(57)【要約】【課題】  熱の散逸が少ない、効率のよい太陽熱の吸収を可能とする。【解決手段】  透明な加熱管に太陽光を吸収する充填物を充填し、太陽光を吸収して熱せられた充填物と直接に接する熱媒体に伝熱するように構成されているので、太陽光を効率よく熱に変換できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を受光する位置に透明管を設け、黒色に着色した浸透性の充填物を充填し、管内に熱媒体を通過あるいは循環あるいは静置して、太陽光により熱せられた充填物によって、充填物と接触する熱媒体を加熱することを特徴とする太陽熱吸収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、太陽光によって効率よく熱媒体を加熱する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  太陽温水器や太陽熱発電を行う目的で太陽熱を水や油、空気などの熱媒体に吸収させるには、内部に熱媒体を導いた加熱管を太陽光を受ける位置に設置し、加熱管の外面に太陽光を吸収させて発熱させ、熱を内部の熱媒体に伝える方法が一般に用いられている。【０００３】  しかし、この方法では、加熱管の外面に発生した熱を熱伝導によって管の内面に伝達し、さらに内部の熱媒体との境膜抵抗を介して熱媒体に伝達するため、全体の伝熱効率が悪いという問題があった。【０００４】  効率を改善するための方法として、従来、樋型方物面鏡やかまぼこ型レンズで集光した太陽光を比較的細い（すなわち表面積が小さい）加熱管に照射してエネルギー密度を上げ、加熱管の外面に高い温度を発生させて伝熱効率を向上させる方法が一般的に採られている（例：特公昭５３−４５５３２および図１）。伝熱速度は温度差に比例するため、加熱管の外側温度を高くして熱媒体との温度差を大きくするのは有効な方法である。【０００５】  しかし、この方法では、加熱管の外面温度が高いために、伝導、対流や輻射による周囲への熱の散逸もまた多くなる。とくに、高温になると輻射による散逸が大きくなり、高温を得たい場合に不利になる。熱の散逸を防止するために、加熱管を透明な真空菅中に収納して空気への伝熱を防いだり、波長の長い赤外線を外部に逃がさない選択透過処理を施すなどの工夫がなされている。また、加熱管の肉厚を薄くして伝導伝熱の効率を改善することもなされている。【０００６】  しかし、真空保温菅の採用や選択透過膜処理は製造コストの増大を招くという問題があり、薄肉管は腐食に対して弱点となり機械的強度も低下するという問題もある。【０００７】  そもそも、これらの工夫を実施しても、加熱管外面で発生した熱を内部の熱媒体に伝熱する基本的な構成に変わりはなく、この構成が全体の効率を劣化させている根本原因である。【０００８】  原理的に効率を改善する方法として、加熱管の一部に狭い開口部（スリット）を設け、この開口部から集光した太陽光を加熱管内部に導く方法が知られている（例：特許出願２００８−２０３９４０号および図３）。この方法では、太陽光が加熱管の内面に吸収されて加熱され、直接に接している熱媒体を加熱できるので、伝熱効率が改善できる。【０００９】  しかし、この方法でも、熱媒体との接触面積が小さい（加熱管の内壁面積に限定される）ので熱媒体に効率よく伝熱することができず、加熱管自体の温度が上昇して周囲への熱の散逸を招く。これを防止するためには加熱管の周囲を断熱する必要があり、構造が複雑となる。また、狭い開口部に正確に集光させる必要があるので、太陽光の追尾と集光の装置が精密高価になるという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公昭５３−４５５３２
【特許文献２】特許出願２００８−２０３９４０号広報
【発明の概要】
【本発明が解決しようとする課題】
【００１１】  解決しようとする問題点は、集光した太陽光を加熱管内部に導く方法でもなお、効率よく熱媒体に熱を伝達できない点である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  課題の根本原因は、発熱体（課題としている例では加熱管内面）と熱媒体の接触面積が小さいことにある。本発明では、黒色に着色した大きな接触面積（表面積）をもつ充填物を透明な加熱管内に充填し、太陽光を充填物に吸収させてこれを加熱し、発生した熱を熱媒体に伝達することを特徴とする。
【００１３】  加熱管は、ガラス、アクリル樹脂等の透明な材料で構成される。光を透過すればよいので、肉厚は厚くてもよく、内部の熱が伝導によって外部に散逸するのを防ぐ効果も同時に得られる。そのため、真空菅のような保温のための設備を設ける必要がない。
【００１４】  充填物は、熱媒体に侵食されることのない金属などを用い、太陽光を効率よく吸収するように表面を黒色に着色し、熱媒体との接触面積を大きくするためにリボン状あるいは短いパイプ状（リング状）に形成する。さらに熱媒体の流れを妨げることのないよう、充填物どうしの間には間隙が存在する。
【００１５】  充填物の表面を黒色に着色するには、熱媒体に侵食されることのない塗装、メッキ、化学着色、電解着色等を用いることができる。
【発明の効果】
【００１６】  太陽光は、透明な加熱管と熱媒体を通過して、表面が黒色に着色された充填物に照射されて吸収され、熱に変換される。発生した熱は、充填物と直接接している熱媒体に伝達されてこれを効率よく加熱する。
【００１７】  太陽光は、黒色に着色された充填物の表面に吸収されるが、完全に光を吸収する物体はそもそも存在しないので、一部は僅かではあるが反射される。しかし、大半は充填物間で乱反射を繰り返すうちに吸収される。したがって、入射した光はほぼ完全に吸収され、加熱管の外部に反射散逸することがない。これは副次的な効果ではあるが、効率の向上に寄与する。
【００１８】  熱媒体は、水や油などの液体のほか、空気などの気体も使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の方法を示した説明図（加熱管の断面）である。（実施例１）
【図２】従来法のうち、加熱管の外部を太陽熱で加熱する方式を示した説明図（加熱管の断面）である
【図３】従来法のうち、加熱管の内部を開口部から導入した太陽光で加熱する方式を示した説明図（加熱管の断面）である。開口部を構成する方法として、透明容器の一部を残して内面が塗装（太い線で示す）されている。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２０】  図１は、本発明の装置の加熱管の断面図であって、１は集光された太陽光、２は透明な加熱管体、３は充填物、４は熱媒体である。【００２１】  太陽光１は加熱管２に集光するよう、樋型反射鏡あるいはかまぼこ型レンズ等で集光される。加熱管２は集光位置に設置されるが、光の全量が加熱管に入射すればよく、必ずしも正確に管の中心に集光する必要はなく、集光鏡あるいはレンズの精度と太陽追尾の精度には、ある程度の誤差が許容される。本実施例では、加熱管２は断面直径２０ミリメートル、厚さ２ミリメートルの耐熱透明ガラス管である。【００２２】  本実施例では、充填物３は、表面を黒色に焼付け塗装されたステンレスの細いリボンを直径約５ミリメートルのコイル状に巻き、さらに丸めて充填されている。加熱管１メートルあたりの充填量は、重量にして約１００グラムである。リボンどうしの間には充分な間隙が存在し、熱媒体４（本実施例では水）の流れを妨げることはない。充填物の形状は、大きな接触面積と間隙をもつものであればよく、短いパイプ状のいわゆるラシヒリング等も使用できる。【００２３】  加熱管２に入射した太陽光１は、透明な管体と熱媒体である水４を透過して充填物３を照射し、吸収されて熱に変換される。このとき、充填物の表面で吸収されず反射した光も、充填物の間で乱反射を繰り返すうちにほぼ全量が吸収される。加熱管外面を照射する方法では、全量が吸収されることがないため照射された部分が（黒色に着色されていても）白く光って見えるが、本発明ではそのようなことがなく黒く見える。【００２４】  発生した熱は、充填物３に直接接している水４に伝達される。その間に存在する伝熱抵抗は境膜抵抗のみであって、管の外面を加熱する方法のように管の内面へ熱伝導する必要はない。また、充填物の総表面積は大きく、管の内壁を加熱する方法のように伝熱面積が制限されることもなく、効率よく加熱伝熱することができる。
【産業上の利用可能性】  透明な加熱管に太陽光を吸収する充填物を充填し、太陽光を吸収して熱せられた充填物と直接に接する熱媒体に伝熱するように構成されているので、太陽光を効率よく熱に変換でき、太陽熱温水器や太陽熱発電などの用途に利用できる。また、透明管に充填物を充填した簡単な構造であり、加熱管の肉厚を厚くできるので保温のための設備も不要となり、さらに太陽の追尾にはある程度の誤差が許容できるので、装置全体を安価に製造できる。
【符合の説明】
【００２５】  １  太陽光
２  加熱管本体
３  充填物
４  熱媒体
５  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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