(57)【要約】【課題】測定対象とする太陽熱利用システムの集熱器の最大寸法に応じて人工太陽光源を用意すると、試験設備の導入費、維持費、運転費の高騰を招く。【解決手段】本発明は、人工太陽を用いた太陽熱利用システムの屋内試験装置を、第１の回転軸の周りに集熱器の載置面の傾斜角度を変更可能な架台と、前記第１の回転軸と平行方向に送風する送風口を有する送風ユニットであって、その送風幅が前記架台に搭載された前記集熱器が床面に対して傾斜する側の側面寸法よりも広く、かつ、前記第１の回転軸と同軸線上に配置した第２の回転軸を中心に前記架台の傾斜角度と同じ角度で前記送風口を傾斜可能な送風ユニットで構成する。【選択図】図２
2014206294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の回転軸の周りに集熱器の載置面の傾斜角度を変更可能な架台と、
前記第１の回転軸と平行方向に送風する送風口を有する送風ユニットであって、その送風幅が前記架台に搭載された前記集熱器が床面に対して傾斜する側の側面寸法よりも広く、かつ、前記第１の回転軸と同軸線上に配置した第２の回転軸を中心に前記架台の傾斜角度と同じ角度で前記送風口を傾斜可能な送風ユニットと
を有する人工太陽を用いた太陽熱利用システムの屋内試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工太陽を用いた太陽熱利用システムの屋内試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱利用システムは、日射条件の良い場所に設置された１又は複数枚の集熱器と、集熱器で集めた熱エネルギーを蓄える蓄熱槽と、それらを連結する配管部材等で構成される。蓄熱槽から送り出された熱媒体は、集熱器において加温された後、配管を通じて蓄熱槽に戻り、給湯や冷暖房等に活用される。
【０００３】
現在、太陽熱利用システム全体の集熱性能を客観的に測定できる施設が求められている。特に、人工太陽等を利用した屋内試験装置は、測定結果の客観性や再現性に優れている。ところで、屋内試験装置では、太陽熱利用システムの集熱性能を、集熱器のさまざまな設置角度について測定する必要がある。この際、試験結果を安定させるために集熱器周りの風速を、集熱器の設置角度に関わらず、できるだけ同じ条件に保つ必要がある。
【０００４】
図１に、太陽熱利用システムの一例と、その集熱性能を測定する屋内試験装置の側面構成を示す。図１に示す太陽熱利用システムは、１つ又は複数の集熱器１１と、前記熱媒体又は当該熱媒体により温められた温水を蓄える蓄熱槽１２と、熱媒体を循環させる配管１３と、蓄熱槽１２や混合弁１６に接続される冷温水供給装置１４と、前記熱媒体の循環や蓄熱を制御する制御盤１５と、混合弁１６とで構成される。一方、屋内試験装置は、人工太陽光源１と、送風ユニット２と、架台３と、全天日射計４と、室温センサー５と、蓄熱槽出口温度センサー６と、使用流量計７とを備える。図１に示すように、送風ユニット２は、集熱器１１の集熱面（すなわち傾斜面）と対面するように配置される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の通り、太陽熱利用システムを構成する集熱器１１の設置角度はさまざまである。様々な設置角度に対応し得るように、従来型の屋内試験装置では、壁一面に送風機をマトリクス状に送風ユニット２を設置する必要がある。しかし、このような送風ユニット２の設置構成は、導入費、維持費、運転費（例えば光熱費）が大きい問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者は、太陽熱利用システムを構成する集熱面の設置角度や水平方向の寸法によらず、従来装置に比して小規模かつ諸コストを抑制できる屋内試験装置を提案する。本発明書には、本発明者が提案する解決手段が複数含まれているが、その一つは、特許請求の範囲の請求項１に記載の人工太陽を用いた太陽熱利用システムの屋内試験装置である。すなわち、第１の回転軸の周りに集熱器の載置面の傾斜角度を変更可能な架台と、前記第１の回転軸と平行方向に送風する送風口を有する送風ユニットであって、その送風幅が前記架台に搭載された前記集熱器が床面に対して傾斜する側の側面寸法よりも広く、かつ、前記第１の回転軸と同軸線上に配置した第２の回転軸を中心に前記架台の傾斜角度と同じ角度で前記送風口を傾斜可能な送風ユニットとを有する人工太陽を用いた太陽熱利用システムの屋内試験装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、送風ユニットの送風口の傾斜角度を集熱器の傾斜角度と一致させた状態で、集熱器の傾斜する側面側から空気を流すことができる。このため、本発明は、従来装置のように壁一面に送風機を配列する必要がなく、従来装置に比して送風ユニットの小型化を実現できる。また、送風ユニットが小型化する分、諸コストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】太陽熱利用システムと屋内試験装置の従来の配置関係を説明する側面図。
【図２】本実施例に係る屋内試験装置における集熱器と送風ユニットの位置関係を説明する図。
【図３】送風ユニットの正面構成を説明する図。
【図４】集熱器を載置する載置部の平面構成と架台の側面構成を示す図。
【図５】架台のＸ軸−Ｚ軸面の構成を示す図。
【図６】架台の本体台座に取り付ける金網を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。なお、本発明の実施例は、後述する実施例に限定されるものでなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
【００１０】
図２に、測定対象である太陽熱利用システムの集熱器１１を載置する架台３０と、人工太陽を用いてその集熱性能を測定するシステム（以下「集熱性能測定システム」又は単に「測定システム」という）の送風ユニット２０の位置関係を示す。
【００１１】
図２（Ａ）は、天井方向から測定時の集熱器１１と送風ユニット２０の位置関係を見た図（平面図）である。図２（Ｂ）は、送風ユニット２０の送風方向２１（Ｙ軸方向）を側面から見た図（側面図）である。本実施例の場合、人工太陽源１は天井に配置する。なお、人工太陽源１は、集熱器１１の傾斜角度に応じて傾斜できるように天井に取り付けても良い。
【００１２】
図２の場合、集熱器１１は、床面に対して平行となるように、架台３０の載置面に載置されている。本実施例の場合、架台３０の載置面は、仮想の回転軸４０を中心に任意の角度だけ傾斜することができる。例えば０°（集熱器１１が床面と平行）から４０°まで一定角度単位で傾斜できる。図２（Ｂ）に示すように、送風ユニット２０の送風方向２１（Ｙ軸方向）と回転軸４０とは平行である。すなわち、送風ユニット２０は、従来装置（図１）とは異なり、集熱器１１の側面のうち床面に対して傾斜する側面（以下「傾斜側面」という）の側に配置される。
【００１３】
本実施例の場合、送風ユニット２０の送風口も、仮想の回転軸４０を中心に、架台３０の載置面と同じ角度だけ任意に傾斜させることができる。このため、本実施例の場合、送風ユニット２０は、床面に対する集熱器１１の傾斜角度が何度でも、集熱器１１の集熱面に沿うように一定の風量を送風することができる。図２においては、１枚の集熱器１１が測定対象である場合を示しているが、複数枚の集熱器１１を架台３０の載置面に載置することもできる。その場合には、Ｙ軸方向の寸法がＸ軸方向の寸法よりも長い大型の架台３０を用いても良いし、複数台の架台３０を用意して複数枚の集熱器１１を載置面に載置しても良い。
【００１４】
図３に、送風ユニット２０の正面構成を示す。送風ユニット２０は、中が空洞の送風筒２３の後端側開口に３台の送風機２２を一列に配置した構成を有している。送風筒２３は、開口断面が矩形形状を有し、送風口となる前方側開口が集熱器１１の傾斜側面を向いて配置されている。なお、送風筒２３の後端側の開口断面は、送風口側の開口断面よりも小さい。本実施例の場合、３台の送風機２２と送風筒２３は一体であり、仮想の回転軸４０と同軸に位置決めされた回転軸２８を中心に任意の角度だけ傾斜可能に、本体台座２４に取り付けられた立方枠体２５（図３では図示せず）に取り付けられている。回転軸２８の一端は本体台座２４や立方枠体２５等の固定部に固定されている。本実施例では、３台の送風機２２と送風筒２３が一体化された構成を送風ブロック２６と呼ぶ。なお、送風口のＸ軸方向の寸法（すなわち送風幅）は、集熱器１１の傾斜側面の寸法よりも広く設定する。本実施例では、送風口のＸ軸方向の寸法を、集熱器１１の傾斜側面の寸法とほぼ同じ長さに設定する。なお、送風口のＹ軸方向の寸法は、載置面に集熱器１１を載置した状態で、集熱器１１の表面（集熱面）に沿って十分な風量を送風可能な幅に設定する。勿論、送風口のＸ軸方向及びＹ方向の寸法は、様々な集熱器１１の寸法を考慮して決定する。
【００１５】
本実施例の特徴点の一つは、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、送風ブロック２６の回転軸２８の取り付け高さが、架台３０側の回転軸（後述する軸体３３）の取り付け高さと同じに定められており、かつ、測定時には送風ブロック側の回転軸と架台３０側の回転軸が同軸線上に並ぶように、測定作業の開始前に作業者によって位置決めされている点である。位置決め作業では、専用の補助具を用いても良い。例えば送風ユニット２０と架台３０の双方の回転軸が同軸線上に並ぶように予め用意された専用の連結部材を用いて台座等を互いに連結しても良い。また、床面等に予め描いた目印を基準に送風ユニット２０と架台３０の配置位置を決定しても良い。本実施例の立方枠体２５は、複数のジョイント部材を連結した組み立て構造を有している。
【００１６】
また、本実施例の場合、立方枠体２５の一側面には、送風ブロック２６を、回転軸２８を中心に傾斜させる手動ジャッキ２７が取り付けられる。本実施例では、送付ブロック２６を構成する３台の送風機２２のうち中央に位置する送風機２２の回転ファンの回転軸を、送風ブロック２６の回転軸２８に位置合わせしている。図３では、手動ジャッキ２７により回転軸２８を中心に、送風口を傾斜させた状態を一点鎖線で示している。なお、本実施例では、送風機２２と送風筒２３を一体化した送風ブロック２６を傾斜させているが、送通機２２と送風筒２３との接続に変形可能な材料又は部材を配置し、送風筒２３だけを傾斜させる構造を採用しても良い。
【００１７】
送風ブロック２６の傾斜角を回転軸の周りに回転可能であれば手動ジャッキ２７の構造は任意である。なお、本実施例では、手動ジャッキ２７を用いて送風ブロック２６の傾斜角を可変しているが、作業者が送風ブロック２６を把持して傾斜させた後、その傾斜位置を保持できるように、立方枠体２５にストッパ構造を設けても良い。例えば後述する架台３０側の傾斜位置の保持機構のように、送風ブロック２６側に設けた１つ又は複数の係止孔を、立方枠体２５側に設けた複数の係止孔（円周方向に等間隔に配置）のいずれかに位置決めし、それら２つの係止孔に係止ピンを挿入して回転位置を固定しても良い。また、電動式のモータを送風ブロック２６の回転軸と架台３０側の回転軸に設置し、双方の傾斜角を電気的に連動させても良い。なお、本体台座２４の床面との設置面にキャスターを設け、送風ユニット２０全体を移動可能としても良い。勿論、本体台座２４に対するキャスターの取り付けは任意である。
【００１８】
次に、架台３０の詳細構成を説明する。図４及び図５に、集熱器１１の載置する載置面の平面構成と架台全体の側面構成を示す。図４（Ａ）は、集熱器１１の載置面が床面に対して平行に位置決めされた状態での載置部の平面構造を示している。図４（Ｂ）は、回転軸４０が紙面に平行である方向の側面から見た図である。図５は、回転軸４０が紙面に垂直である方向の側面から見た図である。
【００１９】
図４（Ａ）に示すように、本実施例の載置面は、仮想の回転軸４０に対して直交する方向（Ｘ軸方向）に延びる３本の棒状部材３１と、回転軸４０に対して平行方向（Ｙ軸方向）に延びる４本の棒状部材３２を井桁状に組み立てた構造を有している。本実施例の場合、相対的に長軸である棒状部材３２が相対的に短軸である棒状部材３１の上面側に配置される。本実施例の場合、棒状部材３１と３２の交差点は互いに固定されているが、少なくとも仮想の回転軸４０を挟んで隣り合う２本の棒状部材３２と他方の棒状部材３１とはフリージョイント機構を通じてスライド可能に取り付けても良い。このように棒状部材３２が棒状部材３１に対してスライド可能であると、測定対象である集熱器１１の寸法が小さい場合にも、確実に載置面に載置させることが可能になる。また、本実施例において、棒状部材３１及び３２を井桁状に組み立てるのは、集熱器１１の裏面側の通風を良くするためである。
【００２０】
井桁状に組み立てられた棒状部材３１及び３２の下側には、回転軸４０として用いられる軸体３３が配置される（図４（Ｂ）を参照）。この軸体３３は、連結具３４を通じて棒状部材３１に連結される。ここで、軸体３３の床面からの高さは、送風ブロック２６の回転軸２８の床面からの高さと同じである。図５を用い、連結具３４の構成を示す。本実施例の場合、連結具３４はほぼ半円形状の外観を有し、外形が直線の部分（固定部３４Ａ）において棒状部材３１に固定される。固定部３４Ａと棒状部材３１とは溶接によって固定しても良いし、固定具（例えばボルトとナット）を使用して固定しても良い。
【００２１】
なお、連結具３４のうち半円形状の中心位置には不図示の貫通孔が形成されており、この貫通孔に貫通するように軸体３３が連結されている。勿論、軸体３３は、不図示の貫通孔に対して回転自在に連結される。従って、棒状部材３１及び３２で構成される載置面は、軸体３３を中心として床面に対して自由に傾斜させることができる。本実施例の場合、連結具３４のうち不図示の貫通孔を中心とする円周上には、複数の係止孔３４Ｂが等間隔（例えば５°）に配置されている。これら複数の係止孔３４Ｂのいずれかに軸体３３を支持する棒状の支持部材３５に設けられた係止孔３５Ａに不図示の係止ピンを挿入することにより、任意の角度に載置面の傾きを固定することができる。例えば０°（集熱器１１が床面と平行）から４０°まで一定角度単位で傾斜できる。本実施例の場合、係止孔３５Ａと係止ピンの組み合わせにより任意の傾斜角で載置面を固定しているが、その他の傾斜角調整機能付きの固定機構を採用しても良い。例えば軸体３３に対して載置面の傾きを調整した後、軸体３３に対して連結具３４をナットで強く締め付けて固定しても良い。なお、本実施例の場合、複数の係止孔３４Ｂは、３つの棒状部材３１のうち左右両端に位置する棒状部材３１に取り付けられる連結具３４についてのみ設けている。
【００２２】
２つの支持部材３５は、軸体３３を支持する脚部として使用される。支持部材３５の一端側には不図示の貫通孔が形成されており、この貫通孔を通じて２つの支持部材３５が軸体３３に対して回転自在に連結される。すなわち、軸体３３は２つの支持部材３５の支点軸となる（これら２つの支持部材３５を、以下「１組の支持部材」とも呼ぶ）。従って、２つの支持部材３５の間に渡された開き止め棒３５Ｂを取り外せば、棒状部材３１と平行な位置に１組の支持部材３５を閉じるように収容することもできる。なお、軸体３３の端部には、連結具３４及び支持部材３５が軸体３３から外れないようにストッパ機構が設けられている。ストッパ機構として、例えばキャップやナットを使用する。使用時の開き止め棒３５Ｂは、図５に示すように、１組の支持部材３５の同じ高さ位置同士を固定する。固定には、例えばボルトとナットで構成される固定具を使用する。２つの支持部材３５の他方の端部は、それぞれ架台３０の本体台座３６に固定される。
【００２３】
本体台座３６は、複数のジョイント部材を立方枠体形状に組み立てた構造を有する。なお、本体台座３６の上段面と下段面には、図６に示すように、金網３７を配置する。この金網３７は、集熱器１１に接続された配管等の置き場として使用される。金網３７を使用することにより、本体台座３６と配管との間の通風を確保することができる。さらに、本実施例の場合、図４（Ｂ）に示すように、３組の支持部材３５の間には、支持部材３５の倒れ込みを防いで剛性を高めるための筋交い３８を配置する。なお、本体台座３６を構成する複数のジョイント部材間の固定や本体台座３６に対する部材の取り付けには、例えばボルトとナットで構成される固定具を使用する。このようにボルトとナットを用いて各部材を組み立てることにより、不使用時（非測定時）には、適当な大きさに分解して収納することもできる。例えば本体台座３６から支持部材３５を取り外して収納することもできる。勿論、部材同士を溶接により完全に固定しても良い。なお、本体台座３６の床面との設置面には、キャスターを設けて移動可能としても良い。勿論、本体台座３６に対するキャスターの取り付けは任意である。
【００２４】
以上説明したように、本実施例に係る屋内試験装置では、集熱器１１を搭載する載置面の回転軸（軸体３３）と送風ブロック２６の回転軸２８が同軸に配置されるため、載置面の傾斜に応じて送風口を同じだけ傾斜させることができる。この構造のため、屋内試験装置に用意する送風口の寸法を、集熱器１１の傾斜側面の寸法とほぼ同じ長さに収めることができる。この結果、送風ユニット２０の設置面積や体積を、従来装置に比して格段に小型化することができる。すなわち、本実施例に係る屋内試験装置の場合には、１枚の集熱器１１を有する太陽熱利用システムを試験する場合だけでなく、複数枚の集熱器１１を床面に対して平行方向に連結する太陽熱利用システムを試験する場合にも、同じ寸法の送風口を有する送風ユニット２０を用いることができる。このように、送風口の寸法を従来装置に比して格段に小さくできるため、使用する送風機の台数も格段に少なくでき、導入費、維持費、運転費を大幅に削減することができる。
【００２５】
また、本実施例の場合、従来装置とは異なり傾斜側面の側から送風するため、送風口から集熱器１１の傾斜面の各位置との距離をその高さ位置の違いによらず同じにできる。このため、集熱器１１の傾斜面の高さ位置の違いによる送風速度の違いを無くすことができ、均一かつ安定した風環境で集熱性能を試験することができる。また、本実施例の屋内試験装置では、集熱器１１を載置する載置面の傾斜角を変更したい場合にも、回転軸４０を中心に、架台３０の傾斜面と送風ブロック２６を回転させるだけで良く、傾斜角の変更を容易に実現できる。
【符号の説明】
【００２６】
１…人工太陽光源、２…送風ユニット、３…架台、４…全天日射計、５…室温センサー、６…蓄熱槽出口温度センサー、７…流量計、１１…集熱器、１２…蓄熱槽、１３…配管、１４…冷温水供給装置、１５…制御盤、１６…混合弁、２０…送風ユニット、２１…送風方向、２２…送風機、２３…送風筒、２４…本体台座、２５…立方枠体、２６…送風ブロック、２７…手動ジャッキ、２８…回転軸、３０…架台、３１、３２…棒状部材、３３…軸体、３４…連結具、３４Ａ…固定部、３４Ｂ…係止孔、３５…支持部材、３５Ａ…係止孔、３５Ｂ…開き止め棒、３６…本体台座、３７…金網、３８…筋交い、４０…回転軸
【図１】
2014206294.tif 000003
【図２】
2014206294.tif 000004
【図３】
2014206294.tif 000005
【図４】
2014206294.tif 000006
【図５】
2014206294.tif 000007
【図６】
2014206294.tif 000008