JP2008185300A - Collector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光を集光して、太陽熱を回収する集熱器に関するものである。 The present invention relates to a heat collector that collects solar light and collects solar heat.
従来、この種の集熱器は、放射円筒状の反射鏡の焦点と放射円筒状反射鏡面上の中央を通る開口部頂点との間及び焦線上に、放射円筒状反射鏡長手方向に沿って複数本の集熱管を配置し、集熱管列の最上部管が焦線上に位置するように設け、直射日光と散乱光のいずれも集熱するようにしている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、前記従来技術では、反射鏡の焦点上に配置される集熱管は、複数本の集熱管の一部であるため、反射鏡で集光する直射日光を受ける集熱管以外には、直射日光が当たらず集熱管内を通過する熱媒体の温度を高温にできないという課題があった。 However, in the prior art, since the heat collecting tube disposed on the focal point of the reflecting mirror is a part of the plurality of heat collecting tubes, direct sunlight other than the heat collecting tube that receives the direct sunlight condensed by the reflecting mirror is used. There is a problem that the temperature of the heat medium that passes through the heat collecting tube without being hit can not be increased.
また、散乱光を受けることができても、焦点上のように集光できないので、焦点上で集光した太陽熱を他の集熱管で放熱し、集熱器の集熱効率を向上できないという課題もあった。 In addition, even if it can receive scattered light, it cannot collect light as it is on the focal point, so there is also a problem that the heat collection efficiency of the heat collector cannot be improved by dissipating solar heat collected on the focal point with other heat collecting tubes. there were.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、放物面反射鏡の焦点の周囲に複数個の集熱管を配置して、常に集点に向かう太陽光を夫々の集熱管で受けるようにして、熱媒体の温度を高温に均一に保つことを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and a plurality of heat collecting tubes are arranged around the focal point of a parabolic reflector so that sunlight toward the collecting point is always received by each heat collecting tube. The purpose of this is to keep the temperature of the heat medium uniform at a high temperature.
前記従来の課題を解決するために、本発明の集熱器は、太陽光を集光する放物面反射鏡と、この放物面反射鏡の焦点の周囲に設けた熱媒体が流通する複数個の集熱管と、この複数個の集熱管を前記焦点の周囲に螺旋状に周回する構成に設ける集熱部と、これらの放物面反射鏡と集熱部を収納した外装とで構成したものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the heat collector according to the present invention includes a plurality of parabolic reflectors that collect sunlight and a plurality of heat media provided around the focal points of the parabolic reflectors. A plurality of heat collecting tubes, a heat collecting portion provided in a configuration in which the plurality of heat collecting tubes are spirally wound around the focal point, and an exterior housing these parabolic reflectors and the heat collecting portion. Is.
これよって、複数個の集熱管には、常に放物面反射鏡の焦点に向かう太陽光が集光するので、集熱部を流通する熱媒体の温度が高温に加熱されるようになる。 As a result, the sunlight toward the focal point of the parabolic reflector is always concentrated on the plurality of heat collecting tubes, so that the temperature of the heat medium flowing through the heat collecting portion is heated to a high temperature.
また、放物面反射鏡の焦点の周囲に複数個の集熱管を螺旋状に周回するようにして集熱部を構成するので、複数個の集熱管は、太陽光が必ず集光する部分が構成でき、集熱部からの放熱を低減し集熱効率を向上するものである。 In addition, since the heat collecting section is configured by spirally winding a plurality of heat collecting tubes around the focal point of the parabolic reflector, the plurality of heat collecting tubes have a portion where sunlight is always collected. The heat collecting efficiency can be improved by reducing heat radiation from the heat collecting section.
本発明の集熱器は、複数個の集熱管に放物面鏡の焦点に向かう太陽光を均一に集光するので、集熱部を流通する熱媒体の温度を高温に均一に加熱することができる。 The heat collector of the present invention uniformly concentrates sunlight toward the focal point of the parabolic mirror on a plurality of heat collecting tubes, so that the temperature of the heat medium flowing through the heat collecting portion is uniformly heated to a high temperature. Can do.
また、集熱部からの放熱を防止し、熱媒体を高温に加熱するための熱量を効率良く回収するものである。 Moreover, the heat radiation from the heat collecting part is prevented, and the amount of heat for heating the heat medium to a high temperature is efficiently recovered.
第1の発明は、太陽光を集光する放物面反射鏡と、この放物面反射鏡の焦点の周囲に設けた熱媒体が流通する複数個の集熱管と、この複数個の集熱管を前記焦点の周囲に螺旋状
に周回する構成に設ける集熱部と、これらの放物面反射鏡と集熱部を収納した外装とで構成したことにより、複数個の集熱管に放物面反射鏡の焦点に向かう太陽光を均一に集光するので、集熱部を流通する熱媒体の温度を高温に均一に加熱することができる。
A first invention is a parabolic reflector for collecting sunlight, a plurality of heat collecting tubes through which a heat medium provided around a focal point of the parabolic reflecting mirror, and the plurality of heat collecting tubes Is provided with a heat collecting portion provided in a configuration that spirally circulates around the focal point, and an outer housing that houses these parabolic reflectors and the heat collecting portion, so that a plurality of heat collecting tubes have a parabolic surface. Since the sunlight toward the focal point of the reflecting mirror is uniformly collected, the temperature of the heat medium flowing through the heat collecting unit can be uniformly heated to a high temperature.
また、集熱部からの放熱を防止し、熱媒体を高温に加熱するための熱量を効率良く回収するものである。 Moreover, the heat radiation from the heat collecting part is prevented, and the amount of heat for heating the heat medium to a high temperature is efficiently recovered.
第2の発明は、特に、第1の発明の集熱部は、複数個の集熱管を放物面反射鏡の焦点から均等の距離に配置したことにより、複数個の集熱管に同一の集光状態の太陽光を当て、集熱管の温度を均一に上昇させることができ、集熱管内を流通する熱媒体を均一に加熱することができる。 In the second invention, in particular, the heat collecting section of the first invention has a plurality of heat collecting tubes arranged at equal distances from the focal point of the parabolic reflector, so that the same heat collecting portion is arranged on the plurality of heat collecting tubes. The sunlight in the light state can be applied to raise the temperature of the heat collecting tube uniformly, and the heat medium flowing through the heat collecting tube can be heated uniformly.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明の集熱部は、複数個の集熱管を焦点の周囲に互いに夫々の集熱管の外壁が接触するよう配置したことにより、複数個の集熱管の放物面反射鏡に反射する集光した太陽光を受けない裏の部分の温度を上昇させ、放熱を防止するので、集熱部の集熱効率を向上することができる。 In the third invention, in particular, the heat collecting part of the first or second invention has a plurality of heat collecting tubes arranged around the focal point so that the outer walls of the heat collecting tubes are in contact with each other. Since the temperature of the back part which does not receive the condensed sunlight reflected on the parabolic reflector of the heat collecting tube is raised and heat radiation is prevented, the heat collecting efficiency of the heat collecting part can be improved.
第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか1つの発明の集熱部は、複数個の集熱管の端部に複数個の階層に仕切られ、夫々の集熱管が連通することで、複数個の集熱管が一つの経路に構成するように入口連通部と出口連通部を設けたことにより、複数個の集熱管を焦点から等距離に配置し、集熱管を潰さないように屈曲するよりもその距離も小さく設定できるので、集熱管のすべてをより焦点に近づけ、放物面反射鏡に反射する太陽光をより集光し、すべての集熱管の温度を高温に上昇させることができる。 In the fourth invention, in particular, the heat collecting part of any one of the first to third inventions is partitioned into a plurality of layers at the ends of the plurality of heat collecting pipes, and the respective heat collecting pipes communicate with each other. By providing an inlet communication part and an outlet communication part so that a plurality of heat collecting tubes form a single path, a plurality of heat collecting tubes are arranged at equal distances from the focal point and bent so as not to crush the heat collecting tubes Since the distance can be set smaller than this, it is possible to bring all of the heat collection tubes closer to the focal point, concentrate the sunlight reflected by the parabolic reflector, and raise the temperature of all the heat collection tubes to a high temperature. it can.
第5の発明は、特に、第1〜4のいずれか1つの発明の集熱部は、周囲に筒状の透過管を配置し、集熱管の周囲を密閉構造にしたことにより、集熱管の周囲を真空にして空気層を無くすので、集熱管から透過管への対流による放熱を防止し、集熱部の集熱効率を向上することができる。 In the fifth aspect of the invention, in particular, the heat collecting part of any one of the first to fourth aspects of the present invention is the arrangement of the heat collecting tube by arranging a cylindrical permeation tube around the heat collecting tube and forming a sealed structure around the heat collecting tube. Since the surroundings are evacuated and the air layer is eliminated, heat dissipation due to convection from the heat collecting tube to the permeation tube can be prevented, and the heat collecting efficiency of the heat collecting portion can be improved.
第6の発明は、特に、第1〜5のいずれか1つの発明の集熱部は、複数個の集熱管を焦点の周囲に互いに夫々の集熱管の外壁を接触させるとき、外壁の接触面積を増加させるために集熱管に平面部を構成して配置したことにより、より焦点に近いところに複数個の集熱管を集合させて放物面反射鏡に反射する太陽光をより集光させ、複数個の集熱管の温度を均一化し、熱媒体の温度を高温化し均一化することができる。 In the sixth aspect of the invention, in particular, when the heat collecting portion of any one of the first to fifth aspects of the present invention brings the plurality of heat collecting tubes into contact with the outer walls of the respective heat collecting tubes around the focal point, the contact area of the outer walls. In order to increase the heat collecting tube, the flat portion is configured and arranged, so that a plurality of the heat collecting tubes are gathered closer to the focal point, and the sunlight reflected by the parabolic reflector is more condensed, The temperature of the plurality of heat collecting tubes can be made uniform, and the temperature of the heat medium can be raised and made uniform.
第7の発明は、特に、第1〜6のいずれか1つの発明の集熱部と、放物面反射鏡の焦点を回転の中心として、その周囲を放物面反射鏡が回転できるように支持した回転支持部と、放物面反射鏡を回転する駆動部と、この駆動部をコントロールする制御部を設け、これらの集熱部と放物面反射鏡と駆動部を収納した外装とで構成したことにより、制御部は、太陽の年間の動きをベースに季節や1日の太陽高度に合わせて、駆動部を作動し、放物面反射鏡を回転させて、その日のその時間の太陽の日射が最大になる高度に合わせるように指示できるので、それにより放物面反射鏡に反射した太陽光が常に焦点に集中し、集熱部の温度を高温に上昇させ、熱媒体を高温に加熱することができる。 The seventh aspect of the invention is particularly configured so that the parabolic reflector can rotate around the heat collecting portion of any one of the first to sixth aspects and the focal point of the parabolic reflector as the center of rotation. A rotation support unit that is supported, a drive unit that rotates the parabolic reflector, and a control unit that controls the drive unit, and an exterior housing the heat collection unit, the parabolic reflector, and the drive unit. By configuring, the control unit operates the drive unit according to the season and the solar altitude of the day based on the annual movement of the sun, rotates the parabolic reflector, and adjusts the sun for that time of the day. Because the sunlight reflected on the parabolic reflector is always focused on the focal point, the temperature of the heat collecting part is raised to a high temperature and the heat medium is heated to a high temperature. Can be heated.
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1、図2、図3において、1は太陽光を集光する放物面反射鏡で、その形状は太陽光を焦点2に集束させるために放物線断面の樋型に形成されている。
(Embodiment 1)
1, 2, and 3,
この樋型の放物面反射鏡1は方位方向(東西方向)に配置してあり、その反射面3は太陽光の反射率を向上させるために、鏡面に仕上げている。
This bowl-shaped
反射面3の鏡面仕上げは、放物面反射鏡1を構成する材料によりめっき、蒸着、研磨、塗装等の方法がある。放物面反射鏡1の加工は、耐熱の樹脂(例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂等)を成型、ステンレスをプレス加工、アルミダイカスト成型等の方法がある。またアルミの鏡面仕上げ板を折り曲げる方法もある。
The mirror surface finishing of the reflecting
例えば、放物面反射鏡1を耐熱樹脂で成型した時は、アルミめっき(蒸着)や塗装で仕上げで鏡面とし、反射面3を形成する。特に、鏡面をアルミめっきする時は、ポリイミド樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂またはポリステル樹脂、ポリアミド樹脂等を使用する。また、ステンレスをプレス加工したときは、アルミ電解研磨やバフ研磨等で鏡面を形成することもある。
For example, when the parabolic reflecting
また、アルミダイカストの成型でもめっき等により鏡面仕上げを行い、アルミダイカスト材料の研磨後の酸化皮膜による反射率の低下を防止することもある。 In addition, the aluminum die casting may be mirror-finished by plating or the like to prevent a reduction in reflectance due to an oxide film after polishing of the aluminum die casting material.
放物面反射鏡1の放物線の焦点2の周囲に配置された集熱部4は、複数個の集熱管5(銅管やステンレス管や黄銅管やアルミ管等)で構成され、焦点2に沿ってその周囲に螺旋状に周回するごとく設けてある。
The
このように、螺旋状に周回する構成により、すべての集熱管5が放物面反射鏡1の焦点2に集中する太陽光を同じように受けるとともに、焦点の直上に周回するときは直達太陽光も同じように受けるようにして同一条件の太陽光を受けるようにしている。
Thus, by the structure which circulates spirally, all the
つまり、放物面反射鏡1の焦点2から均等の距離に複数個の集熱管5を配置して、集熱管5に同一の集光状態の太陽光を当てて温度を均一に上昇させ、内部を流通する熱媒体6を均一に加熱している。
That is, a plurality of
複数個の集熱管5は、夫々の外壁が接触するよう配置してあり、集熱管5の放物面反射鏡に反射する集光した太陽光を受けない裏の部分の温度を上昇させ、集熱管5の温度を均一に保つようにしている。
The plurality of
集熱管5は、夫々の端部が順次連結され、一経路に連通するように構成している。これにより、集熱管5内を流通する熱媒体6の流速を低下させないで、集熱管5の集光状態の太陽光を受ける面積を拡大して太陽熱を回収するようにしている。
The
集熱管5は奇数の複数個に設定してあり、集熱部4に流入する熱媒体6の入口側7と出口側8を両端に分けて配置している。
The heat collecting
なお、複数個の集熱管5を偶数個設け、集熱部4に流入する熱媒体6の入口側7と出口側8を同一側に設けて配置する場合もある。
In some cases, an even number of the plurality of
集熱管5の入口側7から中間9に至る部分、および中間9から出口側8に至る部分は潰れ防止のために所定の曲率をもたせ折り返してある。この集熱管5の折り返し部分は、放物面反射鏡1の内側に設けるようにしている。
The portion from the inlet side 7 to the
この時、入口側7の集熱管5と出口側8の集熱管5は、一本の集熱管5で構成して焦点2上に配置し、そこに太陽光を集光するようにしている。
At this time, the
この集熱管5の折り返す部分は、放物面反射鏡1の外側に設けて、放物面反射鏡1の内側の集熱管5の集光状態を均一化するか、集熱管5の折り返す部分の曲率を自在にして、折り返す構成を容易にする場合もある。
The folded portion of the
放物面反射鏡1では開口部10の幅を大きくすることにより焦点2に集光する太陽光の量を増加し、集熱部4の温度を高温に上昇するようにしている。
In the parabolic reflecting
熱媒体6は、代替フロン(HFC:Hydrogenerated Fluoro Carbon)の134Aや二酸化炭素(CO2)を使用するか、または熱媒体油(シリコーン油のような鉱物油)を使用している。
As the
放物面反射鏡1は、一方向の太陽光しか焦点2を結ばないので、集熱部4に太陽光を集中させるためには、反射鏡1に対して垂直の太陽光を当てるか、または樋型の方位方向に平行の適当な角度の太陽光を当て反射面3に反射させ、反対側の集熱部3に同一の角度で跳ね返り集光する必要がある。
Since the
この放物面反射鏡1の特性に合わせるために、放物面反射鏡1を固定した集熱部4の周囲に回転のための駆動部11と、この駆動部11により放物面反射鏡1を同一の角度に一体で回転させる作動部12を設けている。
In order to match the characteristics of the parabolic reflecting
ただし、集熱部4は、春分(秋分)時の南中の太陽に正対するときに方物面反射鏡1の開口部10内での位置関係を決めて固定しているので、太陽高度に合わせて放物面反射鏡1は常に太陽に正対するが、集熱部4は太陽が春分(秋分)時の南中の高度以外は、複数個の集熱管5のどこかに太陽光が当たるようにしている。
However, since the
駆動部11はモーターとギアやカムを組み合わせて軸に装着した駆動部作動板13を回転し、この駆動部作動板13に棒状の作動部12を装着している。
The
また、駆動部11はステッピングモーターを使用して自在の角度に設定することも可能である。作動部12は駆動部作動板13にピン15を介して自在に回転できるように連結してあり、駆動部作動板13の回転により押したり引いたりする動作を行うようにしている。
Further, the
放物面反射鏡1の端部に設けた駆動部作動板13と同等の形状の反射鏡作動板14に作動部12の一方の端部をピン15で固定し、駆動部作動板13と同じように自在に回転できるようにしてあり、駆動部作動板13の回転により押したり引いたりする動作に連動して、反射鏡作動板14が押されたり引かれたりして集熱部4を軸として放物面反射鏡1が回転するようになっている。
One end of the operating unit 12 is fixed to the reflecting
反射鏡作動板14は放物面反射鏡1の両端部に装着した端面16のどちらか一方(両端の端面16でも可能である)に固定されている。
The
端面16は放物面反射鏡1と同等の材料と表面処理を行うようにしている。この端面16に開口17を設け、集熱部4の入口側7と出口側8の集熱管5が挿入されている。
The
端面16の開口17を集熱部4に接触しないように延長して筒状の軸受け部18を設け、その周囲に回転軸受け19を設けている。
A cylindrical bearing portion 18 is provided by extending the
回転軸受け19はベアリング軸受けまたは非接触の流体軸受けを使用している。回転軸
受け19の一方は回転支持部20に固定され、これにより放物面反射鏡1は、集熱部4と接触しないように独立した構成に設けられている。
The
複数個の集熱管5の表面には選択吸収膜を形成している(図示なし)。選択吸収膜は集熱管5の表面に黒色の黒クロムまたは無電解ニッケルのめっき処理を行うようにしている。また、めっきの替わりにマンガン系の黒色塗料を塗布することもある。
A selective absorption film is formed on the surface of the plurality of heat collecting tubes 5 (not shown). In the selective absorption film, the surface of the
21は駆動部11の動作をコントロールする制御部で、マイコン等に記憶した太陽の年間の動きをベースに季節や1日の太陽高度に合わせて駆動部11を作動し、作動部12を動かして放物面反射鏡1を回転させて、その日のその時間の太陽の日射が最大になる高度に合わせるように指示している。
21 is a control unit for controlling the operation of the
それにより放物面反射鏡1に反射した太陽光が集熱部4を焦点2にして集中し、集熱部4の温度を高温に上昇させるようにしている。
Thereby, the sunlight reflected by the parabolic reflecting
22は放物面反射鏡1と集熱部4と作動部12と駆動部11を収納した外装で、上部開口に透過体23を設けた箱状に構成している。
外装22は腐食の少ないステンレスや耐候性のある樹脂材料(例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂等)で構成している。外装22の内部は放物面反射鏡1や集熱部4の周囲を外装断熱材24で覆うようにしている。外装断熱材24は耐熱性のロックウール、グラスウール等で構成してあり、その表面は硬化させて、それだけで壁面を構成するかまたは板で内面を補強して構成するようにしている。
The exterior 22 is made of stainless steel with little corrosion or a weather resistant resin material (for example, polyester resin, polycarbonate resin, etc.). The interior of the exterior 22 is configured to cover the surroundings of the
透過体23は放物面反射鏡1の上部に設けられ、太陽光を取り込み、放物面反射鏡1の内部に雨やホコリが侵入するのを防止している。
The
透過体23は太陽光を通過させるために透過率の大きな透明ガラスを使用している。このような透明ガラスの日射透過率は、約90%である。この透過体23に向かって外装断熱材24を傾斜させて上方に広がるように構成して、太陽の高度に合わせて反射鏡で太陽光を多く受けられるようにしている。
The
25は放物面反射鏡1と集熱部4を外装断熱材24で囲み、収納するとともに放物面反射鏡1の上部を透過体23で開口した外装22で構成した集熱器である。
26は熱媒体6の循環ポンプ、27は熱媒体6が流れる回路、28は熱媒体6からの高温の熱を蓄える蓄熱槽である。
26 is a circulation pump for the
蓄熱槽28は融点の高い溶融塩の相変化を利用した潜熱型や溶融塩や油等を用いた顕熱型や蒸気を圧力水の形で蓄える蒸気アキュムレイタ等を用いることで100℃以上の高温の熱を貯めるようにしている。
The
以上のように構成された集熱器について以下その動作、作用を説明する。 The operation and action of the heat collector configured as described above will be described below.
まず、制御部21に運転の支持があたえられることにより、循環ポンプ26を作動し、熱媒体6を回路27内に循環させ、集熱器25に送る。
First, when the
集熱器25では制御部21のマイコン等に記憶するその日の太陽高度データに合わせて駆動部11を回転させて作動部12を動かし、集熱部4の周囲で放物面反射鏡1を回転させ、太陽光が放物面反射鏡1の開口部10の頂点に沿って垂直に当たるような位置に向け
る。
In the
例えば、太陽が南中にあれば、太陽光は高度、方位に関して放物面反射鏡1の反射面3にどの方向からも直角に当たり、その反射光は放物線で反射し、焦点2の周囲に設けた集熱部4に太陽光を集中させて、集熱部4の温度を上昇させる。
For example, if the sun is in the south, the sunlight hits the reflecting
図2の(a)、(b)のように異なる太陽高度により、太陽光の入射方向が異なっても、放物面反射鏡1の回転により放物面反射鏡1に太陽光を垂直に当てるようにしている。
Even if the incident direction of sunlight is different due to different solar altitudes as shown in FIGS. 2A and 2B, the
複数個の集熱管5の表面に装着した選択吸収膜により太陽光の約90%が集熱部4に吸収され、複数個の集熱管5の温度が上昇する。
About 90% of sunlight is absorbed by the
集熱管5に熱媒体6が送られると、集熱管5の熱を受けて熱媒体6は高温の液体または蒸気(または液体や蒸気と液体が混ざったもの等)を形成して蓄熱槽28に送られる。
When the
このとき、複数個の集熱管5はこの螺旋状に周回する構成により、集熱管5に供給される熱媒体6が放物面反射鏡1の焦点2に集中する太陽光を同じように受けるとともに、焦点の直上に周回するときは直達太陽光も同じように受けるようにして同一条件の太陽光を受け、均一に高温に加熱されるようにしている。
At this time, the plurality of
蓄熱槽28ではこの液体または蒸気を受けて100℃以上の熱量を蓄積するようにしている。熱媒体6の液体または蒸気は、蓄熱槽28で凝縮して液体となり、循環ポンプ26により再度集熱器25に送られ、加熱されるようにしている。
The
この動作を太陽熱の供給が可能な間、繰り返すことにより、必要な熱量を蓄熱槽28に維持するようにしている。
This operation is repeated while solar heat can be supplied, so that the necessary amount of heat is maintained in the
この時、制御器21は太陽の高度の動きに合わせて放物面反射鏡1を随時動かし、太陽が南中から方位が変化していても太陽光が常に放物面反射鏡1に反射して、焦点2に到達するように駆動部11をコントロールしていく。
At this time, the
以上のように、本実施の形態においては、太陽光を集光する放物面反射鏡1と、この放物面反射鏡1の焦点2の周囲に設けた熱媒体6が流通する複数個の集熱管5と、この複数個の集熱管5を前記焦点2の周囲に螺旋状に周回する構成に設ける集熱部4と、これらの放物面反射鏡1と集熱部4を収納した外装22とで構成したので、複数個の集熱管5に供給される熱媒体6が放物面反射鏡1の焦点2に集中する太陽光を同じように受けるとともに、焦点の直上に周回するときは直達太陽光も同じように受けるようにして同一条件の太陽光を受け、均一に集光するので、熱媒体6の温度を高温に均一に加熱することができる。
As described above, in the present embodiment, a plurality of parabolic reflecting
また、本実施の形態においては、放物面反射鏡1の焦点の周囲に複数個の集熱管5を配置して集熱部4を構成するので、複数個の集熱管5には常に太陽光が集光し、集熱部4からの放熱を低減し集熱効率を向上することができる。
In the present embodiment, since the
また、本実施の形態においては、集熱部4は、放物面反射鏡1の焦点2から均等の距離に複数個の集熱管5を配置したので、複数個の集熱管5に同一の集光状態の太陽光を当て、集熱管5の温度を均一に上昇させることができ、集熱5内を流通する熱媒体6を均一に加熱することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態においては、複数個の集熱管5は、夫々の端部が順次連結され、一
経路に連通するように構成しているので、集熱管5内を流通する熱媒体6の流速を低下させないで、集熱管5の集光状態の太陽光を受ける面積を拡大して太陽熱を回収し、熱媒体6への太陽熱の授受を効率良く促進することができる。熱媒体6の集熱管5内での流速を低下させないことで、集熱管5から熱媒体6への熱伝達性能の低下を防止することができる。
Further, in the present embodiment, the plurality of
また、本実施の形態においては、集熱管5は、入口側7から中間9に部分と中間9から出口側8に連結する時に集熱管5に曲率をもたせて折り返すような構成にしているので、熱媒体6の流れを変化させ、集熱管5内の内壁沿いの流れと中央部分の流れの混合を促進し、温度分布を均一化することができる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施の形態においては、集熱管5の折り返す部分は、放物面反射鏡1の内側に設けるので、折り返しの部分にも太陽光を集光し、太陽熱の回収量を増加することができる。
Further, in the present embodiment, the folded portion of the
また、本実施の形態においては、入口側7の集熱管5と出口側8の集熱管5は、放物面反射鏡1内に入る部分と放物面反射鏡1から出る部分は、一本の集熱管5で構成し、焦点2上に配置し、そこに太陽光を集光するので、熱媒体6の温度低下を起こすことなく、太陽熱を回収し、熱媒体6への太陽熱の授受を効率良く促進することができる。
Further, in the present embodiment, the
本実施の形態においては、集熱部4は、放物面反射鏡1の焦点2から均等の距離に複数個の集熱管5を配置したので、焦点2上に1本の集熱管5を設けることよりも組み立て時に焦点2に対して配置がずれても集光された太陽光を受けることができるので、組み立てを容易にすることができる。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態においては、集熱管5は、表面に赤外線を吸収する選択吸収膜を形成したことにより、集熱管5からの赤外線放射を防止して集熱管5の温度を高温に維持して、熱媒体6にその熱を効率良く伝えることができる。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態においては、制御部21は、太陽の年間の動きをベースに季節や1日の太陽高度に合わせて、駆動部11を作動し、作動部12を動かして放物面反射鏡1を回転させて、その日のその時間の太陽の日射が最大になる高度に合わせるように支持しているので、それにより放物面反射鏡1に反射した太陽光が焦点2上の集熱部4に集中し、集熱部4の温度を高温に上昇させることができ、熱媒体6に高温の熱を年間の長い期間、1日の多くの時間帯を使って伝えることができる。
Moreover, in this Embodiment, the
また、本実施の形態においては、放物面反射鏡1は、方物線で構成したので、太陽光を放物面反射鏡1の焦点2に集中でき、エネルギー密度の低い太陽光から必要な熱量と温度を得ることができる。
Moreover, in this Embodiment, since the
また、本実施の形態においては、外装22は、放物面反射鏡1が開口部10側に透過体23を装着したことにより、外装22内に雨水やホコリが堆積しないので、長期間にわたって集熱効率を良好に維持することができる。
In the present embodiment, since the parabolic reflecting
また、透過体23を放物面反射鏡1の上に載置したので、放物面反射鏡1内に熱をこもらせ、集熱管5からの対流による放熱を防止して、集熱管5の温度を高温に維持して、熱媒体6にその熱を効率良く伝えることができる。
Further, since the
また、本実施の形態の透過体23は、選択透過性能を有する耐熱性、耐候性の優れた樹脂材料(例えば、ポリカーボネート等)で構成することにより、集熱器25の軽量化と低
コスト化を行うことができる。
In addition, the
また、本実施の形態の放物面反射鏡1は、複合放物面集光器(CPC:Compound Parabolic Concentrator)の反射鏡を用いることにより、太陽光の所定の傾斜角度(例えば、太陽光の入射可能な角度が天頂より30°程度なら約3倍の集光比、入射可能な角度が20°程度に狭くすると、集光比は約7倍に拡大する。集光比が、大きくなれば太陽光がより集束するので、開口部10で照射する熱量は増加し、温度を上昇するようになる。
In addition, the
しかし、集光比を拡大すると太陽光の入射可能な角度は、天頂を基準に狭くなるので、集光部での集光時間、設置場所等の制約が多くなり、考慮する必要がある。これに対して、集熱部4に集中することができるので、太陽の高度に対して、放物面反射鏡1を回転させる範囲を小さくするか、または回転をする必要が無いように構成し、構成部品や制御の簡略化によりコストダウンを図ることができる。
However, when the condensing ratio is increased, the angle at which sunlight can be incident becomes narrower with respect to the zenith. Therefore, there are many restrictions on the condensing time at the condensing unit, the installation location, and the like, which needs to be considered. On the other hand, since it can concentrate on the
また、本実施の形態の外装22は、内部に熱伝導率の小さいガス(例えば、クリプトンガス)を注入し、密封することにより、外装20内で反射鏡1の可動部分のための空間の
空気の対流による放熱を防止するので、外装22からの放熱を低減させ集熱効率を向上することができる。また、不活性ガスを充填することで、高温の集熱部4を覆い安全性を高め、外装断熱材24の劣化を防止して、長期間の使用に耐えるようにしている。
In addition, the
また、本実施の形態の集熱器25は、太陽の高度方向を固定(放物面反射鏡1の並びを南北方向に合わせ、例えば、設置台の傾斜角度は、春分や秋分時の南中に太陽光が垂直に反射鏡1に当たるような角度に設置する)して、太陽の方位の動きに対して放物面反射鏡1を回転することにより、1日の太陽の動きからより多くの太陽光を集熱部4に集中することも可能である。
Further, the
また、本実施の形態の蓄熱槽28に熱を蓄えるので、その熱は、夜間に利用したり、あるいは曇りの時に十分な熱が得られない時に補充する形で太陽光の不安定な熱の供給を安定化し、使い勝手を向上することができる。また、常時、蓄熱槽28に熱を蓄えることができるので、エネルギー密度の少ない太陽熱を効率良く回収することができる。
In addition, since heat is stored in the
(実施の形態2)
図4において、集熱部4は、複数個の集熱管5の両端部に複数個の階層に仕切られ、夫々の集熱管5が連通することで、複数個の集熱管5が一つの経路に構成するように入口側連通部29と出口側連通部30を設けている。
(Embodiment 2)
In FIG. 4, the
入口側連通部29と出口側連通部30は、2重の部屋で仕切られ、熱媒体6が出入りする第一の部屋31と複数個の集熱管5が連通する第二の部屋32が設けられている。
The inlet
入口側連通部29と出口側連通部30は円筒状に構成され、熱伝導の良い材料(例えば、銅、黄銅、アルミ等)で構成され、その表面には、集熱管5と同じ選択吸収膜を形成している。
The inlet
複数個の集熱管5の連通構成は、入口側7の集熱管5の場合は、集熱管5との入口管33(入口管33は集熱器25の外部に延長され回路27と連結している。また、入口管33の放物面反射鏡1内に露出した部分は、集熱管5と同じ選択吸収膜を形成している)は、入口側連通部29の第一の部屋31で連通している。
In the case of the
この入口側7の集熱管5は、入口側連通部29の第二の部屋32と連通することなく貫
通して、出口側連通部30の第二の部屋32に連通し、この第二の部屋32から中間9の集熱管5が入口側連通部29に向けて設けられている。
The
中間9の集熱管5は入口側連通部29の第二の部屋32で出口側8の集熱管5と連通し、この出口側8の集熱管5が出口側連通部30に向けて設けられている。
The middle 9
出口側8の集熱管5は、出口側連通部30の第二の部屋32に連通することなく貫通し、第一の部屋31に連通している。この第一の部屋31で出口側8の集熱管5と出口管34(出口管34は、集熱器25の外部に延長され回路27と連結している。また、出口管34の放物面反射鏡1内に露出した部分は、集熱管5と同じ選択吸収膜を形成している)が連通するように構成している。
The
以上のように構成された集熱器について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat collector comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
循環ポンプ26により、回路27を介して集熱器25に送られた熱媒体6は、入口管33から入口側連通部29の第一の部屋31から入口側7の集熱管5を通り、出口側連通部30の第二の部屋32から中間9の集熱管5を通り、入口側連通部29の第二の部屋32から出口側8の集熱管5に送られ、出口管34から回路27へ排出され、この間に集熱器25で加熱されるようにしている。
The
このとき、入口側7の集熱管5、中間9の集熱管5、出口側8の集熱管5に供給される熱媒体6が放物面反射鏡1の焦点2に集中する太陽光を同じように受けるとともに、焦点の直上に周回するときは直達太陽光も同じように受けるようにして同一条件の太陽光を受け、熱媒体6の温度を高温に均一に加熱するようにしている。
At this time, the
以上のように、本実施の形態においては、入口側連通部29と出口側連通部30により、複数個の集熱管5を焦点2から等距離に配置し、集熱管5を屈曲するよりもその距離も小さく設定でき、集熱部4をコンパクトに構成し、外装22に容易に収納することができる。
As described above, in the present embodiment, the plurality of
また、本実施例の入口側連通部29と出口側連通部30により、熱媒体6の流れを変化させて混合を促進し、温度分布を均一化することができる。
In addition, the inlet-
(実施の形態3)
図5において、集熱部4は周囲に筒状の透過管35を配置し、複数個の集熱管5の周囲を密閉構造にしている。透過管35は日射の透過率が大きい(例えば、透過ガラスや石英ガラスでは、透過率90%程度である)ガラス管で構成している。透過管35の内部は真空に保たれ、対流による集熱管5からの放熱を防止するようにしている。
(Embodiment 3)
In FIG. 5, the
透過管35の内部を真空に保つ方法としては、入口側連通部29と出口側連通部30を利用しOリング36により密閉構造を保つようにしている。
As a method of keeping the inside of the
以上のように構成された集熱器について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat collector comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
循環ポンプ26により回路27を介して集熱器25に送られた熱媒体6は、集熱管5の内部を流通する間に、透過管35により集熱管5の周囲は真空に保たれ、集熱管5からの対流による放熱損失を防止されるので、高温度を保ちながら集熱器25から回路27に排出される。
While the
以上のように、本実施の形態においては、集熱管5の周囲を真空にして空気層を無くす
ので、集熱管5から透過管35への対流による放熱を防止し、集熱部4の集熱効率を向上することができる。
As described above, in the present embodiment, since the
なお、本実施例の透過管35の内部に真空に代わり、空気よりも熱伝導率の小さい、不活性のクリプトンガスを注入しても集熱管5からの放熱を防止することができる。この場合、透過管35の強度は真空ほど必要ないので、透明度の高い樹脂製の管(例えば、ポリカーボネイト等)を使用することも可能である。
Even if an inert krypton gas having a thermal conductivity smaller than that of air is injected into the inside of the
(実施の形態4)
図6(a)、(b)において、集熱部4は複数個の集熱管5を焦点2の周囲に互いに夫々の集熱管5の外壁37が接触させるときに、外壁37の接触面積を増加させるために集熱管5に平面部38を構成して配置している。
(Embodiment 4)
6 (a) and 6 (b), the
入口側7の集熱管5と中間9の集熱管5と出口側8の集熱管5とが放物面反射鏡1の焦点2に近いところで夫々の平面部38を接触するようにして、焦点2に太陽光がより集光した位置で太陽光を受けるようにしている。図6の(a)は奇数個、(b)は偶数個の配置を示している。
The
以上のように構成された集熱器について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat collector comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
循環ポンプ26により回路27を介して集熱器25に送られた熱媒体6は、集熱管5の内部を流通する間に入口側7の集熱管5と中間9の集熱管5と出口側8の集熱管5とで太陽光の受け方が異なり温度にばらつきが発生しても接触させた外壁37に設けた平面部38を介してより多くの熱が伝わり、均一な温度になるようにしている。
The
熱媒体6は、高温を均一に保ちながら集熱器25から回路27に排出される。
The
以上のように、本実施の形態においては、集熱管5の平面部38を互いに接触させるので複数個の集熱管5の放物面反射鏡1に反射する集光した太陽光を受けない部分の温度低下を防止して、複数個の集熱管5の温度を均一にして集熱部4の集熱効率を向上することができる。
As described above, in the present embodiment, since the
また、本実施例の集熱管5は集熱管5の平面部38を接触し、より焦点2に近いところに設置するので、太陽光が集光し、熱媒体6を高温に加熱することができる。
Moreover, since the
以上のように、本発明にかかる集熱器は、放物面反射鏡の焦点の周囲に複数個の集熱管を焦点の周囲に螺旋状に周回する構成に設けて、複数個の集熱管は太陽光が必ず集光する部分が構成でき、集熱部からの放熱を低減し集熱効率を向上するので、住宅の給湯や発電のための加熱装置に適用することができる。 As described above, the heat collector according to the present invention is provided with a configuration in which a plurality of heat collecting tubes are spirally wound around the focal point of the parabolic reflector, and the plurality of heat collecting tubes are A portion where sunlight is always condensed can be configured, and the heat collection efficiency can be improved by reducing the heat radiation from the heat collection section, so that it can be applied to a hot water supply or a heating device for power generation in a house.
1 放物面反射鏡
2 焦点
4 集熱部
5 集熱管
6 熱媒体
11 駆動部
12 作動部
22 外装
23 透過体
25 集熱器
DESCRIPTION OF
Claims (7)
請求項1〜4いずれか1項記載の集熱器。 The heat collecting unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat collecting unit includes a cylindrical permeation tube disposed around the heat collecting tube and has a sealed structure around the heat collecting tube.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007020826A JP2008185300A (en) | 2007-01-31 | 2007-01-31 | Collector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2007020826A JP2008185300A (en) | 2007-01-31 | 2007-01-31 | Collector |
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN109442760A (en) * | 2018-12-14 | 2019-03-08 | 莱西市产业技术研究院 | A kind of energy-saving solar heat collector and its application method |
| CN113251678A (en) * | 2021-05-18 | 2021-08-13 | 浙江光学家科技有限公司 | Solar panel rotating device |
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-
2007
- 2007-01-31 JP JP2007020826A patent/JP2008185300A/en active Pending
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| JP7300600B1 (en) | 2022-12-12 | 2023-06-30 | 郁夫 中村 | power generation system |
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