(57)【要約】【課題】簡素化された構造で組立てが容易な上に軽量で薄型、さらには集熱効率が高い特性を備えた平板型真空太陽熱集熱器を提供する。【解決手段】平板型真空太陽熱集熱器１は、集熱板３と、集熱板３の第１の側面側に配置された光透過可能な上蓋２と、上蓋２と集熱板３との間に配置され、集熱板３と上蓋２とを離間させて真空状態である内空間を形成する複数の支持部材を含む支持装置と、集熱板３の第２の側面側に配置された下蓋４と、下蓋４および集熱板３の外側に配置された断熱層５と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集熱板と、
前記集熱板の第１の側面側に配置された光透過可能な上蓋と、
前記上蓋と前記集熱板との間に配置され、前記集熱板と前記上蓋とを離間させて真空状態である内空間を形成する複数の支持部材を含む支持装置と、
前記集熱板の第２の側面側に配置された下蓋と、
前記下蓋および前記集熱板の外側に配置された断熱層と、を備えることを特徴とする平板型真空太陽熱集熱器。
【請求項２】
前記支持部材は、前記集熱板の第１の側面上に突設されていることを特徴とする請求項１に記載の平板型真空太陽熱集熱器。
【請求項３】
前記支持部材は、前記上蓋の内空間側の面上に突設されていることを特徴とする請求項１に記載の平板型真空太陽熱集熱器。
【請求項４】
複数の平板型真空太陽熱集熱器を含み、前記複数の平板型真空太陽熱集熱器の間に、互いに直列または並列に接続された複数の熱媒体接続管が配置された太陽熱集熱装置であって、
集熱板と、
前記集熱板の第１の側面側に配置された光透過可能な上蓋と、
前記上蓋と前記集熱板との間に配置され、前記集熱板と前記上蓋とを離間させて真空状態である内空間を形成する複数の支持部材を含む支持装置と、
前記集熱板の第２の側面側に配置された下蓋と、
前記下蓋および前記集熱板の外側に配置された断熱層と、を備えることを特徴とする太陽熱集熱装置。
【請求項５】
前記支持部材は、前記集熱板の第１の側面上に突設されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽熱集熱装置。
【請求項６】
前記支持部材は、前記上蓋の内空間側の面上に突設されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽熱集熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板型真空太陽熱集熱器および太陽熱集熱装置に関し、特に、集熱板と上蓋の間に支持装置を設け、上蓋が受ける大気圧を分散させる太陽熱集熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
平板型太陽熱集熱器の集熱量は、集熱板から吸収された太陽熱エネルギから、対流や輻射などにより集熱板の表面から散逸された熱エネルギ（つまり損失熱量）を差し引いた集熱量に等しいため、熱エネルギの損失を低減させた場合に太陽熱集熱器の集熱効率を向上させることができる。
【０００３】
図１を参照する。図１に示すように、平板型太陽熱集熱器は、上蓋１０、集熱板１１、断熱層１２および外筐体１３を含む。上蓋１０と集熱板１１の間には内空間が形成されている。この内空間には、充填された空気が対流されている。そのため内空間から空気が抽気されて真空になると、その中の対流熱伝導が失われ、損失熱量を大幅に低減させることができる。真空管型の太陽熱集熱器は、真空により集熱板表面の対流熱損失を低減させることができるため、集熱効率が高かった。
【０００４】
しかし、従来の平板型太陽熱集熱器は、集熱器の４つの周縁部のみで上蓋（１枚の大きな透明シート）が支持されていたため、上蓋と集熱板の間の内空間が真空にされた場合、大気圧の作用により上蓋または集熱板の表面に、１平方メートル当たり１０トンの力が加わり、上蓋が破裂したり集熱板にねじれ変形が発生したりすることがあった。
【０００５】
従来の平板型真空太陽熱集熱器は、その上蓋または集熱板の表面で大気圧の作用による大きな圧力を支えなければならなかった。また、大気圧の影響を受ける太陽熱集熱器は、その構造上、上蓋の支持力を高めて材料が受ける応力を減らすために、上蓋または集熱板を外側へ大きく突出させなければならなかった。そのため、集熱器は、体積が増大して構造が複雑となり生産コストが増大した。特に、上蓋が曲面状に形成されると、太陽光の入射が阻害されて集熱量が低減してしまうことがあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そのため、従来の平板型真空太陽熱集熱器の欠点を改善し、簡素化された構造で組立てが容易な上、集熱効果に優れた平板型真空太陽熱集熱器が求められていた。
【０００７】
そのため、本発明の目的は、簡素化された構造で組立てが容易な上に軽量で薄型、さらには集熱効率が高い特性を備えた平板型真空太陽熱集熱器を提供することにある。
【０００８】
本発明のもう一つの目的は、簡素化された構造で組立てが容易な上に軽量で薄型、さらには集熱効率が高い特性を備える上、モジュール化が可能な平板型真空太陽熱集熱器を有する太陽熱集熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）  集熱板と、前記集熱板の第１の側面側に配置された光透過可能な上蓋と、前記上蓋と前記集熱板との間に配置され、前記集熱板と前記上蓋とを離間させて真空状態である内空間を形成する複数の支持部材を含む支持装置と、前記集熱板の第２の側面側に配置された下蓋と、前記下蓋および前記集熱板の外側に配置された断熱層と、を備えることを特徴とする平板型真空太陽熱集熱器。
【００１０】
（２）  前記支持部材は、前記集熱板の第１の側面上に突設されていることを特徴とする（１）に記載の平板型真空太陽熱集熱器。
【００１１】
（３）  前記支持部材は、前記上蓋の内空間側の面上に突設されていることを特徴とする（１）に記載の平板型真空太陽熱集熱器。
【００１２】
（４）  複数の平板型真空太陽熱集熱器を含み、前記複数の平板型真空太陽熱集熱器の間に、互いに直列または並列に接続された複数の熱媒体接続管が配置された太陽熱集熱装置であって、集熱板と、前記集熱板の第１の側面側に配置された光透過可能な上蓋と、前記上蓋と前記集熱板との間に配置され、前記集熱板と前記上蓋とを離間させて真空状態である内空間を形成する複数の支持部材を含む支持装置と、前記集熱板の第２の側面側に配置された下蓋と、前記下蓋および前記集熱板の外側に配置された断熱層と、を備えることを特徴とする太陽熱集熱装置。
【００１３】
（５）  前記支持部材は、前記集熱板の第１の側面上に突設されていることを特徴とする（４）に記載の太陽熱集熱装置。
【００１４】
（６）  前記支持部材は、前記上蓋の内空間側の面上に突設されていることを特徴とする（４）に記載の太陽熱集熱装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の平板型真空太陽熱集熱器および太陽熱集熱装置は、支持部材により上蓋を支持して受ける力を分散させるため、厚さが薄い上蓋でその上下両面の圧力差を支持することができる。また、集熱板のもう一つの側の表面に設けられた溝状の熱媒体チャネルに熱媒体を流動させることにより、集熱板の第１の側面により伝導されて来た太陽熱エネルギを吸収することができる。
【００１６】
本発明の平板型真空太陽熱集熱器および太陽熱集熱装置は、上蓋と集熱板とを緊密に積層させることにより、全体の厚さを大幅に縮小することが可能である。また、上蓋と集熱板との間は、支持構造により互いに接触されて支持されるため、上蓋が受ける力を分散させることができる。また、上蓋の厚さを薄くして、太陽光の透過率を高めることができる。
【００１７】
また、熱媒体チャネルは、集熱板と一体成形されているため、太陽光の照射面近くに熱媒体が集熱板全体に分布されている。そのため、熱伝導効率が良好である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
（第１実施形態）
図２および図３を参照する。図２および図３に示すように、本発明の第１実施形態による平板型真空太陽熱集熱器１は、上蓋２、支持装置、集熱板３、下蓋４、断熱層５および外筐体６を含む。
【００２０】
上蓋２は、平板状であり、集熱板３の第１の側面側に配置され、例えば、ガラス、ポリカーボネート、ガラス繊維が添加されたポリエステル、アクリルまたはその他太陽光の透過率が高くて機械強度が高い透明材料といった透光材料からなってもよい。上蓋２には、太陽光の反射率を低減させるために、表面処理を施してもよい。
【００２１】
集熱板３は、略平板状であり、銅、アルミニウム、ステンレスまたはその他熱伝導性に優れた金属またはプラスチック材料からなることが好ましい。上蓋２が集熱板３の第１の側面側に配置されると、上蓋２と集熱板３の間に内空間２１が形成される。
【００２２】
また、集熱板３の第１の側面３１は、吸収率を高めて放射率を低減させるために、例えば、１層の黒色クロムまたは選択的に吸収膜または黒ワニスを塗布するなど、表面処理を施してもよい。
【００２３】
支持装置は、上蓋２と集熱板３の間に配置されている。上蓋２は、支持装置により支持されているため、内空間２１が真空状態のときでも窪むことがない。この支持装置には、複数の支持部材が含まれている。本実施形態において、これら複数の支持部材は、集熱板３の第１の側面３１上に設けられた凸部３１１であり、凸部３１１は上蓋２を支持することが可能である。
【００２４】
このように、上蓋２は、適当な位置に配置された凸部３１１と、集熱板３の周縁３１２とにより支持され、上蓋２が受ける力を分散するため、上蓋２の材料が耐えられる最大応力を超える応力は発生しない。
【００２５】
本実施形態において、凸部３１１の形状は適当な長さのボス状突起または突条体である。この凸部３１１は、第１の側面３１から２から１０ｍｍの間の長さの突出した部分である。また、この凸部３１１の幅は、１から５ｍｍの間であるが、これだけに限定されるわけではない。ボス状突起の形状は、長尺状体（図４に示す）または円柱状体（図５に示す）でもよい。
【００２６】
また、凸部３１１の熱伝導により失われる熱量を低減させるために、集熱板３の第１の側面３１の面積に対して凸部３１１が占める面積は、第１の側面３１の総面積の２から８％の間でもよいが、これだけに限定されるわけではない。
【００２７】
上蓋２と集熱板３との間には気密パッド２２がさらに配置されている。この気密パッド２２は、集熱板３の周縁３１２に沿って配置されている。この気密パッド２２により、内空間２１が真空に抽気されたときでも、気密性を維持することができる。上蓋２は、大気圧の作用により密着されて気密パッド２２を圧縮するため、気密性が確保される。この他、上蓋２に変位が発生することを防ぐために、集熱板３の周縁３１２に形成された凸縁３１３により、上蓋２の位置決めを行う。また凸縁３１３と上蓋２とは高さが略等しい。ここで言う抽気とは、内空間２１内の気体をその外へ排気することである。
【００２８】
図６に示すように、集熱板３の第２の側面３２には溝３２１が設けられている。溝３２１には、その中を流動する熱媒体を収納することが可能である。溝３２１は、幅が５から２０ｍｍの間であり、深さが３から１０ｍｍの間であるが、これだけに限定されているわけではない。
【００２９】
この他、第２の側面３２上にはネジ穴３２２およびワッシャ凹部３２３が形成されている。ネジ穴３２２およびワッシャ凹部３２３は、集熱板３の第２の側面３２の周縁に配置されている。ワッシャ凹部３２３には、熱媒体の漏れを防ぐために、防漏ワッシャ３２４が配置されている。また、ネジ穴３２２にネジ３２５を取り付けることにより、集熱板の第２の側面側に下蓋４を締結させる。本発明の第１実施形態では、下蓋４は、集熱板３の第２の側面３２に配置されている。
【００３０】
集熱板３の側辺の適当な位置には、溝３２１にそれぞれ連通された熱媒体入口３３および熱媒体出口３４が配置されている。熱媒体は、熱媒体入口３３から集熱板３へ入った後に溝３２１中の隅々を流動し、集熱板３の第１の側面３１から吸収された太陽熱エネルギを吸収する。最後に、高温の熱媒体が熱媒体出口３４を介して集熱板３から排出される。
【００３１】
この他、集熱板３のもう一つの適当な位置には、抽気孔３５が設けられている。抽気孔３５には、抽気チャネル３６と真空にされた内空間２１とを互いに連通し、抽気孔３５を閉じることが可能な制御用エアバルブ３７が接続されている。
【００３２】
図６および図７に示すように、第１実施形態では、集熱板３の第２の側面３２上の溝３２１は、平行状（図６に示す）または蛇行状（図７に示す）に形成されてもよい。
【００３３】
断熱層５は、下蓋４および集熱板３の外側に配置され、下蓋４および集熱板３を覆う。断熱層５は、熱量が失われないように、断熱材からなってもよい。
【００３４】
外筐体６は、断熱層５の外側に配置され、太陽熱集熱器１を固定して封止する。上蓋２は、外筐体６の上方にある開口部に配置されている。また、集熱板３の凸縁３１３は、散逸される熱量を減らすために、断熱材（図示せず）で覆ってもよい。
【００３５】
（第２実施形態）
図８を参照する。図８に示すように、本発明の第２実施形態による平板型真空太陽熱集熱器の構造は、第１実施形態による平板型真空太陽熱集熱器と略同じであるが、上蓋２の内面２３に支持装置の支持部材が形成されている点が異なる。この支持部材は、凸半円体２３１である。
【００３６】
図３および図９を参照する。図３および図９に示すように、本発明の一実施形態による真空太陽熱集熱装置７は、複数の平板型真空太陽熱集熱器１を含む。この平板型真空太陽熱集熱器１には、複数の熱媒体接続管７１が配置されている。これら熱媒体接続管７１は、互いに直列または並列に接続されている。
【００３７】
太陽熱集熱装置７は、以上の方法により集熱面積を大きくすることができる。太陽熱集熱器１は、長方形または正方形でもよく、その辺長は４０から８０ｃｍの間であることが好ましいが、これだけに限定されるわけではない。太陽熱集熱器１の集熱板３の周縁３１２と、上蓋２の周縁とは、長期の露光により気密性が徐々に劣化し、真空の内空間２１中に空気が漏入り、集熱板３の損失熱量が増大することがあった。そのため、各太陽熱集熱器１は、抽気管７２を介して抽気孔３５と真空ボンベ７３とを接続し、真空ボンベ７３に接続した真空ポンプ７４により、必要なときに抽気を行った場合、各太陽熱集熱器１の内空間２１の真空度を維持することができる。
【００３８】
本発明は、簡素化された構造で組立てが容易な上に軽量で薄型、さらには集熱効率が高い平板型真空太陽熱集熱器を提供する。この平板型真空太陽熱集熱器の技術は、グリーンエネルギー産業に応用することが可能で、温室効果を抑える効果がある。
【００３９】
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の平板型真空太陽熱集熱器を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による平板型真空太陽熱集熱器を示す分解斜視図である。
【図３】図２の平板型真空太陽熱集熱器の断面図である。
【図４】図２の平板型真空太陽熱集熱器の集熱板の他の一例を示す斜視図である。
【図５】図２の平板型真空太陽熱集熱器の集熱板のその他の一例を示す斜視図である。
【図６】図２の平板型真空太陽熱集熱器の集熱板の一例を示す底面図である。
【図７】図２の平板型真空太陽熱集熱器の集熱板の他の一例を示す底面図である。
【図８】本発明の第２実施形態による平板型真空太陽熱集熱器を示す分解斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態による太陽熱集熱装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…太陽熱集熱器、
１０…上蓋、  １１…集熱板、  １２…断熱層、  １３…外筐体、
２…上蓋、  ２１…内空間、  ２２…気密パッド、  ２３…内面、  ２３１…凸半円体、
３…集熱板、  ３１…第１の側面、  ３１１…凸部、  ３１２…周縁、  ３１３…凸縁、  ３２…第２の側面、  ３２１…溝、  ３２２…ネジ穴、  ３２３…ワッシャ凹部、  ３２４…防漏ワッシャ、  ３２５…ネジ、  ３３…熱媒体入口、  ３４…熱媒体出口、  ３５…抽気孔、  ３６…抽気チャネル、  ３７…制御用エアバルブ、
４…下蓋、
５…断熱層、
６…外筐体、
７…太陽熱集熱装置、
７１…熱媒体接続管、  ７２…抽気管、  ７３…真空ボンベ、  ７４…真空ポンプ。
【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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【図９】
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