JP4729584B2 - Solar energy collection apparatus and method - Google Patents

Solar energy collection apparatus and method Download PDF

Info

Publication number
JP4729584B2
JP4729584B2 JP2007545797A JP2007545797A JP4729584B2 JP 4729584 B2 JP4729584 B2 JP 4729584B2 JP 2007545797 A JP2007545797 A JP 2007545797A JP 2007545797 A JP2007545797 A JP 2007545797A JP 4729584 B2 JP4729584 B2 JP 4729584B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cavity
heat
isothermal
reflecting
solar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007545797A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008523351A (en
Inventor
タチェルト,モーリス
Original Assignee
シェク ラボズ−ソーラー ハイドロゲン エナジー コーポレイション
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
Priority to CA2490207 priority Critical
Priority to CA002490207A priority patent/CA2490207A1/en
Application filed by シェク ラボズ−ソーラー ハイドロゲン エナジー コーポレイション filed Critical シェク ラボズ−ソーラー ハイドロゲン エナジー コーポレイション
Priority to PCT/CA2005/001900 priority patent/WO2006063450A1/en
Publication of JP2008523351A publication Critical patent/JP2008523351A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4729584B2 publication Critical patent/JP4729584B2/en
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=36585840&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP4729584(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06Devices for producing mechanical power from solar energy with means for concentrating solar rays
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S2023/88Multi reflective traps
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Description

本発明は、太陽エネルギーの分野に関するものであり、特に、熱化学処理、熱機械的処理、または、他の熱処理の原動力とするための、太陽放射エネルギー収集に関するものである。   The present invention relates to the field of solar energy, and in particular to solar radiant energy collection for use as a driving force for thermochemical, thermomechanical, or other heat treatments.

今日、再生可能な太陽熱エネルギーを非常に多くの様々な熱駆動処理に活用することについて、かなりの関心が寄せられている。熱駆動処理とは、スターリングエンジンまたは蒸気タービンなどに見られる熱機械発電システム、熱化学再形成、加熱分解、加熱処理、一般加熱処理、材料処理などのことである。一般に、太陽エネルギー収集システムは、太陽光をすぐに取得できるような場所に設置される。一般的なシステムでは、平らにセグメント化された、または、曲げられた鏡が、放物線上に、または、ボウルや桶のような形に配置され、入射する太陽放射エネルギーを収集し、あらかじめ定めたターゲット上に集光させる。トラッキング制御システムまたは前もってプログラムされたアルゴリズムは、鏡を動かすことによって、太陽が空を横断するのに応じて、要求された可視光線の形を維持する。   There is considerable interest today in utilizing renewable solar energy for a large number of different heat-driven processes. The thermal drive process is a thermomechanical power generation system, thermochemical reforming, thermolysis, heat treatment, general heat treatment, material treatment, etc. found in a Stirling engine or a steam turbine. Generally, a solar energy collection system is installed in a place where sunlight can be obtained immediately. In a typical system, a flat segmented or bent mirror is placed on the parabola or in the shape of a bowl or bowl to collect incident solar radiation energy and pre-determine it Focus on the target. The tracking control system or pre-programmed algorithm maintains the required visible light shape as the sun traverses the sky by moving the mirror.

ターゲットは、たいてい空洞または浅い皿のような形状であり、そこに、光が円錐状に集光される。空洞は、一般に、吸収された熱が稼動中の処理に伝達されるように、中に冷却液を流し込まれた複数の管によって形成される。米国特許公報#5,113,659には、いくつかの空洞の設計が掲載されている。空洞の内部に、連結されたホットシュー(a series of hot shoes)が含まれており、複数の自由ピストンスターリング機関(free piston sterling generator)に熱エネルギーを伝達するようになっている。太陽光熱化学処理のいくつかにおいて、太陽の像(the image fireball)は、しばしば局所的な加熱スポット(hotspot)を引き起こす透明の処理チューブ内の熱触媒床に直接使用される。このため、触媒焼結が生じたり、処理温度制御がうまくいかなかったりする。   The target is usually shaped like a cavity or a shallow dish where light is collected in a conical shape. The cavity is generally formed by a plurality of tubes into which cooling liquid is poured so that the absorbed heat is transferred to the running process. US Patent Publication No. 5,113,659 describes several cavity designs. A series of hot shoes are included within the cavity to transfer thermal energy to a plurality of free piston sterling generators. In some solar thermochemical processes, the image fireball is often used directly on the thermal catalyst bed in a transparent processing tube that causes local hotspots. For this reason, catalyst sintering occurs or the processing temperature control is not successful.

これらすべての収集スキームにおいて、スポットサイズおよびその形状を、熱交換および空洞のパラメータに合わせて調整する必要がある。局所的な加熱効果を回避するために、太陽像の焦点をぼかしたり、または、複数の太陽像を斜めに照射させたりすることによって、熱交換処理チューブが配置されている場所を、均一の温度で加熱されるゾーンにする。この結果、太陽像が拡大されて、これに伴い、熱放射表面の領域が増加したことが原因で、太陽の上記ターゲット上の焦点は、最適な焦点よりもぼけて、放射損失が増加する。   In all these collection schemes, the spot size and its shape need to be adjusted to the heat exchange and cavity parameters. In order to avoid local heating effects, defocus the sun image or illuminate multiple sun images at an even temperature. In the zone heated by. As a result, the sun image is magnified, and as a result, the area of the heat radiation surface is increased, so that the focus of the sun on the target is more blurred than the optimum focus and radiation loss increases.

像の拡大縮小および太陽エネルギー収集技術の損失は、生成物全体の変換効率の大部分に影響する。したがって、太陽エネルギー収集システムの目的は、最小の太陽エネルギー収集可能領域で生産物の最大生産量を目指す点にある。上記目的を達成するための鍵となる要因は、ターゲットからの放熱による寄生損失(parasitic)を最小化することである。   Image scaling and the loss of solar energy collection technology affect the bulk of the overall product conversion efficiency. Therefore, the purpose of the solar energy collection system is to aim for the maximum production amount of the product in the minimum solar energy collection area. A key factor to achieve the above objective is to minimize the parasitic loss due to heat dissipation from the target.

要求される処理温度に応じて、収集手段が決定する。低温熱を利用するためには、桶形の反射体が収集手段となり、より高温を得るためには、放物曲線形の収集装置が収集手段となる。蒸気システムは、800Kより下の中くらいの温度で稼動する。吸熱反応における高温の平衡定数(high equilibrium constants)を得ようとすると、熱化学反応には、実質それ以上の高温が必要となる。残念なことに、処理温度が増加するにつれ、熱放射などによる寄生放射損失は増加する。シュテファンの法則(Pr=σεAT)にしたがって、上記処理温度におけるターゲットの絶対温度が2倍になると、寄生放射損失は16倍も増加する。したがって、放射損失の最小化は、黒体領域がフォーカスされた太陽像と同じになるように構成された、最適化された空洞の受光部と連動して、最小の太陽像または最高の太陽エネルギー収集を実用化することで実現する。
米国特許公報 US 5,113,659(1992年5月19日公開)
The collecting means determines according to the required processing temperature. In order to use low-temperature heat, a bowl-shaped reflector serves as a collecting means, and in order to obtain a higher temperature, a parabolic curve collecting device serves as a collecting means. The steam system operates at moderate temperatures below 800K. In order to obtain high equilibrium constants in endothermic reactions, thermochemical reactions require substantially higher temperatures. Unfortunately, as process temperatures increase, parasitic radiation losses due to thermal radiation and the like increase. In accordance with Stefan's law (Pr = σεAT 4 ), the parasitic radiation loss increases by 16 times when the absolute temperature of the target at the processing temperature is doubled. Therefore, radiation loss minimization works in conjunction with an optimized cavity receiver configured so that the blackbody region is the same as the focused solar image, with the smallest solar image or highest solar energy. This is achieved by putting collection into practical use.
US Patent Publication US 5,113,659 (published May 19, 1992)

〔発明の概要〕
本発明の目的は、従来技術の問題点を克服する太陽熱収集装置および方法を提供することにある。
[Summary of the Invention]
It is an object of the present invention to provide a solar heat collecting apparatus and method that overcomes the problems of the prior art.

本発明の第1の実施形態において、太陽集光器から熱を収集し、収集した熱を熱吸収源(heat sink)に伝達するための装置を開示する。上記装置は、細長い空洞を持つ等温体(isothermal body)を有している。その空洞は、略円形の開口を有し、開口の直径は、上記太陽集光器の焦点の直径にほぼ等しい。上記空洞は反射壁を有し、上記反射壁に照射される太陽光線が十分反射されるようになっている。上記等温体の向きは、上記円形の開口が上記太陽集光器の略焦点に位置し、該太陽集光器の主軸に対して略垂直となり、また、上記空洞の軸と上記太陽集光器の主軸とが略一直線上に並ぶような向きになっている。上記等温体は、等温体にて生成された熱が、上記熱吸収源に吸収されるように設計されている。上記空洞の長さは、上記空洞に入る太陽光線から目的のエネルギー量を吸収するのに十分な長さである。   In a first embodiment of the present invention, an apparatus for collecting heat from a solar concentrator and transferring the collected heat to a heat sink is disclosed. The device has an isothermal body with an elongated cavity. The cavity has a substantially circular aperture whose diameter is approximately equal to the diameter of the focal point of the solar concentrator. The cavity has a reflecting wall so that the sunlight irradiated to the reflecting wall is sufficiently reflected. The direction of the isothermal body is such that the circular opening is located at a substantially focal point of the solar concentrator and is substantially perpendicular to the main axis of the solar concentrator, and the cavity axis and the solar concentrator The main shaft is aligned in a substantially straight line. The isothermal body is designed such that heat generated by the isothermal body is absorbed by the heat absorption source. The length of the cavity is sufficient to absorb the target amount of energy from the sunlight entering the cavity.

本発明の第2の実施形態において、太陽から熱を収集し、収集した熱を熱吸収源に伝達するための装置を開示する。上記装置は、太陽集光器および等温体を備えている。上記等温体は、細長い略円筒状の空洞を有する。その空洞は、略円形の開口を有し、開口の直径は、上記太陽集光器の焦点の直径にほぼ等しい。上記空洞は反射壁を有し、上記反射壁に照射される太陽光線が十分反射されるようになっている。上記等温体の向きは、上記円形の開口が上記太陽集光器の略焦点に位置し、該太陽集光器の主軸に対して略垂直となり、また、上記空洞の軸と上記太陽集光器の主軸とが略一直線上に並ぶような向きになっている。上記等温体は、等温体にて生成された熱が、上記熱吸収源に吸収されるように設計されている。上記空洞の長さは、上記円形の開口の直径の約5〜9倍の長さである。   In a second embodiment of the present invention, an apparatus for collecting heat from the sun and transferring the collected heat to a heat absorption source is disclosed. The apparatus includes a solar concentrator and an isothermal body. The isothermal body has an elongated substantially cylindrical cavity. The cavity has a substantially circular aperture whose diameter is approximately equal to the diameter of the focal point of the solar concentrator. The cavity has a reflecting wall so that the sunlight irradiated to the reflecting wall is sufficiently reflected. The direction of the isothermal body is such that the circular opening is located at a substantially focal point of the solar concentrator and is substantially perpendicular to the main axis of the solar concentrator, and the cavity axis and the solar concentrator The main shaft is aligned in a substantially straight line. The isothermal body is designed such that heat generated by the isothermal body is absorbed by the heat absorption source. The length of the cavity is about 5-9 times the diameter of the circular opening.

本発明の第3の実施形態において、太陽集光器から、熱吸収源に伝達するための熱を収集する方法を開示する。上記方法は、略円形の開口を有し、開口の直径が、上記太陽集光器の焦点の直径にほぼ等しくなる空洞であって、かつ、反射壁を有し、上記反射壁に照射される太陽光線が十分反射されるようになっている細長い空洞を持つ等温体(isothermal body)を提供するステップと、上記等温体の向きを、上記円形の開口が上記太陽集光器の略焦点に位置し、該太陽集光器の主軸に対して略垂直となり、かつ、上記空洞の軸と上記太陽集光器の主軸とが略一直線上に並ぶように決定するステップと、反射壁に照射される各太陽光線が、上記反射壁における第1の接点から、反射壁における第2の接点、および、上記反射壁における後に続く複数の接点へと反射して、上記太陽光線に含まれる目的のエネルギー量が反射壁に吸収されるまで、各接点において、各太陽光線に含まれるエネルギーを反射壁によって吸収するステップと、上記太陽光線の吸収されたエネルギーにより上記等温体にて生成された熱が、熱吸収源に吸収されるように、上記熱吸収源が、熱的に、上記等温体に接続するステップとを含んでいる。   In a third embodiment of the present invention, a method for collecting heat for transmission from a solar concentrator to a heat absorption source is disclosed. The method has a substantially circular opening, a cavity whose opening diameter is substantially equal to the diameter of the focal point of the solar concentrator, has a reflecting wall, and is irradiated on the reflecting wall. Providing an isothermal body having an elongated cavity in which sunlight is sufficiently reflected, and the orientation of the isothermal body, with the circular aperture positioned approximately at the focal point of the solar concentrator. The step of determining the axis of the cavity to be substantially perpendicular to the main axis of the solar concentrator and the main axis of the solar concentrator being aligned substantially in a straight line; Each sunlight ray is reflected from the first contact point on the reflection wall to the second contact point on the reflection wall and a plurality of subsequent contact points on the reflection wall, so that the target energy amount included in the sunlight ray is reflected. At each contact until is absorbed by the reflecting wall The step of absorbing energy contained in each solar ray by a reflecting wall, and the heat absorption source so that heat generated in the isothermal body by the absorbed energy of the solar ray is absorbed by the heat absorption source Thermally connecting to the isothermal body.

太陽放射エネルギーは、等温体に形成された反射空洞内の複数の内部反射によって熱に変換される。そして空洞の受光部は、熱的に必要な熱処理または熱吸収源と連動する。上記等温体は、熱機能を統合するための主要部を有し、軽微な断熱材または太陽像の湾曲とは無関係に、ほぼ一定の温度での連動処理を実現する。   Solar radiant energy is converted to heat by a plurality of internal reflections in a reflective cavity formed in the isothermal body. The hollow light-receiving portion is interlocked with a thermally necessary heat treatment or heat absorption source. The isothermal body has a main part for integrating the thermal function, and realizes interlocking processing at a substantially constant temperature regardless of a slight heat insulating material or the curvature of the solar image.

空洞の開口は、放物曲線形の太陽集光器の焦点に可視光の主軸上で位置しており、その光円錐における直径が最小になる部分が空洞の入り口にあたるようになっている。   The opening of the cavity is located on the main axis of visible light at the focal point of a parabolic solar concentrator, and the portion of the light cone with the smallest diameter corresponds to the entrance of the cavity.

機械的構造は、化学的還元可能物質(a chemically reducible material)に覆われた、または、化学的還元可能物質からなる厚い壁を有する中空円柱と似ている。化学的還元可能物質とは、例えば、銅などであるが、これに限定されない。空洞の端の開口が、太陽集光器からの焦点において光円錐を遮断している間は、等温体は、熱処理と熱的に連動している。太陽エネルギーは、上記空洞に入り、内部反射を繰り返す。この間、均一に分散し、徐々に熱が放射される。熱は、受光部の等温体に吸収されて、処理の実施に活用される。空洞壁の反射率は、内部の空気の不活性化または還元性気体(reducing atmosphere)によって調整される。   The mechanical structure resembles a hollow cylinder covered with a chemically reducible material or having a thick wall made of a chemically reducible material. The chemically reducible substance is, for example, copper, but is not limited thereto. While the opening at the end of the cavity blocks the light cone at the focal point from the solar concentrator, the isothermal body is thermally linked to the heat treatment. Solar energy enters the cavity and repeats internal reflection. During this time, it is uniformly dispersed and heat is gradually emitted. The heat is absorbed by the isothermal body of the light receiving unit and used for the execution of the processing. The reflectivity of the cavity wall is adjusted by internal air inactivation or reducing atmosphere.

〔図の簡単な説明〕
本発明の上述した目的および有利な点、ならびに、さらなる目的および有利な点は、以下に記載の、本発明を構成要素として示した図面を参照して行う、本発明の好ましい実施形態についての詳細な説明によって、より完全に理解される。
[Brief description of figure]
The above objects and advantages of the present invention, as well as further objects and advantages, will be set forth in detail in the following description of preferred embodiments of the invention with reference to the drawings, which illustrate the invention as a component. A more complete understanding can be gained through this explanation.

図1および図2は、同期変流機(electrical converter)のスターリングを駆動するように構成された、従来の太陽熱収集システムの概略を示す図である。   1 and 2 are schematic diagrams of a conventional solar heat collection system configured to drive the Stirling of a synchronous current transformer.

図3は、従来技術に用いられている太陽集光器であって、エネルギーを活用可能レベルにまで減衰させるために、放射状にゆがめられた太陽集光器における、ターゲットの放射照度の特性(irradiance profile)示す図である。   FIG. 3 is a solar concentrator used in the prior art, in which the irradiance characteristics of the target in a solar concentrator radiated radially to attenuate energy to a usable level. profile).

図4は、従来技術および本発明における径方向配光のグラフである。   FIG. 4 is a graph of radial light distribution in the prior art and the present invention.

図5は、ターゲットの温度および領域と黒体の熱放射損失との関係を表すグラフである。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the temperature and region of the target and the thermal radiation loss of the black body.

図6は、本発明における、スターリングエンジン原動力生成システムを採用した実施形態の概略を示す側断面図である。   FIG. 6 is a side sectional view showing an outline of an embodiment adopting a Stirling engine motive power generation system in the present invention.

図7は、本発明の加熱の用途における他の実施形態の概略を示す側断面図である。   FIG. 7 is a side sectional view schematically showing another embodiment of the heating application of the present invention.

図8および図9は、本発明における、熱化学反応システムを採用した実施形態の概略を示す側断面図である。   FIG. 8 and FIG. 9 are side sectional views showing an outline of an embodiment adopting a thermochemical reaction system in the present invention.

図10は、本発明の同軸の空洞を有する等温体を示す等角投影図であり、ひとつの光線の径路および空洞の作用の基本原理を示す図である。   FIG. 10 is an isometric view showing an isothermal body having a coaxial cavity according to the present invention, showing the basic principle of the path of one ray and the action of the cavity.

図11は、図10に示す熱伝導体の端面図であり、内部の光線の径路を示す図である。   FIG. 11 is an end view of the heat conductor shown in FIG. 10 and shows the path of the internal light beam.

〔発明の詳細な説明〕
図1および図2は、従来技術における、熱エンジンおよび電気生成装置の組み合わせ駆動する太陽熱収集システムの概略を示す図である。太陽熱収集システムは、多種多様な目的で用いられる熱を提供するためのものである。収集された熱は、基本的に熱を消費する図示された熱エンジンのように、熱吸収源に伝達されて用いられる。作動温度は、目的によってさまざまである。また、システムは、作動温度が目的の温度に達したら、収集されたすべての熱が、熱吸収源によって分離されるように設計されており、作動温度は、約100℃〜1400℃またはそれ以上であってもよい。
Detailed Description of the Invention
FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams showing an outline of a conventional solar heat collection system that is driven by a combination of a heat engine and an electricity generation device. Solar heat collection systems are intended to provide heat used for a wide variety of purposes. The collected heat is used by being transferred to a heat absorption source, basically like the illustrated heat engine that consumes heat. The operating temperature varies depending on the purpose. The system is also designed so that once the operating temperature reaches the desired temperature, all collected heat is separated by a heat sink, and the operating temperature is about 100 ° C. to 1400 ° C. or higher. It may be.

上記の例では、太陽放射光1が太陽集光器2によって反射して生じた、太陽光の光束の中の太陽光線7は、ターゲット8に焦点が合わされる。ターゲット8は、放物曲線形の太陽集光器2の焦点に合わせて、空洞11上に設けられている。ターゲット8は、複数の金属管3から構成されており、金属管3は、光円錐を遮断するように、放物曲線形の太陽集光器2の主軸9について線対称に配置される。熱伝達損失を低減するために、水晶窓(quartz window)5が、ターゲット8を覆っている。冷却剤は、管3を介して、管3に接する放熱が吸収されることによって生成された熱を取り除くために流れている。そして、その熱を熱伝導によって熱エンジン4に伝える。   In the above example, the solar rays 7 in the luminous flux of sunlight generated by reflecting the solar radiation 1 by the solar collector 2 are focused on the target 8. The target 8 is provided on the cavity 11 in accordance with the focal point of the parabolic solar collector 2. The target 8 is composed of a plurality of metal tubes 3, and the metal tubes 3 are arranged symmetrically with respect to the main axis 9 of the parabolic solar collector 2 so as to block the light cone. In order to reduce heat transfer losses, a quartz window 5 covers the target 8. The coolant is flowing through the tube 3 to remove heat generated by absorbing the heat dissipated in contact with the tube 3. Then, the heat is transmitted to the heat engine 4 by heat conduction.

上記の例において、熱エンジンによって変換された機械的エネルギーは、シャフト10によって生成部6に伝送される。生成部6は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する。上記の例では、ターゲット8に向けられた配光は、図3に示すとおり、管状の熱交換構造における、環状リングと同じになる。環状リングは、太陽光の光束強度(flux intensity)レベルを熱交換可能限界まで軽減するために、複数の太陽像に歪められたものである。図4において、曲線Wは、図3に示す太陽像が歪められてターゲット8に重畳されたときの、ターゲット8における径方向配光の結果をグラフ化したものである。図3に示すとおり、ターゲットの中心部の略円形の部分は、実質、太陽光線7があたっていない。このように、ターゲットになる領域を広げることによって太陽光線7がターゲット8に集中するのを抑える。   In the above example, the mechanical energy converted by the heat engine is transmitted to the generator 6 by the shaft 10. The generation unit 6 converts mechanical energy into electric energy. In the above example, the light distribution directed to the target 8 is the same as that of the annular ring in the tubular heat exchange structure, as shown in FIG. The annular ring is distorted into a plurality of solar images in order to reduce the flux intensity level of sunlight to the heat exchange limit. In FIG. 4, a curve W is a graph showing the result of radial light distribution in the target 8 when the sun image shown in FIG. 3 is distorted and superimposed on the target 8. As shown in FIG. 3, the substantially circular portion at the center of the target is not substantially exposed to the sunlight 7. In this way, the sun rays 7 are prevented from concentrating on the target 8 by widening the target region.

一般に、太陽光の集積度合いは、”suns”という単位を用いて測定される。1sunは、標準となる太陽光の1単位面積あたりの入射エネルギー量を表している。太陽光は、1平方メートルあたり約1000ワット(W/m)である。より具体的には、焦点上の太陽光の集積度合いが約5500sunsだとすると、熱交換管3は、その集積度合いに達したときの熱に持ちこたえることはない。熱交換の熱伝導パラメータに沿って、熱吸収許容量および冷却剤流量を与えると、最大許容太陽光集積度合いは、例えば、約877suns、または、約877000W/mとなる。太陽光集積度合いを軽減するためには、機構を以下のように配置する。すなわち、例えば、放物曲線形の集光器2を歪めて、より広い領域に放射されるようにする。太陽光集積度合いがこのように軽減されると、交換温度を許容範囲内に収まるように維持している間は、必要とされる熱伝導を行うことができる。 In general, the degree of sunlight accumulation is measured using the unit “suns”. 1 sun represents the amount of incident energy per unit area of standard sunlight. Sunlight is about 1000 watts per square meter (W / m 2 ). More specifically, if the accumulation degree of sunlight on the focal point is about 5500 suns, the heat exchange tube 3 does not withstand the heat when the accumulation degree is reached. Given the heat absorption allowance and coolant flow rate along the heat transfer parameters of the heat exchange, the maximum allowable solar accumulation degree is, for example, about 877 suns or about 877000 W / m 2 . In order to reduce the degree of sunlight accumulation, the mechanism is arranged as follows. That is, for example, the parabolic curved collector 2 is distorted so as to be radiated to a wider area. When the degree of sunlight accumulation is reduced in this way, the necessary heat conduction can be performed while maintaining the exchange temperature within the allowable range.

しかしながら、ターゲットのサイズを大きくすると、所定の温度での放射損失も大きくなってしまい、太陽光収集効率が下がってしまう。図5は、放射率1.0のときにおける、ターゲットの再放射エネルギーが原因となるエネルギー損失の規模は、実質、処理温度およびターゲットの放射面積に影響される。図1および図2に示す上述した例では、ターゲット8の直径は約15インチで、太陽光の集積度合いは、約177平方インチのターゲットの面積(太陽光線7が実質あたっていないターゲットの中心部の円形部分も含む)において877sunsとなる。放物曲線形の太陽集光器2を一つの太陽像の焦点にて集光するように再配置することにより、ターゲットの直径は、約6インチとなる。これにより、太陽光集積度合いは、その焦点において、ターゲットの面積約28平方インチにつき5500sunsとなる。したがって、ターゲットの面積は、約6.25分の1に減らされる分、それに応じて、集光度は、約6.25倍になる。   However, when the size of the target is increased, radiation loss at a predetermined temperature is also increased, and the sunlight collection efficiency is lowered. FIG. 5 shows that when the emissivity is 1.0, the magnitude of the energy loss caused by the re-radiation energy of the target is substantially affected by the processing temperature and the radiation area of the target. In the above-described example shown in FIGS. 1 and 2, the target 8 has a diameter of about 15 inches, and the degree of sunlight accumulation is about 177 square inches. 877 suns) (including the circular portion of). By relocating the parabolic solar concentrator 2 to focus at the focus of one solar image, the target diameter is about 6 inches. This results in a solar accumulation level of 5500 suns per target area of approximately 28 square inches at the focal point. Accordingly, the area of the target is reduced by about 6.25, and accordingly, the concentration is increased by about 6.25 times.

図5に示すとおり、ターゲットのサイズを15インチから6インチに減らすことによって、放射損失を、13%から2%に減らすことができる。このときの処理作動温度は850℃である。図5に示すとおり、作動温度が上がるにつれて、小さいターゲットの放射損失は、さほど増加しないが、一方、大きい方のターゲットにおける放射損失は、作動温度が上がるにつれて劇的に増加する。これらのデータは、所定の温度に達するように設計された黒体太陽光受光部であればいずれでも当てはまる、熱力学の真実である。上述のような直径の小さな集光部によって、非常に高い集光度を得ようとすることは解決が困難な課題である。   As shown in FIG. 5, radiation loss can be reduced from 13% to 2% by reducing the target size from 15 inches to 6 inches. The processing operating temperature at this time is 850 degreeC. As shown in FIG. 5, as the operating temperature is increased, the radiation loss of the small target does not increase much, while the radiation loss at the larger target increases dramatically as the operating temperature is increased. These data are the thermodynamic truths that apply to any blackbody solar receiver designed to reach a predetermined temperature. An attempt to obtain a very high light concentration by the light condensing part having a small diameter as described above is a difficult problem to solve.

図6は、太陽集光器から熱を収集し、収集した熱を熱吸収源に伝達するための本発明の装置の一実施形態を示す図である。図示された実施形態において、本発明の収集装置が備える熱吸収源は、スターリングエンジン生成装置であって、図1および図2の収集装置に設けられた熱吸収源と似ている。ここでは、集光器を歪めるのではなく、放物曲線形の太陽集光器2によって集められた太陽放射光1が、はっきりと一つの太陽像が細長い空洞13の開口入り口にて投影されるように焦点を合わせられている。ここでは、太陽光集積度合いは最も大きく、ターゲット(すなわち、空洞13の開口入り口)の直径は最も小さい。図4では、曲線Sは、太陽像が一つである場合の、ターゲット8における径方向配光の結果をグラフ化したものである。   FIG. 6 is a diagram illustrating one embodiment of the apparatus of the present invention for collecting heat from a solar concentrator and transferring the collected heat to a heat absorption source. In the illustrated embodiment, the heat absorption source included in the collection device of the present invention is a Stirling engine generation device, which is similar to the heat absorption source provided in the collection device of FIGS. 1 and 2. Here, rather than distorting the concentrator, the solar radiation 1 collected by the parabolic solar concentrator 2 clearly projects a single solar image at the opening entrance of the elongated cavity 13. So that it is focused. Here, the degree of sunlight accumulation is the largest, and the diameter of the target (that is, the opening entrance of the cavity 13) is the smallest. In FIG. 4, the curve S is a graph of the result of radial light distribution at the target 8 when there is one sun image.

空洞13の開口は円形で、その直径は、太陽集光器2の焦点の直径にほぼ等しい。空洞13は、円形の開口が太陽集光器2の焦点に位置し、かつ、太陽集光器2の主軸9に対して略垂直になるように方向付けられている。さらに、空洞13の軸が主軸9と略一直線上に並ぶように空洞13は設けられている。   The opening of the cavity 13 is circular and its diameter is approximately equal to the diameter of the focal point of the solar collector 2. The cavity 13 is oriented such that the circular opening is located at the focal point of the solar collector 2 and is substantially perpendicular to the main axis 9 of the solar collector 2. Further, the cavity 13 is provided so that the axis of the cavity 13 is aligned with the main axis 9 in a substantially straight line.

空洞13は、ステインレススティールなどでできた等温体12の内部に形成されている。空洞13の内側は銅などの金属板32で覆われている。銅は、化学的に還元された状態で良好な反射率を有し、熱伝導率が高い。あるいは、等温体12はその全体が、化学的に還元可能でかつ熱伝導率が高い材料、例えば銅など(しかしこれに限定されない)でできていてもよい。いずれにしても、空洞13は、壁に照射された太陽光線7が十分に反射されるように、反射壁を有している。空洞13内部における光線の複数の反射によって、空洞13の壁にて、太陽光線から熱へとエネルギーが変換される。熱は、等温体12への熱伝導によって、温度を上げたり、その熱エネルギーを熱吸収源処理にて利用可能なようにしたりするのに転用される。   The cavity 13 is formed inside an isothermal body 12 made of stainless steel or the like. The inside of the cavity 13 is covered with a metal plate 32 such as copper. Copper has good reflectivity in a chemically reduced state and high thermal conductivity. Alternatively, the isothermal body 12 as a whole may be made of a material that can be chemically reduced and has high thermal conductivity, such as but not limited to copper. In any case, the cavity 13 has a reflection wall so that the sunlight 7 irradiated to the wall is sufficiently reflected. Energy is converted from sunlight into heat at the walls of the cavity 13 by the plurality of reflections of the light rays inside the cavity 13. The heat is diverted to increase the temperature by heat conduction to the isothermal body 12 or to make the thermal energy available for heat absorption source processing.

太陽光線7を反射させることにより、受光部において光が作用した領域は、空洞の開口の領域から空洞の壁の領域へと増加する。太陽光線7は、反射壁における第1の接点から反射壁における第2の接点へと反射を繰り返し続け、反射壁における非常に多くの接点に照射され反射する。空洞は、空洞の開口と比べて細長いので、壁から壁へと反射して開口を介して出力された吸収される前の太陽光線の割合は小さい。   By reflecting the sunlight 7, the area where the light acts in the light receiving portion increases from the area of the cavity opening to the area of the cavity wall. The sunlight 7 continues to be repeatedly reflected from the first contact point on the reflection wall to the second contact point on the reflection wall, and is irradiated and reflected on a large number of contact points on the reflection wall. Since the cavity is elongated compared to the opening of the cavity, the proportion of the unabsorbed sunlight that is reflected from the wall to the wall and output through the opening is small.

太陽エネルギーの吸収率は、空洞の長さに比例して増加してもよい。光線の総吸収量は、現実的ではないが、反射空洞13の長さが空洞入り口開口の直径の約5〜9倍であれば、空洞の長さは、一般に、空洞に入る太陽光を必要十分な割合で吸収するのに十分であるといえる。黒体吸収部の非常に良好な近似値が得られた試験を、最小限の黒体領域によって実現する。ここで、反射空洞13の長さは、空洞入り口開口の直径の約7倍である。上記構成によれば、約95%の太陽エネルギーが吸収される。   The absorption rate of solar energy may increase in proportion to the length of the cavity. The total amount of light absorption is not practical, but if the length of the reflective cavity 13 is about 5-9 times the diameter of the cavity entrance opening, the length of the cavity generally requires sunlight entering the cavity. It can be said that it is sufficient to absorb at a sufficient rate. A test with a very good approximation of the blackbody absorber is achieved with a minimal blackbody area. Here, the length of the reflection cavity 13 is about 7 times the diameter of the cavity entrance opening. According to the above configuration, about 95% of solar energy is absorbed.

空洞13の長さを長くすると、太陽光線の吸収率も上がる。しかしながら、等温体12の長さもまた長くなる。等温体12のサイズが大きくなるにつれて、同じように等温体12からの熱伝導による損失が増加する。そして、放射量低減(radiation reduction)により得たメリットは、等温体12の細長い表面を介して伝導損失により相殺される。空洞13の長さを短くすると、光線の大部分が反射して空洞13から外に出て損失されるので、太陽光線7におけるエネルギー吸収効率が低下する。   Increasing the length of the cavity 13 increases the absorption rate of sunlight. However, the length of the isothermal body 12 is also increased. As the size of the isothermal body 12 increases, the loss due to heat conduction from the isothermal body 12 increases in the same way. And the merit obtained by radiation reduction is offset by the conduction loss through the elongated surface of the isothermal body 12. When the length of the cavity 13 is shortened, most of the light rays are reflected and go out of the cavity 13 and lost, so that the energy absorption efficiency in the solar rays 7 is lowered.

空洞13は、露出した金属の構成要素の化学的還元のための還元性気体で維持される。金属の構成要素は、酸化すると反射率が低下し、そのために装置の有効性が低減されてしまう。   The cavity 13 is maintained with a reducing gas for chemical reduction of exposed metal components. When metal components are oxidized, the reflectivity is reduced, which reduces the effectiveness of the device.

図10および図11は、熱抽出手段を除いた本発明の等温体12および空洞13を示す図であり、空洞13の入り口20を介して太陽光線7のひとつの光線が、空洞13の反射壁に衝突しながらたどる径路を示す図である。上記の例において、太陽光線7または光子は、最終的に空洞壁によって吸収されるまで何度も反射を繰り返す。空洞壁に吸収されたエネルギーは等温体12に伝達されて、内部エネルギーが増加または温度が上昇する。図10および図11において、光子がたどる径路は、無数に存在するが、説明の目的のためにひとつだけ記載している。空洞の入り口に向けられたガウス光線特性(Gaussian beam profile)を有する、焦点が合わされた光エネルギーは、空洞の内部において熱が均一に分散する範囲内で、あらゆる径路をたどる。   10 and 11 are views showing the isothermal body 12 and the cavity 13 of the present invention excluding the heat extraction means, and one light beam of the sunlight 7 is reflected through the entrance 20 of the cavity 13 and the reflecting wall of the cavity 13. It is a figure which shows the path | route which tracks while colliding. In the above example, the sun rays 7 or photons are repeatedly reflected many times until finally absorbed by the cavity wall. The energy absorbed in the cavity wall is transmitted to the isothermal body 12, and the internal energy increases or the temperature rises. 10 and 11, there are an infinite number of paths that photons follow, but only one is shown for the purpose of explanation. The focused light energy having a Gaussian beam profile directed at the entrance of the cavity follows every path within the extent that heat is evenly distributed inside the cavity.

等温体12の温度が上がるにつれて、露出面14は、その放射率および面積に応じて、エネルギーを放射する。これが、総合的に寄生損失の原因となる。したがって、図6〜図9に示すとおり、表面放射による熱放射損失を低減する目的で、空洞の開口と等温体の外側の端との間の等温体12の露出面またはそれ自体を覆うために、銅などの還元可能物質類でできたシールド30を設けることは、有利な効果がある。化学的に還元可能な保護物類は、処理温度到達時に露出している構成要素のいずれを覆うことに用いてもよい。   As the temperature of the isothermal body 12 increases, the exposed surface 14 radiates energy according to its emissivity and area. This comprehensively causes parasitic losses. Accordingly, as shown in FIGS. 6-9, in order to cover the exposed surface of the isothermal body 12 between the cavity opening and the outer end of the isothermal body or itself for the purpose of reducing thermal radiation loss due to surface radiation. Providing the shield 30 made of a reducible substance such as copper has an advantageous effect. Chemically reducible protections may be used to cover any of the components that are exposed when the processing temperature is reached.

図7は、熱処理の蒸気または作動流体に用いられる加熱機構を示す図である。上述の説明では、太陽エネルギーは、空洞内部の複数の反射および吸収の機構によって吸収され、これにより必要な処理温度にまで等温体12が加熱される。作動流体は、受取部18から進入し、円柱の中の通路17を循環する。通路17は、等温体12内部に線対称に配置されている。そして、等温体12からエネルギーが吸収され、必要な処理へと19から出力される。   FIG. 7 is a diagram showing a heating mechanism used for heat-treated steam or working fluid. In the above description, solar energy is absorbed by multiple reflection and absorption mechanisms inside the cavity, thereby heating the isothermal body 12 to the required processing temperature. The working fluid enters from the receiving portion 18 and circulates through the passage 17 in the cylinder. The passage 17 is arranged in line symmetry within the isothermal body 12. Then, energy is absorbed from the isothermal body 12 and output from 19 to the necessary processing.

図6から図9に示す実施形態では、密封筐体16が設けられている。密封筐体16は、必要な断熱の役割を果たすとともに、還元性気体15を含んでいる。窓5は、反射空洞13に太陽放射光が入射するのを可能にする一方で、筐体16を実現するために気体の漏れ口をふさぐ役割を果たす。筐体16は、例えば、5%の水素と、それと平衡を保つための封入ガスとからなる還元性気体で満たされている。封入ガスは、作動温度にて不活性である。窒素は、安価であり、比較的高温下でも不活性であるので、窒素を選ぶとよい。同様に、アルゴンなどの他の不活性ガスを用いてもよい。還元性気体によって、還元可能金属は、要求された金属的形態を維持することができる。還元可能金属としては、例えば、無酸素銅(OFHC copper;oxygen free high conductivity copper)、あるいは、他の合金が挙げられる。上記の状態において、反射空洞13の裏板32の反射表面、および、シールド30は、低放射率を維持し、これにより本発明の機能が達成される。   In the embodiment shown in FIGS. 6 to 9, a sealed housing 16 is provided. The sealed housing 16 serves as necessary heat insulation and includes a reducing gas 15. The window 5 serves to block the gas leak in order to realize the housing 16 while allowing solar radiation to enter the reflective cavity 13. The housing | casing 16 is satisfy | filled with the reducing gas which consists of 5% of hydrogen and the sealing gas for maintaining it in equilibrium, for example. The fill gas is inert at the operating temperature. Nitrogen is a good choice because it is inexpensive and inert at relatively high temperatures. Similarly, other inert gases such as argon may be used. With the reducing gas, the reducible metal can maintain the required metallic form. Examples of the reducible metal include oxygen free copper (OFHC copper) or other alloys. In the above state, the reflective surface of the back plate 32 of the reflective cavity 13 and the shield 30 maintain a low emissivity, thereby achieving the function of the present invention.

熱損失を低減するための、還元ガスを含む筐体16は断熱してある。   The casing 16 containing the reducing gas is insulated to reduce heat loss.

図6から図9では、太陽放射光が空洞13を熱するので、空洞内に金属壁を形成する金属裏板32の熱の拡張によって、等温体12の内部壁に対して高い圧力がかかる。これらの構成要素間の深い結びつきは、裏板32と等温体12との間の金属境界の熱抵抗(the thermal resistance)を減少させる。熱を受け取る等温体12への熱伝導は拡張され、空洞に裏板およびほぼ等温の受取部を形成することによって、空洞の流束密度の最大比率が増加する。   In FIGS. 6-9, since solar radiation heats the cavity 13, a high pressure is applied to the inner wall of the isothermal body 12 by expansion of the heat of the metal back plate 32 that forms the metal wall in the cavity. The deep connection between these components reduces the thermal resistance of the metal boundary between the backplate 32 and the isothermal body 12. Heat conduction to the isothermal body 12 that receives heat is expanded and the maximum rate of cavity flux density is increased by forming a backplate and a substantially isothermal receiver in the cavity.

図8および図9は、熱化学太陽エネルギー反応炉(a thermo-chemical solar reactor)を示す図である。反応炉では、集められた太陽光線7は、水晶窓5を介して気体を密封する筐体16に入射する。そして、何度も空洞反射を繰り返すことによって、太陽光線7のエネルギーは、等温体12によって吸収され、熱に変換される。反応ガスは、供給ライン22および予熱チャンネル24に注入することができる。予熱チャンネル24から出力される熱い反応物質は、等温体内の反応層(reaction beds)25に入る。ここで、触媒作用による吸熱反応が生じる。上記の例による生産物は、等温体12の管23から出力される。   8 and 9 are diagrams showing a thermo-chemical solar reactor. In the reaction furnace, the collected sunlight 7 enters the casing 16 that seals the gas through the quartz window 5. And by repeating cavity reflection many times, the energy of the sunlight 7 is absorbed by the isothermal body 12 and converted into heat. The reaction gas can be injected into the supply line 22 and the preheating channel 24. Hot reactants output from preheat channel 24 enter reaction beds 25 in an isothermal body. Here, an endothermic reaction due to catalytic action occurs. The product according to the above example is output from the tube 23 of the isothermal body 12.

図6〜図9に示される例における他の実施形態では、還元可能金属またはセラミックでできた固形の等温体が含まれており、したがって、反射空洞の裏板やシールドが不要である。他の還元ガスなどのように、主な構成要素の他の酸化抑制手段、あるいは、上述したあらゆる気体の濃度を変化させる手段は、本発明の範囲内で意図されている。   In other embodiments in the example shown in FIGS. 6-9, a solid isotherm made of reducible metal or ceramic is included, thus eliminating the need for a reflective cavity backplate or shield. Other oxidation control means of the main components, such as other reducing gases, or means for changing the concentration of any of the gases mentioned above are contemplated within the scope of the present invention.

本発明の装置は、収集された太陽エネルギーの大部分が放射損失となるような高温での処理に好適に用いられる。より低温での処理では、放射損失はそんなに大きくはないので、本装置を用いても一般的には顕著な効果が得られない。   The apparatus of the present invention is preferably used for processing at high temperatures where most of the collected solar energy results in radiation loss. In the processing at a lower temperature, the radiation loss is not so large, so that the use of this apparatus generally does not provide a remarkable effect.

したがって、上述の説明は、単に、本発明の原理を説明するものとして理解されなければならない。さらに、数値の置換や変更は、当業者において容易に行えるので、本発明は、上述したまたは図示した厳密な構成および動作に限定されるものではない。したがって、再現性のある構造や動作におけるすべての適切な置換や変更は、特許請求された本発明の範囲内に含まれる。   Therefore, the above description should be understood as merely illustrating the principles of the invention. Further, since numerical values can be easily replaced or changed by those skilled in the art, the present invention is not limited to the exact configuration and operation described above or illustrated. Accordingly, all suitable substitutions and changes in reproducible structure and operation are included within the scope of the claimed invention.

同期変流機(electrical converter)のスターリングを駆動するように構成された、従来の太陽熱収集システムの概略を示す図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a conventional solar heat collection system configured to drive Stirling of a synchronous current transformer. 同期変流機(electrical converter)のスターリングを駆動するように構成された、従来の太陽熱収集システムの概略を示す図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a conventional solar heat collection system configured to drive Stirling of a synchronous current transformer. 従来技術に用いられている太陽集光器であって、エネルギーを活用可能レベルにまで減衰させるために、放射状にゆがめられた太陽集光器における、ターゲットの放射照度の特性(irradiance profile)示す図である。A diagram of the target irradiance profile for a solar concentrator used in the prior art, radiated to radiate the energy to a usable level. It is. 従来技術および本発明における径方向配光(radial flux distribution)のグラフである。It is a graph of radial flux distribution in a prior art and this invention. ターゲットの温度および領域と黒体の熱放射損失との関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between the temperature and area of a target, and the thermal radiation loss of a black body. 本発明における、スターリングエンジン原動力生成システムを採用した実施形態の概略を示す側断面図である。It is a sectional side view showing the outline of the embodiment which adopted the Stirling engine motive power generation system in the present invention. 本発明の加熱の用途における他の実施形態の概略を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the outline of other embodiment in the use of the heating of this invention. 本発明における、熱化学反応システムを採用した実施形態の概略を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the outline of embodiment which employ | adopted the thermochemical reaction system in this invention. 本発明における、熱化学反応システムを採用した実施形態の概略を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the outline of embodiment which employ | adopted the thermochemical reaction system in this invention. 本発明の同軸の空洞を有する等温体を示す等角投影図であり、ひとつの光線の径路および空洞の作用の基本原理を示す図である。It is an isometric view showing an isothermal body having a coaxial cavity according to the present invention, and is a diagram showing the basic principle of the action of one ray path and cavity. 図10に示す熱伝導体の端面図であり、内部の光線の径路を示す図である。It is an end elevation of the heat conductor shown in FIG. 10, and is a figure which shows the path of an internal light ray.

Claims (17)

  1. 太陽光集光器から熱を収集し、収集した熱を熱吸収源に伝達する集熱装置であって、
    上記太陽光集光器の焦点の直径にほぼ等しい直径を有する略円形の開口を持つ空洞であって、照射される太陽光線が十分反射されるような反射壁を有する細長い空洞を形成する等温体を備え、
    上記等温体の向きは、上記円形の開口が上記太陽光集光器の焦点にほぼ位置し、該太陽光集光器の主軸に対して略垂直となり、また、上記空洞の軸と上記太陽光集光器の主軸とが略一直線上に並ぶ向きになっており、
    上記等温体は、等温体にて生成された熱が、上記熱吸収源に吸収されるように、上記熱吸収源と熱的に接続されており、
    上記空洞の長さは、上記空洞に入る太陽光線から所望の割合のエネルギーを吸収するのに十分な長さであり、
    上記空洞の反射壁の酸化をほぼ防止するのに有効な還元性気体を内部に入れて上記等温体を密封する筐体をさらに備え、上記反射壁の反射率を維持することを特徴とする集熱装置。
    A heat collector that collects heat from a solar concentrator and transfers the collected heat to a heat absorption source,
    An isothermal body that has a substantially circular opening having a diameter substantially equal to the diameter of the focal point of the solar concentrator, and that forms an elongated cavity having a reflecting wall that sufficiently reflects the irradiated sunlight. With
    The direction of the isothermal body is such that the circular opening is substantially located at the focal point of the solar collector, is substantially perpendicular to the main axis of the solar collector, and the hollow axis and the sunlight The main axis of the concentrator is aligned in a substantially straight line,
    The isothermal body is thermally connected to the heat absorption source so that heat generated by the isothermal body is absorbed by the heat absorption source,
    Length of the cavity, Ri long enough der to absorb the energy of the desired proportion of solar rays entering the cavity,
    The housing further includes a casing for sealing the isothermal body by containing a reducing gas effective to substantially prevent oxidation of the reflecting wall of the cavity, and maintaining the reflectance of the reflecting wall. Thermal device.
  2. 上記空洞の長さが長くなるにつれて、上記空洞に入射する太陽光線のエネルギーの吸収比率が上がることを特徴とする請求項1に記載の集熱装置。  The heat collecting apparatus according to claim 1, wherein an absorption ratio of energy of solar rays incident on the cavity increases as the length of the cavity increases.
  3. 上記空洞の長さは、上記円形の開口の直径の約5〜9倍であることを特徴とする請求項1または2に記載の集熱装置。  The heat collecting apparatus according to claim 1 or 2, wherein a length of the cavity is about 5 to 9 times a diameter of the circular opening.
  4. 上記空洞の長さは、上記円形の開口の直径の6.5〜7.5倍であることを特徴とする請求項3に記載の集熱装置。  The heat collecting apparatus according to claim 3, wherein the length of the cavity is 6.5 to 7.5 times the diameter of the circular opening.
  5. 上記空洞は、略円筒形であることを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項に記載の集熱装置。  The heat collecting apparatus according to claim 1, wherein the cavity has a substantially cylindrical shape.
  6. 上記等温体は、上記空洞の壁が反射するように、反射する物質でできていることを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項に記載の集熱装置。  6. The heat collecting apparatus according to claim 1, wherein the isothermal body is made of a reflective material so that the wall of the cavity is reflected.
  7. 上記等温体と上記空洞との間に、上記空洞の反射壁を実現するのに有効な、反射する物質でできている裏板を備えていることを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項に記載の集熱装置。  6. A back plate made of a reflective material, which is effective for realizing a reflection wall of the cavity, is provided between the isothermal body and the cavity. The heat collecting apparatus of Claim 1.
  8. 空洞の開口と上記等温体の外端との間で上記等温体の端を覆う、低放射率のシールドを備えていることを特徴とする請求項7に記載の集熱装置。  The heat collecting apparatus according to claim 7, further comprising a low emissivity shield that covers an end of the isothermal body between a cavity opening and an outer end of the isothermal body.
  9. 上記反射壁は無酸素銅でできており、上記還元性気体は水素および封入ガスを含んでいることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の集熱装置。The heat collecting apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the reflecting wall is made of oxygen-free copper, and the reducing gas contains hydrogen and an enclosed gas.
  10. 上記筐体の壁は断熱材でできていることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の集熱装置。The housing walls are heat collection device according to any one of claims 1 9, characterized in that is made of heat insulating material.
  11. 太陽から熱を収集し、収集した熱を熱吸収源に伝達する集熱装置であって、
    太陽光集光器と、
    上記太陽光集光器の焦点の直径にほぼ等しい直径を有する略円形の開口を持つ空洞であって、照射される太陽光線が十分反射されるような反射壁を有する細長い略円筒状の空洞を形成する等温体とを備え、
    上記等温体の向きは、上記円形の開口が上記太陽光集光器の焦点にほぼ位置し、該太陽光集光器の主軸に対して略垂直となり、また、上記空洞の軸と上記太陽光集光器の主軸とが略一直線上に並ぶ向きになっており、
    上記等温体は、等温体にて生成された熱が、上記熱吸収源に吸収されるように、上記熱吸収源と熱的に接続されており、
    上記空洞の長さは、上記円形の開口の直径の約5〜9倍であり、
    上記空洞の反射壁の酸化をほぼ防止するのに有効な還元性気体を内部に入れて上記等温体を密封する筐体をさらに備え、上記反射壁の反射率を維持することを特徴とする集熱装置。
    A heat collecting device that collects heat from the sun and transfers the collected heat to a heat absorption source,
    A solar concentrator,
    A cavity having a substantially circular opening having a diameter substantially equal to the diameter of the focal point of the solar collector, and having an elongated substantially cylindrical cavity having a reflecting wall that sufficiently reflects the irradiated sunlight. An isothermal body to form,
    The direction of the isothermal body is such that the circular opening is substantially located at the focal point of the solar collector, is substantially perpendicular to the main axis of the solar collector, and the hollow axis and the sunlight The main axis of the concentrator is aligned in a substantially straight line,
    The isothermal body is thermally connected to the heat absorption source so that heat generated by the isothermal body is absorbed by the heat absorption source,
    Length of the cavity, Ri approximately 5-9 Baidea the diameter of the circular opening,
    The housing further includes a casing for sealing the isothermal body by containing a reducing gas effective to substantially prevent oxidation of the reflecting wall of the cavity, and maintaining the reflectance of the reflecting wall. Thermal device.
  12. 空洞の開口と上記等温体の外端との間で上記等温体の端を覆う、低放射率のシールドを備えていることを特徴とする請求項11に記載の集熱装置。The heat collecting apparatus according to claim 11 , further comprising a low emissivity shield that covers an end of the isothermal body between a hollow opening and an outer end of the isothermal body.
  13. 上記反射壁は無酸素銅でできており、上記還元性気体は水素および封入ガスを含んでいることを特徴とする請求項11または12に記載の集熱装置。The heat collecting apparatus according to claim 11 or 12 , wherein the reflecting wall is made of oxygen-free copper, and the reducing gas contains hydrogen and an enclosed gas.
  14. 太陽光集光器から熱を収集し、熱吸収源に伝達する集熱方法であって、
    上記太陽光集光器の焦点の直径にほぼ等しい直径を有する略円形の開口を持つ空洞であって、照射される太陽光線が十分反射されるような反射壁を有する細長い空洞を形成する等温体を設けるステップと、
    筐体で上記等温体を密封するステップと、
    上記筐体内を、上記空洞の反射壁の酸化をほぼ防止するのに有効な還元性気体で満たし、上記反射壁の反射率を維持するステップと、
    上記等温体が、上記円形の開口が上記太陽光集光器の焦点にほぼ位置し、該太陽光集光器の主軸に対して略垂直となり、また、上記空洞の軸と上記太陽光集光器の主軸とが略一直線上に並ぶように、上記等温体を方向付けるステップと、
    上記反射壁の第1の接点から反射壁の第2の接点へと反射壁に照射し、その後も、太陽光線に含まれる所望の割合のエネルギーが上記反射壁に吸収されるまで、反射壁の各接点において照射を繰り返す太陽光線を反射するステップと、
    上記太陽光線の吸収されたエネルギーによって上記等温体にて生成された熱が、上記熱吸収源に吸収されるように、上記熱吸収源を上記等温体に熱的に接続させるステップとを含む集熱方法。
    A heat collection method for collecting heat from a solar concentrator and transferring it to a heat absorption source,
    An isothermal body that has a substantially circular opening having a diameter substantially equal to the diameter of the focal point of the solar concentrator, and that forms an elongated cavity having a reflecting wall that sufficiently reflects the irradiated sunlight. Providing a step;
    Sealing the isothermal body with a housing;
    Filling the housing with a reducing gas effective to substantially prevent oxidation of the reflecting wall of the cavity, and maintaining the reflectance of the reflecting wall;
    The isothermal body has the circular aperture located substantially at the focal point of the solar collector, substantially perpendicular to the main axis of the solar collector, and the hollow axis and the solar collector. Orienting the isothermal body so that the main axis of the vessel is aligned substantially in a straight line;
    The reflecting wall is irradiated from the first contact point of the reflecting wall to the second contact point of the reflecting wall, and after that, until a desired proportion of energy contained in the solar rays is absorbed by the reflecting wall. Reflecting sunlight that repeats irradiation at each contact;
    Thermally connecting the heat absorption source to the isothermal body so that heat generated in the isothermal body by the absorbed energy of the solar rays is absorbed by the heat absorption source. Heat method.
  15. 上記空洞の長さが長くなるにつれて、上記空洞に入射する太陽光線のエネルギーの吸収比率が上がることを特徴とする請求項14に記載の集熱方法。The heat collection method according to claim 14 , wherein an absorption ratio of energy of solar rays incident on the cavity increases as the length of the cavity increases.
  16. 上記空洞は、略円筒状であって、該空洞の長さは、該空洞の開口の直径の約5〜9倍であることを特徴とする請求項14または15に記載の集熱方法。The heat collection method according to claim 14 or 15 , wherein the cavity is substantially cylindrical, and the length of the cavity is about 5 to 9 times the diameter of the opening of the cavity.
  17. 上記反射壁は無酸素銅でできており、上記還元性気体は水素および封入ガスを含んでいることを特徴とする請求項14から16のいずれか一項に記載の集熱方法。The heat collecting method according to any one of claims 14 to 16, wherein the reflecting wall is made of oxygen-free copper, and the reducing gas contains hydrogen and an enclosed gas.
JP2007545797A 2004-12-15 2005-12-15 Solar energy collection apparatus and method Expired - Fee Related JP4729584B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA2490207 2004-12-15
CA002490207A CA2490207A1 (en) 2004-12-15 2004-12-15 Solar energy collector
PCT/CA2005/001900 WO2006063450A1 (en) 2004-12-15 2005-12-15 Solar energy collection apparatus and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008523351A JP2008523351A (en) 2008-07-03
JP4729584B2 true JP4729584B2 (en) 2011-07-20

Family

ID=36585840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007545797A Expired - Fee Related JP4729584B2 (en) 2004-12-15 2005-12-15 Solar energy collection apparatus and method

Country Status (13)

Country Link
US (1) US20080184990A1 (en)
EP (1) EP1834135A1 (en)
JP (1) JP4729584B2 (en)
KR (1) KR101336617B1 (en)
CN (1) CN101080599B (en)
AU (1) AU2005316157B2 (en)
BR (1) BRPI0519333A2 (en)
CA (1) CA2490207A1 (en)
EA (1) EA200701062A1 (en)
IL (1) IL183905A (en)
MX (1) MX2007007196A (en)
WO (1) WO2006063450A1 (en)
ZA (1) ZA200704720B (en)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2927156A1 (en) * 2008-02-06 2009-08-07 Sycomoreen Sarl Direct solar radiation converting device i.e. hyper-thermic reflector solar concentrator device, for stair building, has mirror collecting beams penetrating in confinement box, where rays are reflected by clearance of complementary mirrors
ITBO20080359A1 (en) * 2008-06-06 2009-12-07 Xelos S R L Energy generator from the sun
BRPI0919736B1 (en) * 2008-09-25 2020-04-28 Solfast Pty Ltd solar collector and method to collect and regulate solar energy
TWI382553B (en) * 2009-03-27 2013-01-11
MD148Z (en) * 2009-03-27 2010-10-31 Борис ЛАЗАРЕНКУ Solar panel
US8546686B2 (en) * 2009-05-08 2013-10-01 Arthur Ashkin Solar energy collection system
US8960185B2 (en) 2009-05-08 2015-02-24 Arthur Ashkin Compound collector system for solar energy concentration
US8207625B1 (en) 2009-09-28 2012-06-26 Constantine Gus Cristo Electrical power generating arrangement
IT1399952B1 (en) * 2010-04-29 2013-05-09 Magaldi Ind Srl HIGH-LEVEL STORAGE AND TRANSPORTATION AND TRANSPORT SYSTEM OF ENERGY EFFICIENCY
ES2370730B1 (en) 2010-06-02 2012-08-06 Abengoa Solar New Technologies, S.A. Solar serpentin receiver for stirling disc and the manufacturing method.
ES2370731B1 (en) 2010-06-02 2012-08-06 Abengoa Solar New Technologies, S.A. Concave receiver for stirling disk and manufacturing method.
WO2011163399A1 (en) * 2010-06-22 2011-12-29 Thermal Storage Systems High energy density thermal storage device and method
JP5621555B2 (en) * 2010-11-30 2014-11-12 Jfeエンジニアリング株式会社 Solar power generator
WO2013037045A1 (en) * 2011-09-16 2013-03-21 Shec Energy Corporation Thermal energy storage system with input liquid kept above 650°c
CN102628410A (en) * 2011-11-17 2012-08-08 兰州理工大学 Short-time and high-temperature heat storage device of multi-cylinder disc type Stirling engine and packaging process
ITRM20120135A1 (en) * 2012-04-03 2013-10-04 Magaldi Ind Srl Device, system and method with a high level of energy efficiency for the storage and use of solar thermal energy.
CN103711663A (en) * 2012-10-04 2014-04-09 西门子公司 Solar radiation collector assembly, solar field and use of the solar field
KR101438436B1 (en) * 2013-05-21 2014-09-12 한국에너지기술연구원 Solar thermal power generation system
KR101438434B1 (en) * 2013-05-21 2014-09-12 한국에너지기술연구원 Solar thermal power generation system
CN104895750B (en) * 2014-03-03 2018-01-30 聂再安 Pulse water supply external-heat solar engine
CN103868245A (en) * 2014-03-10 2014-06-18 兰州理工大学 Mixed heat collecting structure of disc type solar thermal power generation system
AU2015260468B2 (en) * 2014-05-13 2019-11-21 Niigata University Concentrated sunlight heat receiver, reactor, and heater
US10451313B2 (en) * 2017-11-10 2019-10-22 Aaron Liss Efficient solar energy collector

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1661473A (en) * 1924-06-10 1928-03-06 Robert H Goddard Accumulator for radiant energy
US3869199A (en) * 1973-12-13 1975-03-04 Itek Corp Solar energy absorber
US4033118A (en) * 1974-08-19 1977-07-05 Powell William R Mass flow solar energy receiver
US4546758A (en) * 1979-09-17 1985-10-15 Kraftwerk Union Aktiengesellschaft Solar-tower power station
US5214921A (en) * 1991-01-18 1993-06-01 Cooley Warren L Multiple reflection solar energy absorber

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3029596A (en) * 1959-11-17 1962-04-17 Gen Motors Corp Power plant heat storage arrangement
US3085565A (en) * 1961-03-10 1963-04-16 Sundstrand Corp Solar energy device
US3208447A (en) * 1961-11-13 1965-09-28 Avco Corp Apparatus for trapping radiant energy and particles
US3986490A (en) * 1975-07-24 1976-10-19 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Reducing heat loss from the energy absorber of a solar collector
US4281900A (en) * 1979-10-31 1981-08-04 Ford Aerospace & Communications Corp. Frontal reflector bracing
US4402306A (en) * 1980-03-27 1983-09-06 Mcelroy Jr Robert C Thermal energy storage methods and processes
US4414812A (en) * 1981-04-30 1983-11-15 R & D Associates Hot air solar engine
US4505258A (en) * 1982-03-16 1985-03-19 Yu Taek Yoon Light collecting type of solar energy collecting system
US4505260A (en) * 1982-09-09 1985-03-19 Metzger Research Corporation Radiant energy device
US4549528A (en) * 1984-02-21 1985-10-29 Focus Environmental Systems Method and apparatus for solar destruction of toxic and hazardous materials
US4945731A (en) * 1988-12-12 1990-08-07 Parker Robin Z Absorbing fluid receiver for solar dynamic power generation and solar dynamic power system
US5113659A (en) * 1991-03-27 1992-05-19 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Solar thermal energy receiver
IL100743A (en) * 1992-01-23 1994-11-28 Yeda Res & Dev Central solar receiver
US5716442A (en) * 1995-05-26 1998-02-10 Fertig; Robert T. Light pipe with solar bulb energy conversion system
US6541694B2 (en) * 2001-03-16 2003-04-01 Solar Enterprises International, Llc Nonimaging light concentrator with uniform irradiance
US6619283B2 (en) * 2001-09-11 2003-09-16 Manu Ghela Solar collector pipe

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1661473A (en) * 1924-06-10 1928-03-06 Robert H Goddard Accumulator for radiant energy
US3869199A (en) * 1973-12-13 1975-03-04 Itek Corp Solar energy absorber
US4033118A (en) * 1974-08-19 1977-07-05 Powell William R Mass flow solar energy receiver
US4546758A (en) * 1979-09-17 1985-10-15 Kraftwerk Union Aktiengesellschaft Solar-tower power station
US5214921A (en) * 1991-01-18 1993-06-01 Cooley Warren L Multiple reflection solar energy absorber

Also Published As

Publication number Publication date
IL183905A (en) 2012-08-30
KR20070100714A (en) 2007-10-11
JP2008523351A (en) 2008-07-03
BRPI0519333A2 (en) 2009-01-20
AU2005316157B2 (en) 2011-05-12
CA2490207A1 (en) 2006-06-15
IL183905D0 (en) 2007-10-31
US20080184990A1 (en) 2008-08-07
KR101336617B1 (en) 2013-12-05
MX2007007196A (en) 2008-01-14
EP1834135A1 (en) 2007-09-19
EA200701062A1 (en) 2008-02-28
CN101080599A (en) 2007-11-28
ZA200704720B (en) 2008-09-25
WO2006063450A1 (en) 2006-06-22
AU2005316157A1 (en) 2006-06-22
CN101080599B (en) 2010-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Loni et al. Optimizing the efficiency of a solar receiver with tubular cylindrical cavity for a solar-powered organic Rankine cycle
US9404675B2 (en) Cavity receivers for parabolic solar troughs
US8168879B2 (en) Solar thermoelectric conversion
Li et al. Study on the radiation flux and temperature distributions of the concentrator–receiver system in a solar dish/Stirling power facility
US5312521A (en) Compact DC electric power generator using low bandgap thermophotovoltaic cell strings with a hydrocarbon gas burner fitted with a regenerator
Petrasch et al. A novel 50kW 11,000 suns high-flux solar simulator based on an array of xenon arc lamps
Steinfeld et al. Optimum aperture size and operating temperature of a solar cavity-receiver
US8188366B2 (en) Integrated solar energy conversion system, method, and apparatus
US7263992B2 (en) Volumetric solar receiver
EP1131586B1 (en) Solar energy concentrator and converter
US9939176B2 (en) Absorber pipe
US3999283A (en) Method of fabricating a photovoltaic device
US4335578A (en) Solar power converter with pool boiling receiver and integral heat exchanger
US6886339B2 (en) Trough-stirling concentrated solar power system
US4068474A (en) Apparatus and process for steam generation by solar energy
US5323764A (en) Central solar receiver
US10591650B2 (en) Thin-film integrated spectrally-selective plasmonic absorber/emitter for solar thermophotovoltaic applications
US6313391B1 (en) Solar power system using thermal storage and cascaded thermal electric converters
US4263895A (en) Solar energy receiver
US4026273A (en) Solar fluid heater with electromagnetic radiation trap
JP2012528297A (en) Thermoelectric system and operation method thereof
US20080011290A1 (en) High temperature solar receiver
EP1819969B1 (en) Solar energy trap and turbine
US7196263B2 (en) TPV cylindrical generator for home cogeneration using low NOx radiant tube burner
CN102639945B (en) Absorber tube

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100713

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101012

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110322

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110418

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140422

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees