JP2004108747A - 平板式太陽熱収集装置及び太陽熱収集システム - Google Patents

Abstract

【課題】少量の液体で大量の熱を移送できるようにし、集熱板の熱が直接熱媒体に伝わるようにして効率を上げ、即応性を上げることを課題とする。
【解決手段】太陽光の熱を受ける平板の集熱板を有する平板式太陽熱収集装置において、集熱板６と、集熱板６に気密に取り付けた環状のケース１０とからなり、内部に蒸気発生室５を形成した集熱器４を備える。
蒸気発生室５内の集熱板６に布状の給水膜７を張り付け、蒸気発生室５内の熱媒体が給水膜７により集熱板６に接して蒸気になるように構成した。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は平板式太陽熱収集装置及び太陽熱収集システム、特に、太陽熱を収集した集熱板から熱エネルギーを外部に取り出す技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の代表的な平板式太陽熱収集装置としては、太陽熱温水器が挙げられる。この装置では、平板でできた集熱板に吸収された太陽熱を、集熱板の表面或いは裏面に接触して取り付けられた、金属製のパイプの内部に流される液体に伝え、温度の上がった液体の熱媒体をパイプによって外部に取り出してその熱を利用し、取り出された液体の熱媒体の代わりに、熱媒体の入り口から新たに温度の低い液体の熱媒体が送り込まれる。このようにして、液体を熱媒体として循環させて、太陽エネルギーを外部に取り出していた。
【０００３】
従来の平板式太陽熱収集装置には高度の真空を用いて集熱板の収集した太陽熱を逃げないように断熱しているものはなかった。従って長期に亙って高真空を維持する手段は講じられていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は熱媒体として液体を用いているが、最も比熱の高い水を熱媒体として用いても、液体１ｃｃが運べる熱量は、１℃当たり１カロリーである。
その水で熱移送を行うと、大量の水をポンプで集熱器内を循環させるか、また自然循環を利用する場合には、大量の水を屋根の上などに置かなければならない。何れの場合でも多くの熱を移送するには大量の水を移送するために、大きなポンプとエネルギーを使用しなければならないと言う欠点があった。
【０００５】
従来の太陽熱温水器は、太陽熱が到来し始めてから、水を温めるのに時間が掛かり、高温の水を得るまでには長時間を必要とした。この欠点は太陽熱収集装置の利用分野を限定していた。
また、真空式太陽熱収集装置の場合は、従来のパイプ式では、極く僅かな間隙がパイプと集熱板の間に生じても、空気が殆ど存在しないために、そこでは熱絶縁が行われて、集熱板の熱がパイプに伝わらなくなると言う欠点を生ずる。
【０００６】
本発明は上記した欠点を取り除き、少量の熱媒体である液体で大量の熱を移送出来るようにし、且つ集熱板の熱が直接熱媒体に伝わるようにして効率を向上すると共に即応性を上げた平板式太陽熱収集装置を得ることを課題とする。
【０００７】
更に他の課題は、真空式太陽熱収集装置の場合、容器を真空で封じきりにして高真空を長期に亙って維持できる手段を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、集熱板と、集熱板に取り付けた環状のケースとからなり、内部に蒸気発生室を形成した集熱器を備え、蒸気発生室内の集熱板に布状の給水膜を張り付け、蒸気発生室内の熱媒体が給水膜により集熱板に接して蒸気になるように構成したものである。
【０００９】
本発明は、少量の熱媒体である液体で大量の熱エネルギーを運ぶために、蒸気のもつ気化潜熱を利用する。
集熱器の入口では熱媒体は液体であり、出口では蒸気になっている。
熱媒体としては、通常は水を用いるが、寒冷地ではアルコール等も用いる。
一般に液体の気化熱は大きく、例えば水１ｃｃを気化するには、２５℃で約５８０カロリー、１００℃で約５４０カロリーを必要とする。エチルアルコールでも、１ｃｃの気化熱は２００カロリーに達する。
従って集熱器の中の液体を気化させることによって、少ない液体で多くの熱を吸収して移送することができる。
【００１０】
集熱板の表面は選択吸収膜で処理されており、そこで太陽熱を吸収する。従来は集熱板が吸収した熱を集熱板に付着させたパイプに伝えてその中の水を暖めると言う間接的に水を暖める方法をとっていたが、それより更に効率良く集熱板の熱を水に伝えるために、集熱板の裏面を常に直接熱媒体に触れさせる。換言すれば集熱板の裏面を常に熱媒体で湿っているようにする。
更に応答性を良くするために、集熱板の裏面を湿らせている熱媒体の分量を少なくし、且つ有効に湿らせることが出来るように、熱媒体の吸収性の良い繊維質の布状の膜（以下給水膜と言う）を集熱板の裏面に広く接して張り付ける。太陽熱収集装置は空焚きのときに、集熱板の温度が２００℃以上の高熱になるのでガラス繊維等の耐熱性の良い繊維を用いると良い。
【００１１】
平板式太陽熱収集装置をビルの垂直壁に取り付けたときのように、集熱板が垂直になっているときでも、垂直の給水膜に水が行き渡るように、給水用のパイプの水の入口を給水膜の上部に設ける。
発生する蒸気の温度を一定の値に制御する必要のあるときは、蒸気発生の出口近辺に所要の温度の蒸気圧になったときを感知して開閉動作をする圧力弁を設ける。
【００１２】
低い温度でも熱媒体が容易に気化できるようにするために、集熱器内の熱媒体を蒸発させる場所（以下、蒸気発生室と言う）と、蒸発した蒸気を蓄熱槽まで運ぶ配管のパイプやポンプ等とで出来た熱移送系を、熱媒体の蒸気以外の気体例えば空気等が存在しない、閉じた真空系にする。
【００１３】
蒸気発生室内に発生した蒸気は、蓄熱槽内の熱交換器を通り、熱交換を行って液化し、水槽に送られてそこに蓄えられる。
蒸気発生室とパイプと水槽等に蓄えられている熱媒体の総量は製造時に必要かつ十分なだけ注入されており、その総量は一定であり、その大半は蒸気発生室と水槽の中にある。
【００１４】
蒸気発生室内の熱媒体の量は蒸発によって減少するので、それを補うために水槽内の熱媒体をポンプによって蒸気発生室内に還流させる。
熱媒体の総量は一定であるから、水槽内の熱媒体の量を計測すれば、蒸気発生室内の熱媒体の量を推測することができる。
蒸気発生室内の熱媒体の量を過不足なく保つために、水槽内の熱媒体の量の計測値に従ってポンプを適宜に動かして、水槽内の熱媒体の適量を蒸気発生室に還流する。
【００１５】
集熱器が筐体や透明窓、例えば窓ガラス及びこれらを支持している柱等に触れて熱が逃げることを防ぐようにして支える柱を設ける。
この柱は集熱器と筐体とを熱絶縁をするだけでなく、真空式太陽熱収集装置の場合には、電気的にも集熱器と筐体とを絶縁できるような材料を用いて作る。
筐体と集熱器を電気的に絶縁しておくのは、真空式太陽熱収集装置の場合に、筐体内の真空度を長期に亙って維持するためにゲッターポンプを動作させる必要があったときに、この二者を端子としてゲッターポンプのための電流を流せるようにすることを目的としている。勿論非真空式の場合はこのような配慮は必要ない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。図２は蒸気発生室の拡大断面図である。
以下の実施形態では熱媒体として水を用いた平板式太陽熱収集装置の例で説明する。
図１で、１は太陽熱収集装置、２は金属製の筐体、３は透明窓例えば窓ガラス、４は集熱器、５は蒸気発生室、６は集熱板、７は給水膜、８は給水管、９は蒸気管、１０はケース、１１は窓ガラス３を支える柱、１２は集熱器４を支える柱、１３は給水管８の入口、１４は蒸気管９の出口である。
図２で、１５は接着剤、１６は水である。
【００１７】
窓ガラス３は太陽光を透過させて、太陽熱収集装置１の内部に導く所で、筐体２の底板と柱１１によって支えられている。
集熱器４は、集熱板６と、集熱板６に接着、半田付け等の溶着によって気密に取り付けたケース１０とからなり、内部に蒸気発生室５を形成している。集熱器４は、熱絶縁と必要により電気絶縁の性能を持つ陶器、合成樹脂等の材料で形成された柱１２によって、筐体２に支持されている。
蒸気発生室５は閉じられた空間で、外部とは給水管８及び蒸気管９で連結されている。
【００１８】
集熱板６は熱伝導度の良いアルミニウムや銅等の金属板で、表面が選択吸収膜で処理されている。図の例では太陽熱収集装置１が円形をしているためにそれに合致するように円形をしているが、矩形等でも構わない。
ケース１０は熱伝導度の良いアルミニウムや銅等の金属板を加工して、集熱板６に取り付けられて内部に蒸気発生室５を形成出来るだけの空間領域を設けて環状に構成されている。円形の集熱板６に合わせてケース１０は円環型に形成されているが、矩形の集熱板の場合には矩形で環状に形成される。
【００１９】
給水膜７は熱媒体の吸収性の良い繊維で形成された布状の膜で、蒸気発生室５内の集熱板６の裏面に接着剤１５等により張り付けられる。熱媒体の吸収性の良い繊維としては各種存在するが、耐熱性の良いものとしては、ガラス繊維などが適当である。
給水膜７は、ケース１０の底面にまで届くような十分な大きさを持っており、図２に示したように、集熱板６に接着剤１５で張り付けられる張付部７ａと、張付部７ａの幅方向の片側又は両側で、蒸気発生室５を形成しているケース１０の内面に沿って垂れ下がる垂下部７ｂとで構成されている。図では垂下部７ｂは両側に形成されているが、ケース１０内の熱媒体を充分に吸い上げることが出来れば片側だけでも良い。
【００２０】
このようにする理由は、太陽熱収集装置１を例えば水平に置いたときに、蒸気発生室５の天井部分に当たる集熱板６には、蒸気発生室５内の水１６が届かないという問題が発生するが、そのときに給水膜７が図１及び２のようにケース１０の底面にまで届いていると、図２に示したように、蒸気発生室５を形成するケース１０の底の部分に溜まっている水１６が、給水膜７に吸い上げられて、天井部分の集熱板６に張り付けられた給水膜７の部分まで水１６が到達するようになるからである。
このように作られているから、太陽熱収集装置１は水平に設置されても、その機能を発揮するが、一般的には、蒸気発生室５内の天井部分に取り付けられた給水膜７に水１６が良く行き渡るように、太陽熱収集装置１は水平面に対して少し傾けて設置される。そのとき給水管８と蒸気管９が太陽熱収集装置１の上部例えば最上部に来るように設置される。
【００２１】
給水膜７は、上記したように張り付けられた集熱板６の裏面を熱媒体で有効に湿らせる役目をするが、これによって、集熱板６と熱媒体が直接接触することになり、収集した太陽熱を熱媒体に直ちに伝達し、短時間で熱媒体を蒸気に変換することが出来る。
【００２２】
給水管８は蒸気発生室５内に熱媒体の水を供給するためのパイプで、その入口１３は、太陽熱収集装置１が垂直に又は傾けて設置された時にその上部になる位置に取り付けられているから、蒸気発生室５の上部から給水膜７に水を供給することが出来るので、太陽熱収集装置１が垂直に取り付けられても十分にその機能を発揮する。
蒸気管９は蒸気発生室５からの蒸気が移送されるパイプで、その出口１４は太陽熱収集装置１が垂直に又は傾けて設置された時にその上部になる位置に取り付けられている。
柱１１は大気圧から窓ガラス３を支えるため頑丈な金属等で構成されるが、集熱板６に穴を空けて複数箇所に設置される。
【００２３】
図３は本発明の第２の実施形態の太陽熱収集システムを示す図で、蒸気発生室内で発生した蒸気を運ぶ熱移送系を示す。
２１は配管、２２は蓄熱槽、２３は蓄熱槽２２への入力用の熱交換器、２４は蓄熱槽２２からの出力用の熱交換器で、入力用熱交換器２３と熱交換して熱エネルギーを外部に取り出す熱交換器、２５は液体槽例えば水槽、２６は給水用のポンプ、２７は逆止弁、２８は水槽２５に溜まった水の量を計る計測器、２９は出口１４での蒸気圧が所定の温度の蒸気圧になったら開閉する圧力弁である。
【００２４】
筐体２の内部は、非真空式の場合は大気で充満しているが、真空式の場合は、集熱板６に集められた太陽熱が外部に逃げないように、熱絶縁を目的として０．１パスカル以下程度の真空に保たれている。
非真空式でも真空式でも、その何れの場合でも、蒸気発生室５、蒸気管９、配管２１、蓄熱槽２２の入力用熱交換器２３、水槽２５、ポンプ２６及び給水管８で形成される熱移送系の内部には、熱媒体及びその蒸気以外の気体は存在しない真空系になっている。
集熱板６の一部にはケース１０が気密に取り付けられて、その内部は蒸気発生室５を形成している。
【００２５】
蒸気発生室５の内部にある集熱板６の内面には、給水膜７がほぼ全面に亙って張り付けられている。
給水膜７は厚さが数ｍｍ以下の薄い布状の繊維質のもので作られており、保水能力は高いが、そこに保たれている水は少量であって、太陽熱によって集熱板６の温度が上がると殆ど同時に、その水の温度も上がり蒸気を発生する。
【００２６】
給水膜７による蒸発は、蒸気発生室５の断面積が、従来の太陽熱温水器に用いられていた細いパイプの断面積に比べて１０倍程度と遥かに広く、そのため蒸発が容易に且つ円滑に行われ、蒸気の通る道の面積も大きいので、蒸気の移動も円滑に行われる。
細いパイプの場合のように水の沸騰現象のために水が蒸気と共に送り出されたり、沸騰によって部分的に水が切れて乾き切ってしまい、太陽熱が徒らに集熱板６を暖めるだけで、蒸気を出せなくて損失を生ずると言うようなこともない。
【００２７】
給水膜７は給水管８によってその上部から水を供給され常に湿っているが、余分に供給された分は蒸気発生室５の下部に水として蓄えられる。
蒸気発生室５からの蒸気は熱交換器２３を通過する時に、その潜熱を蓄熱槽２２に与えて水となり、水槽２５に蓄えられ、その分だけ蒸気発生室５内の水は減少する。
従って水槽２５に溜まった水を計測器２８によって測定することによって、蒸気発生室５内の水の減少の程度を知ることが出来るので、この測定結果を利用して給水管８からの水の供給量を過不足がないように制御することができる。
【００２８】
図４は本発明の第３の実施形態である蒸気発生室内の水量を測定する他の例を示す図である。
連通管３０は、その上部が配管２１に繋がり、下部が蒸気発生室５の下部に繋がっており、蒸気発生室５の中の水量が連通管３０内の水位の高さとして示される。
従って連通管３０を例えばガラスで作り、可視的にその水位を知るとか、連通管３０の中に電極を設けてその水位を知るというような方法で蒸気発生室５内の水位を知ることが出来るので、それによって蒸気発生室５内の水位を適正に制御することが出来る。但し、この方法は太陽熱収集装置１を水平に置いて使う場合には利用できない。
【００２９】
過不足のない水の量とは、だいたい蒸気発生室５の容積の１０〜５０％位のものである。
ポンプ２６に要求される水の供給量は、従来の水循環型の太陽熱温水器で同じ熱量を移送するのに使われたポンプの約１／１０以下であって小型のポンプで用が足せる。
停電でポンプ２６が停止すると、空焚きの状態になるので、出来るだけ停電の機会を減らすために、電源には太陽電池を利用すると良い。
【００３０】
発生した蒸気は蒸気発生室５の上部に取り付けられた蒸気管９を通り、筐体２の上部出口１４から配管２１へ排出される。
蒸気管９から排出された蒸気は配管２１を通して、蓄熱槽２２に達し、入力用の熱交換器２３を経て、吸収した太陽熱を蓄熱槽２２内に放出して液体となり、体積を減らし、水槽２５に送られる。水になった蒸気の代わりに新しい蒸気が配管２１から送られる。
【００３１】
上記のように出口１４の蒸気が自動的に蓄熱槽２２まで送られるためには、蓄熱槽２２の温度が出口１４における蒸気の温度より低い必要がある。本発明の熱移送系は熱媒体の蒸気以外の気体を含まない閉じた系であるので、蒸気の圧力はその蒸気が接触している物体の温度における水の飽和蒸気圧近辺の圧力になっている。
【００３２】
従って出口１４の蒸気圧はほぼ集熱板６の温度での飽和蒸気圧になっており、熱交換器２３内の蒸気圧は、熱交換器２３の温度での飽和蒸気圧になっている。従って熱交換器２３の温度より集熱板６の温度の方が高い限り、蒸気は自動的に蒸気圧の高い出口１４から蒸気圧の低い熱交換器２３に向かって移動する。
晴天で集熱板６への太陽熱の量が大きいときは、出口１４での蒸気圧と熱交換器２３の蒸気圧との差が大きく、大量の蒸気が熱交換器２３に送られ、曇りの日には反対に蒸気圧の差が少なく、送られる蒸気量が少なくなる。
出力する蒸気の温度を制御したいときには、電磁弁等の圧力弁２３を用いて、出口１４での蒸気圧が所定の圧力のときに開閉するようにする。
【００３３】
本発明の太陽熱収集装置１は設置時或いはポンプの故障時等に所謂空焚きになることがある。このような時には、蒸気発生室５内の水は全部気化して熱交換器２３に送られ、最終的には水槽２５に入る。それ故、水槽２５の容量は、蒸気発生室５と配管２１、水槽２５等を含む閉じた系全体の水の量を収容できるだけの十分な容量を必要とする。
【００３４】
空焚きの場合の水槽２５の温度は蓄熱層２２の温度以上にはならないので、一般的には１００℃以下である。特殊な目的の場合でも１５０℃位以下である。
それ故、上記の閉じた系内の圧力は５〜６気圧以上になることは無く、一般的には１気圧以下である。
蒸気発生室５の内部温度は、故障等で水が無くなったときには２００℃以上になることもあるので、給水膜７の材料はガラス繊維のような耐熱性の良い繊維で製作する
【００３５】
水槽２５内の水を還流するために、水槽２５内またはその近辺で動作する送水用のポンプ２６を設ける。このポンプ２６は流量は大きくなくて良いが、吐出圧力の大きいものを用いる。特に１５０℃程度の高温の出力を要する場合は、少なくとも５気圧以上の吐出圧力を必要とする。また不動作時には水が逆流しないものでなければならない。
また水と蒸気を送る移送系の真空を維持するために、このポンプ２６の水を送り出す可動部は外気と完全に遮断されている必要がある。
【００３６】
水槽２５に溜まった水は給水用のポンプ２６によって給水管８に送られ再び蒸気発生室５に還流する。
上記の、蒸気発生室５−蒸気管９−熱交換器２３−水槽２５−給水管８−蒸気発生室５と回る循環、換言すると水−蒸気−水と言う一連の循環は蒸気以外の気体、例えば空気等が存在しない真空系の中で行われる。従って水温が低い夜間等では、この系内は殆ど真空に近い状態になっている。
【００３７】
このような真空系を採用することによって、低い温度の水、例えば２０℃程度の水温の水からも活発に蒸気を発生させて太陽熱の移送をすることができる。
夜間に集熱器４の温度が蓄熱槽２２の温度より下がった場合に、蓄熱槽２２によって暖められて出来た蒸気が集熱器４の方に逆流して、蓄熱槽２２の熱が逃げると言う現象が起こり得る。これを防ぐために配管２１の途中に逆止弁２７を設ける。
【００３８】
図５は本発明の第４の実施形態である複数の太陽熱収集装置１が連結されて使用されている時の給水の方法を示す図である。
図５で３１は給水本管、３２は給水本管３１から枝分かれしている各蒸気発生室５への給水枝管である。
このシステムでは、一つのポンプ２６に多数の蒸気発生室５が繋がっている。このような場合に大切なことはポンプ２６に近い蒸気発生室５と最も遠い蒸気発生室５への給水量がほぼ等しいようにすることである。
そのために給水本管３１には太い管径をもつ管を用い、給水時の水流の抵抗を低くして置く。一方これに繋がる給水枝管３２はその管径を細くしたり、その一部を潰して細くしたりして、水流の抵抗を給水本管３１の抵抗より遥かに大きくし、且つ複数の各給水枝管３２の抵抗をほぼ均等にする。
【００３９】
そして、給水のためのポンプ２６の圧力を、給水枝管３２の抵抗に打ち勝って十分な水量を蒸気発生室５に与え得る程度の高い圧力にする。
そうすると給水圧力は抵抗の大きい給水枝管３２に殆ど掛かり、抵抗の小さい給水本管３１内の圧力は全体を通じて殆ど同じであるから、ポンプ２６から一番遠い蒸気発生室５への水量と、一番近い蒸気発生室５への水量はほぼ同じになる。
ビルの垂直壁等に上下に長く設置するときは、必要に応じて給水本管３１の途中に減圧弁を挿入することも必要である。
【００４０】
図６は本発明の第５の実施形態を示す平面図で、複数の蒸気発生室を設けた例を示しており、（ａ）は円形の太陽熱収集装置の場合、（ｂ）は矩形の太陽熱収集装置の場合である。
特に図６（ａ）では、蒸気発生室５０１，５０２と集熱板６０１と複数の柱１１の相対位置関係例、（ｂ）では、蒸気発生室５０３，５０４と集熱板６０２と複数の柱１１との相対位置関係例を示している。
（ａ）では、同心に配置された大小２つの円環型の蒸気発生室５０１及び５０２を蒸気管４１が連結している。（ｂ）では、同心に配置された大小２つの矩形で環状の蒸気発生室５０３及び５０４を蒸気管４２が連結している。
【００４１】
図６に示したように、蒸気発生室５０１〜５０４の形状は集熱板６０１，６０２即ち太陽熱収集装置１の大きさと形状及び柱１１の位置によって変化する。
蒸気発生室５０１〜５０４は多数の柱を避けて配置する必要がある。
【００４２】
蒸気発生室５０１〜５０４は、巾が５〜２０ｃｍで、高さは０．５〜２ｃｍ位のもので、その巾と長さの積で決まる全面積は、集熱板６０１，６０２の熱伝導の良否によって異なるが、アルミニウムや銅等の熱伝導度の良好な集熱板６０１，６０２の場合は、その面積は全面積のほぼ１／２位にする。そして集熱板６０１，６０２のどの位置も蒸気発生室５０１〜５０４の端からほぼ同じ範囲に入っているようにする。
【００４３】
蒸気発生室５０１〜５０４の形状を決める大きなファクターは、窓ガラスを支える柱１１の位置である。柱１１を避けて蒸気発生室５０１〜５０４を設置するのが可能なように、蒸気発生室５０１〜５０４の形状を選ぶ。それが蒸気発生室５０１〜５０４と集熱板６０１，６０２とを気密に接続するのを容易にして、コストを下げるのに有効だからである。
なお蒸気管４１，４２の場所を、蒸気発生室５０１〜５０４の形状を変えてその一部として、蒸気管４１，４２を省略することもできる。
【００４４】
図７は本発明の第６の実施形態を示す図で、蓄熱槽の部分を示している。
図７で５１は蒸気抜き、５２は安全弁、５３はフィンである。
蓄熱槽２２の上部には、太陽熱の量が多すぎたりして、蓄熱槽２２内の水の温度が上がり過ぎた時に、その蒸気圧力で蓄熱槽２２が破壊するのを防ぐために、蒸気を大気中に逃がすためのパイプ状の蒸気抜き５１が設けられている。
【００４５】
蒸気抜き５１の上部には蓄熱槽２２内の圧力が所定の値を越すと自動的に開く安全弁５２が設けられている。
安全弁５２が動作したときに蒸気抜き５１から大気中に逃げる蒸気を減らすために、蒸気抜き５１には熱交換のためのフィン５３が取り付けられており、蒸気はフィン５３によって大気と熱交換を行い、水となって再び蓄熱槽２２に還流する。これによって、蓄熱槽２２の中の水の減少を僅少なものにすることができる。
【００４６】
図８は本発明の第７の実施形態である太陽熱収集システムを示す図で、図３における蓄熱槽で液体と熱交換をする代わりに、気体と熱交換をする熱交換器を使用したものである。
図８で、６１は気体用の熱交換器で、６２は集熱器から送られて来る蒸気を通す蒸気管、６３は蒸気管６２に取り付けられている多数のフィン、６４はファンである。　本発明の太陽熱収集装置の特長の一つは、即応性があることである。即ち太陽が集熱器を照射すると殆ど同時に、高温の蒸気を発生する。従って高温の蒸気を液体用の熱交換器に入れるのではなく、気体用の熱交換器に導くと、直ちに高温の気体を得ることが出来る。
【００４７】
図８に示したように、太陽熱によって作られた高温の蒸気は蒸気管６２の中を通る。この蒸気のもっている熱はフィン６３に伝えられ、その熱はファン６４によってフィン６３の中を吹き抜ける風の中に伝えられる。このようにして発生した熱風は蒸気と同じく即応性を持っている。この熱風を乾燥等に利用する。
太陽熱で乾燥する場合、所謂天日乾燥で行うと、非乾燥物の周辺の大気に温度を奪われるので、高温での乾燥は出来ない。換言すれば低い蒸気圧の利用しかできないので乾燥に時間が掛かると言う欠点がある。
【００４８】
しかし本発明の太陽熱収集装置を利用すると、７０〜１２０℃と言った高い温度の風で乾燥することが出来る。従って高い蒸気圧を利用できるので、同じ太陽熱で効率良く乾燥が出来るのである。熱風は乾燥だけでなく、消毒等の作業にも利用出来る。
上記の本発明の熱移送方式の特長は、非真空式か真空式かの別を問わず、平板式太陽熱収集装置一般に有効に利用できるが、特に真空式の太陽熱収集装置に応用した場合、高温の出力を得られるために、更に有効性が増加する。
【００４９】
図９は本発明の第８の実施形態である真空式の平板式太陽熱収集装置を示す図で、ゲッターポンプを使用する場合の例を示している。
図９で７１はゲッターポンプ、７２は筐体２の内部に付けられた端子、７３は筐体２の外部に付けられた端子、７４は集熱器４に付けられた端子である。
太陽熱収集装置１が真空式の場合は筐体２内は高度の真空になっていて、それで断熱が行われている。この真空は製造元で封じきられるのが理想的で、この場合、太陽熱収集装置１が高性能を維持出来るためには、長期間に亙って真空度が維持出来なければならない。
【００５０】
このような真空維持能力は市販のブラウン管や真空管にも要求されており、ブラウン管や真空管ではゲッターを利用してこの能力を維持している。
ゲッターポンプには幾つかの形式のものがあり、その中にゲッター材を昇華させる方式のものがある。
ブラウン管や真空管は、この形式のポンプを使っており、容器がガラスで出来ているので、高周波を利用して外部から熱エネルギーを注入してゲッター材を昇華させている。
【００５１】
本実施形態ではその形式のものを使う。
しかし筐体２は金属で出来ているので、筐体２の内部にあるゲッターポンプを動作させるのに高周波は利用できない。何か別の方法を採らねばならない。
ゲッターポンプ７１はこのような熱で動作するポンプであるが、熱源としては、外部から電線を使って電流を流し込んで電熱でゲッターポンプを熱して動作させる方法を採る。
ゲッター材としては、比較的融点が低く、蒸気圧の高いバリウム等のアルカリ土類金属、または吸着量の大きいチタニウム等が用いられる。
【００５２】
それは次のような方法で行う。
筐体２と集熱器４とは電気絶縁の性能を持つ柱１２によって電気的に絶縁されている。従って端子７２と７４も互いに絶縁されている。ゲッターポンプ７１はこの端子７２と端子７４との間に接続される。ゲッター材が窓ガラスに付着しないように、ゲッターポンプ７１は集熱板６と筐体２の底板との間に設けられる。
【００５３】
集熱器４は筐体２の内部にあるが、筐体２の外部から集熱器４に電気を送るには、集熱器４と電気的に繋がっている給水管８及び蒸気管９の何れか或いは両方から電気を送る。
筐体２は外部に露出しているから、簡単に電気を送れる。筐体２と集熱器４に外部から電線を通じて電気を送り、端子７２と端子７４を活性化する。
電気を送られたゲッターポンプ７１はゲッター材を筐体２の底板と集熱板６の裏面に昇華させる。昇華したゲッター材は、筐体２内の真空を長期間に亙って保持する作用をする。。
【００５４】
上記の実施形態では、熱媒体が水の場合について説明したが、熱媒体は水に限らず、熱せられて蒸気となる液体例えばアルコール等でも良い。従って、給水膜、給水管、給水本管等と表現した構成要素も水に限定されない熱媒体用であることは勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
上記したように、本発明によると、集熱板と、集熱板に機密に取り付けたケースとからなり内部に蒸気発生室を形成した集熱器を備え、蒸気発生室内の集熱板に布状の給水膜を張り付け、熱媒体が集熱板に直接触れるようにすることによって、低い温度でも熱媒体の蒸発を盛んに起こるようにし、熱媒体の蒸気以外の気体の存在を排した熱移送系を設けることにより、少ない熱媒体の量と小さいポンプで、多くの熱を移送することができる。
また、ゲッターポンプによって長期に亙って真空を維持できる構成を提供することによって、安価で効率の良い真空の平板式太陽熱収集装置や太陽熱温水器を供給できるので、本発明の効果はたいへん著しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図
【図２】蒸気発生室の拡大断面図
【図３】本発明の第２の実施形態を示す図
【図４】本発明の第３の実施形態を示す図
【図５】本発明の第４の実施形態を示す図
【図６】本発明の第５の実施形態を示す図
【図７】本発明の第６の実施形態を示す図
【図８】本発明の第７の実施形態を示す図
【図９】本発明の第８の実施形態を示す図
【符号の説明】
１　　　太陽熱収集装置
２　　　筐体
３　　　窓ガラス
４　　　集熱器
５，５０１〜５０４　　蒸気発生室
６，６０１，６０２　　集熱板
７　　　給水膜
７ａ　　張付部
７ｂ　　垂下部
８　　　給水管
９　　　蒸気管
１０　　ケース
１１　　窓ガラスを支える柱
１２　　集熱器を支える柱
１３　　給水管の入口
１４　　蒸気管の出口
１５　　接着剤
１６　　水
２１　　配管
２２　　蓄熱槽
２３　　入力用の熱交換器
２４　　出力用の熱交換器
２５　　水槽
２６　　ポンプ
２７　　逆止弁
２８　　計測器
２９　　圧力弁
３０　　連通管
３１　　給水本管
３２　　給水枝管
４１，４２　　蒸気管
５１　　蒸気抜き
５２　　安全弁
５３，６３　　フィン
６１　　気体用の熱交換器
６２　　蒸気管
６４　　ファン
７１　　ゲッターポンプ
７２，７３，７４　　端子

Claims (13)

1. 太陽光の熱を受ける平板の集熱板を有する平板式太陽熱収集装置において、
   前記集熱板と、前記集熱板に気密に取り付けた環状のケースとからなり、内部に蒸気発生室を形成した集熱器を備え、
   前記蒸気発生室内の前記集熱板に布状の給水膜を張り付け、前記蒸気発生室内の熱媒体が前記給水膜により前記集熱板に接して蒸気になるように構成したことを特徴とする平板式太陽熱収集装置。
2. 前記給水膜が、前記集熱板に張り付けられる張付部と、前記張付部の幅方向の片側又は両側で、前記ケースの内面に沿って垂れ下がる垂下部とからなることを特徴とする請求項１記載の平板式太陽熱収集装置。
3. 前記平板式太陽熱収集装置を垂直に又は傾けて設置した際に、熱媒体の給水管の入口が前記蒸気発生室の上部に位置するように形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の平板式太陽熱収集装置。
4. 前記集熱器を、集熱板と、前記集熱板に取り付けた複数の環状のケースとで構成し、内部に形成された複数の蒸気発生室を蒸気管で相互に連結したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の平板式太陽熱収集装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の平板式太陽熱収集装置の内部を真空にし、筐体の内部と集熱器のそれぞれに端子を設け、ゲッターポンプを前記両端子間に接続し、前記両端子に前記筐体の外部から電気を送ると前記ゲッターポンプはゲッター材を昇華させて真空を維持することを特徴とする平板式太陽熱収集装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の平板式太陽熱収集装置と、入力用及び出力用の熱交換器を備えた蓄熱槽と、熱媒体の液体槽と、熱媒体用のポンプとを設け、
   前記平板式太陽熱収集装置の蒸気管と前記蓄熱槽の入力用熱交換器とを配管で接続し、
   前記蓄熱槽と液体槽、前記液体槽とポンプ、前記ポンプと前記平板式太陽熱収集装置の給水管とをそれぞれ配管で接続して閉じた熱移送系を構成すると共に前記熱移送系の内部を前記熱媒体の蒸気以外の気体が存在しない真空系にし、
   前記蓄熱槽で前記入力用熱交換器と出力用熱交換器で熱交換することにより熱エネルギーを外部に取り出すことを特徴とする太陽熱収集システム。
7. 前記蒸気管に、所定の蒸気圧で開閉する圧力弁を設けたことを特徴とする請求項６記載の太陽熱収集システム。
8. 前記蒸気管と蓄熱槽の入力用熱交換器とを接続した前記配管に、前記蓄熱槽からの蒸気が前記蒸気発生室に逆流しないように逆止弁を設けたことを特徴とする請求項６又は７記載の太陽熱収集システム。
9. 前記液体槽に溜まった液体の量を測る計測器を設けたことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の太陽熱収集システム。
10. 上部が前記蒸気管に接続された配管に繋がり、下部が前記蒸気発生室の下部に繋がり、前記蒸気発生室内の液量が液体の高さとして示される連通管を設けたことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の太陽熱収集システム。
11. 前記蓄熱槽の上部に、安全弁と熱交換のためのフィンとを取り付けた蒸気抜きを設けたことを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の太陽熱収集システム。
12. 請求項１〜５のいずれかに記載の平板式太陽熱収集装置と、気体用の熱交換器と、熱媒体の液体槽と、熱媒体用のポンプとを設け、
    前記平板式太陽熱収集装置の蒸気管と前記熱交換器とを配管で接続し、
    前記熱交換器と液体槽、前記液体槽とポンプ、前記ポンプと前記平板式太陽熱収集装置の給水管とをそれぞれ配管で接続して閉じた熱移送系を構成すると共に前記熱移送系の内部を前記熱媒体の蒸気以外の気体が存在しない真空系にし、
    前記熱交換器で気体と熱交換することにより高温の気体を得ることを特徴とする太陽熱収集システム。
13. 請求項１〜５のいずれかに記載の平板式太陽熱収集装置を複数使用し、各平板式太陽熱収集装置の蒸気発生室と、ポンプに接続された給水本管から枝分かれした給水枝管とを接続し、前記給水枝管の抵抗を前記給水本管の抵抗より大きくして各蒸気発生室にほぼ等量の熱媒体を供給することを特徴とする太陽熱収集システム。

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