JP2014505850A - 真空太陽熱パネルの排出サイクルを実行する方法 - Google Patents

Abstract

本願は、パネル全体を少なくとも１つのパネル構成材によって維持可能な最大温度（Ｔｍ）まで加熱する段階を含む、真空太陽熱パネルの排出サイクルを実行する方法に関する。本発明によれば、最大温度（Ｔｍ）よりも高い第２の温度（Ｔｈ）で実行される一部の選択されたパネル構成材の選択加熱段階である更なる加熱段階が予見される。
【選択図】図１

Description

本発明は真空太陽熱パネルの排出サイクルを実行する方法に関する。

既知のように、真空太陽熱パネルは少なくとも、可視太陽放射に対して透過性のガラス板とともに平面真空気密外囲器を含む。真空外囲器の内部には、熱吸収体と熱吸収体に接続された外囲器を出入りするパイプとが配置される。

このため、太陽放射がガラス板を通って真空外囲器へと入り、熱吸収体によって吸収され、熱へと変換される。変換された熱はパイプ、及びパイプ内を流れる伝熱流体へと伝達される。

真空は、熱が対流によって外部環境へと放出されるのを防ぐために、熱吸収体と熱吸収体に接続されたパイプの一部とを内包する外囲器の内部で維持される。

既知のタイプの真空太陽熱パネルは例えば同一出願人の特許文献１に記載されている。更に特許文献２により排気可能なフラットパネル太陽熱集熱器も知られている。

真空太陽熱パネルは、好適なゲッターポンプを用いて数年間にわたって内圧を要求されるレベルに維持するために、その内部表面からのガス放出を制限することが必要とされることが知られている。

より具体的には、ガス放出は排出サイクルを用いることで低減され、ここでは内部表面からのガスの脱離を促進するエネルギーを供給するためにパネル温度が増大しており、パネルがこのようなガスを排出するための真空ポンプに接続されている。

排出サイクル期間及び内部表面のガス放出の最終レベルは、排出サイクル中にパネルにより達する最大温度に密接に関連している。

このような排出サイクルの最大温度は、パネルの内部の圧力を大幅に増大させ、及び／又はパネルに接続されたゲッターポンプの圧送能力を低減する場合があるガス放出の更なるバーストを避けるために通常の運用時にパネルのいずれかの部分により達する最大温度よりも高くすべきである。吸収されるガス量に応じた圧送速度の低減が各タイプのゲッターポンプにおいて知られている。

特に、パネルの熱吸収体によって排出サイクル中に達する最大温度は、パネルの熱吸収体によって停滞（stagnation）下で（すなわちパネルが最大太陽放射照度に曝され、パネルに接続されたパイプ内において液体流動のない場合に）達する最大温度よりも高いとされる。高品質の真空太陽熱パネルでは、このような最大温度は３００℃を超え得ることが知られている。

真空太陽熱パネルの排出サイクルを実行し、その内部表面をガス放出するための既知の方法では、パネルが真空ポンプに取り付けられるとともに、オーブンに挿入され、そこで様々なパネル構成材に対する構造的限界を超えないように注意しながら、その温度を慎重に増大させる必要がある。

パネルを具現するガラス金属封止部の構成要素は多くの場合、上記の排出サイクル、ひいてはパネルの内部表面のガス放出を可能にする最大温度を制限することが実証され得る。特に、このような封止部に用いられる材料の固相線温度又は軟化温度は、これらの封止部が既に大気圧及び構成材料の熱膨張差の双方に起因して、構造的応力及び変形の影響を強く受けていることから、取り組まれることがないような究極の制限を課している。

特許文献１によれば、排気プロセスは２００℃を超える温度で実行される。このようなプロセスでは最大温度がガラス金属封止部に用いられるフリットガラスの転移温度により制限される。転移温度はガラス質タイプでは３２０℃にほぼ近い。このような場合では、２７０℃の最大排出温度が使用される（原則としては、転移温度より５０℃低い温度まで達することができる）。しかしながら、パネル停滞の際に高真空に内包された高選択性太陽熱吸収体により達する最大温度が容易に３００℃を超えることがあることを考慮すると、記載の排出サイクルは太陽熱吸収体がパネル運用時に達し得る最大温度を超えることはなく、このことにより部分的かつ不完全なパネルのガス放出が起こる。

更に特許文献２において、記載の排出プロセスの最大排出温度は、一般的には鉛又は鉛合金であるガラス金属封止部に使用される軟質金属リボンの固相線温度によって制限され、特別な合金を用いなければ、パネル停滞の際に高真空に内包された高選択性太陽熱吸収体により達する最大温度を超えることはできない。

これらの既知の方法によれば、このため、パネルの停滞によって、パネルの内圧の増大及び／又はパネルに接続されたゲッターポンプの圧送能力の低減によって観察されるようにパネルの性能に影響を与える望ましくない更なるガス放出が生じる。

国際公開第２０１０／００３６５３号 国際公開第２００５／０７５９００号

本発明の根底にある技術的課題は、パネル停滞中に起こるパネルの内部表面のガス放出が所望のレベルに維持されることを保証する、真空太陽熱パネルの排出サイクルを実行する方法を提供することであり、これによって従来技術によって実現される方法に依然として影響を与えている制限が克服される。

本発明の根底にある解決策は、一部の選択された構成材の温度をパネルの真空外囲器よりも高い温度に保つ、真空太陽熱パネルの排出サイクルを実行することであり、この温度差はこのような選択された構成材の選択加熱によって得られる。

このような解決策に基づき、技術的課題は、パネル全体を少なくとも１つのパネル構成材によって維持可能な最大温度まで加熱する段階を含む、真空太陽熱パネルの排出サイクルを実行する方法であって、該最大温度よりも大きい第２の温度で実行される一部の選択されたパネル構成材の選択加熱段階である更なる加熱段階を含むことを特徴とする、真空太陽熱パネルの排出サイクルを実行する方法によって解決される。

有益には、上記第２の温度は上記選択された構成材によって維持可能である。

また、上記第２の温度は２５０℃〜５５０℃の範囲で選択される。

選択加熱段階を上記第１の加熱段階と同時に実行する。

選択加熱段階は上記パネルに組み込まれる太陽熱吸収体を伴う。

また、選択加熱段階は上記パネルの照射を含む。

さらに、選択加熱段階は上記パネルの照射、例えば可視域での電磁放射による照射を含む。

代替的には、選択加熱段階は上記パネルの照射、例えば無線周波数の電磁放射による照射を含む。

有益には、パネル全体の第１の加熱段階を上記最大温度までオーブン内で実行する。

本発明による真空太陽熱パネルの排出サイクルを実行する方法の特徴及び利点は以下の記載から明らかであろう。

既知の方法を用いて本出願人によって行われた実験の結果を概略的に示す図である。 本発明の方法を用いて本出願人によって行われた実験の結果を概略的に示す図である。

本発明は、一部の選択された構成材の温度が該選択された構成材の選択加熱によってパネルの真空外囲器よりも高い温度に維持される、真空太陽熱パネルの排出サイクルを実行する方法に関する。特に本発明の好ましい実施形態では、選択された構成材はパネルに含まれる太陽熱吸収体である。

より具体的には、本方法は少なくとも１つの構成材、すなわち真空外囲器の構成材料の少なくとも１つによって維持可能な所定の最大温度Ｔｍまでのパネル全体の第１の加熱段階を含む。

この第１の加熱段階では、パネル全体をオーブン内で加熱する。

本発明の一態様によれば、本方法は更に、パネルの構成材料の少なくとも１つによって維持可能な最大温度Ｔｍよりも高いが同じパネルの選択された構成材のみで維持可能な第２の温度Ｔｈで実行される、パネルの一部の選択された構成材の第２の加熱段階、特に選択加熱段階を含む。この第２の温度Ｔｈは２５０℃〜５５０℃の範囲である。

本発明の好ましい態様によれば、選択加熱段階はパネルに組み込まれる太陽熱吸収体を伴う。

また、本発明の別の態様によれば、選択加熱段階を第１の加熱段階と同時に実行する。

特に、太陽熱吸収体の選択加熱は、パネルの真空外囲器の透明なガラス板を通過し、太陽熱吸収体の選択的なコーティングにより吸収され、太陽熱吸収体の温度を増大させる、可視光によるオーブン内部の照射によって達成される。

代替的には、太陽熱吸収体の選択加熱は、パネルの真空外囲器の電気絶縁ガラス板を通過し、太陽熱吸収体の一部である選択的な金属シートにおいて電流を誘導し、太陽熱吸収体の温度を増大させる、無線周波数の電磁放射による照射によって達成される。

可視光及び／又はＲＦ電磁放射の使用は本発明による方法の選択加熱段階を達成するためのほんの一例にすぎない。

このようにして、パネルのより良好なガス放出が得られる。したがって、本発明による真空太陽熱パネルに対して排出サイクルを実行する方法によって、真空外囲器の構成材料によって維持可能な最大温度よりも高い温度での長期停滞の際でも内部が高真空であり、そのため、良好な性能を有するソーラーパネルを得ることが可能となる。

本発明の方法によって得られるガス放出の低減は特にパネルに含まれる太陽熱吸収体に関連するものである。

図１の図面では、１０００Ｗ／ｍ^２の太陽放射照度で停滞下に置き、３００℃の温度に達するパネルの高選択性太陽熱吸収体のガス放出に起因する圧力の増大が報告されている。特に、太陽熱吸収体は２７０℃の温度Ｔｍでのパネル全体による全体加熱段階に供され、全体排出プロセスは従来技術に関して記載されるように提供される。このため、この図面の第１のピークは先に説明された不完全な排出プロセスに起因する更なるガス放出に相当する。

図２の図面では、１０００Ｗ／ｍ^２の太陽放射照度で停滞下に置き、３００℃の温度に達する高選択性太陽熱吸収体のガス放出に起因する圧力の増大が報告されている。この場合、太陽熱吸収体は２７０℃の温度Ｔｍでのパネル全体による全体加熱段階（オーブン内）と、オーブン内部の可視光照射による３２５℃（吸収体のみに関する）の温度Ｔｈでの選択加熱（付随する局所排出プロセスを伴う）と、に同時に供する。このため、選択加熱を実施することにより、太陽熱吸収体のこのようにして得られるより完全な排出に起因して大きなガス放出ピークが観察されないことに注目されたい。

これらの報告が本発明の方法を用いて本出願人によって行われた実験の結果である。

本質的には、本発明の方法を用いて、太陽熱吸収体の停滞温度を優に超える排出サイクル中の最大温度に達し、太陽熱吸収体のガス放出を低減することが可能となる。ひいては、これによってゲッターポンプの圧送能力が保たれ、したがってパネル寿命が延長し及び／又は要求されるゲッター材料の量が低減する。

当然のことながら、当業者であれば、二次的な（incidental）要求及び特定の要求を満たすことを目的として、全て添付の特許請求の範囲により規定される本発明の保護範囲内において上記の方法に対して幾つかの変更を加えるであろう。

Claims (9)

1. 少なくとも１つのパネル構成材によって維持可能な最大温度（Ｔｍ）までパネル全体を加熱する段階を含む、脱離ガスを排出するための真空ポンプに接続された真空太陽熱パネルの排出サイクルを実行する方法であって、
   更なる加熱段階として、該最大温度（Ｔｍ）よりも高い第２の温度（Ｔｈ）で実行される、一部の選択されたパネル構成材の選択的加熱段階を含むことを特徴とする、方法。
2. 前記第２の温度（Ｔｈ）が前記選択された構成材によって維持可能であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の温度（Ｔｈ）が２５０℃〜５５０℃であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記選択加熱段階を前記第１の加熱段階と同時に実行することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記選択加熱段階が前記パネルに含まれる太陽熱吸収体を伴うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記選択加熱段階が前記パネルの照射を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記パネルの前記照射を可視域での電磁放射によって実行することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記パネルの前記照射を無線周波数の電磁放射によって実行することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. パネル全体の前記第１の加熱段階を前記最大温度（Ｔｍ）までオーブン内で実行することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。

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