太陽熱集熱器及び当該太陽熱集熱器を含む電気エネルギー生成設備
本発明は、太陽熱集熱器（２６）において、一方の端が閉鎖されている円筒形断面の外管（６４）と、太陽放射線（Ｒ３）を吸収するための、外管（６４）の内側に配設されている層（５２）と、外管（６４）の内側に配設されている高温部分（５８）、外管（６４）の外側に配設されている冷温部分（６０）、及びヒートパイプ流体（６３）を収容していて高温部分（５８）と冷温部分（６０）に亘って延びる槽（６２）を含むヒートパイプ（５６）と、を含んでいる太陽熱集熱器（２６）に関する。外管（６４）は、他方の端が、ヒートパイプ（５６）を囲んでシールされていて、前記外管（６４）の内側に真空が形成されている。ヒートパイプ（５６）の高温部分（５８）に配慮して、槽（６２）は少なくとも局所的に吸収層に寄せて宛がわれている。本発明は、ヒートパイプ（５６）の高温部分（５８）が半円筒形であることを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽熱集熱器において、
−一方の端が閉鎖されている円筒形断面の外管と、
−太陽放射線を吸収するための、外管の内側に配設されている吸収層と、
−外管の内側に敷設されている高温部、外管の外側に配設されている冷温部、及びヒートパイプ流体を収容していて高温部と冷温部に亘って延びる溜め、を含むヒートパイプと、を備え、
前記外管は、他方の端が、ヒートパイプを囲んで密封閉鎖されていて、前記外管の内側に真空が形成されている、型式の太陽熱集熱器に関する。
【０００２】
本発明は、更に、太陽エネルギーから温水を発生させるためのシステムにおいて、
−伝熱流体を太陽エネルギーで加熱するのに適した複数の太陽熱集熱器と、
−伝熱流体を太陽熱集熱器と温水分流器の間で輸送するための回路と、を備えているシステムに関する。
【０００３】
本発明は、更に、太陽エネルギーから電気エネルギーを生成するための設備において、
−温水発生システムと、
−熱シンクと、
−前記システム及び熱シンクによって発生させる温水を使用している発電用熱動力機械と、を備えている設備に関する。
【背景技術】
【０００４】
同心で実質的に円筒形の外管と内管を備えた真空管を有する太陽熱集熱器が知られている。それぞれの管は、一方の端が閉鎖されていて、他方の端が互いにシールされている。太陽熱集熱器は、内管の外面に配設されていて、外管に向けて配置されている太陽放射線吸収層を備えている。太陽熱集熱器は、内管の内側に敷設されている高温部（蒸発器）、それらの管の外側に配設されている冷温部（凝縮器）、及びヒートパイプ流体を収容していて高温部と冷温部に亘って延びる溜め、を有するヒートパイプを含んでいる。ヒートパイプの高温部は、実質的に内管の軸に中心合わせされた円筒の形状をしている溜めを備えており、円筒形の溜めには対角線上に２枚のフィンが固定され、溜めを内管の内面に機械的及び熱的に連係している。溜めは、内管の直径より遥かに小さい直径を有している。
【０００５】
吸収層への熱伝導は最適ではなく、甚大な熱損失をもたらしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
故に、本発明の１つの目的は、熱損失を低減するために、ヒートパイプへの熱伝導を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本太陽熱集熱器は、
−一方の端が閉鎖されている円筒形断面の外管と、
−太陽放射線を吸収するための、外管の内側に配設されている吸収層と、
−外管の内側に敷設されている高温部、外管の外側に配設されている冷温部、ヒートパイプ流体を収容していて高温部と冷温部に亘って延びる溜め、を含むヒートパイプと、を備えている。
【０００８】
外管は、他方の端が、ヒートパイプを囲んで密封閉鎖されていて、前記外管の内側に真空が形成されている。
ヒートパイプの高温部を支援して、溜めは少なくとも局所的に吸収層に寄せて宛がわれている。
【０００９】
目的を達成するために、本発明の或る態様は、上述の型式の太陽熱集熱器において、ヒートパイプの高温部を支援して、溜めは少なくとも局所的に吸収層に寄せて宛がわれている。
【００１０】
シュテファン・ボルツマンの法則によれば、黒体によって放射されるエネルギー束は、黒体放射量とも呼ばれるが、これは、ケルビンで表記された黒体の絶対温度を表すＴの４乗に比例して増加する。ガラス製外管によって引き起こされる温室効果を逃れる黒体放射に関しては、これは４よりも更に大きいＴの冪数に基づいて増加する。
【００１１】
本発明による太陽熱集熱器は、黒体と見なすことのできる吸収層とヒートパイプとの間の熱伝導を向上させ、これによって、吸収層の温度の上昇を従来型の太陽熱集熱器に比較して著しく低減する。こうして、本発明による太陽熱集熱器は、温室効果を逃れる黒体放射による熱損失を低減し、ひいては集熱器の効率を改善する。
【００１２】
他の実施形態によれば、太陽熱集熱器は、以下の特徴、即ち、
−太陽熱集熱器は、追加的に、外管の内側に配設されている円形断面の内管を備え、それぞれの管は一方の端が閉鎖され、管同士は他方の端が互いにシールされており、管同士は真空によって分離されている、
−内管は、外管に向けて配置されている外面と、内面と、を含んでおり、吸収層は前記外面に寄せて配設されており、ヒートパイプの高温部を支援して、溜めは少なくとも局所的に前記内面に寄せて宛がわれている、
−集熱器は、吸収層とヒートパイプの高温部の間に配設されている熱伝導性界面を含んでいる、
−ヒートパイプの高温部は、半円筒の形状をしている、
−高温部の断面は、１８０°から２２０°の間の角度の円弧の形状をしている、
−ヒートパイプの冷温部は、円筒形の管に接触して配設するのに適しており、冷温部は、少なくとも１つの半円筒の形状をしている、
−高温部の半円筒の軸は、冷温部の半円筒の軸と異なっており、ヒートパイプは、高温部と冷温部の間の周方向及び／又は長手方向の広がりが、高温部及び冷温部の正形部分の広がりに対して狭くなっている部分を含んでおり、狭くなっている部分は高温部と冷温部の間の接続継手を形成している、
−溜めは、ヒートパイプ流体を循環させるための、概ね並列に延びている少なくとも３つの流路を含んでいる、
−当該又はそれぞれの流路は、高温部の半円筒の軸に実質的に従う向きに配置されている、
−ヒートパイプは、アルミニウムから作製されている、
−ヒートパイプは、溜めを形成する区域の外側の２枚の一体に結合されている金属シートによって形成されており、溜めは当該２枚のシートの間の隙間によって形成されている、
−ヒートパイプは、よう面を有するシート構造を呈しており、シートは、溜めを形成する流路の網目を含んでおり、流路はウェブ部分によって連係されている、
という特徴の１つ又はそれ以上の、単独か又は技術的に実施可能な任意の組合せとして採用されている特徴を備えている。
【００１３】
本発明の別の態様は、上述の型式の温水発生システムにおいて、太陽熱集熱器が以上に定義されている通りの温水発生システムである。
別の実施形態によれば、温水発生システムは、以下の特徴、即ち、
−輸送回路は、伝熱流体用の輸送管を備えており、システムは、それぞれの太陽熱集熱器につき、集熱器を管に締結するための部品を備え、前記締結部品は、熱伝導性であり、管に接触して配設されている、という特徴を備えている。
【００１４】
本発明の別の態様は、上述の型式の電気エネルギー生成設備において、温水発生システムが以上に定義されている通りの電気エネルギー生成設備である。
本発明及びその利点は、純粋に一例として与えられている以下の説明を読み、添付図面を参照することでより明解になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による電気エネルギー生成設備の回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による、ヒートパイプ流体を輸送するための回路に連係されている太陽熱集熱器の側面概略図である。
【図３】図２の集熱器及び回路を上から見た概略図である。
【図４】図３のIV面で切断された断面図である。
【図５】図４の枠で囲まれたＶ区域の拡大である。
【図６】図３の太陽熱集熱器のヒートパイプの分解概略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による、図２のものと同様の図である。
【図８】本発明による温水発生システムの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１では、太陽エネルギーから電気エネルギーを生成するための設備は、温水発生システム２と、熱シンク４と、発電用熱動力機械６を含んでいる。
温水発生システム２は、太陽エネルギーによって第１伝熱流体１０を加熱するための手段８と、熱エネルギーを貯蔵するための手段１２と、第１伝熱流体１０を輸送するための第１閉回路１４と、を備えている。第１回路１４は、加熱手段８と貯蔵手段１２と発電用熱動力機械６を連係している。
【００１７】
温水発生システム２は、第１ヒートパイプ流体１０を輸送するための第１回路１４を補助するための貯蔵槽１６を備えている。
温水発生システム２は、混合器２０と第１ポンプ２２とを含んでいるフィードバックループ１８を備えている。設備は、ループ１８を遠隔制御するための手段２４を含んでいる。
【００１８】
加熱手段８は、後で図２から図７に関連付けてより詳細に説明されている複数の太陽熱集熱器２６を含んでいる。
第１伝熱流体１０は、例えば、１５０℃の最大温度、６バールの最大圧力下に使用される水である。
【００１９】
第１回路１４は、複数の弁２８、混合器２０、第１ポンプ２２、及び第２ポンプ３０を含んでいる。第１流体１０は、２つのポンプ２２、３０によって、第１回路１４を循環している。
【００２０】
貯蔵手段１２と第１回路１４は、図示されていない絶縁物によって保温されている。
熱シンク４は、第２伝熱流体３４を輸送するための第２回路３２を備えている。循環はポンプ３６によってもたらされている。第２流体３４は、例えば、水である。
【００２１】
熱動力機械６は、作動流体４０を輸送するための第３回路３８と、ボイラー４２と、発電機４４に連結されているタービン４３と、凝縮器４５とを備えている。
ポンプ４６は、作動流体４０を第３回路３８の中で循環させている。作動流体４０は、例えば、ブタン又はプロパンの様な有機流体であり、好適にはブタンである。作動流体４０の沸点は、かなり低く、９．６バールの圧力では８０℃近くである。
【００２２】
ボイラー４２は、温水を使って作動流体４０を液体状態から気体状態へ変化させることを目的としている。高温の溜めの第１回路１４は、ボイラー４２内部ではコイル形体をしていて、コイルは作動流体４０に接触している。ボイラー４２の出口では、作動流体４０は、約９５℃の温度、約１１バールの圧力下で、気体状態にある。
【００２３】
タービン４３は、従来的に、羽根が取り付けられた車軸を備えている回転子と、固定された偏向板を支承する筺体を備えている固定子を含んでいる。タービン４３の出口では、作動流体４０は気体状態にあって、２バールから３バールの間の圧力下で約４０℃の温度にある。タービン４３は、作動流体４０が気体状態へ膨張することから生じるエネルギーを機械エネルギーへ変換することを目的としている。凝縮器４５は、凝縮器４５内部で作動流体４０の状態を変化させることを目的としており、前記コイルは作動流体４０と接触している。凝縮器４５の出口では、作動流体４０は液体状態にある。
【００２４】
図２では、第１回路１４は、第１伝熱流体１０を輸送するための管４８と、管４８の外側部に配設されている熱絶縁シース５０を備えている。管４８は、円筒の形状をしていて、軸は実質的に水平面Ｈ上に向きが合わされている。
【００２５】
太陽熱集熱器２６は、太陽放射線ＲＳを吸収するための吸収層５２と、熱絶縁手段５４と、ヒートパイプ５６とを備えている。ヒートパイプ５６は、絶縁手段５４と輸送管４８の形状に密接に従うよう面を呈しているシートによって形成されている。それは、絶縁手段５４の内側に敷設されている高温部５８と、絶縁手段５４の外側に配設されている冷温部６０を含んでいる。それは、流路のセットによって形成されている溜め６２を備えており、流路は、ヒートパイプ５６にそのシート構造を与えているウェブ部分によって互いに連係されている。溜め６２は、ヒートパイプ伝熱流体６３を収容しており、高温部５８及び冷温部６０に亘って延びている。ヒートパイプの高温部５８を支援して、溜め６２は、少なくとも局所的に吸収層５２に寄せて宛がわれている。
【００２６】
吸収層５２は、例えば、微粉化された窒化アルミニウムから作製されている。
絶縁手段５４は、吸収層５２を実質的に密封式に取り囲んでいて、太陽放射線ＲＳを通すのに適している。絶縁手段５４は、吸収層５２とヒートパイプの高温部５８を太陽熱集熱器２６の外部の気象条件に対して熱的に絶縁するのに適している。
【００２７】
図４に確認できる絶縁手段５４は、外管６４と、外管６４の内側に配設されている内管６６を備えている。管６４、６６は実質的に円筒形で、円形断面を呈しており、軸Ｉを中心に同心である。それぞれの管６４、６６は、一方の端が半球の形状に閉鎖されており、管同士は、他方の端が互いにシールされている。内管６６は、他端が開口している。内管６６は、外管６４に向けて配置されている外面６６Ａと、内面６６Ｂを含んでいる。２つの管６４、６６は、真空６７によって分離されている。吸収層５２は、真空６７内で、内管６６の外面６６Ａに寄せて配設されている。管６４、６６は、例えば、ガラスから作製されている。
【００２８】
絶縁手段５４は、内管６６の開放端に差し込まれている絶縁ストッパ６８を含んでいる。
太陽熱集熱器２６は、図４及び図５で確認できる様に、ヒートパイプの高温部５８と絶縁手段５４の間に敷設されている熱伝導性界面６９を含んでいる。より具体的には、内管６６の内面とヒートパイプの高温部５８の間に、伝導性界面６９が配設されている。
【００２９】
変型としては、絶縁手段５４は一方の端が閉鎖された外管６４しか備えておらず、吸収層５２はヒートパイプの高温部５８に直に配設され、前記外管６４の内側に真空６７が形成されている。
【００３０】
ヒートパイプの高温部５８は、図４に示されている様に、軸Ｉの半円筒の形状である。高温部５８の断面は、１８０°から２２０°の間の角度Ａの円弧の形状をしている。
ヒートパイプの高温部５８、特に高温部５８に含まれている溜め６２の部分は、内管６６の内面６６Ｂに寄せて宛がわれている。
【００３１】
変型として、絶縁手段５４が外管６４しか備えていない場合、ヒートパイプの高温部５８、特にこの高温部に含まれている溜め６２の部分は、直に吸収層５２を支承している。
ヒートパイプの冷温部６０は、図２に示されている様に、管４８と絶縁シース５０の間に、管４８に巻き付けられた状態で敷設されている、軸Ｘの半円筒の形状をしている。
【００３２】
高温部５８の半円筒の軸Ｉは、冷温部６０の半円筒の軸Ｘと異なる。
軸Ｉは、水平面Ｈに対して傾斜し、水平面Ｈとの間に第１傾斜角度Ｂ１を形成している。第１傾斜角度Ｂ１の値は、５°より大きく、好適には３０°より大きい。
【００３３】
それぞれの太陽熱集熱器２６は、締結部品６９を介して管４８に固定されている。図２の例となる実施形態では、締結部品６９は、円筒形の第１部分６９Ａと、平坦な第２部分６９Ｂを含んでおり、第１部分６９Ａと第２部分６９ＢはＬ型曲り６９Ｃによって連係されている。締結部品６９は、熱伝導性であり、例えば、アルミニウムから作製されている。第１部分６９Ａは、管４８と熱絶縁シース５０管４８の間に、管４８に対してヒートパイプの高温部６０の対角線上になる様式で、管４８に接触して敷設されている。第２部分６９Ｂは、ヒートパイプ５６と接触して配設されている。締結部品６９は、締結部品６９とヒートパイプ５６の各孔に挿通されている第１締結手段６９Ｄ及び第２締結手段６９Ｅを介してヒートパイプ５６に取り付けられている。
【００３４】
溜め６２は、例えば、ヒートパイプ流体６３用の３つの循環流路７０を含んでいる。３つの循環流路７０は、連係されていて、冷温部６０内の各々の延長部と一体で、ヒートパイプ流体６３用の閉回路を形成している。流路７０のそれぞれは、半円筒の形状をしている高温部５８の軸Ｉと実質的に整列する向きに配置されている。「実質的に」という用語は、軸Ｉに対して±５°までの角度公差を意味するものと理解する。
【００３５】
流路７０は、高温部５８の中を延びる平行直線区間７０Ａを呈している。それらは、各々の自由端が接続管７０Ｂによって連係されている。それぞれの直線区間は、冷温部６０の中を延びるのに適した直線区間７０Ｃによって延長されている。区間７０Ａと区間７０Ｃは、ヒートパイプを形成しているシートの曲率が変化している領域に配設されている一群の収束後分岐区間７０Ｄによって連係されている。
【００３６】
ヒートパイプ流体６３は、例えば、メタノール、エタノール、ＨＦＣ冷媒、又はＨＣＦＣ冷媒である。
ヒートパイプ５６は、高温部５８と冷温部６０の間に、周方向の広がりが、高温部５８と冷温部６０の正形部分の広がりに対して狭くなっている部分７１を含んでいる。図３及び図６に確認できる、狭くなっている部分７１は、高温部５８と冷温部６０の間の接続継手を形成している。
【００３７】
ヒートパイプ５６は、図４及び図５に確認できる２枚のシート７２Ａと７２Ｂによって形成されていて、シートは互いに固定されている。溜め６２のそれぞれの流路７０は、２枚のシート７２Ａと７２Ｂの間の隙間によって形成されている。ヒートパイプのシート７２Ａ、７２Ｂは、例えば、流路の境界を定める区域の外側に互いに結合された２枚の金属シートである。金属シート７２Ａ、７２Ｂは、例えば、アルミニウムから作製されている。
【００３８】
ヒートパイプの流路７０を形成している隙間は、結合前に２枚のシート７２Ａ、７２Ｂのうちの一方に特別なインクを付着させ、当該インクを付着させた区域では２枚の金属体が結合することが阻害されるようにすることによって作り出される。２枚のシート７２Ａ、７２Ｂは、次いで、単一シートを形成するために熱間圧延される。そして、インクが付けられた区域に圧縮空気が吹きこまれることによって流路７０が得られる。
【００３９】
図６は、２枚の結合されたシート７２Ａ、７２Ｂを所望の周囲に従って切断した後で、且つ軸Ｉ、Ｘの半円筒の形状に形成される前の、平坦な形態をしているヒートパイプ５６を示している。高温部５８と冷温部６０は、例えば、ヒートパイプ５６の延びている方向に直交して同一の第１幅Ｌ１を呈している。第１幅Ｌ１は、例えば、８０ｍｍに等しい。狭くなっている部分７１は、延びている方向に直交して、第１幅Ｌ１より小さい値を有する第２幅Ｌ２を呈している。第２幅Ｌ２は、例えば、３２ｍｍに等しい。
【００４０】
真空管太陽熱集熱器２６の使用の温度は、８０℃から１５０℃の間である。
電気エネルギー生成設備の作動、特に太陽熱集熱器の作動を、これより説明してゆく。
本電気エネルギー生成設備は、温水発生システムの最大温度が１５０℃に等しく、これは、高温の溜めの中を循環する伝熱流体の温度が４００℃を超える円筒形−パラボラ集熱器発電設備、太陽塔発電設備、パラボラ集熱器発電設備の様な他の太陽熱発電設備で使用されている温度より著しく低いという点から見て、低温度設備と呼ばれている。
【００４１】
加熱手段６の太陽熱集熱器２６は、昼間、太陽放射線ＲＳを収集すると、次いで太陽放射線ＲＳに付随する熱エネルギーを第１伝熱流体に伝達する。
より具体的には、太陽放射線ＲＳは、それぞれの太陽熱集熱器の吸収層５２によって吸収されており、絶縁手段５４は太陽放射線ＲＳを通過させる。太陽放射線ＲＳの吸収に付随する熱エネルギーは、次に、内管６６と熱伝導性界面６９を介してヒートパイプ５６に伝達される。太陽熱集熱器２６の外部への熱エネルギーの散逸は、熱絶縁手段５４のおかげで、真空６７が熱絶縁と温室効果を提供していることによって制限される。
【００４２】
溜め６２は少なくとも局所的に内管の内面６６Ｂに寄せて宛がわれているため、黒体と見なすことのできる吸収層５２とヒートパイプ５６との間には良好な熱伝導がもたらされる。この良好な熱伝導は、従来の太陽熱集熱器に比べ、吸収層５２の温度の上昇を著しく低減し、それによって、温室効果を逃れる黒体放射による熱損失を小さくすることができる。
【００４３】
変形として、絶縁手段５４が外管６４しか備えていない場合、吸収層５２はヒートパイプの高温部５８に直に宛がわれているため、同様に良好な熱伝導が吸収層５２とヒートパイプ５６の間にもたらされる。
【００４４】
ヒートパイプの高温部５８に伝達された熱エネルギーは、ヒートパイプ流体６３の相の液体状態から気体状態への変化を徐々にもたらす。気体状態になったヒートパイプ流体は、次に、ヒートパイプの冷温部６０に向かって、溜めの様々な流路７０を通って上昇してゆく。溜め６２は、少なくとも局所的にヒートパイプの高温部５８の吸収層５２に寄せて宛がわれているので、吸収層５２とヒートパイプ流体６３の間では熱伝導が改善され、その結果、熱損失が小さくなる。
【００４５】
ヒートパイプ流体６３によって高温部５８から冷温部６０へ輸送された熱は、次に、冷温部６０に配設されている流路７０と第１回路の管４８の間の熱伝導によって、第１伝熱流体１０に伝達される。この熱伝導は、ひいては、第１伝熱流体１０の温度の上昇及びヒートパイプ流体６３の温度の低下をもたらす。
【００４６】
ヒートパイプ流体６２の温度の低下に続き、ヒートパイプ流体６３は、相を再び気体状態から液体状態へ徐々に変化させてゆく。ヒートパイプ流体は、液体状態になると、傾斜角度Ｂ１のせいで、重力によって下降し、太陽放射線から発生する熱エネルギーを再び輸送するために冷温部６０から高温部５８へ戻ってゆく。
【００４７】
貯蔵手段１２は、従って、加熱手段の太陽熱集熱器２６によって発生する熱エネルギーと発電用熱動力機械６によって消費される熱エネルギーの間のバッファとして使用されている。貯蔵手段１２は、従って、発電を太陽の利用可能度から切り離せられるようにしている。
【００４８】
弁２８と、混合器２０と、ポンプ２２、３０を使用している温水発生システム２に関しては、熱エネルギーの貯蔵のみ、熱エネルギーの直接発生、熱エネルギーの貯蔵と発生、熱エネルギーの引き出しと熱エネルギーの直接発生、及び熱エネルギーの引き出しのみ、という幾つかの作動モードが考えられる。
【００４９】
温水発生システム２によって発電用熱動力機械６に供給される熱エネルギーの量を適合させるために、フィードバックループ１８が使用されている。
温水発生システム２によってもたらされる熱のおかげで、作動流体４０は、ボイラー４２の中で液体状態から気体状態へ変化する。作動流体４０は、こうして、気体状態でタービン４３の入口に到達する。気体状態の作動流体は、次に、タービン４３の中で膨張し、機械的エネルギーを供給して、タービンの回転子を回転駆動する。この機械的エネルギーは、電気を発生させるために発電機４４に伝達される。タービン４３の出口では、作動流体４０はなお気体状態にあり、著しく低い圧力下にある。
【００５０】
作動流体４０は、次いで、熱シンク４に接触している凝縮器４５の中で変化して液体状態に戻る。凝縮器４５の出口で、液体状態にある作動流体４０は、次に、ボイラー４２の入口に戻って温水発生システム２によって供給された熱をもう一度利用するために、ポンプ４６によって駆動される。
【００５１】
図７は別の実施形態を示しており、先に説明された実施形態と同様の品目は、同一の符号を使って標示されている。
この第２の実施形態によれば、絶縁手段５４は、内管６６の開放端の絶縁ストッパを含んでいない。内管６６の開放端の絶縁は、管４８の周りに配設されている絶縁シース５０によって提供されており、管６４、６６の互いにシールされている端は、絶縁シース５０に接触して配設されている。
【００５２】
ヒートパイプの冷温部６０は、２つの半円筒を管４８に対して対角線上に配した形状をしている。冷温部６０の半円筒は、管４８と絶縁シース５０の間に配設されている。
ヒートパイプ５６は、５８の高温部の上部と管４８の下部の間に第２傾斜角度Ｂ２を呈している。ヒートパイプの高温部５８の軸と水平面Ｈの間の第１傾斜角度Ｂ１を変化させると、第２傾斜角度Ｂ２に影響する。液体状態のヒートパイプ流体６３を冷温部６０から高温部５８への重力落下を相対的に速くするためには、第２傾斜角度Ｂ２を、例えば、５°より大きくする。
【００５３】
この第２の実施形態の作動は、第１の実施形態と同じであり、従って繰り返し説明はしない。
図８は、別の実施形態を示しており、先に説明された実施形態と同様の品目は、同一の符号を使って標示されている。
【００５４】
この第３の実施形態によれば、温水発生システム２は、温水分流器８０を備えており、発電用熱動力機械に連係されていない。伝熱流体１０を輸送するための回路１４は、太陽熱集熱器２６を温水分流器８０に連係している。分流器８０は、伝熱流体１０によって輸送される熱を有効に活用することを目的とする、コイルの形態をしている交換器８２を含んでいる。
【００５５】
この第３の実施形態の作動は、第１の実施形態と同じであり、従って繰り返し説明はしない。
以上より、本発明による太陽熱集熱器は、吸収層とヒートパイプの高温部の溜めとの間の熱伝導を向上させ、それによって、熱損失を制限する効果を発揮することが理解される。
【符号の説明】
【００５６】
２ 温水発生システム
４ 熱シンク
６ 発電用熱動力機械
８ 第１伝熱流体加熱手段
１０ 第１伝熱流体
１２ 熱エネルギー貯蔵手段
１４ 第１伝熱流体輸送用の第１閉回路
１６ 貯蔵槽
１８ フィードバックループ
２０ 混合器
２２ 第１ポンプ
２４ 遠隔制御手段
２６ 太陽熱集熱器
２８ 弁
３０ 第２ポンプ
３２ 第２伝熱流体輸送用の第２回路
３４ 第２伝熱流体
３６ ポンプ
３８ 作動流体輸送用の第３回路
４０ 作動流体
４２ ボイラー
４３ タービン
４４ 発電機
４５ 凝縮器
４６ ポンプ
４８ 第１伝熱流体輸送用の管
５０ 熱絶縁シース
５２ 吸収層
５４ 熱絶縁手段
５６ ヒートパイプ
５８ 高温部
６０ 冷温部
６２ 溜め
６３ ヒートパイプ流体
６４ 外管
６６ 内管
６６Ａ 内管の外面
６６Ｂ 内管の内面
６７ 真空
６８ 絶縁ストッパ
６９ 熱伝導性界面
６９ 締結部品
６９Ａ 締結部品の第１部分
６９Ｂ 締結部品の第２部分
６９Ｃ Ｌ型曲り
６９Ｄ 第１締結手段
６９Ｅ 第２締結手段
７０ 循環流路
７０Ａ 流路の平行直線区間
７０Ｂ 接続管
７０Ｃ 流路の直線区間
７０Ｄ 収束後分岐区間
７１ 狭くなっている部分
７２Ａ、７２Ｂ シート
８０ 温水分流器
８２ 交換器
Ａ 円弧の角度
Ｂ１ 軸Ｉと水平面Ｈの間の第１傾斜角度
Ｂ２ 高温部の上部と管４８の下部の間の第２傾斜角度
Ｈ 水平面
Ｉ 高温部の半円筒の軸
Ｌ１、Ｌ２ 高温部及び冷温部のヒートパイプの延びる方向に直交する幅
ＲＳ 太陽放射線
Ｘ 冷温部の半円筒の軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽熱集熱器において、
−一方の端が閉鎖されている円筒形断面の外管と、
−太陽放射線を吸収するための、外管の内側に配設されている吸収層と、
−外管の内側に敷設されている高温部、外管の外側に配設されている冷温部、及びヒートパイプ流体を収容していて高温部と冷温部に亘って延びる溜め、を含むヒートパイプと、を備え、
前記外管は、他方の端が、ヒートパイプを囲んで密封閉鎖されていて、前記外管の内側に真空が形成されている、型式の太陽熱集熱器に関する。
【０００２】
本発明は、更に、太陽エネルギーから温水を発生させるためのシステムにおいて、
−伝熱流体を太陽エネルギーで加熱するのに適した複数の太陽熱集熱器と、
−伝熱流体を太陽熱集熱器と温水分流器の間で輸送するための回路と、を備えているシステムに関する。
【０００３】
本発明は、更に、太陽エネルギーから電気エネルギーを生成するための設備において、
−温水発生システムと、
−熱シンクと、
−前記システム及び熱シンクによって発生させる温水を使用している発電用熱動力機械と、を備えている設備に関する。
【背景技術】
【０００４】
同心で実質的に円筒形の外管と内管を備えた真空管を有する太陽熱集熱器が知られている。それぞれの管は、一方の端が閉鎖されていて、他方の端が互いにシールされている。太陽熱集熱器は、内管の外面に配設されていて、外管に向けて配置されている太陽放射線吸収層を備えている。太陽熱集熱器は、内管の内側に敷設されている高温部（蒸発器）、それらの管の外側に配設されている冷温部（凝縮器）、及びヒートパイプ流体を収容していて高温部と冷温部に亘って延びる溜め、を有するヒートパイプを含んでいる。ヒートパイプの高温部は、実質的に内管の軸に中心合わせされた円筒の形状をしている溜めを備えており、円筒形の溜めには対角線上に２枚のフィンが固定され、溜めを内管の内面に機械的及び熱的に連係している。溜めは、内管の直径より遥かに小さい直径を有している。
【０００５】
吸収層への熱伝導は最適ではなく、甚大な熱損失をもたらしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
故に、本発明の１つの目的は、熱損失を低減するために、ヒートパイプへの熱伝導を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本太陽熱集熱器は、
−一方の端が閉鎖されている円筒形断面の外管と、
−太陽放射線を吸収するための、外管の内側に配設されている吸収層と、
−外管の内側に敷設されている高温部、外管の外側に配設されている冷温部、ヒートパイプ流体を収容していて高温部と冷温部に亘って延びる溜め、を含むヒートパイプと、を備えている。
【０００８】
外管は、他方の端が、ヒートパイプを囲んで密封閉鎖されていて、前記外管の内側に真空が形成されている。
ヒートパイプの高温部を支援して、溜めは少なくとも局所的に吸収層に寄せて宛がわれている。
【０００９】
目的を達成するために、本発明の或る態様は、上述の型式の太陽熱集熱器において、ヒートパイプの高温部を支援して、溜めは少なくとも局所的に吸収層に寄せて宛がわれている。
【００１０】
シュテファン・ボルツマンの法則によれば、黒体によって放射されるエネルギー束は、黒体放射量とも呼ばれるが、これは、ケルビンで表記された黒体の絶対温度を表すＴの４乗に比例して増加する。ガラス製外管によって引き起こされる温室効果を逃れる黒体放射に関しては、これは４よりも更に大きいＴの冪数に基づいて増加する。
【００１１】
本発明による太陽熱集熱器は、黒体と見なすことのできる吸収層とヒートパイプとの間の熱伝導を向上させ、これによって、吸収層の温度の上昇を従来型の太陽熱集熱器に比較して著しく低減する。こうして、本発明による太陽熱集熱器は、温室効果を逃れる黒体放射による熱損失を低減し、ひいては集熱器の効率を改善する。
【００１２】
他の実施形態によれば、太陽熱集熱器は、以下の特徴、即ち、
−太陽熱集熱器は、追加的に、外管の内側に配設されている円形断面の内管を備え、それぞれの管は一方の端が閉鎖され、管同士は他方の端が互いにシールされており、管同士は真空によって分離されている、
−内管は、外管に向けて配置されている外面と、内面と、を含んでおり、吸収層は前記外面に寄せて配設されており、ヒートパイプの高温部を支援して、溜めは少なくとも局所的に前記内面に寄せて宛がわれている、
−集熱器は、吸収層とヒートパイプの高温部の間に配設されている熱伝導性界面を含んでいる、
−ヒートパイプの高温部は、半円筒の形状をしている、
−高温部の断面は、１８０°から２２０°の間の角度の円弧の形状をしている、
−ヒートパイプの冷温部は、円筒形の管に接触して配設するのに適しており、冷温部は、少なくとも１つの半円筒の形状をしている、
−高温部の半円筒の軸は、冷温部の半円筒の軸と異なっており、ヒートパイプは、高温部と冷温部の間の周方向及び／又は長手方向の広がりが、高温部及び冷温部の正形部分の広がりに対して狭くなっている部分を含んでおり、狭くなっている部分は高温部と冷温部の間の接続継手を形成している、
−溜めは、ヒートパイプ流体を循環させるための、概ね並列に延びている少なくとも３つの流路を含んでいる、
−当該又はそれぞれの流路は、高温部の半円筒の軸に実質的に従う向きに配置されている、
−ヒートパイプは、アルミニウムから作製されている、
−ヒートパイプは、溜めを形成する区域の外側の２枚の一体に結合されている金属シートによって形成されており、溜めは当該２枚のシートの間の隙間によって形成されている、
−ヒートパイプは、よう面を有するシート構造を呈しており、シートは、溜めを形成する流路の網目を含んでおり、流路はウェブ部分によって連係されている、
という特徴の１つ又はそれ以上の、単独か又は技術的に実施可能な任意の組合せとして採用されている特徴を備えている。
【００１３】
本発明の別の態様は、上述の型式の温水発生システムにおいて、太陽熱集熱器が以上に定義されている通りの温水発生システムである。
別の実施形態によれば、温水発生システムは、以下の特徴、即ち、
−輸送回路は、伝熱流体用の輸送管を備えており、システムは、それぞれの太陽熱集熱器につき、集熱器を管に締結するための部品を備え、前記締結部品は、熱伝導性であり、管に接触して配設されている、という特徴を備えている。
【００１４】
本発明の別の態様は、上述の型式の電気エネルギー生成設備において、温水発生システムが以上に定義されている通りの電気エネルギー生成設備である。
本発明及びその利点は、純粋に一例として与えられている以下の説明を読み、添付図面を参照することでより明解になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による電気エネルギー生成設備の回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による、ヒートパイプ流体を輸送するための回路に連係されている太陽熱集熱器の側面概略図である。
【図３】図２の集熱器及び回路を上から見た概略図である。
【図４】図３のIV面で切断された断面図である。
【図５】図４の枠で囲まれたＶ区域の拡大である。
【図６】図３の太陽熱集熱器のヒートパイプの分解概略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による、図２のものと同様の図である。
【図８】本発明による温水発生システムの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１では、太陽エネルギーから電気エネルギーを生成するための設備は、温水発生システム２と、熱シンク４と、発電用熱動力機械６を含んでいる。
温水発生システム２は、太陽エネルギーによって第１伝熱流体１０を加熱するための手段８と、熱エネルギーを貯蔵するための手段１２と、第１伝熱流体１０を輸送するための第１閉回路１４と、を備えている。第１回路１４は、加熱手段８と貯蔵手段１２と発電用熱動力機械６を連係している。
【００１７】
温水発生システム２は、第１ヒートパイプ流体１０を輸送するための第１回路１４を補助するための貯蔵槽１６を備えている。
温水発生システム２は、混合器２０と第１ポンプ２２とを含んでいるフィードバックループ１８を備えている。設備は、ループ１８を遠隔制御するための手段２４を含んでいる。
【００１８】
加熱手段８は、後で図２から図７に関連付けてより詳細に説明されている複数の太陽熱集熱器２６を含んでいる。
第１伝熱流体１０は、例えば、１５０℃の最大温度、６バールの最大圧力下に使用される水である。
【００１９】
第１回路１４は、複数の弁２８、混合器２０、第１ポンプ２２、及び第２ポンプ３０を含んでいる。第１流体１０は、２つのポンプ２２、３０によって、第１回路１４を循環している。
【００２０】
貯蔵手段１２と第１回路１４は、図示されていない絶縁物によって保温されている。
熱シンク４は、第２伝熱流体３４を輸送するための第２回路３２を備えている。循環はポンプ３６によってもたらされている。第２流体３４は、例えば、水である。
【００２１】
熱動力機械６は、作動流体４０を輸送するための第３回路３８と、ボイラー４２と、発電機４４に連結されているタービン４３と、凝縮器４５とを備えている。
ポンプ４６は、作動流体４０を第３回路３８の中で循環させている。作動流体４０は、例えば、ブタン又はプロパンの様な有機流体であり、好適にはブタンである。作動流体４０の沸点は、かなり低く、９．６バールの圧力では８０℃近くである。
【００２２】
ボイラー４２は、温水を使って作動流体４０を液体状態から気体状態へ変化させることを目的としている。高温の溜めの第１回路１４は、ボイラー４２内部ではコイル形体をしていて、コイルは作動流体４０に接触している。ボイラー４２の出口では、作動流体４０は、約９５℃の温度、約１１バールの圧力下で、気体状態にある。
【００２３】
タービン４３は、従来的に、羽根が取り付けられた車軸を備えている回転子と、固定された偏向板を支承する筺体を備えている固定子を含んでいる。タービン４３の出口では、作動流体４０は気体状態にあって、２バールから３バールの間の圧力下で約４０℃の温度にある。タービン４３は、作動流体４０が気体状態へ膨張することから生じるエネルギーを機械エネルギーへ変換することを目的としている。凝縮器４５は、凝縮器４５内部で作動流体４０の状態を変化させることを目的としており、前記コイルは作動流体４０と接触している。凝縮器４５の出口では、作動流体４０は液体状態にある。
【００２４】
図２では、第１回路１４は、第１伝熱流体１０を輸送するための管４８と、管４８の外側部に配設されている熱絶縁シース５０を備えている。管４８は、円筒の形状をしていて、軸は実質的に水平面Ｈ上に向きが合わされている。
【００２５】
太陽熱集熱器２６は、太陽放射線ＲＳを吸収するための吸収層５２と、熱絶縁手段５４と、ヒートパイプ５６とを備えている。ヒートパイプ５６は、絶縁手段５４と輸送管４８の形状に密接に従うよう面を呈しているシートによって形成されている。それは、絶縁手段５４の内側に敷設されている高温部５８と、絶縁手段５４の外側に配設されている冷温部６０を含んでいる。それは、流路のセットによって形成されている溜め６２を備えており、流路は、ヒートパイプ５６にそのシート構造を与えているウェブ部分によって互いに連係されている。溜め６２は、ヒートパイプ伝熱流体６３を収容しており、高温部５８及び冷温部６０に亘って延びている。ヒートパイプの高温部５８を支援して、溜め６２は、少なくとも局所的に吸収層５２に寄せて宛がわれている。
【００２６】
吸収層５２は、例えば、微粉化された窒化アルミニウムから作製されている。
絶縁手段５４は、吸収層５２を実質的に密封式に取り囲んでいて、太陽放射線ＲＳを通すのに適している。絶縁手段５４は、吸収層５２とヒートパイプの高温部５８を太陽熱集熱器２６の外部の気象条件に対して熱的に絶縁するのに適している。
【００２７】
図４に確認できる絶縁手段５４は、外管６４と、外管６４の内側に配設されている内管６６を備えている。管６４、６６は実質的に円筒形で、円形断面を呈しており、軸Ｉを中心に同心である。それぞれの管６４、６６は、一方の端が半球の形状に閉鎖されており、管同士は、他方の端が互いにシールされている。内管６６は、他端が開口している。内管６６は、外管６４に向けて配置されている外面６６Ａと、内面６６Ｂを含んでいる。２つの管６４、６６は、真空６７によって分離されている。吸収層５２は、真空６７内で、内管６６の外面６６Ａに寄せて配設されている。管６４、６６は、例えば、ガラスから作製されている。
【００２８】
絶縁手段５４は、内管６６の開放端に差し込まれている絶縁ストッパ６８を含んでいる。
太陽熱集熱器２６は、図４及び図５で確認できる様に、ヒートパイプの高温部５８と絶縁手段５４の間に敷設されている熱伝導性界面６９を含んでいる。より具体的には、内管６６の内面とヒートパイプの高温部５８の間に、伝導性界面６９が配設されている。
【００２９】
変型としては、絶縁手段５４は一方の端が閉鎖された外管６４しか備えておらず、吸収層５２はヒートパイプの高温部５８に直に配設され、前記外管６４の内側に真空６７が形成されている。
【００３０】
ヒートパイプの高温部５８は、図４に示されている様に、軸Ｉの半円筒の形状である。高温部５８の断面は、１８０°から２２０°の間の角度Ａの円弧の形状をしている。
ヒートパイプの高温部５８、特に高温部５８に含まれている溜め６２の部分は、内管６６の内面６６Ｂに寄せて宛がわれている。
【００３１】
変型として、絶縁手段５４が外管６４しか備えていない場合、ヒートパイプの高温部５８、特にこの高温部に含まれている溜め６２の部分は、直に吸収層５２を支承している。
ヒートパイプの冷温部６０は、図２に示されている様に、管４８と絶縁シース５０の間に、管４８に巻き付けられた状態で敷設されている、軸Ｘの半円筒の形状をしている。
【００３２】
高温部５８の半円筒の軸Ｉは、冷温部６０の半円筒の軸Ｘと異なる。
軸Ｉは、水平面Ｈに対して傾斜し、水平面Ｈとの間に第１傾斜角度Ｂ１を形成している。第１傾斜角度Ｂ１の値は、５°より大きく、好適には３０°より大きい。
【００３３】
それぞれの太陽熱集熱器２６は、締結部品６９を介して管４８に固定されている。図２の例となる実施形態では、締結部品６９は、円筒形の第１部分６９Ａと、平坦な第２部分６９Ｂを含んでおり、第１部分６９Ａと第２部分６９ＢはＬ型曲り６９Ｃによって連係されている。締結部品６９は、熱伝導性であり、例えば、アルミニウムから作製されている。第１部分６９Ａは、管４８と熱絶縁シース５０管４８の間に、管４８に対してヒートパイプの高温部６０の対角線上になる様式で、管４８に接触して敷設されている。第２部分６９Ｂは、ヒートパイプ５６と接触して配設されている。締結部品６９は、締結部品６９とヒートパイプ５６の各孔に挿通されている第１締結手段６９Ｄ及び第２締結手段６９Ｅを介してヒートパイプ５６に取り付けられている。
【００３４】
溜め６２は、例えば、ヒートパイプ流体６３用の３つの循環流路７０を含んでいる。３つの循環流路７０は、連係されていて、冷温部６０内の各々の延長部と一体で、ヒートパイプ流体６３用の閉回路を形成している。流路７０のそれぞれは、半円筒の形状をしている高温部５８の軸Ｉと実質的に整列する向きに配置されている。「実質的に」という用語は、軸Ｉに対して±５°までの角度公差を意味するものと理解する。
【００３５】
流路７０は、高温部５８の中を延びる平行直線区間７０Ａを呈している。それらは、各々の自由端が接続管７０Ｂによって連係されている。それぞれの直線区間は、冷温部６０の中を延びるのに適した直線区間７０Ｃによって延長されている。区間７０Ａと区間７０Ｃは、ヒートパイプを形成しているシートの曲率が変化している領域に配設されている一群の収束後分岐区間７０Ｄによって連係されている。
【００３６】
ヒートパイプ流体６３は、例えば、メタノール、エタノール、ＨＦＣ冷媒、又はＨＣＦＣ冷媒である。
ヒートパイプ５６は、高温部５８と冷温部６０の間に、周方向の広がりが、高温部５８と冷温部６０の正形部分の広がりに対して狭くなっている部分７１を含んでいる。図３及び図６に確認できる、狭くなっている部分７１は、高温部５８と冷温部６０の間の接続継手を形成している。
【００３７】
ヒートパイプ５６は、図４及び図５に確認できる２枚のシート７２Ａと７２Ｂによって形成されていて、シートは互いに固定されている。溜め６２のそれぞれの流路７０は、２枚のシート７２Ａと７２Ｂの間の隙間によって形成されている。ヒートパイプのシート７２Ａ、７２Ｂは、例えば、流路の境界を定める区域の外側に互いに結合された２枚の金属シートである。金属シート７２Ａ、７２Ｂは、例えば、アルミニウムから作製されている。
【００３８】
ヒートパイプの流路７０を形成している隙間は、結合前に２枚のシート７２Ａ、７２Ｂのうちの一方に特別なインクを付着させ、当該インクを付着させた区域では２枚の金属体が結合することが阻害されるようにすることによって作り出される。２枚のシート７２Ａ、７２Ｂは、次いで、単一シートを形成するために熱間圧延される。そして、インクが付けられた区域に圧縮空気が吹きこまれることによって流路７０が得られる。
【００３９】
図６は、２枚の結合されたシート７２Ａ、７２Ｂを所望の周囲に従って切断した後で、且つ軸Ｉ、Ｘの半円筒の形状に形成される前の、平坦な形態をしているヒートパイプ５６を示している。高温部５８と冷温部６０は、例えば、ヒートパイプ５６の延びている方向に直交して同一の第１幅Ｌ１を呈している。第１幅Ｌ１は、例えば、８０ｍｍに等しい。狭くなっている部分７１は、延びている方向に直交して、第１幅Ｌ１より小さい値を有する第２幅Ｌ２を呈している。第２幅Ｌ２は、例えば、３２ｍｍに等しい。
【００４０】
真空管太陽熱集熱器２６の使用の温度は、８０℃から１５０℃の間である。
電気エネルギー生成設備の作動、特に太陽熱集熱器の作動を、これより説明してゆく。
本電気エネルギー生成設備は、温水発生システムの最大温度が１５０℃に等しく、これは、高温の溜めの中を循環する伝熱流体の温度が４００℃を超える円筒形−パラボラ集熱器発電設備、太陽塔発電設備、パラボラ集熱器発電設備の様な他の太陽熱発電設備で使用されている温度より著しく低いという点から見て、低温度設備と呼ばれている。
【００４１】
加熱手段６の太陽熱集熱器２６は、昼間、太陽放射線ＲＳを収集すると、次いで太陽放射線ＲＳに付随する熱エネルギーを第１伝熱流体に伝達する。
より具体的には、太陽放射線ＲＳは、それぞれの太陽熱集熱器の吸収層５２によって吸収されており、絶縁手段５４は太陽放射線ＲＳを通過させる。太陽放射線ＲＳの吸収に付随する熱エネルギーは、次に、内管６６と熱伝導性界面６９を介してヒートパイプ５６に伝達される。太陽熱集熱器２６の外部への熱エネルギーの散逸は、熱絶縁手段５４のおかげで、真空６７が熱絶縁と温室効果を提供していることによって制限される。
【００４２】
溜め６２は少なくとも局所的に内管の内面６６Ｂに寄せて宛がわれているため、黒体と見なすことのできる吸収層５２とヒートパイプ５６との間には良好な熱伝導がもたらされる。この良好な熱伝導は、従来の太陽熱集熱器に比べ、吸収層５２の温度の上昇を著しく低減し、それによって、温室効果を逃れる黒体放射による熱損失を小さくすることができる。
【００４３】
変形として、絶縁手段５４が外管６４しか備えていない場合、吸収層５２はヒートパイプの高温部５８に直に宛がわれているため、同様に良好な熱伝導が吸収層５２とヒートパイプ５６の間にもたらされる。
【００４４】
ヒートパイプの高温部５８に伝達された熱エネルギーは、ヒートパイプ流体６３の相の液体状態から気体状態への変化を徐々にもたらす。気体状態になったヒートパイプ流体は、次に、ヒートパイプの冷温部６０に向かって、溜めの様々な流路７０を通って上昇してゆく。溜め６２は、少なくとも局所的にヒートパイプの高温部５８の吸収層５２に寄せて宛がわれているので、吸収層５２とヒートパイプ流体６３の間では熱伝導が改善され、その結果、熱損失が小さくなる。
【００４５】
ヒートパイプ流体６３によって高温部５８から冷温部６０へ輸送された熱は、次に、冷温部６０に配設されている流路７０と第１回路の管４８の間の熱伝導によって、第１伝熱流体１０に伝達される。この熱伝導は、ひいては、第１伝熱流体１０の温度の上昇及びヒートパイプ流体６３の温度の低下をもたらす。
【００４６】
ヒートパイプ流体６２の温度の低下に続き、ヒートパイプ流体６３は、相を再び気体状態から液体状態へ徐々に変化させてゆく。ヒートパイプ流体は、液体状態になると、傾斜角度Ｂ１のせいで、重力によって下降し、太陽放射線から発生する熱エネルギーを再び輸送するために冷温部６０から高温部５８へ戻ってゆく。
【００４７】
貯蔵手段１２は、従って、加熱手段の太陽熱集熱器２６によって発生する熱エネルギーと発電用熱動力機械６によって消費される熱エネルギーの間のバッファとして使用されている。貯蔵手段１２は、従って、発電を太陽の利用可能度から切り離せられるようにしている。
【００４８】
弁２８と、混合器２０と、ポンプ２２、３０を使用している温水発生システム２に関しては、熱エネルギーの貯蔵のみ、熱エネルギーの直接発生、熱エネルギーの貯蔵と発生、熱エネルギーの引き出しと熱エネルギーの直接発生、及び熱エネルギーの引き出しのみ、という幾つかの作動モードが考えられる。
【００４９】
温水発生システム２によって発電用熱動力機械６に供給される熱エネルギーの量を適合させるために、フィードバックループ１８が使用されている。
温水発生システム２によってもたらされる熱のおかげで、作動流体４０は、ボイラー４２の中で液体状態から気体状態へ変化する。作動流体４０は、こうして、気体状態でタービン４３の入口に到達する。気体状態の作動流体は、次に、タービン４３の中で膨張し、機械的エネルギーを供給して、タービンの回転子を回転駆動する。この機械的エネルギーは、電気を発生させるために発電機４４に伝達される。タービン４３の出口では、作動流体４０はなお気体状態にあり、著しく低い圧力下にある。
【００５０】
作動流体４０は、次いで、熱シンク４に接触している凝縮器４５の中で変化して液体状態に戻る。凝縮器４５の出口で、液体状態にある作動流体４０は、次に、ボイラー４２の入口に戻って温水発生システム２によって供給された熱をもう一度利用するために、ポンプ４６によって駆動される。
【００５１】
図７は別の実施形態を示しており、先に説明された実施形態と同様の品目は、同一の符号を使って標示されている。
この第２の実施形態によれば、絶縁手段５４は、内管６６の開放端の絶縁ストッパを含んでいない。内管６６の開放端の絶縁は、管４８の周りに配設されている絶縁シース５０によって提供されており、管６４、６６の互いにシールされている端は、絶縁シース５０に接触して配設されている。
【００５２】
ヒートパイプの冷温部６０は、２つの半円筒を管４８に対して対角線上に配した形状をしている。冷温部６０の半円筒は、管４８と絶縁シース５０の間に配設されている。
ヒートパイプ５６は、５８の高温部の上部と管４８の下部の間に第２傾斜角度Ｂ２を呈している。ヒートパイプの高温部５８の軸と水平面Ｈの間の第１傾斜角度Ｂ１を変化させると、第２傾斜角度Ｂ２に影響する。液体状態のヒートパイプ流体６３を冷温部６０から高温部５８への重力落下を相対的に速くするためには、第２傾斜角度Ｂ２を、例えば、５°より大きくする。
【００５３】
この第２の実施形態の作動は、第１の実施形態と同じであり、従って繰り返し説明はしない。
図８は、別の実施形態を示しており、先に説明された実施形態と同様の品目は、同一の符号を使って標示されている。
【００５４】
この第３の実施形態によれば、温水発生システム２は、温水分流器８０を備えており、発電用熱動力機械に連係されていない。伝熱流体１０を輸送するための回路１４は、太陽熱集熱器２６を温水分流器８０に連係している。分流器８０は、伝熱流体１０によって輸送される熱を有効に活用することを目的とする、コイルの形態をしている交換器８２を含んでいる。
【００５５】
この第３の実施形態の作動は、第１の実施形態と同じであり、従って繰り返し説明はしない。
以上より、本発明による太陽熱集熱器は、吸収層とヒートパイプの高温部の溜めとの間の熱伝導を向上させ、それによって、熱損失を制限する効果を発揮することが理解される。
【符号の説明】
【００５６】
２ 温水発生システム
４ 熱シンク
６ 発電用熱動力機械
８ 第１伝熱流体加熱手段
１０ 第１伝熱流体
１２ 熱エネルギー貯蔵手段
１４ 第１伝熱流体輸送用の第１閉回路
１６ 貯蔵槽
１８ フィードバックループ
２０ 混合器
２２ 第１ポンプ
２４ 遠隔制御手段
２６ 太陽熱集熱器
２８ 弁
３０ 第２ポンプ
３２ 第２伝熱流体輸送用の第２回路
３４ 第２伝熱流体
３６ ポンプ
３８ 作動流体輸送用の第３回路
４０ 作動流体
４２ ボイラー
４３ タービン
４４ 発電機
４５ 凝縮器
４６ ポンプ
４８ 第１伝熱流体輸送用の管
５０ 熱絶縁シース
５２ 吸収層
５４ 熱絶縁手段
５６ ヒートパイプ
５８ 高温部
６０ 冷温部
６２ 溜め
６３ ヒートパイプ流体
６４ 外管
６６ 内管
６６Ａ 内管の外面
６６Ｂ 内管の内面
６７ 真空
６８ 絶縁ストッパ
６９ 熱伝導性界面
６９ 締結部品
６９Ａ 締結部品の第１部分
６９Ｂ 締結部品の第２部分
６９Ｃ Ｌ型曲り
６９Ｄ 第１締結手段
６９Ｅ 第２締結手段
７０ 循環流路
７０Ａ 流路の平行直線区間
７０Ｂ 接続管
７０Ｃ 流路の直線区間
７０Ｄ 収束後分岐区間
７１ 狭くなっている部分
７２Ａ、７２Ｂ シート
８０ 温水分流器
８２ 交換器
Ａ 円弧の角度
Ｂ１ 軸Ｉと水平面Ｈの間の第１傾斜角度
Ｂ２ 高温部の上部と管４８の下部の間の第２傾斜角度
Ｈ 水平面
Ｉ 高温部の半円筒の軸
Ｌ１、Ｌ２ 高温部及び冷温部のヒートパイプの延びる方向に直交する幅
ＲＳ 太陽放射線
Ｘ 冷温部の半円筒の軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱集熱器において、
一方の端が閉鎖されている円筒形断面の外管と、
太陽放射線を吸収するための、前記外管の内側に配設されている吸収層と、
前記外管の内側に敷設されている高温部と、前記外管の外側に配設されている冷温部と、ヒートパイプ流体を収容していて、前記高温部と前記冷温部に亘って延びる溜めと、を含むヒートパイプと、を備え、
前記外管は、他方の端が前記ヒートパイプを囲んで密封閉鎖されていて、前記外管の内側に真空が形成されており、
前記ヒートパイプの前記高温部を支援して、前記溜めは少なくとも局所的に前記吸収層に寄せて宛がわれており、
前記ヒートパイプの前記高温部は、半円筒の形状をしている、型式の太陽熱集熱器。
【請求項２】
前記太陽熱集熱器は、追加的に、前記外管の内側に配設されている円形断面の内管を備え、それぞれの管は一方の端が閉鎖され、前記管同士は他方の端が互いにシールされており、前記管同士は真空によって分離されている、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項３】
前記内管は、前記外管に向けて配置されている外面と、内面と、を含んでおり、前記吸収層は前記外面に寄せて配設されており、前記ヒートパイプの前記高温部を支援して、前記溜めは少なくとも局所的に前記内面に寄せて宛がわれている、請求項２に記載の太陽熱集熱器。
【請求項４】
前記集熱器は、前記吸収層と前記ヒートパイプの前記高温部の間に敷設されている熱伝導性界面を含んでいる、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項５】
前記高温部の断面は、１８０°から２２０°の間の角度の円弧の形状をしている、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項６】
前記ヒートパイプの冷温部は、円筒形の管に接触して配設するのに適しており、前記冷温部は、少なくとも１つの半円筒の形状をしている、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項７】
前記高温部の前記半円筒の軸は、前記冷温部の前記半円筒の軸と異なっており、前記ヒートパイプは、前記高温部と前記冷温部の間の周方向及び／又は長手方向の広がりが、前記高温部及び前記冷温部の正形部分の広がりに対して狭くなっている部分を含んでおり、前記狭くなっている部分は前記高温部と前記冷温部の間の接続継手を形成している、請求項６に記載の太陽熱集熱器。
【請求項８】
前記溜めは、前記ヒートパイプを循環させるための、概ね並列に延びている少なくとも３つの流路を含んでいる、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項９】
前記又はそれぞれの流路は、前記高温部の前記半円筒の軸に実質的に整列する向きに配置されている、請求項８に記載の太陽熱集熱器。
【請求項１０】
前記ヒートパイプは、アルミニウムから作製されている、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項１１】
前記ヒートパイプは、前記溜めを形成する区域の外側の２枚の一体に結合されている金属シートによって形成されており、前記溜めは前記２枚のシートの間の隙間によって形成されている、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項１２】
前記ヒートパイプは、よう面を有するシート構造を呈しており、前記シートは、前記溜めを形成する流路の網目を含んでおり、これらの流路はウェブ部分によって連係されている、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項１３】
太陽エネルギーから温水を発生させるためのシステムにおいて、
伝熱流体を太陽エネルギーで加熱するのに適した複数の太陽熱集熱器と、
前記伝熱流体を前記太陽熱集熱器と温水分流器の間で輸送するための回路と、を備え、
前記太陽熱集熱器（２６）は請求項１に準拠している、システム。
【請求項１４】
前記輸送回路（１４）は、前記伝熱流体（１０）用の輸送管（４８）を備えており、前記システムは、それぞれの太陽熱集熱器（２６）につき、前記集熱器（２６）を前記管（４８）に締結するための部品（６９）を備え、前記締結部品（６９）は、熱伝導性であり、前記管（４８）に接触して配設されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
太陽エネルギーから電気エネルギーを生成するための設備において、
温水発生システム（２）と、
熱シンク（４）と、
前記システム（２）及び前記熱シンク（４）によって発生させる温水を使用している発電用熱動力機械（６）と、を備え、
前記温水発生システム（２）は、請求項１３に準拠している、設備。
【請求項１】
太陽熱集熱器において、
一方の端が閉鎖されている円筒形断面の外管と、
太陽放射線を吸収するための、前記外管の内側に配設されている吸収層と、
前記外管の内側に敷設されている高温部と、前記外管の外側に配設されている冷温部と、ヒートパイプ流体を収容していて、前記高温部と前記冷温部に亘って延びる溜めと、を含むヒートパイプと、を備え、
前記外管は、他方の端が前記ヒートパイプを囲んで密封閉鎖されていて、前記外管の内側に真空が形成されており、
前記ヒートパイプの前記高温部を支援して、前記溜めは少なくとも局所的に前記吸収層に寄せて宛がわれており、
前記ヒートパイプの前記高温部は、半円筒の形状をしている、型式の太陽熱集熱器。
【請求項２】
前記太陽熱集熱器は、追加的に、前記外管の内側に配設されている円形断面の内管を備え、それぞれの管は一方の端が閉鎖され、前記管同士は他方の端が互いにシールされており、前記管同士は真空によって分離されている、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項３】
前記内管は、前記外管に向けて配置されている外面と、内面と、を含んでおり、前記吸収層は前記外面に寄せて配設されており、前記ヒートパイプの前記高温部を支援して、前記溜めは少なくとも局所的に前記内面に寄せて宛がわれている、請求項２に記載の太陽熱集熱器。
【請求項４】
前記集熱器は、前記吸収層と前記ヒートパイプの前記高温部の間に敷設されている熱伝導性界面を含んでいる、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項５】
前記高温部の断面は、１８０°から２２０°の間の角度の円弧の形状をしている、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項６】
前記ヒートパイプの冷温部は、円筒形の管に接触して配設するのに適しており、前記冷温部は、少なくとも１つの半円筒の形状をしている、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項７】
前記高温部の前記半円筒の軸は、前記冷温部の前記半円筒の軸と異なっており、前記ヒートパイプは、前記高温部と前記冷温部の間の周方向及び／又は長手方向の広がりが、前記高温部及び前記冷温部の正形部分の広がりに対して狭くなっている部分を含んでおり、前記狭くなっている部分は前記高温部と前記冷温部の間の接続継手を形成している、請求項６に記載の太陽熱集熱器。
【請求項８】
前記溜めは、前記ヒートパイプを循環させるための、概ね並列に延びている少なくとも３つの流路を含んでいる、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項９】
前記又はそれぞれの流路は、前記高温部の前記半円筒の軸に実質的に整列する向きに配置されている、請求項８に記載の太陽熱集熱器。
【請求項１０】
前記ヒートパイプは、アルミニウムから作製されている、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項１１】
前記ヒートパイプは、前記溜めを形成する区域の外側の２枚の一体に結合されている金属シートによって形成されており、前記溜めは前記２枚のシートの間の隙間によって形成されている、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項１２】
前記ヒートパイプは、よう面を有するシート構造を呈しており、前記シートは、前記溜めを形成する流路の網目を含んでおり、これらの流路はウェブ部分によって連係されている、請求項１に記載の太陽熱集熱器。
【請求項１３】
太陽エネルギーから温水を発生させるためのシステムにおいて、
伝熱流体を太陽エネルギーで加熱するのに適した複数の太陽熱集熱器と、
前記伝熱流体を前記太陽熱集熱器と温水分流器の間で輸送するための回路と、を備え、
前記太陽熱集熱器（２６）は請求項１に準拠している、システム。
【請求項１４】
前記輸送回路（１４）は、前記伝熱流体（１０）用の輸送管（４８）を備えており、前記システムは、それぞれの太陽熱集熱器（２６）につき、前記集熱器（２６）を前記管（４８）に締結するための部品（６９）を備え、前記締結部品（６９）は、熱伝導性であり、前記管（４８）に接触して配設されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
太陽エネルギーから電気エネルギーを生成するための設備において、
温水発生システム（２）と、
熱シンク（４）と、
前記システム（２）及び前記熱シンク（４）によって発生させる温水を使用している発電用熱動力機械（６）と、を備え、
前記温水発生システム（２）は、請求項１３に準拠している、設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１２−５１７５７９（Ｐ２０１２−５１７５７９Ａ）
【公表日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４９６４１（Ｐ２０１１−５４９６４１）
【出願日】平成２２年２月８日（２０１０．２．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２０１０／０５０１９６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０９２２８３
【国際公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（５９１１５０３９５）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月８日（２０１０．２．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２０１０／０５０１９６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０９２２８３
【国際公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（５９１１５０３９５）
【Ｆターム（参考）】
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