JP2016080346A - 太陽熱集熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】設置性に優れた太陽熱集熱器を提供する。【解決手段】熱輸送流体のための熱輸送チャネルを有し、日射を吸収する吸収器２１０と、入口孔部及び出口孔部を有し、前記集熱器を囲う集熱器フレーム２２０と、前記熱輸送チャネル及び他の熱輸送チャネルを、前記入口及び出口孔部を介して接続する液圧接続チューブ２３０、２３２とを有する太陽熱集熱器２００において、チューブの少なくとも一部は前記集熱器の内部に設置されており、チューブのうちの少なくとも１つは集熱器の内部にフレキシブルな部位を有する。【選択図】図２ａ

Description

本出願は、概ね太陽熱集熱器に関する。

最大限の寸法が何メートルもの大面積の太陽熱集熱器が設置エリアに設置されている。隣接する集熱器は列を形成し、前記設置エリアは多くの集熱器の列が隣接して成る。
自立式集熱器のそれぞれは、典型的には２つの設置支持手段によって設置されており、各支持体は鉛直の支持パイルと傾斜した支持パイルとを有する。鉛直及び傾斜パイルの下端は、コンクリート基礎に固定されているか、地面に埋設されている。これらパイルの上端は、基礎とパイルとが三角形を形成するように互いに固定されている。鉛直パイルは集熱器の上縁を持ち上げ、傾斜パイルは集熱器の背面を支持する。集熱器の背面が傾斜パイル上に乗って該集熱器に所望の角度を提供する。

集熱器は、支持体上の所定位置に直接持ち上げられ、傾斜パイルが各集熱器の側部から通常約１／４のところに位置して該パイルと固定されるように、地面上に配置される。支持体はハイペースで設置されるから、クレーン車が支持体間を移動することは困難であり、支持体上に集熱器を配置するには特別の注意及び作業を要する。
隣接して配置された集熱器は、１８０度折り曲げたフレキシブルな金属ホースを用いる角部−角部結合によって互いに結合される。ホースの特徴及び集熱器のアラインメント許容量のため、集熱器間の最小空隙は約１５０〜２００ｍｍである。ホースは熱膨張時の外部緩衝となるが、ホースは専用の外部ホース絶縁及び保護材料を必要とする。

本発明の目的の１つは、上述の不利益を解消し、太陽熱集熱器を提供することである。

本発明の目的の１つは、請求項１の太陽熱集熱器及び請求項８の方法の提供によって達成される。
本発明のある実施形態は、熱輸送流体のための熱輸送チャネルを有し、日射を吸収する吸収器と、
入口孔部及び出口孔部を有し、前記集熱器を囲う集熱器フレームと、
前記熱輸送チャネル及び他の熱輸送チャネルを、前記入口及び出口孔部を介して接続する液圧（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ）接続チューブと
を有する太陽熱集熱器に関する。前記チューブの少なくとも一部は前記集熱器の内部に設置されており、そして前記チューブのうちの少なくとも１つは前記集熱器の内部にフレキシブルな部位を有する。

「液圧接続チューブ」の語は、太陽熱集熱器に使用される熱輸送流体を輸送するために使用可能な、例えば、チューブ、ホース、又はその他の中空の長形要素（体）であることのできる液圧接続手段を指す。該手段は、例えば、少なくとも１つの中空材料で製造されている。前記中空材料は、金属、プラスチック、及びゴムである。

本発明のある実施形態は、
熱輸送流体のための熱輸送チャネルを有し、日射を吸収する吸収器と、
入口孔部及び出口孔部を有し、前記集熱器を囲う集熱器フレームと
を有する太陽熱集熱器を接続する方法である。該方法は、
液圧接続チューブの少なくとも一部が前記集熱器の内部に設置され、且つ、前記チューブのうちの少なくとも１つが前記集熱器の内部にフレキシブルな部分を有するときに、
前記熱輸送チャネルと他の熱輸送チャネルとを、前記入口及び出口孔部を介して前記チューブ手段によって接続する工程を含む。
本発明のその他の実施形態は、従属請求項によって定義される。

「有する」の動詞は、本明細書において、記載されていない特徴の存在を排除せず、これを必須ともしない、開放的規定として使用される。「含む」及び「持つ」の動詞は有すると同様に定義される。
ここで使用される「ある」、「１つの」及び「少なくとも１つの」の語は、１つ又は１つを超えるとして定義され、「複数」の語は２つ又は２つを超えるとして定義される。
ここで使用される「他の」の語は、少なくとも第２又はそれを超えるとして定義される。
「又は」の語は、文脈が他の意味を明確に規定しない限り、一般に「及び／又は」の意味を含むものとして使用される。
上記に定義した動詞及び語については、特許請求の範囲又は本明細書の他の箇所において異なる定義が記載されていない限り、上記の定義が適用されるべきである。

最後に、従属請求項に記載された特徴は、明白な特記がない限り、相互に自由に結合可能である。
本発明の実施態様を、添付の図面を参照しながら説明する。

図１ａは、Ｔ型の据付支持体、及び据付中の太陽熱集熱器の前記支持体に沿ったスライディングを示す。 図１ｂは、Ｔ型の据付支持体、及び据付中の太陽熱集熱器の前記支持体に沿ったスライディングを示す。 図１ｃは、Ｔ型の据付支持体、及び据付中の太陽熱集熱器の前記支持体に沿ったスライディングを示す。 図１ｄは、Ｔ型の据付支持体、及び据付中の太陽熱集熱器の前記支持体に沿ったスライディングを示す。 図１ｅは、Ｔ型の据付支持体、及び据付中の太陽熱集熱器の前記支持体に沿ったスライディングを示す。 図２ａは、フレキシブルな液圧接続チューブを示す。 図２ｂは、フレキシブルな液圧接続チューブを示す。 図２ｃは、フレキシブルな液圧接続チューブを示す。

図１ａは、地面又はその他のどこかに、下部（第１の）及び上部（第２の）Ｔ型据付支持体１００手段によって据え付けられた、隣接する２つの大面積太陽熱集熱器１１０ａ及び１１０ｂを示す。Ｔ型据付支持体１００は、集熱器１１０ａ、１１０ｂに対して向上された機械的支持を提供する。
下部支持体１００は集熱器１１０ａ、１１０ｂの下側部分１１６ａ、１１６ｂを支持するように構成されており、該集熱器用の上部支持体１００は上側部分１１８ａ、１１８ｂを支持するように構成されている。
支持体１００の使用は、集熱器１１０ａ、１１０ｂのそれぞれの反対側に配置するために必要な支持体の数を減少させ、その結果、各支持体１００を隣接する２つの集熱器で共有することが可能となる。

図１ｂは、据付支持体１００の詳細を示す。据付支持体１００は、例えばステンレス又は亜鉛メッキ鋼部品等の金属部品１２０、１３０、１４０から製造されることができる。
支持体１００は、Ｃ型、Ｉ型、又は他のタイプの鉛直支持部１２０を有する。この鉛直支持部１２０は、下端部１２２及び上端部１２４を有する。下端部１２２は、地面又は据付基礎、例えばコンクリート又は金属の基礎、中に埋設するように構成されている。
支持体１００は、上端部１２４に取付けられた傾斜部１３０を更に有する。これは、Ｔ型の支持体１００を形成するためにＣ型、Ｉ型、又は他のタイプの水平支持部１４０が取付けられた傾斜表面１３２を有する。部位１４０を支持するために、部位１２０を１つよりも多く使用することも可能である。

図１ｃは、支持体１００上に据え付けられた１つの集熱器１１０ｂを示す。支持体１００は、例えば２つの集熱器１００、１００ｂを支持する例えば共有の支持体であってもよい。
部位１４０は、集熱器１１０ａ、１１０ｂを図１ｅのように据え付けるために、集熱器１１０ａ、１１０ｂを支持し、支持された（図１ｄに示したように、支持体１００上に持ち上げられた後の）集熱器の１つ１１０ａが、部位１４０に沿って水平方向に、例えば支持された集熱器１１０ｂに向かってスライドできるように構成されている。据え付けられた集熱器１１０ａ、１１０ｂは、傾斜表面１３２に従って傾斜している。

支持されて配置された集熱器１１０ａ、１１０ｂは、図２ａ〜２ｃに示した液圧接続手段によって互いに接続される。
実質的にフレキシブルな液圧接続により、例えば約２０〜４０ｍｍの非常に短い集熱器−集熱器据付距離が可能となり、共有支持体１００とともに例えば約５０％の顕著なパイル数の減少をもたらす。

支持された集熱器１００ａ、１００ｂは、例えば少なくとも１つの長径孔等の少なくとも１つの据付孔１４２を有する部位１４０に、例えば、例えばＬ型スチールプレート(（ブラケット）等の取付支持部（取付ブラケット）１５０と、各支持部１５０に対してスクリュー−ナットの組み合わせと、有する取付手段１５０によって取付けられる。
支持部１５０は、支持された集熱器１１０ａ、１１０ｂの背面側１１２ａ、１１２ｂ（例えば集熱器フレーム１１１のサイドフレーム（サイドウォール）上）に設置され、スクリュー−ナットの組み合わせによって孔１４２を介して取付けられる。長径孔１４２及びスクリュー−ナット取付により、該スクリュー−ナットにある程度のテンションが加えられた後であっても支持された集熱器１１０ａ、１１０ｂをスライドすることが可能となり、例えば集熱器１１０ａ、１１０ｂをいくらか拡充することが可能となる。支持部１５０は、支持された集熱器１１０ａ、１１０ｂの傾斜方向の動きを抑制する。

Ｔ型支持体１００は、例えば可変範囲の大きいブラケットが不要であるため、列内において隣接する集熱器１００ａ、１１０ｂ間の良好な整列状態を担保する。
支持体１００は更に、地面上における高さプロファイルが滑らかに追従する集熱器の列を容易に形成可能であるとき、視覚上良好な外観を提供する。
複数の集熱器１００ａ、１００ｂの集熱器列は更に、実際問題として、１つの長い集熱器表面のように見える。このことは、特にクリーニングが自動化されている場合、集熱器のガラスクリーニングを容易化する。

図２ａは、例えば地域熱供給システムに用いることが可能な大面積太陽熱集熱器２００の背面２０２を示す。
集熱器２００は日射を吸収するための吸収器２１０を有する。吸収器２１０は、熱輸送流体のための熱輸送チャネルを有し、これは−集熱器２００のいくつかの他の部分とともに−集熱器フレーム２２０によって囲われている。熱輸送チャネルは、集熱器２００の内部に内部入口（内部注入口）及び内部出口（内部排出口）を有する。

フレーム２２０は、熱輸送チャネルと他の熱輸送チャネルとの間の液圧接続２３０、２３３を可能化する入口孔（注入孔）及び出口孔（排出孔）を有する。フレーム２２０中の入口及び出口孔は、整列していてもよいし、吸収器２１０上の内部入口及び出口がずれていてもよい。入口及び出口孔は例えばフレーム２２０のサイドフレーム（サイドウォール）２２２ａ、２２２ｂの中ほどに設置することができ、内部入口及び出口は図２ａ〜２ｃに示したように例えばフレーム２２０のコーナーに設置することができる。
集熱器２２０は、実質的な外部接続を有さず、従って液圧接続２３０、２３２に隣接する背後の集熱器列において日陰の影響がなく、作業効率／生産性が向上される。

更に、実質的な外部接続が存在しないから荒天条件下における集熱器列への風圧負荷が低減され、機械的支持システムの要件が緩和される。
更に、設備の最高部位がトップフレーム（トップウォール）２２４となって風景との調和が容易となり、新規なソーラーフィールドへの同意が促進される。
更に、このオフセットは、液圧接続２３０、２３２（入口及び出口孔）を集熱器のコーナー近傍に設置する必要性を排除し、内部入口及び出口を吸収器２１０の上部コーナーに維持したときのコーナーの機械的脆弱性が減少される。このことは、吸収器２１０を充填する際に空気が取り込まれるとｎ問題を生じない。

更に、液圧接続２３０、２３２の地上からの高さが約２ｍから約１．５ｍに減少されており、通常の人が容易に届くようになり、液圧接続２３０、２３２を据え付ける際の作業上の人間工学性が向上される。
或いは、入口及び出口孔を、例えばトップフレーム２２４又は集熱器２００のどこか他の場所に設置することも可能である。

液圧接続２３０、２３２は、液圧接続チューブ２３０、２３２手段を組み込んで（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）、熱輸送チャネルと他の熱輸送チャネル、例えば他の集熱器２００の熱輸送チャネル、とを、入口及び出口孔を介して接続することによって得られる。チューブ２３０、２３２の少なくとも一部は集熱器２００の内部に設置され、チューブ２３０、２３２のうちの少なくとも１つは集熱器の内部にフレキシブルな部位を有する（フレキシブルである）。従って、集熱器２００の内部で折り曲げることができる。
チューブ２３０、２３２のうちの１つは曲がらないチューブであってもよい。従って、チューブ２３０、２３２のうちの他の１つは、少なくとも一部が集熱器２００の内部にある少なくとも１つのフレキシブル部位を有するか、又は全体がフレキシブルであってもよい。或いは、集熱器内のチューブ２３０、２３２のそれぞれが−フレキシブル部の少なくとも一部が集熱器２００内にあるように−部分的にフレキシブルであってもよいし、又は全体がフレキシブルであってもよい。

チューブ２３０、２３２を組み込むことによって、既存の集熱器断熱を使用して向上された断熱性（向上された熱抵抗）を得ることができる。従って、仕事率（ｐｏｗｅｒ）の損失が抑制される。
更に、チューブ２３０、２３２を組み込むことによって、チューブを折り曲げる必要が減じ、集熱器列の圧低下が顕著に抑制され、集熱器列の可能な最大長さが増加する。このことにより、現場設置コストが削減され、フィールドポンプの圧力定格上の要求が緩和され、該フィールドポンプによる電気エネルギー消費が減少する。

チューブ２３０、２３２のうちの少なくとも１つは、フレーム２２０及び集熱器２００の外部でフレキシブルであってもよく、他の熱輸送チャネルに接続する間、チューブ２３０、２３２を曲げることが可能となる。チューブ２３０、２３２は、少なくとも一部がフレキシブルな金属及び／又はプラスチックのチューブ（ホース）２３０、２３２であってもよい。

チューブ２３０、２３２の組み込みにより、チューブの曲げが減少する。フレキシブルチューブの設置は、今やチューブ（ホース）２３０、２３２への機械的負荷の低減を伴う。
チューブ２３０、２３２を接続するために、或いは逆に、ある集熱器２００のアダプタ２３６をその相棒、即ち他の集熱器２００（熱輸送チャネル）のアダプタ２３４、と接続するために、チューブ２３０は入口接続アダプタ２３４を有し、チューブ２３２は出口接続アダプタ２３６を有する。
チューブ２３０、２３２は、集熱器２００当たり、２つではなくただ１つの接続ポイントを提供する。複数の集熱器２００間の相互接続がシンプルならば、設置時間は顕著に減少する：集熱器の据付及び液圧接続は今や一工程の操作である。類似する種類の接続を２つ有する解決法の実現も可能である。例えば、チューブ２３０又はチューブ２３２のどちらかを２本用いることである。

更に、サイドフレーム２２２ａ、２２２ｂの間のチューブ２３０、２３２により、熱膨張への対処がより容易となる。最悪であるケースの吸収器の膨張に対して、大部分は吸収器２１０への機械的負荷なしに対処可能である。
更に、集熱器２００によって、実地試験済みのアダプタ接続器が集熱器２００当たり１個のみのときでも、製造中のチューブ試験が可能となる。従って、必要な実地接続器の数がより少なくなり、そして実地で導入される接続漏れの危険が減少する。
アダプタ２３４、２３６は、輸送中に該アダプタ２３４、２３６を保護するための輸送位置を有する。アダプタ２３４、２３６は、液圧接続２３０、２３２のためには該輸送位置から引き出され、接続中には集熱器２００内に完全に又は部分的に押し戻される。

組み込まれたチューブ２３０、２３２は液圧接合２３０、２３２の向上された機械的柔軟さによって、Ｔ型支持体１００とともに、隣接する集熱器２００との間の距離を約２０〜４０ｍｍの超短距離にすることを可能とする。
集熱器間の距離が短いことにより、周囲温度にさらされる液圧接合２３０、２３２の領域が最小限となり、仕事率の損失が抑制される。
更に、チューブ２３０、２３２は出力密度を向上する。
更に、チューブ２３０、２３２により、集熱器２００の上側に目視可能な外部液圧接合が存在しないこととなり、全体的としての外観が改善され、均一化される。外観は今や、広く用いられている大規模光電池（ＰＶ）装置に類似し、ＰＶ装置におけるシームレスの外観統合が可能である。

以上、本発明について、上述の実施態様及びいくつかの利点を提示して参照しつつ説明した。本発明は、これらの実施態様に限定される範囲のみではなく、以下の特許請求の範囲による本発明の視点の範囲内の可能な実施態様のすべてを含むことは明白である。

Claims (8)

1. 熱輸送流体のための熱輸送チャネルを有し、日射を吸収する吸収器（２１０）と、
   入口孔部及び出口孔部を有し、前記集熱器を囲う集熱器フレーム（２２０）と、
   前記熱輸送チャネル及び他の熱輸送チャネルを、前記入口及び出口孔部を介して接続する液圧接続チューブ（２３０、２３２）と
   を有する太陽熱集熱器（２００）であって、
   前記チューブの少なくとも一部が前記集熱器の内部に設置されており、そして
   前記チューブのうちの少なくとも１つが前記集熱器の内部にフレキシブルな部位を有する
   ことを特徴とする、前記集熱器。
2. 前記チューブのうち少なくとも１つが前記集熱器の外部にフレキシブルな部位を有する、請求項１に記載の集熱器。
3. 前記フレキシブルな部位が前記集熱器の内部で折り曲げられている、請求項１又は２に記載の集熱器。
4. 前記チューブのうち少なくとも１つがフレキシブルホース（２３０、２３２）である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の集熱器。
5. 前記チューブのそれぞれが、該チューブを他の熱輸送チャネルの接続アダプタ（２３４、２３６）に接続するための接続アダプタ（２３４、２３６）を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の集熱器。
6. 前記接続アダプタが輸送中に該アダプタを保護するための輸送位置を有し、該接続アダプタが、液圧接続のために前記輸送位置から引き出され、前記集熱器を接続中には前記集熱器に押し戻されるように構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の集熱器。
7. 前記入口及び出口孔部が前記フレームのサイドフレーム中に位置する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の集熱器。
8. 前記集熱器が、
   熱輸送流体のための熱輸送チャネルを有し、日射を吸収する吸収器（２１０）と、
   入口孔部及び出口孔部を有し、前記集熱器を囲う集熱器フレーム（２２０）と、
   を有し、
   前記方法が、
   液圧接続チューブ（２３０、２３２）の少なくとも一部が前記集熱器の内部に設置され、そして、前記チューブのうちの少なくとも１つが前記集熱器の内部にフレキシブルな部分を有するときに、
   前記熱輸送チャネルと他の熱輸送チャネルとを、前記入口及び出口孔部を介して前記チューブ手段によって接続する工程を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の太陽熱集熱器（２００）を接続する方法。