JPS58203349A - 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】 本発明は熱搬送材料として先具性体材料を利用した太陽
熱集熱装置に関する。

従来の太陽熱集熱装置は黒色塗膜や選択吸収膜を表面に
形成したコレクターで太陽エネルギーを顕熱として熱搬
送材料が吸収し、この熱搬送材料を熱交換器に与えて熱
交換し、貯湯槽の水を湯化する形式のものであり、コレ
クターの方式なラヒに面積と熱搬送材料の流速および貯
湯槽容積等で定まる湯温まで昇温し、貯湯するものであ
る。このため、太陽熱集熱装置は、高温貯湯する場合に
は放熱ロスが大きくなりがちで、保温コストが犬となり
、一方、低温貯湯して放熱ロスを少なくしようとすると
、高温出湯のために追焚き装置を要し、その追焚のため
の電気、ガス、石油等のエネルギーを要するものであっ
た。

３ページ また、熱搬送材料としてノルボルナジェン等の光沢性体
材料を用いて太陽エネルギーをクアドリシクラン等の光
異性化潜熱として吸収し、吸熱された熱エネルギーを搬
送して触媒反応器においてクアドシクランからノルポル
ジエンへの逆反応ヲ起させて熱エネルギーに変換しよう
とするものも考えられてきているが、この熱搬送材料は
太陽エネルギーの低波長領域が主体で、吸収効率の悪い
ものであった。このため、吸収効率の改善策として増感
剤を添加した光沢性体材料を熱搬送体として用いる方法
等も考えられるが、これとても６チを超える太陽エネル
ギー変換効率を得ることは難しいものである。

本発明はこのような問題に留意し、熱搬送材料として光
沢性体材料を用いたものにおいて、省エネルギ一度の高
い、かつ、効率的で、しかも、簡単な構成の太陽熱集熱
装置を１提供することを目的とするものである。

この目的を達成するために、本発明は熱搬送材料として
光沢性体材料に着色物質を分散させ、太陽エネルギーを
顕熱エネルギーおよび光異性化潜熱エネルギーとして吸
収する太陽熱吸収材料を用い、コレクターを含む前記太
陽エネルギー吸収材料の第１の循環回路と、前記第１の
循環回路に順次に挿入された顕熱エネルギーを熱交換す
る第１の熱交換器および太陽エネルギー吸収材料の貯湯
槽と、前記貯溜槽に接続された太陽エネルギー吸収材料
の第２の循環回路と、前記第２の循環回路に順次に挿入
さｔた光異性化潜熱エネルギーを顕熱エネルギーに変換
する触媒反応装置および、この触媒反応装置で得られる
顕熱エネルギーを熱交換する第２の熱交換器と、前記第
１．第２の循環回路の強制循環手段よりなる太陽熱集熱
装置の構成としたものである。

上記構成になる本発明の太陽熱集熱装置は、光沢性体材
料に着色物質を分散させた太陽エネルギー吸収材料が、
コレクターにおいて太陽エネルギーを顕熱工不ルキーお
よび光異性化潜熱エネルギーとして吸収し、この太陽エ
ネルギーを吸収した太陽エネルギー吸収材料を強制循環
手段により第６ページ １循環回路に循環させて第１の熱交換器において熱交換
させるとともに、貯溜槽に溜められ、さらニ再ヒコレク
ターへ送る。そして１回の循環では必ずしも全量の光沢
性体材料の光異性化反応は完了しないが、循環を繰り返
すことによって光異性化反応は進み、全量の光異性化反
応を完了することとなる。前記第１の熱交換器で熱交換
した前記顕熱エネルギーは蓄熱材料に低温蓄熱したり、
熱搬送媒体を低温加熱し他の搬送して利用される。

また、光異性化反応をした光沢性体材料を含む太陽エネ
ルギー吸収材料は前記貯溜槽に貯溜される。

このようにして貯溜された光異性化反応をした元異性体
材料は、太陽エネルギー吸収材料として強制循環手段に
より第２の循環回路を循環し、触媒反応装置において逆
反応を起させて光異性化潜熱エネルギーを顕熱エネルギ
ーに変換させ、その後筒２の熱交換器にて熱交換させ、
さらに再び前記貯溜槽へと還る。前記第２の熱交換器で
熱交換した顕熱エネルギーは高温が得られるので、前記
低温蓄熱した蓄熱材料を追焚きしたり、または他６ペー
ジ の蓄熱材料に高温蓄熱したり、熱搬送媒体により他へ搬
送したり、前記低温加熱した熱搬送媒体を追焚加温して
他へ搬送して利用される。

前記第１．第２の循環回路にそれぞれ設けられた強制循
環手段はそれぞれ独立に機能できるから、前述の作用を
それぞれ最適化するようにそれぞれの太陽エネルギー吸
収材料の流量を決定することも可能である。

以下本発明の一実施例を第１図にもとづき説明する。

図において１はコレクターであり、前記コレクター１を
含む太陽エネルギー吸収材料の第１の循環回路２を設け
、この第１の循環回路２には貯湯槽３内に装置されたと
ころの第１の熱交換器４、太陽エネルギー吸収材料の貯
溜槽５、第１の循環ポンプ６を順次に挿入している。

前記貯溜槽６には太陽エネルギー吸収材料の第２の循環
回路７を接続しており、この第２の循環回路７には第２
の循環ポンプ８、触媒反応装置９、第２の熱交換器１ｏ
を順次に挿入してあり、前記７ペ、−ジ 第２の熱交換器１ｏは貯湯槽３の出湯回路１１に設けら
れている。なお、図中の１２は給水口、１３は給湯口で
ある。

前記コレクター１は第２図に示すように構成され、すな
わち、下面に遠赤外線を反射する選択透過膜１４をもつ
白色板ガラス１６と、外殻１６により的体を形成し、こ
の的体の内部に白色板ガラス１７とステンレス板１８と
で太陽エネルギー吸収材料の流路１９を形成し、この流
路１９の下部に断熱材２ｏ、アルミシートなどよりなる
赤外線反射板２１、断熱材２２を配して構成されている
。

前記太陽熱吸収材料は先具性体材料に着色物質を分散さ
せてなるものであり、先具性体材料とし反応を利用 ■　シスートランス異性化反：応ヲ利用■　分子内ビア
ントラセンの形成を利用した反応 ■　芳香核異性化を利用 ■　１．３ジエンの異性化を利用 ■　（２＋２４）型光環化付加反応を利用などがあり、
いずれの系の適用も可能である。そして着色物質として
はカーボン粒子を用いる。

また、光異性化材料は同時に光反応の増感剤を含んでも
よい。ただし、この増感剤は着色物質とは全く目的が違
うため、区別する必要がある。

な嘔、以下の説明は光異性化材料としてノルボルナジェ
ン系を中心に行なう。

次に動作について説明する。コレクター１で太陽エネル
ギー吸収材料に太陽エネルギーを吸収させるに当９、ノ
ルボルナジェンに低波長側の太陽エネルギーを光異性化
潜熱エネルギーとして吸収させてクアドリシクランに変
える光異性化反応を起させ、カーボン粒子に全波長の太
陽エネルギーを顕熱エネルギーとして吸収させて太陽エ
ネルギー吸収材料を昇温さ：、、、竺る。この太陽エネ
ルギーを吸収させた太陽エイルギー吸収材料は第１の循
環回路２を第１の循環ポンプ６の運転により循環さすら
れる。そして第１の熱交換器において前記顕９ページ 熱エネルギーを熱交換して貯湯槽３の水を加温して湯と
する働きをする。顕熱エネルギーを熱交換して冷やされ
た太陽エネルギー吸収材料は貯溜槽６を経てコレクター
１へもどり、再び太陽エネルギーの吸収をする。１回の
循環では必ずしも全量のノルボルナジェンが先具性反応
を起すことはできないが、循環を繰返すうちには全量の
ノルボルナジェンが光異性化反応を起しクアドリシクラ
ンへ光異性化し、光異性化潜熱エネルギーとして太陽エ
ネルギーを吸収した太陽エネルギー吸収材料として貯溜
槽６に貯溜される。

貯溜槽６に貯溜されたノルボルナジェンに太陽エネルギ
ーを光異性化潜熱エネルギーとして吸収したクアドリシ
クランを含む太陽エネルギー吸収材料は、第２の循環ポ
ンプ８によって第２の循環回路７の触媒反応装置９、第
２の熱交換器１ｏを経て貯溜槽６へもどる。この循環に
おいて、ノルボルナジェンに太陽エネルギーを光異性化
潜熱エネルギーとして吸収したクアドリシクランを含む
太陽エネルギー吸収材料は、触媒反応装置９にお１０ペ
ージ いてクアドリシクランが逆反応を起してノルボルナジェ
ンにもどされることにより、光異性化潜熱エネルギーは
変換されて顕熱エネルギーとなり、触媒反応装置９の後
流側に一体に設けた第２の熱交換器１ｏによって熱交換
され、貯湯槽３から送られてきた低温の湯を追焚き加熱
して高温の湯とし、これを給湯口１３より給湯する。太
陽エネルギー吸収材料は第１．第２の循環ポンプ６．８
により第１．第２の循環回路２．７を時に、あるいは選
択的に流れ、所望の温度の湯を得ることができる。

なお、本実施例では触媒反応装置９と第２の熱交換器１
０を一体に構成しているが、触媒反応装置９と第２の熱
交換器１ｏの間を配管で結合し、分離して構成してもよ
い。また、第２の熱交換器１０を触媒反応装置９で囲む
ように構成してもよい。さらに、図示していないが、第
２の熱交換器１０’ｉ５高温貯湯槽に内蔵して、第１図
に示す低温の貯湯槽の湯を追い焚きして高温貯湯するよ
うに構成してもよい。また、第２の熱交換器１０によ１
１ベーミ！ り前述の低温貯湯した湯を追い焚きするのではなく、他
の被加熱物質を加熱して高温貯湯したり、他へ搬送して
利用するようにしてもよい。

太陽エネルギー吸収材料の光異性材料としては、ノルボ
ルナジェンの代りに２Ｃ１−２ＯＮノルボルナジエンの
ようなノルボルナジェン誘導体や、ジアセチルインジゴ
等を利用することができる。また、着色粒子として、カ
ーボン粒子の代りに鉄、銅。

マンガン等の複合酸化物による選択吸収性粒子を用いる
こともできる。

つぎに本発明と対比するために、本発明の一実施例を示
す第１図に示した装置から、太陽エネルギー吸収材料の
貯湯槽６を除いた太陽熱集熱装置の例を第３図に示し説
明する。第３図に示した太陽熱集熱装置においては、太
陽エネルギー吸収材料の貯溜槽６がないから、太陽エネ
ルギー吸収材料の貯溜ができ彦いため、太陽エネルギー
吸収材料の量が少量しか充填できず、先具性体材料とし
てのノルボルナジェンの量も少量となり、光異性化潜熱
エネルギーの蓄積も少く、すぐに太陽エネルギーの吸収
が飽和してしまう。また、逆反応を起させて光異性化潜
熱エネルギーを顕熱エネルギーに変換しようとすると、
太陽エネルギーを吸収する第１の循環回路２の太陽エネ
ルギー吸収材料の流量に影響を与えてしまう。したがっ
て、本発明のように貯溜槽６を設けることは非常に有効
である。

第４図は本発明の他の実施例を示し、このものは前記第
１の熱交換器および第２の熱交換器をそれぞれ１対のも
の４ａ、４ｂ　、　１０ａ、１ｏｂとし、両者４ａと４
ｂ、１ｏａと１０ｂ；ｉｉ独立した熱搬送媒体用配管２
３．２４で接続したものである。

この実施例のものでは、先具性体材料と水とを直接に熱
交換せず、メチレングリコール等の食品安全性の高い熱
搬送材料を介して間接的に熱交換することもできる。こ
のように間接的に熱交換することは熱交換器、は多少低
下する場合もあるが、実用上の配慮で解艇可能であり、
万が一熱交換器に穴があいた場合でも、水に食品安全性
の低い物質の混入をさせないという食品安全上の効果を
有１３ページ する。

本発明は以上説明したように光異性材料に着色物質を分
散させた太陽エネルギー吸収材料により顕熱エネルギー
と光異性化潜熱エネルギーとして太陽エネルギーを吸収
するため、太陽エネルギー吸収のための配管結合が簡単
な構成でありながら、太陽エネルギーを熱源として高温
と低温の２つの温度レンジの集熱ができるという効果が
ある。しかも、太陽エネルギー吸収材料の貯溜槽を設け
、との貯溜槽を介して太陽エネルギー吸収材料中の光異
性化潜熱エネルギーとして太陽エネルギーを吸収した光
異性体材料を逆反応させて顕熱エネルギーに変換させて
利用するだめの第２の循環回路を構成しているから、太
陽エネルギー吸収材料の充填量が大きくできる効果を有
する。さらに、太陽エネルギー吸収材料に太陽エネルギ
ーを吸収するための第１の循環回路の太陽エネルギー吸
収材料の流量と、太陽エネルギーを吸収した太陽エネ　
１゜ルギー吸収材料の光異性化潜熱エネルギーを遊尺く
により顕熱”ネ″ギー′変換し１利用するため１４ペー
ジ の第２の循環回路の太陽エネルギー吸収材料の流量とを
それぞれ独立のものとしてそれぞれ最適な流量に設定で
きるという効果を有する。この効果の重要性は、たとえ
ば低温貯湯した湯を追焚きして高温出湯しようとする際
、その出湯量、低温貯湯した湯の温度、先具性体材料の
光異性化比率。

高温出湯しようとする湯の温度等により、太陽エネルギ
ーを吸収した太陽エネルギー吸収材料の第２の循環回路
への流量を加減する必要があるが、これを自由に設定で
きるものであり、かつ、この流量設定が、太陽エネルギ
ー吸収のための前記第１の循環回路の太陽エネルギー吸
収材料の流量設定に影響を及ぼさずに行えるから、太陽
エネルギー吸収のための第１の循環回路の太陽エネルギ
ー吸収材料の流量設定を最適になるように設定し、これ
を維持できるという効果を有する。

また、太陽エネルギー吸収材料の量を犬とすることがで
きるから、飽和することなしに太陽エネルギーを光異性
化潜熱エネルギーとして吸収し貯溜できるから、日照の
ないときや、夜間に熱エネ１６ページ ルギーとして利用したいときに余裕をもって利用できる
という効果を有する。

さらに、高温貯湯をする構成の場合は、比較的小型の第
２の熱交換器を用いても大量の高温出湯が可能となる効
果を有するものである。

本発明の省エネルギー効果は以上述べたように大きいも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の太陽熱集熱装置の回路図、
第２図は同装置のコレクターの要部断面図、第３図は本
発明を比較するための太陽熱集熱装置の回路図、第４図
は本発明の他の実施例の太陽熱集熱装置の回路図である
。 １・・・・・・コレクター、２・・・・・・第１の循環
回路、３・・・・・貯湯槽、４・・・・・・第１の熱交
換器、５・・・・・・貯溜槽、６・・・・・・第１の循
環ポンプ、７・・・・・・第２の循環回路、８・・・・
・・第２の循環ポンプ・・−９・・・・・・触媒反応１
山１ 装置、１０・・・・・・第２の熱交換器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 ノ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱搬送材料として先具性体材料に着色物質を分散
   させ、太陽エネルギーを顕熱エネルギーおよび光異性化
   潜熱エネルギーとして吸収する太陽エネルギー吸収材料
   を用い、コレクターを含む前記太陽エネルギー吸収材料
   の第１の循環回路と、前記第１の循環回路に挿入された
   顕熱エネルギーを熱交換する第１の熱交換器および太陽
   エネルギー吸収材料の貯溜槽と、前起貯溜槽に接続され
   た太陽エネルギー吸収材料の第２循環回路と、前記第２
   の循環回路に順次に挿入された光異性化潜熱エネルギー
   を顕熱エネルギーに変換する触媒反応装置およびこの触
   媒反応装置で得られる顕熱エネルギーを熱交換する第２
   の熱交換器と、前記第１および第２の循環回路の強制循
   環手段よりなる太陽熱集熱装置。
2. （２）第１の熱交換器と第２の熱交換器はそれぞれ２ペ
   ージ 各１対の熱交換器で構成され、各１対の熱交換器が独立
   した流路を形成する熱搬送媒体用配管で接続された特許
   請求の範囲第１項に記載の太陽熱集熱装置。