JPS5852138B2 - 太陽熱集熱器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は太陽熱集熱器に関する。

太陽熱集熱器は集光型の集熱器と集光しない平板型の集
熱器に大別されるが、本発明は、いづれの集熱形式にも
採用可能な太陽熱集熱器である。

太陽熱集熱器の太陽熱を受熱する面で吸収された熱は、
同時に対流伝熱、輻射伝熱により外界への放熱を生じる
。

このような放熱量を減少させることが、集熱器の集熱効
率の向上に重要な問題となる。

受熱面の温度が高くなるほど放熱量は大きくなるから、
受熱面の温度は出来る限り低く、換言すれば受熱された
熱量は出来る限り速やかに太陽熱を吸収せしめる熱媒の
液体に吸収させ、蓄熱槽又は使用場所に移送されること
が望ましい。

従来の太陽熱集熱器では、受熱面の一部に熱媒の液体が
通過する受熱管があり、受熱面の金属部から受熱管の内
部の液体に伝熱する際に、液体側の伝熱係数が小さいた
めに受熱面温度が必要以上に高くなる。

その温度上昇分だけ対流、輻射による熱損失が大きくな
る欠点がある。

また従来の平板型集熱器は重量が大きく、設置可能の場
所が屋上、屋根の上などに限られてくる。

集合住宅のベランダや軒先などに取付可能の重量になれ
ば利用範囲も拡大されるから、集熱器の軽量化も重要な
改良項目となる。

この発明に係る太陽熱集熱装置に関する主な先行技術と
しては、米国特許Ａ４，００３，３６５ （以下、引用
例″′Ａ′′と称す）、米国特許Ａ ４，０２９，０８
１（以下、引用例”Ｂ”と称す）、米国特許層４．１２
４，０２０（以下、引用例“Ｃ”と称す）等がある。

引用例”Ａ”では、複数個のノズルより噴霧された液体
は太陽熱吸収シート上で加熱され液体は前記吸収シート
上の複数個のリップ（ｌｉｐ）から落下して槽に貯えら
れる。

この引用例では、液体の蒸発は重大な熱損失と考えられ
、この引用例の熱伝達は顕熱によると考えられる。

引用例”Ｂ ？ｌとＣ”では、傾斜した集熱装置の上部
より下部に液体は流下する。

引用例”Ｃ”では、液体は受熱面の裏面のみを流下し、
表面張力により薄膜状に流下する。

この発明は上述した従来技術の不都合に着目して成就さ
れたもので、その主たる目的は、集熱板の受熱面に吸収
された太陽熱を受熱面に熱媒としての液体を噴霧するこ
とにより液体の薄膜流下による熱伝導と液体の蒸発によ
る蒸発潜熱により効果的に温度上昇した液体を取出すこ
とを可能にした太陽熱集熱器を提供することにある。

この発明の他の目的は、簡素な構造から成り軽量である
ため取付範囲も広い太陽熱集熱器を提供することにある
。

この発明の他の目的、特徴、利点は以下の詳細説明によ
り一層明らかとなるであろう。

この発明の好ましい実施例を添付図面に従い詳述する。

１はこの発明に係る太陽熱集熱器のケースでその外側は
透明板２と、４つの側壁４と下面壁５とから戒る。

３は透明板２から平行に間隔をおいた集熱板である。

受熱面としての集熱板３は熱伝達率の大きな銅、アルミ
ニウム等の金属から成る。

集熱板３の表面は黒色塗料を塗布するか又は選択吸収膜
を付着させる。

かくて、集熱板３と、４つの側壁４と下面壁５との間に
空間Ｓが形成される。

ケース１を構成する側壁４，５及び断熱材６は、装置本
体を軽量化するため例えば硬質ポリウレタン発泡材を用
いて成形するのが好ましい。

各側壁４と下面壁５の外側と内側の間には断熱を保持す
るため断熱材６が入っている。

１は液体の膜状流下を助けるための親水性素材である。

この親水性部材が集熱板の下面に配設されている。

集熱板の下面に親水性塗料を塗布してもよい。

また、網状物、多孔板、織布、不織布、スポンジ状物を
取付けてもよい。

熱媒の液体が流下する速度が大きすぎる場合、液体が充
分昇温しない間に中空容器の下部に到達し、受熱面から
の熱の除去が不充分となり効率が低下する。

この流下速度を制御するためには、上述の親水性処理、
網状物、多孔板、織布、不織布、スポンジ状物の取りつ
けは有効である。

８は下面壁５に取付けたノズルで給水管９を有する。

ノズル８はケース１の空間Ｓ内に水をスプレィする。

熱伝達を良好にするため熱媒の液体がより微細な粒子と
なって噴霧されるのが好ましく、その一部は空間Ｓ内で
ミストと液滴となって浮遊する。

一方、噴霧した液体の一部は集熱板３の裏側に設けた親
水性部材に衝突し、流下する間に受熱面から熱を吸収し
て昇温し、更にその一部は蒸発して中空容器中の空間に
出てゆく。

第３図に示す通り、親水被膜７は複数個の堰７ａを設け
ているので、液体は緩慢に流下する。

液体が流下する間に、温度は徐々に上昇する。

一部蒸気となり加熱された蒸気は空間Ｓ内に充満する。

この蒸気は潜熱により集熱板から大量の熱エネルギーを
うばう。

蒸気温度は空間Ｓに浮遊するミスト及び液滴の温度より
高い。

蒸気はミストと液滴及び壁面全体に流下する液体に凝縮
潜熱を与える。

加熱した液体は液体取出口１０から所望の場所に熱媒と
して放出される。

第１図ではノズル８は１個のみであるが、ノズル数、そ
の配置位置及び噴射角度は使用者の自由裁量である。

第４図は送給管１１に配設した複数個のノズル８の実施
例である。

複数個のノズルから噴射した液体は空間Ｓ内の気体及び
蒸気、液滴の流れを撹乱し熱伝達の向上に寄与する。

この他にも、小型モーターを使用して円板を回転させ、
同心力によって噴霧させる方法、或いは小型モーターに
よらず、熱媒の液体の圧力によって円板を回転させ、そ
の液体を円板上に導いて噴霧する方法も採用出来る。

熱媒の流体が水道水のように圧力をもった状態で供給さ
れる場合、第５図の如く、受熱面の温度を温度感知器１
２により検出し、温度に比例して開度の変化する弁１３
により、ノズルからの噴射量を制御し、受熱面の温度が
最適値になるようにする。

或いは受熱面が設定温度より低くなると弁を閉じ、高く
なれば弁を開くオン・オフ制御の方法も採用出来る。

この場合、一般に本発明の装置が軽量であるために熱容
量が小さく、弁の開閉が頻繁になることもある。

これを防ぐためには中空容器中に蓄熱シート等蓄熱作用
を持つものを入れる。

本装置で昇温された熱媒流体は、装置の取付場所によっ
て、第６図のパイプライン１４を経て蓄熱槽１５或いは
直接使用場所に移送することが出来る。

この方法がもつとも簡単で経済的な設置方法である。

水道水の圧力を利用せずに、第７図の如く循環ポンプ１
６を設け、受熱面の温度を１２により検出し、ポンプの
回転数を制御、或いはポンプのオン・オフ運転を行って
もよい。

またポンプを一定流量で運転し、蓄熱槽１５の熱媒の液
体を循環させてもよい。

集光式の太陽熱集熱器について本発明の方法を適用した
例を第１１Ａ及び１１Ｂ図に示す。

円筒形の集熱筒２６の内部に熱媒体を噴霧或いは噴射し
、筒内面を流下せしめて集熱する。

２５は集光用反射板である。

温度制御、熱媒の流体の流下速度の制御、熱媒の流体の
移送方法等は平板式集熱器の場合と同様の方式が採用出
来る。

本発明を採用した場合、平板型集熱器に於ても集光型集
熱器に於ても、受熱面と水平面のなす角が３０度程度よ
りも大きい方が、熱媒の液体を流下させる面から見ると
望ましい。

また中緯度地方では、受熱面と水平面のなす角は３０度
以上で取付けるのが通常である。

併しながら、受熱面が水平の場合でも本方式は採用出来
る。

平板型集熱器の場合を第９図に示す。

受熱面２の裏面に付着した液滴は次第に生長し、ついに
表面張力で支えきれなくなって落下する。

落下した液滴は緩やかな勾配を持った中空容器の底面を
流下し、取出口１０から外部に取り出される。

この場合、噴霧ノズルは受熱面の裏面を均等に濡らすよ
うに射出角を広くする必要がある。

集光型の場合は、集熱筒に僅かの勾配を持たせるだけで
よい。

本発明によると集熱器が極めて軽量化出来る。

一例を示すと、透明板２に透明プラスチックスを使用し
た場合、平板型集熱器で重量は３ Ｋｙ／ ｍ’である
。

従来の平板型集熱器では強制循環式で１２〜１５Ｋｙ／
ｍ’、汲置式で１００〜１２０Ｋｔ／ｍ２である。

本発明による集熱器はこのように軽量であるから、従来
の集熱器では取付不能の場所にも取付可能となる。

例えば第８図の如くベランダの手摺２１上に係止手段に
より取りつけることが出来る。

また第１０図の如く軒先２３に支持吊下げ機構を介し日
除けを兼ねて取付けることも出来る。

この場合、季節に応じて取付角度を調節出来るようにし
ておくと更に効率がよくなる。

本発明は上記に述べた如く、受熱面に吸収された太陽熱
を、受熱面に熱媒の液体を吹付けることにより、熱媒の
液体の薄膜への熱伝導及び薄膜からの蒸発により蒸発潜
熱によって取り出す。

蒸発潜熱による熱の吸収は大きいので受熱面の温度は過
度に上昇せず、熱損失を少くすることが出来る。

また受熱面から発生した蒸気は中空容器中の、それより
低温の熱媒の液体の液滴及び薄膜に熱伝達することによ
り、極めて効率よく熱媒の液体を昇温させることが出来
る。

集熱器の構造は簡単であり、液洩れ、気体洩れを防ぐ耐
圧構造も低度のもので充分であり、集熱板の表面温度を
温度センサーにより検出してノズルの噴射量を制御した
ので集熱板は最適温度を保つことになり、過熱して輻射
によってその表面から逃がしてしまったり、昇温しない
のに、多量の液体を無駄に噴射して吸温の効率を悪くし
たりすることはないという効果がある。

本発明によれば、このように高能率で、しかも軽量であ
り、安価な太陽熱集熱器を提供することが出来る。

従来の集熱器に比較して、軽量であるため取付可能場所
の範囲も広くなり、太陽熱集熱器の普及に貢献するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る太陽熱集熱器の一実施例め断面
図、第２図は第１図装置の一部切欠斜視図、第３図は同
上装置に装着した親水性部材の断面図、第４図は同上装
置に複数個のノズル機構を配設した場合の説明図、第５
図は同上装置に装着した集熱板の表面で最適温度を得る
ための制御装置の説明図、第６図は加熱した液体がタン
ク等に送給される経路を説明する説明図、第７図は同上
装置により得られた加熱液体の再循環システムの説明図
、第８図はベランダ等の手すり等に斜め方向に固定され
た同上装置の説明図、第９図は平面に水平方向に載置さ
れた同上装置の説明図、第１０図は家屋の軒下に吊下げ
た同上装置の説明図第１１Ａ図はこの発明に係る太陽熱
集熱器の他の実施例の断面図、第１１Ｂ図は同上装置の
正面図である。 図中、１・・・・・・太陽熱集熱器のケース、２・・・
・・・透明板、３・・・・・・集熱板、４・・・・・・
側壁、５・・・・・・下面壁、６・・・・・・断熱材、
７・・・・・・親水性部材、７ａ・・・・・・堰、８・
・・・・・ノズル、９・・・・・・給水管、１０・・・
・・・取出口、Ｓ・・・・・・空間、１１・・・・・・
送給管、１２・・・・・・温度感知器、１３・・・・・
・弁、１４・・・・・・パイプライン、１５・・・蓄熱
槽。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 太陽熱を透過する透明板と、該透明板と平行に間隔
   を置いて配設した集熱板と、断熱壁を有する四方の側壁
   と、断熱壁を備えた下面壁とによってケースを形成し、
   下面壁に設けた少くとも一つのノズル機構によって噴射
   した液体を前記集熱板の下面に形成した複数個の堰を有
   する親水性部材に衝突せしめ、前記集熱板の表面温度を
   温度センサーにより検出してノズルからの噴射量を制御
   し、集熱板の最適温度を得るようになし、前記親水性部
   材を流下した液体を前記下面壁に設置した液体取出口か
   ら熱媒として取り出すことを特徴とした太陽熱集熱器。