JP2024062915A - 太陽光集熱装置及びその製造方法、太陽光集熱装置を用いた太陽熱温水器並びに太陽熱暖房装置 - Google Patents
太陽光集熱装置及びその製造方法、太陽光集熱装置を用いた太陽熱温水器並びに太陽熱暖房装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】真空二重ガラス管の破損防止及び破損時のガラス破片の飛散防止しつつ太陽光を可及的に透過させて集熱効率を維持した太陽光集熱装置を提供する。【解決手段】外筒ガラス管２の集熱膜７に対向する採光面２ａに相当する外周面が透明な合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第一保護膜８ａで覆われ、外筒ガラス管２の採光面２ａに隣接する長手方向両側外周面及び端面は、第一保護膜８ａに連なりそれより膜厚の厚い合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第二保護膜８ｂで覆われている。【選択図】図５
Description
本発明は、真空二重ガラス管に照射する太陽光を透過させて集熱膜に集熱する太陽光集熱装置及びその製造方法、太陽光集熱装置を用いた太陽熱温水器並びに太陽熱暖房装置に関する。
太陽熱温水器などに用いられる太陽光集熱装置には断熱性を高めるために真空ガラス管が用いられる。真空ガラス管には、一重のガラス管内部を真空にして集熱部を設けた一重ガラス管タイプと、外筒と内筒を同心配置された二重のガラス管を用いて管内に密閉された真空空間を備え、内筒の長手方向一端側を大気に開放すると共に内筒に集熱部を設けた二重ガラス管タイプがある。
図１は、太陽光集熱装置に用いられる真空一重ガラス管タイプの一例の断面図である。一重ガラス管５１の内部に集熱部５２が封止されており、一重ガラス管５１の内部は密閉された真空空間５３となっている。しかしながら、上述した真空一重ガラス管タイプは集熱部５２の固定やガラス管の気密保持に難があり、近年はこれらを解決するために外筒ガラス管と内筒ガラス管が同心配置された真空二重ガラス管タイプが用いられている。
真空二重ガラス管タイプには、図２に示すようにガラス管の長手方向一端側が閉鎖し他端側が大気に開口した片側開口型と、図３に示すように長手方向両側が大気に開口した両側開口型がある。外側ガラス管５４と内側ガラス管５５とで密閉される空間は真空空間５６であり、内側ガラス管５５の真空空間５６に臨む外周面に集熱膜５７を備え、集熱膜５７に対向する外側ガラス管５４の外周面は採光面５８となっている。また、図４に示すように、内側ガラス管５５に囲まれた内部空間には、熱伝導板５９やヒートパイプ６０などの熱伝導部材が配置されるか、あるいは空気や水などの熱媒が流通して熱交換を行って集熱膜５７で集めた太陽熱エネルギーを外部に取り出すことが可能となっている。
真空二重ガラス管の耐衝撃性を高め、クラックが生じた際のシール効果、ガラス管破裂の際の破片の散乱を防ぐため、ガラス管より直径が大きい筒状のＰＥＴフィルムで覆って加熱し、フィルムを熱収縮させることで、真空二重ガラス管の一端外周から他端外周にわたってポリエステル保護膜を形成したガラス真空集熱管が提案されている（特許文献１：ＣＮ１０３７４３１２０号公報参照）。
また、真空二重ガラス管と同心配置されるヒートパイプとの間に弾性ステンレス鋼スクリーン及びその表面を覆う銅箔が充填され、蓄熱性や熱伝導性を高めたガラス真空集熱管も提案されている（特許文献２：ＣＮ１０７８８３５９２号公報参照）。
更には、ガラス試験管或いはガラス真空管が割れた場合、ガラス管及び内容物を閉じ込める保護バリヤを設けた安全管も提案されている。具体的には、ガラス管の周囲に粘着層を有するポリマーシート材を複数回巻き付けるように包み込んだ状態でポリマーシート材を粘着させる。粘着層は、ヒートシール性を有する場合に加熱することにより粘着し、ＵＶ硬化性の接着剤の場合にはＵＶ光を照射することで接着して第１安全バリヤを形成する。またガラス管の閉塞端部に別途硬化性接着剤を付着させ、硬化させて第２安全バリヤを形成するものである（特許文献３：特表２００８－５３９０７４号公報参照）。
真空二重ガラス管は、太陽光の透過率を上げるために例えば１．６ｍｍ程度の板厚のホウケイ酸塩ガラス３．３（パイレックスガラス：登録商標）などが採用されており、通常のガラスよりも強度は高く太陽熱温水器の強度基準（例えばＪＩＳ Ａ４１１２）の１０倍程度の強度を備えている。代表的な応用例では、ガラス管の長さ１８００ｍｍに対し直径は５８ｍｍ程度でありアスペクト比が非常に大きく、衝撃荷重時は撓みやすいという特徴がある。しかも外筒及び内筒の閉塞端部は閉塞部分が湾曲面を成しており応力は分散されるのに対して、開口端部は外筒と内筒の端部どうしが溶着されて急角度に屈曲しており応力が集中しやすい構造となっている。
そのため輸送時の振動あるいは外部から円筒部に衝撃荷重がかかると、前記ガラス管屈曲部に応力が集中してガラス管が破損する事例が多発している。ガラス管が大きく割れた場合は一目で視認できるが、微小なひび割れは目視での発見は困難で、エアタイトが破れ真空断熱不良となった真空管がそのまま使用されてしまうという問題も発生する。
破損の発生率は、例えば真空二重ガラス管を２０本使用する太陽熱温水器システムを長距離輸送した場合、ガラス管を外して衝撃荷重から防護するために特別梱包として輸送したとしても破損品が４本程度発生し破損率は２０％に達する場合もあり無視できない不良発生頻度である。破損したガラス管は当然ながら使用できず交換にかかる費用と時間がかさむ。このような輸送時の破損による損失は非常に大きく重大なコストアップ要因となっている。また破損した不良品は廃棄処分することとなり環境に与える負荷も増加する。
さらに破損時はガラス管が割れて鋭利な刃物となって飛散し極めて危険であり、コスト面と環境負荷面だけでなく安全性の観点からも重大な問題である。
破損の発生率は、例えば真空二重ガラス管を２０本使用する太陽熱温水器システムを長距離輸送した場合、ガラス管を外して衝撃荷重から防護するために特別梱包として輸送したとしても破損品が４本程度発生し破損率は２０％に達する場合もあり無視できない不良発生頻度である。破損したガラス管は当然ながら使用できず交換にかかる費用と時間がかさむ。このような輸送時の破損による損失は非常に大きく重大なコストアップ要因となっている。また破損した不良品は廃棄処分することとなり環境に与える負荷も増加する。
さらに破損時はガラス管が割れて鋭利な刃物となって飛散し極めて危険であり、コスト面と環境負荷面だけでなく安全性の観点からも重大な問題である。
破損要因としては上記の輸送時の振動や外部からの衝撃荷重の他にも様々ある。例えば運用時には、作業者が誤って工具をガラス管面に落下させ大きな衝撃荷重によりガラス管が破損する場合もありうる。
あるいは台風などの強風により破損した建物の破片や小石などが飛ばされガラス管に衝突して破損する場合も考えられる。また近年は異常気象によりゲリラ豪雨の発生頻度が高くなっており異常に大きな雹が発生しガラス管が破損する可能性もある。
また内管内部に通水して運用する場合、水の重量をガラス管自体が支えなければならず荷重が大きく地震や強風時の振動や歪でガラス管が破損する恐れがあり、またウォーターハンマー現象による衝撃荷重がガラス管にかかり破損する可能性があり、また冬季は凍結によりガラス管が破損する場合もある。
あるいは台風などの強風により破損した建物の破片や小石などが飛ばされガラス管に衝突して破損する場合も考えられる。また近年は異常気象によりゲリラ豪雨の発生頻度が高くなっており異常に大きな雹が発生しガラス管が破損する可能性もある。
また内管内部に通水して運用する場合、水の重量をガラス管自体が支えなければならず荷重が大きく地震や強風時の振動や歪でガラス管が破損する恐れがあり、またウォーターハンマー現象による衝撃荷重がガラス管にかかり破損する可能性があり、また冬季は凍結によりガラス管が破損する場合もある。
いずれにせよ破損時はガラス管が割れ、ガラス破片が飛散し屋根から頭上に落下し地上に散乱すれば歩行できなくなり、あるいは熱湯が噴出するなどの危険がある。このように真空二重ガラス管は様々な要因で破損する可能性があり、破損は重大な人身事故に直結することが予見され危険性が極めて大きいことから、個人住宅に設置される太陽熱温水器などに用いる際は特にガラス管の破損の防止策及び飛散防止策が強く望まれる。
特許文献１のガラス管より直径が大きい筒状のＰＥＴフィルムで覆って加熱し、フィルムを熱収縮させることで、ポリエステル保護膜を形成するとすれば、ＰＥＴフィルムとガラス管との間に空気を巻き込み易く、フィルムに皺が発生すれば、ガラス管との密着性が低下する。
特許文献２のガラス管は、蓄熱性や熱伝導性が高い反面、外筒及び内筒の閉塞端部は閉塞部分が湾曲面を成しており応力は分散されるのに対して、開口端部は外筒と内筒の端部どうしが溶着されて急角度に屈曲しており応力が集中し易く割れ易い構造となっているが、割れ防止対策がなされていない。
特許文献３のように、ガラス管の保護を優先するあまり、ガラス管の周囲に粘着層を有するポリマーシート材を複数回巻き付けるように包み込んだ状態でシート材を粘着させる場合には、シート材間に空気を巻き込み易く、しかも皺なく均一に巻くことが難しい。このため、太陽光が透過し難くなり集熱膜に対する集熱効率が低下し易い。
特許文献２のガラス管は、蓄熱性や熱伝導性が高い反面、外筒及び内筒の閉塞端部は閉塞部分が湾曲面を成しており応力は分散されるのに対して、開口端部は外筒と内筒の端部どうしが溶着されて急角度に屈曲しており応力が集中し易く割れ易い構造となっているが、割れ防止対策がなされていない。
特許文献３のように、ガラス管の保護を優先するあまり、ガラス管の周囲に粘着層を有するポリマーシート材を複数回巻き付けるように包み込んだ状態でシート材を粘着させる場合には、シート材間に空気を巻き込み易く、しかも皺なく均一に巻くことが難しい。このため、太陽光が透過し難くなり集熱膜に対する集熱効率が低下し易い。
本発明の目的は、上述した太陽光集熱装置に用いられる真空二重ガラス管の破損に関わる課題を解決するものであり、真空二重ガラス管の破損防止及び破損時のガラス破片の飛散防止しつつ太陽光を可及的に透過させて集熱効率を維持した太陽光集熱装置及びその製造方法を提供し、この太陽光集熱装置を用いた太陽熱温水器や太陽熱暖房装置にあっては、再生可能エネルギーの有効利用とともに装置の信頼性を高めた太陽熱温水器並びに太陽熱暖房装置を提供することにある。
上述した課題を解決するため、本発明は以下の構成を備える。
外筒ガラス管と内筒ガラス管が同心状に配置され長手方向両端部が各々閉じられて前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間に密閉された真空空間が形成され、前記内筒ガラス管の真空空間に臨む外周側円筒面が集熱膜で覆われた真空二重ガラス管を有し、前記真空二重ガラス管に照射する太陽光を透過させて前記集熱膜に集熱する太陽光集熱装置であって、前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間に密閉された真空空間が形成されると共に少なくとも前記内筒ガラス管の内周側空間部は長手方向一端側において開口しており、前記外筒ガラス管の前記集熱膜に対向する採光面に相当する外周面が透明な合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第一保護膜で覆われ、前記外筒ガラス管の採光面に隣接する長手方向両側外周面及び端面は、前記第一保護膜に連なりそれより膜厚の厚い合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第二保護膜で覆われていることを特徴とする。
外筒ガラス管と内筒ガラス管が同心状に配置され長手方向両端部が各々閉じられて前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間に密閉された真空空間が形成され、前記内筒ガラス管の真空空間に臨む外周側円筒面が集熱膜で覆われた真空二重ガラス管を有し、前記真空二重ガラス管に照射する太陽光を透過させて前記集熱膜に集熱する太陽光集熱装置であって、前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間に密閉された真空空間が形成されると共に少なくとも前記内筒ガラス管の内周側空間部は長手方向一端側において開口しており、前記外筒ガラス管の前記集熱膜に対向する採光面に相当する外周面が透明な合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第一保護膜で覆われ、前記外筒ガラス管の採光面に隣接する長手方向両側外周面及び端面は、前記第一保護膜に連なりそれより膜厚の厚い合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第二保護膜で覆われていることを特徴とする。
このように、外筒ガラス管の集熱膜に対向する採光面に相当する外周面が透明な合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第一保護膜で覆われていることにより、フィルム材やシート材を熱収縮させたり、接着したりする場合に比べて、空気を巻き込まずに均一にしかも密着力が高い保護膜を形成することができるうえに、採光性能を損なうことなく保護膜の柔軟性により衝撃荷重は分散され、またガラス管の撓みや応力集中も抑制されるため、ガラス管の破損を低減することができる。また、保護膜はガラス管に強固に密着するため、仮に二重ガラス管が破損した際は、破損したガラス管破片の飛散を防止することができる。
また、外筒ガラス管の採光面に隣接する長手方向両側外周面は、第一保護膜に連なりそれより膜厚の厚い合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第二保護膜で覆われているため、外筒ガラス管と内筒ガラス管が溶着される開口端部は特に応力が集中し易いが、開口端部に第一保護膜より膜厚の厚い第二保護膜を設けることで、運搬時や作業時に応力集中によるガラス管破損を低減でき、また開口端部への衝撃荷重耐量も増加する。さらにガラス管破損時はガラス破片の飛散をより完全に防止できる。
また、外筒ガラス管の採光面に隣接する長手方向両側外周面は、第一保護膜に連なりそれより膜厚の厚い合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第二保護膜で覆われているため、外筒ガラス管と内筒ガラス管が溶着される開口端部は特に応力が集中し易いが、開口端部に第一保護膜より膜厚の厚い第二保護膜を設けることで、運搬時や作業時に応力集中によるガラス管破損を低減でき、また開口端部への衝撃荷重耐量も増加する。さらにガラス管破損時はガラス破片の飛散をより完全に防止できる。
前記外筒ガラス管及び前記内筒ガラス管の長手方向一端部は前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管の端部どうし互いに交差することなく各々湾曲して閉塞され、長手方向他端部が前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管とで互いに接続されて前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間で密閉された真空空間が形成され、前記内筒ガラス管の長手方向他端部は内周側空間部が開口していてもよく、或いは前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管の長手方向両端部が互いに接続されて前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間で密閉された真空空間が形成され、前記内筒ガラス管の長手方向両端部は内周側空間部が各々開口していてもよい。
これにより、内筒ガラス管に囲まれた内部空間には、熱伝導板やヒートパイプなどの熱伝導部材が配置されるか、あるいは空気、水、不凍液などの熱媒体を通過させ熱交換を行って集熱膜で集めた太陽熱エネルギーを効率よく外部に取り出して利用することが可能となる。
これにより、内筒ガラス管に囲まれた内部空間には、熱伝導板やヒートパイプなどの熱伝導部材が配置されるか、あるいは空気、水、不凍液などの熱媒体を通過させ熱交換を行って集熱膜で集めた太陽熱エネルギーを効率よく外部に取り出して利用することが可能となる。
前記外筒ガラス管の一定の外径を有する採光面に相当する外周面が透明なポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料が塗布された膜厚３０～５０μｍの第一保護膜で覆われ、前記外筒ガラス管の採光面に隣接する長手方向両側外周面は、ポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料が塗布された膜厚１００～２００μｍの第二保護膜で覆われているのが好ましい。
これにより、第一保護膜は内筒ガラス管に設けられた選択吸収膜の集光効率の低下を極限まで小さくするために、概ね波長３００ｎｍ～２７００ｎｍの帯域の光を通過可能で透明性に優れたポリカーボネイト系ウレタン樹脂を用い、膜厚３０～５０μｍの薄い被膜が好ましい。また薄膜化により材料コストの低減ともなる。真空二重ガラス管の採光性能を損なうことなくポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料の密着性や柔軟性が高くガラス管の撓みや応力集中も抑制されるため、ガラス管の破損を低減することができる。
これにより、第一保護膜は内筒ガラス管に設けられた選択吸収膜の集光効率の低下を極限まで小さくするために、概ね波長３００ｎｍ～２７００ｎｍの帯域の光を通過可能で透明性に優れたポリカーボネイト系ウレタン樹脂を用い、膜厚３０～５０μｍの薄い被膜が好ましい。また薄膜化により材料コストの低減ともなる。真空二重ガラス管の採光性能を損なうことなくポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料の密着性や柔軟性が高くガラス管の撓みや応力集中も抑制されるため、ガラス管の破損を低減することができる。
太陽光集熱装置の製造方法においては、外筒ガラス管と内筒ガラス管が同心状に配置され、前記外筒ガラス管及び前記内筒ガラス管の長手方向一端部は前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管の端部どうし互いに交差することなく各々湾曲して閉塞され、長手方向他端部が前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管とで互いに接続されて前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間で密閉された真空空間が形成され、前記内筒ガラス管の長手方向他端部は内周側空間部が開口している真空二重ガラス管若しくは外筒ガラス管と内筒ガラス管が同心状に配置され、前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管の長手方向両端部が互いに接続されて前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間で密閉された真空空間が形成され、前記内筒ガラス管の長手方向両端部は内周側空間部が各々開口している真空二重ガラス管を用意する工程と、前記真空二重ガラス管の外周面及び端面に付着した油膜や塵埃を陰イオン界面活性剤若しくは非イオン界面活性剤を含む洗浄液に晒して洗浄する工程と、前記真空二重ガラス管を常温より高い所定温度に加熱して、前記洗浄液を蒸発させる加熱工程と、透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を前記外筒ガラス管の前記集熱膜に対向する採光面に相当する外周面及びこれに連なる長手方向両側外周面とで厚さを変えて塗布する塗布工程と、前記透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を高温で所定時間強制乾燥させるか或いは常温で自然乾燥させることにより、前記外筒ガラス管の採光面に第一保護膜を形成し前記第一保護膜に連なり長手方向両側外周面及び両端面にそれより膜厚の厚い第二保護膜を形成する乾燥工程と、を含むことを特徴とする。
このように、透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を塗布前に真空二重ガラス管の外周面及び端面に付着した油膜や塵埃を陰イオン界面活性剤若しくは非イオン界面活性剤を含む洗浄液に晒して洗浄することで、保護膜の外筒ガラス管への密着性が高まる。外筒ガラス管表面にシリコングリスや塵埃などが付着していると、透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を塗布しても保護膜が密着せず強度が低下するおそれがある。
また、洗浄液の乾燥時間を短縮するためにガラス管を加熱することで次の塗布工程において塗料が流れ落ちるのを防止し乾燥時間を短縮することができる。 また、透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を塗布することで、均一な膜厚とともにむらの無い一様な保護膜を形成することができ、保護膜にピンホールや気泡の巻き込みがなく、保護膜の強度低下や応力集中も防ぐことができる。
また、洗浄液の乾燥時間を短縮するためにガラス管を加熱することで次の塗布工程において塗料が流れ落ちるのを防止し乾燥時間を短縮することができる。 また、透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を塗布することで、均一な膜厚とともにむらの無い一様な保護膜を形成することができ、保護膜にピンホールや気泡の巻き込みがなく、保護膜の強度低下や応力集中も防ぐことができる。
前記加熱工程は５０℃に加熱して洗浄液を蒸発させると、洗浄液の乾燥を早め、塗布工程において塗料が流れ落ちるのを防ぐことができる。
前記透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を強制乾燥する場合には、加熱温度１３０℃で５～１０分で強制乾燥させてもよい。これにより、外筒ガラス管に塗布された透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂の乾燥を早めることで、製造効率を向上させることができる。
前記透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を強制乾燥する場合には、加熱温度１３０℃で５～１０分で強制乾燥させてもよい。これにより、外筒ガラス管に塗布された透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂の乾燥を早めることで、製造効率を向上させることができる。
太陽熱温水器においては、前述したいずれかの太陽光集熱装置と、少なくとも長手方向一方側が開口した内筒ガラス管の内周側空間部に熱伝導板を介してヒートパイプが同心配置され、ヒートパイプの一端が貯水タンク内に接続されており、真空二重ガラス管の集熱膜で集熱された太陽熱が前記熱伝導板を介して前記ヒートパイプに熱伝導され、前記ヒートパイプと貯水タンクとの間で熱交換を行って前記貯水タンクに温水を生成することを特徴とする。
上記太陽光集熱装置を用いた太陽熱温水器にあっては、自然再生可能エネルギーの有効利用とともに装置の信頼性を高めた太陽熱温水器を提供することができる。
上記太陽光集熱装置を用いた太陽熱温水器にあっては、自然再生可能エネルギーの有効利用とともに装置の信頼性を高めた太陽熱温水器を提供することができる。
他の太陽熱温水器においては、前述したいずれかの太陽光集熱装置と、少なくとも長手方向一方側が開口した内筒ガラス管の内周側空間部に熱伝導板を介してヒートパイプが同心配置され、不凍液がヘッダー管と貯水タンク内に設けられた熱交換部との間でポンプによって循環する前記ヘッダー管に前記ヒートパイプの一端を進入させて複数の真空二重ガラス管が各々接続されており、各真空二重ガラス管の集熱膜で集熱された太陽熱が前記熱伝導板を介して前記ヒートパイプに熱伝導され、前記ヒートパイプで加熱された不凍液が前記貯水タンク内の前記熱交換部で貯水との間で熱交換を行って当該貯水タンク内に温水を生成することを特徴とする。
上記太陽光集熱装置を用いた太陽熱温水器にあっては、自然再生可能エネルギーの有効利用とともに装置の信頼性を高めた太陽熱温水器を提供することができる。
上記太陽光集熱装置を用いた太陽熱温水器にあっては、自然再生可能エネルギーの有効利用とともに装置の信頼性を高めた太陽熱温水器を提供することができる。
太陽熱暖房装置においては、前述した太陽光集熱装置と、長手方向両側が開口した複数の真空二重ガラス管が各々ヘッダー管に接続され、送風ファンを介して室内空気が前記太陽光集熱装置の内筒ガラス管の内周側空間部を通過して循環し、屋内の冷気が前記内筒ガラス管の内周側空間部を通過する際に集熱膜を介して熱交換を行って生成された暖気を再度屋内へ循環させることを特徴とする。
上記太陽光集熱装置を用いた太陽熱暖房装置にあっては、自然再生可能エネルギーの有効利用とともに装置の信頼性を高めた太陽熱暖房装置を提供することができる。
上記太陽光集熱装置を用いた太陽熱暖房装置にあっては、自然再生可能エネルギーの有効利用とともに装置の信頼性を高めた太陽熱暖房装置を提供することができる。
真空二重ガラス管の破損防止及び破損時のガラス破片の飛散防止を実現しかつ太陽光を可及的に透過させて集熱効率を維持した太陽光集熱装置及びその製造方法を提供することができる。
特に太陽光集熱装置に設けられる真空二重ガラス管は、輸送時の破損が２０％ほど発生しているが本案にて対策することでほぼ０％に改善され、大幅なコスト削減が可能である。
外筒ガラス管の集熱膜に対向する採光面に相当する外周面及びこれに連なる長手方向両側外周面が透明な合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布されて均一なしかも密着力が高い第一保護膜及び第二保護膜を形成することができるうえに、第一保護膜の厚さを第二保護膜より薄くすることで採光性能を損なうことなく保護膜の柔軟性により衝撃荷重は分散され、またガラス管の撓みや応力集中も抑制されるため、ガラス管の破損を低減することができる。また、保護膜は樹脂塗料がガラス管に強固に密着するため、仮に二重ガラス管が破損した際は、破損したガラス管破片の飛散を防止することができる。
また、上記太陽光集熱装置を用いた太陽熱温水器や太陽熱暖房装置にあっては、自然再生可能エネルギーの有効利用とともに装置の信頼性を高めることができる。
特に太陽光集熱装置に設けられる真空二重ガラス管は、輸送時の破損が２０％ほど発生しているが本案にて対策することでほぼ０％に改善され、大幅なコスト削減が可能である。
外筒ガラス管の集熱膜に対向する採光面に相当する外周面及びこれに連なる長手方向両側外周面が透明な合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布されて均一なしかも密着力が高い第一保護膜及び第二保護膜を形成することができるうえに、第一保護膜の厚さを第二保護膜より薄くすることで採光性能を損なうことなく保護膜の柔軟性により衝撃荷重は分散され、またガラス管の撓みや応力集中も抑制されるため、ガラス管の破損を低減することができる。また、保護膜は樹脂塗料がガラス管に強固に密着するため、仮に二重ガラス管が破損した際は、破損したガラス管破片の飛散を防止することができる。
また、上記太陽光集熱装置を用いた太陽熱温水器や太陽熱暖房装置にあっては、自然再生可能エネルギーの有効利用とともに装置の信頼性を高めることができる。
先ず、太陽光集熱装置Ｍの基本的な構造について図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、第一保護膜８ａ及びこれに連なる第二保護膜８ｂが形成された片側開口型の太陽光集熱装置Ｍの断面図、図６は第一保護膜８ａ及びこれに連なる第二保護膜８ｂが形成された両側開口型の太陽光集熱装置Ｍの断面図である。
図５において、真空二重ガラス管１は、外筒ガラス管２と内筒ガラス管３が同心配置されている。外筒ガラス管２と内筒ガラス管３は、長手方向一端側が外筒ガラス管２と内筒ガラス管３の端部どうしが互いに交差することなく各々湾曲して閉塞されている（以降、真空二重ガラス管１の長手方向一端側を「閉塞端部１ａ」という）。また、長手方向他端側が外筒ガラス管２と内筒ガラス管３の端部どうしが溶着されて閉じられている。これにより、外筒ガラス管２と内筒ガラス管３との間に密閉された真空空間４が形成されていると共に長手方向他端側の内筒ガラス管３の内周側空間部５が開口している（以降、真空二重ガラス管１の長手方向他端側を「開口端部１ｂ」という）。外筒ガラス管２と内筒ガラス管３とは、閉塞端部１ａにおいて真空空間４に挿入されたスペーサー６により分離されている。
内筒ガラス管３の真空空間４に臨む外周側円筒面３ａが選択吸収膜からなる集熱膜７で覆われている。選択吸収膜とは窒化アルミなどの薄膜で、太陽光が当たると効率よく太陽光エネルギーを吸収し発熱して内筒ガラス管３を加熱する。選択吸収膜の一面は内筒ガラス管３の外周側円筒面３ａに密着しており効率よく熱を内周側円筒面３ｂに伝達し、接触していない残りの他面は真空断熱されているため放熱せず高効率な集熱が可能となる。集熱膜７は、内筒ガラス管３の閉塞端部１ａ及び開口端部１ｂを除く外周側円筒面３ａにコーティングされており、集熱膜７に接する内筒ガラス管３を加熱する。
外筒ガラス管２の集熱膜７に対向する採光面２ａに相当する外周面は、透明な合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布されて第一保護膜８ａで覆われている。
また、外筒ガラス管２の採光面２ａに隣接する長手方向両側外周面及び両端面は、第一保護膜８ａに連なりそれより膜厚の厚い合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第二保護膜８ｂで覆われている。
また、外筒ガラス管２の採光面２ａに隣接する長手方向両側外周面及び両端面は、第一保護膜８ａに連なりそれより膜厚の厚い合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第二保護膜８ｂで覆われている。
具体的には、外筒ガラス管２の集熱膜７に対向する採光面２ａに相当する外周面が透明なポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料が塗布された膜厚３０～５０μｍの第一保護膜８ａで覆われ、外筒ガラス管２の採光面２ａに隣接する長手方向両側外周面及び両端面は、ポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料が塗布された膜厚１００～２００μｍの第二保護膜８ｂで覆われている。尚、第二保護膜８ｂは、外筒ガラス管２の閉塞端部１ａ及び開口端部１ｂを含んで覆われていることが好ましい。
第一保護膜８ａは内筒ガラス管３に設けられた集熱膜７（選択吸収膜）の集光効率の低下を極限まで小さくするために、概ね波長３００ｎｍ～２７００ｎｍの帯域の光を通過可能で透明性に優れたポリカーボネイト系ウレタン樹脂を用い、膜厚３０～５０μｍの薄い被膜が好ましい。また薄膜化により材料コストの低減ともなる。真空二重ガラス管１の閉塞端部１ａや外筒ガラス管２と内筒ガラス管３が溶着される開口端部１ｂには特に応力が集中し易く破損し易いが、第一保護膜８ａより膜厚の厚い１００～２００μｍの第二保護膜８ｂを設けることで、運搬時や作業時に応力集中によるガラス管破損を低減でき、衝撃荷重耐量も増加する。さらにガラス管破損時はガラス破片の飛散をより完全に防止できる。
このように、真空二重ガラス管１の採光性能を損なうことなくポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料の密着性や柔軟性が高くガラス管の撓みや応力集中も抑制されるため、ガラス管の破損を低減することができる。
このように、真空二重ガラス管１の採光性能を損なうことなくポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料の密着性や柔軟性が高くガラス管の撓みや応力集中も抑制されるため、ガラス管の破損を低減することができる。
図６は、真空二重ガラス管１は、外筒ガラス管２と内筒ガラス管３が同心配置されている。外筒ガラス管２と内筒ガラス管３の長手方向両端において端部どうしが溶着されて閉じられている。これにより、外筒ガラス管２と内筒ガラス管３との間に密閉された真空空間４が形成されていると共に内筒ガラス管３の内周側空間部５が長手方向両端において開口している。内筒ガラス管３の真空空間４に臨む外周側円筒面３ａが選択吸収膜からなる集熱膜７で覆われている構成は図５と同様である。
図６においても、外筒ガラス管２の集熱膜７に対向する採光面に相当する外周面が透明な合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第一保護膜８ａで覆われ、外筒ガラス管２の採光面２ａに隣接する長手方向両側外周面及び両端面は、第一保護膜８ａに連なりそれより膜厚の厚い合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第二保護膜８ｂで覆われている。
具体的には、外筒ガラス管２の集熱膜７に対向する採光面２ａに相当する外周面が透明なポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料が塗布された膜厚３０～５０μｍの第一保護膜８ａで覆われ、外筒ガラス管２の採光面２ａに隣接する長手方向両側外周面及び両端面は、ポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料が塗布された膜厚１００～２００μｍの第二保護膜８ｂで覆われている。尚、第二保護膜８ｂは、外筒ガラス管２の両側開口端部１ｂを含んで覆われていることが好ましい。
ここで、図５に示す太陽光集熱装置Ｍにおける第一保護膜８ａ及び第二保護膜８ｂの形成工程について説明する。
先ず、外筒ガラス管２と内筒ガラス管３が同心状に配置され、長手方向両端部が各々閉じられて外筒ガラス管２と内筒ガラス管３との間に密閉された真空空間４が形成され、内筒ガラス管３の真空空間に臨む外周側円筒面が集熱膜７で覆われた片側開口型の真空二重ガラス管１を用意する。
この真空二重ガラス管１の外筒ガラス管２の外周面及び端面に付着した油膜や塵埃を陰イオン界面活性剤若しくは非イオン界面活性剤を含む洗浄液に晒して洗浄する（洗浄工程）。透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を塗布前に外筒ガラス管２の外周面及び端面を洗浄液で洗浄して清浄にすることで保護膜の外筒ガラス管２への密着性が高まる。外筒ガラス管２の表面にシリコングリスや塵埃などが付着していると、透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を塗布しても保護膜が密着せず強度が低下するおそれがあるためである。
先ず、外筒ガラス管２と内筒ガラス管３が同心状に配置され、長手方向両端部が各々閉じられて外筒ガラス管２と内筒ガラス管３との間に密閉された真空空間４が形成され、内筒ガラス管３の真空空間に臨む外周側円筒面が集熱膜７で覆われた片側開口型の真空二重ガラス管１を用意する。
この真空二重ガラス管１の外筒ガラス管２の外周面及び端面に付着した油膜や塵埃を陰イオン界面活性剤若しくは非イオン界面活性剤を含む洗浄液に晒して洗浄する（洗浄工程）。透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を塗布前に外筒ガラス管２の外周面及び端面を洗浄液で洗浄して清浄にすることで保護膜の外筒ガラス管２への密着性が高まる。外筒ガラス管２の表面にシリコングリスや塵埃などが付着していると、透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を塗布しても保護膜が密着せず強度が低下するおそれがあるためである。
次いで、真空二重ガラス管１を常温より高い所定温度（例えば５０℃）に加熱して、外筒ガラス管２の表面に残留する洗浄液を蒸発させる（加熱工程）。真空二重ガラス管１を加熱することで洗浄液の乾燥時間を短縮し、次の塗布工程において塗料が流れ落ちるのを防止することができる。
次に、透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を外筒ガラス管２の集熱膜７に対向する採光面に相当する外周面及びこれに連なる長手方向両側外周面とで厚さを変えて塗布する（塗布工程）。
具体的には、図７に示すように、真空二重ガラス管１の閉塞端部１ａ及び開口端部１ｂを遮蔽保持具９ａ，９ｂによって覆った状態で、外筒ガラス管２の集熱膜７に対向する採光面に相当する外周面に透明なポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料を３０～５０μｍの膜厚で塗布する。
具体的には、図７に示すように、真空二重ガラス管１の閉塞端部１ａ及び開口端部１ｂを遮蔽保持具９ａ，９ｂによって覆った状態で、外筒ガラス管２の集熱膜７に対向する採光面に相当する外周面に透明なポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料を３０～５０μｍの膜厚で塗布する。
次いで、真空二重ガラス管１の閉塞端部１ａ及び開口端部１ｂを遮蔽保持具９ａ，９ｂを取り外して、露出した外筒ガラス管２の残りの長手方向両側外周面にポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料を１００～２００μｍの膜厚で塗布する。
尚、ポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料の膜厚は、塗料の塗布時間により調整してもよいし、塗料の塗布量によって調整してもよい。また、透明なポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料を塗布する順序は、外筒ガラス管２の集熱膜７に対向する採光面２ａ以外の外周面及び端面を先に塗布してから、集熱膜７に対向する採光面２ａに相当する外周面に塗布してもよい。
尚、ポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料の膜厚は、塗料の塗布時間により調整してもよいし、塗料の塗布量によって調整してもよい。また、透明なポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料を塗布する順序は、外筒ガラス管２の集熱膜７に対向する採光面２ａ以外の外周面及び端面を先に塗布してから、集熱膜７に対向する採光面２ａに相当する外周面に塗布してもよい。
最後に、塗布された透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を高温で所定時間強制乾燥させるか或いは常温で自然乾燥させる。強制乾燥する場合は、例えば加熱温度１３０℃で５～１０分加熱乾燥させる（乾燥工程）。これにより、外筒ガラス管２の採光面に第一保護膜８ａが形成され、第一保護膜８ａに連なり長手方向両側外周面及び両端面にそれより膜厚の厚い第二保護膜８ｂが形成される（図５参照）。これにより、外筒ガラス管２に塗布された透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂の乾燥を早めることで、製造効率を向上させることができる。
このように、外筒ガラス管２の外周面及び端面に透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を塗布することで、均一な膜厚とともにむらの無い一様な保護膜を形成することができ、保護膜にピンホールや気泡の巻き込みがなく、保護膜の強度低下や応力集中も防ぐことができる。
このように、外筒ガラス管２の外周面及び端面に透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を塗布することで、均一な膜厚とともにむらの無い一様な保護膜を形成することができ、保護膜にピンホールや気泡の巻き込みがなく、保護膜の強度低下や応力集中も防ぐことができる。
次に、図６に示す太陽光集熱装置Ｍにおける第一保護膜８ａ及び第二保護膜８ｂの形成工程について説明する。
先ず、外筒ガラス管２と内筒ガラス管３が同心状に配置され長手方向両端部が各々溶着されて外筒ガラス管２と内筒ガラス管３との間に密閉された真空空間４が形成され、内筒ガラス管３の真空空間４に臨む外周側円筒面３ａが集熱膜７で覆われた両側開口型の真空二重ガラス管１を用意する。
この真空二重ガラス管１の外筒ガラス管２の外周面及び端面に付着した油膜や塵埃を陰イオン界面活性剤若しくは非イオン界面活性剤を含む洗浄液に晒して洗浄する（洗浄工程）。
次いで、真空二重ガラス管１を常温より高い所定温度（例えば５０℃）に加熱して、外筒ガラス管２の表面に残留する洗浄液を蒸発させる（加熱工程）。
先ず、外筒ガラス管２と内筒ガラス管３が同心状に配置され長手方向両端部が各々溶着されて外筒ガラス管２と内筒ガラス管３との間に密閉された真空空間４が形成され、内筒ガラス管３の真空空間４に臨む外周側円筒面３ａが集熱膜７で覆われた両側開口型の真空二重ガラス管１を用意する。
この真空二重ガラス管１の外筒ガラス管２の外周面及び端面に付着した油膜や塵埃を陰イオン界面活性剤若しくは非イオン界面活性剤を含む洗浄液に晒して洗浄する（洗浄工程）。
次いで、真空二重ガラス管１を常温より高い所定温度（例えば５０℃）に加熱して、外筒ガラス管２の表面に残留する洗浄液を蒸発させる（加熱工程）。
次に、透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を外筒ガラス管２の集熱膜７に対向する採光面２ａに相当する外周面及びこれに連なる長手方向両側外周面及び両端面とで厚さを変えて塗布する（塗布工程）。
具体的には、図８に示すように、真空二重ガラス管１の両側開口端部１ｂを遮蔽保持具９ａ，９ｂによって覆った状態で、外筒ガラス管２の集熱膜７に対向する採光面２ａに相当する外周面に透明なポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料を３０～５０μｍの膜厚で塗布する。
次いで、真空二重ガラス管１の両側開口端部１ｂから遮蔽保持具９ａ，９ｂを取り外して、露出した外筒ガラス管２の残りの長手方向両側外周面及び両端面にポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料を１００～２００μｍの膜厚で塗布する。
具体的には、図８に示すように、真空二重ガラス管１の両側開口端部１ｂを遮蔽保持具９ａ，９ｂによって覆った状態で、外筒ガラス管２の集熱膜７に対向する採光面２ａに相当する外周面に透明なポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料を３０～５０μｍの膜厚で塗布する。
次いで、真空二重ガラス管１の両側開口端部１ｂから遮蔽保持具９ａ，９ｂを取り外して、露出した外筒ガラス管２の残りの長手方向両側外周面及び両端面にポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料を１００～２００μｍの膜厚で塗布する。
最後に、塗布された透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を高温で所定時間強制乾燥させるか或いは常温で自然乾燥させる。強制乾燥する場合は、例えば加熱温度１３０℃で５～１０分加熱乾燥させる（乾燥工程）。これにより、外筒ガラス管２の採光面２ａに第一保護膜８ａが形成され、第一保護膜８ａに連なり長手方向両側外周面及び両端面にそれより膜厚の厚い第二保護膜８ｂが形成される（図６参照）。
尚、ポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料の膜厚は、塗料の塗布時間により調整してもよいし、塗料の塗布量によって調整してもよい。また、透明なポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料を塗布する順序は、外筒ガラス管２の集熱膜７に対向する採光面２ａ以外の外周面及び端面を先に塗布してから、集熱膜７に対向する採光面２ａに相当する外周面に塗布してもよい。
次に、太陽光集熱装置Ｍを用いた太陽熱温水器１２の一例について図９乃至図１１を参照して説明する。図９に示すように、片側開口型の真空二重ガラス管１の外筒ガラス管２の採光面に第一保護膜８ａが形成され、第一保護膜８ａに長手方向両側及び両端部に連なりそれより膜厚の厚い第二保護膜８ｂが形成されており、内筒ガラス管３の内周側空間部５には、熱伝導板１０に囲まれてヒートパイプ１１が同心配置されている。尚、片側開口型の真空二重ガラス管１に替えて両側開口型の真空二重ガラス管１を用いても良い。また、ヒートパイプ１１に替えてＵ字管を配置しＵ字管内に水を流通させる方式や、内筒ガラス管３内へ直接熱媒となる液体を流通する方式であってもよい。
図１０の断面図に示すように、内筒ガラス管３の内周側空間部５には、熱伝導板１０が内周側円筒面３ｂに接触して設けられている。熱伝導板１０には、例えばアルミ薄板等が好適に用いられる。外筒ガラス管２の採光面２ａより入射した太陽光は、集熱膜７で集熱され、集熱された太陽熱エネルギーは内周側円筒面３ｂを介して熱伝導板１０に熱伝導される。ヒートパイプ１１は、密閉した低圧の銅管内に蒸留水などの熱媒を封入したもので、ボトム側に熱を加えると熱媒が熱を吸収して気体となって上昇し、トップ側で冷却されると凝縮して凝結熱を放出し液体となってボトム側へ循環し、それによりボトムからトップへ連続的に効率よく熱を移動する装置で、ＣＰＵクーラーをはじめ携帯電話など各種の用途で広く使われている。集熱膜７で集熱された太陽光エネルギーが熱伝導板１０を介してヒートパイプ１１に伝達され、ヒートパイプ１１内を熱エネルギーがボトムからトップ側へ運搬されて放熱され、貯水タンクの水あるいは不凍液などを加熱する（ヒートパイプ方式）。
図１１に示すように、太陽熱温水器１２においては、上述した片側開口型の真空二重ガラス管１が複数並列して配置され、閉塞端部１ａが、保持部材１３に所定間隔で保持され、開口端部１ｂは、貯水タンク１４の底部に接続されて、ヒートパイプ１１が貯水Ｗに進入している。尚、複数の片側開口型の真空二重ガラス管１は、図示しない架台に傾斜姿勢で支持されており、貯水タンク１４も架台に支持されているものとする。貯水タンク１４の底部には、給水管１５ａが接続されており、必要に応じて水道水が供給される。また、貯水タンク１４の上部には、配水管１５ｂが接続され、野外水栓若しくは屋内配管に接続されている。
真空二重ガラス管１の集熱膜７で集熱された太陽熱が熱伝導板１０を介してヒートパイプ１１に熱伝導され、ヒートパイプ１１と貯水タンク１４に貯留する貯水Ｗとの間で熱交換を行って貯水タンク１４に温水が生成されるようになっている。
真空二重ガラス管１の集熱膜７で集熱された太陽熱が熱伝導板１０を介してヒートパイプ１１に熱伝導され、ヒートパイプ１１と貯水タンク１４に貯留する貯水Ｗとの間で熱交換を行って貯水タンク１４に温水が生成されるようになっている。
このように、太陽光集熱装置Ｍを用いた太陽熱温水器１２にあっては、自然再生可能エネルギーの有効利用とともに、屋外に配置される真空二重ガラス管１の外筒ガラス管２の採光面に第一保護膜８ａが形成され、第一保護膜８ａに連なり長手方向両側外周面及び両端面にそれより膜厚の厚い第二保護膜８ｂが形成されているため、ガラス管が割れにくく、仮に割れてもガラス破片が散乱しないため、装置の信頼性を高めることができる。
他の太陽熱温水器１２の構成について図１２を参照して説明する。図９に示すように、片側開口型の真空二重ガラス管１の外筒ガラス管２の採光面に第一保護膜８ａが形成され、第一保護膜８ａに長手方向両側に連なりそれより膜厚の厚い第二保護膜８ｂが形成されており、内筒ガラス管３の内周側空間部５には、熱伝導板１０に囲まれてヒートパイプ１１が同心配置されている。尚、片側開口型の真空二重ガラス管１に替えて両側開口型の真空二重ガラス管１を用いても良い。また、ヒートパイプ１１に替えてＵ字管を配置しＵ字管内に水を流通させる方式や、内筒ガラス管３内へ直接熱媒となる液体を流通する方式であってもよい。
図１２に示すように、太陽熱温水器１２においては、上述した片側開口型の真空二重ガラス管１が複数並列して配置され、閉塞端部１ａが、保持部材１３に所定間隔で保持され、開口端部１ｂは、ヘッダー管１６に接続されて、ヒートパイプ１１が不凍液の流路に進入している。尚、複数の片側開口型の真空二重ガラス管１は、図示しない架台に傾斜姿勢で支持されており、ヘッダー管１６も架台に支持されているものとする。
ヘッダー管１６の一端１６ａは貯水タンク１４内のコイル状に形成された熱交換部１６ｃを経てヘッダー管１６の他端１６ｂに配管接続されている。ポンプ１７を起動すると、不凍液がヘッダー管１６の一端１６ａから熱交換部１６ｃを経てヘッダー管１６の他端１６ｂに戻るように、不凍液がヘッダー管１６と貯水タンク１４との間を循環するように配管接続されている。また、貯水タンク１４の底部には必要に応じて水道水が供給され、貯水タンク１４の上部から追い焚き用のボイラー２０へ給水管が配管接続されている。ボイラー２０で所望の温度に追い焚きされた温水は、例えば図示しない屋内配管に接続され、温水を供給可能になっている。
ヘッダー管１６の一端１６ａは貯水タンク１４内のコイル状に形成された熱交換部１６ｃを経てヘッダー管１６の他端１６ｂに配管接続されている。ポンプ１７を起動すると、不凍液がヘッダー管１６の一端１６ａから熱交換部１６ｃを経てヘッダー管１６の他端１６ｂに戻るように、不凍液がヘッダー管１６と貯水タンク１４との間を循環するように配管接続されている。また、貯水タンク１４の底部には必要に応じて水道水が供給され、貯水タンク１４の上部から追い焚き用のボイラー２０へ給水管が配管接続されている。ボイラー２０で所望の温度に追い焚きされた温水は、例えば図示しない屋内配管に接続され、温水を供給可能になっている。
真空二重ガラス管１の集熱膜７で集熱された太陽熱が熱伝導板１０を介してヒートパイプ１１に熱伝導され、ヒートパイプ１１により加熱された不凍液が貯水タンク１４内の熱交換部１６ｃで貯水Ｗとの間で熱交換を行って当該貯水タンク１４内に温水を生成する。貯水タンク１４内に生成された温水は、ボイラー２０で所望の温度に調整されて屋内配管に供給される。
このように、太陽光集熱装置Ｍを用いた太陽熱温水器１２において、自然再生可能エネルギーの有効利用とともに、屋外に配置される真空二重ガラス管１の外筒ガラス管２の採光面に第一保護膜８ａが形成され、第一保護膜８ａに連なり長手方向両側外周面及び両端面にそれより膜厚の厚い第二保護膜８ｂが形成されているため、ガラス管が割れにくく、仮に割れてもガラス破片が散乱しないため、装置の信頼性を高めることができる。
このように、太陽光集熱装置Ｍを用いた太陽熱温水器１２において、自然再生可能エネルギーの有効利用とともに、屋外に配置される真空二重ガラス管１の外筒ガラス管２の採光面に第一保護膜８ａが形成され、第一保護膜８ａに連なり長手方向両側外周面及び両端面にそれより膜厚の厚い第二保護膜８ｂが形成されているため、ガラス管が割れにくく、仮に割れてもガラス破片が散乱しないため、装置の信頼性を高めることができる。
次に太陽光集熱装置Ｍを用いた太陽熱暖房装置１８について図１３を参照して説明する。本実施例では、図６に示す両側開口型の太陽光集熱装置Ｍが用いられる。真空二重ガラス管１の外筒ガラス管２の採光面２ａに第一保護膜８ａが形成され、第一保護膜８ａに連なり長手方向両側外周面及び両端面にそれより膜厚の厚い第二保護膜８ｂが形成されている。
太陽熱暖房装置１８においては、図６に示す両側開口型の真空二重ガラス管１が複数並列して配置され、一端側開口端部１ｂ（図１２下端側）が第一ヘッダー管１８ａに接続され、他端側開口端部１ｂ（図１２上端側）が第二ヘッダー管１８ｂに所定間隔で保持されている。第一ヘッダー管１８ａは屋内下部送風路に接続され、第二ヘッダー管１８ｂは屋内上部送風路に接続されている。送風路の途中にもうけられた送風ファン１９を起動すると、内筒ガラス管３と家屋Ｈの部屋との間で送風路を通じて空気が循環するようになっている。
送風ファン１９を起動すると、部屋の冷気が、第一ヘッダー管１８ａを介して太陽光集熱装置Ｍの内筒ガラス管３の内周側空間部５を通過する際に集熱膜７（図６参照）を介して熱交換を行って生成された暖気を、第二ヘッダー管１８ｂを介して再度屋内へ循環させることで室内暖房を行うことができる。
このように、太陽光集熱装置Ｍを用いた太陽熱暖房装置１８において、自然再生可能エネルギーの有効利用とともに、屋外に配置される真空二重ガラス管１の外筒ガラス管２の採光面に第一保護膜８ａが形成され、第一保護膜８ａに連なり長手方向両側外周面及び両端面にそれより膜厚の厚い第二保護膜８ｂが形成されているため、ガラス管が割れにくく、仮に割れてもガラス破片が散乱しないため、装置の信頼性を高めることができる。
このように、太陽光集熱装置Ｍを用いた太陽熱暖房装置１８において、自然再生可能エネルギーの有効利用とともに、屋外に配置される真空二重ガラス管１の外筒ガラス管２の採光面に第一保護膜８ａが形成され、第一保護膜８ａに連なり長手方向両側外周面及び両端面にそれより膜厚の厚い第二保護膜８ｂが形成されているため、ガラス管が割れにくく、仮に割れてもガラス破片が散乱しないため、装置の信頼性を高めることができる。
１ 真空二重ガラス管 １ａ 閉塞端部 １ｂ 開口端部 ２ 外筒ガラス管 ２ａ 採光面 ３ 内筒ガラス管 ３ａ 外周側円筒面 ３ｂ 内周側円筒面 ４ 真空空間 ５ 内周側空間部 ６ スペーサー ７ 集熱膜 ８ａ 第一保護膜 ８ｂ 第二保護膜 ９ａ，９ｂ 遮蔽保持具 １０ 熱伝導板 １１ ヒートパイプ １２ 太陽熱温水器 １３ 保持部材 １４ 貯水タンク １５ａ 給水管 １５ｂ 配水管 Ｗ 貯水 １６ ヘッダー管 １６ａ 一端 １６ｂ 他端 １６ｃ 熱交換部 １７ ポンプ １８ 太陽熱暖房装置 １８ａ 第一ヘッダー管 １８ｂ 第二ヘッダー管 １９ 送風ファン ２０ ボイラー Ｍ 太陽光集熱装置 Ｈ 家屋
太陽光集熱装置の製造方法においては、外筒ガラス管と内筒ガラス管が同心状に配置され、前記外筒ガラス管及び前記内筒ガラス管の長手方向一端部は前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管の端部どうし互いに交差することなく各々湾曲して閉塞され、長手方向他端部が前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管とで互いに接続されて前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間で密閉された真空空間が形成され、前記内筒ガラス管の長手方向他端部は内周側空間部が開口している真空二重ガラス管若しくは外筒ガラス管と内筒ガラス管が同心状に配置され、前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管の長手方向両端部が互いに接続されて前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間で密閉された真空空間が形成され、前記内筒ガラス管の長手方向両端部は内周側空間部が各々開口している真空二重ガラス管を用意する工程と、前記真空二重ガラス管の外周面及び端面に付着した油膜や塵埃を陰イオン界面活性剤若しくは非イオン界面活性剤を含む洗浄液に晒して洗浄する工程と、前記真空二重ガラス管を常温より高い所定温度に加熱して、前記洗浄液を蒸発させる加熱工程と、透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を前記外筒ガラス管の集熱膜に対向する採光面に相当する外周面及びこれに連なる長手方向両側外周面とで厚さを変えて塗布する塗布工程と、前記透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を高温で所定時間強制乾燥させるか或いは常温で自然乾燥させることにより、前記外筒ガラス管の採光面に第一保護膜を形成し前記第一保護膜に連なり長手方向両側外周面及び両端面にそれより膜厚の厚い第二保護膜を形成する乾燥工程と、を含むことを特徴とする。
Claims (10)
- 外筒ガラス管と内筒ガラス管が同心状に配置され長手方向両端部が各々閉じられて前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間に密閉された真空空間が形成され、前記内筒ガラス管の真空空間に臨む外周側円筒面が集熱膜で覆われた真空二重ガラス管を有し、前記真空二重ガラス管に照射する太陽光を透過させて前記集熱膜に集熱する太陽光集熱装置であって、
前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間に密閉された真空空間が形成されると共に少なくとも前記内筒ガラス管の内周側空間部は長手方向一端側において開口しており、前記外筒ガラス管の前記集熱膜に対向する採光面に相当する外周面が透明な合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第一保護膜で覆われ、前記外筒ガラス管の採光面に隣接する長手方向両側外周面及び端面は、前記第一保護膜に連なりそれより膜厚の厚い合成樹脂製の飛散防止塗料が塗布された第二保護膜で覆われていることを特徴とする太陽光集熱装置。 - 前記外筒ガラス管及び前記内筒ガラス管の長手方向一端部は前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管の端部どうし互いに交差することなく各々湾曲して閉塞され、長手方向他端部が前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管とで互いに接続されて前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間で密閉された真空空間が形成され、前記内筒ガラス管の長手方向他端部は内周側空間部が開口している請求項１記載の太陽光集熱装置。
- 前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管の長手方向両端部が互いに接続されて前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間で密閉された真空空間が形成され、前記内筒ガラス管の長手方向両端部は内周側空間部が各々開口している請求項１記載の太陽光集熱装置。
- 前記外筒ガラス管の一定の外径を有する採光面に相当する外周面が透明なポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料が塗布された膜厚３０～５０μｍの第一保護膜で覆われ、前記外筒ガラス管の採光面に隣接する長手方向両側外周面は、ポリカーボネイト系ウレタン樹脂製の飛散防止塗料が塗布された膜厚１００～２００μｍの第二保護膜で覆われている請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の太陽光集熱装置。
- 外筒ガラス管と内筒ガラス管が同心状に配置され、前記外筒ガラス管及び前記内筒ガラス管の長手方向一端部は前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管の端部どうし互いに交差することなく各々湾曲して閉塞され、長手方向他端部が前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管とで互いに接続されて前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間で密閉された真空空間が形成され、前記内筒ガラス管の長手方向他端部は内周側空間部が開口している真空二重ガラス管を用意する工程と、
前記真空二重ガラス管の外周面及び端面に付着した油膜や塵埃を陰イオン界面活性剤若しくは非イオン界面活性剤を含む洗浄液に晒して洗浄する工程と、
前記真空二重ガラス管を常温より高い所定温度に加熱して、前記洗浄液を蒸発させる加熱工程と、
透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を前記外筒ガラス管の前記集熱膜に対向する採光面に相当する外周面及びこれに連なる長手方向両側外周面及び両端面とで厚さを変えて塗布する塗布工程と、
前記透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を高温で所定時間強制乾燥させるか或いは常温で自然乾燥させる乾燥工程と、を含み、
前記外筒ガラス管の採光面に第一保護膜を形成し、前記第一保護膜に連なる長手方向両側外周面及び両端面にそれより膜厚の厚い第二保護膜を形成することを特徴とする太陽光集熱装置の製造方法。 - 外筒ガラス管と内筒ガラス管が同心状に配置され、前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管の長手方向両端部が互いに接続されて前記外筒ガラス管と前記内筒ガラス管との間で密閉された真空空間が形成され、前記内筒ガラス管の長手方向両端部は内周側空間部が各々開口している真空二重ガラス管を用意する工程と、
前記真空二重ガラス管の外周面及び端面に付着した油膜や塵埃を陰イオン界面活性剤若しくは非イオン界面活性剤を含む洗浄液に晒して洗浄する工程と、
前記真空二重ガラス管を常温より高い所定温度に加熱して、前記洗浄液を蒸発させる加熱工程と、
透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を前記外筒ガラス管の前記集熱膜に対向する採光面に相当する外周面及びこれに連なる長手方向両側外周面及び両端面とで厚さを変えて塗布する塗布工程と、
前記透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を高温で所定時間強制乾燥させるか或いは常温で自然乾燥させる乾燥工程と、を含み、
前記外筒ガラス管の採光面に第一保護膜を形成し、前記第一保護膜に連なり長手方向両側外周面及び両端面にそれより膜厚の厚い第二保護膜を形成することを特徴とする太陽光集熱装置の製造方法。 - 前記加熱工程は５０℃に加熱して洗浄液を蒸発させ、前記透明ポリカーボネイト系ウレタン樹脂を強制乾燥する乾燥工程は加熱温度１３０℃で５～１０分加熱乾燥させる請求項５又は請求項６記載の太陽光集熱装置の製造方法。
- 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の太陽光集熱装置と、少なくとも長手方向一方側が開口した内筒ガラス管の内周側空間部に熱伝導板を介してヒートパイプが同心配置され、ヒートパイプの一端が貯水タンク内に接続されており、真空二重ガラス管の集熱膜で集熱された太陽熱が前記熱伝導板を介して前記ヒートパイプに熱伝導され、前記ヒートパイプと貯水タンクとの間で熱交換を行って前記貯水タンクに温水を生成する太陽熱温水器。
- 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の太陽光集熱装置と、少なくとも長手方向一方側が開口した内筒ガラス管の内周側空間部に熱伝導板を介してヒートパイプが同心配置され、不凍液がヘッダー管と貯水タンク内に設けられた熱交換部との間でポンプによって循環する前記ヘッダー管に前記ヒートパイプの一端を進入させて複数の真空二重ガラス管が各々接続されており、各真空二重ガラス管の集熱膜で集熱された太陽熱が前記熱伝導板を介して前記ヒートパイプに熱伝導され、前記ヒートパイプで加熱された不凍液が前記貯水タンク内の前記熱交換部で貯水との間で熱交換を行って当該貯水タンク内に温水を生成する太陽熱温水器。
- 請求項１又は請求項３記載の太陽光集熱装置と、長手方向両側が開口した複数の真空二重ガラス管が各々ヘッダー管に接続され、送風ファンを介して室内空気が前記太陽光集熱装置の内筒ガラス管の内周側空間部を通過して循環し、屋内の冷気が前記内筒ガラス管の内周側空間部を通過する際に集熱膜を介して熱交換を行って生成された暖気を再度屋内へ循環させる太陽熱暖房装置。
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