JP5276416B2 - Heat collector, solar power generator, solar water heater, and solar water heater / cooler - Google Patents

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    • Y02E10/44Heat exchange systems

Description

本発明は、集熱装置に関し、さらに詳しくは、太陽熱を効率的に集熱するための集熱板の構成技術に関するものである。   The present invention relates to a heat collecting apparatus, and more particularly to a technology for constructing a heat collecting plate for efficiently collecting solar heat.

従来から太陽熱を利用した太陽熱集熱方法が多数提案されている。例えば、家屋の屋根に備えた集熱装置に水道水を循環させて、集熱装置により加熱された水を風呂水として利用する家庭用の集熱装置が一般的に知られている。しかし、日本のように、日照時間が比較的短い国では、集熱装置を備えても、夏季の日中を除いて水の温度が高温まで加熱されることは少ない。そのひとつの要因として、既存の集熱装置の熱変換効率があまり高くないといった点が挙げられる。
従来技術として特許文献1には、熱交換モジュールに金属繊維群層を備え、熱交換面積を増やして熱変換効率を高める集熱装置について開示されている。しかし、媒体(液体)を金属繊維群層に通過させて熱交換を行なうため、媒体中に金属繊維が剥がれ落ちて、媒体を流す管体を詰まらせる虞があった。
また、特許文献2には、金属ウール材を太陽熱により加熱して、その金属ウール材中を空気を流して加熱する技術について開示されている。しかし、冬季には暖房効果はあるが、夏季には温度が上昇し過ぎて使用できないといった問題がある。
また、特許文献3には、湾曲した集熱用金属板を平織りにしてパネル化した集熱パネルについて開示されている。しかし、集熱用金属板を平織りする手間がかかり、大量生産に向かないといった問題がある。
特開平10−111026号公報 特許第2762212号 特許第3544529号
Conventionally, many solar heat collecting methods using solar heat have been proposed. For example, a household heat collecting device is generally known in which tap water is circulated through a heat collecting device provided on the roof of a house and water heated by the heat collecting device is used as bath water. However, in countries such as Japan where sunshine duration is relatively short, even with a heat collector, the temperature of water is rarely heated to high temperatures except during the summer. One factor is that the heat conversion efficiency of existing heat collecting devices is not very high.
As a conventional technique, Patent Document 1 discloses a heat collecting device that includes a metal fiber group layer in a heat exchange module and increases heat exchange area to increase heat conversion efficiency. However, since heat exchange is performed by passing the medium (liquid) through the metal fiber group layer, there is a possibility that the metal fibers are peeled off in the medium and clog the tube through which the medium flows.
Patent Document 2 discloses a technique in which a metal wool material is heated by solar heat and heated by flowing air through the metal wool material. However, although there is a heating effect in winter, there is a problem that in summer the temperature rises so much that it cannot be used.
Patent Document 3 discloses a heat collecting panel in which a curved heat collecting metal plate is made into a plain weave. However, there is a problem that it takes time to plain weave the heat collecting metal plate and is not suitable for mass production.
JP-A-10-111026 Patent No. 2762212 Japanese Patent No. 3544529

従来の集熱装置では、太陽光を効率よく集光することができず、その結果、熱変換効率を上げることができなかった。また、太陽光から発生される熱を吸収するために、表面を黒色にして少しでも熱の反射を抑えるようにしたが、それにも限界があって、効率よく蓄熱することができなかった。
また、特許文献1に開示されている従来技術は、剥がれ落ちる金属繊維を除去するフィルタが必要となり、フィルタの目詰まりといった課題を抱えている。
また、特許文献2に開示されている従来技術は、一年を通して季節が寒い国ではそれなりに暖房効果を発揮するが、四季がある日本では、冬季以外には使用できないため、家屋に恒久的に備えることは困難である。
また、特許文献2に開示されている従来技術は、集熱用金属板を平織りする手間がかかり、大量生産に向かないため、集熱用金属板の価格が高くなるといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、太陽光の集熱効率を高め、且つ管体との接触面積を大きくして熱変換効率を高くした集熱装置を提供することを目的とする。
また、他の目的は、集熱体を線状の金属、又は/及び、カーボンにより織り物状の構造を備え、大量生産を可能にして価格を安くすることである。
Conventional heat collectors cannot efficiently collect sunlight, and as a result, heat conversion efficiency cannot be increased. Moreover, in order to absorb the heat generated from sunlight, the surface was made black to suppress the reflection of heat as much as possible, but there was a limit to this and heat could not be stored efficiently.
Moreover, the prior art disclosed in Patent Document 1 requires a filter that removes metal fibers that are peeled off, and has a problem of clogging of the filter.
In addition, the conventional technique disclosed in Patent Document 2 exhibits a heating effect as it is in a country where the season is cold throughout the year. However, in Japan where there are four seasons, it cannot be used except during the winter, so it is permanently attached to the house. It is difficult to prepare.
Further, the conventional technique disclosed in Patent Document 2 has a problem that it takes time and effort to plain weave the heat collecting metal plate and is not suitable for mass production, so that the price of the heat collecting metal plate is increased.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a heat collecting apparatus that increases the heat collecting efficiency of sunlight and increases the contact area with the tubular body to increase the heat conversion efficiency. To do.
Another object of the present invention is to provide a heat collector with a woven-like structure made of linear metal and / or carbon to enable mass production and reduce the price.

本発明はかかる課題を解決するために、請求項1は、太陽光を集光する集光手段と、該集光手段により集光された光に含まれる熱を集熱する集熱手段と、該記集熱手段により集熱した熱により加熱される媒体を内部に有した媒体管と、前記集光手段、前記集熱手段、及び前記媒体管を一体化する筐体と、を備え、前記集熱手段は、金属、又は/及び、カーボンを素材とした織物状の構造を備え、前記媒体管を挟み込んだ構成を有し、前記集熱手段は、前記素材から成る縦糸及び横糸を用いて構成された、中心に凹部を有する四角錘形状の蜂の巣織りから成るユニットを複数連設した構成を備えていることを特徴とする。
本発明の最も大きな特徴は、集熱手段を金属、又は/及び、カーボンを素材として織物状に構成し、その織物状にした集熱手段により媒体管を挟み込んで加熱する。また、集熱手段に太陽光を効率よく集光するために、集光手段を備える。これにより、太陽光の集熱効率を高め、且つ管体との接触面積を大きくして熱変換効率を高くすることができる
金属線またはカーボン線に蓄熱した熱は、各線の間に形成された空気層を暖める。また、本発明では、線の織り方を中心に凹部を有する四角錘形状の蜂の巣織りとし、その形を一つの単位として複数連設して集熱手段を構成する。これにより、媒体管と集熱手段との間に空気層が多数形成され、この空気層が暖められて、更に蓄熱効果を高めることができる。
In order to solve this problem, the present invention provides a light collecting means for collecting sunlight, a heat collecting means for collecting heat contained in the light collected by the light collecting means, and A medium pipe having therein a medium heated by heat collected by the heat collecting means; and a housing for integrating the light collecting means, the heat collecting means, and the medium pipe, The heat collecting means has a fabric-like structure made of metal and / or carbon and sandwiches the medium tube, and the heat collecting means uses warps and wefts made of the material. It has a configuration in which a plurality of units composed of a honeycomb-shaped honeycomb weave having a concave portion at the center are continuously provided .
The most significant feature of the present invention is that the heat collecting means is made of a metal or / and carbon as a woven fabric, and the medium tube is sandwiched and heated by the woven heat collecting means. Moreover, in order to concentrate sunlight efficiently on the heat collecting means, a light collecting means is provided. Thereby, the heat collection efficiency of sunlight can be improved, and the contact area with the tubular body can be increased to increase the heat conversion efficiency .
The heat stored in the metal wire or the carbon wire warms the air layer formed between the wires. Further, in the present invention, a quadrilateral pyramid-shaped honeycomb weave having a concave portion around the line weaving method is used, and a plurality of the shapes are connected as a unit to constitute the heat collecting means. Thereby, a large number of air layers are formed between the medium tube and the heat collecting means, and the air layers are warmed, so that the heat storage effect can be further enhanced.

請求項は、前記集光手段は、リニアフレネルレンズにより構成され、該リニアフレネルレンズの溝が互いに直交するように複数配置したことを特徴とする。
リニアフレネルレンズはシリンドリカルレンズを平板状にしたものと考えることができる。シリンドリカルレンズは、円柱を軸方向に2つに割った形状をしており、曲率を有する面は光を曲げるが、軸方向は曲率を有しないため、光は曲がらない性質を備えている。従って、リニアフレネルレンズに入射した太陽光は、集光して且つ軸方向に線状に広がる光となる。本発明では、このような性質を有するリニアフレネルレンズの溝(軸方向)が互いに直交するように配置する。これにより、集熱手段に当たる光を偏らずに集光することができる。
請求項は、請求項1又は2に記載の集熱装置と、該集熱装置により加熱された媒体圧力により回転するタービンと、該タービンの回転力を用いて回転子を回転して発電する発電機と、前記タービンを回転した後の媒体を回収して前記集熱装置に戻す回収機構と、を備えたことを特徴とする。
媒体として水を使用した場合、集熱装置により加熱された水は高温となって圧力が高まる。その加熱された蒸気をタービンに噴射することでタービンが回転する。タービンの軸は発電機に接続されており、発電機の回転子を回転して発電する。タービンを回転した後の媒体はまだ高温、高圧であるので、一旦圧力を落として集熱装置に戻す。これにより、簡単な構成で且つ、外部からの燃料供給の必要なく発電することができる。
According to a second aspect of the present invention, the condensing means is constituted by a linear Fresnel lens, and a plurality of the grooves of the linear Fresnel lens are arranged so as to be orthogonal to each other.
The linear Fresnel lens can be considered as a cylindrical lens formed into a flat plate shape. The cylindrical lens has a shape in which a cylinder is divided into two in the axial direction, and a surface having a curvature bends light, but since the axial direction has no curvature, the light does not bend. Therefore, the sunlight incident on the linear Fresnel lens becomes light that is condensed and spreads linearly in the axial direction. In this invention, it arrange | positions so that the groove | channel (axial direction) of the linear Fresnel lens which has such a property may mutually orthogonally cross. Thereby, the light which hits the heat collecting means can be collected without being biased.
A third aspect of the present invention provides the heat collecting device according to claim 1, the turbine rotating by the medium pressure heated by the heat collecting device, and rotating the rotor using the rotational force of the turbine to generate electric power. A generator and a recovery mechanism for recovering the medium after rotating the turbine and returning it to the heat collecting device are provided.
When water is used as the medium, the water heated by the heat collector becomes high temperature and the pressure increases. The turbine rotates by injecting the heated steam into the turbine. The shaft of the turbine is connected to a generator and generates electricity by rotating the rotor of the generator. Since the medium after rotating the turbine is still high temperature and high pressure, the pressure is once reduced and returned to the heat collecting apparatus. Thereby, it is possible to generate electric power with a simple configuration and without the need for external fuel supply.

請求項は、請求項1又は2に記載の集熱装置と、該集熱装置により加熱された媒体を圧縮する圧縮装置と、該圧縮装置により圧縮された媒体から発生する熱を熱交換により水を加熱する蓄熱タンクと、を備えたことを特徴とする。
加熱された媒体を更に圧縮すると、媒体は更に高温となる。この高温な媒体を介して水を熱交換して加熱して蓄熱タンクに溜めておく。蓄熱タンク内の水は常に加熱されているため、湯として供給することができる。これにより、昼間に蓄熱した湯を蓄熱タンクに貯留して利用することができる。
請求項は、請求項1又は2に記載の集熱装置により加熱された媒体を停止させる止水弁と、前記集熱装置により加熱された媒体を圧縮する圧縮装置と、該圧縮装置により圧縮された媒体から発生する熱を熱交換により水を加熱するか、又は/及び、熱交換器により室内機から送られる排熱を冷却する暖房・冷房用蓄熱タンクと、を備え、前記暖房・冷房用蓄熱タンクを冷房用として使用するときは、前記止水弁を停止状態とすることを特徴とする。
本発明ではタンクを2つ備え、その間を繋ぐ媒体管に止水弁を設け、冬季の暖房及び給湯には止水弁を開放して2つのタンクを暖房・給湯用として使用する。また、夏季には、一方のタンクはそのまま給湯用に使用し、止水弁を閉止して他方のタンクは、室内機の排熱をタンク内の水で冷却して冷房用として使用する。これにより、冬季と夏季に暖房・給湯と冷房にそれぞれ使い分けることができる。
A fourth aspect of the present invention provides the heat collecting apparatus according to claim 1, the compression apparatus that compresses the medium heated by the heat collecting apparatus, and heat generated from the medium compressed by the compression apparatus by heat exchange. And a heat storage tank for heating water.
As the heated medium is further compressed, the medium becomes even hotter. Heat is exchanged through this high-temperature medium and heated to be stored in a heat storage tank. Since the water in the heat storage tank is always heated, it can be supplied as hot water. Thereby, the hot water stored in the daytime can be stored and used in the heat storage tank.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a water stop valve for stopping the medium heated by the heat collecting device according to claim 1, a compression device for compressing the medium heated by the heat collecting device, and compression by the compression device. A heating / cooling heat storage tank that heats water generated by heat exchange from the generated medium and / or cools exhaust heat sent from the indoor unit by a heat exchanger, the heating / cooling When the heat storage tank is used for cooling, the water stop valve is in a stopped state.
In the present invention, two tanks are provided, a water stop valve is provided in a medium pipe connecting the two tanks, and the water stop valve is opened for heating and hot water supply in winter and the two tanks are used for heating and hot water supply. In the summer, one tank is used as it is for hot water supply, and the water stop valve is closed, and the other tank is used for cooling by cooling the exhaust heat of the indoor unit with the water in the tank. Thereby, it can be properly used for heating / hot water supply and cooling in winter and summer respectively.

本発明によれば、集熱手段を金属線、又は/及び、カーボン線を使用して織物状に構成し、その織物状にした集熱手段により媒体管を挟み込んで加熱し、集熱手段に太陽光を効率よく集光するために、集光手段を備えるので、太陽光の集熱効率を高め、且つ管体との接触面積を大きくして熱変換効率を高くすることができる。
また、線の織り方を中心に凹部を有する四角錘形状の蜂の巣織りとし、その形を一つの単位として複数配置して集熱手段を構成するので、媒体管と集熱手段との間に空気槽が多数形成され、この空気槽が暖められて、更に蓄熱効果を高めることができる。
また、リニアフレネルレンズに入射した太陽光は、集光して且つ軸方向に線状に広がる光となる。このような性質を有するリニアフレネルレンズの溝(軸方向)が互いに直交するように配置するので、媒体管に当たる光を偏らずに配分することができる。
また、集熱装置により加熱された蒸気をタービンに噴射することでタービンを回転させて発電するので、簡単な構成で且つ、外部からの燃料供給の必要なく発電することができる。
また、加熱された媒体を更に圧縮して高温の媒体とし、この媒体を介して水を熱交換して加熱して蓄熱タンクに溜めておくので、昼間に蓄熱した湯を蓄熱タンクに貯留して利用することができる。
According to the present invention, the heat collecting means is configured in a woven shape using a metal wire and / or carbon wire, and the medium tube is sandwiched and heated by the woven heat collecting means to be used as the heat collecting means. In order to condense sunlight efficiently, the light collecting means is provided, so that the heat collection efficiency of sunlight can be increased and the contact area with the tube can be increased to increase the heat conversion efficiency.
Also, a quadrilateral pyramid-shaped honeycomb weave having a recess centered on the weaving method of the wire, and a plurality of the shapes are arranged as one unit to constitute the heat collecting means, so air is interposed between the medium tube and the heat collecting means. A large number of tanks are formed, and the air tank is warmed to further enhance the heat storage effect.
Moreover, the sunlight which entered the linear Fresnel lens becomes light that is condensed and spreads linearly in the axial direction. Since the grooves (axial direction) of the linear Fresnel lens having such properties are arranged so as to be orthogonal to each other, the light hitting the medium tube can be distributed without being biased.
In addition, since the steam heated by the heat collecting device is injected into the turbine to generate power by rotating the turbine, it is possible to generate power with a simple configuration and without the need for external fuel supply.
In addition, the heated medium is further compressed into a high-temperature medium, and water is heat-exchanged through this medium and heated and stored in the heat storage tank, so that the hot water stored in the daytime is stored in the heat storage tank. Can be used.

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図1(A―a)は本発明に係る集熱装置を構成するリニアフレネルレンズ(以下、単にレンズと呼ぶ)と集熱板の位置関係を模式化して表した図であり、図1(A―b)は太陽光がレンズにより集熱板に集光している様子を示す図である。本発明の集熱装置の基本構成は、太陽光Rを集光するレンズ(集光手段)2と、レンズ2により集光された太陽光に含まれる熱を集熱する集熱板(集熱手段)1であり、集熱板1が加熱することにより後述する媒体管内の媒体を加熱する構成である。従って、図1(A―a)のように、集熱板1とレンズ2は対向して配置され、その間隔は、図1(A―b)に示すように、太陽光Rがレンズ2により集光されて集熱板1に焦点を結ぶように配置される。また、レンズ2は、図1(A―a)のようにレンズ2aと2bの溝2cが互いに直交するように配置される。これにより、レンズ2aによる焦点Qは、集熱板1に対して横方向に太陽光Rが当たるようになり、レンズ2bによる焦点Qは、集熱板1に対して縦方向に太陽光Rが当たるようになる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
FIG. 1 (Aa) is a diagram schematically showing the positional relationship between a linear Fresnel lens (hereinafter simply referred to as a lens) constituting a heat collecting apparatus according to the present invention and a heat collecting plate. -B) is a figure which shows a mode that sunlight condenses on a heat collecting plate with a lens. The basic configuration of the heat collecting apparatus of the present invention includes a lens (light collecting means) 2 for condensing sunlight R, and a heat collecting plate (heat collecting) for collecting heat contained in sunlight condensed by the lens 2. 1), and the heat collecting plate 1 is heated to heat the medium in the medium tube to be described later. Accordingly, as shown in FIG. 1 (Aa), the heat collecting plate 1 and the lens 2 are arranged to face each other, and the distance between them is as shown in FIG. 1 (Ab). The light is condensed and arranged so as to focus on the heat collecting plate 1. The lens 2 is arranged so that the grooves 2c of the lenses 2a and 2b are orthogonal to each other as shown in FIG. As a result, the focal point Q by the lens 2a is irradiated with sunlight R in the lateral direction with respect to the heat collecting plate 1, and the focal point Q by the lens 2b is irradiated with sunlight R in the vertical direction with respect to the heat collecting plate 1. Get hit.

リニアフレネルレンズはシリンドリカルレンズを平板状にしたものと考えることができる。シリンドリカルレンズは、円柱を軸方向に2つに割った形状をしており、曲率を有する面は光を曲げるが、軸方向は曲率を有しないため、光は曲がらない性質を備えている。従って、レンズ2に入射した太陽光Rは、集光して且つ軸方向に線状に広がる光となる。本実施形態では、このような性質を有するレンズ2a、2bの溝(軸方向)2cが互いに直交するように配置する。これにより、集熱板1に当たる光を偏らずに集光することができる。
図1(B―a)は本発明に係る集熱装置を構成するフレネルレンズと集熱板の位置関係を模式化して表した図であり、図1(B―b)は光がフレネルレンズにより集熱板に集光している様子を示す図である。図1(A)ではレンズとしてリニアフレネルレンズを使用したが、これに限らず、図1(B)のようにフレネルレンズ3を使用しても構わない。
The linear Fresnel lens can be considered as a cylindrical lens formed into a flat plate shape. The cylindrical lens has a shape in which a cylinder is divided into two in the axial direction, and a surface having a curvature bends light, but since the axial direction has no curvature, the light does not bend. Therefore, the sunlight R incident on the lens 2 is condensed and becomes light that spreads linearly in the axial direction. In the present embodiment, the lenses 2a and 2b having such properties are arranged so that the grooves (axial direction) 2c are orthogonal to each other. Thereby, the light which hits the heat collecting plate 1 can be condensed without being biased.
FIG. 1 (Ba) is a diagram schematically showing the positional relationship between the Fresnel lens and the heat collecting plate constituting the heat collecting apparatus according to the present invention, and FIG. It is a figure which shows a mode that it has condensed on the heat collecting plate. Although a linear Fresnel lens is used as a lens in FIG. 1A, the present invention is not limited to this, and a Fresnel lens 3 may be used as shown in FIG.

図2は集熱板の具体的な構成を示す図である。集熱板1は、金属線、又は/及び、カーボン線を縦糸及び横糸として、中心に凹部を有する四角錘形状の蜂の巣織りを複数配置するように構成した。即ち、図2のA−A断面は蜂の巣織りの凹部Pの断面を示しており、B−B断面は蜂の巣織りの最も高い位置の断面を示している。この断面から1つの蜂の巣織り(以下、蜂の巣部と呼ぶ)は4隅が高く中心に凹部Pを有する四角錘(ピラミッド形)を下から見たような形状である(詳細は図3)。同様にD−D断面は蜂の巣織りの凹部Pの断面を示しており、C−C断面は蜂の巣織りの最も高い位置の断面を示している。そして、蜂の巣部を複数繋ぎ合わせて1つの集熱板を構成し、線材を織り機にセットして大量に生産することができる。
即ち、金属線またはカーボン線に蓄熱した熱は、各線の間に形成された空気層を暖める。また、本発明では、線の織り方を中心に凹部を有する四角錘形状の蜂の巣織りとし、その形を一つの単位として複数配置して集熱板1を構成する。これにより、媒体管と集熱板1との間に空気層が多数形成され、この空気層が暖められて、更に蓄熱効果を高めることができる。
FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of the heat collecting plate. The heat collecting plate 1 was configured such that a plurality of quadrilateral pyramid-shaped honeycomb weaves having a concave portion at the center using metal wires and / or carbon wires as warps and wefts. That is, the AA cross section of FIG. 2 shows a cross section of the concave portion P of the honeycomb weave, and the BB cross section shows a cross section of the highest position of the honeycomb weave. From this cross section, one honeycomb weave (hereinafter referred to as a honeycomb portion) is shaped like a quadrangular pyramid (pyramid shape) having four corners and a recess P at the center (details are shown in FIG. 3). Similarly, the DD cross section shows the cross section of the concave portion P of the honeycomb weave, and the CC cross section shows the cross section of the highest position of the honeycomb weave. A plurality of honeycomb parts can be connected to form a single heat collecting plate, and the wire can be set on a weaving machine for mass production.
That is, the heat stored in the metal wire or carbon wire warms the air layer formed between the wires. Further, in the present invention, a quadrilateral pyramid-shaped honeycomb weave having a concave portion around the line weaving method is arranged, and a plurality of the shapes are arranged as one unit to constitute the heat collecting plate 1. As a result, a large number of air layers are formed between the medium tube and the heat collecting plate 1, and the air layers are warmed, so that the heat storage effect can be further enhanced.

図3は図2で説明した集熱板の蜂の巣部の拡大図である。図3(a)は正面図、図3(b)は斜視図である。図3では縦糸5と横糸4が区別できるようにするために、縦糸5を黒、横糸4を白として表す。図3(a)より、蜂の巣織りは、縦糸と横糸を織った形が蜂の巣の形のようになることからこの呼び名がある。蜂の巣織りの特徴は、図3(b)のように縦糸5と横糸4で囲まれた中心Pが凹部となり、図3(c)の模式図に示すように断面から見ると逆ピラミッド型をしている。
図4は本発明の集熱装置の1つの光軸に時間と共に変化する太陽光の様子を示す図である。図では8時から16時までの太陽光の動きと集熱板1に太陽光が移動する様子を示している。例えば、8時の太陽光はレンズ2の右側から入射してレンズ2により集熱板1のaに集光する。また、16時の太陽光はレンズ2の左側から入射してレンズ2により集熱板1のbに集光する。その結果、8時から16時の間に太陽光は集熱板1のa〜bの範囲に集光する。レンズ2には全ての面からこのような光が集熱板1に集光するため、全体として常に集熱板1の全面に太陽光が集光していることになる。その結果、断熱材7により覆われたケース6の内部は、集熱板1の輻射熱により高い温度に維持されることになる。
FIG. 3 is an enlarged view of the honeycomb portion of the heat collecting plate described in FIG. 3A is a front view, and FIG. 3B is a perspective view. In FIG. 3, the warp 5 and the weft 4 are represented as black and the weft 4 as white so that the warp 5 and the weft 4 can be distinguished. From FIG. 3 (a), the honeycomb weave is named because the shape of woven warp and weft becomes the shape of a honeycomb. The feature of the honeycomb weave is that the center P surrounded by the warp 5 and the weft 4 is a recess as shown in FIG. 3 (b), and is an inverted pyramid when viewed from the cross section as shown in the schematic diagram of FIG. 3 (c). ing.
FIG. 4 is a diagram showing a state of sunlight changing with time on one optical axis of the heat collecting apparatus of the present invention. In the figure, the movement of sunlight from 8 o'clock to 16 o'clock and the manner in which sunlight moves to the heat collecting plate 1 are shown. For example, sunlight at 8 o'clock enters from the right side of the lens 2 and is condensed by the lens 2 onto a of the heat collecting plate 1. Further, sunlight at 16:00 enters from the left side of the lens 2 and is condensed by the lens 2 onto b of the heat collecting plate 1. As a result, sunlight concentrates in the range of ab of the heat collecting plate 1 between 8 o'clock and 16 o'clock. Since such light is condensed on the heat collecting plate 1 from all surfaces of the lens 2, the sunlight is always collected on the entire surface of the heat collecting plate 1 as a whole. As a result, the inside of the case 6 covered with the heat insulating material 7 is maintained at a high temperature by the radiant heat of the heat collecting plate 1.

図5は太陽光がレンズへ入射する角度と集熱板に集光する位置との関係を示す図である。図5(a)は入射角が集熱板1と直交する場合であり、集熱板1の略中点aに集光する。図5(b)は入射角が集熱板1と30°の角度をなす場合であり、集熱板1の中点より下のbに集光する。図5(c)は入射角が集熱板1と60°の角度をなす場合であり、集熱板1の中点より更に下のcに集光する。このように、レンズ2は太陽光の移動に追従して集光点を集熱板1全体に移動させることがわかる。即ち、1日の太陽の動きに対して集熱装置を移動させることなく、太陽光を効率よく集光することができる。
図6は集熱装置を傾斜させたときの季節ごとの集光点の移動を表す図である。図6(A)は冬至南中時の太陽高度の場合を表し、図6(A−a)は集熱装置を30°傾斜させた場合(屋根面等)であり、低い角度から入射する太陽光に対して、レンズ2の集光により充分集熱板1に太陽光が効率よく集光していることがわかる。また、図6(A−b)は集熱装置を垂直壁面に固定させた場合であり、この場合も低い角度から入射する太陽光をレンズ2により効率よく集光しているのがわかる。また、図6(B)は夏至南中時の太陽高度の場合を表し、図6(B−a)は集熱装置を30°傾斜させた場合(屋根面等)であり、高い角度から入射する太陽光に対して、レンズ2の集光により充分集熱板1に太陽光が効率よく集光していることがわかる。また、図6(B−b)は集熱装置を垂直壁面に固定させた場合であり、この場合も高い角度から入射する太陽光をレンズ2により効率よく集光しているのがわかる。このように本発明の集熱装置は、家屋の屋根ばかりでなく壁面に設置しても、1年を通じて太陽光を効率よく集光することができる。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the angle at which sunlight is incident on the lens and the position at which the sunlight is condensed on the heat collecting plate. FIG. 5A shows a case where the incident angle is orthogonal to the heat collecting plate 1, and the light is collected at a substantially middle point a of the heat collecting plate 1. FIG. 5 (b) shows a case where the incident angle forms an angle of 30 ° with the heat collecting plate 1, and the light is condensed on b below the midpoint of the heat collecting plate 1. FIG. 5 (c) shows a case where the incident angle forms an angle of 60 ° with the heat collecting plate 1, and the light is condensed on c below the midpoint of the heat collecting plate 1. Thus, it can be seen that the lens 2 moves the condensing point to the entire heat collecting plate 1 following the movement of sunlight. That is, it is possible to efficiently collect sunlight without moving the heat collecting device with respect to the movement of the sun in the day.
FIG. 6 is a diagram showing the movement of the condensing point for each season when the heat collecting device is tilted. FIG. 6 (A) shows the case of solar altitude during the winter solstice, and FIG. 6 (A-a) shows the case where the heat collecting device is inclined by 30 ° (roof surface, etc.), and the sun incident from a low angle. It can be seen that sunlight is sufficiently efficiently collected on the heat collecting plate 1 by the light collected by the lens 2. FIG. 6A-B shows a case where the heat collecting device is fixed to the vertical wall surface, and in this case also, it can be seen that sunlight incident from a low angle is efficiently collected by the lens 2. FIG. 6 (B) shows the case of the solar altitude at the time of summer to south and middle, and FIG. 6 (B-a) shows the case where the heat collecting device is inclined by 30 ° (roof surface, etc.). It can be seen that the sunlight is sufficiently concentrated on the heat collecting plate 1 by the light collected by the lens 2 with respect to the sunlight. FIG. 6B-b shows a case where the heat collecting device is fixed to the vertical wall surface. In this case, too, sunlight incident from a high angle is efficiently collected by the lens 2. Thus, even if the heat collecting apparatus of the present invention is installed not only on the roof of the house but also on the wall surface, it can efficiently collect sunlight throughout the year.

図7は本発明の集熱装置により輻射熱が発生する様子を説明する図である。図7(a)では、9時の太陽方位から15時の太陽方位に変化した場合を図示している。各時間帯の太陽光は前述したとおりレンズ2により集光されて集熱板1に集熱し、集熱板1を加熱する。集熱板1は図2、図3で説明したように、金属線、又は/及び、カーボン線を織り込んだものであるので、表面に細かい凹凸がある。それにより、集光した光は表面で乱反射することにより、光(熱)がレンズ2と集熱板1の間を何回も往復して集熱板1の表面を均一に加熱することになる。その結果、集熱板1はレンズ2により集光した光を効率よく熱に変換することができ、輻射熱14を集熱板1の裏面から放射することができる。
図7(b)は集熱板の輻射熱を媒体管に伝導させる様子を説明する図である。集熱板1の裏面からは、輻射熱14が発生する。本発明では、この輻射熱を媒体管15を介して内部の媒体(一般的には水)を加熱する。従って、媒体管15は熱伝導率が良い銅、アルミ等が適している。また、集熱板1と媒体管15の接触面積が大きいほど熱の伝導率は良くなる。そのため本発明では、媒体管15を集熱板1で挟むように構成する(詳細は後述する)。
FIG. 7 is a diagram for explaining how radiant heat is generated by the heat collecting apparatus of the present invention. FIG. 7A shows a case where the sun orientation at 9 o'clock changes to the sun orientation at 15 o'clock. As described above, sunlight in each time zone is collected by the lens 2 and collected on the heat collecting plate 1 to heat the heat collecting plate 1. As described with reference to FIGS. 2 and 3, the heat collecting plate 1 is made by weaving a metal wire and / or a carbon wire, so that the surface has fine irregularities. Thereby, the condensed light is irregularly reflected on the surface, so that the light (heat) reciprocates between the lens 2 and the heat collecting plate 1 many times to uniformly heat the surface of the heat collecting plate 1. . As a result, the heat collecting plate 1 can efficiently convert the light collected by the lens 2 into heat, and can radiate the radiant heat 14 from the back surface of the heat collecting plate 1.
FIG. 7B is a diagram for explaining how the radiant heat of the heat collecting plate is conducted to the medium tube. Radiant heat 14 is generated from the back surface of the heat collecting plate 1. In the present invention, this radiant heat heats the internal medium (generally water) through the medium tube 15. Accordingly, the medium tube 15 is suitably made of copper, aluminum or the like having a good thermal conductivity. Further, the larger the contact area between the heat collecting plate 1 and the medium tube 15, the better the heat conductivity. Therefore, in the present invention, the medium tube 15 is configured to be sandwiched between the heat collecting plates 1 (details will be described later).

図8本発明の集熱装置を構成する集熱板と媒体管の位置関係を表す図である。図2、図3で集熱板1は蜂の巣織りにより凹部Pが形成され、その結果、空気層が多くなり保温の効果が高いことを説明した。またレンズ2の焦点は、ほぼ集熱板1の最も高い位置Qにあるため、点Qの温度が最も高くなる。そして、凹部Pの温度は焦点が少しずれるため温度は低くなるが、その分、光を照射する面積が増加する。本発明では、媒体管15を蜂の巣織りで形成した集熱板1と、平織りで形成した集熱板1aで挟み込むように構成する。これにより、媒体管15aは集熱板1に密着するが、媒体管15b、15cは集熱板1とは密着しないが、点Qの温度が最も高くなり空気層により加熱されるため、大きな温度差は生じない。尚、レンズ2、集熱板1、及び媒体管15を一体として構成する筐体を備えていることは言うまでもない。そして、筐体の内部は外気温と遮断するために、断熱材により構成されている。
図9は本発明の太陽熱発電装置の概略構成を示す模式図である。この太陽熱発電装置50は、図1〜図8で説明した集熱装置30と、集熱装置30により加熱された媒体圧力により回転するタービン32と、タービン32の回転力を用いて回転子を回転して発電する発電機33と、発電機33により発電された電力を所定の電圧に揃えるパワーコンディショナ34と、タービン32を回転した後の媒体を回収するために圧力を低下させる膨張タンク35と、逆止弁36と、を備えて構成される。
即ち、媒体として水を使用した場合、集熱装置30により加熱された水は高温となって圧力が高まる。その加熱された蒸気をタービン32に噴射することでタービン32が回転する。タービン32の軸は発電機33に接続されており、発電機33の回転子を回転して発電する。タービン32を回転した後の媒体はまだ高温、高圧であるので、一旦圧力を落として集熱装置30に戻す。これにより、簡単な構成で且つ、外部からの燃料供給の必要なく発電することができる。
8 is a diagram showing the positional relationship between the heat collecting plate and the medium tube constituting the heat collecting apparatus of the present invention. 2 and 3, it has been explained that the heat collecting plate 1 is formed with the concave portion P by honeycomb weaving, and as a result, the air layer increases and the heat retaining effect is high. Further, since the focal point of the lens 2 is almost at the highest position Q of the heat collecting plate 1, the temperature at the point Q is the highest. Then, the temperature of the recess P is slightly lowered because the focus is slightly shifted, but the area to which light is irradiated increases correspondingly. In the present invention, the medium tube 15 is configured to be sandwiched between the heat collecting plate 1 formed of a honeycomb weave and the heat collecting plate 1a formed of a plain weave. As a result, the medium tube 15a is in close contact with the heat collecting plate 1, but the medium tubes 15b and 15c are not in close contact with the heat collecting plate 1, but the temperature at point Q is the highest and is heated by the air layer. There is no difference. Needless to say, the housing includes the lens 2, the heat collecting plate 1, and the medium tube 15 as a unit. And the inside of a housing | casing is comprised with the heat insulating material in order to interrupt | block from external temperature.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the solar thermal power generation apparatus of the present invention. This solar thermal power generation apparatus 50 rotates the rotor using the heat collecting apparatus 30 described with reference to FIGS. 1 to 8, the turbine 32 rotated by the medium pressure heated by the heat collecting apparatus 30, and the rotational force of the turbine 32. A power generator 33 that generates electric power, a power conditioner 34 that aligns the electric power generated by the power generator 33 to a predetermined voltage, and an expansion tank 35 that lowers the pressure to recover the medium after rotating the turbine 32; And a check valve 36.
That is, when water is used as the medium, the water heated by the heat collecting device 30 becomes a high temperature and the pressure increases. The turbine 32 rotates by injecting the heated steam to the turbine 32. The shaft of the turbine 32 is connected to a generator 33, and the rotor of the generator 33 is rotated to generate power. Since the medium after rotating the turbine 32 is still high temperature and high pressure, the pressure is once reduced and returned to the heat collecting device 30. Thereby, it is possible to generate electric power with a simple configuration and without the need for external fuel supply.

図10は本発明の太陽熱給湯装置の概略構成を示す模式図である。この太陽熱給湯装置51は、図1〜図8で説明した集熱装置30と、集熱装置30により加熱された媒体を圧縮する圧縮装置38と、圧縮装置38により圧縮された媒体から発生する熱を熱交換して水を加熱する蓄熱タンク39と、蓄熱タンク39に蓄えられた媒体の圧力を減ずる減圧弁40と、減圧された媒体を膨張する膨張タンク41と、逆止弁37、42と、を備えて構成される。
即ち、加熱された媒体を更に圧縮すると、媒体は更に高温となる。この高温な媒体を介して水を熱交換して加熱して蓄熱タンク39に溜めておく。蓄熱タンク39内の水は常に加熱されているため、湯として供給することができる。これにより、昼間に蓄熱した湯を蓄熱タンク39に貯留して利用することができる。
図11は本発明の太陽熱給湯冷暖房装置の概略構成を示す模式図である。この太陽熱給湯装置52は、図1〜図8で説明した集熱装置30と、集熱装置30により加熱された媒体を圧縮する圧縮装置38、45と、圧縮装置38、45により圧縮された媒体から発生する熱を熱交換して水を加熱する蓄熱タンク39と、蓄熱タンク39に蓄えられた媒体の圧力を減ずる減圧弁40と、減圧された媒体を膨張する膨張タンク41と、逆止弁37、42、44と、夏季に媒体管31からの熱湯を停止する止水弁43と、暖房、冷房用蓄熱タンク46と、冷房機との熱交換を行なう熱交換器47と、を備えて構成される。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the solar water heater of the present invention. The solar water heater 51 includes a heat collector 30 described with reference to FIGS. 1 to 8, a compressor 38 that compresses a medium heated by the heat collector 30, and heat generated from the medium compressed by the compressor 38. A heat storage tank 39 for exchanging heat to heat water, a pressure reducing valve 40 for reducing the pressure of the medium stored in the heat storage tank 39, an expansion tank 41 for expanding the reduced pressure medium, and check valves 37 and 42, , And is configured.
That is, if the heated medium is further compressed, the medium becomes even hotter. Heat is exchanged through this high-temperature medium and heated to be stored in the heat storage tank 39. Since the water in the heat storage tank 39 is always heated, it can be supplied as hot water. Thereby, hot water stored in the daytime can be stored in the heat storage tank 39 and used.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the solar hot water supply / cooling / heating device of the present invention. The solar water heater 52 includes the heat collecting device 30 described with reference to FIGS. 1 to 8, the compression devices 38 and 45 that compress the medium heated by the heat collecting device 30, and the medium compressed by the compression devices 38 and 45. A heat storage tank 39 for exchanging heat generated from the water to heat water, a pressure reducing valve 40 for reducing the pressure of the medium stored in the heat storage tank 39, an expansion tank 41 for expanding the reduced pressure medium, and a check valve 37, 42, 44, a water stop valve 43 for stopping hot water from the medium pipe 31 in the summer, a heat storage tank 46 for heating and cooling, and a heat exchanger 47 for exchanging heat with the air conditioner. Composed.

次に本発明の太陽熱給湯冷暖房装置の動作について説明する。給湯・暖房では、止水弁43を開放して媒体は圧縮装置38と45の両方を通り、夫々蓄熱タンク39と46に送られ、各蓄熱タンク内の水を加熱する。次に冷房時には、止水弁43を閉止して、蓄熱タンク39は冬場と同じ作用になり、蓄熱タンク46は室内機から送られる排熱を蓄熱タンク46内の熱交換器47で熱交換し、蓄熱タンク46内の水により冷却される。それにより、タンク内の水は加熱され、バイパス間48により蓄熱タンク39に送られて更に加熱されて給湯に使われる。   Next, the operation of the solar hot water supply / air conditioning apparatus of the present invention will be described. In hot water supply / heating, the water stop valve 43 is opened and the medium passes through both the compressors 38 and 45 and is sent to the heat storage tanks 39 and 46, respectively, to heat the water in each heat storage tank. Next, at the time of cooling, the water stop valve 43 is closed, the heat storage tank 39 has the same action as in winter, and the heat storage tank 46 exchanges heat with the heat exchanger 47 in the heat storage tank 46 from the exhaust heat sent from the indoor unit. Cooled by the water in the heat storage tank 46. Thereby, the water in the tank is heated and sent to the heat storage tank 39 by the bypass 48 and further heated to be used for hot water supply.

(A―a)は本発明に係る集熱装置を構成するリニアフレネルレンズと集熱板の位置関係を模式化して表した図、(A―b)は太陽光がレンズにより集熱板に集光している様子を示す図、(B―a)は本発明に係る集熱装置を構成するフレネルレンズと集熱板の位置関係を模式化して表した図、(B―b)は太陽光がレンズにより集熱板に集光している様子を示す図である。(Aa) is a diagram schematically showing the positional relationship between the linear Fresnel lens and the heat collecting plate constituting the heat collecting apparatus according to the present invention, and (Ab) is a diagram in which sunlight is collected on the heat collecting plate by the lens. FIG. 5B is a diagram schematically showing the positional relationship between the Fresnel lens and the heat collecting plate constituting the heat collecting apparatus according to the present invention, and FIG. It is a figure which shows a mode that is condensed on the heat collecting plate with the lens. 集熱板の具体的な構成を示す図である。It is a figure which shows the specific structure of a heat collecting plate. 図2で説明した集熱板の蜂の巣部の拡大図であり、(a)は正面図、(b)は斜視図、(c)は模式図である。It is an enlarged view of the honeycomb part of the heat collecting plate demonstrated in FIG. 2, (a) is a front view, (b) is a perspective view, (c) is a schematic diagram. 本発明の集熱装置の1つの光軸に時間と共に変化する太陽光の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the sunlight which changes with time to one optical axis of the heat collecting apparatus of this invention. (a)乃至(c)は、太陽光がレンズへ入射する角度と集熱板に集光する位置との関係を示す図である。(A) thru | or (c) is a figure which shows the relationship between the angle which sunlight injects into a lens, and the position which condenses on a heat collecting plate. (A―a)乃至(B―b)は、集熱装置を傾斜させたときの季節ごとの集光点の移動を表す図である。(Aa) thru | or (Bb) are the figures showing the movement of the condensing point for every season when the heat collecting apparatus is inclined. (a)は9時の太陽方位から15時の太陽方位に変化した場合を示す図、(b)は集熱板の輻射熱を媒体管に伝導させる様子を説明する図である。(A) is a figure which shows the case where it changes to the sun azimuth | direction at 9 o'clock from 9 o'clock, (b) is a figure explaining a mode that the radiant heat of a heat collecting plate is conducted to a medium pipe | tube. 本発明の集熱装置を構成する集熱板と媒体管の位置関係を表す図である。It is a figure showing the positional relationship of the heat collecting plate and medium pipe | tube which comprise the heat collecting apparatus of this invention. 本発明の太陽熱発電装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the solar thermal power generation apparatus of this invention. 本発明の太陽熱給湯装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the solar thermal water heater of this invention. 本発明の太陽熱給湯冷暖房装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the solar hot water supply air-conditioning apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 集熱板、2 リニアフレネルレンズ、3 フレネルレンズ、4 横糸、5 縦糸、6 ケース、7 断熱材、8 焦点面、9〜12 太陽光、13 集熱板表面乱反射、14 輻射熱、15 媒体管、30 集熱装置、31 媒体管、32 発電機、34 パワーコンディショナ、35 膨張タンク、36 逆止弁、37、42、44 逆止弁、38 圧縮装置、39 蓄熱タンク、40 減圧弁、41 膨張タンク、43 止水弁、45 圧縮装置、46 蓄熱タンク、47 熱交換器、48 バイパス管、50 太陽熱発電装置、51 太陽熱給湯装置、52 太陽熱給湯冷暖房装置   1 heat collecting plate, 2 linear Fresnel lens, 3 Fresnel lens, 4 weft, 5 warp, 6 case, 7 heat insulating material, 8 focal plane, 9-12 sunlight, 13 heat collecting plate surface irregular reflection, 14 radiant heat, 15 medium tube , 30 Heat collecting device, 31 Medium pipe, 32 Generator, 34 Power conditioner, 35 Expansion tank, 36 Check valve, 37, 42, 44 Check valve, 38 Compressor, 39 Heat storage tank, 40 Pressure reducing valve, 41 Expansion tank, 43 Water stop valve, 45 Compressor, 46 Heat storage tank, 47 Heat exchanger, 48 Bypass pipe, 50 Solar power generator, 51 Solar water heater, 52 Solar water heater / heater

Claims (5)

太陽光を集光する集光手段と、該集光手段により集光された光に含まれる熱を集熱する集熱手段と、該記集熱手段により集熱した熱により加熱される媒体を内部に有した媒体管と、前記集光手段、前記集熱手段、及び前記媒体管を一体化する筐体と、を備え、
前記集熱手段は、金属、又は/及び、カーボンを素材とした織物状の構造を備え、前記媒体管を挟み込んだ構成を有し
前記集熱手段は、前記素材から成る縦糸及び横糸を用いて構成された、中心に凹部を有する四角錘形状の蜂の巣織りから成るユニットを複数連設した構成を備えていることを特徴とする集熱装置。
A light collecting means for collecting sunlight, a heat collecting means for collecting heat contained in the light collected by the light collecting means, and a medium heated by the heat collected by the heat collecting means. A medium pipe provided inside, and a housing for integrating the light collecting means, the heat collecting means, and the medium pipe,
The heat collecting means, metals, or / and comprises the woven structure of the carbon as a raw material, has a structure sandwiching the medium pipe,
The heat collecting means is provided with a structure in which a plurality of units composed of a quadrilateral pyramid-shaped honeycomb weave having a concave portion at the center, which are configured using warp and weft yarns made of the material, are provided . Thermal device.
前記集光手段は、リニアフレネルレンズにより構成され、該リニアフレネルレンズの溝が互いに直交するように複数配置したことを特徴とする請求項1に記載の集熱装置。   The heat collecting apparatus according to claim 1, wherein the condensing unit includes a linear Fresnel lens, and a plurality of the linear Fresnel lens grooves are arranged so as to be orthogonal to each other. 請求項1又は2に記載の集熱装置と、該集熱装置により加熱された媒体圧力により回転するタービンと、該タービンの回転力を用いて回転子を回転して発電する発電機と、前記タービンを回転した後の媒体を回収して前記集熱装置に戻す回収機構と、を備えたことを特徴とする太陽熱発電装置。 A heat collecting device according to claim 1 or 2, and a turbine rotated by the medium pressure, which is heated by said population heat device, a generator for generating electric power by rotating a rotor using the rotational force of the turbine, the A solar power generation apparatus comprising: a recovery mechanism that recovers the medium after rotating the turbine and returns the medium to the heat collector. 請求項1又は2に記載の集熱装置と、該集熱装置により加熱された媒体を圧縮する圧縮装置と、該圧縮装置により圧縮された媒体から発生する熱を熱交換により水を加熱する蓄熱タンクと、を備えたことを特徴とする太陽熱給湯装置。 A heat collecting device according to claim 1 or 2, the heat storage for heating a compressor for compressing the medium heated by said population heat device, heat water by heat exchange generated by the medium compressed by the compressor A solar water heater, comprising a tank. 請求項1又は2に記載の集熱装置により加熱された媒体を停止させる止水弁と、前記集熱装置により加熱された媒体を圧縮する圧縮装置と、該圧縮装置により圧縮された媒体から発生する熱を熱交換により水を加熱するか、又は/及び、熱交換器により室内機から送られる排熱を冷却する暖房・冷房用蓄熱タンクと、を備え、
前記暖房・冷房用蓄熱タンクを冷房用として使用するときは、前記止水弁を停止状態とすることを特徴とする太陽熱給湯冷暖房装置。
Generated from a water stop valve that stops the medium heated by the heat collecting device according to claim 1, a compression device that compresses the medium heated by the heat collecting device, and a medium compressed by the compression device A heat storage tank for heating / cooling that heats water by heat exchange or / and cools exhaust heat sent from an indoor unit by a heat exchanger;
When using the heating / cooling heat storage tank for cooling, the water stop valve is set to a stopped state, and the solar hot water supply / cooling / heating device is characterized.
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