JPS60105864A - 太陽熱集熱器 - Google Patents

太陽熱集熱器

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JPS60105864A
JPS60105864A JP58214440A JP21444083A JPS60105864A JP S60105864 A JPS60105864 A JP S60105864A JP 58214440 A JP58214440 A JP 58214440A JP 21444083 A JP21444083 A JP 21444083A JP S60105864 A JPS60105864 A JP S60105864A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
heat medium
pipe
tubes
vacuum glass
Prior art date
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Pending
Application number
JP58214440A
Other languages
English (en)
Inventor
Izumi Azuma
東 泉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
Fuji Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd, Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd, Fuji Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Publication of JPS60105864A publication Critical patent/JPS60105864A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/40Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors
    • F24S10/45Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors the enclosure being cylindrical
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/90Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation
    • F24S10/95Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation having evaporator sections and condenser sections, e.g. heat pipes
    • 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
    • Y02E10/44Heat exchange systems

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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明はヒートパイプを内蔵した集熱管で構成された
太陽熱集熱器に関する。
〔従来技術とその問題点〕
この種の太陽熱集熱器としては、従来透光性の真空ガラ
ス管内にヒートパイプの集熱部を配設し、ヒートパイプ
の一端を真空ガラス管外に突出して、この突出したヒー
トパイプと熱媒管の外周を囲繞した放熱筒とを連通した
集熱装置が知られている。
(実開昭55−162061号公報参照)第1図および
第2図により従来装置を以下に説明する。真空ガラス管
8内に口金7を貫通してヒートパイプ1の集熱部9が配
設され、複数本のヒートパイプ1の真空ガラス管外突出
部11と、熱媒管2の外周を囲繞した複数の放熱筒3と
を各々連通し、ヒートパイプ1および放勢筒3とで構成
された空間に作動液4および冷媒蒸気5が密封されてい
る。放熱筒3め外周は断熱材6で保温され、熱媒管2内
部には熱媒1oが通流せしめられる。
前記のような構成により、集熱部9で受熱した太陽熱は
、ヒートパイプ1を介して、熱媒1oに効率よく熱移送
され、集熱器としては高効率の装置が得られる。
しかしながら、前記従来装置においては下記のような問
題があった。第1はヒートパイプ1の真空ガラス管外突
出部11と放熱筒3の管軸は直角に連結されているため
に、放熱筒3と熱媒管2で構成される放熱部の放熱能力
は各々のヒートツクイブのピッチ(第2図P寸法)によ
り制約を受けるという問題があった。勿論、熱媒管2の
直径を大きくすることにより、放熱能力は比例的に増大
するが、大口径のパイプを使用すれば重量、コスト共に
増大する問題がある。また集熱量が増大しても放熱部の
面積を増大させずにおくこともできるが、この場合には
放熱の熱密度が増大するために、凝縮熱伝達率が低下し
、ひいては集熱効率が低下する問題がある。
第2の問題は、万一真空ガラス管8が破損した場合など
において、各ヒートパイプと真空ガラス管からなる集熱
素管を交換する必要がある場合、従来装置においては突
出部11と放熱筒3のロー付接合部(第2図A部)のロ
ー付を溶かし、ヒートパイプの密封を破って交換し、再
ロー付後、作動液4の再封入作業が必要となるなど集熱
素管の交換性が悪い問題があった。
従来装置の他の技術として第3図および第4図に示す太
陽熱集熱器が知られている。第1図および第2図と共通
部分については同一記号を付して説明を省略する。第3
図および第4図の装置は蓄熱タンク15に熱媒である水
17を貯留する自然循環式ヒートパイプ集熱器に関する
ものであり、集熱素管の交換性を考慮し、フランジ13
により蓄熱タンク15に集熱素管を取付ける構造になっ
ている。蓄熱タンク15は断熱材16で保温され、給水
口14が適当外位置に設けられている。
かかる自然循環式ヒートパイプ集熱器においては下記の
ような問題があった。第1は、蓄熱タンク付であるため
に寸法9重量共に大きく、家庭の屋根に取付ける場合の
困難さや美観上の問題がある。第2の問題は、凝縮部1
2から熱媒である水17への熱移動が自然対流熱伝達に
よるだめ、放熱面積を増大する必要性から、ヒートパイ
プ1における凝縮部12の直径を他の部分よりも大きく
する必要があった。他の部分と同−直匝とすることもで
きるが、この場合は凝縮部12の長さ寸法を大きくとる
必要があり、これは蓄熱タンクの寸法2重量増大につな
がる問題を生ずる。凝縮部12の直径を他の部分よりも
大きくすることは、集熱素管の製造コストを増大させる
要因となる。
以上、従来の各種集熱器の個々の問題点について説明し
たが、さらに前記従来装置の共通的問題点について第5
図〜第10図により説明する。第5図および第7図は集
熱器の屋根取付状態を示す概念的側面図、第6図および
第8図は夫々第5図および第7図に対応する平面図、第
9図および第10図は集熱器の集熱板の傾きを説明する
ための図で夫々第6図におけるB矢視図および第8図に
おけるC矢視図を示す。第5.6.9図と第7゜8.1
0図の相違点は集熱器の設置方位厳密にいうと真空ガラ
ス管軸が南北であるかあるいは東西であるかによる。従
来装置は、凝縮部の構造上南北設置とせざるを得す、後
述の本発明になる装置は東西設置も可能で後述の理由か
ら好んで東西設置が採用される。即ち、従来装置が南北
設置とせざるを得ない点が従来装置の問題点となるわけ
であるがこの点について以下に詳述する。
第5図、第6図において屋根22に沿わせて好ましくは
真南(図中矢視Nは方位北を示す)に集熱部が対向して
集熱器18が取付けられ、地上におかれた蓄熱槽21と
集熱器18との間を配管19で結合し、ポンプ20によ
り熱媒である水あるいは不凍液を循環して集熱システム
を構成している。
第5図、第6図においては従来装置の集熱器として第1
図および第2図に示される如き装置を代表例として示し
、真空ガラス管8が4本1組からなる集熱器18を4台
取付けた例を示している。ヘッダーケース23は第2図
における熱媒管2、放熱筒3および断熱材6の部分をケ
ースで囲った状態を示すものである。
第1図、第2図に示す従来装置が、放熱筒3を含むヘッ
ダーケース23を屋根の高い位置におき集熱器18を南
北設置とする理由は、冷媒蒸気5の凝縮しだ液滴を重力
により集熱部9側に自然に還流できるようにするためで
ある。仮りに第1図。
第2図に示す従来装置が、第8図に示すヘッダーケース
23aの位置関係にて示される如く、放熱筒3の管軸が
屋根の流れの向きに設置された場合即ち集熱器が東西設
置された場合には、凝縮液滴は大部分放熱筒3内部に溜
まシ、ヒートパイプ突出部11を経て集゛熱部9に還流
することができない。
第3図、第4図に示す従来装置の場合は東西設置が不可
能ではないが、大きな重量を占める蓄熱タンクを屋根の
流れの向きに沿って設置することは取付作業および建築
強度上望ましくなく、また蓄熱タンク内の温度分布上か
らも望ましくないのでやはり集熱器は南北設置される。
上記の如く南北設置された場合、第9図から明らかなよ
うに太陽熱を受熱する集熱板99の集熱面は屋根と平行
する面となり、水平面に対する集熱面の作る角度いわゆ
る集熱板傾斜角は屋根勾配と同一角度となる。ところで
、屋根角度は11゜(2寸勾配の屋根)〜27°(5寸
勾配の屋根)が一般的であるのに対し、特に家庭用を対
象とした給湯システムにおいては、冬季に給湯負荷が多
いことを考慮した場合、集熱板角度は50°前後が望ま
れる。従って美観を重視して屋根勾配と同−設置する場
合には前記のような最適な給湯システムが得られない。
性能を重視して集熱板角度を大きくとる場合には、角度
を大きくするための傾斜架台を屋根に設置しその上に集
熱器を取付ける方法が行われるが、部品の増大に伴うコ
スト、重量増および美観を損なう問題がある。
これに対し第7図および第8図に示すように集熱器18
aを東西設置する場合には、第10図に示すように集熱
板99の集熱面と集熱器ヘッダー軸Hとの作る角θを任
意に選定することにより、とのθと屋根勾配αの和(θ
+α)によって決まる集熱板傾斜角を所望の角度に選定
することが可能とな、す、この点が従来装置の課題の一
つであった。
〔発明の目的〕
この発明は、前記従来装置の問題点を解消し、ヒートパ
イプ凝縮部の設計自由度を有し1寸法・重量が小さく、
集熱素管の交換性が良好でかつ東西設置が可能な太陽熱
集熱器を提供することを目的とする。
〔発明の要点〕
この発明は、透光性の真空ガラス管内にヒートパイプの
集熱部を配設し、とのヒートパイプの凝縮部を真空ガラ
ス管外管軸方向に突出して、この突出したヒートパイプ
凝縮部の外周を囲繞してヒートパイプと同心的に熱媒管
を設け、隣接する複数本の熱媒管間を熱媒の流れが少く
とも隣り合う2本の熱媒管で並列、全体として直列にな
るように連結することにより前記目的を達成するもので
ある。
〔発明の実施例〕
第11図および第12図はこの発明の実施例を示すもの
で、従来装置の第1図および第2図と同一部分には同一
記号を付して説明を省略する。ヒートパイプの真空ガラ
ス管外突出部11を管軸方向に延長させて凝縮部24を
構成する。この凝縮部の外周を囲繞する熱媒管25をヒ
ートパイプの管軸と同心的に設け、隣接する複数本(第
12図では6本の例を示す)のヒートパイプ凝縮部を囲
繞する熱媒管間を熱媒の流れが左右3本が夫々並列、左
右3本組間は全体として直列になるようにヘッダー管2
6.27により連結し、熱媒を矢視りより導入し矢視E
よシ導出するようにする。ヘッダ管26の中央Fはパイ
プをつぶして熱媒の流れをしゃ断し、全体として直列流
を得るようにしている。熱媒管25と突出部11との接
続は分解性を考慮し継手31を用いて接続することもで
きるし、ロー付接続することもできる。熱媒管25およ
びヘッダー管26.27は断熱材32により保温され、
図示しないヘッダーケース内に収納される。
前記のような構成において、凝縮部25の軸長、場合に
よっては直径を可変とすることにより、熱媒を強制通流
する小形・軽量の集熱方式にもかかわらず放熱能力を可
変にすることができ、かっ集熱素管の交換性を良好とす
ることができる。すべての熱媒管間を熱媒の流れが直列
になるようにする構成も考えられるが、この発明のよう
に直並列とすることによシ、熱媒である水をヘッダー管
内および熱媒管内から凍結対策のために抜き取るような
場合に、容易に水抜き可能である利点が生ずる。但しヘ
ッダー管27には図示しない自動空気抜弁が必要である
。また第7図、第8図および第10図に示す如く集熱器
を東西設置することができる。ただし、ヒート・(イブ
の冷媒蒸気5の重力による凝縮液還流機能を損なうこと
のないように、ヒートパイプの集熱部より凝縮部が若干
高い位置に設置すべく集熱器全体を若干傾けて設置する
必要がある。
〔発明の効果〕
この発明は、ヒートノ(イブ集熱器の真空ガラス管外突
出部を管軸方向に延長して凝縮部となし、このヒートパ
イプ凝縮部を囲繞する熱媒管をヒートパイプの管軸と同
心的に設け、隣接する熱媒管間を熱媒の流れが少くとも
隣り合う2本の熱媒管で並列、全体として直列になるよ
うにしたことにより、熱媒を強制通流する小形軽量の集
熱方式にもかかわらず放熱能力を可変にする設計の自由
度を有し、集熱素管の交換性が良好でかつ最適集熱板傾
斜角度を得る東西設置が可能な太陽熱集熱器を提供する
ことができる効果がある。さらに熱媒の流れを直並列構
成としたことにより凍結対策のための水抜きを容易にす
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図および第3図は従来のそれぞれ異なる太陽熱集熱
器の側面要部断面図、第2図および第4図はそれぞれ第
1図および第3図に対応する平面要部断面図、第5図お
よび第7図は集熱器のそれぞれ異なる屋根取付状態を示
す概念的側面図、第6図および第8図はそれぞれ第5図
および第7図に対応する平面図、第9図は第6図におけ
るB矢視図、第10図は第8図におけるC矢視図、第1
1図はこの発明の実施例の側面要部断面図、第12図は
同平面要部断面図である。 24・・・ヒートパイプ凝縮部、25・・・熱媒管、2
6.27・・・ヘッダー管。 才40 何’A閃 へb乙−一 177図 ヤδ の 才10口

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)透光性の真空ガラス管内にヒートパイプの集熱部を
    配設し、前記ヒートパイプの凝縮部を真空ガラス管外管
    軸方向に突出し、該ヒートパイプ凝縮部の外周を囲繞す
    る熱媒管をヒートパイプの管軸と同心的に設け、隣接す
    る複数本の前記ヒートパイプの凝縮部熱媒管間を熱媒の
    流れが少くとも隣り合う2本の熱媒管で並列、全体とし
    て直列になるようにヘッダー管により連結したことを特
    徴とする太陽熱集熱器。
JP58214440A 1983-11-15 1983-11-15 太陽熱集熱器 Pending JPS60105864A (ja)

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JP58214440A JPS60105864A (ja) 1983-11-15 1983-11-15 太陽熱集熱器

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JPS60105864A true JPS60105864A (ja) 1985-06-11

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100873898B1 (ko) 2007-06-28 2008-12-15 주식회사 춘천에이취피 태양열 집열기용 헤더 유니트
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