(57)【要約】【課題】樹脂製の集熱管を備え且つ集熱管に流体を流通させて太陽熱を回収する平板型太陽集熱器であって、温度変化による集熱管のずれを防止できる太陽集熱器を提供する。【解決手段】太陽集熱器は、上面が透明な封止板で被われたケーシング１と、ケーシング１内の底側に配置された断熱材３と、当該断熱材の表側に配列された複数本の集熱管４と、これら集熱管を覆う状態に断熱材３の表側に配置された集熱板５とを備えた平板型太陽集熱器であり、各集熱管４は、断熱材３の表側に形成された溝に収容され、かつ、集熱板５は、断熱材３の表面に接着剤で貼着されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平な箱状に形成され且つ上面が透明な封止板で被われたケーシングと、前記封止板との間に空間を介して前記ケーシング内の底側に配置された発泡樹脂製の断熱材と、当該断熱材の表側に配列された複数本の樹脂製の集熱管と、これら集熱管を覆う状態に前記断熱材の表側に配置された集熱板とを備え、前記各集熱管に流通させた流体を太陽熱で加温する平板型太陽集熱器であって、前記各集熱管は、前記断熱材の表側に形成された溝に収容され、かつ、前記集熱板は、前記断熱材の表面に接着剤で貼着されていることを特徴とする太陽集熱器。
【請求項２】
集熱板が、金属シート／樹脂シート／金属シートの少なくとも３層の層構成を備えた複合板である請求項１に記載の太陽集熱器。
【請求項３】
各集熱管は、ケーシングの一辺部とこれに平行な他の一辺部との間で折り返され状態に配置されている請求項１又は２に記載の太陽集熱器。
【請求項４】
平面視した場合のケーシングの一辺部側の両隅部には、各集熱管に流体を分配する入口ヘッダー、および、各集熱管に流れた流体を集約する出口ヘッダーがそれぞれ設けられ、かつ、前記一辺部近傍には、バイパス管が配置され、前記入口ヘッダー、前記出口ヘッダー及び前記バイパス管の両端部に各設けられた接続口を利用して配管施工可能に構成されている請求項１〜３の何れかに記載の太陽集熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽集熱器に関するものであり、詳しくは、集熱管に流通させた流体を太陽熱で加温する平板型の太陽集熱器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
屋根、屋上あるいはベランダに設置される太陽集熱器は、流体を流通させて太陽熱を回収する装置であり、生活用水の加熱用、あるいは、空調用のヒートポンプの作動熱源として利用される。太陽集熱器の使用方法としては、水、不凍液などの熱媒体である流体をポンプで強制循環させる方式や、生活用水を直接通水して加温する方式があるが、設置の容易性や集熱効率の点から、平板型の集熱器が普及している。
【０００３】
一般的な平板型太陽集熱器は、扁平な直方体に外形を形成され且つ上面が透明なガラス等の封止板で被われたケーシングと、当該ケーシング内に配置されたシート状の断熱材と、断熱材の表側に配列された集熱管とを備えている。上記の太陽集熱器においては、ケーシングの気密性を高めたり、シート状断熱材の表面に反射板を配置する等、集熱量を高めるための種々の工夫が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２９３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような太陽集熱器においては、屋根やベランダに設置されるため、大型化を図るには一層の軽量化が必要であり、また、コストダウンを図るには安価な素材の利用も必要である。そして、これらの観点から、集熱管として、樹脂製の集熱管を使用することが考えられる。しかしながら、樹脂製の集熱管を使用した場合には、過度な温度上昇などにより集熱管が遊動すると言う問題がある。すなわち、温度変化によって集熱管が膨張、収縮を繰り返し、その結果、集熱管の位置ずれが生じ、これにより、集熱効率の低下すると言う問題がある。更には、集熱管の膨張や遊動に伴って集熱管が損傷する虞もある。
【０００６】
本発明は、上記の実情に鑑みなされたものであり、その目的は、樹脂製の集熱管を備え且つ集熱管に流体を流通させて太陽熱を回収する平板型太陽集熱器であって、温度変化による集熱管のずれを防止できる太陽集熱器を提供することにある。
【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、本発明においては、集熱管として、発泡樹脂製の断熱材および樹脂製の集熱管を使用すると共に、断熱材の表側に形成された溝に集熱管を収容し、かつ、集熱板を断熱材の表面に接着剤で貼着することにより、断熱材、集熱管及び集熱板を一体化してマット状に構成した。
【０００８】
すなわち、本発明の要旨は、扁平な箱状に形成され且つ上面が透明な封止板で被われたケーシングと、前記封止板との間に空間を介して前記ケーシング内の底側に配置された発泡樹脂製の断熱材と、当該断熱材の表側に配列された複数本の樹脂製の集熱管と、これら集熱管を覆う状態に前記断熱材の表側に配置された集熱板とを備え、前記各集熱管に流通させた流体を太陽熱で加温する平板型太陽集熱器であって、前記各集熱管は、前記断熱材の表側に形成された溝に収容され、かつ、前記集熱板は、前記断熱材の表面に接着剤で貼着されていることを特徴とする太陽集熱器に存する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の太陽集熱器によれば、断熱材の表側に形成された溝に集熱管が収容され、しかも、断熱材及び集熱板が接着剤で一体化されているため、集熱管の遊動を規制でき、温度変化による集熱管のずれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る太陽集熱器の主要な構成を示す平面図である。
【図２】本発明に係る太陽集熱器を２台配置する場合の施工例を示す平面図である。
【図３】本発明に係る太陽集熱器の内部構造を示す図であり、図１のＡ−Ａ線に沿って破断した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る太陽集熱器（以下、「集熱器」と略記する。）の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１２】
本発明の集熱器は、屋根、屋上、ベランダ等に設置される液体集熱式の平板型集熱器であり、流体として水や不凍液をポンプで強制循環させ、貯水槽やヒートポンプで流体の熱を利用するシステム、あるいは、生活用水を直接循環させて給湯設備として利用するシステムにおいて使用される。
【００１３】
本発明の集熱器は、平板型太陽集熱器であり、図１及び図３に示すように、扁平な箱状に形成され且つ上面が透明な封止板２で被われたケーシング１と、封止板２との間に空間を介してケーシング１内の底側に配置されたシート状の断熱材３と、当該断熱材の表側に配列された複数本の集熱管４と、これら集熱管４を覆う状態に断熱材３の表側に配置された集熱板５とを備えており、各集熱管４に流通させた流体を太陽熱で加温するようになされている。
【００１４】
ケーシング１の外殻部分は、通常、鋼板やアルミニウム合金板によって上端が開放された箱状に構成されされている。ケーシング１は、その平面形状を各種の形状に形成できるが、一般的には、扁平な直方体に外形を形成されている。図１に例示したケーシング１は、平面形状が長方形に形成されている。扁平な直方体に構成された場合、ケーシング１の一辺部の長さは１５０〜５０００ｍｍ程度、ケーシング１の高さ（厚さ）は３０〜１００ｍｍ程度である。
【００１５】
図３に示すように、ケーシング１の上面は、透明なガラス板や透明な樹脂板からなる封止板２で封止されている。好ましい態様において、封止板２は、ケーシング１に対して、蝶番などを使用して開閉可能に取り付けられている。封止板２が開閉可能に構成されていることにより、ケーシング１内に塵埃などが入り、集熱板５の表側や封止板２が汚れた場合でも、封止板２を開放して簡単に清掃することができる。
【００１６】
ケーシング１の底部には、発泡ポリスチレン等を成形してなる厚さ６〜７０ｍｍ程度のシート状の断熱材３が配置されている。図１に示すように、断熱材３の表側には、複数本の集熱管４が配列されており、これら集熱管４は、断熱材３の表側に例えばルーター加工により断面がＵ字状に形成された溝に収容されている。そして、各集熱管４の端部は、ケーシング１内に配置された後述する１組のヘッダー７，７に繋ぎ込まれている。
【００１７】
本発明においては、軽量化およびコストダウンを図るため、集熱管４は、ポリオレフィン系樹脂で構成されている。斯かる樹脂としては、例えば、架橋ポリエチレン、ポリブテン、ポリプロピレン、ポリエチレンが挙げられる。集熱管４の外径は３〜１６ｍｍ程度、内径は２〜１３ｍｍ程度に設計されている。また、各集熱管４は、ケーシング１の一辺部（例えば図１における上辺部）とこれに平行な他の一辺部（例えば図１における下辺部）との間で折り返された状態、換言すれば、蛇行した状態に配置されている。１本の集熱管４の長さは、２０００〜６０００ｍｍ程度である。上記のように、集熱管４を比較的細い管径で且つ長く設計することにより、集熱効率を高めることができる。
【００１８】
更に、集熱板５を介して集められた熱を効率的に流体に伝達するため、図３に示すように、集熱管４の直線部分は、金属製伝熱部材６に収容され、断熱材３の表側に一部を埋め込まれた状態に金属製伝熱部材６と共に上記の溝に収容されている。金属製伝熱部材６は、アルミニウム合金などからなり且つその長さ方向に直交する断面がＵ字状に形成されて上端に鍔が張出された樋状の部材である。
【００１９】
図３に示すように、断熱材３及び集熱管４の表面には集熱板５が配置されている。集熱板５としては、アルミニウムシート等の金属シートを使用することもできるが、好ましい態様においては、集熱器全体の剛性を高めるため、集熱板５は、合成樹脂シートの両面に金属シートを積層してなる複合板、すなわち、金属シート／樹脂シート／金属シートの少なくとも３層の層構成を備えた複合板で構成されている。
【００２０】
上記のような複合板としては、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）等からなる厚さ約０．１〜０．５ｍｍのシートと、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂からなる約０．６〜１．０ｍｍの芯材としてのシートとを積層したものが挙げられる。斯かる複合板は、溶融押出しされた合成樹脂シートの両面にアルミニウムシートを重ね合わせ、回転ロールの間に通過させ且つ接着剤を使用して密着することにより製造される。斯かる複合板としては、例えば三菱樹脂社製の「アルポリック」（登録商標）が挙げられる。
【００２１】
本発明の集熱器において、各集熱管４は、断熱材３の表側に形成された上記の溝に収容され、しかも、集熱板５は、断熱材３の表面に接着剤で貼着されている。斯かる接着剤としては、耐熱性や耐久性がある接着剤を使用することが好ましく、無溶剤、スチレン／金属界面の接着に優れているものがよい。例えば、湿気硬化型ポリウレタン樹脂系ホットメルト接着剤、熱硬化型エポキシ樹脂系ホットメルト接着剤、二液反応型エポキシ樹脂系接着剤、二液反応型アクリル樹脂系接着剤、フェノール系構造用接着剤等が使用される。断熱材３、金属製伝熱部材６及び集熱板５が上記の接着剤により一体化され、全体としてマット状に構成されていることより、熱によって膨張した際の集熱管４の遊動を規制し、熱によって生じる断熱材３の反りを防止することができる。しかも、集熱板５として剛性の高い複合板を使用した場合には、一層確実に集熱管４を固定でき且つ断熱材３を補強できる。
【００２２】
また、本発明の集熱器においては、複数の集熱管４に均一に流体を流通させるため、図１に示すように、平面視した場合の前記ケーシングの一辺部側（図１における上辺部側）の両隅部にそれぞれヘッダー７，７が配置されている。一方のヘッダー７１（図１における例えば左側のヘッダー）が各集熱管４に流体を分配する入口ヘッダーであり、他方のヘッダー７２（図１における例えば右側のヘッダー）が各集熱管４に流れた流体を集約する出口ヘッダーである。各ヘッダー７は、集熱管４を接続するためのタケノコ管と、流体供給用または流体取出用の配管や連結用の配管を接続するための接続口とを備えている。斯かるヘッダー７の接続口としては、施工性を高める観点から、例えばＯリングによる止水機構を有し且つクリップで係止する構造を備えた所謂ワンタッチカプラーが使用される。なお、各ヘッダー７の配管接続用の接続口は、ケーシング１の背面に向けて設けられている。
【００２３】
ところで、太陽集熱器において、ケーシング１の一辺部（一方の側面部）とこれに平行な他方の一辺部（他方の側面部）とにそれぞれ配管の接続口（流体の入口および出口）を設けた場合には、流体供給用の配管と流体取出用の配管の何れかは太陽集熱器の本体をその幅または長さ分だけ迂回させる状態に引き回して接続しなければならず、例えばベランダの柵の外面に取り付けようとした場合などに施工性に欠ける。
【００２４】
そこで、図１に示すように、ケーシング１の一辺部近傍には、バイパス管８が配置されている。斯かるバイパス管８は、ケーシング１の裏面や上端部などのケーシング１の外側に配置することもできるが、通常、ケーシング１の内部、例えば断熱材３の表面に配置されている。すなわち、各ヘッダー７に隣接してバイパス管８が配置されている。斯かるバイパス管８は、流体供給用または流体取出用の配管や連結用に配管の引き回しを少なくするための代替の流路として使用される。バイパス管８の両端部には、上記のヘッダー７と同様に、流体供給用または流体取出用の配管や連結用の配管を接続するための同様の接続口が備えられており、これら接続口は、ケーシング１の背面に向けて設けられている。
【００２５】
本発明の集熱器は、上記のような入口ヘッダー７１、出口ヘッダー７２及びバイパス管８の両端部にそれぞれ設けられた接続口を利用して、流体供給用または流体取出用の配管や連結用の配管を施工するように構成されている。
【００２６】
具体的には、図１に示すように、集熱器の配管施工においては、一方のヘッダー７（入口ヘッダー７１）の接続口に流体供給用の配管９１を繋ぎ込み、他方のヘッダー７（出口ヘッダー７２）の接続口に連結用の配管９３の一端を繋ぎ込み、バイパス管８の一端の接続口（図１においてバイパス管８の右側の接続口）に連結用の配管９３の他端を繋ぎ込む。そして、バイパス管８の他端の接続口（図１においてバイパス管８の左側の接続口）には、流体取出用の配管９５を繋ぎ込む。これにより、配管９１，ヘッダー７１、集熱管４、ヘッダー７２、配管９３、バイパス管８及び配管９５が順次に接続された流体の流路を構成することができる。
【００２７】
すなわち、本発明の集熱器においては、ケーシング１の一方の側面側（図１において左側）に流体供給用の配管９１及び流体取出用の配管９５を伸長し、これらを入口ヘッダー７１及びバイパス管８の他端に繋ぎ込み、また、ケーシング１の他方の側面側（図１において右側）において連結用の配管９３で出口ヘッダー７２とバイパス管８の一端を連結することにより、流体の循環路を直ちに構成でき、極めて容易に配管施工することができる。換言すれば、流体供給用および流体取出用の配管を施工する際、ケーシング１を迂回させる必要がなく、簡単に配管施工できる。特に、ベランダの柵に集熱器を懸架する場合には、ケーシング１の上部に配置された各接続口を利用するだけで、ベランダの内側から安全に配管を施工できる。
【００２８】
また、本発明の集熱器は、複数基を直列に連結することにより、集熱容量を簡単に増大させることができる。例えば、図２に示すように、２基の集熱器を使用する場合には、配管施工において、１基目の集熱器（図２において左側の集熱器）の一方の入口ヘッダー７１の接続口に流体供給用の配管９１を繋ぎ込み、１基目の集熱器の他方の出口ヘッダー７２の接続口と２基目の集熱器（図２において右側の集熱器）の一方の入口ヘッダー７１の接続口とを連結用の配管９２で連結する。更に、２基目の集熱器の他方の出口ヘッダー７２の接続口と２基目の集熱器のバイパス管８の一端の接続口（バイパス管８の右側の接続口）とを連結用の配管９３で連結し、２基目の集熱器のバイパス管８の他端の接続口（バイパス管８の左側の接続口）と１基目の集熱器のバイパス管８の一端の接続口（バイパス管８の右側の接続口）とを連結用の配管９４で連結する。そして、１基目の集熱器のバイパス管８他端の接続口（バイパス管８の左側の接続口）に流体取出用の配管９５を繋ぎ込む。
【００２９】
これにより、配管９１から供給した流体が１基目の集熱器、配管９２、２基目の集熱器を順次に流れ、２基目の集熱器のバイパス管８、配管９４、１基目の集熱器のバイパス管８を経由して配管９５から取り出される直列の流路を構成することができる。そして、図２に示す態様においても、ケーシング１を迂回させることなく、流体供給用および流体取出用の配管を施工することができ、施工性を飛躍的に向上できる。また、ベランダの柵に集熱器を懸架する場合にも、図１の態様と同様に、ベランダの内側から安全に配管を施工できる。
【００３０】
上記のように、本発明の集熱器は、断熱材３の表側に形成された溝に集熱管４が収容され、しかも、断熱材３、集熱板５が接着剤で一体化されているため、温度変化による集熱管４の遊動を規制でき、集熱管４のずれを防止することができる。また、ケーシング１の一辺部側の両隅部に入口ヘッダー７１及び出口ヘッダー７２がそれぞれ設けられ、前記の一辺部近傍にバイパス管８が配置されている場合には、入口ヘッダー７１、出口ヘッダー７２及びバイパス管８を利用して流体の循環路を直ちに構成できるため、施工性を飛躍的に向上できる。
【符号の説明】
【００３１】
１  ：ケーシング
２  ：封止板
３  ：断熱材
４  ：集熱管
５  ：集熱板
６  ：金属製伝熱部材
７  ：ヘッダー
８  ：バイパス管
９１：配管（流体供給用）
９２：配管（連結用）
９３：配管（連結用）
９４：配管（連結用）
９５：配管（流体取出用）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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