(57)【要約】【課題】この発明は、温水パネル本体の角度制御などの複雑かつ高価な機構を必要とせず、簡易な構成で、効果的に水を加熱できる太陽光温水器を提供することを目的とする。【解決手段】上記の課題を解決するために、本発明に係る太陽光温水器１は、通水管３と、通水管３上に設けられた複数の受光部材５と、受光部材５上に設けられた球状レンズ４を有し、受光部材５は球状レンズ４の焦点位置に沿った球面を有するものであり、球状レンズ４によって太陽光の入射方向がある程度斜めになっていても、ほとんどすべての入射光を導入し、受光部材の球面上に集める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通水管と、通水管上に設けられた複数の受光部材と、受光部材上に設けられた球状レンズを有し、受光部材は球状レンズの焦点位置に沿った球面を有する太陽光温水器。
【請求項２】
パネル筐体と、パネル筐体内に設けられた保温材と、パネル筐体の上部に設けられた透明板を有し、球状レンズと受光部材を有する複数の通水管が保温材上に設置されている請求項１に記載の太陽光温水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽光を用いて温水を供給する太陽光温水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光温水器は電力や燃料を使用しない温水供給装置として広く普及している。主に家屋の屋根で、太陽光を受けるのに適した位置に設置されている。しかし、全ての建物が、太陽光を受けるのに理想的な方角に向いた屋根を有しているわけではない。また、太陽光の入射方向は時間により変化するとともに、季節によっても変化する。したがって、太陽光温水器の受光面が太陽光の入射方向に対して垂直であるのは、きわめて短い時間である。
【０００３】
そこで、特許文献１などでは、リニアレンズを太陽光温水器の上に並べて太陽光の入射方向の変化に対応することが記載されている。また、特許文献２には、凸レンズによって集光することが記載されている。
【特許文献１】特開２００８−２１６７１７号公報
【特許文献２】特開２００６−３４９３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のリニアレンズでは、リニアレンズの長手方向に直行する向きでの入射角変化に対応することができるが、長手方向に沿った入射角変化に追随することはできない。
【０００５】
一方、特許文献２に記載の凸レンズでは、入射方向がどちらに変化してもある程度は追随できる。しかし、特許文献２に記載されている曲率半径が大きく薄い凸レンズ（たとえば同文献の図２）では、焦点距離が長くなり、温水が通る配管との距離を大きくとらなければならない。したがって、狭い範囲の入射角変化にしか追随できない。また、十分な光を受光するためには、広い面積のレンズが必要となり、温水器の設置面積に対して少ない温水管しか配置できない。この点は特許文献１に記載の発明も同様である。
【０００６】
この発明は、温水パネル本体の角度制御などの複雑かつ高価な機構を必要とせず、簡易な構成で、効果的に水を加熱できる太陽光温水器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る太陽光温水器は、通水管と、通水管上に設けられた複数の受光部材と、受光部材上に設けられた球状レンズを有し、受光部材は球状レンズの焦点位置に沿った球面を有する。パネル筐体と、パネル筐体内に設けられた保温材と、パネル筐体の上部に設けられた透明板を有し、球状レンズと受光部材を有する複数の通水管が保温材上に設置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る太陽光温水器は、通水管上に設けられた複数の受光部材と、受光部材上に設けられた球状レンズによって、太陽光の入射角が変化しても良好に受光することができ、効果的に加熱することができる。焦点距離が小さいので、球状レンズを通水管に近接して設けることができ、通水管同士を狭い間隔で配置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この発明を実施するための最良の形態について、図面に基づいて説明する。図１は太陽光温水器を示す平面図、図２はその拡大断面図、図３は球状レンズと受光部材の断面図である。
【００１０】
太陽光温水器１は、箱状のパネル筐体２の中に複数本の通水管３を所定の間隔で備えている。空気の対流防止のためにパネル筐体２の底部には綿状の保温材１２が敷かれており、その保温材１２の上に通水管３が置かれている。パネル筐体２の上にはガラス板などの透明板１３が置かれている。
【００１１】
通水管３は金属など熱伝導のよい素材よりなり、ここでは内径１４ｍｍ、外径１６ｍｍの円形の銅製のパイプを使用している。外部は熱を吸収するように黒色に塗装されている。
【００１２】
通水管３には多数の球状レンズ４がレンズ保持部材５を介して取り付けられている。球状レンズ４はガラスなど屈折率の高い透明な素材でつくられた球状の部材である。したがって、普通に使用されている曲率半径が大きく薄いレンズとは異なる。通常のレンズは球面のレンズ面を有するが、その球面は曲率半径に比較してきわめて小さい立体角しか有しない。この発明の球面レンズは実質的に球状である。ここでは、ビー玉として入手が容易な直径１０．１ｍｍ〜１０．２ｍｍのガラス玉を使用した。この場合、その焦点位置は表面から３ｍｍ程度はなれたところになる。
【００１３】
レンズ保持部材５も銅など熱伝導性の高い素材で作られていて、黒色に塗装されている。レンズ保持部材５は概ね円錐状に開いたレンズ保持部６と、球面状の底部７を有する。そして、この底部が球状レンズの焦点位置に沿った球面を有する受光部材として作用する。すなわち、底部７の曲面は実質的に球状レンズと同心の球面であり、その曲率半径は球状レンズの中心から焦点位置までの距離と実質的に等しい。レンズ保持部６は球状レンズ４に接しており、球状レンズ４を支持する。ここで、球状レンズ４の上半分あるいはそれより大きい表面が外部に露出するように取り付けることが好ましい。
【００１４】
通水管３にはレンズ保持部材５を取り付けるための孔が設けられており、この孔を通して底部７が通水管３の中に入り込んでいる。
【００１５】
レンズ保持部材５および球状レンズ４は１本の通水管３の上に２列で、千鳥状に並べられている。レンズ保持部材５および球状レンズ４は、なるべく間隔が狭くなるように、近接させることが好ましい。ここでは３００ｍｍ程度の長さにおいて２３個程度のレンズ保持部材５および球状レンズ４が配置されている。この球状レンズ４はその大きさに比べて焦点距離が短く、通水管３に近接して設けることができる。したがって、通水管３同士も短い間隔で配置でき、パネル筐体２内に高密度で配置することができる。
【００１６】
保温材１２はガラスウールなど、断熱性・保温性の高い綿状の部材を使用している。通水管３の下半分、あるいはそれより上まで覆うことが好ましい。
【００１７】
通水管３の上部には上部通水管８が水平に設けられており、通水管３の上端部はこの上部通水管８に接続されている。また、通水管３の下部には下部通水管９が水平に設けられており、通水管３の下端部はこの下部通水管９に接続されている。さらに、上部通水管８は排水管１０に接続され、下部通水管９は給水管１１に接続されている。
【００１８】
ついで、この太陽光温水器１の作用について説明する。太陽光温水器１は家屋の屋根など、日当たりのよい場所に設置される。上部通水管８のある側が上になるように設置する。
【００１９】
給水管１１を介して外部より水を導入する。この水は下部通水管９を通って、通水管３の内部に供給される。
【００２０】
通水管３に到達する光のうち相当の部分は、球状レンズ４に入射する。球状レンズ４の大部分は外部に露出しているので、入射方向がある程度斜めになっていても、ほとんどすべての入射光を導入し、焦点ｆ１に集める。焦点ｆ１においてレンズ保持部材５は強く加熱され、さらに、通水管３内の水も加熱される。
【００２１】
時間の経過や季節の変化によって、太陽光の入射方向が変化する。他の方向から光が入射すれば、焦点位置がｆ２に移動する。しかし、この焦点ｆ２も球面状の底部６上にあるので、レンズ保持部材５は強く加熱される。一年の日照時間の大部分において、この底部６は多くの光を吸収することができ、レンズ保持部材５は効果的な受光部材として作用する。
【００２２】
加熱された通水管３の水は、上部通水管８を介して配水管１０に集められ、温水として供給される。
【実施例１】
【００２３】
この発明の実施例について説明する。上述の太陽光温水器を愛媛県新居浜市土橋地区に設置して試験を行った。通水管３は、内径１４ｍｍ、外径１６ｍｍの銅管であり、外部は黒色に塗装してある。また、球状レンズ４として直径１０．１〜１０．２ｍｍのガラス玉を使用した。
【００２４】
さらに、比較例として、球状レンズ４やレンズ保持部材５を設けてない銅管も、実施例の通水管３と並べて、パネル筐体内に設置した。この比較例の銅管の内径・外径は実施例の通水管３と同じであり、同様の塗装が施されている。
【００２５】
太陽光温水器を日当たりのよい場所に設置し、平成２０年８月において試験を行った。日の出から日没までの間に、実施例の通水管３および比較例の銅管の内部の水の温度を定期的に測定した。
【００２６】
日照時間中のほとんどにおいて、実施例の通水管３の水が比較例の銅管の水よりも高温であった。温度差は大きいときで５〜６℃程度あり、この発明の太陽光温水器が効率的に太陽光を吸収し、高い温水供給力を有することが明らかになった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】太陽光温水器を示す平面図である。
【図２】同拡大断面図である。
【図３】球状レンズと受光部材の断面図ある。
【符号の説明】
【００２８】
１．太陽光温水器
２．パネル筐体
３．通水管
４．球状レンズ
５．レンズ保持部材（受光部材）
１２．保温材
１３．透明板（ガラス板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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