JPS5860164A - 太陽熱コレクタ - 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】 この発明は、太陽ヒータ等に用いられる太陽熱スレフタ
に関する。

従来使用されている太陽熱コレクタは、１種類の集熱部
のみを備えたもので、集熱部の性能により次のふたつに
分けられる。すなわち、ひとつはアルｆｉニウム板、銅
板または鋼板その他の金属板環に黒色塗料を塗った集熱
板を集熱部とする太陽熱コレクタ、もうひとつは駿化鋼
、酸化クロム。

酸化ニッケル郷の選択吸収膜を基材表面にもつ集熱板を
集熱部とする太陽熱コレクタ、または金属板等に黒色塗
料を塗った集熱板Ｏ上に放熱量を減少させるため２枚の
透明板を配置して集熱部とする、いわゆる二重透明板方
式の集熱部をもつ太陽熱コレクタである。

これら２種類の太陽熱コレクタは、集熱部の性質に起因
してそれぞれ大き、な問題を持っていた。

これを第１図のグツ７を用いて説明する。前者は、太陽
熱の吸収が良い反面放熱し易い。そのため、−線Ａにみ
るように、熱媒体の温度が低い午前中は効率よく太陽熱
を集めるが、午後になシ熱媒体温度が上昇すると放熱量
が増える九め集熱効率が急激に低下してしまう（以下、
これを「Ａタイプ」と称する）、後者は、Ａタイプの集
熱部にくらべ太陽熱を放熱しＫくい反面、吸収が悪い、
その九め、曲線ＢＫみるように、熱媒体温度が上昇する
午後でも放熱量が少々く、したがって集熱効率が急激に
低下してしまうというようなことはないが、午前中の集
熱効率が低いため熱媒体の温度がなかなか上昇しない（
以下、これを「Ｂタイプ」と称する）。

この発明は、このような問題を解決するためになされた
もので、集熱効率が１日を通じて高く保九れるため１日
の總集熱量が多い太陽熱コレクタを提供するものである
。これについて以下に説明する。

この発明Ｋかかる太陽熱コレクタは、熱媒体が低温のと
き太陽熱の集熱効率の高い集熱部Ａおよび熱媒体が高温
のとき太陽熱の集熱効率の高に集熱部Ｂの２種類の集熱
部を備え九ことを特徴としている。以下、図面にあられ
れた実施例にもとづいてこの発明を説明する。

第２図はこの発明にかかる太陽熱コレクタの１例をあら
れす。図にみるよりに、この太陽熱コレクタｌは二つの
集熱器２および３を備えており、これらはフレーム４，
４′などで適切な角度を保ち建物′などに取）付けられ
るようになっている。集熱器２はＡタイプの集熱部を備
えたもので、構造は従来と同じである。たとえば、金属
板等に黒色塗料を塗り九集熱板に接して熱媒体通路とな
るパイプを設けたものがあげられる。集熱器３はＢタイ
プの集熱部を備え友もので、これも構造は従来と同じで
ある。たとえば、酸化鋼等の選択吸収膜を基材表面にも
つ集熱板に接して熱′媒体通路となるパイプを設は良も
の、または、金属板等に黒色塗料を塗った集熱板に接し
て熱媒体通路となるパイプを設け、さらに放熱量を減少
させる九めその上に透明板を２枚並べたものがあげられ
る。集熱器２は午前中よく日が当るようにその集熱部を
南からやや東Ｑ方向に向け、さらに斜めに傾けて設置さ
れる。他方、集熱ｌＩ３は午後よく日が当るようにその
集熱部を南からやや西の方向に向け、さらに斜めに傾け
て配置される。図中、矢印は方角を示している。午前中
はＡタイプの集熱部を備え九集熱器２が主に太陽熱の集
熱を行な麿、午後からはＢタイプの集熱部を備えた集熱
器３が主に太陽熱の集熱を行なう。

このようにすれば、ＡタイプおよびＢタイプの集熱部や
各長所が他方の短所を補う丸め、全体の集熱効率を１日
中高く保ち収熱量を多くすることができる。これを第３
図を用いて説明する。第３図は、この発明Ｋかかる太陽
熱コレクタのＡタイプの集熱部およびＢタイプの集熱部
の各集熱効率をあられすグ２７である。グラフにみるよ
うに午前中はＡタイプの方の集熱効率が高く、午後から
はＢタイプの方の集熱効率が高い、べＬで、Ａタイプお
よびＢタイ１両方の集熱部を４つ場合は、太線で示され
る部分で主に集熱を行なうことが可能となるため、１日
中高い集熱効率を保つことができ、集熱量を多くするこ
とができるようになるのである。

なお、この実施例では２種類の集熱器がそれぞれ一つず
つ配置されているが、それぞれの配置数は一つに限られ
るものでなく、複数であってもよいのである。この場合
、同じ種類の集熱器をすべて同じ向きにする必要はなく
、九とえは少しずつ角度を変えるなど自由に角度を変え
るようにしてもよいのである。

つぎに１上記実施例の太陽熱コレクタの使用例、すなわ
ちこれを用いた太陽熱コレクタシステムを第４図を用い
て説明する。

第４図はこの太陽熱コレクタシステムの概略説明図であ
る。この太陽熱コレクタシステムは太陽光が集熱器２や
集熱器３にあたシ、ポンプ５が始動すると、蓄熱槽６内
Ｏ熱媒体７（例えば水）を、蓄熱槽（貯湯槽）６−ポン
プ５−自動開閉バルブ８→集熱器２−９蓄熱檜６、ｔｆ
ｔ、、は蓄熱槽６→ポンプ５−自動開閉パルプ９−集熱
器３−蓄熱槽６と循＊−ａせることによシ、集熱器２ｔ
たは集熱器３において集めえ太陽熱を温熱媒（温水）と
して蓄熱槽６に貯える。ポンプ５の始動・停止およびバ
ルプ８．９の開閉は、電源１１等を動力源とするポンプ
・バルブ制御部ｌＯによシ制御される。すなわち、この
制御部ｌＯは、集熱器２．集熱器３の各熱媒体通路内お
よび蓄熱槽６の底付近にそれぞれ設置された温度センナ
１２，１３．１４と接続されておシ、各センナが感知す
る熱媒体温度に応じてポンプの始動・停止およびパルプ
７．８の開閉を制御するのである。

この制御はたとえば次のようになされる。センサ１２の
検知温度をｔｌ’ｃ、センナ１３の検知温度をｔｘ”ｃ
、七／す１４の検知温度を１３℃とする。

１１　、１＊≧ｔ３＋Δｔのとき、ｔｌ　、　ｔ、のい
ずれか高い方の集熱器のパルプ８ｔたは９を開くととも
に、ポンプ５を始動させるのである。ここに、Δｔは集
熱な行なうに値する温度差を意味する。午前中は主とし
て集熱器２の方が集熱！３よシも集熱効率がよ（ｂ）ｂ
となるため、パルプ８が開く。そして、集熱器２で集め
られた熱が蓄熱槽６に蓄えられる。

午後からは、逆に集熱器３の方が集熱器２よりも集熱効
率がよくなシｔｓ＞ｔｘとなるため、パルプ８が閉じて
パルプ９が開く。そして、集熱器３で集められた熱が蓄
熱槽６に蓄えられる。集熱器２．３を用いるコレクタシ
ステムは上例にとどまらず、種々採用することができる
。また、その制御方法も上記のもＯＫ限られない。

このように１午前中は主に集熱器２で、また午後からは
主に集熱器３でそれぞれ集熱を行なうので、常に集熱効
率が高く保たれる。し九がっで、この太陽熱コレクタシ
ステムによれば集熱量が多くなる。

なお、上記太陽熱コレクタシステムはポンプを用い九強
制循環方式を採用しているが、ポンプを用いない自然循
環方式としても同じように集熱を行なうことができる。

つぎに、この発明にかかる太陽熱コレクタの他の実施例
を第５図を用いて説明する。この太陽熱コレクタの集熱
器１′は、内部がよくわかるようＫぽツクス１５の一部
が切り欠かれてあられされている。太陽熱コレクタは集
熱部人と集熱部Ｂを一つＯ集熱器内に備えている。すな
わち、ボックス１５の中には、集熱部Ａとしてたとえば
金属板等に黒色塗料を塗った集熱板１６が２枚、そして
、集熱部Ｂとして九とえは酸化銅等の選択吸収膜を基材
表面にもり集熱板１７が２枚、それぞれ種類を交互に変
えて山形をつくるように配置されている。集熱板１６＞
よび集熱板１７にはそれぞれ、１本ずつ、熱媒体通路と
なるパイプ１Ｂが接するよう配置されておシ、これらの
ノくイブ１８は、太いパイプ１９から平行に枝のように
伸びている。

この集熱器１′は、図のように集熱板１６を東に、集熱
板１７を百に向けるようにし、さらに集熱器１′自体は
南を向くように傾けて設置するのがよい（図中、矢印は
方角を示す）、集熱板１６は主に午前中集熱効率が大き
く、集熱板１７は主に午後に集熱効率が大きいからであ
る。

なお、上記実施例における集熱器１′は２種類の集熱板
がそれぞれ２枚ずつ配置されているが、１枚以上何枚で
あってもよい、また、パイプの配管は第５図のようなも
のに限らず、熱媒体が太陽熱を受は取って循環できるよ
うな配管であれば、どのような配管であってもよい。

この太陽熱コレクタを用い九太陽熱コレクタシステムの
１例を第６図に示す、この太陽熱コレクタシステムは、
集熱器１′の構造が異なっている点を除けば従来と同様
である。すなわち、蓄熱槽６内の熱媒体を蓄熱槽６−ボ
／プ５−集熱器１′−蓄熱槽６と循環させることによシ
、集熱器１′におりて集めた太陽熱を温熱媒として蓄熱
槽６に貯える。

そして、ポンプ５の始動・停止は電源１１を動力源とす
るポンプ制御部２０に制御される。この制御部２０は集
熱器１′および蓄熱槽６の底付近に設置された温度セ／
す２１，２２と接続されており、それぞれでの熱媒体温
度に志じてポンプの始動・停止を制御するのである。

この発明にかかる太陽熱コレクタは、以上のように構成
されるものであって、低温時の特性がよいものと、高温
時の特性がよいものとの２．！ｌ類の集熱部を備えてい
るので、１日を通して集熱効率を高く保つことができ、
集熱量が多い。

なお、太陽熱コレクタを太陽熱温水器として用いる場合
、つぎに説明するような給湯システムとすると、温水器
の湯温が高い場合、給湯温度を所望の一定温度に下げる
ことができるので便利である。

まず、従来の給湯システムを第７図に示す、その太陽熱
温水器は自然循環方式であって、集熱器２３の上に蓄熱
タンク２４、さらにその上にジスターン２５を備え、蓄
熱タンク２４およびジスターン２５はタンク外箱２６内
に納められている。

集熱器２３の上部と蓄熱タンク２４の底部はパイプ２７
でつながれ、集熱器２３で温められ庭木が温水となって
蓄熱タンク２４に蓄えられるようになっている。ジスタ
ーン２５には水道管２８がはいっていて、ここからタン
ク連絡管２９を通じて蓄熱タンク２４に給水を行なうこ
とができるようＫなっている。３０は水道管２８のバル
ブである。

給湯は蓄熱タンク２４から引かれ丸給湯パイプ３１末端
の蛇口３２等をあけることくよシ行なわれ、蓄熱タンク
２４内の温水を直接風呂３３などに入れる等して利用す
る。この場合の給湯方法とじては二つの方法がある。ひ
とつはオーバ７０一方式でＴｏ−）て、第８図（１）に
示されるように、給湯パイプ３１が蓄熱タンク２４の上
部にっけられ、水道管２８のバルブ３０をあけて蓄熱タ
ンク２４に給水すると同時に給湯を行なう方法であシ、
もうひとつ紘ロット方式であって第８図（ｂ）Ｋ示され
るように給湯パイプ３１’が蓄熱タンク２４の底部にっ
けられ、水道管２８のパルプ３０を閉じ給湯を行なう方
法である０図中、３４は空気ぬきであって、蓄熱タンク
２４に過度の圧力がかからないように働くものである。

ｔた、３５はボールタッグであっテ、ジスターン２５か
ら水があふれないようＫなっている。

これら二つの給湯方法はいずれも、蓄熱タンク２４の温
水を直接利用する方法であるため、温水が５０〜６０℃
の高温になっている場合は、シャワー等に使用するＫは
不向きであった。すなわち、後者は水を加えないで給湯
するからもちろんのことであるが、前者も給水しながら
給湯するが、水は下の方に九ま）やすく湯とよく混合さ
れ−いので、温水器の湯温か下がらないのである。ｉた
、−蓄熱タンク２４の上部と下部では温水の温度が異な
るため、給湯中に給湯温度が変化し常に一定の温度の温
水を得るということも困難であった。

この問題を解決するため、水道管と給湯パイプをミキシ
ングパルプでつなぎ温水と水道水を混合するととが考え
られるが、水道水と水道管から一度切離されたものとの
混合（ｅｒｏｓｓ　ｃｏｎｅｃｔｉｏｎ　）は、水道法
で禁止されている。そこで第９図Ｏような給湯システム
とすると、水道法に違反することなく鷲給湯温度を所望
の温度にすることができるのである。

図にみるように、この給湯システムにおいても、従来と
同じ太陽熱温水器が用いられるが、新たな配管が附加さ
れている点が従来と異なる。すなわち、ジスターン２５
から給水ノぐイブ３６がひかれ、蓄熱タンク２４の上部
から引かれて匹る給湯パイプ３１にミキシングバルブ３
７を介しでつながれているのである。

仁の給湯８システムは、水道管２８のパルプ３゜を開け
てジスターン２５に給水を行ないながら使用する。すな
わち、給湯パイプ３１からの温水と、タンク連絡管２９
からの、水に温水が混ざった状態の低温水とをミキシン
グバルブ３７で混合し、両者Ｏ混合比を調節することに
よって所望の一定温度とするのである。このようにすれ
ば、蓄熱タン“りＯ湯温が高くても、湯温を下げてシャ
ワー３５等に利用することができるようになる。この場
合は、ジスターン２５に水道水を一旦出しているので、
水道法違反にならない。

なお、ミキシングバルブとして、蓄熱タンク上部から出
る温水が設定温度よシ低くなれに、自動的に低温水の供
給をストップし、温水の＋を優先的に出すような機能を
、持つものを使用すれば、いっそう便利である。

上記嬉９図の給湯システムでは、給水パイプ３６がタン
ク連絡管２９内から引かれているがジスターン２５から
でもよいし、蓄熱タンク２４の下部から“でもよい、し
かし、給湯パイプ３１は蓄熱タンク２４０上部から引か
れるオーバ−７０方式に限る。

第９図の給湯システムでは、ミキシング／（ルプ３７を
タンク外箱２６の外に配置するようにしているが、第１
０図の給湯システムでは、タンク外箱２６の中Ｋ　ミキ
シングパルプ３７が配置され、このミキシングパルプ３
７によって蓄熱タンク２４の下部から引かれた給水管３
６が蓄熱タンク２４の上部から引かれた給湯管３１につ
ながれている。

このようにすると給水管が短くてすむ、こＯ給湯システ
ムではジスターン２５から出て矢印Ｃのようにタンク２
４の下側を通る低温水と、矢印ＤＯように上側を通る温
水を、ミキシングパルプ３７で温合し、所望の温度にし
て給湯が行なわれる。

これまでの給湯システムｏａｆｌＪは、自然循環方式の
太陽−温水器を用いたものについて行なったが、くみ置
方式または強制循環方式Ｏ太陽熱温水器を用い九場合で
も、同様にしてこの給湯システムを用いることができる
こと紘容易に理解されるで多ろう、第１１間物）はくみ
置方式の太陽熱温水器を示すものであって、集熱器２３
と蓄熱タンク２４が一体になっておシ、蓄熱タンク２４
の上方に°はジスターン２５が設けられている。ジスタ
ーン２５にはパルプ３０のつい大水道管２８が配管され
ており、この水道管２８でシスター７２５に水が供給さ
れる。そして、この水がジスターン２５の下部と蓄熱タ
ンク２４の下部をつなぐ／＜イブ３８を通るととによっ
て蓄熱タンク２４に給水が行なわれる。蓄熱タンク２４
の上部からは給湯管３１が引かれ、この給湯管３１にパ
イプ３８から枝分かれし丸給水管３６がミキシングパル
プ３７でつながれている。この太陽熱温水器を用いて給
湯を行なうときも、水道管２８のバルブ３０を開けて行
ない、給湯管３１からの湯水と給水管３６からの水をミ
キシングパルプ３７で混合して、所望の温ＷＬＯ温水を
得る。

第１１図（ロ）は強制循環方式の太陽熱温水器であって
、ポンプ３９を備えているため、蓄熱タンク２４を集熱
＠２３０下に置いてもよいところが、１１ｇ９図の自然
循環方式の太陽熱温水器と異なる。

しかし、その他の構造およびこのシステムの使用方法は
同じであって、所望の温度の温水は、蓄熱タンク２４０
上部からの温水と蓄熱タイク２４の下部からの水をミキ
シングパルプ３７で混合して得ることができる。

ζζで説明し丸給湯システムによれば、蓄熱タンクの温
水の温度が高い場合でも、ミキシングノ（ルブでこの温
水と水（または低温水）（を混合して所望の一定温度で
給湯を行なうことができる。

九とえば、給湯温度を４０〜４５℃に設定すれは直接シ
ャワーに利用することもできる。ｉえ、浴槽等に給湯す
る場合畔では、はじめＫ　ミキシングパルプで温度調節
を行なっておけと、あとから浴槽内で湯の温度を調節す
るといっためんどうｔｊとは必要がなｉ、そして、一定
温度で一定量の温水を必要とする場合に社、温度調節を
必要とせず湯量のみを注意すればよいので、市販の湯量
制御装置を使用することができるようＫなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の太陽熱コレクタの集熱効率をあられすグ
ラフ、第２図社こＯ発明にかかる太陽熱コレクタの１例
をあられす斜視図、第３図はこの発明にかかる太陽熱コ
レクタの集熱部ＡおよびＢの集熱効率をあられすグラフ
、第４、図はこの発明の詳細説明図、第５図はこの発明
に−かかる太陽熱コレクタの別の例をあられす一部を切
り欠いた斜視図、第６図はＩＪ５図の太陽熱コレクタを
用いた太陽熱コレクタシステムの概略説明図、第７図′
は従来の給湯システムの概略説明図、第８図（ａ）はオ
ーバー７０一方式番ζよる給湯方法の説明図、第８図（
ｂ）はロフト方式による給湯方法の説明図、第９図は所
望の一定温度の温水を得ることができる、自然循環方式
を用いた給湯システムの一例をあられす概略説明図、第
１θ図および第１１図（り　、　（ｂ）は同じく所望の
一定温度を得ることがてきる給湯システムの他の例をあ
られす概略説明画であって、うち第１０図は自然循環方
式を用いた他の給湯システムの概略説明図、第１１図（
亀）は（み置方式各こよる給湯システムの概略説明図、
（呵は強制循環方式による給湯システムの概略説明図で
ある。 １・・・太陽熱コレクタ　１．’　２．　ｓ・・・集熱
器４．４′・・・７レーム　５・・・ポンプ　６・・・
蓄熱槽７・・・熱媒体　８．９・・・自動開閉パルプ　
１Ｇ・・・ポンプ・パルプ制御部　１１…電源　１２．
１！、１４・・・温度上ンナ 特許出願人　松下電工株式会社 代理人　弁理士　松　本　武　　彦 −→時刻 第１図 第２図 一◆時刻 −第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　熱媒体が低温のとき太陽熱の集熱効率の高い
   集熱部Ａおよび熱媒体が高温のとき太陽熱Ｏ集熱効率の
   高い集熱部Ｂの２種類の集熱部を備えた太陽熱コレクタ
   。 （乃　集熱部Ａと集熱部Ｂをそれぞれ別Ｏ集熱器内に設
   は九特許請求の範囲第１項記載の太陽熱コレクタ。 （３）　　集熱部Ａと集熱部Ｂを、ひとつの集熱器内に
   おいて集熱部Ａと集熱部Ｂとで山形をつくシつつ交互に
   配置されるよう設けた特許請求の範囲第１項記載の太陽
   熱コレクタ。 （４）集熱部Ａが南からや中東の方向に向けられ、集熱
   部Ｂが南からやや西の方向に向けられている特許請求の
   範囲第１項から菖３項までのいずれかに記載の太陽熱コ
   レクタ。