JP2013007554A

JP2013007554A - 双通路型太陽熱集熱器およびその構造体

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Publication number: JP2013007554A
Application number: JP2011152301A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Yamamoto; 修一山本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2013-01-10

Abstract

【課題】集熱効率のよい太陽熱集熱器を提供する。
【解決手段】その上下面に太陽熱吸収面を有する太陽熱集熱板１１を設け、該集熱板の上下に接して流体通路形成材１５、２０を各々取り付けて、集熱板の上方と下方に各々流体通路１８、２２を形成し、少なくとも一方の流体通路形成材１５、２０を透明体にて形成する。流体通路には、気体もしくは液体が通行移動し、太陽熱集熱器の開放部には適宜に管体が取り付けられ、ポンプ等により内部流体が循環する。
【選択図】図２

Description

この発明は、流体通路を二系統有する双通路型の太陽熱集熱器およびその構造体に関する。

従来より、種々の太陽熱集熱器が利用されているが、本発明に示すような双通路型のものは見あたらない。

太陽熱集熱器は太陽熱温水器の必須要素である。この太陽熱集熱器には種々のタイプがあるが、平板型と真空型とに大別され、普及率は平板型が多い。この平板型の代表例の一つを図５に示す。
図において、１は下板で、この下板上に金属管による通路管２が連設され、通路管上面には黒色塗装膜を有する波板３が接して位置し、波板上方には透明ガラス板による上部カバー板４が設けられた構成である。通常はこの太陽熱集熱器は太陽熱温水器に組み込まれて建物屋根上に所定角度にて設置され、通路管に水その他の流体を流し、加熱された流体はタンクに貯留される。あるいは、強制循環にてタンク内の水と熱交換されて利用される。
太陽光は上方より降り注ぎ、上部カバー板を通過して波板を熱し、この熱は通路管を介して管内流体に伝わり、タンクに直接もしくは熱交換にて貯留され、この加温されたタンク内の流体を利用する。
しかしながら、この方式では利用熱効率においては不十分である。
すなわち、波板からは上下に熱が放射されるが、以上の形態では下方に向かう熱はある程度回収できるものの上方に向かう熱は回収されずに、内部空気を加温して上昇気流となり、上部カバー板に接して吸熱されて下降気流となるものと、この上部カバーから外部に放熱されるものとが存在し、統計によれば一般的太陽熱温水器の熱効率は４０パーセントから６０パーセント程度にとどまっており、より高効率の太陽熱温水器が求められている。
本発明は、以上のような従来からの太陽熱集熱器に関わる課題を解決するために発明されたもので、集熱板の上下に各々流体通路を設けることにて、以上の問題をクリアーできる新規かつ有用なる手段を提供するものである。

課題を解決する手段として本発明は以下の構成とした。
すなわち、その上下面に太陽熱吸収材料を有する太陽熱集熱板を設け、該集熱板の上下に接して流体通路形成材を各々取り付けて、集熱板の上方と下方に各々流体通路を形成し、少なくとも一方の流体通路形成材を透明体にて形成する。本発明は以上の構成よりなる双通路型太陽熱集熱器である。

本発明は下記の効果を有する。
１．集熱板の上下に流体通路を有し、この通路内を流体が循環して熱回収を行う方式のため、太陽熱の吸収効率を高めることができる。
２．二系統の流体通路を有するので、必要に応じて一方の通路に気体、他方の通路に液体など一つの集熱器にて二種の流体を利用できる。
３．構造簡単にして安価に制作することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図において、１０は本発明による集熱器である。１１は集熱板で、鉄板による長方形状の金属板１２の上下に黒色塗装膜１３を設けたものである。なお必要に応じてこの黒色塗装膜保護のための透明ペイント等による透明保護膜１４が設けられる。また、黒色塗装膜に代えて、黒色フィルムを貼着してもよい。
１５は上部流体通路形成材である。これは透明合成樹脂にて正面視細長コ字形の両端開放板体で、その両サイドには有孔の固定部１６が一体に形成され、該形成材中空部には補強リブ１７が連設される。この上部流体通路形成材は前記集熱板の上方に接して位置し、該形成材と集熱板とにより囲まれる空間は上部流体通路１８として利用される。
２０は下部流体通路形成材で、前記の上部流体通路形成材と同様の物品であるが、固定部２１には雌ネジが刻設される。この下部流体通路形成材は集熱板の下面に接して位置して下部流体通路２２が形成され、前記の孔と雌ネジにはビスが挿入螺着して、図２のごとく集熱板を上下に挟んで各流体通路形成材が位置する。この流体通路には、気体もしくは液体が通行移動する。なお、この太陽熱集熱器の開放部には適宜に管体が取り付けられ、ポンプ等により内部流体は循環する。本発明の利用形態の一つを図４にて示す。図において、１０は既述の太陽熱集熱器、３０はその側面に切除部を有する合成樹脂製の流通管で、この切除部に太陽熱集熱器の開放部が挿入密着固定される。３１は箱形のケースで、その上面には半強化ガラスによる透明カバー板３２が設けられる。３３は仕切り板で、図のごとく流通管を保持している。
３４はグラスウールによる断熱材で、集熱板下方と流通管周囲に充填される。
また、流通管には流体移送管（図示略）が接続され、ポンプが流体通路適所に設けられ、通電作動する。このポンプ作動にて流体通路内の流体は循環し、別設の熱交換機（図示略）にて加温水が作られ、給湯などに利用される。

次に、本発明の機能と作用について説明する。
太陽熱温水器上方から太陽光線が降り注ぎ、透明カバー板と上部流体通路形成材を通過して集熱板に注がれる。集熱板には黒色塗装膜が位置し、太陽光線を吸収して発熱する。
この発熱輻射にて上部流体通路１８内の流体は加熱されるが、循環しているために流通管を経由して外方に運ばれ、熱利用される。従来例では集熱板上方の流体は利用できないのに対し、本発明では利用できるために、熱損失を低下させることができる。
また、本発明の特徴は双通路型としたところにある。上述のごとく、集熱板は加熱され、この熱は集熱板の上方と下方に放熱される。本発明は集熱板の下面にも黒色塗装膜が位置し、この膜にも伝熱されて放熱されるが、上述と同様に下部流体通路内にも流体が循環して、この放熱にて流体を加熱して利用することができる。従って、従来法のように集熱板の一方向のみの熱利用ではなく、上下双方向の熱を利用することができて、熱利用効率を高めることができる。
図７以降は、本発明の他例を示すものである。図７は流体通路形成材を補強リブ端に同素材より薄い平板を固着して形成したもので、黒色塗装膜保護を目指したものであり、この方式では流通流体は塗装膜に非接触となる。図８は集熱板に金属板を用いずに、図７の例と同一の流体通路形成材面に直に黒色塗装膜を設けた例であり、その他は他例と同一である。図９は初例に加えて、下部流体通路形成材下面に、反射断熱シート５０を固着したものである。この反射断熱シートは、軟質発砲合成樹脂シートの一面にアルミ箔を固着したもので、このアルミ箔面を下部流体通路形成材に接して設けたものである。集熱板下面の黒色塗装膜からの熱輻射にて下方に熱が向かい、その大半は流通流体にて吸収され運ばれるが、これにてもとりきれない輻射熱をこのアルミ箔にて反射してさらに熱効率を高めようとしたものである。

図１０は集熱板に代えて太陽光発電素子６０を用いた例である。つまり図８の黒色塗装膜に代えて該発電素子を用いたものである。本例では、上下の流体通路に透明流体を通行させることにて、太陽熱を得ながら太陽光発電を得ることができる。
一般に、太陽光発電素子上面は黒色に近い色であり、太陽熱の吸収能力も高く、集熱素子としても利用可能である。また、この発電素子は高温度ではその発電能力も低下するが、本例では流通流体が位置するので、該素子を適宜に冷却することができる。
図１１は、既述の例が硬質合成樹脂にて流体通路形成材を設けたのに対し、透明軟質合成樹脂７０にて袋状としたものである。図１２は、透明合成樹脂管８０内面に溝を設け、該溝に集熱板を挿入位置させ、この管を連設したものである。図１３は、流通管に対する本発明集熱板の挿入位置を変えた例である。図４の例では流通管の中央に集熱器を挿入している。
本例は流通管中央より下方に集熱器を挿入している。これは図のごとく、旋回流を発生させるための仕組みである。本発明の構成から、集熱板上面に太陽光線が当たるので上部流体は下部流体より高温となる。本発明集熱器は上下に流体通路が位置しているので、流通管に流入する流体が気体の場合は、上部通路流体と下部通路流体が同時に流通管に流入して熱分布の不均衡が生ずる。より高温の部分からの熱損失が大きいので、これら流体の熱均一化が望ましい。本例では、下部流体は流通管の下部に当たり、その管内傾斜にて急速に上昇する流れとなり、その上方から流入する上部流体を押し上げ、混合して熱交換がなされて双方の流体温度を均一化することができる。

以上本発明について記したが、本発明は集熱板の上下に流体通路を設けて、上下に発する輻射熱を吸収可能としたところにその特徴がある。従来は上下いずれか一方のみの熱吸収のため、他方は熱放散にて集熱できないものであったが、本発明は双方向の集熱にて熱効率を上昇させることができるのである。
既述の例において、流体通路形成材には補強リブが設けられて、該部材強度が増加し、使用時の変形が防止される。集熱板には平鉄板を用いたので、これがある程度の面積となれば該鉄板にたわみが生ずるが、本発明では双方の流体通路形成材にてリブを介してこの鉄板が押圧保持されるので該集熱板の平面度が保たれる。また、図１０にて示すように、集熱板に代えて太陽光発電素子を用いることにて、太陽熱と太陽光による電力の双方を一度に得ることができる、ハイブリッド型のソーラーシステムを得ることができる。
従来は、太陽熱温水器と太陽光発電システムは別物として各々単独に用いられていた。
一部には、太陽光発電パネルを太陽熱温水器の一部に設けて、該温水器の循環ポンプをその発電パネルからの電力にて作動させるものがあるが、この場合は太陽熱温水器主体の構成である。しかし本発明は、太陽熱パネルと太陽光発電パネルを同一集光面積として活用できるので、この双方を生かして使うことができる。また、太陽光発電素子は高温ではその発電効率が低下するので冷却することが望ましいが、従来法ではこの冷却手段は見あたらない。本発明では発電素子の上下に流体が通過するので、例えば下方の通行流体速度を上げることにてこの素子を冷却して、発電効率の低下を防止することが可能となる。
なお、図１と図２で仮想線で示したのは、補強のための板状の外部突出リブである。
この外部リブと既述の内部リブにてより強度を高めることができる。また、集熱面としての黒色塗料に代えて、特定波長選択吸収材を用いてもよい。なお、下部流体通路形成材は反射断熱シートを用いない場合は、透明体でなくてもよい。
以上のごとく、本発明にて低コストであるとともに、集熱効率のよい太陽熱集熱器を得ることができる。

本発明の平面図本発明の拡大正面図本発明の集熱板拡大説明図本発明の使用例説明図従来例の機能説明図本発明の機能説明図本発明の他例の構成説明図本発明の他例の構成説明図本発明の他例の構成説明図本発明の他例の構成説明図本発明の他例の構成説明図本発明の他例の構成説明図本発明の変化例の要部構成説明図

１下板
２通路管
３波板
４上部カバー板
１０集熱器
１１集熱板
１２金属板
１３黒色塗装膜
１４透明保護膜
１５上部流体通路形成材
１６固定部
１７補強リブ
１８上部流体通路
２０下部流体通路形成材
２１固定部
２２下部流体通路
３０流通管
３１ケース
３２透明カバー板
３３仕切り板
３４断熱材
４０流体通路形成材
５０反射断熱シート
６０太陽光発電素子
７０袋状流体通路形成材
８０透明管
９０流通管

Claims

その上下面に太陽熱吸収材料を有する太陽熱集熱板を設け、該集熱板の上下に接して流体通路形成材を各々取り付けて、集熱板の上方と下方に各々流体通路を形成し、少なくとも一方の流体通路形成材を透明体にて形成したことを特徴とする双通路型太陽熱集熱器。
集熱板に代えて、太陽光発電素子を用いてなる請求項１記載の双通路型太陽熱集熱器。
集熱器の両端開放部を、流通管の中心より下方に通気可能に挿入固定することにて、該集熱器からの流出流体の熱交換を容易とするよう構成した双通路型太陽熱集熱器構造体。