JPS637301B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエネルギー搬送材料として光異性体材
料を利用した太陽熱集熱装置に関する。

従来の太陽熱集熱装置は黒色塗膜や選択吸収膜
を表面に形成したコレクターで太陽エネルギーを
顕熱として熱搬送材料が吸収し、この熱搬送材料
を熱交換器に与えて熱交換し、貯湯槽の水を湯化
する形式のものであり、コレクターの方式ならび
に面積と熱搬送材料の流速および貯湯槽容積等で
定まる湯温まで昇温し、貯湯するものである。こ
のため、太陽熱集熱装置は、高温貯湯する場合に
は放熱ロスが大きくなりがちで、保温コストが大
となり、一方、低温貯湯して放熱ロスを少なくし
ようとすると、高温出湯のために追焚き装置を要
し、その追焚のための電気、ガス、石油等のエネ
ルギーを要するものであつた。

また、熱搬送材料としてノルボルナジエン等の
光異性体材料を用いて太陽エネルギーをクアドリ
シクラン等の光異性化潜熱として吸収し、吸熱さ
れた熱エネルギーを搬送して触媒反応器において
クアドシクランからノルボルナジエンへの逆反応
を起させて熱エネルギーに変換しようとするもの
も考えられてきているが、この熱搬送材料は太陽
エネルギーの低波長領域が主体で、吸収効率の悪
いものであつた。このため、吸収効率の改善策と
して増感剤を添加した光異性体材料を熱搬送体と
して用いる方法等も考えられるが、これとても５
％を超える太陽エネルギー変換効率を得ることは
難しいもので、単独の太陽熱集熱器としては効率
も悪く、経済性の伴わないものであつた。

本発明は前記の問題に留意し、電気、ガス、石
油等の太陽エネルギー以外のエネルギーを追い焚
き熱源として利用する従来の太陽熱集熱装置と比
べて省エネルギー性の高い、しかも高温のえられ
る太陽熱集熱装置を提供することを目的とするも
のである。

この目的を達成するための本発明の太陽熱集熱
装置の構成は光異性体材料に着色物質を分散させ
た太陽エネルギー吸収材料を用い、この太陽エネ
ルギー吸収材料が太陽エネルギーを顕熱エネルギ
ー及び光異性化潜熱エネルギーとして吸収するた
めのコレクターと、前記太陽エネルギー吸収材料
の顕熱エネルギーを熱交換する第１の熱交換器と
前記太陽エネルギー吸収材料の光異性化潜熱エネ
ルギーを顕熱エネルギーに変換する触媒反応装置
と、この触媒反応装置による顕熱エネルギーを熱
交換する第２の熱交換器とを順次配管結合して循
環回路を構成し、前記循環回路の一部に強制循環
手段を設けた構成となつている。

前記構成の本発明の太陽熱集熱装置の作用は、
光異性体材料に着色物質を分散させた太陽エネル
ギー吸収材料がコレクターにおいて太陽エネルギ
ーを受けて、顕熱エネルギーおよび光異性化潜熱
エネルギーとして吸収し、これが強制循環手段に
よつて循環させられて第１の熱交換器において顕
熱エネルギーを熱交換する。熱交換された顕熱エ
ネルギーは比較的低温で、蓄熱材料に蓄熱された
り、熱搬送材料により熱搬送されて利用される。
さらに太陽エネルギー吸収材料は、触媒反応装置
において光異性化潜熱エネルギーを高温の顕熱エ
ネルギーに変換される。この高温の顕熱エネルギ
ーは、前記低温蓄熱した蓄熱材料や熱搬送材料を
追焚きしたり、他の蓄熱材料に蓄熱したり、他の
熱搬送材料により熱搬送されて利用される。太陽
エネルギー吸収材料はさらに循環し、再びコレク
ターに送られ太陽エネルギーを吸収する。そし
て、前記所期の目的を達成するものである。

以下本発明の一実施例を第１図にもとづいて説
明する。

図において１はコレクターであり、前記コレク
ター１を含む太陽エネルギー吸収材料の循環回路
２には低温貯湯槽３内に装置されたところの第１
の熱交換器４、触媒反応装置５、高温貯湯槽６内
に設けた第２の熱交換器７、循環ポンプ８を順次
挿入してあり、前記高温貯湯槽６は低温貯湯槽３
の出湯側に直列に接続されている。なお。図中の
９は給水口、１０は出湯口である。

前記太陽熱吸収材料は光異性体材料に着色物質
を分散させてなるものであり、光異性体材料とし
ては、たとえば ノルボルナジエン→クワドリシクラン系異性
化反応を利用 シス−トランス異性化反応を利用 分子内ビアントラセンの形成を利用した反応 芳香核異性化を利用 １・３ジエンの異性化を利用 （２＋２）型光環化付加反応を利用 などがあり、いずれの系の適用も可能である。そ
して、着色物質としてはカーボン粒子を用いる。
また、光異性化材料は同時に光反応の増感剤を含
んでもよい。ただし、この増感剤は着色物質とは
全く目的が違うため、区別する必要がある。

なお、以下の説明は光異性化材料としてノルボ
ルナジエン系を中心に行なう。

次に動作について説明する。

コレクター１で太陽エネルギー吸収材料に太陽
エネルギーを吸収させるに当り、ノルボルナジエ
ンに低波長側の太陽エネルギーを光異性化潜熱エ
ネルギーとして吸収させてクアドリシクランに変
える光異性化反応を起させ、カーボン粒子に全波
長の太陽エネルギーを顕熱エネルギーとして吸収
させて太陽エネルギー吸収材料を昇温させる。こ
の太陽エネルギーを吸収させた太陽エネルギー吸
収材料は循環回路２を循環ポンプ８の運転により
循環させられる。そして第１の熱交換器４におい
て前記顕熱エネルギーを熱交換して低温貯湯槽３
の水を加温して湯とする働きをする。顕熱エネル
ギーを熱交換した太陽エネルギー吸収材料は触媒
反応装置５においてクアドリシクランが逆反応を
起してノルボルナジエンにもどされることによ
り、光異性化潜熱エネルギーは変換されて顕熱エ
ネルギーとなり、触媒反応装置５の後流側に設け
た第２の熱交換器７によつて熱交換され、低温貯
湯槽３から送られてきた低温の湯を追焚き加熱し
て高温の湯とし、これを高温貯湯槽６に貯湯し、
給湯口１０より給湯する。

なお、本実施例では触媒反応装置５と第２の熱
交換器７を一体に構成しているが、触媒反応装置
５と第２の熱交換器７の間を配管で結合し、分離
して構成してもよい。また、第２の熱交換器７を
触媒反応装置５で囲むように構成してもよい。

また太陽エネルギー吸収材料の光異性材料とし
ては、ノルボルナジエンの代りに2Cl−2CNノル
ボルナジエンのようなノルボルナジエン誘導体
や、ジアセチルインジゴ等を利用することができ
る。また、着色粒子として、カーボン粒子の代り
に鉄、銅、マンガン等の複合酸化物による選択吸
収性粒子を用いることもできる。

つぎに本発明の第２の実施例を第２図において
説明する。本実施例においては、太陽エネルギー
を顕熱エネルギーとして吸収した太陽エネルギー
吸収材料の顕熱エネルギーを第１の熱交換器４に
より熱交換して、第１の蓄熱材料としての水を低
温の湯として低温貯湯槽３に低温貯湯し、これと
は別に太陽エネルギー吸収材料の光異性化潜熱エ
ネルギーを触媒反応装置５で逆反応により高温の
顕熱エネルギーに変換したこの高温の顕熱エネル
ギーを、第２の熱交換器７により熱交換して第２
の蓄熱材料としての水を高温の湯として単独に高
温貯湯槽６に高温貯湯するようにしてある。本実
施例では第１の蓄熱材料、第２の蓄熱材料ともに
水を用いたが、インヒビターを混入した水や、プ
ロピレングコールや油脂等を用いることも可能で
あり、高温低温の温度レンジに応じて又熱エネル
ギーの利用目的に応じて蓄熱材料を変えることも
可能である。

第３図によりさらに他の本発明の実施例を説明
する。本実施例においては、低温貯湯槽３および
高温貯湯槽６は用いず、熱搬送媒体を第１の熱交
換器４において低温熱交換した後、第２の熱交換
器７において前述の仕組みにより高温熱交換を行
つて追焚きして熱搬送しようとするもので、暖房
装置のエネルギー源として搬送し利用しようとす
る例等他の場所で更に熱交換して利用するもので
ある。

第４図も本発明の他の実施例を示し、このもの
は前記第１の熱交換器および第２の熱交換器をそ
れぞれ１対のもの４ａ，４ｂ，７ａ，７ｂとし、
両者４ａと４ｂ、７ａと７ｂを独立した熱搬送媒
体用配管１１，１２で接続したものである。

この実施例のものでは、光異性体材料と水とを
直接に熱交換せず、プロピレングリコール等の食
品安全性の高い熱搬送材料を介して間接的に熱交
換することもできる。このように間接的に熱交換
することは熱交換率は多少低下する場合もある
が、実用上の配慮で解決可能であり、万が一熱交
換器に穴があいた場合でも、水に食品安全性の低
い物質の混入をさせないという食品安全上の効果
を有する。

以上述べたように本発明の太陽熱集熱装置によ
れば、単一の循環流路によりながら、太陽エネル
ギーを、太陽エネルギー吸収材料に、顕熱エネル
ギーおよび光異性化潜熱エネルギーとして吸収で
き、これを熱交換し、前述の如く、更に光異性化
逆反応により変換した高温の顕熱エネルギーによ
り追焚き加温もしくは別途高温エネルギーとして
利用することができるから、電気、ガス、石油等
の他のエネルギーを熱源として用いることなしに
効率良く高温のエネルギーを得ることができると
いう省エネルギーでかつ、価値の高いエネルギー
として利用できる効果を有し、しかも簡単な機構
の太陽熱集熱装置を提供できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の太陽熱集熱装置の
回路図、第２図、第３図、第４図はいずれも本発
明の他の実施例の太陽熱集熱装置の回路図であ
る。 １……コレクター、２……循環回路、３……低
温貯湯槽、４……第１の熱交換器、５……触媒反
応装置、６……高温貯湯槽、７……第２の熱交換
器、８……循環ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光異性体材料に着色物質を分散させた太陽エ
   ネルギー吸収材料を用い、前記太陽エネルギー吸
   収材料が太陽エネルギーを顕熱エネルギーおよび
   光異性化潜熱エネルギーとして吸収するためのコ
   レクターと、前記太陽エネルギー吸収材料の顕熱
   エネルギーを熱交換する第１の熱交換器と、前記
   太陽エネルギー吸収材料の光異性化潜熱エネルギ
   ーを顕熱エネルギーに変換する触媒反応装置と、
   この触媒反応装置によつて得られる顕熱エネルギ
   ーを熱交換する第２の熱交換器とを順次に配管結
   合して循環回路を構成し、前記循環回路の一部に
   強制循環手段を設けた太陽熱集熱装置。 ２ 第２の熱交換器は第１の熱交換器の追焚き装
   置であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の太陽熱集熱装置。 ３ 第１の熱交換器により熱を受ける蓄熱材料と
   第２の熱交換器により熱を受ける蓄熱材料を、そ
   れぞれ独自に設けた特許請求の範囲第１項記載の
   太陽熱集熱装置。 ４ 第１の熱交換器および第２の熱交換器は各１
   対の熱交換器よりなり、各１対の熱交換器相互が
   熱搬送媒体を介して導熱されるように構成した特
   許請求の範囲第１項記載の太陽熱集熱装置。