JPS6210341B2 - - Google Patents

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JPS6210341B2
JPS6210341B2 JP56215750A JP21575081A JPS6210341B2 JP S6210341 B2 JPS6210341 B2 JP S6210341B2 JP 56215750 A JP56215750 A JP 56215750A JP 21575081 A JP21575081 A JP 21575081A JP S6210341 B2 JPS6210341 B2 JP S6210341B2
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JP
Japan
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heat
heat collecting
tube
tubes
collector
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JP56215750A
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JPS58115263A (ja
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Tadayasu Mitsumata
Shiro Hozumi
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S2023/87Reflectors layout
    • F24S2023/872Assemblies of spaced reflective elements on common support, e.g. Fresnel reflectors
    • 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
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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    • Y02B10/20Solar thermal
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は真空断熱層を備えた集熱管と反射板と
で構成された真空管式太陽熱集熱器に関するもの
である。
太陽熱集熱器の効率を高めるには、受熱部を覆
う透明カバーの太陽光透過率と受熱部の太陽光吸
収率とを高め、受熱部からの伝導、対流、輻射に
よる熱損失を少なくする必要がある。この伝導、
対流による熱損失を少なくする一手段として、透
明ガラス管の内部を真空とし、この内部に、輻射
による熱損失を少なくする手段として通常その表
面に赤外波長の放射率の小さい、いわゆる選択吸
収膜を用いた集熱板を設ける構造にすることが考
えられている。このタイプの集熱器は真空管式太
陽熱集熱器と呼ばれ、通常ガラス管は円筒形のも
のが耐圧性を高めるために用いられている。
第1図および第2図は、従来の真空管式太陽熱
集熱器の集熱管の1つを示したもので、この集熱
管1は、内部が真空状態に保たれた透明ガラス管
2と、この透明ガラス管2の内部に設けられ、か
つ銅管などの金属管で構成された熱媒体管3に直
接接触する集熱板4とから構成されており、透明
ガラス管2の一端の、熱媒体管出入口部3Aとの
接続部5は、透明ガラス管2の内部を真空に保つ
ために、排気後完全密閉されている。また前記集
熱板4の表面には、陽極酸化法による着色アルミ
ニウム系の選択吸収膜が付けられている。係る構
成で、熱媒体管3内に熱媒を通して、集熱板4で
集められた熱を集熱管1の外へ取出すものであ
る。
このような真空管式集熱管1を一列に複数本並
置した従来例を第3図および第4図に示す。
第3図は真空管式集熱管1を比較的密に並置し
て真空管式太陽熱集熱器6を構成した従来例であ
り、この場合は、第1の欠点として、集熱器6の
設置面積当りの集熱量は大きいが、多数の集熱管
1を並べるので経済的に高価なものになるととも
に、第2の欠点として、集熱板4の傾きにもよる
が、冬期時、すなわち太陽光入射角が低いときは
隣接する集熱板4の日陰になり、その結果、単位
集熱板面積当りの集熱量が低くなるという欠点が
あつた。
一方、第4図は真空管式集熱管1の下方に半円
形状の反射鏡7を設けて、第3図における2つの
欠点をなくした従来の集熱器8の例である。反射
鏡7の形状については、半円形状のほかに、平板
やトロコイグル曲面など数多くが提案されてい
る。ところが、反射鏡7を用いる通常の場合に
は、集熱板4の表裏の両面に太陽光線を受けるこ
とになり、したがつて選択吸収膜を集熱板4の両
面につける必要がある。しかしながら選択吸収面
の放射率は、金属表面の放射率に比べて大きく、
その結果、選択吸収面が2倍になることによつ
て、集めた熱の放射損失は約2倍近くになる。し
たがつて、反射鏡7を設けても、その効果はさほ
ど大きくならないという欠点があつた。
第5図は、比較的高価な前記真空管式集熱管1
の本数を減少して構成された従来の集熱器9を示
し、真空管式集熱管1を一列に複数本並置し、そ
れぞれの集熱管1の間に、比較的安価な平板状反
射板10が設けられている。各集熱管1内の集熱
板4は、冬季時の低い太陽光傾斜に合わせるた
め、その傾斜を比較的大きくとり、かつこれとと
もに集熱管1の間隔は、隣接する集熱管1の日陰
にならないように若干大きくとられている。そし
て、冬季時以外は太陽光線の入射角が大きいの
で、上記のように間隔を大きくとつた集熱管1の
配置では、相隣る集熱管1との間の部分の太陽光
線はそのまま通過してしまうため、この部分の光
は前記反射板10によつて、相隣る集熱管1の集
熱板4の表面に反射光が当るようになされたもの
である。しかし、この真空管式太陽熱集熱器9は
比較的安価で、かつ特性もかなり優れてはいる
が、有効に利用できる太陽光線の入射角には制限
があり、また天空のすべての方向から入つてくる
散乱光に対して効果的でないという欠点があつ
た。
本発明はこのような問題を解決するもので、有
効な直射日光の入射角の範囲を広くし、またすべ
ての天空からほぼ均一に入射される散乱光をもよ
り多く利用できる有効な真空管式太陽熱集熱器を
得ることを目的とするものである。
この目的を達成するために本発明は、内部が真
空状態に保たれた透明ガラス管と、この透明ガラ
ス管の内部に設けられ、かつ熱媒体管と接触する
集熱板とからなる真空管式集熱管を一列に複数本
互いの集熱板を平行に傾斜させて並置し、それぞ
れの真空管式集熱管の間に、断面が放物線状の凹
形をした反射板をその焦点が隣接する一側の集熱
板のほぼ表面中心部に位置するように設け、かつ
反射板をその反射板に隣接する両側の集熱板の最
も反射板に近い両点間を結んだ斜線よりも下方に
位置させて設けたものである。
この構成によつて直射光の入射角が多少変つて
も、また広い範囲の散乱光線であつても有効に集
熱できるものである。
以下、本発明の構成をその一実施例を示す図面
に基づいて詳細に説明する。第6図に示すよう
に、本発明に係る真空管式太陽熱集熱器11は、
内部が真空状態に保たれた直径100mmの外径を有
する透明ガラス管12と、この透明ガラス管12
の内部に設けられ、直径9.53mmの外径を有する2
本の銅管で構成される熱媒体管13に直接接触す
る集熱板14とからなる真空管式集熱管15を、
50mmの間隔で一列に複数本ほぼ平担な屋根16に
並置し、それぞれの真空管式集熱管15の間に、
断面が放物線状の凹形をしたアルミニウム製の反
射板17を設けて構成されている。前記集熱管1
5内の集熱板14は、厚さ1.0mm、幅90mm、傾き
は水平線に対して約35゜にして熱媒体管13に取
付けられており、この集熱板14の中心部にそれ
ぞれ隣接する反射板17の放物線の焦点が位置す
るようになされ、太陽光は反射板17により集熱
板14の中心部へと照射される。
なお、反射板17は、幅56mm、反射率は80%
で、第6図の破線に示すように集熱板14を下か
ら囲う放物線上にあり、放物線の中心軸18は集
熱板14中心部を通り水平線に対して約70゜の傾
きにされている。この70゜の傾きは夏期の太陽光
線の入射角に基づき設定されたものである。
上記構成において、太陽光線の入射角の大きい
夏期は、集熱板14の表面に直接太陽光線が当つ
て集熱されるとともに、相隣る集熱管15との間
の部分の太陽光線は反射板17によつて、相隣る
集熱管15の一側の集熱管の集熱板14の表面中
心部に照射されて有効に集熱される。
一方、太陽光線の入射角の小さい冬期は、集熱
板14が水平線に対して35゜に傾けて設けられて
いるので、その全面に亘つて直接太陽光線が当
り、集熱されることになる。このとき集熱管15
はそれぞれ50mm間隔で並置されているため、隣り
の集熱板14の日陰になることはない。
さらに反射板17は、この反射板17に隣接す
る両側の集熱板14の、最も反射板17に近い両
点間を結んだ線より下方に位置させることによ
り、冬期においても、この反射板17によつて隣
りの集熱板14に当たる太陽光がさえぎられるこ
とはない。
次に比較のために、相隣る集熱管15の間隔
と、集熱板14の形状の異なる集熱器を多数試作
して、それぞれの集熱器の測定を行つたので、そ
の結果を第7図に基づき集熱量比率による評価で
述べる。測定条件は、外気と平均水温との差を50
℃に一定とし、1年間の総合計集熱量を集熱器設
置面積で割つて、単位面積当りの集熱量比率を求
めた。Aは本発明に係る真空管式太陽熱集熱器、
Bは本発明集熱器Aの断面が放物線状の凹形をし
た反射板17のみを、平板形反射板に変えた従来
形の真空管式太陽熱集熱器である。
第7図からも明らかなように、本発明集熱器A
と従来形集熱器Bの、集熱管の間隔の相違による
集熱量割合は、集熱器Aは集熱器Bに比べて集熱
性能に優れ、また大幅に集熱管の間隔を増加させ
得ることが判明した。すなわち従来形集熱器B
は、集熱管間隔がこの集熱管直径の1/3〜2/3の範
囲内にある場合に集熱量比が高いのに対し、本発
明集熱器Aは、集熱管間隔が集熱管直径の1/3〜
4/3の範囲内にある場合に集熱量比が高く、しか
も本発明集熱器Aの集熱量比は従来形集熱器Bと
集熱管間隔が同じ場合にいずれも集熱量比が高
い。また第7図は、集熱管の間隔が大きくなりす
ぎると、反射板で補うことができないことを示
し、逆に集熱管の間隔が小さいと、相隣る集熱管
の日陰となつて逆に集熱量が低下することを示し
ているが、本発明集熱器Aによればその間隔の範
囲が広くても集熱量比が高いことが明らかであ
る。
次に、本発明集熱器Aの放物線状凹形反射板と
従来形集熱器Bの平板形反射板との差について述
べる。放物線状凹形反射板の場合は、太陽光線を
焦点である集熱板の中心部に集光するので、直射
光の入射角が多少変つても、また広い範囲の散乱
光線を有効に集熱することができる。そのため、
集熱量が大きくなり、また真空管間隔を大きくで
きるので、必要本数が減少できる利点がある。こ
れに対し、平板形反射板の場合は、有効に利用で
きる太陽光線の入射角に制限があり、また天空の
すべての方向から入つてくる散乱光に対して効果
的でない。そのため、集熱量が放物線形反射板を
用いた場合よりも少なく、真空管間隔も大きくす
ることができないものである。
以上のように本発明によれば、断面が放物線状
の凹形をした反射板を、それぞれの真空管式集熱
管の間にその焦点が隣接する一側の集熱板のほぼ
表面中心部に位置するように設けたので、直射光
の入射角が多少変つても、また広い範囲の散乱光
線であつても有効に集熱ができ、また前記反射板
を隣接する両側の集熱板の最も反射板に近い両点
間を結んだ斜線よりも下方に位置させて設けたの
で、太陽光線の入射角の小さい冬期においても反
射板によつて隣りの集熱板に当たる太陽光がさえ
ぎられることなく、有効に集熱できる。しかも真
空管式集熱管の間隔を従来より広くあけても集熱
量を高く保つことができるので、比較的高価な真
空管式集熱管の使用本数が少なくて済み、経済的
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の真空管式太陽熱集熱器に用いら
れる真空管式集熱管の一部切欠正面図、第2図は
第1図のA−A線断面図、第3図〜第5図は第1
図および第2図に示す真空管式集熱管を用いた従
来の真空管式太陽熱集熱器を示し、第3図,第4
図,第5図はそれぞれ真空管式太陽熱集熱器の横
断面図、第6図は本発明に係る真空管式太陽熱集
熱器の横断面図、第7図は本発明集熱器Aと従来
形集熱器Bの集熱管間隔と集熱量比の関係を示す
特性図である。 11…真空管式太陽熱集熱器、12…透明ガラ
ス管、13…熱媒体管、14…集熱板、15…真
空管式集熱管、17…断面が放物線状の凹形をし
た反射板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 内部が真空状態に保たれた透明ガラス管と、
    この透明ガラス管の内部に設けられ、かつ熱媒体
    管と接触する集熱板とからなる真空管式集熱管を
    一列に複数本互いの集熱板を平行に傾斜させて並
    置し、それぞれの真空管式集熱管の間に、断面が
    放物線状の凹形をした反射板をその焦点が隣接す
    る一側の集熱板のほぼ表面中心部に位置するよう
    に設け、かつ前記反射板をその反射板に隣接する
    両側の集熱板の最も反射板に近い両点間を結んだ
    斜線よりも下方に位置させて設けたことを特徴と
    する真空管式太陽熱集熱器。 2 相隣る真空管式集熱管の間隔を、真空管式集
    熱管の直径の1/3〜4/3の範囲内にしてなる特許請
    求の範囲第1項記載の真空管式太陽熱集熱器。
JP56215750A 1981-12-28 1981-12-28 真空管式太陽熱集熱器 Granted JPS58115263A (ja)

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