WO2001057453A1 - Systeme de captage de l'energie solaire - Google Patents

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WO2001057453A1
WO2001057453A1 PCT/JP2001/000682 JP0100682W WO0157453A1 WO 2001057453 A1 WO2001057453 A1 WO 2001057453A1 JP 0100682 W JP0100682 W JP 0100682W WO 0157453 A1 WO0157453 A1 WO 0157453A1
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solar heat
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Takahiro Agata
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Takahiro Agata
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    • F22B27/16—Instantaneous or flash steam boilers involving spray nozzles for sprinkling or injecting water particles on to or into hot heat-exchange elements, e.g. into tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
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    • F24S10/95—Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation having evaporator sections and condenser sections, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the present invention relates to a solar heat utilization system, and more particularly, to a solar heat utilization system that utilizes solar heat in a state of saturated steam or superheated steam near atmospheric pressure.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional perspective view schematically showing a main part of a conventional solar heat utilization system, in which 51 indicates a heat collecting plate.
  • the heat collecting plate 51 is formed in a substantially rectangular shape in plan view using a stainless steel plate, an aluminum plate, or the like.
  • the upper surface 5 la of the heat collecting plate 51 is coated with black paint (not shown), and the black paint makes it easy to absorb solar heat.
  • a plurality of heat collecting tubes 52 made of metal such as copper or stainless steel and formed in a substantially tube shape are arranged in parallel.
  • the wall and the heat collecting plate 51 are integrated by welding or the like.
  • headers 53, 54 each having a substantially hollow rectangular column shape are integrally connected at side wall portions 53a, 54a, and the hole of the heat collector tube 52 and the header are connected. 5 3, and summer to conduct the 5 4 of the hollow section (both not shown).
  • a substantially box-shaped case 55 which is indicated by a dashed line, and heat is collected with the inner wall of the case 55.
  • a heat insulating material such as glass wool is filled between the plate 51 and the headers 53 and 54.
  • a transmissive body 56 is disposed above the heat collecting plate 51 and the heat collecting tube 52 so as to cover the heat collecting plate 51 and the heat collecting tube 52.
  • the transmissive body 56 is made of tempered glass, transparent plastic material, etc., which easily transmits sunlight. And is formed in a substantially plate shape.
  • the permeable body 56 is closely attached to the upper part of the case 55 via a packing (not shown). In order to suppress heat loss due to convection, the permeable body 56 and the heat collecting plate 51 The distance D from the heat tube 52 is set as short as possible.
  • the flat heat collector 50 includes the heat collecting plate 51, the heat collecting tube 52, the headers 53, 54, the case 55, the transmitting body 56, and the like.
  • One end 5 4b of the header 54 is a supply pipe 57a, a pump 57c, a switching pulp 57 d, connected to a water supply tank (not shown) via water supply pipe 57e. Further, one end of a supply pipe 57 b is connected to the switching pulp 57 d, and the other end of the supply pipe 57 b is connected to a lower part in the container 61.
  • a medium supply system 57 includes these supply pipes 57a and 57b, a pump 57c, a switching valve 57d, a water supply pipe 57e, and the like.
  • a metal container 61 having a substantially rectangular parallelepiped shape is installed at a predetermined location below the flat plate heat collector 50, and a heat insulating member 62 is attached to an outer periphery of the container 61, and an outer periphery of the heat insulating member 62 is provided. Is protected by a protection member 63 made of a metal plate.
  • An air vent 61 a is formed at a predetermined location on the upper part of the container 61, and as the high-temperature water 65 in the container 61 increases or decreases, the air in the container 61 easily flows out of the air vent 61a. It is coming in.
  • the heat storage means 60 includes the container 61, the heat insulating member 62, the protective member 63, the piping 64a, the valve 64b, and the like.
  • a solar heat utilization system is configured to include the flat plate heat collector 50, the medium supply system 57, the heat storage means 60, the heat utilization equipment, and the like.
  • the flat plate type is used so that the solar radiation is radiated to the heat collecting plate 51 at high density and the height of the header 53 is higher than that of the header 54.
  • open the pulp 64b switch the switching pulp 57d to the water supply pipe 57e side, drive the pump 57c, and supply a predetermined flow of water as indicated by the arrow in the figure.
  • 57 e switching pulp 57 d, pump 57 c, piping 57 a, supply to heat collecting pipe 52 through header 54.
  • the solar heat absorbed by the heat collecting plate 51 is transmitted to the water through the heat collecting tube 52 by heat conduction or the like, and high-temperature water 65 at approximately 1 atm and about 80 to 90 ° C is generated. It is.
  • the high-temperature water 65 passes through the header 53, the discharge pipe 64a, and the pulp 64b, and is stored in the heat storage means 60.
  • the temperature of the high-temperature water 65 stored in the heat storage means 60 drops.
  • the switching valve 57 d is switched to the supply pipe 57 b and the temperature of the high-temperature water 65 is ensured by passing the switching valve 57 d through the flat plate collector 50 again.
  • the pump of the pipe 66 is driven to supply the high-temperature water 65 to the heat utilization device side.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing another conventional solar heat utilization system.
  • reference numerals 51, 52, 53-54, 55 indicate collections substantially similar to those shown in FIG.
  • the hot plate, heat collection tube, header, and case are shown.
  • the upper surfaces of the heat collecting plate 51, the heat collecting tubes 52, the headers 53, 54 are coated with a black paint (not shown) substantially similar to that shown in FIG.
  • a heat insulating material 71 is filled between the inner wall of the case 55 and the heat collecting plate 51 and the headers 53, 54.
  • the transmissive bodies 72a and 72b are double-mounted, so that heat loss to the outside due to conduction is suppressed. ing.
  • the flat heat collector 70 includes the heat collecting plate 51, the heat collecting tube 52, the headers 53, 54, the case 55, the heat insulating material 71, and the like.
  • a heat exchanger 74 is provided below the flat plate heat collector 70.
  • the heat exchangers 7 and 4 each include a container 74a having a heat insulating member (not shown) mounted around the heat exchanger 74. It is configured to include a coil-shaped internal pipe 74 b disposed in the container 74 a in the vertical direction.
  • the header 53 is connected to the upper end of the internal pipe 74b via a pipe 76a, while the lower end of the internal pipe 74b is a pipe 76b, a compression pump 75, and a pipe 76c. Connected to header 54 via.
  • the upper part of the heat exchanger 74 is connected via a pipe 79 a to an inlet 77 a of a steam turbine 77 which is a heat utilization device.
  • the outlet 770 of the steam turbine 777 is connected to the lower part of the heat exchanger 74 via a pipe 79b, a condenser 78a, a pipe 79c, a circulation pump 78b, and a pipe 79d.
  • a generator 77 d is mechanically connected to a rotating shaft 77 c of the steam turbine 77.
  • the compression pump 75 is driven using, for example, water as a heat medium, and pressurized water of a predetermined pressure and a predetermined flow rate is piped as indicated by an arrow in the figure. 7 6 c, supply to the heat collecting tube 52 through the header 54.
  • the heat collector 70 has less heat loss due to conduction and convection, so the pressurized water passing through the heat collector tube 52 can be heated to about 130 ° C. .
  • This pressurized high-temperature water passes through the header 53, the pipe 76a, is supplied to the internal pipe 74b of the heat exchanger 7, and exchanges heat with the water in the container 74a to lower the temperature.
  • the solar thermal energy is converted and recovered as sensible heat of hot water 65 (about 1 atm, about 80 to 90).
  • the amount of heat recovered per unit weight of water is smaller than that of latent heat recovery.
  • the design is troublesome, and the cost is high.
  • heat collection efficiency is inferior due to a large amount of heat loss from the transmitting body 56 and the like.
  • a large-scale solar heat system in which a plurality of heat collectors 50 are connected and installed on the ground level and the upper surface of the heat storage means 60 is set higher than the upper surface of the heat collector 50
  • the utilization system in order to store the high-temperature water 65 in the heat storage means 60, it is necessary to install another pump near the pulp 64b to control the flow rate in conjunction with the pump 57c.
  • the design, assembly, and maintenance were troublesome, and the cost was higher and the cost was higher.
  • the solar heat energy is converted and recovered as sensible heat of pressurized high-temperature water (about 4 to 6 atmospheres, about 110 to 130).
  • the amount of heat recovered per unit weight of water is small.
  • 70, The heat exchanger 74, compression pump 75, etc. constitute a closed cycle and the pressure of water is high, so it is necessary to further increase the pressure resistance and prevent water leakage as compared with that of Fig. 5. .
  • the present invention has been made in view of the above problems, and uses a small amount of water as a medium and converts and recovers solar heat energy on a large scale and efficiently as latent heat of saturated steam or superheated steam at atmospheric pressure. Generated saturated steam or superheated steam is automatically transported, and can be stored easily and securely.This helps to reduce the weight of the equipment and downsizing of the equipment capacity.
  • the objective is to provide a solar heat utilization system that can be easily manufactured and maintained, and as a result, costs can be significantly reduced.
  • the present inventors have completed the present invention based on the findings shown in the following (1) to (6).
  • the theoretical amount of saturated steam (100 ° C, 1 atm) generated by this heat is about 0.22 g / 2 ⁇ s (about 370 m 1 / m 2 ⁇ s), Compared to the case of the above-mentioned saturated water generation at 0 ° C ⁇ 100 ° C, the weight of water (circulation) used is reduced to about 15 (about 150 ° C at 90 ° C ⁇ 100). It becomes possible to reduce to.
  • the supply amount of the medium (water) can be reduced, and the strength of the device and the capability of the device can be reduced to reduce costs.
  • the heat radiation energy of the saturated water is E w and the heat radiation of the upper surface of the saturated water (considered as a black body)
  • the emissivity ⁇ w is 1
  • the thermal emissivity of the lower surface of the heat collector is ⁇ c
  • the thermal radiation energy of the black body at the same temperature as the temperature T c of the heat collector is E cb
  • the heat radiation energy is expressed by the following equation ( a ).
  • E is approximately proportional to ⁇ c. That is, by performing the blackening treatment on the lower surface of the heat collector, the amount of radiant heat transfer from the heat collector to the saturated water can be increased. On the other hand, if the blackbody treatment is not applied to the lower surface of the heat collector, the amount of radiant heat transfer to the saturated water will be greatly reduced, and only the temperature of the heat collector will increase.
  • the transport system when the transport system is thermally insulated sufficiently by a heat insulator, By suppressing the pressure difference ⁇ P between the water vapor generation chamber and the atmospheric pressure to about several hundred Pa, the density of water vapor can be made substantially the same in all the flow paths of the transport system. As a result, substantially the same amount of steam can be automatically extruded and transported sequentially through the transport system as the steam is continuously generated in the steam chamber. Further, the piping cross-sectional shape of the transport system is easily set based on the steam transport amount ⁇ transport distance or the like so that the pressure loss ⁇ ⁇ 1 of the transport system is approximately several hundred Pa or less.
  • the transport system described above can be easily designed, and the pressure resistance of the entire system can be set low.
  • the steam storage means has a substantially inverted teacup shape
  • the specific gravity of saturated steam is smaller than the specific gravity of air.
  • the water vapor floats and is stored in the upper part (water vapor storage part) in the water vapor storage means, while the air sinks downward. Since this air is constantly pushed up by the atmospheric pressure through the opening, it is possible to reliably store the saturated water vapor at the atmospheric pressure in the water vapor storing section.
  • a solar heat utilization system (1) is provided between a heat collector and a heat insulating case, and a steam generation chamber for evaporating minute water droplets by solar heat; And a micro water droplet supply means for supplying micro water droplets, wherein the water vapor generated in the water vapor generation chamber is used as a heat medium.
  • the minute by water drops supply means together with the shape of the water droplets supplied to the steam generating chamber is substantially spherical, as viewed from the power efficiency of the water droplets supplying means, this radius 1 0 one quarter to one 0- 5 m is desirable.
  • the water vapor generation chamber is filled with micro water droplets supplied from the micro water droplet supply means, and the micro water droplets are radiated by the heat collector as compared with flowing water or the like. Since the radiant heat energy is easily absorbed, the minute water droplets are easily and surely evaporated. Therefore, solar thermal energy can be efficiently converted and recovered as latent heat of water vapor with a large heat capacity, and the required amount of medium (water consumption) per recovered heat can be significantly reduced. As a result, it is possible to reduce the weight and downsizing of the device, thereby reducing costs. In addition, since the structure of the medium supply system and the heat transport system is simplified, it can easily cope with a large-scale system that obtains a large amount of energy, and can easily perform manufacturing and maintenance.
  • a selective absorption film having a large solar absorptivity and a small infrared emissivity is formed on one main surface of the metal plate, and the other main surface of the metal plate is provided.
  • a heat collector having a blackbody treatment on its side, a substantially box-shaped heat insulating case to which the other main surface of the heat collector is attached downward, formed between the heat insulating case and the heat collector A water vapor generating chamber, a micro water droplet supplying means for supplying micro water droplets into the water vapor generating chamber, and a solar heat collecting means comprising a transport system for transporting water vapor generated in the water vapor generating chamber to outside the system.
  • a water vapor pressure of the water vapor generating chamber so as to maintain the substantially atmospheric pressure, said that the transport system of transport resistance is set and water vapor pressure in c the steam generating chamber is characterized in atmospheric pressure
  • the pressure difference depends on the insulation performance of the insulation, water Cross-sectional area and length of the air passage, which varies depending on the flow velocity of water vapor or the like, the number even plus one hundred P a or less.
  • the above-described solar heat utilization system (2) substantially the same effects as those of the above-described solar heat utilization system (1) can be obtained, and the solar heat energy is reduced by the selective absorption film formed on the one main surface side.
  • the solar heat energy absorbed by the heat collector can be reliably radiated to the micro water droplets by the black body treatment performed on the other main surface side, which can be efficiently absorbed by the heat collector. It can be heated, and as a result, solar heat energy can be recovered more efficiently.
  • the transport resistance of the transport system is set so that the vapor pressure in the vapor generation chamber can be maintained at substantially the atmospheric pressure, by opening one of the transport systems to the atmosphere, As the steam is generated in the generation chamber, substantially the same amount of steam can be sequentially and automatically extruded and transported through the transport system.
  • the cross-sectional shape of the transport system can be easily set based on the amount of transported steam, the transport distance, and the like so that the steam pressure in the steam generation chamber is maintained at approximately atmospheric pressure. The design can be made easy, and the pressure resistance can be kept low as a whole. As a result, the cost can be greatly reduced.
  • the solar heat utilization system (3) is provided with a solar light
  • a solar heat collector configured to include a transport system for transporting water vapor generated indoors to the outside of the system, and having a transport resistance of the transport system set so as to maintain the water vapor pressure in the water vapor generation chamber at approximately atmospheric pressure.
  • a heating means a steam storage means connected through the transport system of the solar heat collecting means, having an opening at the lower part open to the atmosphere, and having a steam storage part at the upper part; Heat connected to the storage means via steam piping It is characterized by comprising heat utilization means such as an exchanger and / or power utilization means such as a steam turbine, and discharge means for discharging gas such as steam introduced into the heat utilization means and the steam pipe.
  • the water vapor storage means having the opening of a predetermined shape is connected via the transport system.
  • the specific gravity of the water vapor is smaller than the specific gravity of the atmosphere, and since the atmosphere of the brackets is constantly pushed up by the atmospheric pressure through the opening, the transported atmospheric pressure water vapor can be stored in the vapor storage means. It can be securely housed inside.
  • heat utilization means and / or power utilization means are connected to the steam storage means via the steam pipe, and an exhaust means for discharging gas such as steam introduced into the heat utilization means and the steam pipe. Since it is provided, it is possible to discharge the air remaining in the heat utilization means or the steam pipe at the start of operation, or to discharge noncondensable gas generated in the heat utilization means during operation, As a result, the water vapor in the water vapor storage means can be reliably transported and introduced to the heat utilization means and / or the power utilization means for use.
  • a selective absorption film having a large solar absorptivity and a small infrared emissivity is formed on one main surface of the metal plate, and the other main surface of the metal plate is provided.
  • a steam storage means connected via the transport system of the solar heat collecting means, having an opening opened to the atmosphere at a lower part, and having a steam storage part at an upper part, and a steam pipe connected to the steam storage means
  • a heat utilization means such as a heat exchanger and / or a power utilization means such as a steam turbine connected through the air; a discharge means for discharging gas such as steam introduced into the heat utilization means and the steam pipe; and It is characterized by comprising a settling unit.
  • the above-mentioned solar heat utilization system (4) it is possible to obtain substantially the same effect as the above-mentioned solar heat utilization system (3) and to provide the outside air introduction adjusting means.
  • a predetermined amount of outside air can be introduced, the drive of the heat utilization unit and the power utilization unit can be controlled, and the drive of the heat utilization unit can be reliably stopped.
  • the outside air introduction adjusting means detects the amount of generated steam and the amount of stored steam in the steam containing means. It is configured to be controlled by the controller based on the above data.
  • the system when a plurality of heat utilization means and Z or power utilization means are connected to the water vapor storage means, the system can respond to fluctuations in the amount of generated and stored water vapor and drive A predetermined flow rate of steam can be reliably distributed and supplied to the predetermined heat utilization means and / or power utilization means to be supplied.
  • a solar heat utilization system (6) is characterized in that, in any of the above-mentioned solar heat utilization systems (1) to (5), a stirring means for stirring steam is provided in the steam generation chamber. I have.
  • the temperature is gradually increased from the lower side to the upper side.
  • minute heat is collected from the heat collector.
  • the efficiency of heat transfer to water droplets can be increased, and steam can be generated efficiently.
  • a solar heat utilization system (7) is the solar heat utilization system (1) to (5), wherein the micro water droplet supply means is configured to also act as a stirring means.
  • the stirring means can be installed at the same location as the minute water droplet supply means, and the minute water droplets can be stirred at the same time as they are generated.
  • the efficiency of heat transfer from the heat collector to the minute water droplets can be further increased.
  • the solar heat utilization system (8) in any one of the solar heat utilization systems (1) to (7), transmits light so as to cover the heat collector above the heat collector. It is characterized by having a transmitting body.
  • the transmissive body and the heat collector by setting the distance between the transmissive body and the heat collector short, it is possible to prevent the generation of heat transfer loss to the outside due to the generation of convection.
  • the selective absorption film formed on the upper surface of the heat collector can be mechanically and chemically protected.
  • FIG. 1 is a sectional view schematically showing an embodiment (1) of a solar heat utilization system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view showing in detail the vicinity of the heat collecting means in the solar heat utilization system according to Embodiment (1).
  • FIG. 3 is a block diagram schematically showing the solar heat utilization system according to the embodiment (2).
  • FIG. 4 is a flowchart schematically showing the operation of the controller in the solar heat utilization system according to the embodiment (2).
  • FIG. 5 is a partial sectional perspective view schematically showing a main part of a conventional solar heat utilization system.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing another conventional solar heat utilization system.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a solar heat utilization system according to the embodiment (1)
  • FIG. 2 is a detailed view showing the vicinity of a heat collecting means in the solar heat utilization system according to the embodiment (1).
  • FIG. The frame 11a is formed in a substantially box shape using a relatively thin plate such as stainless steel or a plastic material.
  • a heat insulating member 11b is arranged on the outer periphery of the frame 11a, and the heat insulating member 11b is protected by the protective member 11c.
  • the heat insulating case 11 includes the frame 11a, the heat insulating material 11b, and the protective member 11c.
  • a metal plate 12a formed in a substantially rectangular shape in plan view using a stainless steel plate or the like is closely attached to the upper part of the heat insulating case 11.
  • the selective absorption film 12b is formed on the upper surface of the metal plate 12a by using, for example, a chemical conversion treatment.
  • the selective absorption film 12b is formed by heat energy radiated by the sun (having a wavelength of about 3 / m or less), and the heat energy (wavelength of about 3 m or more) in the infrared region of the heat collector 12 is hard to radiate.
  • a black body treatment film 12c is formed on the lower surface of the metal plate 12a by using, for example, a method of applying a silicon resin, and the black body treatment film 12c The amount of radiant heat transfer from the heat collector 12 to the minute water droplets 31 is ensured.
  • the heat collector 12 includes the metal plate 12a, the selective absorption film 12b, and the black body treatment film 12c.
  • the transmissive bodies 17a and 17b are made of a transparent fluororesin (FEP) film so that sunlight can be sufficiently transmitted.
  • FEP transparent fluororesin
  • the distance between the heat collector 12 and the permeator 17a, and the distance between the permeator 17a and the permeator 17b are set at D1 and D2. The heat loss due to the convection of the water is reduced.
  • the distances D 1 and D 2 are desirably 40 to 80 min.
  • a water vapor generation chamber 13 is constituted by a space having a predetermined volume surrounded by the heat collector 12 and the heat insulating case 11.
  • the steam pressure in the steam generation chamber 13 varies depending on the temperature and amount of steam generated, the pressure resistance of the transport system 18 connected to the outlet 16, etc. However, the pressure is set to several hundred Pa or less than the atmospheric pressure.
  • a plurality of holes 13a are formed at predetermined locations of the heat-insulating case 11, and in each of the holes 13a, the tip of a micro water droplet supply means 14 constituted by, for example, an ultrasonic atomizer. Is inserted and mounted facing the steam generation chamber 13.
  • a water supply pipe 14a and a conductive wire 14b are connected to each minute water droplet supply means 14 to supply water to the minute water droplet supply means 14 and to the vibrator in the minute water droplet supply means 14 respectively.
  • a hole 13b is formed at another predetermined position of the heat-insulating case 11, and the stirring means 15 includes a rotary blade 15a, a motor 15b, etc. in the hole 13b. Is inserted.
  • the conductive wire 15 c is connected to the stirring means 15.
  • a substantially groove-shaped outlet 16 having a predetermined cross-sectional area is formed.
  • a pipe body of a predetermined length L is formed along the outlet 16.
  • 18 a is provided below the outlet 16 .
  • An opening 18 is formed at a predetermined position of the pipe main body 18a, and the opening 18b and the outlet 16 are connected.
  • One end of the pipe main body 18a is closed by, for example, a blind flange 18c, and a connection flange 18d is attached to the other end of the pipe main body 18a, for example.
  • a heat insulating member 18e is wound around the pipe body 18a and the flanges 18c, 18d.
  • the transportation system 18 includes the outlet 16, the pipe body 18 a, the opening 18 b, the flanges 18 c, 18 d, and the like.
  • the solar heat collecting means 10 includes the heat insulating case 11, the heat collecting body 12, the steam generating chamber 13, the minute water droplet generating means 14, the transport system 18, and the like. It is desirable that the solar heat collecting means 10 be installed substantially horizontally, but it is also possible to install it at an angle.
  • the solar heat collecting means 10 is connected via a connection flange 18 d of the transport system 18 to the upper part of the side wall of the container 21 a having a substantially inverted cup shape.
  • the upper part of the container 21a becomes the water vapor storage part 21 and the lower part of the container 21a is formed with an opening 21c. Through this opening 21c, the water vapor storage part 21 is formed.
  • b is always open to the atmosphere outside of container 21a.
  • a heat insulating member 21d is attached to the outer periphery of the container 21a. The temperature of the water vapor stored in the water vapor storage portion 21b is maintained. You.
  • the water vapor storage means 21 is configured to include the container 21a, the heat insulating member 21d, and the like.
  • a substantially hollow cylindrical closed container 22 a In the vicinity of the water vapor containing means 21, a substantially hollow cylindrical closed container 22 a is provided.
  • a heat insulating member 22d is attached to the outer periphery of the container 22a, while an internal pipe 22e having a substantially tubular shape is disposed in a coil shape inside the container 22a.
  • a water supply pipe 22b is connected to a predetermined location below the container 22a, and a heat medium transport pipe 22c is connected to a predetermined location above the container 22a.
  • a heat exchanger 22 as a means for utilizing heat includes the container 22a, the water supply pipe 22b, the heat medium transport pipe 22c, the internal pipe 22e, and the like.
  • the solar heat utilization system includes these solar heat collecting means 10, steam storing means 21, heat exchanger 22, steam pipe 23, discharging means 25, and the like. ing.
  • the solar heat collecting means 10 is installed at a place where the sunlight irradiates, and the valve 23 a of the steam pipe 23 is closed.
  • water is supplied to the minute water droplet supply means 14 via the water supply pipe 14a, and the power switch (not shown) is turned on to drive the minute water droplet supply means 14.
  • mist-like fine water droplets 31 are generated and diffused in the steam generating chamber 13 by the ultrasonic vibration action.
  • the radius of the minute water droplet 31 is about 10 to 4 to 10 to 5 m.
  • the minute water droplets 31 Due to radiant heat transfer from the heat collector 12 or heat conduction when the heat collector 12 comes into contact, the minute water droplets 31 rapidly rise to a saturation temperature at which the saturation pressure is substantially equal to the atmospheric pressure. The surface begins to evaporate. Next, when the power switch (not shown) of the stirring means 15 is turned on and the stirring means 15 is driven and stirred, many small water droplets 31 are vaporized.
  • the pressure difference between the steam pressure and the atmospheric pressure in the steam generation chamber 13 is It is desirable that the pressure be several hundred Pa or less to the extent that the pressure loss of the transport system 18 can be reduced. Due to this pressure difference, steam as a heat medium flows through the transport system 18 and flows into the steam storage means 21.
  • Water vapor having a low specific gravity accumulates in the upper water vapor storage section 21b, and the atmospheric region 33 having a high specific gravity is gradually pushed down and discharged from the opening 21c.
  • water 34 as a heat medium is supplied into the container 22a via a water supply pipe 22b.
  • the pulp 23a is opened, and the discharging means 25 is driven.
  • the steam 32 is sucked by the suction pump 25b, passes through the steam pipe 23 and the internal pipe 22e, exchanges heat with the water 34, loses its latent heat, and condenses to water.
  • the pressure in the heat exchanger 22 decreases as the steam condenses, and is always lower than that of the steam storage section 21b. For this reason, if the suction pump 25b is driven only at the time of starting, then, based on the pressure difference between the water vapor storage section 21b and the inside of the internal pipe 22e, the water vapor is supplied from the water vapor storage section 21b to the inside. The power is automatically and rapidly supplied into the pipe 22 e, and the driving power of the suction pump 25 b is hardly required.
  • the condensed water is separated in the trap 25a and supplied to the minute water droplet supply means 14, and the remaining gas is appropriately discharged to the atmosphere by the suction pump 25b.
  • the heated water 34 becomes hot water and is supplied to a water heater, a bathtub, a heater (both not shown), and the like via a heat medium transport pipe 22c.
  • the minute water droplets 31 supplied from the small water droplet supply means 14 can be filled in the steam generation chamber 13, Since the minute water droplets 31 are much easier to absorb the radiant heat energy radiated by the heat collector 12 than the flowing water or the like, the minute water droplets 31 can be easily vaporized in a large amount. Therefore, solar thermal energy can be efficiently recovered as steam latent heat having a large heat capacity, and the amount of water used per recovered heat can be significantly reduced. Therefore, it is possible to reduce the weight of the apparatus and downsize the capacity of transportation equipment, and to reduce the capacity of transportation equipment. As a result, the cost can be reduced. Also, medium supply system such as water supply pipe 14a, steam Since the structure of the heat transport system such as the piping 18 is simple, it can easily cope with a large-scale system for obtaining a large amount of energy, and can also simplify manufacturing and maintenance. .
  • the selective absorption film 12b formed on the upper surface of the metal plate 12a allows the solar energy to be efficiently absorbed by the heat collector 12 and the lower surface of the metal plate 12a. Due to the formed black body treatment film 1 2 c, the solar energy absorbed by the heat collector 12 can be efficiently radiated and transferred to the minute water droplets 31, and as a result, the solar energy can be efficiently used. Can be collected. Also, since the transport resistance of the transport system 18 is set so that the water vapor pressure in the steam generating chamber 13 can be maintained at approximately atmospheric pressure, one of the transport systems 18 must be open to the atmosphere. As a result, as the steam is generated in the steam generating chamber 13, approximately the same amount of steam can be automatically pushed out and transported sequentially through the transport system 18.
  • the transport system 18 can be easily set based on the amount of transported steam and the transport distance so that the steam pressure in the steam generating chamber 13 is maintained at approximately atmospheric pressure, the transport system 18 can be easily designed, and the pressure resistance can be kept low overall. As a result, the cost can be significantly reduced.
  • the steam containing means 21 having the opening 21 c of a predetermined shape is connected via the transport system 18, the steam is continuously generated in the steam generating chamber 13.
  • the same amount of water vapor as that described above is automatically and sequentially extruded from the transport system 18 and can be transported to the vapor storage means 21.
  • the specific gravity of water vapor 32 is smaller than the specific gravity of air 33, and since the atmospheric region 33 of brackets is constantly pushed up by the atmospheric pressure through the opening 21c, the transported approximately 1 atm Of the water vapor 32 can be reliably stored in the water vapor storage means 21.
  • a heat exchanger 22 is connected to the steam storage means 21 via a steam pipe 23, and a discharge means 25 for discharging the steam introduced into the heat exchanger 22 is provided.
  • the air remaining in the heat exchanger 22 can be discharged, or the non-condensable gas generated in the heat exchanger 22 during operation can be discharged.
  • the steam 32 in the tank can be reliably transported and introduced to the heat exchanger 22 to use the heat.
  • the temperature gradually increases from bottom to top.
  • the remaining small water droplets 31 and water vapor can be stirred and mixed as a whole by the stirring means 15, resulting in the efficiency of heat transfer from the heat collector 12 to the small water droplets 31 And water vapor can be generated efficiently.
  • the selective absorption film 12b formed on the upper surface of the heat collector 12 can be mechanically and chemically protected.
  • the stirring means 15 shown in FIGS. 1 and 2 is not provided, and a stirring means such as a fan may be incorporated in the minute water droplet supply means 14 such as an ultrasonic atomizer.
  • the stirring means is installed at the same location as the minute water drop supply means, the minute water drops 31 can be stirred at the same time as they are generated, and as a result, the minute water drops 3 1 (both in FIG. 1, The heat transfer efficiency to Fig. 2) can be further improved.
  • the body may or may not be one, and the material may be reinforced glass or the like.
  • the steam pipe 1 8 a plurality of solar collecting means 1 0 good t also be connected to, a solar thermal system according to the embodiment (1), the opening 2 1 c of the steam accommodating means 2 1 water vapor contained
  • the opening may be narrowed to be smaller than the water vapor storage part 21b.
  • the heat exchanger 22 is used as heat utilization means, and the heat-exchanged hot water (or steam) 34 is supplied to a water heater, a bathtub, a heater, and the like.
  • the heat utilization means Alternatively, a heat pump, an absorption refrigerator or the like, or a steam turbine or the like may be employed as a means for using power.
  • the black body treatment film 12c is formed by applying a silicon resin. It is not limited, and may be, for example, one coated with a black paint.
  • the transport system 18 including the pipe body 18a, the flanges 18c and 18d, the heat insulating member 18e, and the like was used.
  • a substantially hollow rectangular parallelepiped is assembled using a board in which a porous heat insulating plate (foamed plastic, ALC, etc.) is bonded to a thin plate (stainless steel plate, plastic plate, etc.), It may be bonded and formed using an adhesive such as silicon rubber.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically showing the solar heat utilization system according to the embodiment (2), in which 10, 18, 21, 22 and 26, 23, and 25 are shown.
  • b shows the solar heat collecting means, transportation system, steam storage means, heat exchanger, steam piping, and suction pump, respectively, which are almost the same as those shown in Fig. 1.
  • the plurality of solar heat collecting means 10 are connected to the steam storage means 21 via a transport system 18, and a predetermined portion of the transport system 18 is provided with a steam flow meter 41 a, a thermometer 41 b, etc.
  • a means 41 for detecting the steam generation rate which includes the above, is installed.
  • the controller 43 calculates the amount of water vapor generated per unit time based on the water vapor generation speed detected by the detection means 41 and the cross-sectional shape of the transport system 18.
  • a steam storage amount detecting means 42 is provided in the steam storing means 21 and is constituted by, for example, a plurality of humidity sensors (not shown) arranged in a vertical direction. By detecting a position with relatively high humidity, the controller 43 can determine the storage amount of water vapor.
  • Steam storage means 2 1 is steam piping 23, pulp with automatic opening and closing 4 4a, 4 4b, non-automatic For example, they are connected to the heat exchangers 22 and 26 as heat utilization means via the air-introduced pulp 45a and 45b, respectively, and are connected to the heat exchangers 22 and 26 as discharge means. Suction pumps 25b are connected respectively. When the automatic opening and closing pulp 44a, 44b is operated, a predetermined amount of water vapor is conducted or stops, and when the external air introduction pulp 45a, 45b is opened * closed, the outside air ( (Not shown).
  • the steam storage means 21 is connected to a steam turbine 77 as a power utilization means, for example, via a steam pipe 23 and an automatic opening / closing pulp 44c.
  • a suction pump 25b as a discharging means is connected to the steam pipe 23 near the automatic opening / closing pulp 44c.
  • the controller 43 is electrically connected to the steam generation rate detecting means 41, the water vapor storage amount detecting means 42, and the output detecting means (not shown) via a signal line 46.
  • the signal line 4 6 via the suction pump 2 5 b, automatically opening and closing the pulp 4 4 a to 4 4 c, and is electrically connected to an automatic air introduction pulp 4 5 a, 4 5 b.
  • These steam generation rate detecting means 41, steam storage amount detecting means 42, controller 43, pulp 44a to 44c, 45a, 45b, etc. Is configured.
  • the other configuration is substantially the same as that shown in FIG. 1, and the detailed description of the configuration is omitted here.
  • the solar heat utilization system according to the embodiment (2) includes 40 and the like.
  • FIG. 4 is a flowchart schematically showing the operation of the controller mainly for the heat utilization means in the solar heat utilization system according to the embodiment (2).
  • the distribution and supply amount of steam is determined for each of the heat exchangers 22 and 26 and the steam turbine 77 (S 3).
  • the opening degree of each of a to 44c is set (S4).
  • S5 it is determined whether or not the object to be controlled is the heat exchangers 22 and 26 as heat utilization means. If it is determined that no key input has been made, the drive of the steam turbine 77 is performed. Control. On the other hand, if it is determined that the key input is made and the control target is the heat exchangers 22 and 26, it is determined in S7 whether the distribution and supply of steam to the heat exchangers 22 and 26 is larger than the steam usage. Determine whether or not.
  • step 3 it is determined which of the heat exchangers 22 and 26 is to be prioritized based on the driving priority determined in advance. For example, if it is determined that the driving of the heat exchanger 22 is to be prioritized, S7 Return to Then, in S14, it is determined whether or not a key input for stopping the drive of the heat exchanger 26 has been made. If it is determined that no key input has been made, the process returns to S7.
  • the opening degree and time of the automatic opening / closing pulp 44 c are adjusted via the controller 43 according to the amount of generated steam.
  • the steam turbine 77 can be controlled.
  • the solar heat utilization system according to the embodiment (2) includes the outside air introduction adjusting means 40, the steam supply amount is adjusted via the automatic opening and closing pulp 44a.
  • the heat exchanger 22 By controlling the operation of the heat exchanger 22 as a means for utilizing heat, or by introducing a predetermined amount of outside air through the automatic outside air introduction pulp 45a, the heat exchanger 26 Can be stopped reliably.
  • automatic outside air introduction pulp 45 a and 45 b for introducing outside air are provided on the steam supply side of the heat exchangers 22 and 26.
  • the automatic outside air introduction pulp 45 a, 45 b may be disposed on the steam discharge side of the heat exchangers 22, 26.
  • valves 44a to 44c, 45a, 45b, and the suction pump 25b are automatically controlled using the controller 4'3. Although the operation has been described, in another embodiment, these operations may be performed manually.
  • the present invention is not limited to this.
  • a plurality of arbitrary heat utilization means, a plurality of power utilization means such as steam turbines, or a plurality of heat utilization means and a plurality of power utilization means are combined. Is also good.
  • the detection means 41, 42 and the output detection means are used to detect the amount of generated and used steam.
  • the detection means 41, 42 and the output detection means are used to detect the amount of generated and used steam.
  • the water vapor generation speed detecting means 41 instead of the water vapor generation speed detecting means 41, a means for detecting the amount of solar radiation may be used.
  • a low-pressure boiler is installed in the vicinity of the steam storage means 21, and this low-pressure boiler is connected to the steam storage means 21 (both in Fig. 1) via another transportation system.
  • the saturated steam or the superheated steam may be supplementarily supplied to the steam containing means 21.

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Description

明 細 書 太陽熱利用システム 技 術 分 野
本発明は太陽熱利用システムに関し、 より詳細には、 太陽熱を大気圧に近い飽 和水蒸気あるいは過熱水蒸気状態で利用する太陽熱利用システムに関する。
背 景 技 術
図 5は従来の太陽熱利用システムの主要部を概略的に示した部分断面斜視図 であり、 図中 5 1は集熱板を示している。 集熱板 5 1はステンレス鋼板、 アルミ 二ゥム板等を用いて平面視略長方形状に形成されている。 この集熱板 5 1 の上面 5 l aには黒色塗装処理 （図示せず） が施されており、 この黒色塗装処理により 太陽熱が吸収され易いようになつている。 集熱板 5 1 の所定箇所には銅、 ステン レス鋼等の金属を用い、 略チューブ形状に形成された複数個の集熱管 5 2が平行 に配設されており、 集熱管 5 2の管壁と集熱板 5 1 とは溶接等により一体化が図 られている。 集熱管 5 2の両端部には略中空四角柱形状をしたヘッダー 5 3、 5 4が側壁部 5 3 a、 5 4 aにおいて一体的に接続されており、 集熱管 5 2の孔部 とヘッダー 5 3、 5 4の中空部（共に図示せず） とは導通するようになつている。 集熱板 5 1、 集熱管 5 2、 ヘッダー 5 3、 5 4の周囲には、 一点鎖線で示した略 箱形状をしたケース 5 5が配設されており 、 ケース 5 5の内壁と集熱板 5 1やへ ッダー 5 3、 5 4との間にはグラスウール等の断熱材 （図示せず） が充填されて いる。 集熱板 5 1、 集熱管 5 2の上方にはこれらを覆う態様で透過体 5 6が配設 されており、 この透過体 5 6は太陽光を透過し易い強化ガラス、 透明プラスチッ ク材料等を用いて略板形状に形成されている。 透過体 5 6はパッキング （図示せ ず） を介してケース 5 5上部に密接して取り付けられており、 対流による熱損失 の発生を抑制するため、 透過体 5 6 と集熱板 5 1、 集熱管 5 2との距離 Dはなる ぺく短く設定されている。 これら集熱板 5 1、集熱管 5 2、ヘッダー 5 3、 5 4、 ケース 5 5、 透過体 5 6等を含んで平板型集熱器 5 0が構成されている。
へッダー 5 4の一端部 5 4 bは供給管 5 7 a、 ポンプ 5 7 c、 切換パルプ 5 7 d、 給水管 5 7 eを介して給水タンク （図示せず） に接続されている。 又、 切換 パルプ 5 7 dには供給管 5 7 bの一端部が接続されており、 供給管 5 7 bの他端 部は容器 6 1内の下部に接続されている。 これら供給管 5 7 a、 5 7 b、 ポンプ 5 7 c , 切換バルブ 5 7 d、 給水管 5 7 e等を含んで媒体供給系 5 7が構成され ている。
平板型集熱器 5 0下方の所定箇所には略中空直方体形状をした金属製の容器 6 1が設置され、 容器 6 1 の外周には断熱部材 6 2が取り付けられ、 断熱部材 6 2の外周は金属板製の保護部材 6 3により保護されている。 容器 6 1上部の所定 箇所には空気抜き部 6 1 aが形成されており、 容器 6 1内における高温水 6 5の 増減につれ、 容器 6 1内の空気が空気抜き部 6 1 aより容易に流出 ·流入するよ うになつている。 容器 6 1上部の所定箇所には排出管 6 4 aの一端部が接続され、 排出管 6 4 aの他端部はパルプ 6 4 bを介してヘッダー 5 3の一端部 5 3 に 接続されている。 これら容器 6 1、 断熱部材 6 2、 保護部材 6 3、 配管 6 4 a、 バルブ 6 4 b等を含んで蓄熱手段 6 0が構成されている。
容器 6 1内部の所定位置には配管 6 6の一端部が取り付けられ、 配管 6 6の他 端部はポンプを介して熱交換器、 ヒー トポンプ、 給湯器、 浴槽、 暖房器、 吸収冷 凍機等の熱利用機器 （共に図示せず） に接続されている。 これら平板型集熱器 5 0、 媒体供給系 5 7、 蓄熱手段 6 0、 熱利用機器等を含んで太陽熱利用システム が構成されている。
このよ うに構成された太陽熱利用システムを使用する場合、 集熱板 5 1に太陽 の放射光が高密度に放射され、 かつヘッダー 5 3の高さがヘッダー 5 4より高く なるように、 平板型集熱器 5 0を所定方向 ·所定傾斜角に設定 · 固定する。 次に パルプ 6 4 bを開き、 切換パルプ 5 7 dを給水管 5 7 e側に切り換えた後、 ボン プ 5 7 cを駆動し、 図中矢印で示したように、 所定流量の水を配管 5 7 e、 切換 パルプ 5 7 d、 ポンプ 5 7 c、 配管 5 7 a、 へッダー 5 4を介して集熱管 5 2に 供給する。 すると集熱板 5 1に吸収された太陽熱が熱伝導作用等により、 集熱管 5 2を介して水に伝達され、 略 1気圧、 8 0〜 9 0 °C程度の高温水 6 5が生成さ れる。 この高温水 6 5はへッダー 5 3、 排出管 6 4 a、 パルプ 6 4 bを通り、 蓄 熱手段 6 0に貯蔵される。 蓄熱手段 6 0に貯蔵された高温水 6 5の温度が低下し た場合、 切換バルブ 5 7 dを供給管 5 7 b側に切り換え、 平板型集熱器 5 0に再 度通すことにより、 高温水 6 5の温度が確保される。
蓄熱手段 6 0に所定量の高温水 6 5が貯蔵されると、 配管 6 6のポンプを駆動 して高温水 6 5を熱利用機器側に供給する。
図 6は従来の別の太陽熱利用システムを概略的に示した断面図であり、 図中 5 1 、 5 2 、 5 3 - 5 4 , 5 5は、 図 5に示したものと略同様の集熱板、 集熱管、 ヘッダー、 ケースをそれぞれ示している。 集熱板 5 1、 集熱管 5 2、 ヘッダー 5 3 、 5 4の上面には、 図 5に示したものと略同様の黒色塗装処理 （図示せず） が 施されている。 ケース 5 5の内壁と集熱板 5 1、 ヘッダー 5 3 、 5 4との間には 断熱材 7 1が充填されている。集熱板 5 1、集熱管 5 2の上方には透過体 7 2 a 、 7 2 bが二重に取り付けられており、 これにより伝導による外方への熱損失が抑 制されるようになつている。 さらに対流による熱損失の発生を抑制するため、 透 過体 7 2 a 、 7 2 の隙間 7 2 c と、 透過体 7 2 a、 集熱板 5 1の空隙 7 3とは 所定の低圧に維持されるようになつている。 これら集熱板 5 1、 集熱管 5 2 、 へ ッダー 5 3 、 5 4、 ケース 5 5、 断熱材 7 1等を含んで平板型集熱器 7 0が構成 されている。
平板型集熱器 7 0の下方には熱交換器 7 4が設置されており、 熱交換器 7, 4は、 その周囲に断熱部材 （図示せず） が取り付けられた容器 7 4 a と、 容器 7 4 a内 に縦方向に配設されたコイル状の内部配管 7 4 b とを含んで構成されている。 内 部配管 7 4 bの上端部には配管 7 6 aを介してヘッダー 5 3が接続される一方、 内部配管 7 4 bの下端部は配管 7 6 b、 圧縮ポンプ 7 5、 配管 7 6 cを介してへ ッダー 5 4に接続されている。 他方、 熱交換器 7 4上部は配管 7 9 aを介し、 熱 利用機器である蒸気タービン 7 7の入口部 7 7 aに接続されている。 さらに蒸気 タービン 7 7の出口部 7 7 は配管 7 9 b、 復水器 7 8 a、 配管 7 9 c、 循環ポ ンプ 7 8 b、 配管 7 9 dを介して熱交換器 7 4下部に接続されている。 又、 蒸気 タービン 7 7の回転軸 7 7 cには、 発電機 7 7 dが機械的に連結されている。
このよ うに構成された太陽熱利用システムを使用する場合、 熱媒体として例え ば水を用いて圧縮ポンプ 7 5を駆動し、 図中矢印で示したように、 所定圧力、 所 定流量の加圧水を配管 7 6 c、 ヘッダー 5 4を介して集熱管 5 2に供給する。 図 5に示した集熱器 5 0に比べて、 集熱器 7 0は伝導及び対流による熱損失が少な いため、 集熱管 5 2を通った加圧水は約 1 3 0 °C程度まで昇温させられる。 この 加圧高温水はへッダー 5 3、 配管 7 6 aを通り、 熱交換器 7 の内部配管 7 4 b に供給され、 容器 7 4 a内の水と熱交換されて温度が低下した後、 配管 7 6 b、 圧縮ポンプ 7 5を通って再ぴ循環させられる。 一方、 熱交換器 7 4において加熱 された水は圧力蒸気となり、 この圧力蒸気は配管 7 9 aを介し、 蒸気タービン 7 7に導入されて膨張する。 するとこの蒸気は流速を増しつつタービンプレード (図示せず） に衝突し、 回転軸 7 7 cを介して発電機 7 7 dを駆動させ、 電気を 発生させる。 蒸気タービン 7 7より排出された蒸気は復水器 7 8 aにおいて温水 となり、 循環ポンプ 7 8 bを介して熱交換器 7 4に供給され、 再び循環させられ る。
上記したように、 図 5に示した太陽熱利用システムにおいては、 太陽熱ェネル ギを高温水 6 5 (約 1気圧、 8 0 ~ 9 0 程度） の顕熱として転換 · 回収してお り、 この場合、 潜熱回収に比べて水単位重量当たりの回収熱量が少ない。 この結 果、 熱量を多く回収するには集熱器 5 0に比較的大量の水を供給 ·輸送する必要 があり、 装置の剛性やポンプ 5 7 c等の機器能力を大きく設定せねばならず、 設 計が面倒となり、 コス トが高くつき易い。 又、 透過体 5 6等からの熱損失が多い ため、 集熱効率が劣るという課題があった。
又、 図示しないが、 集熱器 5 0がグランドレベル上に複数個連結して設置され ると共に、 蓄熱手段 6 0上面が集熱器 5 0上面より高く設定されているような大 規模の太陽熱利用システムにおいては、 高温水 6 5を蓄熱手段 6 0に貯蔵するた め、 パルプ 6 4 b近傍にポンプ 5 7 c と連動して流量を制御する別のポンプを設 置する必要がある。 この結果、設計、組み立て施工、 メンテナンスが面倒となり、 コス トが一層高くつき易いという課題があった。
又上記したように、 図 6に示した太陽熱利用システムにおいては、 太陽熱エネ ルギを加圧高温水 （約 4〜 6気圧、 1 1 0 ~ 1 3 0 程度） の顕熱として転換 · 回収しており、 図 5の場合と同様、 水単位重量当たりの回収熱量が少ない。 この 結果、 集熱器 7 0に比較的大量の水を供給 ·輸送する必要があり、 装置全体の剛 性や圧縮ポンプ 7 5等の機器能力を大きく設定する必要がある。又、集熱器 7 0、 熱交換器 7 4、 圧縮ポンプ 7 5等がクローズドサイクルを構成すると共に、 水の 圧力が高いため、 図 5のもの.に比べて一層耐圧強度を高め、 かつ水漏れ防止を図 る必要がある。 又、 隙間 7 2 cや空隙 7 3を略真空に維持しなくてはならず、 集 熱器 7 0の設計、 製造、 メ ンテナンスが面倒となり易い。 これらの結果、 コス ト がより一層高くつき易いという課題があった。 発 明 の 開 示
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、 媒体として少量の水を用い、 太 陽熱エネルギを大気圧の飽和水蒸気あるいは過熱水蒸気の潜熱と して大規模か つ効率的に転換 · 回収することができ、 発生させた飽和水蒸気あるいは過熱水蒸 気が自動的に輸送されると共に、 簡単かつ確実に貯蔵することができ、 装置の軽 量化や機器能力のダウンサイジング化を図ると共に、 設計、 製造 ' メ ンテナンス を容易に行うことができ、 この結果、 コス トを大幅に削減することができる太陽 熱利用システムを提供することを目的としている。
本発明者は下記の （ 1 ) ~ ( 6 ) に示した知見に基づき、 本発明を完成するに 至った。
( 1 ) 平板型集熱器における太陽エネルギの集熱可能熱量を約 5 0 0 W/m 2 とすると、 この熱量による飽和水 （o ec—i o ot 1気圧） の理論上の生成量 は約 1 . 2 g /m 2 · sである （ 9 0 °C→ 1 0 0。Cの場合は約 1 2 g /m 2 · s ) 。 一方、 この熱量による飽和水蒸気 （ 1 0 0 °C、 1気圧） の理論上の生成量 は約 0. 2 2 g / 2 · s (約 3 7 0 m 1 /m 2 · s ) であり、 前記した 0 °C → 1 0 0 °Cの飽和水生成の場合に比べて水 （循環） 使用重量を約 1 5 ( 9 0 °C → 1 0 0での場合は約 1 5 0 ) 程度にまで減少させることが可能となる。
したがって、 太陽熱エネルギを例えば飽和水蒸気の潜熱として回収すると、 媒 体 （水） の供給量を少なく し得ることとなり、 装置の強度や機器の能力を軽減し てコス トダウンを図ることが可能となる。
( 2 ) 半径が 1 0— 4 m〜 l 0— 3 mの微小水滴は、 表面が平滑なパルク水の 場合と比較して放射熱を吸収し易い。 又、 蒸発に伴なつて微小水滴の半径が約 1 0— m以下になると、 この飽和水蒸気圧がバルク水と比べて大きくなるため、 1気圧のもとでは、 1 0 0°Cよりも低い温度で水蒸気となり易い。
(3) 飽和水の上面と高温の集熱体の下面とが水蒸気を挟んで対向配置されて いる場合、 飽和水の熱放射エネルギを E w 、 飽和水上面 （黒体とみなす） の熱放 射率 ε w を 1、集熱体下面の熱放射率を ε c 、集熱体の温度 T c と同一温度に おける黒体の熱放射エネルギを E c bとすると、 飽和水の上面に照射される熱放 射エネルギは、 下記の （a) 式で表される。
( 1 - E c ) E w + ε c E c b (a )
したがって、 水が蒸発することにより潜熱に移行するエネルギ Eは、 下記の ( ) 式で表される。
E = { ( 1 - ε c ) , E w + ε c E c b } — Ew
= ε c ( E c b— E w ) ( b )
この際、 飽和水の熱放射エネルギ E w は一定であるから、 Eは略 ε c に比例 する。 すなわち、 集熱体下面に黒体化処理を施すことにより、 集熱体から飽和水 への放射伝熱量を多く し得ることとなる。 一方、 集熱体下面に黒体化処理を施さ ない場合、 飽和水への放射伝熱量が大幅に減少し、 集熱体の温度のみが上昇する こととなる。
(4) 微小水滴が充満している水蒸気発生室内の上部に所定温度の集熱体が水 平状に配設されている場合、 前記集熱体の下面近傍から下方に向けて、 比較的高 温の過熱水蒸気、 約 1 0 0 °Cの飽和水蒸気、 約 1 0 以下の飽和水がこの順に 分布、 滞留しており、 上方に分布するもの程比重が小さいため、 自然体流が生じ 難い。 又、 飽和水蒸気、 過熱水蒸気の発生の際、 容積変化に基づく強制対流の発 生もきわめて僅かである。 このよ うな滞留 ·分布がある場合、 集熱体から微小水 滴への伝熱効率が低下することとなる。
(5) 輸送系の水蒸気の流れが定常流である場合、 この定常流を作るために必 要な最小限の水蒸気圧力差を△ P u 、 前記輸送系の圧力損失 （輸送抵抗） を△ P 1 とすると、 水蒸気発生室内と大気圧との圧力差△ Pは、 下記の （ c ) 式で表さ れる。
ΔΡ=ΔΡ η +ΔΡ 1 ( c )
したがって、 前記輸送系が断熱材により熱的に十分絶縁されている場合、 前記 水蒸気発生室内と大気圧との圧力差△ Pを略数百 P a程度に抑えることにより、 前記輸送系の全流路において水蒸気の密度を略同様となし得ることとなる。 この 結果、 前記水蒸気癸生室内で水蒸気を連続的に発生させるにつれ、 前記輸送系を 介し、これと略同量の水蒸気を順次自動的に押出し ·輸送し得ることとなる。又、 前記輸送系の圧力損失 Δ Ρ 1 が略数百 P a以下となるように、水蒸気輸送量 '輸 送距離等に基づいて前記輸送系の配管断面形状が簡単に設定され、 この結果、 前 記輸送系を容易に設計し得ると共に、 システム全体の耐圧性を低く設定し得るこ ととなる。
( 6 ) 水蒸気収容手段が略湯呑茶碗を逆にした形状である場合に、 この水蒸気 収容手段に例えば飽和水蒸気を供給してゆく と、 空気の比重に比べて飽和水蒸気 の比重が小さいため、 飽和水蒸気が浮上して前記水蒸気収容手段内の上部 （水蒸 気収容部） に収容される一方、 空気は下方向に沈降する。 この空気は開口部を介 して大気圧により常時押し上げられているため、 水蒸気収容部に大気圧の飽和水 蒸気を確実に収容し得ることとなる。
すなわち、 上記目的を達成するために本発明に係る太陽熱利用システム （ 1 ) は、 集熱体と断熱ケースとの間に形成され、 太陽熱により微小水滴を蒸発させる 水蒸気発生室と、 該水蒸気発生室内に微小水滴を供給する微小水滴供給手段とを 備え、 前記水蒸気発生室で発生させた水蒸気を熱媒体として利用することを特徴 としている。
尚、 前記微小水滴供給手段により前記水蒸気発生室内に供給される微小水滴の 形状は略球形であると共に、 前記微小水滴供給手段における電力効率からみて、 この半径は 1 0一4〜 1 0— 5 m程度であることが望ましい。
上記した太陽熱利用システム （ 1 ) によれば、 前記水蒸気発生室内に前記微小 水滴供給手段より供給された微小水滴が充満しており、 この微小水滴は流水等に 比べ、 前記集熱体が放射する放射熱エネルギを吸収し易いので、 前記微小水滴は 容易、 かつ確実に蒸発することとなる。 したがって太陽熱エネルギを熱容量の大 きい水蒸気潜熱と して効率よく変換 · 回収することができると共に、 回収熱量当 りの必要媒体量 （水使用量） を大幅に減少させることができる。 この結果、 装置 の軽量化やダウンサイジングを図ることができ、 コス トを削減することができる, 又、 媒体供給系、 熱輸送系の構造が簡単となるため、 大量のエネルギを獲得する 大規模システムにも容易に対応することができると共に、 製造 · メンテナンスを 容易に行うことができる。
又、 本発明に係る太陽熱利用システム （ 2 ) は、 金属板の一主面側に太陽光の 吸収率が大きく、 赤外線の放射率が小さい選択吸収膜が形成され、 前記金属板の 他主面側に黒体化処理が施された集熱体、 該集熱体の前記他主面が下向きに取り 付けられる略箱形状をした断熱ケース、 該断熱ケースと前記集熱体との間に形成 された水蒸気発生室、 該水蒸気発生室内に微小水滴を供給する微小水滴供給手段、 及ぴ前記水蒸気発生室内で発生した水蒸気を系外に輸送する輸送系を含んで構 成された太陽熱集熱手段を備え、 前記水蒸気発生室内の水蒸気圧を略大気圧に維 持し得るように、 前記輸送系の輸送抵抗が設定されていることを特徴としている c 前記水蒸気発生室内における水蒸気圧力と大気圧との圧力差は、 断熱材の断熱 性能、 水蒸気通路の断面積及び距離、 水蒸気の流速等により変化するが、 あって もプラス数百 P a以下が望ましい。
上記した太陽熱利用システム （ 2 ) によれば、 上記太陽熱利用システム （ 1 ) と略同様の効果を得ることができると共に、 前記一主面側に形成された前記選択 吸収膜により、 太陽熱エネルギを前記集熱体に効率よく吸収させることができ、 かつ前記他主面側に施された前記黒体化処理により、 前記集熱体に吸収された太 陽熱エネルギを前記微小水滴に確実に放射伝熱させることができ、 この結果、 太 陽熱エネルギを一層効率的に回収することができる。 又、 前記水蒸気発生室内の 水蒸気圧を略大気圧に維持し得るように、 前記輸送系の輸送抵抗が設定されてい るので、 前記輸送系の一方を大気に開放しておく ことにより、 前記水蒸気発生室 内で水蒸気を発生させるにつれ、 前記輸送系を介し、 これと略同量の水蒸気を順 次自動的に押出し、 輸送することができる。 又、 前記水蒸気発生室内の水蒸気圧 力が略大気圧に維持されるように、 水蒸気輸送量 ·輸送距離等に基づいて前記輸 送系の断面形状を簡単に設定し得るので、 前記輸送系を容易に設計することがで きると共に、 全体的に耐圧性を低く抑えることができ、 これらの結果、 コス トを 大幅に削減することができる。
又、 本発明に係る太陽熱利用システム （ 3 ) は、 金属板の一主面側に太陽光の 吸収率が大きく、 赤外線の放射率が小さい選択吸収膜が形成され、 前記金属板の 他主面側に黒体化処理が施された集熱体、 該集熱体の前記他主面が下向きに取り 付けられる略箱形状をした断熱ケース、 該断熱ケースと前記集熱体との間に形成 された水蒸気発生室、 該水蒸気発生室内に微小水滴を供給する微小水滴供給手段. 及び前記水蒸気発生室内で発生した水蒸気を系外に輸送する輸送系を含んで構 成され、 前記水蒸気発生室内の水蒸気圧力を略大気圧に維持し得るように、 前記 輸送系の輸送抵抗が設定された太陽熱集熱手段と、 該太'陽熱集熱手段の前記輸送 系を介して接続され、 下部に大気に開放された開口部を有し、 かつ上部に水蒸気 収容部を有する水蒸気収容手段と、 該水蒸気収容手段に蒸気配管を介して接続さ れる熱交換器等の熱利用手段及び 又は蒸気タービン等の動力利用手段と、 前記 熱利用手段や前記蒸気配管に導入された水蒸気等のガスを排出する排出手段と を備えていることを特徴としている。
上記した太陽熱利用システム （ 3 ) によれば、 上記太陽熱利用システム （ 2 ) と略同様の効果を得ることができると共に、 前記輸送系を介し、 所定形状の開口 部を有する前記水蒸気収容手段が接続されているので、 前記水蒸気発生室内で水 蒸気を連続的に発生させるにつれ、 これと略同量の水蒸気が前記輸送系より順次 自動的に押出されてゆき、 前記水蒸気収容手段へと輸送される。 又、 水蒸気の比 重は大気の比重に比べて小さく、 かっこの大気が前記開口部を介して大気圧によ り常時押し上げられているので、 輸送された大気圧の水蒸気を前記水蒸気収容手 段内に確実に収容しておく ことができる。 又、 前記水蒸気収容手段に前記蒸気配 管を介して熱利用手段及び 又は動力利用手段が接続されると共に、 前記熱利用 手段や前記蒸気配管に導入された水蒸気等のガスを排出する排出手段を備えて いるので、 作動開始時に前記熱利用手段内や前記蒸気配管内に滞留している大気 を排出し、 あるいは作動中に前記熱利用手段内に生じる不凝縮性気体を排出する ことができ、 これらの結果、 前記水蒸気収容手段内の水蒸気を前記熱利用手段及 ぴ 又は前記動力利用手段へ確実に輸送 ·導入し、 利用することができる。
又、 本発明に係る太陽熱利用システム （ 4 ) は、 金属板の一主面側に太陽光の 吸収率が大きく、 赤外線の放射率が小さい選択吸収膜が形成され、 前記金属板の 他主面側に黒体化処理が施された集熱体、 該集熱体の前記他主面が下向きに取り 付けられる略箱形状をした断熱ケース、 該断熱ケースと前記集熱体との間に形成 された水蒸気発生室、 該水蒸気発生室内に微小水滴を供給する微小水滴供給手段, 及び前記水蒸気発生室内で発生した水蒸気を系外に輸送する輸送系を含んで構 成され、 前記水蒸気発生室内の水蒸気圧力を略大気圧に維持し得るように、 前記 輸送系の輸送抵抗が設定された太陽熱集熱手段と、 該太陽熱集熱手段の前記輸送 系を介して接続され、 下部に大気に開放された開口部を有し、 かつ上部に水蒸気 収容部を有する水蒸気収容手段と、 該水蒸気収容手段に蒸気配管を介して接続さ れる熱交換器等の熱利用手段及び 又は蒸気タービン等の動力利用手段と、 前記 熱利用手段や前記蒸気配管に導入された水蒸気等のガスを排出する排出手段及 ぴ外気導入調整手段とを備えていることを特徴としている。
上記した太陽熱利用システム （ 4 ) によれば、 上記太陽熱利用システム （ 3 ) と略同様の効果を得ることができると共に、 外気導入調整手段を備えているので. 蒸気供給量を調整したり、 あるいは所定量の外気を導入することができ、 前記熱 利用手段や前記動力利用手段の駆動を制御することができると共に、 前記熱利用 手段の駆動を確実に停止させることができる。
又、 本発明に係る太陽熱利用システム （ 5 ) は、 上記太陽熱利用システム （ 4 ) において、 前記外気導入調整手段が、 水蒸気の発生量及び前記水蒸気収容手段に おける水蒸気の貯蔵量を検出する検出手段のデータに基づき、 コントローラによ り制御されるように構成されていることを特徴としている。
上記した太陽熱利用システム （ 5 ) によれば、 前記水蒸気収容手段に複数個の 熱利用手段及び Z又は動力利用手段が接続されている場合、 水蒸気の発生量及び 貯蔵量の変動に対応し、 駆動すべき所定の熱利用手段及び/又は動力利用手段に 所定流量の水蒸気を確実に分配 ·供給することができる。
又、 本発明に係る太陽熱利用システム （ 6 ) は、 上記太陽熱利用システム （ 1 ) 〜 （5 ) のいずれかにおいて、 前記水蒸気発生室に水蒸気を撹拌する撹拌手段が 装備されていることを特徴としている。
上記した太陽熱利用システム （ 6 ) によれば、 前記水蒸気発生室内において、 下方から上方に向けて次第に温度が高くなるように分布 ·滞留している微小水滴 や水蒸気を全体的に撹拌 · 混合することができ、 この結果、 前記集熱体から微小 水滴への伝熱効率を高めることができ、 水蒸気を効率よく発生させることができ る。
また本発明に係る太陽熱利用システム （ 7) は、 上記太陽熱利用システム （ 1 ) 〜 （5) のいずれかにおいて、 前記微小水滴供給手段が、 撹拌手段としても作用 するように構成されていることを特徴としている。
上記した太陽熱利用システム （7) によれば、 前記撹拌手段を前記微小水滴供 給手段と同一箇所に設置することができると共に、 微小水滴の発生と同時にこれ を撹拌することができ、 この結果、 前記集熱体から微小水滴への伝熱効率を一層 高めることができる。
また本発明に係る太陽熱利用システム （8) は、 上記太陽熱利用システム （ 1 ) ~ ( 7) のいずれかにおいて、 前記集熱体の上方に、 該集熱体を覆う態様で、 光 を透過する透過体を備えていることを特徴としている。
上記した太陽熱利用システム （8) によれば、 前記透過体と前記集熱体との距 離を短く設定することにより、 対流の発生に基づく外方への伝熱損失の発生を防 止することができると共に、 前記集熱体の上面に形成された選択吸収膜を機械的. 化学的に保護することができる。
図 面 の 簡 単 な 説 明
図 1は、 本発明に係る太陽熱利用システムの実施の形態 （ 1 ) を概略的に示し た断面図である。
図 2は、 実施の形態 （ 1 ) に係る太陽熱利用システムにおける集熱手段近傍を 詳細に示した部分断面斜視図である。
図 3は、 実施の形態 （ 2) に係る太陽熱利用システムを概略的に示したブロッ ク図である。
図 4は、 実施の形態 （2) に係る太陽熱利用システムにおけるコントローラの 動作を概略的に示したフローチヤ一トである。
図 5は従来の太陽熱利用システムの主要部を概略的に示した部分断面斜視図 である。
図 6は従来の別の太陽熱利用システムを概略的に示した断面図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明に係る太陽熱利用システムの実施の形態を図面に基づいて説明す る。 なお、従来例と同一機能を有する構成部品には同一の符号を付すこととする。 図 1は実施の形態 （ 1 ) に係る太陽熱利用システムを概略的に示した断面図で あり、 図 2は、 実施の形態 （ 1 ) に係る太陽熱利用システムにおける集熱手段近 傍を詳細に示した部分断面斜視図である。 枠体 1 1 aはステンレス鋼やプラスチ ック材料等の比較的に薄い板を用いて、 略箱形状に形成されている。 枠体 1 1 a の外周には断熱部材 1 1 bが配置され、 この断熱部材 1 1 bは保護部材 1 1 cに より保護されるようになつている。 これら枠体 1 1 a、 断熱材 1 1 b、 保護部材 1 1 cを含んで断熱ケース 1 1が構成されている。
断熱ケース 1 1上部にはステンレス鋼板等を用いて平面視略長方形形状に形 成された金属板 1 2 aが密着して取り付けられている。 金属板 1 2 aの上面には 例えば化成処理等の方法を用いて選択吸収膜 1 2 bが形成されており、 この選択 吸収膜 1 2 bは太陽が放射する熱エネルギ （波長が約 3 / m以下） は吸収し、 集 熱体 1 2における赤外線領域の熱エネルギ （波長が約 3 m以上） は放射し難い ものとなっている。 他方、 金属板 1 2 aの下面には例えばシリ コン樹脂を塗布す る等の方法を用いて黒体化処理膜 1 2 cが形成されており、 この黒体化処理膜 1 2 cにより、 集熱体 1 2から微小水滴 3 1への放射伝熱量が確保されるようにな つている。 これら金属板 1 2 a、 選択吸収膜 1 2 b、 黒体化処理膜 1 2 cを含ん で集熱体 1 2が構成されている。
集熱体 1 2の上部には 2枚の透過体 1 7 a、 1 7 bが集熱体 1 2を覆う態様で 取り付けられている。 透過体 1 7 a、 1 7 bは透明なフッ素樹脂 （F E P) フィ ルムを用いて構成されており、太陽光を十分に透過し得るようになつている。又、 集熱体 1 2と透過体 1 7 a、 透過体 1 7 a と透過体 1 7 bの距離は D 1 、 D 2 に設定されており、 これらの空間 D l 、 D 2 により、 空気の対流に基づく熱損 失が少なく抑えられるようになつている。 距離 D 1 、 D 2 は 4 0 ~ 8 0 minが 望ましい。
又、 集熱体 1 2と断熱ケース 1 1 とで取り囲まれた所定容積の空間により、 水 蒸気発生室 1 3が構成されている。 水蒸気発生室 1 3内の水蒸気圧力は、 水蒸気 の温度、 発生量、 取出口 1 6に接続された輸送系 1 8の圧力抵抗等により変動す るが、 大気圧に比べて数百 P a以下に設定されている。 断熱ケース 1 1の所定箇 所には複数個の孔部 1 3 aが形成され、 各孔部 1 3 a内には例えば超音波霧化器 より構成された微小水滴供給手段 1 4の先端部が水蒸気発生室 1 3内に臨ませ て挿入 ·装着されている。 各微小水滴供給手段 1 4には給水配管 1 4 a、 導電線 1 4 bがそれぞれ接続されており、 微小水滴供給手段 1 4への給水量や、 微小水 滴供給手段 1 4における振動子への供給電力量の調整等により、 短期的な日射量 の変動や熱利用手段の負荷変動に対応し得るようになつている。 又断熱ケース 1 1の別の所定箇所には孔部 1 3 bが形成され、 孔部 1 3 bには回転羽根部 1 5 a、 モータ 1 5 b等を含んで構成された撹拌手段 1 5の接続部が挿入されている。 撹 拌手段 1 5には導電線 1 5 cが接続されている。
断熱ケース 1 1の所定箇所には、 略溝形状をした所定断面積の取出口 1 6が形 成されており、 取出口 1 6の下方にはこれに沿う態様で所定長さ Lの配管本体 1 8 aが配設されている。 配管本体 1 8 aの所定箇所には開口部 1 8 が形成され、 開口部 1 8 b と取出口 1 6 とは接続されている。 配管本体 1 8 aの一端部は例え ば盲フランジ 1 8 c により閉塞され、 配管本体 1 8 aの他端部には例えば接続フ ランジ 1 8 dが取り付けられている。 配管本体 1 8 a及ぴフランジ 1 8 c、 1 8 dの周囲には断熱部材 1 8 eが卷装されている。 これら取出口 1 6、 配管本体 1 8 a、 開口部 1 8 b、 フランジ 1 8 c、 1 8 d等を含んで輸送系 1 8が構成され ている。
これら断熱ケース 1 1、 集熱体 1 2、 水蒸気発生室 1 3、 微小水滴発生手段 1 4、 輸送系 1 8等を含んで太陽熱集熱手段 1 0が構成されている。 尚、 太陽熱集 熱手段 1 0は略水平に設置するのが望ましいが、 傾斜して設置することも可能で ある。
太陽熱集熱手段 1 0は輸送系 1 8の接続フランジ 1 8 dを介し、 略湯呑茶碗を 逆にした形状の容器 2 1 aの側壁上部に接続されている。 容器 2 1 a上部は水蒸 気収容部 2 1 となる一方、 容器 2 1 a下部には開口部 2 1 cが形成されており . この開口部 2 1 cを介して、 水蒸気収容部 2 1 bが容器 2 1 a外方の大気側に常 時開放されている。 容器 2 1 aの外周には断熱部材 2 1 dが取り付けられており . 水蒸気収容部 2 1 b内に収容された水蒸気の温度が維持されるようになつてい る。 これら容器 2 1 a、 断熱部材 2 1 d等を含んで水蒸気収容手段 2 1が構成さ れている。
水蒸気収容手段 2 1の近傍には、 略中空円柱形状をした密閉容器 2 2 aが設置 されている。 容器 2 2 aの外周には断熱部材 2 2 dが取り付けられる一方、 容器 2 2 a内には略管形状をした内部配管 2 2 eがコイル状に配設されている。 又、 容器 2 2 a下部の所定箇所には給水管 2 2 bが接続され、 容器 2 2 a上部の所定 箇所には熱媒輸送管 2 2 cが接続されている。 これら容器 2 2 a、給水管 2 2 b、 熱媒輸送管 2 2 c、 内部配管 2 2 e等を含んで熱利用手段としての熱交換器 2 2 が構成されている。 尚図 1に示したものでは、 内部配管 2 2 eがパイプ形状であ る場合について説明したが、 別の実施の形態では、 図示しないが、 プレート形状 であってもよい。
内部配管 2 2 e上部には、 蒸気配管 2 3の一端部が接続され、 蒸気配管 2 3の 他端部側はパルプ 2 3 a、 継手 2 3 bを介して水蒸気収容手段 2 1の上部に接続 されている。 他方、 内部配管 2 2 e下部には排出管 2 4の一端部が接続されてお り、 排出管 2 4の他端部側は、 凝縮水を取り除く トラップ 2 5 aや吸引ポンプ 2 5 bを含んで構成された排出手段 2 5を介して外方に開放されている。 これら太 陽熱集熱手段 1 0、 水蒸気収容手段 2 1、 熱交換器 2 2、 蒸気配管 2 3、 排出手 段 2 5等を含んで実施の形態 （ 1 ) に係る太陽熱利用システムが構成されている。 このように構成された太陽熱利用システムを用いる場合、 太陽熱集熱手段 1 0 を太陽光が照射する場所に設置し、 蒸気配管 2 3のバルブ 2 3 aを閉じておく。 又、 給水配管 1 4 aを介して微小水滴供給手段 1 4に水を供給すると共に、 電源 スィ ッチ （図示せず） をオンにして微小水滴供給手段 1 4を駆動する。 すると超 音波振動作用により、 水蒸気発生室 1 3内に霧状の微小水滴 3 1が発生 ·拡散し てゆく。 この場合、 微小水滴 3 1の半径は 1 0— 4〜 1 0 — 5 m程度であること が望ましい。 集熱体 1 2からの放射伝熱、 あるいは集熱体 1 2に接触した際の熱 伝導により、 微小水滴 3 1が略大気圧を飽和圧力とする飽和温度まで急速に上昇 してゆき、 この表面が気化を始める。 次に撹拌手段 1 5の電源スィ ッチ （図示せ ず） をオンにして撹拌手段 1 5を駆動して撹拌すると、 多くの微小水滴 3 1が水 蒸気化する。 水蒸気発生室 1 3内における水蒸気の圧力と大気圧との圧力差は、 輸送系 1 8の圧力損失を力パーする程度に数百 P a以下であることが望ましい。 この圧力差により、 熱媒体としての水蒸気が輸送系 1 8を通り、 水蒸気収容手段 2 1に流入する。 比重が小さい水蒸気は上方の水蒸気収容部 2 1 bに溜ってゆき、 比重が大きい大気領域 3 3は次第に押し下げられて開口部 2 1 cより排出され る。 水蒸気収容手段 2 1に所定量の水蒸気 3 2が溜った後、 給水管 2 2 bを介 して容器 2 2 a内に熱媒と しての水 3 4を供給する。 次にパルプ 2 3 aを開き、 排出手段 2 5を駆動する。 すると水蒸気 3 2が吸引ポンプ 2 5 bにより吸引され、 蒸気配管 2 3、 内部配管 2 2 eを通り、 水 3 4と熱交換してその潜熱を奪われ、 凝縮して水となる。 このよ うに、 熱交換器 2 2内の圧力は水蒸気の凝縮に伴ない 低下することとなり、 水蒸気収容部 2 1 b側と比べて常に低圧となる。 このため 始動時のみ吸引ポンプ 2 5 bを駆動させれば、 その後は水蒸気収容部 2 1 b と内 部配管 2 2 e内との圧力差に基づき、 水蒸気は水蒸気収容部 2 1 b側から内部配 管 2 2 e内へどんどん自動的に供給されることとなり、 吸引ポンプ 2 5 bの駆動 電力はほとんど必要とされない。 凝縮水はトラップ 2 5 aにおいて分離されて微 小水滴供給手段 1 4へ供給され、 残余の気体は吸引ポンプ 2 5 bにより大気側に 適宜放出される。 一方、 加熱された水 3 4は熱湯となり、 熱媒輸送管 2 2 cを介 して給湯器、 浴槽、 暖房器 （共に図示せず） 等に供給される。
又、 蒸気配管 2 3に、 図 6に示したものと略同様の蒸気タービン、 発電機、 復 水器 （共に図示せず） を接続すれば、 水蒸気収容部 2 1 bから送られる水蒸気に より発電が行われ、 多量の電力が取り出せることとなる。
上記説明から明らかなように、 実施の形態 （ 1 ) に係る太陽熱利用システムで は、 水蒸気発生室 1 3内に微小水滴供給手段 1 4より供給された微小水滴 3 1を 充満させることができ、 この微小水滴 3 1は流水等に比ぺ、 集熱体 1 2が放射す る放射熱エネルギを格段に吸収し易いので、 微小水滴 3 1を容易、 かつ大量に蒸 発させることができる。 したがって太陽熱エネルギを熱容量の大きい水蒸気潜熱 と して効率的に回収することができると共に、 回収熱量当りの水使用量を大幅に 減少させることができる。 したがって装置の軽量化や輸送系機器能力のダウンサ イジングを図ることができ、 又輸送系機器能力の軽減を図ることができ、 この結 果、 コス トを削減することができる。 又、 給水配管 1 4 a等の媒体供給系、 蒸気 配管 1 8等の熱輸送系の構造が簡単となるため、 大量のエネルギを獲得するため の大規模システムにも容易に対応することができると共に、 製造 · メンテナンス を容易なものとすることができる。
又、 金属板 1 2 aの上面側に形成された選択吸収膜 1 2 bにより、 太陽熱エネ ルギを集熱体 1 2に効率よく吸収させることができ、 かつ金属板 1 2 aの下面側 に形成された黒体化処理膜 1 2 cにより、 集熱体 1 2に吸収された太陽熱ェネル ギを微小水滴 3 1に効率的に放射伝熱させることができ、 この結果、 太陽熱エネ ルギを効率的に回収することができる。 又、 水蒸気発生室 1 3内の水蒸気圧を略 大気圧に維持し得るように、 輸送系 1 8の輸送抵抗が設定されているので、 輸送 系 1 8の一方を大気に開放しておく ことにより、 水蒸気発生室 1 3内で水蒸気を 発生させるにつれ、 輸送系 1 8を介し、 これと略同量の水蒸気を順次自動的に押 出し、 輸送することができる。 又、 水蒸気発生室 1 3内の水蒸気圧力が略大気圧 に維持されるように、 水蒸気輸送量 ·輸送距離等に基づいて輸送系 1 8の断面形 状を簡単に設定し得るので、 輸送系 1 8を容易に設計することができると共に、 全体的に耐圧性を低く抑えることができ、 これらの結果、 コス トを大幅に削減す ることができる。
又、 輸送系 1 8を介し、 所定形状の開口部 2 1 cを有する水蒸気収容手段 2 1 が接続されているので、 水蒸気発生室 1 3内で水蒸気を連続的に発生させるにつ れ、 これと略同量の水蒸気を輸送系 1 8より順次自動的に押出してゆき、 水蒸気 収容手段 2 1に輸送することができる。 又、 水蒸気 3 2の比重は大気 3 3の比重 に比べて小さく、 かっこの大気領域 3 3が開口部 2 1 cを介して大気圧により常 時押し上げられているので、 輸送された約 1気圧の水蒸気 3 2を水蒸気収容手段 2 1内に確実に収容することができる。 又、 水蒸気収容手段 2 1に蒸気配管 2 3 を介して熱交換器 2 2が接続されると共に、 熱交換器 2 2に導入された水蒸気を 排出する排出手段 2 5を備えているので、 作動開始時に熱交換器 2 2内に滞留し ている大気を排出し、 あるいは作動中に熱交換器 2 2内に生じる不凝縮性気体を 排出することができ、 これらの結果、 水蒸気収容手段 2 1内の水蒸気 3 2を熱交 換器 2 2へ確実に輸送 ·導入し、 熱利用することができる。
又、 水蒸気発生室 1 3内において、 下から上方に向けて次第に温度が高くなる ように分布 ·滞留している微小水滴 3 1や水蒸気を撹拌手段 1 5により全体的に 撹拌 ·混合することができ、 この結果、 集熱体 1 2から微小水滴 3 1への伝熱効 率を高めることができ、 水蒸気を効率よく発生させることができる。
又、 透過体 1 7 a、 1 7 と集熱体 1 2との距離 D 1 、 D 2 を短く設定する ことにより、 対流の発生に基づく外方への伝熱損失を低く抑えることができると 共に、 集熱体 1 2の上面に形成された選択吸収膜 1 2 bを機械的、 化学的に保護 することができる。
尚、 上記実施の形態 （ 1 ) に係る太陽熱利用システムでは、 微小水滴供給手段 1 4と撹拌手段 1 5 とが別の箇所に設置されている場合について説明したが、 図 示しない別の実施の形態では、 図 1、 図 2に示した撹拌手段 1 5が設置されてお らず、 超音波霧化器等の微小水滴供給手段 1 4にファン等の撹拌手段が組み込ま れていてもよい。
この場合、 撹拌手段を微小水滴供給手段と同一箇所に設置するので、 微小水滴 3 1の発生と同時にこれを撹拌することができ、 この結果、 集熱体 1 2から微小 水滴 3 1 (共に図 1、 図 2 ) への伝熱効率を一層高めることができる。
又、 上記実施の形態 （ 1 ) に係る太陽熱利用システムでは、 2枚の透過体 1 7 a、 1 7 bに透明な F E Pフィルムを用いた場合について説明したが、 別の実施 の形態では、 透過体は 1枚であっても、 あるいは無くてもよく、 又材質は強化ガ ラス等であってもよい。
又、 上記実施の形態 （ 1 ) に係る太陽熱利用システムでは、 蒸気配管 1 8に 1 個の太陽熱集熱手段 1 0が接続されている場合について説明したが、 別の実施の 形態では、 蒸気配管 1 8に複数個の太陽熱集熱手段 1 0が接続されていてもよい t 又、 上記実施の形態 （ 1 ) に係る太陽熱利用システムでは、 水蒸気収容手段 2 1の開口部 2 1 cが水蒸気収容部 2 1 b と略同一口径である場合について説明 したが、 別の実施の形態では、 開口部が水蒸気収容部 2 1 bより小さく絞られて いてもよ-い。
又、 上記実施の形態 （ 1 ) に係る太陽熱利用システムでは、 熱利用手段として 熱交換器 2 2を用い、 熱交換した熱水 （又は水蒸気） 3 4を給湯器、 浴槽、 暖房 器等に供給する場合について説明したが、 別の実施の形態では、 熱利用手段と し てヒー トポンプ、 吸収冷凍機等、 あるいは動力利用手段として蒸気タービン等を 採用してもよい。
又、 上記実施の形態 （ 1 ) に係る太陽熱利用システムでは、 排出手段 2 5に吸 引ポンプ 2 5 bを用いた場合について説明したが、別の実施の形態では、送風機、 排風機等を用いてもよい。
又、 上記実施の形態 （ 1 ) に係る太陽熱利用システムでは、 黒体化処理膜 1 2 cがシリ コン樹脂の塗布により形成されている場合について説明したが、 黒体化 処理膜は何らこれに限定されるものではなく、 例えば黒色塗料が塗布されたもの でもよい。
又、 上記実施の形態 （ 1 ) に係る太陽熱利用システムでは、 配管本体 1 8 a、 フランジ 1 8 c、 1 8 d、 断熱部材 1 8 e等を含んで構成された輸送系 1 8を用 いた場合について説明したが、 別の実施の形態では、 薄板 （ステンレス鋼板、 プ ラスチック板等） に多孔質断熱板 （発泡プラスチック、 A L C等） が接着された ボードを用いて略中空直方体形状に組み立て、 シリ コンゴム等の接着剤を用いて 接着 ·形成されたものでもよい。
図 3は、 実施の形態 （ 2 ) に係る太陽熱利用システムを概略的に示したブロッ ク図であり、 図中 1 0、 1 8、 2 1、 2 2及ぴ 2 6、 2 3、 2 5 bは、 図 1に示 したものと略同様の太陽熱集熱手段、 輸送系、 水蒸気収容手段、 熱交換器、 蒸気 配管、 吸引ポンプをそれぞれ示している。 複数個の太陽熱集熱手段 1 0は輸送系 1 8を介して水蒸気収容手段 2 1に接続されており、 輸送系 1 8の所定箇所には 水蒸気流量計 4 1 a、 温度計 4 1 b等を含んで構成された水蒸気発生速度検出手 段 4 1が設置されている。 この検出手段 4 1により検出された水蒸気発生速度と, 輸送系 1 8の断面形状とに基づき、 コントローラ 4 3において単位時間当りの水 蒸気発生量が演算されるようになつている。
水蒸気収容手段 2 1内には水蒸気貯蔵量検出手段 4 2が設置されており、 これ は、例えば縦方向に並んだ複数個の湿度センサ（図示せず）より構成されている。 そして比較的湿度が高い位置を検出することにより、 コントローラ 4 3において 水蒸気の貯蔵量が求められるようになつている。
水蒸気収容手段 2 1は蒸気配管 2 3、 自動開閉パルプ 4 4 a、 4 4 b、 自動外 気導入パルプ 4 5 a、 4 5 bを介し、 例えば熱利用手段と しての熱交換器 2 2、 2 6にそれぞれ接続されており、 各熱交換器 2 2、 2 6には排出手段としての吸 引ポンプ 2 5 bがそれぞれ接続されている。 そして自動開閉パルプ 4 4 a、 4 4 bを作動させると、 水蒸気が所定量導通したり、 あるいは停止状態となる一方、 自動外気導入パルプ 4 5 a、 4 5 bを開 * 閉すると、 外気 （図示せず） に開放 · 遮断状態となるように構成されている。
又、 水蒸気収容手段 2 1は蒸気配管 2 3、 自動.開閉パルプ 4 4 cを介し、 例え ば動力利用手段としての蒸気タービン 7 7に接続されている。 自動開閉パルプ 4 4 c近傍の蒸気配管 2 3には排出手段と しての吸引ポンプ 2 5 bが接続されて おり、 駆動開始時にこの吸引ポンプ 2 5 を駆動することにより、 蒸気配管 2 3 内に滞留している大気等のガスが排除されるようになつている。
コントローラ 4 3には信号線 4 6を介して水蒸気発生速度検出手段 4 1、 水蒸 気貯蔵量検出手段 4 2、 出力検出手段 （図示せず） が電気的に接続される一方、 コントローラ 4 3は信号線 4 6を介して吸引ポンプ 2 5 b、 自動開閉パルプ 4 4 a〜4 4 c、 自動外気導入パルプ 4 5 a、 4 5 bに電気的に接続されている。 こ れら水蒸気発生速度検出手段 4 1、 水蒸気貯蔵量検出手段 4 2、 コン トローラ 4 3、 パルプ 4 4 a〜 4 4 c、 4 5 a、 4 5 b等を含んで外気導入調整手段 4 0が 構成されている。 その他の構成は図 1に示したものと略同様であるので、 ここで はその構成の詳細な説明は省略することとする。 これら太陽熱集熱手段 1 0、 水 蒸気収容手段 2 1、 熱利用手段としての熱交換器 2 2、 2 6、 動力利用手段と し てのタービン 7 7、 吸引ポンプ 2 5 b、 外気導入調整手段 4 0等を含んで実施の 形態 （2 ) に係る太陽熱利用システムが構成されている。
以下、 このように構成された太陽熱利用システムの動作について説明する。 図 4は、 実施の形態 （2 ) に係る太陽熱利用システムにおける主として熱利用手段 に対するコントローラの動作を概略的に示したフローチャートである。 まずキー 入力してコントローラ 4 3の動作を開始すると、 熱交換器 2 2、 2 6、 蒸気ター ビン 7 7の出力を検出し、 この出力に相当する水蒸気使用量を演算する （ステツ プ （以下、 単に Sと記す） 1 ) 。 同時に、 検出手段 4 1により検出した水蒸気発 生速度と、 水蒸気貯蔵量検出手段 4 2により検出した水蒸気貯蔵量とに基づき、 水蒸気発生量を演算する （ S 2 ) 。 次に出力比に基づき、 熱交換器 2 2、 2 6、 蒸気タービン 7 7ごとに水蒸気の分配供給量を決定し （S 3 ) 、 この水蒸気の分 配供給量に基づいて自動開閉パルプ 4 4 a〜 4 4 cの開度をそれぞれ設定する ( S 4 )。次に S 5において、制御する対象が熱利用手段としての熱交換器 2 2、 2 6であるか否かを判断し、 キー入力がなされていないと判断すると蒸気タービ ン 7 7側の駆動を制御する。 一方、 キー入力がなされていて制御対象が熱交換器 2 2、 2 6であると判断すると、 S 7において熱交換器 2 2、 2 6への水蒸気の 分配供給量が水蒸気使用量より多いか否かを判断する。 そして水蒸気の分配供給 量が多いと判断すると、熱交換器 2 2、 2 6の駆動を開始 ·続行させる （ S 8 ) 。 一方、 水蒸気の分配供給量が不足すると判断すると、 S 9において熱交換器 2 2、 2 6の出力がそれぞれ基準能力よりオーバーしているか否かを判断する。 そ して例えば熱交換器 2 2の出力がオーバーしていると判断すると、 S 4で設定し た自動開閉パルプ 4 4 aの開度を設定値より所定量ほど絞りこみ、 熱交換器 2 2 への水蒸気の分配供給量を減少させる （S 1 0 ) 。 さらに S 1 1において熱交換 器 2 2の出力がまだオーバーしてるか否かを判断し、 オーバーしていないと判断 すると S 7に戻る一方、 依然オーバーしていると判断すると、 自動外気導入パル ブ 4 5 aを所定時間開いて所定量の大気を熱交換器 2 2内に導入して出力をス ローダウンさせた後、 S 7に戻る。
他方、 S 9において熱交換器 2 2、 2 6の出力がいずれもオーバーしていない (すなわち、 熱利用手段への水蒸気分配量が絶対的に不足気味である） と判断す ると、 S 1 3において、 予め決めておいた駆動の優先順位に基づき、 熱交換器 2 2、 2 6のいずれを優先させるかを判断し、 例えば熱交換器 2 2の駆動を優先す ると判断すると S 7に戻る。 そして S 1 4において熱交換器 2 6の駆動を停止す るキー入力がなされているか否かを判断し、 入力されていないと判断すると、 S 7に戻る。一方、入力されていると判断すると、 自動開閉パルプ 4 4 bを閉じ （S 1 5 ) 、 自動外気導入バルブ 4 5 bを開けると同時に、 吸引ポンプ 2 5 を作動 させて外気を導入し （S 1 6 ) 、 熱交換器 2 6の駆動を停止させる。
尚、 蒸気タービン 7 7側の詳細なフローチャートは示していないが、 コント口 ーラ 4 3を介し、 水蒸気発生量に応じて自動開閉パルプ 4 4 cの開度、 時間を調 整することにより、 蒸気タ一ビン 7 7の制御を行うことができる。
上記説明から明らかなように、 実施の形態 （2 ) に係る太陽熱利用システムで は、 外気導入調整手段 4 0を備えているので、 自動開閉パルプ 4 4 aを介して蒸 気供給量を調整することにより、 あるいは自動外気導入パルプ 4 5 aを介して所 定量の外気を導入することにより、 熱利用手段としての熱交換器 2 2の駆動を制 御することができると共に、 熱交換器 2 6の駆動を確実に停止させることができ る。
又、 水蒸気の発生量及び貯蔵量の変動に対応し、 駆動すべき所定の熱交換器 2 2、 2 6及ぴ蒸気タービン 7 7に所定流量の水蒸気を確実に分配 ·供給すること ができる。
尚、 上記実施の形態 （2 ) に係る太陽熱利用システムでは、 熱交換器 2 2、 2 6における水蒸気の供給側に、 外気を導入する自動外気導入パルプ 4 5 a、 4 5 bが配設されている場合について説明したが、 別の実施の形態では、 熱交換器 2 2、 2 6における水蒸気の排出側に、 自動外気導入パルプ 4 5 a、 4 5 bが配設 されてもよい。
又、 上記実施の形態 （ 2 ) に係る太陽熱利用システムでは、 コン トローラ 4'3 を用いてバルブ 4 4 a〜 4 4 c、 4 5 a、 4 5 b、 吸引ポンプ 2 5 bを自動的に 操作する場合について説明したが、 別の実施の形態では、 手動によりこれらの操 作を行ってもよい。
又、 上記実施の形態 （ 2 ) に係る太陽熱利用システムでは、 熱交換器 2 2、 2 6、 蒸気タービン 7 7を用いた場合について説明したが、 何らこれに限定される ものではない。 図示しないが別の実施の形態では、複数台の任意の熱利用手段や、 複数台の蒸気タービン等の動力利用手段や、 あるいは複数台の熱利用手段と複数 台の動力利用手段とを組み合わせてもよい。
又、 上記実施の形態 （2 ) に係る太陽熱利用システムでは、 水蒸気の発生量及 ぴ使用量を検出するのに、 検出手段 4 1、 4 2や出力の検出手段を用いた場合に ついて説明したが、 何らこれらに限定されるものではない。 例えば水蒸気発生速 度検出手段 4 1の代わりに、 日射量を検出するものであってもよい。
又、 上記実施の形態 （ 1 ) 、 （2 ) に係る太陽熱利用システムでは、 いずれも 太陽熱のみを利用する場合について説明したが、 別の実施の形態では、 輸送系 1 8内に別の加熱手段を補助的に挿入し、 水蒸気発生室 1 3で発生した略大気圧の 水蒸気をさらに過熱するようにしてもよい。
又、 水蒸気収容手段 2 1の近傍に低圧ボイラを設置し、 この低圧ボイラを別の 輸送系を介して水蒸気収容手段 2 1 (共に図 1 ) に接続し、 低圧ポイラで発生し た略大気圧の飽和水蒸気あるいは過熱水蒸気を水蒸気収容手段 2 1に補助的に 供給するようにしてもよい。
産 業 上 の 利 用 可 能 性
太陽熱エネルギを効率的、 かつ安価に回収し、 給湯、 温水プール、 冷暖房、 発 電等に利用することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 集熱体と断熱ケースとの間に形成され、 太陽熱により微小水滴を蒸発 させる水蒸気発生室と、
該水蒸気発生室内に微小水滴を供給する微小水滴供給手段とを備え、
前記水蒸気発生室で発生させた水蒸気を熱媒体と して利用することを特徴と する太陽熱利用システム。
2 . 金属板の一主面側に太陽光の吸収率が大きく、 赤外線の放射率が小さ い選択吸収膜が形成され、 前記金属板の他主面側に黒体化処理が施された集熱体、 該集熱体の前記他主面が下向きに取り付けられる略箱形状をした断熱ケース、 該断熱ケースと前記集熱体との間に形成された水蒸気発生室、
該水蒸気発生室内に微小水滴を供給する微小水滴供給手段、 及び
前記水蒸気発生室内で発生した水蒸気を系外に輸送する輸送系を含んで構成 された太陽熱集熱手段を備え、
前記水蒸気発生室内の水蒸気圧力を略大気圧に維持し得るように、 前記輸送系 の輸送抵抗が設定されていることを特徴とする太陽熱利用システム。
3 . 金属板の一主面側に太陽光の吸収率が大きく、 赤外線の放射率が小さ い選択吸収膜が形成され、 前記金属板の他主面側に黒体化処理が施された集熱体、 該集熱体の前記他主面が下向きに取り付けられる略箱形状をした断熱ケース、 該断熱ケースと前記集熱体との間に形成された水蒸気発生室、
該水蒸気発生室内に微小水滴を供給する微小水滴供給手段、 及び
前記水蒸気発生室内で発生した水蒸気を系外に輸送する輸送系を含んで構成 され、
前記水蒸気発生室内の水蒸気圧力を略大気圧に維持し得るように、 前記輸送系 の輸送抵抗が設定された太陽熱集熱手段と、
該太陽熱集熱手段の前記輸送系を介して接続され、 下部に大気に開放された開 口部を有し、 かつ上部に水蒸気収容部を有する水蒸気収容手段と、
該水蒸気収容手段に蒸気配管を介して接続される熱交換器等の熱利用手段及 ぴ 又は蒸気タービン等の動力利用手段と、
前記熱利用手段や前記蒸気配管に導入された水蒸気等のガスを排出する排出 手段とを備えていることを特徴とする太陽熱利用システム。
4 . 金属板の一主面側に太陽光の吸収率が大きく、 赤外線の放射率が小さ い選択吸収膜が形成され、 前記金属板の他主面側に黒体化処理が施された集熱体， 該集熱体の前記他主面が下向きに取り付けられる略箱形状をした断熱ケース、 該断熱ケースと前記集熱体との間に形成された水蒸気発生室、
該水蒸気発生室内に微小水滴を供給する微小水滴供給手段、 及び
前記水蒸気発生室内で発生した水蒸気を系外に輸送する輸送系を含んで構成 され、
前記水蒸気発生室内の水蒸気圧力を略大気圧に維持し得るように、 前記輸送系 の輸送抵抗が設定された太陽熱集熱手段と、
該太陽熱集熱手段の前記輸送系を介して接続され、 下部に大気に開放された開 口部を有し、 かつ上部に水蒸気収容部を有する水蒸気収容手段と、
該水蒸気収容手段に蒸気配管を介して接続される熱交換器等の熱利用手段及 び/又は蒸気タービン等の動力利用手段と、
前記熱利用手段や前記蒸気配管に導入された水蒸気等のガスを排出する排出 手段及び外気導入調整手段とを備えていることを特徴とする太陽熱利用システ ム。
5 . 前記外気導入調整手段が、 水蒸気の発生量及び前記水蒸気収容手段にお ける水蒸気の貯蔵量を検出する検出手段のデータに基づき、 コントローラにより 制御されるように構成されていることを特徴とする請求項 4記載の太陽熱利用 システム。
6 . 前記水蒸気発生室に水蒸気を撹拌する撹拌手段が装備されていること を特徴とする請求項 1〜 5のいずれかの項に記載の太陽熱利用システム。
7 . 前記微小水滴供給手段が、 撹拌手段と しても作用するように構成され ていることを特徴とする請求項 1〜 5のいずれかの項に記載の太陽熱利用シス テム。
8 . 前記集熱体の上方に、 該集熱体を覆う態様で、 光を透過する透過体を 備えていることを特徴とする請求項 1〜 7のいずれかの項に記載の太陽熱利用 システム。
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