(57)【要約】【課題】従来技術の太陽集熱器は構造的に熱損失が大きく、寒冷地での使用に適さない。また、配管と熱媒体との伝熱性能不足などの欠点がある。【解決手段】集熱装置の内部全体およびペアガラスの内部を、熱伝導率の低い不活性ガスで充填した、もしくは真空に引き、ＣＰＣ型の反射鏡による集光比を向上し、さらに高性能の選択吸収膜を集熱管表面に施し、集熱管内部に乱流促進体を施すことによって上記の問題を解決する太陽熱集熱装置を提案した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元樋型の複合放物面集光（Ｃｏｍｐｏｕｎｄ  Ｐａｒａｂｏｌｉｃ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ、以下ＣＰＣ）型の反射鏡を有し、且つ、熱伝導率の小さい不活性ガスなどの気体を集熱装置内部のあらゆる間隙に封入している、もしくは装置内部を真空に引いているという特徴を有する太陽集熱装置。
【請求項２】
集熱装置カバーとして、太陽光に対して高透過性を有し、防反射処理（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏａｔｉｎｇ）を施したペアガラスを用い、その内部を真空に、もしくは熱伝導率の小さい不活性ガス、二酸化炭素などの気体で満たしているという特徴を有する請求項１記載の太陽集熱装置。
【請求項３】
集熱管の表面に、太陽光吸収率が９０％以上、且つ赤外放射率１０％以下の選択吸収膜が処理されているという特徴を有する請求項１記載の太陽集熱装置。
【請求項４】
集熱管内の熱伝達を促進するために、管内にフィンや乱流促進体を入れた構造を特徴とする請求項１記載の太陽集熱装置。
【請求項５】
ＣＰＣ型反射鏡をあらかじめ任意の傾斜角度に傾けた状態で集熱装置内部に組み込んでいるという特徴を有する請求項１記載の太陽集熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、太陽エネルギーを利用した温水および高温熱媒体の製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
住宅等の暖房用温水および高温熱媒体などの加熱用として、従来の太陽集熱器（ソーラーコレクタと呼ぶ、以下コレクタと表記）では平板型コレクタが多く使用されている。  しかしながら、従来技術によれば、コレクタ内部の空気の対流・熱伝導現象によって熱損失が増大すること、太陽光を集光しない（集光比ほぼ１）こと、および集熱管と熱媒体との熱伝達が悪いことなどが複合的に効いて、弱い日射時、高温集熱時、および寒冷地での使用（６０℃〜７０℃集熱）において、集熱効率が著しく低下するという短所がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、従来技術のコレクタでは集光比が小さいこと、熱損失が大きすぎるために寒冷地での使用がほとんど不可能なこと。さらに配管と熱媒体との熱伝達性能不足である。本発明は、以上の問題点を改善することによって平板型コレクタの約３倍〜数倍の性能を実現でき、かつコストパフォーマンスに優れる有用な発明である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の３つの問題点を解決するために、請求項１の発明は、２次元樋型のＣＰＣ型の反射鏡を有し、且つ、熱伝導率の小さい不活性ガスなどの気体を集熱装置内部のあらゆる間隙に封入しているという特徴を有する太陽熱集熱装置である。
【０００５】
また、熱損失を低減する方策として、請求項２の発明は、集熱装置カバーとして、太陽光に対して高透過性を有し、防反射処理を施したペアガラスを用い、その内部を真空に、もしくは熱伝導率の小さい不活性ガス、二酸化炭素などの気体で満たしているという特徴を有する請求項１記載の太陽集熱装置である。
【０００６】
さらに、熱損失を低減する方策として、請求項３の発明は、集熱管の表面に、太陽光吸収率が９０％以上、且つ赤外放射率１０％以下の選択吸収膜が処理されているという特徴を有する請求項１記載の太陽集熱装置である。
【０００７】
さらに、集熱管と熱媒体との熱伝達率を向上する方策として、請求項４の発明は、集熱管内の熱伝達を促進するために、管内にフィンや乱流促進体を入れた構造を特徴とする請求項１記載の太陽集熱装置である。
【０００８】
さらに、集熱装置を任意の傾斜面に設置する方策として、ＣＰＣ型反射鏡をあらかじめ任意の傾斜角度に傾けた状態で集熱装置内部に組み込んでいるという特徴を有する請求項１記載の太陽集熱装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の太陽集熱装置の実施形態を示している。
図２は本発明の太陽集熱装置の反射鏡、集熱管周りの断面形状である。
【００１０】
図１および図２に示すように、本発明の太陽集熱装置は、基本的に２次元樋型のＣＰＣ型反射鏡１、カバーガラス４、集熱管２、断熱材５、外装矩体６から構成される。ＣＰＣ型反射鏡１の反射面の反射率は０．９以上が望ましく、高反射アルミ材などが用いられる。カバーガラス４には、クリプトンガスなどの熱伝導率の低い不活性ガスが内部に封入されているか、もしくは内部が真空に引かれているペアガラスを用いる。クリプトンガスの熱伝導率は空気の約１／３である。
【００１１】
また、ガラスは一枚当たり透過率９０％程度の高透過率強化ガラスで熱割れの生じないものが望ましく、ガラス表面には、太陽光を乱反射させないための防反射処理が施されている。熱損失を極力低減するために、外装矩体６に密閉された装置内部全体にもクリプトンなどの熱伝導率の低いガスを充填させるか、もしくは全体を真空に引く。
【００１２】
ＣＰＣ型反射鏡１および集熱管２の寸法は製作上の精度およびコストなどの事情が許すかぎり、微細な構造にする方が、熱損失は低減され、且つ装置全体も薄型化できる。反射鏡１と集熱管２は接しないようにするのが望ましい。
【００１３】
集熱管２の表面には、太陽光吸収率が９０％以上、且つ赤外放射率１０％以下の選択吸収膜が処理されており、吸収した太陽熱を極力、放射によって外部に放出しないようになされている。選択吸収膜には、半導膜の帯間遷移による吸収を利用したもの、多層コーティングによる干渉効果を利用したもの、および表面構造利用したものなどの種類があり、例としては黒クロム処理、サーメット膜などがある。また、本実施形態では集熱管は直列配管になっている。
【００１４】
断熱材５には、通常、ポリスチレンフォーム、発砲ウレタンなどの断熱材を用いるが、高温仕様、寒冷地仕様向けには、高温断熱性に優れた超微粒子シリカ系断熱材や真空断熱材などを適宜用いる。
【００１５】
【実施例】
図３に本発明の他の実施例として並列配管の概略図を示す。図１記載の実施形態では、直列配管の例を示したが、図３に示すようにヘッダー管９を用いた並列配管の場合も考えられ、とくに配管抵抗の低減に有効である。
【００１６】
図４（ａ）および（ｂ）に他の実施例として集熱管内部の構造を示す。近年の技術の進歩により、図のような管内フィン１２の加工も可能となり、これによる伝熱促進効果が期待できる。図４（ａ）はスパイラル状の内部フィン１２の例であるが、この他に直管に図４（ｂ）のようなねじり板（ヘリカルリボン）１３を挿入する方法なども考えられる。これらのフィンにより管内の流れが乱され乱流が形成されることにより、熱伝達率が促進される。
【００１７】
図５に本発明の他の実施例として、ペアガラスの代わりに耐熱性フィルムを用いた概略図を示す。図１記載の実施形態で示した不活性ガス封入ペアガラスを用いる代わりに、日射に対して高透過率を有する強化シングルガラスを装置カバー４とし、ＣＰＣ型反射鏡１の開口部を覆うように耐熱性フィルム８を張る場合がある。フィルム８はガラスと同様に、日射に対して高透過率を有するものを用いる。このフィルムによって、ＣＰＣ型反射鏡１の内部において発生する自然対流を抑制し、断熱性能を向上することができる。
【００１８】
図６に本発明の他の実施例として、ＣＰＣ型反射鏡および集熱管形状を示す。図１記載の実施形態のＣＰＣ型反射鏡および集熱管形状の他に、図５（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）に示すような形状もある。これらは、平板状の集光板１０を有し、ＣＰＣ型反射鏡１と集熱管２は断熱性を有する絶縁体１１を介して接している。製作上の制限がなければ、反射鏡１と集熱板２は完全に離れていた方が望ましい。
【００１９】
図７に本発明の他の実施例として、ＣＰＣ型反射鏡を傾けた場合の装置断面図を示す。図６（ａ）に示すように、通常の集熱装置では、太陽１４からの直達日射１５を年間を通じてより多く受光するため、設置する地点の緯度に相当する装置傾斜角度１６に傾けて使用される。しかし、本発明の実施例として、図６（ｂ）に示すように、あらかじめＣＰＣ型反射鏡１を装置傾斜角度１６に匹敵する反射鏡設置角度１７で傾けて製作しておくことにより、集熱装置を鉛直に立てた状態で使用できる。これは、ベランダやバルコニー、建物外壁などの鉛直面に集熱装置を設置する際に有効である。この場合、ＣＰＣ型反射鏡は図１記載の実施形態の場合のように左右対称ではなく、非対称となり、適切な位置でトランケーション（切頭）１９する必要がある。また、外装矩体６の上部に透過窓１８を設けることが望ましい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の太陽集熱装置は、集熱効率の比較において、従来の技術よりも寒冷地および太陽熱発電を含む高温集熱において格段に優れた集熱性能を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽熱集熱装置の実施の形態を示した説明図である。
【図２】太陽熱集熱の実施形態としての反射鏡・集熱管周りの概略図である。
【図３】他の実施例として並列配管の概略図である。
【図４】他の実施例としての集熱管内部の乱流促進体の概略図である。
【図５】他の実施例としての耐熱フィルムを用いたときの装置断面図である。
【図６】他の実施例としてのＣＰＣ型反射鏡および集熱管の例を示した概略図である。
【図７】他の実施例としてＣＰＣ型反射鏡を傾けて設置した場合の概略図である。
【符号の説明】
１  反射鏡
２  集熱部
３  熱媒体
４  集熱管
５  集熱装置カバー
６  断熱材
７  カバー枠
８  耐熱性フィルム
９  ヘッダー管
１０  集熱面
１１  絶縁体
１２  内部フィン
１３  ヘルカルリボン
１４  太陽
１５  直達日射
１６  装置設置角度
１７  反射鏡設置角度
１８  透過窓
１９  トランケーション（切頭）
【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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