JPH0247416Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は比較的安価で、簡単な有効な吸収素子
を介して熱交換の形で吸収することによる太陽エ
ネルギのような電磁輻射線の捕集及び変換に関す
るものである。特に本考案は新規な吸収素子によ
つて吸収することにより熱交換又はエネルギ交換
を行なうため流体作動媒体を移送し循環させるよ
うマニホルド状に連結した一群の管吸収装置とし
て作用する管型の太陽エネルギー捕集装置に関す
るものである。

太陽輻射線は２つの基本要素から成り、その一
つは任意所定の時間に太陽の位置から地球の表面
に入射する平行光線である。太陽エネルギの第２
の要素は拡散輻射線である。この要素は種々の方
向から表面において得られ平行光線でない。太陽
エネルギを捕集するに当り、１個の基本的なシス
テムはいわゆる平坦板捕集装置群である。その最
も簡単な形状においては、平坦板捕集装置は熱を
吸収する黒体として作用するよう構成したエネル
ギ吸収平坦板の上方に配置したガラス即ち透明材
料のシートを具える。エネルギ吸収表面の黒い部
分においてガス又は液体状の熱交換器流体を循環
させ、太陽の熱を熱交換流体に熱交換させ、この
ようにして家庭用の供給水又は水泳プールの水を
加熱するためこの加熱された流体を使用する。平
坦板捕集装置においては、主要なエネルギ吸収は
平行光線が頭上にある時、即ち正午付近の時間に
生ずる。この時刻には最大エネルギが平坦板表面
に入射する。しかし平行光線は太陽の移動に応じ
て動くから、特に赤道から遠い区域の冬期には平
行光線が水平平坦面に当る角度は低くなり、平行
光線の入射角に起因し、利用できるエネルギの損
失を生ずる。太陽の位置を補正するよう平坦板捕
集装置を傾けることによつて或る程度はこの問題
を解決することができる。

現在使用されている他の基本的な太陽エネルギ
捕集装置は二重壁管ガラス捕集装置である。これ
等捕集装置は一方が他方の内部にあつて互に密封
したガラス製の同心管で造られ、これ等同心管の
間の環状空間を高度の真空になるよう即ち10^-4ト
リまで排気する。外側の「外被管」を透明にし、
内側の「吸収管」の真空空間側の表面に選択的に
被膜を蒸着する。この選択的な蒸着は内側のガラ
スの吸収管の外面にアルミニウムのい層（1000
Å）の真空蒸着によつて得られる。このアルミニ
ウム基材上に黒体クロムとしてクロムを約1500Å
の厚さに電気蒸着する。この選択的な蒸着によつ
て0.8の大きな吸収率を有し、0.1の低い赤外線放
射率を有する吸収面が得られる。このガラス同心
管を液密連結状態にマニホルドに挿入し、このマ
ニホルドの両側に沿つて設置する。このマニホル
ドは管を相互に交差するよう連結しており、この
マニホルドに沿つて管を連続的に連結しており、
このようにして熱交換流体を吸収管のおのおのに
送入して充満させ、更に連続してこれ等管にこの
流体を通し、この吸収管によつて吸収した太陽輻
射線の熱を抽出し捕集する。この型式の太陽熱集
熱装置は米国特許第3952724号、同第4043318号、
同第4018215号、同第4033327号に開示されてお
り、これ等に開示されたものを本明細書中に援用
する。

二重壁ガラス捕集装置は種々の反射装置を具
え、拡散太陽光線と直接太陽光線とが吸収管に達
する。例えば米国特許第4002160号を参照された
い。管状ガラス捕集装置群は平坦板型捕集装置よ
りも一層高い出力温度で作動する利点がある。更
に、管状捕集装置は平坦板捕集装置より軽量で安
価である。

従来は太陽熱集熱装置の性能の一尺度は短波長
の太陽輻射線の吸収量（α）の長波長の放熱量
（ε）に対する比であつた。しかし、この比は実
際の太陽熱集熱装置のための最良の性能を必ずし
も十分に定義するものでなかつた。というのは集
熱表面と放熱表面との比も全体としての性能に影
響を与えるからである。更に集熱装置の性能は太
陽に対するその方向によつても異なる。いずれの
太陽熱集熱装置の場合でもその表面を太陽の直接
の光線に垂直に指向させる時のみ最高の性能を達
成する。従つて太陽に対し一定方向に固定された
太陽熱集熱装置の場合には太陽が集熱装置の表面
の平面に直角になつた時だけ最高の性能を達成す
ることができる。これは一年間のうち短かい期間
しかなく、α／εの比は非常に高い値（α／ε＝
10）に決して達しない。このような原理に基づく
既知の集熱装置は50％以上の受入れられる効率で
カルノーエンジンを作動させることは決してでき
なかつた。米国で消費される全エネルギの25％以
上は建物の暖房と冷房及び熱水の供給に使用され
るから、このエネルギの需要を昔からの燃料から
太陽エネルギに変換すれば外国からのエネルギ供
給に対するこの国の依存度は大幅に減少する。太
陽エネルギは巨大であり、比較的使われていない
エネルギ源であり、今後必要なものは高効率で構
造簡単な太陽熱集熱装置である。

〔課題を解決するための手段〕

本考案はガス又は水のような流体熱交換媒体で
作動し、その回転対称性とその表面の溝付構造と
のため高性能に設計された管状集熱装置用熱吸収
素子を提供する。この回転対称性によつて360゜の
角度にわたり等しい効率で太陽エネルギを捕集す
ることができ、熱吸収素子の溝付構造によつて、
太陽の方向に関せずこの熱吸収素子を採用する太
陽熱集熱装置を使用することができる。これ等の
性質のため、本考案太陽熱集熱装置は太陽から直
接の輻射線を吸収することができ、任意の表面で
直接又は間接に反射する天空の全体に包含される
大量の拡散エネルギを捕集することもできる。

本考案の他の利点としては熱吸収素子の表面の
寸法を小さくすることによつて放出エネルギを減
少させることができることである。詳細な説明及
び添付図面によつてその他の利点及び特徴は当業
者によつて理解されること明らかである。

〔実施例〕

添付図面を参照して説明するに、第１図及び第
２図は本考案の管状太陽熱集熱装置の構造を示
す。集熱装置１４を透明な外側ガラス管４０で構
成し、このガラス管を例えば1.2〜2.1m（４〜７フ
イート）の長さにするのが好都合であり、外径を
例えば５cm（２インチ）の螢光灯に類似する標準
直径にする。吸熱管４３を外側管４０内に配置
し、外側管に45においてシールする。図示の実施
例では、吸熱管４３をガラスで造るが、金属又は
プラスチツクにすることもでき、ガラス対ガラス
又はガラス対金属シールによつて吸熱管４３を壁
に沿い外側管４０にシールする。この集熱装置組
立体のガラス管をソーダ石灰ガラス組成物又は硼
珪酸ガラス組成物から成る既知の標準のガラス形
状から製造する。これ等両方のガラスは比較的安
価である。集熱装置１４の各部の平衡は既知の技
術により比較的安価にプラスチツク又は金属で容
易に行なうことができる。Al−CrOx結合又は希
望する輻射率と吸収率とを有する適当な合金又は
金属のような選択的に熱を吸収する吸熱材を吸熱
管４３に被着する。

管４０，４３間に空間４６を生ずるようこれ等
管の寸法（直径）を異なるものにする。端壁を45
でシールした後、空間４６を排気して10^-4トリ程
度の高真空にする。ゲツターを使用することによ
つて一層低い真空を使用することができる。外側
管４０の先端５１から真空を抜き、空間の排気の
ための既知の方法でこの部分の管をシールする。
空間４６内の真空は一層低圧となり、この集熱装
置からの伝導損失及び対流損失をなくする。環状
の交差連結管４７をこの集熱装置１４の管４３の
閉端に隣接する位置に通して延在させる。マニホ
ルドシステムに取外し得るよう連結した数個の管
状集熱装置１４に交差連結管４７のみを介してこ
の集熱装置を連通させる。内側管４３に入射する
太陽エネルギによつて管４３の温度は増大する。
太陽エネルギによつて加熱すべき例えば水のよう
な作動流体をこのシステム内の供給源から汲上
げ、適当な導入管を通じてマニホルドに入れる。
ここに説明する本発明は流体媒体を管に供給し、
加熱された流体を保管又は使用のため移送するマ
ニホルドシステムに関するものでないので、簡明
のため図面にはマニホルドモジユールを図示しな
い。しかしこれ等の構造の詳細は当業者には明ら
かな筈である。集熱装置の内側管４３の内面に熱
交換するよう接触させるため交差連結管４７の外
部の周りに管状集熱装置４３の長さに沿い流体媒
体を指向させる。この流体は管４３の長さに沿つ
てその遠い端部まで流れ、ここで交差連結管４７
に入る。ここから流体は管４７の長さ方向に流
れ、最後にシステムの排出管に入り、この排出管
によつて熱交換器又は蒸気機関等（図示せず）の
ような使用位置までこの加熱した流体を輸送す
る。マニホルド部の一連の集熱管１４にモジユー
ルを設け、必要が生じた時他のモジユール又は他
の複数個のモジユールに直列又は並列にこのモジ
ユールを連結する。このモジユールは８対又は12
対の集熱管１４を有することが多いが、特定の設
備に適するようこの数は変えることができる。

内側管４３のガラス表面の長さにわたり外面４
４にアルミニウム、銅、金又は銀のような低い放
熱性の薄い金属被膜を被着する。このガラス管に
太陽熱選択被膜を被着する。この被膜は１個又は
２個以上の遷移金属を含み、数％（30％以下）で
合金された銅、銀又は金合金を含む貴金属のよう
な高い吸熱性と低い放熱性とを有する被膜であ
る。この貴金属には金、銀及び銅を含む。吸熱管
４３の外面に金属の薄い層（1000〜1500Å）を真
空蒸着することによつてこの金属被膜を造ること
ができる。

ここに開示したこのような太陽熱選択合金被膜
はこの考案ではなく、本願人ハンレツト
（Hanlet）の従来の発明であり他の特許出願の要
旨である。米国特許法第112条（35USC§112）
により本考案を実施する潜在的な最良の形態とし
て本考案の溝付吸熱装置の形状に組合せてこのよ
うな合金被膜を使用することを記載する。この場
合、本考案の実施の最良の形態にはハンレツトの
太陽熱選択合金被膜を含む。

本考案の溝付吸熱装置の形状に組合せて使用す
るようにした従来の太陽熱選択被膜には次の文献
に記載されたものを含む。即ち米国特許第
4016860号、第3227153号、第3173801号及び第
3920413号及び、エール大学新聞（1964）刊行の
フアリントン ダニエルス（Farrington
Daniels）の「太陽エネルギの直接使用」第12章、
及びこの12章で援用された次の参照文献、即ちデ
ー．エム．マトツクス（D.M.Mattox）及びジ
ー．ケー．コミニアク（G.K.Kominiak）の高い
太陽熱吸収率を有する半導体被膜の被着」ジエ
ー．バク．サイエンス テクノロジー第12巻、１
号１月／２月号（J.Vac.Sci.Technology，
vol12，No.1Jan／Feb）1975年、ルイスドラメタ
ー、ジユニア（Louis Drummeter，Jr.）及びジ
ヨージ ハース（George Haas）の「蒸着被膜
の太陽熱吸収の熱放散」（これはジー．ハース
（G.Hass）及びアール．エフ．タン（R.F.Thun）
刊行の「薄い被膜の物理」に記載）、アカデミツ
クプレス（Academic Press）、ニユーヨーク、
ニユーヨーク州1964、第２巻、305〜361頁、エヌ
アイテーエス ブレテン（NITS Bulletin）N75
−31568，1975サイモン（Simon）、及び「太陽熱
集熱装置のための被膜の調査」エヌアイテーエス
ブレテン（NITS Bulletin）Ｎ−75−23989，
1974年11月ジー．イー．マクドナルド（G.E.
McDonald）である。これ等の開示を援用する。

吸収管４３の外面４３を鋭い三角形の溝４４′
の形状にする。この溝を第１，３，７及び９Ａ図
に示すようなこの吸収管の回転軸線に直角な平行
な溝にしてもよいし、第８及び９Ｂ図に示すよう
な螺旋溝にしてもよい。ここに使用する用語
「溝」は吸収素子４３の外面の長く狭い切除部又
は刻み目を意味する。この溝を螺旋状の連続する
ものにしてもよいし、一連の個々の平行な溝にし
てもよい。この溝の断面を第１２〜１２Ｄ図に示
し、ここにｒは先端の半径を表わし、ｔは厚さを
表わす。全部の図面のＨ／Ｗの比を10より大きく
するのが好適である。Ｔ／Ｒの比は２である。第
５図に示すように、吸収素子４３も回転軸線に平
行な軸線を有する縦溝を有する。作動上、この縦
の溝付吸収管素子はあまり好適でない。というの
は南−北又は東−西のような管の方向に関せず、
この吸収管上の輻射線は同一の入射角ではすべて
の溝を照射せず、従つて直接の輻射線又は拡散輻
射線を捕集する能力が迅速に低下するからであ
る。

第１２Ｂ及び１２図の三角形溝の開口の角度
（β）を3゜〜30゜に変化させることができ、溝の深
さを第１２図につき約200ミクロンから1500ミク
ロンの範囲にすることができる。これ等の考慮の
根拠は以下に式(2)及び(3)につき説明する。第１２
Ｂ図では比Ｈ／Ｗを10より大きくすべきであり、
式(2)から50より小さくすべきである。機械加工例
えば旋盤加工又は研削のような種々の手段及び溝
を構成するモールド内に含まれる薄い壁付きの吸
収管の内側の装填物を爆発させることにより、或
は電気化学的加工法等によつて通常の方法で溝付
表面を形成する。いずれの方法を選択しても、こ
の表面は鏡面仕上げにするのが好適である。しか
し表面の数マイクロインチの不規則性があつても
それ程有害でない。

吸収管４３に使用する第１２Ｂ及び１２図の溝
の壁の頂点の先端の直径（ｔ）は2.54mm（100マ
イクロインチ）であるのが好適である。しかし、
平坦又は丸い不完全な先端直径を有する溝でも先
端の半径が0.5〜0.625mm（20〜25マイクロイン
チ）を超過しなければ利用することができる。

例えば第１２図の構造の場合、溝の２個の壁の
間の角度βと、溝の鏡面上に入射する輻射線の入
射角θ_iとに従つて、この入射エネルギは溝の内側
でＮ回の順次の反射を体験し、もともとＮの関数
である輻射線の吸収率Ａを生ずる。

この吸収率Ａは溝の不透明材料の反射率Ｒの関
数として次のように表わすことができる。

Ａ＝１−R^N (1) この式は反射の数Ｎが十分大きければ比較的高
い反射率を有する材料の場合でも吸収率Ａは１に
近づくことを示している。Ｎとβとエネルギ光線
の入射角θ_iとの間の関係は次の式によつて与えら
れる。

Ｎ＝（θ_i×２）／β＋１ (2) 太陽の直接光線に対する第１３Ａ図に示すよう
に、入射角θ_iは次の関係によつてゼニス角ωの関
数として得られる。

θ_i＝90（ω＋β／２） (3) この入射角θ_iは各反射に対しβに等しい値だけ
増大し、次の式が成立する時唯１個の反射が太陽
の直接光線に対して達成される。

90−ω＝Nβ (4) この式はＮとβ又はＲとβ又はＲとＮとの間に
達成されるトレードオフを示している。大きな溝
の角度で有効に作動させるため、反射率の小さい
材料を使用する必要がある。そのようにしない
と、太陽時間の角度ωを減らすことになり、即ち
太陽エネルギを捕集する全時間が減少する。

第１３Ｂ図に示すように溝の軸線が南−北に指
向する場合、Ｎの値が黄道上の太陽の位置によつ
て変化する。即ち日の出と正午との間には太陽光
線は溝の右側の壁に当り、逆に正午から日没まで
は左側の壁に当る。第１３Ｂ図に示すように東−
西に指向する溝の場合には性能は太陽時間角ωに
は無関係であるが、太陽の傾斜角δに関係があ
り、この傾斜角は緯度φと、溝の照射壁が水平線
となす角ψとによつて定まる。

例えば吸収装置を純粋のアルミニウムの管又は
純粋のアルミニウムの不透明被膜を被着したガラ
ス管で造り、溝の角度β＝8゜であり、溝の軸線が
東−西に指向していると仮定すると、地球に達す
る太陽エネルギーのスペクトル内の任意の波長で
吸収率Ａは98％の最小値に達する。773〓におけ
るアルミニウムの全輻射率が６％である場合、達
成できる比α／εは16より大きくなり、地球に到
達する太陽エネルギーの100ミリワツトcm^-2に対
する最小淀み温度は730〓或は60％のカルノー効
率になる。

これ等の結果は次の古くからの式で得られる。

ワツト×α／5.8210^-2×ε²⁵＝Ts〓 及びTs−Ta／Ts＝効率％ ここにTaは周囲温度である。

第１２Ｂ，１２Ｃ及び１２Ｄに示す溝構造の場
合、ガラス吸収装置に対して低い輻射率を有する
分離した金属パターン又は他の金属を被着し又は
加えることによつてこの溝を形成することができ
る。第１２図に示すように、幅（Ｗ）に比較し溝
の高さ（Ｈ）が十分高い（例えば約10：１又はそ
れ以上）時、溝の底部をガラスで造ることは輻射
率損失にあまり影響しない。

例えば太陽の直接光線に対して、太陽の傾斜角
δ、吸収装置の緯度φ及び太陽時間角ωの関数と
して次の関数で表わすことができる。

１／2N＝sinθz／sinβ＝sinδsinφ＋cosδcosφcos
ω／sinβ(5) 新規な吸収素子に基づく太陽熱集熱装置の性能
は基本的に太陽の方向とは無関係であることを示
すため管を使用する位置を考慮しなければならな
い。例えば、吸収管を地面に対して水平に横た
え、その回転軸線を南−北に指向させるか、又は
東−西に指向させるか、或は管の縦軸線をこれ等
の極端位置の間の任意の位置にする。管の構造上
の表面には平行な溝を設けることもでき、或は一
重又は多重みぞの螺旋溝を設けることができる。

平行溝の第１の場合には、任意の緯度で管を地
面に対し水平にすれば、溝の壁は水平線に対し角
ψになる。溝が螺旋であれば、壁は角ψをなすこ
との他に南−北軸即ち子午線又は東−西軸に対し
方位角γを有する。太陽の直接光線に角度を与え
る種々の角度を考慮している一般式は照射面に対
する垂線と次の角度をなす。

cosθz＝sinδsinφcosψ−sinδcosφsinψcosγ ＋cosδsinφcosψcosω＋
cosδsinφsinψcosγcosω ＋cosδsinψsinγcosω ここにδは次のCooperの式（P.I.Cooper.Solar
Energy12，３，1969）によつて次のように与え
られる太陽傾斜角である。

δ＝23，42sin（360284＋Ｄ／365） (7) ここにＤは一年の日である。

平行な溝を有するよう吸収管を造り、例えば南
−北に管の縦軸線を指向させた時、式(6)は簡単化
される。これは太陽時間角ωを含む式の項が消去
されるからである。このことは太陽が黄道上にあ
る１時間毎の位置にかかわらず、太陽は溝の角β
の２等分線に平行であることから生ずる。このこ
とは平行な溝を有する平坦板吸収装置を太陽に従
動するようにした場合でも同様である。

例えば、平行な溝の軸線が東−西に指向する吸
収装置を考え、式(6)，(2)及び(3)を適用し、例えば
40％の最高反射率Ｒの材料を使用すると仮定する
と、吸収率は例えばβ＝10゜をとる溝の壁の間の
角度βのみの関数であり、赤道の上方65゜と10゜と
の間にあるいずれの緯度についても冬至の間、吸
収率Ａは100％に一定に留まる。10゜より小さい緯
度については吸収率は減少し始め、北緯5゜で99.8
％に達する。

しかし、夏至の間は、吸収率は高い緯度では
100％に留まるが、緯度の減少につれて吸収率は
減少し、35゜の緯度で95.2％に降下し、25゜の緯度
で70.1％に降下する。この例では吸収管の位置は
平行である。しかし、角βの値を減少させ、これ
につれて角ψ＝90−β／２に補正するか、管を傾け ることによつて、太陽の高さにかかわらず、任意
の緯度で吸収率を100％に維持し得ること明らか
である。例えば、角βを6゜に減少させることによ
つて吸収率が95.2％である場合に比較し夏至の時
35゜の緯度で吸収率98.8％を与え、β＝10°の場合
の吸収率70.1％に比較し、25゜の緯度で吸収率は
75.3％になる。

管の回転軸線に溝の軸線が直角である平行な溝
構造の他に、吸収素子の溝をねじのような螺旋状
にしてもよく、また第８図に示すように平行な溝
にし、管の回転軸線に直角な軸線に角ζをなすよ
うに溝の軸線を配置することもできる。この溝が
右ねじの形状である場合、管を南北に指向させる
と、方位角γ＝ζになり、この角度は午前中は負
であり、午后は正であり、溝の軸線が東−西に平
行である場合とは異なり、溝の照射される壁は角
γ＝ζだけこの軸線上で傾いている。管を東−西
に指向させると、方位角はγ＝90−ζとなり、東
に向く溝の壁は朝の時間中に照射され、溝の他の
壁は午后の時間中に照射される。管の軸線が南−
北であつても東−西であつても関係なく、螺旋形
でない平行な溝の場合とは異なりこの構造では次
に説明する独得な構造であることを除いて、利得
が得られない。

太陽から十分な量のエネルギを集めるために
は、大きな面積のエネルギ捕集面を設ける必要が
あり、これは平坦な捕集装置を使用する時、課さ
れる条件である。平行な溝又は螺旋形の溝の溝付
管構造は溝の２等分線から大きな角度内で作動す
ることができるから、入射輻射線が直接光線であ
つても又は拡散光線であつても、特に溝の表面が
鏡面である場合、吸収管構造は同一の効率で作動
する。従つて、溝付吸収管４３を隣接させ、又は
第９図に示すように最適の間隔で群にして組立て
ることができる。管を南−北に指向させたとし、
第９図に示すように吸収管４３の半径r₁₀，r₂₀に
関する管の間にそれぞれの管を覆うように所定の
間隔Ｄを設けると、次の式で与えられる太陽時間
角ω₀で陰が生ずる。

ω₀＝cos^-1｛（r₁₀＋r₂₀）／Ｄ｝ (8) ここにＤ＝4r₂₀であり、角度ω₀は63゜に相当し、
即ち午后から約４時間に相当する。同一の結果が
平行な溝の管構造でも達成できるが、螺旋溝構造
の場合には同一の結果が得られず、その場合は
ω₀は次のように表わすことができる。

ω₀＝cos^-1｛〔r₁₀＋r₂₀）／Ｄ〕cosζ｝(9) この場合ζは子午線と管の回転軸線との間の角
度である。従つて管状捕集装置間の同一間隔で、
この特定の構造により有効な太陽時間角ωが増大
する。例えば、約30゜の高い螺旋角ζの多重溝の
場合には、管の軸線間の間隔によつてエネルギ捕
集の時間を１日につき２時間増大することは容易
であり、即ちエネルギ捕集時間を25％増大する。
このことは螺旋溝付きの管構造の独得の性質であ
る。

本考案の吸収素子に溝を使用することによつて
2.2μmの範囲の0.3μmの光の波長を有する太陽エ
ネルギを非常によく吸収することができることが
わかつた。溝付構造を使用することによつて得ら
れる多重反射により、赤外線の輻射率が小さく、
高い吸収を行なうことができる。溝付構造44′を
鏡面仕上げにするのが好適であり、このためこの
鏡面に入射する光波を完全な鏡からの反射のよう
に反射させる。即ち、鏡面に対する垂線に関し入
射角と反射角とが等しい。従つて溝の表面は吸収
率が低くとも、溝付構造の使用によつて達成され
る多重反射により入射太陽エネルギの99％以上を
吸収することができる。

例えば米国特許第4154220号に開示されたよう
な同一角形状及び同一材料を適したものと仮定し
た場合でも、本願の提案した管状構造によつて回
転対称の利益が得られる。平坦な板の場合でも、
発光表面積は捕集面積に等しく、管状構造の場合
には、360゜にわたり同一効率の吸収を行なうこと
ができるから、平坦板と同一の孔の放物線反射面
の焦点に設置した同一直径の吸収管によつて次の
式の利得に等しい利得を生ずる。

利得＝平坦板の面積／円筒吸収装置の面積 （25） ここに開示した溝付吸収装置は第７及び８図に
示すように異なる形状に具体化することができ、
この場合、ベローズ又は伸縮管５３を吸収素子４
３に取付け、ガラスカバー管４０と吸収装置との
間の温度差に起因する吸収装置の長さの変化を吸
収する。ベローズを管の一部になるようにしても
よいし、又は別個に製造し吸収素子４３に溶接し
てもよい。第１０及び１１図に示すように、輻射
線のこの吸収装置は太陽光線の輻射線又は空又は
地面からの拡散輻射線の入射角とは無関係に電磁
エネルギを捕集する際の効率を達成するため回転
対称性に依存している。第１０及び１１図に示す
ように、この電磁エネルギ捕集装置は単に２個の
同心円筒４０，４３を具え、内側円筒４３によつ
て輻射線の吸収装置の役割を果させ、この内側円
筒４３を外側半径r₁₀の金属又は被膜被着ガラス
で造り、他方の外側円筒４０を内側半径r_2iの透明
ガラスで造る。

溝付構造の吸収性は材料の反射性、溝の壁の間
の角β及び太陽輻射線の入射角の関数である。従
つて同一の性能を達成するためこれ等の特性を互
に交換即ち増減することが可能である。例えば角
βを減少させることによつて一層高い反射性の材
料を使用することができ、又は一層小さい入射角
が可能になり、従つて天頂に対して一層大きな太
陽角が可能になる。しかし、この構造の必須の低
い発光性を満すため、特性の交換は行なわれず、
特に捕集装置が高温で作動する時低い発効率の材
料を使用することが必要である。

上述したところから本考案の新規な吸収素子に
よつて独特で、並はずれた特性を有する太陽熱捕
集装置を提供すること明らかで、次の利点があ
る。

１ 溝付構造を有する回転対称性によつてこの太
陽熱吸収装置により360゜にわたり直接太陽輻射
線又は拡散太陽輻射線を捕集することができ
る。

２ 本考案太陽熱吸収装置では光学的性質と溝の
角度との間の関係を互に調整することができ
る。

３ 吸収素子の表面の寸法を減少させた結果、放
出エネルギが減少する。

４ 対流による熱損失を最小にする手段としての
吸収装置と外側ガラス管との間の真空に対して
回転対称であることが適合している。

５ 応答性、即ち性能、高い吸収性と熱伝導性と
を最高にするための太陽に向く角度とは無関係
に性能を発揮できる。

６ 構造の面積を減らしたため熱伝導損失が最小
になる。

７ 光学的性質には無関係に構造材料を広く選択
することができる。

８ 構造が比較的簡単で安価である。

９ 従来の燃料に依存しない非常に有効な大替エ
ネルギ源である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る管状太陽エネルギ捕集装
置の一部を切除し断面とする側面図、第２図は第
１図の２−２線に沿う断面図、第３図は一部を切
除し断面とした本考案管太陽エネルギ捕集装置の
他の変形例を示し、第４図は第３図の４−４線に
沿う断面図、第５図は本考案の次の変形例を示す
管状熱吸収素子の斜視図、第６図は第５図の６−
６線に沿う断面図、第７及び８図はベロースに取
付けた異なる形状の熱吸収素子を有する管状捕集
装置の変形例を示す一部を切除し断面とする側面
図、第９図は隣接する列に集めた熱吸収素子を示
す断面図、第９Ａ図は溝を拡大して示し、第７及
び９図に示すような平行溝を有する熱吸収管の線
図的平面図、第９Ｂ図は螺旋溝に対する角度ζに
よる日陰作用の減少を示すため溝を拡大して示し
た第８図に示すような螺旋溝を有する熱吸収管の
線図的平面図、第１０，１０Ａ及び１０Ｂ図は３
個の捕集装置の外側円筒ガラス管と内側吸収管の
両方の縦断面図、第１１，１１Ａ及び１１Ｂ図は
第１０，１０Ａ及び１０Ｂ図に示す捕集装置の横
断面図で、ここに第１〜１３図では同一部分を同
一符号で示し、第１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ
及び１２Ｄ図は異なる形状を有する溝の断面図で
そのうち第１２図は三角形溝を示し、第１２Ａ図
は非平行側壁を有するＵ字状断面を示し、第１２
Ｂ図は溝を分割する頂点を有する長方形溝を示
し、第１２Ｃ図は溝の間の薄い分割隔壁を有する
長方形溝を示し、第１２Ｄ図は平行側壁を有する
Ｕ字状部を示し、第１３，１３Ａ及び１３Ｂ図は
太陽からの平行輻射線の方向の角度と吸収装置の
幾何学的形状との関係を示す図である。 １４……集熱装置、４０……外側ガラス管、４
３……吸熱管、４５……外側管、４６……空間、
４７……交差連結管。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 電磁スペクトルのエネルギ照射に応答してそ
   の内部液体を加熱するようにしたエネルギ吸収
   装置であつて、該装置は (a) 前記電磁スペクトルの所定の帯域を実質的
   に透過することができかつ中心軸線を有する
   剛体的外側管部材が設けられ、 (b) 前記外側管部材の内部には該外側管部材の
   中心軸線と一致する中心軸線を有する第１内
   側管部材が取付けられ、該第１内側管部材の
   内部に加熱さるべき流体が含まれ、かつ前記
   外側管部材と第１内側管部材との間に同心状
   に距てて形成された環状空間は排気した負圧
   空間として設定され、更に前記第１内側管部
   材の外周表面に多数の溝が設けられると共に
   該管部材の内周表面は本質的に滑らかに形成
   され、前記中心軸線方向に沿つて略直線状の
   流体流れが生ずるように設けられ、前記外周
   表面に設けた多数の溝の表面には低放射率の
   金融塗着層が形成されて該溝内部に反復性の
   エネルギ反射が生ずるようにされ、かつ該溝
   の断面形状は該溝の高さと幅との比Ｈ／Ｗが
   Ｈ／Ｗ＞10.0の関係を満足するように選択し
   て形成され、 (c) また、前記第１内側管部材の内部には更に
   第２内側管部材が互に間隔を距てて配置さ
   れ、該エネルギ吸収装置に送り込んで加熱さ
   るべき流体は前記第１内側管部材の実質的に
   滑かな内周表面と前記第２内側管部材の実質
   的に滑かな外周表面との間に形成された環状
   空間を通過して導入され、次いで第２内側管
   部材の内部を通つて直線状に導びかれ外部へ
   流出されるようにした電磁エネルギ吸収装
   置。 ２ 前記第１内側管部材の外周表面に形成された
   溝表面の金属塗着層は太陽光に対し高い吸収率
   と低い放射率とを併せ持つ選択された塗着層と
   して設けられている請求項１に記載のエネルギ
   吸収装置。 ３ 前記多数の溝は前記第１内側管部材の外周表
   面に螺線状を成して形成されている請求の範囲
   １に記載のエネルギ吸収装置。 ４ 前記第１内側管部材の一部に伸縮管が挿入連
   結され、前記外側管部材に対する第１内側管部
   材の膨脹作用を補償可能にしている請求の範囲
   ３に記載のエネルギ吸収装置。 ５ 前記第１内側管部材の外周表面に形成された
   多数の溝は前記中心軸線に対し直交する方向に
   向つて平行する壁面により形成される請求項１
   に記載のエネルギ吸収装置。 ６ 前記第１内側管部材の一部に伸縮管が挿入連
   結され、前記外側管部材に対する第１内側管部
   材の膨脹作用を補償可能にしている請求の範囲
   ５に記載のエネルギ吸収装置。 ７ 前記第１内側管部材の外周表面に設けた多数
   の溝の表面は互に平行に形成されかつ前記外側
   管部材の中心軸線に対し平行となる縦溝を成し
   て形成されている請求項１に記載のエネルギ吸
   収装置。