JP3236891B2 - 太陽熱収集装置及びその制御システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽熱収集装置及び
その制御システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の太陽熱収集装置では、太陽熱を吸
収する吸熱板に、その吸収した熱エネルギーを、１０ｃ
ｍ位或いはそれ以上の間隔を置いて吸熱板に密着させた
パイプの中の水を暖めて湯にして、それを外部に送り出
すことによって熱エネルギーを外部に搬送していた。ま
た或るものは、湯ではなくてパイプの中の水を沸騰させ
て、蒸気の形で太陽熱エネルギーを外部に搬送してい
た。また蒸気方式の場合、従来は蒸気の出力温度を制御
するのに、外部から窒素ガス等を注入して蒸発室の圧力
を制御し、その圧力によって、飽和蒸気圧と温度とが一
義的に対応している現象を利用して沸騰温度を変化さ
せ、出力温度を制御する方法をとっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】真空の太陽熱収集装置
でその真空度が、残存気体分子の平均自由行程が吸熱板
と筺体との間の間隔より十分に長くなる程度の真空度に
なった場合は、この二者間の熱伝導が自由分子条件下で
の熱伝導になる。自由分子条件下の熱伝導では、二つの
相対する固体面間の熱伝導はその２面間の距離に関係な
くただその圧力だけの関数になるので、極く短い距離で
も良好な熱絶縁が行われる。この特性は熱損失が少なく
大変高い効率を持つ太陽熱収集装置の製造に大変有利な
特性である。

【０００４】一方このことは、吸熱板とパイプと言う従
来の方式を採用する場合、吸熱板とその熱を外部に伝え
るパイプとの間に極く微小な間隙があっても、その部分
での吸熱板からパイプへの熱伝導は著しく阻害されると
言う欠点を生むことになる。従って真空式の太陽熱収集
装置では、吸熱板とパイプを金属ろう等によって、全パ
イプ長に亙って完全に溶接して密着させておく必要があ
る。 吸熱板の温度は、所謂空焚きの場合には、快晴の
日で３００〜４００℃位に迄上がるから通常の半田によ
る溶接は不適当で、銀ろうのような高温用のろうを用い
なければならない。平板に長いパイプの全長を溶接する
作業は比較的費用がかかるので太陽熱収集装置の価格を
上昇させる。

【０００５】パイプを使用する他の欠点は、蒸気の形で
エネルギーを輸送する場合に、パイプの中で熱媒体の液
体を沸騰させなければならないので、パイプ内で膨張し
た蒸気によって蒸気と液体が同時にパイプの上部に押し
出される。そのために、パイプの上部出口の近辺に、液
体と蒸気を分離して液体だけをパイプに還流してやる装
置を必要とすることである。このことも太陽熱収集装置
の構造を複雑にして、その価格を上昇させる原因とな
る。

【０００６】パイプを使用する更に他の欠点は、パイプ
とパイプの中間部分にある吸熱板が吸収した熱は、吸熱
板の中を板の長さと幅方向に移動させてパイプの所に持
って行かねばならないので、吸熱板の材料に熱伝導率の
良い材料を使う必要があり、そのためアルミや銅のよう
な価格の高い材料を使うことになり、太陽熱収集装置の
価格を上昇させる。

【０００７】本発明は安価で高効率の太陽熱収集装置を
提供することを課題とする。また、他の課題は蒸気を熱
媒体にする場合、出力温度を制御するために、外部から
ガスを注入して蒸気温度を調整するようなことをせず
に、出力蒸気の温度を自由に決められるようにすること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は熱媒体を入れる
パイプを省略して、平板状の吸熱板が直接熱媒体に触れ
るような構造にしたものである。また本発明は、蒸気方
式の場合、外部から吸熱部内にガスを注入することな
く、蒸気の流出量を制御することによって吸熱部内の圧
力を調整して、出力温度を調整するもので、蒸気の温度
は、太陽熱の熱量が十分あれば、吸熱板内部の圧力と同
じ飽和蒸気圧をもつ蒸気温度に決まると言う性質を利用
して任意の温度の蒸気を出力出来るようにする。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施形態を
示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は図（ａ）でＡ−Ａ
断面図である。図２は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図
で、図３は図２におけるｃ部の拡大図である。図におい
て、１は太陽熱収集装置、２は吸熱部、３は吸熱部の上
部を形成する吸熱板、４は吸熱部２の下部を形成する底
板、５は吸熱板３の表面に形成された選択吸収膜、６は
吸熱部２に熱媒体を送り込むための入口、７は吸熱部２
から熱媒体を外部に送り出すための出口、８は吸熱部を
収容している筺体、９は外部筺体８の太陽光の入口を成
す透明窓で透明な材料例えばガラスで出来た窓、１０は
透明窓９と気密に接合している筺体８の底部、１１は吸
熱部２を支える柱、１２は透明窓９を支える柱、１３は
柱１２を通すために吸熱部２にあけられた穴、１４は吸
熱部２の内部に入れられた熱媒体の液体、１５は出口７
の近辺に設けられた、液体１４は通さず蒸気だけを通す
ために設けられたフィルターで例えば金網、１６は筺体
８を包み込むように作られた外部筺体、１７は外部筺体
１６に取り付けられた柱である。なお蒸気を使用しない
場合は金網１５は不要である。

【００１０】太陽熱収集装置１は、平らで表面に選択吸
収膜５を付けた吸熱板３を形成する金属板と、この金属
板の背面に、これとほぼ同じ面積を持ち且つ波板状の突
起を持つ、密閉容器の底部を形成するための金属板と
を、その周辺部と内部の数箇所で気密に結合した吸熱部
２を備えたことを特徴としている。透明窓９を通して太
陽熱を吸収する吸熱板３と底板４は、図３に示すように
内部に液体１４を通すための空洞を形成した吸熱部２を
構成し周縁部を、例えば金属ろうで溶接すると共に、接
合部１９において吸熱板３と底板４の突起部１８とを溶
接している。

【００１１】その下部には液体を入れるパイプ状の入り
口を設け、その上部には蒸気の出口となるパイプ状の出
口を設け、その波板状の突起部分は下部から上部まで貫
通する空洞を形成するようにする。筺体８と透明窓９は
気密に接合されその間の空間は、真空式の場合には０．
３パスカル以下、望ましくは０．０１パスカル程度の高
真空に保たれている。但し真空にしない場合もある。

【００１２】従来の真空平板式の太陽熱収集装置は透明
窓として平板のガラスを採用しこれを柱で支える構造を
採っていた。このようにすると、ガラス窓には大気圧に
よって曲げモーメントがかかりガラス窓に引っ張り応力
が発生する。周知のようにガラスは圧縮応力に対しては
強いが引っ張り応力に対しては弱いので、多数の柱を密
に立てるか或いは厚さの厚いガラスを必要としていた
が、第１の実施形態では、透明窓９のガラスを平板にせ
ずシェル構造のセグメントの集合体として形成し、各セ
グメント毎に筺体８の底面に立てた柱１２で大気圧を受
けるようにする。

【００１３】透明窓のガラスは大気圧に耐えるために、
小さいシェル構造のセグメントの集合体として形成され
ている。図示されているものは、一つのセグメントが六
角形をしている。一つのセグメントの一片の長さは１０
〜２０ｃｍ位のものである。勿論セグメントが四角形を
していても構わない。この透明窓９は、大気圧を支える
為に、適当な複数の場所で柱１２で底板１０と連結され
ている。柱１２は棒状の場合と板状の場合があるが、何
れの場合も吸熱部２における吸熱板３と底板４の突起部
１８を接合した接合部１９にあけられた穴１３を通って
上下の透明窓９と底板１０とを連結しているが、このと
き柱１２が吸熱部２に接触するとそこから吸熱部２の熱
が柱１２を通って底部１０と透明窓９に逃げることにな
るので、穴１３の大きさは柱１２が吸熱部２に触れない
程度の大きさにしておく。

【００１４】熱媒体となる液体１４は、入口６を通って
吸熱部２に入り、吸熱板３に接する。吸熱板３が直接熱
媒体の液体に接している場合は、吸熱板３の吸収した熱
は、板の厚み方向に効率良く移動して熱媒体に熱を伝え
るので、熱伝導率の悪い材料例えば鉄のような材料でも
使えるようになる。

【００１５】透明窓９を通って吸熱板３に到達した太陽
エネルギーは、ここで熱エネルギーに変換され、その熱
は吸熱板３に接している液体１４を蒸発させて蒸気とす
る。蒸気は液体中で泡となって上部に移動し液面のとこ
ろで泡は弾けて蒸気となり、出口７を通って外部に出
る。 このとき泡と一緒に液体が出口７から外に押し出
されないように、吸熱板３と底板４とで形成される空洞
部は、泡が容易に通過できるように広くし、また泡の弾
ける液面も広くしておく。そのために空洞部における吸
熱板３と底板４との間隔は１０〜３０ｍｍ程度にしてお
く。

【００１６】液面を広くしておいても泡が弾けるときに
ある程度の液体も飛ばされるから、液体１４も蒸気と一
緒に外部にでるようになる。外部にでる液体１４を最小
に押さえるためにフィルター１５が設けられる。フィル
ター１５は気体は通すが液体は通さないように細かいメ
ッシュのものを用い、場合によっては複数枚重ねて用い
る。材料は金網に限定されず、布等でも良い。このよう
な構造を採用することによって、パイプの代わりに１枚
の平板の吸熱板３と一枚の波形突起をもつ金属板で出来
た底板４とで、液体と蒸気を扱うことが出来、太陽熱を
直接吸熱板３から液体１４に伝えられて、従来の太陽熱
収集装置で使われていたパイプを省略できるので、パイ
プの全長を溶接するような価格を上げる作業を省略でき
る。

【００１７】また底板４の突起部１８の大きさや数を適
性に設計することによって、蒸気の通る十分な空間や広
い液面を形成することができて、蒸気と一緒に外部に押
し出される液体１４を殆ど無くして、わざわざ液体１４
を還流するための装置の省略を可能とする。

【００１８】２枚の金属板で吸熱部２を形成する方法で
も、２枚の金属板３、４を溶接、或いは鍛接等によって
気密に接合する必要はあるが、パイプと平板を溶接する
より、平板同志を気密に接着するほうが、遥かに作業と
しては簡単である。何故ならばパイプと平板の時は、熱
伝導をよくするために、パイプと平板との接触面積を広
くする必要があり、そのために平板のパイプを付ける所
に、パイプの形に合わせた変形加工が必要となるが、本
方式の場合は、単に平板同志を気密に接着すれば良いの
で前記のような変形加工を必要としないし、その上必要
な接着面積は平板の周辺部と内部の数箇所だけで、長い
パイプの全長を平板に溶接する場合より少なくて済むか
らである。

【００１９】前記のようないろいろの理由から、第１の
実施形態によると吸熱部２の構造を簡略化してその価格
を下げることができる。なお、第１の実施形態では真空
式で蒸気式の場合を説明したが、これに限定されるもの
ではなく、非真空式で熱媒体として蒸気を使用せず液体
だけを使用する場合でも、或いは透明窓９を省略して吸
熱部２を直接外気にさらして使用するような場合でも、
前記の吸熱部２の構造は、安価で効率の良い太陽熱収集
装置を得るのに有効である。

【００２０】第１の実施形態では、筺体８と透明窓９の
間の空間は真空に保たれるので、透明窓９には常に大気
圧が掛かり透明窓９は変形して応力を生じているが、こ
の応力は、透明窓９のシェル構造のセグメントが正しく
設計製造されている場合は、圧縮応力になり、引っ張り
応力は発生しない。透明窓９にガラスを使用する場合、
ガラスは引っ張り応力には弱いが圧縮応力には強いので
この方法で透明窓９のガラスの厚みを薄く出来る。

【００２１】シェル構造を採用することによって柱１２
の数を減らすことも可能になる。しかし、製造上不可避
的に発生する寸法誤差を考えると、透明窓９に引っ張り
応力を掛けない為には、透明窓９をシェル構造にするだ
けでなく、更に透明窓９全体に曲げモーメントを与えな
いように次のような考慮が必要である。透明窓９は、こ
れを支えている筺体８の底面と透明窓９とを連結する多
数の柱１２で支えられているが、この柱１２の寸法が適
切でないと、透明窓１２と筺体８の底面に大気圧が掛か
ったときに、透明窓９に曲げモーメントが掛かるように
なる。

【００２２】このような曲げモーメントは、柱１２、透
明窓９或いは筺体８の、成型時或いは組立時に生じた寸
法誤差によって発生する。この寸法誤差には、柱１２の
長さがその支持点において、透明窓９と筺体８との間隔
より短い場合と長い場合とがある。短い場合は筺体８と
透明窓９には大気圧によって、真空にされた筺体８の内
側の方に曲げるような曲げモーメントが働き、長い場合
は筺体８と透明窓９を柱１２が押し上げて筺体８の外側
に曲げるような曲げモーメントが働く。この曲げモーメ
ントによって透明窓９に引っ張り応力と圧縮応力が発生
する。

【００２３】この曲げモーメントの大きさは筺体８の剛
性と密接に関連している。若し筺体８の剛性が高くて大
気圧によっても殆ど変形しない場合は、柱１２の寸法誤
差による変形は透明窓９の曲げと言う形で表れ、この曲
げによって透明窓９内に引っ張り応力が発生する。引っ
張り応力に対して、金属は破壊し難いけれども、ガラス
は金属に比較してずっと少ない引っ張り応力で破壊に至
るので、透明窓９には曲げモーメントを起こす変形が出
来るだけ起こらないように次のような工夫を施す。

【００２４】筺体８の剛性を透明窓９の剛性に比較して
ずっと小さくして、筺体８は外力によって簡単に変形す
るようにする。その結果として、寸法誤差等によって引
き起こされる変形は、主として筺体８において起こり、
透明窓９の方は殆ど変形しないようになる。このように
すれば透明窓９には殆ど変形が起こらず、従って曲げモ
ーメントも掛からないので、透明窓９の寿命が伸びる。

【００２５】このようにすると、透明窓９と筺体８或い
は柱１２に寸法誤差があっても、それによって透明窓９
に無用な引っ張り応力を発生させることは殆ど防げる。
一方金属で作られた筺体８は長期の引っ張り応力にも良
く耐えることができる。筺体８の剛性は、製造上許容さ
れている、筺体８と透明窓９と柱１２とそれらの組立上
の誤差の合計誤差の内の最大誤差でも、透明窓９に大き
な曲げ応力を掛けずに、大半の誤差は筺体８の変形によ
って吸収されるような大きさの剛性にする。

【００２６】しかし、輸送或いは設置時或いは設置後に
筺体８に何らかの外力が加えられと、筺体８の剛性が小
さいために、その力が殆どそのまま透明窓９に掛かって
透明窓９が破損する危険がある。この危険を避けるため
に外部筺体１６が設けられている。外部筺体１６は厚い
材料を使い、リブ出し等も行って剛性を高めた筺体であ
って、図１に示したようにその周辺部で筺体８を支えて
いる。

【００２７】外部筺体１６の形状は、それに加えられる
と予想される力では筺体８、特に底部１０と外部筺体１
６の底部の内面が接触することのない程度の間隙を常時
保つように作られる。 このようにすると、外部から外
部筺体１６の底部に加えられた力は、外部筺体１６の周
辺部を通して筺体８に伝えられるが、透明窓９には伝え
られないので、底部からの外力に対して透明窓９は保護
される。

【００２８】外部筺体１６に取り付けられた柱１７は、
透明窓９に直接外力が加わった場合、例えば太陽熱収集
装置１の上に人が乗ったような場合に、ある程度以上に
透明窓９が歪まないように、筺体８の底部１０と僅かの
隙間をとって取り付けられている。この隙間は前記の透
明窓９と筺体８と柱１２の製造上或いは組立上に生ずる
最大誤差でも外部筺体１６と筺体８が接触しない範囲で
最小に選ばれる。そのために柱１７はねじ等によってそ
の高さが調整出来るような構造に作られる。

【００２９】そして柱１７と筺体８の底板１０との隙間
は製造の最終過程で一定の小さな値に調整される。この
ようにすると、この隙間が埋められる程度に透明窓９に
外力が加わると、その隙間はなくなり、それ以上の外力
は、外部筺体１６が柱１７と筺体８と柱１２と連携し
て、透明窓９を支えてその破壊を防ぐ。

【００３０】図４は本発明の第２の実施形態を示す一部
拡大断面図で、太陽光が直角に入るように、水平面に対
して傾けて設置した太陽熱収集装置１の出口近辺の吸熱
部２を一部省略して示したものである。図４は液体と蒸
気との変換が円滑に行くように、第１の実施形態に更に
工夫を施したもので、２１は熱伝導の良い、例えば銅、
アルミのような材料で出来た厚みを持った金属板、２２
は熱媒体となる液体、２３は液面、２４は泡である。太
陽熱収集装置は一般的には太陽光が出来るだけ直角に入
るように水平面に対して傾けて設置する。たとえ赤道直
下で用いる場合でも液体と蒸気の変換が円滑に行くよう
に、ある程度例えば５〜１０度位傾ける。従って図４に
示したように液面２３も傾いて斜めの面になる。

【００３１】液面２３が斜めになると、液面２３の面積
が広がって、泡２４が容易に弾けるようになり、液面２
３の盛り上がりは少なくなり、液面２２が出口７から出
る量も少なくなって都合が良い。しかし一方吸熱板３の
上部に図４に示したように液面２３に触れない領域が出
来る。この部分では液体２２が吸熱板３からの熱を、吸
熱板３の厚み方向の熱伝導でなく、板の長さ、幅方向の
熱伝導によって受けることになり、液体２２が吸熱板３
から熱を受ける効率が低下する。この効率の低下と言う
欠点は、吸熱板３が鉄のような熱伝導の悪い材料ででき
ている場合には、特に顕著に表れる。

【００３２】この欠点を除くために、金属板２１を吸熱
板３の上部に図４に示したように取り付ける。そうする
と、吸熱板３の吸収した熱は吸熱板３の厚み方向に移動
して金属板２１に移る。金属板２１は熱伝導の良好な材
料で出来ているから、吸熱板３から板の厚み方向の熱伝
導によって金属板２１に移った熱は、金属板２１の板の
長さ、幅方向に効率良く運ばれて液体２２に達する。

【００３３】因みに鉄とアルミと銅の熱伝導率をＷ／ｍ
Ｋで表すと、それぞれ４０、２３５、４００である。銅
板を使えば同じ形状で鉄の１０倍の熱量を運ぶことが出
来ると言うことである。このようにして、第２の実施形
態によれば、第１の実施形態の効果に加えて太陽熱収集
装置を斜めに設置した時に起きる欠点を除去することが
できる。熱媒体としての液体には蒸発熱が大きいと言う
理由から通常は水を用いるが、とくに寒い所では不凍液
やアルコール等も用いられる。

【００３４】図５は本発明の第３の実施形態を示す図
で、（ａ）は簡略断面図、（ｂ）は一部破断したＤ−Ｄ
断面図である。図において、３１は金属箔、３２は金属
箔を支える枠、３３は金属箔３１にあけられた穴、３４
は３２に張り渡された金属線である。なお第１の実施形
態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略す
る。第３の実施形態は、太陽熱収集装置が高真空式であ
る場合に、高真空の特性を利用して熱損失を減らすよう
にしたもので、吸熱部２と筺体８との間に熱伝導が自由
分子条件下の熱伝導になることを利用して吸熱部２の底
板４と筺体８との間に金属箔を挿入して、所謂スーパー
インシュレーションと言う熱絶縁技法を採用して熱損失
を減らしている。

【００３５】筺体８内は高真空に保たれており、そこで
の気体の平均自由工程は数１０ｍｍ以上数１００ｍｍ程
度になっているので、数ｍｍ以下の間隔の２体間の熱伝
導は、ほぼ自由分子条件下の熱伝導になり、熱伝導量は
２体間の距離には関係せず、その温度と圧力のみによっ
て決定される。このため熱伝導を行う２体間に板を挿入
することによって、２体間の熱伝導量は著しく減少す
る。

【００３６】例えば吸熱部２の底板４と筺体８の底部１
０との間に一枚の金属箔３１を入れると、その金属箔３
１の温度は底板４と底板１０の温度のほぼ中間の温度に
なり、底板４から金属箔３１に逃げる熱伝導による熱損
失は、温度が約半分になるので底板４から底板１０に逃
げる場合の約半分に減少する。金属箔３１の枚数を増加
させると、更に熱損失は減少する。このような熱絶縁の
方法をスーパーインシュレーションと言っている。スー
パーインシュレーションに使用する熱遮蔽用の板材は金
属でなくても良いが、熱伝導を減らすと同時に、熱放射
による損失も減らすために金属を用いる。

【００３７】温度の異なる２体間の放射伝熱は２体間の
絶対温度の４乗の差によって決定される。温度差が少な
いと放射伝熱量も減少する。このため２体間に箔を入れ
て温度差を減らすと放射伝熱量も減る。２体間に挿入す
る金属には赤外線の反射率の高い、アルミや銅が適して
いる。赤外線の反射率の高い金属箔３１を１枚入れるこ
とによって、熱伝導の場合と同じように、放射伝熱も大
幅に減少する。このようにして熱伝導と放射伝熱の二つ
の形式による熱損失を同時に減らすことができる。

【００３８】また箔を使う理由は、筺体８に触れている
枠３２を通して金属箔３１からの熱が逃げて金属箔３１
の温度が上がらないようになるのを防ぐために、金属箔
３１の板の、長さ、幅方向の熱伝導を少なくするためで
ある。箔の厚さは製造上の取り扱いが容易である範囲内
で、薄いほうが良い。通常は５ミクロンから２０ミクロ
ン程度のものが選ばれる。金属箔３１が底板４や底部１
０に触れたり、複数の金属箔３１が互いに触れた場合
も、箔の厚さが薄い程、熱損失は少なくて済む。穴３３
は柱１２を通す為のものであるが、穴３３と柱１２との
間の隙間は、その隙間を通る放射による損失を減らす為
に、出来るだけ少なくする。金属箔３１の厚さが薄けれ
ば例え金属箔３１と柱１１とが接触していても、熱損失
は少ない。

【００３９】枠３２と筺体８の側面との間の隙間につい
ても、放射による熱損失を減らすために少なくする。具
体的には枠３２の一部が筺体８に接している位にする。
複数の金属箔３１を使用する場合その間隔は数ｍｍ位が
適当である。太陽熱によって吸熱部２の底板４の温度が
上昇すると、金属箔３１も熱を受けて温度が上昇する
が、一方筺体８と枠３２は殆ど温度が上昇しないので、
金属箔３１と枠３２等との温度差のために、両者の間の
熱膨張量に差を生じ、金属箔３１はその中心から垂れ下
がって筺体８の底板１０に接触するようになり、金属箔
３１の熱絶縁能力は低下する。

【００４０】このような不都合を無くするために、枠３
２に数ｃｍ又は数１０ｃｍおきに、熱膨張率の小さい例
えばインバールのような金属で出来た複数の金属線３４
を張り渡してその上に金属箔３１を乗せ周縁部を枠３２
で固定する。このようにすると金属箔３１が膨張して
も、金属線３４は膨張量が少ないので垂れ下がらず、図
５（ｂ）に破線で示されているように、金属箔３１の垂
れ下がり量はこの金属線３４によって制限される。従っ
て温度が上昇しても金属箔３１が垂れ下がって筺体８の
底部１０に接触することは無い。以上のようにして第３
の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えてス
ーパーインシュレーションを実現でき熱損失を減らすこ
とができる。

【００４１】図６は本発明の第４の実施形態である制御
システムを示し、蒸気方式の太陽熱収集装置の発生する
蒸気の温度を制御する方法を説明する図である。図６で
４１は蒸気の流量を制御する流量制御弁、３２は吸熱部
２から流量制御弁４１まで蒸気を運ぶパイプ、４３は流
量制御弁４１から熱交換器まで蒸気を運ぶパイプ、４４
は熱交換器、４５は熱交換器４４を通って液体になった
熱媒体を液体溜めに運ぶパイプ、４６は液化した熱媒体
を溜めて置く液体溜め、４７は液体溜め４６の液体を吸
熱部２まで送り出すポンプ、４８はポンプ４７から運び
出された液体１４を吸熱部２にまで運ぶパイプ、４９は
吸熱部の内部の圧力を計る圧力計である。

【００４２】吸熱部２とパイプ４２、４３、４５、４８
のパイプ群と熱交換器４４、ポンプ４６で構成されるシ
ステムは、外部の大気とは完全に隔離されており、その
内部には蒸気以外の気体は殆ど存在しないように、空気
等は製造時に排気されている。その上で蒸気の出口７付
近で蒸気の流出量を制御する流量制御弁４１を付けてお
き、吸熱部２の内部の圧力を圧力計４９で検出しなが
ら、太陽熱入力に応じて発生する蒸気の流出量を制御す
ることによって、内部の圧力を希望の圧力に調整にすれ
ば、その圧力に対応する任意の温度の蒸気を得ることが
できる。

【００４３】詳細に説明すると、若し流量制御弁４１が
閉鎖状態にあるときは、液体１４の温度は吸熱部２の熱
損失と太陽熱入力とがバランスする温度、所謂飽和温度
まで上がり、吸熱部２の内部の蒸気圧は、その飽和温度
によって決まる飽和蒸気圧に等しい圧力にまで上がる。
若し流量制御弁４１が開いて蒸気が出力されていると、
液体１４の温度は吸熱部２の熱損失と蒸気出力との合計
がその時の太陽熱入力とバランスする温度になり、出力
蒸気の温度も液体１４の温度と等しくなる。

【００４４】従って流量制御弁４１を制御して蒸気の流
出量を加減して、吸熱部２の内部圧力を制御することに
よって蒸気温度を任意の値にすることが出来る。但しそ
の温度範囲は、熱交換器４４の所で熱交換を行う被加熱
物の温度より高く前記の飽和温度より低い温度範囲に限
定される。なお圧力計４９の代わりに温度計を用いても
同じように制御できる。吸熱部２に入力する太陽熱は時
々刻々変化するので、当然発生する蒸気量もそれに応じ
て変化するから、若し蒸気温度を一定にしたいならば、
太陽熱の強さに応じて蒸気流出量を常に加減してやる必
要がある。

【発明の効果】上記したように、本発明によれば安価で
高効率の太陽熱収集装置を提供することができ、長年に
亙る持続可能なエネルギー源として、また環境を汚染し
ないエネルギー源として太陽熱を有効に利用でき、地球
環境の保全に大きな力を発揮できてその効果は計り知れ
ない。 また、蒸気方式の場合に、外部からガスを注入
することをせずに出力蒸気の温度を制御することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す図である。

【図２】第１の実施形態のＢ−Ｂ断面図である。

【図３】第１の実施形態のｃ部の拡大図である。

【図４】本発明の第２の実施形態を示す一部拡大断面図
である。

【図５】本発明の第３の実施形態を示す図である。

【図６】本発明の第４の実施形態である制御システムを
示す図である。

【符号の説明】

１ 太陽熱収集装置 ２ 吸熱部 ３ 吸熱板 ４ 底板 ６ 入口 ７ 出口 ８ 筺体 ９ 透明窓 １０ 底部 １２ 柱 １３ 穴 １４ 液体 １５ 金網 １６ 外部筺体 １７ 柱 １８ 突起部 ２１ 金属板 ３１ 金属箔 ３４ 金属線 ４１ 流量制御弁 ４４ 熱交換器 ４６ 液体溜め ４７ ポンプ ４９ 圧力計

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽熱を吸収する金属板で形成された吸
   熱板と波板状の複数の突起部を有する底板とを気密に接
   合した密閉容器であって、熱媒体の入口と出口とを有
   し、内部に熱媒体を通す空洞部を形成した吸熱部を備え
   たことを特徴とする太陽熱収集装置。
2. 【請求項２】 前記吸熱部の出口から送り出す熱媒体が
   蒸気であることを特徴とする請求項１記載の太陽熱収集
   装置。
3. 【請求項３】 前記吸熱部の出口近辺の内側に前記蒸気
   は通すが液体は通さないフィルターを設けたことを特徴
   とする請求項２記載の太陽熱収集装置。
4. 【請求項４】 前記透明窓と筺体とで真空空間を形成し
   たことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太
   陽熱収集装置。
5. 【請求項５】 前記真空空間の真空度が０．３パスカル
   以下の圧力であることを特徴とする請求項４記載の太陽
   熱収集装置。
6. 【請求項６】 前記透明窓がシェル構造のセグメントの
   集合体で構成されたことを特徴とする請求項４又は５記
   載の太陽熱収集装置。
7. 【請求項７】 前記吸熱板と複数の突起部とを気密に接
   合した部分に穴をあけ、前記穴の壁に接触しないように
   貫通して前記透明窓と筺体とを連結する柱を設けたこと
   を特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の太陽熱収
   集装置。
8. 【請求項８】 前記筺体の剛性を前記透明窓の剛性より
   低くしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載の太陽熱収集装置。
9. 【請求項９】 前記筺体を内部に収容して周縁部で支持
   し、前記筺体より剛性の高い外部筺体を設けてことを特
   徴とする請求項５記載の太陽熱収集装置。
10. 【請求項１０】 前記筺体の底部と前記外部筺体の底部
    の内面が間隙を保つように支持され、前記外部筺体の底
    部に高さの調整が可能な柱を設けたことを特徴とする請
    求項６記載の太陽熱収集装置。
11. 【請求項１１】 前記吸熱部の底板を前記吸熱板の底部
    との間に熱膨張率の小さい複数本の金属線を張り渡し、
    前記金属線の上に金属箔を設けたことを特徴とする請求
    項３〜１０のいずれかに記載の太陽熱収集装置。
12. 【請求項１２】 前記吸熱板の熱媒体に接する側の上部
    に熱伝導の良い材料の金属板を取り付けたことを特徴と
    する請求項１〜１１のいずれかに記載の太陽熱収集装
    置。
13. 【請求項１３】 太陽エネルギーを熱媒体の蒸気で外部
    に搬送する太陽熱収集装置と、 前記太陽熱収集装置の吸熱部の内部を監視するセンサー
    と、 前記吸熱部からの蒸気の流量を制御する流量制御弁と、 前記流量制御弁で制御された蒸気から熱交換する熱交換
    器と、 前記熱交換器を通って液体になった熱媒体を溜めておく
    液体溜めと、 前記液体溜めの液体を前記吸熱部に送り出すポンプと、 それらを連結するパイプ群と、 を備えた制御システムであって、 前記熱媒体の通る制御システムの内部には蒸気以外の気
    体を排気し、前記吸熱部内の蒸気圧又は温度を前記セン
    サーで検出して前記流量制御弁を調整することにより前
    記吸熱部からの出力蒸気の温度を制御することを特徴と
    する太陽熱収集装置の制御システム。