JPS592825B2 - 太陽熱吸収ユニツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽からの輻射線に露出されるパネルによって
エネルギ移送流体を加熱する太陽熱吸収ユニットに関す
る。

このような一般形式の太陽熱吸収ユニットは長年にわた
り既知であり、少なくとも１個のこのようなユニットが
市販されている（サウスオーストラリア５００８、デボ
ンパーク、ポルトンアベニューのビアスリイ・インダス
トリーズ・ピーテイワイ・リミテッドによって製造され
ている）。

しかし、このようなユニットのための熱吸収パネルの設
計においては、一方においては高い効率に他方におい又
は安価軽量という一般的には相客れない目標に直面する
。

たとえばパネルの効率は通常パネルに設けられた流体導
管の数が増大するにつれて増大する。

しかし、導管の数が増大するとパネルの重量と価格とが
共に増大する。

熱伝導性と耐食性とが共に優れた材料を使用しなければ
ならない場合には特にそうである。

この矛盾した問題を認められる程度まで解決しようとす
る今までの試みは明らかにその場限りのものであった。

上述したところにかんがみ、本発明の主要な目的は所定
の効率で最小の重量を有する太陽エネルギ吸収パネルを
提供するにある。

本発明は、太陽からの輻射線に露出する表面を有する材
料のシートと、このシートを横切って延在し且つこのシ
ートと熱的に接触する導管列とを備えた太陽エネルギ吸
収パネルの改良を特徴とする。

このシートの厚さは約０．１５２７ｕＩｔ（０，００６
インチ）かそれ以下であり、このシートを横切って１フ
ィート当りの導管数は約３〜７である。

さらに特定すれば、厚さｔｓ１熱伝導率に８および密度
１）ｓのシートおよび平均導管間隔Ｌ、導管とシートと
の平均接触幅Ｗおよび単位長さ当りの導管の重量Ｗｔを
有する導管列に対し、本発明により構成されたパネルは
次の式 のＷＡを最小にするような厚さｔｓのシートを有する。

ここにＴＬは２個の隣接する導管の間の中間点のシート
の温度であり、Ｔｏは導管に合致する位置のシートの温
度であり、５ｅｆｆはシートに入射する太陽輻射線の有
効日射レベル（すなわち単位時間当りシートの単位面積
に与えられる正味熱エネルギゲイン）である。

この場合最適の導管間隔りはこうして得られたｔ８の値
を使用して式％式％ から決定される。

特に好適な実施例では、シートを銅にし、導管を少な（
とも一部銅にし、各導管の（シートを横切る）幅を（シ
ートに垂直な）厚さより一層太きくし、各導管をシート
の表面にはんだ付げする。

第１図は屋根のだるき１２間に支持される寸法にした太
陽熱吸収ユニット１０を示す。

このユニットは上にあるガラス板１８と下にある熱絶縁
体２０との間でフレーム１６に支持される太陽熱吸収パ
ネル１４を備える。

これらのガラス板と熱絶縁体とはパネル１４から周囲に
復帰する熱損失を減らすため普通に採用されるものであ
る。

配管継手２２．２４によってエネルギ移送流体（例えば
水）を導管２６に送給しまた導管２６からエネルギ移送
流体を除去する。

導管２６はシー）２７の下面に設けられており、このシ
ート２７は導管２６と共にパネル１４を構成する。

この導管２６はパネルの長さ方向に平行に配列延在して
配置されている。

マニホルドまたはヘッダ２９によって各導管を配管継手
２２．２４に連結する。

第２図に示すようにシート２７の（普通黒く塗った）露
出上面２８に入射する太陽輻射エネルギ（矢印にて示す
）が吸収され、シートの温度を上昇させる。

熱はシートを通過し、導管とシートとの相互面の接合部
３０（あるいは導管とシートとの間の任意の他の熱接触
）を通過し、管壁を通過し、最後に導管２６を流れる流
体に伝達される。

第２図に示す好適な実施例では、シート２７はたとえば
厚さ０．０６９ｇ（０，００２フインチ）の薄い銅シー
トであり、導管は約１２．７ｗＩｔ（ｉ／２インチ）の
幅を有するたとえば０．２０３ ｙｎｘ （０，００８
インチ）の薄い矩形状の銅ラジェータ管であり（導管の
全幅にわたりシート２７に接しているから、Ｗ＝ １２
．７ ｍｘ （１／ ２インチ）であり）、導管の間隔
りは約３８．１Ｂ（１，５インチ）である。

最小の熱抵抗を有する方法（たとえばはんだ付げによっ
て各導管の平坦側部をシート２７の下面３２に接合する
。

シートも導管も共に他の材料で形成することができるが
、銅をベースとする材料が好適である。

これは銅をベースとする材料は現存する家庭用加熱装置
に適合さく易く、形成し易く、耐食性が高（（これらの
性質は共に薄い肉厚の管の製造と使用とを可能にする）
、さらに熱伝導性が高いためである。

熱が接合部３０を通じてシート２７から除去されるから
、管と管の間の中間点の温度（ＴＬ）と管に合致するシ
ートの位置の温度（Ｔｏ）との間にシート自身内で温度
差ＴＬ−Ｔｏが存在する。

また管の位置の上方のシートと管の中の作動流体との間
には温度差Ｔ。

−Ｔｆが存在する。まず概算として所定の周囲温度に対
し、太陽熱吸収ユニットのエネルギ損失は熱吸収パネル
の平均温度に比例して増大する。

従って、熱を捕集する性能を増大させるためには、平均
パネル温度を必然的に流体作動温度以上にさせる作用が
ある上述の温度差を低い値、たとえばＴＬ−Ｔｏ＝１８
℃（１０″Ｆ′）に保持する必要がある。

太陽熱吸収ユニットの任意所定の用途に対して許容し得
る温度差ＴＬ−Ｔｏと、ユニットからの恐らく生ずるで
あろうエネルギ損失の理由となる有効日射レベル５８ｆ
ｆとを特定することができる１このＳ。

ｆｆは単に単位時間およびパネル１４の単位面積当りパ
ネル１４が得た正味熱エネルギ（すなわちＢＴＵ／ ｈ
ｒ−ｆ ｔ２）であ゛る。

適度の帯域内に使用した熱絶縁ガラス包囲パネル（第１
図参照）の５ｅｆｆの代表的な値は２５０ＢＴＵ／ｈｒ
−ｆｔ２までにわたっている。

本発明によれば、管の間隔りはシート２７の厚さｔ
シート２７の熱伝導率ｋｓ１許容シート１ 温度差ＴＬ−Ｔｏおよび有効日射レベル５ｅｆｆによっ
て次のように表わされることを発見した。

Ｌ−〔８（ＴＬ−Ｔｏ）ｋ８ｔ８１５ｏｆｆ〕１／／２
（１）単位面積当りの熱吸収パネルの重量ＷＡは次のよ
うに表わされる。

ＷＡ−ｐｓｔ８＋ｗｔＮ （２）ここに
ｐｓはシート２７の密度、ｔ８は厚さ、Ｗｔは管の単位
長さ当りの重さ、管係数Ｎは熱吸収パネルを横切る単位
長さ当りの管の数である。

間隔りと熱的接合幅Ｗとについては次の関係がある。

式（１） 、 （２）および（３）を組合せることによ
ってこれら一定のパラメータとシートの厚さとによって
熱吸収パネルの単位面積当りの重量が得られる。

したがって特定のシート材料、管材料および管の寸法に
対し、最適なシートの厚さｔ。

を式（４）から求めることができる。

次に式（１）のｔ。を使用することによって最適な管の
間隔り。

を決定することができ、５ｅｆｆとＴＬ−Ｔｏとによっ
て特定され決定される性能下での熱吸収パネルの最小重
量を求めることができる。

パネル１４を次のように構成することができる。

２個のヘッダ２９（第３図参照）をテーブル上に配置す
る。

第３図に示すように、このヘッダの断面は正方形であり
、導管２６を収容するための予め打抜いた孔３４を有す
る。

次にこの予め打抜いた孔に導管を挿入し、所定位置には
んだ付けする。

その際、各四辺形の導管２６の平坦面の全長に沿いはん
だテープの各月を加える。

さらに管とはんだテープとの上にシートを置（。

次にこの組立体をはんだが流動する温度まで加熱する。

この組立体の上下に加熱外包部（図示せず）を置（こと
によりこの組立体を適切な温度まで加熱するのが便利に
行なえることがわかった。

冷却した時、シート２７の上面２８に黒い塗料その他の
塗料を噴霧し一層有効に輻射熱を吸収し得るようにする
。

次に熱絶縁体２０で裏打ちしたフレーム１６にこの組立
体を設置する（第１および２図参照）。

実施例 上述の方法を使用し銅シート２７と導管とを有する熱吸
収パネルを調査した。

この導管は（１）標準銅配管（９，５２５ｍ （３７８
インチ）、Ｍタイツ〕、（２）薄い肉厚の銅管路径９．
５２５．（３／８インチ）×肉厚０２５４〜４０．０１
０インチ）、ｌ、（３）１２．７ｍ（１／２インチ）（
幅） Ｘｏ、２０３２ｗ（ｏ、ｏｏｓインチ）（肉厚）
の溶接管の銅ラジェータ管および（４）１９．０５ｇ（
３／ ４インチ）（幅：Ｘｏ、１５２４Ｍ（０，００６
インチ）（肉厚）の溶接管の黄銅ラジェータ管から成る
。

ＴＬ−Ｔｏ＝１０’Ｆと５ｅｆｆ＝２５０ ＢＴＵ／
ｈ ｒ−ｆ ｔ”の性能係数は潜在的であるが比較的き
びしい作動条件を現出するように選んだ。

各導管の形式に対し最適になるよう処置した結果をそれ
ぞれ第４〜７図に示す。

この最適にしたパネルはすべて従来のパネルよりも重量
を節約でき、最適の設計においてラジェータ管を使用す
ることによって、同様に最適にした標準の銅配管を使用
する設計に比較し重量の節約をほぼ６０％に達せしめる
ことができる。

ラジェータ管に対する２個の曲線に示すように（第６お
よび第１図参照）、管の幅が１２．７ｍ（ｌ／２インチ
）および１９．０５Ｎ（３／４インチ）である場合に、
１フィート当りの管の数７〜５である対応する管係数を
有する場合、最適のシートの厚さは０．０２５４〜０．
０７６２ｍ（１〜３ミル）にわたっている。

さらに薄い肉厚の鋼管を使用する設計は厚さ０．０３８
１−０．１０１６ｍ（１，５〜４ミル）のシートを使用
し１フィート当り管の数８．０〜５．５の対応する管係
数を使用する標準配管に比較し重量を節約することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の特徴を取入れた太陽熱吸収ユニットの
一部を切除した斜視図、第２図は簡明のためある寸法を
誇張した第１図の２−２線に沿う拡大断面図、第３図は
本発明ユニットのパネルの骨組立体の斜視図、第４〜Ｔ
図は本発明を特定の実施例へ適用した場合のグラフであ
る。 １０・・・太陽熱吸収ユニット、１４・・・パネル、１
６・・・フレーム、１８・・・ガラス板、２０・・・熱
絶縁体、２２．２４・−・配管継手、２６・・・導管、
２Ｔ・・・シート、２８・−・露出上面、２９・・・マ
ニホルド、ヘッダ、３０・−・接合部、３２・・・シー
トの下面、３４・・・孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 厚さｔ８、熱伝導率ｋｓおよび密度ｐ８で太陽輻射
   熱に露出される表面を有する材料から成るシートと、こ
   のシートと熱的に接触し且つこのシートを横切ってエネ
   ルギ移送流体を誘導するためにそのシートを横切って延
   在する複数個の流体導管とを備え、この流体導管の平均
   間隔がＬ、前記シートに接触するこの流体導管の平均幅
   がＷ、前記流体導管の単位長さ当りの重量がＷｔである
   太陽エネルギ吸収パネルにおいて、２個の隣接する導管
   の間の中間点の温度ＴＬ、１個の導管と整列されたシー
   ト部分のシートの温度なＴ。 、有効日射し６ルを５ｅｆｆとし、ＬがＬ＝［８（ＴＬ
   −Ｔｏ）ｋ８ｔ８１５ｏｆｆ〕１／２であるときの式を
   実質的に最小にする値であって最適のシート厚さｔ。 を生ずる値にｔＳを定め、所定の５ｅｆｆおよび（ＴＬ
   −Ｔｏ）に対し℃前記太陽エネルギ吸収パネルの単位面
   積当りの重量を実質的に最小にすることを特徴とする太
   陽エネルギ吸収パネル。 ２ 前記シートが銅から成る特許請求の範囲１に記載の
   太陽エネルギ吸収パネル。 ３ 前記導管の６各が銅から成り、前記流体が水である
   特許請求の範囲２に記載の太陽エネルギ吸収パネル。 ４ 前記導管の６各の前記シートを横切る幅が前記シー
   トに垂直なこのシートの厚さより大きい特許請求の範囲
   １に記載の太陽エネルギ吸収パネル。 ５ 前記導管の６各の幅を少なくとも約１２−７１１２
   Ｅ（１７２インチ）にした特許請求の範囲４に記載の太
   陽エネルギ吸収パネル。 ６ 前記導管の６各の肉厚を約０．２５ｇ（０，０１イ
   ンチ）以下にした特許請求の範囲５に記載の太陽エネル
   ギ吸収パネル。 ７ 前記導管の６各を前記シートの表面にはんだ付げし
   た特許請求の範囲１に記載の太陽エネルギ吸収パネル。 ８ 太陽からの輻射熱に露出する前記シートの表面とは
   反対側の前記シートの表面に前記各導管をはんだ付けし
   た特許請求の範囲７に記載の太陽エネルギ吸収パネル。 ９ 約０．１５２闘（０，００６インチ）よりは大きく
   ない厚さの太陽に露出する表面を有する熱伝導性材料の
   シートと、このシートと熱的に接触し且つエネルギ移送
   流体を前記シートを横切って導くように前記シートを横
   切り℃配列して延在する複数個の流体導管とを備え、前
   記導管配列はフィート当り配管数約３ないし７の密度を
   有し、前記シートに平行な前記各導管の幅が約２５．４
   ２ＩＪ（１インチ）より太き（なく、さらに前記導管配
   列にエネルギ移送流体を送給し且つ前記導管配列から加
   熱されたエネルギ移送流体を受けるようそれぞれ連結さ
   れた流体導入ヘッダと流体送出ヘッダとを備えた太陽エ
   ネルギ吸収パネル。 １０ 前記シートが銅から成り、前記導管が銅から成
   る特許請求の範囲９に記載の太陽エネルギ吸収パネル。 １１ 前記シートの厚さを約０．０７６ｍ（０，００
   ３インチ）にし、前記導管の密度をフィート当り導管数
   約６．０にし、各導管を１２．７ｍ（１／２インチ）幅
   の長方形断面のラジェータ管で形成し、このラジェータ
   管を銅で構成すると共にその肉厚を約０．２０３１１１
   ＪＩｔ（０，００８インチ）にした特許請求の範囲１０
   に記載の太陽エネルギ吸収パネル。