JP2013542398A - トラフ式集光装置用アブソーバチューブ - Google Patents

Abstract

本発明は、焦点領域及び焦点領域に配置されたアブソーバチューブを有するトラフ式集光装置に関する。前記アブソーバチューブは、その外面から内部まで伸びる断熱領域を有し、好ましくは、輸送通路を囲む。前記輸送通路は、アブソーバチューブの長さ方向に沿ってアブソーバチューブを貫通して伸び、熱輸送媒体を通す。アブソーバチューブは、少なくとも一つの熱開口によって貫通され、前記熱開口は、アブソーバチューブの外側から断熱領域を介して輸送通路まで径方向に伸びる。本発明によれば、少なくとも一つの熱開口は、それを通過する放射線用の絞り部を有し、この絞り部に焦点領域が配置される。
【選択図】 図３ｂ

Description

本発明は、焦点領域及び該焦点領域に配列されたアブソーバチューブを有するトラフ式集光装置に関する。

前記タイプのトラフ式集光装置は、特に、太陽熱発電所で使用される。

太陽熱発電の損失を克服することは今まで不可能だったので、この技術を利用して合理的なコストで太陽熱発電を生成することはできないでいた。太陽熱発電所は、他方では、これまでかなりの期間、従来の電流の生成のための普通の商業価格に近い価格で、工業規模の電流を生成している。

太陽熱発電所では、太陽の放射線は、集光器の助けによって集光装置によって反射され、それにより高い温度が生成される場所に特に集中させられる。集められた熱は、電流発生装置を駆動するタービンのような熱出力エンジンの運転に使用され、放散され得る。

今日、ディッシュ式太陽熱発電システム、タワー式太陽熱発電システム及びトラフ式太陽熱発電システムの三つの形式の太陽熱発電所が知られている。

ディッシュ式太陽熱発電システムは、1つのモジュール当たり50kWまでの範囲である小さいユニットであり、一般的には受け入れられない。

タワー式太陽熱発電システムは、非常に多くの数の独立したミラーを通して、それに太陽光を反射するために、（「タワー」における）高い位置に設けられた中心アブソーバを有し、その結果、太陽光の放射線エネルギが、多くのミラー又は集光器を介してアブソーバに集光され得、それにより、（通常、動力発生用の蒸気又は流体タービン発電である）下流の熱機械の効率に有効な１３００℃までの温度を達成することが期待される。カリフォルニアにある「ソーラツー」プラントは、数ＭＷの出力を有する。スペインのピーエス２０プラントは、２０ＭＷの出力を有する。しかしながらタワー式太陽熱発電所は、（高い温度が得られるという利点があるにもかかわらず）広範囲に使用されていない。

しかしながら、パラボラトラフ式発電所は広まっており、この発電所は、幅狭の長い集光器を有し、従って、焦点ではなく、焦線を有する多数の集光装置を含んでいる。これらの線形集光器は、今日では、２０ｍから１５０ｍの長さを有する。動力発生プラントに熱を送る、（５００℃までの）集中熱用アブソーバチューブが焦線に沿って伸びている。使用可能な輸送媒体は、例えば、熱媒油、溶融塩又は過熱水蒸気である。

従来のアブソーバチューブは、できるだけ熱損失を最小限に抑えるために複雑で高価な構造である。熱輸送媒体がチューブの内部で循環するので、集光器によって集光された太陽放射線は、最初にチューブを加熱し、次いで、熱輸送媒体を加熱し、その結果、必然的に約５００℃の熱さであるアブソーバチューブは、その温度に応じて熱を放散する。熱輸送媒体用のライン・ネットワークを介して放散される熱は、100W/mに達し得、大規模プラントにおけるライン長は、１００ｋｍに達し得、その結果、ライン・ネットワークを介した熱損失は、アブソーバチューブに起因する熱損失の比率のように、発電所の全体的効率に相当に重要なものになる。国際公開公報WO２０１０／０７８６６８号は、外部から断熱されたアブソーバチューブを開示しており、トラフ式集光装置で使用することによって与えられるそのスリット状開口は、熱損失に関して最適化されている。

アブソーバチューブの設計に依存して、用語「熱開口」は、前記公報に従ってアブソーバチューブの外面断熱部材に設けられた物理的開口を指す。しかし、他の設計では、用語「熱開口」は、また、集光太陽放射線の熱の通路用に設計された物理的に閉鎖された領域から成り、例えば、適当なコーティングによって、熱放射の場所での熱の背面放射が低減され得る。このような構造は、当業者には公知である。それでもなお、それは、必然的に、熱開口の場所で、最終的に良好な断熱が達成できないという場合であり、即ち、対応する熱損失は受け入れなければならない。

用語「熱開口」は、この明細書では、アブソーバ配列のためにも使用され、それには、照射されたら電流を生成する太陽電池が設けられる。このようなアブソーバ配列又はアブソーバチューブは、本発明による実施例でもある。太陽電池用取付部材を備えた本発明によるアブソーバチューブは、熱開口の場所にそれらを配置する。言い換えると、この場合、熱開口は、太陽電池用の台として形成されている。このような場合、アイソレーションは省略され得る。また、熱輸送流体用の輸送通路も省略され得る。

南カリフォルニアにある９基の太陽熱発電システム パラボラトラフ式発電所は、全部で約３５０ＭＷの出力を生成する。2007年にネットワークへリンクした「ネバダソーラーワン」発電所は、182,400のカーブミラーを持ったトラフ式集光装置を有し、これらのミラーは、140ヘクタールのエリア一帯に配列され、65MWを生み出す。スペインのアンダソル３は、2009年9月以来ずっと建築中であり、2011年に稼働することになっており、アンダソル発電所１〜３の出力は、合計で、50MWまでになる予定である。

全てのアンダソル発電所（アンダソル１〜３）の最大効率は、２０％の範囲内にあることが期待されており、年平均効率は１５％の範囲内にあることが期待されている。

上述したように、太陽熱発電所の性能のための一つの本質的なパラメータは、集光装置によって加熱される輸送媒体の温度であり、集光装置から得られる熱は、この輸送媒体を介して放散され、例えば、電流に変換するために利用される。温度が高くなる程、変換中に達成される効率は高くなる。輸送媒体内で実現され得る温度は、集光器を介した反射太陽放射線の集光に依存する。50の集光は、集光器の焦点範囲内で、1平方メートル当たりのエネルギ密度が得られることを意味し、それは、地表の１平方メートル上に太陽によって照射されたエネルギの５０倍に相当する。

理論上可能な最大の集光は、太陽と地球との幾何学的位置に依存し、即ち、地上から観測される太陽の開口角に依存する。この０．２７°の開口角から、トラフ式集光装置用の理論上可能な最大集光係数は２１３になる。

ミラーが、非常に複雑に製造されており、従って、工業用に使用するには非常に高価であり、断面がパラボラ形状に非常に近似しており、従って、直径が最小限の焦線領域を形成することを考慮しても、この２１３の最大集光におおよそ達することでさえ、今日では不可能である。しかし、約５０〜６０の確実に達成可能な集光は現実的であり、パラボラトラフ式発電所のアブソーバチューブにおいて上記したように、ほとんど５００℃に近い温度を可能にする。

妥当なコストで、できるだけパラボラ形状に近いトラフ式集光器を構成するために、出願人は、国際公開公報WO 2010/037243号において、トラフ式集光装置を提案した。このトラフ式集光装置は、その内部に可撓性集光器が配列された圧力セルを備えている。この集光器は、異なる領域では異なる曲率を有しており、希望するパラボラ形状に非常に近い。これにより、集光器に対する妥当な費用でアブソーバチューブにおいて５００℃に近い温度を得ることが可能になる。

ここで、そのアイソレーションを貫通する制限部材を備えた通路を有するアブソーバチューブを開示する国際公開公報WO 2010/099516号が参照される。制限部材は、アイソレーションの内側に配列されており、それにより、通路は、複合放射面型集光器（ＣＰＣ）として形成されている。光学的理由によって駆動される、このような配列では、焦点領域は通路の外側にあり、そこで通路は最大幅を有する。ＣＰＣは、通路全体の至るところで通路の壁に不可避的に当たる光線を連続的に反射する目的を有し、光線が、アブソーバチューブのうちがわに確実に達するようにしている。このような配列は不都合である。なぜなら、ＣＰＣのミラーは連続的に冷却されなければならず、構造上並はずれた努力を必要とする。

本発明の目的は、最高の効率を有する工業的規模で熱を生成するトラフ式集光装置を提供することを目的としている。

この目的は、一方では、請求項１の特徴を有する太陽熱集光装置によって達成され、又は、請求項９の特徴を有するアブソーバチューブによって達成される。

放射線通過用の熱開口が、焦点領域の位置で絞り部を有するので、アブソーバチューブからの熱の背面放射が最小限にされ、取り除かれ得る熱の量を増やし、トラフ式集光装置の効率を高める。

焦点領域が絞り部にあるので、広がりが最小限になり、アブソーバチューブに入る集光放射線の軌道が焦点領域において最小に広がりを持つ。

好ましい実施例では、熱開口が絞り部から広がるので、集光放射線は、焦点領域の後で再び発散し得、従って、輸送通路に達し、そこで熱輸送媒体を加熱する。

また、発明の目的は、他方において、請求項１９の特徴を有する太陽熱集光装置又は請求項２１の特徴を有するアブソーバチューブによっても達成される。

アブソーバチューブの長さ方向に亘って、複数の熱開口が相互に隣接して（並べて）配列されているので、直線集光器の各セクションが一つの熱開口に割り当てられ得る。複数のセクションを使用することによって、（パラボラ形状により近似させるために：国際公開公報WO 2010/037243号参照）トラフ式集光装置の配列が最適化され得るだけでなく、本発明によれば、アブソーバチューブの熱開口の幅が、本発明に従って分割された熱開口の全ての幅の合計が、その全幅に亘る全ての集光セクションの集光放射線を吸収する一つの熱開口の幅より小さくなるような程度まで、さらに低減され得る。これは、トラフ式直線集光器における太陽放射線の集光が、幅の増加に比較して低減するからであり、幾つかのセクションはより狭い幅を持ち、従って、一つだけのセクションに割り当てられた熱開口の集光はその合計幅より高くなる。従って、本発明に従ってアブソーバチューブに沿って伸びる従来の単一の熱開口を、複数の長手方向に伸びる熱開口に分割することによって、同じ量の熱を、全体的に小さい熱開口の領域で得ることができ、また、同じ広さの領域で、より多くの量の熱を熱開口による吸収によって得ることができる。

従って、全体的に小さな領域で、アブソーバチューブの熱照射は低減され、その結果、その効率は高められる。

必然的に、長手方向に連続する開口の代りに、アブソーバチューブに沿って配列された複数の独立した熱開口から成る複数の列が、以下に詳細に説明するように設けられ得る。結果的に、熱開口の全領域は、有利な方法で、さらに低減される。

本発明による絞り部を有する熱開口の構造は、アブソーバチューブ上の複数の熱開口の配列に必ずしも関連する必要はない。両方の配列が、確実に、有利に組合せられ得、言い換えれば、少なくとも部分的に、並べて配列された複数の熱開口が、本発明による絞り部を有してもよい。しかし、これらの配列は、相互に独立して実行され得、例えば、絞り部を有さない複数の開口を並べて配列してもよく、また、アブソーバチューブ上に長手方向に伸びるスリットとして形成された単一の従来の熱開口に絞り部を設けてもよい。

本発明の好ましい実施例は、従属項の特徴部分に示されている。

以下、添付図面を参照して本発明は詳細に説明される。

図１は従来のトラフ式集光装置を示している。 第二集光器配列を有するトラフ式集光装置を示している。 図2aのトラフ式集光装置の横断面を示している。 図2aのトラフ式集光装置の縦断面を示している。 別の実施例による第二集光器配列を有するトラフ式集光装置を示している。 図3aのトラフ式集光装置の横断面を示している。 熱開口を備えたアブソーバチューブを示している。 図４に示したアブソーバチューブの第一実施例の横断面を示している。 図４に示したアブソーバチューブの第二実施例の横断面を示している。 別の実施例によるアブソーバチューブを示している。 図６ａに示したアブソーバチューブの一部分の縦断面図を示している。 さらに別の実施例によるアブソーバチューブを示している。 図７ａに示したアブソーバチューブの一部分の縦断面図を示している。 アブソーバ配列上に設けられた一列又は一列以上の熱開口又は各太陽電池によって決まる受電電力の差に関する図表を示している。

図１は、従来の形式のトラフ式集光装置１を示しており、この集光装置１は圧力セル２を備え、圧力セル２は、クッションの形態を有し、かつ、上側可撓性薄膜３と、図面では隠れている下側可撓性薄膜４とによって形成されている。

薄膜３は、圧力セル２の内部で、集光器薄膜（集光器１０、図２ａ）上に入射する太陽光線５に対して透明であり、太陽光線５は、アブソーバチューブ７に向けて光線６として反射される。アブソーバチューブ７の内部では、熱輸送媒体(heat transporting medium)が循環し、集光装置によって集められた熱を除去する。アブソーバチューブ７は、集光器薄膜の焦線領域においてサポート８によって保持される（集光器１０、図２ａ）。

圧力セル２は、フレーム９でクランプされ、フレーム９は、フレームワーク上に公知の方法で、太陽のデイリーポジション(daily position)に従って傾斜角を変更可能に設けられる。

このような太陽熱収集器は、例えば、国際公開公報ＷＯ２０１０／０３７２４３号及び国際公開公報ＷＯ２００８／０３７１０８号で開示されている。これらの文献は、本明細書に参照文献として明示的に含まれる。

要約すると、図１に示したトラフ式集光装置の放射線軌道(radiation path)が焦線領域を備え、アブソーバチューブが焦線領域の位置に配列されていることが知られている。

本発明は、好ましくは、トラフ式集光装置として構成されたこのタイプの太陽熱収集器、即ち、圧力セルと圧力セル内で広げられた集光器薄膜とを備えた太陽熱収集器で使用されるが、本発明は、これに制限されることは全くなく、例えば、その集光器が非可撓性ミラーで構成されているトラフ式集光装置でも使用され得る。非可撓性ミラーを有する集光装置は、例えば、上述した発電所で使用される。

以下で説明される図面では、各場面において、発明の理解に関係のないトラフ式集光装置の部品は省略されている。これらの省略された部品は、上述した従来技術（圧力セルを備えた集光装置又は非可撓性ミラーを備えた集光装置）に従って構成され、当業者によって容易に決められ得ることを、ここで再度説明しておく。

図２ａは、現在まで知られていないトラフ式集光装置の別の実施例を示している。原理上、図１に示した集光装置１と同じように構成された集光装置１０は、集光器１１とサポート８上に設けられたアブソーバチューブ１２とを備えている。太陽光線５は、集光器１１に入射し、光線６として集光器１１によって反射される。集光器１１の特別な構造のために、光線６によって表される反射放射線のための第一放射線軌道(a first radiation path)が得られる。

一方向に曲げられているだけなので、集光器１１は線形集光器である。線形集光器は、二方向に曲げられたパラボリック集光器に比べて、より簡単に製造することができ、かつ、広い領域を有するという利点を持ち、これにより、フレーム構造のために得られる高い構造的境界条件を必要とせず、太陽の位置に応じて一日中連続的に整列することが要求されることもない。

図面の方向付けのために、矢印１６は縦方向を示し、矢印１７は横方向を示す。従って、集光器１１は、横方向１７に曲げられ、縦方向１６には曲げられていない。

集光器１１の放射線軌道は、必ず、焦線領域を有しなければならない。なぜなら、一方では、太陽の開口角のために、その放射線５は並行には入射しないので、幾何学的に正確な焦線領域内への集光は決して可能ではないからであり、加えて、理論上可能なかぎり近似した焦線に対して、集光器の正確な放射型曲線を手頃なコストで実現することはできないからである。

集光器１１は、この明細書では、（図面が複雑になることを回避するために上述したように省略された）圧力セルと、圧力を維持して制御するためのユニットと、内部で集光器１１が広げられるフレームとから形成されている集光装置１０の第一集光器配列の一部である。上記したように、省略した要素は、当業者に明らかである。

図面では、集光された放射線に対して透明なプレート型光学要素２０が、集光器１１の第一放射線軌道（従って、第一集光器配列の放射線軌道）に配列され、放射線軌道がこれらの要素を通過するようにされている。これらの光学要素２０は、光学要素２０の後で、放射線６が焦点領域で放射線１５として集光されるように、（集光器１１によって反射され）それらに入射した放射線６を屈曲させる。他方、放射線１５によって表された光学要素２０の各々の第二放射線軌道は、焦点領域２１を有する。太陽熱収集器の長さに応じた多数の光学要素２０が図面に示されており、それらの焦点領域が、例えば、二つの光学要素２０で描かれている。

光学要素２０は、第二集光器配列の一部であり、第二集光器配列は、焦線領域の前方にある第一放射線軌道に配列されている。ここでは、例えば、アブソーバチューブ１２上に固定され、その上に光学要素２０が適所に保持されたサポート２２が、第二集光器配列に属している。

この明細書では、アブソーバチューブ１２として構成されたアブソーバ要素が、焦点領域２１の場所に配列され、アブソーバチューブ１２の内部への集光された放射線１５の通路のために、幾つかの、少なくとも一つの熱開口２３を有する。熱開口２３は、アブソーバチューブの長手方向に亘って連続して（一列で）配列される。

図２ｂは、図２ａの集光装置１０を矢印１７方向に横切る横断面図であり、この横断面の中に照射された放射線軌道、即ち、二つの集光器配列の第一及び第二の放射線軌道が示されている。上述したように、発明の理解に必須でないトラフ式集光装置１０の要素は全て、当業者に良く知られているものであり、図面が複雑になることを避けるために省略される。

具体的には、この図面では、二つの反射放射線６，６’によって示されている第一集光器配列（集光器１１）の第一放射線軌道は、アブソーバチューブ１２の場所にある焦線領域２１に向かって集中する。放射線６は光学要素２０を通過し、この図面では、二つの光線１５，１５’によって示されている、その第二放射線軌道は、焦点領域２１に向かって集中する。

第一集光器配列の集光は、横方向（矢印１７）で達成される。

光学要素２０用の支持部材２２（図２ａ）を含む本質的でない構成要素は、図面の複雑化を防止するために、この図では省略されている。

図２ｃは、図２ａに示した集光装置１０の長手方向（矢印１６）断面図を示しており、この長手方向面に照射された放射線軌道、即ち、第一及び第二集光器配列の第一及び第二放射線軌道が示されている。しかし、光学要素２０一つ分の長さの長手方向断面の部分のみが示されている。

（図２ｂにおける）右から左の方向に見たと仮定すると、図２ｃは、集光器１１の左半分の図を示している（図２ｂ）。

具体的には、図面から、反射放射線６，６’によって示された第一集光器配列（集光器１１）の第一放射線軌道が、アブソーバチューブ２３の場所にある焦線領域に向かって進んでいることが分かる。放射線６，６’は光学要素２０を通過し、光学要素によって長手方向１６に屈折され、光学要素２０の（光線１５，１５’で示された）第二放射線軌道は、一つの焦線領域２１に各々向かって集中する。

第二集光器配列の集光は、長手方向（矢印１６）で達成される。

第二集光器配列が、第二放射軌道を持つ少なくとも一つの光学要素２０を備え、少なくとも一つの焦点領域が、少なくとも一つの光学要素２０によって生成される。本発明による配列が、光学要素２０を一つしか持たない小型又は超小型応用物、又は数ダース又は数百の光学要素２０を備えた非常に大きな寸法を有する集光装置における工業用応用物のために実行され得ることに注意すべきである。

図２ｂ及び図２ｃに示すように、図示実施例において、光学要素２０は直線集光器として形成され、その集光方向は、第一集光器配列の直線集光器の集光方向に対して横方向、即ち、垂直方向に進んでいる。

従って、（図２ｂに示された）焦線領域に直交する面に照射される個々の光線の軌道は直線になるが、（図２ｃに示された）焦線領域にある面に照射される個々の光線の軌道は焦点領域２１に向けて反射されるような方法で、光学要素２０の光学的に活性な表面（そこで、光線の屈折が生み出される）は、第一集光器配列（集光器１１）の第一放射線軌道に合致される。

光学要素は、好ましくは、フレネル構造を有し、図２ａ〜２ｃに示すように、板状に構成されることを可能にしている。例えば、板状本体の底面は平坦に構成され、上面に並行なフレネルステップが構成され、ステップは、横方向１７において、相互に平行に伸び、焦点領域が、板状本体の中心の上方に位置するようにされている。

このような設計のフレネルレンズ３０は、個々の特定の場面で、当業者が容易に形成し得る。

また、代りに、各光学要素２０は、アブソーバチューブ１２の下方で横方向に伸び、図２ｂ及び図２ｃに従った屈折を生み出す平行レンズとしても構成され得る。このような方法で構成された光学要素２０は、例えば、鋳造によって形成され得、鋳造工程において、金型が製造され、適当な透明プラスティック材料（又はガラス）が鋳造される。

要約すると、図２ａ〜図２ｃによるトラフ型集光装置の放射線軌道は、直線上に配列された複数の焦点領域を有し、アブソーバチューブは焦点領域の場所に配列される。

図３ａは、その第一集光器配列が、相互に隣接して長手方向に伸びる複数の集光器セクション６１，６２を有する集光器６０を示している。第一集光器配列が、二つだけでなく、４つ、６つ又はそれ以上のこのような集光器セクションを有し得ることに注意するべきである。６つのセクションを有する集光器配列が国際公開公報ＷＯ２０１０／０３７２４３号に開示されている。

光学要素６５，６６の列６３，６４には、各集光器セクション６１，６２が割り当てられ、各光学要素６５，６６には、アブソーバチューブ６９における特有の熱開口６７，６８が割り当てられる。図面が複雑になることを避けるために、光学要素６５，６６用の支持部材及び発明の理解に必須でない他の要素は省略されている。

この配列は、個々の集光器セクション６１，６２の横方向への伸び（矢印１７）が、単一集光器の場合よりも短く、それにより（太陽の開口角が）広い集光器に比べて、小さい焦点領域が達成され得るという利点を有する。これにより、一つしか備えていないが十分に幅が広い集光器の熱開口の領域よりも全域が小さい小型熱開口６７，６８が得られる。

当然、本発明による全ての光学要素６５，６６は、図４〜図５ｂに実施例として示すようにアブソーバチューブ６９上に傾斜可能に配列される。同様に、光学要素６５，６６は、上述したように、例えば、フレネルレンズとして構成することもできる。

従って、それに応じて構成されたアブソーバチューブは、それぞれ、連続して配列された熱開口６７，６８から成る一つだけではなく、二つ又はそれ以上の、その長手方向に亘って伸びる列を有する（図７は二つの列の実施例を示している。）。

図３ｂは、図３ａに比べて僅かに改良した集光装置７０を示しており、この集光装置７０も、二つの集光器セクション７１，７２と、光学要素２０の二つの列７３，７４とを備えている(この点、一般に、前述の国際公開公報WO 2010/037243号に実施例が開示されるように、図面の中で実施例として示された2つのセクションの代わりに2つを超える集光器・セクションを設けることができることが付け加えられ得る。）。各列７３，７４の光学要素２０は、それらに各々割り当てられた集光器セクション７１，７２上に整列させられ、従って、斜めに配列され、一点鎖線７５，７６によって示された傾斜面において、本発明に従って角度調整可能である。配列の能力は、この光学要素２０の整列によって改善される。図面には、さらに、太陽光線８０、集光器セクション７１の第一放射線軌道を表す反射光線８１、及び（制限ミラー５０をバイパスする）第二放射線軌道を表す正確に進む光線８２が示されている。さらに、図面には、好ましいウォークオンストリップ(walk-on strip)８３及び横方向フレーム部材８４及び８５が示されており、前記フレーム部材８４及び８５の間には、集光器セクション７１，７２が架けられている。ストリップ８３の幅は、好ましくは、このストリップだけが、光学要素２０の二つの列７３，７４によって遮られるように選択される。

要約すると、図３ａ及び図３ｂによるトラフ型集光装置の放射線軌道は、複数の焦点領域を有し、前記焦点領域は連続的に配列されて線になり、このような複数の線が相互に平行に配列されている。アブソーバチューブは、焦点領域の場所に配列されている。

図４ａは、アブソーバチューブ２０の好ましい実施例を示している。アブソーバチューブ２０から熱輸送媒体を除去するライン用のコネクタ部材２１が概略的に示されている（アブソーバチューブ２０の他端ではコネクタ部材は隠されている。）。アブソーバチューブ２０の長手方向に亘って伸びるスリット開口２２が示されており、この開口２２は、アブソーバチューブの熱開口の他端を形成し、アブソーバチューブ２０の外面２３を貫通している。）。

図４ｂは、アブソーバチューブ３０の別の好ましい実施例を示しており、複数の熱開口３１，３２を有する。図３ｂの集光装置７０の集光器セクション７１，７２の数に対応した二つの熱開口がある。しかし、例えば、国際公開公報ＷＯ２０１０／０３７２４３号に示された実施例の集光器セクションの数に対応する６つの又はそれ以上の熱開口を設けてもよい。熱開口３１，３２は、アブソーバチューブ３０の長手方向に亘って伸びる。上述したように、熱開口３１，３２の幅の合計は、一つの熱開口の幅より狭い (これは、当然、図３ｂのウォークオンストリップ８３に起因するものではなく、密着したセクションを有する集光器にも適用される。）。

図５ａは、図４のアブソーバチューブ２０の横断面図を示している。断熱領域２５が、ギア面２３から内方に向かって伸び、熱輸送媒体用の輸送通路２６を囲んでいる。輸送通路２６は、アブソーバチューブ２０を通して長手方向に伸び、その端部がコネクタ部材に接続され、熱輸送媒体を運び得る。

断熱領域２５を介して輸送通路２６まで径方向外方に伸びる熱開口は、断熱領域を通過し、ここでは、スリット形状の連結通路２７として形成されている。図面に点線で示された２６’及び２３’は、連結通路２７がない時に存在する、輸送通路２６の壁の軌道と、外面２３の軌道とを示している。結果的に、連結通路２７は断面Ｘ形状の輪郭を有し、図面に示されたポイント３０の場所に絞り２９を有する。連結通路２７は、絞り２９から、図示実施例では、内側と外側の両方向に広がる。

図面は、さらに、トラフ型集光装置１（図１参照）の集光器の放射線軌道を示す光線３０，３１及び３２を示している。光線３０，３１，３２は、ポイント３０の場所で集光器の焦線領域において交差する。

従って、熱開口は、トラフ型集光装置の焦線領域に割り当てられ、外部と輸送通路２６との間のアブソーバチューブ２０の長手方向に亘って伸びるスリット型連結通路２７として形成されており、連結通路２７の内部に熱開口の絞り部２９が配列され、連結通路２７は、ここから、内側及び外側に向かって広がる。

図示されたアブソーバチューブ２０の構造は、例えば、輸送通路２６と外面２３との間に組み込まれる岩綿で形成された任意の厚さの外部断熱を設けることを可能にし、今日使用されているアブソーバチューブに比べて実質的により安価にアブソーバチューブ２０を製造することを可能にする。加えて、本発明によれば、アブソーバチューブ２０の避けることのできない熱放射面の存在（即ち、熱開口の表面、ここでは、その絞り部における連結通路２７の表面）を最小限に抑えることができ、このことは、熱放射が温度の４乗で上昇するので重要である。

図５ｂは、図４に示したアブソーバチューブ３５の第二の好ましい実施例の断面図を示している。連結通路３７の絞り部３６は、アブソーバチューブ３５の外面２３上にある。連結通路３７は内側に向かって広がり、Ｖ型断面を有する。

さらに、図面は、トラフ型集光装置１（図１）の集光器の放射線軌道を表す光線３８及び３９を示している。光線３８及び３９は、ポイント４０の場所で集光器の焦線領域において交差する。

図面に示した実施例は、図５ａの実施例の前記利点を有し、また、製造も簡単である。

不図示のさらに別の実施例では、連結通路の絞り部は、断熱領域の内側に位置する。連結通路は、内側に向けて狭くなり、焦線領域が断熱領域の内側に位置する。これは、図５ａに示した形状とは逆の形状であり、連結通路は、Ａ型断面を有する。

図６ａは、トラフ型集光装置１０（図２ａ）に適した複数の熱開口５１から成る列を備えたアブソーバチューブ５０を示しており、アブソーバチューブ５０における熱開口は、光学要素２０の各焦点領域に割り当てられている。

アブソーバチューブ４０の長手方向断面では、各熱開口（ここでは、これらはＶ型に開口する連結通路５１として形成されている。）が、断熱領域２５によって、隣接する熱開口から分離されていることが分かる。絞り部５１は、アブソーバチューブ５０の外面２３上にある。光線５２，５３は、ここでは、図示連結通路５１に割り当てられた光学要素２０の第二放射線軌道を表している（図２ａ）。

横方向において、連結通路５１は、図５ｂに示すような形状（Ｖ字形状）を有する。

選択的に、各連結通路は、図５ａの図面と同様に、縦断面及び横断面においてＸ形状であり得、また、（絞り部が断熱領域の内側にある）Ａ形状であり得る。

図７ａは、図３ａ又は図３ｂに示したトラフ型集光装置６０又は７０に適したアブソーバチューブ１００を示している。このアブソーバチューブ１００は、ここでは、連結通路１０３として形成された複数の熱開口の二つの列１０１及び１０２を有する。連結通路１０３の各々は、焦点領域７８（図３ａ）、又は個々の光学要素２０（図３ａ及び図３ｂ）の焦点領域に割り当てられている。

図７ｂは、アブソーバチューブ１００の、隣接して配列された二つの連結通路１０３及び１０３’の場所での横断面を示している。光線１０５及び１０６が示されており、これらの光線は、集光器セクション７１（図３ｂ）に割り当てられた光学要素２０の第二放射線軌道を表している。他方、光線１０７及び１０８は、集光器セクション７２に割り当てられた光学要素の第二放射線軌道を表している。

絞り部１１０及び１１は、アブソーバチューブ１００の外面、即ち、外壁２３に配列され、欧断面においてＶ型（又はＸ型、又はＡ型）である。長手方向断面において、連結通路は、好ましくは、図６ｂによる連結通路５１の形状を有する。

図７ｂのアブソーバチューブ１００の横断面は、図４ｂのアブソーバチューブ３００の横断面に対応しており、従って、関連する符号を付したアブソーバチューブ３０の断面に対する特別な図面ではない。

好ましくは、連結通路の内壁の少なくとも幾つかの部分は、入射する集光放射線を輸送通路に向けて反射するように、形成されている。トラフ型集光装置の集光器の配列に欠陥のある配列があることが原因で、又は、太陽の開口角が原因で、放射線が、想定される集束で、焦線又は焦点領域を横切らないが、焦点領域の外側を通過する場合に、この構造は利点になる。その後、このような「不完全な」放射線は、輸送通路２６内で反射され、断熱領域25に吸収されない。

他方、入射する放射線の完全な開口角を有さないままに、絞り部の後ろに連結通路を形成し、反射壁を使用することによってこれを補償することも可能である。本発明による焦点領域は、絞り部にあり、その結果、熱開口を通して外部に向かう集光器の熱放射は最小限にされる。

この点、複数の熱開口から成る本発明による配列が、図４ａ〜図７ｂに本発明による絞り部と共に開示されているが、複数の熱開口又は絞り部は、お互いに独立して達成され得、その場合、組合せによる効果なしに、それぞれの利点が生じることになる。

最後に、図８は、図４ａのアブソーバチューブ２０と図４ｂのアブソーバチューブ３０との間の比較図を示している。Ａはアブソーバチューブ２０のスリット開口２２の幅を示し、Ｂはアブソーバチューブ３０の二つのスリット開口３１，３２の幅を示している。同じ集光器がアブソーバチューブ２０及び３０の両方に割り当てられ、スリット開口２２を備えたアブソーバチューブ２０は集光器全体の焦線領域に配列され、スリット開口３０，３１は、それぞれ、この集光器の半分に割り当てられ、即ち、この半分の焦線領域に各々割り当てられる。

Ａ及びＢの示された幅全体に亘る曲線は、集められた放射線を介して対応するスリット開口２２又は３０，３１によって吸収された電力を示している。

アブソーバチューブ３０と比較したアブソーバチューブ２０によって吸収された電力の差は、陰領域と二つのドット領域との間の差に対応する。ドット領域は、陰領域と同じサイズか、又はそれより僅かに大きい。その結果、二つの小さい幅のスリット開口３１，３１を備えた集光器３０の電力取り込みは、一つだけのスリット開口２２を備えた集光器２０の電力取り込みと同じか、または、それより僅かに大きくなる。

この効果は、太陽の開口角に起因し、それにより、集光器で反射した放射線は、必然的に、集光器のエッジ領域の距離の増加と共に効果が高くなる焦線領域内で散乱される。

要するに、アブソーバチューブの効率、そして従って、本発明による集光装置の効率は、三つのステップで改善され得る。

一方では、熱開口（又は輸送通路２６に関する連結通路２７の開放断面領域）は、従来のトラフ型集光器の焦線領域の寸法まで縮小された、絞り部まで最小化される。

その後、熱開口は、複数の小さな開口に分割され、その小さな開口の総面積は、単一の熱開口の面積より小さい。これは、トラフ型集光器の焦線領域を焦点領域に分割する第二集光器配列を利用することにより可能になる。

最終的に、アブソーバチューブの長さ方向に亘って配列された従来の熱開口は、幅が小さい複数の熱開口に分割され、小さい幅の熱開口の各々が、集光器セクションに割り当てられる。同時に、アブソーバチューブ内への同じ熱入力が、単一熱開口の場合と同様に、より小さい総面積をもつ熱開口によって達成される。加えて、これらの熱開口には、絞り部が設けられ得る。

Claims (23)

1. 焦点領域及び焦点領域に配列されたアブソーバチューブを備え、
   前記アブソーバチューブが、その外面から内方に伸びる断熱領域を有し、アブソーバチューブを通して長手方向に伸びる熱輸送媒体用の輸送通路を囲み、断熱領域を通して輸送通路まで、外側から径方向に伸びる少なくとも一つの熱開口によって貫通された
   トラフ型集光装置であって、
   通過する放射線用の少なくとも一つの熱開口が絞り部を有し、
   焦点領域が、前記絞り部にある
   ことを特徴とするトラフ型集光装置。
2. 実質的に、熱開口の中に入り、焦点領域の後ろで再び分散する全放射線が、輸送通路に直接達し得るような方法で、熱開口が、絞り部の後ろで、連続的に内方に向けて拡大する
   ことを特徴とする請求項１に記載のトラフ型集光装置。
3. 熱開口が、アブソーバチューブの外面から輸送通路まで伸びる連結通路として形成され、
   連結通路が、絞り部の後ろ側で連続的に内方に向けて広がり、好ましくは、反射壁によって構成され、焦点領域の後ろで再び分散する放射線が、実質的に反射壁で吸収されることなく、完全に、輸送通路に達するようにされている
   ことを特徴とする請求項１に記載のトラフ型集光装置。
4. 一つ又は複数の焦線領域を有し、
   各焦線領域が、外部と輸送通路との間でアブソーバチューブの長手方向に亘って伸びるスリット型連結通路として構成された熱開口に割り当てられ、
   各熱開口の絞り部が、好ましくは、アブソーバチューブの外面上にあり、
   連結通路が内側に向けて広がる
   ことを特徴とする請求項１に記載のトラフ型集光装置。
5. 一つ又は複数の焦線領域を有し、
   各焦線領域が、外部と輸送通路との間でアブソーバチューブの長手方向に亘って伸びるスリット型連結通路として構成された少なくとも一つの熱開口に割り当てられ、
   各熱開口の絞り部が、連結通路の内側に配列され、
   連結通路が内側及び外側の両方に向けて広がるか又は、各熱開口の絞り部が断熱領域の内側に配列されるようにした
   ことを特徴とする請求項１に記載のトラフ型集光装置。
6. 相互に隣接して配列される複数の焦点領域から成る複数の列を有し、
   各焦点が、断熱領域によって他の熱開口から分離された連結通路として構成された単一の熱開口に割り当てられ、その絞り部が、好ましくは、アブソーバチューブの外面にある
   ことを特徴とする請求項１に記載のトラフ型集光装置。
7. 相互に隣接して配列される複数の焦点領域から成る複数の列を有し、
   各焦点が、断熱領域によって他の熱開口から分離された連結通路として構成された単一の熱開口に割り当てられ、その絞り部が連結通路の内側にあり、
   連結通路が、ここから、内側及び外側の両方に向けて広がるか、又は、その絞り部が断熱領域の内側に位置する
   ことを特徴とする請求項１に記載のトラフ型集光装置。
8. 連結通路の内壁の少なくとも幾つかのセクションが、入射した集光放射線を輸送通路に向けて反射するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のトラフ型集光装置。
9. その外面から内側に向かって伸びる断熱領域を有し、アブソーバチューブを通して長手方向に伸びる熱輸送媒体用の輸送通路を囲み、断熱領域を介して外側から輸送通路まで径方向に伸びる少なくとも一つの熱開口によって貫通されたトラフ型集光装置のアブソーバチューブであって、
   放射線通過用の少なくとも一つの熱開口が、絞り部を有し、ここから広がる
   ことを特徴とするアブソーバチューブ。
10. 少なくとも一つの熱開口が、アブソーバチューブの長手方向に亘って伸びるスリット型連結通路として構成され、
    その絞り部が、アブソーバチューブの外面上に配列されている
    ことを特徴とする請求項９に記載のアブソーバチューブ。
11. 少なくとも一つの熱開口が、アブソーバチューブの長手方向に亘って伸びるスリット型連結通路として構成され、
    その絞り部が、その内部に配列され、
    連結通路が、ここから内側及び外側の両方向に広がる
    ことを特徴とする請求項９に記載のアブソーバチューブ。
12. アブソーバチューブの長手方向に亘って一列に連続的に配列された複数の熱開口が設けられ、前記熱開口が、断熱領域によって分離されている
    ことを特徴とする請求項９に記載のアブソーバチューブ。
13. 熱開口の複数の列が、相互に平行に設けられている
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のアブソーバチューブ。
14. 各熱開口が、外面から内側に向かって伸びる連結通路として構成され、その絞り部が外面上に位置し、内側に向かって広がる
    ことを特徴とする請求項９〜１３の何れか一項に記載のアブソーバチューブ。
15. 各熱開口が、外面から内側に向かって伸びる連結通路として構成され、その絞り部が、その内側に配列され、
    連結通路が、ここから、内側と外側の両方に向かって広がる
    ことを特徴とする請求項９〜１４の何れか一項に記載のアブソーバチューブ。
16. 連結通路の内壁の少なくとも幾つかのセクションが、入射した集光放射線を輸送通路に向けて反射するように構成されている
    ことを特徴とする請求項９〜１５の何れか一項に記載のアブソーバチューブ。
17. 反射セクションが、合成パラボリック集光器として構成されている
    ことを特徴とする請求項１６に記載のアブソーバチューブ。
18. 相互に平行に伸びる複数のセクションに分割された線形集光器を備えたトラフ型集光装置において、
    その外面から内側に向かって伸びる断熱領域を有するアブソーバチューブを有し、
    前記アブソーバチューブが、
    長手方向に伸びる熱輸送媒体用の輸送通路を囲み、
    線形集光器の各セクションに対して、少なくとも一つの熱開口を有し、
    セクション毎に少なくとも一つの開口が、相互に隣接して伸び、アブソーバチューブの長さ方向に亘って伸び、
    各セクションに対して、連続して配列された熱開口から成る列が設けられる
    ことを特徴とするトラフ型集光装置。
19. 熱開口が、アブソータチューブの外面から輸送通路の中まで伸びる連結通路として構成され、
    連結通路が、断熱領域によって相互に分離されている
    ことを特徴とする請求項１８に記載のトラフ型集光装置。
20. その外面から内側に向けて伸びる断熱領域を有し、長手方向に伸びる熱輸送媒体用の輸送通路を囲むトラフ型集光装置用アブソーバチューブにおいて、
    相互に平行に伸び、かつ、アブソーバチューブの長手方向に亘って伸びる複数の熱開口、又は、
    アブソーバチューブの長さ方向に亘って伸び、各々が複数の熱開口を連続して配列して形成されている複数の列
    によって特徴付けられるトラフ型集光装置用アブソーバチューブ。
21. 熱開口が、アブソーバチューブの外面から輸送通路の中に伸びる連結通路として構成され、
    連結通路が、断熱領域によって相互に分離されている
    ことを特徴とする請求項１７に記載のアブソーバチューブ。
22. 二つ、好ましくは四つ、さらに好ましくは六つの熱開口又は熱開口から成る列が設けられる
    ことを特徴とする請求１７に記載のアブソーバチューブ。
23. 熱開口が太陽電池用の取り付け具として形成されている
    ことを特徴とする請求項１〜２２の何れか一項に記載のトラフ型集光装置。

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