(57)【要約】      （修正有）【課題】熱媒体の蒸気を排出する出力パイプが太陽熱により膨張収縮を繰り返すと、出力パイプが固着されている筐体の側壁は金属疲労を起こし、破壊する恐れがあった。【解決手段】入力パイプ７と出力パイプ８を固着した入出力部６を筐体２の側壁を貫通するように取り付け、入力パイプ７から供給した熱媒体で入出力部６内を満たし、出力パイプ８をその液体中を通すことにより、出力パイプ８の膨張収縮を熱媒体の液体で吸収するようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を透過させる窓ガラスと金属製の筐体とで真空室を形成し、太陽光の熱を受ける集熱板と、前記集熱板に固着されて熱媒体の入る集熱パイプとを前記真空室内に備えた真空太陽熱収集装置において、
金属パイプと前記金属パイプのパイプ孔を塞ぐ蓋とで形成した入出力部を前記筐体の側壁を貫通するように取り付け、
前記入出力部の外気側にあけた穴に入力パイプを固着し、前記入出力部の真空室側にあけた穴に前記集熱パイプの入力側を固着し、前記入出力部の真空室側及び外気側にあけた穴を通して真空室側から外気側に前記集熱パイプにつながる出力パイプを貫通させて固着し、
前記入出力パイプから熱媒体を入力して前記入出力部内を充満すると共に前記集熱パイプに前記入出力部を通して熱媒体を供給し、前記集熱パイプで熱媒体を加熱し、前記出力パイプから加熱された熱媒体を排出することを特徴とする真空太陽熱収集装置。
【請求項２】
前記入出力部の外気側の第１の蓋にあけた穴に前記入力パイプを固着し、前記入出力部の真空室側の第２の蓋にあけた穴に前記集熱パイプの入力側を固着し、前記第１及び第２の蓋にあけた穴に前記出力パイプを貫通させて固着したことを特徴とする請求項１記載の真空太陽熱収集装置。
【請求項３】
前記入出力部の外気側の第１の蓋にあけた穴に前記入力パイプを固着し、前記入出力部の真空室側の前記金属パイプにあけた穴に前記集熱パイプの入力側を固着し、前記第１及び第２の蓋にあけた穴に前記出力パイプを貫通させて固着したことを特徴とする請求項１記載の真空太陽熱収集装置。
【請求項４】
前記入出力部の外気側の前記金属パイプにあけた穴に前記入力パイプを固着し、前記入出力部の真空室側の第２の蓋にあけた穴に前記集熱パイプの入力側を固着し、前記第１及び第２の蓋にあけた穴に前記出力パイプを貫通させて固着したことを特徴とする請求項１記載の真空太陽熱収集装置。
【請求項５】
前記入出力部の外気側の前記金属パイプにあけた穴に前記入力パイプを固着し、前記入出力部の真空室側の前記金属パイプにあけた穴に前記集熱パイプの入力側を固着し、前記第１及び第２の蓋にあけた穴に前記出力パイプを貫通させて固着したことを特徴とする請求項１記載の真空太陽熱収集装置。
【請求項６】
前記入出力部内における前記出力パイプを湾曲させたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の真空太陽熱収集装置。
【請求項７】
前記出力パイプを固着する穴を、前記蓋を円錐形に紋ってあけた穴で形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の真空太陽熱収集装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は長期間にわたり高真空を維持する真空太陽熱収集装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光を透過させる窓ガラスと金属製の筐体とで真空室を形成し、太陽光の熱を受ける集熱板と、集熱板に固着され、熱媒体の入る集熱パイプとを真空室内に備え、長期間にわたり高真空を維持する真空太陽熱収集装置は本発明者により提案されている（特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９４４１８号公報
【特許文献２】特開２００４−２０５１８３号公報
【特許文献３】特開２００７−３３３３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の真空太陽熱収集装置では、熱媒体を供給する入力パイプや熱媒体の蒸気を排出する出力パイプは筐体の側壁を貫通して固着されている。
入力パイプや筐体は大体常温であるが、出力パイプは、太陽熱を受けて集熱パイプにおいて熱媒体が加熱されて蒸気となり、その熱い蒸気が通るため、昼間は太陽によって高温例えば１５０℃位になり、夜間は常温に戻るという激しい温度変化を受けるので、その度に出力パイプの直径及び長さが膨張収縮を繰り返し、出力パイプが貫通し、固着されている筐体の側壁部分は繰り返し応力を受けることになる。
【０００５】
その繰り返し応力によって、筐体の側壁部分は金属疲労を起こし、破壊する危険がある。出力パイプを固着している側壁部分が破壊すると、窓ガラスと筐体とで形成している真空室内の真空が崩れて真空太陽熱収集装置としての高真空が維持できなくなるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するため、本発明は、金属パイプと金属パイプのパイプ孔を塞ぐ蓋とで形成した入出力部を筐体の側壁を貫通するように取り付け、入出力部の外気側にあけた穴に入力パイプを固着し、入出力部の真空室側にあけた穴に集熱パイプの入力側を固着し、入出力部の真空室側及び外気側にあけた穴を通して真空室側から外気に出力パイプを貫通させて固着し、出力パイプを入出力部内に充満した液体の熱媒体中を通すことにより、出力パイプの膨張収縮を熱媒体の液体で吸収するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、入出力部を筐体の側壁を貫通するように取り付け、熱媒体を入力パイプから入出力部を通して集熱パイプに供給し、入出力部の液体の熱媒体中に入れられた出力パイプから加熱された熱媒体を排出するので、太陽熱によって高温になった熱媒体によって出力パイプが膨張収縮を繰り返しても液体中で自由に膨張収縮するだけで、膨張収縮する力を吸収してしまい、繰り返し応力が筐体の側壁に悪影響を及ぼすことはなく、側壁が破壊されることを防ぐことができる。
更に側壁を貫通して取り付けるのは入出力部だけなので、従来は入力パイプと出力パイプのために２つの穴が必要だったが、本発明は１つの穴で済み、筐体の気密を保つ上で効果的である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１の平面図である。
【図２】実施例１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】入出力部の断面図である。
【図４】入出力部の側面図である。
【図５】実施例２の説明図である。
【図６】実施例３の説明図である。
【図７】実施例４の説明図である。
【図８】実施例５の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
太陽光を透過させる窓ガラスと金属製の筐体とで真空室を形成した真空太陽熱収集装置、例えば、ドーム状ガラスと金属筐体を使用した装置や、平板状の窓ガラスと金属筐体を使用した装置に適用され、金属パイプとパイプ孔を塞ぐ蓋とで形成された入出力部を筐体の側壁を貫通するように取り付け、入力パイプと出力パイプを入出力部に固着し、熱媒体を入力パイプから供給して入出力部内を満たし、出力パイプを液体の熱媒体の中を通すことにより、出力パイプの太陽熱による膨張収縮を吸収して筐体の側壁部分の破壊を防止することを実現した。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明の実施例１を示す平面図、図２は実施例１のＡ−Ａ断面図である。
図１，２において、実施例１に係る真空太陽熱収集装置は、太陽光を透過させる窓ガラス１と容器状の金属製の筐体２と、筐体２に収容され、太陽熱を受ける集熱板３と、集熱板３に固着された熱媒体例えば水が入る集熱パイプ４と、筐体２の側壁５を貫通するように取り付けられた入出力部６と、入出力部６に固着された熱媒体の供給口となる入力パイプ７と、加熱された熱媒体の出力口となる出力パイプ８とを備えている。
【００１１】
窓ガラス１はドーム状をしており、窓ガラス１と筐体２とで密閉された真空室を形成しており、室内は高真空例えば０．１パスカル以下に保たれている。
なお、ドーム状でなく平板の窓ガラスでも良いが、その場合には大気圧に対して窓ガラスを支える多数の柱が必要である。
【００１２】
筐体２は、鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属板を加工して、例えば１ｍｍ程度の厚さで側壁５と底板とが一体に形成され、内部に集熱板３等を収容できるように容器状に形成される。
側壁５の上部は窓ガラス１を嵌め込み、気密構造で真空封止し易いように構成される。また側壁５の中腹を貫くように入出力部６が取り付けられている。側壁５と入出力部６は金属同士なので溶接等により気密構造になるように強固に固着される。
【００１３】
集熱板３は熱伝導度の良い金属、例えば銅やアルミニウムで形成され、太陽熱を受けて集熱パイプ４内の熱媒体を加熱して例えば蒸気にする。集熱板３に密着して固定されている集熱パイプ４は集熱板３と同じく熱伝導度の良い金属、例えば銅やアルミニウムで形成されており、図１のようなジグザク状や渦巻状等に配置され、入出力部６を介して入力パイプ７から熱媒体が供給され、加熱された熱媒体例えば蒸気は出力パイプ８から排出され、熱が出力される。
【００１４】
図３は実施例１の入出力部６の断面図である。
入出力部６は鉄などの金属パイプ９とそのパイプ孔を防ぐ外気側の第１の蓋１０と、真空室側の第２の蓋１１とで溶接等により気密に構成される。蓋９，１０は鉄などの金属製で、筐体２の側壁５に比べて厚く頑丈に作られている。
【００１５】
入出力部６には入力パイプ７と出力パイプ８とが取り付けられているが、入出力部６の外気側の第１の蓋１０にあけた穴１２に入力パイプ７を固着し、真空室側の第２の蓋１１にあけた穴１３に集熱パイプ４の入力側を固着し、第１の蓋１０にあけた穴１４および第２の蓋１１にあけた穴１５に入出力部６を貫通させて出力パイプ８を固着している。出力パイプ８は集熱パイプ４の出力側と定義しても、また別個のものを入出力部６の真空室側で集熱パイプ４に接続しても良い。
入出力部６内における出力パイプ８は容易に変形するように湾曲させておく。このようにすると出力パイプ８が長さ方向に膨張収縮（伸縮）を繰り返しても、出力パイプ８は曲がり方を変えることにより伸縮する力を吸収する。
出力パイプ８を蛇腹状にしたり、曲がり易い材質などを工夫すれば湾曲させずに直線状に配置しても構わない。
【００１６】
図４は入出力部６を外気側から見た側面図である。図１及び図３において、入力パイプ７と出力パイプ８の両者を同時に表示して説明するために、入力パイプ７と出力パイプ８を斜めに配置した図を示しているが、垂直や水平に配置しても構わない。
【００１７】
このように構成された真空太陽熱収集装置は、入力パイプ７から所定の圧力で熱媒体が供給されると、図３の入出力部６の室内は液体の熱媒体で満たされると共に集熱パイプ４に熱媒体が入力される。
集熱パイプ４内の熱媒体は太陽熱を集熱板３から受けて例えば高温の蒸気となり、液体の熱媒体内に浸っている出力パイプ８を通り、蒸気は外部に排出され、所定の配管等を通して熱として出力される。
【００１８】
この場合、筐体２は常温であるから、その側壁５も常温であり、入出力部６の内部は常温の熱媒体で満たされるので、入出力部６の金属パイプ９は常温である。
従って、側壁５は金属パイプ９と固着されているが、温度変化がないので、側壁５と金属パイプ９との間には、太陽熱による膨張収縮の影響は全く存在しない。また、入力パイプ７は入出力部６の第１の蓋１０に固着され、集熱パイプ４の入力側が第２の蓋１１に固着されているが、いずれも常温なので何も問題がない。
【００１９】
一方、集熱パイプ４につながる出力パイプ８は、集熱パイプ４からの加熱された熱媒体が出力されるので、日中の太陽熱により高温例えば１５０℃〜２００℃になり、夜間は常温に戻るという温度変化を受け、直径及び長さが膨張収縮を繰り返す。なお、発電用の場合は４００℃位の高温になることもある。
【００２０】
しかしながら、出力パイプ８と第１の蓋１０、第２の蓋１１との接続部は第１の蓋１０及び第２の蓋１１が側壁５よりずっと厚い金属板で構成され、溶接等で強固に固着されているので、繰り返し応力を受けてもほとんど影響がない。
また、入出力部６の室内には常温の熱媒体が満たされているので、室内部分の出力パイプ８は直径が膨張収縮を繰り返しても、液体中で自由に膨張収縮するだけで液体の熱媒体が吸収してしまい、繰り返し応力が側壁５に及ぶことはない。
なお、出力パイプ８は長さ方向にも膨張収縮を繰り返すが、入出力部６内における出力パイプ８は予め湾曲させてあるので、長さ方向に伸縮しても曲がり方即ち湾曲の度合を変えるだけでその伸縮する力を吸収してしまい、繰り返し応力が筐体の側壁５に悪影響を及ぼすことはない。
従って、出力パイプが膨張収縮を繰り返しても、筐体の側壁は何ら影響を受けず、金属疲労で破壊されることはない。
【実施例２】
【００２１】
図５は実施例２の説明図である。
実施例２は、集熱パイプ４の入力側を入出力部６の上側、即ち金属パイプ９（図３参照）にあけた穴１６に固着したことが実施例１と異なるだけで、他は同じである。
常温の熱媒体が供給される入力パイプ７は外気側に接続され、一方の集熱パイプ４の入力側は真空室側に接続されることが必須であるが、その固着位置は蓋１０，１１（図３参照）に限定される必要はなく、金属パイプ９であっても良い。
そこで、実施例２は集熱パイプ４の入力側を金属パイプ９にあけた穴１６に固着したものであり、実施例１と同等の効果を有する。
【実施例３】
【００２２】
図６は実施例３の説明図である。
実施例３は、入力パイプ７を金属パイプ９にあけた穴１７に固着したことが実施例１と異なるだけで、他は同じであり、実施例１と同等の効果を有する。
【実施例４】
【００２３】
図７は実施例４の説明図である
実施例４は、入力パイプ７を金属パイプ９にあけた穴１７に固着し、集熱パイプ４の入力側を金属パイプ９にあけた穴１６に固着したことが実施例１と異なるだけで、他は同じであり、実施例１と同等の効果を有する。
なお、実施例１〜４において、穴１２〜１７に集熱パイプ４、入力パイプ７、出力パイプ８を固着しているが、いずれも溶接等により気密に固着することは勿論である。
【実施例５】
【００２４】
図８は実施例５の断面図で、実施例３を示した図３に対応した実施例５を示したものである。
実施例１〜４とは第１の蓋２１、第２の蓋２２が異なっている。第１の蓋２１及び第２の蓋２２は筐体の側壁５と同等の厚さの金属で形成され、金属パイプ９に溶接等で固着されている。
【００２５】
入力系のパイプを固着する穴は図３と同じであるが、出力パイプ８を固着する穴２３，２４はそれぞれ第１の蓋２１、第２の蓋２２を漏斗のように円錐形に紋ってあけた穴で形成している。
穴２３，２４は筒口状になっており、その部分で出力パイプ８を溶接等により気密に固着してしっかりと支持する。
このように構成すると、出力パイプ８が膨張収縮を繰り返しても、その力を入出力部内の液体で吸収すると共に出力パイプ８を固着した穴２３，２４の部分で出力パイプ８の直径及び長さの膨張収縮を吸収することができるので、繰り返し応力が筐体の側壁５に悪影響を及ぼすことはない。
【００２６】
なお、入出力部内の出力パイプ８は直線状に配置されているが、長さ方向の伸縮も穴２３，２４の部分で吸収するので問題はない。第１〜第４の実施例のように出力パイプ８を湾曲させれば、穴２３，２４の部分の作用と協働して長さ方向の伸縮による繰り返し応力を更に吸収し易くすることができるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２７】
１                          窓ガラス
２                          筐体
３                          集熱板
４                          集熱パイプ
５                          側壁
６                          入出力部
７                          入力パイプ
８                          出力パイプ
９                          金属パイプ
１０                        第１の蓋
１１                        第２の蓋
１２〜１７                  穴
２１                        第１の蓋
２２                        第２の蓋
２３，２４                  穴
【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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