JP5904667B2 - 太陽光集熱装置 - Google Patents

Description

この発明は、太陽光集熱装置に関するもので、更に詳細には、太陽光集熱装置であるＣＰＣ（Compound Parabolic Concentrator＝複合放物面鏡集熱装置）の集熱装置に関するものである。

従来、太陽光を利用する装置は数多く開発されている。例えば、ＣＰＣ（Compound Parabolic Concentrator）はその一つであり、集光板（反射鏡）を放物線形状、及びインボリュート曲線形状にすることで、広範囲の入射光を集熱管へ導くことができる。更に、その集熱管の外表面には太陽放射エネルギを良く吸収し、かつ放射率の小さい選択吸収膜等が蒸着されており、その集熱管内に熱媒体が流れるものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

また、上記集熱部を真空二重ガラス管で形成し、外周面に選択吸収膜面を有し、かつ外周方向に弾発力を有する円弧状の熱伝導体を、上記真空二重ガラス管の内管に面接触させて装着し、熱伝導体の内周面に媒体となる導通管を面接触させ、その導通管内に熱媒体が流れるものが知られている（例えば、特許文献３，４，５参照）。

特開２００４−２７８８３７号公報 特開２００８−１３８８９９号公報 実開昭６２−１９５０４４号公報 実開昭６３−４３０４５号公報 特開２０１１−２０２９１０号公報

上記特許文献１，２に記載の集熱管構造において、管内を流れる熱媒体への伝熱効率を向上させるためには、なるべく集熱管の外径を小さくする必要があるが、この場合、集熱管への集光が困難となり、その結果、集熱効率が低下する懸念がある。また、集熱管の材質は、銅管やアルミニウム管等で構成されているため保温性に劣り、放熱による熱損失が生じる懸念もある。

一方、特許文献３，４に記載の集熱管の構造では、真空度（保温性）の高い真空二重ガラス管（以下にガラス管という）の内部に熱媒体が流れる導通管を設け、広い集光面と高い保温性を集熱管に確保することができる。しかしながら、ガラス管の内周面に金属板からなる熱伝導体を外周方向への弾発力により面接触させ、熱伝導体の内周面に加熱媒体導通管を面接触させて固定するため、ガラス管と熱伝導体が正確に接触するようにその形状を形成する必要がある。ガラス管と熱伝導体が正確に面接触しない場合、例えば、ガラス管の内径に対して熱伝導体の外径が大きすぎると、ガラス管に熱伝導体を装着する際に、ガラス管が破損する懸念がある。また、ガラス管の内径に対して、熱伝導体の外径が小さすぎると、ガラス管に熱伝導体が面接触せずその間に隙間が生じるため、熱抵抗が大きくなり、その結果、ガラス管から熱媒体への伝熱効率が低下してしまう。更に、熱伝導体は反射率の高い金属板から形成されているため、内部のガラス管から熱伝導体への放射伝熱が減じてしまう虞がある。このように、ガラス管から熱媒体への伝熱効率を良好にするためには、熱伝導体の形状を正確に作製し、ガラス管と熱伝導体を確実に面接触させる必要がある。

これに対し、特許文献５に記載の伝熱フィンは、図１０に示すように、一側が開口１１０した断面円弧状に形成される円弧状基部１２０に内方に向かって凹状に屈曲する凹状湾曲部１３０が設けられている。このように形成される特許文献５に記載の伝熱フィン１００の構造では、一側が開口１１０した断面円弧状に形成される伝熱フィン１００の円弧状部の内方に向かって凹状に屈曲する凹状湾曲部１３０を設けることで、伝熱フィン１００と二重真空管との接触面積及び密着性を向上させる構造となっている。凹状湾曲部１３０を設けることで、伝熱フィン１００を二重真空管に挿入する作業を、伝熱フィン１００を撓ませて容易に行うことができ、撓んだ伝熱フィン１００が元に戻ろうとする弾性応力により、伝熱フィン１００と二重真空管とを圧着させている。更には伝熱フィン１００の外表面上に施した陽極酸化被膜により、伝熱フィン１００を二重真空管に挿入する際の摩擦を軽減し、伝熱フィン１００と二重真空管とを圧着させる際の緩衝作用を持たせ、伝熱フィン１００から二重真空管へ働く弾性応力を均一化させている。

しかし、二重真空管は例えば外径が３０〜１００ｍｍで、長さが１０００〜２０００ｍｍと比較的長尺であるため、二重真空管の内管内に伝熱フィンを挿入するためには、更に小さい応力で伝熱フィンを撓ませることができ、かつ伝熱フィンと二重真空管との密着性を更に向上させることが太陽光集熱装置の機能向上及び組立作業性には不可欠であり、伝熱フィンの更なる改善が望まれている。

この発明は、発明者等が上記事情に鑑みて鋭意研究してなされたもので、小さい応力で伝熱フィンを撓ませて伝熱フィンの二重真空管内への挿入を容易にして組立作業を容易にすると共に、密着性を向上させることにより、反射鏡により集熱部に集光された太陽放射エネルギを、熱媒管内に流れる熱媒体へ効率よく伝導する集熱効率の高い太陽光集熱装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は、照射される太陽光を集熱部に集中させ、上記集熱部内を流れる熱媒体を温める太陽光集熱装置であって、透明なガラス製の二重真空管と、上記二重真空管の内管の外周面に被覆される選択吸収膜と、弾発力によって上記二重真空管の内管の内周面に面接触可能な伝熱フィンと、上記伝熱フィンの内側面に面接触する熱媒管とを具備し、上記伝熱フィンの外表面には陽極酸化皮膜処理が施され、かつ、伝熱フィンの外径が上記二重真空管の内管の内径と同径以上に形成され、更に上記伝熱フィンは、一側が開口した断面円弧状に形成されると共に、上記開口と対向する部位に先端が位置すべく円弧状部の内方に向かってＶ字状に屈曲するＶ字状屈曲部が設けられ、上記伝熱フィンのＶ字状屈曲部分の肉厚が、それ以外の伝熱フィン部分よりも薄く形成されている、ことを特徴とする。

このように構成することにより、伝熱フィンの開口とＶ字状屈曲部とを結ぶ線に対して直交する方向から伝熱フィンに力を加えると、Ｖ字状屈曲部に応力が集中し、小さい応力で伝熱フィンを撓ませることができる。これにより、外径が二重真空管の内管と同径以上に形成された伝熱フィンの二重真空管の内管への挿入を容易にすることができ、また、伝熱フィンの撓みに応じた弾発力によって伝熱フィンの外表面を内管の内周面に密着させることができる。

また、伝熱フィンの外表面に陽極酸化皮膜処理を施すことにより、伝熱フィン外表面の反射率を抑制することができる以外に、更に伝熱フィンを二重真空管の内管に挿入する際の摩擦を低減することができると共に、緩衝作用を持たせることができるので、上記伝熱フィンの撓み及び弾発力の作用と相俟って伝熱フィンの二重真空管の内管への挿入を容易にし、伝熱フィンと二重真空管の内管との接触面積を増やし、伝熱フィンと二重真空管の内管との密着性を向上させることができる。

また、この発明によれば、更に小さい応力で伝熱フィンを撓ませることができ、伝熱フィンの二重真空管の内管への挿入を更に容易にすることができる。

また、この発明は、太陽放射エネルギを集熱部に集中させ、上記集熱部内を流れる熱媒体を温める太陽光集熱装置であって、透明なガラス製の二重真空管と、上記二重真空管の内管の外周面に被覆される選択吸収膜と、弾発力によって上記二重真空管の内管の内周面に面接触可能な伝熱フィンと、上記伝熱フィンの内側面に面接触する熱媒管とを具備し、上記伝熱フィンの外表面には陽極酸化皮膜処理が施され、かつ、伝熱フィンの外径が上記二重真空管の内管の内径と同径以上に形成され、更に上記伝熱フィンは、一側が開口した断面円弧状に形成されると共に、上記開口と対向する部位に先端が位置すべく円弧状部の内方に向かってＶ字状に屈曲するＶ字状屈曲部が設けられ、上記伝熱フィンに設けられた上記Ｖ字状屈曲部のＶ字部の内角が２５°〜３５°である、ことを特徴とする。
また、この発明は、太陽放射エネルギを集熱部に集中させ、上記集熱部内を流れる熱媒体を温める太陽光集熱装置であって、透明なガラス製の二重真空管と、上記二重真空管の内管の外周面に被覆される選択吸収膜と、弾発力によって上記二重真空管の内管の内周面に面接触可能な伝熱フィンと、上記伝熱フィンの内側面に面接触する熱媒管とを具備し、上記伝熱フィンの外表面には陽極酸化皮膜処理が施され、かつ、伝熱フィンの外径が上記二重真空管の内管の内径と同径以上に形成され、更に上記伝熱フィンは、一側が開口した断面円弧状に形成されると共に、上記開口と対向する部位に先端が位置すべく円弧状部の内方に向かってＶ字状に屈曲するＶ字状屈曲部が設けられ、上記伝熱フィンのＶ字状屈曲部分の肉厚が、それ以外の伝熱フィン部分よりも薄く形成され、上記伝熱フィンに設けられた上記Ｖ字状屈曲部のＶ字部の内角が２５°〜３５°である、ことを特徴とする。
このように構成することで、伝熱フィンを少ない応力で撓ませることが可能になる。しかし、Ｖ字状屈曲部の内角が２５°よりも小さいと、例えば、伝熱フィンをアルミニウム製押出形材にて形成する場合、加工精度上不良率が高くなり、製品コストが高騰してしまう。また、Ｖ字状屈曲部の内角が３５°よりも大きいと、十分な撓み量が期待できない。

また、この発明において、Ｖ字状屈曲部のＶ字内方向長さ（Ｄ）と伝熱フィンの半径（Ｒ）の比率（Ｄ／Ｒ）は、４/１７〜１０/１７が好ましく、更には５/１７〜８/１７が好ましい。このように構成することで、伝熱フィンを少ない応力で撓ませることが可能になる。Ｖ字状屈曲部部分の長さ（Ｄ）と伝熱フィンの半径（Ｒ）の比率（Ｄ／Ｒ）が、４/１７よりも小さい場合や１０/１７よりも大きい場合は、十分な変形量を得られず、弾性応力も小さくなるため、二重真空管への密着性も低下してしまう。

このように構成することにより伝熱フィンの外向きの弾性的応力を確実に確保することができるため、伝熱フィンと内管の接触面積を増やし、密着性を更に向上させることができる。

また、この発明において、上記伝熱フィンの内側面に、断面が狭隘開口状の嵌合溝部が長手方向に沿って設けられ、上記嵌合凹溝部内に上記熱媒管を嵌合させる方がよい。

このように構成することにより、伝熱フィンの内側面に熱媒管の接触面積を増やすことができると共に、確実に面接触することができるため、伝熱フィンと熱媒管の密着性が向上する。

更に、上記伝熱フィンは、アルミニウム製押出形材にて形成することができる。このように構成することにより、伝熱フィンは良好な熱伝導性を確保することができる。また、アルミニウムはリサイクル性が良好である。

この発明によれば、 小さい応力で伝熱フィンを撓ませて伝熱フィンの二重真空管内への挿入を容易にして組立作業を容易にすることができると共に、密着性を向上させて集熱効率を向上することができる。

この発明に係る太陽光集熱装置を示す概略斜視図である。 上記太陽光集熱装置の一部を断面で示す平面図である。 上記太陽光集熱装置の一部を断面で示す側面図である。 上記太陽光集熱装置の要部を示す断面図（ａ）及び（ａ）のＩ部拡大断面図（ｂ）であるである。 この発明における集熱部の断面図である。 この発明における集熱部の断面斜視図である。 この発明における伝熱フィンの斜視図である。 この発明における伝熱フィンの要部の形状、寸法を示す概略断面図（ａ）及び（ａ）の一部拡大図（ｂ）である。 この発明における伝熱フィンの形状と応力の関係を調べる実験例を示す概略断面図である。 従来の伝熱フィンを示す概略断面図である。 この発明におけるＶ字状屈曲部の内角が２５°の場合のＶ字部の深さと変位量（撓み）の関係を示すグラフである。

以下に、この発明に係る太陽光集熱装置の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

この発明に係る太陽光集熱装置は、図１ないし図３に示すように、給水管３３と給湯管３４を挿入する矩形筒状の主枠３１と、この主枠３１の一方の側壁の下部から外方に延在する矩形状のベース板３２と、このベース板３２の端部であって主枠３１と対向する位置に設けられた真空管受け３６からなる本体３０と、主枠３１の側壁部に沿設される側枠部材３５を介してベース板３２の上方に並設される複数の集熱部１と、各集熱部１の下方に配設された集光枠部材４０にくさび状接続部材４２（図４（ａ）参照）によって取り付けられ、集熱部１付近に入光する太陽光を反射して集熱部１に集中させる集光板４３とを具備している。

上記集光枠部材４０は、図４（ａ）に示すように、アルミニウム製（アルミニウム合金を含む）の押出形材にて形成されており、中央部に断面コ字状の凹状嵌合部４１を有し、両側部が左右対称かつＷ字形状の複合放物面に形成された取付面を有している。なお、取付面を形成する複合放物面は、インボリュート曲線と放物曲線（ＣＰＣ曲線）とを組み合わせてなる形状であり、入射光が最も効率よく集熱部１に向けて反射される形状である。

上記集熱部１は、図４ないし図６に示すように、透明なガラス製の外管２ａと内管２ｂからなる二重真空管２と、二重真空管２の内管２ｂの外周面に被覆される選択吸収膜３と、二重真空管２の内管２ｂの内周面に面接触するように配置された伝熱フィン１０と、伝熱フィン１０の内側面に面接触するように配置され、主枠２内に挿入された給水管３３と給湯管３４に接続する熱媒管１５とを具備している。また、図１，図２に示すように、集熱部１の先端部は、真空管受け３６に取り付けられたキャップ３６ａに挿入された状態で保持され、集熱部１の基端部は、側枠部材３５に取付孔３５ａを介して保持されている。

上記二重真空管２は、真空度の高い真空ガラス管を使用し、ガラス管の一方の端面を閉じた外管２ａと内管２ｂとを重ね合わせ、外管２ａと内管２ｂの一方の端面を閉じる。そして、他方の端面側を真空ポンプによって減圧し、外管２ａを封止する。このようにすることによって、真空層５が形成される。なお、内管２ｂの外周面には、後述する選択吸収膜３が被覆される。

上記内管２ｂの外表面を被覆する選択吸収膜３は、例えば内管２ｂの外周面を密着被覆する低熱放射率の薄い金属膜上に黒色の黒クロムまたは無電解ニッケルがメッキ処理されたり、マンガン系の黒色塗料がペイントまたは蒸着されるか、あるいは酸化銅皮膜やアルマイト皮膜などにより、既存の方法によって太陽光の吸収率が大きい薄膜を形成したものである。上記内管２ｂの外表面に選択吸収膜３が形成されることで、太陽熱を効率的に吸収しながら選択吸収膜３から外管２ａへの放射伝熱を低下させることができる。また、内管２ｂと外管２ａとの間の真空層５が、選択吸収膜３から外管２ａへの対流熱伝達による熱損失を防ぐ。

上記のように形成される選択吸収膜３は、図５に示すように、二重真空管２の内管２ｂの外周面に被覆される。選択吸収膜３は、二重真空管２の外管２ａと内管２ｂの間に位置するため、上述したように、内管２ｂに選択吸収膜３を被覆した上で、外管２ａと内管２ｂを一体的に結合する。

上記伝熱フィン１０は、図７及び図８に示すように、熱伝導率の高いアルミニウム製（アルミニウム合金を含む）の押出形材にて形成されており、長手方向に沿う一側に開口１１ａが設けられた断面略円弧状に形成される基部１１と、基部１１の長手方向に沿ってそれぞれ形成される、開口１１ａと対向する部位に先端が位置すべく基部１１の内方に向かってＶ字状に屈曲するＶ字状屈曲部１２と、断面が狭隘開口状であって、基部１１の内方に向かって対向する位置に形成される２つの嵌合溝部１３と、から形成されている。この場合、Ｖ字状屈曲部１２のＶ字部１２ａの２辺は等しくなっている。

上記のように形成される伝熱フィン１０は、後述する図９に示すように、開口１１ａとＶ字状屈曲部１２とを結ぶ線Ｌに対して直交する方向に力Ｐを加えると、Ｖ字状屈曲部１２に応力が集中することが知見されている。これにより、小さい応力によって伝熱フィン１０を撓ませることができ、また、撓みに応じて弾発力を持たせることができる。

この場合、伝熱フィン１０の基部１１及び嵌合溝部１３の肉厚ｔ_１に対してＶ字状屈曲部１２のＶ字部１２ａの肉厚ｔ_２を薄く形成する方が良い。なお、Ｖ字状屈曲部１２のＶ字部１２ａの先端の円弧部１２ｂの半径ｒは任意であるが、ここでは肉厚ｔ_１と同寸法に形成されている（図８（ｂ）参照）。

このようにＶ字状屈曲部１２のＶ字部１２ａの肉厚ｔ_２をそれ以外の部分の肉厚ｔ_１に対して薄く形成することにより、更に小さい応力で伝熱フィン１０を撓ませることができ、伝熱フィン１０の二重真空管２の内管２ｂへの挿入を容易にすることができる。

また、伝熱フィン１０を少ない応力で撓ませるために、Ｖ字状屈曲部１２の内角θは、２５°〜３５°の範囲に設定されている。Ｖ字状屈曲部１２の内角θが２５°よりも小さいと、アルミニウム製押出形材にて形成される伝熱フィン１０の加工精度上不良率が高くなり、製品コストが高騰してしまう。また、Ｖ字状屈曲部１２の内角θが３５°よりも大きいと、十分な撓み量が期待できない。

また、伝熱フィン１２を少ない応力で撓ませて外向きの弾性的応力を確保すると共に、伝熱フィン１０と内管２ｂの接触面積を増やために、Ｖ字状屈曲部１２のＶ字内方向長さ（Ｄ）｛Ｖ字部１２ａの深さ｝と伝熱フィン１０の半径（Ｒ）の比率（Ｄ／Ｒ）は、４/１７〜１０/１７が好ましく、更に好ましくは５/１７〜８/１７に設定されている。Ｖ字状屈曲部１２のＶ字内方向長さ（Ｄ）と伝熱フィンの半径（Ｒ）の比率（Ｄ／Ｒ）が、４/１７よりも小さい場合や１０/１７よりも大きい場合は、十分な変形量を得られず、弾性応力も小さくなるため、二重真空管２の内管２ｂへの密着性も低下してしまう。

このように構成することにより伝熱フィン１０の外向きの弾性的応力を確実に確保することができるため、伝熱フィン１０と内管２ｂの接触面積を増やし、密着性を更に向上させることができる。

また、上記伝熱フィン１０の外表面には、図７に示すように、陽極酸化皮膜処理（以下にアルマイト処理という）が施されている。アルマイト処理は、例えば、脱脂処理とエッチング、そしてアルマイト処理を経た後、９０℃前後の熱水中にて陽極酸化皮膜１４の孔を塞ぐ方法にて行う。陽極酸化皮膜１４の膜厚は２μｍ以上から２０μｍ以下の範囲が好ましい。その理由は、２μｍ未満であると下地の反射率が反映されるため２μｍ以上が好ましく、逆に膜厚が２０μｍを超過すると生産性が低下したり、陽極酸化皮膜１４の熱抵抗が無視できなくなり、伝熱フィン１０への入熱が減少する虞があるためである。

伝熱フィン１０の外表面にアルマイト処理を施すことにより、伝熱フィン１０外表面の反射率を抑制することができるため、伝熱フィン１０への放射伝熱を改善し、集熱効率が向上する。また、伝熱フィン１０の外表面にアルマイト処理を施すことにより、すべり性が向上し、内管２ｂへの伝熱フィン１０の挿入の際の摩擦を軽減することができるため、二重真空管２の内管２ｂに伝熱フィン１０を装着する際、二重真空管２の破損率を抑制することができる。

図７に示した取付前の伝熱フィン１０の外径Ｙは、図５に示した二重真空管２の内管２ｂの内径Ｘと同径以上に形成されている。しかし、伝熱フィン１０の基部１１の長手方向に開口１１ａが設けられ断面略円弧状に形成されると共に、開口１１ａと対向する部位に先端が位置すべく基部１１の内方に向かってＶ字状に屈曲するＶ字状屈曲部１２が形成されることにより、上述したように、小さい応力によって伝熱フィン１０を撓ませることができるため、伝熱フィン１０を内管２ｂへの挿入が可能となる。また、撓みに応じて弾発力を持たせることができるため、挿入された伝熱フィン１０は外向きの弾性的応力によって伝熱フィン１０と内管２ｂの接触面積を増やすことができる。

また、図４〜７に示すように、伝熱フィン１０の内側面に、断面が狭隘開口状であって、基部１１の内方に向かって対向する位置に形成される２つの嵌合溝部１３が基部１１の長手方向に沿ってそれぞれ形成され、嵌合溝部１３内に熱媒管１５が嵌合されることにより、伝熱フィン１０と熱媒管１５との接触面積を増やすことができると共に、確実に面接触することができ、伝熱フィン１０と熱媒管１５の密着性が向上する。

なお、上記熱媒管１５は、例えば銅やアルミニウムなどの熱伝導率の良い金属から形成されるＵ字状の管体にて形成されており、熱媒体例えば水が流れる。

上記のように構成される二重真空管２，選択吸収膜３，伝熱フィン１０，熱媒管１５は、以下の手順で組み立てることができる。まず、外表面に選択吸収膜３が被覆された内管２ｂと外管２ａを重ね合わせ、外管２ａと内管２ｂの一方の端面を閉じる。そして、他方の端面側を真空ポンプによって減圧し、外管２ａを封止する。これにより、内管２ｂの外周面に選択吸収膜３が被覆された二重真空管２が形成される。次に、内管２ｂの開口から、伝熱フィン１０を撓ませて内管２ｂに挿入して、伝熱フィン１０の弾発力によって伝熱フィン１０を内管２ｂの内周面に密接する。なお、伝熱フィン１０の外表面にアルマイト処理を施してあることにより、すべり性が向上し、内管２ｂへの伝熱フィン１０の挿入の際の摩擦を軽減することができるため、二重真空管２の内管２ｂに伝熱フィン１０を装着する際、二重真空管２の破損率を抑制する。

次に、上記のようにして二重真空管２に挿入された伝熱フィン１０の嵌合溝部１３を、給水管３３と給湯管３４に溶接固定されている熱媒管１５に嵌合するように挿入する。伝熱フィン１０の弾発力及び熱媒管１５の挿入により、内管２ｂの外周方向への圧力が発生するが、伝熱フィン１０の外表面にアルマイト処理を施してあるので、陽極酸化皮膜１４の緩衝機能により、伝熱フィン１０から内管２ｂへの圧力を均等にすることができるため、伝熱フィン１０と内管２ｂの密着性を向上させることができる。

その後、二重真空管２の基端部を側枠部材３５に形成された取付孔３５ａに嵌合し、先端部を真空管受け３６に取り付けられたキャップ３６ａで保持する。

上記実施形態に係る太陽光集熱装置によれば、伝熱フィン１０の開口１１ａとＶ字状屈曲部１２とを結ぶ線Ｌに対して直交する方向から伝熱フィン１０に力Ｐを加えると、Ｖ字状屈曲部１２に応力が集中するため、小さい応力で伝熱フィン１０を撓ませることができる。これにより、外径Ｙが二重真空管２の内管２ｂの内径Ｘと同径以上に形成された伝熱フィン１０の二重真空管２の内管２ｂへの挿入を容易にすることができる。伝熱フィン１０の撓みに応じた弾発力によって伝熱フィン１０の外表面を内管の内周面に密着させることができる。

また、伝熱フィン１０の外表面に陽極酸化皮膜１４を施すことにより、伝熱フィン１０を二重真空管２の内管２ｂに挿入する際の摩擦を低減することができると共に、緩衝作用を持たせることができるので、伝熱フィン１０の撓み及び弾発力の作用と相俟って伝熱フィン１０の二重真空管２の内管２ｂへの挿入を容易にし、伝熱フィン１０と二重真空管２の内管２ｂとの接触面積を増やし、伝熱フィン１０と二重真空管２の内管２ｂとの密着性を向上させることができる。

また、伝熱フィン１０は、Ｖ字状屈曲部１２のＶ字部の肉厚ｔ_２がそれ以外の部分の肉厚ｔ_１よりも薄く形成することにより、更に小さい応力で伝熱フィン１０を撓ませることができ、伝熱フィン１０の二重真空管２の内管２ｂへの挿入を更に容易にすることができる。

また、伝熱フィン１０の内側面に、断面が狭隘開口状の嵌合溝部１３を長手方向に沿って設けることにより、伝熱フィン１０の内側面に熱媒管１５の接触面積を増やすことができると共に、確実に面接触することができるため、伝熱フィン１０と熱媒管１５の密着性が向上する。

更に、伝熱フィン１０は、アルミニウム製押出形材にて形成することにより、伝熱フィン１０は良好な熱伝導性を確保することができるため、熱伝導性が向上し集熱効率が増大する。また、アルミニウムはリサイクル性が良好である。

なお、上記実施形態では、Ｖ字状屈曲部１２のＶ字部１２ａの２辺は等しい場合について説明したが、少なくともＶ字状屈曲部１２のＶ字部１２ａの先端部が開口１１ａと対向する部位に位置していれば、Ｖ字部１２ａの２辺の長さは必ずしも等しくなくても良い。

次に、この発明に係る太陽光集熱装置について、図８及び図９を参照して、アルミニウム製押出形材にて形成された伝熱フィン１０のＶ字状屈曲部１２のＶ字部１２ａの形状と応力の関係を調べるために、下記の条件等にて実験を行った結果について説明する。

＜実験条件＞
・角度θ：Ｖ字部の内角
・深さＤ：Ｖ字状屈曲部の先端部と伝熱フィンの曲線への直線距離
（Ｖ字部の２辺は等しいものとする）
・変位量（撓み）δ：応力を１０Ｎ加えた時の、伝熱フィンの変形量
（静止状態の変形量を０とする）
・伝熱フィンの半径Ｒ：１７ｍｍ
・伝熱フィンの板厚（肉厚）ｔ_１：０．８ｍｍ
・Ｖ字部の板厚（肉厚）ｔ_２：０．６６ｍｍ
・伝熱フィン（試料）の厚さ（奥行き）：１０ｍｍ
・比較例ａ，ｂ，ｃ：図１０に示す伝熱フィン１００の肉厚を０．６ｍｍ，０．７ｍｍ，０．８ｍｍとした、厚さ（奥行き）：１０ｍｍの試料。

＜実験方法＞
上記条件の伝熱フィン（試料）｛深さ（Ｄ）が３ｍｍ，５ｍｍ，８ｍｍ、但し、実施品（θ＝２６°）については、５．３ｍｍ｝を、図９に示すように、伝熱フィン１０の直径より大きい曲率の円弧状の上面を有する固定台Ｆの上に、開口１１ａとＶ字状屈曲部１２とを結ぶ線Ｌが固定台Ｆと平行になるように載置する。この状態で、開口１１ａとＶ字状屈曲部１２とを結ぶ線Ｌと直交する中心点直上から下方向に荷重１０Ｎを加えて、Ｖ字部１２ａの深さ（Ｄ）と変位量（撓み）（δ）との関係について、構造解析ソフトを用いて調べたところ、表１に示すような結果が得られた。

上記実験において、伝熱フィンの肉厚が０．６ｍｍでは押出加工上、実施が不可能（×）であり、また、肉厚が０．７ｍｍでは不良率の可能性（△）があるため、評価実績がない。肉厚が０．８ｍｍにおいては押出加工が良好（○）で、評価実績が得られた。実験の結果、角度（θ）が２５°〜３５°の範囲が現実的と考えられる。

次に、Ｖ字状屈曲部１２の深さ（Ｄ）と撓み（δ）との関係を考察するために、角度（θ）が２５°の場合を代表して、実験を行ったところ、表２及び図１１に示すような結果が得られた、

上記実験の結果、深さ（Ｄ）が４ｍｍ〜１０ｍｍの範囲では、変位量（撓み）（δ）が５．７６ｍｍ〜５．７７９ｍｍ｛最大：６．０２５（深さ７ｍｍ）｝で良好であり、深さ（Ｄ）が５ｍｍ〜８ｍｍの範囲では、変位量（撓み）（δ）が５．９４２ｍｍ〜５．９５８ｍｍ｛最大：６．０２５（深さ７ｍｍ）｝で更に良好であることが判った。

角度（θ）が３０°，３５°における深さ（Ｄ）が５ｍｍ、８ｍｍの場合の変位量（撓み）（δ）も、表１に記載のように５．８６３ｍｍ〜５．９７５ｍｍであり、角度（θ）が２５°の場合と同様に良好であることが推測できる。

上記実験の結果より、伝熱フィン１０に設けられたＶ字状屈曲部１２のＶ字部１２ａの内角が２５°〜３５°で、Ｖ字状屈曲部１２の深さ（Ｖ字内方向長さ）（Ｄ）と伝熱フィン１０の半径（Ｒ）の比率（Ｄ／Ｒ）は、４/１７〜１０/１７が好ましく、５/１７〜８/１７が更に好ましいことが判った。

なお、実施例では、伝熱フィン１０の板厚（肉厚）に対してＶ字部１２ａの板厚（肉厚）が薄い場合について説明したが、伝熱フィン１０とＶ字部１２ａの板厚（肉厚）を同じにした場合でも、凹状湾曲部１３０を有する伝熱フィン１００（比較例）（図１０参照）に比べてＶ字部１２ａに応力が集中するため、撓みの変位量は大きくなる。

また、比較例ａ，ｂ、ｃから判るように、肉厚を薄くすれば変位量（撓み）は劇的に良好になるが、薄くし過ぎると不良率が増加してしまう。したがって、応力集中箇所をＶ字状とし、Ｖ字部の角度（内角）と長さ（深さ）を上記のように調節することで、肉厚の薄い伝熱フィンの変位量（撓み）に近づけることができる。

１ 集熱部
２ 二重真空管
２ａ 外管
２ｂ 内管
３ 選択吸収膜
１０ 伝熱フィン
１１ａ 開口
１２ Ｖ字状屈曲部
１２ａ Ｖ字部
１３ 嵌合溝部
１４ 陽極酸化皮膜（陽極酸化皮膜処理、アルマイト処理）
１５ 熱媒管
θ Ｖ字状屈曲部の内角
Ｄ Ｖ字状屈曲部のＶ字内方向の長さ（深さ）
Ｒ 伝熱フィンの半径
δ 撓み（変位量）
Ｘ 内管の内径
Ｙ 伝熱フィンの外径

Claims (7)

1. 太陽放射エネルギを集熱部に集中させ、上記集熱部内を流れる熱媒体を温める太陽光集熱装置であって、
   透明なガラス製の二重真空管と、上記二重真空管の内管の外周面に被覆される選択吸収膜と、弾発力によって上記二重真空管の内管の内周面に面接触可能な伝熱フィンと、上記伝熱フィンの内側面に面接触する熱媒管とを具備し、
   上記伝熱フィンの外表面には陽極酸化皮膜処理が施され、かつ、伝熱フィンの外径が上記二重真空管の内管の内径と同径以上に形成され、更に上記伝熱フィンは、一側が開口した断面円弧状に形成されると共に、上記開口と対向する部位に先端が位置すべく円弧状部の内方に向かってＶ字状に屈曲するＶ字状屈曲部が設けられ、上記伝熱フィンのＶ字状屈曲部分の肉厚が、それ以外の伝熱フィン部分よりも薄く形成されている、
   ことを特徴とする太陽光集熱装置。
2. 太陽放射エネルギを集熱部に集中させ、上記集熱部内を流れる熱媒体を温める太陽光集熱装置であって、
   透明なガラス製の二重真空管と、上記二重真空管の内管の外周面に被覆される選択吸収膜と、弾発力によって上記二重真空管の内管の内周面に面接触可能な伝熱フィンと、上記伝熱フィンの内側面に面接触する熱媒管とを具備し、
   上記伝熱フィンの外表面には陽極酸化皮膜処理が施され、かつ、伝熱フィンの外径が上記二重真空管の内管の内径と同径以上に形成され、更に上記伝熱フィンは、一側が開口した断面円弧状に形成されると共に、上記開口と対向する部位に先端が位置すべく円弧状部の内方に向かってＶ字状に屈曲するＶ字状屈曲部が設けられ、上記伝熱フィンに設けられた上記Ｖ字状屈曲部のＶ字部の内角が２５°〜３５°である、
   ことを特徴とする太陽光集熱装置。
3. 太陽放射エネルギを集熱部に集中させ、上記集熱部内を流れる熱媒体を温める太陽光集熱装置であって、
   透明なガラス製の二重真空管と、上記二重真空管の内管の外周面に被覆される選択吸収膜と、弾発力によって上記二重真空管の内管の内周面に面接触可能な伝熱フィンと、上記伝熱フィンの内側面に面接触する熱媒管とを具備し、
   上記伝熱フィンの外表面には陽極酸化皮膜処理が施され、かつ、伝熱フィンの外径が上記二重真空管の内管の内径と同径以上に形成され、更に上記伝熱フィンは、一側が開口した断面円弧状に形成されると共に、上記開口と対向する部位に先端が位置すべく円弧状部の内方に向かってＶ字状に屈曲するＶ字状屈曲部が設けられ、上記伝熱フィンのＶ字状屈曲部分の肉厚が、それ以外の伝熱フィン部分よりも薄く形成され、上記伝熱フィンに設けられた上記Ｖ字状屈曲部のＶ字部の内角が２５°〜３５°である、
   ことを特徴とする太陽光集熱装置。
4. 請求項１ないし３に記載の太陽光集熱装置において、
   上記伝熱フィンの半径（Ｒ）と上記Ｖ字状屈曲部のＶ字内方向長さ（Ｄ）の比率（Ｄ/Ｒ）が４/１７〜１０/１７である、ことを特徴とする太陽光集熱装置。
5. 請求項１ないし３に記載の太陽光集熱装置において、
   上記伝熱フィンの半径（Ｒ）と上記Ｖ字状屈曲部のＶ字内方向長さ（Ｄ）の比率（Ｄ/Ｒ）が５/１７〜８/１７である、ことを特徴とする太陽光集熱装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の太陽光集熱装置において、
   上記伝熱フィンの内側面に、断面が狭隘開口状の嵌合溝部が長手方向に沿って設けられ、上記嵌合凹溝部内に上記熱媒管が嵌合されている、ことを特徴とする太陽光集熱装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の太陽光集熱装置において、
   上記伝熱フィンは、アルミニウム製押出形材にて形成されている、ことを特徴とする太陽光集熱装置。

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