JP2000205662A - 融雪機能付き真空式太陽集熱システム - Google Patents

融雪機能付き真空式太陽集熱システム

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JP2000205662A
JP2000205662A JP11039022A JP3902299A JP2000205662A JP 2000205662 A JP2000205662 A JP 2000205662A JP 11039022 A JP11039022 A JP 11039022A JP 3902299 A JP3902299 A JP 3902299A JP 2000205662 A JP2000205662 A JP 2000205662A
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vacuum
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vacuum solar
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Etsuo Kobayashi
悦雄 小林
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    • F02G2243/02—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】積雪寒冷地にも適し、過集熱した高温熱を有効
に利用できる融雪機能付き真空式太陽集熱システム。 【解決手段】積雪寒冷地に適する真空式太陽集熱器とす
るために、真空用排気源及び吸気弁と連結した吸排気管
１１をガラス円筒１２に付設することで、ガラス円筒内
の気圧を増減し対流放熱により、真空式太陽集熱器に内
設したガラス円筒表面の雪を融かす機能を有する融雪機
能付き真空式太陽集熱システムとする。真空式集熱器の
長所が夏季に欠点となる過集熱される高温熱の有効利用
として低温度差スターリング・エンジンと連動して、夏
季には高温熱で発電する。また冬季には逆運転すること
で、低温度差スターリング・ヒートポンプとして利用し
外気熱から得られる昇温熱で真空式集熱器の雪を融か
す、しかも、低温度差スターリング・エンジンに内蔵し
た真空ポンプにより、ガラス円筒の排気機能を有する融
雪機能付き真空式太陽集熱システムとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、積雪寒冷地で使用
する太陽集熱システムに関するものである。特に、冬季
期の集熱器の表面に積もった雪を融かすことにより集熱
効率の向上を図ること、夏季期の集熱器で集熱した余剰
熱の有効利用を図ることに関する融雪機能付き真空式太
陽集熱システムにある。
【０００２】
【従来の技術】近年の化石燃料の大量消費による地球環
境の汚染が懸念されている。石油系代替エネルギーとし
て、太陽エネルギーの利用は大気汚染のない有望なエネ
ルギーとして積極的に導入が進められている。太陽集熱
システムとして、比較的雪の少ない地域で使用されてい
る真空式太陽集熱システムがある。この集熱システム
は、真空ガラス管の一端から、熱媒体が流れる二重の集
熱管が挿入されている。集熱管は、大容積の貯湯式と集
熱板を付設した少容積の循環式集熱管がある。本来、太
陽エネルギーの利用は、多消費地域での使用されなけれ
ば、意味がない。真空管式集熱システムは、融雪機能が
付設されていないことにより冬季の集熱効率は著しく悪
くなること、夏季には集熱器で過集熱した余剰熱の利用
法がないことにより、通年の利用効率の悪さが指摘され
ている。
【０００３】真空式太陽集熱システムを使用する場合、
温暖地域では、通年の利用効率の高い角度として４５度
に設置して、給湯や温水プールの熱源に利用している。
夏季には負荷が少なく余剰熱による蒸気の発生があり真
空式太陽集熱システムにトラブルが発生し常に問題にな
っていた。一方、積雪寒冷地では、大量に積もる雪を避
けるために、壁面に平行に設置するケースがほとんどで
ある。冬季の集熱効率が高いが、冬季以外では、集熱効
率は低下し、太陽エネルギーが有効に利用されていな
い。従って、真空式太陽集熱システムは夏季に十分な高
温集熱が得られる特徴を有しているが、実際のところ、
本来の高温集熱機能が十分に発揮されない欠点があっ
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、積雪寒冷地でも太陽エルネギーを有効利用できる融
雪付き真空式太陽集熱システムを開示する。本発明の第
２の目的は、真空式太陽集熱システムの集放熱部により
得られた高温熱を熱源に利用して、低温度差スターリン
グ・エンジンを運転することで発電するとともに、逆運
転により、冬季に集放熱器のガラス円筒に積もった雪を
融かし通年利用効率の高い融雪機能付き真空式太陽集熱
システムを開示することにある。
【０００５】
【発明が解決するための手段】本発明の第１の要旨は、
慣行真空式太陽集熱器のガラス円筒内は対流放熱を少な
くするために、高真空になっている。しかも、放射熱を
少なくし、太陽熱の吸収効率を高めるために、集熱板に
選択吸収膜が表面処理されている。冬季間のガラス円筒
に積もった雪を融かすには、集熱板からのガラス円筒に
対流放熱による融雪熱の供給が必要となる。この融雪熱
の供給方法は、吸排気部に吸排気管によって連結してい
る一端を有するガラス円筒と、その他端から密閉挿入さ
れている、吸放熱部に熱媒体循環回路によって連結して
いる集放熱部とからなる融雪機能付き高温太陽集熱シス
テムにより可能となる。
【０００６】集放熱部に雪が積もった場合には、ガラス
円筒内部で熱対流を起こすために、吸気弁を開けて、気
体をガラス円筒に供給し大気圧とする。引き続き、ボイ
ラーもしくは貯湯槽などの吸放熱源より、集放熱部に融
雪熱を熱媒体の循環により供給する。貯湯式集放熱部の
場合には、供給熱は、集放熱部の本体表面からガラス円
筒に向かう熱対流が起こり、ガラス円筒表面にある雪を
融かす。循環式もしくはヒートパイプ式集放熱部の場合
には、供給熱は、集放熱部の集放熱板からガラス円筒に
向かう熱対流が起こり、ガラス表面にある雪を融かす。
雪が完全に融けた後、吸排気部の排気力により、窒素も
しくは空気などの気体をガラス円筒から排除して真空度
を保ち、太陽熱の集熱が可能になったところで、熱媒体
を循環させ、集放熱部で集めた高温熱を貯湯槽などの吸
放熱源に蓄熱する。
【０００７】集放熱部のガラス円筒内へ気体を導入する
方法は、吸気弁を開くことにより、行われる。又、脱気
は真空用排気源により行われる。気体は、空気や窒素ガ
スなどを使用するが、集放熱部の選択吸収膜の保護のた
めに、湿気のない窒素ガスが好ましい。この場合には、
窒素ガスを貯蔵するガスボンベを併設するとよい。な
お、ガスボンベ以外の使用では、集放熱部の選択吸収膜
を傷つけないために、吸気弁と除湿器を併用し、除湿し
た乾燥空気の使用も可能である。太陽エネルギーは集放
熱部で高温熱になり、吸放熱源へ熱媒体の循環により運
ばれる。熱媒体は、空気などの気体、もしくは、エチレ
ングリコールなどの不凍液の液体でもよい。これらのこ
とにより、積雪寒冷地でも、太陽エネルギーを通年効率
的に利用できる融雪機能付き真空式集熱システムとな
る。
【０００８】本発明の第２の要旨は、真空式太陽集熱シ
ステムの集放熱部へ連結する吸放熱源として、低温度差
スターリング・エンジンの高温側熱源を使用することに
ある。スターリング・エンジンは、熱エンジン及びヒー
トポンプとして、正逆運転ができるカルノサイクル熱機
関である。集放熱部で集熱した高温熱１３５℃は、低温
度差スターリング・エンジンの運転による発電に十分な
温度である。一方、冬季には、排気弁を開くことによ
り、ガラス円筒の内部を大気圧にしてから、低温度差ス
ターリング・エンジンの逆運転により、地下水や外気の
低温側熱源から昇温して、高温側熱源に融雪熱を発生さ
せる。発生した融雪熱を高温側熱源から集放熱部に熱媒
体回路を循環させ輸送する。この結果、集放熱部のガラ
ス円筒の表面に積もった雪を融雪することができる融雪
機能付き真空式太陽集熱システムとなる。
【０００９】一般に、スターリング・エンジンは、カル
ノサイクル熱機関であり、工場廃熱などを有効利用する
熱発電機関として、実用化が図られてきた。この中で、
低温度差スターリング・エンジンの性能は近年大幅に向
上してきた。一方、スターリング・エンジンの逆運転
は、スターリング冷凍機が既に実用化されてきている
が、ヒートポンプとしての利用は皆無であった。これ
は、逆スターリング・エンジンは、気体の膨張圧を使用
することで、コンパクト化できる電動式ヒートポンプに
比較して、、大型化しやすい欠点があったことによる。
しかしながら、電動式ヒートポンプは、低熱源が温度５
℃以下では、低温カットが働き運転が停止し、冬期間の
使用は、ほとんどの地域で使用できない。また、逆スタ
ーリング・エンジンの低温度差スターリング・ヒートポ
ンプは、低熱源の温度が零下２０℃前後で、昇温差８０
℃でも、成績係数３〜４である。電動式ヒートポンプに
比較して、とても優れた温度領域を有すること、高温熱
があれば発電もできること、しかも、積雪寒冷地にも適
し、全地域で使用できることなどの長所がある。
【００１０】冬季には、高温太陽集熱器の融雪熱とし
て、低温度差スターリング・エンジンの逆運転により、
零下２０℃の外気から、温度を４０〜６０℃ぐらいに昇
温し使用する。冬季以外には、集放熱部の温度１３５℃
で集熱された高温熱を熱源にして、低温度差スターリン
グ・エンジンを運転して発電する。もちろん、曇り日に
は、集放熱部で集熱された温度１３５℃以下の低温熱
は、貯湯槽に蓄え、給湯に利用する。冬季に使用する吸
排気源として、低温度差スターリング・エンジンのピス
トン・リングに一体化した排気弁を使用することができ
る融雪機能付き真空式太陽集熱システムである。
【００１１】
【発明の実施形態】（実施例１）本発明の融雪付き真空
式太陽集熱システムを図１によって説明する。真空式太
陽集熱器１に複数内設された太陽エネルギーを透過する
ガラス円筒１２の一端は、吸排気管１１によって、排気
弁２２が連結している真空排気ポンプ２１及び吸気弁２
３が連結している。吸放熱源３４に動力流体機３３を介
し熱媒体循環回路３１、３２によって連結している集放
熱部１３がガラス円筒１２の他端から密閉挿入されてい
る。集放熱部１３は、先端に流出口を有する循環用パイ
プ１５を密閉挿入した、集熱板１４が伝熱的に付設して
いる集放熱パイプ１６からなる。
【００１２】雪のない時期には、融雪機能付き真空式太
陽集熱システムは融雪する必要がないために、真空式太
陽集熱器１に内設されている複数のガラス円筒１２の内
部は、予め、吸気弁２３を閉め排気弁２２を開け真空用
排気源２１によって熱対流を抑える真空度に高め一定に
保持する。太陽が照り集放熱部１３と吸放熱源３４の温
度差が３度以上なったら、動力３３は作動し集熱が始ま
り、集熱された熱は吸放熱源３４に蓄熱する。温度差が
３度以下になったら、動力３３は停止し集熱も停止す
る。これは、通常に行われている太陽集熱システムと同
様である。
【００１３】冬季、雪のある時には、真空式太陽集熱シ
ステムは融雪する必要がある。夜間に、真空式太陽集熱
器１に内設されている複数のガラス円筒１２に積もった
雪を融かすために、予め、吸気弁２３を開き、排気弁２
２を閉じると、ガラス円筒１２の内部が大気圧になる。
動力流体機３３の運転より、吸放熱源３４から集放熱部
１３に融雪熱を供給する、集放熱部１３からガラス円筒
１２に向けて熱対流が起こり、真空式太陽集熱器１の複
数のガラス円筒１２に積もった雪を効率的に融雪する。
真空式太陽集熱器１にある雪が融けて、集熱可能な天気
になった時、自動的に吸気弁２３を閉め、排気弁２２を
開き真空用排気ポンプ２１を運転することにより、ガラ
ス円筒内部の真空度を高め排気弁２２閉じ一定に保持す
る。集熱機構は、前記
【００１１】の通りである。なお、気体に窒素ガスを使
用する場合には、吸気弁２３及び吸気弁２３と連結した
ガスボンベ２５を使用する。手動弁２６，２７はガスボ
ンベの使用の際の切り替え弁である。また、気体に空気
を使用する場合には、集熱板１４に表面処理した選択吸
収膜を保護するのために乾燥空気を使用する。この際、
乾燥空気を発生する除湿器２４を吸気弁２３に連結する
ことで、外気を乾燥し使用できる。除湿器は、通常使用
されるシリカゲルや電気式除湿器を用いる。
【００１４】ガラス円筒６本が内設された有効集熱面積
１．８ｍ２の真空式太陽集熱器を改良して、真空ポンプ
と連結している吸排気管をガラス円筒に付設した。集放
熱部には０．３ｍ２の集放熱板が伝熱的に付設している
直径２２ｍｍの銅管を使用した。熱源として１０００Ｋ
ｃａｌ電気ヒーターを付設した吸放熱源を使用した。さ
らに、融雪性能の比較のために、屋根の野地板上に熱媒
体用の循環パイプが伝熱的に付設された放熱板が敷設さ
れ、カラー鉄板で仕上げられた慣行の融雪システムと比
較した。この融雪付き真空式太陽集熱システムと慣行融
雪システムについて実証試験を行った。
【００１５】角度４５度に縦置きに設置した融雪付き真
空式太陽集熱システムの集熱器と慣行融雪システムの屋
根に積もった雪約２０ｃｍの融雪能力を調べた。慣行融
雪システムは６００Ｋｃａｌ電気ヒーターより温度６０
℃の温水を屋根の放熱板１ｍ２に毎分１０ｌ循環したと
ころ、一時間当たり、約２ｃｍの融雪能力であった。一
方、融雪付き真空式太陽集熱システムのガラス円筒内の
真空度を吸気弁によって、大気圧に保ち、１０００Ｋｃ
ａｌ電気ヒーターより温度６０℃の温水をガラス円筒内
の吸放熱部に毎分１０ｌ循環したところ、集熱器に積も
った雪は一時間当たり約１．５ｃｍの融雪能力があっ
た。融雪後、ガラス円筒内の真空度を真空ポンプによっ
て、０．０１パスカルに保ち、集熱を開始し、水温２０
℃を循環したところ温度６３℃の昇温となった。これら
のことから、慣行融雪システムは融雪機能だけで太陽熱
利用機能は無いのに対して、融雪付き真空式太陽集熱シ
ステムは融雪機能だけでなく、生活用の暖房・給湯の熱
源として、太陽熱が有効に利用できることが実証され
た。
【００１６】（実施例２）本発明の融雪付き真空式太陽
集熱システムに関する真空式太陽集熱器の他の例であ
る。図２は貯湯式集熱器の構造を示している。真空式太
陽集熱器１に複数内設された太陽エネルギーを透過する
ガラス円筒１２の一端は、排気弁２２が付設している真
空排気ポンプ２１及び吸気弁２３に連絡する吸排気管１
１に連結している。吸放熱源３４に動力流体機３３を介
し熱媒体循環回路３１、３２によって連結している集放
熱部１３がガラス円筒１２の他端から密閉挿入されてい
る。集放熱部１３は、先端に流出口を有する送液用パイ
プ１５を密閉挿入した選択吸収膜処理した表面を有する
集放熱円筒１６からなる。この真空式太陽集熱器は、貯
湯機能のある集放熱円筒１６を使用しているために、吸
放熱源３４に貯湯及び蓄熱機能を有する必要がない融雪
付き真空式太陽集熱システムとして使用される。なお、
この融雪付き真空式太陽集熱システムの作動機能は実施
例１と同様である。
【００１７】ガラス円筒４本が内設された有効集熱面積
０．９ｍ２の真空式太陽集熱器を改良して、真空ポンプ
と連結している吸排気管をガラス円筒に付設した。直径
２２ｍｍの送液用パイプの銅管が内蔵されている貯湯量
８０ｌの集放熱部を使用した。また、吸熱源として６０
０Ｋｃａｌ電気ヒーターを付設した吸放熱源を使用し
た。一方、融雪性能の比較のために、屋根の野地板上に
熱媒体用の循環パイプが伝熱的に付設された放熱板が敷
設され、カラー鉄板で仕上げられた慣行の融雪システム
と比較した。この融雪付き真空式太陽集熱システムと慣
行融雪システムについて実証試験を行った。
【００１８】角度４５度に縦置きに設置した融雪付き真
空式太陽集熱システムの集熱器と慣行融雪システムの屋
根に積もった雪約２０ｃｍの融雪能力を調べた。慣行融
雪システムは６００Ｋｃａｌ電気ヒーターより温度６０
℃の温水を屋根の放熱板１ｍ２に毎分１０ｌ循環したと
ころ、一時間当たり、約２ｃｍの融雪能力であった。一
方、融雪付き真空式太陽集熱システムのガラス円筒内の
真空度を吸気弁によって、大気圧に保ち、６００Ｋｃａ
ｌ電気ヒーターより温度６０℃の温水をガラス円筒内の
集放熱部に毎分１０ｌ循環したところ、集熱器に積もっ
た雪は一時間当たり約１．２ｃｍの融雪能力があった。
融雪後、ガラス円筒内の真空度を真空ポンプによって、
０．０１パスカルに保ち、集熱を開始したところ温度６
０℃の集熱ができた。これらのことから、慣行融雪シス
テムは融雪機能だけで太陽熱利用機能はないのに対して
融雪付き真空式太陽集熱システムは融雪機能だけでな
く、生活用の暖房・給湯の熱源として、太陽熱が有効に
利用できることが実証された。
【００１９】（実施例３）本発明の融雪付き真空式太陽
集熱システムに関する真空式太陽集熱器の他の例であ
る。図３はヒートパイプ集熱器の構造を示している。真
空式太陽集熱器１に複数内設された太陽エネルギーを透
過するガラス円筒１２の一端は、排気弁２２が付設して
いる真空排気ポンプ２１及び吸気弁２３に連絡する吸排
気管１１に連結している。吸放熱源３４に動力流体機３
３を介し熱媒体循環回路３１、３２によって連結してい
る集放熱部１３がガラス円筒１２の他端から密閉挿入さ
れている。集放熱部１３は、選択吸収膜処理した表面を
有する集放熱板１４が伝熱的に付設されているヒートパ
イプ１５からなる。この真空式太陽集熱器は、ヒートパ
イプの内部に封入されたガスの液体・気体の相変化によ
る熱移動現象を利用しているので横置きの水平設置とし
た。なお、この融雪付き真空式太陽集熱システムの作動
機能は実施例１と同様である。
【００２０】ガラス円筒６本が内設された有効集熱面積
１．８ｍ２の真空式太陽集熱器を改良して、真空ポンプ
と連結している吸排気管をガラス円筒に付設した。集放
熱部には０．３ｍ２の集放熱板が伝熱的に付設している
直径１８ｍｍの銅管を使用した。熱源として１０００Ｋ
ｃａｌ電気ヒーターを付設した吸放熱源を使用した。一
方、融雪性能の比較のために、屋根の野地板上に熱媒体
用の循環パイプが伝熱的に付設された放熱板が敷設さ
れ、カラー鉄板で仕上げられた慣行の融雪システムと比
較した。この融雪付き真空式太陽集熱システムと慣行融
雪システムについて実証試験を行った。
【００２１】角度４５度に横置きに設置した融雪付き真
空式太陽集熱システムの集熱器と慣行融雪システムの屋
根に積もった雪約２０ｃｍの融雪能力を調べた。慣行融
雪システムは６００Ｋｃａｌ電気ヒーターより温度６０
℃の温水を屋根の放熱板１ｍ２に毎分１０ｌ循環したと
ころ、一時間当たり、約２ｃｍの融雪能力であった。一
方、融雪付き真空式太陽集熱システムのガラス円筒内の
真空度を吸気体弁によって、大気圧に保ち、１０００Ｋ
ｃａｌ電気ヒーターより温度６０℃の温水をヒートパイ
プ・ヘッダーに毎分１０ｌ循環したところ、真空式太陽
集熱器に積もった雪は一時間当たり約１．０ｃｍの融雪
能力があった。融雪後、ガラス円筒内の真空度を真空ポ
ンプによって、０．０１パスカルに保ち、集熱を開始し
たところ水温２０℃が昇温して温度５０℃の集熱ができ
た。これらのことから、慣行融雪システムは融雪機能だ
けで太陽熱利用機能はないのに対して融雪付き真空式太
陽集熱システムは融雪機能だけでなく、生活用の暖房・
給湯の熱源として、太陽熱が有効に利用できることが実
証された。
【００２２】（実施例４）本発明の低温度差スターリン
グ・エンジンと連動した融雪付き真空式太陽集熱システ
ムを図４によって説明する。まず、低温度差スターリン
グ・エンジン４の作動原理について説明する。再生器４
５の下部空間には冷却器４４と駆動機構４２に連動した
圧縮側ピストン４３が組み込まれている。再生器４５の
上部空間には加熱器４６と駆動機構４２に連動した膨張
側ピストン４７が組み込まれている。圧縮側ピストン４
３と膨張側ピストン４７との位相差は９０度になってい
て、発電機兼駆動用モーター４２に連動している。動力
流体機３５によって吸放熱源３４から循環回路３６，３
７に熱媒体を通し加熱器４６に温度１２５℃の高温熱が
供給されるとともに、動力流体機５２によって低熱源５
１から循環回路５３，５４に熱媒体を通し冷却器４４に
温度２０℃の低温熱が供給されると、再生器４５と封入
した窒素ガスの温度によるピストン４３，４７にかかる
圧力差とにより、駆動軸４２が回転力を得て、発電機兼
駆動用モーター４２で発電される。
【００２３】夏季における真空式太陽集熱器１に内設さ
れた集放熱部１３の温度が、吸放熱源３４の温度よりも
３度以上高ければ、循環用ポンプ３３が作動して、エチ
レングリコールを使用した熱媒体が循環する熱媒体用循
環回路３１，３２を通り、集放熱部１３で集熱された高
温熱は吸放熱源３４に蓄熱される。さらに、吸放熱源３
４の温度が１３５℃以上になると高温用循環ポンプ３５
が作動して、エチレングリコールを使用した熱媒体が循
環する熱媒体用循環回路３６，３７を通り、低温度差ス
ターリング・エンジン４の加熱器４６に供給される。同
時に、地下水や外気を熱源５０にした低温熱源５１から
低温用循環ポンプ５２が作動して、エチレングリコール
を使用した熱媒体が循環する熱媒体用循環回路５３，５
４を通り、低温度差スターリング・エンジン４の冷却器
４４に供給される。この結果、低温度差スターリング・
エンジン４に内蔵された膨張側ピストン４７と圧縮側ピ
ストン４３との９０度位相差の連動により、駆動軸４２
に回転力が発生し発電機４１で発電する。
【００２４】冬季の雪のある時には、駆動用モーター４
１が発電時とは逆の回転力を低温度差スターリング・エ
ンジン４の駆動軸４２に伝えるとピストン軸４８の往復
運動により、真空用排気源２１に内蔵された吸排気弁２
０とピストン４９とにより排気力が発生する。排気弁２
２を吸気管２８から排気管２９に排気するようにし、排
気力を無負荷にすると同時に吸気弁２３を開けると、真
空式太陽集熱器１のガラス円筒内１２は大気圧になるこ
とで真空式太陽集熱器１に融雪機能が付加され融雪可能
な状態になる。駆動軸４２のもう一つの働きとして、膨
張側ピストン４７と圧縮側ピストン４３の作用によっ
て、窒素ガスの圧縮・膨張が強制的に行われる。これに
より、冷却器４４に低温源５１から低温熱が供給される
と加熱器４６に昇温された高温熱が発生する。この高温
熱は吸放熱源３４を経由し、真空式太陽集熱器１の集放
熱部１３に送られるとガラス円筒内部１２で熱対流が起
こり真空式太陽集熱器１に積もった雪の融雪が行われ
る。真空式太陽集熱器１の融雪が終了したら、吸気弁２
３を閉めて、排気弁２２を吸排気管１１から排気管１２
に排気するようにすると真空式太陽集熱器のガラス円筒
内は減圧され、真空式太陽集熱器１のガラス円筒１２は
熱ロスの少ない真空式太陽集熱器に復帰する。このよう
に、低温度差スターリング・エンジンの正運転による真
空式太陽熱発電及び逆運転による真空式太陽集熱器の融
雪もできるので太陽熱の利用効率は大幅に向上する。
【００２５】出力５０ワットの低温度差スターリング・
エンジンと、有効集熱面積７．３ｍ２の真空式太陽集熱
器を組み合わせた融雪機能付き真空式太陽集熱システム
で実証試験を行った。夏季快晴日に、真空式太陽集熱器
で得られた１３５℃の高温水と２０℃の冷却水を低温度
差スターリング・エンジンの加熱器と冷却器にそれぞれ
毎分５ｌの流量で供給したところ、４２ワットの出力が
得られた。冬季の雪日に、真空式太陽集熱器に２０ｃｍ
の雪が積もったところで、真空式太陽集熱器のガラス円
筒内を大気圧にして、低温度差スターリング・エンジン
を逆運転したスターリング・ヒートポンプとして使用
し、零下１０℃の外気から昇温して５０℃の温水を真空
式太陽集熱器の集放熱部へ循環した。事前にスターリン
グ・ヒートポンプの成績係数を調べたところ、当該使用
温度範囲では成績係数３〜４となった。午後５時より、
翌朝７時までの１４時間にわたり、融雪試験を行ったと
ころ、面積１ｍ２の雪量に換算して、約２５ｃｍの融雪
能力があることがわかった。真空式太陽集熱器の全面積
７．３ｃｍに換算すると３．４ｃｍの融雪能力になる。
この数値は小さいが、通年太陽エネルギーの利用効率の
高い真空式太陽集熱器の設置角度４５度では、積もった
雪は融雪ともに真空式太陽集熱器の表面から滑り落ち、
太陽集熱が可能となった。なお、低温度差スターリング
・エンジンの真空式排気源の排気力により、真空式太陽
集熱器のガラス円筒内は０．０１パスカルにした。当
然、真空式太陽集熱器に適応能力を有する低温度差スタ
ーリング・エンジンと連動することで十分積雪寒冷地に
適応できる融雪機能付き真空式太陽集熱システムとなる
ことが実証された。
【００２６】
【発明の効果】本発明の第１の効果は、真空式太陽集熱
器のガラス円筒内部の気体圧を増減調整することで、従
来技術では難しかった積雪寒冷地でも太陽エルネギー利
用を年間通して高効率化が図れる融雪付き真空式太陽集
熱システムにある。本発明の第２の効果は、カルノサイ
クル熱機関である低温度差スターリング・エンジンと連
動することにより、真空式太陽集熱器のガラス円筒内部
の集放熱部により得られた高温熱を熱源に利用し、低温
度差スターリング・エンジンを運転することによって発
電ができるともに、又、逆運転により、外気などの低温
熱源から昇温して真空式太陽集熱器のガラス円筒に積も
った雪を融かし通年利用効率の高い融雪付き真空式太陽
集熱システムにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の融雪付き真空式太陽集熱システムの第
１の例を示す図である。
【図２】本発明の融雪付き真空式太陽集熱器の第２の例
を示す図である。
【図３】本発明の融雪付き真空式太陽集熱器の第３の例
を示す図である。
【図４】本発明の低温度差スターリング・エンジンと連
動した融雪付き真空式太陽集熱システムの第２の例を示
す図である。
【符号の説明】
１ 真空式太陽集熱器 １１ 吸排気管 １２ ガラス円筒 １３ 集放熱部 １４ 集熱板 １５ 送液用パイプ（図１，２，４） ヒートパイプ（図３） １６ 集放熱円管 ２ 吸排気部 ２１ 吸排気源 ２２ 排気弁 ２３ 吸気弁 ２４ 除湿器 ２５ 気体用ガスボンベ ２６，２７ 手動弁 ３ 吸放熱部 ３１，３２ 集熱器用熱媒体循環回路 ３３ 動力流体機 ３４ 吸放熱源 ３５ 高温用動力流体機 ３６，３７ 高温用熱媒体用循環回路 ４ スターリング・エンジン ４１ 発電兼用駆動用モーター ４２ 駆動軸 ４３ 圧縮側ピストン ４４ 冷却器 ４５ 再生器 ４６ 加熱器 ４７ 膨張側ピストン ４８ ピストン軸 ４９ 真空発生用ピストン ５ 低温熱源部 ５０ 低温熱源用の外部熱源 ５１ 低温熱源 ５２ 低温用動力流体機 ５３，５４ 低温用熱媒体用循環回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２４Ｊ 2/00 Ｆ２４Ｊ 2/00 Ｚ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空用排気源及び吸気弁に吸排気管によ
    って連結している一端を有するガラス円筒と、そのガラ
    ス円筒の他端から密閉挿入され、吸放熱源に動力流体機
    によって熱媒体を循環させる循環回路に伝熱的に連結し
    ている集放熱部とからなることを特徴とする融雪機能付
    き真空式太陽集熱システム。
  2. 【請求項２】 集放熱板が伝熱的に付設されたヒートパ
    イプ方式、一端が閉じている外管とその他端から密閉挿
    入され内蔵された先端に流出口を有する送液用パイプと
    からなる貯湯用二重管方式、一端が閉じていて集放熱板
    が伝熱的に付設された外管とその他端から密閉挿入され
    内蔵された先端に流出口を有する送液用パイプとからな
    る循環用二重管方式による、いずれかの方式による集放
    熱部であることを特徴とする請求項１の融雪機能付き真
    空式太陽集熱システム。
  3. 【請求項３】 動力用及び発電用として使用できる正逆
    モーターに動力伝達軸よって連動しているスターリング
    ・エンジンの高温側熱源が吸放熱源であることを特徴と
    する請求項１〜２の融雪機能付き真空式太陽集熱システ
    ム。
  4. 【請求項４】 スターリング・エンジンに連動した排気
    弁により発生する排気力が真空用排気源であることを特
    徴とする請求項１〜３の融雪機能付き真空式太陽集熱シ
    ステム。
  5. 【請求項５】 ガス・ボンベを付設した真空用排気源及
    び吸気弁に連結したガラス円筒内に使用される吸排気ガ
    スとして、窒素ガスを使用したことを特徴とした請求項
    １〜４の融雪機能付き真空式太陽集熱システム。
  6. 【請求項６】 除湿器を付設した吸気弁に連結したガラ
    ス円筒内に使用される吸排気ガスとして、空気を使用し
    たことを特徴とする請求項１〜４の融雪機能付き真空式
    太陽集熱システム。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009270548A (ja) * 2008-05-12 2009-11-19 Estir:Kk 温度差発電装置
JP2010520437A (ja) * 2007-03-05 2010-06-10 コミツサリア タ レネルジー アトミーク 太陽集光器
CN101025300B (zh) * 2006-02-20 2010-12-08 淄博绿能环保设备科技有限公司 介质光热转化传导玻璃复合管承压太阳真空换能热管
CN106150936A (zh) * 2015-04-18 2016-11-23 时扬 一种太阳能光热发动机

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