WO2011027421A1 - 光熱変換装置 - Google Patents

光熱変換装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2011027421A1
WO2011027421A1 PCT/JP2009/065275 JP2009065275W WO2011027421A1 WO 2011027421 A1 WO2011027421 A1 WO 2011027421A1 JP 2009065275 W JP2009065275 W JP 2009065275W WO 2011027421 A1 WO2011027421 A1 WO 2011027421A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
photothermal conversion
heat
container
light
conversion device
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/065275
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
隆久 三井
Original Assignee
Mitsui Takahisa
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
Application filed by Mitsui Takahisa filed Critical Mitsui Takahisa
Priority to PCT/JP2009/065275 priority Critical patent/WO2011027421A1/ja
Publication of WO2011027421A1 publication Critical patent/WO2011027421A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/75—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with conical reflective surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
    • F24S50/20—Arrangements for controlling solar heat collectors for tracking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S2023/88—Multi reflective traps
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Definitions

  • the present invention relates to a photothermal conversion device that converts sunlight into heat, and particularly to a photothermal conversion device with high conversion efficiency.
  • Patent Document 2 it is known to use a wavelength selective solar-absorbing material in order to reduce heat radiation from a warmed object (see, for example, Patent Document 2).
  • a sunlight condensing device in which sunlight concentrated by a lens is introduced into a light guide from an opening to reduce loss due to dissipation of sunlight (for example, see Patent Document 3).
  • JP 2002-277064 A JP 2003-332607 A JP 2001-289515 A
  • the conventional photothermal conversion device is hardly considered to reduce the loss due to thermal radiation (Patent Document 1, etc.), or is configured to reduce the loss due to thermal radiation (Patent Document 2, etc.),
  • the cost is high because a special material having wavelength selectivity is required or high-precision fine processing for imparting wavelength selectivity is required.
  • an object of the present invention is to provide a photothermal conversion device that has a simple configuration and has little loss due to heat radiation.
  • the photothermal conversion device of the present invention includes a light collecting means for collecting sunlight, a light incident hole for introducing sunlight collected by the light collecting means, a housing made of a light shielding wall, The heat which is inside the housing and is a fluid to which the heat obtained by the light-to-heat conversion means is applied and the light-to-heat conversion means for receiving the sunlight that has been once condensed by the light collecting means and then converting it into heat. And a container for containing a medium.
  • the outer surface of the casing is a mirror surface, loss due to heat radiation from the outer surface can be reduced.
  • the container is composed of a first container and a second container that is located between the first container and the light-to-heat conversion means and that contains a heat medium that is heated to a temperature higher than that of the heat medium that the first container contains.
  • the heat medium accommodated in the first container reabsorbs the radiation of the heat energy from the second container, and the heat energy loss can be reduced.
  • the transparent plate can reflect or absorb the radiation of thermal energy from the container, and the thermal energy loss can be reduced.
  • the casing and the container have a honeycomb structure, material costs can be saved and loss due to heat conduction can be reduced.
  • the light condensing means is a lens
  • the housing is housed in a heat insulating container
  • the lens also serves as a part of the heat insulating partition of the heat insulating container, thereby reducing light loss.
  • the configuration can be simplified.
  • the light-to-heat conversion part is inside the housing made of the light shielding wall, there is little loss due to heat radiation from the light-to-heat conversion part. Since the light-to-heat conversion part receives the spread sunlight, the temperature does not become extremely high, so there is little loss due to heat radiation and the life of the apparatus can be extended.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photothermal conversion device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a photothermal conversion device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photothermal conversion device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a photothermal conversion device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photothermal conversion device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photothermal conversion device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a photothermal conversion device according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the photothermal conversion device according to Example 7 of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the photothermal conversion device according to Example 8 of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photothermal conversion device according to Embodiment 9 of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a photothermal conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the photothermal conversion device of the present embodiment has a light incident hole 2 on the upper surface, a heat insulating material 1 that is a rectangular parallelepiped housing, a black body surface 3 on the inner surface of the lower half of the heat insulating material 1, and an upper half of the heat insulating material 1.
  • the inner mirror surface 4 is provided on the inner surface, and the outer mirror surface 5 is provided on the outer surface of the heat insulating material 1.
  • the heat insulating material 1 is composed of a light shielding wall except for the light incident hole 2.
  • the black body is made of a material that can withstand high temperatures, such as carbon such as graphite, iron oxide (iron rust), and copper oxide. Silicon that behaves as a black body in the visible and behaves as a transparent object in the infrared may be used.
  • the sunlight is condensed by a lens or the like (not shown), and the light incident hole 2 is arranged at the focal point of the lens, that is, the position where sunlight is most condensed. For this purpose, it is necessary to adjust the position by tracking the movement of the sun.
  • the warmed black body heats a heat medium such as water contained in a container (not shown) by heat conduction. Further, the heat insulating material 1 may also be used as the container to store the heat medium in the heat insulating material 1.
  • the photothermal conversion device of the present embodiment does not perform photothermal conversion at a position where the light energy density where sunlight is collected is high, but condenses the sunlight and introduces it into the housing at the small light incident hole 2, and the box
  • the black body surface 3 having a large area is spread out inside the casing and photothermally converted. For this reason, the black body surface 3 does not become extremely high temperature, the heat radiation loss is small, and the life of the apparatus can be extended. Further, the light slightly reflected by the black body surface 3 and the heat radiation from the black body surface 3 are reflected by the inner mirror surface 4 or directly irradiated to the other black body surface 3 and absorbed to become heat. There is little energy loss.
  • the outer surface of the housing is the outer mirror surface 5 which is a mirror surface, there is little loss due to heat radiation from the heat insulating material 1 to the outside.
  • the entire inner surface may be a black body surface, the black body is likely to radiate heat, so it is advantageous to reduce the heat loss by using a mirror surface for the portion that is not exposed to strong light.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the photothermal conversion device according to Example 2 of the present invention.
  • the photothermal conversion device of the present embodiment includes a water container 6 made of a transparent material such as glass. For this reason, since it does not boil in atmospheric pressure, the temperature of the water which is a heat medium can be made into the high temperature of 100 degreeC or more. In addition, since the light is transmitted through the water and the water is in direct contact with the black body surface 3, the heat conduction efficiency from the black body surface 3 to the water is good. Since some infrared rays are absorbed by water, overall there is little energy loss.
  • the temperature of the black body is almost equal to the temperature of the liquid, even if there is an abrupt increase in the amount of light, such as a change from cloudy to clear, there is no sudden temperature rise on the black body surface, extending the life of the device. be able to.
  • the light is scattered by the water container 6 and water, but the scattered light is reflected by the inner mirror surface 4 or directly irradiated to the other black body surface 3 and absorbed to become heat, so that the energy There is little loss.
  • water was illustrated as a heat medium here, other heat media, such as oil, may be sufficient.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the photothermal conversion device according to Example 3 of the present invention.
  • the photothermal conversion device of the present embodiment is configured such that the black body surface 3 of the second embodiment is a black body surface 7 provided on the surface of the water container 6, and the collected sunlight is immediately converted into heat by the black body surface 7. .
  • the water container 6 may be made of an opaque material such as metal.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the photothermal conversion device according to Example 4 of the present invention.
  • the photothermal conversion device of this embodiment includes a low-temperature water container 9 in addition to the configuration of the second embodiment.
  • a low-temperature water container 9 containing low-temperature water is placed between the light incident hole 2 and the water container 6 to absorb heat radiation (infrared rays) from the water container 6.
  • the water first flows into the low-temperature water container 9, and then the water in the low-temperature water container 9 flows into the water container 6. Thereby, the heat radiation from the water in the water container 6 is reabsorbed by the water in the low-temperature water container 9, so that the loss due to the heat radiation can be reduced and the photothermal conversion can be efficiently performed.
  • a transparent plate such as mere glass can be used instead of the low-temperature water container 9.
  • the transparent plate has a remarkably small thermal radiation transmittance with respect to the sunlight transmittance, the loss due to the heat radiation can be reduced and the photothermal conversion can be efficiently performed.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the photothermal conversion device according to Example 5 of the present invention.
  • the photothermal conversion device of the present embodiment includes a low-temperature water container 10 in addition to the configuration of the fourth embodiment.
  • a low-temperature water container 10 filled with low-temperature water is provided so as to surround the entire casing made of the heat insulating material 1. Thereby, the heat energy leaked from the heat insulating material 1 by heat conduction and heat radiation is absorbed.
  • the water flowing into the low-temperature water container 10 is then flowed into the water container 6 in the same manner as the water in the low-temperature water container 9 in the fourth embodiment.
  • the outside of the low-temperature water container 10 has a heat retaining structure.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the photothermal conversion device according to Example 6 of the present invention.
  • the photothermal conversion device of the present embodiment is an example in which sunlight is condensed linearly using a cylindrical lens (not shown) with the outer shape of the heat insulating material being cylindrical.
  • FIGS. 6A and 6B are different in shape, the basic principles are the same as those in Embodiments 3 and 2, respectively.
  • the embodiment shown in FIG. 6A includes a heat insulating material 11, an outer mirror surface 15, and a black body surface 17, and water flows between the heat insulating material 11 and the black body surface 17.
  • the embodiment shown in FIG. 6B includes a heat insulating material 11, a black body surface 13, an outer mirror surface 15, and a water container 16, and water flows between the black body surface 13 and the water container 16.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the photothermal conversion device according to Example 7 of the present invention.
  • the photothermal conversion device of this example includes a plurality of photothermal conversion units 21 of Example 6, and includes a vacuum vessel 22, a convex lens 23, and a tracking mechanism in addition to the configuration.
  • the tracking mechanism is for tracking the sun, and includes a rotary shaft 24 that rotates the vacuum vessel 22 and the convex lens 23 as a whole, and a driving rod 25 that applies the driving force of the rotation to the vacuum vessel 22 via the rotary shaft 26.
  • the vacuum partition is preferably made of a material having low thermal conductivity (glass or plastic), and both the inner and outer surfaces are preferably mirror surfaces.
  • the convex lens 23 also serves as a part of the vacuum partition wall of the vacuum vessel 22. For this reason, it is not necessary to separately provide a transparent material for securing a vacuum, so that the loss of light can be reduced and the configuration can be simplified.
  • the configuration of the photothermal converter 21 may be that of another embodiment.
  • the heat insulating container uses a heat insulating partition made of a material having low thermal conductivity.
  • the convex lens 23 can also serve as a part of the heat insulating partition.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the photothermal conversion device according to Example 8 of the present invention.
  • the convex lens 33, the water flow channel 34, the low temperature water flow channel 35, the heat retaining material 36, and the heat retaining material are further added to the plurality of light heat conversion units 31 having the overall configuration of the first example having a cylindrical shape.
  • a material 37 is provided.
  • the water flow path 34 and the low-temperature water flow path 35 are arranged outside the photothermal conversion section 31, the water in the water flow path 34 is warmed by the heat of the photothermal conversion section 31, and the heat energy that the water in the low-temperature water flow path 35 leaks Absorb.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photothermal conversion device according to Embodiment 9 of the present invention.
  • the photothermal conversion device of this example has a basic structure of Example 8 with a honeycomb structure. That is, the black body surface 41 is provided on the surface of the honeycomb structure, and the water flow path 42 and the low temperature water flow path 43 are both formed in the honeycomb structure.
  • the honeycomb structure is lightweight, saving material costs. Since the honeycomb structure has more air than the solid metal material, the thermal conductivity is low and the heat loss can be reduced.
  • this invention is not limited to the said Example.
  • the concentric circle that collects light at one point and the cylindrical shape that collects light in a line can be arbitrarily selected in any embodiment.
  • a mechanism for tracking the sun needs to have a two-axis rotation axis, but in the case of a cylindrical shape, a one-axis one can be used.
  • a cylindrical shape it is convenient to have a long shape that heats while flowing the water channel long.
  • any optical element for condensing such as a Fresnel lens and a concave mirror can be used in addition to the convex lens.
  • the light incident hole 2 can be enlarged so that it can be heated even if the position of the sun changes. This eliminates the need for sun tracking. Even when the light incident hole 2 is enlarged, the amount of heat radiation can be reduced as compared with the case where a flat black body is normally irradiated with sunlight.
  • the photothermal conversion device of the present invention Since the photothermal conversion device of the present invention generates heat, it can be used to constitute a distillation device or a power generation device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

　本発明の光熱変換装置は、上面に光入射孔２を有し、直方体の筐体である保温材１、その保温材１の下半分の内面に黒体面３、保温材１の上半分の内面に内側鏡面４、及び保温材１の外面に外側鏡面５を備える。本発明の光熱変換装置は、太陽光が集光された光エネルギー密度が高い位置で光熱変換するのではなく、太陽光を集光して小さな光入射孔２において筐体に導入し、箱形筐体内部に広げて広い面積の黒体面３を照射して、光熱変換するようにしている。このため、黒体面３を極端に高温にすることがなく、熱放射損失が少ないと共に、装置の寿命を延ばすことができる。

Description

光熱変換装置
　本発明は、太陽光を熱に変換する光熱変換装置に関し、特に、変換効率が高い光熱変換装置に関する。
　従来、太陽光を真空中の受熱板で受けて、熱伝導損失を減らした光熱変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　また、温められた物体からの熱放射を減らすために波長選択性太陽光吸収材料を使うことが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
　さらに、レンズで集中させた太陽光を開口部から導光路に導入させて、太陽光の散逸による損失を減らした太陽光集光装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００２－２７７０６４号公報 特開２００３－３３２６０７号公報 特開２００１－２８９５１５号公報
　しかし、従来の光熱変換装置は、熱放射による損失を減らすことがほとんど考慮されていなかったり（特許文献１など）、熱放射による損失を減らそうとする構成のものでは（特許文献２など）、波長選択性を有する特殊な材料を必要とし、又は、波長選択性を付与するための高精度な微細加工を必要とするため、コストが高かったりした。
　本発明は、上記問題点に鑑み、簡素な構成でありながら、熱放射による損失が少ない光熱変換装置を提供することを目的とする。
　本発明の光熱変換装置は、太陽光を集光する集光手段と、該集光手段によって集光された太陽光を導入する光入射孔を有し、光遮蔽壁から成る筐体と、該筐体の内部にあり、前記集光手段によって一度集光されてから広がった太陽光を受けて熱に変換する光熱変換手段と、該光熱変換手段によって得られる熱が加えられる流動体である熱媒体を収容する容器とを備えることを特徴とする。
　また、前記筐体の外側表面が鏡面であることで、外側表面からの熱放射による損失を少なくすることができる。
　また、前記容器が第１容器と、第１容器と前記光熱変換手段との間に位置し、第１容器が収容する熱媒体よりも高温に温められる熱媒体を収容する第２容器から成ることで、第１容器に収容される熱媒体が第２容器からの熱エネルギーの放射を再吸収し、熱エネルギー損失を少なくすることができる。
　また、前記光入射孔と前記容器との間に透明板を更に備えることで、透明板が容器からの熱エネルギーの放射を反射又は吸収し、熱エネルギー損失を少なくすることができる。
　また、前記筐体及び前記容器がハニカム構造であることで、材料費を節約し、熱伝導による損失を少なくすることができる。
　また、前記集光手段がレンズであり、前記筐体が保温容器の中に収容されており、かつ、該レンズが該保温容器の保温隔壁の一部を兼ねていることで、光の損失を減らすと共に、構成を簡素にすることができる。
　本発明によれば、光熱変換部が光遮蔽壁から成る筐体の内部にあるため、光熱変換部からの熱放射による損失が少ない。光熱変換部が広がった太陽光を受けるので極端に高温にならないため、熱放射による損失が少ないと共に、装置の寿命を延ばすことができる。
図１は、本発明の実施例１による光熱変換装置の構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施例２による光熱変換装置の構成を示す断面図である。 図３は、本発明の実施例３による光熱変換装置の構成を示す断面図である。 図４は、本発明の実施例４による光熱変換装置の構成を示す断面図である。 図５は、本発明の実施例５による光熱変換装置の構成を示す断面図である。 図６は、本発明の実施例６による光熱変換装置の構成を示す断面図である。 図７は、本発明の実施例７による光熱変換装置の構成を示す断面図である。 図８は、本発明の実施例８による光熱変換装置の構成を示す断面図である。 図９は、本発明の実施例９による光熱変換装置の構成を示す断面図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
　図１は、本発明の実施例１による光熱変換装置の構成を示す断面図である。本実施例の光熱変換装置は、上面に光入射孔２を有し、直方体の筐体である保温材１、その保温材１の下半分の内面に黒体面３、保温材１の上半分の内面に内側鏡面４、及び保温材１の外面に外側鏡面５を備える。このため、保温材１は光入射孔２を除いて、光遮蔽壁から成る。黒体は、グラファイトなどの炭素や酸化鉄（鉄のさび）、酸化銅など安定で高温に耐えられる物を用いる。また、可視では黒体として振る舞い、赤外では透明な物体として振る舞うシリコンを用いても良い。太陽光をレンズなど（図示せず）で集光して、そのレンズの焦点の位置、すなわち、太陽光が最も集光する位置に光入射孔２を配置する。このためには、太陽の動きを追尾して位置調整する必要がある。温められた黒体は、熱伝導によって容器（図示せず）に収容される水などの熱媒体を加熱する。また、保温材１をその容器と兼用して保温材１の中に熱媒体を収容しても良い。
　本実施例の光熱変換装置は、太陽光が集光された光エネルギー密度が高い位置で光熱変換するのではなく、太陽光を集光して小さな光入射孔２において筐体に導入し、箱形筐体内部に広げて広い面積の黒体面３を照射して、光熱変換するようにしている。このため、黒体面３を極端に高温にすることがなく、熱放射損失が少ないと共に、装置の寿命を延ばすことができる。また、黒体面３で僅かに反射する光及び黒体面３からの熱放射は、内側鏡面４で反射してから、又は、他の黒体面３に直接照射され、吸収されて熱になるため、エネルギーの損失が少ない。この際、光入射孔２から外部に漏れるエネルギーも僅かにあるが、光入射孔２は小さいため、この漏れによるエネルギーの損失は少ない。さらに、筐体の外面が鏡面である外側鏡面５になっているため、保温材１から外部への熱放射による損失は少ない。なお、内面の全面を黒体面としても良いが、黒体は熱放射しやすいので、強い光が当たらない部分は鏡面にする方が熱損失を減らす上で有利である。
　図２は、本発明の実施例２による光熱変換装置の構成を示す断面図である。本実施例の光熱変換装置は、実施例１の構成に加えて、ガラスなどの透明な材質から成る水容器６を備える。このため、大気圧中で沸騰しないので、熱媒体である水の温度を１００度Ｃ以上の高温にすることができる。また、水の中を光が透過して水が直接に黒体面３と接触する構成であるため、黒体面３から水への熱伝導の効率が良く、さらに、黒体面３からの熱放射である赤外線が水に吸収されるので、全体的にエネルギーの損失が少ない。さらに、黒体部の温度は液体の温度とほぼ等しいので、曇りから晴れへの変化のような光量増加が急激に生じた場合でも、黒体面の急激な温度上昇がなく、装置の寿命を延ばすことができる。なお、水容器６及び水によって光が散乱するが、その散乱光は、内側鏡面４で反射してから、又は、他の黒体面３に直接照射され、吸収されて熱になるため、エネルギーの損失は少ない。また、ここでは熱媒体として水を例示したが、油など他の熱媒体でも良い。
　図３は、本発明の実施例３による光熱変換装置の構成を示す断面図である。本実施例の光熱変換装置は、実施例２の黒体面３を水容器６の面に設けた黒体面７とする構成であり、集光された太陽光を直ちに黒体面７で熱に変換する。このため、本実施例の光熱変換装置によれば、水容器６は金属などの不透明な材質でも良い。
　図４は、本発明の実施例４による光熱変換装置の構成を示す断面図である。本実施例の光熱変換装置は、実施例２の構成に加えて、低温水容器９を備える。実施例２の構成の場合、水容器６の中の水は高温に加熱されるため、熱放射し、エネルギーが光入射孔２から漏れることが避けられない。そこで、低温の水を入れた低温水容器９を光入射孔２と水容器６の間に置き、水容器６からの熱放射（赤外線）を吸収する。水はまず、低温水容器９に流し、次に、低温水容器９の中の水を水容器６に流す。これにより水容器６の中の水からの熱放射を低温水容器９の中の水が再吸収することにより熱放射による損失を少なくして、効率良く光熱変換することができる。
　また、低温水容器９に代えて、単なるガラスなどの透明板（図示せず）を使用することもできる。これにより、透明板は太陽光の透過率に対して熱放射の透過率が著しく小さいから、やはり熱放射による損失を少なくして、効率良く光熱変換することができる。
　図５は、本発明の実施例５による光熱変換装置の構成を示す断面図である。本実施例の光熱変換装置は、実施例４の構成に加えて、低温水容器１０を備える。実施例４の構成の場合、水容器６の中の水は高温に加熱されるため、熱エネルギーが保温材１を通って外側鏡面５から熱放射して、又は熱伝導によって、漏れることが避けられない。そこで、保温材１から成る筐体の全体を取り囲むように低温の水を入れた低温水容器１０を設ける。これにより、保温材１から熱伝導及び熱放射によって漏れる熱エネルギーを吸収する。低温水容器１０に流す水は、実施例４における低温水容器９の中の水と同様に、次に、水容器６に流す。低温水容器１０の外側は保温構造とする。
　図６は、本発明の実施例６による光熱変換装置の構成を示す断面図である。本実施例の光熱変換装置は、保温材の外形を円筒形として、円筒レンズ（図示せず）を用いて線状に太陽光を集光する場合の例である。図６(a)及び図６(b)に示す実施例は、形状は異なるが、基本的な原理は、それぞれ、実施例３及び実施例２と同じである。図６(a)に示す実施例は、保温材１１、外側鏡面１５、及び黒体面１７を備え、保温材１１と黒体面１７との間に水を流す。図６(b)に示す実施例は、保温材１１、黒体面１３、外側鏡面１５、及び水容器１６を備え、黒体面１３と水容器１６との間に水を流す。
　図７は、本発明の実施例７による光熱変換装置の構成を示す断面図である。本実施例の光熱変換装置は、実施例６の光熱変換部２１を複数備え、その構成に加えて、真空容器２２、凸レンズ２３、及び追尾機構を備える。追尾機構は、太陽を追尾するためのものであり、真空容器２２と凸レンズ２３を全体として回転させる回転軸２４、その回転の駆動力を回転軸２６を介して真空容器２２に与える駆動棒２５を備える。真空容器２２の内部を真空にすることで光熱変換部２１から真空容器２２への熱伝導による熱エネルギー損失を減らすことができるが、熱放射や熱伝導によるエネルギー損失をゼロにすることはできない。このため、真空容器２２の温度が上昇するので、熱損失を減らすため真空隔壁は熱伝導度の低い材料（ガラスやプラスチック）が好ましく、内外の両面を鏡面とすることが好ましい。この実施例では、凸レンズ２３が真空容器２２の真空隔壁の一部を兼ねている。このため、真空を確保するための透明材料を別途設ける必要がなく、光の損失を減らすと共に、構成を簡素にすることができる。光熱変換部２１の構成は他の実施例のものであっても良い。
　なお、真空容器２２に代えて、中を真空にしない、単なる保温容器（図示せず）であっても良い。この場合、その保温容器は、熱伝導度の低い材料から成る保温隔壁を使用する。この場合も、凸レンズ２３が保温隔壁の一部を兼ねることができる。これにより、保温のための透明材料を別途設ける必要がなく、光の損失を減らすと共に、構成を簡素にすることができる。
　図８は、本発明の実施例８による光熱変換装置の構成を示す断面図である。本実施例の光熱変換装置は、実施例１の構成の全体形状を円筒形とした複数の光熱変換部３１に、さらに、凸レンズ３３、水流路３４、低温水流路３５、保温材３６、及び保温材３７を備える。本実施例では、水流路３４及び低温水流路３５を光熱変換部３１の外側に配置し、光熱変換部３１の熱によって水流路３４の水を温め、低温水流路３５の水は漏れる熱エネルギーを吸収する。
　図９は、本発明の実施例９による光熱変換装置の構成を示す断面図である。本実施例の光熱変換装置は、実施例８の基本構成をハニカム構造にしたものである。すわなち、黒体面４１をハニカム構造の面に設け、水流路４２及び低温水流路４３をいずれもハニカム構造にした。ハニカム構造は軽量なので、材料費の節約になる。ハニカム構造は、無垢の金属材より空気の部分が多いので、熱伝導率が低く、熱損失を減らすことができる。
　なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
　光を一点に集める同心円形と、光を線状に集める円筒形とは、いずれの実施例においても任意に選択できる。同心円形の場合には太陽追尾のための機構として、回転軸が２軸のものが必要であるが、円筒形の場合には１軸のものが使える。円筒形の場合には、水流路を長くして流しながら加熱する長尺の形状とするのに好都合である。
　集光手段としては、凸レンズの他にフレネルレンズや凹面鏡など、集光のための任意の光学素子を使うことができる。
　あまり高温を必要としないのであれば、光入射孔２を大きくして、太陽の位置が変化しても加熱できるようにすることができる。このようにすることで太陽追尾の必要がなくなる。光入射孔２を大きくした場合でも、平板の黒体に太陽光を普通に照射するより熱放射の量を減らすことができる。
　本発明の光熱変換装置は熱を発生するので、これを使って、蒸留装置、又は発電装置を構成することができる。
　本明細書で引用したすべての刊行物、特許及び特許出願は、そのまま参考として、ここにとり入れるものとする。
　１、１１、３６、３７　保温材
　２　光入射孔
　３、７、１３、１７、４１　黒体面
　４　内側鏡面
　５、１５　外側鏡面
　６、１６　水容器
　９、１０　低温水容器
　２１、３１　光熱変換部
　２２　真空容器
　２３、３３　凸レンズ
　２４、２６　回転軸
　２５　駆動棒
　３４、４２　水流路
　３５、４３　低温水流路
 

Claims (6)

  1. 　太陽光を集光する集光手段と、
    　該集光手段によって集光された太陽光を導入する光入射孔を有し、光遮蔽壁から成る筐体と、
    　該筐体の内部にあり、前記集光手段によって一度集光されてから広がった太陽光を受けて熱に変換する光熱変換手段と、
    　該光熱変換手段によって得られる熱が加えられる流動体である熱媒体を収容する容器と
    を備えることを特徴とする光熱変換装置。
  2. 　前記筐体の外側表面が鏡面であることを特徴とする請求項１記載の光熱変換装置。
  3. 　前記容器が第１容器と、第１容器と前記光熱変換手段との間に位置し、第１容器が収容する熱媒体よりも高温に温められる熱媒体を収容する第２容器から成ることを特徴とする請求項１又は２記載の光熱変換装置。
  4. 　前記光入射孔と前記容器との間に透明板を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の光熱変換装置。
  5. 　前記筐体及び前記容器がハニカム構造であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の光熱変換装置。
  6. 　前記集光手段がレンズであり、前記筐体が保温容器の中に収容されており、かつ、該レンズが該保温容器の保温隔壁の一部を兼ねていることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光熱変換装置。
     
PCT/JP2009/065275 2009-09-01 2009-09-01 光熱変換装置 WO2011027421A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2009/065275 WO2011027421A1 (ja) 2009-09-01 2009-09-01 光熱変換装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2009/065275 WO2011027421A1 (ja) 2009-09-01 2009-09-01 光熱変換装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011027421A1 true WO2011027421A1 (ja) 2011-03-10

Family

ID=43648983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/065275 WO2011027421A1 (ja) 2009-09-01 2009-09-01 光熱変換装置

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2011027421A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013245877A (ja) * 2012-05-25 2013-12-09 Soken Technics Kk 太陽光熱媒体加熱装置
JP2014119223A (ja) * 2012-12-18 2014-06-30 Toyota Central R&D Labs Inc 光吸収体
US20160021768A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-21 Emerson Network Power, Energy Systems, North America, Inc. Multi-Purpose Enclosures And Methods For Removing Heat In The Enclosures
GR20160100034A (el) * 2016-02-01 2017-10-23 Κωνσταντινος Σταυρου Αλεξανδρης Συστημα υπερσυγκεντρωσης ηλιακης ακτινοβολιας για την παραγωγη υψηλων θερμοκρασιων

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50139440A (ja) * 1974-04-24 1975-11-07
JPS5892755A (ja) * 1981-11-25 1983-06-02 Kunishiro Kanagata Kogyo Kk 集光形太陽集熱器
JPS58158262U (ja) * 1982-04-14 1983-10-21 石橋　正広 太陽熱利用温水器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50139440A (ja) * 1974-04-24 1975-11-07
JPS5892755A (ja) * 1981-11-25 1983-06-02 Kunishiro Kanagata Kogyo Kk 集光形太陽集熱器
JPS58158262U (ja) * 1982-04-14 1983-10-21 石橋　正広 太陽熱利用温水器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013245877A (ja) * 2012-05-25 2013-12-09 Soken Technics Kk 太陽光熱媒体加熱装置
JP2014119223A (ja) * 2012-12-18 2014-06-30 Toyota Central R&D Labs Inc 光吸収体
US20160021768A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-21 Emerson Network Power, Energy Systems, North America, Inc. Multi-Purpose Enclosures And Methods For Removing Heat In The Enclosures
GR20160100034A (el) * 2016-02-01 2017-10-23 Κωνσταντινος Σταυρου Αλεξανδρης Συστημα υπερσυγκεντρωσης ηλιακης ακτινοβολιας για την παραγωγη υψηλων θερμοκρασιων
GR1009200B (el) * 2016-02-01 2018-01-23 Κωνσταντινος Σταυρου Αλεξανδρης Συστημα υπερσυγκεντρωσης ηλιακης ακτινοβολιας για την παραγωγη υψηλων θερμοκρασιων

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4148300A (en) Solar radiation energy concentrator
US4427838A (en) Direct and diffused solar radiation collector
WO2009133883A1 (ja) 太陽光集熱装置
JP5818813B2 (ja) 太陽集光器のための多点冷却システム
WO2011027421A1 (ja) 光熱変換装置
WO2013164557A2 (en) Solar receiver with graphene foam thermal conduction core
JP2008121999A (ja) 集熱器
KR20030095937A (ko) 태양 에너지 수집 장치 및 그것을 사용하는 물 가열 장치
JP6929972B2 (ja) 集光型多機能太陽エネルギーシステム
KR20100101325A (ko) 태양열을 이용한 열교환기 및 난방장치
JP2020522220A5 (ja)
JP2005217224A (ja) 反射型の集光型太陽光発電装置
RU2277680C1 (ru) Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором
CN101893325A (zh) 聚光型高效平板复合集热器
CN102842631B (zh) 太阳能聚光电热联供模组
JP2010085080A (ja) 太陽光線熱変換装置
KR100908208B1 (ko) 진공 반사식 집열기
CN202736958U (zh) 太阳能聚光电热联供模组
KR101438434B1 (ko) 태양열 발전 시스템
KR20100067519A (ko) 태양열 집열 진공관
KR100920796B1 (ko) 태양 복사열의 전자파를 집속하여 이용한 축열장치
KR101156939B1 (ko) 태양열 발전 시스템
RU2013713C1 (ru) Преобразователь солнечной энергии в электрическую
TW201351674A (zh) 太陽能發電系統及其太陽能集熱裝置
KR100779428B1 (ko) 양면코팅 흡수판 태양열집열기

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09848952

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09848952

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP