真空管式太陽熱機器のご紹介
1.強制循環式集熱器
SOLARIS∞
ソラリス
2.強制循環式温水器
SOLTECH
ソルテック
3.自然循環式温水器
（落水式）
SUNARTH
サナース
株式会社寺田鉄工所
4.熱交換式温水器
（水道直結式）
SUNTOP
サントップ
5.太陽熱調理器
エコ作
2010.12
1
太陽熱利用の概要１
太陽熱利用とは
{
一般に太陽熱利用とは、太陽光から放射される赤外線で物
質を加熱し、その熱を利用することを意味します。
赤外線とは
{
赤外線とは赤色光よりも波長が長く、ミリ波長の電波よりも波
長の短い電磁波全般を指し、波長ではおよそ 0.7μm ～
1mm(=1000μm)の可視光線と電波の間に属する電磁
波と言える。
株式会社寺田鉄工所
2
太陽熱利用の概要２
太陽のエネルギー量
{
太陽から放射されるエネルギーは、地球の軌道付近では、
1320(W/㎡) (太陽定数)のエネルギーを持っているが、地
上に到達するエネルギーは、大気などの影響で減衰するた
め、日本付近では、最大約1000（W/㎡）である。
株式会社寺田鉄工所
3
太陽熱利用の特徴
{
太陽光から熱エネルギーを吸収し、熱供給として利
用することを目的としている。
{
単位面積当たりのエネルギー変換効率が約50％と
非常に高いので、太陽光利用に比べて少ない設置
面積でも大きな効果が得られる。
{
尚、太陽光発電のエネルギー変換効率は約15％
である。
株式会社寺田鉄工所
4
集熱器の種類
{
真空ガラス式一体型
・サナース
・サントップ
一体型（自然循環型）
・真空ガラス管式
・平板式
{
平板式一体型
（他社）
分離型（強制循環型）
・真空ガラス管式
・平板式
真空ガラス式分離型
・ソラリス
・ソルテック
平板式分離型
（他社）
※上写真は代表的形状の一例です
株式会社寺田鉄工所
5
真空二重ガラス管の説明
{
真空管の構造
{
内側ガラスと外側ガラスの間が真空に
なっており、内側ガラスの真空側表面に金
属系の吸収膜をコーティングしている。
{
真空管の特徴
{
選択吸収膜は、太陽光の赤外線※から熱
を吸収し、管内面を加熱します。真空は熱
を伝えないので、外部への放熱がほとん
ど無く、ガラス管内部は200℃を超える温
度まで加熱することができます。
※赤外線は、電磁波であるので、真空中で
も通過することが出来るが、熱は真空中
伝わらないという性質を利用して加熱して
いる。
株式会社寺田鉄工所
6
真空管式と平板式との比較（構造）
真空ガラス管式
{
{
強制循環式は、真空ガラス管内に熱媒
を通す管と集熱板を設けた構造を多数
並べて構成される。
循環水出入口
真空の為、ガラス管内と外気との間で
対流による損失がなく、熱媒管内を加
圧して運転する場合には150℃以上
の高温で集熱することができる。ただし
真空管式は高度な製造技術を要する
ため平板式と比較して一般に高性能で
あるが、高価となる。
図． 強制循環式の例
{
自然循環式は、使用水を直接ガラス管
内で加熱する構造となっている。
株式会社寺田鉄工所
7
真空管式と平板式との比較（構造）
平板式
{
下部ヘッダー管
国内では最も普及している集熱器で
あり、平板型の集熱面に直接熱媒を
接触させる構造となっている。
循環水出口
循環水入口
{
{
集熱面裏側は断熱材で断熱している
が、集光側カバーガラスと集熱部と
の間の対流損失が大きく、80℃以上
の高温を得るのは難しい。
一般に自然循環式と強制循環式は
何れも加熱は同一方式となっている。
株式会社寺田鉄工所
枝管
集熱板
断熱材
上部ヘッダー管
透過体（ガラス）
図．サンジュニア製集熱器の例
8
集熱性能の評価
集熱性能とは
{
まず、集熱性能とは、太陽の日射を受けて利用
できるエネルギーとなる量を言い、通常は効率
（％）で表している。たとえば、集熱効率が60％
の集熱器が1000（W/㎡）の日射を受けると
600（W/㎡）の熱エネルギーが得られる。ちな
みに太陽光発電パネルの一般的な変換効率が
15％程度であるのでエネルギー換算で言えば4
倍程度性能が高いといえる。
株式会社寺田鉄工所
9
集熱性能の評価方法
1. 太陽熱温水器
{
{
温水器は１日8時間の日射量が16.75(MJ/㎡)
以上の日において、貯湯タンク温度上昇分の熱
量と日射量によって１日当たりの効率を求めて
いる。この温水器の評価方法は、実際の利用状
態とほぼ同じである。
JIS A 4111で規定されている。
株式会社寺田鉄工所
10
集熱性能の評価方法
2. 太陽熱集熱器
{
{
集熱器は630(W/㎡)以上変動が50(W/㎡)以内
の日射時で、通常連続した５分間の計測時間内で、
1分間に4回以上の一定間隔で、集熱器入口／集
熱器出口／流量／日射量／外気温の値を計測して
ゆき瞬時効率を求めている。よって、ここで求まる集
熱器の効率とは最大出力を示しており、集熱器温
度の上昇や、外気温や風による影響で効率は大き
く変化することに注意が必要である。
JIS A 1425で規定されている。
株式会社寺田鉄工所
11
平板式と真空管式の比較グラフ１
晴天時における日射量
600(W/㎡)と雨天時にお
ける日射量100(W/㎡)を
基準とした代表的な瞬時
効率計測グラフを左図に
示す。尚、グラフは計測
データから最小二乗法に
よってもとめた近似曲線で
ある。このグラフを元に集
熱温度と外気温との温度
差による集熱効率の変動
を説明する。
株式会社寺田鉄工所
12
平板式と真空管式の比較グラフ２
{
まず600(W/㎡)の日射を基準としたグラフを見てみると、平板式は外
気温との温度差が少ない場合には優れているが、集熱器温度が上昇
していき外気温との温度差が開いてくると上限温度に達するため集熱
効率は降下している。また、真空管式は外気温との温度差にあまり影
響を受けず、ほぼ一定の集熱効率を維持していることがわかる。次に
日射量100(W/㎡)を基準としたグラフを見てみると、平板式では効率
が大幅に下がり、ほとんど集熱できていない。真空管式では効率が下
がるものの集熱効率は高い水準を維持している。
{
以上のような事が主な特性の違いであり、必要とする温度が低い場合
では平板式集熱器が優れていると言えるが、外気温+25℃以上の温
度が要求される場合や冬期にも集熱したい場合には真空管式が有利
であると言える。
株式会社寺田鉄工所
13
平板式と真空管式の比較グラフ３
JISに基づいた評価
グラフを左表に示す。
集熱温度と外気温度
の温度差Δθの値が
大きくなったとき、効
率の違いが顕著にな
る。
株式会社寺田鉄工所
14
真空管と大気圧管との比較１
真空二重ガラス管の性
能を評価するため、同じ
ガラス管を、一方は真空
二重ガラス管（以下、真
空管）、もう一方を大気
圧二重ガラス管（以下、
大気圧管）とし、ガラス管
内部に直接水を入れて
昇温比較実験を行った
結果を左図に示す。
株式会社寺田鉄工所
15
真空管と大気圧管との比較２
{
図からわかるように、大気圧管では放熱損失が増大し、50℃付近で
上限温度となっている。また、日射が弱くなった時間帯では、序々に温
度は降下している。一方真空ガラス管は、日射が弱くなった時間帯で
も上昇し続け100℃まで達している。さらに、これは水を使って実験し
た結果であるため100℃が最大値となっているが、実際に油加熱や
空焚きでは200℃までに達する。
{
大気圧下での集熱については、いろんな場面で体感することがあるが、
例えば、日の当たるところに置いてあるホースから水を出した時に、
ホース内で加熱された温水が出ることがある。この温水を手で触ると
熱いと感じるが、いくら天気が良い日でもやはり50℃前後である。水
が沸騰する100℃までの温度に達することは真空管だからこそできる
特徴と言える。
株式会社寺田鉄工所
16
1-1. 強制循環式集熱器ソラリスの特徴
{
集熱原理：
加熱されたガラス管内にある銅管内の熱媒液
（純水 or 不凍液）を、ポンプによって強制循環
させて熱媒液を加熱し、使用する水を熱交換に
よって加熱する。
{
長所：
集熱器は軽量であるため屋根・建築物へ負荷
が少ない。
デザイン性に優れている。
不凍液を使用することで凍結の心配がない。
{
短所：
循環ポンプを運転する電力が必要。
装置が複雑であるためやや高価。
株式会社寺田鉄工所
ソラリス
型式：CPC1506、税別定価:96,000
型式：CPC1512、税別定価：182,000
型式：CPC1518、税別定価：258,000
17
1-2. 強制循環式集熱器ソラリスの構造1
{
真空ガラス管内で集めた熱は、伝熱プレート
からU字に成形した銅管に伝わり、内部熱媒
液を加熱します。
{
真空ガラス管は、二重ガラス管となっているた
め、ガラスが破損しない限り真空度が落ちる
心配はありません。
{
万が一ガラス管が破損しても銅管内の熱媒に
は影響がありませんので、システム全体を停
止させる必要がありません。
{
また、ガラス強度は直径30mmの鋼球落下試
験に合格しており、自然災害で割れる心配は
ほとんどありません。
{
パラボラ型反射板を組み合わせることで、様
々な角度からの日射に対して効率よく集熱す
ることが可能です。
株式会社寺田鉄工所
18
1-3. 強制循環式集熱器ソラリスの構造2
{
銅管内熱媒は通常に0.4MPa（4気圧）
程度の圧力が掛かけて運転するため、
沸点が150℃程度に上がります。この
ため100℃以上の熱を集熱することが
可能となっています。
{
給湯などに利用する水は熱媒と間接
的に熱交換するため、タンク内は短い
周期で入れ替わりますので、衛生的
であり、集熱器のメンテナンス性にも
優れています。
株式会社寺田鉄工所
19
1-4.強制循環式集熱器ソラリスの仕様
{
製品仕様
{
寸法図
株式会社寺田鉄工所
20
1-5. 強制循環式集熱器ソラリスのシミュレーシュン
株式会社寺田鉄工所
21
2-1. 強制循環式温水器ソルテックの特徴
{
構造：
通常、熱媒液（純水 or 不凍液）をポンプによって強制
循環させて、使用水を熱交換によって加熱するソラリス
（CPC1512）を使用し、ポンプユニット（300L貯湯槽、
循環ポンプ、制御器、膨張タンク）がセットになった商品
です。
{
長所：
集熱器は軽量であるため屋根・建築物へ負荷が少ない。
デザイン性に優れている。
不凍液を使用することで凍結の心配がない。
{
短所：
循環ポンプを運転する電力が必要。
装置が複雑であるためやや高価。
株式会社寺田鉄工所
ソルテック
型式：SL-04SR、税別定価：830,000
型式：SL-06SR、税別定価：1030,000
22
2-2. 強制循環式温水器ソルテックの仕様
{
製品ラインナップ
{
代表接続図
株式会社寺田鉄工所
23
2-3. 強制循環式温水器ソルテックの仕様
{
タンクユニット仕様
{
タンクユニット寸法図
株式会社寺田鉄工所
24
3-1. 自然循環式温水器サナースの特徴
{
集熱原理：
集熱器（ソーラーパネル）と貯湯槽が一体化して
いる。
下部集熱面で加熱された水は、熱対流によって
上部タンクまで上昇する作用によって自然に循
環する。
{
長所：
構造的にシンプルなので、価格が安い。
シンプルであるため設置が容易。
{
水平面設置用サナース
型式：SN-01F
税別定価：132,000
短所：
屋根に設置する場合、水の重みで屋根や建築
部材に負荷かかる。
ガラス管が破損した場合、タンク内の水が全て
排出される。
-20℃以下の寒冷地では水が凍結し太陽熱温
水器が故障する可能性がある。
株式会社寺田鉄工所
傾斜面設置用サナース
型式：SN-02S
税別定価：137,000
25
3-2. 自然循環式温水器サナースの仕様
{
製品仕様
{
株式会社寺田鉄工所
寸法図
26
3-3. 自然循環式温水器サナースの仕様
{
コントローラーの仕様
{
株式会社寺田鉄工所
標準付属品
27
3-4. 自然循環式温水器サナースの使用方法
① コントローラーの給水ボタンを押す又は給水タイマーにより、電磁弁が開き水
道水を貯湯タンクへ給水します。
② 水位センサによって貯湯タンクが満水を検知すると、電磁弁が閉じ、給水が停
止します。
③ 太陽の日射エネルギーによって真空ガラス管内は加熱され加熱水は比重が
軽くなるのでタンク上部へ対流します。同時にタンク内の冷水は真空管内へ
戻ります。この自然循環を繰り返し、タンク内を加熱します。
④ タンク内の温度はコントローラーに表示されますので、風呂などに使用できる
温度に沸き上がっていれば、そのまま温水蛇口を開いて使用します。温度が
高すぎるようであれば水道水の蛇口と水量を調節して使用します。
株式会社寺田鉄工所
28
3-5. 自然循環式温水器サナースの接続例
接続例１
接続例２
1本の配管で給水、給湯を兼用する場合
株式会社寺田鉄工所
給水と給湯をそれぞれの配管で利用する場合
29
3-6. 自然循環式温水器サナースの接続例
接続例３
接続例４
給湯器の２次側へ接続して、利用する場合
株式会社寺田鉄工所
30
3-7. 自然循環式温水器サナースのシミュレーション
株式会社寺田鉄工所
31
4-1. 熱交換式温水器サントップの特徴
{
集熱原理：
「サントップ」は、ガラス管内には直接水を入れず、金属集熱体を通
して熱を伝える”ヒートパイプ”方式となっておりますので、ガラス管
内に圧力をかけず、タンク内のみに圧力をかけて運転することがで
きるため、水道直結で運転させることが可能です。また、当社太陽
熱温水器の落水タイプである「サナース」では給湯器へ直結できず、
別途単独の水栓を設ける必要がありましたが、本「サントップ」は、
電気/ ガス/ 灯油給湯器の一次側へ直結することが可能となり、
別途水栓が不要となりました。この方式によって、給湯器の給水温
度が常に温水温度になりますので、大幅な省エネが実現できます。
{
水平面設置用サントップ
型式：ST-195/24F
税別定価：360,000
長所：
構造的にシンプルなので、故障しにくい。
シンプルであるため設置が容易。
{
短所：
屋根に設置する場合、水の重みで屋根や建築部材に負荷かかる。
-20℃以下の寒冷地では水が凍結し太陽熱温水器が故障する可
能性がある。
株式会社寺田鉄工所
傾斜面設置用サントップ
型式：ST-195/24S
税別定価：360,000
32
4-2. 熱交換式温水器サントップの特徴
{
集熱原理：
熱媒液は、伝熱銅管内に密閉封入されてお
り、太陽に日射エネルギーによって、ガラス
管内面→アルミ製伝熱フィン→伝熱銅管→
伝熱銅管内熱媒液の順路で伝熱し、熱媒液
は、銅管内で気化して蒸気となります。蒸気
となった熱媒は、タンク内の水と熱交換し凝
縮（再度液化）します。このときの凝縮熱に
よってタンク内を加熱します。この一連の現
象を繰り返し行うことで、タンク内を加熱して
います。また、大気圧100℃の水の持つエ
ネルギーは約100(kcal/kg)に対して、大
気圧100℃の蒸気の持つエネルギーは約
540(kcal/kg) であり、水に戻るときに、蒸
気の持つエネルギーを凝縮熱として放出し
加熱します。”蒸気”対”水”の熱伝達は、”水”
対”水”の熱伝達に比較して、約５倍の熱伝
達能力があるので、非常に伝熱効率がよく、
銅管外表面のみの小さな伝熱面積でも、タ
ンク内を十分に加熱することが可能です。
株式会社寺田鉄工所
33
4-3. 熱交換式温水器サントップの仕様
{
製品仕様
{
寸法図
株式会社寺田鉄工所
34
4-4. 熱交換式温水器サントップのシミュレーション
株式会社寺田鉄工所
35
5-1. 太陽熱調理器エコ作の特徴
{
特徴
太陽光を集熱し200℃近い温度で肉や野菜な
どを焼くことができる調理器具（真空集熱ガラス
管+反射板）です。水を入れれば、沸騰させるこ
ともできるので、山や海でコーヒーを飲んだり、
即席麺を食べたりすることも出来ます。アウトド
アで、太陽熱で焼いた焼き鳥を食べたりなどし
て楽しめる商品です。
アルミ箔のついた大型反射板の採用によって１
本の集熱ガラス管に集光しますので、ガラス管
の能力を最大源に利用します。
太陽熱調理器エコ作
型式：エコ作250
税込定価：6,800
太陽熱調理器エコ作
型式：エコ作500
税込定価：9,200
株式会社寺田鉄工所
36
5-2. 太陽熱調理器エコ作の仕様
{
製品仕様
{
標準付属品
{
寸法図
株式会社寺田鉄工所
37
5-3. 太陽熱調理器エコ作の組立手順
梱包時や携帯時には、コンパクトにすると同時にガラス管を保護します。
使用時には、反射板を開いて大きな面で太陽光を集光させてガラス管内を集熱することを目的と
しています。
※尚、本商品は軽量で大きな反射板がある為、風の影響を受けやすいデメリットがあります。風で
吹き飛ばされないように木ダボの差込穴にひもを通して椅子やテーブルなどの固定できる部材に
結びつけることをお勧めします。
株式会社寺田鉄工所
38
5-4. 太陽熱調理器エコ作の使用方法
{
真空二重ガラス管の黒いコーティングが吸収膜
になっており、屋外で太陽光に当たることによっ
て、熱を吸収します。また、真空は熱を伝えない
特性がありますので、吸収した熱が蓄積されて
いき、管内部が200℃以上の高温になります。
ですから、管内部に直接食材を入れて、太陽光
に当てるだけで調理ができる画期的な商品です。
{
最も効率よく直射日光を当てるには、反射板の
真正面から日射を受けるのが良く、左写真の前
面光通り穴から、エコ作背面同位置にある穴を
太陽の光が貫通することで、効率の良い位置を
確認できます。
株式会社寺田鉄工所
39
6. 各太陽熱商品の比較表
サナース
サントップ
ソルテック
ソラリス
給湯方式
落水式
水道直結式
水道直結式
設計による
集熱方式
自然循環
自然循環
強制循環
強制循環
貯湯タンク
一体型（155Ｌ）
一体型（195Ｌ）
分離型（300Ｌ）
分離型（規模による）
一般家庭向給湯設備
可
可
可
不可
業務用大規模設備
可
可
不可
可
イニシャルコスト
安価
普通
やや高価
規模による
規模による
（ポンプ、制御）
ランニングコスト
約5W（制御）
不要
約100W（ポンプ間
欠）
約5W（制御）
定期メンテナンス
不要
不要
要（不凍液）
要（不凍液や設備全
体）
設置コスト
低
低
やや高い
高い
専用蛇口の追加
通常は必要
通常は不要
通常は不要
-
強度が十分でない建築物
への設置
不可
不可
可
可
万一ガラスが破損した場合
のシステム
水が全て排出されるの
でシステム停止
停止の不要
停止の不要
停止の不要
株式会社寺田鉄工所
40
資料：月平均全天日射量の平年値（1月-2月）
(MJ/㎡/day)
株式会社寺田鉄工所
41
資料：月平均全天日射量の平年値（3月-4月）
(MJ/㎡/day)
株式会社寺田鉄工所
42
資料：月平均全天日射量の平年値（5月-6月）
(MJ/㎡/day)
株式会社寺田鉄工所
43
資料：月平均全天日射量の平年値（7月-8月）
(MJ/㎡/day)
株式会社寺田鉄工所
44
資料：月平均全天日射量の平年値（9月-10月）
(MJ/㎡/day)
株式会社寺田鉄工所
45
資料：月平均全天日射量の平年値（11月-12月）
(MJ/㎡/day)
株式会社寺田鉄工所
46
資料：月平均全天日射量の平年値（年平均）
(MJ/㎡/day)
株式会社寺田鉄工所
47
お問い合わせ先
株式会社寺田鉄工所
ソーラー事業部
広島県福山市新浜町２－４－１６
[TEL] 084 – 953 – 0556
[FAX] 084 – 953 – 1946
[URL] http://www.solars.jp
[email] [email protected]
株式会社寺田鉄工所
48
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