JP3087929B2 - 真空式太陽熱集熱器 - Google Patents

真空式太陽熱集熱器

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JP3087929B2 JP04311300A JP31130092A JP3087929B2 JP 3087929 B2 JP3087929 B2 JP 3087929B2 JP 04311300 A JP04311300 A JP 04311300A JP 31130092 A JP31130092 A JP 31130092A JP 3087929 B2 JP3087929 B2 JP 3087929B2
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    • Y02E10/44Heat exchange systems

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内部が真空に保持され
たガラス容器の内部に、金属製貯水容器が配置されてな
る真空式太陽熱集熱器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、太陽光線のもつ熱エネルギーを熱
源として高効率で利用する真空式太陽熱集熱器が種々の
産業分野で使用されており、その中の1種として特公平
3−56387号に示されているような、一端が密封さ
れ、他端が小口径に絞られて開口し、内部を真空にした
長尺円筒状のガラス容器と、一端が密封され、他端が小
口径に絞られて開口し、全体がガラス容器内部に支持具
を介して同軸状に配置され、外表面に選択吸収膜が形成
され、その側胴部がガラス容器の小口径開口部より大き
く、ガラス容器の内容積の60%以上を占める内容積を
もつ長尺円筒状の金属製貯水容器を備えてなる真空式太
陽熱集熱器が開発されている。
【0003】このような構造を有する真空式太陽熱集熱
器は、家屋の屋根等に設置され、貯水容器が円筒状であ
るため、入射エネルギーが大きく、一度に多量の水を供
給し、一定時間汲み置きすることによって温めることが
可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで一般の家屋の
屋根勾配は、15〜25°であり、このような屋根上に
太陽熱集熱器を設置する場合、まず屋根上に架台を取り
付け、その架台の上に太陽熱集熱器を設置する方法が採
られ、屋根勾配に近い角度で設置される。
【0005】上記したような真空式太陽熱集熱器の場
合、金属製貯水容器の開口部が上方になるように設置さ
れ、その内部が満水となるように水を供給するが、金属
製貯水容器内の小径部に絞られた箇所に空気溜りができ
やすい。
【0006】金属製貯水容器内に空気溜りができた状態
で、一定時間水を汲み置きすると、徐々に水中の塩素が
揮発し、空気溜り中で濃縮される。この濃縮された揮発
成分は金属を腐食する作用を有しており、そのため長期
間真空式太陽熱集熱器を使用すると、銅、ステンレス、
鉄等からなる金属製貯水容器の一部が腐食して孔があ
き、真空状態が保たれなくなると共に、金属製貯水容器
内の水がガラス容器内に漏れ、真空式太陽熱集熱器とし
ての機能を全く果たさなくなる。
【0007】本発明の目的は、屋根上等に設置し、金属
製貯水容器に水を供給すると、空気溜りを発生させるこ
となく、満水状態にすることができ、金属製貯水容器の
腐食を防止することが可能な真空式太陽熱集熱器を提供
することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、種々の研究
を重ねた結果、真空管式太陽熱集熱器が屋根上等に設置
された時、金属製貯水容器内の小口径に絞られた箇所を
所定形状に変更することによって、上記目的を達成でき
ることを見い出し、本発明として提案するに至った。
【0009】すなわち本発明の真空式太陽熱集熱器は、
一端が密封され、他端が小口径に絞られて開口し、内部
を真空にした透明な長尺円筒状のガラス容器と、一端が
密封され、他端が小口径に絞られて開口し、全体がガラ
ス容器内部に支持具を介して同軸状に配置され、外表面
に選択吸収膜が被覆形成され、その側胴部がガラス容器
の小口径開口部より大きく、ガラス容器の内容積の60
%以上を占める内容積をもつ長尺円筒状の金属製貯水容
器を備えてなる真空式太陽熱集熱器において、金属製貯
水容器の側胴部から小口径開口部までに至る部分が、テ
ーパー形状であり、ガラス容器の中心軸に対して5〜4
5°の傾斜角度を有することを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明の真空式太陽熱集熱器を、ガラス容器の
中心軸に対する金属製貯水容器のテーパー部の傾斜角度
と同等、あるいは大きい角度で屋根上に設置した場合、
金属製貯水容器の開口部の位置が、テーパー部の位置と
同位置、あるいは高くなるため、金属製貯水容器内に水
を供給すると、全ての空気が開口部から排出されること
になる。
【0011】また本発明の真空式太陽熱集熱器を、ガラ
ス容器の中心軸に対する金属製貯水容器のテーパー部の
傾斜角度よりも小さい角度で設置しても、金属製貯水容
器の開口部の位置とテーパー部の位置の差が小さいた
め、金属製貯水容器内に水を供給すると、水による押し
流し作用によってほとんどの空気が開口部から排出され
ることになる。
【0012】しかしながらガラス容器の中心軸に対する
金属製貯水容器のテーパー部の傾斜角度が45°より大
きいと、15〜25°の設置角度で真空式太陽熱集熱器
を屋根上等に設置した場合、水の押し流し作用が働いて
も、金属製貯水容器内の全ての空気を排出することが困
難となるため好ましくない。
【0013】またガラス容器の中心軸に対する金属製貯
水容器のテーパー部の傾斜角度が5°より小さいと、金
属製貯水容器の貯水量が非常に小さくなるため好ましく
ない。
【0014】従って金属製貯水容器内における空気溜り
の発生の防止、及び貯水量の両面を考慮すると、ガラス
容器の中心軸に対する金属製貯水容器のテーパー部の傾
斜角度が、10〜20°であることが最も望ましい。
【0015】
【実施例】以下、本発明の真空式太陽熱集熱器を実施例
に基づいて詳細に説明する。
【0016】図1は、本発明の真空式太陽熱集熱器10
を示す縦断面図であり、図2は、図1の真空式太陽熱集
熱器10を屋根11上に据付設置し、金属製貯水容器1
2内に水を供給した状態を示す部分断面図である。
【0017】(実施例1)真空式太陽熱集熱器10の長
尺円筒状のガラス容器13は、一端が密封され、他端が
小口径に絞られて開口し、その内部は所定の真空度(例
えば10-4Torr)に保持されている。
【0018】ガラス容器13の内部には、長尺円筒状の
金属製貯水容器12が支持具14、15を介して同軸状
に配置されている。金属製貯水容器12は、一端が密封
され、他端が小口径に絞られて開口し、外表面に選択吸
収膜(図示せず)が被覆形成され、その側胴部12aが
ガラス容器13の小口径開口部より大きく、ガラス容器
13の内容積の60%以上を占める内容積を有してい
る。
【0019】金属製貯水容器12の内部には、金属製の
長い第一の管16が挿入され、この長い第1の管16の
一端は、給水ヘッダー管17に溶接されて連結してい
る。また金属製貯水容器12の小口径開口部には、金属
製の短い第2の管18の一端が溶接されて連結し、この
短い第2の管18の他端は、排水ヘッダー管19に溶接
されて連結されている。
【0020】長い第1の管16は、金属製貯水容器12
内の奥方まで挿入されており、給水ヘッダー管17を通
ってきた水は、長い第1の管16から金属製貯水容器1
2内に流入し、満水状態で一定時間汲み置きされた後、
長い第1の管16と短い第2の管18との間隙を通って
排水ヘッダー管19に排出されることになる。
【0021】ガラス容器13は、予め所定形状に成形さ
れた2つのガラスキャップ13a、13bの端部を、真
空式太陽熱集熱器の外殻部材を構成するガラス管に溶着
することによって作製される。一方のガラスキャップ1
3aの中央部には、排気管13cが形成されており、こ
の排気管13cはガラス容器13内を排気した後、閉じ
られ、この上にゴム製キャップ20が嵌着される。
【0022】他方のガラスキャップ13bの中央部に
は、開口部が形成され、その開口部には、ガラス封着金
具21の一端が取り付けられている。ガラス封着金具2
1は、円筒形状で、ガラス容器13と良好に封着できる
材質から作製され、例えばガラス容器13がソーダ石灰
ガラスの場合は、42%Ni−6%Cr鋼、硼珪酸ガラ
スの場合は、コバール合金等から作製される。
【0023】またガラス封着金具21の他端には、その
外周に被せて円筒状の中継ぎ封着金具22の一端が溶接
によって取り付けられ、この中継ぎ封着金具22の他端
は、短い第2の管18に溶接されて連結している。中継
ぎ封着金具22は、短い第2の管18と同一の金属、あ
るいは熱膨張係数が略同じで、耐蝕性に優れた金属から
作製される。
【0024】金属製貯水容器12は、ステンレス鋼から
なる金属板を円筒状に加工し、その接合部を溶接するこ
とによって、側胴部12aを形成した後、その両端開口
部に側胴部12aと同一あるいは近似した熱膨張係数を
有する金属材料からなる封止キャップ12b、12cを
溶接して封鎖することによって作製されている。
【0025】金属製貯水容器12の密封端側に位置する
封止キャップ12bの一部には段部12dが形成され、
この段部12dに支持具14が装着されている。一方、
開口端側に位置する封止キャップ12cの中央部には、
開口部12eが形成され、この開口部12eから金属製
貯水容器12の側胴部12aに溶接される部分までがテ
ーパー形状になるように加工され、ガラス容器13の中
心軸に対して15°の傾斜角度を有している。またこの
テーパー部12fの途中には、段部12gが形成されて
おり、この段部12gに支持具15が装着され、支持具
14、15によって金属製貯水容器12をガラス容器1
3内に熱収縮を許容しつつ同軸状に支持することを可能
にしている。
【0026】次に図2に示すように上記の真空式太陽熱
集熱器10の4本を、金属製フレーム23で固定して1
ユニットとし、これを2ユニット用意した。その後、こ
れらのユニットを家屋の屋根11上に取り付けられた架
台24上に、設置角度が15°となるようにして据付設
置し、各真空式太陽熱集熱器10の金属製貯水容器12
に水を供給したところ、金属製貯水容器12のテーパー
部12fは、地面と略水平となり、いずれの金属製貯水
容器12にも空気溜りは発生しなかった。
【0027】(実施例2)ガラス容器の中心軸に対する
金属製貯水容器のテーパー部の傾斜角度が、45°であ
る以外は、実施例1の真空式太陽熱集熱器と同じ構成を
有する真空式太陽熱集熱器を作製し、4本を金属製フレ
ームで固定して1ユニットとし、これを2ユニット用意
した。次いでこれらを家屋の屋根上に取り付けられた架
台上に、設置角度が25°となるように据付設置し、各
真空式太陽熱集熱器の金属製貯水容器内に水を供給した
ところ、いずれの金属製貯水容器にも空気溜りは発生し
なかった。
【0028】(比較例)ガラス容器の中心軸に対する金
属製貯水容器のテーパー部の傾斜角度が、50°である
以外は、実施例1の真空式太陽熱集熱器と同じ構成を有
する真空式太陽熱集熱器を作製し、4本を金属製フレー
ムで固定して1ユニットとし、これを2ユニット用意し
た。次いでこれらを家屋の屋根上に取り付けられた架台
上に、設置角度が25°となるように据付設置し、各真
空式太陽熱集熱器の金属製貯水容器内に水を供給したと
ころ、一部の金属製貯水容器に空気溜りが発生した。
【0029】
【発明の効果】以上のように本発明の真空式太陽熱集熱
器は、屋根上等に設置し、金属製貯水容器内を水を供給
すると、空気溜りを発生させることなく、満水状態にす
ることができ、金属製貯水容器の腐食を防止することが
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の真空式太陽熱集熱器を示す縦断面図で
ある。
【図2】図1の真空式太陽熱集熱器を屋根上に設置し、
金属製貯水容器内に水を供給した状態を示す部分断面図
である。
【符号の説明】
10 真空式太陽熱集熱器 11 屋根 12 金属製貯水容器 12a 側胴部 12e 開口部 12f テーパー部 13 ガラス容器 16 長い第1の管 18 短い第2の管 24 架台

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一端が密封され、他端が小口径に絞られ
    て開口し、内部を真空にした長尺円筒状のガラス容器
    と、一端が密封され、他端が小口径に絞られて開口し、
    全体がガラス容器内部に支持具を介して同軸状に配置さ
    れ、外表面に選択吸収膜が被覆形成され、その側胴部が
    ガラス容器の小口径開口部より大きく、ガラス容器の内
    容積の60%以上を占める内容積をもつ長尺円筒状の金
    属製貯水容器を備えてなる真空式太陽熱集熱器におい
    て、金属製貯水容器の側胴部から小口径開口部に至る部
    分がテーパー形状であり、ガラス容器の中心軸に対して
    5〜45°の傾斜角度を有することを特徴とする真空式
    太陽熱集熱器。
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