(57)【要約】本発明は、一体型蓄熱装置を有する太陽集熱器に関する。このような太陽集熱器は、底板（４）および透明キャップ（３）を備える筐体（２）を備え、伸開線ミラー（Ｓ）と透明キャップ（３）との間に、水を蓄えるための貯蔵タンク（５）が設けられる。本発明による太陽集熱器は、シールド（７ａ、７ｂ）が透明キャップ（３）と貯蔵タンク（５）との間に設けられ、貯蔵タンク（５）の下部にある部分を覆わずに残すことを特徴とする。本発明による太陽集熱器を使用することにより、より少ない材料を使用しながら、より高い集熱効率を達成することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体型蓄熱装置を有する太陽集熱器であって、該太陽集熱器は、底板および透明キャップを備える筐体を備え、前記筐体内の伸開線ミラーと前記透明キャップとの間に、水を蓄えるための貯蔵タンクが配置され、該太陽集熱器は、前記貯蔵タンクが高端部および低端部を有するように水平に対して斜めに配置され、前記貯蔵タンクと前記透明キャップとの間に、熱損失を低減するためのシールドが設けられ、該シールドは、前記高端部の前記貯蔵タンクと前記透明キャップとの間に配置され、前記高端部において、前記貯蔵タンクと前記透明キャップとの間の対流が阻止されるように前記貯蔵タンクの前記高端部の少なくとも一部分を覆い、該太陽集熱器は、前記貯蔵タンクの容積の２０〜６０％が前記シールドにより覆われるように、前記シールドが前記下縁部の少なくとも一部分を覆わないまま残し、前記伸開線ミラーの平面に平行する前記貯蔵タンクの中心軸を通る想像上の平面が、前記シールドを前記透明キャップの近傍に配置される部分と前記伸開線ミラーに近い部分と分け、前記透明キャップの近傍に配置される部分により囲まれる前記貯蔵タンクの容積は、前記伸開線ミラーに近い部分により囲まれる前記貯蔵タンクの容積よりも少なくとも１５％大きいことを特徴とする、太陽集熱器。
【請求項２】
前記シールドの前記表面の少なくとも一部分は光学的に透明である、請求項１に記載の太陽集熱器。
【請求項３】
前記シールドの一部分は光学的に不透明であり、前記貯蔵タンクの前記最も高い位置にある容積の２〜５％が前記光学的に不透明な部分で覆われる、請求項２に記載の太陽集熱器。
【請求項４】
前記第１の部分が前記第２の部分よりも少なくとも３０％、より好ましくは少なくとも５０％多くを覆うことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽集熱器。
【請求項５】
前記シールドが、略水平、すなわち、水平に対して最大でも２０°の角度を有する下縁部を有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽集熱器。
【請求項６】
前記下縁部が水平に対して１０°の角度をなすことを特徴とする、請求項５に記載の太陽集熱器。
【請求項７】
前記シールドがポリカーボネートから作られることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の太陽集熱器。
【請求項８】
シールドの下縁部が水平に対してなす角度が最大でも±３０°、好ましくは最大でも±２０°、最も好ましくは最大でも±１０度を超えないように前記太陽集熱器が配置されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の太陽集熱器を配置する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一体型蓄熱装置を有する太陽集熱器であって、該太陽集熱器は、底板および透明キャップを備える筐体を備え、筐体内の伸開線ミラーと透明キャップとの間に、水を蓄えるための貯蔵タンクが配置され、太陽集熱器は、貯蔵タンクが高端部および低端部を有するように水平に対して斜めに配置され、貯蔵タンクと透明キャップとの間に、熱損失を低減するためのシールドが設けられ、該シールドは、高端部の貯蔵タンクと透明キャップとの間に配置され、高端部において、貯蔵タンクと透明キャップとの間の対流が阻止されるように貯蔵タンクの高端部の少なくとも一部分を覆い、太陽集熱器は、貯蔵タンクの容積の２０〜６０％がシールドにより覆われるように、シールドが下縁部の少なくとも一部分を覆わないまま残す、太陽集熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような太陽集熱器は、その略称であるＩＣＳによっても当分野において既知である。このような太陽集熱器は、細長い貯蔵タンクが内部に配置される細長い形状を有する。この貯蔵タンクは太陽熱を吸収するように設計される。吸収された熱は貯蔵タンク内に存在する媒体、大抵は水を加熱する。集熱効率を増大させるために、透明キャップに対向する伸開線ミラーが貯蔵タンクの下に配置され、伸開線ミラーにより、貯蔵タンクを底部からの光放射も同様に受けて吸収することができる。このような太陽集熱器を使用することで、貯蔵タンク内の水を加熱し、そのお湯を後で様々な目的で、通常は家事に使用することができる。特に、入浴またはシャワー、皿洗い等に使用することができる。シールド付きのＩＣＳが、米国特許第４５９８４５０号から既知であり、そのカラム１３から始まり、シールドを貯蔵タンクの上端部に設ける可能性が記されている。その結果、より高い集熱効率が達成される。完全なシールドと比較して材料費は低減する。シールドのサイズを低減したにもかかわらず、集熱効率の増大により、熱損失（特に、夜間中に発生する）がお湯供給に関して良好な性能に悪影響を及ぼさない。すなわち、朝でも、十分な温度の十分な量のお湯を提供することができる。
【０００３】
何年もの間、太陽エネルギーを利用しようと試みられてきたが、大半の場合で、お湯はやはり、ガスおよび電気等のハイグレードエネルギーキャリアを使用することで得られている。実際には、こういったハイグレードエネルギーキャリアを使用してローグレードエネルギーを発生させることは無駄である。大部分、この状況は経済的な理由に基づく。したがって、太陽エネルギーの利用を普及させるためには、従来のエネルギーキャリアに経済的に競り勝つ必要がある。別の重要な問題は、お湯を大量に、かつお湯がいつ使用されるかにまったく関係なく提供できることである。シールドの使用により、これらへ大きく貢献する。
【特許文献１】ＵＳ４５９８４５０
【特許文献２】ＡＵ５３０８７８
【特許文献３】ＤＥ４４３３８６３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明によれば、本発明の目的は、集熱効率を増大させ、かつお湯が使用される時間に関して性能を改良した一体型蓄熱装置を有する太陽集熱器を提供することである。
【０００５】
このため、本発明による太陽集熱器は、シールドが下端部の少なくとも一部分を覆わずに残し、それにより、貯蔵タンクの容積の２０〜６０％がシールドにより覆われ、伸開線ミラーの平面に平行する貯蔵タンクの中心軸を通る想像上の平面が、シールドを透明キャップの近傍に配置される部分と伸開線ミラー近くの部分とに分け、上記透明キャップの近傍に配置される部分により囲まれる貯蔵タンクの容積は、上記伸開線ミラー近くの部分により囲まれる貯蔵タンクの容積よりも少なくとも１５％大きいことを特徴とする。
【０００６】
したがって、容器の上部での対流による熱損失が抑制されると同時に、シールドからの反射による光損が回避される。このようにして、シールドにより少ない材料を使用しながら、集熱効率の増大を達成できることが分かっている。シールドにより、貯蔵タンクの内容物をより長時間にわたって温度を保つことができ、それにより、朝に、十分によく、かつ／またはより頻繁に十分なお湯を利用でき、またはその後の加熱の必要性が低減する。
【０００７】
厳密に言えば、用語「伸開線」は、数学的に厳密に定義される曲線を示すが、本発明の範囲内では、光を貯蔵タンク上に反射する任意の形状を含み、好ましくは凹形、より好ましくは光を集める形状、最も好ましくは数学的に決定される伸開線形を含む。
【０００８】
オーストラリア特許ＡＵ５３０８７８（１９８３年公開）には、筐体内にマント形パイプシステムのシールドを有する、ＩＣＳ型ではない太陽集熱器が記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
好ましい実施形態は、シールドの表面の少なくとも一部分が光学的に透明であることを特徴とする。
【００１０】
したがって、完全にシールドからの反射によるものではないが、それでも大部分はシールドからの反射により、光の局所入射を貯蔵タンク内の水を熱するために使用することができる。
【００１１】
このような場合、それでもやはり、貯蔵タンクの最も高く配置された容積の２〜５％が光学的に不透明な部分で囲まれることが好ましい。
【００１２】
これは、水の過熱も防ぐ。
【００１３】
重要な好ましい実施形態は、上記第１の部分が第２の部分よりも少なくとも３０％、より好ましくは少なくとも５０％多くの容積を覆うことを特徴とする。
【００１４】
有利なことに、この実施形態は、シールドが略水平、すなわち、水平に対してなす角度が最大でも１０°である下縁部を有することを特徴とする。
【００１５】
このようにして、空気が効率的にトラップされる。換言すれば、対流による熱損失が大幅に低減される。
【００１６】
好ましくは、シールドはポリカーボネートから作られる。
【００１７】
ポリカーボネートは、形成が容易で好ましい透光性を有し、特に、良好な耐熱性を有する。
【００１８】
最後に、本発明は、本発明による太陽集熱器を配置する方法であって、シールドの下縁部が水平に対してなす角度が最大でも±３０°、好ましくは最大でも±２０°、最も好ましくは最大でも±１０度を超えないように太陽集熱器が配置されることを特徴とする、太陽集熱器を配置する方法に関する。
【００１９】
このようにして、ミラーにより反射される太陽放射が大体、伸開線ミラーの側で貯蔵タンクに到達することができるのと同時に、熱い空気はシールドの下に最適にトラップされる状態を保つ。
【００２０】
これより、図面を参照して本発明を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１に、本発明による太陽集熱器１の上面図を示す。太陽集熱器１は、パースペックスから適宜製造される透明キャップ３および底板４（図２および図３）を備える筐体２を備える。筐体２内に、貯蔵タンク５が配置される。動作中、この貯蔵タンク５は、太陽放射により直接熱せられ、太陽熱を効率的に吸収するために、それ自体既知の吸収層（詳細に示さず）を備える。例えば、吸収層は、熱をほとんど放射しないスペクトル選択性コーティングである。このようなコーティングはドイツ特許ＤＥ４４３３８６３から既知である。生じる熱を増大させるために、太陽集熱器１はミラー６、好ましくは数学的伸開線ミラー６も備える。これは光を集めて貯蔵タンク５および底部に反射する。（冷）水を供給するために、貯蔵タンク５の最低部で排出する供給管１０が設けられる。（温）水を排出するために、貯蔵タンク５の高端部に流入口を有する排出管１１が設けられる。これまで説明した太陽集熱器は従来技術から既知である。
【００２２】
本発明によれば、高端部の貯蔵タンク５と透明キャップ３との間に、シールド７が設けられる。可能な一実施形態によれば、シールドは、ガラスウール、鉱滓綿等の断熱材料で作られる。断熱材料は、本質的に多量の放射エネルギーが利用可能であるが、夜間の熱放射が大きな水温の低下に繋がる国々（例えば、スペイン）で特に有用である。さらに、断熱材料の形態のシールド７を使用することにより、断熱材料で覆われる水の量が温度に関してより均等であるため、貯蔵タンク５内の上部水層が過熱する可能性が低減する。
【００２３】
しかし、太陽集熱器の表面を最適に使用するために、シールドが光学的に透明であることが好ましい。
【００２４】
シールド７は、貯蔵タンクと透明キャップ３との間の対流が高端部において阻止されるように、貯蔵タンク５の高端部の少なくとも一部分を占める。シールド７が貯蔵タンク５の低端部の少なくとも一部分を覆わない状態のままにするだけでなく、伸開線ミラーの脇にある貯蔵タンクに届く太陽放射量を増大することが重要であり、その結果として、覆われないまま残されている部分により、光が遮られることなく貯蔵タンク５に達することができる。既知の太陽集熱器と本発明とを比較すると、後者の光損はより少なく、光損は、特に、貯蔵タンク５が最も熱く、したがって最も多くの熱を失う場所で効率的に抑制される（消費者が使用するのは水である）とともに、シールド７がより小型であるため材料を節減する。本願において、用語「シールド」と併せて、貯蔵タンクの容積を覆うことが述べられる場合、シールドの開いた底部はシールドの内容物量の限界面とみなされる。本明細書で定義されるシールド内に存在する貯蔵タンクの容積のその部分は、シールドにより包囲される量である。本願において、伸開線ミラーに平行する平面が述べられる場合、それに準じる平板の位置を突き止めることは当業者には容易であろう。当業者はそうする際に数学を使用することができるが、より現実的な態度をとる現場の人間は、太陽に向けられた鏡の影の表面が最大のとき、鏡と、これもまたその影が最大であるように保持された平板とは互いに平行であるという基礎知識を利用するであろう。
【００２５】
本発明による太陽集熱器１は、貯蔵タンク５が斜めになるように配置される。床または平坦な床等に配置する場合（図３）、太陽集熱器１には脚部８、９等が設けられる。一端を小壁等の高い場所に有する状態で太陽集熱器１を配置することも可能である。太陽集熱器１は、家の傾斜した屋根に配置してもよい。
【００２６】
貯蔵タンク５が斜めになるように、本発明による太陽集熱器１を配置する場合、それ自体既知のように、集熱効率の増大が達成される。太陽放射のよりよい吸収のみならず（熱帯以外の地域での）、熱さの劣る水の上部での温水層の形成をより効率的に利用することによる。しかし、本発明による光学的に透明なシールドの場合、これは、貯蔵タンク５の高く配置された端部内の水が沸騰し始めるという問題を発生させ得る。したがって、好ましい実施形態では、シールド７の部分１２が光学的に不透明であり、最も高く配置されている貯蔵タンク５の容積の２〜５％が光学的に不透明な部分７で覆われる。
【００２７】
図３に、本発明による太陽集熱器１の好ましい実施形態を示す。貯蔵タンク５の中心軸を通る想像上の平面がシールド７を上部７ａと下部７ｂとに分割し、上部７ａで覆われる貯蔵タンク５の部分の容積は、下部７ｂで覆われる貯蔵タンク５の部分よりも大きい。上部７ａは、シールド７がなければキャップ３に到達して熱を周囲に放出する空気を保持する。有利なことに、シールド７の下縁部１４は、略水平である。すなわち、角度は、太陽集熱器の配置後、水平に対して最大でも±３０°であり、好ましくは最大でも±２０°であり、最も好ましくは最大でも±１０°を超えない。図３に示す実施形態では、下縁部が水平に対してなす角度はおよそ６°である。現場の人間には明らかであるように、そのことについて、水平との角度は、正（上昇）であるか、それとも負（下降）であるかにかかわらず任意の角度である。時々、±記号を使用することでこの点を強調している。当業者には明らかなように、下縁部は、シールド下の熱い空気の捕獲量を主に決めるシールドの縁部である。角度は、その縁部の最下部および最上部によって決まる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による太陽集熱器の上面図を表す。
【図２】線ＩＩ−ＩＩに沿った図１の太陽集熱器の断面を表す。
【図３】線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った図１の太陽集熱器の断面を表す。
【符号の説明】
【００２９】
１太陽集熱器
２筐体
３透明キャップ
４底板
５貯蔵タンク
６伸開線ミラー
７、７ａ、７ｂシールド
８、９脚部
１０供給管
１１排出管
１２シールドの部分
１３想像上の平面
１４下縁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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