JPS6222960A - 太陽エネルギ−によりプロセス蒸気を発生させる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、太陽エネルギーにより直接的に気化させかつ
自然対流により熱担体を循環させることによりプロセス
蒸気を発生させる装置であって、太陽熱集熱器を有し、
該太陽熱集熱器が蒸気を発生させかつ消費装置に供給す
る沸騰管及び該沸騰管の端部に接続された、熱担体を沸
騰管に供給する内部戻し導管を有する形式のものに関す
る。

この種の装置においては、例えば水の直接気化及び自然
対直による靜環が行われるべきであり、その際蒸気は太
陽熱集熱器内で発生される。この目的のために、熱交換
器及び循環ポンプを有する２サイクル装置が公知である
。しかしながら、熱交換器及び循環ポンプはこの種の装
置を高価にする。更に、ポンプは、このような太陽熱集
熱器が有利にを使用される開発国においては全く製造さ
れない部品である。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、例えば水の直接的気化の際に解放回路
内に２相自然対流を発生させることができ、従って太陽
光線に相応して連続的蒸気供給か行われかつ蒸気回路内
にもはやポンプが不必要である、冒頭に記載した形式の
太陽熱集熱器を提供することであった。

問題点を解決するための手段 前記課題は、本発明の第１番目の発明によれば、冒頭に
記載した形式のにおいて、 ａ）沸騰管６，４１及び内部戻し導管７．４２の１つ以
上の面８，４３．４４の上に、集合室１７及び該集合室
内に開口する上昇管１６を有する蒸気／水分離器２が配
置されており、該上昇管１６が上から沸騰管６の他方端
部に接続されており、 ｂ）蒸気／水混合物のための上昇管１６の流出口ｌの下
方エツジ２ｏが、沸騰管６．４１または内部戻し導管７
．４２の１つ以上の面８．４３．４４の上に位置し、 Ｃ）還流水のための分離器の集合室１７が流出口２２を
有し、該流出口が直接的にまたは外部戻し導管２３を介
して集熱器Ｉの内部戻し導管７．４２に接続されており
、 ｄ）集合室１７内の還流水の水位２６が上昇管１６のエ
ツジ２ｏの下にあり、かつ沸騰管または内部戻し導管６
，７，４１．４２の１つ以上の面８，４３．４４の上に
、そこで得られる静圧が戻し導管７．４４内の圧力損失
よりも大きくなる高さに位置することにより；かっ第２
番目の発明によれば、更に上昇管２内に同心的に配置さ
れた内部戻し導管７を有する単管原理に基づく太陽熱集
熱器１を有する形式％式％ ｅ）沸騰管６が一方端部１ｏで端面側で閉鎖されており
、内部戻し導管７の流出口１！が上記端部ｌＯの直前ま
で延びており、 ｆ）沸騰管６からの蒸気排出用及び内部戻し導管７への
還流水用の接続口が共通に集熱器の他方側または他方端
部にあり、 ｇ）内部戻し導管７の他方端部１４が沸騰管７から外に
案内されかつ内部空間１５が沸騰管６から隔離されてい
る ことにより解決される。

その他な本発明の有利な実施態様は、特許請求の範囲の
第３項以下に記載されている。

作用及び効果 本発明によれば、集熱器の直後での蒸気／水分離により
、太陽光線に相応して連続的蒸気供給か行われる、２相
自然対流を発生させることができる。この場合、循環は
装置内での高低差により行われる。また、この自然対流
を伴う直接回路により、課題に相当して熱交換器及び循
環ポンプを省くことが′７Ｓ！　Ｘ　−太を［］［１１
，−ｋ　＋−）　Ｘ利点は、冷たい凝縮液が蒸気流出口
の周辺に流入しない、従って空洞形成が行われないこと
にある。更に、沸騰管内で蒸気範囲内で極めて低い熱伝
達率を有する層または波状流を阻止することができる。

流出する蒸気／水分混合物の揚力は物質流の循環のため
に利用することができる。本発明による太陽熱集熱装置
においては、沸騰管還流のためのなお十分なオーバーフ
ロー流量が搬送される限り、蒸気が分離され、しがち脈
動効果はもはや生じない。集熱器で得られた太陽エネル
ギーが油圧回路によって熱交換器に搬送される２サイク
ル原理に基づくプロセス蒸気発生のための公知の太陽熱
集熱装置比較して、本発明においては集熱器内での直接
的蒸気発生により熱交換器及び循環ポンプが不必要であ
る。たとえ凝集液が集熱器に対してポンプにより戻され
ねばならないとしても、極めて小さいポンプ出力が必要
であるにすぎない。

最低太陽光線を下回る・と、システム内に蓄えられた熱
はもはや消費装習に上つア、ス亜）−士如る目的温度を
もっては利用されえない。太陽熱集熱装置は、システム
内に蓄えられた熱を１夜そのまま保つ程十分に断熱する
ことができないので、翌日の装置の加熱時間は装置の装
置の熱容量によって決定される。従って、熱交換器の省
略は著しく装置の利用度を向上させる。

実施例 次に、図示の実施例により本発明の詳細な説明する。

第１図に示した、水または蒸気で作動するための同軸の
個別管巣熱器を有する装置は、主として相互に接続され
た固有の集熱器１及び蒸気／水分離器２から成る。ケー
シングがガラス保護管３を形成しかつ鏡４から照射され
る集熱器ｌ内に、受光板５が固定されており、該受光板
に主要部材、沸騰管６及び該沸騰管内に同軸的に設置さ
れた内部戻し導管７が固定されている。蒸気／水分離器
２は両者の管６及び７の面８の上に設置され、その軸線
９は水平に対して約４５°以上傾斜している。

沸騰管６はその一方端部ｌＯで閉鎖されており、内部戻
し導管の流出口１１は端部１０の直前まで延びており、
従って内部戻し導管７内で流動水は沸騰管６内に流入し
、そこで還流及び気化することができる。両者の管６及
び７は共に集熱器の側壁１２から出ており、その際内部
戻し導管７はその他方端部１４が他方の沸騰管１３から
端面側でシール状態で外部に案内されており従ってその
内部空間１５が沸騰管６の内部から隔離されている。こ
の隔離は必要である、それというのも戻し導管端部１４
を介して流入せしめられる凝縮液及び／または還流水は
、空洞形成を阻止するために、蒸気流出口の周辺では沸
騰管と接触すべきでないからである。

従って、内部戻し導管７内での端部１４を介する還流水
及び還流凝縮液の出入及び沸騰管端部１３からの蒸気排
出は集熱器Ｉの一方側で行われる。このことは、それに
より集熱器の一方側がガラス保護管３の保持のために残
されておりかつ熱応力を回避するために有利である。

沸騰管６の内部空間から、管端部Ｉ３の周辺で上昇管１
６は上向きに案内されており、該上昇管の軸線９は傾斜
しておりかつ蒸気／水分離器２の集合室１７内に案内さ
れている。上昇管１６の上方部分１８はその下側に分離
エツジ２０を有する、集合室１７に向けられた開口Ｉ９
を有する。この流出口の構成は、流出する水／蒸気混合
物が直接蒸気流出口２１に達することを阻止する。集合
室１７及び上昇管Ｌ８の直径比が大きければ、流出口の
特殊な形成を行う必要がない。この間口１９の上に、蒸
気／水分離器の内部１７から蒸気流出導管２１が案内さ
れている。集合室１７の下方端部には流出口２２が設け
られており、該流出口は下向きに案内された、外部戻し
導管２３を介して内部戻し導管７の他方端部１４に接続
されている。この接続部の周辺に、なお消費装置から場
合により還流する凝縮液のためのもう１つの接続部２４
が設けられており、それにより凝縮液は新たな気化ｌ−
批睦十Ａ″”）−ｉＭＦ当ス−貼苦桑四じオＡナー１め
に、沸騰管６の下になお１つの接続部２５が設けられお
り、該接続部はほぼ上昇管１６の分岐の下の周辺に位置
する。

次に、装置の機能を説明する。

内部戻し導管６を介して沸騰管７に流入する還流水及び
凝縮液は、今やそこで気化される。

１００〜１６０°Ｃの温度範囲で発生する水蒸気は上昇
管１６に達しかつ開口から蒸気／水分離器２の集合室１
７に流入する。その際、連行された開口１９で分離され
、下向きに流出しかつ再び集合室１７の下方部分に集合
する。次いて、蒸気は蒸気流出口２１を介して消費装置
に達し、使用可能な凝縮液は回路に凝縮液戻し導管２４
を介して再び供給される。前記装置は水または水蒸気で
作動するために構成されているか、しかしながら原理的
にはサイクルプロセスのための相応する蒸発値を有する
別の冷媒も適当である。

次いで、還流水は流出口２２及び外部戻し導つ７２３を
経て再び内部戻し導管の内部１５に還流しかつ沸騰管７
での新たな気化に供給される。この１種のサイクルの形
の循環は、図示の実施例では解放回路システム内で直接
的気化下に中間熱交換器及び同様な素子を必要とせずに
、自然対流によって行われる。上昇管１６及び戻し導管
７及び１３は気化の際に沸騰管６から押し出された水量
を受容すべきであり、これらの部材は、装置の始動の際
に冷たい水が上昇管１６から集合室１７に押し出され、
従って空洞形成が起こりえないように設計されるべきで
ある。内部戻し導管７の同軸配置により、熱損失を伴う
付加的な表面が回避される。

集合室１７内の還流水の戻し水位２６は上昇管１６のエ
ツジ２０の下にあり、かつ生じる静圧かそこで戻し導管
内の圧力損失よりも大きい程の高さで沸騰管または内部
戻し導管６．７の面の上にある。上昇管１６のエツジ２
０は、始動後に上昇管６から押し出された水量が集合室
１７内で受容後でもなお集合室内の上にあり、上昇管１
６の横断面積は沸騰管６の横断面積より乙大きい。沸騰
管６及び内部戻し導管５は共通に約ｌ°下向きに上昇管
１６の方向に傾斜しており、かつ上昇管１６及び蒸気／
水分離器２は水平に対して４５°以上の角度で配向され
ているのが有利であることが立証された。

たとえ、循環水の大部分が集合室１７内に存在するとし
ても、オーバーフロー口１９は常にフリー状態にあるこ
とが重要である。このためには、制御ストロークのため
に付加的な成分を有する相応する高さが存在すべきであ
る。

第３図は、唯一の成形部材２７を用いてコンパクトに外
部戻し導管を用いずに直接的沸騰管／上昇管及び内部戻
し導管／集合室の接続を示す。この場合には、沸騰管２
８は確かに内部戻し導管２９を包囲するように配置され
ているが、しかしながら中心軸線３０及び３Ｉは高さが
異なっているかまたは１つの面内にはない、このことは
全機能にとっては重要ではない。

両者の管２８及び２９は斜めに成形部材２７に一方端部
から嵌合されており、他方の側面３２は２つの孔３３及
び３４を有し、その一方３３は直接上昇管３５にかつそ
の他方３４は直接分離器ケーシング３７の集合室３６に
開口している。水分離は管口３９のエツジ３８を介して
、蒸気排出は接続管片４０を介して行われる。

戻された凝縮液は孔４１によって内部戻し導管２９に供
給される。

第４図及び第５図に示した装置は、第１図及び第２図に
示した実施例とは、固有の集熱器Ｉの構成が異なってい
ることだけににより区別される。この場合、集熱器ｌは
Ｕ字形で沸騰管４１と一緒に案内された内部戻し導管４
２を有し、この場合それらの中心軸線４３及び４４は、
図示のように１つの面内に位置すべきでない。

しかしながら、このことは既述のように、重要ではない
。

集熱器のガラス保護管４５は真空化されている。上昇管
１６は、直接的に上昇管４１から案内されており、外部
戻し導管２３及び内部戻しｉｆｆ　’Ｓ　　Ａ　　’）
　　ｉ＋　笛　Ｉ　　Ｗ　　Ｂ　　７Ｔ　笛　９１ｉ６
ノ　　宝　ｔｋ＋　　Ｍｌ　　ｒコ　　お　ｌ−）　　
７゜と同様に接続されている。その他の総ての配置は第
１図及び第２図におけると同じでありかつ当該の説明部
分に記載されている、従ってここには特別には説明しな
い。第４図及び第５図による装置の全機能は第４固渋び
第５図に記載と同じである。

【図面の簡単な説明】

第１図は単管集熱器を有する太陽熱集熱装置の縦断面図
、第２図は第１図の装置の正面図、第３図は蒸気／水分
離器の別の実施例の断面図、第４図はＵ字管形集熱器を
有する太陽熱集熱装置の縦断面図及び第５図は第４図の
装置の正面図である。 １・・・集熱器、２・・・蒸気／水分離器、３・・・ガ
ラス保護管、４・・・鏡、５・・・受光板、６，２８．
４１・・・沸騰管、７．４２・・・内部戻し導管、８・
・・管面、９・・軸、１０．１３・・・沸騰管端部、１
１・・・流出口、１２・・・側壁、Ｉ４・・・戻し導管
端部、１５・・内部空間、１６．３５・・上昇管、１７
，３６・・・集合室、１８・・・上方管部分、１９・・
・流出開口、２０．３８・・・エツジ、２１・・・蒸気
流出口、２２・・・流出口、２３・・・外部戻し導管、
２４・・・接続凝縮液戻し導管、２５・・排出接続導管
、２６・水位、２７・・・成形部材、２９．４２・・・
内部戻し導管、３０，３１，４３．４４・・・中心軸線
または面、３２・・・側面、３３．３４・・・孔、３７
・・・分離ケーシング、３９・・・管開口、４０・・・
接続管片 Ｆｉｇ、　２ ッゲンシュタインーレオポルツ　ノへ−トラーセ　１３
アー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、太陽エネルギーにより直接的に気化させかつ自然対
   流により熱担体を循環させることによりプロセス蒸気を
   発生させる装置であって、太陽熱集熱器を有し、該太陽
   熱集熱器が蒸気を発生させかつ消費装置に供給する沸騰
   管及び該沸騰管の端部に接続された、熱担体を沸騰管に
   供給する内部戻し導管を有する形式のものにおいて、 ａ）沸騰管（６、４１）及び内部戻し導管（７、４２）
   の１つ以上の面（８、４３、４ ４）の上に、集合室（１７）及び該集合室 内に開口する上昇管（１６）を有する蒸気 ／水分離器（２）が配置されており、該上 昇管（１６）が上から沸騰管（６）の他方 端部に接続されており、 ｂ）蒸気／水混合物のための上昇管（１６）の流出口（
   １９）の下方エッジ（２０）が 、沸騰管（６、４１）または内部戻し導管 （７、４２）の１つ以上の面（８、４３、 ４４）の上に位置し、 ｃ）還流水のための分離器の集合室（１７）が流出口（
   ２２）を有し、該流出口が直接 的にまたは外部戻し導管（２３）を介して 集熱器（１）の内部戻し導管（７、４２） に接続されており、 ｄ）集合室（１７）内の還流水の水位（２６）が上昇管
   （１６）のエッジ（２０）の下 にあり、かつ沸騰管または内部戻し導管（ ６、７、４１、４２）の１つ以上の面（８ 、４３、４４）の上に、、そこで得られる静圧が戻し導
   管（７、４２）内の圧力損失よ りも大きくなる高さに位置する ことを特徴とする、太陽エネルギーにより直接的気化下
   にプロセス蒸気を発生される装置２、太陽エネルギーに
   より直接的に気化させかつ自然対流により熱担体を循環
   させることによりプロセス蒸気を発生させる装置であっ
   て、太陽熱集熱器を有し、該太陽熱集熱器が蒸気を発生
   させかつ消費装置に供給する沸騰管及び該沸騰管の端部
   に接続された、熱担体を沸騰管に供給する戻し導管を有
   しかつ上昇管（２）内に同心的に配置された内部戻し導
   管（７）を有する単管原理に基づく太陽熱集熱器（１）
   を有する形式のものにおいて、 ａ）沸騰管（６、４１）及び内部戻し導管（７、４２）
   の１つ以上の面（８、４３、４ ４）の上に、集合室（１７）及び該集合、 室内に開口する上昇管（１６）を有する蒸 気／水分離器（２）が配置されており、該 上昇管（１６）が上から沸騰管（６）の他 方端部に接続されており、 ｂ）蒸気／水混合物のための上昇管（１６）の流出口（
   １９）の下方エッジ（２０）が 、沸騰管（６、４１）または内部戻し導管 （７、４２）の１つ以上の面（８、４３、 ４４）の上に位置し、 ｃ）還流水のための分離器の集合室（１７）が流出口（
   ２２）を有し、該流出口が直接 的にまたは外部戻し導管（２３）を介して 集熱器（１）の内部戻し導管（７、４２） に接続されており、 ｄ）集合室（１７）内の還流水の水位（２６）が上昇管
   （１６）のエッジ（２０）の下 にあり、かつ沸騰管または内部戻し導管（ ６、７、４１、４２）の１つ以上の面（８ 、４３、４４）の上に、そこで得られる静 圧が戻し導管（７、４４）内の圧力損失よ りも大きくなる高さに位置する ｅ）沸騰管（６）が一方端部（１０）で端面側で閉鎖さ
   れており、内部戻し導管（７） の流出口（１１）が上記端部（１０）の直 前まで延びており、 ｆ）沸騰管（６）からの蒸気排出用及び内部戻し導管（
   ７）への還流水用の接続口が共 通に集熱器の他方側または他方端部にあり ｇ）内部戻し導管（７）の他方端部（１４）が沸騰管（
   ７）から外に案内されかつ内部 空間（１５）が沸騰管（６）から隔離され ている ことを特徴とする太陽エネルギーによりプロセス蒸気を
   発生される装置。 ３、ｈ）上昇管（１６）のエッジ（２０）が、始動後に
   沸騰管（６、４１）から押し出された水量が集合室（１
   ７）で受容された後もなお該集合室内の水面（２６）の
   上にある、特許請求の範囲第１項または第２項記載の装
   置。 ４、ｉ）上昇管（１６）の横断面積が沸騰管（６）の横
   断面積よりも大きい、特許請求の範囲第１項から第３項
   のいずれか１項に記載の装置。 ５、ｋ）沸騰管（６、４１）及び内部戻し導管（７、４
   ２）が共通に約１°下向きに上昇管（１６）の方向に傾
   斜している特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか
   １項に記載の装置。 ６、ｌ）上昇管（１６）及び蒸気／水分離器（２）が水
   平に対して４５°以上の角度で傾斜している、特許請求
   の範囲第１項から第５項のいずれか１項に記載の装置。