JPS6032092B2 - 断面円形の対称的管状太陽エネルギ−コレクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、断面円形の対称的管状太陽エネルギーコレク
タに関する。

さらに詳細には「本発明は、太陽エネルギーコンバータ
システムでモジュールまたはユニットとして設置するた
めの比較的安価で効果的なユニットを提供する。システ
ムに対するエネルギーコレクタュニツトの基本的部材は
、たとえばプロセスガラス管などのような、ガラス管製
品の製造で今日いきわたっている如き公知の管製造によ
るガラスからできている。

管状ガラス太陽エネルギーコレクタは、管状コレクタが
、マニホルド‘こ脱着可能に連結されるようにマニホル
ドへ組合せられる。

マニホルドは、その両側にコレクタを配設するように構
成され得て、マニホルド‘こ沿って列をなして横方向に
延長して、冷却用または加熱用に連結されたエネルギー
収集システムが与えられる。本発明の重要な目的の１つ
は、低製造費と低操作費のコレクタュニットを提供する
ことにある。

ほとんどがガラスからつくられるコレクタユニツトは、
比較的安価な原材料から量産可能であり、使用と交換と
が容易であるといえる。本発明のもう１つの重要な特徴
は、３つの同軸管からなる都村がガラス製であるコレク
タの構造である。

２つの外側管は、一端が閉じられた試験管を大きくした
ようなガラス管から構成されている。

外側管は、中間の内部管に対してシールされていて両者
の間の空間が実際的で効果的な程度まで減圧されてこの
空間を通じて対流および伝導による熱損失が防止される
。中間内側管は、高吸収性で低鏡射性のエネルギー吸収
被覆材で覆われている。第３の管が中間の管の内部に配
鷹されていて、中間の管の内部の朗端へ流動媒体を搬送
するようになっている。以上に記載した各部分は、被覆
材を別として同じまたは類似のガラス組成物からなる。
これらの熱膨張性は、同様であって、従来のタイプのコ
レク外こ使用されるガラス−金属勾配（ｇａｄｉｅｎｔ
）シールではなくガラス−ガラスフレームシールを可能
としているため操作中の熱膨張差による損傷を避ける。
さらに、ガラスの各部分は相互に容易にシールされかつ
製造費が少ない。本発明のもう１つの目的は、マニホル
ドへ連結された複数のコレクタュニットに流動媒体が出
入りするマニホルドを提供することであり、コレクタュ
ニットは、各コレクタュニツトのためのマニホルドのソ
ケット内に迅速取外し○リングシールを有している。本
発明のもう１つの目的は、被覆された中間吸収管の内側
管の内側端へ装着されたばね支持手段が、外側管内に同
軸位置に吸収管の該端を保持し、吸収管の池端が、支持
のために外側管の壁にシールされているようにする。

以下本発明を添付の図面を参照してさらに詳細に説明す
る。第１図には、本発明の典型的な使用例が示されてい
る。

住居１０は、その屋根部１１を太陽に最も近い方に位置
させて本発明の太陽エネルギーコンバータの多数のモジ
ュール１２を有している。モジュール１２により覆われ
る領域は、住居の冷房または暖房をもたらすように本分
野に精通した者によって選択されよう。太陽エネルギー
コンバータのモジュールは、第３図に詳細に示されてい
る。

部分的に分解図で示されているモジュール１２は、屋根
部（第１図）を下方に延長する中央マニホルド部１３を
含んでなる。マニホルド１３の両側から外方向に延長し
ているのは、さらに説明する複数のコレクタュニツト１
４である。コレクタ１４は、マニホルド１３の対向垂直
側壁１６，１７に沿って間隔を有して配置された側関口
１５に差込連結される形式となっている。マニホルド１
３の内部には、マニホルドの両側で関口１５に沿って延
びている長手方向通路１８，１９がある。通路１８と１
９との間には、長手方向内部垂直壁２１と２２とによっ
て画定される中央通路２０がある。壁２１，２２に沿っ
て複数の離隔した関口２３がある。開□１５と２３とは
、同じ軸線を有した組となっている。マニホルド１３は
、上方導管通路２５と下方導管通路２６とを有するダク
ト２４により示される流体操作システムに連結される。
ダクト２４は、加熱システムまたは冷却システム（第３
図に流体熱交換器Ｅで示してある）と太陽エネルギーコ
ンバータモジュール１２との間に延長している。通路２
５は、水または空気などのような比較的冷たい流動媒体
を運び、該媒体を、ダクト２４の垂直壁２４ａの組合せ
関口連結部３９、およびマニホルド１３の垂直端壁２８
の開□２７を通じて導入する。関口２７は、マニホルド
１３の中央通路２０と運通している。ダクト２４とマニ
ホルド１３とは、参照数字で示す位置で端壁２８に螺合
する押えねじ３０１こより保持されるガスケット付面材
２９によって、一緒に連結されてシールされている。ガ
スケット２９は、高められた温度での使用に耐え得る適
当な圧縮可能なガスケット材であればよい。壁２４ａの
縫合せ下方閉口３２，３３と、壁２８の組合せ下方開口
３４，３５とは各通路１８，１９をダクトの通路２６と
蓮通させコレクタ１４からくる加熱された流動媒体を運
搬する。マニホルド１３は、頂壁３６と底壁３７とで包
囲され、外端が垂直壁３８により包囲されている。

第２および３図に示される各コレクタ１４は、全て同様
な構造であり、それぞれ、外側ガラス管４０を有し、外
側ガラス管４０は、適当な長さ、たとえば４ないし７フ
ィート、および標準直径、たとえば２インチの外径、と
なっている。

下方鏡面４５は、コレクタの吸収管４１の一部へ鏡射エ
ネルギーを反射するように使用され得る。内側になる管
４１は、ガラス製であり、いくらか直径の寸法が短かく
、長さが僅かに大きい。管４１は、高吸収性で低輔射性
のエネルギー吸収被覆材料４２により、その劾面が予め
被覆されている。そのような波長選択性被覆材の例は、
ガラス面上に付着させたたとえばアルミニウムまたは銀
のような金属の下塗であり、この金属表面被覆にさらに
半導体形式の被覆を施して所望の波長選択性を得るよう
にする。高性能波長選択性被覆材は、好ましくは、０．
８またはそれ以上の吸収性と、０．１またはそれ以下の
赤外線額射性とを有している。管４１の内部には、ガラ
ス製流体運搬管４３があって比較的冷たい流動媒体を、
管４１の内部でその閉鎖壁４１ａ近傍でコレクタ内に搬
送するようになっている。

搬送管４３の内端４３ａは、開かれている（第２図）。
組立体として、波長選択性被覆材４２で外部が既に被覆
された吸収管４１は、管４０内の管４１に内端支持手段
を与えるスナップオン端支持キャップ４６（第５図）が
さらに設けられている。

キャップ４６は、半球形の殻と複数（３つまたは４つ）
の脚４７を有している。キャップ４６は、管４１の内端
に力隊めされるようにいくらかの弾力性を有する金属製
またはプラスチック製である。管４１は、外側管４０内
に挿入され、本発明の第１の具体例では、接続部４０ａ
で外側管の開端を管４１へ溶融させることにより、外側
管４０へ固着されている（第２図）。その後、管４０の
反対側から真空処理を行ない公知のようにしてチップ４
８でシールをすると、外側管４０と吸収管４１との間に
得られるシール空間４９が高度に排気される（１０‐４
トル程度の真空となる）。次に運搬管が、吸収管４１の
内部に挿入される。コレクタュニツト１４のそれぞれは
、次のようにしてマニホルド１３に脱着目在に組込まれ
る。

運搬管４３の自由端４３ｂは、マニホルドの内壁２０，
２１の関口２３の直径とほぼ同じ寸法の外径を有してい
る。ゴム製の○ーリング５０が運搬管の自由端４３ｂに
設けられていて運搬管を開口２３にシールする。同様に
して、吸収管の自由端４１ｂは、垂直側壁１６または１
７の開ロ１５の寸法とほぼ同じ寸法の外径を有している
。ゴム製の○リング５１が吸収管の自由端４１ｂに設け
られてし、て吸収管を関口１５にシールする。開口１５
および２３は、それぞれ、凹形溝５１ａおよび５０ａを
有してガスケット○リング５１および５０を受容する。
第７および８図に示されるコレクタ構造体は、同様な各
部分にプライム記号を付した対応する参照数字で示して
ある。

また該第７図、あるいは、さらに詳細図の第８図から分
るように該中空細長管状ガラス吸収管部材４１，４１′
の開かれた端部は外側方向にフレャされ、該フレャされ
た端部は該外側管４０′の解放端に隣接して包囲してい
る環状のガラス部分に溶融されており、かくして該中空
細長管状ガラス吸収管部材４１，４１′と該外側管４０
′との間の空間を密封している。

コレク夕１４′は、透明なガラスの外側管４０′を有し
、外側管４０′はその一方の外端でシール管部４８′と
なって閉鎖されている。

管４０′の他端は、開いている。内側管４１′は、いく
らか小さな直径と短い長さのガラス管からなっている。
内側ガラス管４１′は、その外面がそのほとんどの長さ
にわたる周面で、第１の具体例で前記したような高吸収
性で低鏡射性の波長選択性被覆材４２′で予め被覆され
ている。被覆材４２′が施される前に、好ましくは、ガ
ラス管４１′の開端が、第７および８図に示される末広
端６０の形状の外側に向がつた端開放形とされる。被覆
材４２′は、末広端６０近傍から管４１′の閉端までの
管上に施されている。次に管４１′が、ガラス製の外側
管４０′中に挿入され、この際簡単なコイルばね６１が
、まず、管４１′の閉端に鉄入されて管４０′の内側の
閉端に当接するようにする。組立のこの段階では、参照
数字４８′で示す位置に管はまだ開いている。管４０′
と４１′とを第７図に示す位置として、ばね６１がいく
らか圧縮されるようにして、管４１′の末広端６０と、
管４０′の開端部とが、熱せられて、ガラスが一緒に溶
融して第８図に示されるようにに２つの管４０′と４１
′との一体的端接続部が形成される。後に、外側管４０
′の参照数字４８′で示す反対側の警部から排気をして
、図示するようにチップ４８′でシールして、外側管４
０′と内側管４１′との間の空間４９′を減圧、好まし
くは、１０‐１メル程度またはそれ以上の真空とする。
このように被覆材４２′は、空間４９′の真空中にある
。運搬管４３′は、前記したように、マニホルド１３の
一方の側または他方の側にある関口１５′または２３′
の環状ゴムグロメット６３および壁部村６２を貫流して
挿入される。ゴム製の○リング５１は、関口１５′の溝
５１ａに着座して、コレクタの関端近傍で管４０′の外
壁面に対し圧縮されている。０リング５１は、マニホル
ドの関口でコレクタ１４′のための主シールを形成する
。

マニホルド１３は、その外部露出面の回りで発泡絶縁体
層６４を有し、この絶縁体層は、マニホルドのコレクタ
の開口に対応する位置で、マニホルドの関口と整合する
成形関口６５′を有する。

可榛性材料からなる薄い座金様シール６６′が、開□６
５′のそれぞれで絶縁体に埋込みされていて、閉口６５
′が管４０′の周囲と環状に係合して関口に外部シール
を与えている。外側管４０′は高い伝達性で、好ましく
は低い鉄の透明なガラスからつくられている。

内側吸収管４１′は、好ましくは、管４０′と同じ組成
のガラスから実質的になり、接合を容易にし、かつ、内
側管と外側管との間でのそれらの関端近傍での溶融シー
ルにおける残留応力を減少するようにする。ガラス管４
１′への波長選択性被覆材層４２′に関し、被覆材は、
０．８０またはそれ以上の吸収率を有する物質、および
０．１またはそれ以下の鏡射率の副被覆材からなる。

示されるように高吸収に対しては、金属化合物たとえば
クロム、ニッケル、節などの酸化物または硫化物が良好
な結果をもって使用され得る。場合により、金属とその
化合物との組合せが、太陽エネルギーの吸収に対して最
良となる。低韓射に対しては示されるように、アルミニ
ウム、銀、銅および金が、副被覆材として好ましく、こ
の上に高吸収性被覆物質が塗布される。選択される被覆
物質の析出方法は、調整可能な薄膜を与えるようであら
ねばならない。

成功裏に使用されるそのような方法は、真空蒸着、化学
蒸着、イオンプレーティングおよびスパッタリングであ
る。本発明においては、平板コレクタのような他の形式
のコレクタには適さないエネルギー吸収被覆材が使用可
能であるので、被覆材が、管と管との間の空間４９′内
での高度な真空環境で保護されているからである。

空気および水分によるイｂ学的攻撃または結合一体性の
欠如は緩和され、管状太陽エネルギーコレクタ内の有害
因子がもはやない。コレクタの内側管４１′および外側
管４０′の閉端間に使用される離隔手段は、どのような
設計または材料であってもよい。

設計上の基準は、対向溶融端、または管の開騰に生起さ
れる応力を最低限度とするように内側管の端のしっかり
した支持を与えるようであらねばならない。離隔手段は
、内側管を前記の溶融接合部で過度な応力を生ずること
なくその温度に従って伸縮可能とされねばならない。ま
た、離隔手段は、好ましくは、管と離隔手段との間で最
低限度の接触面を有して伝導による熱損失を最低限度と
せねばならなく、またシール作業中支持体の働もすべき
である。示されるように、離隔手段は、スナップオンク
リップ４６（第５図）またはコイルばね６１（第７図）
の形をとり得る。離隔手段は、高度に真空にされる空間
に配置されるので、使用される材料は、排気操作での外
側管４０または４０′の暁切り後気体を発散すべきでな
い。

また、離隔手段の材料は、排気のための燐切り温度で除
去され得ない油性物質および有機接着剤を含んではなら
ない。適当に洗浄されたステンレス鋼が、好ましい材料
である。第３図に図示した説明した組立体を使用して流
動媒体、たとえば空気、がダクト２５内からマニホルド
の中央通路２０へポンプ送りされる。

いくつかのコレクタ１４の自由端４３ｂが、通路２０と
蓮適するようにシールされているので、空気は運搬管４
３の長手方向に流れて内端４３ａで出る。太陽光線は、
管４０の上部のガラスを透過して、そのエネルギーが吸
収管４１の被覆材４２によって吸収される。管４１の内
部に循環される空気は、螺旋状じやま板４４により画定
される通路を横断し、ここでの熱交換は、空気が管４１
の自由端４１ｂに進行するに従って、空気の温度を上昇
させる。加熱された空気が、管の自由端４１ｂに達し通
路１８または１９に入ると、加熱された流動媒体は、下
方ダクト２６に流入し、住居１０を暖めるかまたは冷房
するため、または熱水加熱をするため、またはこの両者
のために使用される。

システムの顕著な利点の１つが、本発明のコレクタユニ
ツト１４または１４′でなされた。

コレクタのうちのいずれか１つが損傷し不能となったと
きは、交換は容易に挿入によってなされ欠陥ユニットが
除去されてシステムの効果が保持される。ユニットのガ
ラス管は、ソーダ石灰ガラス組成物または珪棚酸ガラス
組成物のいずれからかなる公知の標準のガラス造形品（
ｓｈａｐｅｓ）からつくられる。

いずれのガラスも比較的安価である。システムおよびモ
ジュールは、設置現場で組立可能で、工場で予め組立ら
れてから現場へ運搬される必要はない。本発明の太陽エ
ネルギーコレクタは、製造と組立てが簡単であり、さら
に、軽量であるため、設置されるべき建造物の屋根をさ
らに増強する必要はない。本発明の使用に際し、使用流
体は、２５びＦを越す温度でコレクタから搬送され得る
。

エネルギー吸収被覆材４２または４２′は、完全に保護
されており、コルクタュニットの使用寿命に耐え得る。
以上に説明したモジュールの概念は、コレクタがマニホ
ルドの両側に延長している“二重作用”システムである
好ましい例である。

コレクタが、マニホルドの片側だけに沿って延長してい
る。“単一作用”システムを製造することも本発明の範
囲に入る。これはいくつかの特別な用途があるが、二重
作用システムが好ましい具体例である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、住居の傾斜屋根上で使用されている本発明を
示す斜視図である。 第２図は、本発明のコレクタュニットの側面図であって
部分的に破断して断面を示している。第３図は、コレク
タュニツトがマニホルドの両側からのびている二重マニ
ホルド例の太陽エネルギーコンバータシステムモジュー
ルを示す分解斜視図であり、部分的に破断した断面を示
している。第４図は、第３図のマニホルドの一部の断面
図である。第５図は、外側ジャケット管内のコレクタの
被覆吸収管のための内端支持手段を与える端キャップの
斜視図である。第６図は、第２図の線６一６に沿ってと
ったコレクタの破断端面図である。第７図は、本発明の
コレクタュニットの第２の具体例の側面図であつて、部
分的に破断した断面を示している。第８図は、第７図の
コレクタュニツトのガラス製外側管とガラス製吸収管と
の溶融組立体の部分的拡大断面図である。１２……モジ
ュール、１３……マニホルド部、１４，１４′……コレ
クタユニツト、１５，１５′……側関口、１６，１７…
・・・対向垂直側壁、１８，１９…・・・長手方向通路
、２０・・・・・・中央通路、２１，２２・…，・長手
方向内部垂直壁、２４・・・・・・ダクト、２５・・・
・・・上方導管通路、２６…・・・下方導管通路、２８
・・・・・・垂直端整、２９・・…・ガスケット付面材
、３０・・・…押えねじ、３２，３３，３４，３５・・
・・・・組合せ下方関口、４０，４０′・・・…外側ガ
ラス管、４１・…・・吸収管、４２…・・・エネルギー
吸収被覆材、４３，４３′・・・・・・流体運搬ガラス
管、４４…・・・螺旋状じやま板、４５・・・・・・下
方鏡面、４６……スナップオン端支持キャップ、４８，
４８′……チップ、４９，４９′……シール空間、５０
……○リング、５１，５１′……０リング、６０・・・
・・・末広端、６１・・…・コイルばね、６４…・・・
発泡絶縁体層、Ｂ・・・・・・流体熱交換器、Ｓ・・・
・・・流体供Ｖ給手段。 ＦＩＧ．１ ＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．４ ＦＩＧ．５ ＦＩＧ．６ ＦＩＧ．８ ＦＩＧ．７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端が閉鎖されて他端４０ａが開かれた透明なガラ
   ス製の断面が円形であるシリンダ状の外側中細細長管状
   部材４０，４０′と、該外側管の内部に該外側管と同軸
   に設けられて、その一側４１ａが閉鎖され他端４１ｂ，
   ６０が開かれた断面が円形で、外径が該外側管の内径よ
   り小さい、シリンダ状の中空細長管状ガラス吸収管部材
   ４１，４１′とを含んでおり、該吸収管部材の開かれた
   端部は、該外側部の開いた端に近接しており、両管共に
   そのガラス組成は実質的に同じであり、ソーダ石灰およ
   び珪硼酸ガラスからなるガラスのグループから選択した
   単一のガラス組成物からなる引き抜きガラス管から形成
   され、該中空細長管状ガラス吸収管部材の表面は環状表
   面であつて、該吸収管部材の外部で軸方向の長さの大部
   分にわたつて延在し、吸収率が０．８０あるいはそれ以
   上、そして輻射率が０．１あるいはそれ以下のエネルギ
   ー吸収材料からなる不透明な波長選択被覆４２，４２′
   が該環状表面に形成されており、そして真空空間４９内
   に包まれ、該被覆のエネルギー吸収材料４２，４２′は
   クロム、ニツケル、および、銅の化合物からなる群から
   選ばれた化合物を含有し、該吸収管の閉鎖端において該
   吸収管を該外側管に対し軸方向に、および、円周的に離
   隔関係に保つて両管の間に空間を与える降伏する保持手
   段４６，６１を有し、そして該外側管と該吸収管部材と
   をそれらの開放端４０ａ，６０近傍で密封結合させる手
   段を備え、該密封手段は該外側管の開放端に隣接して包
   囲している環状のガラス部分を該吸収管部材に溶融する
   ことにより、それにより両管の間に空間４９を閉鎖して
   この空間を真空にしていることを特徴とする断面円形の
   対称的管状太陽エネルギーコレクタ。 ２ 該吸収管部材４１，４１′を該外側管４０，４０′
   と離隔関係に保つ降伏する保持手段４６，６１は該外側
   管の閉鎖端域に嵌合できる耐熱材料の部分４６と該吸収
   管の端部と摩擦係合する複数のスプリング状脚４７を有
   する特許請求の範囲第１項に記載の太陽エネルギーコレ
   クタ。 ３ 該吸収管部材は該外側管の通常は開放している端部
   から突出する特許請求の範囲第１項に記載の太陽エネル
   ギーコレクタ。 ４ 該外側管の開放端にあるガラスの環状部分は該吸収
   管部材の開端近傍の該吸収管部材のガラス上に環状に溶
   融され、それにより両管部材を共に密封してその間に空
   間を閉じ込める特許請求の範囲第１項に記載の太陽エネ
   ルギーコレクタ。 ５ 該吸収管部材の閉鎖端と係合するスプリング状スナ
   ツプオン部材は複数の外方に垂下する弾性脚４７を有す
   るカツプ状部材を含み、該脚は該吸収管部材の閉鎖端４
   １ａに外部から近接して該吸収管部材と摩擦係合しそし
   て該外側管の閉鎖端と嵌合係合しそれにより該吸収管部
   材の最も外側の閉鎖端を該外側管の内部と離隔関係で保
   持する特許請求の範囲第１項または第２項に記載の太陽
   エネルギーコレクタ。 ６ 該中空細長管状ガラス吸収管部材４１，４１′の開
   かれた端部は外側方向にフレヤにされた端部を備え、該
   フレヤにされた端部は、該外側管４０，４０′のガラス
   に溶融されており、かくして該中空細長管状ガラス吸収
   管部材４１，４１′と該外側管４０，４０′との間の空
   間を密封している特許請求の範囲第１項または第４項に
   記載の太陽エネルギーコレクタ。