JPH0222305B2 - - Google Patents

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JPH0222305B2
JPH0222305B2 JP57084111A JP8411182A JPH0222305B2 JP H0222305 B2 JPH0222305 B2 JP H0222305B2 JP 57084111 A JP57084111 A JP 57084111A JP 8411182 A JP8411182 A JP 8411182A JP H0222305 B2 JPH0222305 B2 JP H0222305B2
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JP
Japan
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solar energy
space
energy collector
collector panel
zeolite
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JPS57198960A (en
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Ai Chaaneu Deimitaa
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Publication of JPH0222305B2 publication Critical patent/JPH0222305B2/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明の背景 本発明は、分子ふるいであるゼオライトの収着
能の大なる変化性を利用して太陽エネルギーを加
熱・冷却用エネルギーに変換させる装置に関する
ものである。本発明は特に、連続状態の
(contiguonus)密閉ゼオライトパネルと、蒸発
器−凝縮器複合型熱交換器とを有し、これによつ
て、部分的真空下における水系冷媒の絶対温度の
小さい変化を蒸気圧の比較的大きい変化に変え、
そしてこの変化を冷却および冷凍力の発生のため
に利用するように構成された、一体化された太陽
エネルギーコレクターに関する。 太陽エネルギーを加熱・冷却の目的のために使
用するときにみられる主な技術的困難の1つは、
太陽エネルギーの密度が低いことである(この密
度は1.5キロワツト/m2より小さい)。太陽エネル
ギーコレクターで得られる温度差(temperature
differentials)は小さく、そして、太陽エネルギ
ー集中器を使用した場合でさえ、400−600〓より
上の温度を得るためには複雑な太陽追尾技術が必
要である。したがつて、小さい温度差すなわち50
−180〓程度の温度差のもとで太陽エネルギーを
効果的に他の形のエネルギーに変換できる装置の
開発が切望されていた。この型の装置、特に家庭
内で加熱、冷却および空調(エアコンデイシヨニ
ング)のために有利に使用できる装置が、ゼオラ
イトの独得な特性を利用することにより製作でき
ることが見出された。この装置の出力は、太陽エ
ネルギー入力量(load)が増加したときに増大
し、したがつて;加熱や冷却のためのエネルギー
の需要量が増加したときに、この需要が自動的に
この装置の出力増大によりみたされるのである。 当業者には明らかなように、太陽エネルギーの
利用により得られる温度差は小さいから、普通の
ガス膨張を利用した装置のカルノー効率は必然的
に非常に低い。この理由のために、大抵の太陽エ
ネルギー−冷凍システムは、液中のガスの溶解度
の温度変化を利用した信頼性のある吸収式冷凍サ
イクルを含む形式のものである。このプロセスで
は熱が駆動源であり、その温度依存性は非常に大
きく指数的であり、絶対温度の僅かの変動により
ガス圧が大きく変動する。このプロセスの開発に
より、以前のガス冷凍機に使用されていたアンモ
ニア−水系以外の物質系の商業的利用が可能にな
つた。たとえば、米国ニユーヨーク市のケネデイ
空港には、作動流体として臭化リチウムおよび水
を使用する空調システムが設置されている。 有利に操作できると以前からいわれていた冷凍
固体吸着系はすべて、一般にガス炎または水蒸気
から供給される約300〓の熱源を使用するもので
あつた。このような系は充分な容量で効果的に稼
動できるものであるけれども、商業的には未だ重
要視されていなかつた。一方、平板式コレクター
により集熱された太陽熱の温度は、190〓を越え
ることは稀であり、そしてこのコレクターの集熱
効率は、120−140〓程度の比較的低い温度のとき
にかなり大きいのである。かように、太陽エネル
ギーから得られる冷暖房用熱源は比較的低い温度
範囲のものであり、かつ熱量も低いために、この
分野の研究が政府や私企業の援助のもとでここ数
年間集中的に行われていたのにもかかわらず、商
業的に有望な太陽熱利用冷房システムの関発には
今迄成功していなかつたのである。たとえば、太
陽エネルギーコレクターにおいて臭化リチウム系
を使用した場合には、80〓の水冷式凝縮器が必要
となり、しかも該系は容量が非常に小さく、かつ
低効率であつた。空冷式凝縮器では凝縮温度を
120〓に上げる必要があるが、このように凝縮温
度を上げたときには、140−160〓の稼動温度(こ
の温度は、平板式コレクターから有利に得られる
温度である)は、この系の稼動のためには不充分
な温度である。 分子ふるいであるゼオライトは合成または天然
鉱物物質の1種であつて、これは独得な非線状吸
着特性を有し、温度、圧力の変化により吸着量が
2乗、3乗、4乗またはそれ以上の関数関係で大
きく変動すると文献に記載されている。ゼオライ
トはごく僅かの温度差を非常に大きい圧力差に変
換できるという独特の性質を有し、そしてこの性
質は加熱・冷却の両サイクルにおいて実際に利用
できることが見出された。ゼオライトを使用する
ことにより、独特な構造の太陽エネルギー利用冷
却系が製作できる。すなわちこの系は、固体物質
(ゼオライト)を使用し、それを通じて拡散操作
を行うことが包含するものであつて、可動部材を
使用せずに高変換率で稼動でき、したがつて長寿
命でありかつ信頼性が高いという長所を有するも
のである。 ゼオライトは室温においてH2O、NH3、H2S、
N2、CO2等の如き極性ガス(すなわち双極子モ
ーメントまたは四極子モーメントを有するガス)
や炭化水素、フルオロ−およびクロロ−炭化水素
を多量吸着する。ゼオライトの吸着性質は前記の
如く高度に非線状的であるから、平板式太陽エネ
ルギーコレクターにより容易に得られる程度の温
度に極性ガスを加熱したときに、ゼオライトはこ
のような極性ガスを多量吸着する。 室温において平衡に達しておりそして0.05psia
の分圧を有する水蒸気は、120〓において1.5psia
の圧力を有することが実際に見出された。しかし
てこの温度は、ゼオライトから若干量の水蒸気を
脱着させるのに充分な温度であり、かつまた、
120〓に保たれた凝縮器の中で該水蒸気を凝縮さ
せるのにも充分な温度である。ゼオライトの温度
を140〓の上昇させることによつて、ゼオライト
から水蒸気が10重量%またはそれ以下脱着でき
る。 一方、シリカゲル、活性アルミナおよび活性炭
の如き他種固体吸着剤は前記の条件と同じ条件下
での前記ガスの吸着量がずつと少なく、かつこれ
は160−200〓に加熱されたときでさえごく少量の
ガスしか脱着しない。したがつて、その結果生ず
る圧力はずつと低く、かつ、高圧下におけるガス
脱着量は無視できる程少量である。このようなガ
ス−液系を低温高圧下で稼動した場合には既述の
欠点と同じ欠点を示し、効果的な稼動は不可能で
あることが見出された。このことは、100−120〓
の空冷式凝縮器を用いて140−160〓において稼動
したときに確認された。 理論について述べれば、分子ふるいであるゼオ
ライトのガス吸着量は次式で表わされる。 a=ap2 2+apo o 〔ここにapは当該ガスの限界吸着量であり、 o=exp−〔(RTln(ps/p)/Eon、 nは2−5の間の整数であり、 Rは普遍気体常数であり、 psは限界飽和圧であり、 pは実際の圧力であり、 Eoは活性化エネルギーである(これは1モル
当り数キロカロリー程度の値である)〕。 この点に関する参考文献として、次のものがあ
げられる:M.ズビンおよびV.アスタクホフ編
“デスクリプシヨン、オブ、アドソープシヨン、
エクイリブリア、オブ、ベーパーズ、オン、ゼオ
ライト、オーバー、ワイド、レインジ、オブ、テ
ンペラチユア、アンド、プレツシヤー”、セカン
ド、インターナシヨナル、コンフアレンス、オ
ン、モレキユラー、シーブ、ゼオライツ、1970年
9月8日−11日、ウオーセスター、プリテクニツ
ク、インスチチユート、ウオーセスター、マサチ
ユセツツ、第155−第166頁。 既述の説明から明らかなように、分子ふるいで
あるゼオライトの吸着性は、室温からあまり高く
なくかつ比較的狭い温度範囲内において非常に温
度に敏感である。さらに、ゼオライトは化学的に
不活性であり、豊富に存在し、安価である。 太陽エネルギーコレクターの代表的な例として
平板式コレクターがあげられるが、これはかなり
以前から公知である。このコレクターは一般に充
分に断熱化が行われており、そしてこれは黒色塗
料または黒色板で覆われた太陽光線吸収用金属板
を有し、これによつて太陽光線の約90%が吸収さ
れて熱に変換されるのである。太陽エネルギーコ
レクターのために利用される土地および経済の立
場からみて、加熱・冷却のために吸着剤を使用す
るコレクターの効率は、平板式太陽エネルギーコ
レクターの効率より著しく高いかまたは低いもの
であつてはならない。また、前者のコレクターの
製作費は、後者の平板式太陽エネルギーコレクタ
ーの製作費に冷却量の増加分に相当する額だけ加
えた合計額を越えないものであるべきである。 当該技術分野に関係のある先行特許として、次
の米国特許があげられる。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for converting solar energy into heating and cooling energy by exploiting the highly variable sorption capacity of zeolite, a molecular sieve. In particular, the present invention includes a contiguonus sealed zeolite panel and a combined evaporator-condenser heat exchanger, which allows small changes in the absolute temperature of the water-based refrigerant under partial vacuum. change to a relatively large change in vapor pressure,
and to an integrated solar energy collector configured to exploit this change for the generation of cooling and refrigeration power. One of the main technical difficulties encountered when using solar energy for heating and cooling purposes is that
It is the low density of solar energy (this density is less than 1.5 kilowatts/ m2 ). Temperature difference obtained by solar energy collector
differentials) are small, and complex solar tracking techniques are required to obtain temperatures above 400-600㎓ even when using solar energy concentrators. Therefore, a small temperature difference i.e. 50
There was a strong desire to develop a device that could effectively convert solar energy into other forms of energy under a temperature difference of around -180〓. It has now been found that devices of this type, which can advantageously be used in particular for heating, cooling and air conditioning in the home, can be produced by taking advantage of the unique properties of zeolites. The output of this device increases when the solar energy load increases; therefore; when the demand for energy for heating or cooling increases, this demand automatically increases the output of this device. This is achieved by increasing output. As will be clear to those skilled in the art, since the temperature difference obtained by harnessing solar energy is small, the Carnot efficiency of conventional gas expansion devices is necessarily very low. For this reason, most solar energy-refrigeration systems are of the type that include reliable absorption refrigeration cycles that exploit temperature changes in the solubility of gases in liquids. Heat is the driving source in this process, and its temperature dependence is very large and exponential, with small changes in absolute temperature causing large changes in gas pressure. The development of this process has enabled the commercial use of materials systems other than the ammonia-water systems used in previous gas refrigerators. For example, Kennedy Airport in New York City, USA, is equipped with an air conditioning system that uses lithium bromide and water as working fluids. All refrigerated solid adsorption systems previously known to be able to operate advantageously used a heat source of approximately 300 ml, typically supplied by a gas flame or steam. Although such systems can be operated effectively at sufficient capacity, they have not yet been of commercial importance. On the other hand, the temperature of solar heat collected by a flat plate collector rarely exceeds 190°, and the heat collection efficiency of this collector is quite large at relatively low temperatures of about 120-140°. . As the heat source for heating and cooling obtained from solar energy has a relatively low temperature range and low calorific value, research in this field has been intensively conducted in recent years with support from the government and private companies. Although efforts have been made to date, commercially promising solar cooling systems have not been successfully developed until now. For example, when using a lithium bromide system in a solar energy collector, an 80° water-cooled condenser was required, and the system had a very small capacity and low efficiency. For air-cooled condensers, the condensing temperature
120〓, but when the condensing temperature is increased in this way, the operating temperature of 140-160〓 (which is the temperature advantageously obtained from a flat plate collector) is the operating temperature of this system. The temperature is insufficient for this purpose. Zeolite, a molecular sieve, is a type of synthetic or natural mineral substance that has unique non-linear adsorption properties, and the amount of adsorption changes to the square, cube, fourth power, or more depending on changes in temperature and pressure. It is stated in the literature that the above-mentioned functional relationship causes large fluctuations. It has been found that zeolites have the unique property of being able to convert very small temperature differences into very large pressure differences, and that this property can be utilized in practice in both heating and cooling cycles. By using zeolite, it is possible to create a cooling system that utilizes solar energy with a unique structure. That is, this system involves the use of a solid material (zeolite) through which the diffusion operation is carried out, can operate at high conversion rates without the use of moving parts, and therefore has a long life. It also has the advantage of being highly reliable. Zeolite has H 2 O, NH 3 , H 2 S,
Polar gases (i.e. gases with dipole moment or quadrupole moment) such as N 2 , CO 2 etc.
It adsorbs large quantities of hydrocarbons, fluoro- and chloro-hydrocarbons. As mentioned above, the adsorption properties of zeolites are highly non-linear, so when a polar gas is heated to a temperature that can easily be obtained by a flat plate solar energy collector, zeolite can adsorb a large amount of such a polar gas. do. Equilibrated at room temperature and 0.05 psia
Water vapor with a partial pressure of 1.5 psia at 120〓
It was actually found that the pressure of However, the lever temperature is sufficient to desorb some water vapor from the zeolite, and
The temperature is also sufficient to condense the water vapor in the condenser maintained at 120°C. By increasing the temperature of the zeolite by 140 °C, 10% by weight or less of water vapor can be desorbed from the zeolite. On the other hand, other solid adsorbents such as silica gel, activated alumina, and activated carbon adsorb much less of the gas under the same conditions as above, and this is negligible even when heated to 160-200 °C. Only a small amount of gas is desorbed. Therefore, the resulting pressure is very low, and the amount of gas desorbed under high pressure is negligible. It has been found that when such a gas-liquid system is operated at low temperatures and high pressures, it exhibits the same drawbacks as described above and cannot be operated effectively. This means that 100−120〓
This was confirmed when operating at 140-160㎓ using an air-cooled condenser. In terms of theory, the amount of gas adsorbed by zeolite, which is a molecular sieve, is expressed by the following formula. a = a p2 2 + a po o [where a p is the limit adsorption amount of the gas, o = exp- [(RTln (p s / p) / E o ] n , n is between 2-5 is an integer, R is the universal gas constant, p s is the critical saturation pressure, p is the actual pressure, and E o is the activation energy (which is on the order of a few kilocalories per mole). )]. References in this regard include: M. Zubin and V. Astakhov, eds.
Equilibria, Of, Vapors, On, Zeolites, Over, Wide, Range, Of, Temperature, And, Pressure”, Second, International, Conference, On, Molecular, Seeve, Zeolites, September 8-11, 1970 , Worcester, Pretechnique, Institute, Worcester, Masachi Users, pp. 155-166.As is clear from the above explanation, the adsorption of zeolite, which is a molecular sieve, is not very high from room temperature and is relatively narrow. Zeolites are very temperature sensitive within a range of temperatures. In addition, zeolites are chemically inert, abundant, and inexpensive. A typical example of a solar energy collector is a flat plate collector. This has been known for a long time. This collector is generally well insulated and has a solar absorbing metal plate covered with black paint or a black plate, thereby making it possible to absorb sunlight. Approximately 90% of the light is absorbed and converted into heat.In terms of the land and economics used for solar energy collectors, the efficiency of collectors that use adsorbents for heating and cooling is The efficiency shall not be significantly higher or lower than that of a flat solar energy collector, and the manufacturing cost of the former collector shall be an amount equal to the manufacturing cost of the latter flat solar energy collector plus the additional amount of cooling. The total amount should not exceed the sum of the following US patents: Prior patents related to this technical field include:

【表】【table】

【表】 本発明の概要 本発明の目的は、分子ふるいであるゼオライト
を固体吸着物質として用いることによつて、僅か
の温度差によりかなり大きい圧力差を形成し得る
太陽エネルギーコレクターを提供することであ
る。この目的は、分子ふるいであるゼオライト類
の如き物質のガス吸着・脱着量は温度依存性が極
めて大きい(理論的には、既述の如く温度値の5
乗までの大きさで吸着・脱着量が変動する)こと
を利用することにより達成できる。すなわち、ゼ
オライトを使用する太陽エネルギー利用加熱・冷
却装置は、上記の如き大きい圧力差を利用するよ
うな構造となつているものである。 このように温度依存性が極端に大きいゆえに、
75〓から212〓に至る温度変化により、圧力を10
倍程度またはそれ以上に高めることができる。 本発明の装置は、吸着剤としてのゼオライトを
充填したパネルを有する。このゼオライトは、室
温では作動ガスとしての水蒸気で大気圧以下の低
圧下に飽和されている。このパネルが太陽熱で加
熱されたときに、パネル中のゼオライトは水蒸気
を脱着し、圧力が高くなり、次いでこの水蒸気は
凝縮されて水になり、そしてこのときに、パネル
の下側に配置された熱交換室(熱交換器)におい
て前記凝縮により所望加熱効果が得られるのであ
る。なお、この熱交換室は、連続状態の水蒸気通
路と連通しているものである。夜間には放熱によ
りパネルが冷たくなり、そしてこのときに該パネ
ルには、それに対応する熱交換室から蒸発した水
蒸気が再び飽和し、この系内の圧力が低くなりそ
の結果冷却作用が行われる。これによつて今や水
蒸気が飽和した該パネルは、次の日の新たなサイ
クルを行う用意が完了した状態になつている。 かようにこの装置は、太陽光線に暴露しかつ日
中−夜間の温度変化を利用することにより、圧縮
機または他の駆動器材を使用せずに蒸気にポンプ
駆動作用を行い得るように構成したものである。
日中サイクルにおいては、黒色吸光体で被覆され
た表面を有するゼオライトコレクターパネル(す
なわちゼオライトを含むコレクターパネル)が日
光で加熱される。加熱されたゼオライトは水蒸気
を脱着する(この水蒸気は前の晩に該ゼオライト
に吸着されたものである)。脱着した水蒸気は其
後に凝縮せしめられ、蒸発熱(潜熱)を放出し、
熱交換器の存在する空間に送られて液状凝縮物と
して収容され、貯蔵される。このサイクルのとき
に前記空間は凝縮器として働き、その作動温度が
この系内の水蒸気圧を決定するが、この値は、凝
縮器の温度が100〓のときは約1psiaである。夜間
にゼオライトは冷え、水蒸気を再び吸着する。水
蒸気の再吸着により系内の圧力は約0.1psiaに低
下し、そしてここでは蒸発が約35〓において起
り、前記の空間は今や蒸発器として働いて、“該
空間内のコイル(蛇管)(たとえば添附図面記載
のコイル55)を通る液”を冷却する。前記の水
蒸気の再吸着によりゼオライト中に低度の熱
(low−grade heat)が発生し、しかしてこれは
連続的に大気中に吐出される。 このゼオライト含有コレクターの作動圧は約
1psia(日中)から約0.1psia(夜間)まで変化する
から、この系は、1日当り1サイクル作動する圧
縮比10:1の圧縮機の場合と同様な作動方法で作
動するものといえよう。これは、年間を通じて家
庭用温水を供給するために、圧縮作用により生じ
た熱で加熱・冷却の両者を行うための熱ポンプ
(ヒートポンプ)として使用できる。暖房が必要
な季節には、この熱はまた暖房用温水の生成のた
めにも使用でき、しかして余乗量の温水は貯蔵し
ておいて、これを夜間や曇天の日に使用するのが
よい。冷房が必要な季節には、前記の圧縮作用で
生じた熱のうちで家庭用温水の生成のためには不
必要である熱は、大気に移すことができる。 本発明に係る装置は加熱・冷却の両方の目的の
ために使用できるから、単一用途用装置の場合よ
りも投下資本回収期間が一層短かく、すなわちこ
のような複合装置は使用者にとつて一層魅力的で
ある。 本発明は、加熱・冷却の両方の目的に使用でき
そして従来の単一用途用の系の場合よりも投下資
本回収所要期間が一層短かいゼオライト吸着系を
有し、そしてさらに、このゼオライトパネルの裏
側にそれと一体化された形の凝縮器および蒸発器
を熱交換系として配置したことを特徴とする太陽
エネルギーコレクターに関するものである。この
構造を有するコレクターは工場で組立て、試験
し、排気し、封着するのであるから、このコレク
ターを設置して使用する場合すなわち設置現場で
は、多数の気密性(真空保持性)接続部を形成す
ることは全く不必要である。換言すれば、設置現
場で接続すべき接続部は1個所のみであつて、そ
れは前記熱交換器と外部液体輸送管とを鉛詰め継
手(プランビングシヨイント)で接続することで
ある。 好ましい具体例の記載 第1図、第2図および第4図に示されているよ
うに、本発明に係る一体型コレクター10は、ア
ルミニウム製枠体(押出材)11を有し、しかし
て枠体11は最下部の前枠部、側枠部12および
14、ならびに最上部の後枠部15から構成され
る。 互いに或距離を隔てて平行に配置された2枚の
テンパーガラスパネル16および17が、枠体1
1の上面に担持されている。 枠体11の内部は、イソシアヌレートフオーム
からなる断熱材20により完全に断熱化されてい
る。この断熱材20は、ゼオライトパネル21を
充分担持できる程度の構造的負荷担持能力を有す
るものである。 パネル21の各々は銅製カバー部材22と銅製
パン部材24とからなる。しかしてパン部材24
の上部の外周縁部はフランジ部または唇部25を
有し、これにカバー部材22が最終組立操作実施
時に取付けられて封着されるのである。 各パネル21の内側には、第3図記載の如きの
形式の複数の銅製セパレーター(仕切材)26を
取付ける。各セパレーター26は複数のスロツト
27および1/4インチの折曲げ部(ベンド)28
を有する。この折曲げ部28はセパレーター26
の片方の縁部に形成されているが、これはセパレ
ーター26の強度と剛性の増大のために形成され
たものである。 第2図に最もよく示されているように、セパレ
ーター26はコレクター10の縦・横両方向にそ
の全長にわたつてのびており、ハニカム状または
卵箱状の芯部を形成している。しかしてこの芯部
では、縦方向セパレーター26の折曲げ部28が
頂部に存在し、横方向セパレーター26の折曲げ
部28が底部に存在し、縦方向セパレーター26
のスロツト27は横方向セパレーター26のスロ
ツト27にはめこまれており、これによつて、複
数の細胞状空間30を有するハニカム状構造が形
成されるようになつている。 細胞状空間30中に、水と混合されたゼオライ
ト粉末23をその頂部まで充填する。このゼオラ
イト23は各細胞30およびパネル21中にキヤ
スチング操作により充填し、その場で水分を除去
してゼオライトを乾燥するのである。 パネル21の底部は、繊維ガラスマツト31に
より断熱化する。 カバー部材22は、黒色吸収剤含有塗料または
被覆材37で被覆する。 コレクター10の底部全体に、アルミニウムシ
ートである底部プレート32をボルト34で固定
する。すなわち、枠体11の枠部12,14およ
び15の各々からのびている内側延伸フランジ部
35に、ボルト34により底部プレート32を固
定するのである。 第4図に示されているように、枠部12,14
および15の各々には、相互に間隔を置いて3箇
所にストリンガー(押出材)36が形成されてお
り、これに金属製のセルフタツプスクリユー
(self−tapping screws)を固定することにより
前記の枠部が相互に連結、固定できる。 枠部12,14および15の各々は、押出アル
ミニウム製保持部材(押出材)40を有するが、
この保持部材40は、ボルト41により該枠部自
体に固定してある。各保持部材40と、枠体1
2,14および15の上方延長異形状部42とに
より空間44が画定される。この空間44は、前
記平面図に示されているように断熱材20上のパ
ネル21を取巻くものであつて、この空間44に
1対のゴム製ガスケツト45を配置する。このガ
スケツト45はガラスパネル16および17の辺
縁部を把持し断熱化する。ガスケツト45の各々
は長方形の枠材46により相互に或距離を隔てて
配置されている。枠材46は、適当な断熱材から
なるものであることが好ましい。 細胞状空間30の各々に水蒸気が入り得るよう
にすることが重要であつて、この目的は次の如く
して達成できる。カバー部材22の下側に長形の
溝部を設け、細胞状空間30の各々が少なくとも
1つの溝部と連通するようにする。また、カバー
部材22とセパレーター26の頂部との間に一連
の溝付小管の如き部材を配置し、これらと各細胞
状空間30とを連通状態にすることも可能であ
る。 前記の溝部、溝付小管(スロツト付の管)また
はその類似手段を配置する目的は、細胞状空間3
0の各々を、パネル21の下側に設けられた通路
50と連通させ、かつまた、エルボ(屈曲管)5
1を介して熱交換器52とも連通させることであ
る。 熱交換器52は凝縮器と蒸発器とを組合せた装
置であつて、エルボ51に接続された容器54を
有し、容器54の中にフイン付コイル(finned
coil)55が配置されている。フイン付コイル5
5は、その入口56から容器54の側部を通つて
出口57までのびているものである。容器54の
周囲はフオームガラス断熱材60で完全に覆つて
おくのがよい。 容器54の底部に管61を配置する。管61
は、凝縮物を再びゼオライトパネル21に送るた
めのドレイン管として役立つものである。管61
は感温性の弁すなわち感温弁62を有し、これに
よつて、凍結点より低い温度のときに液を容器5
4からパネル21に排出させてそこに該液を吸着
させる操作、すなわち自動ドレイン操作が行い得
るようになつている。もし所望ならば上記の感温
弁62の代りに手動弁を用いてもよい。手動弁の
場合には、もはやそれ以上冷却する必要がなくな
つたとき、すなわち晩秋に該弁を手で開き、そし
て水の凍結のおそれがもはやなくなつたとき、す
なわち春季に該弁を再び閉じなければならない。 夜間に適切に冷却するために、枠部12および
枠部15に孔をあけ、この孔を導管に接続し、フ
アンを取付けることにより、カバー部材22とガ
ラスパネル17との間の場所に空気を循環させる
ことができる。また、このような場合には、その
隣の断熱材20を貫いて前枠部12および後枠部
15に至る適切な通気路も設けなければならな
い。 このコレクターを製作するときには、パネル2
1の内側、容器54の内側、エルボ51および管
61から構成された密閉空間(ただしこの空間内
のすべての場所は相互に連通している)を形成さ
せ、その中に、ゼオライトに吸着された水蒸気を
0.1psiaの圧力下に存在させる。ただし該空間内
には水蒸気以外のガスは存在させないようにしな
ければならない。大気圧以下の低圧下に保たれる
前記空間(この中のすべての場所は相互に連通し
ている)を画定するかまたは該空間内に配置され
るすべての部材は、銅製のものであることが好ま
しい。図面に示された具体例では、ゼオライトの
充填量は10ポンド/平方フイート(パネル21)
である。しかしながら、晴れた日の多い砂漠の如
き気候の場所では、このシステムの効率に対する
悪影響を最小限に抑制するために、ゼオライトの
充填量を7.5−25ポンド/平方インチの広い範囲
内で種々変えることができる。一方、米国の南東
部の州やニユーイングランド地方のような曇天日
の多い気候の場所では、ゼオライトの充填量を7
−10ポンド/平方インチにするのが好ましく、そ
してこの程度の量が、安価かつ低重量の本コレク
ターを用いて良好な技術的効果を得るための最適
量であると思われる。 一般に水の如き加熱・冷却流体が、入口56お
よび出口57を包含する系(一層具体的にいえば
加熱・冷却系)に使用される。このような系は一
般に家屋用のものであるが、その詳細は本明細書
では省略した。しかしながら当業者には明らかな
ように、前記入口および出口を通過する温水や冷
水(または他の流体)はたとえば次の用途に有利
に使用できるものである:家庭用の水の加熱;エ
アダクトの加熱および冷却;種々の種類の加熱ま
たは冷却系における貯蔵水(stored water)の
加熱または冷却。 蒸発器温度を50〓とし、吸着サイクルの末期の
ゼオライト温度を80〓として、コレクター10を
南または他の適当な方向に向けて太陽エネルギー
捕集操作を行つた場合には、ゼオライトが135〓
の温度に加熱される迄吸着水の脱着は全く起らな
い。このゼオライトに吸着される水量は約18−20
重量%である。実際、この温度差の範囲内(すな
わち55〓の範囲内)換言すれば80〓から135〓ま
での範囲内の温度において、パネル21内のゼオ
ライトは脱着反応開始前に熱を2904BTUを吸着
するのである。 このコレクターの平均効率を70%と仮定すれ
ば、脱着が始まる前の太陽エネルギー全入力量が
4150BTUであることが必要である。135〓と195
〓との間の温度において前記ゼオライトは水を5
%(ゼオライト重量基準)脱着する。これは水8
ポンドに相当する。上記範囲内でこのコレクター
の比熱として3168BTUの熱量が使用され、そし
て脱着エネルギーは、 8×1200=9600BTU であり、したがつて全熱量は12768BTUである。
前記の55〓の範囲内でコレクターの効率が50%で
あると仮定すると、太陽からのエネルギーが
25535BTU必要になる。したがつてこのコレクタ
ーは29686BTUの入力容量を有するものであるべ
きである。図面に記載のコレクター10の入力容
量は31000−32000BTUであり、しかして1日当
り1平方フイート当りの入力容量は200BTUであ
る。 このコレクターの夜間の冷却度(coling)は
8000BTU(水8ポンド;1ポンド当りの該熱量は
1000ポンド)であり、したがつて全システム効率
(8000BTU÷29685)は26.95%である。 1979年6月に行われた試験では、次の結果が得
られた。6月21日の太陽エネルギー入力量(1日
当り)は31800BTUであつた。この日のコレクタ
ーの全加熱出力は7300BTUであり、それに続く
夜間の全冷却出力は7200BTUであり、したがつ
て全変換効率は22.64%であつた。この効率は低
鉄分ガラスパネル16および17の使用によりさ
らに改善され、25%になつた。 太陽エネルギー入力量が1日当り1平方フイー
ト当り2000BTUを越えるような晴天の日には、
コレクターの冷却出力(1日当り1平方フイート
当り)は500BTU以上になり、このコレクターの
効率は25−28%である。午前中は全く太陽が照ら
ず、午後は雲がなく晴れていて、太陽エネルギー
入力量が1日当り1平方フイート当り1000BTU
である場合には、本発明に従つて前記パネルを使
用したときの出力量および効率は比較的高い。一
方、1日中曇天であつて、どの時間においても太
陽エネルギー入力量が晴天の日の場合の半分位で
あるような日には、太陽エネルギー全入力量は上
記の場合と同程度の量になるけれども、出力量お
よび効率は上記の場合よりもずつと低い。 このコレクターは加熱モード(heating mode)
のときに、正規の平床式コレクターの場合と同量
の“利用可能熱”(すなわち“利用可能BTU”)
を生ずる。一般に、1日当り1平方フイート当り
の太陽エネルギー入力量が400BTUより少ない日
には、充分な冷却出力または加熱出力が得られな
い。1日当り1平方フイート当りの太陽エネルギ
ー入力量が950BTUの場合には効率が約10%に上
昇し、1日当り1平方フイート当りの該入力量が
1500BTUである場合には効率が20%に上昇し、
1日当り1平方フイート当りの該入力量が
2000BTUを越える場合には、効率が25%より高
い値に上昇する。 パネル21の面積は25×91インチ、換言すれば
15.8平方フイートである。容器54の全容積は24
×13×1.5インチ、すなわち468立方インチであ
る。フイン付コイル55はダンハム−ブツシユ社
製の市販コイルであつて、その寸法は23 1/4×12
1/4×1 1/2インチである。容器54は水を最高
16ポンド(約440立方インチ)収容し得るように
設計されている。管61は軟銅製の3/16インチ管
であり、エルボ51は銅製の1 1/8カツプリング
である。 吸着クーリング物すなわち被覆物37はネクス
テル・プラツク・ベルベツト・ペイントまたはク
ロムニツケルフイルムであることが好ましい。ガ
ラスパネル16および17は、ソルテツクス食刻
焼鈍ガラスであることが好ましく、その寸法は27
×93インチ、厚さは5/32インチである。 本発明に係るコレクターの製作費は、それと同
寸法の正規の平床式太陽エネルギーコレクターの
製作費の大体1.25倍位である。 この系では合成ゼオライトよりも天然ゼオライ
トの方が一層効率が高い。現在迄の経験では、入
手し得る種々のゼオライトのうちでチヤーバザイ
トが特に好ましいことが見出されている。このゼ
オライトを使用した場合には、天候条件が最良の
ときに全効率(全技術効率ともいう)が25%より
高い値になる。同じ使用条件下で他種天然ゼオラ
イトを使用した場合には効率が多少低くなる。本
発明において2番目に適当なゼオライトはクリノ
プチロライトである。有利に使用できるが効率が
多少劣るゼオライトはモルデナイトおよびエリオ
ナイトである。このようなゼオライトを使用した
場合の最高効率は約25%である。種々の種類のゼ
オライトを用いて研究を行つたが、その経験によ
ればゼオライトの重要な吸着性は、その結晶構造
の差異よりもむしろ産地の差異に基いて種々異な
るものであるように思われる。換言すれば、或産
地(鉱床)から得られた良好なクリノプチロライ
トは、別の産地から得られた悪いクリノプチロラ
イトよりもはるかに効率がよく、また、良好なモ
ルデナイトは、前記の良好なクリノプチロライト
の場合と同様に有利で使用できるものである。し
たがつて、ゼオライトの水分吸着性を調べるとき
には、該ゼオライトの結晶構造や鉱物名よりも、
正確なイオン組成の方が一層重要な因子であると
いう理論が成立つと思われる。この理由により、
各鉱床から産出したゼオライトの水蒸気吸着容量
や吸熱性(heat absorption)を実際に調べるこ
とが好ましい。 添附図面はかなり寸法的精度の高いものであ
る。図示された具体例では、コレクターの全高は
約6.5インチであり、断熱材20の水平方向の厚
みは約3インチであり、パネル21の内側の高さ
は約2インチであり、コレクターの底部の全長は
96 1/4インチであり、その頂部の全長は95インチ
であり、ガラスパネルの有効巾(第2図参照)は
25 3/4インチであり、その有効長は91 3/4インチ
である。 本明細書には本発明の好ましい具体例が詳細に
記載されているけれども、当業者には容易に理解
され得るように本発明においては特許請求の範囲
に記載の範囲内で種々の態様変化が可能である。
[Table] Summary of the present invention The purpose of the present invention is to provide a solar energy collector that can generate a considerably large pressure difference with a small temperature difference by using zeolite, which is a molecular sieve, as a solid adsorption material. be. The purpose of this is that the amount of gas adsorption and desorption of substances such as zeolites, which are molecular sieves, is extremely temperature dependent (theoretically, as mentioned above,
This can be achieved by taking advantage of the fact that the amount of adsorption and desorption varies with the magnitude up to the power of That is, a solar energy heating/cooling device using zeolite has a structure that utilizes the large pressure difference as described above. Because of this extremely high temperature dependence,
The temperature change from 75〓 to 212〓 causes the pressure to increase by 10
It can be doubled or more. The device of the invention has panels filled with zeolite as an adsorbent. This zeolite is saturated at room temperature with water vapor as a working gas at low pressures below atmospheric pressure. When this panel is heated by solar heat, the zeolite in the panel desorbs water vapor, the pressure increases, then this water vapor condenses into water, and at this time, the zeolite in the panel is placed on the underside of the panel. The desired heating effect is obtained by the condensation in the heat exchange chamber (heat exchanger). Note that this heat exchange chamber is in communication with a continuous water vapor passage. During the night, the panel cools down due to heat dissipation and is then resaturated with the water vapor evaporated from the associated heat exchange chamber, lowering the pressure in the system and resulting in a cooling effect. The panel, now saturated with water vapor, is now ready for a new cycle the next day. The device was thus constructed to be able to perform a pumping action on the steam without the use of a compressor or other driving equipment by utilizing sunlight exposure and day-to-night temperature changes. It is something.
In the diurnal cycle, a zeolite collector panel (i.e. a collector panel containing zeolite) with a surface coated with a black absorber is heated by sunlight. The heated zeolite desorbs water vapor (this water vapor was adsorbed onto the zeolite the night before). The desorbed water vapor is then condensed, releasing heat of vaporization (latent heat),
It is sent to the space where the heat exchanger is located, where it is received and stored as a liquid condensate. During this cycle, the space acts as a condenser, and its operating temperature determines the water vapor pressure in the system, which is approximately 1 psia when the condenser temperature is 100°. During the night, the zeolite cools and absorbs water vapor again. Due to the readsorption of water vapor, the pressure in the system drops to about 0.1 psia, and here evaporation takes place at about 35 ㎓, said space now acting as an evaporator, with a coil in the space (e.g. The liquid passing through the coil 55) shown in the accompanying drawings is cooled. This re-adsorption of water vapor generates low-grade heat in the zeolite, which is continuously discharged into the atmosphere. The working pressure of this zeolite-containing collector is approximately
Since it varies from 1 psia (during the day) to about 0.1 psia (at night), this system can be said to operate in a manner similar to that of a 10:1 compressor that operates one cycle per day. This can be used as a heat pump to provide both heating and cooling using the heat generated by compression to supply domestic hot water throughout the year. In seasons when heating is required, this heat can also be used to produce hot water for heating; therefore, a covalent amount of hot water can be stored and used at night or on cloudy days. good. During seasons when air conditioning is required, the heat generated by the compression action that is unnecessary for the production of domestic hot water can be transferred to the atmosphere. Since the device according to the invention can be used for both heating and cooling purposes, the return on investment is much shorter than in the case of single-purpose devices, which means that such a combined device is attractive to the user. It's even more attractive. The present invention has a zeolite adsorption system that can be used for both heating and cooling purposes and has a shorter return on investment than conventional single-use systems, and further provides The present invention relates to a solar energy collector characterized in that a condenser and an evaporator integrated with the solar energy collector are arranged on the back side as a heat exchange system. Because a collector with this structure is assembled, tested, evacuated, and sealed at the factory, a number of airtight (vacuum-retaining) connections are made when the collector is installed and used, that is, at the installation site. It is completely unnecessary to do so. In other words, there is only one connection that needs to be made at the installation site, and that is the connection between the heat exchanger and the external liquid transport tube with a plumbing joint. DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS As shown in FIGS. 1, 2 and 4, an integrated collector 10 according to the present invention has an aluminum frame (extrusion) 11, The body 11 is composed of a lowermost front frame section, side frame sections 12 and 14, and an uppermost rear frame section 15. Two tempered glass panels 16 and 17 arranged parallel to each other at a certain distance are attached to the frame 1.
1. The inside of the frame 11 is completely insulated with a heat insulating material 20 made of isocyanurate foam. This heat insulating material 20 has a structural load-carrying capacity sufficient to support the zeolite panel 21. Each of the panels 21 consists of a copper cover member 22 and a copper pan member 24. However, the bread member 24
has a flange or lip 25 on its upper outer peripheral edge to which the cover member 22 is attached and sealed during the final assembly operation. A plurality of copper separators 26 of the type shown in FIG. 3 are attached to the inside of each panel 21. Each separator 26 has a plurality of slots 27 and 1/4 inch bends 28.
has. This bent portion 28 is the separator 26
This is formed on one edge of the separator 26 to increase the strength and rigidity of the separator 26. As best shown in FIG. 2, separator 26 extends the entire length of collector 10 in both the longitudinal and lateral directions, forming a honeycomb or egg-crate core. In the core of the lever, however, the fold 28 of the longitudinal separator 26 is present at the top, the fold 28 of the transverse separator 26 is present at the bottom, and the fold 28 of the longitudinal separator 26 is present at the bottom.
The slots 27 of the transverse separator 26 are fitted into the slots 27 of the transverse separator 26, so that a honeycomb-like structure having a plurality of cellular spaces 30 is formed. The cellular space 30 is filled with zeolite powder 23 mixed with water up to its top. This zeolite 23 is filled into each cell 30 and panel 21 by a casting operation, and moisture is removed on the spot to dry the zeolite. The bottom of the panel 21 is insulated by a fiberglass mat 31. The cover member 22 is coated with a black absorbent-containing paint or coating material 37. A bottom plate 32, which is an aluminum sheet, is secured to the entire bottom of the collector 10 with bolts 34. That is, the bottom plate 32 is fixed by bolts 34 to the inner extending flange portions 35 extending from each of the frame portions 12, 14, and 15 of the frame body 11. As shown in FIG.
and 15, stringers (extruded material) 36 are formed at three locations spaced apart from each other, and metal self-tapping screws are fixed to the stringers 36, so that the The frame parts can be connected and fixed together. Each of the frame parts 12, 14 and 15 has an extruded aluminum holding member (extruded material) 40,
This holding member 40 is fixed to the frame itself by bolts 41. Each holding member 40 and the frame 1
A space 44 is defined by the upwardly extending irregularly shaped portions 2, 14, and 15. This space 44 surrounds the panel 21 on the insulation 20 as shown in the plan view, and a pair of rubber gaskets 45 are placed in this space 44. This gasket 45 grips and insulates the edges of the glass panels 16 and 17. Each of the gaskets 45 is spaced a certain distance from each other by a rectangular frame member 46. Preferably, the frame material 46 is made of a suitable heat insulating material. It is important to allow water vapor to enter each of the cellular spaces 30, and this objective can be achieved as follows. An elongated groove is provided on the underside of the cover member 22 such that each of the cellular spaces 30 communicates with at least one groove. It is also possible to place a series of grooved tubules or other members between the cover member 22 and the top of the separator 26 to bring them into communication with each cellular space 30. The purpose of arranging the grooves, slotted tubes or similar means is to
0 are communicated with a passage 50 provided on the lower side of the panel 21, and each of the elbows (bent pipes) 5
1 to communicate with the heat exchanger 52 as well. The heat exchanger 52 is a device that combines a condenser and an evaporator, and has a container 54 connected to the elbow 51, and a finned coil inside the container 54.
coil) 55 is arranged. Coil with fins 5
5 extends from its inlet 56 through the side of the container 54 to its outlet 57. Preferably, the container 54 is completely surrounded by a foam glass insulation material 60. A tube 61 is placed at the bottom of the container 54. tube 61
serves as a drain pipe for conveying the condensate back to the zeolite panel 21. tube 61
has a temperature-sensitive valve 62 which allows the liquid to be discharged from the container 5 when the temperature is below the freezing point.
4 to the panel 21 and the liquid is adsorbed there, that is, an automatic drain operation can be performed. If desired, a manual valve may be used in place of the temperature sensitive valve 62 described above. In the case of manual valves, the valve is opened manually when no further cooling is required, i.e. in late autumn, and then closed again when there is no longer any danger of water freezing, i.e. in spring. There must be. For proper cooling at night, air is introduced into the area between the cover member 22 and the glass panel 17 by drilling holes in the frame 12 and frame 15, connecting the holes to conduits, and installing a fan. It can be circulated. Further, in such a case, an appropriate ventilation path must be provided that passes through the adjacent heat insulating material 20 and reaches the front frame portion 12 and the rear frame portion 15. When making this collector, panel 2
1, the inside of the container 54, the elbow 51, and the tube 61 form a closed space (however, all locations within this space communicate with each other), in which the zeolite adsorbed water vapor
Exists under a pressure of 0.1 psia. However, no gas other than water vapor must be allowed to exist in the space. All parts delimiting or located within said space (all locations within which are interconnected) maintained at low pressure below atmospheric pressure shall be of copper; is preferred. In the specific example shown in the drawings, the zeolite loading is 10 lbs/sq ft (panel 21).
It is. However, in sunny desert climates, the zeolite loading may be varied within a wide range of 7.5-25 pounds per square inch to minimize the negative effects on the efficiency of this system. Can be done. On the other hand, in locations with many cloudy days, such as the southeastern states of the United States and the New England region, the zeolite loading should be reduced to 7.
-10 pounds per square inch is preferred and this amount appears to be the optimum amount for obtaining good technical effectiveness using the inexpensive and low weight collector. Generally, a heating and cooling fluid, such as water, is used in the system including the inlet 56 and outlet 57 (more specifically, the heating and cooling system). Such systems are generally for domestic use, but the details are omitted here. However, it will be clear to those skilled in the art that hot or cold water (or other fluids) passing through said inlets and outlets can be used advantageously, for example, for the following applications: heating domestic water; heating air ducts; and cooling; heating or cooling of stored water in various types of heating or cooling systems. If the evaporator temperature is 50〓 and the zeolite temperature at the end of the adsorption cycle is 80〓, and the solar energy harvesting operation is performed with the collector 10 facing south or any other suitable direction, the zeolite will be 135〓
Desorption of adsorbed water does not occur at all until it is heated to a temperature of . The amount of water adsorbed by this zeolite is approximately 18−20
Weight%. In fact, within this temperature difference range (i.e. within the range of 55〓, or in other words within the range of 80〓 to 135〓), the zeolite in panel 21 will adsorb 2904 BTU of heat before the desorption reaction begins. be. Assuming an average efficiency of 70% for this collector, the total solar energy input before desorption begins is
Must be 4150BTU. 135〓 and 195
The zeolite absorbs water at a temperature between
% (based on zeolite weight) is desorbed. This is water 8
equivalent to pounds. A heat quantity of 3168 BTU is used as the specific heat of this collector within the above range, and the desorption energy is 8 x 1200 = 9600 BTU, so the total heat quantity is 12768 BTU.
Assuming a collector efficiency of 50% within the 55〓 range above, the energy from the sun is
25535BTU is required. Therefore, this collector should have an input capacity of 29686 BTU. The input capacity of the collector 10 shown in the drawings is 31,000-32,000 BTU, thus the input capacity per square foot per day is 200 BTU. The nighttime cooling degree (coling) of this collector is
8000 BTU (8 pounds of water; the amount of heat per pound is
1000 lbs), so the total system efficiency (8000 BTU ÷ 29685) is 26.95%. Tests conducted in June 1979 yielded the following results. The solar energy input (per day) on June 21st was 31,800 BTU. The total collector heating output for this day was 7300 BTU, and the subsequent total cooling output for the night was 7200 BTU, so the total conversion efficiency was 22.64%. This efficiency was further improved to 25% by the use of low iron glass panels 16 and 17. On sunny days when solar energy input exceeds 2000 BTU per square foot per day,
The cooling output of the collector (per square foot per day) can be over 500 BTU, and the efficiency of this collector is 25-28%. No sun in the morning, clear skies in the afternoon, and a solar energy input of 1000 BTU per square foot per day.
, the output power and efficiency when using said panel according to the invention are relatively high. On the other hand, on a day when the sky is cloudy all day and the amount of solar energy input at any time is about half that of a sunny day, the total amount of solar energy input will be about the same amount as in the above case. However, the output and efficiency are much lower than in the above case. This collector is in heating mode
the same amount of “available heat” (i.e. “available BTU”) as with a regular flatbed collector when
will occur. Generally, days with less than 400 BTU of solar energy input per square foot per day will not provide sufficient cooling or heating output. At a solar energy input of 950 BTU per square foot per day, efficiency increases to approximately 10%;
If it is 1500BTU, the efficiency increases to 20%,
The amount of input per square foot per day is
Above 2000 BTU, efficiency increases to greater than 25%. The area of panel 21 is 25 x 91 inches, in other words
It is 15.8 square feet. The total volume of the container 54 is 24
x 13 x 1.5 inches, or 468 cubic inches. The finned coil 55 is a commercially available coil made by Dunham-Butsch, and its dimensions are 23 1/4 x 12.
It is 1/4 x 1 1/2 inches. Container 54 holds water
It is designed to hold 16 pounds (approximately 440 cubic inches). The tube 61 is a 3/16 inch tube made of soft copper, and the elbow 51 is a 1 1/8 cup ring made of copper. Preferably, the adsorbent cooling material or coating 37 is Nextel Plaque Velvet Paint or chrome nickel film. Glass panels 16 and 17 are preferably Soltex etched annealed glass and have dimensions of 27 mm.
x 93 inches and 5/32 inches thick. The manufacturing cost of the collector according to the present invention is approximately 1.25 times the manufacturing cost of a regular flat-bed solar energy collector of the same size. Natural zeolites are more efficient than synthetic zeolites in this system. Experience to date has shown that of the various zeolites available, chabazite is particularly preferred. When using this zeolite, the total efficiency (also referred to as total technical efficiency) is higher than 25% under the best weather conditions. When using other types of natural zeolite under the same usage conditions, the efficiency will be somewhat lower. The second most suitable zeolite in the present invention is clinoptilolite. Zeolites which can be used advantageously, but with somewhat less efficiency, are mordenite and erionite. The maximum efficiency using such zeolites is about 25%. Studies have been carried out using different types of zeolites, and our experience suggests that the important adsorptive properties of zeolites appear to vary based on differences in their origin rather than on differences in their crystal structure. . In other words, good clinoptilolite from one source (deposit) is much more efficient than bad clinoptilolite from another source, and good mordenite is As in the case of good clinoptilolite, it can be used with advantage. Therefore, when investigating the water adsorption properties of zeolite, rather than the crystal structure or mineral name of the zeolite,
The theory seems to be that the exact ionic composition is the more important factor. For this reason,
It is preferable to actually investigate the water vapor adsorption capacity and heat absorption of zeolite produced from each deposit. The attached drawings have fairly high dimensional accuracy. In the illustrated embodiment, the overall height of the collector is approximately 6.5 inches, the horizontal thickness of the insulation 20 is approximately 3 inches, the interior height of the panels 21 is approximately 2 inches, and the bottom of the collector is approximately 3 inches thick. The total length is
The total length at the top is 95 inches, and the effective width of the glass panel (see Figure 2) is 96 1/4 inches.
25 3/4 inches and its effective length is 91 3/4 inches. Although preferred embodiments of the present invention are described in detail in this specification, as can be easily understood by those skilled in the art, various changes can be made in the present invention within the scope of the claims. It is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明に係る太陽エネルギーコレク
ターの1例の側面図である。第2図は、第1図記
載のコレクターの平面図であるが、その頂部の一
部は切り開いてその内部の構造が示されている。
第3図は銅製セパレーターの一部の詳細図であ
る。第4図は、第2図中の線−に沿つた部分
の断面図である。第5図は、第2図中の線−
に沿つた部分の断面図、すなわちパネルおよび熱
交換器の配列状態を示す断面図である(ただし枠
体の記載は省略してある)。 10……コレクター;11……枠体;12……
最下部の前枠部;14……側枠部;15……最上
部の後枠部;16および17……ガラスパネル;
20……断熱材;21……ゼオライトパネル;2
2……カバー部材;23……ゼオライト;24…
…パン部材;25……フランジ部または唇部;2
6……セパレーター;27……スロツト;28…
…折曲げ部;30……細胞状空間;32……底部
プレート;34……ボルト;35……フランジ
部;36……ストリンガー;40……保持部材;
41……ボルト;42……輪郭部;44……空
間;45……ガスケツト;50……通路;51…
…エルボ;52……熱交換器;54……容器;5
5……フイン付コイル;56……入口;57……
出口;60……断熱材…61……管;62……感
温弁。
FIG. 1 is a side view of an example of a solar energy collector according to the present invention. FIG. 2 is a plan view of the collector shown in FIG. 1, with a portion of its top section cut away to show its internal structure.
FIG. 3 is a detailed view of a portion of the copper separator. FIG. 4 is a sectional view of a portion taken along line - in FIG. 2. Figure 5 shows the line -
FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion taken along , that is, a cross-sectional view showing the arrangement of panels and heat exchangers (however, the frame is omitted). 10... Collector; 11... Frame body; 12...
Lowermost front frame; 14... side frame; 15... uppermost rear frame; 16 and 17... glass panel;
20... Insulation material; 21... Zeolite panel; 2
2... Cover member; 23... Zeolite; 24...
...Bread member; 25...Flange portion or lip portion; 2
6... Separator; 27... Slot; 28...
...Bending portion; 30... Cellular space; 32... Bottom plate; 34... Bolt; 35... Flange portion; 36... Stringer; 40... Holding member;
41... Bolt; 42... Contour; 44... Space; 45... Gasket; 50... Passage; 51...
...Elbow;52...Heat exchanger;54...Container;5
5... Coil with fins; 56... Inlet; 57...
Outlet; 60...Insulation material...61...Pipe; 62...Temperature-sensitive valve.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 (イ) 不透性物質から構成された第1剛性シー
ト; (ロ) 前記第1剛性シートに平行にその上部に隔置
された不透性物質からなる第2剛性シート; (ハ) これらのシートの間に第1密閉空間を形成す
るためにこれらのシートの周縁部をつなぐ手段
であるエツジ手段; (ニ) 前記の2つのシートの間に存在する前記第1
空間内に広く配置され、その中に複数の“細
胞”を形成させるための細胞形成用区画部材; (ホ) 前記第1シートからその隣の前記第2シート
に至るまで前記の“細胞”内に充填されたゼオ
ライト物質; (ヘ) 前記第1空間内のガスおよび蒸気を前記ゼオ
ライト物質に吸着させそして脱着させるために
このガスおよび蒸気が前記の複数の“細胞”の
間を動くことができるようにする目的で前記の
“細胞”の間に配置された蒸気通過手段; (ト) 大気圧よりも低い圧力において前記空間内に
配置された冷媒; (チ) 前記ゼオライト物質から脱着されたガスおよ
び蒸気を収容するために前記第1空間の下側に
配置され、そして前記第1空間と連通して蒸気
通過の可能な第2密閉空間を画定する容器; (リ) 第1温度において前記ゼオライト物質から脱
着され前記第2空間に収容された蒸気またはガ
ス冷媒を凝縮させ、次いで、該第1温度よりも
低い第2温度において前記第2空間内の前記冷
媒の凝縮物を前記ゼオライト物質に吸着させる
目的で蒸発すなわち気化させる作用を行うため
に、前記第2空間の内部と熱交換できる関係に
保たれた熱交換手段 を有することを特徴とする太陽エネルギーコレク
ターパネル。 2 冷媒が水蒸気であることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の太陽エネルギーコレクター
パネル。 3 冷媒がゼオライト物質に吸着されるときの第
1空間内の低圧の値は約0.1psiaであり、該冷媒
が該ゼオライト物質から脱着するときの該圧力の
値が約1.0psiaであることを特徴とする、特許請
求の範囲第2項記載の太陽エネルギーコレクター
パネル。 4 ゼオライト物質が天然ゼオライトからなるも
のであることを特徴とする、特許請求の範囲第1
項記載の太陽エネルギーコレクターパネル。 5 ゼオライトがチヤバザイトであることを特徴
とする、特許請求の範囲第4項記載の太陽エネル
ギーコレクターパネル。 6 枠体、および該枠体に担持された複数の相互
隔置ガラスパネルと組合わされた太陽エネルギー
コレクターパネルであつて、太陽エネルギーがこ
のコレクターパネルで捕集できるように構成され
たことを特徴とする、特許請求の範囲第1項記載
の太陽エネルギーコレクターパネル。 7 外側が黒色の物質で第2シートが被覆されて
いることを特徴とする、特許請求の範囲第1項記
載の太陽エネルギーコレクターパネル。 8 第1シートと第2シートとの間隔が約2イン
チであることを特徴とする、特許請求の範囲第1
項記載の太陽エネルギーコレクター。 9 蒸気通過手段が前記第2シートの下側の溝部
であることを特徴とする、特許請求の範囲第1項
記載の太陽エネルギーコレクターパネル。 10 第2空間の容積が第1空間の容積の約15−
25%であることを特徴とする、特許請求の範囲第
1項記載の太陽エネルギーコレクターパネル。 11 ゼオライト物質中に吸着された状態の水分
の量が約18−20重量%(該ゼオライト物質重量基
準)であることを特徴とする、特許請求の範囲第
1項記載の太陽エネルギーコレクターパネル。 12 第1温度と第2温度との温度差が50−100
〓の範囲内の値であることを特徴とする、特許請
求の範囲第1項記載の太陽エネルギーコレクター
パネル。 13 第1温度が125−150〓であることを特徴と
する、特許請求の範囲第12項記載の太陽エネル
ギーコレクターパネル。 14 温度差の値が約50−60〓であることを特徴
とする、特許請求の範囲第12項記載の太陽エネ
ルギーコレクターパネル。 15 第2温度が約80〓であり、第1温度が約
135〓であることを特徴とする、特許請求の範囲
第1項記載の太陽エネルギーコレクターパネル。
[Scope of Claims] 1. (a) A first rigid sheet made of an impermeable material; (b) A second rigid sheet made of an impermeable material and spaced above and parallel to the first rigid sheet. (c) an edge means which is a means for connecting the peripheral edges of these sheets to form a first sealed space between these sheets; (d) said first space between said two sheets;
A cell formation partitioning member widely disposed within a space for forming a plurality of "cells"therein; a zeolite material filled with a zeolite material; (f) gases and vapors in the first space can be moved between the plurality of "cells" for adsorption and desorption of the gases and vapors on the zeolite material; (g) a refrigerant placed in said space at a pressure lower than atmospheric pressure; (h) gas desorbed from said zeolite material; and a container disposed below the first space for accommodating steam and communicating with the first space to define a second closed space through which the steam can pass; (i) the zeolite at a first temperature; condensing the vapor or gaseous refrigerant desorbed from the substance and contained in the second space, and then adsorbing the condensate of the refrigerant in the second space on the zeolite material at a second temperature lower than the first temperature; A solar energy collector panel characterized in that it has heat exchange means maintained in a heat exchange relationship with the interior of said second space for the purpose of evaporating or vaporizing the solar energy collector panel. 2. The solar energy collector panel according to claim 1, wherein the refrigerant is water vapor. 3. The value of the low pressure in the first space when the refrigerant is adsorbed on the zeolite material is about 0.1 psia, and the value of the pressure when the refrigerant is desorbed from the zeolite material is about 1.0 psia. A solar energy collector panel according to claim 2, wherein: 4. Claim 1, characterized in that the zeolite material is made of natural zeolite.
Solar energy collector panels as described in section. 5. The solar energy collector panel according to claim 4, wherein the zeolite is chabazite. 6. A solar energy collector panel in combination with a frame and a plurality of mutually spaced glass panels carried by the frame, characterized in that the solar energy collector panel is configured such that solar energy can be collected by the collector panel. A solar energy collector panel according to claim 1. 7. Solar energy collector panel according to claim 1, characterized in that the second sheet is coated with a black material on the outside. 8. Claim 1, characterized in that the distance between the first sheet and the second sheet is approximately 2 inches.
Solar energy collectors as described in section. 9. The solar energy collector panel according to claim 1, wherein the vapor passing means is a groove on the lower side of the second sheet. 10 The volume of the second space is approximately 15− of the volume of the first space.
25% solar energy collector panel according to claim 1. 11. The solar energy collector panel of claim 1, wherein the amount of water adsorbed in the zeolite material is about 18-20% by weight (based on the weight of the zeolite material). 12 The temperature difference between the first temperature and the second temperature is 50-100
The solar energy collector panel according to claim 1, characterized in that the value is within the range of . 13. The solar energy collector panel according to claim 12, characterized in that the first temperature is 125-150°. 14. Solar energy collector panel according to claim 12, characterized in that the value of the temperature difference is about 50-60〓. 15 The second temperature is about 80〓 and the first temperature is about
135〓 solar energy collector panel according to claim 1.
JP57084111A 1981-05-26 1982-05-20 Solar energy collector unified Granted JPS57198960A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/267,074 US4556049A (en) 1979-02-12 1981-05-26 Integrated solar collector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS57198960A JPS57198960A (en) 1982-12-06
JPH0222305B2 true JPH0222305B2 (en) 1990-05-18

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ID=23017207

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JP57084111A Granted JPS57198960A (en) 1981-05-26 1982-05-20 Solar energy collector unified

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IT (1) IT1147996B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0596016U (en) * 1992-06-04 1993-12-27 株式会社京都繊維工業 Head

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0596016U (en) * 1992-06-04 1993-12-27 株式会社京都繊維工業 Head

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Publication number Publication date
JPS57198960A (en) 1982-12-06
IT1147996B (en) 1986-11-26
IT8248485A0 (en) 1982-05-21

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