JP2001221513A - 集熱装置 - Google Patents

集熱装置

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JP2001221513A
JP2001221513A JP2000033397A JP2000033397A JP2001221513A JP 2001221513 A JP2001221513 A JP 2001221513A JP 2000033397 A JP2000033397 A JP 2000033397A JP 2000033397 A JP2000033397 A JP 2000033397A JP 2001221513 A JP2001221513 A JP 2001221513A
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JP
Japan
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heat
light
heat collector
collector
reflector
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JP2000033397A
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English (en)
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Heiji Fukutake
平二 福武
Hitoshi Yano
仁司 矢野
Takeo Saito
武雄 齋藤
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Exedy Corp
Original Assignee
Exedy Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers

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  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造をもって効率的に太陽光か
ら熱を吸収して流体を昇温させることが可能な集熱装置
を提供する。 【解決手段】 管状の集熱体と、太陽に向けて開口
し、集熱体に太陽光を反射させるべくこれを囲繞する反
射板とを有する集熱装置に於ける上記管状集熱体に受光
用フィンを設け、更に該フィンの一部を反射板に固定す
ることで集熱体を反射板に位置決め・固定する構造とす
ることで、入射光の殆どを集熱体及び受光用フィンで受
けることができ、更に集熱体と反射板との位置関係が狂
うことがないことから受光(受熱)効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光を熱に変換
する集熱装置に関し、特に水などの流体を太陽光により
昇温させるべく内部に流体通路が画定された管状の集熱
体と、この集熱体に太陽光を集中的に反射する反射板と
を有する集熱装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、内部に水などを流し、これを
太陽光により昇温させるための管状の集熱体と、この集
熱体に太陽光を集中的に反射する反射板とを有する集熱
装置が太陽熱温水器などに利用されている。
【0003】また、上記反射板を、断面形状が互いに角
度θで傾く一対の放射線とインボリュート曲線とを組み
合わせてなる複合放物面(CPC:Compound
Parabolic Concentrator)とし
た集熱装置は、その集光(集熱)効率の高さから注目さ
れている(例えば米国特許第4,002,499号、ま
たは特開平11−287521号公報等参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水など
の流体は粘性が高く、伝熱性が低いため、管状の集熱体
を用いた場合、熱を受ける周縁部分のみが早期に昇温
し、管壁との温度勾配が小さくなることから中心部が低
温のままとなり、全体としては必ずしも集熱の効率が高
くならないという問題があった。強制的に管路内で流体
を混ぜる構造とすることも考えられるが、装置構造が複
雑になるばかりでなく、流路抵抗が高くなり、ポンプ等
の負担が大きくなったり、内圧が高くなることにより各
部の強度を高くしなければならない等の問題がある。
【0005】また、管の径を小さくすることも考えられ
るが、太陽の傾きによらず小径の管に効率良く集光させ
るのは困難であるばかりでなく、管の径を小さくするこ
とにより強度が低下し、撓みやすくなることから効率良
く集光させるのが困難となる。
【0006】本発明は、上記したような従来技術の問題
点を解決するべく案出されたものであり、簡単な構造を
もって効率的に太陽光から熱を吸収して流体を昇温させ
ることが可能な集熱装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
べく、本発明では、太陽光を受けて熱に変換し、流体を
昇温させるべく、内部に前記流体の通路を有する管状の
集熱体と、太陽に向けて開口し、前記集熱体に太陽光を
反射させるべくこれを囲繞する反射板とを有する集熱装
置に於いて、前記管状集熱体に受光用フィンを設け、更
に該フィンの一部を前記反射板に固定して前記集熱体を
前記反射板に位置決め・固定するものとした。これによ
り、入射光の殆どを集熱体及び受光用フィンで受けるこ
とができ、更に集熱体と反射板との位置関係が狂うこと
がない。特に前記反射板が、複合放物面(CPC:Co
mpound Parabolic Concentr
ator)を有し、前記集熱体がその理想的な集光範囲
よりも小さくなっており、かつ前記フィンが前記集熱体
で受光する部分以外の前記理想的な集光範囲全域で受光
するようになっていることで、流体内の温度差が小さく
なり、かつ熱を流体に一層集中できる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【0009】図1は、本発明に基づく第1の実施形態に
於ける太陽熱温水器に用いる集熱装置の全体構成を示す
斜視図である。この集熱装置は、上方に開口する箱状を
なすケーシング1と、その内部に並列に配置された多数
の集熱ユニット2とを有している。各集熱ユニット2
は、管状の集熱体3と、この集熱体3に太陽光を集中的
に反射するための反射板4とから構成されている。これ
ら各集熱ユニット2の各集熱体3は直列に接続され、そ
の一端がポンプ等を介して冷水の供給源に接続され、他
端が加熱された水を貯留する貯水タンクや直接暖房機等
の温水の利用先に接続されている。また、ケーシング1
の開口は光を通す透明な1枚または複数のガラス等から
なる保護・保温部材5により閉塞され、ケーシング1内
を密閉状態としている。
【0010】図2に示すように、集熱ユニット2の反射
板4は、表面が鏡面加工された薄板を、その側面部4a
が公知の複合放物面をなし、かつ底面部4bが平面状を
なす樋状となるように加工し、複数のリブで支持したも
のからなる。ここで、複合放物面とは、上記したように
その断面が、角度θをなす一対の同形状の放物線とイン
ボリュート曲線とを組み合わせてなる形状をなし、その
開口から入射した光が最も効率良く底面近傍の集熱体3
に向けて反射される形状である。本構成ではその中心部
の突起t(想像線)を省略し、一対の最底部同士間をつ
ないで平面状にしている。
【0011】本発明者らによるシミュレーションによ
り、全体が複合放物面をなす反射板は、その開口からの
入射光の平均約2.5%が集熱体3に集光しないのに比
較して本構成の反射板4は入射光の平均約10%が集熱
体3に集光しないことが分かった(図4)。即ち集光
(集熱)効率に約7.5%の差があるものの、実際には
複合放物面の形成し難さから生じる集光ロスを考慮する
とその差はほとんど問題とならない。
【0012】一方、集熱ユニット2の集熱体3は円管状
をなしている。また、図3に併せて示すように、集熱体
3は、2枚の板材を曲げ加工してなるホルダ6にその全
長に亘り挟持されている。このホルダ6には反射板4の
底面部4b方向に延出する受光用フィン6aが形成され
ている。また、受光用フィン6aの適所には集熱体3を
反射板4に対して位置決め・固定するための脚部6bが
設けられている。上記ホルダ6は2枚の板材を加工する
のみで形成できるため、その製造は容易である。
【0013】集熱体3の断面は側面部4aの複合放物面
形状から求められる円(破線)よりも小さな径の円とな
っている。そのため内部流体の中心と周縁とで温度差が
殆ど生じず、効率的に昇温させることができる。この小
径の集熱体3は、破線に示す輪郭内の上端に配置され、
受光用フィン6aは破線に示す輪郭内の下端に至ってい
る。これにより、直接または複合放物面からなる側面部
4aまたは底面部4bからの光は殆ど外部に逃げること
なく集熱体3または受光用フィン6aに入射する。ここ
で、底面部4bを平面としたことで、反射板4の開口か
ら入射した光のうち、複合放物面形状から求められる円
よりも下側を通過する光が多くなるが、その光も受光用
フィン6aで受けることにより、受光ロスを少なくする
ことができる。尚、云うまでもなく受光用フィン6aに
入射した光は熱として集熱体3に伝達される。
【0014】尚、集熱体3が小径となっていることで管
が撓むことが懸念されるが、集熱体3をホルダ6により
全長に亘り挟持し、反射板4の底面部4bに脚部6bを
もって固定しているため、集熱体3と反射板4とがその
全長に亘り理想的な位置関係を保てるようになってい
る。
【0015】図4及び図5は、本発明に基づく第2の実
施形態に於ける図2と同様な図であり、第1の実施形態
と同様に太陽熱温水器に用いる集熱装置であるが、第1
の実施形態とその全体構成は同様であり、集熱体及びホ
ルダの構造のみ異なるものであるのでそれ以外の説明を
省略する。
【0016】本構成では集熱体13が、上側管13aと
下側管13bからなり、集熱ユニット2の一端で折り返
している。そして、ホルダ16は両管13a、13bを
挟持し、それらと反射板4との位置を決め、固定してい
る。また、受光用フィン16aは両管13a、13b間
にも設けられている。
【0017】この構造により集熱ユニット2の一端側で
のみ他の集熱ユニット2と連結することができることか
ら集熱装置全体を小型化することが可能となる。
【0018】ここで、上記したように底面部4bを平面
としたことで複合放物面形状から求められる円よりも下
側を通過する光が多くなる。その光を受光用フィン16
aを介さずに直接集熱体13で受け、熱伝達効率を高め
ることを目的として、下側管13bは、側面部4aの複
合放物面形状から求められる円(破線)よりも下側に配
置されている。
【0019】図6は、本発明に基づく第3の実施形態に
於ける図2と同様な図である。本構成では、ホルダ26
が1枚の板材を曲げ加工することにより形成されてい
る。これにより加工時の部品点数が少なくなる利点があ
る。受光用フィン26a及び脚部26bの構造は第1の
実施形態と同様である。それ以外の部分の構成も第1の
実施形態と同様である。
【0020】
【発明の効果】上記した説明により明らかなように、本
発明による集熱装置によれば、管状の集熱体と、太陽に
向けて開口し、集熱体に太陽光を反射させるべくこれを
囲繞する反射板とを有する集熱装置に於ける上記管状集
熱体に受光用フィンを設け、更に該フィンの一部を反射
板に固定することで集熱体を反射板に位置決め・固定す
る構造とすることで、入射光の殆どを集熱体及び受光用
フィンで受けることができ、更に集熱体と反射板との位
置関係が狂うことがないことから受光(受熱)効率が向
上する。特に反射板の一部または全部を複合放物面と
し、集熱体をその理想的な集光範囲よりも小さくし、か
つ受光用フィンで集熱体が直接受光する部分以外の理想
的な集光範囲全域で受光するようにすることで、小径な
集熱体内の流体の中心と周縁との温度差が小さくなり、
かつ熱を流体に一層集中でき、更に効率的に流体を昇温
させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく第1の実施形態に於ける太陽熱
温水器に用いる集熱装置の全体構成を示す斜視図。
【図2】図1の集熱ユニットの断面図。
【図3】図1の集熱ユニットの一部を拡大して示す部分
断面斜視図。
【図4】本発明に基づく第2の実施形態に於ける図2と
同様な断面図。
【図5】図4の集熱ユニットの側断面図。
【図6】本発明に基づく第3の実施形態に於ける図2と
同様な断面図。
【符号の説明】
1 ケーシング 2 集熱ユニット 3 集熱体 4 反射板 4a 側面部 4b 底面部 5 保護・保温部材 6 ホルダ 6a 受光用フィン 6b 脚部 13 集熱体 16 ホルダ 16a 受光用フィン 16b 脚部 23 集熱体 26 ホルダ 26a 受光用フィン 26b 脚部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 仁司 大阪府寝屋川市木田元宮1丁目1番1号 株式会社エクセディ内 (72)発明者 齋藤 武雄 宮城県仙台市青葉区貝ヶ森5丁目5−12

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 太陽光を受けて熱に変換し、流体を昇
    温させるべく、内部に前記流体の通路を有する管状の集
    熱体と、太陽に向けて開口し、前記集熱体に太陽光を反
    射させるべくこれを囲繞する反射板とを有する集熱装置
    であって、 前記管状集熱体に受光用フィンが設けられ、該フィンの
    一部が前記反射板に固定されることにより前記集熱体を
    前記反射板に位置決め・固定していることを特徴とする
    集熱装置。
  2. 【請求項2】 前記反射板が、複合放物面(CPC:
    CompoundParabolic Concent
    rator)を有し、 前記集熱体がその理想的な集光範囲よりも小さくなって
    おり、かつ前記フィンが前記集熱体で直接受光する部分
    以外の前記理想的な集光範囲全域で受光するようになっ
    ていることを特徴とする請求項1に記載の集熱装置。
JP2000033397A 2000-02-10 2000-02-10 集熱装置 Pending JP2001221513A (ja)

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JP2000033397A JP2001221513A (ja) 2000-02-10 2000-02-10 集熱装置
US09/780,255 US20020073987A1 (en) 2000-02-10 2001-02-09 Solar energy collector assembly

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008542681A (ja) * 2005-06-02 2008-11-27 エコンセルン ビー.ブイ. 一体型の蓄熱器を有する太陽熱収集器
CN102062479B (zh) * 2009-11-17 2014-04-09 皇明太阳能股份有限公司 一种基于提前量设计的复合抛物面的高温聚热器
US11644219B2 (en) * 2016-06-24 2023-05-09 Alliance For Sustainable Energy, Llc Secondary reflectors for solar collectors and methods of making the same

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Effective date: 20050628