JPH01256757A - 吸放熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、いわゆるソーラーシステムに関し、特に、太
陽熱エネルギを有効に吸収し及び／又は放出する吸放熱
装置に係るものである。

（従来技術） 近時、太陽熱エネルギを吸収する集熱器として広範に普
及しているものは、−船釣には平板式と、真空管式とに
大別することができる。その両者を対比すれば、集熱効
率に関しては集熱部とガラスカバ一部とを真空遮断した
真空管式が有利であり、他方、構造面では簡潔な構成の
平板式が例えば量産性・経済性において勝っている。な
お、基本的には、いずれの方式も、選択吸収膜処理が施
された集熱フィンの間に配置した細い配管に熱媒体を通
して集熱を行う点で変わるところがない。

一般に、このような集熱器は蓄熱容量を持たず、別体の
蓄熱槽と組合わされて強制循環式ソーラーシステムを構
成している。蓄熱槽は、集熱器によって集められた太陽
熱エネルギを温水として蓄える機能を有し、通常は熱媒
体が不凍液であるために熱交換コイルが必要とされ、缶
体として、保温用外装が施されたステンレス鋼製の圧力
容器を具えている。既知のシステムにおいては、集熱器
と、蓄熱槽との間に循環ポンプが配置され、自動制御機
能によりポンプを作動させて熱媒体を、例えば、集熱器
の入口側および出口側の温度差に応じて自動的に強制循
環させるものである。

すなわち、従来の集熱器は、構造および機能が比較的複
雑なシステムにおける一つの構成要素として用いられる
ものであり、システム全体として考えると高価であると
共に作動の信頼性を向上するのが困難である等の理由に
より、多くの利点を有するにも拘らず、広く普及させる
のに適当とは言えない。

（発明の開示） 本発明は、全体構造および機能が簡単で安価に製造する
ことができ、同時に、優れた集熱性能を発揮するソーラ
ーシステムを提案することを主な目的としている。

発明者は、かかる目的を達成すべ（鋭意検討を重ねたと
ころ、前述のごとき従来技術の問題点は、蓄熱容量を持
たない集熱器と、別体の蓄熱槽との組合わせによってシ
ステムを構成することに由来しており、集熱器自体に蓄
熱容量を持たせる場合には効果的に解消しうるとの着想
に至って本発明を完成したものである。

すなわち本発明によれば、相互に一体的に同軸配置され
た外筒部材および内筒部材を含み、外筒部材および内筒
部材の間のスペースが真空室とされ、外筒部材は、ほぼ
全周が太陽光線に対する透過性を有する材料よりなり、
内筒部材は、熱媒体の出入口を有し、内部が熱媒体の蓄
熱槽として形成され、その外周面のほぼ半周にわたって
選択吸収膜処理が、また残余のほぼ半周には輻射膜処理
が、それぞれ施され、さらに、少なくとも内筒部材の外
周面における前記輻射膜処理部分を選択的に遮蔽し又は
開放するシャッター手段を具える基本的な構成を有し、
内筒部材に所要の蓄熱容量を持たせた集熱器によって別
体の蓄熱槽を不要とすると共に、シャッター手段を適宜
作動させて放熱機能を必要時にのみ発揮させることので
きる吸放熱装置が得られる。

従来技術において蓄熱容量を持たない集熱器が一般的で
あったのは、集熱器が建造物の屋根上に設置されるのが
普通であり、したがって集熱器の可及的な軽量化を図っ
て屋根に及ぼされる荷重を極力軽減する必要性があった
ことに由来している。

これに対して本発明は、集熱器を建造物の屋根に設置し
ない場合でも、その配置如何によっては十分な集熱の行
えることが多く、特に、集熱器を例えば建造物の壁面と
して又は建造物から分離して配置する場合には集熱器の
軽量化についての要求が緩和されるので、集熱器に単な
る集熱機能に止まらず蓄熱機能も持たせることができ、
その結果として集熱器とは別体の蓄熱槽および強制循環
ポンプは勿論、システム全体の複雑な制御機能が、いず
れも不要になるという、当業界のこれまでの技術常識か
ら脱却した革新的な着想に基づくものである。

本発明は、さらに、蓄熱機能を有する集熱器を特に建造
物の外壁として配置する場合には、その集熱器を、同時
に、室内に露出した放熱面を有する放熱器としても利用
することが可能となり、システム全体の集熱、蓄熱およ
び放熱の各機能の全てをコンパクトな一体ユニットに統
合することができる、との着想にも基づくものである。

（発明を実施するための最良の形態） 以下、本発明を図示の好適な実施例について詳述する。

第１Ａ図および第１Ｂ図は本発明による吸放熱装置の原
理的な基本構成を示す略図である。この吸放熱装置１０
は、外筒部材１１および内筒部材１２を含み、これら両
部材１１．１２は相互に一体的に同軸配置されている。

外筒部材１１と内筒部材１２との間のスペースは真空室
１３とされている。外筒部材１１は、全周が太陽光線に
対する透過性を有する材料、例えば透明ガラスにより構
成する。また、内筒部材１２は熱伝導率に優れた適宜の
材料、−船釣には銅よりなり、熱媒体の入口１４Ａおよ
び出口１４Ｂを有すると共に、内部が熱媒体の蓄熱槽１
５として形成されている。熱媒体の入口１４Ａは、第１
Ａ図に示すように、内筒部材１２の一端から他端付近ま
で延在する同軸の小径導管１４Ｇの端部により構成する
のが有利である。

本発明の吸放熱装置においては、熱媒体として、不凍液
を使用する必要がなく、水をそのまま使用することが可
能である。この場合には、入口１４Ａは水道等の給水源
（図示せず）に接続し、また、出口１４Ｂは温水を必要
とする箇所、例えば浴室、洗面所及び／又は台所におけ
る温水吐出用の蛇口（図示せず）に接続することができ
る。

本発明によれば、内筒部材１２は、その外周面のほぼ半
周１２Ａにわたり選択吸収膜処理が、また残余のほぼ半
周１２Ｂには輻射膜処理が、それぞれ適宜の方法によっ
て施されている。これら機能膜を形成するために必要と
される電解着色、化成処理、黒色クロムメツキ、黒色ペ
イントの塗布等の表面処理技術は、いずれも当業者にお
いて周知であり、詳細な説明を特に要しないものである
。

本発明の吸放熱装置１０は、さらに、少なくとも内筒部
材１２の外周面における輻射膜処理部分１２Ｂを選択的
に遮蔽し又は開放するシャッター素子１６を有する。こ
のシャッター素子１６は、例えば外筒部材１１の外周面
と重ねて配置しうるよう、外筒部材１１の外径とほぼ等
しい内径の半円弧断面形状を呈するプラスチック板より
なり、その内周に反射鏡面処理が施されたもので構成す
ることができる。

また、シャッター素子１６を、外筒部材１１の外径とほ
ぼ等しい内径を有する透明プラスチック製の円筒素子と
して形成し、その半周のみに反射鏡面処理が施されたも
ので構成してもよい。なお、シャ・ツタ−素子１６にお
ける反射鏡面処理部分の外周面には、適当な断熱材を施
しておくことができる。

シャッター素子１６は、図示しない適宜の操作手段によ
り、内筒部材１２の外周面における輻射膜処理部分１２
Ｂに対向する第１の角度位置（第１Ｂ図参照）と、内筒
部材外周面の選択吸収膜処理部分］、２Ａに対向する第
２の角度位置との間を、外筒部材１１の外周に沿って移
動可能とする。この操作手段はモータ等の駆動装置によ
り駆動しうる構成とすることができ、また手動で操作す
る形式のものであっても良い。

シャッター素子１６が、第１Ｂ図に示すように内筒部材
１２の外周面における輻射膜処理部分１２Ｂに対向する
第１の角度位置にあるときは、同図において多数の平行
矢印で表したごとく太陽光線を、吸放熱装置１０の表面
側に位置する内筒部材１２の選択吸収膜処理部分１２Ａ
上に入射させることができる。したがって、太陽エネル
ギが選択吸収膜処理部分１２Ａにおいて有効に吸収され
て内筒部材１２内の熱媒体としての水を加熱し、かくし
て得られた温水は内筒部材１２が形成する蓄熱槽１５内
に溜られる。他方、この角度位置においてはシャッター
素子１６、特にその反射鏡面処理部分が内筒部材外周面
の輻射膜処理部分１２Ｂに対向するので、同部分１２Ｂ
が遮蔽され、吸放熱装置１０の裏面側に向けての輻射放
熱が阻止される。すなわち、シャッター素子１６の第１
の角度位置は、吸放熱装置１０の集熱・蓄熱モードに対
応するものである。

これに対して、シャッター素子１６が内筒部材１２の外
周面における選択吸収膜処理部分Ｉ２Δに対向する第２
の角度位置にあるときは同部分１２Ａ−１：への太陽光
線の入射が阻止され、内筒部材１２内の水の加熱は行わ
れない。他方、この角度位置ではシャッター素子１６が
内筒部材の外周面における輻射膜処理部分１２Ｂを遮蔽
するので、内筒部材１２が形成する蓄熱槽１５内に溜ら
れた温水の熱エネルギが吸放熱装置ＩＯの裏面側に向け
て輻射される。したがって、吸放熱装置ｌＯを例えば裏
面側が建造物の室内に露出するように配置する場合には
、吸放熱装置１０からの輻射放熱によって室内を暖房す
ることが可能となる。すなわち、シャッター素子１６の
第２の角度位置は、吸放熱装置１０の放熱モードに対応
するものである。

そして、吸放熱装置１０の集熱・蓄熱モードと放熱モー
ドとは、シャッター素子１６を外筒部材１１の外周に沿
って上記２位置間で移動させて切換えることが可能であ
る。さらに、吸放熱装置１０が上記いずれの作動モード
にある場合であっても、蓄熱槽１５内の温水を所要に応
じて随時利用することができる。すなわち、例えば、水
道の蛇口を開いて吸放熱装置１０の入口１４Ａから蓄熱
槽１５内に冷水を供給すると、その供給量に応じた量の
温水が出口１４ｒ３から排出されるので、その温水を浴
室、洗面所及び／又は台所における温水蛇口から吐出さ
せて利用に供することが可能である。この場合の吸放熱
装置ｌＯ内における冷水および温水の流れは、第１Ａ図
に矢印で示すとおりである。

第２Ａ図および第２Ｂ図は、基本的には上述の構成を有
する吸放熱装置１０の複数個を、相互に隣接配置し、か
つ、パネル状に結合して構成したユニット２０を示すも
のである。このユニット２ｏは、建造物の外壁兼内壁を
形成しうる規格寸法の建材として形成することができる
。ユニット２０において、熱媒体の導入・排出に供する
各吸放熱装置１゜の入口１４Ａおよび出口１４Ｂは、そ
れぞれヘッダー２１Ａ、２１Ｂを介して給水導管２２お
よび吐出導管２３に接続する。これら導管２２．２３に
は所要に応じて絞り弁２４．２５を配置することができ
、また、吐出導管２３は補助熱源２６を経て温水吐出用
の蛇口２７に至る構成とするのが望ましい。

本例のユニット２ｏにおいては、各吸放熱装置１０に個
別的にシャッター素子を設ける代わりに、全ての吸放熱
装置について共通とした単一のシャッター素子２８を配
置する。このシャッター素子２８は、前述の例における
ようにモータ等の駆動装置により、または図示の操作ハ
ンドル２９を手動操作することにより、各吸放熱装置の
内筒部材１２における外周面の輻射膜処理部分１２Ｂに
対向する第１の角度位置と、内筒部材外周面の選択吸収
膜処理部分１２Ａに対向する第２の角度位置との間を、
パネル状ユニット２０の外周に沿って移動可能とする。

シャッター素子２８は、例えば透明な可撓性プラスチッ
ク材料シートをユニット２０の全幅に相当する幅の無端
ベルト状に形成し、その全長のほぼ半分にわたって内面
に反射鏡面処理を施した構成とすることができる。なお
、図面ではシャッター素子２８における鏡面処理部分２
８Ａを実線で、また鏡面処理が施されていない透明部分
２８Ｂを一点鎖線で、それぞれ便宜的に示しである。

本実施例の吸放熱ユニッ１−２０は、第３Ａ図および第
３Ｂ図に示すように、建造物３ｏの外壁および内壁を兼
ねる建材として使用することができる。

この場合、吸放熱ユニッ１−２０のシャッター素子２８
における鏡面反射部分２８Ａが各内筒部材１２の外周面
における輻射膜処理部分１２Ｂに対向する角度位置にあ
るとき（第３Ａ図）は、太陽光線を、屋外に向けられた
選択吸収膜処理部分−ヒに入射させることができ、太陽
エネルギによって内筒部材１２内の水を加熱すると共に
温水を蓄熱槽Ｉ５内に溜ることができる。他方、この角
度位置においてはシャッター素子２８の反射鏡面処理部
分２８Ａが内筒部材外周面の輻射膜処理部分を遮蔽する
ので、ユニット２０の屋内に向けての輻射放熱が阻止さ
・れる。すなわち、シャッター素子２８の第１の角度位
置は、ユニット２０の集熱・蓄熱モードに対応するもの
である。

これに対して、シャッター素子２８における鏡面反射処
理部分２８Ａが各内筒部材１２の外周面における選択吸
収膜処理部分に対向する第２の角度位置にあるとき（第
３Ｂ図）は、選択吸収膜処理部分上への太陽光線の入射
が阻止され、内筒部材１２内の水の加熱は行われない。

他方、この角度位置ではシャッター素子２８が内筒部材
の屋外に向けられた輻射膜処理部分を遮蔽するので、蓄
熱槽１５内に溜られた温水の熱エネルギがユニット２０
の屋内側に向けて輻射され、ユニット２０からの輻射放
熱によって室内を暖房することが可能となる。すなわち
、シャッター素子１６の第２の角度位置は、ユニット２
０の放熱モードに対応するものである。

そして、吸放熱ユニット２０の集熱・蓄熱モードと放熱
モードとは、シャッター素子２８をユニットの外周に沿
って」二記２位置間で移動させて切換えることが可能で
ある。さらに、ユニット２０の上記いずれの作動モード
においても、例えば第３Ａ図に示すように台所等で蛇口
２７を開いて蓄熱槽１５内の温水を随時利用することが
できる。

このように、第２Ａ図および第２Ｂ図の実施例の吸放熱
ユニットを建材として建造物に組込む場合には、いわゆ
るソーラーハウスの建築に際して集熱器を屋根上に、放
熱パネルを床下にそれぞれ設置する必要がなくなるので
、建築コストを著しく低減することが可能となる利点が
得られるものである。

しかし、第２Ａ図および第２Ｂ図の実施例の吸放熱ユニ
ットは、建造物に建材として組込む用途のみに限定され
るものではない。すなわち、例えば第４図に示すように
、吸放熱ユニット２０を水平面に対して所定の角度だけ
傾斜させた状態で支持する架台４０に取付け、架台４０
にキャスター４１を設けて屋外でも使用可能な可搬式吸
放熱ユニットとすることもできる。この場合には、吸放
熱ユニットをレジャー施設の仮設給湯設備や、農業施設
の仮設熱源として使用することもできる。

以上詳述したところから明らかなとおり、本発明によれ
ば、集熱器自体に蓄熱容量を持たせた構成によって従来
技術の諸問題点を一挙に解消し、全体構造および機能が
簡単で安価に製造しつると共に優れた集熱性能を発揮す
るソーラーシステムを実現することが可能となるもので
ある。

なお、本発明が上述した以外の多くの態様をもって実施
しうろことは、言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図の（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明による吸放
熱装置の原理構成を示す縦断面図および横断面図、 第２図の（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明の一実施例
による吸放熱ユニットの系統線図および同ユニットの集
熱・蓄熱モードを示す側面図、 第３図の（Ａ）、　（Ｂ）は、それぞれ吸放熱ユニット
を建材として用いた実施例の集熱・蓄熱モードおよび放
熱モードを示す路線図、　第４図は吸放熱ユニットを可
搬式ユニットとした実施例の斜視図である。 １０・・・吸放熱装置、　１１・・・外筒部材、１２・
・・内筒部材、１２Ａ・・・選択吸収膜処理部分、１２
Ｂ・・・輻射膜処理部分、　１３・・・真空室、１４Ａ
・・・熱媒体人口、　１４１３・・・熱媒体出口、１５
・・・蓄熱槽、　１６・・・シャッター素子、２０・・
・吸放熱ユニット、 ２１Ａ、２１Ｂ・・・ヘッダー、　２２・・・給水導管
、２３・・・吐出導管、　２６・・・補助熱源、２７・
・・温水吐出用蛇口、２８・・・シャッター素子、２８
Ａ・・・反射鏡面処理部分、 ２９・・・操作ハンドル、　３０・・・建造物、４０・
・・架台、４１・・・キャスター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相互に一体的に同軸配置された外筒部材および内筒
   部材を含み、外筒部材および内筒部材の間のスペースが
   真空室とされ、 外筒部材は、ほぼ全周が太陽光線に対する 透過性を有する材料よりなり、 内筒部材は、熱媒体の出入口を有し、内部 が熱媒体の蓄熱槽として形成され、その外周面のほぼ半
   周にわたり選択吸収膜処理が、また残余のほぼ半周には
   輻射膜処理が、それぞれ施され、さらに、 少なくとも内筒部材の外周面における前記 輻射膜処理部分を選択的に遮蔽し又は開放するシャッタ
   ー手段を具えることを特徴とする吸放熱装置。 ２、請求の範囲第１項記載の吸放熱装置における前記外
   筒部材が所要の機械的強度を有するガラス管であること
   を特徴とする吸放熱装置。 ３、請求の範囲第１項または第２項記載の吸放熱装置に
   おける前記内筒部材が、熱伝導率に優れた金属材料、例
   えば銅よりなることを特徴とする吸放熱装置。 ４、請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一項に記載の
   吸放熱装置の複数個を相互に隣接配置し、かつ、パネル
   状に結合してなるユニットであって、前記シャッター手
   段を、全ての吸放熱装置について共通のものとしたこと
   を特徴とする吸放熱ユニット。 ５、請求の範囲第４項記載の吸放熱ユニットを建造物の
   外壁兼内壁としうる規格寸法に形成したことを特徴とす
   る建材。 ６、請求の範囲第４項記載の吸放熱ユニットを水平面に
   対して所定の角度だけ傾斜させた状態で支持する架台に
   取付け、屋外でも使用可能としたことを特徴とする可搬
   式吸放熱ユニット。