否具有超临界状态的检测器；设置在所述闭回路上并控制所述聚热管内的CO2流体量的流量调整阀；基于该检测器的检测值而对所述流量调整阀进行开闭控制的控制器， [0017] 该控制器是通过对所述流量调整阀进行开闭调整，利用太阳能聚热将所述太阳能聚热器加热成使所述太阳能聚热器内的CO2流体的超临界界面位于该聚热器的聚热管内，而使该聚热器出口侧的CO2流体成为超临界状态的控制器。 [0018] 在本发明方法中，使用以CO2为主要流体的工作流体。CO2越成为高压而比热越减少，尤其是高温下的聚热变得容易。而且，即使在高压高密度，粘性也未大幅改变，而在临界点(压力7.3MPa、温度31℃)以上成为超临界状态，由于粘度在超临界状态下减小，因此使工作流体在聚热器与热交换器之间配设的闭回路中循环时能够减小移动动力。并且，利用热交换器对CO2流体的潜势热进行回收而使CO2流体液化，而形成在热交换器的传热管出口部的闭回路内发生了液化的CO2流体的液头压，从而使CO2流体在该闭回路中自然循环。因此，无需在闭回路介入设置伴随所述CO2流体的压缩或扬程作用的物理性的强制循环设备。 [0019] 另外，在本发明装置中，在热交换器的传热管的CO2流体的流入侧和CO2流体所流出的流出侧设置高低差而在CO2流体的流出侧的闭回路形成由CO2流体产生的液头压，从而使CO2流体在该闭回路中自然循环。 [0021] 如此，在本发明中，使用以CO2为主要流体的工作流体，在从CO2流体进行热回收的热交换器的出口侧形成CO2流体的液头压，并且在聚热器的出口侧使CO2流体为超临界状态，从而在闭回路形成CO2流体的自然循环，由此，通过在无动力下使CO2流体循环，能够简化装置结构，实现节能和低成本。 [0022] 在本发明方法中，优选将设置在聚热器上的聚热管中的至少CO2流体的加热开始且变化成超临界状态为止的部分配置成朝向CO2流体的流动方向下游侧而向上倾斜。如此构成时，由于该向上倾斜的聚热管内的CO2流体的相变化(液体→超临界状态)而成为超临界状态的CO2流体产生朝向聚热器的出口侧的上升力。并且，该上升力起到有助于该闭回路内的自然循环的形成的作用。 [0023] 由于聚热器的聚热量或周围温度的日益的变动、或因季节等而太阳能的聚热量发生变动，因此需要使CO2流体成为高温而高效率地进行热回收，或抑制CO2流体的循环量而防止成为高压。在本发明方法中，优选通过设置在聚热器的出口侧闭回路上的检测器来检测CO2流体是否具有超临界状态，根据该检测结果而调节介入设置在将该聚热器的出口侧和所述热交换器的入口侧连接的闭回路上的流量调整阀的开度，而始终在该聚热器的出口侧闭回路形成CO2流体的超临界状态。 [0024] 由此，由于在聚热器的出口侧闭回路始终能够形成CO2流体的超临界状态，因此能够提高CO2流体的聚热量，并使CO2流体成为高温而提高热交换器的热回收效率，或者能够控制CO2流体的循环量而防止闭回路内成为高压。因此，能够根据用途而将热回收流体的温度控制成必要的温度，或者在冬季的来自太阳的日射量少的情况下也能够得到高温度的热回收流体。 [0025] 需要说明的是，作为检测CO2流体是否具有超临界状态的检测器，可以适用计测太阳光的日射量并根据该日射量来运算聚热器的聚热量的设备、或计测聚热器的出入口的CO2流体的温度差或压力差并根据该计测值来运算聚热器的聚热量的设备、或检测聚热器出口部的CO2流体的温度或压力并根据该检测值来检测CO2流体的超临界状态的设备。 [0026] 另外，在本发明方法中，优选，作为工作流体，使用将CO2和相对于CO2为1～35摩尔％的二甲醚混合后的流体。利用热交换器使热回收流体循环而进行热回收时，在夏季等的聚热器的聚热量多时，向热交换器供给的热回收流体的温度升高，因此，会产生热交换器的CO2流体的冷凝不充分的情况。 [0027] 作为工作流体，向CO2混合二甲醚时，二甲醚溶解在CO2中。由此，CO2流体的沸点比仅为CO2的情况上升。 [0028] 二氧化碳的临界温度为31.05℃，但通过混合二甲醚，而能够提高CO2流体的冷凝温度。由此，即使CO2流体的温度域升高也容易冷凝。因此，在热交换器内，CO2流体容易液化，容易形成液头压，因此能够使闭回路的自然循环稳定形成。 [0029] 另外，通过向CO2混合二甲醚，能够使CO2流体的压力下降。CO2具有蒸气压升高到3.485MPa(273K)的物性，但通过混合二甲醚而能够降低CO2流体的压力，能够将CO2流体所流动的闭回路的配管系统形成为低成本。需要说明的是，二甲醚的混合比例增大时，具有可燃性，并且由于二甲醚的液粘度比较高(149.0×10-6Pa/s(298K))，因此输送动力上升。因此，优选在相对于CO2的混合比例为1～35摩尔％(不燃域或微燃域)下使用。 [0030] 另外，在本发明方法中，工作流体优选将CO2和相对于CO2为1～35摩尔％的烃系自然制冷剂混合后的流体。如此，将烃系自然制冷剂例如异丁烷、丙烷、乙烷等混合时，具有使冷凝温度上升且使CO2流体的压力下降的优点。 [0031] 另外，在本发明装置中，优选，将设置在聚热器上的聚热管中的至少CO2流体的加热开始且变化成超临界状态为止的部分配置成朝向CO2流体的流动方向下游侧而向上倾斜，从而使CO2流体从该聚热器的底部流入而从上部流出，在所述热交换器中，将与所述闭回路连接的传热管配置成朝向CO2流体的流动方向下游侧而向下倾斜，从而使CO2流体从该热交换器的上部流入而从底部流出。 [0032] 通过形成为上述结构，由于将设置在聚热器上的聚热管中的至少CO2流体的加热开始且变化成超临界状态为止的部分向上配置，因此通过CO2流体的相变化(液体→超临界状态)，而成为超临界状态的CO2流体产生朝向聚热器的出口侧的上升力。该上升力起到有助于该闭回路内的自然循环的形成的作用。 [0033] 另外，在热交换器内，由于CO2流体所流动的传热管向下形成，因此在热交换器的出口侧容易形成CO2流体的液头压。如此，根据所述结构，容易形成CO2流体的自然循环流。 [0034] 为了形成CO2流体的自然循环，通常将聚热器配置在下方的位置并将热交换器配置在上方的位置，但在本发明装置中，使用粘性小的CO2作为CO2流体的主要流体，且根据上述结构，即使将热交换器配置在相对于聚热器为同一高度，也能够进行自然循环。因此，聚热装置不会成为大体积，而能够使聚热装置紧凑。 [0035] 另外，在本发明装置中，优选具备：检测向热交换器流入或从该热交换器流出的CO2流体的温度，或检测从该热交换器流出的热回收流体的温度的检测器；使热回收流体在该热交换器中流通的出入配管及设置在该出入配管上的流量调整阀；基于该检测器的温度检测值而调节该流量调整阀的开度的控制器。由此，能够根据用途将热回收流体的温度调节成必要的温度。因此，即使在冬季的日射量少的情况下，也能够得到高温度的热回收流体。 [0036] 另外，在本发明装置中，优选，在热交换器的出口部的闭回路并列设有分支管路，在该分支管路设有经由开闭阀而液化了的二氧化碳的积存容器，通过调节积存在该积存容器中的CO2流体量而能够调节CO2流体的液头压。 [0037] 在夏季和冬季，CO2流体的比重不同。因此，形成在热交换器下游侧的液头压在夏季和冬季出现差别。液头压变动时，无法稳定地维持CO2流体的自然循环。相对于此，通过形成为上述结构，能够始终将液头压调节成规定的高度，因此能够始终稳定地形成自然循环。 [0039] 【发明效果】 [0040] 本发明方法在热交换器的CO2流体的流入侧和流出侧设置高低差而在该热交换器的CO2流体流出侧形成CO2流体的液头压，并且利用聚热器的聚热而使该聚热器出口侧的CO2流体成为超临界状态，从而在CO2流体所流动的闭回路形成CO2流体的自然循环，因此不需要使CO2流体循环的动力，能够节能，且能够简化装置结构而实现低成本。 [0041] 另外，本发明装置具备：回收CO2流体的潜势热而使其液化，并在CO2流体的流入侧和CO2流体所流出的流出侧设置高低差而在CO2流体的流出侧通过CO2流体形成液头压的热交换器；介入设置于CO2流体的闭回路并在液化的CO2流体聚热而使出口侧的CO2流体成为超临界状态的聚热器，利用该闭回路形成CO2流体的自然循环，因此，能够进行在闭回路中流动的二氧化碳的自然循环，由此，不需要使CO2流体循环的动力而能够实现节能，且能够简化装置结构而实现低成本。附图说明 [0042] 图1是本发明的第一实施方式的系统图。 [0043] 图2是上述第一实施方式的聚热器的立体图。 [0044] 图3是图2中的A部放大图。 [0045] 图4是上述第一实施方式的莫里尔图。 [0046] 图5是本发明的第二实施方式的系统图。 [0047] 图6是本发明的第三实施方式的系统图。 [0048] 图7是表示实施本发明的上述第一实施方式的实施例的运转条件的图表。 [0049] 图8是表示所述实施例的实验数据的图表。 [0050] 图9是表示所述实施例的实验数据的线图。 具体实施方式[0051] 以下，使用图示的实施方式详细说明本发明。但是，该实施方式所记载的结构部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等并未限定为特定的记载，并不是仅将其限定在本发明的范围。 [0052] [实施方式1] [0053] 接着，基于图1～图4，说明本发明的太阳能聚热装置的第一实施方式。图1是本实施方式的系统图。在图1中，采集太阳能的聚热器2和对聚热器2所采集到的太阳能进行回收的热交换器3大致设置在同一高度。在它们之间设有闭回路1，该闭回路1由将聚热器2的出口部和热交换器3的入口部连接的流路1a、及将热交换器3的出口部和聚热器2的入口部连接的流路1b构成，CO2流体通过闭回路1而在聚热器2和热交换器3之间循环。作为CO2流体，可以使用CO2或将CO2及相对于CO2为1～35摩尔％的比例混合的二甲醚构成的CO2流体。 [0054] 基于图2及图3，说明聚热器2的结构。图2是聚热器2的立体图，图3是图2中的A部放大图。在图2及图3中，与流路1b连接的下部集合管22沿上下方向倾斜配置，其上端安装在聚热器2的壳体21上。下部集合管22与配设在壳体21内部的下部头23连接。在壳体21的内部的下部头23上并联连接有多个聚热管24。从流路1b向下部集合管22流入的CO2流体w经由下部头23而分配给聚热管24。聚热管24沿上下方向以入口侧低且出口侧高的方式倾斜配置，配置成在入口侧和出口侧具有高低差。 [0055] 聚热管24的周围由密封结构的透明的玻璃管25包围，玻璃管25的内部保持成真空状态。由此，能够减小因来自聚热管24的热传导、热对流引起的热量的扩散，能够减小热损失。 [0056] 在玻璃管25的下侧周围配置有抛物面状的反射板26。反射板26由抛物线和渐开线构成，通过对实施了具有高反射率的增加反射涂层后的铝板进行冲压加工而制作。被反射板26反射的太阳光s由聚热管24聚光。 [0057] CO2流体w在通过聚热管24期间由朝向聚热管24聚光的太阳光s加热。然后，CO2流体w在壳体21内设置的上部头27进行合流而向上部集合管28流出，从上部集合管28向流路1a流出。上部集合管28也沿上下方向倾斜配置，其下端部安装在壳体21上。在反射板26的下侧配设有由玻璃棉等构成的未图示的隔热材料，防止热量向壳体21的外侧扩散。 [0058] 在图1中，被聚热器2加热后的CO2流体w(在聚热器2出口部为70～90℃)经过电磁阀9到达热交换器3的传热管3a。在热交换器3的传热管3a中，CO2流体w的入口部与热交换器3的传热管3a的上部连接，CO2流体w的出口部与热交换器3的传热管3a下部连接。并且，该热交换器3的入口部和该出口部由在热交换器3的内部沿上下方向配设的传热管3a连接。热回收流体f从与热交换器3的传热管3a下部连接的供给管4向热交换器3供给，热回收流体f在与CO2流体w间接进行热交换而从CO2流体w进行了热回收后，从与热交换器3的上部连接的回流管5排出。 [0059] 如图1所示，在传热管3a中流动的CO2流体w和在传热管3a的周围流动的热回收流体f相互反方向流动，因此能够提高热交换效率。如此，将聚热管24配置在真空状态的玻璃管25内，且利用热交换器3使CO2流体w和热回收流体f成为对向流，从而能够回收高温的热回收流体f。 [0060] 如上所述，在聚热器2中，下部集合管22、聚热管24及上部集合管28分别配置成朝向CO2流体w的流动方向下游侧而向上倾斜，下部集合管22和上部集合管28具有高低差，因此在聚热管24内被加热而成为超临界状态的CO2流体w产生上升力而朝向聚热管24的出口侧。从聚热器2流出的CO2流体w通过流路1a而从配置在热交换器3上部的入口部进入热交换器3，并在热交换器3的下部配置的出口部与流路1b连接。因此，流路1a配置在比流路1b靠上方，流路1a与流路1b具有高低差。 [0061] 从CO2流体w进行了热回收的热回收流体f从回流管5流出，供给于各用途例如供给热水、取暖、融雪等。另一方面，与热回收流体f进行热交换而冷却到CO2流体w的冷凝温度以下(例如15～25℃)的CO2流体w发生液化，向下方流下。热交换器3的出口管路1c沿上下方向配置，能够通过在传热管3a内发生液化并积存在传热管3a的下部和出口管路1c中的CO2流体w而形成液头压H。由于形成液头压H，而闭回路1的CO2流体w能够沿箭头a方向形成自然循环流。因此，从热交换器3流出的CO2流体w向聚热器2移动。 [0062] 在聚热器2的出口部的上部集合管28上设有检测CO2流体w的温度的温度检测器7，在流路1a上介入设置有流量调整阀9。并且，将由温度检测器7检测到的检测值向控制器6输入，利用控制器6调节流量调整阀9的开度，从而调节在流路1a中流动的CO2流体w的流量。通过调节流量调整阀9的开度，而能够控制聚热器2出口部的CO2流体w的温度，以在聚热器2的出口部将CO2流体w始终形成超临界状态。 [0063] 需要说明的是，也可以取代温度检测器7而在聚热器2设置日射量测定器8，利用日射量测定器8测定向聚热器2照射的太阳光s的日射量，基于该日射量测定值而调节流量调整阀9的开度。或者也可以检测聚热器2的入口部与出口部的温度差或压力差，根据这些差来运算聚热器2的聚热量，基于该运算值而调节流量调整阀9。或者还可以检测聚热器2的出口部的CO2流体w的压力，基于该压力值而调节流量调整阀9。 [0064] 另外，在热回收流体的回流管5上设有检测流量调整阀10和热回收流体f的温度的温度检测器11，将温度检测器11的检测值向控制器6输入，基于该检测值而调节流量调整阀10，从而能够调节在回流管5中流动的热回收流体f的温度。由此，能够得到所希望的温度的热回收流体f。 [0065] 另外，分支管路12相对于出口管路1c并列设置于出口管路1c，在分支管路12上介入设有将在出口管路1c中流动的CO2流体w的一部分积存的积存容器13。在积存容器13的入口侧及出口侧设有开闭阀14及15。 [0066] 为了使闭回路1内的CO2流体w的流动稳定，而需要利用聚热器2形成CO2流体w的蒸发域，并利用热交换器3形成CO2流体w的冷凝域，并且需要将热交换器3的传热管3a和出口管路1c形成的CO2流体w的液头压H保持恒定。然而，由于在夏季和冬季的温度的差异而CO2流体w的比重不同，因此液头压H出现差别。因而，如上所述，在并列设置于出口管路1c的分支管路12上介入设置积存容器13，在积存容器13中积存CO2流体w的一部分，通过调节其积存量，而能够确保聚热器2的蒸发域和热交换器3的冷凝域，并能够将液头压H始终调节成恒定。 [0067] 在具有上述结构的本实施方式中，在向上倾斜配置的聚热管24及上部集合管28的内部进行蒸发并成为超临界状态的CO2流体产生上升力时，在热交换器3内的传热管3a及出口管路1c形成的液头压H的作用下，在闭回路1内进行CO2流体w的自然循环。并且，利用聚热器2收集太阳光s的热量而将CO2流体w加热，并利用热交换器3使加热后的CO2流体w与热回收流体f间接进行热交换。由此，使CO2流体w的潜势热由热回收流体f回收，由热回收流体f回收后的热量使用于各用途例如供给热水、取暖或融雪等。 [0068] 本实施方式的CO2流体w的莫里尔图(压力—焓线图)如图4所示。在图4中，K为临界点(压力7.3MPa、温度31℃)，在临界点以上成为超临界状态。本实施方式由于CO2流体w在闭回路1内进行自然循环，因此没有压力的变动，在同一压力下反复进行在聚热器2的气化(超临界状态)与热交换器3的冷凝之间往复的循环b。CO2流体w中含有的CO2即使在高压高密度下粘性也不变，而在临界点(压力7.3MPa、温度31℃)以上成为超临界状态，在超临界状态下粘度减小，因此使CO2流体w在聚热器2与热交换器3之间配设的闭回路1中循环时，能够容易形成自然循环，并且能够减小CO2流体w的移动所需的力。而且，CO2具有越成为高压而比热越减少，尤其是高温下容易聚热的优点。 [0069] 根据本实施方式，将设置在聚热器2上的聚热管24配置成朝向CO2流体w的流动方向下游侧而向上倾斜，并且将上下部集合管22及28也形成为同样的配置，将热交换器3的传热管3a沿上下方向配置，利用流路1a将聚热器2的出口侧和热交换器3的入口侧连接，并利用流路1b将热交换器3的出口侧和聚热器2的入口侧连接，从而在流路1a与流路1b之间设置高低差。 [0070] 根据上述结构，在聚热管24内通过相变化(液体→超临界状态)而成为超临界状态的CO2流体w产生朝向聚热器2的出口侧的上升力。该上升力起到有助于闭回路1内的自然循环的形成的作用。 [0071] 另外，通过传热管3a和与传热管3a的出口侧连接的出口管路1c而能够形成CO2流体w的液头压H。并且，通过在聚热器2的出口侧流路1a因形成超临界状态而产生的上升力和该液头压H，而能够在闭回路1内形成CO2流体w的自然循环流。由此，CO2流体w的循环不需要泵动力，因此能够节能且低成本地进行聚热装置的运转。 [0072] 另外，在热交换器3的出口管路1c上并列设置的分支管路12上设置积存容器13，将CO2流体w的一部分积存在积存容器13中，通过调节该积存量，而能够使闭回路1中的CO2流体w的循环稳定。 [0073] 另外，使用将CO2和相对于CO2为1～35摩尔％的二甲醚混合后的CO2流体作为CO2流体w时，与仅使用CO2作为CO2流体的情况相比，能够提升CO2流体的沸点。由此，能够提高冷凝温度域。因此，即使CO2流体的温度域升高，CO2流体也容易冷凝，容易形成液头压H，因此能够可靠地进行CO2流体的自然循环。 [0074] 此外，通过混合二甲醚，而能够降低CO2流体的压力，能够将CO2流体的配管系统形成为低压规格而实现低成本。 [0075] 另外，由于在聚热器2的出口部的上部集合管28上设置检测CO2流体w的温度的温度检测器7或设置测定聚热器2的日射量的日射量测定器8，并利用控制器6基于它们的测定值来调节流量调整阀9的开度，因此，能够将聚热器2出口侧的CO2流体w的温度调节成希望的温度。由此，能够在聚热器2的出口侧流路1a稳定形成CO2流体w的超临界状态，因此能够稳定形成自然循环，并能够提高聚热器2的CO2流体w的聚热效率。 [0076] 另外，由于在回流管5设置检测流量调整阀10及热回收流体的温度的温度检测器11，并利用控制器6基于该温度检测值来调节流量调整阀10的开度，因此能够根据用途将热回收流体的温度调节成希望的温度。因此，即使在冬季那样日射量少的时期，也能够得到高温度的热回收流体。 [0077] [实施方式2] [0078] 接着，基于图5说明本发明的第二实施方式。在图5中，附加了与上述第一实施方式相同符号的设备或部件表示与第一实施方式相同的设备或部件，因此省略它们的说明。在本实施方式中，利用对聚热器2所加热后的CO2流体w的热量进行回收的热回收部30，不进行与热回收流体的热交换，而直接进行与需要热供给的对象物的热交换。其他结构与上述第一实施方式相同。 [0079] 例如，在热回收部30中，将与闭回路1连接的传热管31配置在空调对象空间r中，利用风扇32使空调对象空间r的气氛循环，以使其与传热管31接触，从而将空调对象空间r加热。或者作为其他用途，将传热管31埋设于需要融雪的地点，例如埋设于寒冷地方的道路而进行融雪。如此，在本实施方式中，除了起到上述第一实施方式的作用效果之外，由于将在传热管31中流动的CO2流体w直接与加热对象物进行热交换，因此能够提高热回收效率。 [0080] [实施方式3] [0081] 接着，基于图6说明本发明的第三实施方式。图6所示的第三实施方式的聚热装置的结构与图1所示的第一实施方式相同。因此，在第三实施方式中，对与第一实施方式相同的设备或部件附加与第一实施方式相同的符号，省略这些相同设备或部件的说明。 [0082] 以下，在本实施方式中，说明与上述第一实施方式的不同点。在图6中，利用热交换器3与CO2流体w间接地进行热交换，在回收了CO2流体w所保有的热量后的热回收流体的回流管5上连接积存罐41，将热回收到的热回收流体积存在积存罐41中。积存罐41的隔壁由隔热性材料构成，具有隔热性。白天预先将聚热装置所得到的高温的热回收流体积存在积存罐41中，而在夜间也能够利用热回收流体f的潜势热。 [0083] 此外，将积存罐41内的热回收流体向吸收制冷机42供给。积存在积存罐41中的热回收流体f由于回收温度高，因此通过将该热回收流体f向吸收制冷机42供给，而能够适用于夏季的空调。而且，通过使用自来水等饮用水作为积存在积存罐41中的热回收流体f，而也能够适用于供给热水。此外，也能够适用于冬季的取暖或塑料大棚的取暖、温水泳池的辅助热源或寒冷地方的融雪对策等。例如，作为热交换方式，希望供给热水等高温回收时，如上所述，优选采用聚热器2的双重管方式进行的真空隔热及热交换器3的对向流式热交换。 [0084] 如此，根据本实施方式，除了上述第一实施方式的作用效果之外，还能够得到上述那样的作用效果。 [0085] [实施例] [0086] 接着，基于图7及图8说明实际实施本发明的上述第一实施方式时的实施例。图7表示本实施例的运转条件，图8表示得到的实验数据。需要说明的是，本实施例表示冬季(1月至3月)的晴天时进行的实验的平均值，使用水作为热交换器3中的热回收流体f。从图8可知能得到80％以上的高聚热率和回收率。 [0087] 需要说明的是，作为CO2流体，使用在CO2中混合了二甲醚的CO2流体时，与仅使用CO2的情况相比，能够提高冷凝温度，因此容易形成液头压。而且，使用水作为CO2流体时的热回收率为60％，相对于此，作为CO2流体，使用将CO2和二甲醚混合后的CO2流体时，能够得到80％以上的高的热回收率。 [0088] 图9表示在冬季(2月)的晴天时进行的实验数据。其是计测了在CO2中混合了10摩尔％的二甲醚后的CO2流体作为CO2流体时的聚热器2(每1.5m2)的聚热量和日射量的数据。实验是在上午过10点开始，外气温度为8～16℃中进行的实验。从图9可知相对于日射量而得到了高聚热量。 [0089] 【工业实用性】 [0090] 根据本发明，形成以CO2为主要流体的工作流体所循环的闭回路，通过使CO2流体在该闭回路中自然循环，而能够实现不需要动力、低成本且高聚热能力的太阳能的聚热方法。 |
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