JPS5925136B2 - 太陽熱利用乾燥装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は太陽輻射を用いた乾燥装置に関する。

乾燥器には一般に空気その他の気体を通すときそれから
水分を吸収する性質を持つシリカゲル等の乾燥剤が使用
されている。

この乾燥剤を加熱するとそこから水分が放出される。

例えばシリカゲル乾燥剤を約１７６℃に加熱するとほと
んどすべての水分が放出され、温度を周囲温度まで降下
させると、再び高い水分吸収特性を持つようになる。

従ってこのような材料を連続使用するには加熱によって
周期的に水分を除去することが必要である。

米国特許第３５９４９９０号明細書には乾燥剤を電気加
熱素子で乾燥する可搬型の乾燥装置が記載されているが
、加熱用に電気エネルギを用いることは効率が悪く費用
が高い。

この発明の装置は閉じた空間に供給される気体を乾燥す
るだめのもので、乾燥剤を収容した第１および第２の開
口部を持つ容器と、気体を第２の開口部から容器および
第１の開口部を通って乾燥状態でその閉じた空間に送り
込む働らきをする結合手段と、乾燥剤から水分を放出す
る手段とを含んでいる。

太陽エネルギで動作するこの発明の乾燥装置では、その
放出手段が乾燥剤に太陽輻射を伝達してこれを加熱し、
それによって乾燥剤から水分を放出する働らきをするよ
うに容器に設けられた光透過窓を有し、結合手段が乾燥
剤が加熱されたとき作動して気体を加熱された乾燥剤を
介して外部へ流すようになっている。

以下添付図面を参照しつつこの発明をその実施例につい
て詳細に説明する。

第１図において乾燥装置１０は乾燥を要する気体を収容
した閉じた内部空間１４に弁構体１２を介して接続され
ている。

容器１６は例えば太陽電池配列１８（点線）を収容する
が、内部の気体を乾燥することが望ましい任意の容器で
あシ得る。

太陽電池１８にはレンズ２０（点線）で集束された太陽
エネルギが入射する。

容器１６はある程度の気密構造にはなっているが、若干
の気体の漏洩があってもよい。

すなわち容器１６はハーメチツり封止にはなっていない
。

容器１６の光透過窓２２は太陽追尾制御手段２６によっ
て太陽光線２４に対向するように配向される。

制御手段２６、容器１６、太陽電池１８、レンズ２０は
公知のものであり、これ以上の説明を要しない。

容器１６は枯葉を含む塵や大気中の埃等の周囲の異物粒
子によるレンズ２０および太陽電池１８の汚染を防止す
るが、閉じた空間１４はハーメチック封止されていない
だめ、外部の空気がこの空間１４に侵入することも、場
合によりこの空間内の空気が外気内に漏出することもあ
る。

すなわち外部雰囲気と閉じた空間１４との間で少量の空
気の移動がある。

この理由は日中は容器１６およびその内部空間１４の温
度が太陽電池１８上への太陽エネルギの集束によって周
囲の温度よりも相当高くなるためである。

この温度上昇により閉じた空間１４内の気体（空気）の
圧力が増大して、そのため空気の幾らかが容器１６から
外部の空間に漏れる。

太陽が沈むと空間１４は冷却されてその内圧が大気圧以
下になり、そのため外部の空気が容器１６内の空間１４
に戻ってくる。

空間１４内の空気が冷却されると、その内部のレンズ２
０および太陽電池１８上で水の凝縮が起る。

この凝縮は腐食を起したり、太陽電池１８およびレンズ
２０の動作効率を低下したシすることがある。

このため空間１４を乾燥させることが望ましいが、前文
に述べたように乾燥材料のような不活性乾燥手段を用い
るにはこれを周期的に乾燥する必要がある。

この発明による乾燥装置１０は太陽エネルギで動作し、
電気その他のエネルギ入力を必要とせず、空間１４と共
に太陽エネルギ利用自己保持型乾燥剤乾燥方式を形成す
る。

乾燥装置１０はジュワービンのような２重外壁の真空容
器２８を備えている。

ジュワービン２８は終端３４でハーメチック封止され、
連続した底面３６．３８を持つ２つの同心円筒壁３０，
３２を有し、円筒壁３０．３２の間の空間４０が真空に
なっている。

ジュワービン２８の内部には円管状部材４２がその長軸
がジュワービア２８の長軸と一致するように設けられて
いる。

さらにこの円管状部材４２はジュワービン２８の円筒壁
３８に近接した開口終端部４４を持ち、この終端部４４
には網４６が取付けられて円管状部材４２の内部に粒子
が入るのを防止している。

円管状部材４２の他方の終端部４８は部材４２より細い
直径の管５０が接続され、この管５０が弁構体１２に接
続されて管５０と弁構体１２により閉じた空間１４をジ
ュワービン２８の内部空間に接続する手段を形成してい
る。

第２図はとの弁構体１２の詳細を示す。

第２図において、弁構体１２は外側の円筒部材５２内に
分割式蝶型弁５４を有する。

弁５４は切れ口６０によって相互に分離された２つの可
撓性のゴム板５６．５８から成る。

この弁は分割型の代りに中に切れ目を入れた１枚のゴム
板で作ることもできる。

バルブの動作は次の通りである。

閉じた空間１４の延長の空間６２の圧力が円管状部材４
２の内部に連通する空間６４の圧力よシも高くなると、
弁は点線６６の位置に開き、空間６２の空気は空間６４
に流入する。

逆に空間６４の圧力が空間６２の圧力よりも高ければ弁
は点線６８の位置になる。

空間６２．６４間の圧力差がほとんどなくなると、弁は
実線の位置に閉じる。

弁５４は十分可撓性を示す材料で作られており、僅かの
圧力差でも動作する。

例えば、この実施例で推奨される弁はその両側の最小圧
力差が水柱で約２．５４ｍｍあれば動作する。

円柱型のフレネルレンズ７０がジュワービン２８と太陽
との間に配置されている。

レンズ７０は太陽光線２４をジュワービン２８内の１線
上特に乾燥剤７２上に集束させる。

このレンズと光透過性ジュワービン２８の乾燥剤に向っ
て太陽光線の通過する部分とが窓を形成する。

シリカゲルその他の適当な乾燥剤７２がジュワービン２
８の円管状部材４２と内壁３２．３８との間に形成され
る前述の空間に充填され、ジュワービン２８の開口部の
網７４と網４６とによって保持されている。

円管状部材４２および乾燥剤７２は太陽光線２４のエネ
ルギの吸収効率を高めるためグラファイトで黒化するこ
ともできる。

レンズ７０とジュワービン２８との間には制御装置１０
２で動作するシャッタ１００が配置されている。

この制御装置１０２は午後の終り日没前の２〜４時間シ
ャッタを閉じて太陽光線がジュワービンに入らないよう
にする。

制御装置１０２は容器１６を動かす追尾機構に接続した
機械的連動機構とし、適当な時刻にこの連動機構（図示
せず）を可動容器１６と固定枠（図示せず）との相対変
位によって動作させるようにすることもできる。

この場合相対変位の量によってシャッタ１００を比較的
速く開けたりまたは場合によっては閉じたりする。

動作中太陽追尾制御装置２６は日中光透過窓２２が太陽
に面するように太陽電池配列の容器１６を回転させ、日
没前の約２〜４時間は乾燥装置１０を制御手段１０２に
よって働らくシャッタ１００によって遮蔽してレンズ７
０および乾燥剤７２に太陽光線２４が当らないようにす
る。

夜間は太陽エネルギが乾燥装置１０または容器１６に達
しないのは言うまでもない。

ジュワービン２８は内部に雨が入らないよう開口部を下
向きにされている。

太陽が出ている日では、太陽光線が容器１６の閉じた空
間１４と周知の原理によって乾燥剤７２と全加熱する。

レンズ７０で集束された太陽光線は乾燥剤７２をレンズ
なしの場合に比較して非常に高い温度に上昇させる。

閉じた空間１４が加熱されるとこの空間内の気体の圧力
が増大するが、太陽エネルギの蓄積と共にジュワービン
２８内部の温度が上昇するとその内部の圧力も増大する
。

空間１４とジュワービン２８の圧力が周囲の圧力よりも
高くなると、ジュワービン２８中の水分を含む空気は外
部の空気中に網７４を通して流出する。

乾燥剤の温度が高いから水分はほとんど吸収されない。

朝の間は空間１４の圧力は増大して弁５４が開きが、円
管状部材４２の内部に陽圧が加わる。

この陽圧のために乾燥剤７２を通って外部に向かう気流
が起り、この作用で乾燥剤７２から水分が追出される。

弁５４を開いて気流を起すには空間１４と乾燥剤７２と
の間に比較的小さな圧力（例えば水柱で約２．５４ｍｍ
）があれば十分である。

その日の残部はこの弁５４は閉じている。

それは閉じた空間１４とジュワービン２８の中の空気が
高い平衡温度に達して、弁５４の両側の圧力差が弁５４
の動作に必要なしきい値以下になるためである。

動作サイクルの上述の部分では乾燥剤が約１９４℃以上
に加熱されて水分を空気中に放出し、この水分は網７４
を通って外部に追出されるため乾燥剤は乾燥して脱水状
態になる。

動作サイクルのこの温度平衡部分中はジュワービン２８
内の残留水分含有空気が弁５４によって閉じた空間１４
に侵入することは完全に阻止される。

日没の約２〜４時間前に乾燥装置１０は制御装置１０２
の制御によるシャッタ１０００作用によって遮蔽される
。

これによって乾燥剤の温度を降下し、その水分吸収能力
が増大する。

これが起るには数時間かかるが、その間もなお容器１６
は太陽光線２４に露出されて温度が上昇しているため、
なお十分な陽圧によって弁が第２図の位置６６に保たれ
、空間１４の空気が円管状部材４２を通って外気中に流
れることがある。

空間１４の空気は比較的乾燥しており、乾燥剤は比較的
僅かの水分しか吸収しないものと考えられる。

もし空気が乾燥していなければ乾燥剤７２はその水分の
いくらかを吸収し、数日のサイクルを経て空間１４の空
気が比較的乾燥されるまでこの乾燥剤７２は完全には乾
燥しない。

ジュワーピン２８が日没前に日蔭に入ると乾燥剤７２は
冷却されるが、弁５４はなお閉じたままで容器１６内の
空気は暖められた状態が続く。

日没になると空間１４の空気は急速に冷却されて収縮す
るため、空間１４の圧力は外部の圧力以下になり弁５４
が開き、この圧力差によって外部からの空気が乾燥して
冷えた乾燥剤を通り、弁５４を経て空間１４に入る。

乾燥剤はこの空気から水分を吸収して乾燥させる。

空間１４の圧力が周囲の圧力と等しくなると弁５４は閉
じる。

翌朝太陽が昇ると、空間１４内の空気は加熱され膨張し
て弁５４を開く。

空間１４と外部との圧力差から生じる余分の空気が同様
に既に加熱されている乾燥剤７２を通って流れる。

以上のサイクルがさらに繰返され、乾燥剤は次の晴れた
日の中に完全に原状を回復される。

雲が多くて太陽が装置を照射しない日が連続した場合、
乾燥剤７２はその水分吸収能力を失って空間１４内に水
分が若干貯まる可能性も考えられるが、乾燥剤７２を十
分量充填しておけば、このような場合にも対処できる。

すなわち乾燥剤７２の量は幾日も太陽の照射しない場合
にも乾燥剤が完全に飽和することなく、空間１４から水
分を吸収するに足る量にすればよい。

この装置は乾燥剤７２が完全には脱水されない薄曇りの
日には効率が悪い。

夜間冷えた水分の多い空気が脱水されていない乾燥剤７
２上に流れ込んでくることもあるが、乾燥剤７２の量を
十分に多くしであるため、正常動作中はこのような薄曇
りの日でも乾燥剤を通る空気から水分を十分吸収するほ
ど乾燥剤７２の水分吸収能力は大きい。

第３図は弁構体の代替品を示す。

この弁８０は十分率さい断面積の開孔８４を持つ板８２
から成り、水分を含む空気の流れを制限してこれをジュ
ワーピン２８の開口端から外部に押し出すようになって
いる。

開孔８４は容器１６の漏洩開口に比較すると十分に大き
く、空間１４が日中加熱されるとその空間１４と外部と
の温度差によって漏洩による気流より遥かに大きい気流
を通す。

２方向逆止弁等の他の弁構体も代用することができる。

２方向逆止弁では第１の逆止弁が空気を空間１４から円
管状部材４２に流し、第２の逆止弁が空気をその部材４
２から空間１４に流すことができる。

この発明によって動作する装置は１０〜３０係の相対湿
度を提供することができる。

乾燥させようとする空間１４と外部との間に水柱で約２
．５４ｍｍの圧力差があれば、１時間当り１５０ｄの空
気が空間１４と外部との間で移動する。

この流量では空間１４の容積が約０．４２ｒ１１″の場
合１７０ ｇｒのシリカゲルを用いる。

第４図はこの発明の第２の実施例を示す。

平板型収集器９０は熱絶縁性の光透過窓９２と乾燥剤層
９４を具備している。

この乾燥剤層９４は太陽光の吸収率を高めるため黒化す
ることもできる。

特に必要があればレンズ（図示せず）により乾燥剤９４
上に太陽光線を集束させることもできる。

光を集束するため窓または鏡の多量グレージング等の高
温を得る他の手段も使用できる。

弁１は外気を収集器９０の一端に接続した送風機９６に
接続し、弁２は乾燥させようとする内部空間を送風機９
６に接続する。

送風機９６は弁１，２の状態によって（１）外気を弁１
および収集器９０を通って送り込むか、（２）乾燥させ
ている内部空間からの空気を弁２と収集器９０を通って
送るかのどちらかの働きをする。

弁３は外気を収集器９０の他端に接続し、弁４は乾燥さ
せている内部空間をこの収集器９０の他端に接続する。

弁１． ２． ３． ４および送風機９６は制御装置９
８で制御される。

この制御装置９８は弁１〜４の開閉とその開閉のタイミ
ングを決定する。

この動作において、日中は太陽エネルギが乾燥剤９４上
に照射しこれを加熱するが、この間制御装置９８が弁２
，４を閉じ、弁１，３を開ける。

ここで送風機９６が始動される。

乾燥剤９４は加熱されており、外部から空気が収集器を
通って送り込まれ再び外部に送り出される。

収集器を通過した外部の空気は加熱された乾燥剤から放
出された水分を集め、これを外部に戻す。

日没になると、送風機が停止し、弁１，３を閉じる。

乾燥剤９４は夜の間中冷却される。

太陽が昇る前の早朝の時間中制御装置９８により弁２，
４が開き、送風機９６が運転される。

これにより乾燥させようとする内部空間から空気を収集
器９０を通って乾燥剤９４に送り込み、その空気を乾燥
させる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施する装置の側面図、第２図は第
１図の実施例で使用される弁の断面図、第３図は第１図
の実施例で使用される他の弁構体の断面図、第４図はこ
の発明の第２の実施例に依る装置の模式図である。 １０・・・乾燥装置、１２・・・接続手段（弁）、１４
・・・閉じた空間、２８・・・ジュワーピン、７２，９
４・・・乾燥剤、３０，３２，７０，９２・・・光透過
窓。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１および第２の開口部を持つ乾燥剤を収容した容
   器と、気体を上記第２の開口部から上記容器および第１
   の開口部を通して乾燥状態で閉じた空間に送り込む働ら
   きをする結合手段と、上記乾燥剤から蓄積した水分を放
   出する手段とを含み、上記放出手段は太陽輻射を上記乾
   燥剤に伝達してその乾燥剤を加熱し、これによってその
   乾燥剤から蓄積した水分を放出する働らきをする上記容
   器に設けた光透過窓を有し、上記結合手段は上記乾燥剤
   が加熱されたときに作動してその加熱された乾燥剤を介
   して外部に上記気体を流子ようになっていることを特徴
   とする上記閉じた空間に送シ込まれる気体を乾燥するだ
   めの太陽熱利用乾燥装置。