(57)【要約】【課題】アクティブエリアを拡大した太陽熱集熱管を提供する。【解決手段】ベローズ４の複数の各山折り形状部４ａの直径は、熱媒体流通管３の端部３ａに向かうに従いテーパ状に減少している。同様に、複数の各谷折り形状部４ｂの直径も、熱媒体流通管３の端部３ａに向かうに従いテーパ状に減少している。つまり、各山折り形状部４ａは、隣り合う山折り形状部４ａに対してベローズ４の半径方向にずれた位置であり、隣り合う山折り形状部４ａと隣り合う谷折り形状部４ｂとのおおむね中間の位置（中間部）に位置するように形成されている。同様に、各谷折り形状部４ｂは隣り合う谷折り形状部４ｂに対してベローズ４の半径方向にずれた位置であり、隣り合う山折り形状部４ａと隣り合う谷折り形状部４ｂとの中間部に位置するように形成されている。【選択図】図２
2016031172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外管と、
内管と、
前記内管の端部付近の内管の表面に設置され、複数の山折り形状部及び谷折り形状部が交互に配置された伸縮可能な熱膨張差吸収手段と
を備え、
前記外管と前記内管とは前記熱膨張差吸収手段を介して接続され、
複数の前記山折り形状部及び前記谷折り形状部のうち、少なくとも二つの隣り合っている前記山折り形状部同士及び前記谷折り形状部同士の直径が異なる太陽熱集熱管。
【請求項２】
前記山折り形状部及び前記谷折り形状部の直径が、前記内管の端部に向かうに従いテーパ状に変化している請求項１に記載の太陽熱集熱管。
【請求項３】
前記山折り形状部及び前記谷折り形状部の直径が、前記内管の端部に向かうに従い減少している請求項２に記載の太陽熱集熱管。
【請求項４】
前記外管と、前記熱膨張差吸収手段とが、ジョイント取付部と、ジョイントとを介して接続され、
前記ジョイント取付部は、前記外管と同心円状の円筒形状を有し、一端が前記外管に接続され、
前記ジョイントは、ジョイント円環形状部を備え、
前記ジョイント円環形状部は、前記内管と同心円状の前記内管の中心軸と交差する円環板状の形状を有し、前記ジョイント取付部の他端と、前記熱膨張差吸収手段とに接続されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽熱集熱管。
【請求項５】
前記外管と、前記熱膨張差吸収手段とが、ジョイント取付部と、ジョイントとを介して接続され、
前記ジョイント取付部は、前記外管と同心円状の円筒形状を有し、一端が前記外管に接続され、
前記ジョイントは、ジョイント最外部と、ジョイント円筒形状部と、ジョイント円環形状部とを備え、
前記ジョイント最外部は、前記内管と同心円状の前記内管の中心軸と交差する円環板状の形状を有し、前記ジョイント取付部の他端に接続され、
前記ジョイント円筒形状部は、前記内管と同心円状の円筒形状を有し、前記熱膨張差吸収手段を取り囲むように設けられており、前記内管の中心軸方向に対して少なくとも前記ジョイント取付部と同じ長さを持ち、一端が前記ジョイント最外部に接続され、
前記ジョイント円環形状部は、前記内管と同心円状の前記内管の中心軸と交差する円環板状の形状を有し、前記ジョイント円筒形状部の他端と、前記熱膨張差吸収手段とに接続されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽熱集熱管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽熱集熱管に係り、特に、トラフ式の太陽熱集熱装置に用いられる太陽熱集熱管に関する。
【背景技術】
【０００２】
放物面を有する集光手段を用いて太陽熱を太陽熱集熱管に集光し、太陽熱集熱管の内管の内部を流通する熱媒体を加熱するトラフ式の太陽熱集熱装置が知られている。この太陽熱集熱装置に用いられる太陽熱集熱管は、太陽光を効率良く熱に変換して熱損失を少なくするために、内管と外管とからなる二重管構造とし、内管と外管との間を真空状態にすることで断熱している。
【０００３】
このような従来の太陽熱集熱管が特許文献１に記載されている。図７に示すように、この太陽熱集熱管１１１は、熱媒体が流通可能なステンレス鋼（ＳＵＳ）製の金属管である内管１１２と、ガラス管である外管１１４とを備え、内管１１２と外管１１４との間に真空空間１１３が形成されている。内管１１２と外管１１４との太陽熱による熱膨張差を吸収するため、熱膨張差吸収手段１２０が内管１１２と外管１１４との間に設けられている。熱膨張差吸収手段１２０として、ＳＵＳ製のベローズ１１５，１１６がＳＵＳ製の接続筒１１７を介して直列に、且つ径方向に重なる状態で配置されている。ベローズ１１６はＳＵＳ製のフランジ１１８を介して内管１１２に接続されている。ベローズ１１５はコバール金属環１１９を介して外管１１４に接続されている。
【０００４】
太陽熱集熱管１１１の製造時は、ベローズ１１５，１１６の隣り合う山折り形状部同士及び谷折り形状部同士が密着している最短寸法で製造される。太陽熱集熱管１１１を太陽熱集熱装置に設けて使用する場合は、内管１１２を流れる熱媒体が約４００℃に達するため、内管１１２と外管１１４との間に熱膨張差が生じてしまう。この熱膨張差を吸収するために、ベローズ１１５，１１６は伸びた状態になる。この時、太陽熱集熱管１１１の集光範囲（アクティブエリア）は、内管１１２の全長から、デッドスペースであるベローズ１１５又はベローズ１１６の最短寸法と熱膨張差を吸収するためのベローズ１１５又はベローズ１１６の伸び量との合計を引いた長さとなる。ベローズ１１５又はベローズ１１６の伸び量は材質によって決まるので、材質を変えずにアクティブエリアを拡大して太陽熱集熱管１１１の集熱効率を上げるためには、ベローズ１１５又はベローズ１１６の最短寸法を短くする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−３１９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された太陽熱集熱管１１１は、ベローズ１１５の各山折り形状部の直径がそれぞれ等しく、ベローズ１１５の各谷折り形状部の直径がそれぞれ等しい。同様に、ベローズ１１６の各山折り形状部の直径がそれぞれ等しく、ベローズ１１６の各谷折り形状部の直径がそれぞれ等しい。このため、ベローズ１１５，１１６は隣り合う山折り形状部同士及び隣り合う谷折り形状部同士が接触した状態よりも縮むことができないので、アクティブエリアをさらに拡大することができないという問題点があった。また、特許文献１に記載された太陽熱集熱管１１１は、ベローズ１１５，１１６が接続筒１１７を介して直列に、且つ径方向に重なる状態で配置されていてベローズの伸び量を稼いでいるが、この方法ではベローズを複数設けるため、コストが増大するという問題点もあった。
【０００７】
この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、アクティブエリアを拡大した太陽熱集熱管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】
【０００８】
この発明に係る太陽熱集熱管は、外管と、内管と、内管の端部付近の内管の表面に設置され、複数の山折り形状部及び谷折り形状部が交互に配置された伸縮可能な熱膨張差吸収手段とを備え、外管と内管とは熱膨張差吸収手段を介して接続され、複数の山折り形状部及び谷折り形状部のうち、少なくとも二つの隣り合っている山折り形状部同士及び谷折り形状部同士の直径が異なる。
山折り形状部及び谷折り形状部の直径が、内管の端部に向かうに従いテーパ状に変化していてもよい。
山折り形状部及び谷折り形状部の直径が、内管の端部に向かうに従い減少していてもよい。
外管と、熱膨張差吸収手段とが、ジョイント取付部と、ジョイントとを介して接続され、ジョイント取付部は、外管と同心円状の円筒形状を有し、一端が外管に接続され、ジョイントは、ジョイント円環形状部を備え、ジョイント円環形状部は、内管と同心円状の内管の中心軸と交差する円環板状の形状を有し、ジョイント取付部の他端と、熱膨張差吸収手段とに接続されていてもよい。
外管と、熱膨張差吸収手段とが、ジョイント取付部と、ジョイントとを介して接続され、ジョイント取付部は、外管と同心円状の円筒形状を有し、一端が外管に接続され、ジョイントは、ジョイント最外部と、ジョイント円筒形状部と、ジョイント円環形状部とを備え、ジョイント最外部は、内管と同心円状の内管の中心軸と交差する円環板状の形状を有し、ジョイント取付部の他端に接続され、ジョイント円筒形状部は、内管と同心円状の円筒形状を有し、熱膨張差吸収手段を取り囲むように設けられており、内管の中心軸方向に対して少なくともジョイント取付部と同じ長さを持ち、一端がジョイント最外部に接続され、ジョイント円環形状部は、内管と同心円状の内管の中心軸と交差する円環板状の形状を有し、ジョイント円筒形状部の他端と、熱膨張差吸収手段とに接続されていてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、熱膨張差吸収手段の複数の山折り形状部及び谷折り形状部のうち、少なくとも２つの隣り合っている山折り形状部同士又は谷折り形状部同士の直径が異なることで、熱膨張差吸収手段の最短寸法が短くなるので、アクティブエリアを拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る太陽熱集熱管の一方の端部付近の部分分解図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る太陽熱集熱管の一方の端部付近の部分断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る太陽熱集熱管の一方の端部付近の部分断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る太陽熱集熱管の一方の端部付近の部分分解図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る太陽熱集熱管の一方の端部付近の部分断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る太陽熱集熱管の一方の端部付近の部分断面図である。
【図７】従来の太陽熱集熱管の一方の端部付近の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に示すように、太陽熱集熱管１は、外管であるガラス管２と、内管である熱媒体流通管３とを備えた二重管構造を有している。また、太陽熱集熱管１には、ガラス管２の両端に配置される環状の熱膨張差吸収手段であるベローズ４（図１には、一方のベローズ４のみが示されている）と、ベローズ４とガラス管２との間に設けられた環状のジョイント５と、ガラス管２にジョイント５を取付けるためのジョイント取付部でありガラス管２と同心円状に設けられた円筒形状の部材であるコバール金属環６とが設けられている。
【００１２】
ガラス管２の材質としては、特に限定されず、透明な耐熱ガラスを一般に用いることができる。透明な耐熱ガラス製のガラス管としては、例えば、ホウケイ酸ガラス管等が挙げられる。
【００１３】
熱媒体流通管３の材質としては、特に限定されず、一般に、鉄系材料（例えば、ＳＵＳ、耐熱鋼、合金鋼、炭素鋼）、アルミニウム系材料等の耐熱性を有する金属を用いることができる。これらの中でも、使用環境（例えば、太陽熱集熱管１の加熱温度）を考慮すると、ＳＵＳ製や耐熱鋼製のものを用いることが好ましい。
【００１４】
図２に示すように、ガラス管２と熱媒体流通管３とは中心軸Ｘを共有している。熱媒体流通管３の一方の端部３ａ付近の熱媒体流通管３の外周表面にベローズ４の一端が接続されている。ベローズ４の他端はジョイント５に接続されている。ジョイント５はコバール金属環６の一端に接続されており、コバール金属環６の他端はガラス管２の端部に接続されている。コバール金属環６とガラス管２との接続部をガラス金属接合部７と呼ぶ。ベローズ４とジョイント５とコバール金属環６とは中心軸Ｘを共有している。ベローズ４と、ジョイント５と、コバール金属環６とで、ガラス管２と熱媒体流通管３との間に環状の密閉空間を形成し、該密閉空間を真空状態にすることで真空空間８を形成している。
【００１５】
ベローズ４は、ベローズ４の半径方向外側に向かって折れ目が形成される山折り形状部４ａと、ベローズ４の半径方向内側に向かって折れ目が形成される谷折り形状部４ｂとを交互にそれぞれ複数備えている。複数の各山折り形状部４ａの直径は、熱媒体流通管３の端部３ａに向かうに従いテーパ状に減少している。同様に、複数の各谷折り形状部４ｂの直径も、熱媒体流通管３の端部３ａに向かうに従いテーパ状に減少している。つまり、各山折り形状部４ａは、隣り合う山折り形状部４ａに対してベローズ４の半径方向にずれた位置であり、隣り合う山折り形状部４ａと隣り合う谷折り形状部４ｂとのおおむね中間の位置（中間部）に位置するように形成されている。同様に、各谷折り形状部４ｂは隣り合う谷折り形状部４ｂに対してベローズ４の半径方向にずれた位置であり、隣り合う山折り形状部４ａと隣り合う谷折り形状部４ｂとの中間部に位置するように形成されている。
【００１６】
ベローズ４の材質は、特に限定されず、例えば、鉄系材料（例えばＳＵＳ、耐熱鋼、合金鋼、炭素鋼）、アルミニウム系材料等の耐熱性を有する金属を用いることができる。また、ベローズ４の一部に別部材を用いてもよい。そして、ベローズ４と熱媒体流通管３及びジョイント５との接続方法は特に限定されず、例えば溶接、はんだ付け、ロウ付け等の公知の接合方法を用いることができる。
【００１７】
ジョイント５は、ジョイント円環形状部であるジョイント垂直面部５ａと、ジョイント円筒形状部５ｂと、ジョイント最内部５ｃと、ジョイント最外部５ｄとを備えている。ジョイント垂直面部５ａは、熱媒体流通管３と同心円状に設けられ、中心軸Ｘに対して垂直な円環板状の部材であり、ベローズ４と接続している。ジョイント円筒形状部５ｂは、熱媒体流通管３と同心円状の円筒形状の部材であり、ガラス金属接合部７の近傍でベローズ４を取り囲むように設けられており、ジョイント垂直面部５ａに接続している。ジョイント最内部５ｃは、ジョイント垂直面部５ａの内周縁に接続するように設けられ、熱媒体流通管３と同心円状の円筒形状の部材である。ジョイント最外部５ｄは、熱媒体流通管３と同心円状に設けられ、中心軸Ｘに対して垂直な円環板状の部材であり、ジョイント円筒形状部５ｂの端部とコバール金属環６とにそれぞれ接続している。ジョイント円筒形状部５ｂは、中心軸Ｘ方向に対して少なくともコバール金属環６と同じ幅を持つ。そして、ジョイント５は全体としてベローズ４を取り囲むように設けられている。また、ジョイント５の材質は、特に限定されず、例えば、鉄系材料（例えばＳＵＳ、耐熱鋼、合金鋼、炭素鋼）、アルミニウム系材料等の光を透過せず耐熱性を有する金属を用いることができる。そして、ジョイント５とコバール金属環６との接続方法は特に限定されず、例えば溶接、はんだ付け、ロウ付け等の公知の接合方法を用いることができる。
【００１８】
コバール金属環６は材質がコバールであり、線膨張係数がガラス管２に近い。コバール金属環６はベローズ４とジョイント５とを取り囲むように設けられる。コバール金属環６はその端部がガラス管２の端部に差し込まれるように接続される。
【００１９】
矢印Ａで示されている熱媒体流通管３の端部３ａからジョイント最内部５ｃまでの間の領域は、太陽光の集光に寄与しないので、太陽熱集熱管１の非アクティブエリアである。
以上で説明した構成は太陽熱集熱管１の一方の端部付近の構成であるが、太陽熱集熱管１の他方の端部付近の構成も同じである。
【００２０】
次に、この発明の実施の形態１に係る太陽熱集熱管の動作を説明する。
太陽熱集熱管１は、加熱されていない時は、図２に示すように、ベローズ４が最も縮んだ状態である。ここで、ベローズ４の各山折り形状部４ａと各谷折り形状部４ｂと中間部との中心軸Ｘ方向に関する長さを各山折り形状部４ａと各谷折り形状部４ｂと中間部とのそれぞれについての幅と呼ぶと、各山折り形状部４ａ及び各谷折り形状部４ｂの幅は、中間部の幅よりも大きい。そして、各山折り形状部４ａは、端部３ａとは反対側の隣の山折り形状部４ａ及び谷折り形状部４ｂの半径方向に対して、中間部と同じ高さに位置するように形成されているので、端部３ａと同じ側の隣の山折り形状部４ａを中間部に収めることができる。また、各谷折り形状部４ｂは、端部３ａと同じ側の隣の山折り形状部４ａ及び谷折り形状部４ｂの半径方向に対して、中間部と同じ高さに位置するように形成されているので、端部３ａとは反対側の山折り形状部４ａ及び谷折り形状部４ｂを中間部に収めることができる。中間部の幅よりも大きい幅を持つ山折り形状部４ａ及び谷折り形状部４ｂを各中間部に収めることができるので、各山折り形状部４ａと各谷折り形状部４ｂとの直径が均一である場合よりも、ベローズ４の最短寸法が小さくなる。
【００２１】
太陽熱集熱管１の使用時には、熱媒体流通管３の内部に流通する熱媒体がガラス管２を透過した太陽光の熱によって加熱される。この時、熱媒体の熱によって、ガラス管２及び熱媒体流通管３が熱膨張するが、それらの材質の違いに起因して、ガラス管２と熱媒体流通管３との間に熱膨張差が生じる。ガラス管２よりも熱媒体流通管３の方が熱膨張率は大きいので、図３に示すように熱媒体流通管３がガラス管２よりも端部３ａ方向により突き出すようになる。この時、ベローズ４が熱媒体流通管３の長手方向に伸びることで、ガラス管２と熱媒体流通管３との熱膨張差を吸収する。また、この時の太陽熱集熱管１の非アクティブエリアは、ベローズ４の最短寸法時の非アクティブエリアである矢印Ａで示されている領域と、熱膨張差の吸収のためにベローズ４が伸びた分の領域である矢印Ｂで示された領域を加えた矢印Ａ’で示された領域となる。
【００２２】
前記したとおり、ベローズ４が縮む際の最小寸法が小さくなるので、矢印Ａで示される領域が小さくなり、その結果、非アクティブエリアである矢印Ａ’で示される領域も小さくなる。非アクティブエリアの領域を縮小することでアクティブエリアの領域を拡大して太陽熱集熱管１の集熱効率を上げることができる。
【００２３】
また、太陽熱集熱管１の使用中には、高温の熱媒体流通管３から矢印Ｃで示されるように輻射熱が輻射される。さらに、太陽光が熱媒体流通管３の表面に対して斜めに反射することにより、矢印Ｄで示されるような反射光が生じる。ガラス金属接合部７がこれらに直接曝されると、ガラス金属接合部７がこれらの熱によって損傷する等の不具合が発生する可能性がある。またさらに、熱媒体流通管３の表面からの熱がベローズ４とジョイント５とコバール金属環６とを介してガラス金属接合部７に伝わる。この熱が大きすぎると、やはりガラス金属接合部７が損傷する等の不具合が発生する可能性がある。
【００２４】
この実施の形態１では、ジョイント円筒形状部５ｂが、熱媒体流通管３とガラス金属接合部７との間に配置され、熱媒体流通管３からの矢印Ｃで示される輻射熱を遮るので、輻射熱がガラス金属接合部７に直接到達することを防ぐ。また、ジョイント円筒形状部５ｂは、中心軸Ｘ方向に対して少なくともコバール金属環６と同じ幅を持つので、ジョイント垂直面部５ａは中心軸Ｘ方向についてコバール金属環６のガラス管２に接合している側の端と同じ位置かあるいはそれよりもさらに端部３ａから遠い側に位置する。それにより、ジョイント垂直面部５ａが熱媒体流通管３からの矢印Ｄで示される反射光を遮るので、反射光がガラス金属接合部７に直接到達することを防ぐ。また、ジョイント垂直面部５ａにジョイント円筒形状部５ｂが接続され、ジョイント円筒形状部５ｂにジョイント最外部５ｄが接続されていることにより、ジョイント円筒形状部５ｂにコバール金属環６が接続されている構成と比較して、熱媒体流通管３の表面からの熱がベローズ４とジョイント５とコバール金属環６とを介してガラス金属接合部７に伝達する経路が、ジョイント円筒形状部５ｂ及びジョイント最外部５ｄの部分だけ長くなるため、熱媒体流通管３からの熱がガラス金属接合部７に到達しにくくなる。したがって、熱によるガラス金属接合部７の損傷が発生する可能性を小さくすることができる。
【００２５】
また、この実施の形態１では、特許文献１に記載の発明と比較して、フランジ１１８（図７参照）に相当する部材を設けていない。したがって、フランジ１１８に相当する部材を設ける場合と比較して部品点数が少なくなり、さらに部品同士の接続箇所が少なくなる。部品同士の接続箇所は、もし故障や製造上の問題で接続に不具合が生じると真空空間８の密閉漏れが発生して真空空間８の真空度が低下し、太陽熱集熱管１の効率低下や機能不全につながる。このため、部品同士の接続箇所は少ないことが望ましい。ゆえにこの実施の形態１のフランジ１１８に相当する部材を設けないことは、特許文献１に記載の発明と比較して利点となる。
【００２６】
このように、ベローズ４の複数の山折り形状部４ａ及び谷折り形状部４ｂの直径が、熱媒体流通管３の端部３ａに向かうに従いテーパ状に減少していることで、ベローズ４の最短寸法が短くなるので、太陽熱集熱管１のアクティブエリアを拡大することができる。
【００２７】
実施の形態２
次に、この発明の実施の形態２に係る太陽熱集熱管を説明する。尚、実施の形態２において、図１〜図３の参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る太陽熱集熱管は、実施の形態１に対して、ベローズの形状を変更したものである。
【００２８】
図４に示すように、太陽熱集熱管２１には、ガラス管２の両端に配置される環状の熱膨張差吸収手段であるベローズ２４（図４には、一方のベローズ２４のみが示されている）と、円環状のフランジ２９と、ベローズ２４とガラス管２との間に設けられた環状のジョイント２５と、コバール金属環６とが設けられている。
【００２９】
図５に示すようにフランジ２９は、フランジ２９の外周縁に沿って設けられた円筒形状の外周縁屈折部２９ａと、フランジ２９の内周縁に沿って設けられた円筒形状の内周縁屈折部２９ｂとを備えている。内周縁屈折部２９ｂが、熱媒体流通管３の端部３ａ付近の熱媒体流通管３の外周表面に接続されている。ベローズ２４の一端が外周縁屈折部２９ａに接続されている。ベローズ２４の他端が、ジョイント２５に接続されている。ベローズ２４は、ベローズ２４の半径方向外側に向かって折れ目が形成される山折り形状部２４ａと、ベローズ２４の半径方向内側に向かって折れ目が形成される谷折り形状部２４ｂとを交互にそれぞれ複数備えている。複数の各山折り形状部２４ａの直径は、熱媒体流通管３の端部３ａ方向に向かうに従いテーパ状に増大している。同様に、複数の各谷折り形状部２４ｂの直径も、熱媒体流通管３の端部３ａに向かうに従いテーパ状に増大している。つまり、各山折り形状部２４ａは、隣り合う山折り形状部２４ａに対してベローズ２４の半径方向にずれた位置であり、隣り合う山折り形状部２４ａと隣り合う谷折り形状部２４ｂとの中間部になるように形成されている。同様に、各谷折り形状部２４ｂは隣り合う谷折り形状部２４ｂに対してベローズ２４の半径方向にずれた位置であり、隣り合う山折り形状部２４ａと隣り合う谷折り形状部２４ｂとの中間部になるように形成されている。
【００３０】
ベローズ２４の材質は、実施の形態１のベローズ４と同じである。フランジ２９の材質は、特に限定されず、例えば、鉄系材料（例えばＳＵＳ、耐熱鋼、合金鋼、炭素鋼）、アルミニウム系材料等の耐熱性を有する金属を用いることができる。そして、フランジ２９とベローズ２４との接続方法は特に限定されず、例えば溶接、はんだ付け、ロウ付け等の公知の接合方法を用いることができる。
【００３１】
ジョイント２５は、ジョイント円環形状部であるジョイント垂直面部２５ａと、ジョイント円筒形状部２５ｂと、ジョイント最内部２５ｃと、ジョイント最外部２５ｄと、ジョイント逃げ部２５ｅとを備えている。ジョイント垂直面部２５ａは、熱媒体流通管３と同心円状に設けられ、中心軸Ｘに対して垂直な円環板状の部材であり、ベローズ２４と接続している。ジョイント円筒形状部２５ｂは、熱媒体流通管３と同心円状の円筒形状であり、ガラス金属接合部７の近傍でベローズ４を取り囲むように設けられており、ジョイント垂直面部２５ａに接続している。ジョイント最内部２５ｃは、ジョイント垂直面部２５ａの内周縁に接続するように設けられ、熱媒体流通管３と同心円状の円筒形状の部材である。ジョイント最外部２５ｄは、熱媒体流通管３と同心円状に設けられ、中心軸Ｘに対して垂直な円環形状の部材であり、ジョイント円筒形状部２５ｂの端部とコバール金属環６とにそれぞれ接続している。ジョイント円筒形状部２５ｂは、中心軸Ｘ方向に対して少なくともコバール金属環６と同じ幅を持つ。ジョイント２５は全体としてベローズ２４を取り囲むように設けられている。ジョイント逃げ部２５ｅは、ベローズ２４が縮んだ時に、ジョイント垂直面部２５ａに最も近い山折り形状部２４ａが入り込むための凹部である。ジョイント円筒形状部２５ｂは、中心軸Ｘ方向に対して少なくともコバール金属環６と同じ幅を持つ。また、ジョイント２５の材質は、ジョイント５と同じである。さらに、ジョイント２５とコバール金属環６との接続方法はジョイント５とコバール金属環６との接続方法と同じである。
【００３２】
次に、この発明の実施の形態２に係る太陽熱集熱管の動作を説明する。
太陽熱集熱管２１は、加熱されていない時は図５に示すようにベローズ２４が最短寸法まで縮んでいる。最小寸法まで縮んでいる時のベローズ２４は実施の形態１と同様に、山折り形状部２４ａと谷折り形状部２４ｂとの幅は中間部の幅よりも大きい。そして、中間部の幅よりも大きい幅を持つ山折り形状部２４ａと谷折り形状部２４ｂとを中間部の位置に収めることができるので、各山折り形状部２４ａと各谷折り形状部２４ｂとの直径が均一である場合よりもベローズ２４が縮む際の最短寸法が小さくなる。
【００３３】
太陽熱集熱管２１の使用時には実施の形態１と同様に、図６に示すように熱媒体流通管３とガラス管２との熱膨張差により熱媒体流通管３がガラス管２よりも端部３ａ方向により突き出すようになる。この時、ベローズ２４が熱媒体流通管３の長手方向に伸びることで、ガラス管２と熱媒体流通管３との熱膨張差を吸収する。また、この時の太陽熱集熱管２１の非アクティブエリアは、ベローズ２４の最短寸法時の非アクティブエリアである矢印Ｅで示されている領域と、熱膨張差の吸収のためにベローズ２４が伸びた分の領域である矢印Ｆで示された領域とを加えた矢印Ｅ’で示された領域となる。
【００３４】
前記したとおり、ベローズ２４が縮む際の最小寸法が小さくなるので、矢印Ｅで示される領域が小さくなり、その結果非アクティブエリアである矢印Ｅ’で示される領域も小さくなる。非アクティブエリアの領域を縮小することでアクティブエリアの領域を拡大して太陽熱集熱管２１の集熱効率を上げることができる。
【００３５】
また、この実施の形態２では、実施の形態１と同様に、ジョイント円筒形状部２５ｂが、熱媒体流通管３からの矢印Ｃで示される輻射熱がガラス金属接合部７に直接到達することを防ぎ、ジョイント垂直面部２５ａが熱媒体流通管３からの矢印Ｄで示される反射光がガラス金属接合部７に直接到達することを防いでいる。さらに、ジョイント垂直面部２５ａにジョイント円筒形状部２５ｂが接続され、ジョイント円筒形状部２５ｂにジョイント最外部２５ｄが接続されていることにより、ジョイント円筒形状部２５ｂにコバール金属環６が接続された場合と比較して、熱媒体流通管３の表面からの熱がからベローズ２４とジョイント２５とコバール金属環６とを介してガラス金属接合部７に伝達する経路が、ジョイント円筒形状部２５ｂ及びジョイント最外部２５ｄの部分だけ長くなるため、熱媒体流通管３からの熱がガラス金属接合部７に到達しにくくなる。したがって、熱によるガラス金属接合部７の損傷が発生する可能性を小さくすることができる。
【００３６】
このように、ベローズ２４の複数の山折り形状部２４ａ及び谷折り形状部２４ｂの直径が、熱媒体流通管３の端部３ａに向かうに従いテーパ状に増大していることで、ベローズ２４の最短寸法が短くなるので、太陽熱集熱管１のアクティブエリアを拡大することができる。
【００３７】
実施の形態１では、ベローズ４の複数の山折り形状部４ａ及び谷折り形状部４ｂは、熱媒体流通管３の端部３ａに向かうに従いテーパ状に減少し、実施の形態２では、ベローズ２４の複数の山折り形状部２４ａ及び谷折り形状部２４ｂは、熱媒体流通管３の端部３ａに向かうに従いテーパ状に増大していたが、この形態に限定するものではない。ベローズの複数の山折り形状部及び谷折り形状部のうち、少なくとも二つの隣り合っている山折り形状部同士又は谷折り形状部同士の直径が異なっていればよい。例えば、ベローズ複数の山折り形状部及び谷折り形状部のうち、ベローズの一方の端部に設けられた山折り形状部又は谷折り形状部と、他方の端部に設けられた山折り形状部又は谷折り形状部との間に設けられている山折り形状部及び谷折り形状部の直径が一番大きくなるように形成されていてもよい。
【００３８】
実施の形態１では、ジョイント５は、ジョイント垂直面部５ａと、ジョイント円筒形状部５ｂと、ジョイント最内部５ｃと、ジョイント最外部５ｄとを備えており、実施の形態２では、ジョイント２５は、ジョイント垂直面部２５ａと、ジョイント円筒形状部２５ｂと、ジョイント最内部２５ｃと、ジョイント最外部２５ｄと、ジョイント逃げ部２５ｅとを備えていたが、この形態に限定するものではない。例えば、実施の形態１において、ジョイント円筒形状部５ｂ及びジョイント最外部５ｄを設けず、ジョイント垂直面部５ａにコバール金属環６を接続してもよい。この場合、ジョイント５はジョイント垂直面部５ａとジョイント最内部５ｃとだけの構成となる。また、実施の形態２において、ジョイント円筒形状部２５ｂ及びジョイント最外部２５ｄを設けず、ジョイント垂直面部２５ａにコバール金属環６を接続してもよい。この場合、ジョイント２５はジョイント垂直面部２５ａとジョイント最内部２５ｃとジョイント逃げ部２５ｅとだけの構成となる。これにより、ジョイント５又はジョイント２５の形状が簡単になり、ジョイント５又はジョイント２５の製造及び加工が容易になる。
【００３９】
実施の形態１及び２では、コバール金属環６はコバール金属を材料としていたが、線膨張係数がガラス管２に近い別の材料を用いてもよい。
【００４０】
実施の形態１では、ジョイント垂直面部５ａとジョイント最外部５ｄとは中心軸Ｘに対して垂直に設けられており、実施の形態２では、ジョイント垂直面部２５ａとジョイント最外部２５ｄとは中心軸Ｘに対して垂直に設けられていたが、この形態に限定するものではない。実施の形態１では、ジョイント垂直面部５ａ及びジョイント最外部５ｄは、中心軸Ｘと９０度以外のある角度をなして交差するように設けられていてもよい。同様に、実施の形態２でも、ジョイント垂直面部２５ａ及びジョイント最外部２５ｄは、中心軸Ｘと９０度以外のある角度をなして交差するように設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１，２１  太陽熱集熱管、２  ガラス管（外管）、３  熱媒体流通管（内管）、３ａ  端部、４，２４  ベローズ（熱膨張差吸収手段）、４ａ，２４ａ  山折り形状部、４ｂ，２４ｂ  谷折り形状部、５，２５  ジョイント、５ａ，２５ａ  ジョイント垂直面部（ジョイント円環形状部）、５ｂ，２５ｂ  ジョイント円筒形状部、５ｄ，２５ｄ  ジョイント最外部、６  コバール金属環（ジョイント取付部）。
【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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