JPS58502107A - 液体を太陽熱により加熱する装置 - 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】 液体を太陽熱により加熱する装置 本発明は、太陽熱集熱器および自然対流による液体運搬を有する、液体を太陽熱 により加熱する装置に関する。゛太陽熱集熱器゛′なる概念は、ここおよび以下 では単一集熱器ならびに集熱システムを包含する。

今日常用のこの種の装置は、太陽熱集熱器ないしは集熱システムと直接にまたは 閉循環路により間接的に結合されている断熱タンク中の液体体積から成る。集熱 器内で加熱された液体のタンク中への運搬はポンプを用いるかあるいは熱サイホ ン作用により行なわれる。

いずれの場合にも重大な欠点を甘受しなければならなａ）ポンプの使用は電気的 エネルギー供給のない地方では不可能であり、かつ費用がかかり、特にこの装置 は（自動的に働く制御装置を必要とし、該装置は日照時間がわずかであるかまた は不足している場合に容器から集熱器への温かい液体の輸送を妨げるが、その理 由はさもないと液体が加熱されるかわりに冷却されるからである。

ｂ）熱サイホン流動は日照時間が不十分な場合その方向が逆転し、それにより同 様に既に加熱された液体を冷却する事となる。それに加えて、熱サイホン作用に よる液体運搬を有する装置においては太陽熱で加熱された液体で充填されるべき タンクを空間的に集熱器の上方に配置しなければならない事が美的に不利である 。

Ｃ）公知の装置では、太陽熱により加熱された液体の要求される目標温度は、タ ンク内のその上部層においても、殊に断続的な照射の場合に長い日照時間後には じめて達成される。

本発明の根底をなす課題は、液体を太陽熱により加熱するだめの従来装置の欠点 を克服し、冒頭にあげた種類の装置であって、液体ポンプを必要とぜずかつ熱サ イホン作用の適用の際可能であるような液体流れの方向逆転が起きず、さらに運 転の際に短時間で所定の最終温度ないしは目標温度の液体を供給する事の出来る 冒頭にあげた種類の装置を提供する事である。本発明による解決法は、太陽熱集 熱器の向こう側で太陽熱により加熱された液体の排水管中に溢流区間が存在し、 溢流区間の溢流水位が、あらかじめ決められる距離だけ、太陽熱集熱器の外部に あって太陽熱集熱器により、加熱されるべき液体の流入口を通して連通している 液柱の水位の上方にある事より成る。

本発明によれば、公知の原理の連通管が使用される：集熱システム内りこある液 柱は加熱さｉｔた液体の出口側で後接された溢流区間により、後接され、通常の 方法でほぼ一定の液体水位が保持される貯水タンクから分離されている。この場 合、太陽熱集熱器ないしは集熱システムの下端Ｇこおける液体流入は、温水タン クの下端または必要な水位に保たれた液面を有する別個の液体タンクから行なう 事が出来る。

実施例の略図につき、本発明をさらに詳説する。第１図は液体が循環路で貫流す る温水タンクを有する、液体を太陽熱で加熱するための装置を示し；第２図は集 熱器から来る加熱された液体用の別個の貯水タンク袈を有する第１図による装置 を示し；第３図は温水タンク内に加熱された液体が貫流すべき熱交換器を有する 第１図による装置を示す。

第１図による液体１の直接加熱の場合には、タンク３中のその水位２は溢流区間 ５の水位４より下Ｇこある。

新しく充填されたタンク３＆こおいては、太陽熱集熱器７における太陽光線６の 照射の開始前には、集熱器７中およびタンク３内での液体１の水位２は同じ高さ にある。タンク３内に温かい液体１が存在し、かつ集熱器７に太陽光線６があた らない場合、集熱器７中の液体は相応する外部温度に冷却され、従って高い密度 を有する。それにより、集熱器７中の液体水位はタンク３内よりも弱干低くなる 。いずれの場合にも、一方の液柱から他方の液柱への著しい流動は起きない。

しかしながら集熱器７に太陽光線６があたるやいなや、集熱器側に存在する液体 は連続的に加熱され、それにより該液体の密度は減少する。それとともに、集熱 器側の液体の水位は、それが溢流区間５の水位４に達するまで上昇する。この瞬 間から、連続的な照射の管９により集熱器７の下部流入口１０に流入する。タン ク３に流入する液体の温度は、タンク３内の液体１の水位２から溢流区間５の水 位４までの距離ならびに液体の物質定数により決定される。

それぞれの太陽熱吸収体に対する照射がとくに強い場合、収部器７に含有されて いる液体は、殊に多くの収部器の直列接続の場合には沸騰するに到る。この場合 、集熱器７からタンク３への流れは蒸気泡により促進され、従ってもはや溢流区 間５の高さではなく、液体の沸点がタンク３中へ溢流する液体の温度を決定する 。

水位距離は、タンク３中へ流入する液体が既に所望の目標温度を有するように調 整される場合、流れる液体のわずかな体積のために、タンク内の取付は物により 良好な温度層を得る事が出来る。第２図により、加熱された液体と冷たい液体と の再混合は、集熱器７から出る液体が分離された断熱されたタンク１１に流入す る場合、および集熱器７への液体の伴流が、タンク１１から分離された液柱］２ と貯水タンク１３がら行なわれ、かつ、分離された液柱１２の水位Ｊ４がそね自 体一定に保持される場合に完全に回避される。このような装置は特に雑用水の太 陽熱加熱のためＱこ提供される。その理由はこの方法で既に短い明射時間後水位 距離１５によりあらかじめ定められた目標温度の雑用水が自由に使えるからであ る。

雑用水の量だけは（その温度ではない）、照射の強さ、集熱面積およびその能率 に左右される。

本発明の利点は、そこから真空太陽熱集熱器を使用する場合特に顕著になる。部 分的な曇りの際にしばしば生ずるような断続的な照射の際、集熱システムは、溢 流する、目標温度のすぐ下の温度の液体を含有する。

この実９温度は、照射が再びはじまるまで停滞する。

液体の熱損失は真空集熱器においてはその構造原理に基づき特に小さく、照射の 乏しい時間では損失はほとんど生じない。また使用の際の真空集熱器に特徴的な 弱い照射における比較的良好な能率も、本発明による装置の範囲内では完全に有 効である。さらに真空集熱器にとって典型的な、１平方メートルあたりのわずか な液体量のために、目標温度はすでに非常に短い照射時間後に達成される。この 利点は、面積あたりの照射密□□□の上昇の際ミラーブースタ（Ｓｐｉｅｇｅｌ 　ｂｏｏｓｔｅｒ）を用いてより著しく増強される。このようなブースタは、そ れが１．５〜４５の間の集光係数を有する時および連続的な供給を断念する時で も、集熱器能率の最適向上と同時に固有投資額の減少をもたらす。

第３図は熱を伝達する閉循環路により間接的液体加熱を有する装置に対する本発 明による原理の適用を示す。この有利な実施例においても、溢流区間の範囲内に ガス空間１６を有し、これが水位距離１５を決定しかつその容積はガス−ないし は液体の流入および排出１９表昭５８−５０２１０７（３） 弁（記載せず）により変えられる。水を閉循環路で使用する場合には、調整ガス として空気が有利である。

水位距離１５を、上昇温度において液体の体積膨張により過度に強く変えないた めに、有利に緩衝ガス空間１６は集熱器７から見て溢流区間５の向こう側に形成 される。高い温度の液体が容器３内に存在する熱交換器１７の上部へ入る本発明 による原理は、タンクの上部に特に明瞭に下部におけるよりも多くの熱交換面が 収納されるときに、容器３中に存在する使用液体１８の一部を目指す最終温度に 特に急速に加熱する。

タンク３は、第３図による実施例では下部範囲に流入口１９および上部範囲に消 費者に通じる排出口２０を有する。第１図による実施例における流入口１９およ び排出口２０も同様の方法で配置される。それに対して第２図による実施例にお ける消費者に通じる排出口２１はタンク１１の下端に配置する事が出来る、それ というのもこの場合にはタンク中に存在する液体２２はシステムにより大体にお いてどこでも同じ温度を有するからである。

種々の実施例において、溢流区間５と集熱器に供給する外部の液柱１ないし１２ との間の水位差は溢流区間の絶対的高さの変更により変える事が出来る。変更は 、タンク内または熱交換器循環路中の液柱の加熱の際に自動的に行なわれる。本 発明による原理は、直接の液体通路を有する真空集熱器においても、熱交換管国 際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ］、　太陽熱集熱器（７）および自然対流による液体運搬を有する、太陽熱によ り液体を加熱する装置において、太陽熱集熱器（７）の向こう側で太陽熱により 加熱された液体の排出管内で、溢流区間（５）が存在しかつ溢流区間（５）の溢 流水位（４）が所定の距離（１５）−だけ、太陽熱集熱器（７）の外部にあって 太陽熱集熱器により加熱すべき液体の送入口を通して連通している液柱の水位（ １４）の上方にあることを特徴とする太陽熱による液体の加熱装置。 ２、溢流区間（５）が太陽熱集熱器（７）とほぼ同じ高さにあるタンク（３）に 通じており、溢流区間（５）の溢流水位（４）はタンク（３）内ないしはタンク 内に存在する熱交換器（１７）内にある液柱の水位（１４）の上方にあり、かつ 該液柱と太陽熱集熱器（７）内の液柱とはその下部供給管（９）によって連通し ている、請求の範囲第１項記載の装置。 ３、連通している液柱が、溢流区間（５）の範囲内で所定の大きさのガス空間（ １６）が存在する循環路の部分を特徴する請求の範囲第１項記載の装置。 ４　ガス空間（１６）が、太陽熱集熱器（７）から見゛て溢流区間（５）の向こ う側で、液体の熱膨張の際に該液体により完全にまたは部分内に充填される容積 を有する、請求の範囲第３項記載の装置。 ５　液体循環路中ならびにこの下方部分中で溢流区間流入口ないしは流出口を有 する、請求の範囲第１項記載の装置。 ６、溢流区間（５）と、太陽熱集熱器（７）の向こう側にある液柱との間の水位 差を０．５〜１０ｃ１ｒＬの間で変えるための装置を有する、請求の範囲第１項 記載の装置。 ７、　太陽熱集熱器（７）が真空集熱器として構成されている、請求の範囲第１ 項記載の装置。 ８　真空集熱器（７）が集光係数１５〜４５のミラーブースタで裏打されている 、請求の範囲第７項記載の装置。 ９　タンク（３）内に存在する液体の体積（１）を熱交換器（１７）によって間 接的に加熱する場合、その熱交換面が３５％以上がタンク容積の上方１／４に収 納されている、請求の範囲第２項記載の装置。