JPH10502162A - 少なくとも１つの太陽熱集熱器を持つ、太陽光からのエネルギー獲得装置 - Google Patents

少なくとも１つの太陽熱集熱器を持つ、太陽光からのエネルギー獲得装置

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JPH10502162A
JPH10502162A JP8502809A JP50280996A JPH10502162A JP H10502162 A JPH10502162 A JP H10502162A JP 8502809 A JP8502809 A JP 8502809A JP 50280996 A JP50280996 A JP 50280996A JP H10502162 A JPH10502162 A JP H10502162A
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ダウメ，ヨッヘン
バウアー，ハインリッヒ
グリム，アルノルト
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ダウメ，ヨッヘン
バウアー，ハインリッヒ
グリム，アルノルト
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、太陽光からの熱エネルギー及び／又は電気的エネルギーの獲得装置を対象とし、装置は、少なくとも１つの太陽光集熱器(2)、アブソーバー(4)、アブソーバー(4)をその長さを越えてまた広範囲に少なくとも領域ごとに囲み、太陽光を光学的にアブソーバー(4)上に集中させるエネルギーコンセントレーター(6)を有する。エネルギーコンセントレーター(6)は、少なくとも、日中の太陽走行に合わせて、太陽光により照射可能な周囲領域で、アブソーバー(4)の軸方向と平行に走り広範囲に分割され並んで配置される多くのプリズム(14)を持つ、透明な材料から構成されるプリズム配置(12)を備える。全てのプリズム(14)は断面が二等辺に作られ、その先端(18)はアブソーバー(4)に向いている。

Description

【発明の詳細な説明】 少なくとも１つの太陽熱集熱器を持つ、太陽光からのエネルギー獲得装置 本発明は、太陽光の熱エネルギー及び／又は熱エネルギーから変換された電気 エネルギーを、縦長のアブソーバーと、その外側を広範囲に囲む、太陽光を光学 的にアブソーバー上に集中させるエネルギーコンセントレーターを備える、太陽 熱集熱器による獲得装置に関する。 光学的なエネルギーコンセントレーターを持つ太陽熱集熱器は既知である。既 知の実施形態は、フレネルレンズ（例えば、これについては刊行物ＵＳ−Ａ−４ ０２２ １８６，ＵＳ−Ａ−４ ０６９ ８１２及びＵＳ−Ａ−４ ３３７ ７５９参照）、凸レンズの原理、あるいは発散レンズの原理を基盤とする。しか し、フレネルレンズあるいは発散レンズの原理により構成される集熱器は、最大 で１：１．３から１：１．５の集中係数しか達成しない。この集中係数は、前記 刊行物で述べられているように、集熱器が機械的に太陽走行に沿って移動するこ とにより多少高まることがある。しかしながら、これは構造的に非常に手間がか かる。フレネルレンズ・システムでは、更に、断面中の１つ１つが、ほぼ三角形 の フレネルレンズを、望ましいポイントあるいはライン上にフォーカスされるよう 様々に計算して造形しなければならないという欠点がある。発散レンズは確かに 約１：１．９という少し高い集中係数を達成するが、この集熱器タイプは、非常 に複雑で製造費が高いという大きな短所を有する。管軸方向に並べられるレンズ の最小の厚みは約３ｍｍであり、最大の厚みは１０ｍｍである。これにより、押 出し成形によって製造する場合、透明な材料の異なる冷却度合により材料内に応 力が生じる。この材料の応力をコントロールするのは難しく、予想以上の高い製 造費を招く。 本発明は、とくに経済的な方法で高い集中係数、またそれに伴う改善された効 率が達成できる、目的にあったタイプの装置を作るという課題を基盤とする。 本発明により、エネルギーコンセントレーターが、日中の太陽走行に合わせて 太陽光により照射可能な広範囲な領域を、アブソーバーの軸と平行に走行する、 広範囲に分割されて並んで配置される、透明な材料から作られる１つ以上のプリ ズムを備えることにより達成される。その際、断面中の全てのプリズムは二等辺 に形成され、 その先端がアブソーバーに向いている。特に利点があるのは、プリズムが太陽光 に向いた側で凸に曲げられた外部面を持つ場合である。これにより実際に“凸プ リズム状のレンズ”が形成される。 本発明によるプリズム構成は、一方の側ではプリズムを、また他方の側では平 らな表面を持つ、透明で本来基本的に平らなフィルム材料あるいは箔材料が使わ れることにより、極めて簡単で安価に製造できる。この材料に要求されるのは、 管形の中で、あるいは少なくとも部分管形（例えば半管形状）の中で成形される ことだけである。本発明によるプリズムの特別に極めて簡単な形は、合成物質（ プラスチック）の押出し成形部品としてエネルギーコンセントレーターが製造さ れることに利点がもたらされ、これが経済性を大きく高める。 本発明により、太陽光は太陽走行のうち１６０°以上にわたって最適に利用さ れる、つまり略完全にアブソーバーの上に集中する。これは、太陽光集熱器を機 械的に太陽走行に従って移動させることなしに達成される；本発明によれば、む しろ問題になるのは、光学的に１つの軸の、アブソーバー上の太陽走行の追随移 動である。こ の際、驚くべきことは、機械的な追随移動なしに、１：２．５以上の非常に高い 集中係数が達成できることである。本発明はこれに関して、既知のフレネルレン ズ・システムでは、太陽運動の場合、システムで生じる、正確に算定されるポイ ントあるいはラインへのフォーカスが、機械的移動なしでは極めて早く完全にア ブソーバー領域から“それる”、という知識に基づいている。本発明によるプリ ズム配置により、プリズムの特別な二等辺の形の故に（その際、全てのプリズム は断面形が同じように作られることが多い）、意図した通りに面上のフォーカス が生じ、その結果、優れているのは、太陽が走行しても、フォーカス面は常に、 アブソーバー領域を覆う領域に存在することである。これは、意図された“残留 散乱（Ｒｅｓｔｓｔｒｅｕｕｎｇ）”により、光線が、太陽走行の際に比較的少 しだけアブソーバーと相対的に移動して、面領域の上に集中することを意味する 。これにより、システムの機械的な追随移動が不必要となるという利点が生じる 。更に、本発明によるプリズム配置の実施形態により、逆反射あるいは全反射が ほぼ完全に回避される、なぜならこのような全反射は、せいぜいのところ１つの プリズムだけの領域に現われるからである。これにより、無視できるほどのわず かなエネルギー損失が生 じるだけである。 本発明の他の優れた特徴と特殊な実施形態を、請求の範囲と好ましい実施の形 態と具体例を用いて下記に説明する。 図面により本発明を例を挙げて詳述する。ここで示されるのは： 図１は本発明による実施形態の太陽光集熱器の構造の正面外観図、 図２は図１と同様な表現でのエネルギーコンセントレーターの別の図、 図３は図２に類似の別実施形態のエネルギーコンセントレーターの外観図、 図４はプリズム配置の構造あるいは、プリズム配置の製造に使用されるフィル ム材料あるいは箔材料の構造図、 図４ａは光線通過あるいは集中作用の説明のためのプ リズム配置の断片を示す図、 図５は止め具エレメントの一部を示す、太陽光集熱器の終端領域の部分的軸を 示す断面図、 図６は終端側に２つの止め具エレメントを持つ太陽光集熱器の斜視図、 図７〜９は本発明による複数の太陽光集熱器の可能な相互接続を示す図、 図１０は図１〜３と同じ外観の、本発明によるエンルギーコンセントレーター の、他の優れた実施形態を示す図、 図１１は図１０中の領域ＸＩの拡大図、 図１２は形の説明のための、図１０のエネルギーコンセントレーターの寸法が 異なる原理図。 図の様々な形の中で、同じ部品は常に同じ関連符号を備え、その結果、場合に よっては１回だけ、図に関連し て生じる部品の説明は、その中でこの部品が適切な関連符号により同様に認識で きる、他の図形に関しても同様に当てはまる。 まず図１より明らかなように、本発明による太陽光集熱器２は縦長の、主とし てアルミニウムからなるアブソーバー４と、アブソーバー４以上の長さで、広範 囲に領域を囲むエネルギーコンセントレーター６を備え、このコンセントレータ ーは太陽光を光学的にアブソーバー４の上に集中させる、すなわち向きを変えさ せる。熱エネルギー獲得のため、アブソーバー４は管形に作られていて、その結 果アブソーバーを、適切な、特に金属を含んだ熱伝達媒体が流れ通ることができ る。アブソーバー４は、照射されたエネルギーを熱として熱伝達媒体上に伝達す る。その際熱伝達媒体は、主として非常に小さな銅粒子を含み、また主としてア ルミニウムから構成されるアブソーバー４のための電気伝導するブリッジが回避 される。この措置により、特に、効果的な腐食防止ができる。 付加的にあるいは代替用として、アブソーバー４は、電気的または光起電性の エネルギー生成のために、外側 に光起電性のエレメント８を有する。このエレメントは特に外側の、表面の被覆 として、適切な半導体材料（例えば、ＡｌＧａＡｓ）により作られる。 本発明によれば、エネルギーコンセントレーター６は、毎日の太陽走行に従っ て太陽光により（図１中の矢印１０参照）照射可能な周囲の領域に、少なくとも １つの、透明な（ガラスのように透き通った）材料から構成されるプリズム配置 １２を持つ。本発明によるプリズム配置１２は、アブソーバー４の（管−）軸方 向に平行に伸び、周囲方向で分割されて並ぶプリズム１４を持つ少なくとも１つ の周囲領域を有する。このプリズム１４は、太陽光がアブソーバー４に集中する ように、太陽光１０の屈折を生じさせる。これは、図１中で矢印１６により示さ れている。これにより、プリズム１４はいわゆる屈折プリズムとして作用し、そ の際、本発明によれば、全てのプリズム１４は二等辺で主として同形に作られる 。全てのプリズム角度とそれぞれ隣接するプリズム面の間の全ての角度は同じ大 きさである。その際本発明によれば、プリズム１４のその先端あるいは“尖った エッジ”１８は、アブソーバー４に向かって配置される。その際、プリズム角度 を二等分する、先端１８を通り走行する光軸１６ は、基本的に、太陽光集熱器２の中心軸に対して放射状に走行する。更に、プリ ズム１４が太陽光１０に向いた側で−断面中に見えるが−凸に曲げられた外部面 ２０を持つ場合、特に高い集中係数のために利点があり、“凸プリズムのレンズ ”が形成される。これにより、プリズム１４の外部面２０が、一貫して凸の断面 において、エネルギーコンセントレーター６の特別な円弧形の外面２２から作ら れる場合、特に製造技術的に非常に利点がある。 主としてエネルギコンセントレーター６は、アブソーバー４を同軸に包囲する 管形に形成されプリズム配置１２は、図１のようにエネルギーコンセントレータ ー６の基本的に全ての管周囲の外側に伸びる、あるいは図２、３のようにほぼ円 弧形の、つまりエネルギーコンセントレーター６の管周囲の１８０°の部分領域 の外側に広がる。図２では、エネルギーコンセントレーター６の管周囲の他のプ リズムのない部分領域は、プリズム配置１２と結合する管状シェル（中空シリン ダー部）２４として形成される。図３の実施形態では、プリズム配置１２はシェ ル形を形成し、プリズム配置１２は、図示されていないケーシング部分により管 形を補完される；本図で示されていないケーシング部分は、プリズム配置１２と 、適切 な同様に図示されていない結合手段を介して結合し、とくに、シェル形のプリズ ム配置１２の横の終端エッジ２６の領域の部品の間で、密閉性が保障されるよう 結合する。この措置の目的を下記に述べる。 図４に示されるように、このプリズム配置１２が優れているところは、柔軟で 、もともと基本的に平らな、つまり一方の側が平らな表面２８、他方の側がプリ ズム１４を持つフィルムあるいは箔材料から形成できることである。この材料の 優れている点は、円弧形あるいはシリンダーシェル形に変形するだけで良く、こ れにより平らな表面２８からプリズム配置１２の凸あるいは円弧形の外部面２２ が生じることである（図４ａと共に図４と図１参照）。この際、材料３０により 図１の実施形態を製造する場合、広範囲の閉じられた中空シリンダーが形成され 、接しあう縦側エッジは互いに密に結合し、これは材料結合、例えば貼着あるい は溶接による。 更に図４で示されるように、図１から３の実施形態で主としてプリズム配置１ ２のために使用される材料３０は、０．５ｍｍの厚さＤ−外部の表面２８から先 端あるいは“尖ったエッジ”１８までで測定される−を有する。 しかし、より強い機械的強度を達成するため、厚さＤは１．５から２ｍｍである ことが好ましい。この際、プリズム１４は−これらを互いに結合するベース３２ から−０．１５〜０．２ｍｍ高さＨを持つ。図４の材料が“平らに置かれた”状 態では、隣接するプリズム１４の中央と中央の間隔はＡ（先端１８の間隔）で示 され、この間隔は０．３から０．５ｍｍである。更に、２つの隣接するプリズム １４の互いに接しあうプリズム面は、角度αで示され、角度は図４の平らな状態 で約９６°である。材料３０がエネルギーコンセントレーター６のように主とし て円弧形あるいは中空シリンダー形になっていると、角度α’（図４ａ）は約６ ０°から８０°、特に約７０°まで小さくなる。これにより、本実施形態での角 度α’は９０°以下である。材料３０のこの変形により、上述したプリズム先端 １８間の間隔Ａは、これに応じて短くなる。プリズム角度βは、本実施形態では 約９０°である。 図４ａでは、例えば、２つの放射経過が示されていて、光が内部に向かってア ブソーバー上に集中されることからこれがわかる。全ての太陽光集熱器２は主と して約１ｍの長さがあり、外径は約１５０ｍｍである。 図１で、アブソーバー４の“下方”の、太陽光１０があたらずプリズム配置の ない側に、反射鏡３８を配置することを計画することが好ましい。この反射鏡３ ８はアブソーバー４の軸と平行に、管形のエネルギーコンセントレーター６に沿 って延設される。ここで、示されているように、反射鏡３８は断面を角状あるい は放物状にすることができる。反射鏡３８は約９５％という非常に高い反射率に 作られ、これは高度の光沢反射により達成できる。反射鏡３８はこれにより、始 めにアブソーバー４のところを通過する太陽光線の反射に役立ち、その結果、反 射鏡３８からの反射によりこの光線はアブソーバー４にあたる。反射鏡３８の優 れた点は、アブソーバー４から発する熱放射をアブソーバー４に戻すように作用 することである。 アブソーバー４と光学的なエネルギーコンセントレーター６の間の空間４２が 排気可能である場合、太陽光集熱器２の効率が高まる。これは、前記のように、 管形のエネルギーコンセントレーター６が広範囲に密封されて（ガスと湿気に対 して）作られるべきことの理由である。空間４２の排気のために、本図では示さ れていない真空ポンプが使用され、ポンプは少なくとも必要量に応じて、 光起電性のエレメント８により獲得された電気的エネルギーを供給されることが 好ましい。排気のこのすぐれた方法は、真空が実際に太陽熱集熱器２の耐久時間 全てにわたり、維持されるという決定的利点を持つ。その際、排気は実際には太 陽入射時だけに行なわれる、なぜならその時に排気が意義深いからである。これ は、例えば夜には排気が全く不必要であることを意味する。 更に図１で、アブソーバー４は、そのエネルギーを受取る表面を拡大するため の外部リブ４４を有することが好ましく、これにより、アブソーバー４のセンタ ーあるいはカバー面上に実際上正確にはあたらない太陽光線が“受けとめられる ”。この外部リブ４４は、光起電性のエレメント８を支持することが好ましい。 これによりアブソーバー４は、静力学的に良い特性を有する支持構造を形成する 。更に、管形のアブソーバー４は、そのエネルギーを熱伝達媒体に引き渡す内部 面の拡大のために、内部リブ４６を備えると利点が増す。熱伝達媒体への効率の 良い熱エネルギーの伝達は、“レイノルズ数”と“ヌッセルト数”の増加により 達成される。 内部リブ４６の代替（あるいは付加）として、アブソ ーバー４にとり、その内壁が、例えばＤＥ−Ａ−２５５７ ２１５に記載されて いるような、特にいわゆる“凹凸化方法”により、溝状に変形された、蜂の巣状 の（例えば、四あるいは六角）面を覆い分割して配置される面ゾーンが、内部に 向かって管の内部断面中へ伸びるように“レリーフ状に”形成される熱交換器管 が使用されると、非常に好都合である。目的に沿うように、これは管の内部から 管内壁への真空作用（Ｖａｋｕｕｍ−Ｂｅａｕｆｓｃｈｌａｇｕｎｇ）により行 なわれ、これにより管内壁は“内に向かって引っ張られる”。しかし、このよう な構造は、外部から、例えば機械的に形成される。 “部分的にコルゲート（溝状）化する”この措置により注目すべき利点が生じ る。内部の壁の構造により、管と流れてくる熱媒体の間の熱伝達率の著しい改善 が達成されることが確認され、これに関連し、これは乱流への媒体の上に向かう 傾斜に基づくことがわかった。つまり、このような構造を与えることにより、非 常に低いポンプパワーでも、熱媒体の良好な乱流がもともとのレイノルズ数の達 成前に達成される。更に、壁が薄い場合でも、非常に高い機械的強度が達成され 、その結果、アブソー バーの壁は非常に薄くてよく、従来必要とされた壁厚さの半分あるいは１／３で よいこともある。これにより材料費が減少する。本実施形態では、アブソーバー の終端が、機械的止め具と媒体を密閉する接続のために鋳造されることが好まし い。これは、“平らでない”表面を形成するが故に利点がある。 前述した構造の（“凹凸化された”）熱交換器管の優れた点は、本発明による 太陽光集熱器に限らず、例えばヒーター及び／又はクーラーのための、一般的種 類の温度調節の目的のために使用できることである。 図５〜９に示されるように、太陽光集熱器２は両終端に止め具エレメント５０ を有する。この止め具エレメント５０は、内部のアブソーバー４も、外部のエネ ルギーコンセントレーター６も固定し、場合によっては反射鏡３８も固定する。 更に、止め具エレメント５０は、とくに建物の屋根への太陽光集熱器２の取り付 けに役立つ。前記の実施形態では、各々の止め具エレメント５０が管形のエネル ギーコンセントレーター６を両終端で密に包囲し、とくにリング形の弾性的なプ ロフィルパッキンエレメント５２をそそぎ込むことが計画される。これによ り達成される密閉により、前記の方法で空間４２を排気することが可能になる。 更にパッキンエレメント５２は、太陽光集熱器２の熱膨張を受け入れる、あるい は調整し、材料応力を回避するという目的を有する。 図５、６では、各々の保持エレメント５０はケーシング形をしていて、太陽光 集熱器２の終端に最低１つの受け入れ開口部５４を備え、この受け入れ開口部５ ４中にパッキンエレメント５２が配置される。ケーシング形の保持エレメント５ ０は２つのケーシングの半分５６ａと５６ｂから構成され、５６ｂは太陽光集熱 器２の中心軸により決められる分割面５８を持つ（図６）。ケーシングの半分５ ６ａ，ｂと太陽光集熱器終端は互いにしっかりと結合可能（固定可能）であり、 ねじこみ継手によって外せることが好ましい。このために、１つの“下の”ケー シング半分５６ｂ（図５参照）は特別な盲穴６０を持ち、その中に、他の“上の ”ケーシング半分５６ａの貫通孔を通り、図示されていない自己挿通ねじ（ｓｅ ｌｂｓｔｓｃｈｎｅｉｄｅｎｄｅ Ｓｃｈｒａｕｂｅｎ）が螺着される。更に、 少なくとも１つのケーシング半分５６ｂは取付け孔６２を持ち、この孔を通り、 止め具エレメント５０の固定のために、屋根側の図示されていな い止め具に、適切なねじが通される。 図５では、管形のエネルギーコンセントレーター６の各々の終端は、皿状ある いは栓状のガイドエレメント６４により閉じられ、その際、パッキングエレメン ト５２により、エネルギーコンセントレーター６とガイドエレメント６４の間の リング間隙も閉じられる。ガイドエレメント６４は、アブソーバー４の終端側の 管部分６８の通り抜けのための中央の開口部６６を持ち、アブソーバー４はエネ ルギーコンセントレーター６内の中央あるいは同軸に固定される。更に止め具エ レメント５０は、熱伝達媒体のための結合ライン７１（引込む又はそらす；これ については図７〜９参照）のための、少なくとも１つの、管形のアブソーバー４ あるいは管部分６８につながる接続７０を持つ。これにより、ケーシング半分５ ６ａ，ｂがこの接続７０の形成のために、それぞれ抜取り可能なゾーン７２を持 つ場合に利点があり、これは適切な“定格ブレイクポイント”の形成により達成 可能である。 前記の好ましい実施形態は、非常に簡単で安価な取付けを可能にする。このた めに、アブソーバー４だけが、また場合によっては反射鏡３８が管形のエネルギ ーコン セントレーター６中に導入され、ガイドエレメント６４を介して固定される。こ のように作られた太陽光集熱器ユニット２の終端側には、止め具エレメント５０ が備えられる。これにより、アブソーバー４と止め具エレメント５０の間のサー マルブリッジを回避するという理由から、ガイドエレメント６４が低い熱伝導率 を持つ材料から構成される場合、利点がある。 図７から９では、本発明によって複数の太陽光集熱器２が、実際に任意の方法 で相互接続されている。図７では、例えば平行接続が具体的にわかる。図８はこ れに向かい合う、複数の太陽光集熱器２の直列接続を示す。しかし、図８のこの 例では、太陽光集熱器２は空間的に互いに平行に配置されていて、その結果、総 計で１つの“蛇行”が達成される。この向かい側に、図９では、他の種類の直列 接続が具体的に示される。ここでは２つ（あるいはそれ以上）の太陽光集熱器２ が同軸に連続して配置される。いうまでもなく、配置は、図７から９で具体的に 示される接続バリエーションの組合せとして計画されている。 本発明による太陽光集熱器２は極めてシンプルで製造 費が安く、例えば屋根、胸の高さの囲い、手摺り、屋根（棟）エッジなどのそれ ぞれの取付け場所に合わせて取付け可能であり、特に非常に軽量であることもこ れに役立っている。このため通常、クレーンやそれに類するものへの取付けは不 要である。 本発明による太陽光集熱器では、“高性能集熱器”が重要となる。約３ｋｗｈ ／ｄの気象学的に平均的に水平の太陽光線に関しては、７つの集熱器２を持つ約 １ｍ2の面では、６ｋｗｈ／ｄの熱パワーと、場合によっては更に約１．１ｋｗ ｈ／ｄの光起電性のエネルギーが達成される（測定値）。 本発明の他の有益な実施形態を説明する。この形態は、エネルギーコンセント レーター６が少なくともプリズム配置１２の領域に、とくに表面汚染を減少させ るための、外部側の表面の被覆（図では見えない）を有する。この表面被覆は、 ナノメーター単位の透明なセラミック粒子（いわゆる“ナノクリスタル”）から 構成されることが好ましい。これにより、極度に滑らかで、汚染を退ける、機械 的（引っ掻き）に非常に強い表面が生じ、表面の静電気の発生が回避され汚れの 付着が基本的に減少され、 被覆のためにラッカーやペンキを塗ることができる。この利点ある措置により、 表面汚染は、“通常”生じる汚染を約５％に減少させ、これが優れているのは、 エネルギーコンセントレーター６の光学的特性を損なわないことである。同時に 機械的な表面保護が達成される。 図１０から１２を基に、本発明によるエネルギーコンセントレーター６の他の 特に好ましい実施形態を説明する。プリズム配置１２は、対照的に２つのプリズ ムゾーン８０に分けられている、特別な、プリズムのないレンズゾーン８２を持 ち、その領域にはレンズエレメント８４が配置される。このレンズエレメント８ ４は、縦に伸びるプリズム１４と平行して、それによりエネルギーコンセントレ ーター６の長手方向に対して平行に走る凸／凹レンズとして形成され、その際、 レンズはその凸／凹の曲率により、エネルギーコンセントレーター６の内部に向 かい、またそれによりアブソーバー４の方向に伸びる。その際、凸のレンズ面８ ６はアブソーバー４側にあり、向かい側の凹のレンズ面８８はアブソーバー４の 反対側にある。ここでは、２つのプリズムゾーン８０は、円弧あるいはシリンダ ーカバーに続く、プリズムのない結合断片９０を挟んで、互いに結合して一体と なる。 レンズエレメント８４は、プリズム１４から斜めに、“アブソーバー４を通過 する”割線としてそれた光線を、内部のアブソーバー４へ向かうように向きを変 えることに役立つ。これは、図１２中で矢印９２により示される。 レンズエレメント８４は、例えば押出し成形されて、個別な部品として作られ ることが好ましく、他の同様に押出し成形された、管形の部品と結合する。この ため、エネルギーコンセントレーター６の管形の部品は、ほぼ内部の中心に向か って突き出す、縦方向に走る２つの保持バー９４を持ち、レンズエレメントが例 えば軸方向に保持バー９４の間に差し込まれる、あるいは弾性変形により半径方 向から組み込まれることにより、バー間にレンズエレメント８４は摩擦および／ 又は形によるはめ込みにより保持される。 図１０の本実施形態のエネルギーコンセントレーターの特別な形を、図１２を もとに、下記に説明する。プリズム１４は、半径方向のプリズム高さＨと、プリ ズム辺の長さＬを持ち、その寸法は一定の比を有していて、また外径ｄ＝２Ｒ（ ２×半径Ｒ）の関係があり、Ｈ：Ｌ：ｄは１：約２：約１００である。集中係数 の大きさにと って特に利点があるのは、Ｈ：Ｌ：ｄ＝１：１．９８：１００．８３の比である 。 レンズエレメント８４の設計に関するのは、レンズエレメントの幅Ｂ、凹レン ズ面８８の曲率半径Ｒv、凸レンズ面８６の曲率半径Ｒxである。プリズム高さと の比において効果的なのは、比率Ｈ：Ｂ：Ｒv：Ｒx＝１：約９５から１００：約 ６０から６５：約６０から６２であり、特に１：９７：６３．３３：６０．８３ である。 これにより、個々のプリズム１４の角度間隔γは互いに約２°となる（図１１ 参照）。 実際に実施された形態では、図１１の保持バー９４は約３ｍｍの高さ、約１． ５ｍｍの幅、約６０°の互いの角度間隔ｄx（図１０参照）を持ち、その結果、 レンズエレメント８４は同様にこの周囲領域ｄxに挟まれていることが好ましい 。これにより、レンズ幅Ｂは約５５から６０ｍｍ、特に約５８．２ｍｍとなる。 半径Ｒvは約３８ｍｍであり、Ｒxはほぼ同じ３６．５ｍｍである。この際、レン ズエレメント８４の最大幅は、エネルギーコンセントレーター６の半径方向で約 ２ｍｍである。エ ネルギーコンセントレーター６のプリズムのない領域の厚さは、約２ｍｍである 。 本発明の特に好ましい実施形態では、プリズム配置１２あるいは２つのプリズ ムゾーン８０が２つの共通した円周上で、１８０°以上の円弧となり、例えば約 ３０°の拡大部分９６を持つことが提案される。これは、太陽光集熱器２あるい はエネルギーコンセントレーター６に、そのレンズエレメント８４を取付ける際 、回転させて縦軸のまわりで光学的に、地理学上の位置により異なる都度、太陽 走行のために最適に方向づけることができるときには利点となる。しかしその際 、“上部円弧”の横の終端領域にプリズム１４が配置される。これは、エネルギ ーコンセントレーター６が、図１０で示される中央の箇所から２つの方向に、少 なくとも、拡大部分９６の角度の範囲内で回転できることを意味する。とくに、 複数の平行な太陽光集熱器２の多数の配置の際に重要である（図７、８参照）、 なぜならこれは、太陽エネルギーの最適な利用のため、あるいは最適なエネルギ ー分配のために、日中、太陽走行に適合した、その都度異なる回転位置に取付け 可能であり、異なる実施形態は不必要である。そうではなくて統一的に作られた エネルギーコンセ ントレーター６の製造が可能であり、全ての異なる位置合わせに対して使用でき る。これはいうまでもなく特に経済的である。 本発明は図で述べられた実施形態に限定されず、本発明と同じ作用をする全て の実施形態を包括する。更に、本発明は請求項１で規定された特徴の組合せに限 定されず、全ての表現された個々の特徴の、各々の任意の他の組合せによって規 定されることもできる。これは、基本的に、実際に請求項１の各々の個々の特徴 が採用されない、あるいは少なくとも１つの、申請の他の箇所で明らかにされた 個々の特徴により代えられることを意味する。このかぎりでは、請求項１は、本 発明を理解するための最初の定式化しようとするものにすぎない。
【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年８月２９日 【補正内容】補正請求の範囲 １． エネルギーコンセントレーター(6)が、少なくとも、日中の太陽走行に合 わせて、太陽光により照射可能な周囲領域で、アブソーバー(4)の軸方向と平行 に走り広範囲に分割されて並んで配置される多くのプリズム(14)を有する、透明 な材料から構成されるプリズム配置(12)を備え、全てのプリズム(14)は、同種で 二等辺の断面にアブソーバー(4)に向かう先端(18)を持ち、その際プリズム(14) は先端(18)を通って走る、プリズム角度（β）を二等分する軸(19)を有していて 、軸は基本的に、太陽光集熱器(2)の中心軸に対して半径方向に走り、その際プ リズム(14)は凸プリズムのレンズとして、太陽光に向かって凸に曲げられた外部 面(20)から形成されており、この外部面(20)は、複数あるいは全てのプリズム(1 4)の領域を越えて延設されていて、エネルギーコンセントレーター(6)の断面が 円弧形の外部面(22)により形成され、その際プリズム(14)の形により、太陽光の 面上のフォーカスが、フォーカス面が太陽走行の際常に、アブソーバー(4)領域 を覆う領域にあるように達成されることを特徴とする、少なくとも１つの太陽光 集熱器(2)と、アブソーバー(4)とこのアブソーバー(4)の長さを越えて広範囲に 少な くとも領域ごとに囲む、太陽光を光学的にアブソーバー(4)上に集中させるエネ ルギーコンセントレーター(6)を有する、太陽光からの熱および／又は電気エネ ルギー獲得のための装置。 ２． エネルギーコンセントレーター(6)が、アブソーバー(4)を同軸に囲む管形 であることを特徴とする請求項１記載の装置。 ３． プリズム配置(12)が、エネルギーコンセントレーター(6)の全ての周囲に わたって存在することを特徴とする請求項１又は２記載の装置。 ４． プリズム配置(12)が、エネルギーコンセントレーター(6)の周囲の特別な ほぼシェル形の部分領域を越えて伸びることを特徴とする請求項１又は２記載の 装置。 ５． 他の、プリズム配置(12)の外にある、エネルギーコンセントレーター(6) の管周囲の部分領域が、プリズム配置(12)と結合して一体となる管状シェル(24) として、あるいはプリズム配置(12)と結合手段によって結合するケーシング部分 として作られていることを特徴とする請求項４記載の装置。 ６． プリズム配置(12)の領域で、少なくとも１つのプリズムのないレンズゾー ン(82)が、縦に伸びる、プリ ズム(14)に対して平行に走る、断面が特別に凸／凹に形成されているレンズエレ メント(84)により、プリズム(14)から斜めに、割線上の走行によりそれた光線(9 2)がレンズエレメント(84)の上にぶつかり、レンズエレメントからアブソーバー (4)に方向転換されるよう形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか 記載の装置。 ７． プリズム(14)領域でのプリズム配置(12)が、弾性的で本来平らな、一方の 側に平らな表面(28)を、他方の側にプリズム(14)を持つフィルム材料あるいは箔 材料から作られ、この材料(30)はシリンダー形あるいはシリンダーの一部分の形 に曲げられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の装置。 ８． エネルギーコンセントレーター(6)が、押出し成形部品としてガラスのよ うに透き通った合成物質から作られ、その際レンズエレメント(84)は個別の部品 として製造され、他の部品と摩擦および／又は形のはめこみ、又は／および物質 結合により結合することを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の装置。 ９． プリズム(14)領域のプリズム配置(12)を形成する材料(30)が、外部の表面 (28)から先端(18)までが最低０．５ｍｍ、主としてほぼ１．５〜２ｍｍの幅を有 す ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載の装置。 １０．プリズム(14)のベース(32)からの半径方向のプリズム高さ(H)と、プリズ ム辺長さ(L)と、エネルギーコンセントレーター(6)の外径の比が、１：約２：約 １００、特に１：１．９８：１００．８３であることを特徴とする請求項１〜９ のいずれか記載の装置。 １１．プリズム高さ(H)とレンズエレメント(84)の幅(B)と凹のレンズ面(88)の曲 率半径(Rv)と凸のレンズ面(86)の曲率半径(Rx)の比が、１：約１００：約６３： 約６０〜６１、特に１：９７：６３．３３：６０．８３であることを特徴とする 請求項１〜１０のいずれか記載の装置。 １２．プリズム(14)のベース(32)からの高さが、ほぼ０．１５〜０，８ｍｍ、特 に約０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１１いずれか記載の装置。 １３．隣接するプリズム(14)の中央から中央の間隔(A)が、０．３〜０．５ｍｍ また角度間隔が約２°であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか記載の 装置。 １４．２つの隣接するプリズム(14)の接しあったプリズム面(34、36)が、９０° 以上あるいは９０°以下の角 度（α’）を持つことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか記載の装置。 １５．アブソーバー(6)が管形で、アブソーバーを通って熱伝達媒体が流れるよ うに作られていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか記載の装置。 １６．アブソーバー(6)の外側に、光起電性のエレメント(8)があることを特徴と する請求項１〜１５のいずれか記載の装置。 １７．アブソーバー(6)の太陽光の反対側に、反射鏡(38)が配置されることを特 徴とする請求項１〜１６のいずれか記載の装置。 １８．アブソーバー(4)と光学的エネルギーコンセントレーター(6)の間の空間(4 2)が、排気可能であることを特徴とする請求項１〜１７いずれか記載の装置。 １９．光起電性のエレメント(8)により、真空ポンプが電力を供給されることを 特徴とする請求項１〜１８のいずれか記載の装置。 ２０．アブソーバー(6)が、そのエネルギーを受容する表面の拡大のための外部 リブ(44)を有することを特徴とする請求項１〜１９のいずれか記載の装置。 ２１．管形のアブソーバー(4)が、そのエネルギーを熱伝達媒体に引き渡す内部 面の拡大のための内部リブ(46) を持つことを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか記載の装置。 ２２．管形のアブソーバー(4)が、半径方向に内部に向かって飛び出しあるいは 割線状に変形され、管内壁を分割される面ゾーンを持つ、既知の凹凸化方法で形 成される構造を与えられた管内壁を持つことを特徴とする請求項１７〜２１のい ずれか記載の装置。 ２３．太陽光集熱器(2)が２つの終端でそれぞれ止め具エレメント(50)を有して いて、その止め具エレメント(50)が、内部のアブソーバー(4)も、外部のエネル ギーコンセントレーター(6)も、場合によっては反射鏡(38)も固定することを特 徴とする請求項１〜２２のいずれか記載の装置。 ２４．各々の止め具エレメント(50)が管形のエネルギーコンセントレーター(6) の終端側を、弾力性のあるパッキンエレメント(52)により密に囲むことを特徴と する請求項１〜２３のいずれか記載の装置。 ２５．各々の止め具エレメント(50)が、熱伝達媒体のための結合ライン(71)のた めに、少なくとも１つの、管形のアブソーバー(4)中へつながる接続(70)を持つ ことを特徴とする請求項２３又は２４記載の装置。 ２６．アブソーバー(4)がアルミニウム製であることを 特徴とする請求項１〜２５のいずれか記載の装置。 ２７．熱伝達媒体が、金属、特に銅を含んでいて、その際、アブソーバー(4)と の電気的結合が回避されるように構成されていることを特徴とする請求項１７〜 ２６のいずれか記載の装置。 ２８．エネルギーコンセントレーター(6)の少なくともプリズム配置(12)領域で 、もしくはそのレンズエレメント(84)の外側で、セラミックの小さな粒子から作 られる、汚れを退ける透明な表面被覆を持つことを特徴とする請求項１〜２７の いずれか記載の装置。 ２９．請求項１５〜２８のいずれか、特に請求項２２記載の管形のアブソーバー の、加熱および／又は冷却を目的とする一般的な種類の熱交換器管としての使用 。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ダウメ，ヨッヘン ドイツ連邦共和国 デー−42659 ゾーリ ンゲン アルゴンナー・ヴェーク 29 (72)発明者 バウアー，ハインリッヒ ドイツ連邦共和国 デー−67661 カイザ ースラウテルン コールコップフシュトラ ーセ 14 (72)発明者 グリム，アルノルト ドイツ連邦共和国 デー−36124 アイヒ ェンツェル クラウトガルテン 12

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １． エネルギーコンセントレーター(6)が少なくとも、日中の太陽走行にふさ わしく太陽光により照射可能な周囲範囲内で、アブソーバー(4)の軸方向と平行 に走り、広範囲に分割されて並んで配置される、透明な材料から作られた多くの プリズム(14)から構成されるプリズム配置(12)を持っていて、 アブソーバー(4)と、アブソーバー(4)をその長さを越えて、また広範囲に少 なくとも領域ごとに囲む少なくとも１つの太陽光集熱器(2)と、太陽光を光学的 にアブソーバー(4)上に集中させるエネルギーコンセントレーター(6)を備える、 太陽光からの熱および／又は電気エネルギー獲得のための装置。 ２． 特に同種のプリズム(14)が太陽光に向けられた側で、凸に曲がる外部面(2 0)を持つことを特徴とする請求項１記載の装置。 ３． プリズム(14)の凸の外部面(20)が、複数あるいは全てのプリズム(14)の領 域以外にもあり、断面においてエネルギーコンセントレーター(6)の特に円弧形 の外部面(22)から形成されることを特徴とする請求項２記載の装置。 ４． エネルギーコンセントレーター(6)が、アブソー バー(4)を例えば同軸に囲む管形であることを特徴とする請求項１〜３のいずれ か記載の装置。 ５． プリズム配置(12)がエネルギーコンセントレーター(6)の基本的に全ての 範囲にわたっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の装置。 ６． プリズム配置(12)が、エネルギーコンセントレーター(6)の周囲の、特に ほぼシェル形の部分領域を越えて伸びていることを特徴とする請求項１〜４のい ずれか記載の装置。 ７． エネルギーコンセントレーター(6)の管の周囲の、プリズム配置(12)の外 にある他の部分領域が、プリズム配置(12)結合して一体となる管シャーレ(24)と して、あるいはプリズム配置(12)と結合手段によって結合するケーシング部分と して作られていることを特徴とする請求項６記載の装置。 ８． プリズム配置(12)領域で、少なくとも１つのプリズムのないレンズゾーン (82)が、プリズム(14)から斜めに、割線上の走行によりそれた光線(92)がレンズ エレメント(84)にぶつかり、エレメントからアブソーバー(4)に向きを変えられ るように作られた、縦に伸び、プリズム(14)と平行して走る、断面が特別の凹／ 凸のレンズエレメントを持つことを特徴とする請求項１〜 ７のいずれか記載の装置。 ９． プリズム配置(12)がプリズム(14)領域で、プリズム材料(30)がシリンダー 形あるいはシリンダーの一部の形に曲げられるために、柔軟でもともと平らな、 一方の側が平らな表面(28)で他方の側がプリズム(14)を持つフィルム材料あるい は箔材料(30)から構成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載の装 置。 １０．エネルギーコンセントレーター(6)が、ガラスのように澄んだ合成物質か ら作られる押し出し成形部品として形成され、その際主としてレンズエレメント (84)が個別の部品として製造され、他の部品と摩擦と／あるいは形のはめこみに より、また／あるいは物質結合により結合することを特徴とする請求項１〜８の いずれか記載の装置。 １１．プリズム配置(12)を形成する材料(30)が、プリズム(14)の領域で、外部の 表面(28)から先端(18)までが、最低0.5mm、主として約1.5-2mmの厚さを持つこと を特徴とする請求項１〜１０のいずれか記載の装置。 １２．プリズム(14)がベース(32)から半径方向にプリズム高さ(H)を持ち、(H)と プリズム辺長さ(L)とエネルギーコンセントレーター(6)の外径の比が、1:約2:約 100、特に1:1.98:100.83であることを特徴とする請求 項１〜１１のいずれか記載の装置。 １３．プリズム高さ(H)とレンズエレメント(84)の幅(B)と凹のレンズ面(88)の曲 率半径(Rv)と凸のレンズ面(86)の曲率半径(Rx)が、1:約100：約63:約60-61、特 に1:97:63.33:60.83であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか記載の装 置。 １４．プリズム(14)のベース(32)からの高さ(H)が0.15から0.8mm、特に約0.8mm であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか記載の装置。 １５．隣接するプリズム(14)が、0.3から0.5mmの中央から中央の間隔と約２°の 角度間隔を持つことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか記載の装置。 １６．２つの隣接するプリズム(14)の接しあったプリズム面(34、36)が、90°以 下あるいは90°以上の角度（α’）であることを特徴とする請求項１〜１５のい ずれか記載の装置。 １７．アブソーバー(4)が管形で、熱伝達媒体が流れ通るように作られることを 特徴とする請求項１〜１６のいずれか記載の装置。 １８．アブソーバー(4)の外側が光起電性のエレメント(8)を持つことを特徴とす る請求項１〜１７のいずれか記載の装置。 １９．アブソーバー(4)の太陽光の反対側に反射鏡(38)が配置されることを特徴 とする請求項１〜１８のいずれか記載の装置。 ２０．アブソーバー(4)と光学的なエネルギーコンセントレーター(6)の間の空間 (42)が、排気可能であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか記載の装置 。 ２１．主として光起電性のエレメント(8)により電力を供給される真空ポンプを 特徴とする請求項１〜２０のいずれか記載の装置。 ２２．アブソーバー(4)が、そのエネルギーを受容する表面の拡大のための外部 リブ(44)持つことを特徴とする請求項１〜２１のいずれか記載の装置。 ２３．管形のアブソーバー(4)が、熱伝達媒体にエネルギーを引き渡す内部面の 拡大のための内部リブ(46)を持つことを特徴とする請求項１４〜２２のいずれか 記載の装置。 ２４．管形のアブソーバー(4)が、特に、周知のでこぼこ方法により構造を与え られた管内壁の中に、半径方向に内部に向かって飛び出す、溝状に変形され、管 内壁を分割する面ゾーンを持つことを特徴とする請求項１７〜２３のいずれか記 載の装置。 ２５．太陽光集熱器(2)の２つの終端にそれぞれ止め具 エレメント(50)が備えられ、その際止め具エレメント(50)は主として、内部のア ブソーバー(4)も外部のエネルギーコンセントレーター(6)も、また場合によって は反射鏡(38)も固定することを特徴とする請求項１〜２４のいずれか記載の装置 。 ２６．各々の止め具エレメント(50)が、管形のエネルギーコンセントレーター(6 )の終端側を、特に弾力性のあるパッキンエネレメント(52)により密に囲むこと を特徴とする請求項１〜２５のいずれか記載の装置。 ２７．各々の止め具エレメント(50)が、熱伝達媒体のための結合ライン(71)のた めの、少なくとも１つの、管形のアブソーバー(4)中へつながる接続(70)を持つ ことを特徴とする請求項２５又は２６記載の装置。 ２８．アブソーバー(4)がアルミニウム製であることを特徴とする請求項１〜２ ７のいずれか記載の装置。 ２９．熱伝達媒体が金属、特に銅を含み、またその際主として、アブソーバー(4 )との電気的な結合が回避されるよう作られることを特徴とする請求項１７〜２ ８のいずれか記載の装置。 ３０．エネルギーコンセントレーター(6)が、少なくともプリズム配置(12)領域 で、また場合によってはそのレンズエレメント(84)の外側に、表面が汚れを退け る透明な被覆を持ち、被覆は主にセラミックの小さな粒子から形成されることを 特徴とする請求項１〜２９のいずれか記載の装置。 ３１．請求項１７〜３０は前記請求項２４の管形のアブソーバーは、一般的種類 のヒーター及び／又はクーラーの熱交換器管として使用される。
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