JPS5924343B2 - ヒ−トパイプ型太陽熱コレクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はヒートパイプを利用した太陽熱コレクタに関す
るものである。

最近の太陽熱コレクタ（以下コレクタと略称する）は被
加熱流体の対流による熱損失を防止して集熱効率を高め
る観点から、従来の非真空型（いわゆる平板型）から、
真空容器の内部に受熱素子を封入した真空管型のものに
代りつつある。

この真空管型コレクタとしては受熱素子としてヒートパ
イプを使用し、良好な熱伝導性により、集熱効率を高め
る第１図に示す如きいわゆるヒートパイプ型コレクタが
有望視されている。

同図において１は有底筒状のガラス管で、その内部には
外囲部が金属材からなり、その表面に選択吸収膜７が被
膜されたヒートパイプ２が挿入され、シール部３におい
て、ガラス管１とヒートパイプ２がシールされている。

ガラス管１はその他端に接続された排気管（図示してい
ない）から真空引きされたあとチップオフされ、内部５
が真空状態に保たれる。

図中４はチップオフ部分をしめしている。

なお支持用スプリング６は、シール部３におけるモーメ
ントを減少し、この部分のガラス管内部の内部応力を小
さくするだめヒートパイプ２の外側に取りつけられてい
る。

ヒートパイプ２のヘッダー８への取りつけは、良好な熱
交換を行わせるために、ヘッダー８の側面に穴を設け、
その穴に図示するように、ヒートパイプ２の放熱部９を
貫通してヘッダー８を流れる被加熱流体１０に接触する
ようにしているのが普通である。

上述の如きコレクタはヒートパイプ２と真空容器（ガラ
ス管）１が不離一体の構造となっているので、例えば長
期使用中にシール部３にクラックが生じた場合には、ヒ
ートパイプを含めたコレクタ全体を取換えることが必要
となり、極めて不経済であるばかりでなく、ヒートパイ
プ２の放熱部９がヘッダーに埋設されているため、上記
取換作業時にヘッダー８からの被加熱流体１０の洩れを
防止するなどその補修も大変大がかりなものとなってし
まう。

また、ヒートパイプ２はその性質上、一般的には、その
外囲部が金属材で構成されており、ガラス管１とヒート
パイプ２のシール作業は、気密性を保つ必要上、極めて
高度の熟練が必要であり、しかもシール後におけるガラ
ス内部の残存応力、使用時の熱応力等による当該部分の
クラックなど破損の危険性も高い。

さらに、容器内に封入したヒートパイプからのガス放出
のため容器の真空引き作業も長時間を要している。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、真空
容器とヒートパイプを分離可能の構成とすることによっ
て、使用中における真空容器破損の際の補修工事を容易
にすることを目的としている。

本発明の他の目的は、真空容器をガラスなどの単一材料
とすることにより、その容器の形成作業を極めて容易と
し、かつ使用時の信頼性を高めることである。

本発明の他の目的は真空容器に働く不要な内部応力をで
きるだけ少なくすることにより当該真空容器の耐久性ひ
いてはコレクタの耐久性を高めることである。

更に本発明の他の目的は上記真空引き作業を短時間で行
うようにすることである。

本発明の他の目的は以下の実施例の説明から明らかにな
ろう。

第２図は本発明コレクタの断面図で、第１図と同一部分
は同一符号を記す。

第２図において、１ａは大径の有底円筒状のガラス製外
壁１と外面に選択吸収膜７が被着された小径の有底円筒
状の金属製内壁１′ とから成る２重壁構造の保温容器
で、核内・外壁１′、１はシール部３で融着され密閉断
熱空間５を形成している。

この断熱空間５内はチップオフ部分４から脱気されて真
空状態に成っている。

上記内壁１′ を形成する金属はステンレス。銅等でも
よいが、外壁１の熱膨張係数と類似した熱膨張係数を有
する金属例えばコバール金属）４２６合金等が好適であ
る。

６は上記内壁１′外周に嵌合されたリング状の支持スプ
リングで内壁１′ を外壁１に対して安定に保持すると
共にシール部３におけるモーメントを減少させる。

２は上記容器１ａ内に吸熱部２ａが挿入されたヒートパ
イプで、その放熱部９はヘッダー管８内に挿入連結され
ている。

１１は吸熱部２ａと内壁１′ との間に充填されたシリ
コン油の如き熱伝達性のよい液体である。

１２は容器１ａの開口部を封止する栓で上記液体の流出
を防止している。

上記栓１２と容器１ａの開口１２ａとは相互に分離可能
である方がよいがシリコンシーラの如き封着用接着剤で
固着してもよい。

栓１２はヒートパイプ２に固着されているが内壁１′に
は水密に嵌着されているだけであるから、内壁１′ と
ヒートパイプ２との熱膨張の相違は栓１２やその嵌着部
分で緩和される。

又シリコンシーラを用いた場合はこの部分で特に熱膨張
の相違が緩和される。

なお、内壁１′は金属製であるから熱膨張率の相違に基
づくクラックは生じにくい。

６ａはヒートパイプ２の吸熱部２ａを内壁１′内面に対
して安定に保持するための保持体で必ずしも必要ではな
い。

なお液体１１は熱膨張による栓１２のぬけることを防止
するため、予め泡のある状態にしておくことが有効であ
り、また液体１１による熱伝導をよくするためには、内
壁１′の内径をなるべくヒートパイプ２の径に近づける
よう構成することがより適切であ・る。

上記の如きコレクタは太陽熱を選択吸収膜７で吸収し内
壁１′及び液体１１を通してヒートパイプ２の吸熱部２
ａに伝え、更にヒートパイプ作用によって放熱部９に伝
えて被加熱流体１０を加熱するよう動作する。

そして、このコレクタの場合、容器１ａには真空断熱空
間５があるから、選択吸収膜７にて吸収された熱は対流
、伝導、輻射の何れによってもほとんど放熱されず、し
かもヒートパイプ作用によってすぐ被加熱流体１０に伝
えられるので熱損失が少なく極めて集熱効率がよい。

なお、上記実施例において選択吸収膜７は必ずしも必要
ではないが、膜７がないと吸熱量が少くなると共に放熱
量が多くなり集熱効率がかなり悪くなる。

すなわち、膜７がないと、太陽熱は内壁１′で吸熱され
るがそれは膜Ｉ程の黒色ではないため吸熱率が悪く、又
せっかく吸熱しても膜７がないため内壁１′外面からの
輻射による放熱が多くなるからである。

従って内壁１′表面を黒色処理するば吸熱量を高める上
で有利となるが、単なる黒色処理では輻射による放熱が
大きいため選択吸収膜７を設けた時程の効果は得られな
い。

又このようなコレクタは容器１ａが破損した場合、破損
した容器１ａを除去して新しい容器を吸熱部２ａに装着
すればよいので補修が簡単である。

すなわち、新しい容器１ａを装着する際は容器１ａ内に
液体１１を充填し、この液体１１が洩れないように栓１
２で封止すれば充分であるから真空引き作業やガラスの
融着作業と比較してその作業も極く簡単で屋外でも容易
に行うことができる。

なお、第１図のコレクタであれば新たなガラス管１を装
着する際は、当該ガラス管１とヒートパイプとをシール
部３でシールすると共にガラス管１内を脱気して空間５
を真空にしなけだばならず、ガラス管１とヒートパイプ
２とのシール及びガラス管１内の真空引きという極めて
困難な作業が必要であって到底屋外では行うことができ
ない。

従って第１図のコレクタのガラス管１を取り換える場合
、ヒートパイプ２をヘッダー管８から取り外して修理工
場等に持ち込んでガラス管１を取り付け、これをヘッダ
ー管８に取り付けるという大変な手間を要していた。

さて、上記コレクタにおいて、栓１２が容器１ａと分離
自在であれば容器１ａの取り換え作業は非常に簡単であ
るが、例えば接着剤で固着されている場合であっても、
破損した容器１ａの除去及び新だな容器１ａと栓１２と
の固着作業は従来の如き真空引き作業程困難ではなく屋
外の設置場所で充分に行うことができる。

〔他の実施例〕

（１）第３図は容器１ａとヒートパイプ２とを螺着でき
るようにしだもので、ヒートパイプ２にはリング状雄ネ
ジ１３が溶接１４されている。

１５は内壁１′の開口端部に外方に向って形成された鍔
で、この鍔１５にはＬ型ナツト１６が回転自在に係合さ
れている。

上記ナツト１６は鍔１５を耐熱性Ｏリング１７を介して
雄ネジ１３の側面に水密に圧着するよう上記雄ネジ１３
に螺合されている。

このような構造であれば、容器１ａの取り付け、取り外
しがより簡単になる。

（２）外壁１はガラス以外の透明体例えば樹脂でもよい
。

又、外壁１の外周を透明な樹脂製保護カバーで被覆して
もよい。

（３）内壁１′は透明でもよく、材質も金属に限らず樹
脂、セラミック、ガラス等でもよい。

内外壁１′、１を共にガラスで形成すればシール部３に
おけるシールが極めて容易であり、かつ内部応力の除去
も容易になすことができ、長期の使用に際しても高い信
頼性が得られるという効果がある。

又、内・外壁１′、１で囲まれる断熱空間５内にはスプ
リング６が内蔵されているのみだからその真空引き作業
も極めて容易であり、ガス放出も全くないという別の効
果がある。

なお、内壁１′がガラスの場合、栓１２との接合部分に
ネジを刻設することは困難であるが、内壁１′を金属に
した場合は栓１２との接合部分にネジを刻設して栓１２
に対して螺着自在にすることができヒートパイプ２への
取り付け、取り外して容易となる。

（４）上記熱伝達率のよい液体１１０代わりに熱伝達率
のよい金属等の固体を吸熱部２ａと内壁１′間に充填し
てもよい。

又、第４図の如くヒートパイプ２の吸熱部２ａの外周部
にヒートパイプ２と一体に半円筒状の伝熱フィン１８
、１８’ を形成し、これを内壁１′内面に沿って圧
入するようにすればヒートパイプ２と容器１ａとの取付
作業がより簡単になる。

つまり、伝熱フィン１８．１８’ は熱伝達媒体として
の役目と支持体６ａとしての役目を兼ねるわけである。

第４図の如きものはコレクタが短い場合に好適である。

（５）内壁１′が不透明の場合は表面に黒色処理を施し
、内壁１′が透明の場合は良熱伝達媒体を黒色にしだ方
が吸熱率が高くなる。

（６）太陽光を選択吸収膜７部分に有効に集束させるだ
めに、外壁１の内面あるいは外面に反射膜を形成したり
、容器１ａ外部に反射手段を設けてもよい。

本発明のコレクタは斜上のような構成であるから、容器
が破損した場合の補修が極めて容易なるという顕著な幼
果を奏する。

そして補修が容易であるために長期に亘って使用するこ
とができ、ランニングコストも大幅に安くなるというメ
リットがある。

又、本発明のコレクタの容器は内・外壁間に支持体を設
けてそれぞれに加わる不要な内部応力を除去しているの
で、内・外壁間の封止部分に生じるクラックを防止する
ことができる。

特に内・外壁が共にガラス製の場合はその効果が顕著で
ある。

更に本発明のコレクタは内壁とヒートパイプとの間にも
保持体を設けであるので、容器がヒートパイプに対して
安定するばかりでなく不要な内部応力が生じず、耐久性
が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のコレクタの横断面図、第２図は本発明コ
レクタの横断面図、第３図は他の実施例の要部横断面図
、第４図は他の実施例の要部断面図である。 符号、１ａ・・・・・・容器、２・・・・・・ヒートパ
イプ、６・・・・・・支持スプリング、６ａ・・・・・
・保持体、７・・・・・・選択吸収膜、８・・・・・・
ヘッダー、１１・・・・・・液体、１２・・・・・・栓
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 放熱部を被加熱部に臨設したヒートパイプの吸熱部
   を太陽熱にて加熱し、上記ヒートパイプの熱伝達作用を
   利用して上記被加熱部に熱を供給するように成した太陽
   熱コレクタにおいて、透明外壁と内壁との間に真空断熱
   空間を形成すると共にこの内外壁間に当該内外壁間を安
   定に保持する支持体を設けて成る２重構造の容器を設け
   、この容器内に上記ヒートパイプの吸熱部を挿脱可能に
   挿入してこのヒートパイプの吸熱部と内壁との間を良熱
   伝達媒体にて熱伝的に連結し、上記容器の開口部を封止
   したことを特徴とするヒートパイプ型太陽熱コレクタ。 ２ 上記内、外壁がそれぞれ有底筒状を成す特許請求の
   範囲第１項記載のヒートパイプ型太陽熱コレクタ。 ３ 上記内、外壁が共に有底円筒管から成る特許請求の
   範囲第２項記載のヒートパイプ型太陽熱コレクタ。 ４ 上記内壁の外面に選択吸収膜を設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載のヒ
   ートパイプ型太陽熱コレクタ。 ５ 上記内、外壁を共にガラスで形成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載のヒートパイプ型太陽熱
   コレクタ。 ６ 上記内壁を金属で形成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第４項記載のヒートパイプ型太陽熱コレクタ。 ７ 上記支持体はリング状を成し内壁外周に嵌合されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項
   記載のヒートパイプ型太陽熱コレクタ。 ８ 上記ヒートパイプの吸熱部と内壁との間に液状の良
   熱伝達媒体を充填すると共にこのヒートパイプと内壁と
   の間を安定に保持する保持体を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のヒートパイプ型太陽熱コレ
   クタ。