KR20130128406A - 여러 섹션으로 구성된 집중기 배치를 가진 태양열 수집기 - Google Patents

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Abstract

트로프 집중기로 구성된 선형 집중기 내 제 2 집중기의 다른 집중기들로 인해 집중된 방사가 초점 지점 영역에 집중되어 결과적으로 방사의 집중이 높아질수록 흡수기 파이프에 더 높은 온도가 달성된다. 흡수기 파이프의 열손실이 기하급수적으로 증가하는 것(더 높은 온도로 인해)을 막기 위하여 흡수기 배치가 개별 열 개구부의 열을 포함하여 협동하여 제공되고 상기 열들은 서로 인접하여 있다.

Description

여러 섹션으로 구성된 집중기 배치를 가진 태양열 수집기{SOLAR COLLECTOR HAVING A CONCENTRATOR ARRANGEMENT FORMED FROM SEVERAL SECTIONS}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전단에 따른 태양열 수집기에 관한 것이다. 상기 종류의 방사 수집 또는 집중기 장치는 태양열 발전소에 사용된다.
광전지의 단점을 극복하는 것은 지금까지 불가능했기 때문에 상기 기술은 어디서나 저렴한 비용으로 태양 전기를 생성하는데 사용할 수는 없다. 반면, 태양열 발전소는 종래의 생성된 전기에 대해 오늘날의 일반적인 상업적 가격에 가까운 가격으로 현재 어느정도로 산업적 규모로 전기를 발생시켜오고 있다.
태양열 발전소에서 태양의 방사는 집중기의 도움으로 수집기에 의해 미러링되고 결과적으로 고온이 생성되는 위치에 선택적으로 초점이 맞추어진다. 집중된 열은 발산되어 차례로 전류 생산 발전기를 구동하는 터빈과 같은 화력 발전 엔진의 작동에 사용할 수 있다.
오늘날 세 가지 알려진 형태의 태양열 발전소가 존재한다.: 접시-스털링-시스템, 태양열 타워 발전소 시스템 및 파라볼릭 트로프 시스템
접시-스털링-시스템은 모듈 당 50 kW 까지의 범위의 작은 유닛이며, 일반적으로 허용되지 않는다.
태양열 타워 발전소 시스템은 태양의 방사 에너지가 다수의 거울 또는 집중기를 통해 흡수기에 집중되도록 수백 및 수천개의 개별 거울을 통해 햇빛을 미러링 하여 이에따라 하류의 열기계(원칙적으로 발전용 증기 또는 유체 터빈 발전소)의 효율을 위해 바람직한 1300°C 까지의 온도를 달성하기를 바라는 발생 위치("타워")에 장착되는 중앙 흡수기를 포함한다.
캘리포니아의 "솔라 투" 발전소는 수 MW의 출력을 가지고 있다. 스페인의 PS20 발전소는 20MW의 출력을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고(고온을 달성할 수 있는 장점에도 불구하고) 태양 타워 발전소는 어떤 정도까지 확산되지 않았다.
그러나, 파라볼릭 트로프 발전소는 널리 확산되었고 작은 가로 크기를 가지는 긴 집중기를 포함하며 이에따라 초점이 아닌 초점라인을 가지는 다수의 수집기를 포함한다. 상기 라인 집중기는 오늘날 20m ~ 150 m의 길이를 가진다. 초점 라인을 따라 집중된 열(500°C 까지)을 위한 흡수기 파이프가 연장되며 상기 파이프는 열을 발전소로 전송한다. 가능한 전송 매체는 예를 들어 열 오일, 용융 염 또는 과열 수증기이다.
종래의 흡수기 파이프는 가능한 한 열 손실을 최소화하기 위해 복잡하고 비용 구조를 가지고 있다. 열 전송 매체가 파이프 내부에서 순환하기 때문에, 집중기에 의해 집중된 태양 방사는 먼저 파이프를 가열하고, 그후 파이프가 매체를 가열하여 (필수적으로) 뜨거운 흡수기 파이프(약 500 °C)가 그 온도에 상응하는 열을 방출하게 된다. 열 전송 매체에 대한 라인 네트워크를 통해 방출되는 열은 100 W/m에 도달할 수 있으며, 대규모 발전소의 라인 길이는 100 km에 이를수 있으며 흡수기 파이프로부터의 열손실의 비율로써 라인 네트워크를 통한 열 손실은 발전소의 전체 효율에 매우 중요하다.
결과적으로, 흡수기 라인은 이러한 에너지 손실을 방지하기 위해 점점 더 복잡한 구조가 된다. 상기와 같은 종래의 흡수기 라인은 유리 및 금속 파이프 사이의 진공이 형성된 유리 커버 금속 파이프로 널리 구성되기 때문에, 금속 파이프는 열 전송 매체를 운반하고, 그 외부 표면에는 가시 범위로 방사된 빛의 흡수를 향상시키는 코팅이 제공되나, 적외선 범위의 파장에 대해 낮은 방출 속도를 가진다. 봉입된 유리 파이프는 바람에 대한 냉각에 대해 금속 파이프를 보호하고 열 방출에 대한 추가 장벽으로 작용한다. 단점은 봉입된 유리 벽 또한 반사를 줄이기 위해 유리에 적용되는 코팅으로 유도되는 입사 태양 방사를 부분적으로 반사하거나 흡수한다는 것이다.
상기와 같은 흡수 라인을 청소하는데 소요되는 상당한 비용을 절감하고 기계적 손상으로부터 유리를 보호하기 위해, 흡수 라인은 추가로 이를 둘러싸며 입사 태양광선을 위한 개구부가 제공되기는 하지만, 다른 측면에서 안정적으로 흡수 라인을 보호하는(비 절연 또는 거의 절연되지 않은)기계식 보호 파이프가 제공 될 수 있다. 상기와 같은 구조는 제조 및 유지 보수측면에서 복잡하고 비용이 많이든다.
남부 캘리포니아의 9 SEGS 파라볼릭 트로프 발전소는 약 350 MW의 출력을 생성한다. 2007 년에 네트워크에 연결된 "네바다 솔라 원" 발전소는 140 헥타르의 지역에 배치되어 65 MW를 생산하는 182,400개의 곡선 거울을 가진 트로프 수집기를 포함한다. 스페인의 Andasol 3는 2009 년 9 월부터 건설되고 있으며, Andasol 발전소 1-3호기의 출력은 총 50 MW가 되는데 2011년부터 가동되고 있다. 전체 Andasol 설비(Andasol 1-3)의 최대 효율은 20 % 지역에 미칠것이며, 15 %의 지역에서 연간 평균 효율을 가질것으로 예상된다.
상술한 바와 같이 태양열 발전소의 효율을 위한 한 필수 매개 변수는 수집기에 의해 가열된 전송 매체의 온도이며, 수집기에서 얻어진 열은 전송 매체를 통해 발산되고 예를들어 전류로 변환되기 위해 사용된다: 변환되는 동안 온도가 높을수록 더 높은 효율이 달성된다. 다시 전송 매체에서 달성될 수 있는 온도는 집중기를 통해 반사된 태양 방사의 집중에 달려있다. 50번의 집중은 집중기의 초점 범위 내에서 평방 미터 당 에너지 밀도가 지구 표면의 1 평방미터에 태양에 의해 조사된 에너지의 50배에 해당한다는 것을 의미한다.
이론적으로 가능한 최대 집중은 지구-태양 지형 즉, 지구에서 관측되는 태양 원반의 구경의 각도에 달려있다. 상기 구경의 0.27°각도에서 트로프 수집기를 위한 이론적으로 가능한 최대 집중 계수는 213이다.
심지어 큰 비용으로 생산된 거울과 이에따라 산업적 사용 측면에서 너부 비싼것으로 간주되고 단면이 포물선에 상당히 근접하여 최소의 촛점라인 영역을 발생하는 거울조차도, 여전히 상기 213의 최대 집중 계수를 달성할 수는 없다. 그러나, 약 50-60의 안정적으로 달성가능한 집중은 실현될 수 있고 파라볼릭 트로프 발전소의 흡수기 파이르에서 상술한 약 500°C의 온도가 허용된다.
가능한한 타당한 비용으로 포물선 형상에 근사한 트로프 수집기를 구성하기 위하여, 본 출원인은 WO2010 / 037243에서 내부에 배치된 유연한 집중기를 가진 압력 셀을 포함하는 트로프 수집기를 제안한바 있다 상기 집중기는 서로 다른 영역에서 서로 다른 곡률을 가지며, 원하는 포물선 형상에 매우 근접한다. 이것은 집중기를 위해 타당한 가격으로 흡수기 파이프에 약 약 500°C의 온도를 달성할 수 있도록 하나, 흡수기 파이프의 공정 온도를 한 번 더 증가시키는 것은 불가능하다.
따라서 본 발명의 요건은 높은 효율을 보이고 또한 전송 매체에 더 높은 온도를 생성하도록 하는 산업적 규모의 열 생성을 위한 트로프 수집기를 제공하는 것이다.
상기 요건은 청구항 제 1항의 특성을 가진 태양열 수집기에 의해 충족된다.
제 2 집중기 배치가 반사된 태양 방사가 반사되도록 하지만, 초점 라인 영역에서가 아닌 적어도 하나의 초점 지점 영역라는 사실로 인해, 집중은 1 차원 트로프 수집기에서 달성된다. 즉, 초점 라인의 수집기의 길이를 넘고 그후 최소한 하나의 초점 지점 영역의 폭을 넘는 집중은 2차원이다.
이것은 이론적으로 최대 가능한 집중을 40,000 이상까지로 증가시키는 효과가 있다. 여기에서도 상기 가능한 최대 집중을 달성하는 방법이 없다고 해야한다. 하지만 상기와 같은 큰 잠재력의 작은 실현이 상기 요건에 특정된 바와 같이 전송 매체의 온도를 증가시킬 수 있도록 하여 발전소(또는 최소한의 열을 생성하는 유닛)의 효율성을 개선한다.
제 2 집중기 배치의 적어도 하나의 집중기는 전류 제 1 방사 경로에 대해 연속적으로 정렬된다는 사실로 인해, 시간에 해당하는 입사 태양 방사의 경사 각도로 인한 제 2 집중기 배치의 손실을 방지하고 따라서 배치의 효율성을 지속적으로 높은 수준으로 보장할 수 있다.
다른 집중기의 몇개의 열과 열개구부의 몇개의 인전바여 배치된 열들은 흡수기 배치에 제공되어(예를들어 열 개구부의 동일한 수의 단일열과 대조적으로), 개선된 전력 흡수/개선된 전반적인 배치의 효율성이 달성된다.
또한, 제 2 집중기 배치의 다른 집중기의 초점 지점 영역은 정지상태로 유지되어 흡수기 배치의 원위지로 유지된다. 이것은 차례로, 입사 태양 방사의 변화에도 불구하고, 흡수기 파이프의 관련된 열손실을 감소시키고 태양열 발전소의 효율성을 증가시키는 효과를 가지는 들어오는 방사 경로의 단면으로 흡수기 파이프의 개구부를 줄이도록 한다.
따라서 본 발명은 특정된 요건에 더하여, 열 개구부의 영역 각각의 작은 개부구로 나누어지고 따라서 필수적으로 더 작은 전체 영역으로 감소시키는 흡수기 배치/흡수기 파이프를 사용하도록 한다. 이것은 동시에 각 흡수기 파이프의 열손실을 명확히 줄인다.
이것은 본 발명에 따른 초점 지점 영역에 집중되는 방사와 시너지 효과를 가진다: 한편으로, 흡수기 파이프의 가능한 온도가 증가되고, 다른 한편으로, 흡수기 파이프로부터의 열 손실이 감소되며, 이것은 여기서 열손실이 거의 열방출에 의해 발생하기 때문에 특히 중요하다. 다음 -마지막으로- 본 발명에 따른 수집기의 효율성은 흡수기 배치/흡수기 파이프의 관련된 열 개구부의 인접 연장되는 열을 가지는 초점 지점 영역의 인접 연장되는 열을 제공하는 배치이ㅡ 레이아웃에 의해 더 증가되며 상기 레이아웃은 상기 배치의 전력 흡수를 증가시킨다.
다수의 이격된 열 개구부가 제공된다는 사실로 인해 흡수기 파이프의 더 큰 영역이 작동시 그 열 방출이 감소되는 효과로 절연될 수 있다. 열 방출은 온도의 네 번째 힘으로 증가되기 때문에, 이것은 높은 온도를 생성하기 위한 본 발명에 따른 태양열 수집기의 경우에 특히 바람직하다.
본 발명의 특정 실시예가 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
도 1은 태양열 발전소에 사용되는 것과 같은 종래의 트로프 수집기의 개략도.
도 2a는 본 발명에 따른 트로프 수집기의 구성의 개략도.
도 2b는 도 2a의 트로프 수집기를 통한 단면도.
도 2c는 도 2c의 트로프 수집기를 통한 세로 단면도.
도 3은 하루의 과정을 통해 입사하는 태양 방사의 방향을 도시하는 개략도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예.
도 5a는 세로 방향으로 도 4에 도시된 실시 예에서 특히 바람직한 변형예.
도 5b는 도 5a의 실시예의 단면도.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예.
도 6b는 도 6a의 실시예의 단면도.
도 7a는 다른 집중기의 광학 요소의 제 1 실시예.
도 7b는 도 7a의 광학 요소의 단면도. 상기 요소를 통과하는 방사의 형태를 도시.
도 8a는 다른 집중기의 광학 요자의 제 2 실시예.
도 8b는 도 8a의 광학 요소의 단면도. 상기 요소를 통과하는 방사의 형태를 도시.
도 8c는 다른 집중기의 광학 요소의 제 3 실시예.
도 9는 종래 배치와 본 발명에 따른 배치의 전력 흡수사이의 비교, 인접 배치된 열 개구부의 여러 행을 포함한다.
도 10a는 본 발명의 추가 실시를 통한 단면도.
도 10b는 도 10a의 실시예의 상세도.
도 1은 압력 셀(2)을 가진 종래형태의 트로프 수집기(1)를 도시한다. 상기 수집기는 쿠션 형태를 가지며 도면에서 보이지 않는 상부 가요성 막(3)과 하부 가요성 막(4)에 의해 형성된다.
상기 막(3)은 압력 셀(2)내부의 집중기 막(집준기(10), 도 2a)으로 입사하는 태양광선(5)이 투과되며 흡수기 파이프(7)의 방향에서 광선(6)으로 막에 의해 반사되고 열 전송 매체가 순환하여 수집기에 의해 집중된 열을 방출한다.
흡수기 파이프(7)는 집중기 막(집중기(10), 도 2a)의 초점 라인 영역의 지지수단(8)에 의해 고정된다.
압력셀(2)은 태양의 일상 위치에 따라 알려진 방법의 스탠드에 선회가능하게 장착되는 프레임(9)에 배치된다.
이러한 태양 수집기는 예를들어 WO 2010/037243 및 WO 2008/037108에 서술되어 있다. 상기 문헌은 명시적인 참조로 본 명세서에 포함되어 있다.
비록 본 발명이 압력 셀에 배치된 집중기 막과 압력 셀을 가진 트로프 수집기와 같은 형상의 태양열 수집기로 사용되나, 이에 제한되지 않으며, 예를 들어, 트로프 수집기에서 사용될 수 있으며 집중기는 가요성 거울로 구성되지 않는다. 지가요성 거울을 가진 수집기는 예를들어 상술한 발전소에서 사용된다.
상기 도면에서 트로프 수집기의 구성요소는 본 발명에 적절하지 않아서 빠져있으며, 빠진 구성요소는 상술한 종래기술(압력셀을 가진 수집기 또는 비가요성 거울을 가진 수집기)에 따라 구성되고 실제 적용에 적절하도록 전문가에 의해 쉽게 결정될 수 있다.
도 2a는 본 발명에 따른 다른 집중기의 가능한 실시예를 도시한다. 도 1의 수집기(1)와 같은 원리로 구성된 수집기(10)는 집중기(11)와 지지수단(8)에 장착된 흡수기 파이프(12)를 포함한다. 태양광선(5)은 집중기(11)로 입사하고 집중기에 의해 광선(6)으로 반사된다. 집중기(11)의 상기와 같은 실제 구성으로 인해, 반사된 방사를 위한 제 1 방사 경로는 광선(6)으로 나타나도록 형성된다.
집중기(11)는 선형 집중기인데, 두 방향으로 구부러진 파라볼릭 집중기와 비교하여 단순한 방법으로 제조될 수 있고 태양의 위치에 따라 하루동안 프레임 구조와 연속적으로 필수적인 정렬을 위해 금지된 구조적 공백 상태를 발생시키지 않는 큰 표면을 가지는 장점을 가지는 오직 한방향으로만 구부러져 있기 때문이다.
도면의 방향에 대해 세로방향은 화살표 16으로 표시되며 가로 방향은 화살표 17로 표시된다. 따라서 집중기(11)는 가로 방향(17)으로 구부러지는 반면 세로방향(16)으로는 구부러지지 않는다.
필수적인 집중기(11)의 방사 경로는 초점 라인 영역을 가지는데, 한편으로는 태양의 구경 각도로 인해 태양 광선(5)이 평행하게 입사하지 않아 지형적으로 정확한 초점 라인에 집중될 수 없으며, 이는 역시 가능한한 이론적으로 추산되는 초점라인을 위한 타당한 가격으로 집중기의 정확한 포물선 형상의 곡률을 생성할 수 없기 때문이다.
집중기(11)는 여기서 압력 셀(명료성을 위해 도시되지 않음), 압력을 유지하고 제어하기 위한 기관 및 집중기가 위치된 프레임으로 구성된 수집기(10)의 제 1 집중기 배치의 부분이다. 또한 상술한 바와 같이 빠진 구성요소는 당업자에게 알려져있다.
집중된 방사에 투명하고 도면에서 플레이트로 구성된 광학 요소(20)는 방사 경로가 이들을 통과하도록 집중기(11)의 제 1 방사(및 따라서 제 1 집중기 배치의 방사 경로)에 정렬된다. 이러한 광학 요소(20)는 광학 요소(20) 하류의 방사(6)가 초점 지점 영역에서 방사(15)로 집중되는 방식으로 이들(및 집중기(11)에 의해 반사되는)에 입사하는 방사(6)를 중단시킨다. 즉, 광학 요소(20)의 각각의 방사(15)에 의해 나타나는 제 2 방사 경로는 초점 지점 영역(21)을 포함한다. 상기 도면은 태양열 수집기의 길이에 해당하는 광학 요소(20)의 수와 예를 들어, 두 광학 요소 (20)를 위한 초점 지점영역을 표시한다.
광학 요소(20)는 초점 라인 영역의 상류의 제 1 방사 경로에 배치된 제 2 집중기 배치의 부분이고 제 2 집중기 배치의 다른 집중기를 형성한다. 여기서 제 2 집중기 배치는 예를 들어, 흡수기 파이프(12)에 고정되어 광학요소(20)가 고정되는 캐리어(22)를 포함한다.
여기서 흡수기 파이프(12)로 구현된 흡수기 배치는 초점 지점 영역(21)의 위치에 있으며 집중된 방사(15)가 흡수기 파이프(12)의 내부로 통과 할 수 있는 다수의 열 개구부(23)를 가진다. 열 개구부는 열이 집중된 방사로 부터 열이 지나가는 것을 허용하지만 반드시 기계적 개구부로 구성될 필요는 없다. 예를 들어, 열 개구부는 재귀 방사를 감쇠시키도록 코팅된 유리 디스크로 비 투명 절연재와 관련하여 구성될 수 있으나, 그럼에도 불구하고 결국 열 개구부의 위치에 효과적인 절연이 달성될 수 없고 해당 관련 열 손실이 허용된다는 사실이다.
광 전지가 직접 전류를 생성하는 흡수기 배치의 열 개구부에 배치될 수 있고 이경우 열 전송 매치(도 1)가 빠진다는 것이 언급되어야 한다. 단순함을 위해, 그러나 비 제한적으로, 하기에서 열 전송 매체가 순환하는 흡수 배치를 언급한다.
외부 흡수기 파이프 즉 그 외부에 완전히 둘러싸인 비 투명 열 절연제를 가진 흡수기 파이프가 사용되는 것이 바람직하며, 열 개구부는 상기 외부 절연재의 실제 개구부(그러나, 물론, 예를들어 유리 디스크로 닫힐 수 있는)로 구성된다.
도 2b는 방사 경로를 가진 도 2a의 수집기(10)를 통한 가로방향(화살표 17)의 단면도이다/두 집중기 배치의 제 1 및 제 2 방사경로는 상기 단면 평면내로 돌출된다. 상술한 바와 같이 본 발명의 이해를 돕기 위해, 트로프 수집기(20)의 비 본질적인 요소는 당업자에게 알려져 있으며 따라서 도에서 생략되었다.
특히 두 반사된 광선(6, 6')으로 표시된 제 1 집중기 배치(집중기 11)의 제 1 방사 경로는 흡수기 파이프(12)의 위치에서 초점 라인 영역(21)을 향하여 수렴한다는 것이 보여진다. 방사(6)는 광학 요소(20)를 통해 전달되고, 여기서 두 광선(15, 15')으로 표시된 제 2 방사 경로는 초점 지점 영역(21)을 향해 수렴한다.
제 1 집중기 배치의 집중은 가로 방향(화살표 17)에 영향을 받는다.
바람직한 실시예에서 도시된 광학요소(20)의 초점 지점 영역(21)은 집중기(11)의 초점 라인 영역, 즉, 제 1 집중기 배치의 초점 라인 영역에 있다. 단면 평면(그러나 수직 방향이 아닌, 도 2c 아래에 도시)에서 보여지는 바에서, 이것은 반사된 방사(6)가 필수적으로 직선으로 연장되는 광학 요소(20)에 의해 중단되지 않는다는 것을 의미한다. 주로 광선(6, 6')이 광학요소(20)를 통과할때 방사경로(15, 15')가 상기 경로(6, 6')에 대해 약간 오프셋될 수 있으나 여기서는 관련이 없다.
또, 도면의 이해를 돕기 위하여, 광학 요소(20)를 위한 캐리어(22)(도 2a)와 같은 중요하지 않은 요소는 생략했다.
도 2c는 방사 경로를 가진 도 2a의 수집기(10)를 통한 세로방향(화살표 16)의 단면도이다/제 1 및 제 2 집중기 배치의 제 1 및 제 2 방사경로는 상기 세로 평면내로 돌출된다. 그러나, 광학 요소(20)중 하나의 길이를 따른 세로 섹션의 부분만이 도시된다.
오른쪽에서 왼쪽으로(도 2b) 보는 방향을 가정하면 도 2는 집중기(11)(도 2b)의 왼쪽 절반에 따라 도시된다.
특히 반사된 광선(6, 6')으로 여기서 도시된 제 1 집중기 배치(집중기 11)의 제 1 방사 경로는 흡수기 파이프(23)의 위치의 초점 라인 영역을 향해 진행한다는 것을 볼 수 있다. 방사(6-6 ')는 광학 요소(20)를 통과하고 세로방향에서 상기 요소에 의해 중단되며, 광학 요소의 제 2 방사경로(광선 15, 15'로 표시)는 각각 초점 지점 영역(21)을 향해 수렴한다.
제 2 집중기 배치의 집중은 세로 방향(화살표 16)에 영향을 받는다.
결과적으로 제 2 집중기 배치는 제 2 방사 경로를 가지는 적어도 하나의 광학 요소(즉, 적어도 하나의 다른 집중기)를 포함한다. 적어도 초점 지점 영역(21)은 적어도 하나의 광학 요소(20)에 의해 생성된다. 여기서 본 발명에 따른 배치는 오직 하나의 광학 요소(20), 또는 수십 또는 수백 광학 요소(20)를 가진 매우 큰 크기를 가지는 수집기에서 산업적 사용을 위한 작거나 매우 작은 적용분야에서 구현될 수 있다는 것이 언급되어야 한다.
도 2b 및 2c는 묘사된 실시 예에서 광학 요소(20)가 제 1 집중기 배치의 선형 집중기의 집중 방향에 가로 또는 수직으로 연장되는 집중 방향을 가진 선형 집중기로 구성되는 것을 도시한다.
이것은 또한 광학적으로 효과가 있는 표면(광선의 차단하는 원인이 되는)이 제 1 집중기 배치(여기서 집중기 11)의 제 1 방사 경로에 대해 정렬되어 초점 라인 영역(도 2b에 도시)에 수직인 평면으로 투사되는 각 개별 광선의 경로가 직선이나 초점 지점 영역(21)의 방향에서 초점 라인 영역(도 2c에 도시)내의 평면에서 중단된다는 것을 의미한다.
바람직하게 광학 요소는 도 2a-2c에 나타난 접시 형상의 몸체와 동일한 구성을 허용하는 프레넬 구조를 포함한다. 예를 들어, 플레이트 형상 몸체의 아랫면은 평면일 수 있으며 윗면은 평행 프레넬 단계로 구성될 수 있으며, 가로방향(17)의 단계는 서로 평행하게 연장되어 초점 지점 영역이 플레이트 형상 몸체의 중앙 위로 위치되도록 한다.
이러한 프레 넬 렌즈(30)의 레이아웃은 쉽게 당업자에 의해 실제로 수행될 수 있다. 선택적으로 각 광학 요소(20)는 흡수기 파이프 아래에 가로 방향으로 연장되고 도 2b 및 2c와 같이 굴절을 생성하는 수집 렌즈로 구성될 수 있다. 이런 방식으로 구성된 광학 요소(20)는 몰딩에 의해 생산될 수있다, 예를 들면, 금속 몰드가 제조되고 적합한 플라스틱 물질(또는 유리)이 몰딩된다.
도 3은 수집기(10)와 아침부터 저녁까지의 태양의 궤도(30)를 도시한다. 하루 중 시간에 따라 광선(31', 32', 33')으로 제 1 방사 경로에 동일한 것으로 반사되고 동일한 위치의 집중기(11)로 입사하는 태양 광선(31, 32, 33)이 묘사된다. 즉, 날이 진행됨에 따라 제 1 방사 경로가 연속적으로 변하도록 집중기(11)에서의 태양광선의 입사 즉, 제 1 집중기 배치가 작동 범위 내에서 하루 종일 변화한다.
전류 제 1 방사 경로는 광선(31')으로 아침, 광선(32')로 점심 및 광선(33')으로 저녁때를 나타낸다. 따라서 집중기(11)의 초점 라인 영역은 그 세로축 방향 (16)으로만 변위되고 가로축 방향으로는 되지 않는다. 광선(31', 33')이 광학 요소(20)(도 2a와 2c)에 비스듬히 입사하고 따라서 부분적으로 상기 요소로 들어가고 본 발명에 따라 중단되나 반사된 광선이 초점 지점 영역에 도달하기 않기 때문에 태양열 수집기(10)의 효율에 악영향을 끼지는 광학 요소의 표면에서 부분적으로 반사되므로 그럼에도 불구하고 이것은 단점이 된다..
상기 효과는 광선(32')의 경우 거의 0이고 광학 요소(20)의 하부표면으로 입사하는 광선(31', 33')의 경사도의 증가와 함께 증가한다.
도 4는 제 2 집중기 배치의 평균 효율성이 증가하는 본 발명에 따른 배치를 도시한다. 도 2c와 유사한 도면은 길이 방향(화살표 16)의 수집기(20)를 통한 단면을 도시한다. 세로 섹션의 오직 일부만이 수집기(10)의 임의의 광학 요소(20)(도 2a)의 방법으로 세부 관계를 설명하기 위해 도시된다.
광학 요소 (20)는 흡수기 파이프(12)(전면의 오직 하나의 캐리어(41')가 보이는)에 차례로 고정 배치된 캐리어에 캐리어 페어(40, 40')(전면에 오직 하나의 캐리어(40')만이 보이는)을 통해 선회가능하게 장착된다. 이것은 상기 요소가 제 1 집중기 배치의 전류 방사 경로와 정렬되는 즉, 전류 제 1 방사 경로에 수직으로 연장되도록 하는 방법으로 각각 이중 화살표(42)의 방향으로 선회하도록 한다.
도면에서 전류 방사 경로는 광선(31', 및 31**)으로 표시된다. 제 2 방사 경로는 광선(15', 15**)로 표시된다.
선회 운동은 이중 화살표(47)방향으로 움직일 수 있는 레버에 의해 유발된다. 상기 레버는 광학요소(20)(및 수집기(10)의 모든 다른 광학 요소)와 연결된다. 수집기의 제어(이해를 돕기 위해 도에는 표시되지 않음)는 레버(48)를 위한 드라이브를 활성화할 수 있어, 하루 동안 광학 요소(20)의 정렬이 항상 정확하게 되도록 한다. 레버(48)의 공급 범위는 광학 요소(20)의 정렬 범위를 정의하고, 상기 정렬 범위는 수집기(10)(도 3)의 위치에서 현재시각의 방사 상태에 해당한다.
관련된 드라이브와 그 제어수단을 가진 레버(47)와 마찬가지로 캐리어들(40, 40' 및 41, 41')을 가지는 캐리어 쌍은 현재 시각에 따른 제 1 집중기 배치의 전류 제 1 방사 경로에 관련된 제 2 집중기 배치의 최소한 하나의 집중기(묘사된 실시예의 광학 요소(20))를 정렬하기 위한 수단을 나타낸다.
도시된 바람직한 실시예는 캐리어(41)를 가진 캐리어쌍으로 인해, 선회 축(43)이 점선으로 표시된 광학 지점 영역(46)이 광학요소(20)의 전체 정렬 범위(또는 제 2 집중기 배치의 최소한 하나의 집중기의 정렬 범위)에 걸쳐 고정된 위치로 고정되도록 열 개구부(45)의 영역에 위치되는 장점을 가진다.
흡수기 파이프(12)가 고정적으로 집중기(11)에 대해 배치되어 있기 때문에, 이것은 또한 초점 지점 영역(45)에 적용된다. 즉, 도시된 배치를 기반으로, 제 2 집중기 배치의 집중기(광학 요소 20)의 초점 지점 영역(45)이 제 1 집중기 배치의 집중기 섹션(여기서 도시된 집중기(11)의 섹션)에 대하여 고정된다.
상기 배치는 고정된 초점 지점 영역(46)의 연장에 맞도록 즉, 전체적으로 방사 정렬을 변결하도록 하는(도 3) 크기에 맞도록 열 개구붐(45)를 줄일 수 있도록 한다. 광학 요소(20)가 본 발명에 따라 정렬되지 않은 경우, 열 개구부는 하루의 시간이상으로 초점 지점 영역의 변위에 해당하는 길이를 가져야 한다. 하루 동안 태양에 오래 노출하기 위해, 이것은 전체 길이를 따라 연속적으로 연장되는 흡수기 파이프를 위한 열개구부로 이어지도록 서로 터치하는 개별 열 개구부로 이어지도록 한다. 그러나, 이것은 본 발명에 따라 피해질 수 있는 해당 열손실을 초래하게 된다.
도 5a는 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한다. 도 4에 따른 실시예는 두 구분된 거울(50, 51)에 의해 보충된다. 이러한 미러의 바람직한 배치는 복합 파라볼릭 집중기로 당업자에게 알려진 것이다. 출원인의 지식에 따라, 복합 파라볼릭 집중기는 이제 까지 선형 집중기를 가진 태양열 수집기로 사용되어 왔다. 복합 파라볼릭 집중기에서 상기 거울(50, 51)은 포물선의 브랜치에 해당하는 프로파일을 보여준다. 상기 포물선의 초점 지점은 반대편 거울의 하부 변부에 있다.
구분된 거울(50, 51)은 한편으로 광학 요소(20)와 상부 브라켓에 고정되고 다른 한편으로 광학요소(20)에 대해 고정되고 동일한 것과 함께 선회가능하게 배치된다.
이러한 구분 거울(50, 51)은 제 1 번째 방사 경로에서 반사되는 방사의 산란을 보정하는 효과가 있다. 상기 산란은 한편으로는 태양 방사가 평행한 방사로 입사하지 않는 효과를 가진 태양의 구경 각도 때문이고 다른 한편으로는 타당한 가격으로 지형적으로 이상적이도록 제조될 수 없는 자체 표면을 가진 집중기(11)때문이며 방사 경로와 간섭하는 결과를 초래할 수 있다. 또한 광학 요소(20)의 오류는 구분 거울(50, 51)에 의해 정정된 제 2 방사 경로에 간섭을 일으킬 수 있다.
도면에서, 광선(31**)은 제 1 방사 경로에 도시되고 광선(15**)는 제 2 방사 경로에 도시된다. 광선(31**)은 태양의 중심으로부터 비롯되는 광선의 반사광성이고 집중기(11)는 반사위치에서 지형적으로 이상적이되도록 구성되는 것으로 추정된다.
도면은 역시 제 1 방사 경로의 광선(53')과 제 2 방사 경로의 광선(54')을 도시한다. 여기서 광선(53')은 태양의 변부에서 비롯된 광선의 반사광선이고 및/또는 집중기(11)는 반사위치에서 지형적인 일탈을 포함하는 것으로 추정된다. 따라서 광선(31** 및 53')은 평행하지 않으며 또한 광선(54')은 광학 요소(20)의 굴절에도 불구하고(또는 광학요소의 오류때문에) 초점 지점 영역(46)과 정렬되지 않으나 점선(47)으로 표시되어 빠질 수 있다.
광선(54')는 따라서 구분 거울(50)에 부딪쳐 광선(55')로 초점 지점 영역(46)으로 반사된다.
구분 거울(50)에서의 상기 반사는 수용 각도의 측면에서의 부딛치는 모든 방사가 초점 지점 영역(46)에 집중되는 효과가 있다. 즉, 구분 거울(50, 51)은 제 2 방사 경로의 초점 지점 영역(46)의 위치에 있는 초점 지점 영역인 제 3 방사 경로를 가진 제 3 집중기 배치를 나타낸다.
도 5b는 도 2a의 평면 AA를 따른 섹션의 도 5a의 배치를 도시한다. 보여지는 것은 광학 요소(20)의 밑면, 구분 거울(50)의 후방이다. 여기서 표시된 X 표시는 광선(54')의 충격 지점을 표시한다.
상기 지점에서, 도면은 수집기(10)를 통한 세로 섹션의 구분 거울(50, 51)의 사용을 도시한다. 즉, 그 표면은 교차방향인 방향(17)로 연장된다. 그러나, 구분거울(50, 51)은 역시 길이 방향인 방향(16)에 정렬될 수 있어 방사 경로가 예를들어 가로방향(방향 17)의 집중기(11)의 곡률 오류로 인해 태양으로부터 비평행한 입사 방행에 의해 정정되거나 광학 요소(20)의 가로방향에 영향을 주는 오류로 인해 제 2 방사 경로의 다른 집중에 의해 정정된다.
바람직한 실시예에서 구분 거울은 세로 방향과 가로 방향으로 방사 경로를 수정하기 위해 제공된다.
도 6a는 본 발명에 따라 구성된 수집기(60)를 도시하며, 제 1 집중기 배치는 여러 인접 및 세로 방향으로 연장되는 집중기 섹션(61, 62)을 포함한다. 상기 지점에서, 제 1 집중기 배치는 2개가 아닌 예를들어 4, 6, 8 또는 그 이상의 상기 집중기 섹션을 더 포함 할 수 있다는 것이 언급되어야 한다.
도 6a에 도시된 종류의 태양열 수집기의 또 다른 실시예는 50m 길이의 집중기를 가진 트로프 수집기를 포함한다. 상기 집중기는 만곡된 각각 4m 폭의 두 평행한 섹션들을 포함하여 이들의 초점 라인 영역이 3m 거리에 있도록 한다. 상기 광학 요소는 플레이트 형상이 아닌 가로방향으로 만곡된 하프 쉘(적절한 프레넬 구조로)로 구성될 수 있고, 그후 200mm의 곡률 반경과 200mm의 길이를 가진다. 따라서ㅏ 약 250개의 광학 요소가 흡수기 파이프의 길이를 따라 제공되고 상기 흡수기 파이프(도 10)는 250개의 열 개구부를 가진다.
각 집중기 섹션(61, 62)은 광학 요소(65, 66)의 열(63, 64)과 관련되고 다시 각각의 광학 요소(65, 66)는 흡수기 파이프(69)의 별도의 열 작동(67, 68)과 관련되어 있다. 다시, 도면의 더 나은 이해를 위해, 광학 요소(65, 66)를 위한 캐리어와 본 발명의 이해를 위한 다른 비필수적인 요소가 생략되었다. 상기 지점에서, 가로방향에 인접한 광학 요소(65, 66)는 모두 하나의 열 개구부와 관련될 수 있다는 것이 언급되어야 한다.
집중기 섹션(61)의 태양광선(70)은 광학 요소(65)에 의해 중단된 광선(71)(집중기 섹션(61)의 제 1 방사 경로)으로 반사되고, 숨겨진 열 개구부(67)의 위치에서 도시되지 않은 초점 지점으로 광선(72)(광학 요소(65)의 제 2 방사 경로)로 향한다.
마찬가지로 태양광선(74)은 광학 요소(66)에 의해 중단된 광선(75)(집중기 섹션(62)의 제 1 방사 경로)으로 집중기 섹션(62)에서 반사되고, 열 개구부(68)의 위치에서 초점 지점 영역(78)으로 광선(76)(광학 요소(66)의 제 2 방사 경로)로 향한다.
이 배치는 개별 집중기 섹션(61, 62)의 가로 연장(방향 17)이 단일 집중기를 가진 케이스에서 보다 작아서 더 넓은 집중기에 대해 더 작은 초점 영역이 달성될 수 있는(태양의 구경 각도) 장점을 가진다. 이것은 다시 전체 표면이 오직 하나에 대한 열 개구부의 표면보다 작으나 분명히 더 넓은 집중기를 가지는 더 작은 열 개구부(67, 68)를 가지도록 한다.
동일한 것이 세로 방향에 적용된다.: 흡수기 파이프(69)의 길이를 따라 방해받지 않고 종래에 연장되는 열개구부 대신(이것이 물리적으로 형성되는지 아닌지에는 관계없이, 상기 참조) 흡수기 파이프(69)의 길이를 따라 배치된 이격된 열 개구부가 이제 가능하고, 이것은 전체적으로 종래기술에 따른 연속적인 열 개구부 보다 작은 표면을 점유한다.
당연히, 모든 광학 요소(65, 66)는 본 발명에 따라 도 4-5에서 예시적으로 도시된 흡수기 파이프(69)에 선회가능하게 배치된다. 또한 광학 요소(65, 66)는 상술한 바와 같이 프레넬 렌즈로 구성된다.
도 6b는 두 집중기 섹션(71, 72)과 광학 요소(20)의 두 열(73, 74)을 다시 가진 도 6a에 대해 약간 수정된 수집(70)를 도시한다. 상술한 바와 같이, 물론 예를 들어, 6개의 집중기 섹션 및 6열의 광학 요소(20)를 제공하는 것도 가능하다. 각 열(73, 74)의 광학 요소(20)는 각각 관련된 집중기 섹션(71, 72)과 정렬되고 따라서 비스듬하게 위치되어 이들이 본 발명에 따라, 체인 점선(75, 76)으로 표시된 비스듬한 평면에서 선회될 수 있게된다. 상기 방법으로 정렬된 광학 요소(20)를 가짐에 따라 배치의 효율성은 더욱 향상된다. 상기 도면은 또한 태양광선(80)을 도시한다. 반사된 광선(81)은 집중기 섹션(71)의 제 1 방사 경로를 나타내고, 광선(82)은 정확하게 연장되는 제 2 방사 경로(따라서 구분 거울(50)을 통과하는)를 나타낸다. 또한 상기 도면은 사이에 위치된 집중기 섹션(71, 72)을 가지는 측면 프레임 부분(84, 85)와 마찬가지로 바람직한 워커블 스트립(83)을 도시한다. 바람직하게, 스트립(83)의 폭은 상기 스트립이 광학 요소(20)의 두 열(73, 74)에 의해 가려지도록 선택된다.
바람직한 실시 예에서, 프레넬 구조를 포함하는 렌즈(230)는 수차를 통한 오류를 최소화하기 위해 도 7a에 따라 더욱 개선된다 :
도 7b는 장착될 때 프레 넬 렌즈(230)를 통한 가로 방향의 섹션을 도시한다. 상기 섹션은 단계(233)를 통해 연장된다. 상기 섹션에서, 도면의 이해를 돕기 위하여, 프레넬 렌즈(230)는 절반만이 도시되며, 이를 통하여 연장되는 방사 경로와 함께 체인-점선의 좌측에 놓여진다.
제 1 집중기 배치(여기서 집중기(11)/섹션(71, 72)에 의해 반사된 태양광선(206iv-206vi)은 광학적 효과 하부면(231)에 입사하고 플럼 라인(236) 방향에서 상기와같이 중단되어 광학적 효과 상부 표면(232)까지 프레넬 렌즈(230)의 몸체를 통해 진행하여 광선(215iv-215vi)으로 나간다. 이들은 상부 표면(232)에서 플럼 라인으로부터 이격되어 중단된다.
단계(233) 및 플랭크(234)가 가로방향(17)으로 연장되기 때문에 두번 중단된 광선(215iv-215vi)은 평행하게 약간 오프셋되고 외부 광선에 대한 오프셋은 내부광선에 대한 것보다 커서, 초점 지점 영역이 실제 경우에 따라 바람직하게 않게 확대되도록 할 수 있다.
이것은 광선(26iv-26vi)의 점선 연속으로 질적으로(및 과장되어) 도시된다. : 광선(26iv-26vi)이 두번 중단되지 않으면 이들은 흡수기 파이프(228)의 열 개구부 (229)에 상당히 잘 집중될 것이다. 상기 평행 오프셋은 중단된 광선의 결과이며 오직 일부의 광선(215iv-215vi)만이 열 개구부(229)에 도달하여 최적화될 수 없다.
도 8a는 상기 측면에서 최적화된 실시 예를 도시한다. 도시된 것은, 하부 광헉적 효과 표면(241)은 평면이고 상부 광학적 효과 표면(242)는 중심 영역(243)에서 이격되어 프레넬 그리드 구조를 포함하는 프레넬 그리드 렌즈(240)이다.
프레넬 그리드 렌즈(240)의 기본 구조는 광학 요소(230)의 구조에 해당한다. 광학 요소(230)와 관련된 편차는 차례로 패싯(245)으로 나누어지는 플랭크(244)의 구성에 있다. 장착될 때 각 패싯(245)은 가로방향에서 다르게 경사진다.
도 8b는 입사 광선의 진행 방법을 도시한다. 상기 광선은 하부 광학적 표면(241)을 통과할때 플럼라인 방향에서 중단되고 요소(241)의 몸체를 가로지르게 된다. 각 패싯(245)에 의해 형성된 상부 광학적 효과 표면(242)에서 빠져나와 다시 중단될때가지 광선(215vii)으로 흡수기 파이프의 개구부(229)에 도달한다.
도 7b를 참조로 서술된 바와 같이, 상기 광선(216vii)은 광학 요소를 통과하지 않은 경우, 열 개구부(229)(점선 246)에 도달하고, 통과하는 동안 두번 중단됨에 따라 평행하게 오프셋되지 않으며, 도 6b의 해당 체인-점선(247)으로 표시된다. 실제로, 상기 광선(216vii)은 경사진 패싯(245)에서 중단되어 편자가 상기 오프셋에 의해 보상됨에 따라 광선(215vii)이 열 개구부(229)에 도달한다.
다시, 실제로 당업자는 프레넬 그리드 구조(예를들어, 패싯(245)의 크기)의 레이아웃 및 역시 각 패싯(245)의 경사를 결정할 수 있다.
프레넬 그리드 렌즈(250)로 구성된 광학 요소의 또 다른 실시예는 도 8c에 도시되며, 하부 및 상부 광학적 효과 표면(251, 252)은 둘다 프레넬 그리드 구조가 제공된다. 다시 프레넬 그리드 렌즈(250)을 통한 섹션은 도 3과 상응한다. 하부 표면(251)의 패싯(256)은 상부 표면(252)의 패싯(255)과 상응하여, 입사하는 반사된 태양광선(206ix)이 패싯(256, 255)에 수직으로 가해져서 이들에 의해 중단되지 않게 되어 도시된 평면의 편차가 멈춘다.
상부표면(252)의 패싯(255)은 그후 도면의 평면(방향 16으로 경사진)을 향해 수직으로 경사져서 광선(206ix)이이 열 개구부(229)의 위치에서 초점 지점 영역에 집중되도록 한다. 여기서 자시 중앙 영역(253, 254)은 패싯(246, 255)없이 형성된다.
실제로 당업자는 프레넬 격자 구조의 레이아웃을 결정 할 수 있으며, 따라서 역시 각 패싯(255, 256) 경사를 결정할 수 있다.
도 9는 마지막으로 종래의 흡수기 파이프 사이의 비교 다이어그램의 형태로 도시된다. 단면에서 본 경우 단일 와이드 열 개구부와 여기서 제안된바와 같은 즉, 예를들어 도 6b에 따라 두개의 인접 배치된 열 개구부를 포함하는 흡수기 배치/흡수기 파이프를 포함한다.
A는 종래의 흡수기 파이프의 열 개구부 (큰)폭을 나타내고, B는 본 발명(도 6b)에 따른 흡수기 파이프의 두 열 개구부의 각각의 폭을 나타낸다. 양 흡수기 파이프(즉, 종래의 것과 본 발명에 따른 것)는 비교를 위해 동일한 집중기와 관련될 수 있다. 열 개구부를 가진 종래의 흡수기 파이프는 전체 집중기의 모든 초점 라인 영역을 등록하는 반면, 본 발명에 따른 흡수기 파이프의 열 개구부는 상기 집중기의 절반/상기 절반의 초점 라인 영역과 각각 관련된다.
폭 A와 B위의 곡선은 집중된 방사를 통해 각 열 개구부에 의해 흡수되는 전력을 나타낸다.
곡선(320)은 상기 개구부의 각각의 폭 A를 위한 하나의 열 개구부를 가진 종래의 흡수기 파이프에 의해 흡수되는 전력을 도시한다. 따라서 곡선(321, 322)은 양 인접 열 개구부를 통해 본 발명에 따른 흡수기 파이프에 의해 흡수되는 전력을 도시한다.
본 발명에 따라 흡수기 파이프와 관련하여 종래의 흡수기 파이프에 의해 흡수된 전력의 차이는 도 9의 해칭된 표면과 두개의 점선 표면사이의 차이에 해당한다. 점선 표면은 해칭된 영역과 같거나 다소 크다. 따라서 두 덜 넓은 열 개구부를 가진 본 발명에 따른 흡수기 파이프에 의해 흡수된 전력은 오직 하나의 열 개구부를 가진 종래의 흡수기 파이프보다 크거나 다소 크다.
상기 효과는 태양의 구경 각도로 인한 것이며, 필수적으로 집중기에서 반사된 방사가 초점 라인 영역에서 산란되고, 상기 효과는 중중기의 변부 영역의 거리가 증가함에 따라 커진다.
요약하면, 본 발명에 따른 수집기의 효율성은 다음에 따라 더욱 증가 될 수있다;
한 편으로 하나의 연장된 슬롯으로 구성된 종래의 열 개구부는 하나의 열 개구부의 영역보다 작은 더 작은 구멍의 전체 영역을 나타내는 더 작은 수의 열 개구부로 세로방향에서 전환된다. 이것은 초점 지점 영역으로 트로프 집중기의 초점 라인 영역을 적게하는 제 2 집중기 배치를 사용하기 때문에 가능하다.
다음으로 흡수기 파이프의 길이를 통해 연장되는 기존의 열 개구부는 단면에서 볼 때 서로 인접한 더 적은 폭의 넓은 열 개구부로 전환되고 각 덜 넓은 집중기 섹션과 관련된다. 따라서 열 개구부의 더 적은 전체 영역을 위해 흡수기 파이프로 입력되는 열은 하나의 열 개구부르 루이한 것과 같다.
도 10a와 10b는 제 2 집중기 배치가 투명한 광학 요소가 아닌 거울을 포함하는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 10a에서, 태양열 수집기(100)는 태양을 추적하는 베이스(103)에 차례로 선회가능하게 장착된 프레임(102)에 장착된 공지된 압력 셀(101)과 함께 도시된다.
압력 셀(101)은 내부에 배치된 섹션(104, 105)으로 구성되는 다중 집중기를 가진 제 1 집중기 배치를 가지며, 본 발명에 따라, 거울(106, 107)을 포함하는 두 부분의 제 2 집중기 배치가 제공된다.
각 거울(106, 107)과 연결된 집중기 섹션(104, 105)의 방사 경로에 각 거울이 놓여진다. 입사 태양 방사는 광선(110, 111), 반사 광선(112, 113)에 의한 집중기 섹션(104 및 105)의 방사 경로로 표시된다. 거울(106, 107)은 각각의 집중기 섹션(104, 105)의 초점 라인 영역 상류의 방사 경로에 있다. 반사된 태양 방사(112, 113)를 위한 거울(106, 107)의 방사 경로는 거울에서 반사된 방사(114, 115)로 표시된다. 상기 반사된 방사(114, 115)는 흡수기 파이프의 관련된 개구부에 있는 초점 영역(116)의 거울(106, 107)에 의해 본 발명에 따라 집중된다.
거울(106, 107)의 필요한 곡률은 개략적으로 도 7b에 표시된다. 선택적으로 거울(106, 107)은, 특히 바람직하게 프레넬 그리드 구조를 가진 프레넬 구조로 제공될 수 있다. 도 7b는 보는 방향이 대략 도 7a의 참조 번호 100의 화살표 방향에 해당하는 상기 태양열 수집기(100)의 부분을 도시한다. 도면의 이해를 돕기위하여, 흡수기 파이프(120), 하나의 열 개구부(121) 및 상기 개구부(121)와 관련된 거울(107)만이 도시된다. 전체 길이(화살표 16)를 가로질러 흡수기 파이프(120)아래의 열에 배치되는 것으로 도시된 인접하고 유사하게 구성된 거울(107')이 점선으로 표시되며 각 거울(107')은 차례로 개구부(121)와 관련된다.
거울(107)(오목) 세로 방향(16)으로 만곡되어 세로방향에서 볼때 모든 입사 광선9113)이 초점 영역(116)에 집중되고 역시 가로 방향에서 초점 지점 영역에 집중이 용이하도록 가로방향에서 만곡(오목으로)된다.
도 10c는 도 10a와 10b의 배치를 도시한다. 본 발명에 따른 수단이 제 1 집중기 배치의 전류 방사 경로에 대한 정렬 영역의 거울을 정렬하기 위해 제공된다. 상기 수단은 거울(107)이 선회축(123) 주위에 선회가능하게 장착되는 지지수단(122)을 포함한다. 상기 선회운동은 이해를 돕기위해 도면에 도시되지 않은 드라이브에 의해 활성화되는 레버(124)에 의해 유발된다.
바람직하게, 상기 거울은 실제로 당업자가 본 발명에 따른 원하는 성공을 달성하는 방식으로 결정할 수 있는 프레넬 그리드 구조를 포함한다. 상기 종류의 거울은 몰딩으로 제조될 수 있고, 예를 들어 상기 몰딩의 광학적 효과 표면에는 적절한 반사 코팅이 제공될 수 있다.
도시된 배치의 장점은 제 2 집중기 배치가 제 1 집중기 배치의 압력 셀에 배치될 수 있고 이에따라 오염에 대해 보호한다는 것이다. 이것은 원칙적으로 압력 셀 또는 거울의 프레넬 그리드 구조에 의해 보호되지 않는 광학요소의 미세하게 점진적인 프레넬 구조가 많은 비용을 들여서만 적절히 청소될 수 있고, 그렇지 않고는 수집기 출력의 손실을 피할 수 없다는 사실을 고려할때 청소를 위해 상당한 비용을 절약할 수 있다.
요약하면 본 발명은 특히 다음 사항들을 포함한다:
A. 작동 범위내로 입사하는 태양 방사를 변화시키기 위한 초점 라인 영역과 집중된 방사를 위한 흡수기 배치를 가지는 제 1 방사 경로를 포함하는 제 1 집중기 배치를 가지는 태양열 수집기에 있어서, 초점 라인 영역의 상류의 제 1 방사 경로에 배치된 하나이상의 다른 집중기를 가지는 제 2 집중기 배치와 그 일부가 그 부분이 초점 지점영역을 가진 제 2 방사 경로를 포함하고, 상기 제 2 집중기 배치가 상기 제 1 집중기 배치의 전류 방사 경로에 대해 하나이상의 다른 집중기의 정렬 영역의 연속적인 정렬을 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
B. 상기 특징 A에 따른 태양열 수집기. 흡수기 요소가 흡수기 파이프로 구성되고 제 2 집중기 배치가 흡수기 파이프의 길이에 걸쳐 다른 것 뒤에 하나를 배치하는 다른 집중기의 적어도 하나의 열을 포함하며, 상기 흡수기 파이프의 길이에 걸쳐 각각의 위치에서 하나이상의 열 개구부가 거기에 배치된 하나이상의 다른 집중기과 관련되고, 다른 집중기의 다수의 열이 제공되고 각 열의 각 다른 집중기가 분리된 열 개구부와 관련되고, 다른 집중기의 연속적인 정렬을 위한 수단이 관련된 열 개구부의 초점 지점 영역을 고정한다.
상기 두가지 특징은 종속항에 따라 다른 실시예를 포함할 수 있다.

Claims (14)

  1. 작동 범위내로 입사하는 태양 방사를 변화시키기 위한 초점 라인 영역과 집중된 방사를 위한 흡수기 배치를 가지는 제 1 방사 경로를 포함하는 제 1 집중기 배치를 가지는 태양열 수집기에 있어서,
    상기 제 1 집중기 배치가 초점 라인 영역을 가가각 가지는 다수의 집중기 섹션을 포함하고, 상기 제 2 집중기 배치에 흡수기 배치의 길이에 걸쳐 다른 것 뒤에 하나가 배치된 다른 집중기의 다수의 열이 제공되고,
    각각의 열의 다른 집중기가 초점 라인 영역과 관련되고 각각의 초점 라인 영역의 상류의 제 1 방사 경로에 있으며,
    다른 집중기가 일부에서 각 하나의 초점 지점 영역을 가진 제 2 방사경로를 포함하고 상기 수집기가 제 1 집중기 배치의 집중기 섹션의 전류 방사 경로에 대해 다른 집중기의 정렬 영역의 연속적인 정렬을 위한 수단을 포함하고,
    흡수기의 길이에 걸쳐 각 열의 각 다른 집중기가 열 개구부와 관련되고 상기 개구부가 일부에서 인접 연장되는 열들의 흡수기 배치에 배치되고, 상기 다른 집중기들의 연속적인 정렬을 위한 수단이 관련된 열 개구부의 초점 지점 영역에 고정되는 것을 특징으로 하는 태양열 수집기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 흡수기 배치가 흡수기 파이프로 구성되고, 정렬을 위한 수단이 제 2 집중기 배치에 제공되는 것을 특징으로 하는 태양열 수집기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 작동중인 다른 집중기 요소가 두 집중기 섹션들 사이의 공간에 음영을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양열 수집기.
  4. 제 1항에 있어서, 2개 바람직하게는 4개, 더욱 바람직하게는 6개, 특히 바람직하게는 8개의 집중기 섹션이 제공되는 것을 것을 특징으로 하는 태양열 수집기.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 광전지 셀이 각 열 개구부에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양열 수집기.
  6. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 다른 집중기가 태양열 방사에 대해 투명한 광학 요소로 구성되고, 상기 요소가 프레넬 구조 특히 바람직하게는 프레넬 그리드 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 수집기.
  7. 제 6항에 있어서, 프레넬 렌즈가 프레넬 그리드 구조를 포함하여 통과하는 광선의 오프셋이 렌즈의 두께로 인해 보상되어 상기 광선이 오프셋에도 불구하고 열 개구부에 도달하게 되는 것을 특징으로 하는 태양열 수집기.
  8. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 다른 집중기가 초점 지점 영역으로 방사를 반사하는 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 수집기.
  9. 제 1항 내지 제 8항중 어느 한 항에 있어서, 다른 집중기와 그 초점 지점 영역사이의 제 2 방사 경로가 방사 경로의 측면으로 배치된 구분 거울에 의해 구분되고, 상기 거울이 제 2 방사 경로의 초점 지점 영역의 위치에 위치된 초점 지점 영역을 가진 하나이상의 다른 집중기에의해 집중된 방사를 위한 제 3 방사 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 수집기.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 구분 구울이 복합 파라볼릭 집중기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 수집기.
  11. 제 1항 내지 제 10항중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 개구부가 흡수기 배치의 길이를 따라 서로 평행하게 연장되는 다수의 열에 배치되고, 각 열의 열 개구부가 흡수기 파이프의 높이와 수준으로 서로 인접하여 그룹화되며 흡수기 파이프의 길이를 따라 다른 것 뒤에 한 그룹에 대해 배치된 그룹인 것을 특징으로 하는 태양열 수집기.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 열 개구부가 2개 바람직하게는 4개, 더욱 바람직하게는 6개, 특히 바람직하게는 8개의 열로 배치되는 것을 것을 특징으로 하는 태양열 수집기.
  13. 제 11항에 있어서, 흡수기 파이프로 구성된 상기 흡수기 배치가 열 개구부들 사이의 영역을 포함하여 외부로 절연된 모든 방향의 구형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 수집기.
  14. 제 1항 내지 제 13항중 어느 한 항에 있어서, 제 2 집중기 배치의 다른 집중기가 흡수기 요소에 선회가능하게 배치된 캐리어 배치와 연결되고 선회축이 다른 집중기의 초점 지점 영역에 있는 것을 특징으로 하는 태양열 수집기.
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