JP7137845B2 - 太陽熱温水器 - Google Patents

Description

本発明は太陽熱温水器に関するものである。

太陽光により水を加温して温水にする太陽熱温水器が知られている。この種の太陽熱温水器としては、透明ガラス管の内側に真空断熱層を介して金属製の集熱管を収容し、更にその集熱管の内部に同じく金属製の注入管を収容して加温筒を構成し、該加温筒を複数本併設した構造となっている。注入管に注入された水は、注入管の端部から注水管と集熱管との間に形成された戻り流路へ流れる。水は戻り流路内を注水管とは逆方向に流れる間に集熱管の表面に吸収された太陽光の熱により加温されて温水になる（例えば、特許文献１参照）。

特開平６－２４９５２１号公報

しかしながら、このような関連技術にあっては、注入管に注入された水が注水管と集熱管の間の戻り流路内を流れる間に加温する構造のため、加温速度を高めるべく、集熱管の径を大きくして太陽光を吸収する表面積を増しても、径を大きくした分、注入管と集熱管の間の戻り流路の容量も大きくなり、加温速度がそれほど向上しない。

本発明は、このような関連技術に着目してなされたものであり、従来よりも短時間で水を加温することができる太陽熱温水器を提供することを目的としている。

本発明の第１の技術的側面によれば、透明ガラス管の内部に真空断熱層を介して金属製の集熱管を収容し、該集熱管の内部に金属製の注水管を端部が集熱管の底部から離間した状態で収容し、注入管の端部から出た水が集熱管の内部に形成された戻り流路内を流れる間に集熱管の表面で吸収された太陽光により加温される構造の加温筒を複数併設し、各加温筒の頭部に注水管と連通する給水通路と、戻り流路と連通する出湯通路を形成し、隣接する加温筒の頭部の出湯通路と給水通路とを連結管で連結した太陽熱温水器において、前記注入管の外側に金属製の外管を設けると共に、該外管と注入管との間に両端が防水栓で塞がれた空気層を形成し、外管と集熱管との間に戻り流路を形成したことを特徴とする。

本発明の第２の技術的側面によれば、空気層の頭部側の防水栓に大気と連通する連通路が貫通状態で形成されていることを特徴とする。

本発明の第１の技術的側面によれば、注入管の外側に金属製の外管を設けると共に、注入管と外管との間に両端が防水栓で塞がれた空気層を形成したため、集熱管の径を大きくしても、外管と集熱管の間に形成される戻り流路の容量は大きくならない。そのため集熱管の径を拡大して、その表面積を増大させ、太陽光のエネルギーをより多く吸収することにより、水を短時間で加温することが可能となる。また注入管と外管との間のスペースが空気層のため、そのスペースにより熱エネルギーが奪われることがない。

本発明の第２の技術的側面によれば、連通路により空気層を大気と連通させたため、空気層の内部圧力が変動することはなく、空気層の両端の防水栓の防水性能に影響を与えない。

太陽熱温水器を示す一部断面の側面図。 太陽熱温水器を示す一部断面の平面図。 加温筒を示す縦断面図。 図３中矢示ＳＡ－ＳＡ方向に沿う断面図。 加温筒の頭部を示す平面図。 図２中矢示ＳＢ－ＳＢ方向に沿う断面図。

図１～図６は、本発明の好適な実施形態を示す図である。

太陽熱温水器１は表面が透明ガラス板２により覆われた角形容器状のケース３を備えている。ケース３は長さの異なる脚部４により、北側を高くした状態で、表面の透明ガラス板２を南向きに傾斜させた状態となっている。ケース３の北側の端部は取り外し自在なカバー５となっている。

ケース３の内部には長手方向を南北に向けた加温筒６が東西方向に沿って５本併設された状態で収納されている。加温筒６の下側には加温筒６の断面形状に応じて波形に湾曲した断面形状のリフレクタ７が設けられている。リフレクタ７は金属製で表面に鏡面加工が施されている。

加温筒６はステンレス製の頭部８と底部９を有し、その間に透明ガラス管１０が設けられている。底部９の中央にはネジ蓋１１が設けられている。透明ガラス管１０の内部には、上端が頭部８に固定され、下端が透明ガラス管１０の底部９から離間した集熱管１２が設けられている。集熱管１２の底部はキャップ１３により塞がれた状態となっており、全体がキャップ１３も含めて銅製である。この集熱管１２は従来よりも多くの太陽光Ｌを表面で吸収すべく大きな径で形成され、その表面には黒色塗装が施されている。

集熱管１２の内部には、上端が頭部８に固定され、下端が集熱管１２のキャップ１３から離間した注入管１４が設けられている。注入管１４の外側には注入管１４により若干大径で、下端の位置が注入管１４と一致した外管１５が設けられている。注入管１４と外管１５は両方とも集熱管１２と同様に銅製である。

注入管１４と外管１５の間には、上下端部が耐熱ゴム製の防水栓１６により塞がれた空気層Ａが形成されている。上側の防水栓１６には頭部８を貫通する連通路１７が形成され、空気層Ａは大気と連通した状態になっている。

外管１５と集熱管１２とは小さな間隔で離間しており、その間に戻り流路Ｂが形成されている。集熱管１２を大きな径で形成しているが、戻り流路Ｂが注入管１４と集熱管１２の間に存在する外管１５により形成されるため、その容量は比較的小さい。

加温筒６の頭部８の内部には給水通路１８と出湯通路１９が互いに交差しないように形成されている。そして給水通路１８は注入管１４の上端に接続されて、注入管１４と連通した状態となっており、出湯通路１９は戻り流路Ｂの上端に接続されて戻り流路Ｂと連通した状態となっている。

隣接する加温筒６の頭部８同士の出湯通路１９と給水通路１８とはそれぞれ連結管２０で連結されている。そして各加温筒６内に形成される給水通路１８→注入管１４→戻り流路Ｂ→出湯通路１９からなる流路が５本の加温筒６において直列的に連続形成されている。

加温筒６の透明ガラス管１０の内部は予め底部９のネジ蓋１１を外した後のネジ孔から内部の空気が排気されて真空状態となっている。従って、集熱管１２の周囲は真空断熱層Ｃとなっている。

そして給水通路１８から注入管１４に注入された水（熱媒体）Ｗは、注入管１４の下端から戻り流路Ｂの下側に流れ、戻り流路Ｂ内を注入管１４とは逆方向に流れる間に集熱管１２により加温される。

集熱管１２の表面には透明ガラス板２を透過して太陽熱温水器１内に入射した太陽光Ｌが直接的或いはリフレクタ７に反射されて照射される。その太陽光Ｌが集熱管１２の表面で吸収されて熱に変換されるため、戻り流路Ｂを流れる水Ｗは集熱管１２と接触することにより、その熱により加温される。戻り流路Ｂで加温された水Ｗは出湯通路１９から排出されて、次の加温筒６で次々に加温されて温水Ｈとなる。集熱管１２の周囲には真空断熱層Ｃが形成されているため、集熱管１２の熱が外部に伝達されて失われることはない。

この実施形態によれば、集熱管１２の径を拡大して、その表面積を増大させ、太陽光Ｌのエネルギーをより多く吸収することにより、戻り流路Ｂ内を流れる水Ｗを短時間で加温することができる。また注入管１４と外管１５との間のスペースが空気層Ａのため、そのスペースにより熱エネルギーが奪われることもない。このスペースを金属で埋めたりすると、最初にそのスペースを温めるために熱が奪われ、水の加温速度が低下してしまう。

また、戻り流路Ｂ内の水Ｗは注入管１４の水Ｗよりも温度が高いため、比重差による浮力が生ずることにより流路の損失抵抗を軽減する効果がある。

更に空気層Ａを連通路１７により大気と連通状態としたため、空気層Ａの内部圧力が変動することはなく、空気層Ａの両端にある防水栓１６の防水性能に影響を与えることもない。

１ 太陽熱温水器
６ 加温筒
８ 頭部
９ 底部
１０ 透明ガラス管
１２ 集熱管
１４ 注入管
１５ 外管
１６ 防水栓
１７ 連通路
１８ 給水通路
１９ 出湯通路
２０ 連結管
Ａ 空気層
Ｂ 戻り流路
Ｃ 真空断熱層
Ｈ お湯
Ｌ 太陽光
Ｗ 水

Claims (1)

1. 透明ガラス管の内部に真空断熱層を介して金属製の集熱管を収容し、該集熱管の内部に金属製の注入管を端部が集熱管の底部から離間した状態で収容し、注入管の端部から出た水が集熱管の内部に形成された戻り流路内を流れる間に集熱管の表面で吸収された太陽光により加温される構造の加温筒を複数併設し、
   各加温筒の頭部に注入管と連通する給水通路と、戻り流路と連通する出湯通路を形成し、隣接する加温筒の頭部の出湯通路と給水通路とを連結管で連結した太陽熱温水器であって、
   前記注入管の外側に金属製の外管を設けると共に、該外管と注入管との間に両端が防水栓で塞がれた空気層を形成し、外管と集熱管との間に戻り流路を形成し、
   空気層の頭部側の防水栓に大気と連通する連通路が貫通状態で形成されている
   ことを特徴とする太陽熱温水器。

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