JPS5838708B2 - 太陽熱集熱器 - Google Patents

太陽熱集熱器

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JPS5838708B2
JPS5838708B2 JP56031138A JP3113881A JPS5838708B2 JP S5838708 B2 JPS5838708 B2 JP S5838708B2 JP 56031138 A JP56031138 A JP 56031138A JP 3113881 A JP3113881 A JP 3113881A JP S5838708 B2 JPS5838708 B2 JP S5838708B2
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    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24S40/80Accommodating differential expansion of solar collector elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、太陽光を集光して高温熱エネルギーを得る太
陽熱集熱装置に係り、特に蓄熱材を内蔵した集熱管の性
能向上及び安全性向上に関するものである。
太陽光を集光して高温熱エネルギーを得る太陽熱集熱装
置には、凹面鏡集光方式、レンズ集光方式、複数枚の平
面鏡を使用したタワー集光方式があり、凹面鏡集光方式
を例に従来技術を説明する。
第1図は凹面鏡集光方式の一般的な構造例を示すもので
ある。
第1図において1は凹面鏡、3は凹面鏡1の焦点に設置
された集熱管である。
集熱管3内には、例えば水、蒸気、液体ナトリウム、炭
酸ガス等の集熱媒体5を通す。
しかして本凹面鏡集光集熱器を太陽に向けると、太陽光
6は凹面鏡1を反射し、その焦点に設置した集熱管3に
集光し、集熱媒体5を高温に加熱する。
燃料費がかからない太陽熱集熱装置においても、装置を
小型、かつ安価に作ることが重要であることは当然であ
り、そのためには集光集熱効率の高い集光集熱装置を開
発する必要がある。
集光集熱効率を向上させるには、集熱管3に到達する太
陽光量を出来るだけ多くする方法、また、せっかく集熱
した熱の損失を少なくする方法が施される。
前者には、凹面鏡10反射率を高くする改善案等があり
、後者には第1図に示したように集熱管3をガラス管2
で覆い、さらに集熱管3とガラス管2との間隙4を真空
引きにして集熱管3から外気へ放出される対流放熱損失
を低減させている。
また、ガラス管2に可視光透過率が高く、赤外光反射率
が高い特種膜(通常選択透過膜と呼ばれている)を施し
たり、集熱管3の表面を可視光吸収率が高く、赤外光放
射率が低い特種膜(通常選択吸収膜と呼ばれている)で
覆い、太陽光の集熱を助長すると同時に、集熱管3から
の放射損失を少なくしている。
以上、凹面鏡集光方式を例に太陽熱集光集熱装置の構造
を説明したが、前記レンズ集光方式は、凸レンズあるい
はフレネルレンズにより集光し、タワー集光方式は多数
枚の平面鏡により集光し、それらの焦点に集熱管あるい
は集熱管群を設置して集熱するものであう、基本的に前
記凹面鏡集光方式と同じなので詳細説明を省略する。
地上で得られる太陽光エネルギー量は天候に左右されて
急激な変化をし、集光型の高温集熱器では急激な熱変動
(温度変動)を受ける。
すなわち、集光型の集熱器では雲が一時的に太陽を覆っ
た場合、集熱器では高熱流速から急激に零になる。
また再び太陽光が得られると、急激に高熱流速に戻る。
日射量に合わせて集熱媒体量を急激に制御することは極
めて困難であるため、このような場合には、集熱管3が
集熱媒体供給温度に低下したり高温に上昇したりを繰返
し、急激なサーマルショックにより集熱管3が破損する
ことがある。
渣た、集熱媒体5側のバーンナウト現象により、集熱管
3が焼切れする事故も発生する。
このような集光型の集熱器の欠点を補うため、従来には
、第2図に示す方式(著者、RAYMO−ND K、
BURNS、 レポートナンバーNASA TND
−6266、Prelimory Thermal P
erfor −mance Analysis of
The 5olar B rayton HeatRe
ceiver )が考案されている。
第2図において、21は所々に縮れ23のある集熱管、
22はベロー状の被覆管であり、13は集熱管21と被
覆管22との間に封入した固液相変化性の蓄熱材である
蓄熱材13には、例えば第1表に示した単成分、あるい
は多成分混合物からなる溶融塩の中から、その融点が目
的とする集熱温度に近いものを選び使用する。
しかして、集熱された太陽熱により蓄熱材13が溶け、
その融解潜熱により太陽熱を一時的に蓄える。
太陽光に急激な変化がない場合には、太陽熱は被覆管2
2、溶融状の蓄熱材13および集熱管21を伝わり、集
熱媒体5を加熱する。
この構成による効果は、急激な日射変動時に現われる。
すなわち、天候の変化により急激に日射量が減小した場
合、集熱量は急激に低下するが蓄熱材13の融解潜熱に
より集熱媒体5を加熱することが出来、その間に徐々に
集熱媒体5の量を減小させることにより急激な熱変動を
なくしている。
再び日射量が回復した場合には、集熱量が急激に増える
が、その熱量は蓄熱材13の融解潜熱として吸収するこ
とが出来、集熱管温度が急激に上昇することがない。
被覆管22をベロー状にし、集熱管21に綴れ23があ
るのは、それぞれの熱膨張を吸収し、さらに蓄熱材13
の体積変化を吸収するためである。
かかる従来の例においても、放熱損失が増大して集熱効
率が低下したり、また選択吸収膜の加工が難かしくなる
等から高価な集熱器となる欠点がある。
すなわち、被覆管22に到達した集光熱が集熱媒体5に
伝わるためには、蓄熱材13内を熱伝導で伝わり、さら
に集熱管21より熱伝達により伝わる。
したがって第1図に示した蓄熱材を設置していない構造
例より、蓄熱材13の熱伝導抵抗が増え熱伝達効率が悪
い。
更に集熱媒体温度を同温度にすると被覆管22表面温度
は集熱管3表面温度よりかなり高温にする必要があり、
材料に対する配慮も必要となる。
また、第2図から明らかなように被覆管22はベロー状
にしていることにより、その表面積は極めて大きい。
被覆管22からの放射熱損失は、その絶対温度の4乗に
比例し、さらに面積に比例することは知られている。
したがって、この従来例では放熱損失が増え、太陽熱集
熱効率が低下する欠点がある。
さらに、一般に選択吸収膜の加工は、加工面にCr2O
3等を焼射し、その形成膜を均上厚みにする必要がある
第2図に示す被覆管22では、表面形状が複雑で選択吸
収膜を加工するのが難かしく、出来たとしても高価なも
のとなる欠点がある。
本発明の目的は、従来の長所を損うことなく上記の欠点
を解決して、集熱効率が高く、かつ選択吸収膜加工の要
易な蓄熱材内蔵型の太陽熱集熱装置を提供するものであ
る。
本発明の要点は、上記の目的を達成させるため、集熱管
の内部に薄肉の波形管をその一部が集熱管内壁に接する
ように設置し、熱伝達効率の向上を図るものである。
゛本発明の実施例を第3図および第4図により説明
する。
第3図は、本発明を実施した蓄熱材内蔵型太陽熱集熱器
の軸平行断面図を示すものであり、第4図は、第3図の
A1−A2断面を示すものである。
第3図および第4図において、従来と同一部品は同一番
号で示してあり、31は集熱管、32は集熱管31の集
熱部分に挿入した波形管である波形管32は薄肉管で、
その波形先端34は集熱管31に接触するようにし、集
熱管31と波形管32との間には、前記同様の固液相変
化性蓄熱材13を充填する。
波形管32の両端は集熱管31に溶接等を施し、蓄熱材
13を封じ込む。
33は集熱管31と波形管32との熱膨張を吸収するベ
ローズである。
本発明の集熱装置によ・いて、集熱管31に到達した太
陽熱エネルギーの一部は、直接に蓄熱材13へ伝わり、
さらに他の一部は集熱管31に接触している波形管32
より集熱媒体5および蓄熱材13へ伝達されて、1ず蓄
熱材13を溶融蓄熱する。
すなわち、波形管32は蓄熱材13の収納容器としての
ほか集光太陽熱を集熱管31から蓄熱材13および集熱
媒体5へ伝達するためのフィンとしても作用する。
日射変動のない定常時には集光太陽熱は溶融蓄熱材13
および波形管32を通過して、集熱媒体5へ伝達される
天候の変化によシ急激に集熱量が低下した場合、集熱媒
体5は蓄熱材13の融解潜熱により加熱され、さらに再
び日射量が回復した場合には、その集熱量を蓄熱材13
の融解潜熱として吸収することが出来、集熱装置温度が
急激に変化することを防止出来る。
蓄熱材13の固液相変化に伴なう体積変化は、波形管3
2が薄肉管であるがためその歪みによって吸収すること
が出来る。
捷た、集熱管の温度上昇に伴う熱膨張は、ベローズ33
により吸収する。
なお、集熱媒体5の圧力は波形管32で保持するもので
なく、集熱管31でモカを耐えるものである。
本発明の実施例によれば、次の効果がある。
すなわち、波形管32のフィン効果により集熱管31の
温度を従来例より低く押えることが出来、さらに集熱管
31に直管を用いているのでその放熱面積が従来例よう
少ない。
すでに従来技術側説明で記述したごとく、集熱管からの
放射損失(対流損失は真空内によりほとんどない)は、
その絶対温度の4乗に比領し、その面積に比例する。
したがって、本発明の実施例では、その放熱損失が少な
く、従来技術より太陽熱集光集熱効率を大巾に上昇させ
ることが出来る。
さらに、集熱管の表面は単純な円管形状であることから
、選択吸収膜の焼討加工が極めて容易であり、精度が良
く、かつ安価な選択吸収膜を作ることが出来る。
また、第3図および第4図では図示しなかったが、波形
管32に捩れ管を使用することにより、集熱媒体の対流
熱伝達率を向上させ、集光太陽熱の集熱装置伝熱特性を
向上させることも出来る。
以上は本発明の一実施例を説明したが、本発明の思想の
範囲で他の応用例も考えられる。
第5図は、本発明による他の応用例を示す集熱装置の断
面図である。
本実施例が第3図の実施例と異なるのは、集熱管32に
薄肉の角管42を使用したものであり、その他の各構成
機器の配置、作用は前記説明と同一である。
本実施例においても、前記同様の効果が期待出来る。
なお本文説明では、凹面反射集熱方式を例に説明したが
、レンズ集光方式奎るいにタワー集光方式など他の集光
方式の集熱部にも本発明を実施することは勿論可能であ
る。
以上が本発明の説明で、本発明によれば、内管と外管と
が一部接触していることによシ、集熱された太陽熱の一
部は蓄熱材を介さず内管に伝達され、集熱媒体を効率良
く加熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は凹面鏡集光方式の太陽熱集熱装置の一般的な構
造例を示すものであり、第2図は従来の蓄熱材内蔵型集
熱部の断面構造を示すものである。 第1表は、溶融塩蓄熱材の代表例を示すものである。 第3図は、本発明を実施した蓄熱材内蔵型集熱部の断面
構造を示すものであり1第4図は第3図のA1−・A2
断面構造を示すものである。 第5図は本発明の他の実施例を示すものである。 1・・・・・・凹面鏡、2・・・・・・ガラス管、3・
・・・・・集熱管、4・・・・・・真空層、5・・・・
・・集熱媒体、13・・曲蓄熱材、21・・・・・・集
熱管、22・・・・・・ベローズ管、23・・曲縦れ、
31・・・・・・集熱管、32・・・・・・波形管、3
3・・・・・・波形管先端、42・・・・・・角管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 太陽光を集光し、その焦点に、その内・外管の間に
    固液相変化性蓄熱材が充填された二重管を設置し、この
    内管間には集熱作動媒体を通すようにしたものにむいて
    、前記二重管を形成する内・外管が、その全周の一部が
    接触するように構成した太陽熱集熱器。 2 外管を円管とし、内管な波形管もしくは角管とし、
    ゛内管の波形先端もしくは角部が、外管内面に接触する
    ように構成した第1項記載の太陽熱集熱器。 3 内管は捩れ管とした第2項記載の太陽熱集熱器。
JP56031138A 1981-03-06 1981-03-06 太陽熱集熱器 Expired JPS5838708B2 (ja)

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