JPS58115263A - 真空管式太陽熱集熱器 - 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】 本発明は真空断熱脂を備えｔコ集熱管と反射板とで構成
された真空管式太陽熱集熱器に関するものである。

太陽熱集熱器の効率を高めるには、受熱部を覆う透明カ
バーの太陽光透過率と受熱部の太陽光吸収率とを高め、
受熱部からの伝導、対比、輻射による熱損失を少なくす
る必要がある。この伝導。

対流による熱損失を少なくする一手段として、透明ガラ
ス管の内部を真空とし、この内部に、輻射による熱損失
を少なくする手段とし”Ｃ通常その表面に赤外波長の放
射率の小さい、いわゆる選択吸収膜を用いた集熱板を設
ける構造にすることが考えられている。このタイプの集
熱器は真空管式太−１／４が 陽熱集熱器と呼ばれ、通常ガラス管は円筒形の耐圧性を
高めるために用いられ°Ｃいる。

第１図および第２図は、従来の真空管式太陽熱集熱器の
集熱管の１つを示したもので、この寒熱管（１）は、内
部が真空状態に保たれた透明ガラス管（２）と、この透
明ガラス管（２）の内部に設けられ、かつ銅管などの金
属管で構成された熱媒体管（３）に直接接触する集熱板
（４）とから構成されており、透明ガラス管（２ンの一
端の、熱媒体管出入口部（３Ａ）との接続８（５）は、
透明ガラス管（２）の内部を真空に保つために、排気後
完全密閉されている。また前記集熱板（４）の表面には
、陽極酸化法による着色アルミニウム系の逗択吸収膜が
付けられている。係る構成で、熱媒体管（３）内に熱媒
を通して、集熱板（４）で集められた熱を集熱管（１）
の外へ取出すものである。

このような真空管式集熱管（１）を−列に複数本並置し
た従来例を第８図および第４図に示す。

第８図は真空管式集熱管（１）を比較的密に並置して真
空管式太陽熱集熱器（６）を構成した従来例であり、こ
の場合は、第１の欠点とし゛Ｃ１集熱器（６）の設置面
積当りの集熱器は大きいが、多数の集熱管（１）を並べ
るので経済的に高価なものになるとともに、第２の欠点
として、集熱板（４）の傾きにもよるが、冬期時、すな
わち太陽光入射角が低いときは隣接する集熱板（４）の
日陰になり、その結果、単位集熱板面積当りの集熱器が
低くなるという入点かあうた。

一方、第４図は真空管式集熱管（１）の下方に半円形状
の反射鏡（７）を設けて、第８図における２つの欠点を
なくした従来の集熱器（８）の例である。反射鏡（７）
の形状については、半円形状のほかに、平板やトロコイ
グル曲曲など数多くが提案されている。

ところが、反射鏡（７）を用いる通常の場合には、集熱
板（４）の表裏の両面に太陽光線を受けることになり、
したがって選択吸収膜を集熱板（４）の両面につける必
要がある。しかしながら選択吸収面の放射率は、金属表
面の放射率に比べて大きく、その結果、選択吸収面が２
倍になることによって、集めた熱の放射損失は約２倍近
くになる。したがって、反射鏡（７）を設けても、その
効果はさほど大きくならないという欠点があった。

第５図は、比較的高価な前記真空管式集熱管（１）の本
数を減少して構成された従来の集熱器（９）を示し、真
空管式集熱管（１）を−列に複数本並置し、それぞれの
集熱管（１）の間に、比較的安価な平板状反射板ＱＯが
設けられている。各集熱管（１）内の集熱板（４）は、
冬季時の低い太陽光傾斜に合りせるため、その傾斜を比
較的大きくとり、かつこれとともに集熱管（１）の間隔
は、隣接する集熱管（１）の日陰にならないように若干
大きくとられている。そして、冬季時以外は太陽光線の
入射角が大きいので、上記のように間隔を大きくとった
集熱管（１）の配置では、相隣る集熱管（１）との間の
部分の太陽光線はそのまま通過し°Ｃしようため、この
部分の光は前記反射板σＱによって、相隣る集熱管（１
）の集熱板（４〕の表面に反射光が当るようになされた
ものである。

しかし、この真空管式太陽熱集熱器（９）は比較的安価
で、かつ特性もかなり優れてはいるが、有効に利用でき
る太陽光線の入射角には制限があり、また天空のすべて
の方向から入ってくる散乱光に対して効果的でないとい
う欠点があった。

本発明はこのような問題を解決するもので、有効な直射
日光の入射角の範囲を広（し、またすべ°Ｃの天空から
ほぼ均一に入射さ−れる散乱光をもより多く利用できる
自゛効な真空管式太陽熱集熱器を得ることを目的とする
ものである。

この目的を達成するために本発明は、内部が真空状態に
保たれた透明ガラス管と、この愈明ガラス管の内部に設
けられ、かつ熱媒体情と接触する集熱板とからなる真空
管式集熱管を一列に複数本並置し、それぞれの真空管式
集熱管の間に、断面が放物線状の凹形をした反射板をそ
の焦点が前記集熱板のほぼ中心部に位置するように設け
たものである。

この構成によって直射光の入射角が多少変っても、また
広い範囲の散乱光線であっても有効に集熱できるもので
ある。

以下、本発明の構成をその一実施例を示す１向に基づい
て詳細に説明する。第６図に示すように、本発明に係る
真空管式太陽熱集熱器（ロ）は、内部が真空状態に保た
れた直径１００厘の外径を有する透明ガラス管（２）と
、この透明ガラス管（２）の内部に設けられ、直径９．
５８ｍ１の外径を有する２本の鋼管で構成される熱媒体
ｔｃＬｌに直接接触する集熱板ａ◆とからなる真空管式
集熱管（へ）を、５０ｆｉの間隔で一列に複数本はぼ平
担な屋根αＱに並置し、それぞれの真空管式集熱管（＋
５１の間に、断面が放物線状の凹形をしたアルミニウム
製の反射板Ｑ７）を設けて構成されている。前記集熱管
（イ）内の集熱板（１４）は、厚さ１、Ｏｆｆ、幅９０
Ｈ１傾きは水平線に対して約８５゜にし゛ＣＣ熱媒体管
区取付けられており、この集熱板ａ→の中心部にそれぞ
れ隣接する反射板α力の放物線の焦点が位置するように
なされ、太陽光は反射板（１７Ｊにより集熱板α尋の中
心部へと照射される。

なお、反射板αηは、幅５６０、反射率は８０９６で、
第６図の破線に示すように集熱板α彎を下から囲う放物
線上にあり、放物線の中心軸（至）は集熱板（ｌｖ中心
部を通り水平線に対して約７０°の傾きにされている。

この７０°の傾きは夏期の太陽光線の入射角に基づき設
定されたものである。

上記構成において、太陽光線の入射角の大きい夏期は、
集熱板０４の表面に血抜太陽光線が当って集熱されると
ともに、相隣る集熱管（ハ）との間の部分の太陽光線は
反射板αηによって、相隣る集熱管（ハ）の集熱板α荀
の表面中心部に照射され゛Ｃ有効に集熱される。

一方、太陽光線の入射角の小さい冬期は、集熱板Ｑ４が
水平線に対して８５°に傾けて設けられているので、そ
の全面に亘って直接太−光線が当り、集熱されることに
なる。このとき集熱官四はそれぞれ５Ｑ＋＋＋＋＋ｉｌ
＆］隔で並置され°Ｃいるｔこめ、隣りの集熱＆Ｏ＜の
日陰になることはない。

さらに反射板ａηは、この反射板（１７１に隣接するｌ
ｌＬｉ］側の集熱板（１４１の、最も反射板ａ力に近い
画点間を結んだ線より下方に位置させることにより、冬
期におい′Ｃも、この反射板Ｑηによって隣りの反射板
（１７１に当たる太陽光がさえぎられることはない。

次に比較のために、相隣る集熱′＃（２）の間隔と、集
熱板ａ４の形状の異なる集熱器を多数試作して、それぞ
れの集熱器の測定を行ったので、その結果を第７図に基
づき集熱型比率による評価で述べる。

測定条件は、外気と平均水温との差を５０’Ｃに一定と
し、１年間の総合計集熱量を集熱器設置面積で割って、
単位面積当りの集熱量比率を求めた。

（ト）は本発明に係る真空管式太陽熱集熱器、（Ｂ）は
本発明集熱器（４）の断面が放物線状の凹形をした反射
板αηのみを、平板形反射板に変えた従来形の真空管式
太陽熱集熱器である。

＠７図からも明らかなように、本発明集熱善因と従来形
集熱器Ｑ３）の、集熱管の間隔の相違による集熱量割合
は、集熱善因は集熱器Ｑ３）に比べて集熱性能に優れ、
また大幅に集熱管の間隔を増加させ得ることが判明した
。すなわち従来形集熱器（Ｂ）は、集熱管間隔がこの集
熱管直径の１／３〜２／８の範囲内にある場合に果熱諏
比が高いのに対し、本発明集熱器（４）は、集熱管間隔
が集熱管直径の１／３〜４７３の範囲内にある場合に集
熱量比が高く、しかも本発明集熱善因の集熱量比は従来
形集熱器＠）と集熱管間隔が同じ場合にいずれも集熱隼
比が高い。

また第７図は、集熱管の間隔が大きくなりすぎると、反
射板で補うことができないことを示し、逆に集熱管の間
隔が小さいと、相隣る集熱管の日陰となって逆に集熱量
が低下することを示しているか、本発明集熱器（イ）に
よればその間隔の範囲が広くても集熱量比が高いことが
明らかである。

次擾こ、本発明集熱善因の放物線状凹形反射板と従来形
集熱器の）の平板形反射板との差について述べる。放物
線状凹形反射板の場合は、太陽光線を焦点である集熱板
の中心部に集光するので、置割光の入射角が多少変って
も、また広い範囲の散乱光線を発効に集熱することがで
きる。そのため、集熱量が大きくなり、また真空管間隔
を大きくできるので、必要本数が敞少できる利点がある
。これに対し、平板形反射板の場合は、有効に利用でき
る太陽光線の入射角に祠限があり、また天空のすべての
方向から入ってくる散乱光に対して効果的でない。その
ため、集熱量が放物線形反射板を用いた場合よりも少な
く、真空管間隔も大きくすることができないものである
。

以上のように本発明によれば、断面が放物線状の凹形を
した反射板を、それぞれの真空管式集熱管の間にその焦
点が前記集熱板のほぼ中心部に位置するように設けたの
で、直射光の入射角が多少変っても、また広い範囲の散
乱光線であっても有効に集熱ができる。しかも真空管式
集熱管の間隔を従来より広くあけても集熱量を高く保つ
ことができるので、比較的高価な真空管式集熱管の使用
本数が少なくて済み、経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１因は従来の真空管式太陽熱集熱器に用いられる真空
管式集熱管の一部切欠正面図、第２図は第１図のＡ−Ａ
線断面図、第３図〜第５図は第１図および第２図に示す
真空管式集熱管を用いた従来の真空管式太陽熱集熱器を
示し、第８図、第４図、第５図はそれぞれ真空管式太陽
熱集熱器の横断面図、第６図は本発明に係る真空管式太
陽熱集熱器の横断面図、第７図は本発明集熱器（イ）と
従来形集熱器（Ｂ）の果熱管筒隔と集熱量比の関係を示
す特性図である。 （ロ）・・・真空管式太陽熱集熱器、＠・・・透明ガラ
ス管、（ト）・・・熱媒体管、α青・・・集熱板、（至
）・・・真空管式集熱管、α７ノ・・・断面が放物線状
の凹形をした反射板。 代理人　　　森　本　楓　弘 （ロ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内部が真空状態に保たれた透明ガラス管と、この透
   明カラス管の内部に設けられ、かつ熱媒体管と接触する
   集熱板とからなる真空管式集熱管を一列に複数本並置し
   、それぞれの真空管式集熱管の間に、１面が放物線状の
   凹形をした反射板をその焦点が前記集熱板のほぼ中心部
   に位置するように設けたことを特徴とする真空管式太陽
   熱集熱器。 ２、相隣る真空管式集熱管の間隔を、真空管式集熱管の
   直径の１／８〜４／８の範囲内にしてなる特許請求の範
   囲第１項記載の真空管式太陽熱集熱器。 ８、反射板を、その反射板に隣接する両側の集熱板の最
   も反射板に近い画点間を粕んだ斜線よりも下方に位臘さ
   せて設けてなる特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の真空管式太陽熱集熱器。