(57)【要約】【課題】    農業ハウスの太陽熱暖房システムの集熱器が高価で採算に合わない。集熱器をハウス内部に設置して安価に出来ても耕作面積の１／３を設置面積にとられ効率が悪い。両方の欠点を解決する汲み置き型集熱器を提供する。【解決手段】東西に設置した農業ハウス内部北側の上下中間の位置に、水平に裏表両面より集熱できる平板型集熱器を設け、上側からと、下側からと太陽熱光線を誘導する反射材を設けて集熱し、作土層内の土壌蓄熱層に蓄熱し、集熱器の集熱面積当たりの太陽熱集熱量を増加し、集熱器設置スペースを耕作地の２０％以下に押さえる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱を吸収し、水を加温する太陽熱集熱器と土壌蓄熱層に供給する循環ポンプと配管システムを構成する太陽熱集蓄システムであって、前記太陽熱集熱器は東西に設置した施設園芸ハウスの北側壁に密着して取り付け、北側のハウス中間に水平に裏表両方より集熱出来る集熱器を置き、上部ハウス内部と下部ハウス内部にそれぞれ集熱板に太陽光線が入力するよう反射材を設けてなる太陽熱集熱システム。
【請求項２】
前記裏表両面より集熱できる集熱器は、下面に選択吸収膜の付いた金属板の上に汎用樹脂の押し出し成型した袋帯状集熱袋を載荷し、上部に透明フイルムを展張して断熱層を形成しなお且つその端部を南北側両端部よりたれ下げて、集熱板下部に静止空気層を形成してなる前記請求項１記載の太陽熱集熱システム。
【請求項３】
前記裏表両面より集熱できる集熱器は下面に選択吸収膜の付いた金属板の上に、下側がナチュラルフイルム、中間が太陽熱吸収フイルム、その上側が透過フイルムの三種の同質の熱可塑性フイルムを熱溶着してなる袋帯状集熱袋を載荷してなる前記請求項１記載の太陽熱集熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は太陽熱集熱器に係り、より詳しくは施設園芸ハウスに入射した太陽光線をハウスの北側で効率よく集熱してハウスの暖房の熱源にするシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】  施設園芸ハウスの暖房は主に灯油および重油焚きボイラーによる温風暖房が主流だが、現在ＣＯ２の排出削減が求められ、自然エネルギー利用が要求されている。
太陽集熱器の性能はＪＩＳＡ４１１２「太陽集熱器」［非特許文献１］に規定され、その試験方法はＪＩＳＡ４１２５「太陽集熱器の集熱試験方法」［非特許文献２］に記載されている。
［特許文献１］に新しい太陽熱集熱器として透明なプラスチックを用いた太陽集熱器が開示されている。しかし、開示されている装置はキャンプなどに使う携帯用のものであり、長期使用出来る実用的なものではない。【０００３】  ［特許文献２］にプラスチック製の熱交換器を用いた太陽熱温水器が報告されている。しかし、これは一般住宅向けで施設園芸ハウスに応用しても効率は良くない。
施設園芸ハウスに入射した太陽光線で、直接光合成に関与しない光線を、ハウスの北側で効率よく集熱できて、なお且つそのハウスの暖房負荷を賄えるよう蓄熱できる機構が有効である。【０００４】  ［特許文献３］に本出願人が提案しているプラスチックフイルムを利用した集熱システムが報告されている。しかし、集熱器としての効率はよいが、施設園芸ハウスの外部に建設する為、耐風圧、耐雪構造にする為高価につき、又集熱システム上熱媒を一旦地下にあるレシーバータンクに受け止め、循環制御する落水型配管システムが必要になり、システム全体として費用対効果が満足できず、安価な農作物の暖房熱源になりづらい。
一般に施設園芸ハウスの一シーズンで使用する化石燃料の１０倍が、即ち１０年以下で初期投資が回収出来なければ太陽熱暖房システムの価値は評価されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】  特開５−７９７０６
【特許文献２】  特開２００７−６４５８９
【特許文献３】  特願２００９−０３５８８４
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】  ＪＩＳＡ４１１２−１９９５「太陽集熱器」
【非特許文献２】  ＪＩＳＡ４１２５−２０００「太陽集熱器の集熱性能試験方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明は施設園芸ハウスに入射した太陽光線をハウス外に逃がす事なく全て集熱して暖房熱源に利用する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  集熱機構をハウス内部に設置する為、その設置に耕作地をとられ、栽培面積を縮小せざるを得ない。通常の集熱器を内部に設置すると、傾斜角度を４５°〜６０°の範囲に固定する為、北海道内の標準的パイプハウス７．２ｍ巾の場合、約１／３をとられ２／３しか栽培できない。集熱面を水平に置き、入射光線を全て水平面集熱器に入る様に上部と下部に反射フイルムを設置した時の集熱面の巾はハウスの巾の１／６あれば従来の集熱器以上に集熱量が増大する。従って設置面積は半減する。［図３］参照。
この集熱した温水は、耕作地下に埋設されている樹脂管を通り、集熱した高温のお湯を循環して地下蓄熱層に蓄熱するシステムである。この蓄熱システムは１９８２年（社）日本太陽エネルギー学会第８回発表会で報告されており出願人が製作したものである。（講演論文集１６５頁〜１６８頁）
この配管は密閉配管システムで温度上昇による膨張は金属製集熱器ではない場合、樹脂製太陽熱集熱袋を使用する場合はその形状変化により吸収し、膨張タンクを必要としない。
この集熱袋の素材は、汎用樹脂に太陽光線を吸収するカーボンブラックおよび紫外線を吸収する素材、および短波長域は吸収するが、長波長域は反射する波長を選択するフィラー等を入れたバッチ樹脂を作り、ベースレジンに５％で配分して製作する。
集熱袋の下部は金属板で構築して断熱材をはさんで支持しており、金属板下側面には選択吸収膜がついている。集熱袋の上面と金属板下部は透過フイルムで覆われ、空気の対流を防止している。
【発明の効果】
【０００９】  本発明のプラスチック集熱袋は金属板上に載荷され、その上を透過フイルムで覆っていて、透過フイルムと集熱フイルムとの間は傾斜が無く、従ってその間にある空気層は横方向に対流が起らず、小さな渦流が発生するだけで熱伝達損失が少ない。又下部金属板の集熱面は下側から加温される為、上部が高温で下部が低温となり、空気の対流は起らず、静止空気層で、対流熱伝達損失が起らず、図３に示す従来型との比較集熱量は７００／４８５＝１．４４と通常の平板型集熱器の１．４倍と集熱量は多い。又ハウス内に設置する為、集熱温度と外気との温度差が小さく、従って集熱効率が高い。［図２］参照。
水平に置く事により、三大熱損失要素（放射、伝導、対流）の一番大きな要素である対流熱損失を少なくする事により、汲み置きシステムが可能になり、集熱用制御器、集熱用ポンプ、レシーバータンクが不要になる。集熱袋も押し出し機で薄く製造でき、１袋の大きさを巾１ｍで連続生産が可能で、持ち運びに便利な１０ｍに切断してユニット化ができ、農家が１０ｍの巻物を５本連結する事で北海道の標準的なハウスの太陽熱集熱器を組み立てる事が容易である。
エラストマーを素材とした集熱器は過去に様々あったが、フイルム厚が０．５ｍ／ｍで１台が５０ｍ２以上の大型の集熱器は他に例を見ない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラスチックフイルム集熱袋システムのハウス設置模式図である。
【図２】通常のエラストマー集熱器と金属製逆平板型集熱器との集熱効率特性線図の比較
【図３】札幌地区の日本気象協会発表の日射量に基ずくハウス内設置集熱器１ｍ２の取得集熱量と従来型集熱器１．８ｍ２の取得集熱量との比較表
【図４】太陽熱集熱袋の一実施例  Ａは平面図Ｂはａ−ａ断面図
【発明を実施する為の形態】
【００１１】  以下に図面を参照して本発明の実施形態を詳細に記載する。この記載は本発明を説明するためのものであって、この記載によって本発明の技術範囲を限定するものではなく、本発明の技術範囲が逸脱しない範囲で、多様に変更して実施する事が可能である。
【実施例】
【００１２】  図１は本発明の一実施形態に係る樹脂製太陽熱集熱袋システムをハウスに設置した概略を示す模式図である。
図１に示すように樹脂製太陽集熱袋は選択吸収膜の付いた金属板上に水平に載荷されており、金属板と袋とは密着しており、金属板を支えている部材はＥＰＰ断熱材を介してパイプ架台の上に載っている。
南側から入力した太陽光線は、直接または１回反射して集熱袋に吸収される。散乱光線および低位に入射した太陽光線は下部反射フイルムで反射し、金属板に吸収され、集熱袋の水を加熱する。従って集熱袋は上からと下側からと二方向より加温される。集熱袋は厚さ０．５ｍｍのプラスチックフイルムで巾１ｍ長さ１０ｍを１ユニットとして水密に連接しており、巾１ｍの中に仕切線が９本あって巾９ｃｍの流路１０本を構成し、両端で合流するように配しており、１ユニットには平置して１０Ｌの水が入る構造になっている。最上部の配管には自動エア抜き弁を設けている。
水温が上昇するに従って密閉配管システム内の水は膨張し、集熱袋の板状の形状が球状に変化する事によって膨張は吸収され、膨張タンクを必要としない。
集熱袋の温度が作土層の温度より７℃高くなった時、循環ポンプが稼動し、地下６０ｃｍの土壌と集熱袋との温度差が４℃以下になる迄循環して集熱した太陽熱を作土層に蓄熱する。夜間の放熱に充分足りている時は良いが、不足する作目に対しては集熱袋の巾を広げるとよい。又集熱袋の温度が３℃以下になった時、循環ポンプが稼動し、地下６０ｃｍの地温により集熱袋の凍結を防止する。
【産業上の利用可能性】
【００１３】現在普及している太陽熱集熱器の太陽熱変換効率は平均して３５％であり価格も金属とガラスで構成しており高価である。其れに対して今回発明した集熱機構は裏表両面より集熱出来、集熱量も４０％増加し、フイルム集熱袋で集熱する場合、価格も超安価であり灯油の暖房コストと競争出来るところまで来ている。世界的ＣＯ２排出削減運動が高まる中、この集熱システムは普及する。
【符号の説明】
【００１４】１    農業用パイプハウス
２    集熱板上部反射シート
３    集熱板下部反射シート
４    集熱袋
５    集熱袋下部集熱板
６    蓄熱用ポンプ及びコントローラー
７    地下蓄熱層内調整弁付分岐ヘッター
８    地下配管
９    蓄熱槽
１０  集熱袋
１１  透過フイルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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