JPS5981444A - 太陽熱の集熱器 - Google Patents

太陽熱の集熱器

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JPS5981444A
JPS5981444A JP57190541A JP19054182A JPS5981444A JP S5981444 A JPS5981444 A JP S5981444A JP 57190541 A JP57190541 A JP 57190541A JP 19054182 A JP19054182 A JP 19054182A JP S5981444 A JPS5981444 A JP S5981444A
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JP
Japan
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pipe
heat
heat collecting
collecting pipe
solar
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JP57190541A
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English (en)
Inventor
Nobuko Godai
五代 暢子
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/30Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

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】 本発明は太陽熱の集熱器に係9、詳細には集熱器を集熱
パイプと、この中心に同軸に設置された加熱パイプとか
ら構成し、集熱パイプの管壁の断面形状をいわゆるかま
ぼこ状とし、管壁にレンズ作用を持たせ、そのレンズの
焦点をほぼパイプの中心に結ばせ、その部分に熱媒体を
満たした加熱パイプを置くことによって、太陽熱を効率
よく利用−「ることを可能とした太陽熱の集熱器に関す
る。
最近エネルギー危機が叫ばれ、石油製品の値段が高騰し
たが、石油質源に限度がみえている現今では、石油に代
る代替エネルギーを確保することは甘さに焦眉の急であ
ると云わさるを得ない1、その代替エネルギーのうち、
石炭等の化石燃料はm限であるため、今後は無限に近い
二洋ルギー源である太陽エネルギー・を出米得るかぎシ
利用せざるを得ないことは明らかである。
太陽エネルギーは、従来から第1図(fA視図)に例示
するような温水器を用いて、家庭等において、冷暖房お
よび給湯用としてかなり広く利用されている。丁なわち
同図において、温水器1は箱型の受熱器゛2、受熱器2
の中に収納された加熱バイブ3等から成っておシ、受熱
器2の内部には断熱材(図示していない。)が装着され
、またその太陽に面する面にはガラス等の透明材から成
る板2Aが取付0られている。
周知のように、太陽エネルギーは地球上に間断なく、か
つあ1ね<計シそそがれているが、そのエネルギーのv
fiiは理論的な最大値であっても1m2西シ1.3s
Kw&度とされておシ、緯度、雲量、空中の浮遊粒子等
の影響によって、実際に利用しうるエネルギー基[はこ
の数分の−にすぎない。
また周知のように、熱エネルギーはその周囲温度に対す
る温度差が大きけれは大きいほどエネルギーとしてオ0
用じやすく、良質なエネルギーと云われているが、第1
図に例示した温水器では、集熱量も少く、また集められ
た熱エネルギーも決して良質なものとは云えなかった。
第2図は太陽光線の方向と、受熱器の面との関係を示し
た図である。同図において受熱器2の受熱面2Bの法線
4と太陽光線5とのなす角をβとすれは、受熱面2Bの
単位面積当りが受ける太陽エネルギーはC17,?βに
比例し、角βが0のとき最大となる。しかしながら太陽
光線は時々刻々に方位角(太陽光線の水平面に対する投
影線と基準水平線とのなす角)αおよび太陽高度(太陽
光線と水平面とのなす角) Aoを変えているため、太
陽熱を最大限に利用するためには受熱面2Bと水平面と
のなす角度θと、法線4の水平面に対する投影線と基準
水平線とのなす角φとを時々刻々変える必要がある。す
なわち受熱器2を時々刻々動かして行く、いわゆる太陽
に対する追尾装置が必要である。
第3図は太陽エネルギーを大量にしかも良質なエネルギ
ーとして使用する例として太陽熱による発電システムに
おける集熱装置の一例を示したものである。同図におい
て、太陽熱の集熱装置11は平面鏡12、放物面鏡13
、加熱パイプ14等から成っており、太陽光線5は平面
鏡12によって反射され、放物面fi13に対してその
軸に平行な光線となって入射する。したがって放物面鏡
13の焦点付近に加熱パイプ14を設置すれば、太陽熱
は加熱パイプ14に集中し、強力に加熱パイプを加熱す
ることができ、加熱パイプ中を流れる水は高温・高圧の
水蒸気となシ、タービン等の発電装置に流入して発電が
行なわれる。このようにしてこの例示した発電装置では
太陽熱が大量にしかも良質なエネルギーとして集められ
るが、平面鏡12は太陽の移動に従って時々刻々その角
度を変える必要がありそのために追尾装置(第3図では
図示していない。)が必要である。
第4図は放物面鏡と太陽光線の方向との関係を示した図
である。(イ)のように太陽光線5が放物面鏡13の軸
と平行な方向に入射すれば放物面鏡で反射した太陽光線
は放物面鏡の焦点に集中し、その付近に設置した加熱パ
イプ14を強力に加熱するが(ロ)図のように太陽光線
5が放物面鏡13の軸と平行でないときは、放物面鏡で
集熱するエネルギーの総量も少いし、また太陽光線が焦
点に集まらない。したがって効率よい太陽熱の利用を計
るためには追尾装置は是非必要である。
しかしながらこの追尾装置は第2図からも明らかなよう
に、複雑な運動をする必要があり、また太陽の方位角α
、高度hoは時刻によって変化するだけでなく季節によ
っても絶えず変動するため、追尾装置はきわめて鞘巧な
運動機構が必要であり、設備費が高価となる欠点を有し
ていた。
本発明は以上述べた太陽熱の集熱装置等の欠点を解消し
、複雑な機構を持つ追尾装置を省き、したがって設備費
が廉く、しかも集熱効率のよい太陽熱の集熱器を提供す
ることを目的としている。
本発明は集熱器を集熱パイプと加熱パイプとから構成し
、集熱パイプにアクリル樹脂等の透明材料を用い、その
管壁の断面形状をいわゆるかまぼこ型としてレンズ作用
を持たせ、その焦点をほぼ管軸上に結ばせ、また集熱パ
イプと同軸に加熱パイプを配置することによって前記目
的を達成している。
以下図面に基いて本発明の実施例について説明する。第
5図は本発明に係る集熱器を示す図で、(イ)は一部断
面を含む正面図、(ロ)は側面図である。
同図において集熱器21は同軸に設置された集熱パイプ
22と、加熱バイブ23とから成っている。
集熱パイプ22はアクリル樹脂等の透明材料から成って
おり、その管壁を軸を含む平面で切断した断面の形状は
直122Aとその外側に配置され、所定の曲率半径を持
つ円弧の連続した波形曲線22Bとから成っている。こ
の円弧の曲率半径は光線が外1lllから入射したとき
に、その焦点が管軸上に来るような寸法となっている。
第6図は本発明の別の実施例を示した図で、(イ)は断
+−ffl+を含む正面図、(ロ)は測置1図である。
本例の場合は集熱パイプ22の管壁の断面形状を形成す
る波形曲線22Bの頂部がらせん状となっている。
他の部分は前記した第1の実施例と異るところはない。
第7図は本発明の第3の実施例の集熱パイプのみを示し
た図で(イ)はII:、面のげノを面図、(ロ)は佃]
面図である。本例の場合は集熱パイプ22の管壁には空
防22 Cが設けられておシ、この部分には水その他の
適宜な透明液22Dが封入されている。本図に示したも
のは波形曲線22Bの頂部がらせん状をなしていないも
のであるが、らせん状のものであって、中空の断面形状
のものでも本発明は有効実施例 第8図は波形面′?IM22Bがらせん状である集熱パ
イプの製造方法の一例を示したものである。すなわち同
図に示すように断面がいわゆるかまぼこ型のアクリル樹
脂等の棒材22E(第8図(イ)はこの棒材22Eの正
面図(ロ)は側面図である。)をらせん状に巻き、その
縁部22F(C口)図か照)を相互に融着すれば所要の
集熱パイプ22を得ることができる。
以上説明した本発明に係る集熱器にあっては、集熱パイ
プで集めた太陽熱が加熱パイプ部分に集中するため太陽
エネルギーの密度を尚め、良質な熱エネルギーとするこ
とが可能であシ、また同時に集熱パイプの軸に直交する
平面上においては太陽光線の方向がどのように変化して
も効率よく集熱することができるため、前記した追尾装
置を設けなくとも比較的効率よく太陽熱を集めることが
できる。
本発明の効果は次に示す実験例で確かめることができる
第1表 第2表 註 米外気温低下の影響とみられる。
すなわち第1表は実験に用いた集熱器の要目で、この集
熱器を直列に数個並列に数個用いている。
実験はレンズ効果を確認するために行われたものであシ
第2表はその結果を示したものである。表中Aは第1表
に記載された集熱器を使用した場合、Bは第1表に記載
の集熱器であって、集熱パイプの管壁が通常の管のよう
に凹凸のないものを用いた場合である。第2表から判る
ように本発明に係る集熱器は従来のものK〈らべて3倍
程度の集熱効率を有している。
本発明は以上述べたように太陽熱の集熱器に追尾装置を
用いることなく、しかもその集熱効率を目 高め、太陽熱の有効利用について見覚ましい貢献をする
ものであることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来家庭等に用いられている温水器を例示した
斜視図、第2図は太陽光線の方向と受熱器の面との関係
をホした図、第3図は太陽熱発電システムの集熱装置を
例示した斜視図、第4図(イ)(ロ)は放物面鏡と太陽
光線の方向との関係を示した図、第5し1、第6図は本
発明の第1および第2の実施例を示した図でいずれも(
イ)は断面を含む正面図、(ロ)は1111而図、第7
図は本発明の第3の実施例を示したもので、集熱パイプ
のみをボしておυ、(イ)は1F而の断面図(0)は側
面図、第8図は集熱パイプの製造方法を例ボしたもので
(イ)は正面図、(ロ)は佃1]1川図である。 1・・・・温水器、2・・・・受熱器、2A・・・・板
、2B・・・・受熱面、3・・・・加熱パイプ、4・・
・・法線、5・・・・太陽光線、11・・・・集熱装置
、12・・・・平面鏡、13・・・・放物面説、14・
・拳・加熱パイプ、21・・・・集熱器、22・Φ・Φ
集熱パイプ、22A・・・・直線、22B・・・拳波形
曲線、22C・・・Φ空隙、22D−−・・透明液、2
2E・・・・棒材、22F・・・拳縁部、23・・・・
加熱パイプ 特許出願人    五 代喝 子 代理人 弁理士  塚 本 太三部 第1図 第2図 第:11・’   11 / 田 図    (・) 221’M”’

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)樹脂等の透明材料から成るパイプであって、その
    軸を含む平面で切断した管壁の断面が、直線とその外側
    に所定の曲率半径を有する円弧を連続的に連ねて成る波
    形曲線とによって形成される形状を有する集熱パイプと
    、該集熱パイプの中に同軸に設置され、熱媒体を満たし
    た加熱パイプとよシ構成される太陽熱の集熱器。
  2. (2)前記透明材料から成る集熱パイプの管壁は中空で
    あってその内部に所定の透明液体を封入したことを特徴
    とする特′rf請求の範囲第1項記載の太陽熱の集熱器
  3. (3)前記集熱パイプの波形曲線の頂部がらせん状に形
    成されていることを特徴とする特許請求の範囲第1JA
    または第2項記載の太陽熱の集熱器。
JP57190541A 1982-10-29 1982-10-29 太陽熱の集熱器 Pending JPS5981444A (ja)

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