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JP7182593B2 - collector - Google Patents
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Description

本発明は、工場や電算室など閉鎖されていて熱の籠りやすい空間において、熱源から放射されている遠赤外線からなる輻射エネルギーを捉える集熱器に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat collector for capturing radiant energy composed of far infrared rays radiated from a heat source in closed spaces such as factories and computer rooms where heat tends to accumulate.

熱の伝わり方には、物質の内部において熱が直接伝わる熱伝導のほか、対流および輻射という現象がある。このうち対流は、流体の流れによって熱が伝えられる現象で、ヒートポンプを使用したエアコンにも活用されており、室内機と室外機の間を循環する冷媒を通じて温度調整された空気を室内に放出し、対流によって室内の温度をコントロールしている。 In addition to heat conduction in which heat is directly transferred inside a substance, there are phenomena such as convection and radiation in how heat is transferred. Of these, convection is a phenomenon in which heat is transferred by the flow of fluid. It is also used in air conditioners that use heat pumps, where temperature-controlled air is released into the room through the refrigerant that circulates between the indoor and outdoor units. , the temperature of the room is controlled by convection.

また輻射は、電磁波が熱を運ぶ現象で、物質の温度が高くなると、その物質の原子や分子を構成する電子のエネルギーが電磁波となり輻射エネルギーとして放射される現象である。特に高温の物質からは可視光よりも波長の長い電磁波である遠赤外線が強く放射される性質があり、この遠赤外線は、被加熱物に吸収されたときに強い熱作用をもたらす性質を有しているため、高温の物質から放射された輻射エネルギーは再度熱に変換されて熱移動現象が生じる。 Radiation is a phenomenon in which electromagnetic waves carry heat. When the temperature of a substance rises, the energy of the electrons that make up the atoms and molecules of that substance becomes electromagnetic waves and is radiated as radiant energy. In particular, high-temperature substances have the property of strongly emitting far-infrared rays, which are electromagnetic waves with longer wavelengths than visible light, and these far-infrared rays have the property of causing a strong heat effect when they are absorbed by the object to be heated. Therefore, the radiant energy radiated from the high-temperature substance is converted into heat again, causing a heat transfer phenomenon.

ところで工場や電算室など、高温の熱源が存在している室内では、熱源に触れた一部の空気が熱伝導によって直接暖められるほか、熱源から輻射の現象によって大量に放出された遠赤外線が、壁などの様々な被加熱物に吸収される熱作用よっても室温の上昇がもたらされる。そのためこうした室内では、作業をする人間に対する健康上の配慮や各種電子装置の熱暴走の防止など、室内空間の冷却への配慮が必要不可欠となるが、一般的には、室内空間の温度制御には、前述のエアコンを用いた対流によって空間中の大気を冷却しようとする場合が多い。しかしながら前記室内の熱源が相当に高温である場合には、部屋全体をエアコンによって冷却しようとすると、かなり強力な冷房設備が必要となるうえ、消費電力も極めて大きくなるため、実用的な冷房効果には限界があるといえる。 By the way, in a room where there is a high temperature heat source such as a factory or computer room, part of the air that touches the heat source is directly heated by heat conduction, and a large amount of far infrared rays emitted from the heat source by the phenomenon of radiation Thermal effects absorbed by various heated objects, such as walls, also result in an increase in room temperature. Therefore, in such a room, it is essential to consider the cooling of the indoor space, such as considering the health of the people who work and preventing thermal runaway of various electronic devices. often try to cool the air in the space by convection using the aforementioned air conditioner. However, if the heat source in the room is of a considerably high temperature, cooling the entire room with an air conditioner would require a fairly powerful cooling facility and consume a large amount of power, making the cooling effect practically impractical. can be said to be limited.

したがって、こうした高温の熱源が室内に存在している場合には、前述のようなエアコンを用いた対流による熱の移動を目指すよりも、むしろ熱源から発生する電磁波である遠赤外線を直接捉え、熱源の輻射エネルギーを室外に逃がすことができれば、室内の上昇をもたらす熱作用を減少させることができるため、熱源からの熱の移動を直接抑制する手法としてきわめて効率的な室内空間の冷却手法であるといえる。 Therefore, when such a high-temperature heat source exists in the room, rather than aiming to transfer heat by convection using an air conditioner as described above, the far-infrared rays, which are electromagnetic waves generated from the heat source, are directly captured and used to heat the heat source. If this radiant energy can be released to the outside, the heat effect that causes the room to rise can be reduced. I can say.

なお、熱源から発生する遠赤外線は、室内のあらゆる方向に向かって放射されているうえに壁等で乱反射を繰り返すため、室内ではランダムな方向から放射されている。したがって、こうした遠赤外線を直接捉えるためには、ランダムな方向から放射される遠赤外線を捉えることが可能な集熱器に係る技術的手段が必要になる。 Far-infrared rays generated from a heat source are radiated in all directions in the room, and are radiated from random directions in the room because they are repeatedly diffusely reflected by walls and the like. Therefore, in order to directly capture such far-infrared rays, a technical means related to a heat collector capable of capturing far-infrared rays radiated from random directions is required.

そこで、こうした電磁波を捉える技術的手段として、例えば特許文献1には、集光板で円筒状の集光筒を形成し、全方向からの光線を集光筒の中心にある受光体に集光する技術が記載されている。 Therefore, as a technical means for capturing such electromagnetic waves, for example, Patent Document 1 discloses that a light collecting plate forms a cylindrical light collecting cylinder, and light rays from all directions are collected on a light receiving body at the center of the light collecting cylinder. technique is described.

特開2008-203522号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-203522

上記先行技術を検討してみると、前記特許文献1に記載のものは、特に太陽光の集光を目的としたものであるが、太陽光は様々な波長を含んだ電磁波であるため、特に室内に設置する遠赤外線用の集熱器の用途に用いることが可能な技術であると認められる。 Examining the above prior art, the one described in Patent Document 1 is particularly intended for concentrating sunlight, but since sunlight is an electromagnetic wave containing various wavelengths, It is recognized that it is a technology that can be used for the application of a heat collector for far-infrared rays installed indoors.

しかしながら前記特許文献1に記載のものは、複雑な形状をした透明体のプリズムからなる整流ユニットを無数に積層したものであるため、その製造コストは相当に高額なものになると考えられる。また個体のプリズムを使用している以上、ある程度の重量は避けらないため、その取扱いにあたっては振動に弱い光学機器に並みの取扱い上の注意を払う必要があるものと考えられ、必要に応じ簡単に室内への設置や移動ができるものとは認められない。 However, the device described in Patent Document 1 is obtained by laminating countless number of rectifying units composed of transparent prisms having a complicated shape, so the manufacturing cost is considered to be considerably high. In addition, as long as a solid prism is used, a certain amount of weight is unavoidable, so it is thought that it is necessary to pay attention to the handling of optical equipment that is vulnerable to vibration, and it is necessary to easily handle it. It is not recognized that it can be installed or moved indoors at any time.

本発明は上記課題を解決しようとするものであり、個体のプリズムは使用せずにフィルム状の両面ミラーシートを使用することで、容易かつ安価に製造することができ、重量的にも軽量で運搬時の振動にも強いという特徴を有し、室内の状況に応じて簡単に設置や移動が可能な集熱器を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve the above problems. By using a film-like double-sided mirror sheet without using a solid prism, it can be manufactured easily and inexpensively, and is light in weight. To provide a heat collector which is characterized by being resistant to vibration during transportation and which can be easily installed and moved according to indoor conditions.

そして本発明の集熱器では、上記目的を達成するための課題解決手段として、集熱器に使用する集熱ユニットに関し、垂直方向に張設された縦長の両面ミラーフィルムを等間隔に複数配置し、前記複数の両面ミラーフィルムによって、内部が縦スリット状に仕切られた柱状の集熱ユニットであって、前記複数の両面ミラーフィルムの水平断面形状は、複数の円弧を左右対称に設けた形状をなすとともに、各円弧の円弧長が中央部からの距離に応じて長くなり、かつ前記各円弧の曲率半径が中央部からの距離よりも大きくなっていることを特徴としているIn the heat collector of the present invention, as a means for solving the above problems, a plurality of vertically elongated double-sided mirror films stretched in the vertical direction are arranged at equal intervals in the heat collection unit used in the heat collector. and a columnar heat collecting unit whose interior is partitioned into vertical slits by the plurality of double-sided mirror films, wherein the horizontal cross-sectional shape of the plurality of double-sided mirror films is a shape in which a plurality of circular arcs are provided symmetrically. , the arc length of each arc increases according to the distance from the central portion, and the radius of curvature of each arc is larger than the distance from the central portion.

また本発明の集熱器は、前記集熱ユニットを、円柱状の筐体の内部に複数配設するとともに、中心部に縦長の吸熱管を設けた集熱器であって、前記集熱ユニットは、円柱状の筐体内部における半径が異なる複数の同心円周上に、一定の間隔をおいて複数取り付けられていることを特徴としたものである。 Further, the heat collector of the present invention is a heat collector in which a plurality of the heat collection units are arranged inside a cylindrical housing and a vertically long heat absorption pipe is provided in the center, wherein the heat collection unit is characterized in that it is mounted at regular intervals on a plurality of concentric circles having different radii inside a cylindrical housing.

この発明の課題解決手段によれば、両面ミラーフィルムという軽量な素材で熱を反射させる集熱ユニットであるため、容易かつ安価に製造することができ、重量的にも軽量で運搬時の振動にも強くすることができる。また、両面ミラーフィルムを中央からの距離に比例して曲率半径と円弧長が大きくなる複数の円弧を左右対称に設けた水平断面名形状をなすようにしているため、遠赤外線を効率よく誘導することができる。 According to the problem-solving means of the present invention, since the heat collecting unit reflects heat with a lightweight material called double-sided mirror film, it can be manufactured easily and inexpensively, and is light in weight and resistant to vibration during transportation. can also be strengthened. In addition, since the double-sided mirror film has a horizontal cross-sectional shape with a plurality of symmetrical arcs that increase in curvature radius and arc length in proportion to the distance from the center, it efficiently guides far infrared rays. be able to.

また前記集熱ユニットを、円柱状の筐体の内部に、半径が異なる複数の同心円の円周上に、一定の間隔をおいて複数取り付けたことにより、遠赤外線を効率よく中心部の授熱体に誘導して集熱することができる。 In addition, a plurality of the heat collecting units are attached at regular intervals on the circumference of a plurality of concentric circles with different radii inside the cylindrical housing, so that far infrared rays are efficiently transferred to the central part. It can be guided to the body to collect heat.

以上のように本発明の集熱器は、個体のプリズムは使用せずにフィルム状の両面ミラーシートを使用することで、容易かつ安価に製造することができ、重量的にも軽量で運搬時の振動にも強いという特徴を有しているので、室内の状況に応じて簡単に設置や移動をすることができるという優れた効果を発揮できる。 As described above, the heat collector of the present invention can be manufactured easily and inexpensively by using a film-like double-sided mirror sheet without using a solid prism, and is light in weight and easy to transport. Since it has the feature of being strong against vibrations, it can exhibit an excellent effect that it can be easily installed and moved according to the indoor conditions.

本発明の実施形態である集熱ユニットの外観図1 is an external view of a heat collection unit that is an embodiment of the present invention; 同上の集熱ユニットにおける両面ミラーフィルムの配置図Layout of the double-sided mirror film in the same heat collection unit 同上の集熱ユニットにおける遠赤外線の反射状況を示す図Diagram showing the reflection of far-infrared rays in the same heat collection unit 本発明の実施形態である集熱器の水平断面図Horizontal cross-sectional view of a collector that is an embodiment of the present invention 同上の集熱器の外観図External view of the same collector 同上の集熱器を使用した集熱システムの全体構成図Overall configuration diagram of a heat collection system using the same heat collector

以下、本発明の実施の形態について説明すると、はじめに図1は、本発明の集熱ユニット1の外観図であり、平面視で二つの扇形を鋭角部で接合した形状を有する左右対称な形状をした2枚の支持板4が上下に平行に設けられ、その間の空間に複数の両面ミラーフィルム3が垂直方向に張設されている。 Hereinafter, the embodiments of the present invention will be described. First, FIG. 1 is an external view of a heat collecting unit 1 of the present invention. Two support plates 4 are provided vertically in parallel, and a plurality of double-sided mirror films 3 are stretched vertically in the space between them.

そして前記集熱ユニット1は、一端面に照射された遠赤外線が両面ミラーフィルム3によって進路方向を調整されて他端面から放出する機能を有している。 The heat collection unit 1 has a function of adjusting the traveling direction of the far-infrared rays irradiated to one end surface by the double-sided mirror film 3 and emitting them from the other end surface.

特に本発明で使用する両面ミラーフィルム3は、表裏ともに遠赤外線を反射させて使用するものであるため、電磁波の反射率が極力高い特性を有するアルミ蒸着加工等が表裏両面に施されているものを使用し、あらかじめ所定の幅で同じ長さのテープ状に裁断しておく必要がある。 In particular, since the double-sided mirror film 3 used in the present invention is used by reflecting far-infrared rays on both the front and back sides, the front and back sides are subjected to aluminum vapor deposition processing, etc., which has the characteristic of having the highest possible reflectance of electromagnetic waves. It is necessary to cut it into a tape shape of the same length with a predetermined width in advance.

また前記支持板4は、前記両面ミラーフィルム3を取り付けるとともに円弧状に湾曲させる構造材の機能を有し、上下の支持板4における両面ミラーフィルム3の取り付け面には所定の形状をした円弧状のスリット5が等間隔に設けられている。なお前記円弧状のスリット5の形状は、両面ミラーフィルム3の取り付け位置毎に異なるが、同じ取り付け位置では、上下ともに同じ形状である。 Further, the support plate 4 has a function of a structural member for mounting the double-sided mirror film 3 and curved in an arc shape. slits 5 are provided at regular intervals. Although the shape of the arcuate slit 5 differs depending on the mounting position of the double-sided mirror film 3, the top and bottom have the same shape at the same mounting position.

そして前記円弧状のスリット5に、前記ミラーフィルムの端部を差し込んだうえで接着剤等を使用して固定することで、全ての両面ミラーフィルム3の両端を上下の支持板4に取り付けて、上下の支持板4を引き離せば、前記両面ミラーフィルム3は、支持板4に設けられた円弧状のスリット5に沿って湾曲し、上下にわたり均一な円弧を描く水平断面形状を維持した状態で張設されることとなる。 Then, by inserting the ends of the mirror films into the arc-shaped slits 5 and fixing them with an adhesive or the like, both ends of all the double-sided mirror films 3 are attached to the upper and lower support plates 4, When the upper and lower support plates 4 are pulled apart, the double-sided mirror film 3 curves along the arc-shaped slits 5 provided in the support plate 4, and maintains a horizontal cross-sectional shape that draws a uniform arc over the top and bottom. It will be stretched.

次に、前記両面ミラーフィルム3の水平断面形状の詳細について説明する。本発明の集熱ユニット1は、前方正面から照射される遠赤外線については、できるだけ進路を邪魔せずにそのまま後方に素通りさせるとともに、前方斜め方向から照射された遠赤外線は、円弧状に湾曲した両面ミラーフィルム3に反射させ、できるだけ進路を後方寄りに変更させるという機能を実現しようとするものである。 Next, the details of the horizontal cross-sectional shape of the double-sided mirror film 3 will be described. In the heat collection unit 1 of the present invention, the far infrared ray irradiated from the front front is allowed to pass backward as it is without obstructing the course as much as possible, and the far infrared ray irradiated from the front oblique direction is curved in an arc shape. This is intended to realize a function of reflecting the light on the double-sided mirror film 3 and changing the course as much as possible toward the rear side.

そこで、上記の機能を実現する両面ミラーフィルム3の具体的な設計手法について図2に基づいて説明する。はじめに図2のAに示すX・Y平面状において、原点Oを中心とする半径αの半円を下向きに描き、次いでX軸上のプラス方向に向け前記αの等間隔をおきながら中心点が移動する複数の半円を描く。その際に各半円の半径は、各半円の中心点のX座標に対して(2αX+1)となるように設定する。 Therefore, a specific design method for the double-sided mirror film 3 that realizes the above functions will be described with reference to FIG. First, on the XY plane shown in A of FIG. 2, a semicircle with a radius α centered at the origin O is drawn downward, and then the center point is drawn in the positive direction on the X axis at equal intervals of α. Draw multiple moving semicircles. At that time, the radius of each semicircle is set to be (2αX+1) with respect to the X coordinate of the center point of each semicircle.

そして前記のように描かれた複数の半円に対し、特にX軸のマイナス方向側に描かれた部分を、原点Oを中心に下方に向けて扇形状に切り取ると、上端がX軸と垂直に交差する複数の円弧がαの間隔をおいて等間隔に並んだ図形が得られる。この扇形状に切り取られた図形の特徴としては、前記各円弧の円弧長は原点Oからの距離に応じて長くなるとともに、前記各円弧の曲率半径は、前段の説明のとおり(2αX+1)となるため、原点Oからの距離よりも大きいものとなっている。 Then, for the plurality of semicircles drawn as described above, if the portion drawn in the negative direction of the X-axis is cut in a fan shape downward from the origin O, the upper end is perpendicular to the X-axis. A figure is obtained in which a plurality of circular arcs intersecting with are arranged at regular intervals of α. The characteristics of the fan-shaped figure are that the arc length of each arc increases according to the distance from the origin O, and the radius of curvature of each arc is (2αX+1) as described in the previous paragraph. Therefore, it is larger than the distance from the origin O.

そしてさらに前記扇形状に切り取られた図形を、右回りに5~10度程度回転させるとともに、Y軸に対して軸対象に複写すれば、図2のBに示すような二つの扇形の頂角部を中央部の原点Oで接合した外形状をなす、複数の円弧が配列する左右対称の図形を得ることができる。そして当該図形が本発明の集熱ユニット1における両面ミラーフィルム3の水平断面図であり、上方側にある前縁から下方側にある後縁に向けて遠赤外線を入射させるものとなる。なお、最も中心に近い位置にある円弧については効果が乏しいため省略している。 Further, if the fan-shaped cut figure is rotated clockwise by about 5 to 10 degrees and copied symmetrically with respect to the Y-axis, two fan-shaped apex angles as shown in FIG. It is possible to obtain a symmetrical figure in which a plurality of circular arcs are arranged, forming an outer shape in which the parts are joined at the origin O of the central part. The figure is a horizontal sectional view of the double-sided mirror film 3 in the heat collection unit 1 of the present invention, and far infrared rays are incident from the front edge on the upper side to the rear edge on the lower side. Note that the circular arc closest to the center is omitted because it has little effect.

以上のような水平断面形状を有する両面ミラーフィルム3では、図2のBに示すように、各ミラーフィルム3の前縁は各ミラーフィルム3の前縁端を結ぶ直線と垂直に交わるように等間隔に配列しているのに対し、各ミラーフィルム3の後縁は後縁に近づくほど間隔が次第に広がる末広がり状に配列しているという特徴を有している。また各両面ミラーフィルム3の前縁端は中央部から離れるに従い前方へと位置するとともに、後縁端は中央部から離れるに従い後方へと位置している。またさらに各両面ミラーフィルム3の前縁側の傾きはやや内向きに傾斜しているが、後縁側の傾きはY軸とほぼ平行になっている。 In the double-sided mirror film 3 having the horizontal cross-sectional shape as described above, as shown in FIG. While the mirror films 3 are arranged at intervals, the rear edges of the respective mirror films 3 are arranged in a divergent manner, with the distance gradually widening toward the rear edge. Further, the leading edge of each double-sided mirror film 3 is located forward as it moves away from the central portion, and the trailing edge is located rearward as it moves away from the central portion. Further, the leading edge side of each double-sided mirror film 3 is inclined slightly inward, while the trailing edge side is almost parallel to the Y-axis.

本発明の集熱ユニット1は、前記のように設計される水平断面形状を有する両面ミラーフィルム3を、図1に示すように垂直方向に張設したものであり、その基本構造は、垂直方向に張設された縦長の両面ミラーフィルム3を等間隔に複数配置し、前記複数の両面ミラーフィルム3によって、内部が縦スリット状に仕切られた柱状の集熱ユニット1であって、前記複数の両面ミラーフィルム3の水平断面形状は、複数の円弧を左右対称に設けた形状をなすとともに、各円弧の円弧長が中央部からの距離に応じて長くなり、かつ前記各円弧の曲率半径が中央部からの距離よりも大きくなっていることを特徴とするものである。 The heat collection unit 1 of the present invention is obtained by stretching the double-sided mirror film 3 having the horizontal cross-sectional shape designed as described above in the vertical direction as shown in FIG. A columnar heat collecting unit 1 in which a plurality of vertically long double-sided mirror films 3 stretched on a wall are arranged at equal intervals, and the interior is partitioned into vertical slits by the plurality of double-sided mirror films 3, and the plurality of The horizontal cross-sectional shape of the double-sided mirror film 3 has a shape in which a plurality of arcs are provided symmetrically, and the arc length of each arc increases according to the distance from the center, and the radius of curvature of each arc increases in accordance with the distance from the center. It is characterized by being larger than the distance from the part.

次に、本発明の集熱ユニット1における両面ミラーフィルム3により、遠赤外線がどのように反射されるのかについて図3に基づいて説明する。 Next, how far infrared rays are reflected by the double-sided mirror film 3 in the heat collection unit 1 of the present invention will be described with reference to FIG.

まず図3のAに示すように、前縁に向かって真正面から遠赤外線が入射された場合には、大半の遠赤外線は、図3のAの(イ)に示すようにそのまま後縁側に素通りすることができるが、特に中央部付近には両面ミラーフィルム3が無いか、またあったとしても両面ミラーフィルム3の円弧長が短いため、遮るものが殆どなくほぼ全ての遠赤外線が後縁側に素通りする。 First, as shown in FIG. 3A, when far-infrared rays are incident from the front toward the leading edge, most of the far-infrared rays pass straight to the trailing edge side as shown in FIG. However, if there is no double-sided mirror film 3 in the vicinity of the central part, or even if there is, the arc length of the double-sided mirror film 3 is short, so there is almost nothing to block and almost all far infrared rays are directed to the trailing edge side. pass by.

また図3のAの(ロ)に示すように、中央部から離れた外方位置にある両面ミラーフィルム3は円弧長が長くなるため、遠赤外線が両面ミラーフィルム3の外曲面で反射し易くなるが、中央部から離れた位置の両面ミラーフィルム3は、円弧の曲率半径が大きくなるため、その進行方向は僅かに外方に偏向するに留まり、やはり大半の遠赤外線を後縁側に向かって直進させることができる。 Further, as shown in (b) of FIG. 3A, since the arc length of the double-sided mirror film 3 at the outer position away from the central portion is longer, the far infrared rays are easily reflected by the outer curved surface of the double-sided mirror film 3. However, since the radius of curvature of the arc of the double-sided mirror film 3 located away from the central portion is large, the traveling direction thereof is only slightly deflected outward, and most of the far infrared rays are directed toward the trailing edge side. You can go straight.

次に図3のBに示すように、遠赤外線が一定の角度をもって両面ミラーフィルム3の内曲面側に向けて入射された場合には、図3のBの(イ)に示すように、中央部付近では一部の遠赤外線が両面ミラーフィルム3の間を通過して外方へと素通りするものの、大半の遠赤外線は両面ミラーフィルム3の内曲面に反射し、その進路が中央部方向へと偏向される。そしてその際の反射角は、両面ミラーフィルム3の前縁側が僅かに内向きに傾斜しているため、前記入射の角度より僅かに小さくなる。 Next, as shown in FIG. 3B, when the far-infrared rays are incident toward the inner curved surface side of the double-sided mirror film 3 at a certain angle, the center Some of the far-infrared rays pass through the double-sided mirror film 3 and pass outward in the vicinity of the part, but most of the far-infrared rays are reflected by the inner curved surface of the double-sided mirror film 3, and their course is directed toward the central part. and biased. The angle of reflection at that time is slightly smaller than the angle of incidence because the leading edge side of the double-sided mirror film 3 is slightly inclined inward.

また図3のBの(ロ)に示すように、前記入射の角度が著しく大きい場合には、ほぼすべての遠赤外線が両面ミラーフィルム3の内曲面で反射し、特に中央部付近の両面ミラーフィルム3では反射した遠赤外線はそのまま中央部方向へと偏向される。さらに中央部から離れた外方位置にある両面ミラーフィルム3では、内曲面に反射した遠赤外線の一部は、隣り合う両面ミラーフィルム3の外曲面との間で反射を繰り返し、最終的に外方へと偏向される遠赤外線が一部あるものの、両面ミラーフィルム3の後縁端は、中央部から離れるに従い後方へと位置しており、また両面ミラーフィルム3の間隔が末広がり状をなしていることから、最終的には前記入射の角度より僅かに小さくなった反射角で中央部方向へと偏向される確率が高く、全体としても中央部後方に向かう遠赤外線の量の方が多くなる。 Further, as shown in FIG. 3B (b), when the angle of incidence is remarkably large, almost all far-infrared rays are reflected by the inner curved surface of the double-sided mirror film 3. At 3, the reflected far-infrared rays are deflected as they are toward the central portion. Furthermore, in the double-sided mirror film 3 located outside the central portion, part of the far-infrared rays reflected on the inner curved surface is repeatedly reflected between the outer curved surface of the adjacent double-sided mirror film 3 and finally reaches the outer surface. Although some far-infrared rays are deflected toward the left, the trailing edge of the double-sided mirror film 3 is located rearward as it moves away from the central portion, and the spacing between the double-sided mirror films 3 forms a shape that widens toward the ends. Therefore, there is a high probability that the light is finally deflected toward the central portion at a reflection angle that is slightly smaller than the angle of incidence, and as a whole, the amount of far-infrared rays directed toward the rear of the central portion is greater. .

さらに図3のCに示すように、遠赤外線が一定の角度をもって両面ミラーフィルム3の外曲面に入射された場合には、図3のCの(イ)に示すように、中央部付近では一部の遠赤外線が両面ミラーフィルム3の間を通過して中央部方向へと素通りするものの、両面ミラーフィルム3の前縁端は、中央部から離れるに従い前方へと位置しているため、大半の遠赤外線は両面ミラーフィルム3の外曲面に反射する。そしてそのまま反射角を僅かに増して外方へと偏向される遠赤外線があるものの、両面ミラーフィルム3の後縁端は、中央部から離れるに従い後方へと位置していることから、再度隣の両面ミラーフィルム3の内曲面に反射して中央部方向へと偏向される確率が高くなる。この場合の反射角は、前記入射の角度とほぼ同じ程度の大きさとなるが、全体としては中央部後方に向かう遠赤外線の量の方が多くなる。 Furthermore, as shown in FIG. 3C, when the far infrared rays are incident on the outer curved surface of the double-sided mirror film 3 at a certain angle, there is a slight difference near the center as shown in FIG. 3C (a). Although the far-infrared rays of the part pass through the double-sided mirror film 3 and pass in the direction of the central part, the front edge of the double-sided mirror film 3 is located forward as it moves away from the central part, so most of the The far-infrared rays are reflected by the outer curved surface of the double-sided mirror film 3. - 特許庁Although there is a far infrared ray that is deflected outward by slightly increasing the angle of reflection as it is, the rear edge of the double-sided mirror film 3 is located rearward as it separates from the central portion. The probability that the light is reflected by the inner curved surface of the double-sided mirror film 3 and deflected toward the central portion increases. In this case, the angle of reflection is approximately the same as the angle of incidence, but as a whole, the amount of far-infrared rays directed toward the rear of the central portion is greater.

またさらに図3のCの(ロ)に示すように、前記入射の角度が著しく大きい場合には、ほぼすべての遠赤外線が両面ミラーフィルム3の外曲面で反射し、その後も大半の遠赤外線が隣り合う両面ミラーフィルム3の内曲面との間で反射を繰り返すが、両面ミラーフィルム3の後縁端は、中央部から離れるに従い後方へと位置しており、また両面ミラーフィルム3の間隔が末広がり状をなしていることから、反射を繰り返すことで最終的には前記入射の角度より僅かに小さくなった反射角で中央部方向へと偏向される確率が高く、全体としても中央部後方に向かう遠赤外線の量の方が多くなる。 Furthermore, as shown in (b) of FIG. 3C, when the angle of incidence is remarkably large, almost all far-infrared rays are reflected by the outer curved surface of the double-sided mirror film 3, and even after that, most of the far-infrared rays are Reflection is repeated between adjacent inner curved surfaces of the double-sided mirror film 3, but the trailing edge of the double-sided mirror film 3 is located rearward as it moves away from the central portion, and the interval between the double-sided mirror films 3 widens toward the end. Therefore, there is a high probability that the reflected light will be deflected toward the center at a reflection angle that is slightly smaller than the angle of incidence as a result of repeated reflections. The amount of far-infrared rays is greater.

以上のように、本発明の集熱ユニット1によれば、遠赤外線の入射角によって性能は変わるものの、集熱ユニット1を通過させることにより、あらゆる角度から入射した遠赤外線を集熱ユニット1の中央部に向けて偏向させつつ、直進に近い角度に近づけながら後方へと誘導することができるのである。但し前述の説明のように、前記集熱ユニット1は、単体では十分な効果を奏することはできないため、集熱器2として使用する際には複数使用して相乗効果をあげる必要がある。 As described above, according to the heat collection unit 1 of the present invention, although the performance varies depending on the incident angle of the far-infrared rays, by passing the heat collection unit 1, the far-infrared rays incident from all angles While being deflected toward the central portion, it is possible to guide backward while approaching an angle close to straight ahead. However, as described above, the heat collecting unit 1 alone cannot produce a sufficient effect, so when it is used as the heat collector 2, it is necessary to use a plurality of units to obtain a synergistic effect.

そこで次に、本発明の集熱器2について説明する。 Then, next, the heat collector 2 of the present invention will be described.

本発明の集熱器2は、円筒状の筐体6の内部に前記集熱ユニット1を複数配置するものであるが、その基本構造を図5に示している。前記筐体6は、円筒を縦にした状態で使用し、その外周は遠赤外線を通過させることができる薄い円筒部7で取り囲まれている。なお前記円筒部7の素材としてはガラスのほか、アクリル樹脂等の透明で電磁波の透過率が極力高い素材を使用することが望ましい。また前記筐体6の中心部には、前記円筒部7より直径が小さく縦長で円筒状をした吸熱管9が縦通しており、その内部に充填された水やオイル等の熱を移動させる液体の熱媒体10によって吸収した熱を外部に移動させる。 The heat collector 2 of the present invention has a plurality of heat collection units 1 arranged inside a cylindrical housing 6, and its basic structure is shown in FIG. The housing 6 is used in a vertically oriented state, and its outer periphery is surrounded by a thin cylindrical portion 7 through which far infrared rays can pass. As the material of the cylindrical portion 7, it is preferable to use a material such as acrylic resin which is transparent and has a high electromagnetic wave transmittance as much as possible, in addition to glass. A vertically long cylindrical heat absorption tube 9 having a diameter smaller than that of the cylindrical portion 7 extends vertically through the central portion of the housing 6, and a liquid such as water or oil filled therein for transferring heat. The heat absorbed by the heat medium 10 is transferred to the outside.

前記吸熱管9は、遠赤外線が照射された際には熱作用によって熱を発生し、内部の液体に熱を伝導する役割を担うものであるため、素材としては、熱伝導率が高いアルミや銅などの金属製の素材が望ましく、その表面には黒色の艶消し塗装や黒鉛の粉末を塗布するなどして遠赤外線の反射を抑え、熱作用による発熱効果を極力高めておくことが必要である。また円筒部7と吸熱管9の間は、集熱ユニット1が配置される空間となるが、この空間を魔法瓶のように真空状態にしておくことも効果的である。 When the heat absorption tube 9 is irradiated with far infrared rays, it generates heat by thermal action and plays a role of conducting heat to the liquid inside. A metal material such as copper is desirable, and it is necessary to suppress the reflection of far-infrared rays by applying black matte paint or graphite powder to the surface, and to enhance the heat generation effect by heat action as much as possible. be. The space between the cylindrical portion 7 and the heat absorbing tube 9 is a space in which the heat collection unit 1 is arranged, and it is also effective to keep this space in a vacuum state like a thermos flask.

さらに前記円筒状の筐体6の上下端には、ドーナツ状の封止板8を前記筐体6の上下の開口部を塞ぐように取り付け、中心部に前記吸熱管9を挿通させる。また前記封止板8は、集熱ユニット1を取り付ける部材としても機能し、図1に記載の集熱ユニット1における上下の支持板4を各々上下の封止板8に取り付けることで、前記筐体6の内部には垂直方向に両面ミラーフィルム3が張設される。 Furthermore, doughnut-shaped sealing plates 8 are attached to the upper and lower ends of the cylindrical housing 6 so as to close the upper and lower openings of the housing 6, and the heat absorption tube 9 is inserted through the central portion. The sealing plate 8 also functions as a member for mounting the heat collecting unit 1. By mounting the upper and lower support plates 4 in the heat collecting unit 1 shown in FIG. A double-sided mirror film 3 is vertically stretched inside the body 6 .

また図4には、筐体6の水平断面形状を示しており、円柱状の筐体6の内側には複数の集熱ユニット1が配列された状況が描かれている。同図では、半径が異なる複数の同心円周上に、一定の間隔をおいて複数の集熱ユニット1が取り付けられ、各集熱ユニット1はすべて前縁側が外方向を向くように配列されている。また各集熱ユニット1の大きさは、各半径位置に応じて変化し、中心部に向かうほど小さいものとなっている。 FIG. 4 also shows a horizontal cross-sectional shape of the housing 6 , and depicts a situation in which a plurality of heat collection units 1 are arranged inside the cylindrical housing 6 . In the figure, a plurality of heat collection units 1 are mounted at regular intervals on a plurality of concentric circles with different radii, and all the heat collection units 1 are arranged so that the front edge side faces outward. . The size of each heat collecting unit 1 changes according to each radial position, and becomes smaller toward the center.

前述のように本発明の集熱ユニット1は、単体の効果は小さいものであるが、上記のように複数の集熱ユニット1を多数配列することによって、十分な効果を発揮することができる。すなわち最も外側にある集熱ユニット1に照射された遠赤外線が集熱ユニット1を通過したのち、さらに内側にある次の集熱ユニット1を次々と通過していくことで、あらゆる方向から集熱器2に照射された遠赤外線は、複数の集熱ユニット1を通過するたびに、その進行方向が次第に円筒状の筐体6の中心に向かって補正され、最終的には、吸熱管9の表面に対して水平方向では垂直に近い角度で照射されていくことになるのである。 As described above, the heat collecting unit 1 of the present invention has a small effect as a single unit, but can exhibit a sufficient effect by arranging a plurality of heat collecting units 1 as described above. That is, after the far-infrared rays irradiated to the heat collecting unit 1 on the outermost side pass through the heat collecting unit 1, heat is collected from all directions by passing through the next heat collecting unit 1 further inside one after another. Each time the far-infrared rays irradiated to the vessel 2 pass through the plurality of heat collection units 1, the traveling direction is gradually corrected toward the center of the cylindrical housing 6, and finally, the heat absorption tube 9 In the horizontal direction with respect to the surface, the light is irradiated at an angle close to vertical.

こうして集熱器2に照射した遠赤外線の大半は、集熱器2の外部に漏洩することなく吸熱管9へと誘導されることとなり、当該吸熱管9に照射された遠赤外線は熱作用により発熱して吸熱管9内部の液体の温度を効率的に上昇させる。 Most of the far-infrared rays irradiated to the heat collector 2 in this way are guided to the heat absorption tube 9 without leaking to the outside of the heat collector 2, and the far-infrared rays irradiated to the heat absorption tube 9 are caused by thermal action. Heat is generated to efficiently raise the temperature of the liquid inside the heat absorption tube 9 .

次に図6には、本発明の集熱器2を使用した集熱システムの全体構成を示しており、本発明の集熱器2を円筒状の筐体6を縦にした状態で所望の場所に設置し、吸熱管9の上端と下端に十分な断熱を施した配管11を取り付けるとともに、各々の配管11を室外に設置したラジエター等の熱交換器を使用した排熱器12に接続している。 Next, FIG. 6 shows the overall configuration of a heat collection system using the heat collector 2 of the present invention. The pipes 11 with sufficient heat insulation are attached to the upper and lower ends of the heat absorption pipes 9, and each pipe 11 is connected to a heat exhauster 12 using a heat exchanger such as a radiator installed outdoors. ing.

配管11の内部には、吸熱管9と同じく液体の熱媒体10が充填されており、配管11を通じて循環することにより、集熱器2で暖められた前記熱媒体10の蓄熱は、前記排熱器12によって室外に排出される。前記熱媒体10の循環にあたっては、ポンプを用いて循環させることも可能であるが、図6に示すように、排熱器12を集熱器2より十分高い位置に設置することができれば、吸熱管9で暖められて比重の小さくなった熱媒体10が吸熱管9の上端から排熱器12に向けて上昇するとともに、排熱器12で冷却されて比重の大きくなった熱媒体10が吸熱管9の下端へと下降していくため、ポンプなしに自然循環させることも可能である。 The inside of the pipe 11 is filled with a liquid heat medium 10 like the heat absorption pipe 9, and by circulating through the pipe 11, the heat stored in the heat medium 10 warmed by the heat collector 2 is converted into the waste heat. It is discharged to the outside by the vessel 12 . When circulating the heat medium 10, it is possible to circulate using a pump, but as shown in FIG. The heat medium 10 whose specific gravity is reduced by being warmed by the pipe 9 rises from the upper end of the heat absorption tube 9 toward the heat sink 12, and the heat medium 10 whose specific gravity is increased by being cooled by the heat sink 12 absorbs heat. Since it descends to the lower end of the tube 9, natural circulation is possible without a pump.

また集熱器2の室内における設置場所は、極力熱源の近くに設置することが望ましいが、直列若しくは並列による接続方法により、ひとつの配管11で複数の集熱器2を設置することも可能である。また重量的にも軽量で運搬時の振動にも強いため、配管11にフレキシブルな素材を採用すれば、室内の状況に応じて容易に移動させることもできる。また排熱器12については、風通しのよい涼しい場所に設置することが望ましく、状況によっては送風機を使用して強制的に冷却することも可能である。 In addition, it is desirable to install the heat collector 2 in the room as close to the heat source as possible, but it is also possible to install a plurality of heat collectors 2 with one pipe 11 by connecting in series or in parallel. be. In addition, since it is light in weight and resistant to vibrations during transportation, if a flexible material is used for the piping 11, it can be easily moved according to indoor conditions. Moreover, it is desirable to install the heat sink 12 in a well-ventilated and cool place, and depending on the situation, it is possible to use a blower for forced cooling.

以上のように、本発明の集熱ユニット1は、あらゆる方向から照射される遠赤外線を一定の方向に偏向させることができ、また前記集熱ユニット1を複数配設した集熱器2によって、工場や電算室など高温の熱源が存在している室内において、熱源から輻射の現象によって大量に放出された遠赤外線を効率的に吸熱し、室外に排出することにより室温を低下させることができるのである。 As described above, the heat collection unit 1 of the present invention can deflect far-infrared rays irradiated from all directions in a certain direction, and the heat collector 2 in which a plurality of the heat collection units 1 are arranged In a room where there is a high temperature heat source such as a factory or computer room, the room temperature can be lowered by efficiently absorbing the far infrared rays emitted in large quantities by the phenomenon of radiation from the heat source and discharging them to the outside. of.

本発明の集熱ユニット1は、遠赤外線ばかりでなく、あらゆる波長の電磁波に対してその進行方向を偏向することができるものであり、本発明の集熱器2は、熱源から輻射される遠赤外線を効率的に吸収するものであるから、工場等の産業用途のほか、ビルや家庭用の空調設備としても有効に活用することができる。 The heat collecting unit 1 of the present invention is capable of deflecting not only far-infrared rays but also electromagnetic waves of all wavelengths. Since it efficiently absorbs far-infrared rays, it can be effectively used not only for industrial applications such as factories, but also for air conditioning equipment for buildings and homes.

1 集熱ユニット、2 集熱器、3 両面ミラーフィルム、4 支持板、5 円弧状のスリット、6 筐体、7 円筒部、8 封止板、9 吸熱管、10 熱媒体、11 配管、12 排熱器 REFERENCE SIGNS LIST 1 heat collection unit 2 heat collector 3 double-sided mirror film 4 support plate 5 arc-shaped slit 6 housing 7 cylindrical portion 8 sealing plate 9 endothermic tube 10 heat medium 11 pipe 12 heat sink

Claims (1)

垂直方向に張設された縦長の両面ミラーフィルムを等間隔に複数配置し、前記複数の両面ミラーフィルムによって、内部が縦スリット状に仕切られた柱状の集熱ユニットであって、前記複数の両面ミラーフィルムの水平断面形状は、複数の円弧を左右対称に設けた形状をなすとともに、各円弧の円弧長が中央部からの距離に応じて長くなり、かつ前記各円弧の曲率半径が中央部からの距離よりも大きくなっている集熱ユニットを、円柱状の筐体の内部に複数配設するとともに、中心部に縦長の吸熱管を設けた集熱器であって、前記集熱ユニットは、円柱状の筐体内部における半径が異なる複数の同心円周上に、一定の間隔をおいて複数取り付けられていることを特徴とする集熱器。 A columnar heat collection unit in which a plurality of vertically long double-sided mirror films stretched in a vertical direction are arranged at equal intervals, and the interior is partitioned into vertical slits by the plurality of double-sided mirror films, wherein the plurality of both surfaces The horizontal cross-sectional shape of the mirror film has a shape in which a plurality of arcs are provided symmetrically, the arc length of each arc increases according to the distance from the center, and the radius of curvature of each arc increases from the center. A heat collector in which a plurality of heat collection units that are larger than the distance of are arranged inside a cylindrical housing and a vertically long heat absorption pipe is provided in the center, wherein the heat collection unit is A heat collector comprising a plurality of concentric circles having different radii inside a cylindrical housing, and a plurality of heat collectors mounted at regular intervals.
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