JPS6266061A - ヒ−トパイプ利用太陽熱温水器 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 この発明は、ヒートパイプ利用太陽熱温水器に関する。

従来の技術 従来、この種の太陽熱温水器としては、所要数のヒート
パイプを並列状に配置して、各ヒートバイブに帯板上フ
ィンを取り付けるとともに、各ヒートバイブの一端部を
貯湯槽に直接差し込んだものが知られている。しかしこ
のような従来の太陽熱温水器では、ヒートバイブを１本
ずつ貯湯槽に完全な密封状態に取り付ける必要があり、
従ってその取付作業が容易でなく、密封不良により槽内
の水が漏洩するおそれがあった。

またヒートバイブの差込み部分が貯湯槽内で破裂した場
合、作動流体が貯湯槽内に流出してしまい、温水が使用
不可能となるおそれがあるという問題があった。

発明の目的 この発明の目的は、上記の問題を解決し、ヒートパイプ
と貯湯槽との組合わせが簡単で、製造容易であり、しか
もヒートパイプの熱輸送能力が大きく、非常に効率よく
温水を得ることができ、またヒートパイプの耐圧性が大
きく、破裂し難いうえに、例えヒートパイプに破裂等に
よる液洩れが生じた場合であっても、作動流体が貯湯槽
内の温水に混じることがなく、温水の使用に支障をきた
さないヒートパイプ利用太陽熱温水器を提供しようとす
るにある。

発明の構成 この発明は、上記の目的を達成するために、並列状の管
状部を有する集熱部と管状部に連通する中空部を右する
放熱部とよりなりかつ内部に作動流体が封入せられた板
状ヒートパイプと、板状ヒートパイプの放熱部の上に載
置されかつ金属製底板を有する貯湯槽とを備えており、
集熱部と放熱部との面積比が６０〜９０％対４０〜１０
％となされ、集熱部の管状部のピッチが１０〜５００　
ｍｍとなされ、管状部の横断面積が５〜１５０ｍＩＩ１
２となされていることを特徴とするヒートパイプ利用太
陽熱温水器を要旨としている。

実　　施　　例 つぎに、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

この明細書において、前後および左右は第２図を基準と
し、前とは第２図の左側、後とは同右側をいい、左右は
後方に向っていうものとする。

第１図〜第３図において、この発明によるヒートパイプ
利用太陽熱温水器は、並列状の管状部（５）を有する集
熱部（３）と管状部（５）に連通する中空部（６）を有
する放熱部（４）とよりなりかつ内部に作動流体が封入
せられた板状ヒートパイプ（１）と、板状ピー１−パイ
プ（１）の放熱部（４）の上に載置されかつ金属製底板
（７）を有する貯４Ｆ３（２）とを備えている。

板状ヒートパイプ（１）は相互に接合された上下一対の
アルミニウム板（８）　（９）よりなるロールボンド材
によって構成されている。

板状ビー１〜パイプ（１）の集熱部（３）には、前後方
向に直線状に配置された並列状の管状部（５と、これら
の管状部（５）の前端に連なるヘッダ部（１０）と、ヘ
ッダ部（１０）に接続されかつ板状ヒートパイプ（１）
の前端に開口した作動流体注入部（１１）と、相互に隣
り合う管状部（５）に連なる多数の連通部（１２）とが
設けられ、作動流体注入部（１１）を基準として、これ
のそれぞれ左側および右側において相互に隣り合う管状
部（５）の間の連通部（１２）が、注入部（１１）に向
うように傾斜せしめられている。ここで、管状部（５）
と連通部（１２）は、それらの数を多くするとともに、
断面積を小さく、かつ配置間隔（ピッチ）を小さくする
のが望ましい。

板状ヒートパイプ（１）の放熱部（４）には、管状部（
５）に連通した槽底接触用の中空部（６）が設けられ、
これらの中空部（６）の間に多数の小さな非膨出部（１
３）が形成せられている。また集熱部（３）の放熱部寄
り部分には、各管状部（５）の間に位置するようにそれ
ぞれ夜間の放熱を防止する透孔（１４）があけられてい
る。集熱部（３）の表面には選択吸収膜が形成されてい
る。

板状ヒートパイプ（１）の管状部（５）、ヘッダ部（１
０）、連通部（１２）および中空部（６）にフロン等の
作ｖＪ流体が封入されていて、ヒートパイプが構成され
ている。

板状ヒートパイプ（１）の集熱部（３）と放熱部（４）
との面積比は６０〜９０％対４０〜１０％となされてい
る。ここで、集熱部（３）が６０％未満および放熱部（
４）が４０％を越えると、板状と−トパイプ（１）の受
熱面積が少なくなり、必要な受熱面積を確保するのに板
状ヒートバイブ（１）自体が大きくなって、コスト高と
なる。

また集熱部（３）が９０％を越えかつ放熱部（４）が１
０％未満であると、集熱部（３）において受熱した太陽
熱が充分放熱部（４）より貯湯槽（２）へと伝達されず
、熱交換率が悪い。また熱抵抗が大きく、集熱部（３）
の温度が非常に高くなり、集熱部（３）からの放熱が大
きくなるので好ましくない。

また集熱部（３）の管状部（５）のピッチは１０〜５０
０ｍｍ、好ましくは２０〜１００ｍｍとなされている。

ここで、管状部（５）のピッチが１゜ｎ＋ｍ未満であれ
ば、板状ヒートパイプ（１）を構成する上下両アルミニ
ウム板（８）（９）の接合が困難となる。またピッチが
５００ｍｍを越えると、管状部（５）同志の間のフィン
部の伝熱効率が悪くなり、また単位面積あたりの管状部
（５）が少ないので、集熱部（３）の熱輸送能力が極端
に悪くなる。

つぎに集熱部（３）の管状部（５）の横断面積は５〜１
５０１Ｉｌｆｆ１２、好ましくは１０〜５０１１１ｍ２
となされている。ここで、管状部（５）の横断面積が５
Ｉｌ１ｍ２未満であれば、熱輸送Ｍが不足し、伝熱効率
が悪い。また１５０ｍｍ２を越えると、耐圧性が弱く、
変形または破裂する可能性が高くなる。

ところで、板状ヒートパイプ（１）に封入される作動流
体は注入部（１１）より注入するが、そのさい注入部（
１１）を上に向けて根状ヒートパイプ（１）を立てる。

これにより作動流体と入れ替わりに内部の空気が排出さ
れる。各連通部（１２）は注入部（１１）に向うように
傾斜せしめられているため、空気の排出が非常に速やか
であり、従って作業性が向上するとともに、空気を確実
に排出することができる。

このような連通部（１２）は、管状部（５）の軸線に直
角な垂線に対して１０〜５０°、好ましくは１５〜３０
°の傾斜角度を有している。ここで、連通部（１２）の
傾斜角度が１０°未満であれば、板状ヒートバイブ（１
）の製造のさい空気抜きが不完全となり、また太陽熱温
水器を使用するさい作動流体の重力による移動に問題が
生じ易い。また５０’を越えると、連通部（１２）を必
要数設けることができず、かつ管状部（５）と平行に近
づくため耐圧強度を増大することが難しくなる。

なお、作動流体の注入時にはヒートパイプ（１）の板状
本体を加熱しておき、作動流体の注入後、注入部（１１
）を密封して、ヒートパイプ（１）の板状本体を冷月１
する。

上記根状と−トパイプ（１）は、とくにその集熱部（３
）に、並列状の管状部（５）と、多数の連通部（１２）
とが設ｃノられているから、ロールボンド材の膨管に基
づく加工硬化により、耐圧強度が増大し、従って例えば
空焚き等による板状ヒートパイプ（１）のたわみ、歪み
および局部的変形の発生を有効に防止することができる
。

また並列状の管状部（５）に加えて多数の連通部（１２
）が設けられているから、熱輸送能力が増大して、集熱
性能が大幅に向上するとともに、これらの管状部（５）
と連通部（１２）はそれぞれ断面積が小さいものである
ため、根状ヒートパイプ（１）の耐圧性が大幅に増大す
るとともに、集熱部でキャッチした太陽熱が内部の作動
流体に素早く伝達されることになり、熱ロスが少なく、
伝熱性能が向上するものである。また、上記のにうに、
作動流体の注入時に内部の空気が確実に除かれるため、
ヒートパイプ部における作動流体の作用が充分に行なわ
れ、集熱性能が向上するものである。

なお、上記実施例では、板状ヒートパイプ（１）がロー
ルボンド材によりつくられているため、並列状の管状部
（５）に対して多数の傾斜状の連通部（１２）を形成す
るには、板状ヒートパイプ（１）のＷ！Ａ造時に非圧着
防止材の印刷パターンを変更するだけでよく、従って製
造コストが安くつく利点がある。

なお、板状ヒートパイプ（１）は、ロールボンド材だけ
でなく、その他所数の凹部を予めプレス加工により形成
した２枚のアルミニウム板を接合することにより、つく
られていてもよい。

またはアルミニウムだけでなく、銅その他の金属により
つくられていてもよい。

貯湯槽（２）は、下向きに間口する箱形の槽本体（２１
）と、これの開口を塞ぐ金属製の底板（７）と、槽本体
（２１）を被う断熱材（２３）と、これに外装されたケ
ース（２４）と、槽本体（２１）に内装された補強リブ
（２５）とを主たる構成要素とする。貯湯槽（２）は太
陽熱温水器の側枠（１５）にビス（２６）で固着されて
いる。また同１　（２）の側部には給水管（２７）と排
湯管（２８）とオーバーフロー管（２９）が配されてい
る。使方板状ヒートパイプ部パイプ集熱部（３）の上方
にはこれに平行するガラス根（１６）が設けられ、板状
ビー１〜バイブ（１）の下には断熱Ｕ　（１７）が設け
られている。

貯湯槽（２）の槽本体（２１）の材質としては、ポリエ
チレン、ボリブＯピレン、ＦＲＰ等が用いられ、底板（
７）の材質としては、ステンレス、銅、ライニング鋼等
が用いられる。

上記構成の太陽熱温水器は、通常、屋根等に貯湯槽（２
）を上にして傾斜状に取付けられる。

したがって、板状ヒートパイプ（１）内の作動流体は、
日中、傾斜下側にある集熱部（３）において蒸発し、同
上側にある放熱部（４）に至り、ここで凝縮して集熱部
（３）に還流し、これによって集熱部（３）から放熱部
（４）へ熱が移送される。

一方、夜間には集熱部（３）が放熱部（４）より低温に
なるが、板状ヒートパイプ（１）は上記のようにｖＡ斜
しているため、作動し得ず、したがって板状ヒートパイ
プ（１）の作動によって夜間放熱することはない。板状
ヒートパイプ（１）の集熱部（３）と放熱部寄り部分に
は幅方向に並んだ伝熱遮断用の透孔（１４）が設けられ
ているから、日中貯湯槽（２）に貯えられた熱は、夜間
板状ピー１〜パイプ（１）の金属製壁を伝って逃げ難い
。

透孔（１４）の形状は円形の他に方形等であってもよく
、特に限定されない。透孔（１４）の大きさは大きい程
よいが、大きすぎると板状ヒートパイプ（１）の強度が
低下するので、この点を考慮して決定される。

第４図は、板状ヒートパイプ（１）のいま１つの具体例
を示すものである。同図において、板状ヒートパイプ（
１）の上下両アルミニウム板（８）（９）のそれぞれの
表面に、陰極防食を行なうためのアルミニウムー亜鉛合
金よりなる犠牲的防食層（１８０１８）が設けられてい
る。なお、犠牲的防食層（１８）（１８）は、その仙ア
ルミニウムと、インジウム、錫もしくはガリウム等との
合金あるいはアルミニウムと、亜鉛、インジウム、錫お
よびガリウムなどの金属２種以上を含む合金であって、
陰極防食の作用を果す合金によって構成せられていても
よい。アルミニウム＆　（８）（９）としては、純アル
ミニウム、またはアルミニウムと上記以外の金属との合
金よりなるものを使用する。

上記において、高温多湿の悪条件下で板状ビー１〜パイ
プ（１）の腐食が促進される場合、板状ヒートパイプ（
１）表面のＡ／−７−ｎ合金よりなる犠牲的防食層（１
８０１８）中の亜鉛が陰極防食によって犠牲的防食作用
を果し、芯材であるアルミニウム板（８０９）への腐食
の進行を妨げる。これにより板状ヒートパイプ（１）の
放熱部（４）における電食を防止することができるとと
もに、板状ヒートパイプ（１）裏面の断熱材（１７）と
の接触部分における表面腐食を防止するこができる。

なおこの場合、犠牲腐食発生部分は白色の状態となるが
、これは放熱部（４）の表面および板状ビー１〜パイプ
（１）の裏面に限られており、乾燥状態となる集熱部（
３）の表面においては犠牲腐食が発生せず、従って変色
も生じない。このため集熱部（３）における太陽熱集熱
性能に変化がないものである。

なお、アルミニウム板（８Ｈ９）の厚みあるいは犠牲的
防食層（１８０１８）の厚みを大きくすることにより、
板状ヒートパイプ（１）の耐久性を大幅に増大すること
ができる。

なお、上記具体例においては、板状ヒートパイプ（１）
の上下両アルミニウム板（８）（９）の表面にそれぞれ
犠牲的防食Ｆｆｔ　（１８）が設けられているが、両ア
ルミニウム板（８）（９）のうち、少なくとも上部アル
ミニウム板（８）の表面に犠牲的防食Ｗ　（１８）が設
けられておればよい。

上記のように、根状ピー１−パイプ（１）の少なくとも
上部アルミニウム板（８）の表面に犠牲的防食層（１８
）を設けると、板状ヒートパイプ（１）は充分な伝熱性
能を有していて、しかも放熱部（４）の異種金属接触部
における電食の発生、および表面腐食の発生を有効に防
止することができて、耐久性にすぐれており、また塗装
剥離の心配がない。

第５図は、板状ヒートパイプ（１）のさらにいま１つの
具体例を示すものである。同図において、板状ヒートパ
イプ（１）の上下両アルミニウム板（８０９）の表面に
エンボス加工による多数の四部（１９）がそれぞれ設け
られている。エンボス加工は２枚のアルミニウム板（８
Ｈ９）の圧着のさい同時に行なうとよい。すなわち、２
枚のアルミニウム板（８０９）のいずれか一方の板に、
圧着防止材を所要形状に印刷し、この面に他方の板を圧
着するさい、エンボス０−ルにより同時にエンボス加工
を行なうものである。これにより形成された多数の凹部
（１９））は例えば深さ１００μｍ程度および良さ１〜
２ｍｍ程度のものとするのが好ましい。凹部（１９）の
深さは、勿論板厚によっても異なるが、これをあまり大
きくしすぎると、膨管加工のさいにアルミニウム板が破
れるおそれがある。アルミニウム板（８）（９）として
は純アルミニウム板またはアルミニウム合金板を使用す
る。

上記において、板状ヒートバイブ（１）の上下両アルミ
ニウム板（８）（９）の表面にエンボス加工が施されて
いるため、アルミニウム板（８）（９）は加工硬化され
、板状ヒートバイブ（１）の調性が大幅に増大し、耐圧
強度が増大する。従って板状ピー１〜バイブ（１）を太
陽熱温水器のケース内に組み込んで、これをその長平方
向で２点あるいは３点で支持した場合にもたわみおよび
歪みの発生がなく、外観上の問題が生じない。またアル
ミニウム＆　（８）（９）の加工硬化および凹凸形状に
より、アルミニウム板（８）（９）表面の摩擦抵抗が小
さくなり、たとえ傷が付いた場合であっても目立ち難い
。また板状ヒートバイブ（１）には局部的な変形が生じ
難く、汚れも付着し難い。

例えば運搬時、板状ヒートバイブ（１）を積重ねる場合
、これの表面に設けられた選択吸収膜を保護するために
、板状ヒートバイブ（１）同志の間に発泡合成樹脂シー
トまたは柔かい紙質の台紙を介在させればよく、従来よ
うな特別のシートを介在させる必要がないので、取扱い
作業が非常に簡単である。さらに、板状ヒートバイブ（
１）の選択吸収膜が施されている表面が凹凸形状となさ
れていて、表面積が増大しているから、太陽熱の吸収性
が優れており、上記板状ヒーＩ〜パイプ（１）を太陽熱
温水器に組み込んだ実施試験においては、従来品よりも
２〜３％集熱性能が増大した。

なお、上記実施例においては、板状ヒートバイブ（１）
の上下両アルミニウム板（８）（９）の表面にそれぞれ
エンボス加工による多数の凹部（１９）が設けられてい
るが、両アルミニークム板（８０９）のうち、少なくと
も上部アルミニウム板（８）の表面にエンボス加工によ
る凹部（１９）が設けられておればよい。

第６図〜第８図は、貯湯槽（２）の組立て方法を示して
いる。同図において、槽本体（２１）と、金属製底板（
７）とよりなる貯湯槽（２）を組み立てるにあたり、槽
本体（２１）の周壁（３４）の下縁部（３４ａ）に外方
突部（３５）を設けるとともに、底板（７）の周縁部に
凹溝（３６）を設けておきく第６図）、この凹溝（３６
）内の少なくとも内側壁（２７）と底壁（３８）との間
の角部に、未硬化時に流動性を有するシリコン・シール
材（４０）を塗布したのち、その上にシリコン・パツキ
ン（４１）をのせ（第７図）、ついで凹溝（３６）内に
槽本体（２１）の周壁下縁部（３４ａ）を嵌め入れて、
凹？ｊＳ　（３６）の外側壁（３９）の上縁部（３９ａ
）をプレスによりかしめるか、またはカールにより折り
曲げて外方突部（３５）の上面に倒し込んで押え付け、
これによってシール材（４０）の一部を凹溝（３６）の
内側壁（３７）と槽本体（２１）の周壁下縁部（３４ａ
）との間の隙間（４２）内に押し込み、隙間（４２）を
シリコン・シール材（４０）で埋めることによりなるも
のである（第８図）上記のようなシール材（４０）とし
ては、耐熱性を有しかつ食品衛生法上問題のないシリコ
ン・シール材を使用するのが望ましい。このシリコン・
シール材（４０）は、同種のシリコン・パツキン（４１
）に対しておよびステンレス鋼等の金属製底板（７）に
対してそれぞれすぐれた接着性を有しており、シール材
（４０）の硬化後における接着強度は非常に大ぎいもの
である。

なお、シール材（４０）およびパツキン（４１）として
は、場合によっては上記以外の素材よりなるものを使用
することもできる。

上記貯湯槽（２）の組立方法によれば、隙間（４２）に
おける金属製底板（１）周縁部の腐食を完全に防止する
ことができて、貯湯槽（２）の耐久性を大幅に向上する
ことができる。また、底板（１）の折曲げ加工の前に凹
溝（３６）内にシール材（４０）を塗布すればよいから
、例えば槽本体（２１）に底板（７）を組み合わせた後
に、隙間（４２）にシール材（４０）を充填するような
場合に比べて、全く手間がかからず、作業が簡単である
。

発明の効果 この発明によるヒートバイブ利用太陽熱渇水器は、上述
のように、並列状の管状部（５）を有する集熱部（３）
と管状部（５）に連通する中空部（６）を有する放熱部
（４）とよりなりかつ内部に作動流体が封入けられた板
状ヒートパイプ（１）と、板状ヒートバイブ（１）の放
熱部（４）の上に載置されかつ金属製底板（７）を有す
る貯湯槽（２）とを備えており、集熱部（３）と放熱部
（４）との面積比が６０〜９０％対４０〜１０％となさ
れ、集熱部（３）の管状部（５）のピッチが１０〜５０
０ｍｍとなされ、管状部（５）の横断面積が５〜１５０
ｍｍ２となされているものであるから、板状ヒートパイ
プ（１）と貯湯槽（２）との組合わせが簡単で、製造容
易であり、しかも板状ヒートパイプ（１）の熱輸送能力
が大きく、非常に効率よく温水を１募ることができ、ま
た板状ヒートパイプ（１）の耐圧性が大きく、破裂し難
いうえに、例え板状ヒートパイプ（１）に破裂等による
液洩れが生じた場合であっても、作動流体が貯湯槽（２
）内の温水に混じるようなことがなく、温水の使用に全
く支障をきたさないという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すもので、第１図は本発明
品の部分切欠き右側面図、第２図は板状ピー１−パイプ
のみの拡大平面図、第３図は第１図の要部拡大断面図、
第４図は板状ヒートパイプのいま１つの具体例を示ず拡
大断面図、第５図は板状ヒートパイプのさらにいま１つ
の具体例を示す拡大断面図である。第６図〜第８図は貯
湯槽の組立て方法を工程順に説明するためのもので、第
６図は組立て前の状態を示す分解斜視図、第７図は組立
て途上の分解断面図、第８図は組立て後の断面図である
。 （１）・・・板状と−トパイプ、（２）・・・貯湯槽、
（３）・・・集熱部、（４）・・・放熱部、（５）・・
・管状部、（６）・・・中空部、（７）・・・金属製底
板、（８）（９）・・・アルミニウム根、（１２）・・
・連通部、（２１）・・・槽本体。 以　　上 外４名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 並列状の管状部（５）を有する集熱部（３）と管状部（
   ５）に連通する中空部（６）を有する放熱部（４）とよ
   りなりかつ内部に作動流体が封入せられた板状ヒートパ
   イプ（１）と、板状ヒートパイプ（１）の放熱部（４）
   の上に載置されかつ金属製底板（７）を有する貯湯槽（
   ２）とを備えており、集熱部（３）と放熱部（４）との
   面積比が６０〜９０％対４０〜１０％となされ、集熱部
   （３）の管状部（５）のピッチが１０〜５００ｍｍとな
   され、管状部（５）の横断面積が５〜１５０ｍｍ＾２と
   なされていることを特徴とするヒートパイプ利用太陽熱
   温水器。