(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管と外管で構成され、内管と外管の隙間を真空層にし、端末の一方を閉構造の端末（以後閉端末と表現する）に、他方を開構造の端末（以後開端末と表現する）とした二重ガラス集熱管（１）に、開端末と接する面に開端末の内径よりも小さな内径の丸穴（以後接続口と表現する）を開端末の内周と接続口（３）の内周が最も接近する位置（以後内接点と表現する）に内接するように開けた接続金具（２）で開端末を封印した集熱管ユニットを複数台用意し、それぞれを開端末方向から見て内接点が最上部の位置になるように並列に配置し、それぞれの集熱管ユニットの接続口（３）を連結管（５）で連結したことを特徴とする真空管式太陽熱集熱器。
【請求項２】
前記真空管式太陽熱集熱器の連結管（５）に熱媒体を循環させるようにした太陽熱集熱システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽熱を効率よく集熱するための太陽熱集熱器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の真空管式太陽熱集熱器は図２のごとく二重ガラス集熱管１の内管６の内側にアルミフィン７付きの銅管８を配置していた。太陽熱２０は二重ガラス集熱管１の内管６で集熱され、空気層１１を通過してアルミフィン７に伝熱し、さらに銅管８に伝熱し、そして、熱媒体９を加熱していた。
【０００３】
【問題が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の方法では熱が太陽熱２０から熱媒体９に伝わるため▲１▼太陽熱２０を二重ガラス集熱管１の内管６で集熱する。
▲２▼内管６から空気層１１を通して、伝導と輻射により、アルミフィン７に伝熱する。
▲３▼アルミフィン７から銅管８に伝熱する。
▲４▼銅管８から熱媒体９に熱交換する。
という四工程の熱伝達が繰り返され、各工程で熱伝達の温度差が必要となり、結果的に二重ガラス集熱管１の内管６で高温集熱しても、熱媒体９の温度は１０℃以上も下がってしまい、温度低下を招くとともに集熱効率を低下させていた。
また、内管６の内側に熱媒体９が往復する銅管８を内蔵する構造のため、どうしても細い銅管８を使用する必要があり、これにより、熱媒体９への水流抵抗が大きくなり、銅管８が水流により削られ、穴があいて破損する事故があり、耐久性に問題があった。
さらに、部品として単価の高いアルミフィン７と銅管８を使っているため、この材料と加工費が製造コストの大きな上昇をまねいていた。
このため、従来の技術では低効率で耐久性が無い高コストの太陽熱集熱システムとなり、太陽熱集熱システムの販売及び普及を妨げていた。
【０００４】
【問題を解決するための手段】
本発明はこれらの問題を自然の法則を利用し、もっとも合理的な方法で解決したものである。
まず、その構成を説明すると、内管６と外管１２で構成され、内管６と外管１２の隙間を真空層１０にし、端末の一方を閉端末１３に、他方を開端末１４とした二重ガラス集熱管１に、開端末１４と接する面１７に接続口３を内接点１５に内接するように開けた接続金具２で開端末１４を封印した集熱管ユニットを複数台用意し、それぞれを開端末１４方向から見て内接点１５が最上部の位置になるように並列に配置し、それぞれの集熱管ユニットの接続口３を連結管５で連結したことを特徴とする真空管式太陽熱集熱器により解決するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
実施例をもとに、この真空管式太陽熱集熱器の効果を説明すると、
まず、本発明の真空管式太陽熱集熱器の実施形態を模式的に表現した構成図である図１のごとく、二重ガラス集熱管１、接続金具２、接続口３、とこれらを連結している連結管５で構成されている。二重ガラス集熱管１は二重ガラス集熱管１の縦方向の断面図である図４のごとく、内管６と外管１２で構成され、内管６と外管１２の隙間を真空層１０にし、端末の一方を閉端末１３に、他方を開端末１４とする。接続金具２の材料は真鍮で、接続金具２の（ａ）正面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図である図５のように、開端末１４と接する面１７に開端末１４の内径１６よりも小さな内径の丸穴の接続口３を開端末１４の内周１６に接続口３の内周が最も接近する内接点１５で内接するように開けてある。集熱管ユニットの縦方向の断面図である図３のように二重ガラス集熱管１と接続金具２を開端末１４にシーリング材２２で封印した集熱管ユニットを複数台製作する。この集熱管ユニットを図１のように開端末１４の方向から見て内接点１５が最上部になるようにそれぞれ並列に並べ、銅管の連結管５でそれぞれの接続口３と溶接し、連結することにより本発明の真空管式太陽熱集熱器が完成する。
【０００６】
設置例として、本発明の真空管式太陽熱集熱器は、開端末１４方向を上に、閉端末１３を下に、本発明の真空管太陽熱集熱器の縦方向の断面図である図６のように屋根の上に設置される。従って、連結管５に冷たい熱媒体を通水すると冷たい熱媒体は比重が重いため、重力により接続口３の内面下部から接続金具２の開端末１４と接する面１７で段差により、急激に集熱管に落ち込み、内管６下面を冷たい熱媒体の流れ１８の矢印のように最下部へと自然の法則で移動する。熱媒体は太陽熱２０により内管６上面で直接、しかも、連続的に暖められ内管６上面を上方向に加熱されながら比重が軽くなり、加速度的に内管６の上面に沿って温められた熱媒体の流れ１９の矢印のように上昇する。開端末１４の内周１６と接続口３の内周は最上部で内接する内接点１５に設けられているので、この加熱され、上昇してきた熱媒体は、管路の抵抗を受けずに、接続口３の上面を通過し、接続管５内の上部に戻ってくる。
つまり、二重ガラス集熱管１の内管６内で太陽熱２０により加熱され、自然対流する熱媒体に、接続口３内面下部から接続金具２の開端末と接する面１７で段差により急激に落ち込む加速度を与え、なおかつ、上昇してきた熱媒体は、管路の抵抗を受けずに、接続口３の上面を通過し、接続管５内の上部に戻ってくる構造となっている。この連結管５の熱媒体を次の集熱管ユニットに移動させることにより、集熱が繰り返され、連結管５出口では太陽熱２０で十分に加熱された熱媒体を得ることができるようになる。
連結管５の熱媒体を移動させる手段としては一般的に循環ポンプによる方法がとられている。
本発明の真空管式太陽熱集熱器の連結管５に配管を接続し、熱媒体を循環させるようにすることにより、給湯、暖房利用への太陽熱集熱システムができるようになる。
【０００７】
【発明の効果】
この発明により、従来
▲１▼太陽熱２０を二重ガラス集熱管１の内管６で集熱する。
▲２▼内管６から空気層１１を通して伝導と輻射により、アルミフィン７に伝熱する。
▲３▼アルミフィン７から銅管８に伝熱する。
▲４▼銅管８から熱媒体９に熱交換する。
四工程必要であった集熱プロセスが
▲１▼太陽熱２０を二重ガラス集熱管１の内管６で集熱する。
▲２▼熱媒体に直接熱伝導され熱交換する。
上記の二工程に短縮され、無駄な熱伝達、熱交換が不要となるので、高温、高効率の太陽熱集熱ができるようになる。
また、内管６内部の水流は自然循環で行われ、集熱管内部にアルミフィン７、銅管８を使う必要が無くなるので材料の破損、劣化が無くなり耐久性が増すとともに、材料、加工費が不要になり、製造コストを大幅に低減できるようになる。
本発明の真空管式太陽熱集熱器の連結管５に配管を接続し、熱媒体を循環させるようにすることにより、高温、高効率、低コストの太陽熱集熱システムが完成され、熱媒体を直接、間接的に利用することにより、給湯、暖房への利用と普及が可能となる。これにより、自然、無公害、無尽蔵、無料のクリーンな太陽エネルギーを有効利用することが出来るようになり、地球環境問題の解決に多少なりとも効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空管式太陽熱集熱器の実施形態を模式的に表現した構成図である。
【図２】従来の真空管式太陽熱集熱器を輪切りにした断面図である。
【図３】集熱管ユニットの縦方向の断面図である。
【図４】二重ガラス集熱管１の縦方向の断面図である
【図５】接続金具２の（ａ）正面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の真空管太陽熱集熱器の縦方向の断面図である。
【符号の説明】
１  二重ガラス集熱管
２  接続金具
３  接続口
４  集熱管ユニット
５  連結管
６  内管
７  アルミフィン
８  銅管
９  熱媒体
１０  真空層
１１  空気層
１２  外管
１３  閉端末
１４  開端末
１５  内接点
１６  開端末１４の内周
１７  開端末１４と接する面
１８  冷たい熱媒体の流れ
１９  温められた熱媒体の流れ
２０  太陽熱
２１  外管１２の外周
２２  シーリング材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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