JPH0798158A - 太陽熱集熱／放熱用の熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】単純な作業で組立のできる太陽熱を集約し放熱
する熱交換器を提供する。 【構成】太陽熱等の輻射熱を水に加温し、又は温水を流
して放熱する熱交換板１と、下側空間を遮蔽する遮蔽体
２と、熱交換板１の内側表面に水を供給する給水手段５
と、整流手段６とを有し、熱交換板１と遮蔽体２の縁に
沿ってスペーサー３が面接触した状態に設置され、熱交
換板１、スペーサー３及び遮蔽体２は積層構造体の罐体
４を構成し、この積重ね積層体はほぼＣ字体をしたそれ
ぞれが独立して用いられる複数の固定部材７に挟み込ま
れ、固定部材７の下側の端部に設けられたボルトを締付
け、固定部材７の上側の端部とボルトの先端部とにより
両側から各接触面同士を圧接し積層構造体を一体化して
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽等の熱源からの輻
射熱を水に伝えて加温したり、または温水を流して熱を
放熱する太陽熱集熱／放熱用の熱交換装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来の太陽熱利用技術は比較的高温の集
熱に主眼が置かれ、低温集熱用のソーラーシステム関連
機器の開発例の少ないのが現状である。低温集熱技術の
代表的なものとして、トマソン方式やショア方式の屋根
組込み集熱器が有名である。こうした流下式の屋根組込
み集熱器は製作コストが安く、比較的施工し易い技術で
ある。しかしながら、開放型の流下集熱器では太陽光が
直接罐体内に入り、光合成によって藻が発生しまた罐体
の隅にかび等の繁殖が見られ、不潔で異臭を放つことも
ある。従って、屋根のような足場の悪い場所に組み込む
場合には、保守管理のために予め何らかの工夫を施して
おく必要がある。当然のことながら、このような事前の
対策により初期工事経費が嵩み、流下式のコストメリッ
トが滅殺されてしまう恐れがある。さらに、外気温の低
い条件下では潜熱損失による集熱効率の低下が著しく、
このことも流下式集熱器普及の障害となっている。

【０００３】従来の流下式集熱器は先にも指摘したよう
に屋根組込み技術としての実績が主なものであり、流下
式の長所を如何にして発展的に応用するか、また流下式
ながらその集熱効率を飛躍的に高め且つ安定した集熱性
能を確実に得るにはどのような改良を加えればよいか、
さらにこうした改良に伴うコストアップ分をできるだけ
低く押さえるには如何なる解決策を取ればよいかが、流
下方式にとっての課題であった。

【０００４】こうした技術的背景の下に考え出されたの
が、整流構造を備え比較的少量の流下水を用いて熱交換
を行なう密封流下式集熱器である。この集熱器の例とし
て、例えば本件発明の特許出願人と同一の出願人に係る
実公昭６１−３５８８１号（実開昭５７−１６６０４９
号）に記載のものがある。この公報明細書に記載された
技術は、前方壁、公報壁および散水装置の構成要素を用
いただけで単純な集熱器の得られることを教えている。
この集熱器によれば、確かに従来の流下式に比べて僅か
な搬送動力で効率のよい熱交換を行なうことができ、形
状もある程度自由に設定でき、相対的に価格の安い集熱
器の得られる利点がある。

【０００５】しかしながら保守管理面で未だ難点があ
り、先の公報明細書にあるような流下式集熱器の特徴を
生かした上で如何にして構造に改良を加えるか、さらに
製作面に未だ難点があり、同じく先の公報明細書にある
ような流下式集熱器の特徴を生かした上で如何にしてコ
ストダウンを図るか、またこのコストダウン化が集熱器
の分野においてはその普及を促進する上で極めて重要な
要件であり、これらが流下方式にとっての現在の課題で
あるとするのが本件出願人の認識である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、太陽熱
等の熱源からの輻射熱を水に伝えて加温したり、または
温水を流して熱を放熱する熱交換板と、この熱交換板の
下側空間を遮蔽する遮蔽体と、熱交換板と遮蔽体により
形成された空間上部にあって熱交換板の内側表面に水を
供給する給水手段と、給水手段に付属する整流手段とを
有し、前記熱交換板と遮蔽体との間にはこれら熱交換板
と遮蔽体の縁に沿ってスペーサーが面接触した状態に設
置され、熱交換板、スペーサーおよび遮蔽体は積み重ね
られた積層構造体の罐体を構成し、この積重ね積層体は
ほぼＣ字形をしたそれぞれが独立して用いられる複数の
固定部材に挟み込まれ、固定部材の下側の端部に設けら
れたボルトを締付け、固定部材の上側の端部とボルトの
先端部とにより両側から各接触面同士を圧接し積層構造
体を一体化してなる太陽熱集熱／放熱用の熱交換装置が
得られる。

【０００７】本発明の他の形態によれば、前記積層構造
体は、さらに、熱交換板の上側を覆う透明体と、この透
明体および熱交換板の縁に沿って面接触した状態に設置
されるスペーサーとを有し、透明体、スペーサー、熱交
換板、スペーサーおよび遮蔽体は積み重ねられた積層構
造体の罐体を構成し、この積重ね積層体は前記固定部材
に挾み込まれ、締付けにより両側から各接触面同士を圧
接して積層構造体を一体化することを特徴とする太陽熱
集熱／放熱用の熱交換装置が得られる。

【０００８】

【実施例】以下、添付図面に沿って本発明の好ましい実
施例につき詳細に説明する。第１図と第２図は熱交換装
置の具体例を示している。図示した熱交換装置は、熱交
換板１から間隔をあけて遮蔽体２が設けてあり、両者の
少なくとも３辺の周縁部にはスペーサー３が介在してい
る。図示の例ではこのスペーサーは、遮蔽体２とは別体
のものであるが予め遮蔽体の一部分を形成する一体のも
のでもよい。前記熱交換板１、スペーサー３、および遮
蔽体２により罐体４が形成される。この罐体の上方位置
には、熱交換板１の内側表面に水を供給する給水手段５
が設けられている。第１図および第２図に示す給水手段
は適当間隔ごとに孔のあけられたパイプが使用されてい
る。ただし給水手段は図示の構成にのみ限定されるわけ
ではない。噴射ノズル、樋等を使用することもできる。
この給水手段に加えて、さらに整流手段６が罐体４の上
方位置にあって、熱交換板を横切る方向に配置され熱交
換板との間に水の通り抜ける僅かな隙間を形成してい
る。

【０００９】前述の如く構成することにより、給水手段
５から放出された水は、整流手段６と熱交換板１との間
を通り抜ける。その際に水は抵抗を受け、水量の多い箇
所では水は横に広げられる。水の通り抜ける熱交換板と
整流手段との間の隙間は横方向に連続的に設ける必要は
ない。むしろ隙間は断続的に設けた方がより実際的であ
る。また整流手段６の先端に織布をあて、この織布を介
して熱交換板に接触させるように構成することもでき
る。

【００１０】整流手段の整流作用により、整流手段を通
り抜けた水は薄く層状に横に広げられ、または細かく分
流され、熱交換板全面を均一に覆い、また密に分布す
る。従って熱交換板が保有する熱は、流下する水に速や
かに伝達される。流下した温水は罐体下部の開口（図示
せず）より外部に排出される。

【００１１】第１図に図示の例では前記熱交換板１、ス
ペーサー３、遮蔽板２をほぼＵ字形をした固定部材７が
挾み込んでいる。この固定部材は概ね２つの端部７ａ、
７ｂを備え、いずれか一方の端部（７ａまたは７ｂ）に
ボルト、またはくさび等の押圧手段８が設けられてい
る。図示の例では押圧手段８は端部７ｂに取り付けられ
たボルトである。このボルトを締め付けることで、遮蔽
板、スペーサーおよび熱交換板が固定部材７の端部７ａ
に押圧され、その結果、これら３つの部分の接触面同士
が互いに圧接されることになる。尚、ボルトは端部７ａ
の側に配備することもでき、あるいはボルトに代えて楔
を熱交換板１と固定部材の端部７ａとの間に、あるいは
遮蔽板と端部７ｂとの間に差し込む構成を採ることもで
きる。

【００１２】第２図に図示した第２の実施例では、第１
のスペーサー３ａに加えて、第２のスペーサー３ｂが透
明体９と熱交換板１との間に介在し、透明体、第２のス
ペーサー、熱交換板、第１のスペーサーおよび遮蔽体が
重ね合わされ、接触する部材間では圧接されている。

【００１３】尚スペーサーと遮蔽体、スペーサーと熱交
換板、スペーサーと透明体の接触部分には任意の接着
剤、例えばシリコーン・シーラント、あるいはブチルゴ
ム・シーラント等を塗布しておくことができる。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、既に説明したように単
純な圧接積層構造を取り入れているため、（型式により
製造工程に多少の変更はあるが）各構成要素を一括して
組み立てることができる。装置の罐体は簡単迅速に工場
若しくは現場で組立てることができ、しかも必要に応じ
て罐体を分解でき、補修および水アカの清掃を行なうこ
ともできる。

【００１５】用途に合わせて熱交換板の材質を選択使用
すれば、所望の耐用年数／償却年数を設定することも可
能である。従って、様々な需要家の要望に見合う仕様の
製品を提供することができる。

【００１６】同時に、前述した積層組立て構成を採るこ
とで、熱交換装置の外形、サイズおよび外観は従来のも
のに比べてさらに大幅に自由化でき、非常に薄い軽量の
太陽熱集熱／放熱用の熱交換装置を製作することができ
る。

【００１７】さらに構造が単純な積層構造のため特殊な
生産機械や製造設備を必要とせず、また熟練工がいなく
ても容易に製作ができ、技能者でなくても補修を行なう
ことができ、取り扱い易い汎用性の高い製品を提供でき
る。

【００１８】前述した特徴に加えて流下式でありながら
ローコストの流通品として市販することができ、将来に
わたりソーラーシステムの普及に大きく寄与することが
できる。

【００１９】尚、前記固定部材は支持架台等の構造物の
一部に予め固定的に取り付けておくこともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱交換装置の一例を示す縦断面
図。

【図２】他の実施例を示す縦断面図。

【符号の説明】

１ 熱交換板 ２ 遮蔽体 ３ スペーサー ３ａ 第１のスペーサー ３ｂ 第２のスペーサー ４ 罐体 ５ 給水手段 ６ 整流手段 ７ 固定部材 ７ａ 固定部材の上側の端部 ７ｂ 固定部材の下側の端部 ８ 押圧手段 ９ 透明体

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年３月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 太陽熱集熱／放熱用の熱交換装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽等の熱源からの輻
射熱を水に伝えて加温したり、または温水を流して熱を
放熱する太陽熱集熱／放熱用の熱交換装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】熱交換板、遮蔽体、スペーサー、給水手
段および整流手段を備えた集熱器は、本件出願人と同一
の名義人による実公昭６１−３５８８１号公報（実用新
案登録第１６８２９２２号）に見ることができる。この
集熱器は、スペーサーの表面に接着剤を塗布し接着剤の
付着した面を熱交換板と遮蔽体の縁に宛てがい、各構成
要素を接着固定する技術に関係している。この技術は量
産性に優れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】平板型集熱器の業界で
は、どの製造業者も、例外なく、ボックスの内部に熱交
換水路板を収納しボックス開口部にガラスを被せる定型
的な構造のものを生産している。しかしながら、集熱器
の形状が建築意匠に馴染まず、集熱器の存在自体が建物
の付帯設備として見る人に違和感を与える現状では、こ
のまま従来の外観／形態を踏襲したままでは将来の普及
は望むべくもない。

【０００４】目下のところ輪郭形状／形態の変形につい
ての努力を怠り、ボックス構造およびその形態が集熱器
の将来の普及疎外要因であることにつき明らかに認識を
欠いている。補助金制度で購入を誘導するような付け焼
刃的な対応では必ず将来に渡り禍根を残すことになると
の考えの下に、本件出願人は独自の打開策として先に引
用した技術の積極的な利用に努めてきた。しかしなが
ら、使用する多段ホットプレス機およびその付属設備は
何れも大量生産による償却を前提として導入される大型
設備であり、工場建屋を新造しなければならない等の費
用面での制約が大きい。

【０００５】集熱器の形態／サイズの自由選択に対する
要望は今後益々強まることが予想され、本件出願人は先
に引用した技術に代わるものとして、本件出願人と同一
の名義人による実公昭６３−４０７５２号公報（実用新
案登録第１７８６０７９号）および実公昭６３−４０７
５３号公報（実用新案登録第１７８６０８０号）に基づ
いた生産技術につき検討を加え製品を生産してきた。剪
断抵抗材の使用に特徴のあるこれら方式の利点は、施主
の要望に合わせて様々な形状／形態の集熱器を製作でき
ることである。規模の自由度も高く、現場施工向きの技
術として今後発展的に利用されていくものと期待されて
いる。しかしながら、一品料理的な職人技術を必要とす
る特注品志向が強く量産技術として完成されたものでは
ない。他に、実開昭５７−２８２５４号公報（実願昭５
５−１０３８５９号）のような剪断抵抗材使用の例もあ
るが、この種の技術は何れも量産技術としては不成功に
終わっている。

【０００６】こうした一連の開発過程の中で、本件出願
人が量産性に富み／生産設備コストの殆どかからない具
体的な生産技術の確保に躍起になっていた頃、殆ど具体
性がないものと当初考えていたクランプ方式のものを試
作してみる機会が得られた。試作に際し敢えて剛性のあ
る遮蔽体を使用したが、この遮蔽体上部に積層された構
成要素は強固にしかも安定した状態にクランプ固定さ
れ、さらに経年変化の少ない信頼性の高い製品を得られ
ることが判明した。加えて、集熱器の部品交換による保
守管理を行なうことができ、使用に永続性のある集熱器
が得られる。

【０００７】本発明の目的は、特別な生産設備がなくて
も簡単且つ迅速に信頼性の高い集熱器を生産できる技術
を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による太陽熱集熱
／放熱用の熱交換装置は、太陽熱等の熱源からの輻射熱
を水に伝えて加温したり、または温水を流して熱を放熱
する熱交換板と、この熱交換板の下側空間を遮蔽する遮
蔽体と、熱交換板と遮蔽体の間に挿入されるスペーサー
と、熱交換板と遮蔽体により形成された空間上部にあっ
て熱交換板の内側表面に水を供給する給水手段と、給水
手段に付属する整流手段とを備えている。遮蔽体は剛性
を備え、この遮蔽体を基盤として使用し遮蔽体上部にス
ペーサーと熱交換板を積層すると共に、これら構成要素
とは別個の部材である断面Ｃ字形のクランプの形態をし
た固定部材を用い、この固定部材の上側の端部と下側の
端部との間に少なくとも熱交換板、スペーサーおよび遮
蔽体を挟み込み、固定部材の下側の端部に設けた遮蔽体
に接するボルトを締め付けることにより固定部材の上側
の端部に対し遮蔽体を持ち上げ、固定部材の上側の端部
と遮蔽体の間で積層構成要素を圧縮する特徴のある構造
が取り入れられている。

【０００９】

【作用】前述のごとく構成することにより、遮蔽体の縁
表面のかなりの幅部分が剛体基準面として機能し、この
面上に積層される構成要素は剛体により支持され変形す
ることがない。この剛体を介在させて圧縮すれば各構成
要素は面圧が均一になり、またボルト締めによる非常に
強力な圧縮作用が働き各構成要素は接触面を介して互い
に圧密され一体構造を構成する。ボルトの本数は極く少
数ですみ、通常の剪断抵抗材を使用する従来例に比べて
数十分の１の数で対応できる。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面に沿って本発明の好ましい実
施例につき詳細に説明する。第１図と第２図は熱交換装
置の具体例を示している。図示した熱交換装置は、熱交
換板１から間隔をあけて遮蔽体２が設けてあり、両者の
少なくとも３辺の周縁部にはスペーサー３が介在してい
る。スペーサーは、遮蔽体２とは別体のものであるが予
め遮蔽体の一部分を形成する一体のものでもよい。前記
熱交換板１、スペーサー３、および遮蔽体２により罐体
４が形成される。この罐体の上方位置には、熱交換板１
の内側表面に水を供給する給水手段５が設けられてい
る。第１図および第２図に示す給水手段は適当間隔ごと
に孔のあけられたパイプが使用されている。ただし給水
手段は図示の構成にのみ限定されるわけではない。噴射
ノズル、樋等を使用することもできる。この給水手段に
加えて、さらに整流手段６が罐体４の上方位置にあっ
て、熱交換板を横切る方向に配置され熱交換板との間に
水の通り抜ける僅かな隙間を形成している。

【００１１】前述の如く構成することにより、給水手段
５から放出された水は、整流手段６と熱交換板１との間
を通り抜ける。その際に水は抵抗を受け、水量の多い箇
所では水は横に広げられる。水の通り抜ける熱交換板と
整流手段との間の隙間は横方向に連続的に設ける必要は
ない。むしろ隙間は断続的に設けた方がより実際的であ
る。また整流手段６の先端に織布をあて、この織布を介
して熱交換板に接触させるように構成することもでき
る。

【００１２】整流手段の整流作用により、整流手段を通
り抜けた水は薄く層状に横に広げられ、または細かく分
流され、熱交換板全面を均一に覆い、また密に分布す
る。従って熱交換板が保有する熱は、流下する水に速や
かに伝達される。流下した温水は罐体下部の開口（図示
せず）より外部に排出される。

【００１３】第１図に図示の例では前記熱交換板１、ス
ペーサー３、遮蔽板２をほぼＵ字形をした固定部材７が
挟み込んでいる。この固定部材は概ね２つの端部７ａ、
７ｂを備え、いずれか一方の端部（７ａまたは７ｂ）に
ボルト、またはくさび等の押圧手段８が設けられてい
る。図示の例では押圧手段８は端部７ｂに取り付けられ
たボルトである。このボルトを締め付けることで、遮蔽
板、スペーサーおよび熱交換板が固定部材７の端部７ａ
に押圧され、その結果、これら３つの部分の接触面同士
が互いに圧接されることになる。尚、ボルトは端部７ａ
の側に配備することもでき、あるいはボルトトに代えて
楔を熱交換板１と固定部材の端部７ａとの間に、あるい
は遮蔽板と端部７ｂとの間に差し込む構成を採ることも
できる。

【００１４】第２図に図示した第２の実施例では、第１
のスペーサー３ａに加えて、第２のスペーサー３ｂが透
明体９と熱交換板１との間に介在し、透明体、第２のス
ペーサー、熱交換板、第１のスペーサーおよび遮蔽体が
重ね合わされ、接触する部材間では圧接されている。

【００１５】尚スペーサーと遮蔽体、スペーサーと熱交
換板、スペーサーと透明体の接触部分には任意の接着
剤、例えばシリコーン・シーラント、あるいはブチルゴ
ム・シーラント等を塗布しておくことができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、既に説明したように単
純な圧接稍層構造を取り入れているため、（型式により
製造工程に多少の変更はあるが）各構成要素を一括して
組み立てることができる。装置の罐体は簡単迅速に工場
若しくは現場で組立てることができ、しかも必要に応じ
て罐体を分解でき、補修および水アカの清掃を行なうこ
ともできる。

【００１７】用途に合わせて熱交換板の材質を選択使用
すれば、所望の耐用年数／償却年数を設定することも可
能である。従って、様々な需要家の要望に見合う仕様の
製品を提供することができる。

【００１８】同時に、前述した積層組立て構成を採るこ
とで、熱交換装置の外形、サイズおよび外観は従来のも
のに比べてさらに大幅に自由化でき、非常に薄い軽量の
太陽熱集熱／放熱用の熱交換装置を製作することができ
る。

【００１９】さらに構造が単純な積層構造のため特殊な
生産機械や製造設備を必要とせず、また熟練工がいなく
ても容易に製作ができ、技能者でなくても補修を行なう
ことができ、取り扱い易い汎用性の高い製品を提供でき
る。

【００２０】前述した特徴に加えて流下式でありながら
ローコストの流通品として市販することができ、将来に
わたりソーラーシステムの普及に大きく寄与することが
できる。

【００２１】尚、前記固定部材は支持架台等の構造物の
一部に予め固定的に取り付けておくこともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱交換装置の一例を示す縦断面
図。

【図２】他の実施例を示す縦断面図。

【符号の説明】 １ 熱交換板 ２ 遮蔽体 ３ スペーサー ３ａ 第１のスペーサー ３ｂ 第２のスペーサー ４ 罐体 ５ 給水手段 ６ 整流手段 ７ 固定部材 ７ａ 固定部材の上側の端部 ７ｂ 固定部材の下側の端部 ８ 押圧手段 ９ 透明体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽熱等の熱源からの輻射熱を水に伝え
   て加温したり、または温水を流して熱を放熱する熱交換
   板と、この熱交換板の下側空間を遮蔽する遮蔽体と、熱
   交換板と遮蔽体により形成された空間上部にあって熱交
   換板の内側表面に水を供給する給水手段と、給水手段に
   付属する整流手段とを有し、前記熱交換板と遮蔽体との
   間にはこれら熱交換板と遮蔽体の縁に沿ってスペーサー
   が面接触した状態に設置され、熱交換板、スペーサーお
   よび遮蔽体は積み重ねられた積層構造体の罐体を構成
   し、この積重ね積層体はほぼＣ字形をしたそれぞれが独
   立して用いられる複数の固定部材に挟み込まれ、固定部
   材の下側の端部に設けられたボルトを締付け、固定部材
   の上側の端部とボルトの先端部とにより両側から各接触
   面同士を圧接し積層構造体を一体化してなる太陽熱集熱
   ／放熱用の熱交換装置。
2. 【請求項２】 特許請求の範囲第１項に記載された太陽
   熱集熱／放熱用の熱交換装置において、前記積層構造体
   は、さらに、熱交換板の上側を覆う透明体と、この透明
   体および熱交換板の縁に沿って面接触した状態に設置さ
   れるスペーサーとを有し、透明体、スペーサー、熱交換
   板、スペーサーおよび遮蔽体は積み重ねられた積層構造
   体の罐体を構成し、この積重ね積層体は前記固定部材に
   挾み込まれ、締付けにより各接触面同士を圧接して積層
   構造体を一体化することを特徴とする太陽熱集熱／放熱
   用の熱交換装置。