JP2009541706A - 真空式フラットパネル型太陽熱集熱器を真空密閉ろう付けする装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】
真空式太陽熱集熱器（１）、特にフラット型太陽熱集熱器の保持構造体（２）の金属製周囲フレーム（３）に、透明壁（４）の金属製周囲被覆（５）を真空密閉ろう付けする装置であって、太陽熱集熱器は、好ましくは軟質金属製帯状体又はリボンであり、特に、鉛及び／又は銅からなる帯状体又はリボンである接合リボン（６）を備え、接合リボンは、透明壁（４）と金属製周囲フレーム（３）との間の間隙（７）を真空密閉するのに適するとともに、金属製周囲フレーム（３）と透明壁（４）の金属製周囲被覆（５）とにろう付け、特に軟ろう付けされるのに適するものであり、接合リボンは、ろう付け合金である装置において、透明壁（４）を保持構造体（２）に位置付け、接合リボン（６）で金属製周囲フレーム（３）と金属製周囲被覆（５）の少なくとも一部を覆うと、金属製周囲被覆（５）の少なくとも一部を有する、透明壁（４）の第１部分（５Ａ）と、金属製周囲フレーム（３）の少なくとも一部を有する、保持構造体（２）の第２部分（３Ａ）と、接合リボン（６）とを、少なくともろう付け合金の溶融温度に加熱する加熱手段（２４）と、溶融したろう付け合金を、ろう付け合金の硬化工程中、金属製周囲フレーム（３）と金属製周囲被覆（５）と機械的な接触をもたらす圧力を、少なくとも第１部分（５Ａ）と第２部分（３Ａ）とに加える押圧手段（２５）とを備えることを特徴とする装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、請求項１の前提要件事項部に記載した、真空式フラットパネル型太陽熱集熱器の保持構造体の金属製周囲フレームに、透明壁の金属製周囲被覆を真空密閉ろう付けする装置に関する。

上述した真空式フラットパネル型太陽熱集熱器は、当業界では知られており、国際公開公報第ＷＯ２００５／０７５９００号に記載されている。

公知の真空式フラットパネル型太陽熱集熱器の製造における主な問題点の一つは、太陽熱集熱器の透明壁の金属製周囲被覆を、太陽熱集熱器の保持構造体の対応する金属製周囲フレームに真空密閉状態でのろう付けである。

今までのところ、このろう付けを手作業で行うことが知られている。このろう付け方法は、熟練作業者が、１日に約４０平方メートルまでの複層パネル型太陽熱集熱器しか製造することができないので、極めて時間が掛かるものである。

本発明の目的は、人手を要することなく、ろう付け工程の時間を最小化でき、こうしたろう付け工程を迅速に正確かつ繰り返し行うことができるようにして、太陽熱集熱器の製造コストを削減できるとともに、真空密閉に関して信頼を持つ装置を提供することにある。

この目的、及び当業者には明らかとなる他の目的は、添付の請求項の特徴要件事項部に記載した構成上の特徴を持つ装置により達成される。

本発明を、非限定的な実施形態を示す添付図面を参照しながら、詳述する。

図１及び図２に示す真空式フラットパネル型太陽熱集熱器は、金属製保持構造体２を有し、この保持構造体は、好ましくはガラス壁である透明な上部透明壁４を保持し支持するための上部金属製フレーム３を周囲に備え、上部金属製フレームには、第１透明壁４と金属製フレーム２の間の間隙７を真空状態に密閉するために、金属製被覆部５と接合リボン６を、上部金属製フレームの全周に備え、この接合リボンは、好ましくは軟質金属製帯状体又はリボン６であり、特に、鉛及び／又は銅からなる帯状体又はリボンである。この軟質金属製リボン６は、上部金属製フレーム３と、上部透明壁４の金属製周囲被覆部５とに、ろう付け、特に軟ろう付けされる。

図２に示すように、好ましくは、上部金属製フレーム３は、上部フラット面１４と、上部フラット面１４の内縁から突出する段部１５とを備える。この段部１５は、上部透明壁４の下部縁部１７用の受け部１６を構成し、支持体１８により、この段部１５を保持構造体の底部（図示せず）に接続する。段部１５は、上部透明壁の上部に設けた金属製被覆部５が、上部透明壁４と上部金属製フレーム２との間の間隙を数ミリメータの幅にしたまま、上部金属製フレーム３の上部フラット面１４と実質的に面一を保つ寸法にされる。

上述した真空式フラットパネル型太陽熱集熱器は、当業界において知られており、例えば、国際公開公報第ＷＯ２００５／０７５９００号に記載されている。したがって、この太陽熱集熱器及びその部品については、これ以上詳しくは説明しない。

本発明によるろう付け装置は、支持構造体１０に符号９で示す箇所においてヒンジで連結される可動式加熱・押圧フレーム８を備えるとともに、太陽熱集熱器１に接触しない第１作動位置Ｍから、加熱・押圧フレーム３が太陽熱集熱器を覆うように位置付けられる第２作動位置Ｎ（図３）と、加熱・押圧フレーム３の一部のみが、太陽熱集熱器に圧力を加える第３作動位置Ｐ（図４）とに、この可動式加熱・押圧フレーム８を自動的に移動する手段１１及び１２を備える。

支持構造体１０は、ろう付け工程中、太陽熱集熱器１を所定の位置にしっかり保持するため、太陽熱集熱器の保持構造体２の下部と同じ形状及び大きさを持つ中空受け部２０を構成する支持台２１を備える。支持台２１は、支持台を別の支持構造体（図示せず）に結合するためのボルト（図示せず）用の手段、例えば、複数個の穴２２を備える。支持構造体は、その背面部に、可動式加熱・押圧フレーム８から突出する２個のアーム１９の各端部をヒンジで連結する突出フランジ２３を備える。可動式加熱・押圧フレーム８は、横方向寸法を同じくする２枚の別個の重ね合わせフレームである、上方の第１加熱フレーム２４と下方の第２押圧フレーム２５とを備える。これら２枚のフレームは、押圧フレーム２５を加熱フレーム２４よりも前に又は同時に回転させて太陽熱集熱器１を覆うことができる一方、加熱フレーム２４を、押圧フレームが同様に移動する前に、又は押圧フレームと一緒に、回転させて太陽熱集熱器１から離すことができるように、フランジ２３のそれぞれにヒンジで連結される。

これら２枚のフレームは、透明壁４の周囲部に形成した金属製被覆部５と、保持構造体１の周囲部に形成した金属製フレーム部３とに設けた軟質金属製リボン６とを少なくとも全面的に覆う、好ましくは、周囲部に形成した金属製被覆部５を少なくとも有する透明壁４の第１部分５Ａ（図２）と、金属製フレーム３の少なくとも一部を有する保持構造体２と、軟質金属製リボン６とを全面的に覆う形状及び寸法を有する。

好ましくは、加熱フレーム２４は、２個の部材、すなわち、保持構造体１の上部金属製フレーム３と上部金属製フレームに形成した対応する接合リボン部分のみを加熱する外側加熱フレーム部材２６と、透明壁４の金属製被覆部５と金属製被覆部に形成された対応する接合リボン部分のみを加熱する内側加熱フレーム部材２７とに分かれる。好ましくは、これら２個の部材２６及び２７は、例えば、セラミックス、ガラス繊維、有機高分子部材等の断熱性部材２８により分離され、例えば、電気加熱手段等の周知の別々の加熱手段２９及び３０と結合される。これら別々の加熱手段２９及び３０を設けることにより、軟質金属製リボン６をろう付けする温度を、ガラス壁４の金属製被覆部５と上部金属製フレーム３とで、両者の材料の熱特性を考慮して異なるように選択できる。ガラス壁の金属製被覆部は、保持構造体の上部金属製フレームよりも少ない加熱で済むので、加熱フレーム２４内を断熱することにより、省エネを維持したまま迅速で効率的なろう付け工程がもたらされる。

押圧フレーム２５は、押圧フレーム２５の下面２５Ａが接触する太陽熱集熱器の各部分１４、６、５及び４に、熱エネルギを加熱フレーム２４から伝導できる、好ましくは金属材料の熱伝導性材料で構成されるので、押圧フレーム２５も、断熱部材２８により２個の部材に分かれる。押圧フレーム２５は、冷却管３２及び冷却手段３３を通じて本発明の装置に供給される、例えば冷却流体流用の通路等の内部冷却手段３１を備えてもよい。

加熱フレーム２４と押圧フレーム２５とを、第１作動位置Ｍと第２作動位置Ｎと第３作動位置Ｐとの間で自動的に移動する手段１１及び１２は、例えば、油圧式又は機械式ジャッキであるが、如何なる公知の移動手段を用いてもよい。これら移動手段１１及び１２により、上述した作動位置に両フレームを迅速で効率的に移動することができ、押圧フレーム２５が、その下位位置Ｐ（図４）に位置する場合にのみ、信頼性のあるろう付けが行われるように、既に溶融したろう付け合金層に充分な圧力が加わるようになる。

本発明による装置の使用は、次の通りである。ガラス壁４を、その周囲部に施した金属製被覆部が保持構造体の金属製フレーム３の上部フラット面１４と面一になるように、太陽熱集熱器の受け部１６に位置付ける。上部フラット面には、好ましくは、錫又は鉛と錫の合金を予め被覆しておく。次いで、透明壁４と金属製フレーム２との間にできる間隙７を、最終的にはろう付け合金の薄層を介在させて、軟質金属帯状体又はリボン６等の、好ましくは、錫を被覆された接合リボンで覆う。次いで、加熱・押圧フレーム８を軟質金属帯状体又はリボン６上に降下させ、加熱フレーム２４の加熱手段２９及び３０をオンにすることにより、接合リボンを加熱する。加熱手段は、軟質金属帯状体又はリボン６と保持構造体の金属製フレーム３の上部フラット面とを覆う錫及び／又は鉛と錫の合金が、融けて、介在させたろう付け合金層と最終的に混ざり合うまで、所要の温度に維持されている。溶融工程の標準的な時間は、３０秒のオーダーであるが、２００℃から３００℃までの範囲に亘る加熱フレーム２４の温度は、ガラス壁４と金属製フレーム２の実際の形状寸法と熱容量とにより変化する。次いで、加熱フレーム２４を、太陽熱集熱器には全く接触しない位置Ｍに持ち上げ、押圧フレーム２５のみが太陽熱集熱器を覆うようにしておく。同時に、押圧フレームを、押圧フレーム２５内に設けた冷却手段３１をオンにすることにより、ろう付け合金の溶融温度よりも若干下まで冷却する。確実に真空密閉ろう付けするためには、軟質金属製帯状体又はリボン６とガラス壁４の金属製被覆部５と保持構造体の金属製フレーム３の各面がろう付け合金の硬化工程中良好な機械的接触を保つのに充分な圧力を、押圧フレーム２５により接合リボンに加える必要がある。ろう付け工程の標準的な時間は、３０秒のオーダーであるが、下方の押圧フレーム２５により加わる圧力は、接合リボンのリニア・メータ当たり１０Ｋｇから２０Ｋｇの範囲内である。

最終的に、ろう付け工程が完了すると、ろう付けした太陽熱集熱器１を取り出して次の太陽熱集熱器と交換できるように、押圧フレーム２５を持ち上げる。

本発明による装置によれば、ろう付け工程を、熟練労働者を必要とすることなく極めて迅速に行うことができ、一日に複数個の数百平方メートルの真空式パネルを単一の自動組み立てラインでろう付けできる。

本発明を、添付図面に図示し上記の記載により説明したが、図示のもの及び上記に記載したものは、例示であり、本発明をいささかも制限するものではなく、好ましい１実施形態を示し記載したに過ぎず、本発明の要旨内に入る全ての変更及び修正には、権利が及ぶものであることを理解されたい。例えば、太陽熱集熱器は、太陽熱集熱器の底壁を構成する第２の透明壁を、本発明の実施形態のようなフレーム付き形状で、上述した透明壁４と平行に備えてもよい。ろう付けすべき、接合リボンの位置付け及び／又は形状、並びにガラス壁の金属製被覆層及び上部金属製フレームの形状及び／又は位置付けは、上述したものとは異なっていてもよく、公知のように変形しも、例えば、国際公開公報第ＷＯ２００５／０７５９００号に記載されているにようにしてもよい。この場合、加熱・押圧フレームは、上述した本発明を理解できる当業者にとって明らかなように、形状を適宜修正されることになる。

本発明による装置の概略斜視図である。 図１に示した、ろう付け太陽熱集熱器の一部の概略断面図である。 図１に示した、ろう付け太陽熱集熱器の一部の概略断面図であって、を、ろう付け装置を含めて示す図である。 図１に示した、ろう付け太陽熱集熱器の一部の概略断面図であって、を、ろう付け装置が異なる位置にある図である。

Claims (10)

1. 真空式太陽熱集熱器（１）、特にフラット型太陽熱集熱器の保持構造体（２）の金属製周囲フレーム（３）に、透明壁（４）の金属製周囲被覆（５）を真空密閉ろう付けする装置であって、太陽熱集熱器は、好ましくは軟質金属製帯状体又はリボンであり、特に、鉛及び／又は銅からなる帯状体又はリボンである接合リボン（６）を備え、接合リボンは、透明壁（４）と金属製周囲フレーム（３）との間の間隙（７）を真空密閉するのに適するとともに、金属製周囲フレーム（３）と透明壁（４）の金属製周囲被覆（５）とにろう付け、特に軟ろう付けされるのに適するものであり、接合リボンは、ろう付け合金である装置において、透明壁（４）を保持構造体（２）に位置付け、接合リボン（６）で金属製周囲フレーム（３）と金属製周囲被覆（５）を少なくとも部分的に覆うと、金属製周囲被覆（５）の少なくとも一部を有する、透明壁（４）の第１部分（５Ａ）と、金属製周囲フレーム（３）の少なくとも一部を有する、保持構造体（２）の第２部分（３Ａ）と、接合リボン（６）とを、少なくともろう付け合金の溶融温度に加熱する加熱手段（２４）と、溶融したろう付け合金を、ろう付け合金の硬化工程中、金属製周囲フレーム（３）と金属製周囲被覆（５）と機械的な接触をもたらす圧力を、少なくとも第１部分（５Ａ）と第２部分（３Ａ）とに加える押圧手段（２５）とを備えることを特徴とする装置。
2. 前記加熱手段（２４）と前記押圧手段（２５）とは、互いに分かれており、前記装置は、太陽熱集熱器（１）に接触しない第１作動位置Ｍから、前記加熱手段（２４）と前記押圧手段（２５）が、前記透明壁（４）の第１部分（５Ａ）と前記保持構造体（２）の第２部分（３Ａ）と前記接合リボンとを覆うように位置付けられる第２作動位置（Ｎ）と、前記押圧手段（２５）のみが、前記第１及び第２部分（５Ａ、３Ａ）と前記接合リボン（６）を覆う第３作動位置Ｐとに、前記加熱及び押圧手段（２４、２５）を自動的に移動する手段１１及び１２とを備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記加熱手段（２４）は、前記透明壁（４）の第１部分（５Ａ）を加熱する第１部材（２７）と、前記保持構造体（２）の第２部分（３Ａ）を加熱する第２部材（２６）の、少なくとも２個の熱的に異なる加熱部材（２６、２７）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記第１及び第２加熱部材（２６、２７）は、一体的に組み込まれ、断熱性部材（２８）により互いに熱的に分離されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記加熱及び押圧手段は、フレーム状の部材（２４、２５）であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記フレーム状の加熱及び押圧部材（２４、２５）は、横方向寸法を実質的に同じくし、少なくとも１個の作動位置（Ｎ）において、前記フレーム状の加熱部材（２４）が、前記フレーム状の押圧部材（２５）と重なるように、支持構造体（１０）にそれぞれヒンジで連結されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記押圧手段は、前記透明壁（４）の第１部分（５Ａ）と前記保持構造体（２）の第２部分（３Ａ）と前記接合リボン（６）とに、前記加熱手段（２４）により発生された熱エネルギを伝導する手段も備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記熱伝導及び押圧手段（２５）は、前記透明壁（４）の第１部分（５Ａ）に熱を伝導する第１部材と、前記保持構造体（２）の第２部分（３Ａ）に熱を伝導する第２熱伝達部材の、少なくとも２個の熱的に異なる熱伝導部材に熱的に分離されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記第１及び第２熱伝導部材は、一体的に組み込まれ、断熱性部材（２８）により互いに熱的に分離されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記押圧手段（２５）は、前記加熱手段（２９、３０）が、前記透明壁（４）の第１部分（５Ａ）と前記保持構造体（２）の第２部分（３Ａ）と前記接合リボン（６）とを、前記介在させたろう付け合金の少なくとも溶融温度に加熱し終えると、前記第１部分と前記第２部分と前記接合リボンとを冷却する手段（３１、３２、３３）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。

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