(57)【要約】      （修正有）【課題】熱媒体を収容する金属管の外周に設けたグラスライニング層内にナノ気泡を有するセラミック粒子を含有させ、真空部分を不要とし太陽光熱エネルギーを高効率に取り込む。【解決手段】グラスライニング集熱構造体は、熱媒体１を収容する金属管７の外周に設けられたグラスライニング層１０と、このグラスライニング層１０内に含有されナノ気泡を有するセラミックス粒子１１と、このグラスライニング層１０の外周に設けられた選択吸収膜５と、からなる構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体(1)を収容する金属管(7)と、前記金属管(7)の外周に設けられたグラスライニング層(10)と、前記グラスライニング層(10)内に含有されナノ気泡を有するセラミックス粒子(11)と、前記グラスライニング層(10)の外周に設けられた選択吸収膜(5)と、からなり、
外部からの太陽光(6)により前記熱媒体(1)を加熱することを特徴とするグラスライニング集熱構造体。
【請求項２】
前記金属管(7)はステンレス又は鋼よりなり、前記グラスライニング層(10)は、黒色、濃青色、濃茶色、無着色の何れかよりなり、前記セラミックス粒子(11)の粒子は１〜２０μｍ、前記ナノ気泡のナノ気泡径は１〜３００ｎｍであり、前記選択吸収膜(5)は、Ｉｎ２０３、Ｓｎ０２及びＩｎ２０３・Ｓｎ０２、ＺｎＯの何れかよりなることを特徴とする請求項１記載のグラスライニング集熱構造体。
【請求項３】
前記グラスライニング層(10)の厚さは、０．１〜２．４ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２記載のグラスライニング集熱構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラスライニング集熱構造体に関し、特に、熱媒体を収容する金属管の外周に設けたグラスライニング層内にナノ気泡を有するセラミックス粒子を含有させ、真空部分を不要として太陽光熱エネルギーを高効率に取り込むための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、用いられいたこの種の管状集熱構造体としては、例えば、図８で示す特許文献１等に開示されているソーラー温水器の集熱パイプの構造、及び、図９で示す特許文献２等に開示されている真空層を有する金属管とガラス管の二重管型集熱構造体の構造を挙げることができる。
すなわち、特許文献１には具体的な管断面構造は示されていないが、例えば、図８の集熱パイプが採用されており、図８において、符号１で示されるものは、熱媒体であり、この熱媒体１を収容する第１ガラス管２の外周には真空層３を介して第２ガラス管４が設けられ、この第２ガラス管４の外周面には放射特性の向上を行うための選択吸収膜５が形成されている。
従って、外部からの太陽光６のエネルギーは、前記選択吸収膜５、第２ガラス管４、真空層３、第１ガラス管２を介して熱媒体１に吸収され、この吸収された熱は、前記真空層３によって外部への放熱が抑制されるように構成されている。
【０００３】
また、特許文献２の太陽熱発電装置における真空コレクターも、断面構造は開示されていないが、実際には、図９で示される構造が一般に採用されている。
すなわち、図９において、符号１で示されるものは熱媒体であり、この熱媒体１を収容するための金属管７の外周面には黒色膜８が形成され、この黒色膜８の外周には真空層３を介してガラス管４が設けられ、このガラス管４の外周面には前記選択吸収膜５が形成されている。
従って、外部の太陽光６からのエネルギーは、選択吸収膜５、ガラス管４、真空層３、黒色膜８及び金属管７を介して熱媒体１に吸収され、この吸収された熱は、前記真空層３によって外部への放熱が抑制されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５７８２３号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の集熱構造体は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、図８及び図９の従来構成においては、何れも、ガラス管とガラス管を真空層を介して断熱するか、又は、金属管とガラス管を真空層を介して断熱しており、何れにしても真空層を必要とするため、真空シールの管理（例えば、時々、真空ポンプによる真空引きを要す）が必要で、わずかなクラックが発生しても運転不能となっていた。
また、真空層を用いると、前述の耐久性に加えて、長尺パイプ（例えば、何百メートル、何キロメートル）の製作が難しく、かつ、現場において真空層を形成することは極めて困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるグラスライニング集熱構造体は、熱媒体を収容する金属管と、前記金属管の外周に設けられたグラスライニング層と、前記グラスライニング層内に含有されナノ気泡を有するセラミックス粒子と、前記グラスライニング層の外周に設けられた選択吸収膜と、からなり、外部からの太陽光により前記熱媒体を加熱する構成であり、また、前記金属管はステンレス又は鋼よりなり、前記グラスライニング層は、黒色、濃青色、濃茶色、無着色の何れかよりなり、前記セラミックス粒子の粒子は１〜２０μｍ、前記ナノ気泡のナノ気泡径は１〜３００ｎｍであり、前記選択吸収膜は、Ｉｎ２０３、Ｓｎ０２及びＩｎ２０３・Ｓｎ０２、ＺｎＯの何れかよりなる構成であり、また、前記グラスライニング層の厚さは、０．１〜２．４ｍｍである構成である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によるグラスライニング集熱構造体は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、熱媒体を収容する金属管と、前記金属管の外周に設けられたグラスライニング層と、前記グラスライニング層内に含有されナノ気泡を有するセラミックス粒子と、前記グラスライニング層の外周に設けられた選択吸収膜と、からなり、
外部からの太陽光により前記熱媒体を加熱することにより、従来の真空層を用いることなく、太陽熱を集熱することができる。また、従来の真空層の代わりにセラミックス粒子を有するグラスライニング層を採用しているため、多少の破損が発生しても集熱機能を維持することができ、高熱のサバク等での現地グラスライニング施工・製造が容易となる。
また、前記金属管はステンレス又は鋼よりなり、前記グラスライニング層は、黒色、濃青色、濃茶色、無着色の何れかよりなり、前記セラミックス粒子の粒子は１〜２０μｍ、前記ナノ気泡のナノ気泡径は１〜３００ｎｍであり、前記選択吸収膜は、Ｉｎ２０３、Ｓｎ０２及びＩｎ２０３・Ｓｎ０２、ＺｎＯの何れかよりなることにより、最も集熱効果の高い構成を得ることができる。
また、前記グラスライニング層の厚さは、０．１〜２．４ｍｍであることにより、据付け現場における組立て等を容易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明によるグラスライニング集熱構造体を示す断面図である。
【図２】図１の集熱構造体の各色のグラスライニング構成を示す構成図である。
【図３】図２の集熱構造体の暴露テストを示す構成図である。
【図４】図３の暴露テストのＮｏ．１の結果のグラフである。
【図５】図３の暴露テストのＮｏ．２の結果のグラフである。
【図６】図３の暴露テストのＮｏ．３の結果のグラフである。
【図７】図３の暴露テストのＮｏ．４の結果のグラフである。
【図８】従来のソーラー温水器の集熱パイプの断面図である。
【図９】従来の金属管とガラス管の二重管型集熱構造体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、熱媒体を収容する金属管の外周に設けたグラスライニング層内にナノ気泡を有するセラミックス粒子を含有させ、真空部分を不要として、太陽光エネルギーを高効率に取り込むようにしたグラスライニング集熱構造体を提供することを目的とする。
【実施例】
【００１０】
以下、図面と共に本発明によるグラスライニング集熱構造体の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を用いて説明する。
図１において、符号１で示されるものは、周知のＲ１３４ａ等からなる熱媒体であり、この熱媒体１は金属管７内に収容されていると共に、この金属管７の外周には、一例として、厚さ０．１ｍｍから２．４ｍｍの周知の構成のグラスライニング層１０が形成されている。
【００１１】
前記グラスライニング層１０の外周には、前記グラスライニング層１０の材質自体に放射性があるために、例えば、ＩｎＯ３，ＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ３，ＳｎＯ２，ＺｎＯ等のうちの何れかからなる薄膜をコーティングしてなる選択吸収膜５が形成されている。
【００１２】
前記グラスライニング層１０には、熱媒体１に取り込んだ熱が放熱されるのを抑制するために、太陽光の波長０．３μｍ以下の１〜３００ｎｍ径のナノ気泡を含有する１〜１０μｍ径のセラミックス粒子１１を５〜４０部含有させていることにより、従来の真空層と同じ役割の断熱作用を有するように構成している。
【００１３】
前述の実際に用いた１〜３００μｍ径気孔のセラミックス粒子１１は、水ガラスを界面活性剤でコロイド化し、沈澱剤で沈澱させた粒子を乾燥させて、水を抜き、ナノ気孔の多孔体を形成させた粒子を用いた。
従って、このセラミックス粒子１１が前記グラスライニング層１０内に含有されているため、グラスライニング層１０がこの気孔によって多孔質ガラス粒層の状態となり、外部からの太陽光６からの熱エネルギーは熱媒体１に入るが、いったん入った熱エネルギーは気孔の作用により外に出にくくなり、集熱効果の大きい構造体を得ることができる。
【００１４】
従って、前述のグラスライニング集熱構造体によれば、何百メートル、何キロメートルと云う長尺のパイプを、太陽熱発電等を行うサバク等の現地で製作することができ、従来のような真空管理が不要で安価となり、グラスライニング層１０の部分的な剥離が発生しても、支障なく運転の継続ができる。
【００１５】
次に、本出願人は、本発明によるグラスライニング集熱構造体のグラスライニング層１０の色を種々変更し、その有効性について実験を行った。
まず、グラスライニング集熱構造体のテストピース２０を、図３に示されるように３００×５００×深さ５０ｍｍの琺瑯皿２１の中に置き、図２のように、水平な状態で太陽光を吸収させた。
尚、グラスライニング層１０の種類は、ブランク、青色、無着色、黒色及び茶色とした。
【００１６】
（実施例）
また、本発明におけるグラスライニング集熱構造体のグラスライニング層１１は、フリット粉末１００質量％に対して、外割でカルボキシメチルセルロース水溶（濃度：１質量％）液２０質量％、亜硝酸ナトリウム０．３ｇ、並びにアルコールを１５質量％添加して、スリップを調整し、集熱パイプ母材２２ｍｍΦ×１８０ｍ１×２．５ｍｍ厚さ（材質：ＳＴＰＧ炭素鋼板）の外面に施釉して、８６０℃×２０分間焼成することにより、厚さ０．４〜０．５ｍｍのグラスライニング集熱構造体を得た。
そのパイプ内に市販のエンジンラジエータ用の不凍液を２５ｍｌ入れ、棒状ガラス温度計をゴム栓を介して取付けして、集熱体試料を作成した。
この試料を埼玉県内で太陽光吸収テストとして、朝から夕方まで暴露して、温度上昇と降下を測定して実施した。
【００１７】
検討結果Ｎｏ．１は図４と表１のように２００９年１１月４日の晴れ条件下で、グラスライニングなしの鉄素地のみを対比した結果を示す。
グラスライニング試料は何れも鉄素地のみよりも温度上昇を示し施工効果は認められた。
無着色試料に比べて、黒色試料が最も温度上昇が高く、次いで青色、茶色で鉄素地のみが温度上昇が最も低く、有色グラスライニングは太陽光吸収効果が著しく求められる。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
検討結果Ｎｏ．２は図５と表２のように２００９年１１月５日の薄くもり条件下であるが、温度上昇値の数値幅は小さいが傾向は検討結果Ｎｏ．１と同様で有色グラスライニングは太陽光吸収効果が認められる。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
検討結果Ｎｏ．３は図６と表３のように２０１０年１月１１日の晴れ条件下で、黒色グラスライニングの厚み変数でテストしたが、厚みは０．６，１．０，２．５ｍｍが温度上昇が高く、０．１５ｍｍは劣ったが、いずれも鉄素地に比較すると太陽光吸収効果が認められる。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
検討結果Ｎｏ．４は図７と表４のように２０１０年１月１８日の晴れ条件下で、黒色フリット１００質量部にナノ気孔セラミックス粒子を５％、１０％、４０％含有して試料を作成し、太陽光吸収テストを行った結果を示す。
試料は鉄素地に直接施工する１回目は黒色フリットのみ施工し、厚さ０．３〜０．４ｍｍに調整後、ナノ気孔セラミックス粒子含有フリットは２回目に施工し、全厚みを０．９〜１．１ｍｍに調整した。
ナノ気孔粒子中の気泡径が１〜３００ｎｍ径なので、太陽光の波長より、小さく光の吸収が良くして断熱性が優れたグラスライニング集熱体が得られた。
【００２４】
【表４】
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【００２５】
尚、前述の実施例によれば、フリットによるグラスライニング層１０にフリットとセラミックス粒子１１によるセラミックス粒子層が形成されている。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によるグラスライニング集熱構造体は、太陽熱発電システムの集熱体及び住宅のソーラー温水器の集熱体に利用することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１    熱媒体
５    選択吸収膜
６    太陽光
７    金属管
１０    グラスライニング層
１１    セラミックス粒子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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