JPS5811347A - 太陽エネルギ−パネル - 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】 本発明は太陽エネルギー収集装置、特に太陽放射を直接
吸収器内で熱エネルヤーに転換するようにされた製の収
集器の改善に関し、該吸収器は順に熱を直接水などの流
体媒体に伝えるものである。

近年、太陽エネルギー収集装置の効率及び価格が経済的
に適する高さに近付くことの出来るよう太陽エネルギー
収集装置を開発し改善する多数の提案。

試みがある。いくらかの発展がなされているけれ　、ど
も、収集装置の効率は技術段階でなおより以上に望まれ
る余地がある。全体として太陽エネルギー収集装置の効
率は、透明カバーを経て伝導により逃げる吸収されたエ
ネルギーのかなりの部分を抑えることが困難なために妨
げられている。

一般に代表的装置は建物の屋根又はその他の部分の上に
装架“され熱水を使用又は貯蔵するようにされた建物の
加熱装置又はその他装置に結合された複数個の収集装置
を有する。収集装置は代表的に底部及び側部のまわりに
熱絶縁を設けられたハウジングを有する。太陽放射に透
明なカバーが装置の頂部に設けられる。太陽エネルギー
吸収器はハウジング内、カバーの下に置かれ、カバーを
経て来る太陽放射にさらされこれを吸収する。代表的吸
収器は吸収強化被接を設けられた適当な金属などの熱伝
導性板の型である。複数個の離隔されたチューブが板に
取付けられ、又はこれと一体に形成され、チューブは水
など流体媒体用の比較的大断面の流路な画定する。代表
的にチューブは吸収板に沿って比較的広い間隔で置かれ
、チューブ間の間隔はチューブの直径の何倍も大きい。

行当る太陽エネルギーの大部分は板の中間ウェブにより
吸収され１次にチューブを経て流れる流体を加熱するよ
う考えられているチューブに結合ウェブを経て伝えられ
ねばならない。

熱点につながる要因の中で、比較的広いウェブは比較的
薄く、それゆえ流体チューブへの横方向の熱移動に和尚
な抵抗を示すことである。その上先行装置の形状は吸収
面と流体との間に最適な熱移動領域を設けておらず、こ
れが水への熱移動の割合を抑制し勝ちである。又代表的
先行装置は比較的大断面積で比較的大量の水を運ぶ流体
流路を使っており、この事が流路の最内領域内に含まれ
る少くとも水の部分に熱を移送する割合を減らしている
。

一般に、先行装置による主な困難は問題に対する設計者
の見解にその原因があると信ぜられ、重点を誤って置く
ことになる。先行技術の高効率収集装置のすべては空気
空間に構造材料又は真空を加え、又は特殊なカバーｗＬ
＆を使うなどいくつかの高価な修正を使っている。この
ような手段は吸収器面からカバーへの熱の対流輻射通路
を阻止する目的を持っている。流体への伝導通路抵抗を
極め“て低くするため形状を変えてより良い結果を得る
考えははっきりしていない。

中でも本発明の目的は形状だけによって吸収されたエネ
ルギー°を循環する流体に到達させるため可能な最低抵
抗通路を得て、一方向時にカバーを、カバー伝導損失を
最小にするため流体温度に近い最低の可能温度に保持す
ることである。

簡単に言って、本発明はまわりのフレームと頂部カバー
とを持つハウジングを有する。カバーは太陽放射にほぼ
透明である。ハウジングはその底−〇まわりで熱絶縁さ
れる。太陽吸収器は・・ウジング内に置かれる。吸収器
は良好な熱伝導と耐蝕特性とを持つ薄い板材料で形成さ
れる。吸収器は複数個の流体通路を画定するため、はぼ
平らな底板と、アコーディオン状の曲がった形に形成さ
れた頂板とを有する。流体通路は三角形断面で、互に近
く隔てられるのが好ましい。底板は頂板と共同して流体
通路を画定する。カバーは流体通路の上縁近くに置かれ
、吸収器と共同して隣接する流体通路の各対の側壁間に
対応する複数個のせまい空気空間を画定する。カバーは
三角形流体通路の上縁の上に直接支持するのがよい。

各流体通路により画定される流動断面領域は先行技術装
置のものと比べて全く小さく、各通路は比較的小量の水
などの流体を保持する。しかし全体としての流動容量か
ら生じるかなりの数の近接した流体通路があり、この容
量は代表的先行の吸収器より、大ではなくても少くとも
等しい＠吸収器の断面形は、水と太陽エネルギー吸収面
との間の中間面を画定する頂板の面積が全装置の平面で
見た面積の約１２５％であるようである。その上、太陽
エネルギー吸収面と水との間の中間面積は透明カバーの
内面の面積より大である。これらの固型的関係は、金属
と流体中間面との境膜伝熱係数即ち伝導相当値が薄い金
属の厚さを横切る伝導性よりその大きさが数桁も低かっ
たことを１ｇ識して始められている。本発明は先行技術
のものとほぼ同じ容積の流体を使っているが、流体と金
属との中間面は３倍から７倍も大きく、これが同じ量の
改善に転換する。

前記図型は又水の容積の２倍以上の空気容積を小部分だ
けに残し、カバーの面積以上に吸収器面積と接触する。

その目的はカバーと板との間に最大の対流と熱°放射活
性とを得ることであり、一方先行技術装置のすべてはこ
れを抑圧するように考えている。空気と吸収面との間、
そして吸収面と細かく分けられた水柱との間の熱伝達割
合が高いために、カバーの面下とその下の水との間のか
なりの温度勾配が防止される。これら要素はほぼ等温状
態に一緒に固定されたものと考えられる。

本発明の目的〇一つは等温的条件で作動する吸収板を作
ることである。

次の目的は透明カバーの下面温度を循環する水の最低可
能温度まで下げることである。

次の目的は吸収器面と水との間に最良に可能の□　　伝
導条件を得ることである。

次の目的は、吸収器面上の高価な選択的被板の必要を排
除することである。

次の目的は吸収器図形により吸収器面の有効吸収性を増
すことである。

次の目的は、与えられた負荷要求に対しより薄いカバー
を使って節約を達成するよう透明カバーを支持すること
である。

次の目的は外側カバー面と吸収器背面との間に１．２ｃ
ＩＩＬ（ｌ／！インチ）より薄い全厚さを持つ有効部分
を持つパネルを作ることである。この厚さは構造体の部
分となるフレームと絶縁物とに、より大きい建築的自由
を持たせる。これは又側部の影の損失を排除する。

その他の目的は前記目的を得て、同時に大葉生産技術の
要求に容易に適するよう少ない材料と簡単な構造とを使
うことである。

本発明の前記及びその他の目的、利点は添付図面を参照
した次の記載からより詳しく理解される。

第１図は収集装置の全体構造を示し、収集装置は建物の
屋根又はその他の装置用の適当な支持体に取付けるため
のまわりのフレーム１０を有する。

フレーム１０は木材、金属、シラスチックなど色々の材
料から作ることが出来る。パネルの寸法は例としては、
１．２ｍＸ２．４ｍ　　（４Ｘ８フイート）が良いが、
望むならばその他の面積でもよい。いくつかのこのパネ
ルが屋根に装架され、良く知られている色々の方法の加
熱又は貯熱装置に結合される。個々の゛収集パネルによ
り画定される平らな領域とは無関係に全パネルの厚さは
代表的に背後の絶縁物の厚さの上で２．５ｃｍ（１イン
チ）より小さいことが注目される。この事が製作技術上
で改善された融通性から来る利点を提供する。

パネルは吸収装置に支持を与えるフレーム１０に取（ｔ
ｌられこの中に収容される平らな支持部材１２を有する
。屋根上に据付けられる時、フレーム１０は屋根に取付
けられ、絶縁材料１４　（ガラス繊維絶縁体など）は支
持部材１２の下に置かれる。

パネルは１６で示す太陽エネルギー吸収器と吸収器１６
の全体に延びるカバー１８とを有する。カバー１８は太
陽放射に透明なガラス又はその他適当な材料で形成され
る。間隔体２０はガラスカバーと吸収器周辺との間に置
くのがよく、そして望むならば間隔体２０はいくらか熱
絶縁特性を持つ材料で形成するのがよい。しかし、パネ
ルが比較的薄い構造であるため、パネルの側縁な通る熱
損失は極めて低く、側縁のまわりの絶縁は重要ではなく
、省略することが出来ることを注目すべきである。代表
的装置では、装置は太陽放射に向くよう傾斜して置くべ
きである。水などの流体を装置にそして装置から連絡す
るため入口管２２、出口管２４が設けられ、これらは吸
収器１６からの熱を貯蔵タンクなどに運ぶ。

第２図、第６図に示すように吸収器１６は薄い板材料、
なるべく高い耐蝕性と熱伝導特性とを持、つ例えば銅な
どの金属で形成される。吸収器は交互に多数の流体通路
２６と空気空間２８とを画定するよう形成される。通路
２６と空−２８とは吸収器構造により画定され、この構
造は、比較的せまいウェブ３２で離隔された複数個の逆
Ｖ字型流体通路２６を画定するよう形成されたアコーデ
イオン型の曲がった頂板３０を有する。頂板はろう付け
などでほぼ平らな底板３４にしつかり取付けられ、底板
は頂板３０と同じ材料で形成するのが好ましい。前述の
ように、板材料は薄（、底板３４に対し、３６で示すよ
うしつかりした基質即ちベースを設けるのが望ましい。

基質３６は合成体であり、と糺に底板３４が、例えば電
子プリント回路板が作られるのと同様にすでに積層され
ているものでよい。予め形成された頂板３０が底板３４
に、取付時に基質３６がしつかりした支持体を提供する
よう取付けられる。

前記から、流体通路２６は頂板３０と底板３４との共同
により画定され、図示実施例では流体通路は三角形であ
ることがわかる。通路２６の各々は、比較的せまい隆起
４０で終る一対の側壁３８により画定されると考えられ
る。頂板３０は、通路２６が頂板３０と底板３４とを熱
伝導的に取付けるのを容易にするための中間ウェブ３２
を設けるのに十分なよう互に近付けて置かれるように形
成される。流体通路２６は平行で、その両端の所で例え
ば入ロマニフオルド４２と出ロマニフオルド（図示なし
）により入口管２２出ロ管２４と連絡するのが好ましい
。

本発明の好適実施例では、カバー１８はこれが頂板３０
の隆起４０の上に直接乗るように置かれている。隆起４
０はほぼ共通面内に置かれるのが好ましい◎この事はこ
れが吸収器１６それ自身によりカバー１８を規則的、一
様に支持するのでいくつかの利点を与える。カバー１８
の荷重（その上天候条件からの追加荷重）は多数の隆起
４０上に一様に分布される。これら構造的利点の他に、
吸収器１６に関しカバー１８を近付けて首くことは又次
に述べる空気空間２８の容積を減らし、装置の熱効率を
増加する。空気空間２Ｂは流体通路２６の容積の約２倍
よりかなり大きい容積を有しないのが好ましい。

より特別の例として、吸収器は０．２５　ｍｍ　　（０
，０１インチ）銅板から形成することが出来る。吸収器
の断面形は各流体通路２６に対し２．５ｍｍ（０，１イ
ンチ）　（第３図の断面で見て）程度の長さの（１１１
壁３Ｂを有している。底板３４により画定される通路２
６の底壁は又２．５ｍｍ（０，１インチ）程度の長さで
あり、流体通路２６０図形はそれゆえ等辺三角形を画定
する。ウェブ３２の幅は１．２５！ＩＩｍ（０，０５イ
ンチ）程度でよい。それで三角形流体通路の高さは２．
２ｍｍ　（０，０８フインチ）はどである。カバー１８
の厚さは流体通路２６の高さより小でなく、図示例では
２．５　ｍｍ　　（０，１インチ）程度でよい。前記か
ら吸収器幅３０ｃｍ（１フイート）当り約８０個の流体
通路２６があることが認められる。

本発明のその利点に寄与する局面の中で、流体通路２６
とその上空気空間２８との断面積が先行技術吸収器のも
のと比べて比較的小さい事がある。

通路２６と空間２８との各々は夫々小萱の水又は空気を
収容している。例えば前記図示実施例では各空気空間２
８の断面積は０．０５６ｃｍ２（０，００８７平方イン
チ）はどであり、各流体通路２６の断面積は０．０２６
　ｃｍ２（０−，００４平方インチ）はとである。その
上薄い吸収器頂板３０の下の流体通路中間面の面積は平
面で見たカバー１８により画定される面積の約１２５優
である。この事は水との熱伝達が高い比で寄与する先行
技術の場合よりも流体流動面積に対するエネルギー吸収
面積の直接中間面の比が比較的高いととである。この事
は各流体通路内に収容される水の量が比較的小さい事と
組合わされて水が速かに吸収面から熱を吸収することを
可能にする。この小量の空気が２．５ｍｍ（０，１イン
チ）厚さ程度の空間内の極めて効果的な水冷熱と組合わ
される晴、空気もカバー１８の下面も循環する水の温度
以上の十分な温度上昇を維持することは出来ない。温度
勾配の無い熱的状態は等温状態と呼ばれ本発明ではカバ
ー１８を通して起り得る伝導損失を最小にする。

太陽パネルからの熱損失のすべては実質的にカバーを通
る伝導によるものであるから、起り得る損失が最小であ
る事はカバー下面に起り得る温度が最小であるととＫよ
る。もちろん太陽パネルの内側に見られる最小温度は循
環する水のものでなければならない。

対照して見ると、すべての既知の先行技術は空気凹所な
加熱する熱点を持つ効率の悪い吸収器から始めている。

その作動状態のため、そして防止手段にも拘わらず、温
度勾配はこれら装置内に最高温度がカバーのすぐ下に起
るように形成する。

本発明は流体通路が三角形である前記好適実施例に関し
て述べられたけれども、本発明の原理は吸収器流体通路
２６に対し他の形をも組入れ出来ることが理解される。

例えば流体通路の側壁３８はこれらが比較的せまい上記
隆起４０で終るよういくらか弓形にすることが出来る。

各場合で側壁３８の上方内方に延びる形は内側隅部を画
定し、この隅部は側壁３８から反射される太陽エネルギ
ーの吸収を強める傾向がある。又各場合で、直接の中間
面〔例えば側壁３８〕は隅部の面積よ゛り大であり、流
体通路２６０幅（少くともその基部で）空気空間２８の
その基部の幅より大である。

本発明の前記載は単にそれを示すよう意図され、□　　
その他の実施例及び修正形も当業者にはその精神から離
れていないことは明らかであると理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は太陽エネルイー収集装置の一部破断した図面、 第２図は第１図に示す収集装置の第１図の線２−２にお
ける断面図、 第６図は第２図に示す収集装置の部分の拡大断面図であ
る。 １０………フレエム、 １２・・・・・・・・・支持部材、 １４・・・・・・・・・絶縁材料、 １６・・・・・・・・・吸収器、 １８・・・・・・・・・カバー、 ２０・・・・・・・・・間隔体、 ２２・・・・・・・・・入口管。 ２４・・・・・・・・・出口管。 ２６・・・・・・・・・通路、 ２８・・・・・・・・・空間、 ３０・・・・・・・・・頂板、 ３２・・・・・・・・・ウェブ、 ３４・・・・・・・・・底板、 ３６・・・・・・・・・ベース ３８・・・・・・・・・側壁、 ４０・・・・・・・・・隆起、 ４２・・・・・・・・・マニフォル）Ｉ０代理人　浅　
村　　　自 外４４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 太陽エネルギーパネルにおいて、 太陽に向くようにされた開口を持つフレームと、前記フ
   レー”入内に支持された連続するペース部材と、 前記ペース部材に対して前記フレーム内に支持され、前
   記開口を通して太陽放射にさらされるようにされた太陽
   エネルギー吸収器とを有し。 前記吸収器はたたみ込み式の吸収部材に形成された高い
   耐蝕性の薄い熱伝導性板材料で形成され、前記板材料は
   前記ペース部材と共に互に近く置かれた、断面の小さい
   多数の流体通路の壁を画定し、前記通路の各々は一対の
   上向きにせばまる前記吸収器材料の側壁を有し、前記側
   壁はそれにより、前記開口に入る前記太陽放射の大部分
   を吸収し、そのほぼ残りのすべ【を前記開口から遠くに
   反射するようにされ、そしてさらに 前記通路にこれを通して流体を流すことの出来るよう結
   合された流体入口、出口装置と、前記開口を横切って前
   記吸収器の近くに置かれた太陽放射にほぼ透明なカバ一
   部材とを有し、前記カバーとその近くの前記流体通路と
   の間に小さい空気空間を画定し 前記流体通路は、前記吸収器部材にユリ形成される前記
   通路の壁の内面により画定される集合領域が前記フレー
   ム開口の領域よりかなり大きいように互に近く隔てられ
   【いる太陽エネルギーパネル０