JPS5929792B2 - 太陽熱集熱器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はきわめて集熱効果の大きい、太陽熱集熱器を提
供するものである。

近年工業の著しい発展および生活の高度化から消費する
エネルギー量が急増し、従来無限と考えられていた地球
上エネルギー源の有限性に対する認識が急速に高まって
きた。

その結果、無公害、無尽蔵のエネルギー源として太陽エ
ネルギーとして利用すること４んになってきた。

通常黒色の板上に太陽光を吸収させて太陽エネルギーを
熱エネルギーに変換し、その熱を水などの熱媒体に移し
給湯暖房に供している。

これら集熱の効率を高めるためには、上記黒色被膜の光
に対する反射率を低め、吸収係数を犬ぎくすることが技
術の重要なポイントである。

一方これらの集熱板は外界に対して大きな比表面積を有
し、周囲に対して−プ放熱器を構成するともみられる。

したがデ集熱した熱の外界への熱放散を小さくすること
は、さぎの吸収の効率を高める技術にもまして、この分
野の技術において重要である。

集熱板よりの熱放散はいくつかの形態に分けられるが、
その１つは集熱板表面よりの放射にもとすくものである
。

太陽光は波長４００ｍμから２μの間に９０係以上のエ
ネルギーが分布している。

集熱板はこのエネルギーを吸収し、温度が上昇しはじめ
ると、そ１度によって定まるスペクトル分布で自ら赤外
線を放射する。

通常給湯暖房に用いられる１００℃前後の場合、上記放
射赤外線は５μ以上の波長域に拡がる。

これら熱放射を防止する一つの方法として、太陽光に対
して吸収が大きく、３μ以上の波長の光に対して放射能
が小さい選択吸収皮膜を集熱板表面に付着せしめること
が知られている。

集熱板からの熱放散の他の１つの形態は、集熱板表面に
存在する空気の対流によるものである。

これを防止するため集熱板上に空気層をはさんで、ガラ
スやプラスチック等の透明カバーを設け、集熱板上の空
気と外界空気の間の気流をしゃ断し、空気層を熱絶縁層
として利用しようとするものが現在知られている。

集熱板からの熱放散のさらに残されたものは、集熱板を
前記透明カバーと一体となって収容する容器壁に対する
主として熱伝導にもとづくものである。

発明者らの子細な研究によれば、放射損、対流損を防止
する技術が向上するにつれ、従来余り重要視されていな
かった前記熱伝導にもとづく損失が非常に大きな割合を
占めることが判明した。

本発明はよ記問題点を解消する。

本発明は上記新規技術見解のもとに従来技術の問題点を
解消するものである。

以下、本発明の詳細について実施例とともに説明する。

第１図は本発明にもとづく太陽熱集熱器の全体構造をし
めす。

第１図において、１は賢面嶋天択吸収段を有する鉄板で
あり、３は生地の鉄板である。

鉄板１と鉄板３は部分的に接着されて、一面に温水を流
す水路２を有しており、集熱板４を形成している。

Ｉは底板８を有し、上部は開いた箱形容器である。

箱形容器７の上部にはガラス１２が取付けられ、ガラス
１２は押え金具５、ネジ６によって箱形容器Ｉと一体化
されている。

１３は対流損をさらに防止するための透明プラスチック
フィルムであり、箱形容器７の側板に増付けられている
。

９，１０．１１は集熱板４と底板８の間に設けられた熱
絶縁構造であり本発明の最大のポイントである。

既にのべたように高性能の尖陽熱収熱器においては、集
熱板４から底板８に熱伝導によって放散する熱の割合が
きわめて大きい。

熱伝導は、材料の熱伝導率と厚みによってきまり、熱伝
導損失を小さくするためには熱絶縁構造の厚みを大きく
すればよい。

通常の集熱器においては、熱絶縁材料としてガラスウー
ルが用いられ、その厚みは約３０ＴｒｒｊｒＬである。

熱伝導損ンレ抵にするためには、この厚みを５倍にすれ
ば良いが、その厚みは１５０Ｍになり、箱形容器１を大
きくせねばならず、重量増加だけでなくコストも高くな
る。

熱伝導損失を小さくする他の方法は、熱絶縁材料の材質
を変えることである。

たとえば発泡ウレタンであればガラスクールの３０係発
下の厚みでよい。

しかしここで重要なことは高性能太陽集熱器の集熱板温
度は高く、ことに不測の事故ではあるが空焼時は２００
℃に達する。

この温度は発泡ウレタンの耐熱温度をはるかに上回るも
のである。

さらに発明者らの研究によれば、上記高渦部は、集熱板
４の裏面全体に生じるのではなくスポット的に生じるこ
とが多いものである。

再たび第１図において９は耐熱温度が高いガラスクール
の熱絶縁材料で厚みは１５ｍである。

１０は上記スポット的昇混を防ぎ、また熱伝導性伝導性
伝熱に含まれる放射性伝熱分をしゃ断するための金属ア
ルミニウムフィルムである。

１１は厚み４ｏｘの発泡ウレタンである。

このような三層構造によって従来１５０ｒｒｕｎの厚み
が必要であったものを！５！５ｍと約只に薄くして、し
かも空焼にも充分耐えられるきわめてずぐれた熱絶縁構
造を実現したものである。

なお上記金属アルミニウムフィルム１０は、発泡ウレタ
ン１１の僅かの劣化を許せば省略できる。

以上述べたように本発明は耐熱性のある材料と断熱性の
高い材料を組合せて、すぐれた特性を実現したものであ
るが各層の厚みは第２図によって決められる。

第２図においてＴ１は集熱板１に接するガラスウール９
の温度であり、空焼時は２００℃近くに達する。

設計温度として例えば２００℃が選ばれる。

Ｔ３は容器７の底板８に接する発泡ウレタン１１の温度
であり外気温度に近く、夏季を考えて設言惜度として３
０℃が選ばれる。

直線２０はガラスウール９内の温度分布をしめし、直線
２１は発泡ウレタン１１内の温度分布をしめしている。

直ｉ２０．２１の傾斜はガラスウール９、発泡ウレタン
１１の熱伝導率の逆数に比例している。

温度Ｔ２は、発泡ウレタン１１内の最高温度をしめして
いる。

第２図の直線２２．２３から明らかなように温度Ｔ２は
ガラスウール９の厚さによってＴ２′のごとく任意に定
められ、温度Ｔ２は発泡ウレタン１１の耐熱最高温度以
下になるよう設計しなければならなへ 以上のように本発明は、性能の異なる断熱材を２層構造
にすることによって耐熱性の小さい、断熱効果の大きい
断熱材の使用を可能にし、断熱層全体の厚さを薄くして
も所望の断熱効果を有し、装置を小形化するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の太陽集熱器の一部破断斜視
図、第２図は熱絶縁材の厚さと設計温度との関係を示す
図である。 １．３・・・・・・鉄板、２・・・・・・温水路、４・
・・・・・集熱板、５・・・・・・押え金具、６・・・
・・・ネジ、７・・・・・・容器、８・・・・・・底板
、９，１１・・・・・・熱絶縁材料、１０・・・・・・
金属アルミニウム、１２・・・・・・ガラス、１３・・
・・・・透明プラスチックフィルム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 太陽光線を受けて、熱に交換する集熱板と、該集熱
   板を空間を隔てて覆う透明カバーと、該透明カバーと一
   体となって内部に該集熱板を収容する容器と、該集熱板
   と容器の間に熱絶縁材を有する太陽集熱器において、該
   熱絶縁材を、耐熱性の高い中位の熱絶縁材と、前記より
   熱絶縁性の高い高位の熱絶縁材の２層をもって構成し、
   該中位の熱絶縁材を該集熱板に接せしめ、該高位の熱絶
   縁材を該容器に接せしめるようにした太陽熱集熱器。 ２、特許請求の範囲１の記載において、該中位の熱絶縁
   材と該高位の熱絶縁材の間に、均温をはかるだめに熱伝
   導性の高い金属層を設けた太陽熱集熱器。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項の記載において
   、該中位の熱絶縁材の厚みと、該高位の熱絶縁材の厚み
   の比を下記の式によって定めた太陽熱集熱器。 こ＼にＬｌは該中位の熱絶縁材の厚さ、Ｌ２は該高位の
   熱絶縁材の厚さ、λ１は該中位Ω熱絶縁材の熱伝導率、
   λ２は該高位の熱絶縁材の熱伝導率温度Ｔ１は設計集熱
   板温度、Ｔ３は設計外気温度、Ｔ２は該高位絶縁材の最
   高耐熱温度である。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項の記載の何れかに
   おいて該中位の熱絶縁材はガラスウール、該高位の熱絶
   縁材は発泡ウレタンであることを特徴とする太陽熱集熱
   器。