JPS6033219B2 - 真空管式太陽熱集熱器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は真空断熱層を備えた集熱管と反射板とで構成さ
れた真空管式太陽熱集熱器に関するものである。

太陽熱集熱器の効率を高めるためには、受熱部を覆う透
明カバーの太陽光透過率と受熱部の太陽光吸収率とを高
め、受熱部からの伝導、対流、韓射による熱損失を少な
くする必要がある。

この伝導、対流による熱損失を少なくする一手段として
、透明ガラス管の内部を真空とし、ここに集熱板を設け
た構造にすることが考えられている。また頚射による熱
損失を少なくする手段として通常、集熱板表面に赤外波
長の放射率の小さい、いわゆる選択吸収膜を用いる。こ
のタイプの集熱器は真空ガラス管形太陽熱集熱器と呼ば
れ、通常ガラス管は円筒形の耐圧性を高めるために用い
られている。第１図および第２図は、従来の真空管形太
陽熱集熱器用の集熱管を示したもので、１は透明ガラス
管、２は陽極酸化法による着色アルミニウム系の選択吸
収膜付き集熱板、３は集熱板２と直接接触させた熱媒体
管で、この熱媒体管３は鋼管などの金属管で構成されて
いる。

４は熱媒体管３の出入口部で、これは集熱板２で集めら
れた熱を集熱器の外へ取り出すために設けられたもので
ある。

５は透明ガラス管１と熱媒体の出入口部４との接続部で
、この接続部５は透明ガラス管１の内部を真空に保つた
めに、排気後完全密閉される。

このような真空管式集熱管を複数本並置した例を第３図
および第４図に示す。第３図は真空管式集熱管６を比較
的密に並置した例であり、この場合は、集熱器の設置面
積当りの集熱量は大きいが、多数の集熱管６を並べるの
で経済的に高価なものになるとともに、集熱板７の傾き
にもよるが、冬期時、すなわち太陽光入射角が低いとき
は隣接する集熱板？の日陰になり、その結果、単位集熱
板面積当りの集熱量が低くなるという欠点があった。一
方、第４図は集熱管８の下方に半円形状の反射鏡９を設
けて、第３図における２つの欠点をなくしたものである
。

そして反射鏡９の形状については、このほかに、平板や
トロコィグル曲面など数多〈が提案されている。ところ
が、反射鏡９を用いる通常の場合には、集熱板１０の表
裏の両面に太陽光線を受けることになり、したがって選
択吸収膜を集熱板１０の両面につける必要がある。とこ
ろが、選択吸収面の放射率は、金属表面の放射率に比べ
て大きく、その結果、選択吸収面が２倍になることによ
って、集めた熱の放射想失は約２倍近くになる。したが
って、反射鏡９を設けても、その効果はさほど大きくな
らないという欠点があった。本発明は比較的高価な真空
ガラス管式集熱管の本数を少なくし、かつ比較的安価な
反射板を利用することにより、並置する集熱管の間隔、
集熱板の傾斜、反射板の設置場所、形状などを最適化し
て、安価で、かつ高性能な真空管式太陽熱集熱器を得る
ことを目的とするものである。

すなわち、冬季時の低い太陽光傾斜に合わせて、集熱板
の傾斜を比較的大きくし、かつこれとともに隣接する集
熱管の日陰にならないように相隣る集熱管の間隔を若干
大きくする。

また冬季時以外は太陽光線の入射角が大きいので、上記
のように間隔の大きい並置方法では、相隣る集熱管の間
の部分の太陽光線はそのまま通過してしまうため、この
部分の光は反射板によって、相隣る集熱管の集熱板の表
側に反射光が当るようにする。このとき、冬においても
この反射板によって太陽光がさえぎられないように、反
射板の位置を工夫することによって、安価で、かつ高性
能な真空管式太陽熱集熱器が得られるようにしたもので
ある。以下、本発明をその実施例を示す図面にもとづい
て説明する。第５図に示すように、直径１００柵の外蓬
を有する透明ガラス管１１の内部に、厚さ１．仇肋のア
ルミニウムからなる集熱板１ ２と、直径９．５３肌の
外径を有する２本の鋼管からなる熱媒体管１３を入れて
構成された集熱管１４を、５２側の間隔で複数本ほぼ平
坦な屋根１６に並置した。集熱板１２の幅は９仇肋、懐
きは水平線に対して３５度とした。また、アルミニウム
板製の反射板１５を相隣る集熱管１４の間に設けた。こ
の反射板１５の幅は５６側、傾きは水平線に対して約３
２度、隣り合う集熱管１４との間隔は約５側、そして反
射板１５は平板形であり、その反射率は８０％である。
また比較のために、相隣る集熱管１４の間隔と、集熱板
１２の角度をそれぞれ変えた集熱器を多数試作した。

次にこれらの集熱器の測定を行ない、集熱量比率によっ
て、相隣る集熱管１４の間隔、集熱板１２の頭斜などの
最適値を、北緯３５ｏの地点で求めた。

集熱量は、外気との水温差５０ｑｏのもとで測定し、１
年間の総合計集熱量を集熱器設置面積で割って、集熱量
比率を求めた。第６図に、集熱板１２の傾斜が３５度の
場合の相隣る集熱管１４の間隔の影響を示す。なお、反
射板１５の傾斜角度は最適な値とし、かつ反射板１５の
幅は集熱管１４との間隔を５肋づつ保つようにして決定
した。この第６図より明らかなように、２５〜１００側
の範囲内、すなわち集熱管１４の直径の１′４〜１／１
の範囲内が特によい結果となった。また、このことは、
集熱管１４の設置間隔が大きすぎると反射板１５で補う
ことができないことを示し、そしてまた逆に間隔が小さ
いと多数の集熟管を要するので高価となるとともに、前
方の集熱管の日陰になって逆に集熱量が低下するという
ことを示す。なお、反射板１５の傾斜角度については、
集熱管１４の間隔や、測定する地点などによって最適値
は異なるが、およその目安として、２０〜６０度の範囲
内が適している。

そして、特に効果的な範囲は３０〜５０度である。また
反射板１５と集熱管１４との間隔を１〜１仇吻の範囲内
とすることによって、反射板１５および集熱管１４上に
堆積しやすい土砂、ほこり、木の葉などは雨や風などに
よって落とすことができ、実用上大きな問題にならない
ことが判明した。さらに反射板１５は、相隣る集熱管１
４における各集熱板１２の上端を結んだ線より下方に位
置させることにより、冬においても、この反射板１５に
よって太陽光がさえぎられるということはなくなった。
なお、反射板１５の形状については製作上、平板が最も
好ましいが凹状でもよい。

以上のように本発明によれば、複数本並べた集熱管にお
ける集熱板の上面と反射面とが上方に開いた状態となる
ように、反射板を相隣る集熱管の間に設けることにより
、安価で、かつ高性能な真空管式太陽熱集熱器を得るこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の真空管式太陽熱集熱器に用いられる集熱
管の破断正面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第
３図および第４図は同集熱管の並置方法を示す概略図、
第５図は本発明の一実施例を示す真空管式太陽熱集熱器
の側断面図、第６図は同集熱器の集熱管間隔と集熱量比
率の関係を示す特性図である。 １１・…・・透明ガラス管、１２・・・・・・集熱板、
１４・・・・・・集熱管、１５・・・・・・反射板。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部が真空状態に保たれた透明ガラス管内に集熱板
   を傾斜状に設置して構成された集熱管を複数本並べて、
   ほぼ平坦な屋根に設置する真空管式太陽熱集熱器におい
   て、前記集熱管における集熱板の上面と反射面とが上方
   に開いた状態となるように、反射板を相隣る集熱管の間
   に設けたことを特徴とする真空管式太陽熱集熱器。 ２ 前記反射板は、相隣る集熱管における各集熱板の上
   端を結んだ線より下方に位置させて設けてなる特許請求
   の範囲第１項記載の真空管式太陽熱集熱器。 ３ 前記相隣る集熱管の間隔を、集熱管の直径の１／４
   〜１／１の範囲内にしてなる特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の真空管式太陽熱集熱器。 ４ 前記反射板を、水平線に対して２０〜６０度の範囲
   内に設置してなる特許請求の範囲第１項〜第３項のいず
   れかに記載の真空管式太陽熱集熱器。 ５ 前記反射板と集熱管との間隔を、１〜１０ｍｍの範
   囲内にしてなる特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれ
   かに記載の真空管式太陽熱集熱器。