JP6118186B2

JP6118186B2 - 太陽熱利用システムの集熱器

Info

Publication number: JP6118186B2
Application number: JP2013124113A
Authority: JP
Inventors: 竹彦名坂; 達志小林; 光明田島; 雄一辻村
Original assignee: Yazaki Energy System Corp
Current assignee: Yazaki Energy System Corp
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2033-06-12
Also published as: CN104236138B; CN104236138A; JP2014240738A

Description

本発明は、太陽熱利用システムの集熱器に関する。

太陽熱温水器などの太陽熱利用システムは、太陽熱を集める集熱器と、その熱を蓄熱できる貯湯槽と、これらの間で熱媒を循環させる熱媒配管系と、を備えている。集熱器で集めた太陽熱は、熱媒配管系を通る熱媒によって貯湯槽へ運ばれる。貯湯槽内には熱媒配管系に接続された熱交換器が設けられるとともに、給湯水が貯留される。貯湯槽では、熱交換器によって熱媒の熱が給湯水に伝えられて蓄えられる。
ここで、太陽熱利用システムの集熱器５０１は、図５（ａ）に示すように、一般的に、家屋の屋根の上にチャンネル材５０３を設置し、集熱器側面５０５に設けた取付プレート５０７がボルト５０９でチャンネル材５０３に締結されることによって固定される。

集熱器５０１には熱媒配管５１１と接続するために、流路の上流端と下流端に少なくとも二箇所の出入口管５１３が取り付けられる。出入口管５１３は、例えば集熱器側面５０５に設けられる。出入口管５１３と熱媒配管５１１は、ホース５１５を介して接続される。出入口管５１３には、テーパーねじが切ってある。出入口管５１３には、シールテープを巻いた継手管５１７の一端側が工具を用いてテーパーねじに締め込まれることにより組み付けられる。つまり、出入口管５１３と継手管５１７は、ねじ込み方式による接続構造となる。出入口管５１３に接続された継手管５１７は、他端側がホースバンド５１９で固定されるホース５１５によって熱媒配管５１１と接続される。

特開平１１−１３２５７４号公報

しかしながら、出入口管５１３のねじ込み方式による接続構造は、集熱器５０１と継手管５１７を接続する際、シールテープの巻き方や、継手管５１７の締め込み量などの施工技量によって漏れの発生が左右される。
また、構造上、出入口管５１３が集熱器側面５０５にあるため、集熱器５０１を併設した場合、集熱器間に配管を施工するスペースが必要となる。このため、集熱器５０１同士を密着させることができず、意匠性に問題があった。

一方、上記の意匠性に配慮するため、図５（ｂ）に示すように、集熱器底面５２１に設けた出入口管５２７に、クイックファスナー５２３を用いて継手管５２９を接続する接続構造も考えられる（特許文献１等参照）。
クイックファスナー方式による接続構造は、Ｏリング５２５の使用により工具が不要で、出入口管５２７への継手管５２９の接続が容易となる。ところが、組付け構造上、集熱器底面５２１と屋根面間のスペースが必要となる。このため、太陽光パネルの併設時には集熱器５０１と上面位置が合わず、やはり意匠性に問題が生じる。
また、クイックファスナー５２３の取り付け作業時には、目視での確認が必要となる。このため、集熱器底面５２１を覗き込む確認作業が必要となり、安定性に欠ける作業姿勢が強いられるという問題があった。また、ボルト・ナット等の確実な締結部材を使用しないため、設置後のクイックファスナー脱落に伴う漏れ発生の可能性もあった。更に、クイックファスナー５２３を取り付けるため、出入口管５２７と継手管５２９の両方にフランジ部５３１を設ける必要があり、出入口管５２７及び継手管５２９の製造コストも高くなるという問題点があった。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、施工時の作業性が良好で、省スペースにより意匠性が向上し、しかも、簡素な構造によって部品コストも下げることができる太陽熱利用システムの集熱器を提供することにある。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）熱媒の流路が形成された集熱板と、前記集熱板が収容される集熱器ケースと、一端開口部が前記流路に連通して前記集熱板に接続されるとともに前記集熱器ケースの底面を貫通して導出される他端開口部が内周面に円筒状シール面を有する出入口管と、前記出入口管の他端開口部に挿入される挿入側端部が、前記円筒状シール面に密着するＯリングを有する嵌合シール部と外周面に突設されたフランジ部とを有する継手管と、Ｕ字状切欠が形成された先端部と前記出入口管の他端開口部との間で前記フランジ部を挟持する底面側挟持片と、前記底面側挟持片の後端部に垂設されて前記集熱器ケースの側面に固定される側面側固定片とを有する固定金具と、を備えることを特徴とする太陽熱利用システムの集熱器。

上記（１）の構成の太陽熱利用システムの集熱器によれば、集熱板の流路に連通して集熱器ケースの底面から導出された出入口管に、継手管を接続する際には、出入口管の他端開口部に、継手管の挿入側端部が挿入される。フランジ部が他端開口部に当接するまで出入口管内に挿入された挿入側端部は、出入口管の円筒状シール面との間が、Ｏリングを有する嵌合シール部によって水密シールされる。
そして、出入口管に接続された継手管が先端部のＵ字状切欠に挿入されるようにして、固定金具の底面側挟持片が集熱器ケースの底面に沿って平行に挿入される。底面側挟持片のＵ字状切欠に継手管が挿入された状態で、固定金具の側面側固定片が集熱器ケースの側面に固定されると、底面側挟持片の先端部が出入口管の他端開口部との間でフランジ部を挟持する。そこで、固定金具の底面側挟持片により他端開口部との間でフランジ部が挟持された継手管は、出入口管に対して離脱不能とされて接続が完了する。継手管の挿入側端部は、Ｏリングのシールにより、任意の方向に回転が可能となる。これにより、例えばＬ字（エルボ）管状の継手管の場合、他端部が接続ホースの配索方向に応じて３６０°任意の導出方向へ容易に変更自在となる。
そこで、上記接続構造では、従来のねじ込み方式による接続構造のように施工技量により漏れの発生が左右されることがない。
また、集熱器ケースの側面に出入口管がないため、複数の集熱器を密着して併設することができる。
また、先端部のＵ字状切欠に継手管が挿入されるように、固定金具の底面側挟持片を集熱器ケースの底面に沿って平行に挿入する際には、手探りでもＵ字状切欠と継手管との嵌合状況が確認可能となり、底面側挟持片の先端部と他端開口部との間でフランジ部を確実に挟持することができる。
また、固定金具の底面側挟持片は、クイックファスナーよりも薄い形状のため、集熱器ケースの底面に対する継手管の高さをより低<抑えることができる。これにより、集熱器と屋根面の距離を低くして、太陽光パネルと上面位置を揃えることが可能となる。

（２）上記（１）の構成の太陽熱利用システムの集熱器であって、前記Ｕ字状切欠が、開口端から段階的に開口幅が狭くなる多段Ｕ字状切欠からなることを特徴とする太陽熱利用システムの集熱器。

上記（２）の構成の太陽熱利用システムの集熱器によれば、固定金具の底面側挟持片に形成されるＵ字状切欠が多段Ｕ字状切欠となることで、１種類の固定金具で、外径が異なる複数サイズの継手管に対応が可能となる。これにより、継手管サイズに対する固定金具の自由度が増す。

（３）上記（１）または（２）の構成の太陽熱利用システムの集熱器であって、前記集熱器ケースの側面には、ボルトの頭部を係合して前記集熱器ケースの側面の延在方向に前記ボルトをスライド自在に保持するレール溝が形成され、前記側面側固定片には、前記ボルトが挿通されるボルト挿通穴が穿設され、
前記ボルトにナットが螺合されることによって前記側面側固定片が前記集熱器ケースの側面に締結固定されることを特徴とする太陽熱利用システムの集熱器。

上記（３）の構成の太陽熱利用システムの集熱器によれば、集熱器ケースの側面に設けられたレール溝に頭部が係合したボルトは、集熱器ケースの側面から垂直に突出した姿勢でレール溝に沿って移動が可能となる。即ち、側面側固定片に挿通されたボルトにより支持された固定金具は、集熱器ケースの側面に沿ったスライドにより、出入口管の位置への位置あわせが容易となる。
そこで、ボルトの位置が決定したなら、ボルト先端に側面側固定片のボルト挿通穴を挿通しながら、先端部のＵ字状切欠に継手管が挿入されるように、固定金具の底面側挟持片を集熱器ケースの底面に沿って平行に挿入するこの状態で、ボルト先端にナットを螺合することで、固定金具の側面側固定片がボルト及びレール溝を介して集熱器ケースの側面に固定される。側面側固定片が集熱器ケースの側面に固定された固定金具は、底面側挟持片によって、継手管のフランジ部を出入口管の他端開口部とで挟持し、継手管が出入口管に対して離脱不能に固定される。

本発明に係る太陽熱利用システムの集熱器によれば、施工時の作業性が良好で、省スペースにより意匠性が向上し、しかも、簡素な構造によって部品コストも下げることができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

本発明の一実施形態に係る集熱器の要部断面図である。図１の集熱器が用いられる太陽熱利用システムの全体斜視図である。固定金具が固定される前の集熱器の要部斜視図である。変形例に係る固定金具の斜視図である。（ａ）は従来のねじ込み方式による接続構造斜視図、（ｂ）は従来のクイックファスナー方式による接続構造の側面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
図１に示す本発明の一実施形態に係る集熱器１１は、図２に示す太陽熱利用システム１３に用いられる。太陽熱利用システム１３は、併設された２枚の集熱器１１の上方に貯湯槽１５を配置し、集熱器１１と貯湯槽１５との間を図示しない熱媒循環系により熱媒が強制循環されて貯湯槽内の水と熱交換する。また、太陽熱利用システム１３は、集熱器１１と貯湯槽１５とを分離し、集熱器１１は屋根の上、貯湯槽１５は別のスペースに設置されてもよい。

本実施形態の集熱器１１は、四角形に形成した二枚のプレート１７のうち、一方または双方のプレート１７を波形に形成し、これら二枚のプレート１７を貼り合わすことで熱媒が通る流路１９を形成した集熱板２１を有するプレート式集熱器である。集熱板２１は、周縁部２３が集熱器ケース２５の内部固定片２７にビス２９によって固定され、集熱器ケース２５に収容される。集熱板２１を構成するプレート１７には、熱伝導性のよい金属材料が使用される。集熱板２１を収容する集熱器ケース２５の上表面側には、透明板３１が取付けられている。

集熱板２１には、流路１９の上流端と下流端とで熱媒循環管路に連通する少なくとも二箇所に出入口管３３（連結管）が取り付けられる。本実施形態では、集熱器１１の汎用性を考慮して、集熱板２１の四隅に出入口管３３が取り付けられる。出入口管３３は、一端開口部３５が、二枚のプレート１７を接合して形成された集熱板２１の下側のプレート１７に接続される。出入口管３３の他端開口部３７は、集熱器ケース２５の底板３９を貫通して底面側に導出される。出入口管３３と集熱板２１との接続は、下側のプレート１７に開口した円形のロー付け開口部１８に、出入口管３３の円形の一端開口部３５を挿入した単純な構造で、容易な溶接或いはロウ付け作業で行われる。

流路１９に連通して集熱板２１に接続された出入口管３３は、集熱器ケース２５を貫通して導出される他端開口部３７の内周面３８に円筒状シール面４１が形成される。出入口管３３の他端開口部３７には、Ｏリング４３の受け入れをガイドする面取り部が形成される。

この出入口管３３の他端開口部３７には、継手管４５が接続される。継手管４５は、円筒状シール面４１に密着するＯリング４３を有する嵌合シール部４７と外周面に突設されたフランジ部４９とが挿入側端部に設けられる。本実施形態において、継手管４５は、Ｌ字（エルボ）管状に形成されるが、継手管４５は直管状であってもよい。Ｌ字管状に形成された継手管４５は、挿入側端部に嵌合シール部４７とフランジ部４９が形成され、エルボ部５１を挟んで反対側の他端に接続ホース５３を外周に接続する接手（所謂、タケノコ）５５が形成されている。

継手管４５の嵌合シール部４７は、Ｏリング４３の装着される周溝５７が形成される。継手管４５の周溝５７は、継手管４５の挿入側端部に形成される。周溝５７に装着されたＯリング４３は、内径が周溝底面の外径よりも小さく設定される。従って、周溝５７に装着されたＯリング４３は、内周が周溝底面に密着する。この状態で、Ｏリング４３の外径は、嵌合シール部４７の外径よりも大きくなるように設定される。
一方、出入口管３３の円筒状シール面４１の内径は、嵌合シール部４７の外径よりも大きく、且つ装着されたＯリング４３の外径よりも小さく設定される。従って、Ｏリング４３が装着された嵌合シール部４７は、出入口管３３の他端開口部３７に挿入されることで、Ｏリング４３が所定の圧縮量で圧縮される。圧縮されたＯリング４３は、弾性復元力によって周溝底面と円筒状シール面４１に密着することで、出入口管３３と継手管４５との隙間を水密シールする。

なお、集熱板２１は、流路内が陽圧となるので、周溝内で潰されたＯリング４３は、周溝内の外部側へ移動される。その際、Ｏリング４３は、円筒状シール面４１と嵌合シール部４７との隙間に押しつけられてこの隙間を塞ぐことによっても、出入口管３３と継手管４５との隙間を水密シールする。
フランジ部４９は、出入口管３３の内径よりも大きな外径を有して、他端開口部３７に当接可能に形成される。

集熱器ケース２５の側面５９には、図３に示す固定金具６１が固定される。Ｌ字状に形成された固定金具６１は、Ｕ字状切欠６７が形成された先端部と出入口管３３の他端開口部３７との間でフランジ部４９を挟持する底面側挟持片６５と、底面側挟持片６５の後端部に垂設されて集熱器ケース２５の側面５９に締結固定される側面側固定片６３とを有する。底面側挟持片６５の先端部に形成されたＵ字状切欠６７は、継手管４５の挿入側端部の外径より大きく、フランジ部４９の外径より小さい開口幅を有する。
これにより、固定金具６１は、フランジ部４９を底面側挟持片６５の先端部と出入口管３３の他端開口部３７とで挟持する。
なお、図４に示すように、開口端から段階的に開口幅Ａ、Ｂ、Ｃが狭くなる（Ａ＞Ｂ＞Ｃ）多段Ｕ字状切欠７１を備えた固定金具６１Ａを用いることもできる。

図３に示すように、集熱器ケース２５の側面５９には、ボルト７３の頭部７５を係合して集熱器ケース２５の側面５９の延在方向にボルト７３をスライド自在に保持するレール溝７７が形成される。固定金具６１の側面側固定片６３には、このボルト７３が挿通されるボルト挿通穴７９が穿設されている。そこで、ボルト挿通穴７９を挿通したボルト７３にナット８１が螺合されることによって、側面側固定片６３は集熱器ケース２５の側面５９に締結固定される。

次に、上記集熱器１１の接続ホース接続手順を説明する。
Ｌ字管状の継手管４５を集熱器１１に接続するには、先ず、嵌合シール部４７が設けられた継手管４５の挿入側端部を、フランジ部４９が他端開口部３７に当接してストップするまで出入口管３３に挿入する。これにより、嵌合シール部４７のＯリング４３が、出入口管３３の円筒状シール面４１に密着する。

次に、固定金具６１を集熱器ケース２５の側面５９に固定するため、レール溝７７の端部開口７７ａからボルト７３の頭部７５を挿入し、ボルト７３をレール溝７７にスライド自在に係合する。レール溝７７に頭部７５が係合したボルト７３は、集熱器ケース２５の側面５９から垂直に突出した姿勢でレール溝７７に沿って移動が可能となる。
そこで、レール溝７７に頭部７５を係合したボルト７３を、出入口管３３の位置へ位置決めする。ボルト７３の位置が決定したなら、ボルト先端に側面側固定片６３のボルト挿通穴７９を挿通しながら、先端部のＵ字状切欠６７に継手管４５が挿入されるように、固定金具６１の底面側挟持片６５を集熱器ケース２５の底面６９に沿って平行に挿入する。この状態で、ボルト先端にナット８１を螺合し、ナット８１を締め付けることで、固定金具６１の側面側固定片６３がボルト７３及びレール溝７７を介して集熱器ケース２５の側面５９に固定される。
側面側固定片６３が集熱器ケース２５の側面５９に固定された固定金具６１は、図１に示すように、底面側挟持片６５によって、継手管４５のフランジ部４９を出入口管３３の他端開口部３７及び底板３９とで挟持し、継手管４５が出入口管３３に対して離脱不能に固定される。なお、図１に示した本実施形態では、集熱器ケース２５の底板３９に固定された補強板８３を介してフランジ部４９を挟持している。

集熱器１１同士を接続する継手構造中央部の場合、双方の継手管４５の他端同士を向き合う位置まで回転する。次に、双方の継手管４５の他端同士に接続ホース５３を接続し、それぞれの接手５５に接続ホース５３をワンタッチバンド８５で固定して、接続ホース５３を介して集熱器１１同士の接続を完了する。

次に、上記実施形態に係る集熱器１１の作用を説明する。
以上のように、本実施形態に係る太陽熱利用システム１３の集熱器１１では、集熱板２１の流路１９に連通して集熱器ケース２５の底面６９から導出された出入口管３３に、継手管４５を接続する際には、出入口管３３の他端開口部３７に、継手管４５の挿入側端部が挿入される。フランジ部４９が他端開口部３７に当接するまで出入口管３３内に挿入された挿入側端部は、出入口管３３の円筒状シール面４１との間が、Ｏリング４３を有する嵌合シール部４７によって水密シールされる。

そして、出入口管３３に接続された継手管４５が先端部のＵ字状切欠６７に挿入されるようにして、固定金具６１の底面側挟持片６５が集熱器ケース２５の底面６９に沿って平行に挿入される。底面側挟持片６５のＵ字状切欠６７に継手管４５が挿入された状態で、固定金具６１の側面側固定片６３が集熱器ケース２５の側面５９に固定されると、底面側挟持片６５の先端部が出入口管３３の他端開口部３７との間でフランジ部４９を挟持する。

そこで、固定金具６１の底面側挟持片６５により他端開口部３７との間でフランジ部４９が挟持された継手管４５は、出入口管３３に対して離脱不能とされ、Ｏリング４３が円筒状シール面４１の所定位置に位置決めされて水密シール状態が維持される。
この際、継手管４５の挿入側端部は、Ｏリング４３のシールにより、任意の方向に回転が可能となる。これにより、Ｌ字管状の継手管４５の場合、他端部が接続ホース５３の配索方向に応じて３６０°任意の導出方向へ容易に変更自在となる。

また、本実施形態に係る集熱器１１の接続構造では、集熱器ケース２５の底面６９に導出された出入口管３３へ、Ｏリング４３を嵌め込んだ継手管４５の挿入先端部を挿入することにより漏れを防ぐ。このため、従来のねじ込み方式による接続構造のように施工技量により漏れの発生が左右されることがない。
また、集熱器ケース２５の側面５９に出入口管がないため、複数の集熱器１１を密着して併設することができる。

また、先端部のＵ字状切欠６７に継手管４５が挿入されるように、固定金具６１の底面側挟持片６５を集熱器ケース２５の底面６９に沿って平行に挿入する際には、手探りでもＵ字状切欠６７と継手管４５との嵌合状況が確認可能となり、底面側挟持片６５の先端部と他端開口部３７との間でフランジ部４９を確実に挟持することができる。
また、固定金具６１の底面側挟持片６５は、クイックファスナー５２３（図５（ｂ）参照）よりも薄い形状のため、集熱器ケース２５の底面６９に対する継手管４５の高さをより低<抑えることができる。これにより、集熱器１１と屋根面の距離を低くして、太陽光パネルと上面位置を揃えることが可能となる。

更に、固定金具６１を集熱器１１ヘボルト７３・ナット８１により固定することで、継手管４５のフランジ部４９が底面側挟持片６５に確実に引っ掛かり抜けなくなる。これにより、クイックファスナー方式のように、出入口管５２７と継手管５２９の両方にフランジ部５３１（図５（ｂ）参照）を設けずに継手管４５の脱落を防止でき、製造コストを安く抑えることができる。
また、図４に示した固定金具６１Ａのように、底面側挟持片６５に多段Ｕ字状切欠７１を形成することで、１種類の固定金具６１Ａで、外径が異なる複数サイズの継手管４５に対応が可能となる。これにより、継手管サイズに対する固定金具６１Ａの自由度が増す。

また、本実施形態の集熱器１１によれば、集熱器ケース２５の側面５９に設けられたレール溝７７に頭部７５が係合したボルト７３は、集熱器ケース２５の側面５９から垂直に突出した姿勢でレール溝７７に沿って移動が可能となる。そこで、側面側固定片６３のボルト挿通穴７９に挿通されたボルト７３により支持された固定金具６１は、集熱器ケース２５の側面５９に沿ったスライドにより、出入口管３３の位置への位置あわせが容易となる。

従って、本実施形態に係る太陽熱利用システム１３の集熱器１１によれば、施工時の作業性が良好で、省スペースにより意匠性が向上し、しかも、簡素な構造によって部品コストも下げることができる。
なお、本発明の太陽熱利用システムの集熱器は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１１…集熱器
１９…流路
２１…集熱板
２５…集熱器ケース
３３…出入口管
３５…一端開口部
３７…他端開口部
４１…円筒状シール面
４３…Ｏリング
４５…継手管
４７…嵌合シール部
４９…フランジ部
５９…側面
６１…固定金具
６３…側面側固定片
６５…底面側挟持片
６７…Ｕ字状切欠
６９…底面
７１…多段Ｕ字状切欠
７３…ボルト
７５…頭部
７７…レール溝
７９…ボルト挿通穴
８１…ナット

Claims

熱媒の流路が形成された集熱板と、
前記集熱板が収容される集熱器ケースと、
一端開口部が前記流路に連通して前記集熱板に接続されるとともに前記集熱器ケースの底面を貫通して導出される他端開口部が内周面に円筒状シール面を有する出入口管と、
前記出入口管の他端開口部に挿入される挿入側端部が、前記円筒状シール面に密着するＯリングを有する嵌合シール部と外周面に突設されたフランジ部とを有する継手管と、
Ｕ字状切欠が形成された先端部と前記出入口管の他端開口部との間で前記フランジ部を挟持する底面側挟持片と、前記底面側挟持片の後端部に垂設されて前記集熱器ケースの側面に固定される側面側固定片とを有する固定金具と、
を備えることを特徴とする太陽熱利用システムの集熱器。
前記Ｕ字状切欠が、開口端から段階的に開口幅が狭くなる多段Ｕ字状切欠からなることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱利用システムの集熱器。
前記集熱器ケースの側面には、ボルトの頭部を係合して前記集熱器ケースの側面の延在方向に前記ボルトをスライド自在に保持するレール溝が形成され、
前記側面側固定片には、前記ボルトが挿通されるボルト挿通穴が穿設され、
前記ボルトにナットが螺合されることによって前記側面側固定片が前記集熱器ケースの側面に締結固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽熱利用システムの集熱器。