JPS59125358A - 自然熱利用装置 - 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】 本発明は光熱変換機能をもつ表面をそなえ且光熱変換に
よつて得られた温熱又は／及び冷熱を運搬する熱媒体通
路を内部にそなえた平板状熱パネルの断熱構造の改良に
関する。

かゝる熱パネルには、太陽光を温熱に変えて温水又は煖
房等に利用する太陽熱集熱パネルが周知であるが、この
ほかに夜間の放射冷却現象によつて生ずる冷熱を冷房等
に利用するものもある。それぞれの用途に適した選択性
膜が表面に加工されている。両者を兼用させることもあ
る。

これら熱パネルを実用する際にはパネルの表，裏面から
の熱の放散損失の多小が装置の熱効率を左右するので断
熱には殊に大きい注意が払われ、一般に断熱にかなりの
費用をかけている。本発明はこの問題の解決を目的とす
る。

太陽温水器や放射冷却パネルで煖・冷房の必要な温・冷
熱を得んとするとき、装置はとかく大面積となる。装置
の小型化，軽量化，低価格化は必須の要件となる。本発
明はこの要求に応ずることのできる自然熱利用装置の提
供を目的とする。

熱パネルはこれを魔法びんと同様の表面板及び裏面板で
覆い、その間隙を真空乃至減圧状態にすれず対流による
熱放散は遮断される。また熱パネルの表，裏面と表，裏
面板の間の接続・接触面積を極力小さくし、その部分の
材質を選ぶことによつて熱伝導による熱放散を少なくす
ることができる。更にまた、熱パネルの表，裏面に熱輻
射係数の小さい皮膜を施し、表，裏面板には反射率の高
いメツキ又は研摩を加えることによつて輻射熱の伝搬を
小さくすることができる。

本発明の装置の周囲構造が魔法びんと異なる点は、熱パ
ネルの表，裏面と表，裏面板の間に圧潰防止用の内部構
造乃至構成を有する点である。

内部構造には以下の実施例で述べる材料のほかに、吸音
材としても有用なグラスフアイバー、フエルト、スポン
ジゴム、セラミツクス、合成樹脂またはこれらを合成し
たものを用いることができ真空又は減圧と併せて大きい
断熱効果を発揮するものである。

以下、図を用いて本発明を説明すると、第１，２及び３
図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は平面図。

第２図はその上部の拡大側断面図。第３図は第１図の右
上隅部分の拡大断面図である。熱パネル１は広い■銅板
１０に銅管で作られたヒートパイプ１１をジグザグに屈
曲させたものを溶接し、表裏の面全面に太陽熱集熱に適
する光熱変換用選択膜を付加してできている。

かゝる熱パネル１のまわりをステンレススチールの細線
が縱横に巻包（一般には角度を違えて多層に巻回）され
て、内部構造２が構成され、斯く内部構造２で包まれた
熱パネルの表面を表面板３，裏面を裏面板４が覆い、表
，裏面板３，４の周囲外縁はヒートパイプ１１の導出部
とアルミニウム製のスペーサー５をはさんでシール材３
５，４５で気密に接着されている。

表面板３には太陽光を透すガラスが使用される裏面板４
は透光性を要しないのでステンレススチール■板又はア
ルミニウム板等を用いうるが、こゝではガラスを用いて
いる。

ヒートパイプ１１の下端１０１は行きどまりになつてい
るが、上端１０２はその先が装置外に導出され、屈曲可
能の断熱被覆ヒートパイプ１２となつている。

断熱被覆ヒートパイプ１２は、ヒートパイプ１１の周囲
をステンレススチールの細線で作られた目の荒い網１３
（以下ではこれも内部構造と呼ぶ）で覆い、更にその上
を銅製の■い管状表面皮膜１４が覆つている。未端は、
内部のヒートパイプを露出させて１５の部分で溶接等で
気密に封止してある。封止は、連通する二つの内部構造
２，１３の周囲空間（間隙）を真空に引いたのちに行は
れるものである。６は周囲の縁部を補強するアルミサツ
シ、７はクツシヨン材料である。

内部構造２（及び１３）は使用目的に応じて、外部から
の圧力等に耐えるような機械的強度を生ずるための必要
最小限の接触面積をもつ如く、表，裏面板と熱パネル１
の強度・剛性を考慮して、その目の荒さ、重なり数を選
択し、真空度も同様に調整される。かゝる内部構造２（
及び１３）を設備したのは、この装置に、外力により押
潰されるのを防止する強度を与えるためと、各接触が点
又は線接触であり、熱パネル１やヒートパイプ１１の表
面より表，裏面板３，４（及び表面皮膜１４）への熱伝
導径路が点又は線接触より線材を通して次の接触へ、更
に線材を通して次の接触へと長い径路が構成され、目的
とする熱遮断効果と強度補強，確保（及び屈曲可能）の
機能を極めて有効に果させるためのものである。

表，裏面板がガラスのように大きい強度・剛性をもつと
きには内部構造２の周囲に浮きによる間隙をもつことが
多くなる。熱パネル１の表面がこの実施例の表面のよう
に大きい凹凸をもつときも同じであるが、これは却つて
断熱性を高めて好都合である。反対に、表，裏面板がさ
ほど大きい剛性を持たないときは、真空度を高めたとき
大気圧によつてそれらは変形し内部構造と強く接触する
ことになる。

上記のようにした本発明の自然熱利用装置では熱の放散
損失は、内部構造を伝導する熱によつて生ずるものは小
さく、断熱被覆ヒートパイプ１２の密封部１５部のみで
生ずる。こゝは即ち、熱の利用場所である。

密封部１５から表面皮膜１４を径由して放散する伝導熱
を小さくするには、密封部１５に熱非伝導性の材料を選
ぶか、表面皮膜１４として熱抵抗の高いステンレススチ
ール等の材料を選ぶ。

ヒートパイプ１１と表面皮膜１４の間の大きい熱伸縮差
を吸収するため、表面皮膜１４にはひだ１６が設けられ
る。

ヒートパイプ表面及び熱パネル表面の間隙内を真空又は
減圧する方法としては種々考えられるが、例えば第１図
の全体を真空チヤンバー内に入れ、その中で各接着，溶
接その他の封止を行つてもよく、又はそれよりはバルブ
等を密封部１５の近くに設けて後から真空にする方法を
とる。（一般にパネルは高所に取付けられるので、真空
に引くのは下部の密封部１５に近い方が好都合である。

長期間の使用で低下して来た真空度を上げたいときもこ
の方が便利である。真空バルブでは殊にこのことを考慮
したものがよい。） 周知のように、ヒートパイプにも真空に引く工程がある
。上述の封止をこの工程に合せて行うことで装置製造の
経済性は大いに向上ずる。

上記の実施例では間隙内に線材で作られた内部構造を配
備したが、内部構造は他のもの例えば熱パネル又は表，
裏面板の間隙対向面に付着せしめた多数の点状散在物で
代替させることもできる。

また内部構造は省略することも可能である。即ち例えば
熱パネル表面に多条の三角山突出条を構成すると共に、
表，裏面板の間隙対向面にも上記と交叉する同様の突出
条を設け、各条の頭頂部で相互を点接触させて、伝熱を
最小にしながら押潰を防ぐという構成をとるのである。

尤もこの構造に加えて先述の内部構造を配置するときは
効果は一層上昇する。このほか、これら間隙対向面に多
数の三角錐を突出させるなどでも本発明の目的は達成さ
れる。

さて記述の都合上次に「熱接手」を説明する。

第１図の断熱被覆ヒートパイプ１２はこれを直接貯湯槽
，屋内の熱交換器等に接続できるが、その途中に、熱的
に高効率で接続でき、しかも着脱が容易であるような「
熱接手」を置く必要のある場合は多い。熱運搬が長距離
に及ぶときには、所定長に量産された断熱被覆ヒートパ
イプを熱接手で連結する必要も生ずる。熱を受ける装置
が複数のときは熱運搬路の分岐路作りにも熱接手は必要
となる。

第４図は熱接手の例をその接続状態で示す一部断面側面
図である。

Ａ，Ｂは接続される二つの断熱被覆ヒートパイプ、１ａ
と１ｂ，２ａと２ｂ，４１ａと４１ｂ及び３ａと３ｂは
夫々のヒートパイプ，内部構造，封止部材及び封止部材
の先端部に切られたねじ（互に逆ねじ）である。ナツト
３ａｂは螺合によつて両者を機械的に接続する。

ヒートパイプ１ａの端部は径が拡張されてその内部に奥
の深い熱接手メス６ａが形成され、この６ａ内にヒート
パイプ１ｂの熱接手オスが隙間存く挿入されて熱接続が
完成する。接続の効率を向上させるため挿入の際グリー
ス等が接触面に塗布される。７ｂはオス部に設けられた
溝で、挿入の際のメス６ａ内の空気の逃げ道となる。点
線３０でこの接続部分に用いられる断熱材の輪郭を示し
ている。

熱接手はヒートパイプ１ａと１ｂが互に熱媒を異にする
場合や、一方がウイツクを持ち他方が持たない場合に用
いて便利である。装置Ａ，Ｂの一方がヒートパイプでな
く、熱交換器や本発明の自然熱利用装置等である場合も
同様である。

かゝる熱接手手段の併用によつて本発明の装置の使用上
の利便は一段と増し、断熱被覆ヒートパイプの屈曲可能
性，高効率熱運搬性と合せて、従来の自然熱利用系の設
計・施行上の煩雑さ等の問題点は一掃される。この熱接
手のオス又はメスは、これを第１図の装置の内部又はす
ぐ外に設けることができる。

さて，第１図の装置はこれを屋上に設備し、ヒートパイ
プ１１の１０１を低く、１０２側を高くし、１０２，Ｐ
，Ｑをこの順に高く配置し、断熱被覆ヒートパイプ１２
の端部Ｒを屋内の貯湯槽Ｗ内に挿入して使用し、ヒート
パイプ内のウイツクを１０１〜１０２間とＰ〜Ｑ〜Ｒ間
にだけ設けるようにすると次の効果を生む。

即ち、このようにした自然熱利用系では、熱パネル１の
温度が貯湯槽Ｗ内の温度よりも高いときにだけ１→Ｗの
温熱運搬が行はれ、温度関係が逆のときには熱運搬は断
たれるのである。これは、Ｐ−１０２間の凝縮液還流が
前者では重力で行はれ、後者では（ウイツクがないため
）断たれるためである。

全く同様の効果が、第１図の装置を放射冷却装置として
使うときに期待できる。そのときは、ヒートパイプ１１
の上端１０２を行きどまりとし、下端１０１部から先と
同様ヒートパイプ１１を導出して、断熱被覆ヒートパイ
プＳで室内の冷房用熱交換器Ｖにヒートパイプの端Ｔを
導き、これに冷熱を送るものであるが、このときＳ内の
ウイツクを除いておくと、冷熱は熱パネル１の温度が熱
交換器Ｖの温度よりも低いときにのみ１０１→Ｔの方向
に運ばれ、温度関係が逆のときには熱の運搬は断たれる
。

これらの効果は、従来必須品とされている差温検出器，
モーター駆動電気装置，熱媒用ポンプ，その駆動用モー
ター，戻り配管，弁類等のすべてを不要にするもので、
その経済上の意味は極めて大きい。

更に、上述の温熱利用と冷熱利用は、一つの自然熱利用
装置に兼務させることができる。兼用のときには、第１
図の装置の点線Ｓ，Ｖをすべて生かし実線に変えるので
ある。但し、ヒートパイプ１１の下端１０１の部分と断
熱被覆ヒートパイプＳとの間に熱接手を配置する必要が
ある。

断熱被覆ヒートパイプ１２，Ｓの両者を斯く熱パネルに
接続したまゝにしても支障はない。画は太陽熱利用装置
として貯湯槽Ｗを加熱し、夜は放射冷却利用装置として
冷房用熱交換器Ｖを冷却する。動作の開始，終了，切替
は熱パネル１の温度の昇降によつてすべて自然に、しか
も無駄を生ずることなく行はれる。

なお、第１図の装置のように表，裏面板をともに透明に
し、熱パネル１の表裏の全面に選択膜を付与した装置は
、裏側からも太陽光を受光集熱することができ、本発明
の副次的効果を生む。

かゝる装置は例えば「逆平板型」と呼ばれる固定型の太
陽集熱器の集熱パネルとして有能である。この太陽集熱
器では所定面積にそそぐ太陽光の一部を集熱パネルの表
側で受光し、残部を弯曲した鏡面で反射集光して２〜３
倍にして裏側で受光する。

従来の逆平板型太陽集熱器では表側，裏側に夫々別の集
熱パネルを用い、前方よりも後者を高温にして用いてい
る。第１図の熱パネルは両集熱パネルを合体させるもの
で経済効果が著るしい。

ただし、もしどうしても高，低温２枚のパネルを使いた
いときには、本発明の構成法を踏襲して、表，裏面ガラ
ス板の間に、表側用熱パネルと裏側用熱パネルを重ねて
置き、４者の間に内部構造２を配置して真空に引けばよ
い。

次に、第１図の熱パネル１は第５，６図の熱パネル６０
に置換えることで装置を■くすることができる。

熱パネル６０は、夫々銅製で平面状の表■板６１，裏■
板６２（その外面には選択膜が付加される）引び両者の
外周縁を密封するシール材６３，両者の間隙に挿入され
るウイツク６４でできている。ウイツク６４は第５図に
点線で示すように、ジグザグに走り、間隙が押潰される
のを防止する働きも兼ねている。間隙内は真空に引かれ
て作動流体が封入され、平面形のヒートパイプとなつて
いる。

この熱パネル６０から外部に導出される断熱被覆ヒート
パイプ６５は扁平な帯状のものであるが、すべての構成
は第１図の１２と同様である。表，裏面板３，４等及び
内部構造２の構成も同様で類推可能であるため説明は略
す。

熱パネル６０の動作は熱パネル１のそれと変らない。

ウイツク６４の配置のパターンは様々に選ぶことができ
る。要は、蒸気通路と凝縮液還流路がパネルの全面にま
んべんなく配置されゝばよい。従つて、熱パネル６０を
図の通りに上下に傾けて使うのであれば、このパターン
ならば６４からウイツクの機能を取除いても液の還流に
支障はなく、ヒートパイプは正常に動作する。

本発明は第８図の如く実施して別種の効果を発揮する。

第８図の熱パネル８０は、このパネルの上方に置かれた
リニアフレネルレンズ７０（第７図にその横断面を示す
）の集光光束を受光するもので、両者とも固定されてい
るため、そして図のパネルの上下を天球の南北に向け、
左右を東西に向けており、レンズ７０はリニア軸を天球
の南北に向けてパネル８０に平行に置かれているため、
太陽の線状集光々束は単位熱パネル８１〜８５上を時刻
の経過につれて逐次走査するものである。

各単位熱パネルにはウイツクのないヒートパイプ８１０
〜８５０が溶接されており、夫々の頭部は帯状のヒート
パイプ８００内に挿入されている。

これら単位熱パネル８１〜８５はステンレススチールの
細線８６を使つて、第９図の断面図で明らかなように編
まれており、斯く編まれたものが複数組、ヒートパイプ
８００を共有して横に並べられて全体の熱パネル８０を
構成する。

熱パネル８０が表，裏面ガラス板や内部構造で包まれて
自然熱利用装置を構成するところは第１図と同様である
。

（レンズ７０は前記の複数組分だけ、これも上方に並べ
られる。） 断熱被覆ヒートパイプはヒートパイプ８００から導出さ
れる。

上記のように構成した装置では、太陽の集光々束の走査
で或時には或特定の単位熱パネル例えば８１だけが強く
照射され、他の受光は極めて弱い。従つてヒートパイプ
８１０は高温をヒトパイプ８００に伝える。しかし８０
０の高温はその他の単位熱パネル８２〜８５のヒートパ
イプ８２０〜８５０に伝わることはない。それらは冷た
いまゝである。（凝縮液が還流しないためである。）単
位熱パネル８１の高温は横方向の８２に伝わることもな
い。それは細線８６が内部構造として働くためである。

この動作のため第８図の熱パネルは、レンズ７０の集光
を極めて活用し、すぐれた高温をヒートパイプ８００に
得ることができる。

低温の単位熱パネル（８２〜８５）からの熱の輻射は小
量であるため、集熱効率も優れている。

さて、上述では本発明の装置、すべてヒートパイプとの
組合せの場合で説明したが、本発明はヒートパイプの使
用に限定されるものではない。

ヒートパイプ，断熱被覆ヒートパイプ及び熱接手を加味
した上述の説明は、これらとの組合せがきわだつた効果
を生むことから、最良の実施例であるとして先づ説明し
たに過ぎない。

本発明は第１０図に略図で示したような、市水やエチレ
ングリコールを混じた水等を熱媒体として使用する通常
の従来の太陽熱集熱パネルや放射冷却パネルを熱パネル
としても之に適用できる。即ち、この熱パネルの周囲に
内部構造２などの構成を施し、透明で非通気性の表面板
３，非通気性の裏面板４で覆い、相互間間隙を真空封止
することで、すぐれた断熱，小型，軽量，経済性の効果
をあげることができる。熱パネルから導出される熱の輸
送管も断熱被覆ヒートパイプではなく、それら熱媒体を
流す通常のパイプを通常のように断熱材で厚く包んだも
のであつてもよい。

第８図に相当する通常の集熱板として、本発明の発明者
は先に、特公昭５６−３３６１３「太陽エネルギー収集
装置」で第１１図の形式の集熱パネルを提案している。

ヘツダーが下部に無く上部のみにあり、熱媒流路の各条
が独立していて、リニアフレネルレンズの集光照射条の
みで熱媒体が還流集熱してヘツダーに高温熱媒体を集め
るものである。非照射条は低温熱媒体の溜りとなる。

本発明はこの第１１図の集熱パネルにも適用できる。そ
して前記同様の諸効果を生む。

本発明は熱パネルの光熱変換機能をもつ表面を透光性且
非通気性の表面板で覆い、両者の間隙に内部構造２等の
構成を施し真空封止し、熱パネルの裏面も非通気性の裏
面板で覆い、表面側同様の処置を施して自然熱利用装置
を構成することを主旨とするものであるが、上述の諸実
施例のように熱パネルの周囲の縁端部にも同様の処置を
施して、表，裏の間隙をこれで連通させるとき理想的な
断熱がえられる。この構成の装置では、温度の昇降が頻
繁で極めて高低温になる熱パネルを完全に真空内に閉じ
こめることができる。このため、大気温度の温度範囲に
とヾまる表，裏面板を直接接着して真空封止することに
なるため表，裏面板・スペーサー・シール材に課せられ
る条件は極めて緩和され、装置の耐久性，品質，経済性
は著増する。

材料の選定については熱パネルや内部構造においても極
めて自由で広く巌しい温度のすべてに容易に対応できる
。

なお、本発明の装置はこれをそのまゝ屋根材，壁材等の
建材に兼用できる。しかも断熱性能において、また（内
部構造２の材料，構造を選べば）遮音性能において極め
て優秀である。しかも厚さが■いため居住空間を広くと
ることができ、軽量でもある。

この装置を直接建材として使うときには次の利用法があ
る。即ち、真空ポンプを常設して前記間隙内の真空度を
調節して装置の熱伝導度を変え、室内の温度調整を行な
いうるのである。この場合には表面側と裏面側の間隙を
互に絶縁し、真空度調節を裏面側間隙で行なうものが多
くの場合すぐれている。このときの温，冷熱源は「広い
面」となるためこの面でもすぐれている。

かく、本発明の工業的価値は極めて高い、有為の発明と
いうことができる。

なお附記すれぱ、断熱被覆ヒートパイプ１２及びこれを
使うＰ，Ｑ，Ｒ及び／又はＳ，Ｔ，Ｖに関する記述は、
本発明を使用しない即ち内部構造２等の構成や真空封止
の技術を用いない、従来の通常の温水器にも、熱接手で
断熱被覆ヒートパイプ１２，Ｓを接続すれば直ちに適用
できるものである。

断熱被覆ヒートパイプ、Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｗ，Ｓ，Ｔ，Ｖに
関する記述内容の夫々及びその組合せはこれもまた新規
かつ有用な技術である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の平面図。 第２図はその部分拡大側断面図。第３図は第１図の右上
部の拡大断面図。 第４図は熱接手の断面図。 第５図は熱パネルの別の実施例の図。第６図はその部分
拡大側面図。 第７図はリニアフレネルレンズの断面図。 第８図は本発明の別の実施例の一部断面平面図。 第９図はその正面断面図。 第１０，１１図は従来の熱パネルの平面図１，６０：熱
パネル。　２，８６：内部構造。 ３：表面板。４：裏面板。 １１：ヒートパイプ。１４：表面皮膜。 特許出願人　灘口　明　ほか２名

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　光熱変換機能をもつ表面をそなえ且該変換によ
   つてえられた温熱又は／及び冷熱を運搬する熱媒体の通
   路を内部にそなえた平板状の熱パネルの該表面を、透光
   性と非通気性をそなえた材料よりなる表面板で覆うと共
   に、該熱パネルの裏面をも非通気性材料よりなる裏面板
   で覆い、 該表面板と該パネルの表面及び該パネルの裏面と該裏面
   板の相互間には、外部からの圧力等に耐えるような機械
   的強度と、最小の熱伝導径路を与える構成をとらせ、該
   相互間の間隙を気密となし且つ真空又は減圧状態とした
   ことを特徴とする自然熱利用装置。
2. （２）　該表面板と該パネルの表面の相互間の間隙と、
   該パネルの裏面と該裏面板の相互間の間隙が互に連通し
   ている第１項記載の自然熱利用装置。
3. （３）　該相互間には外部からの圧力等に耐えるような
   機械的強度を生ずるための必要最小限の接触面積と、最
   長の熱伝導径路をもつよう点又は線等の小面積の接触部
   によつて組立てられた内部構造を構成した第１又は２項
   記載の自然熱利用装置。
4. （４）　該相互間には、外部からの圧力等に耐えるよう
   な機械的強度を生ずるための必要最小限の接触面積をも
   つごとく、該表面板，該パネルの表面，該パネルの裏面
   及び／又は該裏面板から該間隙内へ突出する点状又は線
   状の頂部を有する突出部をそなえた第１又は２項記載の
   自然熱利用装置。
5. （５）　該熱媒体の通路がヒートパイプを構成している
   第１又は２項記載の自然熱利用装置。
6. （６）　該熱媒体の通路がこの自然熱利用装置の外部に
   導出され、且その外部に導出された部分が表面皮膜を有
   して、ヒートパイプと該表面皮膜との間に該間隙に連通
   する真空又は減圧状態の間隙をそなえたことを特徴とす
   る第１又は５項記載の自然熱利用装置。