JP2016514244A - 半透明プラスチック太陽熱収集器 - Google Patents

Abstract

我々の発明は、２つの独立した別個のファミリのポリマー、例えば熱硬化性のガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）と熱可塑性樹脂とからなる。両方が、太陽熱収集器を製造するための構成材料として使用される。これらのファミリは同じ一般的構成を有し、同じ原理に基づく。両方のファミリが、収集器の壁のうちのいくつかが半透明である形態で使用される。両方のファミリが、通路であってこれを通して熱流体が流れる通路を組み込む。両方のファミリが、太陽光からのエネルギーを流体及び収集器壁内に吸収するために染料を利用する。それぞれのファミリが、改良された収集器構成及び設計、並びに特別な動作アプローチを利用する。各ファミリが、異なる太陽熱収集器についての異なる市場を対象とし得る。特にＦＲＰは、新規な太陽熱収集器から新種の飛行機に至るまでの全てを含む広範囲にわたる用途のための、出現しつつある新たなカテゴリの材料として並ぶものがない。

Description

本発明は一般に、太陽熱利用又は分散型太陽熱利用のために使用される装置に関する。特に本発明は、熱及び熱関連エネルギー源を、熱又はエネルギーが使用される位置において又はその近くで提供する、太陽熱又は分散型太陽熱構築物に関する。

平板収集器の代替品を開発するための多くの試みが行われてきた。平板収集器の発明の１００周年であった２０１１年に報告されたところによると、収集器は、家庭給湯（Ｄｏｍｅｓｔｉｃ Ｈｏｔ Ｗａｔｅｒ、ＤＨＷ）、室内冷暖房（Ｓｐａｃｅ Ｈｅａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｏｌｉｎｇ）のための熱の供給においてある程度の成功を収めたにすぎず、プロセスの加熱及び冷却（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｈｅａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｏｌｉｎｇ）についてはほとんど全く成功していない。

図１を参照すると、平板収集器は、銅又はニッケルの金属シートに貼られた黒色表面上で太陽光からのエネルギーを吸収する。図１における平板太陽熱収集器は、入口接続部１と、出口接続部２と、吸収板３と、エンクロージャ４と、グレージングフレーム５と、グレージング６と、絶縁体７と、フローチューブ８とを本質的に含む。熱は、水を加熱及び冷却するために使用される流体媒質を含む銅管に伝導によって伝達される。収集器を絶縁及び保護するエンクロージャは一般に、押し出しアルミニウムと、レンズとして使用される低鉄ガラスとの組み合わせから作られる。これは太陽光からのエネルギーを利用可能な熱に変換するシステムである。

完全な収集器の構成材料により、非常に重い製品がもたらされた。それらは製造において比較的大量のエネルギーを必要とし、結果として高価な製品となった。また材料のコストは、景気が上向くにつれてコストが増加する商品市況に結び付いていた。これにより、人々がこの製品に引き付けられるようになったちょうどその時に、より高い価格がもたらされ、なぜなら他の生活費が上昇している間、人々は圧迫されていたからである。平板収集器の生産及び組み立てコストも高く、比較的低生産量であり周期的販売数も有する製品を用いて事業を継続するコストもやはり高かった。

平坦パネル収集器の改良は、途切れ途切れに、わずかずつ行われた。効率における変更のほとんどは小さな又は表面的なものであった。

最近、平板収集器をテストする独立した組織が、平板収集器で生成される平方フィート当たりのＢＴＵは全て同じ範囲内であると報告した。

１９７０年代半ばから１９８０年代半ばにかけて、研究活動は、平板収集器の効率及び動作を向上させることから、低コストかつ軽量のプラスチックを設計に組み込むことに移行した。平板収集器に組み込まれた技術に部分的に類似した技術を使用することによって、これらのプラスチック収集器において初期の成功が達成された。現在も使用されている初期プラスチックバージョン（図２）は、シールドエアーコーポレーション（Ｓｅａｌｅｄ Ａｉｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって作製及び販売された。ポリプロピレンプラスチックが黒い顔料と密接混合され、黒いヘッダ９と黒い溝付きパネル１０とからなる単一構造に製造された（等角図で示されている）。図２の端面断面図に示すように、パネル１０は、溝付きパネルフローチャネルを含んでいた。黒いプラスチックコンテナは、太陽光からのエネルギーを吸収し、エネルギーはプラスチックを通して流れる流体に伝導によって伝達された。これは依然として主要なタイプの商業ベースのプラスチック製品であり、市場においてかなりの程度の成功を収めた。

平板収集器はＤＨＷの提供において効果的であった。プラスチックベースの製品は、はるかに要求が厳しくない水泳プール加熱市場において許容されたにすぎなかった。この理由は、銅は非常に良好な熱の導体であり、プラスチックは熱絶縁体としてより多く使用され、従ってプラスチック収集器からの熱の伝達は効率的ではなかったからである。

プラスチック技術をＤＨＷ市場に持ち込むための非常に多くの試みにおいて、発明者たちは、ポリオレフィンプラスチックを、高透明度の無色のプラスチックであるポリカーボネートを用いて置き換えることに焦点を合わせた。ポリカーボネートは非常に透明であり、かつ耐破断性であるため、処方眼鏡にも加工される。技術は、平板及び黒いポリオレフィンの２ステップの吸収及び伝導プロセスから、透明ポリカーボネートベースのシステムを通して流れる流体内での１ステップの吸収に切り替えられた。これはまさに太陽光を熱に直接変換するものであった。

ポリカーボネートは、高明澄度の太陽熱収集器の製造において使用される能力により、特許においてボードのほとんど全体にわたって選択された（図３）。図３に示すように、ポリカーボネート太陽熱収集器はヘッダ１４を含み、これは溝１３を含む溝付きパネル１２と接合される。上面図に示す全体構造において、流体は、左上側の流体配管器具１５を通して入り、ヘッダを通って流れ、これにより溝付きパネル１２を通るように運ばれ、反対側のヘッダ１４を通り、右下の配管器具１５を通して出る。各ヘッダの端はプラグ１６を用いて封止される。配管器具１５及び１６を除く全体構造は、ポリカーボネートから製造される。ポリカーボネートプラスチックについて挙げられたその他の利点は、比較的適度な価格、高強度、及び高いガラス転移温度であり、これらにより収集器は、ＤＨＷ収集器において使用される水又は水／不凍液混合物の沸点より高い温度に耐えることが可能になると言われていた。ポリカーボネートプラスチックを利用した技術において、エネルギーは、高明澄度の収集器を通して流れる流体に直接伝達され、太陽光に露光される流体内に溶解又は分散された様々なエネルギー吸収添加剤によって直接吸収された。湿潤剤、流れパターン、及び考慮され得る任意の手段が、受け入れ可能なシステムために必要なものとして挙げられた。

ポリカーボネートプラスチックは、その光透過率がガラスとほぼ同等であったため、最適なプラスチックとして圧倒的に選択された。アクリル樹脂及びスチレンベースのプラスチックなどの、わずかにより高い光透過率を有するプラスチックは、明らかな大きな欠点を有していた。それらは延性ではなく脆性の挙動を有していた。家の上に搭載された収集器に岩や雹が当たって害を及ぼさずに跳ね返ることはないと考えられ、従来のポリカーボネートプラスチックについて指定された２５０°Ｆ（約１２１℃）と比較した１８０°Ｆ（約８２℃）の範囲内の熱変形温度も使い物にならないと考えられた。通常の太陽熱収集器の動作条件下では、２００°Ｆ（約９３℃）〜２２０°Ｆ（約１０４℃）の高温が予想された。低い熱変形温度に加えて、着色されていない状態におけるポリプロピレンの透明でない外観によっても、ポリプロピレンはポリカーボネートの代替としては除外され、なぜならプラスチックが役立つためには無色透明でなければならないと考えられていたからである。ポリカーボネートプラスチックは前述の量産プラスチックよりも高価であったが、ポリカーボネート材料の使用に由来する明らかに固有の特性により、価格プレミアムは受け入れ可能とみなされた。その選択は明白であった。

残念ながら見過ごされていたのは、ポリカーボネートが、製造業者の資料で認められていなかった次の欠陥、すなわち収集器として製造される際にポリカーボネート樹脂の分子構造内に組み込まれる不安定性により、水泳プール加熱適用例において使用されるのと同様の温度において収集器が故障する、という欠陥を有することであった。明らかに、そのような構成は、ＤＨＷ及び室内暖房のために必要とされるはるかにより高い温度において故障する。実際の特性によって、ほとんどの適用例において１２０°Ｆ（約４９℃）に使用が制限され、なぜならより高い温度における使用中にプラスチックは急速に劣化して漏洩が拡大するからである。

国際出願公開第２００９／０４８６２３号 米国特許第８３８１３９９号 米国特許出願公開第２００６／００６３８８０号 米国特許第４４８１９７５号 米国特許第７４３１０３０号 米国特許第４１１４５９７号 米国特許出願公開第２０１２／０１９２９２０号 米国特許出願公開第２０１１／００８８７５３号 米国特許第８１２４８６９号 米国特許第４２３２６５５号 米国特許出願公開第２０１１／０００５５１４号

米国において特許された高明澄度、高強度のプラスチックポリカーボネートに基づく発明が商業的成功を収めたことはない。構造的欠陥は、ポリカーボネートプラスチックから製造された収集器の、ＤＨＷ適用例のために必要とされる温度付近のあらゆる温度での故障において発現した。故障はピンホール漏洩の形態であり、これは最初は見つけるのが困難だが、稼働中の更なる使用の間に拡大した。

調査の結果から、問題は、水ベースの又は水／グリコールベースの流体がシステム内で使用される場合の加水分解によってもたらされていたものと考えられる。オイルベースの流体では、オイルによってシステムの動作効率も低減された。これにより製品は、従来の動作環境における高温水の生成には役立たないものとされた。従って、１８０°Ｆ（約８２℃）を常に超過する液体温度を有する太陽熱収集器において動作可能な軽量パネルに対する、長年にわたる必要性が存在する。

我々の発明の前には、平板収集器によって提供される太陽熱収集器が、太陽光を利用してエネルギーを提供する最も費用対効果の高い手段であった。我々は、以前に提供されていたよりも低コストで、より多くの家庭給湯、室内暖房及び室内冷房を提供するために今や利用可能な、より低コストでより効率的な、太陽光からエネルギーを生成する手法を発明した。本発明の特定の特徴、態様、及び利点により、システムは、例えばプロセス加熱及びプロセス冷却などの大容量工業用エネルギー生成に利用されるほど十分に費用対効果の高いものとなり、その他の適用例のためにも政府補助金なしで十分に費用対効果の高いものとなる。

本発明の特定の特徴、態様、及び利点は、液体を加熱するために太陽光線を直接利用するものである。熱は、収集器の構成材料と、収集器内に含まれる流体との両方において捕獲される。システムは、上述の平板ベースのシステムの欠陥を克服する。収集器はそれ自体が３次元を利用して、１ステップのプロセスにおいて太陽光から熱を直接吸収する。収集器はその生産において、耐久性があり軽量で低コストの材料を組み込む。製造プロセスは、従来の平板太陽熱収集器の作製のために使用されるものよりもはるかに低コストである。収集器は、扱いにくい平板収集器よりも軽量で取り付けが容易であり、ようやく収集器は信頼できるプラスチック製品となった。

本発明の特定の特徴、態様、及び利点は、収集器の構造を構築するために使用される材料を、太陽光のエネルギーを熱に直接変換するために利用する。変換は、広く求められる高光透過率製品ではなく、低光透過率を有するプラスチックの使用により行われる。同時に、収集器からの伝導に加えて、装置の内部に含まれる流体も、吸収によって太陽光のエネルギーを熱に直接変換する。この組み合わせにより、太陽光のエネルギーから利用可能な熱への変換におけるより高い効率がもたらされる。構成材料はより低コストであり、生産に要するエネルギーがより少ない。製品市況の特異性による、価格に関する変動は本質的に存在しない。

また、我々の実施形態の１つのクラスとして、我々は、例えばポリカーボネート、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ポリスチレンなどの、プラスチックと通常考えられるものとは完全に異なるクラスの材料を利用する。我々は、熱硬化性樹脂ベースの材料であるガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を利用する。ＦＲＰは、市場においてプラスチックと競合するものではなく、金属と競合するものであり、最も顕著な例はボーイング社（Ｂｏｅｉｎｇ）のドリームライナー（Ｄｒｅａｍｌｉｎｅｒ）飛行機である。本発明の特定の特徴、態様、及び利点によれば、本発明は半透明のＦＲＰ製品の使用に関し、我々が知る限りではこれが太陽熱収集器を生産するために使用されたことはない。

いくつかの実施形態では、太陽熱システムは、半透明のガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）パネルを有する太陽熱収集器を含む。システムは、ポンプと、弁と、貯蔵タンクと、ボイラと、コントローラとを更に含んでもよい。流体コネクタが、太陽熱収集器、ポンプ、弁、貯蔵タンク、及びボイラと連通してもよい。システム内の流体流はコントローラによって制御される。いくつかの実施形態では、半透明のＦＲＰパネルは、高強度、耐熱樹脂を含む。いくつかの実施形態では、半透明のＦＲＰパネルは、約３０％のガラス含量を含む。いくつかの実施形態では、半透明のＦＲＰパネルは染料を含む。

いくつかの実施形態では、流体を加熱する方法は、半透明のガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）パネルを有する太陽熱収集器と、ポンプと、弁と、貯蔵タンクと、ボイラと、コントローラと、流体コネクタであって太陽熱収集器、ポンプ、弁、貯蔵タンク、及びボイラと連通する流体コネクタとを含む太陽熱システムを提供することを含む。システム内の流体流はコントローラによって制御される。流体は太陽熱システムを通して循環される。いくつかの実施形態では、流体は染料を含む。いくつかの実施形態では、流体流はパルス流を含む。いくつかの実施形態では、流体流は乱流を含む。

いくつかの実施形態では、太陽熱収集器システムは、入口ヘッダと、出口ヘッダと、入口ヘッダ及び出口ヘッダと結合された半透明パネルとを含む。パネルは、第１層と、第２層と、第１及び第２層の間に配置された第３層とを含む。第３層は起伏層である。いくつかの実施形態では、パネルはＦＲＰ材料を含む。いくつかの実施形態では、パネルは熱可塑性樹脂材料を含む。いくつかの実施形態では、起伏層は正弦波形状を含む。いくつかの実施形態では、起伏層は台形形状を含む。いくつかの実施形態では、起伏層は三角形形状を含む。いくつかの実施形態では、起伏層は矩形形状を含む。いくつかの実施形態では、起伏層は染料を含む。

いくつかの実施形態では、太陽熱収集器システムは、入口ヘッダと、出口ヘッダと、入口ヘッダ及び出口ヘッダと結合された半透明パネルとを含む。パネルは、第１層と、第２層とを含む。第１及び第２層は、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）材料を含む。いくつかの実施形態では、パネルは第３層を含む。いくつかの実施形態では、パネルは少なくとも７つの層を含む。

いくつかの実施形態では、太陽熱収集器システムは、入口ヘッダと、出口ヘッダと、入口ヘッダ及び出口ヘッダと結合された半透明パネルとを含む。パネルは、第１層と、第２層とを含む。第１及び第２層は、熱可塑性樹脂材料を含む。いくつかの実施形態では、パネルは第３層を含む。いくつかの実施形態では、パネルは少なくとも７つの層を含む。

いくつかの実施形態では、太陽熱収集器システムの一部を製造する方法は、半透明のガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）材料の第１層と、半透明のＦＲＰ材料の第２層と、半透明のＦＲＰ材料の第３層とを提供することを含む。第３層は起伏層であり、第１及び第２層の間に配置される。第１、第２、及び第３層は、ＦＲＰ材料を形成する樹脂の硬化中に圧力下で層を一緒に結合することによって接合され、それにより半透明パネルを形成する。いくつかの実施形態では、パネルはヘッダと結合される。

いくつかの実施形態では、太陽熱収集器システムの一部を製造する方法は、パネルを形成する熱可塑性樹脂材料の第１、第２、及び第３層を同時押し出し成形し、ここで第３層は起伏層であり、第１及び第２層の間に配置され、それにより半透明パネルを形成することを含む。ＵＶ安定剤フィルムが、第１及び第２層のうちの少なくとも１つの上に積層される。いくつかの実施形態では、パネルはヘッダと結合される。いくつかの実施形態では、熱可塑性樹脂材料はポリスルホン樹脂を含む。

本発明の特定の特徴、態様、及び利点は、米国内で容易に入手可能な低コストで耐久性がある材料を利用する。製品の作製において使用されてもよい材料は、広範なクラスのＦＲＰ及び熱可塑性樹脂を含む。我々の製品の作製において使用されるプロセスに由来する、更なる経済性が存在する。従って、製品はより迅速に生産状態にされることが可能であり、生産の増加は連続的に行われることが可能である。

本発明のこれら及びその他の特徴、態様、及び利点について、本発明を限定することではなく説明することを目的とした好ましい実施形態の図面を参照して以下に説明する。

部分的に切り取られて内部構成の詳細が露出された従来の平板太陽熱収集器の図であり、この収集器は、我々の好ましい実施形態が取って代わることが意図される製品のクラスの代表として提示されている。 従来の平板収集器のプラスチックバージョンであり、これは図１に示す平板収集器の初期プラスチック類似物を示すために提示されている。 平板太陽熱収集器をプラスチック収集器に置き換える試みにおける問題に著しく寄与したポリカーボネート太陽熱収集器の上面図及び切り欠き等角側面図である。 本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の実施形態の図であり、この収集器はガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で作られており、太陽光からのエネルギーを吸収してそれを熱に変換するために使用される２つのＦＲＰ層に基づいており、更には、暗くされた面を利用して、構造内で生成される追加の熱を収集する。この収集器はまた、収集器を通して循環する流体を使用して、太陽光からのエネルギーを熱に変換する。 図４の太陽熱収集器を含む太陽熱収集器作動システムの図である。 本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された別の実施形態の等角図である。 収集器の別の実施形態の等角図であり、この収集器は、ＦＲＰ層を使用して太陽光からのエネルギーを吸収してそれを熱に変換し、その上、暗くされた面を利用して、構造内で生成される追加の熱を収集し、好ましい実施形態を通して循環する流体を用いて太陽光からのエネルギーを熱に更に変換する。 収集器の更なる実施形態の等角図であり、この収集器は、図３に示すポリカーボネート太陽熱収集器において以前に発現した問題を直接解決することが意図される熱可塑性樹脂材料を使用する。 以下に記載する材料のうちのいずれかから作られてもよい多くの可能な設計のうちの３つを表す図であり、図９は、楕円形の太陽熱収集器の上面図及び側面図である。 以下に記載する材料のうちのいずれかから作られてもよい多くの可能な設計のうちの３つを表す図であり、図１０は、台形形状の太陽熱収集器の上面図及び側面図である。 以下に記載する材料のうちのいずれかから作られてもよい多くの可能な設計のうちの３つを表す図であり、図１１は、正弦波太陽熱収集器の上面図及び端面図である。 パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である。 パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である。 パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である。 パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である。 パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である。 パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である。 パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である。 パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である。 パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である。 パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である。 パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である。 パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である。 パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である。 パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である パネルシステム構成及びヘッダ構成要素の様々な実施形態を含む、収集器システムの代替の実施形態の図である。 いくつかの実施形態による染料のスペクトル特性の図である。

本発明の特定の特徴、態様、及び利点は、低光透過率を特徴とする高耐久性で費用対効果の高いバージョンの太陽熱収集器製品に関する。いくつかの構成では、太陽熱収集器は、半透明のＦＲＰを構成材料として利用する。太陽熱収集器は、約３０％のガラス含量を含んでもよい高強度、耐熱樹脂に基づいてもよい。収集器は、低光透過率を特徴としてもよく、かつ太陽光からエネルギーを吸収してそれを大量の熱に変換するシステムに基づいてもよい。収集器内の材料の低光透過率は、樹脂の色、ガラス添加量、及び／又は所望の最終効果を達成するための染料の追加に起因する。染料は、適度に透明な製品において、所望される場合に追加されてもよく、又は、例えば基材を強化するために更に高いガラス繊維含量が使用される場合の製品において所望される場合があるように、望ましくない視覚効果を抑えるために追加されてもよい。

収集器の太陽熱流体内への低光透過率は、ポリカーボネート収集器の多くの出現と同様に、太陽熱収集器分野の他の発明者たちによって却下されてきた。しかし低光透過率は、平板収集器に取って代わることが意図される太陽熱収集器の適切な設計及び製造において大きな違いをもたらし得ると考えられる。

図４は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の一実施形態を示す。図示されている収集器は、熱を収集及び吸収するための３つの面を組み込んでいる。収集器の上面１７は収集器の底面１９から、上層を底層から分離する起伏構造２０によって分離されてもよく、起伏構造２０は、流体を含む収集器の部分を提供し、この部分を通して流体は入口から出口にポンピング１８される。上面図において、ヘッダ２１は溝付きパネル２２に取り付けられている。流体は、上面図の左上隅の配管継手２３を通してヘッダに入り、左側のヘッダ２１を通って溝付きパネル２２を進み、上面図の右側のヘッダ２１に入り、上面図の右下隅の配管継手２３を通して出る。システムはプラグ２４を用いて封止される。

２面ＦＲＰ収集器は、平板収集器に比較して、太陽光からの熱の生成効率において優れているが、図４に示すものなどの３面収集器は、我々の２面製品よりも一貫して性能が優れていた。

収集器の上面は、基材の自然色と、暗色の、しかし可溶性の染料添加剤の混合との組み合わせによる低光透過率を有する。中間の起伏構造は半透明である。これは基材の自然色と、暗色の、しかし可溶性の染料添加剤の混合との組み合わせに起因し、ここで、太陽光からのエネルギーは収集器を通過する際に熱に変換される。いくつかの構成では、別の熱生成源を提供するために、流体内に可溶性の染料が混合されてもよい。収集器の底面は、基材の自然色による半透明のまま残されて、暗い又は黒い吸収又は反射面をコンテナの底面に極めて接近して有するか、あるいは、顔料又は染料の追加によって暗く又は黒くされる。熱は吸収及び蓄積されてもよく、又は、流体内に反射して戻されて着色流体内での熱への変換に追加されてもよい。

いくつかの実施形態では、システムは、収集器を通して流体を移動させるための間欠オン−オフ流可変速循環ポンプと、動作を制御するための関連する太陽熱コントローラとを含んでもよい。パルス流と組み合わされた起伏構造の設計により、新たな面が太陽光に露光される。これにより、長さ８フィート（約２４３．８ｃｍ）のチャネルを通り抜ける際の深さ３／８”（約０．９５３ｃｍ）の太陽熱流体における熱伝達が大幅に増加する。

図５は、本明細書中に記載される収集器を使用してもよい太陽熱システムの代表的な図を示す。ポンプ及びコントローラ２５は、太陽熱収集器２６を通して太陽熱流体を再循環させるために使用されてもよく、コントローラを通したポンプ及び切り換え弁２７への流れは、太陽熱ツインコイル貯蔵タンクを通るように加熱水を導く。ボイラ２８、太陽熱ツインコイル貯蔵タンク２９、低温水３０、及び高温水３１は、太陽熱収集器システムの残部についての情報を提供するために含まれている。

（例えば図６に示すような）いくつかの実施形態では、半透明のＦＲＰが構成材料として使用される。半透明のＦＲＰは、増加されたガラス含量を有する高強度、耐熱樹脂に基づく（詳細については以下を参照）。材料の半透明性は、樹脂の色、ガラス添加量、及び／又は所望の最終効果を達成するための染料の追加に起因する。

いくつかの実施形態では、底面から分離された収集器の上面は、上層を底層から分離する起伏構造の新たなプロファイルを用いて変更される。図６は、我々の収集器のこの実施形態の説明図である。図示されている収集器は、熱を収集及び吸収するための３つの面を組み込んでいる。収集器の上面３２は収集器の底面３４から、上層を底層から分離する起伏構造３５によって分離されてもよく、起伏構造３５は、流体を含む収集器の部分を提供し、この部分を通して流体は入口から出口にポンピングされる。上面図において、ヘッダ３５は溝付きパネル３７に取り付けられてもよい。流体は、上面図の左上隅の配管継手３８を通してヘッダに入り、左側のヘッダ３６を通って溝付きパネル３７を進み、上面図の右側のヘッダ３６に入り、上面図の右下隅の配管継手３８を通して出る。システムはプラグ３９を用いて封止されてもよい。

図示されている構成は、流体を含む収集器の部分であってこの部分を通して流体が入口から出口にポンピングされる収集器の部分を修正する。起伏構造の各平坦面に取り付けられる、底面及び上面の幅は両方とも減少されてもよい。いくつかの構成では、上面又は底面の幅の全体にわたる、取り付けられた幅と取り付けられていない幅との比率は約１／３である。いくつかの構成では、この比率は約１／４である。いくつかの構成では、この比率は約１／２未満である。これは収集器内の流れの全長について見出される。

図６に示す実施形態は、流体のより大きな部分が上面及び起伏面の両方に別個にさらされて、熱を捕獲する能力が増加することをもたらす。これは収集器の効率を、上述の実施形態に比較して増加させる。更に、パルス流体と組み合わされた流れパターンは、より冷たい流体の利用可能性をもたらし、このより冷たい流体に、流体が入口点から進んで収集器を離れるまでの間に、太陽光からのエネルギーが伝達される。これもまた収集器の効率を、上述の実施形態に比較して増加させる。加えて、いくつかの実施形態では、起伏層の強度を増加させるために、起伏層のガラス含量は４０％に増加されてもよい。いくつかのそのような実施形態では、ガラス含量を増加する前のレベルまで光透過率を回復するために、染料含量がわずかに調節（例えば減少）されてもよい。

図４及び図６からわかるように、３面太陽熱収集器の設計は、収集器の製造を容易にする。上面及び底面は、樹脂の硬化中に圧力下で起伏面に取り付けられて接合されてもよい。そのような実施形態では、収集器の製造において接着剤は使用されない。その上、３面太陽熱収集器の製造においてＦＲＰが使用されるため、及びかなり完全な断面が所望されるため、押し出し成形又は引き抜き成形によるパネルの製造は困難である。従って、上面、底面、及び起伏面を形成し、圧力及び硬化中の接合によりそれらを取り付けることが所望される。

図７を参照すると、太陽熱収集器の別の実施形態は、半透明のＦＲＰを構成材料として利用する。太陽熱収集器は、約３０％のガラス含量を有する高強度、耐熱樹脂を使用する。収集器内の材料の低光透過率は、樹脂の色、ガラス添加量、及び／又は所望の最終効果を達成するための染料の追加に起因する。染料はまた、適度に透明な製品において、所望される場合に追加されてもよく、又は、例えば基材を強化するために更に高いガラス繊維含量が使用される場合の製品において要求されるように、望ましくない視覚効果を抑えるために追加されてもよい。

図７を参照すると、図示されている太陽熱収集器は、上述の３面収集器とは異なり、２面収集器である。ヘッダ４２は、溝４１を含む溝付きパネル４０に接合されてもよい。上面図に示されている例示的構造において、流体は、左上の配管継手４３を通ってヘッダ４２に入り、溝付きパネル４０を通り、次にヘッダ４２を通って、右下の配管器具４３を通して外に出る。各ヘッダの端はプラグ４４を用いて封止されてもよい。収集器の上面は、基材の自然色と、暗色の、しかし可溶性の染料添加剤の混合との組み合わせによる低光透過率を有してもよい。上層を底層から分離する構造は存在しない。分離は、限定されないが例えば公称３／４”（約１．９１ｃｍ）の間隔をあけられた垂直ウェブによって達成される。この構造は、都市水道環境における動作を容易にするより高い強度を有する。いくつかの実施形態では、可溶性の染料が流体内に混合されてもよい。収集器の底面は基材の自然色の半透明のまま残されてもよく、混合された染料が収集器の溝付きパネル全体の色を作ってもよい。いくつかの構成では、黒い吸収面がコンテナの底面に極めて接近して存在する。

いくつかの実施形態では、ガラスを有さない高強度樹脂が、収集器のパネルを形成するために使用されてもよい。いくつかの構成では、材料は約２０３°Ｆ（９５℃）の熱変形温度を有してもよい。いくつかの構成では、光透過率は、所望のレベルの半透明性を達成するために染料を追加することを可能にする範囲内であってもよい。低光透過率はヘーズの形態であり、これは従来のＦＲＰ樹脂と熱可塑性樹脂との混合物の間の屈折率の差に起因するものであってもよい。この材料から形成されるパネルは２面設計であってもよく、いくつかの構成では、このパネルは図７に示す実施形態と構造的に類似しているか又は同一であってもよい。

いくつかの実施形態では、従来のガラス強化ＦＲＰの特徴を示す高い耐久性及び耐薬品性を有する材料が使用されてもよい。いくつかの構成では、この材料は、太陽熱収集器システムにおける適切な温度コントロールと組み合わせて、より低い温度のバージョンの収集器のために使用されてもよい。

より多くの又はより少ない染料の追加を介して流体を修正することによって、年間の様々な時季の間に生成される熱の量が微調整されてもよい。例えば、単に流体の着色をより明るく又はより暗くすることによって、同じ収集器装置が世界の様々な部分において使用されてもよい。いくつかの実施形態では、構造の壁において生成される熱を流体からの熱と組み合わせることによって、生成される熱は拡大されてもよい。

ＦＲＰの使用は、平板のための選択肢として評価されたポリオレフィン及びポリカーボネートなどのプラスチックに比較した場合、利点を提供する。ＦＲＰは、広範な用途において非常に耐久性があり、より長い寿命を有し（より日常的なクラスの製品についてさえ、屋外用途において２５年保証が与えられている）、高温に耐え、ほとんど全ての流体による攻撃に耐える。収集器としてのＦＲＰの使用は、金属平板収集器に比較して軽量であるということにおいて更に利点を提供する。この収集器は家の傾斜屋根の上に、より容易に設置される。工場から所在地までの輸送費が低減する。設置のための労力が低減する。

ＦＲＰの別の利点は、製品を製造するためのダイ及びツーリングのコストに基づいた非常に経済的な方法で、多種多様な設計に加工され得るということである。数量が増加するに従って、真空補助樹脂注入成形から、引き抜き成形とフィラメントワインディングと最終組み立てとの組み合わせに至るまでの、より高速な製造方法が使用されてもよい。

多種多様な構成材料を取り扱う人々によって通常は考慮されないが、水は非常に攻撃的な溶媒であり、高温水は更にいっそう攻撃的である。いくつかの実施形態では、太陽熱収集器は、高温水に対応可能な経済的な熱可塑性樹脂を採用する。ポリカーボネートを用いた長年の不快な経験による歴史が示しているのは、これらの材料が、より大きな売上高をその生産の経済性によりもたらし得るものの、より低い耐久性を有する可能性があるということである。

熱可塑性樹脂ベースの実施形態では、ヘーズと、ポリカーボネートに基づく収集器において不可欠と考えられていたよりも低い光透過率とを有する熱可塑性樹脂が使用されてもよい。欠点と考えられてきたヘーズは利点であることが発見され、これはポリスルホン樹脂から形成された収集器の実施形態において見出すことができる。ポリスルホン樹脂収集器は、太陽光のエネルギーを熱に変換することにおいて高効率なアンバー色を有する。加えて、ポリスルホンは、紫外線（ＵＶ）に対する抵抗がわずかであるため劣化する。ポリスルホンの著しくマイナスの特性というよりもむしろ、太陽熱収集器におけるこの劣化の主要な効果は、製品を暗くして、太陽光のエネルギーを熱に変換することにおいて更にいっそう効率的なブロンズ色にするということである。従って、問題と考えられてきた劣化は、劣化の程度が制御される限り有益であり得る。

劣化を制御下に置き続けるために、ＵＶ安定剤を含むフィルムが、太陽光に面する収集器の側に積層された。フィルムは、ポリスルホンをその通常の製品寿命にわたって保護するために作用し得る。いくつかの実施形態では、別の熱生成源を提供するために、可溶性の染料が流体内に混合されてもよい。

いくつかの構成では、熱可塑性樹脂収集器は、ＦＲＰについて上述したものと同じ構造を有して作製されたものであってもよい。しかし、そのような実施形態のために最も良好に使用される製造プロセスは、熱可塑性樹脂の同時押し出し成形及び最終組み立てである。

いくつかの実施形態では、パネルは２層の溝として形成される。２層の溝は、上述のＦＲＰ収集器実施形態の３面のバリエーションである。図８は、熱可塑性樹脂ベースの収集器の実施形態を示す。図８は、ポリスルホン収集器の一実施形態の上面図及び切り欠き等角側面図を示す。ヘッダ４７は、溝４６を含む溝付きパネル４５に接合されてもよい。上面図に示されている例示的構造において、流体は、左上の配管継手４８を通ってヘッダ４７に入り、溝付きパネル４５を通り、次にヘッダ４７を通って、右下の配管器具４８を通して外に出る。各ヘッダの端はプラグ４９を用いて封止されてもよい。

いくつかの実施形態では、溝は、最大約７つの層を有する複数層製品内に含まれてもよい。最大７つの層を使用することにより、製品が、エンクロージャなしの絶縁された単一構造として使用されることが可能になる。従って、そのような構成により、太陽熱収集器は大幅に単純化及び軽量化される。

いくつかの構成では、ポリスルホンの代替として、更に暗いアンバー色のポリエーテルイミドが基材として使用されてもよい。ポリエーテルイミドはより良好な特性を有するが、より高価でもある。いくつかの構成では、ポリスルホン及びポリエーテルイミドと密接混合されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はスチレン無水マレイン酸（ＳＭＡ）が、原料費を削減し、加工性を向上させ、太陽熱収集器市場の要求をより良く満たすよう特性のバランスを修正するために使用されてもよい。これらの混合物は相互貫入ポリマーネットワークの特性を有し、それにより部分的非相溶性プラスチック（ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｉｎｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ ｐｌａｓｔｉｃｓ）の半透明性の程度も維持される。

いくつかの実施形態では、収集器装置は、半透明又は透明材料から作られ、この材料は、太陽光からのエネルギーを吸収する染料又はその他の材料の追加によって低光透過率材料に変換されてもよい。装置は、流体が装置に出入りするための構造、及び図５に示すポンプなどの、装置を通して流体を進めるための構造を有することを除き、完全に密閉されてもよい。

図９、図１０、及び図１１は、太陽光に面するように又は太陽光からの反射に面するように配向された半透明の面を通して、太陽光からのエネルギーを利用可能な熱に変換するための、上述の実施形態のうちのいずれかに基づく実施形態として使用されてもよい多くの設計のうちの３つの図である。図９は、配管継手５０と収集器装置５１と配管継手５２とを有する楕円形状の収集器である。流体は、配管継手５０を通して入り、収集器５１を通って流れ、配管継手５２を通して出る。図１０は、配管継手５３と収集器装置５４と配管継手５５とを有する台形形状の収集器である。流体は、配管継手５３を通して入り、収集器５４を通って流れ、配管継手５５を通して出る。図１１は、配管継手５６と収集器装置５７と配管継手５８とを有する正弦波形状の収集器である。流体は、配管継手５６を通して入り、収集器５７を通って流れ、配管継手５８を通して出る。

追加の収集器システム実施形態
図１２は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の一実施形態を示す。図示されている収集器１００は、熱を収集及び吸収するための複数の面を組み込んでいる。収集器の上面１０２は収集器の底面１０４から、上層を底層から分離する１つ以上の構造１０６によって分離されてもよく、１つ以上の構造１０６は、流体を含む収集器の部分を提供し、この部分を通して流体は入口から出口にポンピングされる。いくつかの実施形態では、収集器の上面は底面から、上層を底層から分離する起伏構造１１０の複数のプロファイルを用いて分離される。いくつかの実施形態では、収集器の上面は、間隔をあけられた１つ以上の垂直ウェブ１１２を用いて底面から分離される。いくつかの実施形態では、収集器の上面は、１つ以上の起伏面と、間隔をあけられた１つ以上の垂直ウェブとの組み合わせを用いて底面から分離される。

ヘッダ１１４は、溝付きパネル１１６に結合される。流体は、好適な配管継手を通してヘッダに入り、ヘッダを通って溝付きパネル１１６を進み、別のヘッダ（図示せず）に入り、そのヘッダの好適な配管継手を通して出る。いくつかの実施形態では、システムはプラグを含む。いくつかの実施形態では、プラグは必要とされない。例えば図１２は、ヘッダからパネルへの接続部のユニークな設計の一実施形態を示す。いくつかの実施形態では、ヘッダは好ましくは、各ヘッダの両方の端において標準的な配管継手を用いて合計４つの継手について配管され、従って、収集器組立体は容易にグループにまとめられ、更に直列又は並列動作のいずれかのための配列に配管されることが可能である。ポート穴１２０が好ましくは、パネル内の溝１２２に適合するパターンでヘッダ内にあけられる。パネルは好ましくは、ヘッダのスロット１２４内に挿入され、ここでパネルは、接合部を封止するためのシーラント又はその他の好適な方法を用いて封止される。いくつかの構成では、ヘッダ内及びパネル内で圧力が蓄積するにつれて、パネルは膨張して接合部をより緊密にし、好ましくはあらゆる漏洩を制限する。

いくつかの実施形態では、ポート穴は、標準的なパネルについて約１／４インチ（約０．６３５ｃｍ）であり、ポートの面積の合計より大きなサイズのヘッダから流体を運ぶように構成され、それにより、乱流を作る流れの割合をその付近で増加させ、好ましくはその領域内でのエネルギー収集を向上させる。

いくつかの実施形態では、ヘッダはパネルと同じ半透明材料で作られてやはり太陽光に露光され、パネルの実質的に全表面積が太陽光に露光される。エネルギーを収集するために太陽光の全露光面積を利用することにより、収集器がヘッダからエネルギーを拾い上げることが可能になり、これはいくつかの他の技術においては制限されている。いくつかの実施形態では、収集器のパネル及び／又はコアは、好適な封止された様式で収集器のヘッダと結合される。

図１２に示す収集器は好ましくは、高圧力適用例及び低圧力適用例の両方に好適である。いくつかの実施形態では、流出ヘッダは流入ヘッダと同一であり、従って交換可能である。いくつかの実施形態では、第１及び第２のヘッダは異なる構成を有する。いくつかの実施形態では、エネルギーは、流出ヘッダによって及び／又は流入ヘッダによって捕獲される。

いくつかの実施形態では、収集器は半透明材料を含む。いくつかの実施形態では、収集器はＦＲＰ材料を含む。いくつかの実施形態では、収集器は、ガラス含量を有する高強度、耐熱樹脂を含む半透明のＦＲＰ材料を含み、ここで材料の半透明性は、樹脂の色、ガラス添加量、及び／又は所望の最終効果を達成するための染料の追加によって影響を及ぼされる。いくつかの実施形態では、太陽熱収集器は、約３０％のガラス含量を有する高強度、耐熱樹脂を使用する。いくつかの実施形態では、太陽熱収集器は、約１０％〜約５０％のガラス含量を有する高強度、耐熱樹脂を使用する。いくつかの実施形態では、ガラスを有さない高強度樹脂が、収集器のパネルを形成するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、収集器は熱可塑性樹脂材料を含む。いくつかの実施形態では、収集器は、従来のＦＲＰ樹脂と熱可塑性樹脂との混合物を含む。

いくつかの実施形態では、収集器は２つの面を含む。いくつかの実施形態では、収集器は３つの面を含む。いくつかの実施形態では、収集器は４つ以上の面を含む。いくつかの実施形態では、収集器の上面は、基材の自然色と、染料添加剤の混合との組み合わせによる低光透過率を有する。いくつかの実施形態では、収集器は、半透明である中間の起伏構造を含む。いくつかの実施形態では、可溶性の染料が、別の熱生成源を提供するために流体内に混合されてもよい。いくつかの実施形態では、収集器は、基材の自然色による半透明の収集器底面を、コンテナの底面に極めて接近した暗い又は黒い吸収又は反射面と共に含む。いくつかの実施形態では、収集器は、顔料又は染料の追加によって暗く又は黒くされた収集器底面を含む。

いくつかの起伏構成では、上面又は底面の幅の全体にわたる、取り付けられた幅と取り付けられていない幅との比率は約１／３である。いくつかの構成では、この比率は約１／４である。いくつかの構成では、この比率は約１／２未満である。いくつかの実施形態では、起伏構造のガラス含量は約２５％〜約３５％であってもよい。いくつかの実施形態では、起伏構造のガラス含量は４０％以上まで増加されてもよい。いくつかの実施形態では、起伏構造のガラス含量は２０％以下まで減少されてもよい。いくつかの実施形態では、光透過率を最適化するために染料含量が調節されてもよい。いくつかの実施形態では、上面及び底面は、樹脂の硬化中に圧力下で起伏面に取り付けられて接合されてもよい。

図１３は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の一実施形態を示す。図示されている収集器２００は、熱を収集及び吸収するための複数の面を組み込んでいる。収集器の上面は収集器の底面から、上層を底層から分離する１つ以上の構造によって分離されてもよく、１つ以上の構造は、流体を含む収集器の部分を提供し、この部分を通して流体は入口から出口にポンピングされる。いくつかの実施形態では、収集器の上面は底面から、上層を底層から分離する起伏構造の複数のプロファイルを用いて分離される。いくつかの実施形態では、収集器の上面は、間隔をあけられた１つ以上の垂直ウェブを用いて底面から分離される。いくつかの実施形態では、収集器の上面は、１つ以上の起伏面と、間隔をあけられた１つ以上の垂直ウェブとの組み合わせを用いて底面から分離される。

いくつかの実施形態では、図１３に示すように、ヘッダコンパートメント２０３は好ましくは、上部収集器／ヘッダパネル２０６と底部収集器／ヘッダパネル２０７とを含む。オーバラップするパネル部分２０８は好ましくは、構造用接着剤を用いて接合される。構造用Ｃチャネル２０１が好ましくは、上部収集器／ヘッダパネル２０６及び底部収集器／ヘッダパネル２０７をカプセル化し、これによりＣチャネルの脚は、ヘッダ及び収集器のリブ／パネルインタフェース２０９上に延在する。構造用接着剤は好ましくは、構造用Ｃチャネルを上部収集器／ヘッダパネル及び底部収集器／ヘッダパネルに接合する。

いくつかの実施形態では、構造用Ｃチャネルは好ましくは、収集器の端における上部及び底部収集器／ヘッダパネルの耐荷重能力を増加させて、収集器圧力が最も大きい場所の構造的ブレーシングを提供する。この設計は、中程度の圧力の太陽熱収集器及びシステム適用例に非常に好適である。しかしいくつかの構成では、この設計は、より高圧力の及び／又はより低圧力の適用例にも好適であり得る。

いくつかの実施形態では、矩形のヘッダコンパートメント構成により、任意の数の強化プラスチック又はその他の構造材料を含んでもよい一般的なＣチャネル構造形状の使用が可能になる。いくつかの実施形態では、収集器からヘッダへの移行部における流れの制限は存在しない。流れの制限が存在しない適用例は、いくつかの実施形態において、低いヘッド（圧力）及び／又はより安価な作動システム／ポンプの要求による、システムの利点を提供し得る。

いくつかの実施形態によれば、この設計は好ましくは、より高圧力及び高温というより要求の厳しい動作条件において動作する収集器の能力により、平板太陽熱収集器などの従来技術ではこれまで到達できなかった市場への参入を可能にする。上部及び底部パネルの構築をヘッダの構築と組み合わせることによりコストは低く維持され得、この構成は、いくつかの実施形態において、押し出し成形又は引き抜き成形などの大量連続生産方法への拡大に非常に好適である。従って、開示されたヘッダから収集器パネルへの接続部に関連して、マーケティング、製造しやすさ、及び生産拡大の利点が存在する。

図１４は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の一実施形態を示す。図示されている収集器は、本明細書中に記載された他の収集器にいくつかの点で類似している。図示されている収集器は、いくつかの実施形態において収集器が以下の特徴を含むため、いくつかの点でユニークである。いくつかの実施形態では、収集器は、図示されているような不均衡プロファイルを有するパネルを含む。

図１５は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の一実施形態を示す。図示されている収集器は、本明細書中に記載された他の収集器にいくつかの点で類似している。図示されている収集器は、いくつかの実施形態において収集器が以下の特徴を含むため、いくつかの点でユニークである。いくつかの実施形態では、収集器は、ヘッダが溝付きパネルと出会う場所に取り付けられる長方形突起を含み、突起は２対１の比率を有し、最も大きな寸法の長さ、例えば２は、溝付きパネルを通した流体流の方向におけるものであり、幅及び奥行きは１である。突起は、両端における、２つ又は３つの溝についての切り欠きによって示されている。いくつかの実施形態では、長方形突起は溝の中ほどにあってもよい。

図１６は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の一実施形態を示す。図示されている収集器は、本明細書中に記載された他の収集器にいくつかの点で類似している。図示されている収集器は、いくつかの実施形態において収集器が以下の特徴を含むため、いくつかの点でユニークである。いくつかの実施形態では、収集器は、長方形突起がヘッダの間の中間点における切り欠きによって示されていることを除いては、図１５の設計に類似した設計を含む。

図１７〜図１９は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の実施形態を示す。図示されている収集器は、本明細書中に記載された他の収集器にいくつかの点で類似している。図示されている収集器は、いくつかの実施形態において収集器が以下の特徴を含むため、いくつかの点でユニークである。いくつかの実施形態では、収集器はヘッダを含み、その溝付きパネルへの接続部は、ヘッダスロットに広がる流体の大きな膨張力を受ける。例えば図４に示すようないくつかの実施形態では、この広がる力は、長さ４８インチ（約１２２ｃｍ）の溝付きヘッダ内で５０００ｌｂｓ（約２２７０ｋｇ）を容易に超過し得る。

接着剤及び外部強化材は、いくつかの実施形態において生じる高圧力及び高温によって提示される課題により、プラスチックタイプの太陽熱収集器における漏洩を防止することはできなかった。図１７〜図１９は、漏洩を解決しパネル内の許容作動圧力を増加させるユニークな解決法を示す。図１７及び１８は、収集器を形成する、製造されたヘッダから溝付きパネルへの接続部を示す。図１９は、収集器を含む太陽熱収集器の断面図と、ヘッダから溝付きパネルへの接続部の等角図とを含み、ここで、省略可能なテンション装置が、ヘッダの任意の必要な又は所望の領域内に設置されて示されている。

いくつかの実施形態では、収集器は好ましくは、図１７〜図１９において参照されるような、収集器のヘッダから溝付きパネルへの接続部内に必要に応じて設置されるテンション装置を、内圧を相殺し、プラスチック及び接着剤に対する応力を最小にし、膨張力に対抗し、プラスチック太陽熱収集器において生じる高圧力及び高温に対応する能力を大幅に向上させるために含む。

図２０は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の一実施形態を示す。図示されている収集器は、本明細書中に記載された他の収集器にいくつかの点で類似している。図示されている収集器は、いくつかの実施形態において収集器が以下の特徴を含むため、いくつかの点でユニークである。いくつかの実施形態では、収集器システムは、エンクロージャと絶縁体とグレージングとを、収集器を形成するヘッダ及び溝付きパネルと共に含む。

図２１は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の一実施形態を示す。図示されている収集器は、本明細書中に記載された他の収集器にいくつかの点で類似している。図示されている収集器は、いくつかの実施形態において収集器が以下の特徴を含むため、いくつかの点でユニークである。いくつかの実施形態では、収集器は、溝付きパネル内の構造の構成における、溝付きパネルのバリエーションの例を含む。例えば、図２１は好ましくは、図２０の溝付きパネルの断面図である。

いくつかの実施形態では、太陽熱収集器の構成材料、暗くされた流体、プラスチック材料の着色に加えて、溝付きパネルは、熱を太陽熱流体に直接引き渡す光増強及び光吸収材料を利用する。本明細書中に示すように、本明細書中に記載されるパネル実施形態は、例えば３層の溝付きパネルを示す図４のパネルなどの様々な構成を有してもよく、本明細書中に記載された１つ以上の溝付きパネル構成に従って修正されてもよい。３層及び複数層の溝付きパネルの多くの構成が企図される。例えば、正弦波、台形、三角形、矩形、及び本質的に任意の幾何学構成、又はそれらの任意の組み合わせが好適であり、いくつかの実施形態において有利な可能性がある。熱は、作動システムを介してシステム内の流体から取り出され、作動システムのうちの１つは図５に表されている。良好な作動システムは好ましくは、その構成要素内に良好なヘッダと良好な溝付きパネルとを含み、それらの相互接続部が最も重要である。

図２２〜図２４は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の実施形態を示す。図示されている収集器は、本明細書中に記載された他の収集器にいくつかの点で類似している。図示されている収集器は、いくつかの実施形態において収集器が以下の特徴を含むため、いくつかの点でユニークである。いくつかの実施形態では、収集器は、ピン、ファスナ、コネクタ、当接部、オーバレイ、チャネル、スロット、シーラント、開口部、及びフランジのうちの１つ以上を含む強化部を、ヘッダとパネルとの間の好適な接続を達成するために含む。

図２５は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成されたヘッダの一実施形態を示す。図示されているヘッダは、本明細書中に記載された他のヘッダにいくつかの点で類似している。図示されているヘッダは、いくつかの実施形態においてヘッダが以下の特徴を含むため、いくつかの点でユニークである。いくつかの実施形態では、ヘッダは、パネルのためのスロットと、流体伝達のための穴と、中実延在強化部と、ヘッダボアとを含む。

図２６〜図２７は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成されたシステムの一実施形態を示す。図示されているシステムは、本明細書中に記載された他のシステムにいくつかの点で類似している。図示されているシステムは、いくつかの実施形態においてシステムが以下の特徴を含むため、いくつかの点でユニークである。いくつかの実施形態では、システムは、保護、絶縁、及びレンズを通したエンクロージャ内への太陽光を可能にするように設計されたエンクロージャ内の、ＦＲＰ太陽熱収集器を含む。

図２８は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の一実施形態を示す。図示されている収集器は、本明細書中に記載された他の収集器にいくつかの点で類似している。図示されている収集器は、いくつかの実施形態において収集器が以下の特徴を含むため、いくつかの点でユニークである。いくつかの実施形態では、収集器は、溝付きパネルの壁内に不均衡構造を含む。

図２９は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の一実施形態を示す。図示されている収集器は、本明細書中に記載された他の収集器にいくつかの点で類似している。図示されている収集器は、いくつかの実施形態において収集器が以下の特徴を含むため、いくつかの点でユニークである。いくつかの実施形態では、収集器は、平坦構造が起伏構造と交互になった７層構造を、１つの層内で太陽熱流体がエネルギーを吸収すること及び２つの構造内で絶縁することの両方を可能にするために含む。いくつかの実施形態では、両端において封止された１つ以上の３インチ（約７．６２ｃｍ）×１インチ（約２．５４ｃｍ）トランケート構造が７層配置内で使用されてもよい。

図３０は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の一実施形態を示す。図示されている収集器は、本明細書中に記載された他の収集器にいくつかの点で類似している。図示されている収集器は、いくつかの実施形態において収集器が以下の特徴を含むため、いくつかの点でユニークである。いくつかの実施形態では、収集器は、ヘッダから全ての溝内への流れの入口に取り付けられた半円筒突起を含む。いくつかの実施形態では、パネルは、溝内への低い入口において長方形を含む。

図３１は、本発明の特定の特徴、態様、及び利点に従って配置及び構成された収集器の一実施形態を示す。図示されている収集器は、本明細書中に記載された他の収集器にいくつかの点で類似している。図示されている収集器は、いくつかの実施形態において収集器が以下の特徴を含むため、いくつかの点でユニークである。いくつかの実施形態では、収集器は、チャネル内の全ての溝内の点に取り付けられた半円筒突起を含む。いくつかの実施形態では、パネルは、パネル溝の途中に置かれた長方形を含む。

複数の実施形態に当てはまる有利な特徴の全般的要約
本明細書中に記載されたシステム、特徴、材料、及び方法の多くは、ユニークな組み合わせにおいて所望に応じて交換可能に使用されてもよい。いくつかの実施形態は、より多くの又はより少ない特徴を所望に応じて含んでもよい。以下の説明では、いくつかの実施形態において所望に応じて含まれてもよい側面を要約する。

収集器システム全般
いくつかの実施形態によれば、収集器は、太陽光からのエネルギーを利用可能な熱に変換する。いくつかの実施形態では、収集器は、流体を保持して進めるための１つ以上の層で作られる。収集器は好ましくは、最大７層以上を有してもよい。収集器は、流体を保持して進める層を含んでもよい。収集器は、絶縁及び同様の保護策のために、あるいは真空又は希土類ガスを封じ込めて性能を最大にするために封止された層を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、収集器は、平坦構造と３次元起伏構造とが交互になったものを含む。構造は好ましくは、流体を保持して進めるためのエンクロージャを作るように接合される。いくつかの実施形態では、平坦構造はウェブによって分離されてもよく、ウェブを通して流体が流れてもよい。いくつかの実施形態では、そのような構造及び／又は部分は、それらが含むガラス又はその他の添加剤の量を変えることによって、光透過率に関して修正されてもよい。収集器はいくつかの場合、構造及び／又はその部分内に、及び／又は構造の外面上に、１つ以上の染料、顔料、又はその他の着色剤などの添加剤を混合することによって性能向上を達成し得る。太陽熱流体が太陽光からの熱を、図５に示す太陽熱収集器システムなどの太陽熱収集器システム内での使用のために提供することを可能にするために、収集器は、太陽光からのより多くのエネルギーが太陽熱流体内に吸収されることをもたらしてもよい。

いくつかの実施形態では、収集器は、流体を保持して進めるための２つの以上の層を含む。いくつかの実施形態では、収集器は４〜７層を含む。全体として太陽光に面するよう配向されるように構成された収集器の面の構造は好ましくは、自然色によって半透明又は透明である材料から形成され、この構造への染料又はその他の添加剤の追加によって修正された場合に、太陽光からのエネルギーをより多く吸収する構造に変換される。収集器は、入口と出口との間の溝付きパネルに一体に接続された入口及び出口を有する。溝付きパネルは、太陽熱流体を含むように、かつ太陽熱流体が太陽光からのエネルギーを吸収してそれを熱に変換する間、収集器を通して太陽熱流体を前進させるように構成される。流体は好ましくは、収集器を出た場合、高温水、冷暖房、及びこれらの形態のエネルギーの派生物を提供するために使用される。いくつかの実施形態では、流体の前進には好ましくは、ポンプ、加圧システム、又は重力などの材料移送装置を用いた流体移動手段が利用される。

いくつかの実施形態では、収集器は、収集器の構造における又はその部分における光透過率を修正すること及び／又は色を変更することによって、並びに染料を用いて太陽熱流体を修正することによって、太陽熱流体内に吸収されるエネルギーの量を最大にするように設計される。収集器は、様々な緯度、経度、気候、位置、季節、局所的配向、及び同様の環境変数における適用例において、太陽光からの熱の生成を最大にして、太陽光からの熱を太陽熱収集器システム内で使用するよう提供するために使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、収集器は好ましくは、３層以上の構造を含む溝付きパネルを含む。上層及び底層は好ましくは起伏構造によって分離され、起伏構造を通して太陽熱流体が流れる。太陽熱流体は、太陽光からのエネルギーを吸収して熱に変換するように構成される。溝付きパネルは、７０％以下の光透過率を有する構造を有してもよい。

溝付きパネル
いくつかの実施形態では、溝付きパネルは、太陽に面する面のうちの１つ以上が４つの全ての側において封止された構造内に配置され、真空又は不活性ガスの利用などの手段によって絶縁される。いくつかの実施形態では、太陽光に面する第１の構造内の溝付きパネルであってこれを通して太陽熱流体が流れる溝付きパネルは、７０％以下の光透過率を有する構造を含む。いくつかの実施形態では、溝付きパネルは、平坦構造が３次元起伏構造及び／又はウェブによって分離された最大７層の構造を含み、これにより、１つ以上の層を通して流体が流れて、層内を流れる太陽熱流体が太陽光からのエネルギーを吸収して熱に変換し得、他の層は端において封止され、これは絶縁及び収集器内へのエネルギーの蓄積などの機能のために使用され得る。

構造
いくつかの実施形態では、構造は、１つ以上の溝付きパネルであってこれを通して流体が流れる１つ以上の溝付きパネルと、１つ以上の封止された層とを含む。いくつかの実施形態では、構造は、４つの全ての側において保護フレームを用いて密閉される。いくつかの実施形態では、構造は、太陽光に面する前部透明層を有し、これを通して太陽光からのエネルギーが収集器に入る。いくつかの実施形態では、構造は、固体である絶縁材料を有する。いくつかの実施形態では、構造は、４つの側が密閉された４つ以上の層であってオーバラップされた４つ以上の層と、後面とを含む。いくつかの実施形態では、収集器は、ウェブによって分離された２つ以上の構造を含み、ウェブは構造に対して垂直であるか又はある角度をなし、これらを通して太陽熱流体が流れ、太陽熱流体流のためのチャネルが形成される。いくつかの実施形態では、収集器は、太陽光に面する構造の面を除く全ての面が透明であるように構成される。いくつかの実施形態では、収集器は、太陽光に面する構造の面と、太陽から最も遠い構造とを除く全ての面が透明であるように構成される。

配向及び構成
いくつかの実施形態では、収集器は、太陽から最も遠い面が、太陽光からのエネルギーとしての熱を吸収し蓄積するように構成される。いくつかの実施形態では、収集器は、太陽から最も遠い面が太陽光からのエネルギーを反射して太陽熱流体内に戻し、エネルギーがそこで更に熱に変えられるように構成される。いくつかの実施形態では、収集器は、太陽から最も遠い面に極めて接近した面が、太陽光からのエネルギーとしての熱を吸収し蓄積するように構成される。いくつかの実施形態では、収集器は、太陽から最も遠い面に極めて接近した面が、太陽光からのエネルギーとしての熱を反射して収集器内に戻すように構成される。いくつかの実施形態では、収集器は、太陽から最も遠い面が、黒い又は同様の非常に暗くされた面であるように構成される。いくつかの実施形態では、収集器は、面が、太陽光からのエネルギーを反射して収集器内に戻す、白であるか又は鏡面仕上げを有するように構成される。いくつかの実施形態では、収集器は、太陽から最も遠い面が材料の固有の特性として透明又は半透明であり、太陽光からのエネルギーを吸収するためにそれに対して染料が追加され、次に太陽光からのエネルギーが太陽熱流体内の染料によって吸収されるように構成される。

いくつかの実施形態では、収集器は、間欠オン／オフ流循環ポンプ又は可変速ポンプと組み合わせて使用される。ポンプは、収集器と収集器の動作を制御するための関連するコントローラとを通して流体を移動させるために、太陽熱流体が収集器内の溝付きパネルを通過する際に太陽熱流体内の変化する面を太陽光に露光するパルス流と組み合わされた溝付きパネルの設計と組み合わせて使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、収集器は、ヘッダであってこれを通して流体が、流体を太陽光に露光する溝付きパネルに入る、ヘッダと、別のヘッダであってこれを通して流体が、太陽光への露光から退出する際に流れる、別のヘッダとを含む。溝付きパネルへの入口におけるヘッダは、流れの方向及び／又は流れの速度を変更し、出口におけるヘッダは、流れの方向及び／又は流れの速度を変更する。

いくつかの実施形態では、収集器内のヘッダは、ヘッダが溝付きパネルの入口に接合する場所において又はその近くで、並びに溝付きパネルが出口においてヘッダに接合する点において溝内の溝に取り付けられる、半円筒突起を有する。突起は好ましくは２．５以上対１の比率を有し、２．５以上の長さは溝付きパネルを通した流体流の方向に伸びるものであり、幅及び奥行きは１である。

いくつかの実施形態では、太陽熱収集器内のヘッダは、起伏構造内の１つ以上の場所において溝内の溝に取り付けられる半円筒突起を有する。突起は２．５以上対１の比率を有し、２．５以上の長さは溝付きパネルを通る流体流の方向に伸びるものであり、幅及び奥行きは１である。

いくつかの実施形態では、溝付きパネルの壁の全長内の不均衡構造は好ましくは、流体と溝付きパネルを構成する壁との間の変動する摩擦をもたらし、従って流体速度は、太陽熱流体が溝付きパネルを通過するにつれて変動し、そのような変動する流体速度は、太陽光からのエネルギーへの、流体の様々な面の変化する露光に寄与する。

収集器材料
ＦＲＰ材料
いくつかの実施形態によれば、収集器は、太陽光からのエネルギーを利用可能な熱に変換する。いくつかの実施形態では、収集器は、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）と一般に呼ばれる材料から作られる。ＦＲＰは好ましくは、半透明のＦＲＰにおける固有の色、ヘーズ、及び光透過率を利用して、収集器と収集器を絶縁する装置とを組み合わせた構造内で太陽光に露光された太陽熱流体内で熱を生成する。ＦＲＰは、太陽光からのエネルギーが収集器に入ることを可能にし、収集器の周囲の保護エンクロージャもこれを可能にする。

いくつかの実施形態では、収集器は好ましくは、高強度、高温耐熱熱硬化性樹脂を促進剤又は触媒を用いて硬化させ、ＵＶ抵抗性でない熱硬化性樹脂の場合は熱硬化性樹脂をＵＶ安定剤などの添加剤と組み合わせ、そのような熱硬化性樹脂を、切断されたガラス繊維ストランド、連続ガラス繊維ストランド、開放式ネット状に織られた連続ガラス繊維ストランドなどを含む様々な形態における、様々な量のガラス繊維と組み合わせることによって作られたＦＲＰ材料を含む。ＦＲＰは、装飾用ガラス繊維強化プラスチックと一般に呼ばれるあまり要求が厳しくない用途のための材料ではなく、構造用ガラス繊維強化プラスチック、又は工学構造用ガラス繊維強化プラスチック、又は同様のものを意味する。

いくつかの実施形態では、収集器は好ましくは、耐食性、耐熱性、又は耐熱性と耐食性との組み合わせを更に有するクラスのＦＲＰ材料から作られる。ＦＲＰは好ましくは、水の沸点以上の温度に到達する可能性がある太陽熱流体を、ＦＲＰの著しい劣化を招くことなしに封じ込めるために使用されるように構成される。

いくつかの実施形態では、収集器は好ましくは、硬化した熱硬化性樹脂が収集器の製造においてガラス繊維なしで使用され得るように、硬化した熱硬化性樹脂へのガラス繊維の追加なしに室温において６０００ｐｓｉ（約４１．３７ＭＰａ）以上の抗張力を有する熱硬化性樹脂で作られる。いくつかの実施形態では、収集器は好ましくは、５０体積％未満の繊維含量を有するＦＲＰで作られる。

いくつかの実施形態では、ＦＲＰ材料は、エポキシ、不飽和ポリエステル、ビニルエステルと呼ばれる樹脂タイプ、及び不透明ではないその他の樹脂、及びそれらの改質及び組み合わせに由来してもよい。いくつかの実施形態では、ＦＲＰ材料は、ＤＩＯＮ６６９４、Ｅｐｏｖｉａ ＲＦ−１００１、又はＨｅｔｒｏｎ９８０を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、ＦＲＰ材料は、改質ビスフェノールフマル酸エステル、非促進（Ｎｏｎ−Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ）エポキシビニルエステル、プレミアム（Ｐｒｅｍｉｕｍ）エポキシノボラックビニルエステル、プレミアムビスフェノール−Ａフマル酸エステル、ＦＣＡＴ技術を用いたエポキシビニルエステル、ノボラック改質エポキシビニルエステル、エポキシビニルエステル、ビスフェノール−Ａエポキシビニルエステル、ノボラックエポキシビニルエステルと呼ばれる樹脂タイプ、及び／又は不透明ではないその他の樹脂、及び／又はそれらの改質及び組み合わせに由来してもよい。いくつかの実施形態では、ＦＲＰ材料は、ＤＩＯＮ ＩＭＰＡＣＴ ９１６０、ＤＩＯＮ ＩＭＰＡＣＴ ９４００、ＤＩＯＮ ３８２−０５、Ｈｅｔｒｏｎ ９２２、Ｈｅｔｒｏｎ ９８０／３５、Ｄｅｒａｋａｎｅ Ｍｏｍｅｎｔｕｍ ４１１−３５０、Ｄｅｒａｋａｎｅ ４１１−４５、Ｄｅｒａｋａｎｅ ４４１−４００、Ｄｅｒａｋａｎｅ Ｍｏｍｅｎｔｕｍ ４７０−３００、Ｄｅｒａｋａｎｅ ４７０ＨＴ−４００、ＥＰＯＶＩＡ ＫＲＦ−１００１、ＥＰＯＶＩＡ ＲＦ−１０５１、及び／又はＥＰＯＶＩＡ ＫＲＦ−１０５１を含んでもよい。本明細書中で特定される好適な樹脂は、ライヒホールド・インク（Ｒｅｉｃｈｈｏｌｄ Ｉｎｃ．）、アシュランド・インク（Ａｓｈｌａｎｄ Ｉｎｃ．）、及び／又はＣＣＰコンポジット（ＣＣＰ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）のうちの１つ以上から商業的に入手可能であり得る。

いくつかの実施形態による製造プロセスの一例として、本明細書中に記載された樹脂のうちの１つに由来するＦＲＰから収集器を、２つの平坦層と１つの３次元起伏構造とを組み合わせた少なくとも３層構造の形態で生産するために、収集器は、発熱性熱硬化性樹脂（ｅｘｏｔｈｅｒｍｉｃ ｔｈｅｒｍｏｓｅｔｔｉｎｇ ｒｅｓｉｎ）に促進剤又は触媒を追加することによって製造され組み立てられてもよい。この組み合わせは、３つ以上の移動ベルト上にポンピングされるか又は重力によって進められてもよく、各移動ベルトは、溝付きパネルを構成する様々な面を画定するツーリングを有する。ガラス繊維が好ましくは、無作為に移動ベルト上に置かれる。原料の組み合わせは、起伏プロファイルの構造を又は平坦プロファイルの構造を画定する硬化を促進するツーリングを通過する。起伏プロファイルと２つの平坦プロファイルとが、制御された温度において移動ベルトに沿って進行するにつれて、材料は硬化され、起伏プロファイルと２つの平坦プロファイルとはこれにより構造的完全性を有するように十分に硬化し、しかしピンチロールが起伏プロファイルを２つの平坦プロファイルの間にサンドイッチする際には依然として粘着性である。接合は、構造が完全に硬化するまで圧力を直接印加することによって、又は実質的に十分に硬化した完全な面に対して接着剤を使用することによって達成される。そのような完成した溝付きパネルは、溝付きパネルの両端上でヘッダに接続される。ヘッダは、溝付きパネルに使用されたＦＲＰ材料で作られてもよい。ヘッダは、引き抜き成形によって、エンドキャップをサンドイッチする突出したリップを有する円筒パイプの形状に作られてもよく、これを通して穴があけられ、接着剤を用いて溝付きパネルの両端に、硬化とシーラントとの組み合わせによって取り付けられる。

いくつかの実施形態では、半透明パネルは、ウィスコンシン州ウォーソー（Ｗａｕｓａｕ，ＷＩ）のメジャー・インダストリーズ（Ｍａｊｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）から商業的に入手可能であり、例えばＧｕａｒｄｉａｎ ２７５半透明パネル製品などが収集器システムのために使用されてもよい。これらの製品はＦＲＰ材料に基づくものであり、強防水システムにおける保護カバーを提供し得る。様々な色が入手可能である。ＦＲＰ材料はいくつかの実施形態において耐久性があり、最長２０年以上にわたる使用が期待され得る。いくつかの実施形態では、材料は、高強度ＦＲＰと本明細書中に記載された好適な樹脂とから作られる。

熱可塑性樹脂材料
いくつかの実施形態によれば、収集器は、太陽光からのエネルギーを利用可能な熱に変換する。収集器は好ましくは、耐熱熱可塑性樹脂として知られる熱可塑性樹脂のカテゴリに由来する熱可塑性樹脂から作られる。熱可塑性樹脂は、水の沸点以上の温度に到達する能力を有する。収集器と収集器を絶縁する装置とを組み合わせた構造内に含まれる収集器は、太陽光からのエネルギーが収集器に入ることを可能にし、収集器の周囲の保護エンクロージャもこれを可能にする。この組み合わせは太陽熱収集器と呼ばれてもよい。太陽光に面する収集器の構造の面内の材料は、熱可塑性樹脂の固有の光透過率及び色を使用する。材料は透明又は半透明であってもよく、構造又はその部分内あるいは構造の外面上で、染料、又は顔料、又は本明細書中で「染料」と呼ばれるその他の着色剤などの添加剤を用いて修正されてもよい。そのような修正は透明材料を半透明材料に変えてもよく、半透明材料は、太陽光に露光された、太陽光からのエネルギーを利用可能な熱に変換する太陽熱流体内で熱を生成するように構成される。

いくつかの実施形態では、収集器は好ましくは、制限されたＵＶ安定性を有するポリスルホン又はその他の熱可塑性樹脂を含む。熱可塑性樹脂は、太陽光に面する収集器の側に積層されたポリスルホンフィルム内にＵＶ安定剤を組み込んでもよく、又は太陽光に面する面を、ＵＶ安定剤を含む半透明材料を用いて被覆してもよく、又は太陽光に面するポリスルホンの面に、ＵＶ抵抗性材料の半透明フィルムを積層してもよく、又は太陽光に面するポリスルホンの面にフィルムを積層してもよい。フィルムは、ＵＶ安定剤が追加された透明又は半透明のプラスチックで作られてもよい。

いくつかの実施形態では、収集器は、ポリスルホンと、ポリスルホンに類似した屈折率を有する１つ以上のエンジニアリング熱可塑性樹脂及び／又は耐熱熱可塑性樹脂との組み合わせから作られる。熱可塑性樹脂は半透明性を維持するためにポリスルホンと密接混合されてもよく、又は、ポリスルホンと１つ以上のエンジニアリング熱可塑性樹脂又は耐熱熱可塑性樹脂との組み合わせに由来して、相互貫入ポリマーネットワークに類似した特性又は相互貫入ポリマーネットワークの特性を有し、それにより、さもなければ不透明の部分的非相溶性熱可塑性樹脂の半透明性が維持される。

いくつかの実施形態では、収集器は好ましくは、エンジニアリング熱可塑性樹脂とは異なる、耐熱熱可塑性樹脂と一般に呼ばれるクラスの熱可塑性樹脂から作られ、そのような材料は、それ自体がポリスルホンから作られるか、又はポリスルホンと、ポリエーテルイミドなどの、ポリスルホンに類似した屈折率を有する他の耐熱熱可塑性樹脂との組み合わせから作られるか、又はポリスルホンと、ポリエチレンテレフタレート、スチレン無水マレイン酸、耐熱ポリカーボネート、及びポリスルホンと密接混合された同様の材料などの、エンジニアリングプラスチックとの組み合わせから作られ、従ってそのような材料は、相互貫入ポリマーネットワークに類似した特性又は相互貫入ポリマーネットワークの特性を有する半透明又は透明材料となり、それにより、さもなければ不透明の部分的非相溶性熱可塑性樹脂の半透明性も維持される。

いくつかの実施形態では、収集器は、エンジニアリング熱可塑性樹脂とは異なる、耐熱熱可塑性樹脂と一般に呼ばれるクラスの熱可塑性樹脂から作られ、そのような材料は、それ自体がポリエーテルイミドから作られるか、又はポリエーテルイミドと、ポリスルホンなどの、ポリエーテルイミドに類似した屈折率を有する他の耐熱熱可塑性樹脂との組み合わせから作られるか、又はポリエーテルイミドと、ポリエチレンテレフタレート、スチレン無水マレイン酸、耐熱ポリカーボネート、及びポリエーテルイミドと密接混合された同様の材料などの、エンジニアリングプラスチックとの組み合わせから作られ、従ってそのような材料は、相互貫入ポリマーネットワークに類似した特性又は相互貫入ポリマーネットワークの特性を有する半透明材料となり、それにより、さもなければ不透明の部分的非相溶性熱可塑性樹脂の半透明性も維持される。いくつかの実施形態では、収集器のための好適な材料は、ポリスルホンＵＤＥＬ Ｐ１７００、ポリエーテルイミドＵＬＴＥＭ ＨＵ１０００、ポリエチレンテレフタレートＲＹＮＩＴＥ ５４０ ＳＵＶ ＢＫ ５４４、スチレン無水マレイン酸ＸＩＲＡＮ ＳＥ７００、ポリカーボネートＬＥＸＡＮ ＬＵＸ ２１１０Ｔを含む。

いくつかの実施形態では、収集器は、ポリエチレンテレフタレートＥａｓｔａｐａｋ Ｐｏｌｙｍｅｒ ９２２１を含む。いくつかの実施形態では、収集器は、ポリカーボネートＬＥＸＡＮ ＸＨＴ ２１４１を含む。これらの及び／又はその他の熱可塑性樹脂材料は、太陽光に面する収集器の側に積層されたフィルム内にＵＶ安定剤を組み込んでもよく、又は太陽光に面する面を、ＵＶ安定剤を含む半透明材料を用いて被覆してもよく、又は太陽光に面する面に、ＵＶ抵抗性材料の半透明フィルムを積層してもよく、又は太陽光に面する面にフィルムを積層してもよい。フィルムは、ＵＶ安定剤が追加された透明又は半透明のプラスチックで作られてもよい。

いくつかの実施形態による製造プロセスの一例として、熱可塑性樹脂収集器を生産するために、溝付きパネルは、少なくとも３つの構造を１ステップにおいて組み合わせるプロファイルダイを通して押し出し成形されてもよい。溝付きパネルが２つ以上の異なる着色構造を有する場合、プロファイルプロセスは好ましくは、複数のサイド及びセンターフィード押出機を有する。構造は、それらがダイを通して流れるにつれて互いに接合される。溝付きパネルは、押出機の端の近くで、完全に形成された溝付きパネルが所望の長さに到達した場合に切断されてもよい。ヘッダは好ましくは、いくつかの実施形態に示すリップをプロファイルが有することを除き、パイプを押し出し成形するために使用されるものに類似したプロファイル押出機から別個に形成される。ヘッダは、溝付きパネルを押し出し成形するために使用される方向に対して約９０度の角度で溝付きパネルに取り付けられてもよい。圧力によってヘッダが溝付きパネルに取り付けられるように、接合は、ヘッダリップが高温状態にあり、内部リップ面が半溶融状となっている間に行われてもよい。

収集器染料
いくつかの実施形態では、収集器は、収集器の１つ以上の半透明又は透明構造内の材料に追加される染料を含む。いくつかの実施形態では、染料は、可視スペクトル範囲を包含し、ＵＶＡ、ＵＶＢ、及びＵＶＣ紫外スペクトル、及び近赤外スペクトルを更に含む。そのような染料は好ましくは、グリーン、ブルーグリーン、ブルー、又はバイオレットの範囲内の波長を有する。

いくつかの実施形態では、収集器の１つ以上の構造内の材料に追加される染料は、ピンク、タン、アンバー、及びブロンズの、第二又は第三色内の波長を有する。いくつかの実施形態では、収集器の１つ以上の構造内の材料に追加される染料は、グリーン、ブルーグリーン、ブルー、又はバイオレットの範囲内の３７０〜５６０ｎｍの波長を有する。いくつかの実施形態では、収集器の構造のうちの１つ以上内の材料は、５９０ｎｍ〜７６０ｎｍの分光光度波長を有する構造をもたらす染料を有する。いくつかの実施形態では、収集器の構造のうちの１つ以上内の材料は、３７０〜５６０ｎｍ、及び５９０〜７６０ｎｍの分光光度波長を有する構造をもたらす染料を有する。

いくつかの実施形態では、収集器は、おおよそ公称４００ｎｍ〜公称７００ｎｍの範囲内の波長を有するポンドダイ（Ｐｏｎｄ Ｄｙｅｓ）、レークアンドポンドダイ（Ｌａｋｅ ａｎｄ Ｐｏｎｄ Ｄｙｅｓ）と一般に呼ばれる製品群又は類似のものからの染料を含む構造を含む。例えばいくつかの実施形態では、染料は漆黒（Ｊｅｔ Ｂｌａｃｋ）のレークアンドポンドダイであってもよい。

収集器材料及び染料のスペクトル特性及び複数面（Ｍｕｌｔｉ−Ｓｕｒｆａｃｅ）特性
いくつかの実施形態では、太陽熱流体は染料を含み、染料は一般的な色データを含む。染料が可視スペクトル範囲を包含するように、収集器の１つ以上の半透明又は透明構造内の材料に染料が追加されてもよい。図３２及び表１及び表２は、染料に関するデータを提供する。

いくつかの実施形態では、太陽熱流体は染料を含み、染料は指定されたスペクトル色データを含む。クリア染色された構造が以下の図３２及び表１及び表２において示されるスペクトルデータによって特徴付けられるように、収集器の１つ以上の半透明又は透明構造内の材料に染料が追加されてもよい。

クリア染色された構造が以下の図３２及び表１及び表２において示されるスペクトルデータによって特徴付けられるように、収集器の１つ以上の半透明又は透明構造内の材料に染料が追加されてもよい。

（デザート）ローズ染色された構造が以下の図３２及び表１及び表２において示されるスペクトルデータによって特徴付けられるように、収集器の１つ以上の半透明又は透明構造内の材料に染料が追加されてもよい。

グリーン染色された構造が以下の図３２及び表１及び表２において示されるスペクトルデータによって特徴付けられるように、収集器の１つ以上の半透明又は透明構造内の材料に染料が追加されてもよい。

（アイス）ブルー染色された構造が以下の図３２及び表１及び表２において示されるスペクトルデータによって特徴付けられるように、収集器の１つ以上の半透明又は透明構造内の材料に染料が追加されてもよい。

タン染色された構造が以下の図３２及び表１及び表２において示されるスペクトルデータによって特徴付けられるように、収集器の１つ以上の半透明又は透明構造内の材料に染料が追加されてもよい。

表１及び図３２は、Ｓｐｅｃｔｒｏｎｉｃ ２１Ｄ分光光度計を使用して様々な波長において収集された透過率データを含む。全ての測定値は、１／１６インチ（約０．１５９ｃｍ）の厚さを有する染色された試料を通した、等しい厚さの空気を通して測定された透過に相対的に計算された透過パーセントである。

表２は、染色された材料の１／１６インチ（約０．１５９ｃｍ）の試料を通して可視スペクトル全体にわたって測定された全体的な透過パーセントを示す。光源は、ＡＭ １．５フィルタを装備した人工太陽灯であった。

太陽熱流体
いくつかの実施形態では、太陽熱流体は好ましくは、収集器からエネルギーを取得するために使用される。太陽熱流体は水ベースの流体であってもよい。水ベースの太陽熱流体は、水とグリコールとの混合物を含んでもよい。水ベースの太陽熱流体は、プロピレングリコールであるグリコール添加剤を含んでもよい。水ベースの太陽熱流体は、１２１〜２４０ｍｇ／Ｌの炭酸カルシウム硬度を有する水を含んでもよい。いくつかの実施形態では、水ベースの太陽熱流体は、６１〜１２０ｍｇ／Ｌの炭酸カルシウム硬度を有する水を含む。いくつかの実施形態では、水ベースの太陽熱流体は、６０ｍｇ／Ｌ以下の炭酸カルシウム硬度を有する水を含む。いくつかの実施形態では、水ベースの太陽熱流体は、脱イオン水と一般に呼ばれる流体を含む。いくつかの実施形態では、水ベースの太陽熱流体は、蒸留水と一般に呼ばれる流体を含む。いくつかの実施形態では、水ベースの太陽熱流体は、ブライン溶液と一般に呼ばれる流体を含む。

いくつかの実施形態では、太陽熱流体は炭化水素ベースの流体を含む。いくつかの実施形態では、太陽熱流体は鉱油を含む。いくつかの実施形態では、太陽熱流体は、炭化水素ベースの流体も水ベースの流体も含まない。いくつかの実施形態では、太陽熱流体は、太陽光からのエネルギー吸収するために追加された染料を含む。いくつかの実施形態では、太陽熱流体は、ポンドダイ、レークアンドポンドダイと一般に呼ばれる製品群又は類似のものからの染料を含み、そのような染料は公称４００ｎｍ〜公称７００ｎｍの範囲内の波長を有する。いくつかの実施形態では、太陽熱流体は漆黒のレークアンドポンドダイを含む。

いくつかの実施形態では、太陽熱流体は染料を含み、染料は漆黒のレークアンドポンドダイを含み、以下の表３に記載する特性を有し、表３は、漆黒のレークアンドポンドダイの波長についての分光光度計読み取り値を示す。

結論
収集器システム並びに関連する構成要素及び方法の例について本明細書中で説明した。図は、様々なシステム及びモジュール、並びにそれらの間の接続を示す。様々なモジュール及びシステムは、様々な構成において組み合わされてもよく、様々なモジュール及びシステムの間の接続は、物理的又は論理的なリンクを表してもよい。図における表現は、望ましい収集器及び加熱システムを提供及び使用して比較的迅速かつ効率的な様式で水を処理するための方法の原理を明確に示すために提示されており、システム、方法、及び特徴に関する詳細は、別個の物理的実施形態を詳細に説明しようとするためではなく、説明を容易にするために提供されている。

例及び図は説明を意図するものであり、本明細書中に記載された発明の範囲を限定することを意図するものではない。特定の好ましい実施形態及び例が本明細書中で開示されたが、発明の主題は、具体的に開示された実施形態を超えて、他の代替の実施形態及び／又は用途に、及びそれらの修正及び均等物に及ぶ。従って、本明細書に添付の特許請求の範囲は、本明細書中に記載された特定の実施形態のいずれによっても限定されない。例えば、本明細書中で開示されたいかなる方法又プロセスにおいても、方法又プロセスの動作又は操作は任意の好適な順序で行われ得、何らかの特定の開示された順序に必ずしも限定されない。様々な操作が、特定の実施形態の理解に役立ち得る様式で、複数の別個の操作として順に説明される場合があるが、説明の順序は、それらの操作が順序に依存することを意味するものと解釈されるべきではない。加えて、本明細書中に記載された構造は、一体型の構成要素として又は別個の構成要素として実施され得る。様々な実施形態を比較する目的のために、これらの実施形態の特定の態様及び利点が説明された。必ずしも全てのそのような態様又は利点が、任意の特定の実施形態によって達成されるわけではない。従って例えば、様々な実施形態が、本明細書中で教示される１つの利点又はグループの利点を達成するか又は最適化する様式で、本明細書中でやはり教示又は示唆され得る他の態様又は利点は必ずしも達成することなしに、実施され得る。

様々な実施形態について、そのような実施形態の機能に関して、ハードウェアの一般的な相互交換性を考慮して説明した。本明細書中に記載された方法及びプロセスはまた、いかなる特定の順序にも限定されず、それに関連するブロック、ステップ、又は状態は、適切な他の順序で、例えば他の何らかの様式で実行され得る。本明細書中に記載された様々な要素、特徴、及びプロセスは互いに独立に使用されてもよく、又は様々な手法で組み合わされてもよい。全ての可能な組み合わせ及び副組み合わせが、本開示の範囲内に入ることが意図される。更に、前述の説明のいずれも、何らかの特定の特徴、要素、構成要素、特性、ステップ、モジュール、方法、プロセス、タスク、又はブロックが必要であること又は不可欠であることを意味することを意図するものではない。本明細書中に記載された例示的システム及び構成要素は、記載とは異なるように構成されてもよい。例えば、開示された例と比較して、要素又は構造要素が追加されてもよく、削除されてもよく、又は再配置されてもよい。

本明細書中で使用される場合、「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「いくつかの実施形態（ｓｏｍｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」又は「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及はいずれも、その実施形態に関連して記載される特定の要素、特徴、構造、又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書中の様々な場所における「一実施形態では」というフレーズの出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を指しているとは限らない。本明細書中で使用される、とりわけ、「〜し得る（ｃａｎ）」、「〜し得る（ｃｏｕｌｄ）」、「〜してもよい（ｍｉｇｈｔ）」、「〜してもよい（ｍａｙ）」、「例えば（ｅ．ｇ．）」などの条件付き言語は、特に明記しない限り、又は使用される文脈において理解されない限り、特定の特徴、要素、及び／又はステップを特定の実施形態が含む一方で他の実施形態は含まないことを伝えることが一般に意図される。加えて、本明細書及び添付の特許請求の範囲の中で使用される冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、特に明記しない限り、「１つ以上の」又は「少なくとも１つの」を意味すると解釈されるべきである。

本明細書中で使用される場合、用語「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、又は任意のその他のバリエーションは非制限用語であり、非排他的包含をカバーすることが意図される。例えば、要素のリストを含むプロセス、方法、物品、又は機器は、それらの要素のみに必ずしも限定されず、明示的にリストされていない他の要素を、あるいはそのようなプロセス、方法、物品、又は機器に固有の他の要素を含み得る。更に、反対する明確な記載がない限り、「又は」は包括的な又はを意味し、排他的な又はを意味しない。例えば、条件Ａ又はＢは、以下のいずれか１つによって満たされる：Ａが真であり（又は存在し）かつＢが偽である（又は存在しない）、Ａが偽であり（又は存在せず）かつＢが真である（又は存在する）、並びに、Ａ及びＢが真である（又は存在する）。本明細書中で使用される場合、項目のリスト「のうちの少なくとも１つ」に言及するフレーズは、単一のメンバーを含む、それらの項目の任意の組み合わせを意味する。一例として、「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの少なくとも１つ」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ及びＢ、Ａ及びＣ、Ｂ及びＣ、並びに、Ａ及びＢ及びＣをカバーすることが意図される。「Ｘ、Ｙ、及びＺのうちの少なくとも１つ」というフレーズなどの結合的な言語は、特に明記しない限り、又は使用される文脈において理解されない限り、項目、用語などがＸ、Ｙ、又はＺのうちの少なくとも１つであってもよいことを一般に伝える。従って、そのような結合的な言語は、Ｘのうちの少なくとも１つ、Ｙのうちの少なくとも１つ、及びＺのうちの少なくとも１つがそれぞれ存在することを特定の実施形態が要求することを意味することを一般に意図するものではない。

前述の開示は、説明の目的のために、特定の実施形態、適用例、及び使用ケースを参照して説明された。しかし、本明細書中の例示的説明は、網羅的であることも、開示された正確な形態に本発明を限定することも意図するものではない。多くの修正及び変形が、上記の教示を考慮することにより可能である。実施形態は、本発明の原理とその実際的な適用とを説明し、それにより当業者が、企図される特定の用途に好適なように、本発明及び様々な実施形態を様々な修正と共に利用することを可能にするために選択され説明されたものである。

本発明の特定の特徴、態様、及び利点は、軽量の太陽熱収集器における熱の捕獲を最大にするか又は少なくとも大幅に増加させる、適切な構造工学と創造的思考との組み合わせに由来する。いくつかの結果は意図的なものであり、いくつかは全く予期せずに得られたものであった。太陽熱流体の可変のパルス状オン−オフ流のＦＲＰ実施形態と、収集器の効率を向上させる前述のシステムの設計との組み合わせにおいて、科学的創造性の好例を見ることができる。

本発明について、特定の実施形態に関して説明したが、当業者にとって明らかな他の実施形態も本発明の範囲内に入る。従って、様々な変更及び修正が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われ得る。例えば、様々な構成要素が、所望に応じて位置を変えられてもよい。その上、全ての特徴、態様、及び利点が本発明を実施するために必ずしも必要とされるわけではない。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定されることが意図される。

Claims (27)

1. 太陽熱システムであって、
   半透明のガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）パネルを有する太陽熱収集器と、
   ポンプと、
   弁と、
   貯蔵タンクと、
   ボイラと、
   コントローラと
   前記太陽熱収集器、前記ポンプ、前記弁、前記貯蔵タンク、及び前記ボイラと連通する流体コネクタとを備え、システム内の流体流は前記コントローラによって制御される、太陽熱システム。
2. 前記半透明のＦＲＰパネルは、高強度、耐熱樹脂を含む、請求項１に記載の太陽熱システム。
3. 前記半透明のＦＲＰパネルは、約３０％のガラス含量を含む、請求項１に記載の太陽熱システム。
4. 前記半透明のＦＲＰパネルは染料を含む、請求項１に記載の太陽熱システム。
5. 流体を加熱する方法であって、
   半透明のガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）パネルを有する太陽熱収集器と、ポンプと、弁と、貯蔵タンクと、ボイラと、コントローラと、流体コネクタであって前記太陽熱収集器、前記ポンプ、前記弁、前記貯蔵タンク、及び前記ボイラと連通する流体コネクタとを備える太陽熱システムを提供し、システム内の流体流は前記コントローラによって制御され、
   前記太陽熱システムを通して流体を循環させる、
   ことを含む方法。
6. 前記流体は染料を含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記流体流はパルス流を含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記流体流は乱流を含む、請求項５に記載の方法。
9. 太陽熱収集器システムであって、
   入口ヘッダと、
   出口ヘッダと、
   前記入口ヘッダ及び前記出口ヘッダと結合された半透明パネルとを備え、前記半透明パネルは、第１層と、第２層と、前記第１層及び第２層の間に配置された第３層とを備え、前記第３層は起伏層である、太陽熱収集器システム。
10. 前記半透明パネルはＦＲＰ材料を含む、請求項９に記載の太陽熱収集器システム。
11. 前記半透明パネルは熱可塑性樹脂材料を含む、請求項９に記載の太陽熱収集器システム。
12. 前記起伏層は正弦波形状を含む、請求項９に記載の太陽熱収集器システム。
13. 前記起伏層は台形形状を含む、請求項９に記載の太陽熱収集器システム。
14. 前記起伏層は三角形形状を含む、請求項９に記載の太陽熱収集器システム。
15. 前記起伏層は矩形形状を含む、請求項９に記載の太陽熱収集器システム。
16. 前記起伏層は染料を含む、請求項９に記載の太陽熱収集器システム。
17. 太陽熱収集器システムであって、
    入口ヘッダと、
    出口ヘッダと、
    前記入口ヘッダ及び前記出口ヘッダと結合された半透明パネルとを備え、前記半透明パネルは、第１層と、第２層とを備え、前記第１層及び第２層は、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）材料を含む、太陽熱収集器システム。
18. 前記半透明パネルは第３層を備える、請求項１７に記載の太陽熱収集器システム。
19. 前記半透明パネルは少なくとも７つの層を備える、請求項１７に記載の太陽熱収集器システム。
20. 太陽熱収集器システムであって、
    入口ヘッダと、
    出口ヘッダと、
    前記入口ヘッダ及び前記出口ヘッダと結合された半透明パネルとを備え、前記半透明パネルは、第１層と、第２層とを備え、前記第１層及び第２層は、熱可塑性樹脂材料を含む、太陽熱収集器システム。
21. 前記半透明パネルは第３層を備える、請求項２０に記載の太陽熱収集器システム。
22. 前記半透明パネルは少なくとも７つの層を備える、請求項２０に記載の太陽熱収集器システム。
23. 太陽熱収集器システムの一部を製造する方法であって、
    半透明のガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）材料の第１層と、半透明のＦＲＰ材料の第２層と、半透明のＦＲＰ材料の第３層とを提供し、前記第３層は起伏層であり、前記
    第１層及び第２層の間に配置され、
    前記第１層、第２層、及び第３層を、前記ＦＲＰ材料を形成する樹脂の硬化中に圧力下で一緒に結合することによって接合し、それにより半透明パネルを形成する、
    ことを含む方法。
24. 前記半透明パネルをヘッダと結合することを含む、請求項２３に記載の方法。
25. 太陽熱収集器システムの一部を製造する方法であって、
    パネルを形成する熱可塑性樹脂材料の第１、第２、及び第３層を同時押し出し成形し、ここで前記第３層は起伏層であり、前記第１及び第２層の間に配置され、それにより半透明パネルを形成し、
    ＵＶ安定剤フィルムを、前記第１及び第２層のうちの少なくとも１つの上に積層する、
    ことを含む方法。
26. 前記パネルをヘッダと結合することを含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記熱可塑性樹脂材料はポリスルホン樹脂を含む、請求項２５に記載の方法。