JPS637305B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽熱を集熱し、給湯あるいは暖、冷
房等に供する太陽熱集熱装置に関するものであ
る。

従来の太陽熱集熱装置は太陽熱を吸収する黒体
塗膜や選択吸収膜を表面に形成したコレクターで
顕熱として吸収し、吸収された熱エネルギーを熱
搬送材料で搬送して、熱交換器を有する貯湯槽で
水を暖めて湯とする形式のもので、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
あつた。このような装置では高温貯湯する場合に
は放熱ロスが大きくなりがちで、この放熱を抑え
るための保温コストを大とし、一方、低温貯湯し
高温出湯するためには、追焚のために電気ガス石
油等のエネルギーを要するものであつた。

本発明は、このような問題に留意し、低温で熱
エネルギーを蓄積するとともに、太陽エネルギー
を熱源として用いた追焚き機構を有し高温出湯を
可能とする省エネルギー度の高い効率的な太陽熱
集熱装置を提供することを目的とするものであ
る。前記の目的を達成するため、本発明はエネル
ギー搬送媒体として光異性体材料に着色物質を分
散させ、コレクターにおいて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を強制循環する第１の回路
と、前記第１の回路に並列に接続されて太陽エネ
ルギー吸収材料を強制循環する第２の回路を備
え、前記第１の回路に太陽エネルギー吸収材料の
顕熱を熱交換する第１の熱交換器を設け、第２の
回路に太陽エネルギー吸収材料の光異性化潜熱を
熱エネルギーに変換する触媒反応器と、前記熱エ
ネルギーを熱交換する第２の熱交換器を設けた太
陽熱集熱器の構成としたものである。

この構成によりロスの少い貯湯方式を用いなが
ら省エネルギーの高温出湯等を可能にし、特に顕
熱エネルギーと潜熱エネルギーをそれぞれ個々に
熱交換し、それらの変換が独立して行なわれ、し
たがつて、顕熱エネルギーと潜熱エネルギーの熱
交換をそれぞれ調整して所望の温度の湯などを得
られるという効果をもつものである。

上記構成になる本発明の太陽集熱装置の作用
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光を
受けると、光異性体材料がその光エネルギーによ
り光異性化反応を起し、光異性化潜熱エネルギー
として太陽エネルギーを吸収するとともに、着色
物質は同様にして顕熱エネルギーとして太陽エネ
ルギーを吸収し、太陽エネルギー吸収材料に熱エ
ネルギーを吸収する。この太陽エネルギー吸収材
料は強制循環手段によつて循環させられ、第１の
熱交換器に送られて顕熱エネルギーを交換させた
熱エネルギーは、一例として給湯用として蓄積さ
れたり、また他の例として暖房用として搬送され
たりして利用される。而して冷やされた太陽エネ
ルギー吸収材料は再びコレクターへ送られてゆく
こととなる。光異性体材料の光異性化反応は、必
らずしも１回の循環では全量が反応するとは限ら
ないが、複数面の循環のうちには完了し光異性化
潜熱を蓄積完了する。

光異性化潜熱を蓄積した光異性体材料を触媒反
応器へ導き逆反応を起させて光異性化潜熱エネル
ギーを熱エネルギーに変換し、第２の熱交換器に
おいて熱交換を行わせることによりたとえば追焚
き機能を発揮させることができる。一例として通
常高い温度を必要としない場合にはこのエネルギ
ー変換及び第２の熱交換器による熱交換は行なわ
ず、高い温度を必要とするときのみこのエネルギ
ー変換を行い追焚きすることができる。

また他の例として、第１の熱交換器により暖め
られた蓄熱材料を第２の熱交換器によりさらに加
熱昇温させて蓄積することも可能であり、また、
低温と高温の２レンジの蓄積をしてそれぞれの温
度レンジ毎に利用することも可能である。

たとえば風呂用の給湯に於いては40℃強の低温
給湯をし、炊事用として80℃程度の高温給湯をす
る場合はこれに当てはまり、風呂用としては多量
の湯を用いるが炊事用は比較的少量の湯ですむた
め、光異性体材料に蓄積しうる光異性化潜熱量が
少いものであつても十分に活用できる。

以下本発明の一実施例を第１図により説明す
る。図において１はコレクターであり、エネルギ
ー搬送媒体を循環させる第１の回路２を接続して
いる。前記第１の回路２中には低温貯湯槽３の内
部に装置されたところの第１の熱交換器４を挿入
してあり、また、この第１の回路にはエネルギー
搬送媒体を強制循環させるためその第１の循環ポ
ンプ５を設けている。前記第１の回路２には、第
１の循環ポンプ５をバイパスするように第２の回
路６を並列に接続している。この第２の回路６に
は第２の循環ポンプ７と、触媒反応器９と、第２
の熱交換器１０を設けてあり、前記第２の熱交換
器１０は貯湯槽３の給湯回路１１に設けられてい
る。

なお図中の１２は給水口、１３は給湯口であ
る。前記エネルギー搬送媒体としては光異性体材
料に着色物質たとえばカーボンを分散させ、着色
物質にて太陽エネルギーを顕熱エネルギーとして
吸収し、また光異性体材料によつて太陽エネルギ
ーを光異性化潜熱エネルギーとして吸収する太陽
エネルギー吸収材料を用いる。

前記光異性体材料としては、 １ ノルボルナジエン→クワドリンクラン系異性
化反応を利用 ２ シス−トランス異性化反応を利用 ３ 分子内ビアントラセンの形成を利用した反応 ４ 芳香核異性化を利用 ５ １・３ジエンの異性化を利用 ６ （２＋２）型光環化付加反応を利用 などが知られているが、いずれの系の適用も可能
である。

以下の説明は、ノルボルナジエン系を中心に行
なう。また、光異性体材料は、同時に、光反応の
増感剤を含んでも良い。ただし、この増感剤は着
色物質とは全くその目的が違うため、区別する必
要がある。

コレクター１はたとえば第２図に示す構造のも
のを用いる。すなわち下面に遠赤外線を反射する
選択透過膜１４を設けた白色板ガラス１５と外殼
１６により函体を形成し、その内部に白色板ガラ
ス１７とステンレス板１８とでエネルギー搬送媒
体の流路１９を形成し、前記流路１９の下方には
断熱材２０、アルミシートなどよりなる赤外線反
射板２１、断熱材２２を配置してなつている。

つぎにその動作を説明する。

光異性体材料にノルボルナジエンを用い、この
光異性体材料に着色物質としてカーボン粒子を分
散させて太陽エネルギー吸収材料とし、コレクタ
ー１で太陽エネルギーを光異性体材料に光異性化
潜熱として吸収させるとクアドリシクランに変化
することにより光異性化潜熱エネルギーを蓄積す
る。同時にカーボン粒子は太陽エネルギーを顕熱
エネルギーとして吸収し、太陽エネルギー吸収材
料にエネルギーを蓄積する。太陽エネルギーを蓄
積した太陽エネルギー吸収材料は第１の回路２を
通つて第１の熱交換器４に送り込まれ低温貯湯槽
３中の水と熱交換して冷やされて第１の循環ポン
プ５によりコレクター１へ再び送り込まれる。

ノルボルナジエンからクアドリシクランへの光
異化反応は必らずしも１回の循環では全量が反応
を完了しないが、複数回の循環のうちには反応を
完了し、光異性化潜熱エネルギーとして太陽エネ
ルギーを蓄積する。低温貯湯槽３中の水もこの間
に暖められてたとえば50℃程度の湯として貯湯さ
れる。風呂の浴槽への給湯の場合は、この湯を直
接利用すれば十分であるが、風呂の浴槽への足し
湯であるとか、炊事用の湯としてより高温の湯を
利用したい場合には、第２の循環ポンプの作動に
よりクアドリシクランを触媒反応器９へ送り込む
ことによりノルボルナジエンへの逆反応を起させ
光異性化潜熱を顕熱エネルギーに変換し、第２の
熱交換器１０で、貯湯した湯を追焚きして出湯す
ることにより高温の湯を得ることができる。

なお、この実施例において、図示していない
が、第２の熱交換器１０を内蔵する高温貯湯槽を
設け、低温と高温の２つの温度レンジの貯湯を行
い、それぞれの温度の湯を出湯できるようにする
ことも有用である。この場合、追焚きをする方式
よりも多量の湯の出湯を可能とするとともに、ノ
ルボルナジエンのクアドリシクランへの光異性化
反応を飽和させることなく顕熱エネルギーに変換
して高温貯湯することにより高温顕熱エネルギー
の収量を増加させる効果を有する。

第３図は本発明の他の実施例を示し、このもの
は第１、第２の熱交換器がそれぞれ一対のもの４
ａ，４ｂ，１０ａ，１０ｂよりなるものであつ
て、相対応する熱交換器相互４ａと４ｂ，１０ａ
と１０ｂを独立した熱搬送体用配管２４，２５で
連続させ、光異性体材料と水とを直接熱交換せ
ず、プロピレングリコール等の比較的食品安全性
の高い熱搬送材料を介して間接的に熱交換をする
ようにしたものである。

このように間接的に熱交換をすることは熱交換
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、万が一に熱交換器に穴があく等
の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。

なお前記実施例において太陽エネルギー吸収材
料として光異性体材料に混入する着色物質をカー
ボン粒子としているが、他の着色顔料粒子や酸化
金属粒子等を用いることもできる。すなわち、太
陽光波長域に吸収性を持ち、光異性化反応には悪
影響を及ぼさない顔料であればよい。

また、光異性体材料としては、ノルボルナジエ
ンの代りにジメチル、ジシアノノルボルナジエン
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。

本発明の太陽熱集熱装置によれば、ロスの少い
貯湯式方式を用いながら、かつ、他の電気、ガ
ス、石油等のエネルギーを利用することなしに、
たとえば追焚きをすることができ、省エネルギー
の高温出湯を可能とする効果をもつものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の太陽熱集熱装置の回路図、第
２図はコレクターの要部断面図、第３図は本発明
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……第１の回路、３……
貯湯槽、４……第１の熱交換器、５……第１の循
環ポンプ、６……第２の回路、７……第２の循環
ポンプ、９……触媒反応器、１０……第２の熱交
換器、１１……給湯回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エネルギー搬送媒体として光異性体材料に着
   色物質を分散させ、コレクターにおいて太陽エネ
   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を強制循環する
   第１の回路と、前記第１の回路に並列に接続され
   て太陽エネルギー吸収材料を強制循環する第２の
   回路を備え、前記第１の回路に太陽エネルギー吸
   収材料の顕熱を熱交換する第１の熱交換器を設
   け、第２の回路に太陽エネルギー吸収材料の光異
   性化潜熱を熱エネルギーに変換する触媒反応器
   と、前記熱エネルギーを熱交換する第２の熱交換
   器を設けてなる太陽熱集熱装置。 ２ 第１の熱交換器は低温貯湯槽を負荷とした特
   許請求の範囲第１項記載の太陽熱集熱装置。 ３ 第１の熱交換器は低温貯湯槽を負荷とし、前
   記第２の熱交換器は高温貯湯槽を負荷とした特許
   請求の範囲第１項記載の太陽熱集熱装置。 ４ 第１の熱交換器と第２の熱交換器はそれぞれ
   一対の熱交換器よりなり、各一対の熱交換器が独
   立した熱搬送媒体通路で接続されてなる特許請求
   の範囲第１項記載の太陽熱集熱装置。 ５ 第２の回路は第１の回路の強制循環手段に対
   してバイパス回路をなす特許請求の範囲第１項に
   記載の太陽熱集熱装置。