JP3941716B2

JP3941716B2 - 集熱パネルの配管接続構造

Info

Publication number: JP3941716B2
Application number: JP2003079189A
Authority: JP
Inventors: 信二山脇; 睦彦神谷; 亨川上
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP2003343928A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、集熱パネルの配管接続構造に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、集熱パネルを直列に接続することでエアー溜まりの問題を解消して高い集熱効果を得ることができ、さらに簡便な配管接合を可能とする集熱パネルの配管接続構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、太陽熱を集熱する集熱パネルを建物の屋根や屋上に設置して、太陽熱を有効利用することが行われている。この集熱パネルは、一般には、たとえば図９に示したように、略平行な２本のヘッダ管（ア）（イ）と、このヘッダ管（ア）（イ）同士を連結する複数の通水管（ウ）を有しており、これらの管（ア）（イ）（ウ）内に水等の液体を循環させて太陽熱で加熱し、回収することで、たとえば温水や、電気エネルギーに変換する等して利用するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような集熱パネルは、複数のものを連結して設置しており、これらを連結するには、従来より、隣り合う集熱パネルのヘッダ管（ア）（ア）およびヘッダ管（イ）（イ）同士を連結するようにしていた。このような従来の集熱パネルの配管接続構造では、通水管（ウ）は全体として並列に接続されることになり、各通水管（ウ）を通る液体の流量が減少してしまっていた。そのため、通水管（ウ）内にエアーが溜まるというエアー溜まりの問題が生じ、集熱性能へ悪影響を与えてしまっていた。
【０００４】
また、従来の集熱パネルの配管接続構造においては、１つのパネルにおいて接続箇所がヘッダ管（ア）（イ）の各両端部の４箇所もあり、作業工数が多いという問題があった。さらに従来の配管接続構造では、ヘッダ管同士を接続する接続部材がヘッダ管と別部材で構成されているため、接続部材を紛失しやすく、落下させやすいという問題があった。加えて、集熱パネルの設置に際しては、各集熱パネル毎にヘッダ管（ア）（ア）同士、またはヘッダ管（イ）（イ）同士の中心が垂直方向あるいは水平方向に芯ずれした場合でも、ヘッダ管（ア）（イ）の自由端が短いので、そのずれを吸収してヘッダ管（ア）（ア）同士、またはヘッダ管（イ）（イ）同士を接続するのが困難であり、施工性が悪いという問題があった。これらのことは、例えば、屋根上といったの足場の不安定な場所での作業においては、より深刻な問題となっている。
【０００５】
そのため、集熱パネルを直列に接続することでエアー溜まりの問題を解消して高い集熱効果を得ることができ、さらに簡便な配管接合を可能とする集熱パネルの配管接続構造の実現が望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、略平行な２本のヘッダ管ＡＢと、このヘッダ管ＡＢ同士を連結する複数の通水管を有する集熱パネルの配管接続構造であって、ヘッダ管Ａは、一端が入液可能な入力端で他端は封止端とされ、ヘッダ管Ｂは、ヘッダ管Ａにおける入力端側の一端が封止端で、他端が出液可能な出力端とされ、ヘッダ管ＡＢの方向に配置された複数の集熱パネルは、隣接する集熱パネルのヘッダ管Ｂの出力端とヘッダ管Ａの入力端とが連結管材を介してまたは介さずに連結されて、直列に接続され、ヘッダ管Ａの入力端、ヘッダ管Ｂの出力端および連結管材を介してヘッダ管Ｂの出力端とヘッダ管Ａの入力端とが連結される場合は連結管材の両端が接続端とされ、接続端の端部と端部よりも中央側にそれぞれ第１、第２の鍔が設けられ、その鍔の間にＯリングおよびバックアップリングが設けられ、ヘッダ管Ａの入力端とヘッダ管Ｂの出力端またはヘッダ管Ａの入力端もしくはヘッダ管Ｂの出力端と連結管材の一端のいずれか一方に、第２の鍔よりも中央側に雄型連結部材が、他方に雌型連結部材が配設され、雄型連結部材は、接続端の外周に相当する底孔と、第１、第２の鍔の外周径に相当する内径と、接続端の端部から第２の鍔の中央側立上り部までの約２倍に相当する内部長さとを有する底付略円筒形状であり、第２の鍔よりも中央側で移動可能とされ、雌型連結部材は、接続端の外周に相当する底孔と、雄型連結部材の上部外周径に相当する内径と、接続端の端部から第２の鍔の中央側立上り部までに相当する内部長さとを有する底付略円筒形状であり、第２の鍔よりも中央側で移動可能とされ、ヘッダ管Ａの入力端とヘッダ管Ｂの出力端またはヘッダ管Ａの入力端もしくはヘッダ管Ｂの出力端と連結管材の一端の連結される２つの接続端は、互いの第１の鍔が対向して配置され、雌型連結部材に雄型連結部材がはめ込まれて連結されることを特徴とする集熱パネルの配管接続構造を提供する。
【０００７】
またこの出願の発明は、上記の構造において、第２には、雄型連結部材には、内部長さの真中付近に相当する外周部に接合用突起が設けられ、雌型連結部材はその上部外周部に接合用突起が設けられているものであり、連結される２つの接続端は、互いの第１の鍔が対向して配置され、雌型連結部材に雄型連結部材がはめ込まれ、さらに断面略Ｃ字型で側面に雌型連結部材と雄型連結部材の接合用突起幅に相当する夾持スリットが備えられたクリップ式の止め具により、雌型連結部材と雄型連結部材の接合用突起が夾持されて連結されることを特徴とする集熱パネルの配管接続構造を提供し、第３には、雄型連結部材を自由度のあるヘッダ管Ｂの出力端に位置させ、雌型連結部材は自由度が制限されたヘッダ管Ａの入力端に位置させることを特徴とする集熱パネルの配管接続構造を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記の通りの特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【０００９】
まず、この出願の発明が提供する集熱パネルの配管接続構造の概略図を図１に例示した。図中の○印は、配管接続部である。この集熱パネルの配管接続構造は、略平行な２本のヘッダ管Ａ（１）とヘッダ管Ｂ（２）と、このヘッダ管Ａ（１）とヘッダ管Ｂ（２）同士を略直角方向に連結する複数の通水管（３）を有する集熱パネルの配管を接続する構造であって、ヘッダ管Ａ（１）は、一端が入液可能な入力端（４）で他端は封止端（４’）とされ、ヘッダ管Ｂ（２）は、ヘッダ管Ａ（１）における入力端（４）側の一端が封止端（５’）で、他端が出液可能な出力端（５）とされている。そしてこのヘッダ管Ａ（１）ヘッダ管Ｂ（２）の方向に配置された複数の集熱パネルは、隣接する集熱パネルのヘッダ管Ｂ（２）の出力端（５）とヘッダ管Ａ（１）の入力端（４）とが連結管材（６）を介して連結されて、直列に接続されていることを特徴としている。
【００１０】
このような配管接続構造とすることで、集熱パネルごとに複数の通水管（３）は直列に接続され、各通水管（３）を流れる液体の流量を多くすることができる。すなわち、１つの集熱パネルに配設されている通水管（３）の数をｎ本、接続されている集熱パネルの数をＮ台とし、集熱パネルに循環させる液体の流量をＱとするとき、１本の通水管（３）の流量ｑは、ｑ＝Ｑ／ｎとなる。従来の配管接続構造においては、ｑ＝Ｑ／（ｎ×Ｎ）であることから、通水管（３）の流量、つまり実際的には流速を、Ｎ倍とすることができるようになる。
【００１１】
これによって、通水管（３）内にエアーが溜まるというエアー溜まりの問題を解消することができ、集熱性能を高めることができる。
【００１２】
またこの出願の発明が提供する別の集熱パネルの配管接続構造の概略図を図２に例示した。この集熱パネルの配管接続構造においては、基本的には上記の配管接続構造と同じであるが、ヘッダ管Ｂ（２）の出力端（５）がヘッダ管Ａ（１）の封止端（４’）近傍まで延長されていて、隣接する集熱パネルは、連結管材（６）を介することなく連結されていることを特徴としている。
【００１３】
このような構造とすることで、集熱パネルの接続に要する配管接続部の数や接続のための連結管材（６）等の部品数を減らすことができ、作業工程を大幅に簡略化することができるとともに、接続のための部品を紛失したり、落下させる頻度を低減させることができる。
【００１４】
また、この出願の発明の集熱パネルの配管接続構造によると、集熱パネルはその４隅で接続されることがなく、２隅で接続するようにしているため、各集熱パネルの配置に自由度がもたらされることになる。具体的には、たとえば図３に例示したように、集熱パネルの設置に際しては、集熱パネルの設置位置全般にわたって野地板（７）等の設置基板が完全に平坦ではない場合があり、集熱パネルのヘッダ管Ａ（１）、ヘッダ管Ｂ（２）の中心が垂直方向（矢印Ｉ）あるいは水平方向（矢印II）に芯ずれすることがあった。この出願の発明の集熱パネルの配管接続構造においては、集熱パネルを入力端（４）と出力端（５）の２隅で接続するようにしているため、ヘッダ管（１）（２）の芯ずれを他の２隅で解放することができ、各集熱パネルの配置に自由度をもたらすことができる。
【００１５】
実際に、図２および図３に例示したような構成の集熱パネルを１０台を用い、この１０台の集熱パネルのうちの真中の２台については、（Ａ）垂直方向に１０ｍｍの段差のある基板上で、（Ｂ）水平方向に１０ｍｍのずれを持たせて、接続したところ、垂直方向および水平方向のいずれのずれも吸収して容易に接続することができ、全体の配管接続構造についても安定したものとなっていることが確認されている。
【００１６】
さらにこの出願の発明が提供する集熱パネルの配管接続構造は、上記の配管接続構造においてより具体的な接続部の接続構造を提示するものであって、この接続部の代表的な構造についての要部断面模式図を図４に例示した。まず、この出願の発明が提供する集熱パネルの配管接続構造は、前記のとおりの、ヘッダ管Ａ（１）の入力端（４）、ヘッダ管Ｂ（２）の出力端（５）およびヘッダ管Ｂ（２）の出力端（５）とヘッダ管Ａ（１）の入力端（４）とが連結管材（６）を介して連結される場合は連結管材（６）の両端のいずれかが接続端（８）となり、これらの接続端（８）は、入力端（４）と出力端（５）または入力端（４）もしくは出力端（５）と連結管材（６）の一端という組み合わせで接続されることになる。
【００１７】
この出願の発明において、これらの接続端（８）には、それぞれ端部と端部よりもヘッダ管Ａ（１）、ヘッダ管Ｂ（２）、連結管材（６）の中央側にそれぞれ第１、第２の鍔（９）（１０）が設けられ、その鍔（９）（１０）の間にＯリング（１１）およびバックアップリング（１２）が設けられている。また、上記の接続端（８）の組み合わせのいずれか一方には、第２の鍔（１０）よりもヘッダ管Ａ（１）、ヘッダ管Ｂ（２）、連結管材（６）の中央側に雄型連結部材（１３）が、他方の第２の鍔（１０）よりもヘッダ管Ａ（１）、ヘッダ管Ｂ（２）、連結管材（６）の中央側には雌型連結部材（１４）が配設されている。
【００１８】
この雄型連結部材（１３）は、該ヘッダ管Ａ（１）、ヘッダ管Ｂ（２）、連結管材（６）において、その外周に相当する底孔（１５）と、第１、第２の鍔（９）（１０）の外周径に相当する内径（φ１）と、接続端（８）の端部から第２の鍔（１０）の中央側立上り部までの約２倍に相当する内部長さ（２Ｌ）とを有する底付略円筒形状であって、第２の鍔（１０）よりも中央側で移動可能とされている。
【００１９】
また、雌型連結部材（１４）は、ヘッダ管Ａ（１）、ヘッダ管Ｂ（２）、連結管材（６）において、その外周に相当する底孔（１５）と、雄型連結部材（１３）の上部外周径に相当する内径（φ２）と、接続端（８）の端部から第２の鍔（１０）の中央側立上り部までに相当する内部長さ（Ｌ）とを有する底付略円筒形状であって、第２の鍔（１０）よりも中央側で移動可能とされているものであることを特徴としている。
【００２０】
このような構成を有する２つの接続端（８）は、接続に際しては、図５に例示したように、先ず操作（ａ）で互いの第１の鍔（９）が対向して配置され、次いで操作（ｂ）および（ｃ）で雌型連結部材（１４）に雄型連結部材（１３）がはめ込まれて連結される。
【００２１】
このように２つの接続端（８）に雌型連結部材（１４）と雄型連結部材（１３）とを具備し、鍔（９）（１０）により脱落を防止して接続端（８）と一体化しておくことで、たとえ屋根上等の不安定な作業環境においても、連結部材（１３）（１４）を落下させるといった作業ミスを防止でき、またそれに伴う作業の危険性を低減させることができる。
【００２２】
ここで、操作（ｃ）においては、様々な手段により雌型連結部材（１４）を雄型連結部材（１３）を固定することができる。たとえば、具体的には、雌型連結部材（１４）の内周面部と雄型連結部材（１３）の外周面部にネジを切ってネジ式に固定することや、雌型連結部材（１４）のと雄型連結部材（１３）に適切な孔を設けて割りピン、先割れテーパーピン、ボルト、ナット、あるいはその他の各種のピン等を挿入して固定することや、たとえば図６に例示したように、この出願の発明者らが既に提案している門型止め具（１８）等により固定する方法等を利用することができる。すなわち、たとえば図６（ａ）の場合には、雌型連結部材（１４）と雄型連結部材（１３）には門型止め具（１８）が挿入されるスリットが予め設けられており、２つの接続端（８）は互いの第１の鍔（９）が対向して配置され、雌型連結部材（１４）に雄型連結部材（１３）がはめ込まれたのち、スリットに門型止め具（１８）が挿入されて固定されることになる。一方の図６（ｂ）の場合には、門型止め具（１８）は雌型連結部材（１４）と雄型連結部材（１３）を夾持できるものであって、２つの接続端（８）は互いの第１の鍔（９）が対向して配置され、雌型連結部材（１４）に雄型連結部材（１３）がはめ込まれたのち、門型止め具（１８）が装着されて夾持され、固定されることになる。
【００２３】
そして、さらにこの雌型連結部材（１４）と雄型連結部材（１３）の固定に関して、この出願の発明が提供する集熱パネルの配管接続構造は、図７（ａ）に示すような、クリップ式の止め具（１７）を用いることをより好適な手段としている。
【００２４】
すなわち、この出願の発明においては、雄型連結部材（１３）は内部長さ（２Ｌ）の真中付近に相当する外周部に接合用突起（１６）が設けられ、雌型連結部材（１４）はその上部外周部に接合用突起（１６）が設けられているものであって、連結される２つの接続端（８）は、互いの第１の鍔（９）が対向して配置され、雌型連結部材（１４）に雄型連結部材（１３）がはめ込まれ、さらに雌型連結部材（１４）と雄型連結部材（１３）の接合用突起（１６）がクリップ式の止め具（１７）に夾持されて連結されていることを特徴としている。
【００２５】
このクリップ式の止め具（１７）には、たとえば図７（ｂ）（ｃ）に例示したように、（ｂ）断面略Ｃ字型のものや、（ｃ）断面コの字型のものなどが知られているが、この出願の発明においては、（ｂ）断面略Ｃ字型のものを用いることを好ましいものとして例示することができる。そしてさらにこの断面略Ｃ字型のクリップ式の止め具（１７）は、高弾性を有する素材からなり、側面に雌型連結部材（１４）と雄型連結部材（１３）の接合用突起（１６）幅に相当する夾持スリットが備えられたものであることを特徴としている。
【００２６】
このような構造とすることで、雌型連結部材（１４）と雄型連結部材（１３）の接合用突起（１６）に容易に装着できるのみならず、保守の際の脱着をも極めて簡便に行なうことができる。また接続のための単独の部品が１つだけですみ、接続のための部品の落下といった作業ミスの頻度やそれに伴う危険性をも低減させることができる。
【００２７】
一方で、たとえば図６に示した前記の門型止め具（１８）等により雌型連結部材（１４）と雄型連結部材（１３）を固定する場合には、門型止め具（１８）がその板厚で接続端（８）に接触し、長期の使用や、保守のための門型止め具（１８）の脱着に際して、接続端（８）や雌型連結部材（１４）、雄型連結部材（１３）を傷をつけてしまうことが考えられないではない。そして、この傷により、接続端（８）における雌型連結部材（１４）と雄型連結部材（１３）の移動や、雌型連結部材（１４）および雄型連結部材（１３）への門型止め具（１８）の脱着等に抵抗が生じ、作業性が悪くなることが懸念される場合がある。そこで、この出願の発明の集熱パネルの配管接続構造によると、図７（ａ）に示したように、連結部材（１３）（１４）を固定する止め具（１７）が接続端（８）に直接触れることがなく、また雌型連結部材（１４）および雄型連結部材（１３）に対しても面で接するため、接続端（８）や雌型連結部材（１４）、雄型連結部材（１３）に傷をつけることがなく、長期の使用に際しても、保守の際には接続端（８）における雌型連結部材（１４）と雄型連結部材（１３）のスムーズな移動を確保することができるとともに、また雌型連結部材（１４）と雄型連結部材（１３）のより簡便かつ、確実な固定を実現することができる。
【００２８】
図８は、集熱パネルの配管接続構造における管接続部の接続構造の別の実施形態を模式的に例示した斜視図である。この図８に例示した構造では、雄型連結部材（１３）が自由度を保って前記のヘッダ管Ｂ（２）の出力端（５）に位置させ、一方雌型連結部材（１４）は自由度が制限されて前記のヘッダ管Ａ（１）の入力端（４）に位置させていることを特徴としている。接続の方法としては、ヘッダ管Ａ（１）およびヘッダ管Ｂ（２）の軸心を合わせて、自由度のある雄型連結部材（１３）を自由度が制限された雌型連結部材（１４）に向かって（矢印III）スライドさせ、両者の接続片に具備されているＯリング（１１）（雌型連結部材側は図示せず）を嵌め込み、そして雌型連結部材（１４）を雄型連結部材（１３）に覆うようにして嵌め込み、前記のようなクリップ式の止め具（１７）や門型止め具（１８）等の止め具を嵌め込み、連結固定する。この配管接続構造によると、ヘッダ管Ｂ（２）に位置させている雄型連結部材（１３）は前記のとおり自由度があるためスライド可能とされており、一方ヘッダ管Ａ（１）に位置させている雌型連結部材（１４）は固定されているため、雄型連結部材（１３）を雌型連結部材（１４）に嵌め込む際に、雌型連結部材（１４）が逃げることなく効率よく嵌め込むことができる。また、軸心がずれていても、連結固定のための調整は容易である。
【００２９】
もちろん、この発明は以上の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この発明によって、集熱パネルを直列に接続することでエアー溜まりの問題を解消して高い集熱効果を得ることができ、さらに簡便で確実な配管接合を可能とする集熱パネルの配管接続構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明が提供する集熱パネルの配管接続構造を例示した模式図である。
【図２】この出願の発明が提供する別の集熱パネルの配管接続構造を例示した模式図である。
【図３】集熱パネルの設置に際するずれを例示した図である。
【図４】この出願の発明が提供する集熱パネルの配管接続構造における管接続部の接続構造を例示した要部断面模式図である。
【図５】この出願の発明が提供する集熱パネルの配管接続構造における管接続部の接続の様子を例示した要部断面模式図である。
【図６】門型止め具等により接続部材を固定する方法を例示した図である。
【図７】（ａ）はクリップ式の止め具により接続部材を固定する方法を例示し、（ｂ）は断面略Ｃ字型の、（ｂ）断面コの字型のクリップ式の止め具を模式的に例示した斜視図である。
【図８】この出願の発明が提供する集熱パネルの配管接続構造における、別の管接続部の接続構造を模式的に例示した要部分解斜視図である。
【図９】従来の集熱パネルの配管接続構造を例示した模式図である。
【符号の説明】
１ヘッダ管Ａ
２ヘッダ管Ｂ
３通水管
４入力端
４’ 封止端
５出力端
５’ 封止端
６連結管材
７野地板
８接続端
９第１の鍔
１０第２の鍔
１１Ｏリング
１２バックアップリング
１３雄型連結部材
１４雌型連結部材
１５底孔
１６接合用突起
１７止め具
１８門型止め具

Claims

略平行な２本のヘッダ管ＡＢと、このヘッダ管ＡＢ同士を連結する複数の通水管を有する集熱パネルの配管接続構造であって、ヘッダ管Ａは、一端が入液可能な入力端で他端は封止端とされ、ヘッダ管Ｂは、ヘッダ管Ａにおける入力端側の一端が封止端で、他端が出液可能な出力端とされ、ヘッダ管ＡＢの方向に配置された複数の集熱パネルは、隣接する集熱パネルのヘッダ管Ｂの出力端とヘッダ管Ａの入力端とが連結管材を介してまたは介さずに連結されて、直列に接続され、ヘッダ管Ａの入力端、ヘッダ管Ｂの出力端および連結管材を介してヘッダ管Ｂの出力端とヘッダ管Ａの入力端とが連結される場合は連結管材の両端が接続端とされ、接続端の端部と端部よりも中央側にそれぞれ第１、第２の鍔が設けられ、その鍔の間にＯリングおよびバックアップリングが設けられ、ヘッダ管Ａの入力端とヘッダ管Ｂの出力端またはヘッダ管Ａの入力端もしくはヘッダ管Ｂの出力端と連結管材の一端のいずれか一方に、第２の鍔よりも中央側に雄型連結部材が、他方に雌型連結部材が配設され、雄型連結部材は、接続端の外周に相当する底孔と、第１、第２の鍔の外周径に相当する内径と、接続端の端部から第２の鍔の中央側立上り部までの約２倍に相当する内部長さとを有する底付略円筒形状であり、第２の鍔よりも中央側で移動可能とされ、雌型連結部材は、接続端の外周に相当する底孔と、雄型連結部材の上部外周径に相当する内径と、接続端の端部から第２の鍔の中央側立上り部までに相当する内部長さとを有する底付略円筒形状であり、第２の鍔よりも中央側で移動可能とされ、ヘッダ管Ａの入力端とヘッダ管Ｂの出力端またはヘッダ管Ａの入力端もしくはヘッダ管Ｂの出力端と連結管材の一端の連結される２つの接続端は、互いの第１の鍔が対向して配置され、雌型連結部材に雄型連結部材がはめ込まれて連結されることを特徴とする集熱パネルの配管接続構造。
雄型連結部材には、内部長さの真中付近に相当する外周部に接合用突起が設けられ、雌型連結部材はその上部外周部に接合用突起が設けられているものであり、連結される２つの接続端は、互いの第１の鍔が対向して配置され、雌型連結部材に雄型連結部材がはめ込まれ、さらに断面略Ｃ字型で側面に雌型連結部材と雄型連結部材の接合用突起幅に相当する夾持スリットが備えられたクリップ式の止め具により、雌型連結部材と雄型連結部材の接合用突起が夾持されて連結されることを特徴とする請求項１記載の集熱パネルの配管接続構造。
雄型連結部材を自由度のあるヘッダ管Ｂの出力端に位置させ、雌型連結部材は自由度が制限されたヘッダ管Ａの入力端に位置させることを特徴とする請求項１または２記載の集熱パネルの配管接続構造。