JPS5938504B2 - 太陽熱コレクタの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽熱コレクタ及びその製造法の改良に関する
ものである。

太陽熱コレクタには平板状の箱体中に媒体（例えば水）
を供給循環するものと筒状の真空ガラス管内に媒体を通
過させるための細径の鋼管を内挿するものとが存在する
が、太陽熱を利用して冷暖房まで行おうとする場合には
真空ガラス管方式を用いなければ媒体が所要の温度まで
上げられないという問題点がある。

従って、今後は真空ガラス管方式の太陽熱コレクタが所
望になって（ると思われるが、このコレクタの製作は極
めて困難であるという欠点があった。

この点について第１図〜第３図に示す従来の真空ガラス
管式太陽熱コレクタを参照して説明する。

まず第１，２図において、１は透明カバー兼箱体の役目
を負う外ガラス管である。

２は、少な（とも外表面に選択吸収膜が施された円筒状
フィンであり、たとえばアルミニウム押出成型などによ
って作られる。

３は、円筒状フィン２に熱伝的に密着し、太陽熱で熱せ
られた円筒状フィン２から熱を得ることにより力■熱さ
れる熱媒体の通路となる集熱パイプで、鋼管などによっ
て作られる。

４は、外ガラス管１の端部のシール板である。

シール板４は、外ガラス管１と固着するために、ガラス
と膨張率の近似している鉄・ニッケル・クロム合金など
で作られ、外ガラス管１とは、たとえば低融点ガラスフ
リットなどを用いて融着されている。

また、集熱パイプ３とはロー付けされている。

このようにして、外ガラス管１とシール板４にて真空容
器を形成する。

５は、外ガラス管１とシール板４に囲まれた空間で、チ
ップ管（図示せず。

）から真空ポンプで排気し、チップ管を封止することに
よって形成された真空部である。

６は、円筒状フィン２を外ガラス管１の内部の所定位置
に保持するためのスペーサで、たとえばセラミックなど
によって作られる。

このようなコレクタは集熱パイプ３が外ガラス管１の中
央より偏心した位置にあるため、直管のままシール板４
を貫通した場合、熱膨張により生じる力が、たとえ吸収
する対策を講じたとしても、シール板４に均一な力とな
って加わらず、融着部が部分的に破壊しやすい欠点があ
る。

父、このような点を若干、改良したものとして第３図に
示す如（集熱パイプ３をＵ字形に形成しその端部な一方
のシール板４から外部へ導出するものもあるが、上記と
同様の欠点を有する上、外ガラス管１が通常約１０Ｃｒ
ｎ以下の管径であり、その狭い間隔内の２ケ所で外部ヘ
ッダなどと集熱パイプ３とを接続配管しなげればならな
いという問題点がある。

何れにしても上記太陽熱コレクタで重要なことはガラス
管１の開口端がシール板４で完全に密封されて該ガラス
管１内が真空状態に保たれることと、長期間の使用によ
ってもシール板４とガラス管１との密閉部が破損しない
ことである。

上述の如き要望を満たす太陽熱コレクタの封止法として
は第４図に示す方法が考えられる。

同図において、１は第３図に示す如き有底円筒状のガラ
ス管で硬質ガラスから成る。

７は底浅の有底円筒状のステンレス製シール板で、その
開口端部８の内周部には断面コ字状のガイドレール９〔
例えばＦｅｓ Ｎｉｓ Ｃｏ合金（コバール金属）よ
り成る〕が全周に亘って溶接固定されている。

このガイドレール９内には融点が低（熱膨張係数が硬質
ガラ、ｚ及びコバール金属と類似しているコバールガラ
スの粉末１０が収納されている。

このコバールガラスは溶融状態において上記コバール金
属と非常になじみ易い性質を有する。

なお銅製の集熱パイプ３は第４図に示す如（シール板７
にロー付け（１１）されている。

上記シール板Ｔをもってガラス管１を封止する場合は、
ガイドレール９内の粉末ガラス１０を加熱して溶融状態
にすると共に該ガラス管１の開口端を加熱し、この開口
端を出来るだけ静かに上記ガイドレール９内に嵌合し、
溶融ガラス１０内に徐々に挿入してその後両者を冷却固
着する。

この場合、ガラス管１、ガラスフリット１０、コバール
金属は互いになじみ易いため、冷却時に膨張係数の相違
による歪みがあまり生じず、又寒暖の差による歪みも小
さく、この封止部分が破損するようなことは少ない。

同様に、ガラス管１がソーダガラス製である場合はガイ
ドレール９を４２６アロイ金属（Ｆ ｅ、Ｎ ｉ。

Ｃｒ、の合金で形成し、ガラスフリット１０としてソー
ダガラスを用い封止部分の破損を防止する。

このように第４図に示す封止方法では高価なステンレス
製のシール板７、高価なコバール金属製ガイドレール９
（あるいは４２６アロイ）、ガラスフリット８を用い
なげればならず材料費が高くなる上、部品点数が多（な
り加工工程数が増加してコスト高となる欠点があった。

しかも、上記シール板４とガラス管１の開口端との封止
作業に当っては、両者１，４に振動を与えず、出来るだ
け静かに接着しなげればならないという難点があった。

すなわち、両者１，４の何れか一方に振動が生じるとガ
ラスフリット１０やガラス管１の開口端に気泡ができて
その部分が破損しやすくなるからである。

従って、上記両者１，４の接着作業には相当の熟練を必
要としていた。

なお、ガラス同志の接着や、ガラスと他の物との接着に
おいては接着すべき両者をできるだけ静かに接触させそ
のまま冷却させるというのが常識であって、通常この方
法が採用されている。

本発明は上述した太陽熱コレクタの製造法の欠点を除去
する目的でなされたもので、溶融した肉厚のガラス部に
接着すべき他方の部材の肉薄部を例えばハンマーヘッド
で一気に打ち込んでその後冷却するという、従来のガラ
ス材における接着方法の常識を打破した全く画期的な太
陽熱コレクタの製造法を提供するものである。

以下、第５図以下を参照して本発明実施例を詳細に説明
する。

図において１２は厚さ１３が２ｍｍ程度の硬質ガラス、
ソーダガラス等から成る第３図と同様の有底円筒状のガ
ラス管で、その開口端部全周には断面円状の肉厚部１２
ａが形成されている。

この肉厚部１２ａの直径ｅ４は約２．５〜３、５ ｍｍ
程度である。

この肉厚部１２ａは例えばガラス管１２の開口端を下方
に向けて下から加熱すれば、該ガラス管１２の下端が溶
融し重力と表面張力の関係で形成されるので、管１２の
軸方向の長径ｔ６は実質的には５〜６朋程度となる。

１３は底浅の有底円筒状を成す銅製の封止具で、ガラス
管１２の直径ｔ５ とほぼ同径で同形状を成す。

この封止具１３は厚さ１１が１ｍｍ程度であるが、開口
部１４側の先端部外周側に段部１５を介して、先端の肉
薄部１６が形成される。

この肉薄部１６は第５，６図に示す如（外側にテーパを
備えた（さび状を成し、例えば厚さ１２は０．２〜０．
３ｍｍ程度であり、肉薄部１６の長さは３〜４ｍｍ程度
である。

次に上記ガラス管１２の開口を上記封止具１３を封止す
る作業について説明する。

まず封正に当り、ガラス管１２の肉厚部１２ａを加熱し
て溶融状態と成すと共に封止具１３の肉薄部１６も若干
加熱し封止具１３をハンマーヘッド（図示せず）で上記
ガラス管１２に対して一気に打ち込み、該封止具１３の
肉薄部１６を第５図に示す如（肉薄部１２ａに挿入する
。

この場合、肉薄部１６がくさび状になっているため、封
止具１３をガラス管１２に打ち込む際に抵抗なくスムー
ズに挿入でき、打ち込む際の衝撃によって封止具１３と
ガラス管１２との位置ずれが生じるのを防止することが
でき、この位置ずれ（偏心状態）による強度の低下を防
止できる。

又、この（さび状の肉薄部１６には段部１５が形成され
ているので、この段部１５をもってガラス管１２に対す
る挿入深さの目印にして打ち込み時全周に亘ってこの部
分で位置決めを行うことができる等の利点を有する。

又、上記封止具１３は若干加熱されてガラス管１２に挿
入されるから、挿入時のヒートショックを抑えることが
でき、このヒートショックによる局部的な歪の発生を防
止することができ、冷却過程におけるクラック等の発生
を防止することができる。

又、上記第５図の如（封止具１３の肉薄部１６をガラス
管１２の肉薄部１２ａへ打ち込んだ状態において、該肉
薄部１６は肉厚部１２ａの熱を受けて容易に該肉厚部１
２ａと同一温度に達し、理論上は・・ツキリしないが、
上記肉薄部１６が上記肉厚部１２ａとあたかも一体化し
た如く融合接着する。

もともと銅はガラス一般となじみ易い上、接着部分が肉
薄で挿入時に肉薄部が加熱されているため、このような
融合接着が容易に且つ堅固に行なわれると思われる。

従って封止具１３の打ち込み時に多少振動が生じたとし
てもこれまでのようなりラックの発生や強度低下という
ような問題はほとんど生じず、両者１２ａ、１６は堅固
に接着固定される。

特に、融合接着後、冷却していく段階では銅とガラスと
では熱膨張係数が異なるため接着部分１７ （第６図参
照）に歪みが生じるはずであるが、銅側の肉厚が薄いた
めかあるいは銅とガラスとが一体化した如（接着したた
めか、少な（とも肉厚部１２ａ内に挿入された肉薄部１
６は加熱、冷却に伴なう膨張、収縮が熱膨張係数が相違
するにもかかわらず該肉厚部１２ａと類似し、接着部分
１７にはあまり歪みが生じず破損することがない。

しかもガラス管１２の開口端部は肉厚となっているので
、接着部分は非常に強固である。

なお、集熱パイプ３，３と封止具１３とは共に銅製であ
るから両者の接着は極めて容易である。

上記村上作業時、肉厚部１２ａが溶融状態では表向張力
が働（ため、場合によっては第６図の如く、ガラス部分
が内側に巻き込まれ、段部１５との間に若干の隙間がで
き接着が若干不安定となる。

この場合でも上記隙間はガラス管１２の外周側であるか
ら、補修剤１８ （例えばガラス）で核隙間を埋め接着
を完全にすることができる。

従って、封止具１３の外周側に位置決め用段部１５を形
成することは上述したような各種利点を有する。

述のように封止金具１３として銅を使うとこれまでの材
質に（らべて材料費が安くなり、且つ集熱パイプ３と同
材質であるから両者の製作接着が容易であるという利点
を有する。

〔他の実施例〕

（１）封止具１３をステンレス製とし、その肉薄部１６
に予め接着用ガラスな被着しておけば、上記実施例と全
（同様の方法で、封止を行うことができる。

（２）封止に当っては封止具１３をハンマーヘットで一
挙に打ち込む方法を用いたが、封止具１３の打ち込みに
当って超音波による振動を与えて、肉薄部１６と肉厚部
１２ａの融合接着を促進するようにしてもよい。

（３）ガラス管１２の肉厚部１２ａは断面円状でなくて
もガラス管１２の厚みより肉厚であればよ（各種の形状
が考えられる。

（４）封止具１３の肉薄部１６の形状は第７図ａに示す
内・外肉部に段部１９，１９を形成したものや第１図す
の如（テーパを有しない薄板平板状のものでもよい。

以上不発明によれば、ガラス管の開口端部を全周に亘っ
て肉厚となし、上記封止具を有底円筒状で当該筒部が上
記ガラス管の開口端部とほぼ同径同形状にすると共に少
な（ともこの封止具の開口端部な薄肉となし、上記ガラ
ス管の開口端部の肉厚部を加熱して溶融状態と成すと共
に少なくとも上記封止具の開口端部を加熱し、この状態
にあるガラス管の肉厚部に上記７ＪＯ熱された封止具の
開口端部な一気に打ち込んだ後、ガラス管を冷却するこ
とによって、ガラス管の開口端部に封止具を固着したの
で、振動を与えずにできるだけ静かにガラス管と封止具
とを接着するという従来のガラス材における接着方法の
常識を打破して非常に簡単に且つ極めて迅速にしかも確
実に封着作業を行うことができ、太陽熱コレクタの製作
作業を極めて簡単に行うことができる。

即ち、上記製造方法によって、封止具の開口端部をガラ
ス管の肉厚部に挿入する際の挿入抵抗が極めて少なく、
振動を生じずにスムーズに挿入することができるので、
挿入抵抗が極めて少くガラス管の開口端部をかなりの高
温（即ち挿入が容易なようにかなり軟かくなる温釦 ま
で加熱しな（ても封止具の開口端部をガラス管の肉厚部
に挿入することができ、かなりの高温に加熱することに
よって生じやすいガラス管開口端部の変形を防止してガ
ラス管開口をこの封止具で気密に封止することができる
。

又加熱溶融状態にあるガラス管端部に挿入される封止具
は、少な（とも挿入される開口端部が加熱されているの
で打ち込んだ際挿入部分において温度差によるヒートシ
ョックを緩和することができ、特に冷却過程においてこ
の挿入部分でのヒートショックによるクラック等の発生
を防止することができる。

又、溶融状態に力目熱されたガラス管の肉厚部に封止具
の開口端部を挿入した時にこの挿入された封止具端部は
即座に肉厚部と同等の温度にまで力ロ熱されてあたかも
一体化した如（融合接着し、非常に堅固に封止を行うこ
とができる。

しかも、ガラス管の開口端部は肉厚となっているので、
接着部分は非常に強固であると共に比較的口径の大きい
ガラス管であるにもかかわらずこの肉厚部でもって口径
の寸法誤差及び相互の位置ずれを吸収することができ、
寸法精度の点でコレクタの製造が非常に簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、円筒状フィンを用いた真空ガラス管式太陽熱
コレクタの概略斜視図、第２図は、第１図のＡＡ断面図
、第３図は、集熱パイプが■タータイプの従来の真空ガ
ラス管式太陽熱集熱器の断面図、第４図は、太陽熱コレ
クタの封止部の一例を示す概略断面図、第５図は、本発
明の実施例を示す要部断面図、第６図はその要部拡大図
、第７図ａｓｂは、本発明の別の実施例を示すそれぞれ
断面図である。 符号、１２ニガラス管、１２ａ：肉厚音氏 １３：封止
具、１６：肉薄部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筒状のガラス管の開口端部を封止具で密閉すると共
   に該ガラス管内を真空状態に保持し、このガラス管内に
   集熱パイプを設け、この集熱パイプの端部を上記封止具
   を介してガラス管外へ導出して成る太陽熱コレクタにお
   いて、上記ガラス管の開口端部を全周に亘って肉厚と成
   し、 上記封止具を、有底円筒状で当該筒部が上記ガラス管の
   開口端部とほぼ同径、同形状にすると共に少な（ともこ
   の封止具の開口端部を薄肉となし、上記ガラス管の開口
   端部の肉厚部を加熱して溶融状態と成すと共に、少な（
   とも上記封止具の開口端部を加熱し、 この状態にあるガラス管の肉厚部に上記封止具の開口端
   部を一気に打ち込んだ後、ガラス管を冷却することによ
   って、ガラス管の開口端部に封止具を固着することを特
   徴とする太陽熱コレクタの製造法。