(57)【要約】【課題】構造を簡略化するとともに、従来よりも断熱性能に優れ、集熱効率の高いソーラーヒートコレクターパネルを提供すること。【解決手段】ソーラーヒートコレクターパネルのユニット１０は、集熱板４０と熱媒体用パイプ５０が透明断熱材２０と一体構造にされたものである。集熱板４０には、ＭＯｘＮｙ（ＭはＴｉ又はＡｌ）選択吸収膜３０がコーティングされている。透明断熱材２０はシリカエアロゲルである。透明断熱材２０内部に集熱板４０が埋設されるため、透明断熱材２０の強度が向上する。そのため、シリカエアロゲルのような透明断熱材をソーラーヒートコレクターパネルの断熱材に用いることが可能になり、選択吸収膜３０・集熱板４０・熱媒体用パイプ５０が隙間なく密閉されるため、空気の対流が起こらず、断熱性能に優れ、しかも、パネルが軽量化・簡略化される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集熱板と熱媒体用パイプが透明断熱材と一体構造であることを特徴とする、
ソーラーヒートコレクターパネル。
【請求項２】
前記集熱板がＭＯｘＮｙ（ＭはＴｉ又はＡｌ）選択吸収膜をコーティングしたものであり、前記透明断熱材がシリカエアロゲルである、請求項１のソーラーヒートコレクターパネル。
【請求項３】
前記透明断熱材がシリカウェットゲルを超臨界乾燥させることによって得られたシリカエアロゲルである、請求項１又は２のソーラーヒートコレクターパネル。
【請求項４】
前記集熱板に前記熱媒体用パイプが接合されている、請求項１から３のいずれかのソーラーヒートコレクターパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソーラーヒートコレクターパネル（平板型太陽熱集熱器）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラーヒートコレクターパネルは、主にフラットパネル型や真空管型が知られているが、構成が単純で低コスト化が容易なフラットパネル型は、ソーラーヒートコレクターパネルの主流となりつつある。
フラットパネル型は、対流・伝導による熱損失が大きいため、真空管型と比較して、高製能の断熱が必要とされる。従来のフラットパネル型の断熱方法としては、採光部に二重ガラスを使う等していたが、この構造は大重量であり、高強度の筐体を必要としていた。
【０００３】
一方、シリカエアロゲルは、気孔率が高く熱伝導率が極めて低いことから、高製能断熱材として知られており、さらに可視光線透過率が高く、比重が０．１程度と軽量であるため、ソーラーヒートコレクターパネルの断熱材に用いることが検討されている。
しかし、シリカエアロゲルは機械的強度が弱く、接着などに工夫を要するため、これまでにソーラーヒートコレクターパネルの断熱材として用いられた実績は少ない。
ソーラーヒートコレクターパネルにシリカエアロゲルを用いた例として、集熱板の上にブロック上のシリカエアロゲルを敷きつめることにより断熱層を形成した太陽集熱器が特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２１７９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１における集熱器のように、集熱板の上にブロック上のシリカエアロゲルを単純に敷きつめた構造では、集熱板とシリカエアロゲルの間にわずかな隙間が生じ、そこから空気の対流が起こるため、熱損失が大きくなるという問題がある。
また、シリカエアロゲルは、機械的強度が非常に弱いため、シリカエアロゲルを単純に敷きつめただけではその強度が不十分であり、取扱いの際に壊れやすい欠点がある。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑み、フラットパネルの構造を簡略化するとともに、従来よりも断熱性能に優れ、集熱効率の高いソーラーヒートコレクターパネ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、集熱板と熱媒体用パイプが透明断熱材と一体構造であることを特徴とするソーラーヒートコレクターパネルにより、前記の課題を解決した。
。
なお、前記集熱板は、ＭＯｘＮｙ（ＭはＴｉ又はＡｌ）選択吸収膜をコーティングしたものであり、前記透明断熱材はシリカエアロゲルであるのが好適である。ＯｘＮｙはオキシナイトライドを表わす。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、透明断熱材内部に集熱板が埋設されるため、透明断熱材の強度が向上する。そのため、シリカエアロゲルのような断熱材をソーラーヒートコレクターパネルの断熱材に用いることが可能になる。
しかも、本発明のソーラーヒートコレクターパネルは、透明断熱材によって選択吸収膜・集熱板・熱媒体循環用金属製パイプが隙間なく密閉されるため、空気の対流が起こらず、断熱性能に非常に優れている。従って、従来のパネルのような大重量の断熱装備が不要となるため、パネルが軽量化・簡略化され、製造コストを大幅に低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を図に基づいて詳細に説明する。
本発明のソーラーヒートコレクターパネルは、正六角形の集熱器（以下、「ユニット」という。）の集合体である。
図１(a)はユニット１０の上面図である。このユニット１０は、上面図では、 一辺の長さが約４０ｍｍの正六角形であり、厚さは約２０ｍｍである。しかし、ユニット１０の投影形状は正六角形に限定されず、他の正多角形や長方形等、他の形状でもよい。
【００１０】
図１(b)は、図１(a)を数字１の方向から見た概略図である。また、図１(c)は 、図１(a)を数字２の方向から見た概略図である。
ユニット１０は、シリカエアロゲル２０と、選択吸収膜３０で上下をコーティングされた集熱板４０及び熱媒体循環用金属製パイプ５０からなる。
本発明において、集熱板４０にコーティングされている選択吸収膜３０は、チタンオキシナイトライド又はアルミニウムオキシナイトライド薄膜である。チタンオキシナイトライド又はアルミニウムオキシナイトライドは、太陽光の波長の光は吸収するが、赤外光の波長の光は外に放射しない性質を持つため、選択吸収膜として好適に用いられる。また、集熱板４０及び熱媒体循環用金属製パイプ５０の材料である金属の種類は特に限定されないが、一例として、熱伝導性のよい銅が好適である。
【００１１】
図１(b)に示すように、熱媒体循環用金属製パイプ（以下、単に「パイプ」と いう。）５０は、集熱板４０の下部に接合されている。さらに、選択吸収膜３０、集熱板４０及びパイプ５０全体が、シリカエアロゲル２０によって覆われ、一体に成形されている。
【００１２】
本発明で用いるシリカエアロゲル２０は、アルコキシシランを加水分解・重縮合して作製したウェットゲルを、超臨界乾燥することにより得られる。
超臨界乾燥法により得られるシリカエアロゲルは、気液界面が存在しないことから、毛管力が働かず、殆ど収縮することがない。さらに、透明度にも優れているため、ソーラーヒートコレクターパネルの断熱材として好適である。
【００１３】
ここで、選択吸収膜３０でコーティングされた集熱板４０及びパイプ５０とシリカエアロゲル２０を一体成形する接着工程について説明する。
まず、ウェットゲル作製用のゾル溶液を調製する。ウェットゲルの出発原料であるアルコキシシランの種類は特に限定されないが、本発明では、ＭＳ５１（メチルシリケート５１）を用いた。メチルシリケート５１をメタノールで希釈したものに、触媒として水酸化アンモニウムを添加し、ゾル溶液を調製した。
チタンオキシナイトライド又はアルミニウムオキシナイトライド選択吸収膜３０でコーティングされた集熱板４０とパイプ５０を型の支持部に載せて（図２工程１）、型の中にゾル溶液を厚さ約２ｃｍになるように注いだ（図２工程２）。この間に、ゾル溶液の加水分解・重縮合反応が進み、ゾル溶液はゲル化し、ウェットゲル６０が形成された。
集熱板４０・パイプ５０と一体化させたウェットゲルを約１日エージングした後、型からウェットゲルを取外した。
【００１４】
以上の工程により得られたウェットゲルを超臨界乾燥させた。
超臨界乾燥法は、特開２００１-１３９３２１号公報、米国特許第４４０２９ ２７号他数多くの文献に開示された公知技術であるから、ここでは詳細な説明を省略し、簡単な手順について説明する。
まず、オートクレーブ内を超臨界媒体（アルコール系）で満たした後、２日間液相置換したウェットゲルを収納し、不活性ガスを流し込んだ。
次に、ウェットゲルが収納されたオートクレーブを加熱した。加圧については、加圧ポンプを使用せず、アルコールを加熱することによって生じる圧力で加圧し、圧力が上がりすぎないように、８０kgf/cm2付近で定圧弁が作動するように 設定した。昇温条件は、０〜２００℃まで４時間（昇温速度５０℃/ｈ）、２０ ０〜３００℃まで４時間（昇温速度２５℃/ｈ）であり、その後３００℃で２〜 ３時間保持した。また、３００℃になった時点から、保持している間（２〜３時間）、圧力を０．５kgf/cm2／ｍｉｎで抜いて大気圧まで下げた。
アルコールを抜き終わった後、オートクレーブ内及び配管内のアルコール（気体）を除去するために不活性ガスを流し込み、ゆっくり温度を下げた。温度が下がったことを確認してシリカエアロゲルを取出した。
なお、シリカエアロゲル作製の際の超臨界流体は、アルコールに限定されず、二酸化炭素等も好適に用いられる。
【００１５】
上記の工程を経ることにより得られたユニット１０は、選択吸収膜３０でコーティングされた集熱板４０とパイプ５０全体が、シリカエアロゲルで覆われ、隙間なく密閉されているため、空気による対流は起こらない。
また、シリカエアロゲルの内部に集熱板が埋設されることにより、シリカエアロゲルが補強されるが、さらに、ポリマー、ガラス等でシリカエアロゲルを被覆することにより、実用に耐えうる充分な強度がを得ることができる。
【００１６】
ユニット１０のパイプの端部を図示しない適宜の手段で結合させてユニットを組立てると、図３に示したような形状のパネル７０になる。
図３は、本発明のソーラーヒートコレクターパネル７０を用いたソーラーヒートコレクターシステムの概要図である。不凍液や水等の熱媒体が、送液ポンプを用いてシステム内を循環させられる。低温の熱媒体がパイプ入口８０から流入し、パネル７０内のパイプ５０を流れる間に集熱板４０から熱を受取り、温度が上昇して、出口９０から流出する。
【００１７】
このソーラーヒートコレクターパネル７０は、チタンオキシナイトライド又はアルミニウムキシナイトライド薄膜３０でコーティングされた集熱板４０とパイプ５０の全体が、透明なシリカエアロゲルで覆われて一体化された構造を有しているため、パネル７０の上下両面から太陽光を吸収することが可能である。
例えば、パネル７０を雪の上に設置した場合は、パネル上面では太陽光が直接入射し、パネル下面では、雪の表面で反射した光が入射することになる。従って、従来のパネルに比べて、格段に効率よく太陽熱を集熱することができる。
【実施例】
【００１８】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１９】
（実施例１）
本発明のパネル７０を用いたソーラーヒートコレクターシステムにより熱媒体のエチレングリコールを１時間循環させた。外気温度は９．５度、日射量は８５２Ｊ／Ｓ（平均）であった。出口９０でエチレングリコールの温度を測定した結果、１５４℃であった。
【００２０】
（比較例２）
一方、シリカエアロゲルをサンドイッチ状に挟んだだけの従来のソーラーヒートコレクターパネルを用いて、実施例１と同様の条件でエチレングリコールを循環させ、出口でエチレングリコールの温度を測定した結果、９０℃であった。
【００２１】
（比較例３）
アルミケースの中に、二重ガラスと選択吸収膜と発泡ウレタンが収納された構造を有する従来のソーラーヒートコレクターパネルを用いて、実施例１と同様の条件でエチレングリコールを循環させ、出口でエチレングリコールの温度を測定した結果、７０℃であった。
【００２２】
実施例より、本発明の選択吸収膜とシリカエアロゲルが一体化されたソーラーヒートコレクターパネルは、従来のものと比べて断熱性能に優れていることが分かる。また、比較例２においては、シリカエアロゲルを単純に挟んだだけであるため、ユニットの左右にわずかな隙間が生じ、そこから空気の対流が起こり、熱損失が生じたものと考えられる。
一方、本発明では、このような空気の対流は起こり得ず、断熱性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のソーラーヒートコレクターパネルのユニットの説明図で、(a)は上面図、(b)は(a)を数字１の方向から見た概略図、(c)は(a)を数字２の 方向から見た概略図。
【図２】シリカエアロゲルと選択吸収膜の一体化の工程図。
【図３】本発明のソーラーヒートコレクターパネルを用いたソーラーヒートコレクターシステムの概要図。
【符号の説明】
【００２４】
１０：ユニット
２０：シリカエアロゲル
３０：選択吸収膜
４０：集熱板
５０：熱媒体用パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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