JPS637302B2 - - 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
放熱ロー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、エネルギー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ある。

本発明は電気、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、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を貯溜する貯溜
槽と、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太陽エネルギー
吸収材料の循環回路を構成し、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。

上記構成になる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
ネルギー吸収材料は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、強制循環手段によ
つて循環させられてまず第１の熱交換器において
顕熱エネルギーを熱交換する。この熱交換された
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。

つぎに太陽エネルギー吸収材料は太陽エネルギ
ー吸収材料の貯溜槽を経て触媒反応装置に送ら
れ、触媒反応装置において光異性化潜熱エネルギ
ーは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。そして太陽エネルギー吸収材料は再
びコレクターに送られ太陽エネルギーを吸収す
る。この動作により前記所期の目的をはたすもの
である。

以下本発明の一実施例を第１図にもとづき説明
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を設け、この循環回路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、太陽エネ
ルギー吸収材料の貯溜槽５、高温貯湯槽６内に設
けられた触媒反応装置７、第２の熱交換器８、循
環ポンプ９を順次に挿入している。そして、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１０は給水口、１１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９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
の水を加温して低温貯湯する。顕熱エネルギーを
熱交換して冷やされた太陽エネルギー吸収材料は
貯溜槽５を経て触媒反応装置７に送られ、光異性
化の逆反応をクアドリシクランに起させてノルボ
ルナジエンへもどすことにより高温の顕熱エネル
ギーを発生させる。これにより高温に暖められた
太陽エネルギー吸収材料はさらに第２の熱交換器
８に送られ、前記低温貯湯槽３から送られてきた
低温の湯と熱交換してこの低温の湯を追焚加温し
て高温の湯とし高温貯湯槽１３に貯湯させる。そ
して太陽エネルギー吸収材料は再びコレクター１
へ送られて太陽エネルギーを吸収する作用を行う
こととなる。

本発明の第２の実施例を説明する。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に低温貯湯して利用すると共に光異性化潜熱
エネルギーを逆反応により高温の顕熱エネルギー
に変換し、この高温の顕熱エネルギーを第２の熱
交換器８により熱交換して第１の蓄熱材料として
の水とは別の系統の第２の蓄熱材料としての水を
高温の湯として高温貯湯槽６に高温貯湯すること
ができる。前述の例では第１の蓄熱材料、第２の
蓄熱材料をともに水を用いたが、インヒビターを
混入した水や、プロピレングリコールや油脂等を
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、また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。

これら第１、第２の実施例において、日中、日
照のある間に、前述の作用により蓄熱材料を加温
蓄熱するとともにノルボルナジエンはクアドリシ
クランに光異性化されて、太陽エネルギー吸収材
料の貯溜槽５には光異性化潜熱エネルギーを蓄積
したクアドリシクランを含む太陽エネルギー吸収
材料が貯溜されることとなる。

たとえば本発明の第１の実施例において、高温
貯湯槽６中の高温の湯を利用しつくしたときには
低温の湯が低温貯湯槽３より送り込まれているが
夕方から朝方にかけて日照のないときでも、循環
光ポンプ９を作動させることにより、クアドリシ
クランを含む太陽エネルギー吸収材料を強制循環
し、光異性化潜熱エネルギーを高温の顕熱エネル
ギーに変換して取り出し再追い焚きすることによ
り再び高温の湯を高温貯湯槽６に貯湯し利用する
ことができる。

本発明の第３の実施例として、低温貯湯槽３や
高温貯湯槽６を設けず、熱搬送媒体により搬送し
て、暖房装置のエネルギー源として利用したり、
更に熱交換して利用することも可能である。

前述の構成における太陽エネルギー吸収材料の
流速は機器の構成により最適値が定るため一定流
速に保たれるのが普通であるが、本発明において
は太陽エネルギー吸収材料の貯溜槽５を有してい
ることから、第２図に示した本発明の実施例等に
おいて、第２の熱交換器８で瞬間熱交換を行おう
とする場合に出湯温度と出湯流速とを比例制御し
ようとするに当り、触媒反応装置における逆反応
による高温の顕熱エネルギーの発生量を増減する
ことが必要であるが、これを実現するために、循
環ポンプ９の能力を変化させて太陽エネルギー吸
収材料の循環流速を変化させる手段を設けること
により実現できる。また、高温貯湯槽６を設けた
第１図の本発明の実施例において追加、追い焚き
等で焚き上げ速度が早いことが必要とされる場合
にも循環ポンプの能力を変化させる手段を設けて
おくことは有効である。

また他の本発明の実施例を第２図に示す。本実
施例では、高温貯湯槽６を用いず、給水口１０よ
り出湯口１１へ水を流しながら熱搬送して利用す
る場合として実施できる。

第２の本発明の構成は、前述の第１の本発明の
構成に加えて、前記触媒反応装置と前記第２の熱
交換器をバイパスするバイパス回路を設け、かつ
このバイパス回路と、バイパスされるところの触
媒反応装置および第２の熱交換器の回路とを切替
える流路切替手段を設けた構成となつている。こ
の第２の本発明の作用は、第１の本発明の作用に
加えて、高温を要しないときには太陽エネルギー
吸収材料のバイパス回路を開いて太陽エネルギー
吸収材料を触媒反応装置および第２の熱交換器に
対しバイパスさせることにより太陽エネルギー吸
収材料の顕熱エネルギーの熱搬送と熱交換のみを
行うこととなり、光異性化潜熱エネルギーは蓄積
したまま循環するようになる。そして高温を要す
る場合にはバイパス回路を閉じ、太陽エネルギー
吸収材料が触媒反応装置および第２の熱交換器に
流れるよう前記流路切替手段を設定することによ
り、太陽エネルギー吸収材料に蓄積された光異性
化潜熱エネルギーを触媒反応器により逆反応を起
させて高温の顕熱エネルギーに変換し、第２の熱
交換器で熱交換して、焚き上げたり、追い焚きし
て、又、瞬間熱交換加熱して、利用することがで
きる。

第３図に前記第２の本発明の実施例を示す。図
において、１はコレクター、２は循環回路、３は
低温貯湯槽、４は第１の熱交換器、５は貯溜槽、
７は触媒反応装置、８は第２の熱交換器、９は循
環ポンプであり、前述第１図に示すものと同様に
構成されている。前記触媒反応装置７と第２の熱
交換器８の直列回路にはバイパス回路１２が並列
されており、そして触媒反応装置７と第２の熱交
換器８の直列回路およびバイパス回路１２にはそ
れぞれ、流路切替手段であるバルブ１３と１４を
設けている。

上記構成において、高温出湯を要しないときに
は１４を開き、バルブ１３を閉じることにより、
太陽エネルギー吸収材料を触媒反応装置７を経由
しないバイパス回路１２へ導き、光異性化潜熱エ
ネルギーの逆反応による変換時おこなわない。つ
ぎに高温出湯を行いたいときのみバルブ１３を開
き、バルブ１４を閉じることにより前記光異性化
潜熱エネルギーの逆反応による変換をおこなわせ
て第２の熱交換器８において瞬間熱交換を行つて
高温出湯する。

また、前記構成に替えて小容量の高温貯湯槽を
第２の熱交換器８の熱交換したエネルギー蓄積の
ため設けることも可能であり、さらに加えて、前
記流路切替手段を高温貯湯槽の温度上昇に応じる
等で自動的に制御する流路切替手段自動制御装置
を設けることによりさらに効率向上を企ることも
できる。

循環ポンプの能力を変化させる手段を設けるこ
とは第１の発明で記載したように第２の発明でも
有効である。

本発明の太陽熱集熱装置によれば、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
料により太陽エネルギーを顕熱エネルギーと、光
異性化潜熱エネルギーとして吸収するから、太陽
エネルギーの吸収効率が良いものとなる効果があ
る。また、前記顕熱エネルギーを熱交換して低温
蓄熱したり、他へ搬送して利用するとともに、前
記光異性化潜熱エネルギーを逆反応により高温の
顕熱エネルギーに変換して高温蓄熱したり、前記
低温蓄熱した蓄熱材料を追い焚きしたりして、電
気、ガス、石油等の他のエネルギーを熱源として
利用することなしに太陽エネルギーを熱源として
高温を得ることができる効果を有する。さらには
太陽エネルギー貯溜槽５を有することから、これ
に光異性化潜熱エネルギーを蓄積したクアドリシ
クランを含む太陽エネルギー吸収材料を貯溜させ
ることにより、夕方から朝方にかけて日照のない
時でも、一旦高温貯湯槽６の湯を使い切つた後で
も循環ポンプ９を作動することにより、電気、ガ
ス、石油等の他のエネルギーを熱源とすることな
しに太陽エネルギーを熱源として焚きあげて利用
できるという効果を有するものであり、省エネル
ギーで効率の良い、しかも高温のえられる太陽熱
集熱装置の提供を可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例の太陽熱集熱装
置の回路図、第２図は他の実施例の太陽熱集熱装
置の回路図、第３図は第２の発明の太陽熱集熱装
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……貯溜
槽、６……高温貯湯槽、７……触媒反応装置、８
……第２の熱交換器、９……循環ポンプ、１２…
…バイパス回路、１３，１４……バルブ。

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貯溜槽と、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
   次配管結合して太陽エネルギー吸収材料の循環回
   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 強制循環手段は循環ポンプよりなり、かつ、
   ポンプ能力可変に構成してなる特許請求の範囲第
   １項記載の太陽熱集熱装置。 ３ 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貯溜槽と、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
   次配管結合して太陽エネルギー吸収材料の循環回
   路を構成し、前記循環回路の一部に強制循環手段
   を設けるとともに前記触媒反応装置と第２の熱交
   換器をバイパスするバイパス回路を設け、かつ、
   このバイパス回路と触媒反応装置・第２の熱交換
   器の回路を切替える流路切替手段を設けた太陽熱
   集熱装置。 ４ 流路切替手段は制御装置を有する特許請求の
   範囲第３項記載の太陽熱集熱装置。