(57)【要約】【課題】  現在の集熱器は、大部分が真空ガラス管集熱器を使用しており、自然微小循環方式を採用した場合、二次流、短路流、渦流等の現象が生じる。また、連集管と集熱管との接続は、簡単なシリカゲル密封ワッシャーで密封した場合、受圧できない等の欠点が存在する。【解決手段】  循環ポンプによる間欠式強制循環を採用し、注水循環流路に流路ブラインドフランジと注水管とを装着し、冷水媒質を集熱管底部に直接注入し、冷水媒質と熱湯媒質とを分離して、冷水媒質と熱湯媒質とが混合する現象を防止する。同時に、連集管外部に植込方式でボルトを溶接し、それによりシリカゲル密封ワッシャーを固定し、連集管と集熱管との接続に受圧密封性を与える。【選択図】    図１
2011145054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス真空集熱管、連集管、連集管保温外殻、温度センサー、集熱管心押台、集熱モジュール接続グルーブ等を有し、前記ガラス真空集熱管が前記連集管と接続する注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールであって、
注水管及び注水循環流路を含み、
前記注水管の一端は前記注水循環流路と接続し、別の一端は直接前記ガラス真空集熱管の底部につながる
ことを特徴とする注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュール。
【請求項２】
冷水媒質を真空管底部に注入するための少なくとも１本の注水管を有することを特徴とする請求項１記載の注水式受圧循環全グラス真空管集熱モジュール。
【請求項３】
前記注水循環流路は前記連集管内に配置され、前記注水循環流路の注水末端には流路ブラインドフランジが設置され、前記注水循環流路の一端は冷水媒質注入口であり、別の一端は熱湯媒質出口であり、前記注水管は前記冷水媒質注入口と前記流路ブラインドフランジとの間に装着され、前記注水循環流路は、ブラインドフランジと前記熱湯媒質出口との間に熱湯媒質収集口としてのノッチが開けられ、前記連集管につながっていることを特徴とする請求項１記載の注水式受圧循環全グラス真空管集熱モジュール。
【請求項４】
ヒーターバンドを含み、前記ヒーターバンドは、前記連集管の側面を除く外壁上表面に貼り付けられることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の注水式受圧循環全グラス真空管集熱モジュール。
【請求項５】
真空集熱管の軸方向に沿う牽引ベルトを含み、前記牽引ベルトは、中部の集熱管の隙間に設置され、その一端は前記連集管の厚壁強化アルミ合金保温外殻を牽引し、別の一端は前記集熱管心押台に固定されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の注水式受圧循環全グラス真空管集熱モジュール。
【請求項６】
前記連集管は、外表面を保温層に包まれ、該保温層の外表面を厚壁強化アルミ合金保温外殻に包まれ、前記全ガラス真空管集熱管の内層の外表面には選択性メッキ層が塗装され、ガラス真空集熱管は該ガラス真空集熱管の底部の構造に合わせる前記集熱管心押台に配置され、前記保温外殻の両端はそれぞれ前記集熱モジュール接続グルーブに接続し、前記集熱管心押台は前記集熱器接続グルーブの別の一端と接続し、前記集熱管心押台と前記集熱器接続グルーブの接続箇所には三角安定板が装着されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュール。
【請求項７】
注水式受圧循環全グラス真空管集熱器は、強制性水媒質循環を採用することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の注水式受圧循環全グラス真空管集熱モジュール。
【請求項８】
請求項１に記載のガラス真空集熱管と連集管との接続を実施するための接続方法であって、
前記連集管は、植込方式でボルトを溶接し、ナットにより、前記ガラス真空集熱管上に装着されるフランジＶ字リング及びシリカゲル密封ワッシャーを、連集管接続口の縁に固定密封する
ことを特徴とする接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュール及び接続方法に関し、太陽熱エネルギー利用分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱集熱器は、太陽エネルギーの光熱転換における極めて主要な部品であり、その構造及び動作モードは、太陽エネルギーの転換効率、組立使用環境、システムの動作安全性、システム寿命及びシステムの総括的な建造費用を決定している。太陽熱の熱湯準備、採暖、採冷システム工程において、太陽熱集熱器のコストは、工程全体の費用の７０％〜８０％を占めている。完全に新しい理念の、低コスト、高効率、受圧可能で、安全に動作可能な、長寿命（２０〜３０年）の太陽熱集熱器を如何に開発するかは、直接、太陽熱工程の普及に関連する。
【０００３】
現在の集熱器は、大部分が真空ガラス管集熱器を採用し、その作業原理は下記の通りである。直挿式全ガラス真空集熱管太陽熱集熱器は、真空集熱管を利用しており、高い吸収率と低い放射率とを有し、吸収された太陽輻射を熱エネルギーに転換し、冷水の比重が大きく、熱湯の比重が小さい特徴を利用して、真空管内で冷水が上から下へ、熱湯が下から上への自然微小循環を形成し、水全体の温度を徐々に一定の温度に到達させる。その保温タンクは、内槽、保温層、外壁、進出水管及び排気管により構成される。内槽は高温に強く、腐蝕し難く、無毒の材料により製作され、通常は３０４＃ステンレス鋼で溶接される。保温層は熱を伝導し難い材料により構成され、通常はポリウレタン発泡で製作される。外壁はアルミ板、ステンレス板、カラー鉄鋼板又はアルミメッキ亜鉛板等、抗紫外線且つ腐蝕し難い材料により製作される。その真空ガラス集熱管は、ガラス管の間が真空であるので（それにより集熱管部分の保温及び耐凍害効果が良好となる）、保温タンクと簡単なゴムシールにより密封される。
【０００４】
現在の真空ガラス管集熱器の利点は、下記の通りである。１、現在のガラス真空集熱管では、集熱効果が一番良いＡＬ−Ｎ−ＡＬ磁気制御スパッタリング選択性メッキ層が一般的に使用され、当該塗装を利用したガラス真空集熱管は、その吸収率が≧０．９３で、赤外線放射率がε≦０．６であり、集熱管の真空度はＰ≦５×１０−３ｐａであるため、平均熱損失は≦Ｕｃｔ０．９Ｗ／ｍ２℃である。たとえ零下３０℃の気温でも、正常に動作することができる。即ち、ガラス真空集熱管の熱量損失は、多数の集熱器の中で最も小さく、光熱転換効率が最も高い集熱管である。これは、何れの平板集熱器にもひけをとらない。２、ガラス真空集熱管は円形であるため、太陽光源を自然追跡する機能を有し、更に反射板の反射原理を加えて、ガラス管の四面が均一に光を受けることにより、集熱効果がより良好に、時間がより長く、水温がより高くなり、寒冷地域でも四季に亘り正常に使用可能となる。３、ガラス真空集熱管は腐蝕防止可能であり、汚れが出難く、現在の多数の集熱器材中で最も寿命が長いものである。４、ガラス真空集熱管は製造工程が簡単で、エネルギーの消耗が少なく、排出が少なく、また、空前的に産業化されたことにより、ガラス真空管の製造コストが低減したので、普及し易い。
【０００５】
しかし、現在開示されている真空ガラス管集熱器には、依然として下記の通り欠点がある。（１）集熱管内及び保温タンク内の水の対流伝熱は、冷水と熱湯との比重が同一でないことによる物理的な循環を使用するものであり、これにより、二次流、短路流、渦流等の現象が生じ、冷水及び熱湯の正常でない混合をもたらすため、熱起動が遅く、伝熱効率が低くなる。（２）現在の集熱器ガラス真空管と保温タンクとは、簡単なゴムシールにより封じられているので、このような太陽熱集熱器は大きい圧力を受けることができず、適用性が悪く、故障率が高くなる。（３）管内の冷水及び熱湯は自然な微小循環をしており、真空集熱管底部には汚れが堆積しやすく、洗浄が困難であり、集熱器の熱効率を低下させることとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、冷水媒質と熱湯媒質とが分離し、ガラス真空集熱管と連集管との密封性能が良好な、強制式熱循環の注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を実現するため、下記の技術案を採用している。ガラス真空集熱管、連集管、厚壁強化アルミ合金保温外殻、温度センサー、集熱管心押台、集熱モジュール接続グルーブ等を有する注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールであって、ガラス真空集熱管は連集管と接続し、前記注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールは注水管、注水循環流路を含み、注水管の一端は注水循環流路と接続し、ガラス真空集熱管の中に設置され、別の一端はガラス真空集熱管の底部に直接つながる
【０００８】
本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの優先方案の１つとして、前記注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールは、少なくとも１つのガラス真空集熱管を有し、そしてその中に冷水媒質を集熱管底部に注入するための１つの注水管を有する。
【０００９】
本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの優先方案の１つとして、前記注水循環流路は連集管内に配置され、注水循環流路の注水末端には、流路ブラインドフランジが設置され、注水循環流路の一端は冷水媒質注入口であり、別の一端は熱湯媒質出口であり、前記注水管は冷水媒質注入口と流路ブラインドフランジとの間に装着され、前記注水循環流路は、ブラインドフランジと熱湯媒質出口との間に熱湯媒質収集口としてのノッチが開けられており、連集管につながっている。
【００１０】
本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの優先方案の１つとして、前記注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールはヒーターバンドを含み、ヒーターバンドは連集管の外壁上表面（側表面を除く）に貼り付けられている。
【００１１】
本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの優先方案の１つとして、前記注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールは、真空集熱管の軸方向に沿う牽引ベルトを含み、牽引ベルトは集熱管モジュールの中部の集熱管の隙間に設置され、その一端は連集管の厚壁強化アルミ合金保温外殻を牽引し、別の一端は集熱管心押台に固定される。
【００１２】
本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの優先方案の１つとして、前記連集管の外側は保温層に包まれ、保温層の外側は厚壁強化アルミ合金保温外殻に包まれ、前記全ガラス真空管集熱管の内層の外表面には選択性メッキ層が塗装され、ガラス真空集熱管はガラス真空集熱管底部の構造に合わせた集熱管心押台に配置されて、前記保温外殻の両端はそれぞれ集熱モジュール接続グルーブに接続し、集熱管心押台は集熱器接続グルーブの別の一端と接続し、集熱管心押台と集熱器接続グルーブとの接続箇所には三角安定板が装着される
【００１３】
本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの優先方案の１つとして、前記注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールは強制性水媒質循環を採用する。
【００１４】
本発明に係るガラス真空管と連集管とを接続するための接続方法として、前記連集管は植込方式でボルトを溶接し、ナットにより、ガラス真空集熱管上に装着されるフランジＶ字リング、シリカゲル密封ワッシャーを連集管接続口の縁に固定密封する。
【００１５】
本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールでは、その受圧能力が極めて大きく改善されている。集熱管心押台は、ガラス真空集熱管の尾部形状に合うように設計され、非常に硬くて、湾曲変形を防止する性能を有する。集熱管心押台、集熱器接続グルーブ及び連集管保温外殻は、集熱器の基本的なフレームを構成し、集熱管心押台と集熱器接続グルーブとの接続箇所には三角安定板が装着されると同時に、モジュール中部の牽引ベルトにより、その基本フレームをいっそう安定させる。また、連集管と全グラス真空集熱管との接続には新しい技術を採用しており、ボルトにより密封ワッシャーを連集管に固定させ、その密封性、受圧能力を強化させる。そして、冷水媒質の注入圧力の増大にしたがって、集熱管心押台、集熱器基本フレームにより圧力を分解し、当該集熱モジュールを安定した状態で作業させる。
【００１６】
本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールにおいて、その作業原理は、元の集熱器における自然微小循環方法に代えて、冷水媒質を強制的に循環させ、注水循環流路を経て、金属集熱管底部へと延ばされている注水管を通じ、間欠的（３０〜３００秒）に、それぞれのグラス真空集熱管の底部に注入する。そして、太陽光が照らすと、ガラス真空集熱管の内層の外表面における選択性メッキ層がエネルギーを吸収し、水媒質を加熱する。温度センサーにより連集管出口部の液体温度が所定の数値に達したと検出されると、循環ポンプが起動し、冷水を再度グラス真空集熱管の底部に注入すると同時に、熱湯を放出する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の有益な効果は、下記の通りである。
【００１８】
１、本発明は冷水媒質と熱湯媒質とが分離する設計を採用しており、現在開示されている全ガラス真空管太陽熱集熱器の給水口と排水口との短路流の問題を変えた。
【００１９】
２、通常の全ガラス真空太陽熱集熱器において、自然対流伝熱により生じる二次流、短路流、渦動流、乱流等の現象のため、熱起動が遅く、熱効率が低下する等の問題も、本発明の強制熱循環により解決された。
【００２０】
３、従来の全ガラス真空管太陽熱集熱器には、集熱管内の水媒質の自然微小循環により、集熱管底部に不純物や汚れが堆積し易く、洗浄が困難であるという問題があるが、本発明では、注水管が集熱管底部に直接つながることにより解決され、また、強制循環により、システムの濾過装置を経て濾過される。
【００２１】
４、本発明の特殊構造により、集熱管底部に接近している注水管は、システムの吸水循環により、集熱管内の水媒体を簡単に吸い乾かすことができるため、全ガラス真空管太陽熱集熱モジュールは、凍害防止或いは状態の修復ができる。
【００２２】
５、受圧（０．４５ＭＰ―０．６ＭＰ）に適応する特殊なモジュール化構造により、高層建築の南裏面壁での使用が解決された。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの構造を示す簡略図である。
【図２】本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの構造簡略図におけるＣを示す側面図である。
【図３】本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの構造簡略図におけるＡを示す部分拡大図である。
【図４】本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの構造簡略図におけるＡを示す底面側から見た平面図である。
【図５】本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの構造簡略図におけるＢを示す部分拡大図である。
【図６】本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールのステンレス鋼牽引ベルトの垂直牽引構造を示す説明図である。
【図７】本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの糸ステンレス鋼牽引縄の垂直牽引構造を示す説明図である。
【図８】本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの牽引ベルトの交差牽引を示す説明図である。
【図９】本発明に係る注水式受圧循環全ガラス真空管集熱器の牽引ベルトの交差牽引を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に示すように、注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールは、集熱管１８、連集管３、温度センサー５、集熱管心押台１１、集熱モジュール接続グルーブ９、注水管１４、注水循環流路１を含む。
【００２５】
注水管１４の一端は注水循環流路１と接続し、注水管１４のボディーはガラス真空集熱管１８の中に配置され、注水管１４の別の一端はガラス真空集熱管１８の底部に接近する。注水管１４とガラス真空集熱管１８とはセットにして使用され、注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの中には、少なくとも１セットが配置される。
【００２６】
注水循環流路１は連集管３内に配置され、注水循環流路１の注水末端に流路ブラインドフランジ８が設置される。注水循環流路１の一端は冷水媒質の注入口１２であり、別の一端は熱湯媒質出口７である。注水管１４は冷水媒質注入口１２と流路ブラインドフランジ８との間に装着され、注水循環流路１には、流路ブラインドフランジ８と熱湯媒質出口７との間に、熱湯媒質収集口４としてのノッチが開けられており、熱湯媒質収集口４は連集管３につながっている。
【００２７】
連集管３の外側は保温層１６に包まれ、保温層１６の外側を厚壁強化アルミ合金保温外殻２が包む。連集管３は、２．０ｍｍ、３０４＃のステンレス鋼四角管を採用し、溶接エンドプレートにより製作され、全ての開口がレーザーで切断され、それにより最良の精度及び最小の変形量が得られる。連集管３には植込形式でボルト１７が溶接され、ナットによりガラス真空集熱管上に装着されるフランジ式チャックリングでシリカゲル密封ワッシャー１３をボルトに固定するように押し固め、密封して連集管３と接続する（図３、図４を参照）。このような接続は、従来のガラス真空集熱管及び連集管間の簡単なシリカゲル密封ワッシャーによる覆い密封が受圧できないという欠点を改めると同時に、使用寿命が長い（３０〜５０年）シリカゲル密封ワッシャーを使用する。
【００２８】
全ガラス真空集熱管１８の内層の外表面には、選択性メッキ層が塗装されている。
【００２９】
ガラス真空集熱管１８は、ガラス真空集熱管の底部構造に合わせた集熱管心押台１１に配置される。集熱管心押台１１は、ガラス真空集熱管の尾部形状に合うように設計され（図５を参照）、非常に硬くて、湾曲変形を防止する性能を有する。
【００３０】
集熱管心押台１１、集熱モジュール接続グルーブ９、厚壁強化アルミ合金連集管保温外殻２は、集熱器の基本的なフレームを構成し、集熱管心押台１１と集熱モジュール接続グルーブ９との接続箇所には三角安定板１０が装着され、同時に、牽引ベルト１９によりその基本フレームをいっそう安定させる。牽引ベルト１９の一端は連集管保温外殻２に接続し、別の一端は集熱管心押台１１と接続する。図６、図７、図８及び図９が示すように、牽引ベルト１９の組立形式には、垂直式組立と交差式組立とがある。また、図６及び図７が示すように、牽引ベルト１９は、ステンレスベルト又はステンレス縄を使用可能である。
【００３１】
注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールは、ヒーターバンド６をも含み、ヒーターバンド６は連集管３の外壁表面に貼り付けられ、ヒーターバンド引出口１５を通じて引出される。ヒーターバンド６を加えることにより、北方の冬季での凍害を防止できる。
【００３２】
注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールは間欠式ポンプを採用し、強制的水媒質循環を起動する。
【００３３】
注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールには、熱湯媒質出口７に温度センサー５が装着される。
【００３４】
注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの作業方法は下記の通りである。注水循環流路１が冷水と熱湯とを分離し、冷水を真空集熱管１８の底部に注入し、加熱された熱湯を熱湯媒質出口７から放出する。冷水は注水循環流路１を経てそれぞれのグラス真空集熱管１８の底部に間欠的に注入し、太陽光が照らすと、ガラス真空集熱管１８の内層外表面の選択性メッキ層がエネルギーを吸収し、水媒質を加熱する。温度センサー５により連集管出口部の液体温度が所定の数値に達したと検出されると、循環ポンプが起動し、冷水を再度ガラス真空集熱管の底部に注入すると同時に、熱湯を放出する。
【００３５】
本発明の受圧性能は、下記の通り体現されている。集熱管の尾部に合う形状に設計された集熱管心押台や、集熱モジュール接続グルーブ、厚壁強化アルミ合金連集管保温外殻等は、集熱モジュールの基本フレームを構成し、集熱管心押台、集熱モジュール接続グルーブ及び連集管保温外殻は、全てアルミ合金の材質により製造される。集熱管心押台及び集熱器接続グルーブの接続箇所には三角安定板が装着されると同時に、ステンレス鋼牽引ベルト（又は縄）によりその基本フレームをいっそう安定させる。また、連集管と全ガラス真空集熱管との接続には新しい技術を採用しており、ボルトにより密封ワッシャーを連集管に固定して、その密封性、受圧能力を強化する。冷水注入圧力の増大にしたがって、集熱管心押台及び集熱モジュール基本フレームにより圧力を分解し、当該集熱モジュールを安定した状態で作業させる。
【００３６】
本実施例の注水式受圧循環全ガラス真空管集熱器の作業工程は、元の集熱器における自然微小循環方法に代えて、冷水を強制的に循環させ、注水循環流路を経て、ガラス真空集熱管底部へと延ばされている注水管を通じて、間欠的（３０〜３００秒）に、それぞれのガラス真空集熱管の底部に注入する。そして、太陽光が照らすと、ガラス真空集熱管の内層の外表面における選択性メッキ層がエネルギーを吸収し、水媒質を加熱する。温度センサーにより連集管出口部の液体温度が所定の数値に達したと検出されると、循環ポンプが起動し、冷水を再度ガラス真空集熱管の底部に注入すると同時に、熱湯を放出する。
【００３７】
以上説明した実施例は、本発明のよりよい具体的な実施方式であるが、本発明の保護範囲はこれに限られていない。いかなる当該技術分野を熟知している技術者が、本発明の開示した技術範囲内で、本発明の技術案及び構想に基づいて同等な交換或いは変更を加えたものも、本発明の保護範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１    注水循環流路
２    連集管保温外殻
３    連集管
４    熱湯媒質収集口
５    温度センサー
６    ヒーターバンド
７    熱湯媒質出口
８    流路ブラインドフランジ
９    集熱モジュール接続グルーブ
１０  三角安定板
１１  集熱管心押台
１２  冷水媒質注入口
１３  真空密封ワッシャー
１４  注水管
１５  ヒーターバンド引出口
１６  保温層
１７  ボルト
１８  ガラス真空集熱管
１９  牽引ベルト
【図１】
2011145054.tif 000003
【図２】
2011145054.tif 000004
【図３】
2011145054.tif 000005
【図４】
2011145054.tif 000006
【図５】
2011145054.tif 000007
【図６】
2011145054.tif 000008
【図７】
2011145054.tif 000009
【図８】
2011145054.tif 000010
【図９】
2011145054.tif 000011