JPS6225637Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6225637Y2 JPS6225637Y2 JP1981196277U JP19627781U JPS6225637Y2 JP S6225637 Y2 JPS6225637 Y2 JP S6225637Y2 JP 1981196277 U JP1981196277 U JP 1981196277U JP 19627781 U JP19627781 U JP 19627781U JP S6225637 Y2 JPS6225637 Y2 JP S6225637Y2
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- JP
- Japan
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- heat
- water
- pipe
- solar
- freezes
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- Expired
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 claims description 6
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 claims description 6
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- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 8
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/44—Heat exchange systems
Landscapes
- Building Environments (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
［考案の技術分野］
本考案は、熱媒として水を用いたヒートパイプ
を備える太陽熱集熱器に関する。
を備える太陽熱集熱器に関する。
［考案の技術的背景とその問題点］
顕著なる省エネルギ効果が得られ、一年中温水
を供給できる太陽熱温水器が多用される。この種
太陽熱温水器を構成する太陽熱集熱器は、水を導
通させて太陽熱を直接吸収し温水に換るものと、
ヒートパイプで太陽熱を吸収しこの放熱部からの
放熱で水を温水に換えるものとがある。特に後者
のものは、集熱部分に水を導通させないから水垢
が発生せず、このため衛生的でありメンテナンス
が容易である。このことから前者のものより多用
される傾向にある。
を供給できる太陽熱温水器が多用される。この種
太陽熱温水器を構成する太陽熱集熱器は、水を導
通させて太陽熱を直接吸収し温水に換るものと、
ヒートパイプで太陽熱を吸収しこの放熱部からの
放熱で水を温水に換えるものとがある。特に後者
のものは、集熱部分に水を導通させないから水垢
が発生せず、このため衛生的でありメンテナンス
が容易である。このことから前者のものより多用
される傾向にある。
ヒートパイプ式のものをなお説明すると、第１
図および第２図に示すようになつている。すなわ
ち第１図中１は上面側に強化ガラス板を装着した
筐体であり、この筐体１の上端部に水槽２が水密
構造をもつて一体的に連結される。上記筐体１お
よび水槽２内に、銅管内を真空状とし熱媒を封入
したヒートパイプ３が挿着される。筐体１側のヒ
ートパイプ３は一部分だけ断熱材１ａで支持され
る吸熱部３ａが形成される。水槽２内側にはフイ
ン４……が設けられ、放熱部３ｂが形成される。
第２図中５は銅管内を真空状とし熱媒を封入した
ヒートパイプであり、この大部分に吸熱部を形成
する集熱板６が固着され、一端部に放熱部を形成
するフイン７……が固着される。フイン７……は
図示しない水槽内に収容されること上記実施例と
同様である。
図および第２図に示すようになつている。すなわ
ち第１図中１は上面側に強化ガラス板を装着した
筐体であり、この筐体１の上端部に水槽２が水密
構造をもつて一体的に連結される。上記筐体１お
よび水槽２内に、銅管内を真空状とし熱媒を封入
したヒートパイプ３が挿着される。筐体１側のヒ
ートパイプ３は一部分だけ断熱材１ａで支持され
る吸熱部３ａが形成される。水槽２内側にはフイ
ン４……が設けられ、放熱部３ｂが形成される。
第２図中５は銅管内を真空状とし熱媒を封入した
ヒートパイプであり、この大部分に吸熱部を形成
する集熱板６が固着され、一端部に放熱部を形成
するフイン７……が固着される。フイン７……は
図示しない水槽内に収容されること上記実施例と
同様である。
ところでこれら集熱構造のものに用いられる熱
媒は、危険がなく容易に蒸発凝縮するフロンガス
である。特に冬季においては気温０℃以下にさら
されることが多く、凝固点が−35℃以下のフロン
ガスが最適である。
媒は、危険がなく容易に蒸発凝縮するフロンガス
である。特に冬季においては気温０℃以下にさら
されることが多く、凝固点が−35℃以下のフロン
ガスが最適である。
しかしながら、この種ガスは高価であり、取扱
い、管理が面倒でコスト高の要因となつている。
い、管理が面倒でコスト高の要因となつている。
そこで、容易に得られて廉価であり、蒸発潜熱
の大なる水を熱媒として用いることが考えられ
た。
の大なる水を熱媒として用いることが考えられ
た。
しかしながら、周知のように水は０℃において
凍結して体積膨張を起す。このためヒートパイプ
そのものが破壊する虞れがある。
凍結して体積膨張を起す。このためヒートパイプ
そのものが破壊する虞れがある。
［考案の目的］
本考案は、廉価である水を熱媒として用い、こ
の凍結による体積膨張においても破壊のない構造
としたヒートパイプを備える太陽熱集熱器を提供
しようとするものである。
の凍結による体積膨張においても破壊のない構造
としたヒートパイプを備える太陽熱集熱器を提供
しようとするものである。
［考案の概要］
本考案は、水を封入した熱サイフオン型ヒート
パイプの吸熱部内面をテフロンコーテイングし
て、水の凍結時に生じる体積膨張を吸熱部から逃
がし破壊に耐えられる構成として伝熱性能を確保
し、オールシーズン安全に使用できるようにした
ものである。
パイプの吸熱部内面をテフロンコーテイングし
て、水の凍結時に生じる体積膨張を吸熱部から逃
がし破壊に耐えられる構成として伝熱性能を確保
し、オールシーズン安全に使用できるようにした
ものである。
［考案の実施例］
以下、本考案の実施例を図面にもとづいて説明
する。第３図は太陽熱集熱器に用いられるヒート
パイプを示す。このヒートパイプの本体１０はた
とえば銅管で、かつ密閉筒体状であり、内部に熱
媒である水が封入される。図における上端部はフ
イン１１……を設けた放熱部１２、その下方全て
が吸熱部１３となつている。上記水の封入量は、
本体１０の内容積に対して約10％（液体時体積換
算）である。上記構成は封入熱媒を除き従来と全
く同様でよい。すなわち、たとえば先きに第１図
にもとづいて説明したものをそのまま利用でき
る。ただし上記吸熱部１３のうち、特に水が集溜
する下端部から吸熱部１３の略半分程度にかけて
の内面はテフロンコーテイング加工を施したコー
テイング膜１４で覆われる。このコーテイング膜
１４を設けることによつて全ての水が凍結し体積
膨張を起しても後述するように本体１０は破壊さ
れないですむ。作用的には従来と全く同様、太陽
熱を吸熱部１３で吸収し、放熱部１２で放熱す
る。放熱部１２は図示しない水槽内に収容され、
これを導通する水を温水に換える。
する。第３図は太陽熱集熱器に用いられるヒート
パイプを示す。このヒートパイプの本体１０はた
とえば銅管で、かつ密閉筒体状であり、内部に熱
媒である水が封入される。図における上端部はフ
イン１１……を設けた放熱部１２、その下方全て
が吸熱部１３となつている。上記水の封入量は、
本体１０の内容積に対して約10％（液体時体積換
算）である。上記構成は封入熱媒を除き従来と全
く同様でよい。すなわち、たとえば先きに第１図
にもとづいて説明したものをそのまま利用でき
る。ただし上記吸熱部１３のうち、特に水が集溜
する下端部から吸熱部１３の略半分程度にかけて
の内面はテフロンコーテイング加工を施したコー
テイング膜１４で覆われる。このコーテイング膜
１４を設けることによつて全ての水が凍結し体積
膨張を起しても後述するように本体１０は破壊さ
れないですむ。作用的には従来と全く同様、太陽
熱を吸熱部１３で吸収し、放熱部１２で放熱す
る。放熱部１２は図示しない水槽内に収容され、
これを導通する水を温水に換える。
ヒートパイプ内において水が凍結する順序とし
ては、吸熱部１３に集溜する水はその上面から凍
結し、徐々に下方へ凍結部分が深まる。そして下
端部に残つた水が凍結して、全面凍結となる。こ
のことから氷のヒートパイプに対する接触距離は
上面から下方へかけて徐々に遠くなり、また互い
の剪断強さは接触面積が増加するにしたがつて大
となる。しかるに封入された水が全て凍結し、そ
のときのパイプと氷との接触面積による接触剪断
強さが、パイプの許容応力値以下であれば、パイ
プの破壊が起らない。
ては、吸熱部１３に集溜する水はその上面から凍
結し、徐々に下方へ凍結部分が深まる。そして下
端部に残つた水が凍結して、全面凍結となる。こ
のことから氷のヒートパイプに対する接触距離は
上面から下方へかけて徐々に遠くなり、また互い
の剪断強さは接触面積が増加するにしたがつて大
となる。しかるに封入された水が全て凍結し、そ
のときのパイプと氷との接触面積による接触剪断
強さが、パイプの許容応力値以下であれば、パイ
プの破壊が起らない。
ヒートパイプが氷による破壊を起さないために
は、次の条件を満足しなければならない。
は、次の条件を満足しなければならない。
銅パイプを用いた場合
氷と銅金属表面の接新剪断強さ：τ＝３Kg／cm2
銅の引張許容応力最小値：σmin＝400Kg／cm2
パイプ内の内圧：ＰKg／cm2
パイプの板厚：ｔcm
パイプの半径：ｒcmとすると、内部応力σKg／cm2
の関係は Ｐ／ｔ＝σｍｉｎ／ｒ …(1) パイプ内径断面積：ｓcm2（πr2） 氷と銅金属の接触面積：Ａcm2（２πｒ・ｌ）とす
ると Ｐ・Ｓ＞τ・Ａ …(2) であれば破壊せず、氷は金属表面をスリツプす
る。
の関係は Ｐ／ｔ＝σｍｉｎ／ｒ …(1) パイプ内径断面積：ｓcm2（πr2） 氷と銅金属の接触面積：Ａcm2（２πｒ・ｌ）とす
ると Ｐ・Ｓ＞τ・Ａ …(2) であれば破壊せず、氷は金属表面をスリツプす
る。
ここで(1)式と、(2)式とが同時に成立すれば良
い。
い。
(1)式を(2)式に代入すると、
σｍｉｎ・ｔ／ｒ・Ｓ＞τ・Ａ
σｍｉｎ・ｔ／ｒ・πr2＞τ・２πrl
σｍｉｎ・ｔ／２τ＞ｔ …(3)
となり、(3)式が破壊を起さないための条件とな
る。なおｌは水の封入量により決定される。
る。なおｌは水の封入量により決定される。
(3)式から、パイプが破壊を起さないためには、
ｔを大きくする、σminを大きくする、τを小さ
くする、もしくはｌを小さくするのいずれかを選
択すれば良い。
ｔを大きくする、σminを大きくする、τを小さ
くする、もしくはｌを小さくするのいずれかを選
択すれば良い。
上記ｔを大きくすることは、吸熱部の肉厚を放
熱部のそれよりも充分に厚くし、水が凍結し体積
膨張を起こしても破壊されないような肉厚にす
る。σminを大きくすることは、鋼管からなる放
熱部とは異種金属であるたとえばステンレス管か
らなる吸熱部を形成する。異種金属は、水が凍結
し体積膨張を起こしても破壊されないような材料
である。また、ｌを小さくすることは、吸熱部を
たとえば球状に形成して、水が凍結し体積膨張を
起こしても破壊されないような形状とする。
熱部のそれよりも充分に厚くし、水が凍結し体積
膨張を起こしても破壊されないような肉厚にす
る。σminを大きくすることは、鋼管からなる放
熱部とは異種金属であるたとえばステンレス管か
らなる吸熱部を形成する。異種金属は、水が凍結
し体積膨張を起こしても破壊されないような材料
である。また、ｌを小さくすることは、吸熱部を
たとえば球状に形成して、水が凍結し体積膨張を
起こしても破壊されないような形状とする。
このように、それぞれの条件を選択することに
より顕著な効果を奏するが、いずれも特別な形状
構造の吸熱部を通常の放熱部と一体に構成する必
要があり、従来より用いられる、たとえば第１図
で示したヒートパイプのもののように容易には製
作加工できない。これに対して、従来のヒートパ
イプをそのまま用いて吸熱部１３の内面にテフロ
ンコーテイングしたコーテイング膜１４を設けれ
ば、上記τを小さくすることにつながり、最も選
択し易い結果になる。すなわち、コーテイング膜
１４はテフロン材を使用するところから、水と接
触する吸熱部１３内面の平滑度が極めて高い。こ
こで全ての水が凍結し体積膨張を起こしても、コ
ーテイング膜１４との摩擦が極めて少なく、凍結
による膨張を全て放熱部１２側である上方へ逃が
すことができる。その結果、氷と銅金属表面との
接触剪断強さであるところのτが小さくなり、パ
イプの破壊がない。
より顕著な効果を奏するが、いずれも特別な形状
構造の吸熱部を通常の放熱部と一体に構成する必
要があり、従来より用いられる、たとえば第１図
で示したヒートパイプのもののように容易には製
作加工できない。これに対して、従来のヒートパ
イプをそのまま用いて吸熱部１３の内面にテフロ
ンコーテイングしたコーテイング膜１４を設けれ
ば、上記τを小さくすることにつながり、最も選
択し易い結果になる。すなわち、コーテイング膜
１４はテフロン材を使用するところから、水と接
触する吸熱部１３内面の平滑度が極めて高い。こ
こで全ての水が凍結し体積膨張を起こしても、コ
ーテイング膜１４との摩擦が極めて少なく、凍結
による膨張を全て放熱部１２側である上方へ逃が
すことができる。その結果、氷と銅金属表面との
接触剪断強さであるところのτが小さくなり、パ
イプの破壊がない。
［考案の効果］
本考案によれば、封入熱媒を蒸発潜熱が大きく
廉価な水を用いることができ、伝熱性能の良いヒ
ートパイプが得られ、従来の形状のヒートパイプ
管の一部にテフロンコーテイングすればよいの
で、構造が簡単で容易に製作でき、しかも水が凍
結してもヒートパイプは破壊されず、耐久性およ
び安全性が向上するという効果を奏する。
廉価な水を用いることができ、伝熱性能の良いヒ
ートパイプが得られ、従来の形状のヒートパイプ
管の一部にテフロンコーテイングすればよいの
で、構造が簡単で容易に製作でき、しかも水が凍
結してもヒートパイプは破壊されず、耐久性およ
び安全性が向上するという効果を奏する。
第１図は本考案の従来例を示す太陽熱集熱器の
縦断面図、第２図はさらに別の従来例を示す一部
省略した斜視図、第３図は本考案の実施例を示す
ヒートパイプの縦断面図である。 １２……放熱部、１３……吸熱部、１４……コ
ーテイング膜。
縦断面図、第２図はさらに別の従来例を示す一部
省略した斜視図、第３図は本考案の実施例を示す
ヒートパイプの縦断面図である。 １２……放熱部、１３……吸熱部、１４……コ
ーテイング膜。
Claims (1)
- 吸熱部と放熱部とからなり、内部に水を封入し
た熱サイフオン型ヒートパイプを備えたものにお
いて、上記吸熱部内面にテフロンコーテイングを
施したことを特徴とする太陽熱集熱器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1981196277U JPS5898557U (ja) | 1981-12-26 | 1981-12-26 | 太陽熱集熱器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1981196277U JPS5898557U (ja) | 1981-12-26 | 1981-12-26 | 太陽熱集熱器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5898557U JPS5898557U (ja) | 1983-07-05 |
| JPS6225637Y2 true JPS6225637Y2 (ja) | 1987-06-30 |
Family
ID=30109524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1981196277U Granted JPS5898557U (ja) | 1981-12-26 | 1981-12-26 | 太陽熱集熱器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5898557U (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5903549B2 (ja) * | 2011-04-22 | 2016-04-13 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 冷却装置およびこれを搭載した電子機器、および電気自動車 |
| JP6646996B2 (ja) * | 2015-10-06 | 2020-02-14 | 古河電気工業株式会社 | ヒートパイプ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5719782B2 (ja) * | 1975-04-25 | 1982-04-24 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6115425Y2 (ja) * | 1980-07-10 | 1986-05-13 |
-
1981
- 1981-12-26 JP JP1981196277U patent/JPS5898557U/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5719782B2 (ja) * | 1975-04-25 | 1982-04-24 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5898557U (ja) | 1983-07-05 |
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