JP2014115065A

JP2014115065A - 太陽熱温水器の集熱器

Info

Publication number: JP2014115065A
Application number: JP2012271709A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Nasaka; 竹彦名坂; Tatsushi Kobayashi; 達志小林; Mitsuaki Tajima; 光明田島; Yuichi Tsujimura; 雄一辻村
Original assignee: Yazaki Energy System Corp
Current assignee: Yazaki Energy System Corp
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-06-26
Also published as: CN103868247A; CN103868247B

Abstract

【課題】Ｏリングの噛み込みを防止しながら施工性を向上させることができる太陽熱温水器の集熱器を提供する。
【解決手段】太陽熱温水器の集熱器１１は、熱媒の流路２１が形成される集熱板２３と、集熱板２３が収容される集熱器ケース２７と、流路２１に連通して集熱板２３に接続される一端開口部３７の内周面４５に平行雌ねじ部４７が形成されるとともに集熱器ケース２７を貫通して導出される他端開口部３９の内周面４５に円筒状シール面４９が形成される出入口管３５と、平行雌ねじ部４７に螺合する平行雄ねじ部５７を有するとともに円筒状シール面４９に密着するＯリング５１を備える嵌合シール部５９が一端に設けられる継手管５５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽熱温水器の集熱器に関する。

太陽熱温水器は、一般的に、太陽熱を集める集熱器と、その熱を蓄熱できる貯湯槽と、これらの間で熱媒を循環させる熱媒配管系と、を備えている。集熱器で集めた太陽熱は、熱媒配管系を通る熱媒によって貯湯槽へ運ばれる。貯湯槽内には熱媒配管系に接続された熱交換器が設けられるとともに、給湯水が貯留される。貯湯槽では、熱交換器によって熱媒の熱が給湯水に伝えられて蓄えられる。
ここで、太陽熱温水器の集熱器には、一般的に管状集熱器やプレート式集熱器が使用される。二枚のプレートを接合して熱媒の流路が形成される集熱板を備えたプレート式集熱器は、管状集熱器に比べ構造を簡素にでき、軽量化が可能である利点を有する。

上記太陽熱温水器の集熱板には、流路の上流端と下流端とで熱媒循環管路に連通する少なくとも二箇所に出入口管が取り付けられる（通常は、集熱器の汎用性を考慮して、集熱板の四隅に出入口管が取り付けられる。）。そして、この出入口管に接続ホースなどの配管を接続接続する際には、テーパーねじを切ってある出入口管へ継手管をねじ込んでから接続ホースを取り付けているが、出入口管のテーパーねじに予めシールテープを巻き、工具を用いて継手管を組み付けるため、シールテープの巻き方や継手管の締め込み量などの施工技量によって漏れの発生が左右されていた。

そこで、シールテープ巻きや締め込み量管理が不要なクイックファスナー方式が採用されている。図６に示すように、樹脂成形品の継手管であるクイックファスナー５０１により集熱板５０３に接続ホース５１７を接続する接続構造では、集熱板５０３の出入口管５０５に円筒状シール面５０７が形成され、クイックファスナー５０１の一端には周溝５０９にＯリング５１１が装着される。クイックファスナー５０１の一端外周には一対の係止アーム５１３が揺動自在に設けられ、係止アーム５１３は出入口管５０５の開口フランジ部５１５に係止可能とされている。
そして、集熱板５０３に接続ホース５１７を接続する際には、クイックファスナー５０１の他端に接続ホース５１７を接続してワンタッチバンド５１９で締め、クイックファスナー５０１の一端を出入口管５０５の円筒状シール面５０７内に挿入し、係止アーム５１３を開口フランジ部５１５に係止してクイックファスナー５０１を出入口管５０５に固定する。これにより、シールテープや工具を用いることなく、クイックファスナー５０１の一端と出入口管５０５の円筒状シール面５０７との間がＯリング５１１によって水密シールされる。

特開２００３−２６２４０２号公報

しかしながら、クイックファスナー５０１を用いて出入口管５０５に接続ホース５１７を接続する際、出入口管５０５とクイックファスナー５０１との中心軸線がずれたままで施工すると、Ｏリング５１１が噛み込み、漏れの発生する可能性があった。また、クイックファスナー５０１は、出入口管５０５の軸線方向に沿って延在する係止アーム５１３を備えるため、係止アーム５１３の収容スペースを確保しなければならず、その結果、屋根と集熱器との隙間寸法が増大する不利があった。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、Ｏリングの噛み込みを防止しながら施工性を向上させることができる太陽熱温水器の集熱器を提供することにある。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）熱媒の流路が形成される集熱板と、前記集熱板が収容される集熱器ケースと、前記流路に連通して前記集熱板に接続される一端開口部の内周面に平行雌ねじ部が形成されるとともに前記集熱器ケースを貫通して導出される他端開口部の内周面に円筒状シール面が形成される出入口管と、前記平行雌ねじ部に螺合する平行雄ねじ部を有するとともに前記円筒状シール面に密着するＯリングを備える嵌合シール部が少なくとも一端に設けられる継手管と、を備えることを特徴とする太陽熱温水器の集熱器。

上記（１）の構成の太陽熱温水器の集熱器によれば、集熱板の流路に連通して集熱器ケースから導出された出入口管に、継手管を接続する際には、出入口管の他端開口部に、継手管の一端が挿入される。出入口管の他端開口部に挿入された継手管は、平行雄ねじ部が、出入口管の一端開口部に形成された平行雌ねじ部と螺合することで、出入口管の軸線に継手管の軸線が一致する（なお、ここで出入口管の軸線及び継手管の軸線は真直であり、出入口管及び継手管は断面円形であるとする）。これにより、出入口管と継手管とは、同軸度公差、円周振れ公差等が小さく抑えられる。出入口管の軸線に継手管の軸線が一致した継手管は、Ｏリングの中心が円筒状シール面の軸線に一致する。継手管は、その状態のまま螺合されることで、嵌合シール部のＯリングが円筒状シール面に均等に潰されて水密シールされる。即ち、Ｏリングは、出入口管と継手管との偏芯によって円周方向の一部が過剰に潰れる噛み込みが生じない。継手管は、この水密シール状態で、少なくとも一回転以上回転されて螺合が完了される。これにより、例えばＬ字（エルボ）管状の継手管の場合、螺合完了位置から一回転以下の回転角度で逆回転されることで、他端が接続ホースの配索方向に応じて３６０°任意の導出方向へ容易に変更自在となる。

（２）上記（１）の構成の太陽熱温水器の集熱器であって、前記平行雄ねじ部が前記平行雌ねじ部に対して螺進した後、前記Ｏリングが前記円筒状シール面に密着させられることを特徴とする太陽熱温水器の集熱器。

上記（２）の構成の太陽熱温水器の集熱器によれば、出入口管の他端開口部に挿入された継手管は、先ず、平行雄ねじ部が、出入口管の平行雌ねじ部と螺合する。継手管は、その状態のまま螺合されて行くことで、Ｏリングの中心が円筒状シール面の軸線に一致して、出入口管の他端開口部へ進入開始される。これにより、嵌合シール部は、Ｏリングが継手管と出入口管の他端開口部周縁とに挟まる（噛み込まれる）ことなく、円筒状シール面に均等に潰されて、円筒状シール面を水密シールされる。

（３）上記（１）または（２）の構成の太陽熱温水器の集熱器であって、前記出入口管の一端開口部が、二枚のプレートを接合して形成された前記集熱板の下側のプレートに接続され、前記出入口管の他端開口部が、前記集熱器ケースの底板を貫通して底面側に導出されることを特徴とする太陽熱温水器の集熱器。

上記（３）の構成の太陽熱温水器の集熱器によれば、出入口管の一端開口部は、集熱板の下側のプレートに対して垂直方向に溶接或いはロー付けによって接合して、熱媒の流路に接続することができる。従来の集熱板と出入口管との接続構造では、二枚のプレートを貼り合わすことで熱媒が通る流路を形成した集熱板の場合、プレート縁部の流路開口部と出入口管の外周部との間の隙間部を溶接或いはロー付けによって塞ぐ場合があり、このような溶接或いはロー付け作業は作業者の熟練を要しており、自動溶接が困難であった。これに対し、本構成によれば、下側のプレートに開口した円形のロー付け開口部に、出入口管の円形の一端開口部を挿入した単純な構造での容易な溶接或いはロー付け作業が可能であり、自動溶接も可能となる。

本発明に係る太陽熱温水器の集熱器によれば、Ｏリングの噛み込みを防止しながら施工性を向上させることができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

本発明の一実施形態に係る集熱器の要部断面図である。図１の集熱器が用いられる太陽熱温水器の全体斜視図である。図１に示した継手管のＯリングが装着されていない状態の斜視図である。集熱器同士を接続する継手構造中央部の分解斜視図である。図１に示した継手管を集熱器に取付ける手順を説明するための要部拡大断面図であり、（ａ）は取付け初期状態を示し、（ｂ）は取付け完了状態を示す。従来のクイックファスナーを用いた配管接続部の要部断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
図１に示す本発明の一実施形態に係る集熱器１１は、図２に示す太陽熱温水器１３に用いられる。太陽熱温水器１３は、併設された２枚の集熱器１１の上方に貯湯槽１５を配置し、集熱器１１と貯湯槽１５との間を図示しない熱媒循環系により熱媒が強制循環されて貯湯槽内の水と熱交換する。また、太陽熱温水器１３は、集熱器１１と貯湯槽１５とを分離し、集熱器１１は屋根の上、貯湯槽１５は別のスペースに設置されてもよい。

本実施形態の集熱器１１は、四角形に形成した二枚のプレート１９のうち、一方または双方のプレート１９を波形に形成し、これら二枚のプレート１９を貼り合わすことで熱媒が通る流路２１を形成した集熱板２３を有するプレート式集熱器である。集熱板２３は、周縁部２５が集熱器ケース２７の内部固定片２９にビス３１によって固定され、集熱器ケース２７に収容される。集熱板２３を構成するプレート１９には、熱伝導性のよい金属材料が使用される。集熱板２３を収容する集熱器ケース２７の上表面側には、透明板３３が取付けられている。

集熱板２３には、流路２１の上流端と下流端とで熱媒循環管路に連通する少なくとも二箇所に出入口管３５（連結管）が取り付けられる。本実施形態では、集熱器１１の汎用性を考慮して、集熱板２３の四隅に出入口管３５が取り付けられる。出入口管３５は、一端開口部３７が、二枚のプレート１９を接合して形成された集熱板２３の下側のプレート１９に接続される。出入口管３５の他端開口部３９は、集熱器ケース２７の底板４１を貫通して底面側に導出される。出入口管３５と集熱板２３との接続は、下側のプレート１９に開口した円形のロー付け開口部４３に、出入口管３５の円形の一端開口部３７を挿入した単純な構造で、容易な溶接或いはロー付け作業で行われる。

流路２１に連通して集熱板２３に接続された出入口管３５は、一端開口部３７の内周面４５に平行雌ねじ部４７が形成されるとともに、集熱器ケース２７を貫通して導出される他端開口部３９の内周面４５に円筒状シール面４９が形成される。出入口管３５の他端開口部３９には、Ｏリング５１の受け入れをガイドする面取り部５３が形成される。

この出入口管３５には、図３に示す継手管５５が接続される。継手管５５は、平行雌ねじ部４７に螺合する平行雄ねじ部５７を有するとともに、円筒状シール面４９に密着するＯリング５１を備える嵌合シール部５９が少なくとも一端に設けられる。本実施形態において、継手管５５は、Ｌ字（エルボ）管状に形成されるが、継手管５５は直管状であってもよい。Ｌ字管状に形成された継手管５５は、一端に平行雌ねじ部４７と嵌合シール部５９が形成され、エルボ部６１を挟んで反対側の他端に接続ホース６３（図４参照）を外周に接続する接手（所謂、タケノコ）６５が形成されている。

継手管５５の嵌合シール部５９は、基端側にＯリング５１の装着される周溝６７が形成され、その先端側に平行雄ねじ部５７が形成される。ここで、平行雄ねじ部５７の先端からＯリング５１までの長さＬは、図５（ａ）に示すように、円筒状シール面４９の軸線方向の長さＳよりも大きく設定されている。従って、平行雄ねじ部５７が、出入口管３５の平行雌ねじ部４７に対して螺進した後、図５（ｂ）に示すように、Ｏリング５１が円筒状シール面４９に密着するように構成されている。

継手管５５の周溝６７は、継手管５５の一端に設けられる一対の内側鍔部６９及び外側鍔部７１の間に形成される。周溝６７に装着されたＯリング５１は、内径が周溝底面７３の外径よりも小さく設定される。従って、周溝６７に装着されたＯリング５１は、内周が周溝底面７３に密着する。この状態で、Ｏリング５１の外径は、内側鍔部６９及び外側鍔部７１の外径よりも大きくなるように設定される。
一方、出入口管３５の円筒状シール面４９の内径は、内側鍔部６９及び外側鍔部７１の外径よりも大きく、且つ装着されたＯリング５１の外径よりも小さく設定される。従って、Ｏリング５１の装着された嵌合シール部５９は、円筒状シール面４９に挿入されることで、Ｏリング５１が所定の圧縮量で圧縮される。圧縮されたＯリング５１は、弾性復元力によって周溝底面７３と円筒状シール面４９に密着することで、出入口管３５と継手管５５との隙間を水密シールする。

なお、集熱板２３は、流路内が陽圧となるので、周溝内で潰されたＯリング５１は、周溝内の外部側へ移動される。その際、Ｏリング５１は、円筒状シール面４９と外側鍔部７１との隙間に押しつけられてこの隙間を塞ぐことによっても、出入口管３５と継手管５５との隙間を水密シールする。

次に、上記集熱器１１の接続ホース接続手順を説明する。
Ｌ字管状の継手管５５を集熱器１１に接続するには、先ず、地上で、出入口管３５に継手管５５を、平行雄ねじ部５７がストップするまで平行雌ねじ部４７に回して仮固定する。この際、継手管５５は、平行雄ねじ部５７が出入口管３５の平行雌ねじ部４７に対して螺進した後、Ｏリング５１が円筒状シール面４９に密着する。

次に、集熱器１１を屋根上のラック７５に固定する。集熱器１１の固定完了後、継手管５５を接続しやすい位置まで逆回転させる。図４に示すように、集熱器１１同士を接続する継手構造中央部の場合、双方の継手管５５の他端同士が向き合う位置まで回転する。この際の回転は原則１回転以内となる。次に、双方の継手管５５の他端同士に接続ホース６３を接続し、それぞれの接手６５に接続ホース６３をワンタッチバンド７７で固定して、接続ホース６３を介して集熱器１１同士の接続を完了する。

次に、上記集熱器１１の作用を説明する。
以上のように、本実施形態に係る太陽熱温水器１３の集熱器１１では、集熱板２３の流路２１に連通して集熱器ケース２７から導出された出入口管３５に、継手管５５を接続する際には、出入口管３５の他端開口部３９に、継手管５５の一端が挿入される。図５（ａ）に示すように、出入口管３５の他端開口部３９に挿入された継手管５５は、平行雄ねじ部５７が、出入口管３５の一端開口部３７に形成された平行雌ねじ部４７と螺合することで、出入口管３５の軸線Ｙに継手管５５の軸線Ｘが一致する（なお、ここで出入口管３５の軸線Ｙ及び継手管５５の軸線Ｘは真直であり、出入口管３５及び継手管５５は断面円形であるとする）。

これにより、出入口管３５と継手管５５とは、同軸度公差、円周振れ公差等が小さく抑えられる。出入口管３５の軸線Ｙに軸線Ｘが一致した継手管５５は、Ｏリング５１の中心が円筒状シール面４９の軸線に一致する。図５（ｂ）に示すように、継手管５５は、その状態のまま螺合されることで、嵌合シール部５９のＯリング５１が円筒状シール面４９に均等に潰されて水密シールされる。その結果、Ｏリング５１は、出入口管３５と継手管５５との偏芯によって円周方向の一部が過剰に潰れる噛み込みが生じない。

継手管５５は、この水密シール状態で、少なくとも一回転以上回転されて螺合が完了される。これにより、Ｌ字管状の継手管５５の場合、螺合完了位置から一回転以下の回転角度で逆回転されることで、他端が接続ホース６３の配索方向に応じて３６０°任意の導出方向へ容易に変更自在となる。また、本実施形態の集熱器１１では、工具やシールテープを使う必要がないので、施工技量に左右されることなく施工ができ、Ｏリング５１の噛み込みも生じなくなるので、漏れの発生を簡単な施工で確実に防止できる。

また、従来のクイックファスナー５０１を用いた場合は、図６に示したように係止アーム５１３の収容スペースが必要であったが、本実施形態の継手管５５を用いた構成では、このような収容スペースが不要となるので、屋根と集熱器１１との隙間寸法を小さくすることができる。

また、本実施形態に係る太陽熱温水器１３の集熱器１１では、出入口管３５の他端開口部３９に挿入された継手管５５は、先ず、平行雄ねじ部５７が、出入口管３５の平行雌ねじ部４７と螺合する（図５（ａ）参照）。継手管５５は、その状態のまま螺合されて行くことで、Ｏリング５１の中心が円筒状シール面４９の軸線（出入口管３５の軸線Ｙ）に一致して、出入口管３５の他端開口部３９へ進入開始される。これにより、嵌合シール部５９は、Ｏリング５１が継手管５５と出入口管３５の他端開口部周縁とに挟まる（噛み込まれる）ことなく、円筒状シール面４９に均等に潰されて、円筒状シール面４９に水密シールされる（図５（ｂ）参照）。

更に、本実施形態の太陽熱温水器１３の集熱器１１では、出入口管３５の一端開口部３７は、集熱板２３の下側のプレート１９に対して垂直方向に溶接或いはロー付けによって接合して、熱媒の流路２１に接続することができる。従来の集熱板と出入口管との接続構造では、二枚のプレートを貼り合わすことで熱媒が通る流路を形成した集熱板の場合、プレート縁部の流路開口部と出入口管の外周部との間の隙間部を溶接或いはロー付けによって塞ぐ場合があり、このような溶接或いはロー付け作業は作業者の熟練を要しており、自動溶接が困難であった。これに対し、本実施形態の集熱器１１の構成によれば、下側のプレート１９に開口した円形のロー付け開口部４３に、出入口管３５の円形の一端開口部３７を挿入した単純な構造での容易な溶接或いはロー付け作業が可能であり、自動溶接も可能となる。尚、本発明の集熱器は、従来のように貼り合わせた二枚のプレートのプレート縁部の流路開口部に出入口管３５を溶接或いはロー付けしてもよいことは言うまでもない。

従って、本実施形態に係る太陽熱温水器１３の集熱器１１によれば、Ｏリング５１の噛み込みを防止しながら施工性を向上させることができる。

なお、本発明の太陽熱温水器の集熱器は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１１…集熱器
１３…太陽熱温水器
１９…プレート
２１…流路
２３…集熱板
２７…集熱器ケース
３５…出入口管
３７…一端開口部
３９…他端開口部
４１…底板
４５…内周面
４７…平行雌ねじ部
４９…円筒状シール面
５１…Ｏリング
５５…継手管
５７…平行雄ねじ部
５９…嵌合シール部

Claims

熱媒の流路が形成される集熱板と、
前記集熱板が収容される集熱器ケースと、
前記流路に連通して前記集熱板に接続される一端開口部の内周面に平行雌ねじ部が形成されるとともに前記集熱器ケースを貫通して導出される他端開口部の内周面に円筒状シール面が形成される出入口管と、
前記平行雌ねじ部に螺合する平行雄ねじ部を有するとともに前記円筒状シール面に密着するＯリングを備える嵌合シール部が少なくとも一端に設けられる継手管と、
を備えることを特徴とする太陽熱温水器の集熱器。
請求項１記載の太陽熱温水器の集熱器であって、
前記平行雄ねじ部が前記平行雌ねじ部に対して螺進した後、前記Ｏリングが前記円筒状シール面に密着させられることを特徴とする太陽熱温水器の集熱器。
請求項１または請求項２記載の太陽熱温水器の集熱器であって、
前記出入口管の一端開口部が、二枚のプレートを接合して形成された前記集熱板の下側のプレートに接続され、
前記出入口管の他端開口部が、前記集熱器ケースの底板を貫通して底面側に導出されることを特徴とする太陽熱温水器の集熱器。