JPS5852140B2 - 太陽熱集熱管並びに太陽熱集熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 真空ガラス管型集熱器すなわち真空二重集熱管を用いた
太陽熱集熱装置を使い方で大別すると、加熱すべき媒体
たとえば水を常に少しずつ流しておき、温められて出て
きた温水を取出す通過式のものと、水が温まると軽くな
って上昇するサーモサイフオン現象を利用して循環させ
る自然循環式のもの、または循環ポンプを使つズ媒体を
強制的に循環させる強制循環式のものに分けることがで
きる。

而して、前者に用いる真空二重集熱管は加熱すべき水の
排出が容易で内部に滞ることがないため、凍結破損する
危険性が少ないのに対して、後者に用いる集熱管は有底
管であるために、なんらかの凍結防止手段を併設してた
とえば倒立状態（有底部を上にした状態）で用いるなど
の対策が必要となるが、集熱効果が通過式のものに比べ
ると著しく優れている有底集熱管を用いた循環式の方が
、多く採用されるような傾向にあるため、循環式集熱装
置に簡単な凍結破壊防止策が望まれていた。

また、真空ガラス管型集熱器は割れ易いという欠点があ
るために、破損時には破損管の交換が必要となるが、従
来の集熱装置ではそのような場合、全装置の機能を停止
させなければ、交換作業ができないという不都合があり
、その対応策も望まれていた。

本発明は真空ガラス管型集熱器を用いた集熱装置がプラ
スチックスの集熱部を持つ模式や密閉汲置式の集熱装置
に比べると高価である点を踏まえ、集熱効果の優れてい
る有底の真空ガラス管型集熱器に簡単な凍結防止策を施
すことができるようにすると共に、万一の破損時におい
ても、全機能を停止させずに継続使用できるようにする
と共に、集熱管の破損時、交換時のメインテナンスを容
易にすることを目的とする太陽熱集熱管並びに太陽熱集
熱装置に係るもので、以下に本発明の１実施例を図面に
基いて説明する。

第１図は本発明の集熱装置の１ユニツトを一部を省略し
て示した平面図で、加熱すべき媒体の送入路と加熱され
た媒体の排出路を備えた媒体通路１を中央に配し、その
左右両側に太陽熱集熱管２を片側１２本づつ、横列に平
行に配列してなるもので、先ず太陽熱集熱管２について
説明すると、第２図に示すように、一端を閉鎖し、他端
を開口させたいわゆる有底の異径の透明ガラス管３，４
を同心に二重に重ね、この内外両管３，４の開口端に、
２つの孔５，６を所要の距離を隔てて形成したガラス製
の蓋１を気密的に溶融着し、当該端部を閉鎖して内外両
管３，４の相互空間８を密封し、更に、当該空間を減圧
して真空二重の主管を形成する。

９は内側ガラス管３の表面に形成した選択吸収膜で、比
較的波長の短かい光波に対しては吸収率が高く、熱線に
対しては放射率が小さいという特性をもつ薄膜である。

上記２つの孔５，６は、一方５が媒体の入口となり、他
方６が出口となるためのものであるが、実施例では両孔
５，６は、蓋Ｔの中心を通る線上に、最大限度まで間隔
をあけて穿設したものである。

しかし、その孔５，６は内外両管３，４を上記のように
同心に重ね合わせるか、若しくは太陽熱集熱管の設置仕
様に基いて偏心させて重ね合わせるかなど、両管の重ね
合わせ方に応じて、閉鎖蓋１の中心を通る線上に揃えて
形成するか、中心を通らない線上に揃えて形成するもの
で、その位置は特定されるものではない。

第５図においてγ′は蓋Ｔの媒体流入孔５と排出孔６の
回りに形成した後記弾性弁１５．１６開ロ用の突部であ
る。

１０は、内側ガラス管３と外側ガラス管４との間隙を保
持する為に外側ガラス管４の底部寄りの複数個所を求心
方向に膨出させて形成した小突起であるが、この小突起
１０は内側ガラス管３の適所を外方に膨出させて形成し
たものであってもよく、又、スプリングなど適当な間隙
保持部材を用いて同様な効果をねらってもよい。

媒体通路１は第５図に示すように加熱すべき媒体の送入
路１１と加熱された媒体の排出路１２を上下２段に区画
して形成したもので、その左右両側面部に１２個ずつの
開口１３．１４を夫々形威し、太陽熱集熱管２を構成す
る内外両管３，４の開口端を閉ぐ上記閉鎖蓋γの孔５，
６を蟲該開口１３．１４に対して横方向から対向させる
が、太陽熱集熱管２を媒体通路１に接続するに際して、
送入路１１並に排出路１２と蓋γの間に、孔５゜６を開
閉するための弾性弁１５．１６を具えた耐候性、耐熱性
に優れたゴム製の蓋ＩＴとばね板１８を挾んで当接させ
る。

なお弾性弁１５α６）は常態では第６図に示すように一
文字に閉ざしているが、同図左方向から矢示位置を押圧
すると、第５図に示すように開き、太陽熱集熱管２の内
部と媒体通路１内すなわち送入路１１と排出路１２とに
個別に連通させることができるものであり、また、ばね
板１８は太陽熱集熱管２に対する押圧力を解除したとき
、特に、破損時に、管の残がいを媒体通路１から積極的
に離脱させるために、その弾発力で当該集熱管２の残が
いを第５図左方向（矢印と反対の方向）に押圧し、それ
に基いて上記弾性弁１５α６）に対する押圧力を瞬間的
に解除することができるようにしたもので、たとえば、
太陽熱集熱管２の外側ガラス管４が割れた場合は、弾性
弁１５α６）に対する上記押圧力を当該ばね板１８で積
極的に解除して、このときに当該弾性弁１５（１６）を
共に閉じさせる作用を行なうものである。

１９は開口した弾性弁１５側より、加熱すべき媒体を内
側ガラス管３の底部方向に導くための導水管、２０は媒
体通路１の周囲を被う断熱材である。

上記のようにしてなる媒体通路１と太陽熱集熱管２・・
・は長方形の架設フレーム２１によって第１図に示すよ
うに整然と並べられているが、上記のようにして媒体通
路１に接続される太陽熱集熱管２・・・の底部分は下記
のようにして架設フレーム２１に支持されている。

２２は架設フレーム２１の左右両側部に固定したホルダ
ーで、上部に形成した半円形の弧部２３によって太陽熱
集熱管２の底部付近上面を承け、同ホルダー２２の端部
に該集熱管２の底部方向に向けて螺合したねじ２４の先
端を、同管底部を第２固在（右）方向から支える円錐形
ホルダー２５のサポータ−２６に螺着して、ねじ２４を
回わすことにより円錐形ホルダー２５を水平動させるこ
とができるようにし、もって、太陽熱集熱管２・・・を
上記媒体通路１とホルダー２５の間に挟着支持し、第１
図に示すような横列配置をもって、太陽熱集熱管２・・
・を架設フレーム２１上に平行に支持している。

なお、ねじ２４の締付力利用に代えてばねの押圧力を利
用して太陽熱集熱管２・・・の底部を押圧することもで
きる。

第３図に符号２Ｔで示す曲面板を横列配置した太陽熱集
熱管２・・・の相互間に、相隣れる集熱管２゜２の前側
下面と後側下面とを共通に被う太陽光反射板で、夏季の
太陽光入射角と冬季の太陽光入射角を考慮してその曲面
を設定しであるが、雨水が同板面上に溜らないようにす
るため、相隣れる太陽光反射板２γ、２７の間には隙間
２８を設ける。

第７図、第８図は屋根上に本発明装置を取付けた概要を
示す側面図と平面図で、本発明の太陽熱集熱装置は、ユ
ニットＡを上下方向乃至左右方向に配列し、上下方向に
相隣れるユニットＡ、Ａ・・・を、各ユニツｔ−Ａの媒
体通路１の上下に設けた媒体送入管２９１．２９２同志
および媒体排出管３０１．３０２同志を適宜の管継手（
図示せず）を以て接続し、最下位にあるユニットＡの下
向きの送水管２９２および排出管３０２の夫々の端部を
閉鎖して、媒体が上方から入って再び上方に流れるよう
に配管する。

なお、加熱された媒体の貯溜タンク（図示せず）は屋根
上または手の届く地上に設け、送入管２９１と排出管３
０１に接続する。

次に上記実施例に基いて自然循環の場合の作用を説明す
る。

本発明を温水装置として用いる場合には、水道水を予め
、屋根頂部に設けた貯溜タンクに入れる。

同タンクを出て、送水管２９１より送入路１１に入った
水は、開口した弾性弁１５を通り、導水管１９に導かれ
て、太陽熱集熱管２の内側ガラス管３の中に入る。

内側ガラス管３の中に入った水は、内外両ガラス管３，
４を通過する太陽熱の作用で暖められることになるが、
太陽熱集熱管２の内側ガラス管３が受けた太陽熱の伝導
と対流は、両管３の表面に形成した選択吸収膜８が内外
両管３，４間の真空空間に封じ込まれているために起ら
ず、選択吸収膜の太陽光線放射スペクトル（可視域）の
高吸収性と熱放射スペクトル域（赤外域）での低放射性
によって、熱を逃がすことなく太陽光を９０％以上も吸
収して、内側ガラス管３内にある水を温める。

水がある程度の湯に変化すると、軽くなって排出路１２
より排出され、貯溜タンクに向って上昇し、同タンク内
の水は下降して送入路１１より内側ガラス管３内に入り
、これを繰り返えして湯を集熱装置内で循環させる。

このようにして内側ガラス管３内にあった水（湯）は太
陽熱集熱管２の蓋６１こ形成した孔から、開口した弾性
弁１６を通って排出路１２に入り、同排出路１２より貯
溜タンクに向って流れ、貯溜タンク内の水（湯）は同送
水路１１より各集熱管２・・・内に、弾性弁１５側を通
って入り、集熱管２内の水温が上がるたびに循環系統内
の湯は各部一様に温度上昇して、やがて８０〜１００℃
位の高温の湯が得られる。

このようにして得られた高温湯は直接、給湯に使用でき
るが、貯溜タンクに一旦貯めておいて後で使用すること
もできる。

次に、万一、太陽熱集熱管２のいずれか１または、複数
が破損した場合について説明する。

本発明の集熱装置はすべての集熱管２が弾性弁１５．１
６を介して媒体通路１に接続されており、その弾性弁１
５．１６は当該太陽熱集熱管２を第２図、第５図におい
て左方向（右側管は右方向）から押圧したときに開き、
両管２の抑圧を除くと閉じるようになっているから太陽
熱集熱管２が外側管４のみ割れたとき、または内側管３
も同時に割れたときには、内外両管３，４の開口端に溶
融着した蓋１の媒体流入孔５と排出孔６の回りに夫夫形
成した突部γ′、γ′の弾性弁１５．１６に対する押圧
力がなくなる。

すなわち、外側ガラス管４が割れると、ばね板１Ｂの弾
発力で蓋１はホルダー２５の方向に動いて、弾性弁１５
．１６を開かせる力を解除する。

従って、このとき、瞬間的に弾性弁１５．１６は閉じ、
媒体通路１内の水（湯）が流入することはないから、正
常の太陽熱集熱管２・・・を結ぶすべての循環系統はそ
のま＼の作用を持続して、一部の破損に関係なく引きつ
ゾいて高温湯を得ることができる。

次に、壊れた太陽熱集熱管２を新品に取り換える場合に
は、当該破損管を支えている部位のねじ２４を緩め、ホ
ルダー２５を後退させて、当該ホルダー２５と媒体通路
１の間の距離を、新品管２が入りやすくなるまで広げ、
その状態で、新品管２を装着して、再びねじ２４を締め
つける。

このようにして、ホルダー２５で新しい太陽熱集熱管２
を支持すると、蓋Ｔが再び弾性弁１５．１６を押圧して
量弁を開かせるから、水（湯）は新品管の中に流入する
。

また、冬季に凍結のおそれがある場合には、最下位のユ
ニツｔ−Ａの排出管３０２を開けば、すべての集熱装置
内の水を簡単にぬくことができる。

以上、実施例に基いて本発明を説明したが、本発明の太
陽熱集熱管は、太陽放射スペクトル域で熱吸収が大きく
、熱放射スペクトル域で放射率が小さい特性を有する選
択吸収膜９で表面を破った有底の内側ガラス管３と透明
の外側ガラス管４とを、両者間に所要の真空空間を介在
させて同心状態あるいは同心に近い状態に重ねた真空二
重前型の太陽熱集熱管において、内外ガラス管３，４の
開口端部をガラスの蓋１で閉鎖密封して両管結合し、鉄
蓋γには、媒体の流入孔と排出孔を所要の距離を隔てて
設けると共に、両孔の回りには媒体通路１側に設けた弁
体開口用の突部７′を設けたものであるから、蓋７に形
成した孔５，６によって媒体の導入口と排出口をはっき
りと区別でき、Ｕ字管を使った管と同じ効果を当該孔あ
き蓋７によってもたらすことができるが、Ｕ字管を使っ
た場合には間管の向きによっては内部の水を自然排出す
ることができないのに対して、本発明の集熱管によれば
複数の孔５，６を上下方向に並ぶように設置しなくても
、両孔５，６間に少しでも高低差があれば太陽熱集熱管
としての機能を発揮させることができ、自然排出も容易
にできるという効果がある。

しかも、上記複数の孔５，６を有する蓋１で管の開口端
を閉鎖するという構成を採用しているため、本発明の集
熱管は装置の取付場所に傾斜がなくてもあるいは傾斜角
度が緩るいものであっても集熱管の開口端部を塞ぐ蓋７
の上記媒体流入孔５と排出孔６に、同集熱管を回転する
ことにより高低差をつけることが可能であるから、この
流入孔５と排出孔６を結ぶ仮想線の向きを想定して媒体
通路１側の開口の位置を決めれば、本発明の集熱管は傾
斜がないかまたは僅かな傾斜しかない場所は、強制循環
タイプの集熱装置に採用できるのは勿論のこと、オーバ
ーフロータイプの集熱装置としても容易に採用すること
ができるという効果がある。

次に本発明の太陽熱集熱装置は、太陽放射スペクトル域
で熱吸収が大きく、熱放射スペクトル域で放射率が小さ
い特性を有する選択吸収膜で表面を被った有底の内側ガ
ラス管３と透明の外側ガラス管４とを、両者間に所要の
真空空間を介在させて同心状態あるいは同心に近い状態
に重ね、内外ガラス管の開口端部を蓋で閉鎖密封し、鉄
蓋に媒体の流入孔５と排出孔６を所要の距離を隔てて設
け、かつ、両孔の回りに弁体開口用の突部γ′を設けた
太陽熱集熱管２と、媒体の送入路１１と排出路１２を有
し、該媒体の出入路１１．１２に直交する向きに開口さ
せた太陽熱集熱管の接続部１３゜１４内に、上記太陽熱
集熱管２の突部１′で押圧されたときに開く弁体１５，
１６を設けた媒体通路１とからなり、媒体通路１の上記
太陽熱集熱管接続部に間管２の上記流入孔５と排出孔６
を脱着自在に、かつ個別に装着自在とし、媒体通路１と
相対する側には、太陽熱集熱管２を媒体通路１に装着し
たときに上記弁体１５，１６を抑圧開口させる方向に当
該集熱管２の底部を押圧する同管底部の支持装置２５を
設けたものであるから、万一太陽熱集熱管２のいずれか
が割れると、送入路１１との間に設けた弁１５と排出路
側１２との間に設けた弁１６は当該集熱管２の押圧力か
ら解放されて、瞬間的に閉じ、送入路１１と排出路１２
の該尚位置の開口１３．１４を塞ぎ、媒体通路１内を流
れる媒体が流出するのを即刻防ぐことができるから、他
の集熱管２・・・による集熱作用を修理完了まで中断し
ないで済むという効果があり、集熱能力の若干の低下を
度外視すれば、太陽熱集熱管２が装置の一部において欠
落していても継続的に使用することができる。

また、弁体１５，１６にゴム製その他の弾性弁を用いれ
ば、格別のシール部材を設けなくても、太陽熱集熱管と
弁体との間のシールが不要となる。

その上、本発明によれば、媒体通路１を縦方向に配し、
同通路の相互に区画された送入路１１と排出路１２に対
して、太陽熱集熱管２・・・を横体形に平行に並べ、貯
溜タンク（図示せず）を送入路１１と排出路１２の上端
よりも上方に設ければ、媒体を自然循環させることがで
きるし、あるいは、貯溜タンクを低所に設けて、循環ポ
ンプで媒体を強制循環させることもできる。

しかも、送入路１１と排出路１２が縦方向に向くため、
それらの流路を開けば集熱装置内部の媒体を自然流出さ
せることができ、厳寒時の凍結破損を簡単に防止するこ
とができるという効果がある。

更に本発明は太陽熱集熱管２の底部を支持装置によって
、開管の支持と媒体通路１内に設けた弁体の開口操作を
兼用させているから、太陽熱集熱管２の破損時、交換時
のメインテナンスが容易であるという特長がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の１実施例を示したもので、第１図は一部
を省略して示した集熱装置の平面図、第２図は第１図■
−■線上で切断した一部縦断正面図、第３図は第１図１
−１線上で切断した一部縦断側面図、第４図は第１図Ｉ
Ｖ−ＩＶ線上で切断した一部縦断側面図、第５図は媒体
通路中心の拡大縦断正面図、第６図は弾性弁の縦断側面
図、第７図は屋根上に取り付けた状態の側面図、第８図
は同じく平面図である。 １・・・・・・媒体通路、２・・・・・・太陽熱集熱管
、３・・・・・・内側ガラス管、４・・・・・・外側ガ
ラス管、５，６・・・・・・孔、７・・・・・・閉鎖蓋
、８・・・・・・選択吸収膜、１１・・・・・・媒体送
入路、１２・・・・・・媒体排出路、１３，１４・・・
・・・開口、１５，１６・・・・・・弁、１８・・・・
・・ばね板、１９・・・・・・管、２１・・・・・・架
設フレーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 太陽放射スペクトル域で熱吸収が大きく、熱放射ス
   ペクトル域で放射率が小さい特性を有する選択吸収膜で
   表面を扱った有底の内側ガラス管と透明の外側ガラス管
   とを、両者間に所要の真空空間を介在させて同心状態あ
   るいは同心に近い状態に重ねた真空二重前型の太陽熱集
   熱管において、内外ガラス管の開口端部をガラスの蓋で
   閉鎖密封して内外両管を結合し、鉄蓋には、媒体の流入
   孔と排出孔を所要の距離を隔てて設けると共に、回礼の
   回りには媒体通路側に設けた弁体開口用の突部を設けた
   太陽熱集熱管。 ２ 太陽放射スペクトル域で熱吸収が大きく、熱放射ス
   ペクトル域で放射率が小さい特性を有する選択吸収膜で
   表面を破った有底の内側ガラス管と透明の外側ガラス管
   とを、両者間に所要の真空空間を介在させて同心状態あ
   るいは同心に近い状態に重ね、内外ガラス管の開口端部
   を蓋で閉鎖密封し、鉄蓋に媒体の流入孔と排出孔を所要
   の距離を隔てて設け、かつ、回礼の回りに弁体開口用の
   突部を設けた太陽熱集熱管と、媒体の送入路と排出路を
   有し、該媒体の出入路に直交する向きに開口させた太陽
   熱集熱管の接続部内に、上記太陽熱集熱管の突部で押圧
   されたときに開く弁体を設けた媒体通路とからなり、媒
   体通路の上記太陽熱集熱管接続部に間管の上記流入孔と
   排出孔を脱着自在に、かつ個別に装着自在とし、媒体通
   路と相対する側には、太陽熱集熱管を媒体通路に装着し
   たときに上記弁体を抑圧開口させる方向に当該集熱管の
   底部を押圧する同管底部の支持装置を設けた太陽熱集熱
   装置。