JPH04344071A - 真空式太陽熱集熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス容器内部に円筒
状の貯水容器を配置した真空式太陽熱集熱装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】太陽光線の持つ熱エネルギーを熱源とし
て利用する太陽熱集熱装置は、従来より種々の形態のも
のが提案され、温水器の分野において広く利用されてい
る。真空式太陽熱集熱装置も各種発明されており、本出
願人は、特願昭６２−１６４２４号において、ガラス容
器内部に円筒状の貯水容器を配置した真空式太陽熱集熱
装置を提案している。

【０００３】この出願には、一端が密封され、他端が小
口径に絞られて開口した透明な長尺円筒状のガラス容器
と、一端が密封され、他端が小口径に絞られて開口し、
ガラス容器内部に支持具を介して同軸状に配置され、外
表面に選択吸収膜が被覆形成された円筒状の金属製貯水
容器と、ガラス容器及び貯水容器の開口端を貫通して貯
水容器内部の密封端付近まで挿入された第１の管と、ガ
ラス容器の開口端を貫通して貯水容器の開口端に接続さ
れた第２の管と、ガラス容器の開口部を封止する封着金
具とを備えてなり、ガラス容器と貯水容器との間を真空
に保持してなる真空式太陽熱集熱装置が示されている。

【０００４】この真空式太陽熱集熱装置を使用する場合
、ガラス容器及び貯水容器の開口端を密封端より低く配
置し、貯水容器内部への給水を第２の管から行い、温水
の取り出しを第１の管又は第２の管から行うようにする
方法と、ガラス容器及び貯水容器の開口端を密封端より
高く配置し、貯水容器内部への給水を第１の管から行い
、温水の取り出しを第２の管から行う方法がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記真空
式太陽熱集熱装置を上記した前者の方法で使用する場合
、貯水容器内部の上方に空気溜りが形成され、その空気
溜りには、貯水から発生した塩素ガス等が含まれるため
、金属製貯水容器が腐食し易いという問題がある。また
この方法では、貯水容器内部に新たな水を供給すること
なく温水を取り出すという、いわゆるロット採湯が不可
能であり、温水を取り出す際には、必ず新たな水を貯水
容器内部に供給する必要があるため、温水が水と混合し
て水温が低下してしまうという問題がある。

【０００６】一方、後者の方法で使用する場合も、ロッ
ト採湯が不可能であり、しかも内径の小さい第一の管か
ら水が貯水容器内部に供給されるため、水の貯水容器内
部に流入する速度が速く、温水と水との混合割合が大き
くなって水温が大幅に低下し易いという問題がある。ま
た冬期において、水が凍結するのを防止したり、配管内
を清掃する目的で貯水容器内部の水抜きを行うことも不
可能である。

【０００７】本発明の目的は、貯水容器内部に空気溜り
が形成されず、且つ、ロット採湯や水抜きを行うことが
できる真空式太陽熱集熱装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の真空式太陽熱集
熱装置は、両端が小口径に絞られて開口した透明な長尺
円筒状のガラス容器と、両端が小口径に絞られて開口し
、ガラス容器内部に支持具を介して同軸状に配置され、
外表面に選択吸収膜が被覆形成され、ガラス容器の内容
積の６０％以上を占める内容積を有する円筒状の金属製
貯水容器と、ガラス容器の各開口部を貫通して貯水容器
の各開口部に接続された連結管と、ガラス容器の各開口
部を封止する封着金具とを備え、ガラス容器と貯水容器
との間には、間隙が存在し、その間隙部が真空に保持さ
れ、各連結管がガラス容器の両端に位置するヘッダー管
に各々接続されてなることを特徴とする。

【０００９】また本発明の真空式太陽熱集熱装置は、好
ましくは連結管あるいは封着金具の一部にベローズが形
成されてなることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明において、ガラス容器内部に配置された
円筒状の金属製貯水容器は、ガラス容器の小口径開口部
より大きく、且つ、ガラス容器の内径より小さい外径を
有し、ガラス容器の内容積の少なくとも６０％以上の容
積を占める程十分に大きなものであるため、その中に大
量の水が貯められる。そして透明なガラス容器を透過し
た太陽熱は、選択吸収膜を介して貯水容器に集熱される
。貯水容器に集められた熱は、真空断熱作用により熱ロ
スが防止され、貯水容器内部の水を保温する。貯水容器
内部の水は、太陽熱で温められて比重の小さくなった部
分が貯水容器内部の上方へ移動するため、貯水容器内部
で自然循環を生じて全体が昇温される。

【００１１】また連結管あるいは封着金具の一部にベロ
ーズを形成すると、貯水容器とガラス容器との間に生じ
た熱応力が緩和されるため、両者の接続部における真空
劣化を抑えることができる。

【００１２】本発明の真空式太陽熱集熱装置を使用する
場合、一方のヘッダー管が他方のヘッダー管よりも高く
なるようにして建物の屋根上や屋上等に据付設置し、上
方あるいは下方のヘッダー管の一端を、例えば水道等の
給水圧力源に減圧逆止弁を介して連結することによって
空気溜りを形成することなく、貯水容器内部に水を充満
させることが可能である。

【００１３】また下方のヘッダー管の一端を給湯栓を有
する給湯管に連結し、貯水容器内部の温水を取り出すよ
うにすると、給水用ヘッダー管からの水の供給を停止す
ることによってロット採湯が可能となる。この場合、貯
水容器内部の温水を取り出した後、給水用のヘッダー管
から新たに水を貯水容器内部に供給する。また通常、貯
水容器内部の空気の出入りをコントロールするため、上
方のヘッダー管の一端には、自動空気抜弁等が取り付ら
れる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の真空式太陽熱集熱装置を実施
例に基づいて詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の真空式太陽熱集熱装置を
示す縦断面図である。

【００１６】ガラス容器１は、予め成形された開口部１
ａを有する２つのガラスキャップ１ｂの端部が透明な長
尺円筒状のガラス管１ｃの両端に溶着して形成され、ガ
ラスキャップ１ｂの開口部１ａは、ガラス管１ｃの本体
部の外径より小径となっている。ガラスキャップ１ｂの
材質としては、ガラス管１ｃと同一、又はガラス管１ｃ
の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有し、支障なく溶着で
きるものであればよい。

【００１７】ガラス封着金具２は、ガラス容器１と良好
に封着できる円筒状金属から作製され、例えばガラス容
器１がソーダ石灰ガラスの場合は、４２％Ｎｉ−６％Ｃ
ｒ鋼、硼珪酸ガラスの場合は、コバール合金で作製され
る。ガラス封着金具２の一端には連結管３の熱膨張係数
と近似した熱膨張係数を有し、耐食製に優れた金属から
なる中継ぎ封着金具４の一端が被さるようにして溶接又
はロウ付けによって接着され、他端にはガラス容器１の
開口部が封着されている。また中継ぎ封着金具４の他端
は、連結管３に溶接又はロウ付けされている。封着した
部分は、当然のことであるが、歪みを十分に取り除いて
いる。

【００１８】尚、ガラス封着金具２が連結管３と同一の
金属、あるいは熱膨張係数が略同じ金属であれば、中継
ぎ封着金具４は、必ずしも必要でなく、直接ガラス封着
金具２と連結管３とを封着することが可能である。

【００１９】貯水容器５は、銅、ステンレス、鉄等の金
属から作製され、両端に開口部５ａを有する金属製円筒
体５ｂと、この円筒体５ｂの両端に嵌合され、全周溶接
又は全周ロウ付けされた２つの金属製キャップ体５ｃと
で構成される。円筒体５ｂとキャップ体５ｃとは、同一
材質とするか熱膨張係数が同一又は近似した異種金属で
接合に支障とならないものであればよい。この貯水容器
５は、ガラス容器１の内容積の少なくとも６０％を占め
る程大きな容積を有し、その外表面には選択吸収膜（図
示せず）が被覆形成され、ガラス容器１と貯水容器５と
の間には、間隙が存在し、その間隙部は、所定の真空度
［例えば１０−４Ｔｏｒｒ］に保持されている。ガラス
容器１内部を真空排気するには、ガラス容器１の端部あ
るいは中継ぎ封着金具４の一部に排気管を設け、そこか
ら排気した後、溶着あるいはロー付けすることによって
封止する。

【００２０】貯水容器５の両端の開口部５ａには、各連
結管３の一端が取り付けられ、各連結管３の他端は、上
方のヘッダー管６あるいは下方のヘッダー管７にロウ付
け、差し込み又は接続具を用いて接続されている。各連
結管３の一部には、ベローズ３ａが形成され、このベロ
ーズ３ａによって貯水容器５とガラス容器１との間に生
じる熱応力が緩和される。貯水容器５の両端を構成する
キャップ体５ｃ及び円筒体５ｂの中央部には、各々支持
具８ａ、８ｂが装着されている。支持具８ａ、８ｂは、
貯水容器５をガラス容器１内部に熱伸縮を許容しつつ同
軸状に支持するために用いられる。貯水容器５の両端に
小径外周部５ｄを設けることは、支持具８ａによる貯水
容器５のガラス容器１内部での安定支持を確保し、且つ
、支持具８ａの装着部以外の部分の貯水容器５の貯水容
積を増加させることに役立つものである。

【００２１】支持具８ａは、弾性金属線条を便宜の形状
、例えば略Ｗ形状に屈曲させたものであり、２個対称的
に使用してガラス容器１の内面に傷を与えないように４
点接触している。また支持具８ｂは、コイルバネ部と板
バネ部からなり、コイルバネ部によって貯水容器５とガ
ラス容器１との間に一定の間隔を形成している。

【００２２】上記真空式太陽熱集熱装置は、建物の屋根
上等に所定角度傾斜して据付設置され、給水バルブを開
くことによって上方のヘッダー管６から供給された水は
、上方の連結管３を介して貯水容器５に流入し、一定時
間温まるまで汲み置きされた後、給湯栓を開くことによ
って下方の連結管３を介して下方のヘッダー管７から温
水として取り出される。その後、取り出された温水の量
と同量の水が上方のヘッダー管６から上方の連結管３を
介して貯水容器５内に供給される。

【００２３】尚、本発明の真空式太陽熱集熱装置におけ
る水の供給と取り出しは、上記の方法に限定されるもの
ではなく、例えば下方のヘッダー管７の一端から貯水容
器５内部に水を供給し、同じヘッダー管７の他端から温
水を取り出すことも可能である。その場合、上方のヘッ
ダー管６は、空気抜きとオーバーフローの際の排水口と
しての機能を果たす。

【００２４】次に図２は、上記した本発明の真空式太陽
熱集熱装置を４本で１ユニットとし、これを２ユニット
接続して建物の屋根９上に据付設置した給湯設備の実施
例を示す概略斜視図である。

【００２５】図２において、各真空式太陽熱集熱装置は
、上方のヘッダー管６及び下方のヘッダー管７に並列に
接続されている。上方のヘッダー管６は、減圧逆止弁１
０と給水バルブ１１を設けた給水管１２を介して水道等
の給水圧力源に接続され、給水バルブ１１を開放してお
くことにより、水道等の給水圧力源からの水圧が減圧逆
止弁１０を通して適正な圧力に減圧されて給湯設備全体
に作用する。例えば我が国における水道の水圧は、所定
値［例：３ｋｇ／ｃｍ２　］に維持され、これを減圧逆
止弁１０により適正な圧力［例：０．８ｋｇ／ｃｍ２　
］に減圧調整して使用される。

【００２６】下方のヘッダー管７は、給湯栓１３を有す
る給湯管１４に接続され、給湯栓１３は、浴室１５や炊
事場１６等に分岐配置されている。また上方のヘッダー
管６には、逃がし弁１７と自動空気抜弁１８が設けられ
ている。さらに給水管１２の途中には、ドレン管１９と
ドレンバルブ２０が設けられている。

【００２７】図２の給湯設備の使用方法は、以下のとお
りである。

【００２８】先ず最初にドレンバルブ２０、給湯栓１３
が閉じられ、給水バルブ１１が開放される。これにより
水道等の給水圧力源からの水圧で水が減圧逆止弁１０を
通過して給水管１２から上方のヘッダー管６に流入し、
上方のヘッダー管６からそれに接続された各連結管３に
分配されて各ガラス容器１内部に位置する各貯水容器５
から給湯管１４まで水が充満される。各貯水容器５から
給湯管１４までの空気は、下方のヘッダー管７を通って
自動空気抜弁１８から排出される。この時、給湯設備内
の圧力は、減圧逆止弁１０で設定した所定圧力に保持さ
れる。この状態でしばらく放置すると、各貯水容器５内
の水は、太陽熱が各ガラス容器１を透過して選択吸収膜
を介して各貯水容器５を加熱することにより昇温され、
内部で自然循環する。水が十分に温水になった状態で給
水バルブ１１を閉じ、給湯栓１３を開放すると、自動空
気抜弁１８から吸気しながら各貯水容器５内の温水が取
り出される。温水の取り出しが完了した後、給湯栓１３
を閉じ、給水バルブ１１を開けると、取り出された温水
量と同量の水が各貯水容器５内に水道等の給水圧力源か
ら供給される。

【００２９】尚、冬期において水が凍結する恐れのある
時や配管内を清掃する時は、給水バルブ１１を閉じ、給
湯栓１３及びドレンバルブ２０を開けることによって各
貯水容器５内部及び配管内の水を抜くことが可能である
。

【００３０】

【発明の効果】本発明の真空式太陽熱集熱装置は、貯水
容器内部に空気溜りが形成されず、一度に多量の水を温
めることができ、且つ、貯水容器内に新たな水を流入さ
せなくとも温水を取り出す、いわゆるロット採湯が可能
であるため、温水と水とが混合することによる水温の低
下をきたすことがなく、しかも凍結を防止したり、配管
内を清掃するための水抜きも容易に行える。

【００３１】また連結管あるいは封着金具の一部にベロ
ーズを形成することによって、貯水容器とガラス容器と
の間に生じる熱応力を緩和することができる。

【００３２】さらに本発明においては、上記の効果以外
にも貯水容器が金属製であるため、熱衝撃による破損が
なく、軽量で必要な耐圧強度を維持することができるこ
と、ガラス容器及び金属製貯水容器の開口端を小口径に
絞っているため、ガラス容器の開口端の封着金具による
封止面積を減少させ、内部の真空がリークする確率を大
幅に減少させること、高価なガラス封着金具を小径化で
きるとともに、ガラスよりも熱伝導率の大きい金属部分
を小径化することによって封着金具からの熱損失を少な
くすることができ、且つ、透明ガラス部分が大きくなる
ことにより採光部が広くなるため集熱効率を向上するこ
とができるという効果も有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空式太陽集熱装置の実施例を示す縦
断面図である。

【図２】本発明の真空式太陽熱集熱装置をユニットにし
て用いた給湯設備の実施例を示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１　　ガラス容器 ２　　ガラス封着金具 ３　　連結管 ３ａ　　ベローズ ４　　中継ぎ封着金具 ５　　貯水容器 ６　　上方のヘッダー管 ７　　下方のヘッダー管 ８ａ　　支持具 ８ｂ　　支持具 １２　　給水管 １４　　給湯管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　両端が小口径に絞られて開口した透明
   な長尺円筒状のガラス容器と、両端が小口径に絞られて
   開口し、ガラス容器内部に支持具を介して同軸状に配置
   され、外表面に選択吸収膜が被覆形成され、ガラス容器
   の内容積の６０％以上を占める内容積を有する円筒状の
   金属製貯水容器と、ガラス容器の各開口部を貫通して貯
   水容器の各開口部に接続された連結管と、ガラス容器の
   各開口部を封止する封着金具とを備え、ガラス容器と貯
   水容器との間には、間隙が存在し、その間隙部が真空に
   保持され、各連結管がガラス容器の両端に位置するヘッ
   ダー管に各々接続されてなることを特徴とする真空式太
   陽熱集熱装置。
2. 【請求項２】　　連結管あるいは封着金具の一部にベロ
   ーズが形成されてなることを特徴とする請求項１の真空
   式太陽熱集熱装置。