JP2002228271A - 集熱装置用反射面部材及びその製造方法 - Google Patents
集熱装置用反射面部材及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 製造が容易であり、集光（集熱）効率
を損なうことなく集熱体に太陽光を効率良く反射可能な
集熱装置用反射面部材を提供する。 【解決手段】 内部に流体の通路を有する管状の集熱
体３及びこれを部分的に囲繞する反射面部材４とを具備
する集熱ユニット２が１つまたは複数設けられた集熱装
置用反射面部材を、樹脂材を成形してなると共に樋状溝
とその背面を覆う断熱層とを有するフレーム部４１と、
このフレーム部の樋状溝に嵌め込まれた反射板４２とを
有する構成とすることで、高い保温性を有する高精度の
反射面部材を安価に製造できる。特にフレーム部４１と
反射板４２の背面との間に部分的に空隙を形成すること
で、嵌め込み時の逃げとして機能すると共に熱膨張係数
の異なる樹脂と金属とを組み合わせても使用中の熱変形
の際に逃げとして機能し、熱応力による破損等を防止で
き、形状安定性が向上し、延いては集熱装置の信頼性が
向上する。
を損なうことなく集熱体に太陽光を効率良く反射可能な
集熱装置用反射面部材を提供する。 【解決手段】 内部に流体の通路を有する管状の集熱
体３及びこれを部分的に囲繞する反射面部材４とを具備
する集熱ユニット２が１つまたは複数設けられた集熱装
置用反射面部材を、樹脂材を成形してなると共に樋状溝
とその背面を覆う断熱層とを有するフレーム部４１と、
このフレーム部の樋状溝に嵌め込まれた反射板４２とを
有する構成とすることで、高い保温性を有する高精度の
反射面部材を安価に製造できる。特にフレーム部４１と
反射板４２の背面との間に部分的に空隙を形成すること
で、嵌め込み時の逃げとして機能すると共に熱膨張係数
の異なる樹脂と金属とを組み合わせても使用中の熱変形
の際に逃げとして機能し、熱応力による破損等を防止で
き、形状安定性が向上し、延いては集熱装置の信頼性が
向上する。
Description
【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
体に太陽光を集中的に反射する反射面部材及びその製造
方法に関するものである。
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
体に太陽光を集中的に反射する反射面部材及びその製造
方法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。
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、上記反射板の反射面を、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
わせてなる断面を有する複合放物面（ＣＰＣ：Ｃｏｍｐ
ｏｕｎｄ Ｐａｒａｂｏｌｉｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔ
ｏｒ）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４，００２，４
９９号、または特開平１１−２８７５２１号公報等参
照）。このような反射板は、その反射効率を更に向上す
るべく反射面を鏡面加工してある。
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
わせてなる断面を有する複合放物面（ＣＰＣ：Ｃｏｍｐ
ｏｕｎｄ Ｐａｒａｂｏｌｉｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔ
ｏｒ）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４，００２，４
９９号、または特開平１１−２８７５２１号公報等参
照）。このような反射板は、その反射効率を更に向上す
るべく反射面を鏡面加工してある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記反射板を製造する
のに、上記曲面は形状が複雑であるため、従来はロール
加工により大まかな加工を施した後、上記したような曲
面形状にプレス加工し、その後反射面を表面（鏡面）加
工し、その形状を維持するためにリブで補強していた
が、２種類の加工が厄介であり、また、反射面の鏡面加
工も著しく面倒であり、必ずしも効率良く集熱体に光を
集めることができる反射板を安定して得ることができな
かった。
のに、上記曲面は形状が複雑であるため、従来はロール
加工により大まかな加工を施した後、上記したような曲
面形状にプレス加工し、その後反射面を表面（鏡面）加
工し、その形状を維持するためにリブで補強していた
が、２種類の加工が厄介であり、また、反射面の鏡面加
工も著しく面倒であり、必ずしも効率良く集熱体に光を
集めることができる反射板を安定して得ることができな
かった。
【０００５】一方、上記したような集熱装置にあって
は、その集熱効率を高める上で可能な限り放熱を抑える
必要があるため、例えばケーシング全体を外部と密閉し
て断熱するような構成が一般的であるが、単にケーシン
グを密閉するのみではその放熱量が依然多く、集熱効率
を必ずしも高めることはできなかった。特に例えば極寒
の地域、冬季にはその放熱量は大きい。
は、その集熱効率を高める上で可能な限り放熱を抑える
必要があるため、例えばケーシング全体を外部と密閉し
て断熱するような構成が一般的であるが、単にケーシン
グを密閉するのみではその放熱量が依然多く、集熱効率
を必ずしも高めることはできなかった。特に例えば極寒
の地域、冬季にはその放熱量は大きい。
【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、製造が容易で
あり、集光（集熱）効率を損なうことなく集熱体に太陽
光を効率良く反射可能な反射面部材を提供することを目
的とする。
点を解決するべく案出されたものであり、製造が容易で
あり、集光（集熱）効率を損なうことなく集熱体に太陽
光を効率良く反射可能な反射面部材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、前記集熱体に太陽光を反射させるべくこれを
部分的に囲繞する反射面部材とを具備する集熱ユニット
が１つまたは複数設けられた集熱装置用反射面部材であ
って、樹脂材を成形してなり、樋状溝とその背面を覆う
断熱層とを有するフレーム部と、該フレーム部の前記樋
状溝に嵌め込まれた反射板とを有するものとした。これ
により、フレーム部の型による成形及び反射板の大まか
な加工及びフレーム部への嵌め込みのみで高い保温性を
有する高精度の反射面部材を製造できる。特に前記フレ
ーム部と前記反射板の背面との間に部分的に空隙が形成
されていることで、嵌め込み時の逃げとして機能すると
共に熱膨張係数の異なる樹脂と金属とを組み合わせても
使用中の熱変形の際に逃げとして機能し、熱応力による
破損等を防止できる。
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、前記集熱体に太陽光を反射させるべくこれを
部分的に囲繞する反射面部材とを具備する集熱ユニット
が１つまたは複数設けられた集熱装置用反射面部材であ
って、樹脂材を成形してなり、樋状溝とその背面を覆う
断熱層とを有するフレーム部と、該フレーム部の前記樋
状溝に嵌め込まれた反射板とを有するものとした。これ
により、フレーム部の型による成形及び反射板の大まか
な加工及びフレーム部への嵌め込みのみで高い保温性を
有する高精度の反射面部材を製造できる。特に前記フレ
ーム部と前記反射板の背面との間に部分的に空隙が形成
されていることで、嵌め込み時の逃げとして機能すると
共に熱膨張係数の異なる樹脂と金属とを組み合わせても
使用中の熱変形の際に逃げとして機能し、熱応力による
破損等を防止できる。
【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。
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、本発明が適用された太陽熱温水器
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、円管状の集熱体
３と、この集熱体３に太陽光を集中的に反射するための
反射面部材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。実際には各熱体３は並列に結合し
たり、複数の直列に結合した集熱体３を並列に結合した
り、複数の並列に結合した集熱体３を直列に結合しても
良い。また、ケーシング１の開口は光を通す透明な１枚
または複数枚の重ねられたガラス等からなるカバー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。
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、円管状の集熱体
３と、この集熱体３に太陽光を集中的に反射するための
反射面部材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。実際には各熱体３は並列に結合し
たり、複数の直列に結合した集熱体３を並列に結合した
り、複数の並列に結合した集熱体３を直列に結合しても
良い。また、ケーシング１の開口は光を通す透明な１枚
または複数枚の重ねられたガラス等からなるカバー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
面部材４は、発泡ウレタン等の断熱性の高い樹脂材を図
示されない型により成形し、断熱層４１ａを有するフレ
ーム部４１と、そのフレーム部４１の樋状溝４１ｂに嵌
め込まれ、表面を鏡面加工された金属板からなる反射板
４２とを有している。フレーム部４１と反射板４２の背
面との間には後記するように、部分的に空隙４１ｃが形
成されている。
面部材４は、発泡ウレタン等の断熱性の高い樹脂材を図
示されない型により成形し、断熱層４１ａを有するフレ
ーム部４１と、そのフレーム部４１の樋状溝４１ｂに嵌
め込まれ、表面を鏡面加工された金属板からなる反射板
４２とを有している。フレーム部４１と反射板４２の背
面との間には後記するように、部分的に空隙４１ｃが形
成されている。
【００１１】ここで、樋状溝４１ｂは、反射板４２を嵌
め込んだ状態でその反射面４２ａが複合放物面（ＣＰ
Ｃ）となるように成形されている。この複合放物面と
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（側面部４２ｂ）とインボリュート曲線
（底面部４２ｃ）とを組み合わせてなる形状をなし、底
面中央には突条４２ｄが設けられている。これは反射面
部材４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（例えば米国特
許第４，００２，４９９号参照）。中心部の突条４２ｄ
は理想的には集熱体３に接すると良いが、接することに
より放熱し、熱損失することを防止するべくその先端を
低くしてやや離間させている（ギャップ）。
め込んだ状態でその反射面４２ａが複合放物面（ＣＰ
Ｃ）となるように成形されている。この複合放物面と
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（側面部４２ｂ）とインボリュート曲線
（底面部４２ｃ）とを組み合わせてなる形状をなし、底
面中央には突条４２ｄが設けられている。これは反射面
部材４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（例えば米国特
許第４，００２，４９９号参照）。中心部の突条４２ｄ
は理想的には集熱体３に接すると良いが、接することに
より放熱し、熱損失することを防止するべくその先端を
低くしてやや離間させている（ギャップ）。
【００１２】上記したような集熱ユニット２をケーシン
グ１内に受容することで、該ケーシング１内を断熱材で
充填したのと同様にその保温効果が高くなり、集熱効率
が向上する。
グ１内に受容することで、該ケーシング１内を断熱材で
充填したのと同様にその保温効果が高くなり、集熱効率
が向上する。
【００１３】尚、上記構成ではケーシング１内に複数の
集熱ユニット２を受容したが、例えば集熱ユニット２の
開口に透光性のユニットカバーを設け、内部を密閉すれ
ば、単体で集熱装置として使用することもでき、また、
複数の集熱ユニット２を直列または並列に接続して集熱
装置として使用することもできる。
集熱ユニット２を受容したが、例えば集熱ユニット２の
開口に透光性のユニットカバーを設け、内部を密閉すれ
ば、単体で集熱装置として使用することもでき、また、
複数の集熱ユニット２を直列または並列に接続して集熱
装置として使用することもできる。
【００１４】以下に、上記反射面部材４の組み立て手順
について説明する。まず、発泡ウレタン等の断熱性の高
い樹脂材からフレーム部４１を成形する。一方、図３に
示すように、平板状の反射板４２を上型１０及び下型１
１によりプレス成形して比較的曲率の大きな突条４２ｄ
及びその周辺部を形成する。そして、反射板４２をフレ
ーム部４１の樋状溝４１ｂに嵌め込み、反射面部材４が
完成する。ここで、フレーム部４１と反射板４２の背面
との間に部分的に空隙４１ｃが形成されており、この空
隙４１ｃが、嵌め込み時の逃げとして機能すると共に、
熱膨張係数の異なる樹脂と金属とを組み合わせても使用
中の熱変形の際に逃げとして機能し、熱応力による破損
等を防止できるようになっている。尚、符号４１ｄは、
フレーム部４１に嵌め込んだ反射板４２を抜け止めする
ための突起である。
について説明する。まず、発泡ウレタン等の断熱性の高
い樹脂材からフレーム部４１を成形する。一方、図３に
示すように、平板状の反射板４２を上型１０及び下型１
１によりプレス成形して比較的曲率の大きな突条４２ｄ
及びその周辺部を形成する。そして、反射板４２をフレ
ーム部４１の樋状溝４１ｂに嵌め込み、反射面部材４が
完成する。ここで、フレーム部４１と反射板４２の背面
との間に部分的に空隙４１ｃが形成されており、この空
隙４１ｃが、嵌め込み時の逃げとして機能すると共に、
熱膨張係数の異なる樹脂と金属とを組み合わせても使用
中の熱変形の際に逃げとして機能し、熱応力による破損
等を防止できるようになっている。尚、符号４１ｄは、
フレーム部４１に嵌め込んだ反射板４２を抜け止めする
ための突起である。
【００１５】また、上記構成ではフレーム部４１が弾性
変形して、即ち材料全体の弾発力を利用して反射板４２
を弾発支持しているが、別の構成として、図４に示すよ
うに樋状溝４１ｂの底部に多数の弾性突起４１ｅを形成
し、この弾性突起４１ｅにより反射板４２を弾性支持す
るようにしても良い。この場合、多数の弾性突起４１ｅ
により反射板４２とフレーム部４１内壁との間に画定さ
れる空隙が上記空隙４１ｃと同様に嵌め込み時の逃げと
して機能すると共に、熱膨張係数の異なる樹脂と金属と
を組み合わせても使用中の熱変形の際に逃げとして機能
することから、別途上記したような空隙４１ｃを設ける
必要はない。
変形して、即ち材料全体の弾発力を利用して反射板４２
を弾発支持しているが、別の構成として、図４に示すよ
うに樋状溝４１ｂの底部に多数の弾性突起４１ｅを形成
し、この弾性突起４１ｅにより反射板４２を弾性支持す
るようにしても良い。この場合、多数の弾性突起４１ｅ
により反射板４２とフレーム部４１内壁との間に画定さ
れる空隙が上記空隙４１ｃと同様に嵌め込み時の逃げと
して機能すると共に、熱膨張係数の異なる樹脂と金属と
を組み合わせても使用中の熱変形の際に逃げとして機能
することから、別途上記したような空隙４１ｃを設ける
必要はない。
【００１６】
【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用反射面部材によれば、内部に流体
の通路を有する管状の集熱体及びこれを部分的に囲繞す
る反射面部材とを具備する集熱ユニットが１つまたは複
数設けられた集熱装置用反射面部材を、樹脂材を成形し
てなると共に樋状溝とその背面を覆う断熱層とを有する
フレーム部と、このフレーム部に嵌め込まれた反射板と
を有する構成とすることで、フレーム部の型による成形
及び反射板の大まかな加工及びフレーム部への嵌め込み
のみで高い保温性を有する高精度の反射面部材を安価に
製造できる。特にフレーム部と反射板の背面との間に部
分的に空隙を形成することで、嵌め込み時の逃げとして
機能すると共に熱膨張係数の異なる樹脂と金属とを組み
合わせても使用中の熱変形の際に逃げとして機能し、熱
応力による破損等を防止でき、形状安定性が向上し、延
いては集熱装置の信頼性が向上する。
発明による集熱装置用反射面部材によれば、内部に流体
の通路を有する管状の集熱体及びこれを部分的に囲繞す
る反射面部材とを具備する集熱ユニットが１つまたは複
数設けられた集熱装置用反射面部材を、樹脂材を成形し
てなると共に樋状溝とその背面を覆う断熱層とを有する
フレーム部と、このフレーム部に嵌め込まれた反射板と
を有する構成とすることで、フレーム部の型による成形
及び反射板の大まかな加工及びフレーム部への嵌め込み
のみで高い保温性を有する高精度の反射面部材を安価に
製造できる。特にフレーム部と反射板の背面との間に部
分的に空隙を形成することで、嵌め込み時の逃げとして
機能すると共に熱膨張係数の異なる樹脂と金属とを組み
合わせても使用中の熱変形の際に逃げとして機能し、熱
応力による破損等を防止でき、形状安定性が向上し、延
いては集熱装置の信頼性が向上する。
【図１】本発明が適用された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。
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の集熱ユニットの反射面部材の製造手順を
説明する図。
説明する図。
【図４】本発明の別の実施形態を示す図３と同様な図。
１ ケーシング ２ 集熱ユニット ３ 集熱体 ４ 反射面部材 ４１ フレーム部 ４１ａ 断熱層 ４１ｂ 樋状溝 ４１ｃ 空隙 ４１ｄ 抜け止め用突起 ４１ｅ 弾性突起 ４２ 反射板 ４２ａ 反射面 ４２ｂ 側面部 ４２ｃ 底面部 ４２ｄ 突条 ５ カバー
Claims (4)
- 【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、前記集熱体に太陽光を反射させるべくこれを部
分的に囲繞する反射面部材とを具備する集熱ユニットが
１つまたは複数設けられた集熱装置用反射面部材であっ
て、 樹脂材を成形してなり、樋状溝とその背面を覆う断熱層
とを有するフレーム部と、該フレーム部の前記樋状溝に
嵌め込まれた反射板とを有することを特徴とする集熱装
置用反射面部材。 - 【請求項２】 前記フレーム部と前記反射板の背面と
の間に部分的に空隙が形成されていることを特徴とする
請求項１に記載の集熱装置用反射面部材。 - 【請求項３】 前記反射面が、該集熱体に沿って延在
し、これを囲繞するべく、側面部で一対の同形状の放物
線をなし、かつ底面部で、インボリュート曲線をなし、
該底面部中央に突条を有する断面の複合放物面（ＣＰ
Ｃ：Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｐａｒａｂｏｌｉｃ Ｃｏｎｃ
ｅｎｔｒａｔｏｒ）をなすことを特徴とする請求項１に
記載の集熱装置用反射面部材。 - 【請求項４】 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、前記集熱体に太陽光を反射させるべくこれを部
分的に囲繞する反射面部材とを具備する集熱ユニットが
１つまたは複数設けられた集熱装置用反射面部材の製造
方法であって、 樹脂材を成形してなり、樋状溝とその背面を覆う断熱層
とを有するフレーム部の前記樋状溝に、反射板を嵌め込
むことにより反射面の形状を確定することを特徴とする
集熱装置用反射面部材の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001027742A JP2002228271A (ja) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | 集熱装置用反射面部材及びその製造方法 |
| US10/055,046 US20020124842A1 (en) | 2001-02-05 | 2002-02-04 | Radiation heat collector and method for making the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001027742A JP2002228271A (ja) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | 集熱装置用反射面部材及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002228271A true JP2002228271A (ja) | 2002-08-14 |
Family
ID=18892347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001027742A Pending JP2002228271A (ja) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | 集熱装置用反射面部材及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020124842A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002228271A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008057823A (ja) * | 2006-08-30 | 2008-03-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 太陽熱集熱器およびそれを用いた太陽熱利用装置 |
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