JPS63238362A - 太陽エネルギーを容器中に存在する液体に伝達する装置 - 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、特許請求の範囲請求項１の上位概念によれば
、太陽エネルギーを容器中に存在する液体に伝達する装
置に関する。

従来の技術 前記種類の公知の装置は、直接蒸発させるコレクタおよ
び二厘壁容器の内側部分としてのポット、例えば煮沸ポ
ットから出発する。この場合、蒸気は、容器を外側から
負荷し、生じる凝縮液は、下向きに重力の方向に導出さ
れる。＃ｌ縮の際に熱伝達が極めて良好であることによ
り、水をポット中で沸騰加熱するためには、１０°Ｃ未
満の蒸気の過剰温度で十分である。しかし、この公知の
系は特殊な容器であり、常用の煮沸容器は使用すること
ができない。更に、循環させる場合には、ポットの浄化
されてない外側によってコレクタ循狽路が汚染されると
いう危険がある。

発明が解決しようとする課題 ところで、公知仮術から出発し、本発明は、太陽熱エネ
ルギーの利用の際に運搬高さを克服するために他の異質
エネルギーを必要とせず、容器について如何なる変形を
も必要とすることなしに、常用の容器中で液体の加熱を
可能ならしめる、請求項１の上位概念に記載されたよう
な装置もしくは循環路を得るという課題を有する。

課題を解決するための手段 ところで、この課題を解決するために、本発明は、請求
項１の特徴部に記載されている特徴を提案する。更に、
本発明の特に好ましい構成は、請求項２から４までのい
ずれか１項に記載されている特徴から明らかである。

ところで、本発明によれば、加熱面は、凝縮器の形で直
接に加熱すべき液体中ないしは煮沸物中に浸漬すること
ができる。それによって、直接に熱伝達が起こり、この
場合有利に存在するかもしくは常用の既存の容器は、さ
らに使用することができる。更に、コレクタそれ自体の
循環路は、完全に閉鎖されたままであり、加熱容器を取
出す場合には、もはや開く必要はない。

このことは、本発明によれば、熱源が直接に加熱すべき
液体中に存在し、したがって外に向っての損失が少なく
保持されたままであることができることによって行なわ
れる。

更に、水を熱媒体として使用する場合には、加熱嵌置で
の過熱の問題はもはや生じない。液体に熱伝達すること
は、凝縮速度、ひいては熱の流れを定める。可能な最高
温度は、系圧力によって定めることができ、したがって
約２０℃の限界内に維持することができる。

本発明によれば、熱媒体を凝縮器からコレクタに返送す
るために再び容器縁部よりも上に上昇させることができ
、それによって絶えず作業する循環ポンプが不用になる
ことは、特に好ましい。従って、本発明による循環路は
、異質エネルヤーなしに作業する。このことは、本発明
：・でよれば、凝縮器の後方で流れ方向に閉じ込めらｎ
た空気容積と、蒸気導管中ならびに凝縮器中での蒸気空
間との交換サイクルによって可能になる。それによって
、凝縮器からの凝縮液は、容器縁部よりも上へとＪＪ４
搬される。

実施例 次に、さらに本発明の詳細を第１図〜第４図につき説明
する。

第１図〜第４図は、ソーラーコレクタ１を熱源としで示
し、この熱源は、本質的に受光器としての光透過性辞導
管２およびこの場合に沸騰管中で同軸の凝縮液返送管３
からなる。漣導管から蒸気導管４は、上向きに熱浸漬体
としての凝縮器５の全面閉鎖されたケーシング６に案内
され、この熱浸漬体は、容器７の縁部の上から容器中に
存在しかつ加熱すべき液体９中に浸漬されている。この
場合、蒸気導管４は、浸漬可能性を阻害することがない
ようにするために、上から蒸気導入個所２８でケーシン
グ６に開口する。凝縮器５のケーシング６中には、上か
ら２つの浸漬管１０および１１が密閉されてケーシング
壁を通って突入し、この場合第１浸漬管１０の端面もし
くは開口１４は、ケーシング内部空間１７の最も低い位
置１６にまで達するが、第２浸漬管１１の開口１５は、
第１？！！漬管の開口に比して測地線幾何学的に若干高
く配置されている。

２つの浸漬管１０および１１は、それぞれ反対流のサイ
ホン１２および１３の脚部を形成し、これらのサイホン
の下向きの別の脚部は、サイホン管１８およびサイホン
ビーカー管１９と呼称される。第２サイホン１３は、そ
の機能のためにサイホンビーカーとも呼称される。２つ
の・管１８および１９は、測地線幾何学的に見て下向き
に案内され、かつ例えば垂直または傾斜して存在する荷
に管状の空気捕集器２１のガス空１４２０内に開口し、
この場合この空気捕集器は、一定の空気容＆ＶＬを有す
る。空気捕集器２１は、下呻管２２を弁して返送管２３
に接続され、この返送管を介して凝、補液もしくは水は
、凝縮液返送管３によりソーラーコレクタ１のＳ導管２
に再び供絽される。コレクタ１、凝縮器５、空気捕集器
２１は、それらの接続管４．１２゜１．３．２２および
２３により閉鎖系を形成し、この閉鎖系は、最高圧を越
えることに対して詳細には図示してない保証装置によっ
て保護されている。

サイホン管１８ないしは第１サイホン１２の別の脚部は
、既述したように空気捕集器２１のガス空間２０内に案
内され、このガス空間内で、サイホン管１８の開口２４
が第１サイホン１２の第１浸漬管の開口１４よりも下に
位置しかつサイホン差ΔＳ１を形成する限りにおいて下
向きに案内されている。サイホンビーカー管１０ないし
は第２サイホン１３の別の脚部は、仝気捕果器２１の上
端部２５に接続され、したがってその−口２６は、第２
浸漬管１１の開口１５の上方に位置しかつサイホン差Δ
Ｓ２を形成する。

サイホンビーカー管１９の長さは、できるだけ短くなけ
ればならず、−口２６は、測地線幾何学的に開口１５よ
りも上方に位置しなけ６ばならない。第１サイホン１２
は、凝、縮液２γをケーシング６から導出するために使
用され、第２サイホン１３は、不連続的運転の際に空気
を逆流させることによって付加的に圧力を平衡にするた
めに使用される。

ところで、装置もしくは循環路の機能形式は、４つの図
面もしくは段階につき第１図〜第４図により記載される
。

第１図は、コレクタ１および凝縮器５を有する閉鎖系を
示す。充填容器７は、熱ｄ？を体として凝縮器５の周囲
を形成している。冷却状態でコレクタ１の梯導管２およ
び返送管２３は完全であり、ならびにコレクタ１の上昇
管部分および下降管２２は、部分的に水で充填されてい
る。

凝縮器５を含めて残りの循環路部分は、空気を大気圧下
で含有する。

コレクタ１に熱が吸収されると、Ｓ騰温度に達した後に
蒸気は上昇管を通じて凝縮器５に流入する。本来導管４
中および凝縮器５中に存在している空気は、循環路が閉
鎖されているので、凝縮器５およびサイホン１２および
１３を通じて後接された空気捕集器２１中に押し出され
る（第２図）。凝縮器中で蒸気は凝縮され、不連続的運
転でサイホン１２は、凝ｄ／ｌｌ［２７を空気捕集器２
１に運搬するかないしは下降管２２および返送管２３に
運搬する。

第１サイホン１２の運搬効率は、榎々に取出される熱流
によって急速に変動する凝縮液量に凝縮器５の内部空間
１Ｔ中で適合することがでさす、他面サイホン１２は、
最大量に対して設計しなければならないので、サイホン
作用およびサイホン運搬が、屡々中断されることが起こ
るであろう。このような中断後、凝縮液は内部空間１７
中に再び集まり、かつこの内部空間を下から充填する（
第６図参照）。しかし、同時に凝縮器５中での熱伝達面
積は蒸気側に限定され、それによって不十分な凝縮によ
り系中で圧力の上昇が生じる。それに従って、存在する
空気容量は、減少され、しかるに蒸気坐座により蒸気圧
縮が補償されるだけでなく、空気容量が減少することに
よって空になる空間も充填される。

凝縮器５中でサイホン１２の下向きに伸びた浸漬管１０
によって蒸気空間と空気空間との分離を表わしている凝
縮液２１に関連して、このことは、空気捕集器２１中へ
の移動を意味する。すなわち、蒸気導管４中および凝縮
器内部空間１７中で過圧が発生し、この過圧により凝縮
液は、凝縮器５の構造筒さだけサイホン１２を介して上
昇する。

他面、第１サイホン１２は、例えばコレクタ１中での冷
却水の引き渡しまたは効率の減少の場合のように熱の取
出量が変動する場合にサイクロン管１８の高い水柱によ
って圧力平衡を損なう。従って、コレクタ系中で最大の
標識線を越えて水位の変動が生じることを阻止するため
に、第２サイホンもしくはす３ホンビーカー１３を付加
的に設けた。この第２サイホンにより、今や圧力平衡が
生じ、この場合空気は、空気捕集器２１から凝縮器５に
逆流し、第１サイホン１２は、後運搬することができる
。

また、凝縮器５中で現わＯる過圧は、サイホン作用なし
に、例えばサイホンビーカー１３により捕集された凝縮
液を運搬するのに役に立つ。

しかし、空気捕集器２１中で凝縮液が空になることによ
り、凝縮器５中で著しい凝縮速度がもたらされる。サイ
ホン効果を利用することにより、第１に生じる凝縮液は
、−口１４と１５の異なる測地線幾何学的高さによって
なお一緒に導出することができ、したがって充填および
排出の゛前記作業周期の繰返周期数は、第１サイホンに
応答するとともに減少される（第４図参照）。

捕集器２１中での空気容積ＶＬと、全体の循環系中での
空気容器Ｖｇｅｓとの比は、大気圧ＰＡ　ｔｍと運転圧
力ＰＢｅｔｒとの比と少なくとも同程度の大きさでなけ
ればならない。そのために、ＶＬは、なお少なくとも、
サイホン１０の測地線幾何学的運搬高さに相応する圧力
比のもとで２つのサイホン１１および１２の容積を補償
することができるような程度の大きさでなければならな
い。

なお、重要なことは、凝縮器５０ケーシング６中に一種
の塔底液が最も低い位置１６で存在することでめり、こ
の位置に浸漬管１０および１１の開口１４および１５は
開口する。この位置１６は、蒸気導管２８からできるだ
け遠くに離れていなければならない。

試みに循環路の機能を確認した場合、伝達効率は、１０
５℃の最大蒸気温度で１００〜１５００ワツトの範囲内
にあった。これは、１，２．３バールの飽和範囲に相当
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、太陽エネルギーを容器中に存在する液体に伝
達する本発明による装置の作動状態での循環路を示す略
図、 第２図は、第１図による装置の循環路で定常運転した場
合を示す略図、 第６図は、凝縮器中での凝縮液の上昇段階の終結時の場
合を示す略図、かつ 第４図は、凝縮液返送段階の終結時の場合を示し、但し
、水は循環液として細かい平行線で表わされ、蒸気は丸
印で表わされ、かつ空気は空白部分で表わされ′ている
図面である。 １・・・ソーラーコレクタ、４．２８・・・蒸気導管、
５・・・凝縮器、６・・・ケーシング、Ｔ・・・容器、
８・・・容器縁部、９・・・液体、１０・・・第１浸漬
管、１１・・・第２浸漬管、１２・・・第１サイホン、
１３・・・第２サイホン、１４・・・第１開口、１５・
・・第２開口、１７・・・ケーシング内部空間、１８・
・・サイホン管、１９・・・サイホンビーカー管、２０
・・・ガス空間、２１・・・空気捕集器、２２・・・下
降管、２４・・・開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ａ）熱源としてのソーラーコレクタ中で熱媒体を直
   接蒸発させることによつて蒸気を発 生させる閉鎖循環路、 ｂ）自然対流による循環路中での熱媒体の循環、 ｃ）測地線幾何学的に熱源よりも高く配置されている、
   熱を容器中の液体に伝達する、 循環路中に接続された熱浸漬体もしくは熱 交換器、ならびに ｄ）熱源および熱浸漬体を流出流入のためそれぞれ互い
   に結合する管路 の構成要素を有する太陽エネルギーを容器中に存在する
   液体に伝達する装置において、 ｅ）熱浸漬体が上方から液体（９）中もしくは容器（７
   ）中に浸漬可能な蒸気凝縮器 （５）として形成され、 ｆ）凝縮器（５）の蒸気供給管および凝縮液導出菅が上
   向きに容器縁部（８）の上に重 力に対して案内されていることを特徴とす る、太陽エネルギーを容器中に存在する液 体に伝達する装置。 ２、ｇ）凝縮器（５）が閉鎖容器（６）からなり、ｈ）
   ケーシング（６）の内部空間（１７）に上からソーラー
   コレクタ（１）の蒸気導管 （４、２８）が接続され、 ｉ）ケーシング（６）の壁に上から浸漬管 （１０）が導通され、この浸漬管の下端も しくは開口（１４）が内部空間（１７）の 最も低い位置にまで突出し、 ｊ）浸漬管（１０）が反対流サイホン（１２）の脚部を
   形成し、このサイホンが容器縁部 （８）の上に案内され再び下向きに案内さ れ、 ｋ）サイホンの再び下向きに案内されている別の脚部も
   しくはサイホン管（１８）が上 方から有利に管状の空気捕集器（２１）の 空気空間（２０）に開口し、この空気捕集 器（２１）の内容が循環内容の成分であり、ｌ）サイホ
   ン管（１８）の開口（２４）が測地線幾何学的に浸漬管
   （１０）の開口より も低く存在し、 ｍ）空気捕集器（２１）の下端が下降管（２２）を介し
   て凝縮液帰り管（２３）にソーラー コレクタ（１）にまで接続されている、請 求項１記載の装置。 ３、ｎ）浸漬管（１０）とともに上方から凝縮器（５）
   もしくはそのケーシング（６）の内 部空間（１７）内に第２の浸漬管（１１） が下向きに案内され、この第２の浸漬管の 端面もしくは開口（１５）が測地線幾何学 的に第１の浸漬管の開口（１４）の上方に 位置し、 ｏ）第２浸漬管（１１）が第２反対流サイフオンもしく
   はサイホンビーカー（１３）の １つの脚部を形成し、 ｐ）第２サイホン（１３）の再び下向きに案内されてい
   る別の脚部もしくはサイホンビ ーカー管（１９）が上から空気捕集器（２１）の空気空
   間（２０）内に開口し、 ｑ）空気捕集器（２１）中のサイホンビーカー管（１９
   ）の開口が測地線幾何学的に空 気捕集器（２１）中での第１サイホン（１２）のサイホ
   ン管（１８）の開口（２４）より も高く位置している、請求項２記載の装置。 ４、ｒ）空気捕集器（２１）中での空気容積ＶＬと冷却
   状態での全容積Ｖｇｅｓとの比が大気圧ＰＡｔｍと運転
   圧力ＰＢｅｔｒとの比に等しく、この場合 ｓ）ＶＬは少なくとも、サイホンを始動させるために浸
   漬管（１０）の測地線幾何学的運搬高さに相当する圧力
   比のもとで２つのサイ ホン容積の容積で圧縮可能であるような程 度の大きさである、請求項３記載の装置。