(57)【要約】【課題】従来技術の問題を解決する。【解決手段】太陽エネルギー変換器であって、光起電素子を備える太陽エネルギー吸収器と、太陽エネルギー吸収器と熱的に接触する伝熱要素と、伝熱要素と熱的に接触する一次熱交換器と、二次熱交換器と、伝熱制御要素と、を備え、伝熱制御要素が、二次熱交換器を、伝熱要素と熱的に接触する状態または伝熱要素と熱的に接触しない状態のいずれかに選択的におくように構成される、太陽エネルギー変換器である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的に透明であり、少なくとも部分的に排気される、管と、
該管内に配置される伝熱要素と、
該伝熱要素の表面に取り付けられる少なくとも１つの光起電素子とを含む、
太陽エネルギー変換器。
【請求項２】
複数の光起電素子を含む、請求項１に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項３】
前記複数の光起電素子は、配列内に配置される、請求項２に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項４】
前記複数の光起電素子は、線形配列において配置される、請求項３に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項５】
前記伝熱要素は、第１のシート及び第２のシートを含み、前記第１のシート及び前記第２のシートは、それらの間に流体流路を定める、請求項１に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項６】
前記複数の光起電素子に接続される導電体を更に含む、請求項１に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項７】
前記複数の光起電素子は、入射太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成され、前記導電体は、前記複数の光起電素子によって生成される電気エネルギーを運ぶように構成される、請求項６に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項８】
前記伝熱要素は、少なくとも１つの光起電素子を冷却するように構成される、請求項１に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項９】
前記伝熱要素は、前記少なくとも１つの光起電素子を均一な温度値に維持するように構成される、請求項８に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項１０】
前記伝熱要素の端に接続される熱交換アセンブリを更に含む、請求項１に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項１１】
前記熱交換アセンブリは、前記管の外側に配置される、請求項１０に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項１２】
前記伝熱要素は、実質的に剛的な熱伝導構造を含む、請求項１に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項１３】
前記管は、４０ｍｂａｒ未満、２ｍｂａｒ未満、１ｍｂａｒ未満、１０−２ｍｂａｒ未満、１０−３ｍｂａｒ未満、又は１０−６ｍｂａｒ未満のうちの１つの圧力にある、請求項１に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項１４】
前記管は、円筒形管又は楕円形管のうちの１つである、請求項１に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項１５】
前記管は、少なくとも部分的に、ガラスで形成される、請求項１に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項１６】
前記管及び前記伝熱要素は、前記管の軸についての回転のために構成される、請求項１に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項１７】
前記複数の光起電素子は、半導体材料を含む、請求項１に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項１８】
前記伝熱要素は、上面を有し、前記複数の光起電素子は、前記伝熱要素の前記上面の実質的に全体を覆う、請求項２に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項１９】
前記伝熱要素は、実質的に平坦な上面を有し、前記複数の光起電素子は、前記伝熱要素の前記実質的に平坦な上面に接合される、請求項１に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項２０】
前記複数の光起電素子は、熱伝導層によって前記伝熱要素の前記実質的に平坦な上面に接合される、請求項１９に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項２１】
前記複数の光起電素子は、可撓性接着剤層によって前記伝熱要素の前記実質的に平坦な上面に接合される、請求項１９に記載の太陽エネルギー変換器。
【請求項２２】
複数の太陽エネルギー変換器を含む、太陽エネルギー収集配列であって、
前記複数の太陽エネルギー変換器の各々は、
少なくとも部分的に透明であり、少なくとも部分的に排気される、管と、
該管内に配置される伝熱要素と、
該伝熱要素の表面に取り付けられる少なくとも１つの光起電素子とを含み、
前記複数の太陽エネルギー変換器は、それらのそれぞれの管が平行であるように配置される、
太陽エネルギー収集配列。
【請求項２３】
前記複数の管は、当該太陽エネルギー収集配列上に入射する光を追跡するよう、それらのそれぞれの軸について回転可能であるように配置される、請求項２２に記載の太陽エネルギー収集配列。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギー変換装置に関し、より厳密には、入射太陽エネルギーを熱および電気に変換する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽エネルギーを電気に変換する装置は、公知である。太陽エネルギーを電気に変換する手段の１つは、光起電配列の使用である。光起電配列は、一般的には、適切にカプセル化され、太陽放射に曝されると電気を発生するように配置された半導体材料から成る。
【０００３】
これとは別に、太陽エネルギーを使用可能熱に変換する装置も公知である。さまざまな熱収集装置が、公知であり、太陽放射に曝されると熱エネルギーを吸収する。こうした熱収集器は、太陽放射から熱エネルギーを吸収するにつれて温度が上昇し、次いで、この熱エネルギーは、例えば水などの液体流れをポンピングして熱収集装置の中を通し、この液体を熱くすることで抽出されて使用され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これら２つの技術を組み合わせ、太陽エネルギーを電気および熱の両方に同時変換するハイブリッド太陽エネルギー収集器を実現することが提唱されるようになった。このようなハイブリッド装置は、作動中に光起電配列の要素が熱くなる問題を抱えていることが分かってきた。一般的には、光起電素子の効率は、自体の温度が上昇するにつれて低下する。また、一般的には、高温に曝される光起電素子は、永続的な性能低下につながる劣化を引き起こす可能性がある。その結果、使用の際、このようなハイブリッド装置の光起電配列の電気発電効率は低くなりがちであり、時間とともに低下する傾向がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の態様は、太陽エネルギー変換器であって、
光起電素子を備える太陽エネルギー吸収器と、
太陽エネルギー吸収器と熱的に接触する伝熱要素と、
伝熱要素と熱的に接触する一次熱交換器と、
二次熱交換器と、
伝熱制御要素と、
を備え、伝熱制御要素が、二次熱交換器を、伝熱要素と熱的に接触する状態または伝熱要素と熱的に接触しない状態のいずれかに選択的におくように構成される、太陽エネルギー変換器を提供する。
【０００６】
太陽エネルギー吸収器は、エンベロープ内に位置していれば好ましい。
【０００７】
エンベロープは、管であれば好ましい。
【０００８】
エンベロープは、円形の断面を有していれば好ましい。
【０００９】
エンベロープは、楕円形の断面を有していれば好ましい。
【００１０】
エンベロープは、少なくとも部分的に透明であれば好ましい。
【００１１】
エンベロープは、少なくとも部分的に排気されれば好ましい。
【００１２】
エンベロープは、１０−３ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【００１３】
エンベロープは、１０−６ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【００１４】
光起電素子は、太陽放射線に曝されたときに電気エネルギーを発生させるように配置されていれば好ましい。
【００１５】
太陽エネルギー変換器は、発生した電気エネルギーを出力するように配置される導体をさらに備えていれば好ましい。
【００１６】
光起電素子は、半導体材料を含んでいれば好ましい。
【００１７】
光起電素子は、シリコンを含んでいれば好ましい。
【００１８】
光起電素子は、ガリウムヒ素を含んでいれば好ましい。
【００１９】
光起電素子と伝熱要素との間に１つまたは複数の熱伝導層が配置されていれば好ましい。
【００２０】
熱伝導層のうちの１つまたは複数はまた、電気絶縁層であれば好ましい。
【００２１】
熱伝導層のうちの１つまたは複数は、接着剤を含んでいれば好ましい。
【００２２】
接着剤は、可撓性接着剤であれば好ましい。
【００２３】
接着剤は、エポキシ樹脂を含んでいれば好ましい。
【００２４】
接着剤は、両面接着テープを含んでいれば好ましい。
【００２５】
伝熱要素は、実質的に剛性であれば好ましい。
【００２６】
太陽エネルギー吸収器は、複数の光起電素子を備えていれば好ましい。
【００２７】
一次熱交換器は、伝熱要素から第１の流体に熱を伝達すれば好ましい。
【００２８】
第１の流体は、水であれば好ましい。
【００２９】
二次熱交換器は、伝熱要素から第２の流体に熱を伝達すれば好ましい。
【００３０】
第２の流体は、空気であれば好ましい。
【００３１】
第２の流体は、水であれば好ましい。
【００３２】
伝熱制御要素は、感知される温度に応じて二次熱交換器を伝熱要素と熱的に接触する状態または伝熱要素と熱的に接触しない状態のいずれかに選択的におくように構成されていれば好ましい。
【００３３】
感知される温度は、一次熱交換器の温度であれば好ましい。
【００３４】
第２の態様は、太陽エネルギー変換器であって、伝熱要素が伝熱装置を備え、伝熱装置が、
第１の表面と第２の表面との間に延在し、その一部が水平に傾斜されている、流体流れ手段を備え、
流体流れ手段は、液体で部分的に充填されており、かつ、水平に傾斜され、液体を収容する流体流れ手段の少なくとも第１の部分の中の液体と第１の表面が熱的に接触するように配置されており、
流体流れ手段の第１の部分は、第１の流体流れチャネルの中の液体が第２の流体流れチャネルの中の液体よりも第１の表面とより良好に熱的に接触するように配置される第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルとに分割されており、
液体の液面よりも上の流体流れ手段の部分が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、液体が第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルの周りを循環するように蒸気が第１の流体流れチャネルの中の液体を通して液面に移動し、
蒸気が液面から第２の表面に移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から流体流れ手段の第１の部分に戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送される、
上記請求項のいずれかに記載の太陽エネルギー変換器を提供する。
【００３５】
伝熱要素は伝熱装置を備え、伝熱装置は、
水平に傾斜され、液体を収容する、第１の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する、第２の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触する第１の表面と、
を備え、
第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って上向きに移動し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から輸送されれば好ましい。
【００３６】
伝熱要素は伝熱装置を備え、伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
液体リザーバが、水平に傾斜され、液体を収容する第１の流体流れチャネルと、第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する第２の流体流れチャネルとを備え、
第１の表面が第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触し、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って管を通して上向きに移動し、第２の表面で凝結し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【００３７】
伝熱要素は伝熱装置を備え、伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが液体リザーバの中の液体を蒸発させ、
蒸気が管を通して移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【００３８】
伝熱要素は伝熱装置を備え、伝熱装置は、流体流路の周囲を循環可能な作動流体を有し、流体流路の周囲の循環が、作動流体を熱源と熱的に接触する状態および熱的に接触しない状態に至らせ、伝熱装置は、
作動流体流路を内部に画定する流体収容部と、
流体収容部と少なくとも部分的に熱的に接触する熱源と、
少なくとも部分的に流体収容部内にあり、熱源と熱的に接触する作動流体流路の一部に沿って作動流体を駆動させることができる蒸気の泡を発生させるように配置されたガス物質発生器と、
を備え、
使用時に、駆動された作動流体が、熱源からの熱を吸収し、熱を熱源から輸送し、
駆動された作動流体が、ガス物質発生器に戻って流体流路の周囲で再利用されれば好ましい。
【００３９】
伝熱装置の流体流れ手段、管、または流体収容部は、太陽エネルギー吸収器から一次熱交換器を通して二次熱交換器の中に延在していれば好ましい。
【００４０】
伝熱制御要素は、伝熱装置の流体流れ手段、または管を選択的にブロックするように配置されていれば好ましい。
【００４１】
第２の態様は、太陽エネルギー変換器であって、
光起電素子を備える太陽エネルギー吸収器と、
太陽エネルギー吸収器と熱的に接触する伝熱装置と、
を備え、
伝熱装置が光起電素子と熱的に接触し、
伝熱装置が光起電素子を冷却するために光起電素子から熱エネルギーを伝達するように配置される、太陽エネルギー変換器を提供する。
【００４２】
伝熱装置は、
第１の表面と第２の表面との間に延在し、その一部が水平に傾斜されている、流体流れ手段を備え、
流体流れ手段は、液体で部分的に充填されており、かつ、水平に傾斜され、液体を収容する流体流れ手段の少なくとも第１の部分の中の液体と第１の表面が熱的に接触するように配置されており、
流体流れ手段の第１の部分は、第１の流体流れチャネルの中の液体が第２の流体流れチャネルの中の液体よりも第１の表面とより良好に熱的に接触するように配置される第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルとに分割されており、
液体の液面よりも上の流体流れ手段の部分が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、液体が第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルの周りを循環するように蒸気が第１の流体流れチャネルの中の液体を通して液面に移動し、
蒸気が液面から第２の表面に移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から流体流れ手段の第１の部分に戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【００４３】
伝熱装置は、
水平に傾斜され、液体を収容する、第１の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する、第２の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触する第１の表面と、
を備え、
第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って上向きに移動し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から輸送されれば好ましい。
【００４４】
伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
液体リザーバが、水平に傾斜され、液体を収容する第１の流体流れチャネルと、第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する第２の流体流れチャネルとを備え、
第１の表面が第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触し、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って管を通して上向きに移動し、第２の表面で凝結し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【００４５】
伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが液体リザーバの中の液体を蒸発させ、
蒸気が管を通して移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【００４６】
伝熱装置は、流体流路の周囲を循環可能な作動流体を有し、流体流路の周囲の循環が、作動流体を熱源と熱的に接触する状態および熱的に接触しない状態に至らせ、伝熱装置は、
作動流体流路を内部に画定する流体収容部と、
流体収容部と少なくとも部分的に熱的に接触する熱源と、
少なくとも部分的に流体収容部内にあり、熱源と熱的に接触する作動流体流路の一部に沿って作動流体を駆動させることができる気体または蒸気の泡を発生させるように配置されたガス物質発生器と、
を備え、
使用時に、駆動された作動流体が、熱源からの熱を吸収し、熱を熱源から輸送し、
駆動された作動流体が、ガス物質発生器に戻って流体流路の周囲で再利用されれば好ましい。
【００４７】
太陽エネルギー変換器は、
伝熱装置と熱的に接触する熱交換器をさらに備え、
第２の表面は熱交換器と熱的に接触し、伝熱装置は、光起電素子を冷却するために光起電素子から熱交換器に熱エネルギーを伝達するように配置されていれば好ましい。
【００４８】
熱交換器は、第２の表面を備えていれば好ましい。
【００４９】
太陽エネルギー吸収器は、エンベロープ内に位置していれば好ましい。
【００５０】
エンベロープは、管であれば好ましい。
【００５１】
エンベロープは、円形の断面を有していれば好ましい。
【００５２】
エンベロープは、楕円形の断面を有していれば好ましい。
【００５３】
エンベロープは、少なくとも部分的に透明であれば好ましい。
【００５４】
エンベロープは、少なくとも部分的に排気されれば好ましい。
【００５５】
エンベロープは、１０−３ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【００５６】
エンベロープは、１０−６ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【００５７】
光起電素子は、太陽放射線に曝されたときに電気エネルギーを発生させるように配置されていれば好ましい。
【００５８】
太陽エネルギー変換器は、発生した電気エネルギーを出力するように配置される導体をさらに備えていれば好ましい。
【００５９】
光起電素子は、半導体材料を含んでいれば好ましい。
【００６０】
光起電素子は、シリコンを含んでいれば好ましい。
【００６１】
光起電素子は、ガリウムヒ素を含んでいれば好ましい。
【００６２】
光起電素子と伝熱要素との間に１つまたは複数の熱伝導層が配置されていれば好ましい。
【００６３】
熱伝導層のうちの１つまたは複数はまた、電気絶縁層であれば好ましい。
【００６４】
熱伝導層のうちの１つまたは複数は、接着剤を含んでいれば好ましい。
【００６５】
接着剤は、可撓性接着剤であれば好ましい。
【００６６】
接着剤は、エポキシ樹脂を含んでいれば好ましい。
【００６７】
接着剤は、両面接着テープを含んでいれば好ましい。
【００６８】
伝熱要素は、実質的に剛性であれば好ましい。
【００６９】
太陽エネルギー吸収器は、複数の光起電素子を備えていれば好ましい。
【００７０】
第３の態様は、太陽エネルギー変換器であって、
光起電素子と、
実質的に等温冷却される表面を有する冷却される要素と、
を備え、光起電素子が、冷却される要素の実質的に等温冷却される表面と熱的に接触する状態で配置される、太陽エネルギー変換器を提供する。
【００７１】
太陽エネルギー変換器は、伝熱装置をさらに備え、伝熱装置は、
第１の表面と第２の表面との間に延在し、その一部が水平に傾斜されている、流体流れ手段を備え、
流体流れ手段は、液体で部分的に充填されており、かつ、水平に傾斜され、液体を収容する流体流れ手段の少なくとも第１の部分の中の液体と第１の表面が熱的に接触するように配置されており、
流体流れ手段の第１の部分は、第１の流体流れチャネルの中の液体が第２の流体流れチャネルの中の液体よりも第１の表面とより良好に熱的に接触するように配置される第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルとに分割されており、
液体の液面よりも上の流体流れ手段の部分が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、液体が第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルの周りを循環するように蒸気が第１の流体流れチャネルの中の液体を通して液面に移動し、
蒸気が液面から第２の表面に移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から流体流れ手段の第１の部分に戻り、
これにより、第１の表面から第２の表面に熱エネルギーが輸送され、
冷却される要素の実質的に等温冷却される表面は第１の表面であれば好ましい。
【００７２】
太陽エネルギー変換器は、伝熱装置をさらに備え、伝熱装置は、
水平に傾斜され、液体を収容する、第１の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する、第２の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触する第１の表面と、
を備え、
第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って上向きに移動し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から輸送されれば好ましい。
【００７３】
太陽エネルギー変換器は、伝熱装置をさらに備え、伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
液体リザーバが、水平に傾斜され、液体を収容する第１の流体流れチャネルと、第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する第２の流体流れチャネルとを備え、
第１の表面が第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触し、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って管を通して上向きに移動し、第２の表面で凝結し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送され、
冷却される要素の実質的に等温冷却される表面は第１の表面であれば好ましい。
【００７４】
太陽エネルギー変換器は、伝熱装置をさらに備え、伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが液体リザーバの中の液体を蒸発させ、
蒸気が管を通して移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、第１の表面から第２の表面に熱エネルギーが輸送され、
冷却される要素の実質的に等温冷却される表面は第１の表面であれば好ましい。
【００７５】
太陽エネルギー変換器は、伝熱装置をさらに備え、伝熱装置は、
流体流路の周囲を循環可能な作動流体を有し、流体流路の周囲の循環が、作動流体を熱源と熱的に接触する状態および熱的に接触しない状態に至らせ、伝熱装置は、
作動流体流路を内部に画定する流体収容部と、
流体収容部の第１の表面と少なくとも部分的に熱的に接触する熱源と、
少なくとも部分的に流体収容部内にあり、熱源と熱的に接触する作動流体流路の一部に沿って作動流体を駆動させることができる気体または蒸気の泡を発生させるように配置されたガス物質発生器と、
を備え、
使用時に、駆動された作動流体が、熱源からの熱を吸収し、熱を熱源から第２の表面に輸送し、
駆動された作動流体が、ガス物質発生器に戻って流体流路の付近で再利用され、
冷却される要素の実質的に等温冷却される表面は第１の表面であれば好ましい。
【００７６】
太陽エネルギー変換器は、伝熱装置と熱的に接触する熱交換器をさらに備え、
第２の表面は熱交換器と熱的に接触し、伝熱装置は、光起電素子を冷却するために光起電素子から熱交換器に熱エネルギーを伝達するように配置されていれば好ましい。
【００７７】
熱交換器は、第２の表面を備えていれば好ましい。
【００７８】
太陽エネルギー吸収器は、エンベロープ内に位置していれば好ましい。
【００７９】
エンベロープは、管であれば好ましい。
【００８０】
エンベロープは、円形の断面を有していれば好ましい。
【００８１】
エンベロープは、楕円形の断面を有していれば好ましい。
【００８２】
エンベロープは、少なくとも部分的に透明であれば好ましい。
【００８３】
エンベロープは、少なくとも部分的に排気されれば好ましい。
【００８４】
エンベロープは、１０−３ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【００８５】
エンベロープは、１０−６ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【００８６】
光起電素子は、太陽放射線に曝されたときに電気エネルギーを発生させるように配置されていれば好ましい。
【００８７】
太陽エネルギー変換器は、発生した電気エネルギーを出力するように配置される導体をさらに備えていれば好ましい。
【００８８】
光起電素子は、半導体材料を含んでいれば好ましい。
【００８９】
光起電素子は、シリコンを含んでいれば好ましい。
【００９０】
光起電素子は、ガリウムヒ素を含んでいれば好ましい。
【００９１】
光起電素子と実質的に等温冷却される表面との間に１つまたは複数の熱伝導層が配置されていれば好ましい。
【００９２】
熱伝導層のうちの１つまたは複数はまた、電気絶縁層であれば好ましい。
【００９３】
熱伝導層のうちの１つまたは複数は、接着剤を含んでいれば好ましい。
【００９４】
接着剤は、可撓性接着剤であれば好ましい。
【００９５】
接着剤は、エポキシ樹脂を含んでいれば好ましい。
【００９６】
接着剤は、両面接着テープを含んでいれば好ましい。
【００９７】
伝熱装置は、実質的に剛性であれば好ましい。
【００９８】
太陽エネルギー吸収器は、複数の光起電素子を備えていれば好ましい。
【００９９】
第４の態様は、太陽エネルギー変換器であって、
太陽エネルギー吸収器と、
太陽エネルギー吸収器を冷却するように配置された伝熱装置と、
伝熱装置によって太陽エネルギー吸収器に適用される冷却の度合いを制御するように構成された冷却制御要素と、
を備える太陽エネルギー変換器を提供する。
【０１００】
伝熱装置は、
第１の表面と第２の表面との間に延在し、その一部が水平に傾斜されている、流体流れ手段を備え、
流体流れ手段は、液体で部分的に充填されており、かつ、水平に傾斜され、液体を収容する流体流れ手段の少なくとも第１の部分の中の液体と第１の表面が熱的に接触するように配置されており、
流体流れ手段の第１の部分は、第１の流体流れチャネルの中の液体が第２の流体流れチャネルの中の液体よりも第１の表面とより良好に熱的に接触するように配置される第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルとに分割されており、
液体の液面よりも上の流体流れ手段の部分が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、液体が第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルの周りを循環するように蒸気が第１の流体流れチャネルの中の液体を通して液面に移動し、
蒸気が液面から第２の表面に移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から流体流れ手段の第１の部分に戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【０１０１】
伝熱装置は、
水平に傾斜され、液体を収容する、第１の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する、第２の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触する第１の表面と、
を備え、
第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って上向きに移動し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から輸送されれば好ましい。
【０１０２】
伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
液体リザーバが、水平に傾斜され、液体を収容する第１の流体流れチャネルと、第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する第２の流体流れチャネルとを備え、
第１の表面が第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触し、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って管を通して上向きに移動し、第２の表面で凝結し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【０１０３】
伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが液体リザーバの中の液体を蒸発させ、
蒸気が管を通して移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【０１０４】
伝熱装置は、流体流路の周囲を循環可能な作動流体を有し、流体流路の周囲の循環が、作動流体を熱源と熱的に接触する状態および熱的に接触しない状態に至らせ、伝熱装置は、
作動流体流路を内部に画定する流体収容部と、
流体収容部と少なくとも部分的に熱的に接触する熱源と、
少なくとも部分的に流体収容部内にあり、熱源と熱的に接触する作動流体流路の一部に沿って作動流体を駆動させることができる気体または蒸気の泡を発生させるように配置されたガス物質発生器と、
を備え、
使用時に、駆動された作動流体は、熱源からの熱を吸収し、熱を熱源から輸送し、
駆動された作動流体は、ガス物質発生器に戻って流体流路の周囲で再利用される。
【０１０５】
冷却制御要素は、伝熱装置内の真空圧を変化させることによって冷却の度合いを変化させるように配置されていれば好ましい。
【０１０６】
太陽エネルギー変換器は、伝熱装置と熱的に接触する熱交換器をさらに備え、
熱交換器は、伝熱装置から作動流体に熱エネルギーを伝達し、
冷却制御要素は、熱交換器を通る作動流体の流量を変化させることによって冷却の度合いを変化させるように配置されていれば好ましい。
【０１０７】
太陽エネルギー吸収器は、エンベロープ内に位置していれば好ましい。
【０１０８】
エンベロープは、管であれば好ましい。
【０１０９】
エンベロープは、円形の断面を有していれば好ましい。
【０１１０】
エンベロープは、楕円形の断面を有していれば好ましい。
【０１１１】
エンベロープは、少なくとも部分的に透明であれば好ましい。
【０１１２】
エンベロープは、少なくとも部分的に排気されれば好ましい。
【０１１３】
エンベロープは、１０−３ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０１１４】
エンベロープは、１０−６ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０１１５】
冷却制御要素は、エンベロープ内の圧力を変化させることによって太陽エネルギー吸収器の冷却の度合いを変化させるように配置されていれば好ましい。
【０１１６】
太陽エネルギー変換器は、太陽エネルギー吸収器の向きを制御するように構成された向き制御要素をさらに備え、
冷却制御要素は、太陽エネルギー吸収器上に入射する太陽エネルギーの量を変化させるために太陽エネルギー吸収器の向きを変化させるように配置されていれば好ましい。
【０１１７】
太陽エネルギー変換器は、太陽エネルギー吸収器上に当たる太陽エネルギーの量を制御するように構成されたインソレーション制御要素をさらに備え、
冷却制御要素は、太陽エネルギー吸収器上に当たる太陽エネルギーの量を変化させるように配置されていれば好ましい。
【０１１８】
太陽エネルギー吸収器は、光起電素子を備えていれば好ましい。
【０１１９】
光起電素子は、太陽放射線に曝されたときに電気エネルギーを発生させるように配置されていれば好ましい。
【０１２０】
太陽エネルギー変換器は、発生した電気エネルギーを出力するように配置される導体をさらに備えていれば好ましい。
【０１２１】
光起電素子は、半導体材料を含んでいれば好ましい。
【０１２２】
光起電素子は、シリコンを含んでいれば好ましい。
【０１２３】
光起電素子は、ガリウムヒ素を含んでいれば好ましい。
【０１２４】
光起電素子と伝熱装置との間に１つまたは複数の熱伝導層が配置されていれば好ましい。
【０１２５】
熱伝導層のうちの１つまたは複数はまた、電気絶縁層であれば好ましい。
【０１２６】
熱伝導層のうちの１つまたは複数は、接着剤を含んでいれば好ましい。
【０１２７】
接着剤は、可撓性接着剤であれば好ましい。
【０１２８】
接着剤は、エポキシ樹脂を含んでいれば好ましい。
【０１２９】
接着剤は、両面接着テープを含んでいれば好ましい。
【０１３０】
伝熱装置は、実質的に剛性であれば好ましい。
【０１３１】
太陽エネルギー吸収器は、複数の光起電素子を備えていれば好ましい。
【０１３２】
第５の態様は、太陽エネルギー変換器であって、
光起電素子と、
調節可能な温度で冷却される表面を有する冷却される要素と、
温度センサと、
冷却される要素の冷却される表面の温度を調節するように配置された温度制御要素と、
を備え、
光起電素子が、冷却される要素の冷却される表面と熱的に接触する状態で配置され、
温度制御要素が、温度センサによって感知される温度に応じて冷却される要素の冷却される表面の温度を調節するように配置される、太陽エネルギー変換器を提供する。
【０１３３】
温度センサは、冷却される表面の温度を感知するように構成されていれば好ましい。
【０１３４】
温度センサは、光起電素子の温度を感知するように構成されていれば好ましい。
【０１３５】
太陽エネルギー変換器は、伝熱装置をさらに備え、伝熱装置は、
第１の表面と第２の表面との間に延在し、その一部が水平に傾斜されている、流体流れ手段を備え、
流体流れ手段は、液体で部分的に充填されており、かつ、水平に傾斜され、液体を収容する流体流れ手段の少なくとも第１の部分の中の液体と第１の表面が熱的に接触するように配置されており、
流体流れ手段の第１の部分は、第１の流体流れチャネルの中の液体が第２の流体流れチャネルの中の液体よりも第１の表面とより良好に熱的に接触するように配置される第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルとに分割されており、
液体の液面よりも上の流体流れ手段の部分が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、液体が第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルの周りを循環するように蒸気が第１の流体流れチャネルの中の液体を通して液面に移動し、
蒸気が液面から第２の表面に移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から流体流れ手段の第１の部分に戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【０１３６】
太陽エネルギー変換器は、伝熱装置をさらに備え、伝熱装置は、
水平に傾斜され、液体を収容する、第１の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する、第２の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触する第１の表面と、
を備え、
第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って上向きに移動し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から輸送されれば好ましい。
【０１３７】
太陽エネルギー変換器は、伝熱装置をさらに備え、伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
液体リザーバが、水平に傾斜され、液体を収容する第１の流体流れチャネルと、第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する第２の流体流れチャネルとを備え、
第１の表面が第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触し、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って管を通して上向きに移動し、第２の表面で凝結し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【０１３８】
太陽エネルギー変換器は、伝熱装置をさらに備え、伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが液体リザーバの中の液体を蒸発させ、
蒸気が管を通して移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【０１３９】
太陽エネルギー変換器は、伝熱装置をさらに備え、伝熱装置は、流体流路の周囲を循環可能な作動流体を有し、流体流路の周囲の循環が、作動流体を熱源と熱的に接触する状態および熱的に接触しない状態に至らせ、伝熱装置は、
作動流体流路を内部に画定する流体収容部と、
流体収容部と少なくとも部分的に熱的に接触する熱源と、
少なくとも部分的に流体収容部内にあり、熱源と熱的に接触する作動流体流路の一部に沿って作動流体を駆動させることができる気体または蒸気の泡を発生させるように配置されたガス物質発生器と、
を備え、
使用時に、駆動された作動流体が、熱源からの熱を吸収し、熱を熱源から輸送し、
駆動された作動流体が、ガス物質発生器に戻って流体流路の周囲で再利用されれば好ましい。
【０１４０】
温度制御要素は、伝熱装置内の真空圧を変化させることによって冷却される表面の温度を調節するように配置されていれば好ましい。
【０１４１】
太陽エネルギー変換器は、
伝熱装置と熱的に接触する熱交換器をさらに備え、
熱交換器は、伝熱装置から作動流体に熱エネルギーを伝達し、
温度制御要素は、熱交換器を通る作動流体の流量を変化させることによって冷却される表面の温度を調節するように配置されていれば好ましい。
【０１４２】
太陽エネルギー吸収器は、エンベロープ内に位置していれば好ましい。
【０１４３】
エンベロープは、管であれば好ましい。
【０１４４】
エンベロープは、円形の断面を有していれば好ましい。
【０１４５】
エンベロープは、楕円形の断面を有していれば好ましい。
【０１４６】
エンベロープは、少なくとも部分的に透明であれば好ましい。
【０１４７】
エンベロープは、少なくとも部分的に排気されれば好ましい。
【０１４８】
エンベロープは、１０−３ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０１４９】
エンベロープは、１０−６ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０１５０】
温度制御要素は、エンベロープ内の圧力を変化させることによって冷却される表面の温度を調節するように配置されていれば好ましい。
【０１５１】
太陽エネルギー変換器は、光起電素子の向きを制御するように構成された向き制御要素をさらに備え、
冷却制御要素は、光起電素子上に入射する太陽エネルギーの量を変化させるために光起電素子の向きを変化させることによって冷却される表面の温度を調節するように配置されていれば好ましい。
【０１５２】
太陽エネルギー変換器は、光起電素子上に当たる太陽エネルギーの量を制御するように構成されるインソレーション制御要素をさらに備え、
温度制御要素は、光起電素子上に当たる太陽エネルギーの量を変化させることによって冷却される表面の温度を調節するように配置されていれば好ましい。
【０１５３】
光起電素子は、太陽放射線に曝されたときに電気エネルギーを発生させるように配置されていれば好ましい。
【０１５４】
太陽エネルギー変換器は、発生した電気エネルギーを出力するように配置される導体をさらに備えていれば好ましい。
【０１５５】
光起電素子は、半導体材料を含んでいれば好ましい。
【０１５６】
光起電素子は、シリコンを含んでいれば好ましい。
【０１５７】
光起電素子は、ガリウムヒ素を含んでいれば好ましい。
【０１５８】
光起電素子と調節可能な温度で冷却される表面との間に１つまたは複数の熱伝導層が配置されていれば好ましい。
【０１５９】
熱伝導層のうちの１つまたは複数はまた、電気絶縁層であれば好ましい。
【０１６０】
熱伝導層のうちの１つまたは複数は、接着剤を含んでいれば好ましい。
【０１６１】
接着剤は、可撓性接着剤であれば好ましい。
【０１６２】
接着剤は、エポキシ樹脂を含んでいれば好ましい。
【０１６３】
接着剤は、両面接着テープを含んでいれば好ましい。
【０１６４】
伝熱装置は、実質的に剛性であれば好ましい。
【０１６５】
太陽エネルギー吸収器は、複数の光起電素子を備えていれば好ましい。
【０１６６】
第６の態様は、太陽エネルギー変換器であって、
光起電素子と、
光起電素子を冷却し、および流体を加熱するために光起電素子から流体に熱を伝達するように配置された伝熱装置と、
光起電素子の温度を制御するように構成された温度制御要素と、
を備え、温度制御要素が、光起電素子による電気エネルギー出力と加熱された流体における使用可能な熱エネルギー出力との相対的な量を変えるために光起電素子の温度を制御するように構成される、太陽エネルギー変換器を提供する。
【０１６７】
温度制御要素は、光起電素子の温度をより低い温度値に制御し、光起電素子による電気エネルギー出力量を増加させるように構成されていれば好ましい。
【０１６８】
温度制御要素は、光起電素子の温度をより低い温度値に制御し、加熱された流体の温度を低下させるように構成されていれば好ましい。
【０１６９】
温度制御要素は、光起電素子の温度をより高い温度値に制御し、光起電素子による電気エネルギー出力量を減少させるように構成されていれば好ましい。
【０１７０】
温度制御要素は、光起電素子の温度をより高い温度値に制御し、加熱された流体の温度を高めるように構成されていれば好ましい。
【０１７１】
伝熱要素は伝熱装置を備え、伝熱装置は、
第１の表面と第２の表面との間に延在し、その一部が水平に傾斜されている、流体流れ手段を備え、
流体流れ手段は、液体で部分的に充填されており、かつ、水平に傾斜され、液体を収容する流体流れ手段の少なくとも第１の部分の中の液体と第１の表面が熱的に接触するように配置されており、
流体流れ手段の第１の部分は、第１の流体流れチャネルの中の液体が第２の流体流れチャネルの中の液体よりも第１の表面とより良好に熱的に接触するように配置される第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルとに分割されており、
液体の液面よりも上の流体流れ手段の部分が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、液体が第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルの周りを循環するように蒸気が第１の流体流れチャネルの中の液体を通して液面に移動し、
蒸気が液面から第２の表面に移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から流体流れ手段の第１の部分に戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【０１７２】
伝熱要素は伝熱装置を備え、伝熱装置は、
水平に傾斜され、液体を収容する、第１の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する、第２の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触する第１の表面と、
を備え、
第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って上向きに移動し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から輸送されれば好ましい。
【０１７３】
伝熱要素は伝熱装置を備え、伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
液体リザーバが、水平に傾斜され、液体を収容する第１の流体流れチャネルと、第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する第２の流体流れチャネルとを備え、
第１の表面が第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触し、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って管を通して上向きに移動し、第２の表面で凝結し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【０１７４】
伝熱要素は伝熱装置を備え、伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが液体リザーバの中の液体を蒸発させ、
蒸気が管を通して移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【０１７５】
伝熱要素は伝熱装置を備え、伝熱装置は、流体流路の周囲を循環可能な作動流体を有し、流体流路の周囲の循環が、作動流体を熱源と熱的に接触する状態および熱的に接触しない状態に至らせ、伝熱装置は、
作動流体流路を内部に画定する流体収容部と、
流体収容部と少なくとも部分的に熱的に接触する熱源と、
少なくとも部分的に流体収容部内にあり、熱源と熱的に接触する作動流体流路の一部に沿って作動流体を駆動させることができる蒸気の泡を発生させるように配置されたガス物質発生器と、
を備え、
使用時に、駆動された作動流体が、熱源からの熱を吸収し、熱を熱源から輸送し、
駆動された作動流体が、ガス物質発生器に戻って流体流路の周囲で再利用されれば好ましい。
【０１７６】
温度制御要素は、伝熱装置内の真空圧を変化させることによって冷却される表面の温度を調節するように配置されていれば好ましい。
【０１７７】
太陽エネルギー変換器は、
伝熱装置と熱的に接触する熱交換器をさらに備え、
熱交換器は、伝熱装置から作動流体に熱エネルギーを伝達し、
温度制御要素は、熱交換器を通る作動流体の流量を変化させることによって冷却される表面の温度を調節するように配置されていれば好ましい。
【０１７８】
太陽エネルギー吸収器は、エンベロープ内に位置していれば好ましい。
【０１７９】
エンベロープは、管であれば好ましい。
【０１８０】
エンベロープは、円形の断面を有していれば好ましい。
【０１８１】
エンベロープは、楕円形の断面を有していれば好ましい。
【０１８２】
エンベロープは、少なくとも部分的に透明であれば好ましい。
【０１８３】
エンベロープは、少なくとも部分的に排気されれば好ましい。
【０１８４】
エンベロープは、１０−３ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０１８５】
エンベロープは、１０−６ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０１８６】
温度制御要素は、エンベロープ内の圧力を変化させることによって冷却される表面の温度を調節するように配置されていれば好ましい。
【０１８７】
太陽エネルギー変換器は、光起電素子の向きを制御するように構成された向き制御要素をさらに備え、
冷却制御要素は、光起電素子上に入射する太陽エネルギーの量を変化させるために光起電素子の向きを変化させることによって冷却される表面の温度を調節するように配置されていれば好ましい。
【０１８８】
太陽エネルギー変換器は、光起電素子上に当たる太陽エネルギーの量を制御するように構成されるインソレーション制御要素をさらに備え、
温度制御要素は、光起電素子上に当たる太陽エネルギーの量を変化させることによって冷却される表面の温度を調節するように配置されていれば好ましい。
【０１８９】
光起電素子は、太陽放射線に曝されたときに電気エネルギーを発生させるように配置されていれば好ましい。
【０１９０】
太陽エネルギー変換器は、発生した電気エネルギーを出力するように配置される導体をさらに備えていれば好ましい。
【０１９１】
光起電素子は、半導体材料を含んでいれば好ましい。
【０１９２】
光起電素子は、シリコンを含んでいれば好ましい。
【０１９３】
光起電素子は、ガリウムヒ素を含んでいれば好ましい。
【０１９４】
光起電素子と伝熱装置との間に１つまたは複数の熱伝導層が配置されていれば好ましい。
【０１９５】
熱伝導層のうちの１つまたは複数はまた、電気絶縁層であれば好ましい。
【０１９６】
熱伝導層のうちの１つまたは複数は、接着剤を含んでいれば好ましい。
【０１９７】
接着剤は、可撓性接着剤であれば好ましい。
【０１９８】
接着剤は、エポキシ樹脂を含んでいれば好ましい。
【０１９９】
接着剤は、両面接着テープを含んでいれば好ましい。
【０２００】
伝熱装置は、実質的に剛性であれば好ましい。
【０２０１】
太陽エネルギー吸収器は、複数の光起電素子を備えていれば好ましい。
【０２０２】
太陽エネルギー変換器は、電気エネルギーおよび使用可能な熱エネルギーを出力するように配置されたハイブリッド太陽エネルギー変換器であれば好ましい。
【０２０３】
第７の態様は、複数の太陽エネルギー変換器を備える太陽エネルギー変換器配列を提供する。
【０２０４】
第８の態様は、太陽エネルギー変換器であって、
太陽エネルギー吸収器と、
太陽エネルギー吸収器と熱的に接触する伝熱要素と、
伝熱要素と熱的に接触する一次熱交換器と、
二次熱交換器と、
伝熱制御要素と、
を備え、伝熱制御要素が、二次熱交換器を、伝熱要素と熱的に接触する状態または伝熱要素と熱的に接触しない状態のいずれかに選択的におくように構成される、太陽エネルギー変換器を提供する。
【０２０５】
太陽エネルギー吸収器は、エンベロープ内に位置していれば好ましい。
【０２０６】
エンベロープは、管であれば好ましい。
【０２０７】
エンベロープは、円形の断面を有していれば好ましい。
【０２０８】
エンベロープは、楕円形の断面を有していれば好ましい。
【０２０９】
エンベロープは、少なくとも部分的に透明であれば好ましい。
【０２１０】
エンベロープは、少なくとも部分的に排気されれば好ましい。
【０２１１】
エンベロープは、１０−３ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０２１２】
エンベロープは、１０−６ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０２１３】
一次熱交換器は、伝熱要素から第１の流体に熱を伝達すれば好ましい。
【０２１４】
第１の流体は、水であれば好ましい。
【０２１５】
二次熱交換器は、伝熱要素から第２の流体に熱を伝達すれば好ましい。
【０２１６】
第２の流体は、空気であれば好ましい。
【０２１７】
伝熱制御要素は、感知される温度に応じて二次熱交換器を伝熱要素と熱的に接触する状態または伝熱要素と熱的に接触しない状態のいずれかに選択的におくように構成されていれば好ましい。
【０２１８】
感知される温度は、一次熱交換器の温度であれば好ましい。
【０２１９】
伝熱要素は伝熱装置を備え、伝熱装置は、
第１の表面と第２の表面との間に延在し、その一部が水平に傾斜されている、流体流れ手段を備え、
流体流れ手段は、液体で部分的に充填されており、かつ、水平に傾斜され、液体を収容する流体流れ手段の少なくとも第１の部分の中の液体と第１の表面が熱的に接触するように配置されており、
流体流れ手段の第１の部分は、第１の流体流れチャネルの中の液体が第２の流体流れチャネルの中の液体よりも第１の表面とより良好に熱的に接触するように配置される第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルとに分割されており、
液体の液面よりも上の流体流れ手段の部分が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、液体が第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルの周りを循環するように蒸気が第１の流体流れチャネルの中の液体を通して液面に移動し、
蒸気が液面から第２の表面に移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から流体流れ手段の第１の部分に戻り、
これにより、第１の表面から第２の表面に熱エネルギーが輸送され、
太陽エネルギー吸収器が第１の表面を備え、一次熱交換器および二次熱交換器が第２の表面を備えていれば好ましい。
【０２２０】
伝熱要素は伝熱装置を備え、伝熱装置は、
水平に傾斜され、液体を収容する、第１の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する、第２の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触する第１の表面と、
を備え、
第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って上向きに移動し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
蒸気が第２の表面上で凝結し、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送され、
太陽エネルギー吸収器が第１の表面を備え、一次熱交換器および二次熱交換器が第２の表面を備えていれば好ましい。
【０２２１】
伝熱要素は伝熱装置を備え、伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
液体リザーバが、水平に傾斜され、液体を収容する第１の流体流れチャネルと、第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する第２の流体流れチャネルとを備え、
第１の表面が第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触し、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って管を通して上向きに移動し、第２の表面で凝結し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送され、
太陽エネルギー吸収器が第１の表面を備え、一次熱交換器および二次熱交換器が第２の表面を備えていれば好ましい。
【０２２２】
伝熱要素は伝熱装置を備え、伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが液体リザーバの中の液体を蒸発させ、
蒸気が管を通して移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、第１の表面から第２の表面に熱エネルギーが輸送され、
太陽エネルギー吸収器が第１の表面を備え、一次熱交換器および二次熱交換器が第２の表面を備えていれば好ましい。
【０２２３】
伝熱要素は伝熱装置を備え、伝熱装置は、流体流路の周囲を循環可能な作動流体を有し、流体流路の周囲の循環が、作動流体を熱源と熱的に接触する状態および熱的に接触しない状態に至らせ、伝熱装置は、
作動流体流路を内部に画定する流体収容部と、
流体収容部の第１の表面と少なくとも部分的に熱的に接触する熱源と、
少なくとも部分的に流体収容部内にあり、熱源と熱的に接触する作動流体流路の一部に沿って作動流体を駆動させることができる気体または蒸気の泡を発生させるように配置されたガス物質発生器と、
を備え、
使用時に、駆動された作動流体が、熱源からの熱を吸収し、熱を熱源から流体収容部の第２の表面に輸送し、
駆動された作動流体が、ガス物質発生器に戻って流体流路の付近で再利用され、
太陽エネルギー吸収器が第１の表面を備え、一次熱交換器および二次熱交換器が第２の表面を備えていれば好ましい。
【０２２４】
太陽エネルギー変換器は、蒸気が一次熱交換器を通って二次熱交換器の中に流れることができるように配置されていれば好ましい。
【０２２５】
伝熱制御要素は、蒸気が一次熱交換器を通って二次熱交換器の中に流れることを選択的にブロックするように配置されていれば好ましい。
【０２２６】
第９の態様は、複数の太陽エネルギー変換器を備える太陽エネルギー変換器配列を提供する。
【０２２７】
第１０の態様は、太陽エネルギー変換器であって、
太陽エネルギー吸収器と、
太陽エネルギー吸収器と熱的に接触する伝熱装置と、
を備え、伝熱装置が太陽エネルギー吸収器と熱的に接触し、
伝熱装置が太陽エネルギー吸収器から熱エネルギーを伝達するように配置される、太陽エネルギー変換器を提供する。
【０２２８】
伝熱装置は、
第１の表面と第２の表面との間に延在し、その一部が水平に傾斜されている、流体流れ手段を備え、
流体流れ手段は、液体で部分的に充填されており、かつ、水平に傾斜され、液体を収容する流体流れ手段の少なくとも第１の部分の中の液体と第１の表面が熱的に接触するように配置されており、
流体流れ手段の第１の部分は、第１の流体流れチャネルの中の液体が第２の流体流れチャネルの中の液体よりも第１の表面とより良好に熱的に接触するように配置される第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルとに分割されており、
液体の液面よりも上の流体流れ手段の部分が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、液体が第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルの周りを循環するように蒸気が第１の流体流れチャネルの中の液体を通して液面に移動し、
蒸気が液面から第２の表面に移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から流体流れ手段の第１の部分に戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【０２２９】
伝熱装置は、
水平に傾斜され、液体を収容する、第１の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する、第２の流体流れチャネルと、
第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触する第１の表面と、
を備え、
第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って上向きに移動し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から輸送されれば好ましい。
【０２３０】
伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
液体リザーバが、水平に傾斜され、液体を収容する第１の流体流れチャネルと、第１の流体流れチャネルに接続され、液体を収容する第２の流体流れチャネルとを備え、
第１の表面が第１の流体流れチャネルの中の液体と熱的に接触し、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが第１の流体流れチャネルの中の液体を蒸発させ、
蒸気が第１の流体流れチャネルに沿って管を通して上向きに移動し、第２の表面で凝結し、
蒸気が第２の流体流れチャネルから第１の流体流れチャネルにおよび第１の流体流れチャネルに沿って液体の流れを上向きに駆動し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【０２３１】
伝熱装置は、
第１の表面と、
第２の表面と、
第１の表面と熱的に接触し、液体を収容する液体リザーバと、
液体リザーバを第２の表面に接続する管と、
を備え、
管の少なくとも一部が少なくとも部分的に排気され、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、第１の表面からの熱エネルギーが液体リザーバの中の液体を蒸発させ、
蒸気が管を通して移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から液体リザーバに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【０２３２】
伝熱装置は、流体流路の周囲を循環可能な作動流体を有し、流体流路の周囲の循環が、作動流体を熱源と熱的に接触する状態および熱的に接触しない状態に至らせ、伝熱装置は、
作動流体流路を内部に画定する流体収容部と、
流体収容部と少なくとも部分的に熱的に接触する熱源と、
少なくとも部分的に流体収容部内にあり、熱源と熱的に接触する作動流体流路の一部に沿って作動流体を駆動させることができる気体または蒸気の泡を発生させるように配置されたガス物質発生器と、
を備え、
使用時に、駆動された作動流体は、熱源からの熱を吸収し、熱を熱源から輸送し、
駆動された作動流体は、ガス物質発生器に戻って流体流路の周囲で再利用されれば好ましい。
【０２３３】
太陽エネルギー変換器は、
伝熱装置と熱的に接触する熱交換器をさらに備え、
第２の表面は熱交換器と熱的に接触し、伝熱装置は太陽エネルギー吸収器から熱交換器に熱エネルギーを伝達するように配置されていれば好ましい。
【０２３４】
熱交換器は、第２の表面を備えていれば好ましい。
【０２３５】
太陽エネルギー吸収器は、エンベロープ内に位置していれば好ましい。
【０２３６】
エンベロープは、管であれば好ましい。
【０２３７】
エンベロープは、円形の断面を有していれば好ましい。
【０２３８】
エンベロープは、楕円形の断面を有していれば好ましい。
【０２３９】
エンベロープは、少なくとも部分的に透明であれば好ましい。
【０２４０】
エンベロープは、少なくとも部分的に排気されれば好ましい。
【０２４１】
エンベロープは、１０−３ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０２４２】
エンベロープは、１０−６ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０２４３】
第１１の態様は、複数のハイブリッド太陽エネルギー変換器を備える太陽エネルギー変換器配列を提供する。
【０２４４】
第１２の態様は、第１の態様に係る少なくとも１つの太陽エネルギー変換器および第１０の態様に係る少なくとも１つの太陽エネルギー変換器を備える太陽エネルギー変換器配列を提供する。
【０２４５】
第１３の態様は、太陽エネルギー変換器であって、
光起電素子を備える太陽エネルギー吸収器と、
太陽エネルギー吸収器と熱的に接触する伝熱要素と、
伝熱要素と熱的に接触する熱交換器と、
少なくとも部分的に排気される管と、
を備え、太陽エネルギー吸収器が真空管の内部にある、太陽エネルギー変換器を提供する。
【０２４６】
第１４の態様は、太陽エネルギー変換器であって、
太陽エネルギー吸収器と、
太陽エネルギー吸収器と熱的に接触する伝熱要素と、
伝熱要素と熱的に接触する熱交換器と、
少なくとも部分的に排気されるエンベロープと、
を備え、太陽エネルギー吸収器が排気されたエンベロープの内部にある、太陽エネルギー変換器を提供する。
【０２４７】
第１の流体流れチャネルは、第２の流体流れチャネルより第１の表面に近ければ好ましい。
【０２４８】
第１の流体流路の少なくとも一部は、第１の表面と第２の流体流れチャネルとの間に位置していれば好ましい。
【０２４９】
第１の流体流れチャネルは、第１の表面と第２の流体流れチャネルの間にあれば好ましい。
【０２５０】
第１および第２の流体流れチャネルのそれぞれは、周囲部に囲まれる部分を有し、第１の表面と熱的に接触する第１の流体流れチャネルの周囲部の割合は、第１の表面と熱的に接触する第２の流体流れチャネルの周囲部の割合より大きければ好ましい。
【０２５１】
第１の流体流れチャネルの断面積と第２の流体流れチャネルの断面積とが、等しければ好ましい。
【０２５２】
第１の流体流れチャネルは、第２の流体流れチャネルより大きな面積にわたって第１の表面と熱的に接触していれば好ましい。
【０２５３】
流体流れ手段の第１の部分は、水平に最大９０°の角度だけ傾斜されていれば好ましい。
【０２５４】
第１の表面と熱的に接触する第１の流体流れチャネルの少なくとも１つの表面の少なくとも一部は、蒸気泡核形成を促進するように配置される特徴を備えていれば好ましい。
【０２５５】
第１の表面と熱的に接触する第１の流体流れチャネルの少なくとも１つの表面の少なくとも一部は、蒸気泡核形成を促進するように適合された表面テクスチャを有していれば好ましい。
【０２５６】
少なくとも１つの表面の前述の部分は、粗面化された表面テクスチャを有していれば好ましい。
【０２５７】
粗面化された表面テクスチャは、はんだ層で形成されれば好ましい。
【０２５８】
流体流れ手段の第１の部分は、複数の第１の流体流れチャネルに分割されていれば好ましい。
【０２５９】
流体流れ手段の第１の部分は、複数の第１の流体流れチャネルおよび複数の第２の流体流れチャネルに分割されていれば好ましい。
【０２６０】
第１の流体流れチャネルの数は、第２の流体流れチャネルの数と同じであれば好ましい。
【０２６１】
第１および第２の流体流れチャネルは、第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルが交互配置された状態で並んで位置していれば好ましい。
【０２６２】
第１および第２の流体流れチャネルのそれぞれは、上端および下端を有し、第１および第２の流体流れチャネルの下端は連結されていれば好ましい。
【０２６３】
第１および第２の流体流れチャネルのそれぞれは、上端および下端を有し、第１および第２の流体流れチャネルの上端は連結されていれば好ましい。
【０２６４】
第１および第２の流体流れチャネルの上端は、マニホルドによって連結されていれば好ましい。
【０２６５】
第１および第２の流体流れチャネルの上端は、蒸気マニホルドによって連結されていれば好ましい。
【０２６６】
液面から第２の表面に移動する蒸気は、マニホルドを通過すれば好ましい。
【０２６７】
第２の表面から流体流れ手段の第１の部分に戻る凝結した液体は、マニホルドを通過すれば好ましい。
【０２６８】
液体は、水を含んでいれば好ましい。
【０２６９】
液体は、エタノールを含んでいれば好ましい。
【０２７０】
液体は、水とエタノールとの混合物を含んでいれば好ましい。
【０２７１】
混合物は、最大２５％のエタノールを含んでいれば好ましい。
【０２７２】
凝結した液体が、重力によって第２の表面から流体流れ手段の第１の部分に戻るように、第２の表面は、第１の表面より上に位置していれば好ましい。
【０２７３】
第１の表面と熱的に接触する第１の流体流れチャネルの表面の少なくとも一部は、窪みのある表面形状を有していれば好ましい。
【０２７４】
窪みのある表面形状は、窪みの規則的な配列を備えていれば好ましい。
【０２７５】
窪みの規則的な配列は、窪みのない平坦なストリップで分離される列をなして配置された窪みを含んでいれば好ましい。
【０２７６】
第１および第２の流体流れチャネルは、第１および第２の、間隔を開けて配置されたプレートの間に位置すれば好ましい。
【０２７７】
第１のプレートは、第１の表面と熱的に接触しており、各第１の流体流れチャネルの表面を形成していれば好ましい。
【０２７８】
第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルが交互に配置された状態で並んで位置している、複数の第１の流体流れチャネルおよび複数の第２の流体流れチャネルが存在し、第１の流体流れチャネルはそれぞれ、第１のプレートおよび第２のプレートの間に延在し、これらのプレートに取り付けられている仕切りによって隣接する第２の流体流れチャネルから分離されていれば好ましい。
【０２７９】
第１のプレートは、窪みのある表面形状を有しており、この表面形状は、窪みのない平坦なストリップで分離される列をなして配置された窪みの規則的な配列を備えており、各仕切りは、平坦なストリップの１つの中に位置する場所で第１のプレートに取り付けられれば好ましい。
【０２８０】
第１のプレートと第２のプレートとの間に延在する各仕切りの部分は、略平坦であれば好ましい。
【０２８１】
複数の仕切りは、第３のプレートによって形成されれば好ましい。
【０２８２】
全ての仕切りは、単一の第３のプレートで形成されれば好ましい。
【０２８３】
第３のプレートは、波形であれば好ましい。
【０２８４】
プレートはそれぞれ、金属または金属合金材料を含んでいれば好ましい。
【０２８５】
第１のプレート、第２のプレート、および第３のプレートはそれぞれ、軟鋼を含んでいれば好ましい。
【０２８６】
第１のプレート、第２のプレート、および第３のプレートはそれぞれ、錫被覆軟鋼を含んでいれば好ましい。
【０２８７】
プレートは、はんだ付け、スポット溶接、ローラ溶接、および接着剤のうちの少なくとも１つを含む結合技術で連結されれば好ましい。
【０２８８】
第１のプレート、第２のプレート、および第３のプレートは、はんだ接合によって連結され、各第１の流体流れチャネルの表面を形成している第１のプレートの少なくとも一部は、はんだで被覆されていれば好ましい。
【０２８９】
伝熱装置は、実質的に剛性の伝熱構造を含んでいれば好ましい。
【０２９０】
液体の表面よりも上の流体流れ手段の部分は、４０ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０２９１】
液体の表面よりも上の流体流れ手段の部分は、２ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０２９２】
液体の表面よりも上の流体流れ手段の部分は、１ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０２９３】
液体の表面よりも上の流体流れ手段の部分は、１０−２ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０２９４】
液体の表面よりも上の流体流れ手段の部分は、１０−３ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０２９５】
液体の表面よりも上の流体流れ手段の部分は、１０−６ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０２９６】
伝熱装置は、
第２の表面と、
第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルを第２の表面に接続する少なくとも１つの蒸気チャネルと、
をさらに備え、
これにより、第１の表面が第２の表面よりも熱いときに、蒸気が液面から蒸気チャネルを通して第２の表面に移動し、および第２の表面で凝結し、
凝結した液体が第２の表面から第１の流体流れチャネルおよび第２の流体流れチャネルに戻り、
これにより、熱エネルギーが第１の表面から第２の表面に輸送されれば好ましい。
【０２９７】
第１のプレート、第２のプレート、および第３のプレートは、はんだ接合によって連結されていれば好ましい。
【０２９８】
液体リザーバは複数の第１の流体流れチャネルを備えていれば好ましい。
【０２９９】
第１の表面と熱的に接触する流体リザーバの表面の少なくとも一部は、蒸気泡核形成を促進するように配置される特徴を備えていれば好ましい。
【０３００】
第１の表面と熱的に接触する流体リザーバの表面の少なくとも一部は、蒸気泡核形成を促進するように適合された表面テクスチャを有していれば好ましい。
【０３０１】
表面の前述の部分は、粗面化された表面テクスチャを有していれば好ましい。
【０３０２】
粗面化された表面テクスチャは、はんだ層で形成されれば好ましい。
【０３０３】
第２の表面から流体リザーバに戻る凝結した液体は、管を通して移動すれば好ましい。
【０３０４】
凝結した液体が、重力によって第２の表面から流体リザーバに戻るように、第２の表面は、第１の表面よりも上に位置していれば好ましい。
【０３０５】
第１の表面と熱的に接触する流体リザーバの表面の少なくとも一部は、窪みのある表面形状を有していれば好ましい。
【０３０６】
窪みのある表面形状は、窪みの規則的な配列を備えていれば好ましい。
【０３０７】
窪みの規則的な配列は、窪みのない平坦なストリップで分離される列をなして配置された窪みを含んでいれば好ましい。
【０３０８】
管は、４０ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０３０９】
管は、２ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０３１０】
管は、１ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０３１１】
管は、１０−２ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０３１２】
管は、１０−３ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０３１３】
管は、１０−６ｍｂａｒ以下の圧力であれば好ましい。
【０３１４】
ガス物質発生器は、作動流体を少なくとも部分的に熱蒸発させることで、作動流体の中で発生される蒸気泡が、作動流体を流体収容部の内部に画定される流体流路に沿って駆動するように構成される高温蒸気発生面を含んでいれば好ましい。
【０３１５】
熱源は、ガス物質発生器の高温蒸気発生面であれば好ましい。
【０３１６】
流体収容部の内部に画定される流体流路は、作動流体を熱源と熱的に接触する作動流体流路の一部に沿って駆動することが、駆動された作動流体をガス物質発生器に戻すことによって妨げられることがないように配置されれば好ましい。
【０３１７】
流体流路は、熱源と熱的に接触する作動流体流路の複数の部分を含んでいれば好ましい。
【０３１８】
流体流路は、駆動された作動流体をガス物質発生器に戻している複数の戻り部を含んでいれば好ましい。
【０３１９】
伝熱装置は、駆動された作動流体が、熱源と熱的に接触する作動流体流路の一部に沿って、上向き方向成分を有して移動させ、重力の作用の下でガス物質発生器に少なくとも一部が戻るように構成されれば好ましい。
【０３２０】
少なくとも部分的な真空は、作動流体より上の流体収容部で維持されれば好ましい。
【０３２１】
ガス物質発生率は、少なくともある程度は、伝熱装置の動作温度によって決まれば好ましい。
【０３２２】
伝熱装置は、作動流体より上の流体収容部の圧力水準を変えることによって、所定のガス物質発生率を達成する動作温度が制御可能であるように構成されれば好ましい。
【０３２３】
伝熱装置は、熱源が所定の面積にわたって略均一な温度を維持するように配置されていれば好ましい。
【０３２４】
伝熱装置は、使用時に、熱交換器が作動流体を冷却するように構成される熱交換器をさらに備えていれば好ましい。
【０３２５】
使用時に、作動流体の少なくとも一部が熱蒸発して蒸気を発生し、蒸気が流体収容部を通って熱交換器に向かい、熱交換器で凝結し、それによって熱交換器が作動流体を冷却するように、伝熱装置が構成されれば好ましい。
【０３２６】
使用時に、熱交換器が少なくとも部分的に作動流体と接触しているように、伝熱装置が構成されれば好ましい。
【０３２７】
本発明は、上述した本発明の態様のいずれかを実施するための製造のシステム、装置および物品をさらに提供する。
【０３２８】
本発明について、以下の図を参照しながらこれより詳述してゆく。
【図面の簡単な説明】
【０３２９】
【図１】本発明に係るハイブリッド太陽エネルギー変換器の第１の実施形態の線図である。
【図２】図１のハイブリッド太陽エネルギー変換器で使用可能な管の線図である。
【図３】図１のハイブリッド太陽エネルギー変換器で使用可能な太陽エネルギー収集器アセンブリの線図である。
【図４】図３の太陽エネルギー収集器アセンブリの側面図である。
【図５】図３の太陽エネルギー収集器アセンブリの切断線図である。
【図６】図３の太陽エネルギー収集器アセンブリの横断面線図である。
【図７】図３の太陽エネルギー収集器アセンブリの長手方向断面線図である。
【図８】図１のハイブリッド太陽エネルギー変換器で使用可能な熱交換アセンブリの長手方向断面線図である。
【図９】図８の熱交換アセンブリの一部の代替配置の切断線図である。
【図１０】本発明に係るハイブリッド太陽エネルギー変換器の第２の実施形態の線図である。
【図１１】図１０のハイブリッド太陽エネルギー変換器で使用可能な太陽エネルギー収集器アセンブリの切断線図である。
【図１２】図１１の太陽エネルギー収集器アセンブリの線Ａ―Ａに沿った横断面図である。
【図１３】図１１の太陽エネルギー収集器アセンブリの線Ｂ―Ｂに沿った長手方向断面線図である。
【図１４】図１１の太陽エネルギー収集器アセンブリで使用可能な中心シートの線図である。
【図１５】図１１の太陽エネルギー収集器アセンブリの作動を図示する説明的な線図である。
【図１６】図１１の太陽エネルギー収集器アセンブリの線Ｃ―Ｃに沿った横断面図である。
【図１７Ａ】図１１の太陽エネルギー収集器アセンブリの説明的な線図である。
【図１７Ｂ】図１１の太陽エネルギー収集器アセンブリの説明的な線図である。
【図１８Ａ】図１１の太陽エネルギー収集器アセンブリの一部の詳細な平面図である。
【図１８Ｂ】図１１の太陽エネルギー収集器アセンブリの一部の線Ｄ―Ｄに沿った断面図である。
【図１９】光起電素子が除去された状態の図１１の太陽エネルギー収集器アセンブリの一部を示す線図である。
【図２０】本発明に係るハイブリッド太陽エネルギー変換器の第３の実施形態の線図である。
【図２１】図２０のハイブリッド太陽エネルギー変換器で使用可能な太陽エネルギー収集器アセンブリの一部の切断線図である。
【図２２】本発明に係るハイブリッド太陽エネルギー変換器で使用可能な代替的な透明管の線図である。
【図２３】単一軸を中心に回転するように配置された太陽エネルギー収集の線図である。
【図２４】二軸を中心に回転するように配置された太陽エネルギー収集配列の線図である。
【発明を実施するための形態】
【０３３０】
第１の実施形態
本発明の第１の実施形態による装置を、図１に図示する。図１は、本発明に係るハイブリッド太陽エネルギー変換器１の第１の実施形態の全体外観図を示す。
【０３３１】
概要
第１の実施形態では、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１は、密封透明管３の中に収納される集熱器組立２を含む。太陽エネルギー収集器アセンブリ２は、伝熱要素４および伝熱要素４の上表面に載置される光起電素子５の配列を含む。ハイブリッド太陽エネルギー変換器１は、さらに、透明な管３の一方の端部に熱交換アセンブリ６を含む。太陽エネルギー収集器アセンブリ２の一方の端部は、熱交換アセンブリ６に接続している。一例では光起電素子５を、シリコンで形成してもよい。別の例では、光起電素子５を、ヒ化ガリウムで形成してもよい。他の例では、他の半導体材料で形成した光起電素子を使用してもよい。他の例では、有機光起電素子を使用してもよい。他の例では、ハイブリッド光起電素子を使用してもよい。
【０３３２】
光起電素子を、光起電力電池、太陽電池または光電池と呼ぶ場合もある。誤解を避けるため、本出願では光起電素子という用語を、入射電磁放射線を電気エネルギーに変換する任意の要素を指すのに使用する。
【０３３３】
第１の実施形態では、熱交換アセンブリ６は、熱エネルギーを伝熱要素４から第１の流体に伝達するために配置される一次熱交換器７および熱エネルギーを伝熱要素４から第２の流体に伝達するために配置される二次熱交換器８を含む。一次熱交換器７および二次熱交換器８は、熱エネルギーを伝熱要素４から二次熱交換器８に伝達することを選択的に許容するまたは防止することができる、熱伝達制御弁９によって分離される。
【０３３４】
１つの可能な例では、使用時にハイブリッド太陽エネルギー変換器１を屋根上に載置してもよい。例示する実施形態では、取り付けブラケット１０および１１が設けてある。取り付けブラケット１０は、透明な管３を支持しており、取り付けブラケット１１は、熱交換アセンブリ６に取り付けられる。透明な管３は、透明な管３に偶発損傷の危険率を下げるためにプラスチック材の紐またはクリップ１２によって、取り付けブラケット１０に固定される。
【０３３５】
ハイブリッド太陽エネルギー変換器１の作動概要を以下に示す。ハイブリッド太陽エネルギー変換器１に入射する太陽エネルギー、言い換えると日光は、密封透明管３を通過し、太陽エネルギー収集器アセンブリ２の光起電素子５に入射する。光起電素子５は、入射太陽エネルギーの一部のエネルギーを電気エネルギーに変換し、入射太陽エネルギーの一部のエネルギーを熱エネルギーに変換する。入射太陽エネルギーの別の部分は、太陽エネルギー収集器アセンブリ２の、起電性素子５に被覆されていない何れかの部分に入射する場合がある。入射太陽エネルギーのこの別の部分も、熱エネルギーに変換され得る。一般的には、光起電素子５によって被覆されている、入射太陽エネルギーに曝される太陽エネルギー収集器アセンブリ２の表面の割合を最大化することおよびそのように被覆されていない割合を最小化することが望ましい。しかし、何らかの状況では、この露出面のいくらかの部分を被覆しないままにして、太陽エネルギー収集器アセンブリ２の製造および／または組み立て、ならびに光起電素子５の太陽エネルギー収集器アセンブリ２への取り付けを単純化することなどは好適である。
【０３３６】
通常、第１の実施形態では、入射太陽エネルギーに曝される太陽エネルギー収集器アセンブリの表面は、上表面である。
【０３３７】
光起電素子５によって生成される電気エネルギーは、電気導体（図１に図示せず）による伝熱要素４に沿って、太陽エネルギー変換器１から離れて、使用できるように運ばれる。光起電素子５によって吸収される熱エネルギーは、伝熱要素４に伝達され、光起電素子５を冷却し、次いで熱交換アセンブリ６に運ばれる。
【０３３８】
前述したように、熱伝達制御弁９は、熱エネルギーを伝熱要素４から二次熱交換器８に伝達するまたは輸送することを選択的に許容するまたは防止することができる。したがって、熱交換アセンブリ６では熱伝達要素４からの熱エネルギーは、一次熱交換器７にだけ、または一次熱交換器７および二次熱交換器８の両方に熱伝達制御弁９の管理下で選択的に渡される。熱エネルギーが一次熱交換器７だけに伝達される、または、一次熱交換器７および二次熱交換器８の両方に伝達される、のどちらかを選択することで、光起電素子５に適用される冷却の程度を変えることができる。
【０３３９】
１つの代表的な構成では、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１を、家庭の屋根上などの家庭用の状況で使用して、家庭消費用および／または搬出用の電気を発生し、かつ家庭用温水および／または暖房システム用温水を発生してもよい。この設備では、一次熱交換器７に伝達される熱エネルギーは、一次熱交換器７の中を流れる、ポンプで送られた給水に伝達されて水を加熱する。この加熱水は、その後家庭用温水および暖房システムで使用され、光起電素子によって生成される電気エネルギーが、家庭用給電システムに供給される。この設備では、二次熱交換器８に伝達される熱エネルギーは、周囲空気に伝達されて大気中に逃がされる。二次熱交換器８は、熱伝達制御弁９の選択的な制御下で使用されて、熱エネルギーを大気に放出して太陽エネルギー収集器アセンブリ２の温度を調整する。
【０３４０】
半導体光起電素子の効率は、一般的には、半導体材料の温度が上がるにつれて低下する。それより高くなると温度上昇によって効率が低下してしまう温度と、温度上昇によって効率の低下する率は、光起電素子のさまざまな半導体材料およびさまざまな設計によって変わる。シリコン光起電素子では、電気エネルギーの発生効率は、２５°Ｃを超えると１度ごとに約０．３５％から０．５％だけ一般的には低下する。
【０３４１】
透明管
図１に図示する第１の実施形態では、密封透明管３は、１つの開口端３ａおよび１つの閉じた半球形端３ｂを有する円筒状ガラス管によって形成される。密封透明管３は、図２でさらに詳細に図示される。円筒状ガラス管の開口端３ａは、接着剤でガラス管に接合されて気密シールを形成する金属キャップ１２によって密封される。管３の内部は、少なくとも一部の空気が排出される。すなわち、管の内部は、通常の気圧を下回る圧力になっている。管３の中の真空圧力は、１０−３ｍｂａｒであってもよい。
【０３４２】
キャップ１２によって密封された円筒状ガラス管の開口端３ａは、熱交換アセンブリ６に取り付けられ、閉じた半球形端３ｂは、熱交換アセンブリ６から離れている。
【０３４３】
絶縁導線２１は、金属キャップ１２を貫通して、光起電素子５によって発生される電気エネルギーを太陽エネルギー収集器アセンブリ３から取り出して運ぶ。太陽エネルギー収集器アセンブリ２の伝熱要素４は、突出管１３を備え、この管は金属キャップ１２を貫通し、太陽エネルギー収集器アセンブリ３から熱交換アセンブリ６に熱エネルギーを運ぶ。
【０３４４】
上記のように、透明管３の中に収容される太陽エネルギー収集器アセンブリ２は、光起電素子５を含む。典型的に、光起電装置は、酸化、および大気に曝されるときに性能および耐用年数に悪影響を及ぼす他の環境影響を受けても問題のない半導体材料から製造される。真空管を使用することで、このような環境被害から光起電素子５の半導体材料を保護することができる。このことで、光起電素子をカプセル化するのに経費がかかることを回避できる。
【０３４５】
真空管の使用は、太陽エネルギー収集器アセンブリ２によって入射太陽エネルギーから熱を収集することのできる効率をさらに上げることができる。太陽エネルギー収集器アセンブリ２を真空管３で包囲することで、太陽エネルギー収集器アセンブリ２から、透明管３の材料およびハイブリッド太陽エネルギー変換器１周囲の空気への対流熱損失を低減させるまたは効果的に防止することができる。
【０３４６】
代替例では、さまざまな真空圧を使用してもよい。いくつかの例では、真空圧は、１０−２ｍｂａｒから１０−６ｍｂａｒの範囲であってもよい。一般的には、真空圧が低いほど、言い換えると真空度が高いほど断熱利便が優れていると考えられる。さらに、光起電素子がカプセル化されない例では、真空圧が低いほど、言い換えると真空度が高いほど環境被害からの保護が優れていると考えられる。実際には、低い真空圧を使用する利便は、低い真空圧を実現するために増加する費用に見合うものである必要があり得る。いくつかの例では、１０−２ｍｂａｒまたはそれより低い真空圧を使用してもよい。
【０３４７】
代替例では、密封透明管３は、真空である代わりに不活性ガスで充填されてもよい。具体的には、不活性ガスは、窒素でもよい。
【０３４８】
別の代替例では、密封透明管３は、減圧圧力の不活性ガスで充填されてもよい。いくつかの例では、これは、管３を不活性ガスで充填して、次いで管３から気体を抜くことで実現してもよい。具体的には、不活性ガスは、窒素でもよい。
【０３４９】
図示の第１の実施形態では、管３は、円形断面を備える円筒状になっている。円形断面形を利用することで、真空管の強度は増して、真空管に作用する気圧に耐えることができる。代替例では、管は、他の形状であってもよい。いくつかの例では、管の断面大きさまたは形状は、長手方向に沿ったさまざまな位置で変化してもよい。
【０３５０】
代替例では、管は、楕円断面を備えていてもよい。具体的には、管３は、楕円の長軸が太陽エネルギー収集器アセンブリ２の平面と揃う楕円断面を備えていてもよい。楕円の長軸が太陽エネルギー収集器アセンブリの平面と揃う楕円断面を備える管３を使用すると、管３に必要とされるガラスの量を減らすことができ、管３からの入射太陽エネルギーの反射による反射損失を減らすことができる。
【０３５１】
図示の第１の実施形態では、管３は、ガラスで形成される。ガラスを使用することで、管３の中の真空をより長い間維持することが可能になり、その理由は、ガス分子が大気からガラスを通って移行する率が、実際には、事実上ゼロであるからである。代替例では、適切な透明プラスチック材料または積層構造を、管３を形成するのに使用してもよい。
【０３５２】
図示の第１の実施形態では、管３は、透明である。代替例では、管は、一部だけが透明であってもよい。
【０３５３】
図示の第１の実施形態では、金属端部キャップ１２は、接着剤でガラス管３に結合されている。他の例では、代替的なガラスと金属の結合技術、例えば溶接、鑞付けまたははんだ付けを用いてもよい。
【０３５４】
図示の第１の実施形態では、管３は、一方の端部に金属端部キャップ１２を備える。代替例では、端部キャップ１２は、他の材料でできもよい。いくつかの例では、端部キャップ１２は、ガラスでできもよい。このことは、収集器アセンブリ２から伝導熱損失を減らすことができる。
【０３５５】
収集器アセンブリ
第１の実施形態による太陽エネルギー収集器アセンブリ２を、図３および図４に示す。太陽エネルギー収集器アセンブリ２は、伝熱要素４および伝熱要素４の１つの表面に載置してある光起電素子５の配列を含む。放射太陽エネルギーが光起電素子５上に入射することを可能にするために、光起電素子５の配列は、通常、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１の作動中に入射する放射太陽エネルギーに曝される伝熱要素４の表面に載置される。これは通常、伝熱要素４の上表面である。
【０３５６】
いくつかの設備では、入射放射太陽エネルギーに曝される伝熱要素４の表面は、上表面でなくてもよい。具体的には、これは、太陽エネルギー収集器アセンブリ２が、垂直または実質的に垂直な平面に位置する場合、または例えば鏡などの光学系による向き変更の後、入射太陽放射エネルギーが水平に、または下方から入射する場合の事例である。したがって、上表面、下表面およびこの説明の中の類似の方向的な用語についての言及は、太陽エネルギー収集器アセンブリが、水平面に対してある角度をなす平面にあり、放射太陽エネルギーが、上方から入射している図に示されている状況に関するものであると理解されたい。
【０３５７】
第１の実施形態の図示の例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２は、伝熱要素４の円筒管１３で支持されている。円筒状管１３は、後でさらに詳細に述べるように、端部キャップ１２を貫通して熱交換アセンブリ６の中に入っている。円筒管１３が端部キャップ１２を貫通するところでは、円筒管１３が端部キャップ１２にはんだ付けされ、円筒管１３を適所に保持し、太陽エネルギー収集器アセンブリ２を支持する。
【０３５８】
代替例では、円筒管１３は、他の方法で端部キャップ１２に固定されてもよい。一例では、円筒管１３は、端部キャップ１２に溶接されてもよい。
【０３５９】
円筒状管１３による単一の物理的接続を用いて太陽エネルギー収集器アセンブリ２を支持することで、太陽エネルギー収集器アセンブリ２による入射太陽エネルギーから熱を収集することができる効率を上げることができる。太陽エネルギー収集器アセンブリ２を円筒管１３による単一の物理的接続によって支持させることで、太陽エネルギー収集器アセンブリ２から透明管の外側の支持構造に伝導する熱損失を減らすことができる。
【０３６０】
第１の実施形態では、伝熱要素４は、断面が実質的に台形であり、略平坦な上表面４ａおよび略平坦な下表面４ｂを備える。光起電素子５はそれぞれ、正方形であり、伝熱要素４の幅は、各正方形光起電素子５の幅と同じである。図示の実施形態では、７つの正方形光起電素子５は、伝熱要素４の長手方向に沿って互いに並んで載置される。実質的に、伝熱要素４の上面は全て光起電素子５で被覆される。伝熱要素の大部分を光起電素子で被覆することで、ハイブリッド太陽エネルギー変換器の効率を上げることができる。
【０３６１】
光起電素子５は、熱伝導接着剤の層４９を用いて、伝熱要素４の略平坦な上表面４ａに結合されている。この熱伝導性接着結合層４９を、図７に示す。接着結合層４９は、電気的絶縁性を有する。光起電素子５と伝熱要素４の間の接着結合層４９は、薄く配置されている。このことは、光起電素子５と伝熱要素４との間の熱伝導性の度合いを向上させることができる。このことは、光起電素子５の横方向にわたる熱伝達率を上げることができる。所定の大きさの固体球がはいっている接着材料を、接着結合層４９を形成するのに使用してもよい。これによって、薄い接着剤層４９が絶え間なく確実に形成されることが可能になり得る。接着結合層４９は、可撓性を有するまたは「寛大な」接着材料で形成される。このことは、組み立てた太陽エネルギー収集器アセンブリ２における応力を軽減し、光起電素子５に印加される何らかの応力を減らすことができる。
【０３６２】
光起電素子５は、シリコンで形成される半導体光起電素子である。１つの実施形態では、光起電素子は、単結晶シリコンで形成される。１つの実施形態では、光起電素子は、非晶質シリコンで形成される。１つの実施形態では、光起電素子は、多結晶シリコンまたはポリシリコンで形成される。他の実施形態では、代替型の半導体光起電素子を使用してもよい。
【０３６３】
上記のように、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１の作動中に、光起電素子５は、伝熱要素４によって冷却される。この冷却により、光起電素子５の温度を目標値に維持することが可能になり得る。
【０３６４】
この冷却は、光起電素子５に高温な点または領域が出現することが減るまたはなくなる利点を提供することができ、光起電素子５の温度が一定の所望値に維持されるようになる。このような高温な点または領域は、例えば、入射太陽放射による加熱によって、光起電素子５の不均質性または故障によって、またはこれらの原因の組み合せまたはこれらの原因の相互作用によって、発生する場合がある。
【０３６５】
このような高温な点または領域は、光起電素子５の効率を低下させる可能性がある。光起電素子５の高温点は、短期的に光起電素子５の効率を低下させることがあり、さらに長期的には光起電素子５の性能を劣化させる可能性があると、考えられる。上記のように、温度上昇に伴って、光起電素子の効率は低下する。短期的には、光起電素子の高温点は、光起電素子の出力を低下させる可能性があり、その理由は、高温点を形成している材料の温度は、残りの光起電素子より高く、そのため、残りの光起電素子と比べて効率が低下するからである。その上、長期的には、光起電素子の性能劣化は、高温点において急激に起こる可能性もあり、その理由は、高温点を形成している材料の温度は、残りの光起電素子より高いからである。
【０３６６】
したがって、光起電素子５をより均一な温度値に維持して、高温な点または領域を減らすまたはそれをなくすことは、特定の温度における光起電素子５の効率を改善することができ、より高い温度で生じる光起電素子５の劣化の量を減らし得る。
【０３６７】
このことは、光起電素子５が、そうでない場合よりも高い全体温度で作動することを可能にし得る。このことは、高温点が光起電素子５に存在する場合、先の劣化は、温度誘発性の効率低下であり、さらにこうした高温点での温度誘発性の劣化であって、総じて光起電素子５の最高動作温度を制限するものであると考えれば理解できる。結果として、こうした高温な点を減らすまたはなくすことで、総じて光起電素子５の最高動作温度を上昇させることを可能にし得る。
【０３６８】
第１の実施形態の図示の例は、円筒管１３による単一の物理的接続によって支持される太陽エネルギー収集器アセンブリ２を備える。他の例では、代替支持設備を使用してもよい。いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２は、太陽エネルギー収集器アセンブリ２のそれぞれの端に１つずつある、２つの物理的接続によって支持されてもよい。いくつかの例では、２つの物理的接続の１つは、円筒状管によるものであってもよい。一般的には、物理的支持体の数を最小限にして、物理的支持体を介した伝導によって熱が太陽エネルギー収集器アセンブリから逃げるのを最小化するのは有利なことである。
【０３６９】
他の例では、伝熱要素４上に載置してある光起電素子５の数は、さまざまでもよい。一例では、１２個の光起電素子５が伝熱要素４上に載置されてもよい。一例では、１８個の光起電素子５が伝熱要素４上に載置されてもよい。他の例では、光起電素子５および伝熱要素４の相対的寸法は、さまざまでであってもよい。
【０３７０】
いくつかの例では、接着剤層４９は、硬化後も非脆性のままであるエポキシ樹脂を備えていてもよい。
【０３７１】
他の例では、接着剤層４９は、両面接着テープで形成されてもよい。
【０３７２】
伝熱要素
第１の実施形態による伝熱要素４を、図５の切断図および図６、図７の横断面図、縦断面図でさらに詳細に示す。
【０３７３】
第１の実施形態では、伝熱要素４は、断面が実質的に台形であり、上方シート１４で形成される上表面４ａおよび下シート１５で形成される下表面４ｂを備える。伝熱要素４の側面は、下側シート１５の上方に曲がった部分で形成される。光起電素子５は、上側シート１４に結合されている。上側シート１４および下側シート１５は、それぞれの縁周囲が溶接でまとめて封止され、それらの間に３つの流体通路１６を画定している。上側シート１４および下側シート１５は、１ｍｍだけ離れており、その結果、通路１６のそれぞれは、厚さ１ｍｍである。通路１６のそれぞれは、仕切りシート１７によって上部１６ａおよび下部１６ｂに分割されている。仕切りシート１７は、通路１６に沿って流れる流体を通路１６の上部１６ａまたは下部１６ｂのどちらかに沿うように誘導するのに役立つ。しかし、仕切りシート１７は、通路１６全体にわたって延在しているわけではない。各流体通路１６の上部１６ａおよび下部１６ｂは、互いが封止されているのではない。仕切りシート１７は、下側シート１５から上方へ突出する窪み１９にスポット溶接されることで、適所に位置付けられて固定されている。
【０３７４】
伝熱要素４は、実質的に剛性の構造である。このため、伝熱要素を撓曲させることで光起電素子５に印加される物理的応力を減らすことができる。これによって、光起電素子５の耐用年数を延ばすことができる。
【０３７５】
第１の実施形態の図示の例では、上側シート、下側シートおよび仕切りシート、１４、１５および１７は、厚さ０．２ｍｍの錫被覆軟鋼で形成される。軟鋼を使用することで、シリコン半導体の光起電素子５および伝熱要素４の熱膨脹差によって発生する問題を回避するまたは減らすことができ、その理由は、シリコンおよび軟鋼の熱膨張係数が類似しているからである。
【０３７６】
上側シート１４は、曲げられて上表面に２つの長手方向凹部を形成し、それらが、伝熱要素４の上表面４ａに沿って延在する２つの平行なトラフ１８を形成する。こうした凹所では、上側シート１４は、下側シート１５に接触しており、２つのシート１４および１５は連結されている。これによって、伝熱要素４の剛性を高めることができる。
【０３７７】
導電性リボンまたはワイヤ２０は、伝熱要素４と光起電素子５との間でトラフ１８に沿って延在する。ワイヤ２０は、光起電素子５に、そしてキャップ１２を貫通する導体２１に電気的に接続されて導電通路を提供し、光起電素子５によって発生される電力を密封透明管２から輸送する。この電力は、電圧変換用および／または家庭または幹線電気システムへ供給するための交流変換用インバータに供給することができる。
【０３７８】
ガラス管３の開口端および端部キャップ１２に隣接する伝熱要素４の端で、伝熱要素４の大部分の長さの概ね台形の横断面形は、突出する円筒状管１３に推移する。上側シートおよび下側シート１４および１５は、封止されて円筒状管１３につながり、その結果、伝熱要素４の内部は密封されている。円筒状管１３は、端部キャップ１２を貫通して熱交換アセンブリ６に入る。円筒状管１３の中央穴は、通路１６に接続し、後述するように、熱エネルギーを伝熱要素４から熱交換アセンブリ６に運ぶように働く。円筒状管１３は、密封透明管３の中の太陽エネルギー収集器アセンブリ２を物理的に支持する。
【０３７９】
通路１６は、作動流体として脱気蒸留水２２で充填され、通路１６および管１３を含む伝熱要素４の内部は、少なくとも一部の空気が排出される。すなわち、伝熱要素４の内部の圧力は、通常の気圧を下回。伝熱要素の内部は、１０−３ｍｂａｒの圧力の真空下であってもよい。伝熱要素４は、水平に傾斜されて配置され、熱交換アセンブリ６に隣接する伝熱要素４の端のほうが、熱交換アセンブリ６から離れている伝熱要素４の端より高くなっている。結果として、伝熱要素４の中の通路１６は、同様に、水平に傾斜されている。通路１６の中の水量２２は、上側シート１４の下表面、すなわち通路１６の最上部を形成している表面が、光起電素子５の何れかの、管１３に最も近い部分の箇所に対応する位置で、水２２の表面より下になれば充分である。水平までの傾斜角は、小さくてもよい。
【０３８０】
傾斜角は、５°以上であってもよい。約５°の傾斜角で充分である。必要に応じて、さらに大きい角度の傾斜角を用いてもよい。９０°以下の傾斜角度を用いてもよく、すなわち、伝熱要素４は、長手方向に垂直に配置され得る。
【０３８１】
伝熱要素４は、実質的に剛性の構造である。このため、上側シートおよび下側シート、１４および１５などの伝熱要素４の構成要素を撓曲させることで水２２の表面の水準の変化を最小化することができる。水２２の表面の水準のこのような変化は、光起電素子５を冷却する効率に影響を及ぼす可能性がある。
【０３８２】
第１の実施形態の動作においては、太陽エネルギー収集器アセンブリ２が入射太陽放射性エネルギーに曝されると、光起電素子５が、このエネルギーの一部を吸収し、吸収エネルギーの一部を電気エネルギーに変換する。吸収エネルギーの残りは、熱エネルギーに変換され、光起電素子５の温度を上昇させる。吸収熱エネルギーは、光起電素子５から伝熱要素４に流れ、上側シート１４を通ってチャネル１６内部の水２２の中に流れ、水は、上側シート１４の下表面と接触している。
【０３８３】
通路１６内部の液状水分２２は、熱エネルギーを吸収して気化し、蒸気または水蒸気の泡２３を生成する。液状水分は、気化し、対流沸騰および核形成の何れかまたは両方の結果として泡を生成し得る。通路１６内部の１０−３ｍｂａｒの真空圧では、水は、およそ０°Ｃから沸騰するので、その結果、水２２は、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１の通常の動作温度で直ちに気化する。水蒸気の泡２３は、液状水分２２より低密度である。前述したように、通路１６は水平に傾斜され、結果として、この密度差によって、水蒸気の泡２３が通路１６に沿って水２２の上表面に向かって上方に移動することになる。錫被膜を用いて生成されるシート１４の表面を粗面化することで、核生成サイトを提供することができ、液状水分２２が気化して水蒸気の泡２３を形成する傾向を強める。
【０３８４】
水蒸気の泡２３が水２２の表面に到達すると、蒸気は水２２より上の真空に放出される。水蒸気の泡が水面で破裂すると、液状水分の液滴を発生させることができ、こうした液滴の少なくともいくつかを水面から上方へ、水面より上の真空に発射することができる。結果として、熱伝達機構は、液状水分、水蒸気および液状水分の液滴を含む多相システムであってもよく、液体水および水蒸気だけを含む二相システムではない。真空にこのような液滴が存在すると、真空に曝される液状水分の表面積を増やすことによって、気化率を高めることができる。
【０３８５】
真空中で水蒸気は、非常に高い速度で円筒状管１３に沿って真空を通り、熱交換アセンブリ６の中に移動する。真空の高温水蒸気の移動速度は非常に速く、水蒸気分子の熱速度に近い。熱交換アセンブリ６内部では、水蒸気は、一次熱変換器および二次熱交換器、７および８のうちの１つの熱交換表面上で凝結する。凝結水は、熱交換アセンブリ６から後方に流れ出て、管１３を下り、通路１６内の水２２に戻る。
【０３８６】
水蒸気の密度は、液状水分と比べて低いので、水蒸気の泡２３は、通路１６の液状水分２２を通って上方へ動く傾向があり、その結果、泡２３にそれぞれ上向き浮力がかかることになる。さらに、水蒸気の泡２３の動きは、通路１６の液状水分２２を上方へ駆動する傾向がある。結果として、泡２３が仕切りシート１７と協働して、各通路１６の水２２を循環させ、比較的高温の水２２および水蒸気の泡２３を通路１６の上部１６ａに沿って上方へ流し、比較的冷たい水２２を通路１６の下部１６ｂに沿って下方へ流す。この循環は、主として、泡２３の水蒸気と液状水分の間の密度差によって駆動される。しかし、この循環は、さらに、通路１６ａの比較的高温水と通路１６ｂの比較的冷たい水との間の密度差の結果生じる対流によって、熱サイフォンと類似の方法で駆動されてもよい。この密度駆動循環は、非常に有効な熱輸送機構を形成することができ、その理由は、水は、比較的高い蒸発エンタルピーを有し、その結果、水蒸気の泡２３が大量の熱エネルギーを、通路１６ａの比較的高温の水および通路１６ｂの比較的冷たい水の循環によって運ばれる熱エネルギーに加えて運ぶことができるからである。
【０３８７】
水蒸気の泡２３が通路１６に沿って上方へ移動するにつれて、泡２３に作用する圧力ヘッドが減るので、泡２３は、拡大する傾向がある。結果的に、膨張性の効果および泡２３が上方へ動くにつれて圧力が低下することで、蒸気泡２３が圧壊および内破する傾向は低下する。この点を考慮すると、伝熱要素４が作動しているとき、泡２３は、設定した密度駆動循環流体流れの中で形をなし、液状水分に関連する自体の浮力による泡の動きに加えてこの流れによって運ばれて上方へ動くことを、忘れてはならない。その上、泡が上方へ動くにつれて泡２３が膨張すると、膨張する泡２３の浮力が増すことにより、さらに密度駆動循環流の速度が上昇すると考えられる。
【０３８８】
一般的には、伝熱要素４の上側シート１４の温度が上昇するにつれて、密度駆動循環の速度は上昇し、熱輸送機構の効果は増進する。
【０３８９】
通路１６の範囲内での水２２の密度駆動循環は、蒸気駆動の循環流または回転流である。
【０３９０】
通路１６の中の水２２が回転沸騰状態に入ると、通路１６の中の水２２の密度駆動循環は、大いに活発化し、熱輸送機構として大いに効果を発揮する。水２２の回転沸騰が始まると、熱輸送機構の効果は著しく増進する。一般的には、システムの他のパラメータが一定の状態を維持するとき、伝熱要素４の上側シート１４の温度が特定の温度に達すると回転沸騰状態に入る。
【０３９１】
水を利用する図示の例では、通路１６の範囲内の水２２は、約４０°Ｃの温度で回転沸騰状態に入ることができる。
【０３９２】
第１の実施形態の図示の例では、伝熱要素４、円筒状管１３および一次熱交換器および二次熱交換器、７および８は全て、直線に配置されている。したがって、伝熱要素４の中のチャネル１６および１７、円筒状管１３の内側通路および熱交換アセンブリ６の内側通路は全て、水平に同じ角度で傾斜されている。これは、不可欠というわけではない。いくつかの例では、水平にさまざまな角度に傾斜されているこうした構成要素を備えていれば好適である。特に、いくつかの例では、密度駆動循環の効率を最適化するように選択された、水平に第１の角度に傾斜される伝熱要素４の中に、チャネル１６および１７を備えること、および凝結水が伝熱要素４に戻っていく流れを最適化するように選択された、水平に第２の角度に傾斜される円筒状管１３および熱交換アセンブリ６の内側通路を備えることは、好適である。
【０３９３】
図示する第１の実施形態では、３つの流体通路１６は、伝熱要素４の中で画定される。他の例では、さまざまな数の流体通路が、あってもよい。具体的には、いくつかの例は、単一の通路だけを備えていてもよい。
【０３９４】
第１の実施形態の図示の例では、伝熱要素４を形成するのに厚さ０．２ｍｍの錫被覆軟鋼板を使用している。代替例では、他の厚みを、使用してもよく、具体的には厚さ０．１ｍｍシートを使用してもよい。薄い上側シートを使用すれば、熱エネルギーを光起電素子からチャネル内の水まで伝達する率を向上させることができる。他の例では、さまざまな厚みを備えるシートを、さまざまなシートで使用してもよい。他の例では、さまざまな材料を使用してもよく、具体的には、銅または黄銅などの他の金属または金属合金のシートを使用してもよい。他の例では、上側シート、下側シートおよび／または仕切りシートは、金属ではない材料から形成されてもよい。他の実施形態では、チャネル内部の水が光起電素子の背面に直接接触して、熱伝達を最大化することを可能にする上側シートの開口が、あってもよい。このような例では、熱伝導性を考慮に入れる必要なく、上側シートを形成するのに用いられる厚さまたは材料を選択することができる。
【０３９５】
伝熱要素４を形成するのに使用されるシートを、加圧成形で成形してもよい。
【０３９６】
図示する第１の実施形態では、仕切りシートは、下側シート１５から突出している窪みに固定されている。代替例では、他の支持設備を使用してもよい。具体的には、仕切りシートから突出している窪みは、下側シートに固定されてもよい。
【０３９７】
図示の第１の実施形態では、通路のそれぞれは、厚さ１ｍｍである。代替例では、さまざまな通路厚を使用してもよい。具体的には、０．８ｍｍの通路厚を使用してもよい。具体的には、１．２ｍｍの通路厚を使用してもよい。
【０３９８】
図示の第１の実施形態では、通路１６のそれぞれの部分１６ａおよび１６ｂの厚さは、ほぼ等しい。代替例では、通路１６の部分１６ａおよび１６ｂの厚さは、さまざまであってもよい。具体的には、蒸気２３の泡を運ぶ部分１６ａの厚さは、他の部分１６ｂの厚さより大きくてもよい。
【０３９９】
図示の第１の実施形態では、上側シート１４は、平らであり、そこで光起電素子５に接触している。代替例では、上側シート１４は、パターンを付けて強化してもよく、伝熱要素４の温度が変わったときに熱膨張または熱収縮による上側シート１４の撓曲を減らすことができる。前述の撓曲は、損傷応力を光起電素子にかける可能性がある。
【０４００】
図示の第１の実施形態では、さまざまなシートが、溶着されている。代替例では、さまざまな結合技術を使用してもよい。いくつかの例では、スポット溶接、ローラ溶接、はんだまたは接着剤を含む技術を用いてさまざまなシートを結合してもよい。
【０４０１】
図示の第１の実施形態では、各通路１６を部分１６ａおよび１６ｂに分割している仕切りシート１７は、平らである。代替例では、仕切りシートは、他の形状を備えていてもよい。具体的には、仕切りシートは、波形または波形状を備えていてもよい。仕切りシートは、通路１６を複数の部分１６ａおよび複数の部分１６ｂに分割してもよい。
【０４０２】
図示の第１の実施形態では、伝熱要素４および通路１６は、成形シートで形成されている。代替例では、伝熱要素および通路は、他の方法で形成されてもよい。具体的には、伝熱要素および通路は、平坦化された管で形成されてもよい。
【０４０３】
図示の第１の実施形態では、管１３は、円筒状管である。他の例では、管１３は、他の横断面形を備えていてもよい。
【０４０４】
いくつかの例では、管１３は、長手方向に沿って変化する横断面形を備えていてもよい。第１の実施形態の図示の例では、伝熱要素４を通る水蒸気および液状水分の流れは、動作時に、伝熱要素４の冷却された上表面を均一の動作温度に保つ傾向がある。すなわち、伝熱要素４の冷却された上表面は、等温に保たれる傾向がある。伝熱要素４の冷却された上表面の等温性質は、光起電素子５を等温冷却することにつながり、光起電素子５のより高温部分が優先して冷却される傾向があるので、その結果、光起電素子５自体が、等温になる傾向がある。
【０４０５】
このような等温冷却は、冷却によって提供される利点に加えてさらなる利点を提供する。
【０４０６】
等温冷却は、入射太陽放射を用いた加熱によって生成される光起電素子５の高温な点または領域の出現を、減らすまたはなくすことができるという利点を提供することができる。このような高温な点または領域は、光起電素子５の効率を低下させる可能性がある。
【０４０７】
等温冷却は、異なる温度の光起電素子５のさまざまな部分の性能差に対するどのような補償要求も減らすまたはなくすことによって、光起電素子５の制御および配線配置を単純化することができる。
【０４０８】
等温冷却は、光起電素子５における高温な点または領域の形成を減らす、または防止する傾向がある。上で説明したように、このことは、光起電素子５の効率が特定の温度において向上することを可能にし得る。その上、このことは、より高い温度に引き起こされる光起電素子５の劣化の量を減らすことができる。
【０４０９】
またさらに、これは、光起電素子５がそうでない場合よりも高い温度で所与の程度の効率で作動することを可能にし得る。これは、光起電素子５を含む太陽エネルギー収集器アセンブリ２が、光起電素子５が電気エネルギーを生成する効率を低下させることなくより高い温度で作動されることを可能にすることができる。
【０４１０】
等温冷却のこのような効果の１例を挙げると、２５°Ｃを超えると摂氏温度１度ごとに電気エネルギー発生効率が約０．３５％から０．５％だけ一般的には低下するシリコン光起電素子に関する、先に引用した一般的な数値は、等温冷却されるシリコン光起電素子に適用することができない。高温な点がなくなっているまたは減っているこのような等温冷却シリコン光起電素子は、電気エネルギー発生効率が低下し始める閾値温度がより高く、および／または、閾値温度を超えて摂氏温度が上昇するごとの効率低下率を抑制することができる。その上、シリコン光起電素子が永続的に劣化する危険性のある温度も、等温冷却シリコン光起電素子では高くなり得る。同様の効果は、他の半導体材料で形成される光起電素子においても見られる。
【０４１１】
いくつかの例では、熱伝導材料の１つ以上の層を、上側シート１４と光起電素子５の間に位置付けてもよい。熱伝導材料のそのような層は、光起電素子５と上側シート１４の間の熱伝達率、すなわち光起電素子５と通路１６内の液体間の熱伝達率を上げることができる。熱伝導材料のそのような層は、光起電素子５の横方向にわたる熱伝達率をさらに上げることができる。
【０４１２】
したがって、熱伝導材料の層を設けることで、等温冷却の程度を高めることができ、その上、光起電素子５に高温な点または領域が形成されることを減らす、またはなくす傾向があり得る。
【０４１３】
熱交換アセンブリ
図８は、第１の実施形態による熱交換アセンブリ６の断面線図を図示する。前述したように、熱交換アセンブリ６は、熱伝達制御弁９によって分離される一次熱交換器７および二次熱交換器８を含む。
【０４１４】
伝熱要素４の管１３は、熱交換アセンブリ６に接続している。管１３は、一次熱交換器７に接続している。一次熱交換器７は、管２４から外向きに伸張している複数の熱伝達フィン２５を備える円筒状銅管２４を用いて形成される。熱伝達フィン２５は、第１の作動流体を運ぶ流れチャネルの中に伸張している。第１の実施形態の図示の例では、第１の作動流体は、家庭用温水および／または暖房システムの一部をなしている水がポンプで送られる流れである。
【０４１５】
二次熱交換器８は、管２６から外向きに伸張している複数の熱伝達フィン２７を備える円筒状銅管２６を用いて形成される。熱伝達フィン２７は、第２の作動流体の中に伸張している。第１の実施形態の図示の例では、第２の作動流体は、周囲空気である。
【０４１６】
二次熱交換器８の銅管２６は、ガラス管２８の長さだけ、一次熱交換器７の銅管２４から隔てられている。ガラス管２８は、一次熱交換器および二次熱交換器７と８の間の熱的な断絶部を形成する。この熱的な断絶部は、一次熱交換器および二次熱交換器７と８の間の熱エネルギーの伝導を最小化することができる。一次熱交換器７の銅管２４、ガラス管２８および二次熱交換器８の銅管２６は、管１３から一次熱交換器７および熱伝達制御弁９を通って二次熱交換器８に延在する流体流れ通路２９を画定する。
【０４１７】
管１３と連絡する一次熱交換器および二次熱交換器７および８の両方の内部は、密封され、１０−３ｍｂａｒの真空圧力である。真空パイプ３５が、二次熱交換器８の端に設けてあり、製造中に、一次熱交換器および二次熱交換器７、８と、伝熱要素４の中の接続チャネル１６から気体を抜くことが可能になる。この真空パイプ３５は、気体排出の後密封状態を提供するために遮断される。
【０４１８】
流体流れ通路２９は、熱伝達制御弁９の弁体３０を用いて、一次熱交換器および二次熱交換器７、８との間で選択的に遮断することができる。閉じた状態では、弁体３０は、一次熱交換器７の銅管２４に円周上に内向きに延在しているうね形状によって形成される弁座３１を圧迫して、流体流れ通路２９を流れる水蒸気を遮断する。開状態では、弁体３０は、環状隙間を画定している弁座３１から離れて、水蒸気が流体流れ通路２９を流れることが可能になる。
【０４１９】
弁体３０は、トグルばね３２によって閉位置に向かって押し進められる。一部が作動流体３４で充填される送風装置３３は、温度が上昇するにつれて作動流体の蒸気圧が上昇し、圧力が上昇することで、蛇腹３３が、温度上昇によって増す力で閉位置に向かって弁体３０を押し進めることになるように、配置される。所定のトリガ温度で、蛇腹３３によって印加される力は、トグルばね３２によって印加される力を上回り、弁体３０は、開位置へ動き、水蒸気が流体流れ通路２９を流れることが可能になる。したがって、トリガ温度を下回る温度では、流体流れ通路２９は閉じており、トリガ温度を上回る温度では、流体流れ通路２９は開いている。前述したように、高温水蒸気は、流体流れ通路２９の中の真空条件では非常に迅速に動くので、弁９が開くとき、熱エネルギーが二次熱交換器８に伝達されるまでの時間遅延は、非常に短くなり得る。
【０４２０】
例示する実施形態では、トリガ温度は、家庭用温水および／または暖房システムに供給される高温水の意図した最高温度、６５°Ｃである。
【０４２１】
動作時に、第１の作動流体および一次熱交換器７の温度が熱伝達制御弁９のトリガ温度を下回ると、伝熱要素４からの高温水蒸気は、管１３を通って一次熱交換器７の中に入る。高温水蒸気は、閉じた制御弁要素３０によって二次熱交換器８に達することが妨げられる。高温水蒸気は一次熱交換器７の銅管２４の内面上で凝結し、熱エネルギーを解放して、熱エネルギーは、熱伝達フィン２５を通って、第１の作動流体の中に入る。例示する実施形態では、加熱された第１の作動流体は、家庭用温水および／または暖房システムに加熱水の流れをもたらす。
【０４２２】
第１の作動流体および一次熱交換器７の温度が熱伝達制御弁９のトリガ温度に達するまたは上回ると、熱伝達制御弁９は開き、伝熱要素４からの高温水蒸気が、管１３を通って一次熱交換器７および二次熱交換器８の両方の中に入ることが可能になる。したがって、上記のように一次熱交換器７の中に入ることに加えて、高温水蒸気は、開いた制御弁要素３０を通って二次熱交換器８に達することがさらに可能である。高温水蒸気は、二次熱交換器８の銅管２６の内面上で凝結し、熱エネルギーを解放して、熱エネルギーは、熱伝達フィン２７を通って、第２の作動流体の中に入る。例示する実施形態では、加熱された第２の作動流体は、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１から取り出した熱を運んでいる加熱空気の対流をもたらす。このことは、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１が大気を吸熱器として使用することを可能にし得る。このことは、第１の作動流体のさらなる加熱が減らされるまたは妨げられることを防止し得る。
【０４２３】
このことは、太陽熱温水システムに起こる停滞の問題が回避されるまたは削減されることが可能になり得る。太陽熱温水システムでは、加熱されている水が最高所望温度に達すると、停滞が生じることがある。通例、その場合、太陽熱温水器を介して加熱される水のポンピングは、水の過熱を回避するために停止されるが、そうされなければ、加熱水が供給されるシステムに損傷をもたらす可能性がある。しかし、加熱される水のポンピングが停止されると、太陽熱温水器の近くの静止した水は、その後太陽熱ヒーターによって非常に高い温度まで加熱される可能性があり、加圧給水システムに望ましくない過熱および加圧が生じる。
【０４２４】
一次熱交換器８は、第１の作動流体として加熱される水用の入口開口５１および出口開口５２を含むケーシング５０によって包囲されている。入り口および出口用水供給管を、入口開口５１および出口開口５２に取り付けてもよい。ケーシング５０は、硬い外殻付きの発泡プラスチック材料で形成されており、一次熱交換器７および第１の作動流体の熱絶縁をもたらし、かつ耐候性をもたらす。
【０４２５】
いくつかの例では、ケーシング５０は、海綿状プラスチックの代わりに他の材料で形成されてもよい。いくつかの例では、ケーシングは、優れた耐水性および耐候性を有する電気的、熱的絶縁材料で形成されてもよい。具体的には、ケーシングは、ガラス、セラミックまたはコンクリートで形成されてもよい。
【０４２６】
１つの例では、一次熱交換器８は、ブリード弁を含んでいてもよく、一次熱交換器８の第１の作動流体の中に閉じ込められるどのような空気も外に抽気することが可能になる。他の例では、ブリード弁を設けてなくてもよい。第１の作動流体が一次熱交換器を通ってポンピングされる例では、一次熱交換器は、ポンプで送られた流体流れによって空気をポンプで取り除くように配置されてもよい。
【０４２７】
前述したように、第１の実施形態の図示の例では、熱伝達制御弁９のトリガ温度は、予め定められている。いくつかの例では、トリガ温度は、使用時に、またはハイブリッド太陽エネルギー変換器１の据え付けまたは製造中に設定可能であってもよい。いくつかの例では、トリガ温度は、加熱される水の意図した最高水温に応じて、さまざまな値に設定可能であってもよい。具体的には、いくつかの例では、トリガ温度は、ハイブリッド太陽エネルギー変換器が家庭用高温給水システム用の水を加熱するのに使用されるときには、６５°Ｃに設定可能であってもよく、ハイブリッド太陽エネルギー変換器が、産業用高温給水システム用に水を加熱するのに使用されるときには、１３５°Ｃに設定可能であってもよい。
【０４２８】
いくつかの例では、熱伝達制御弁のトリガ温度を選択して、光起電素子５による発電を最大化してもよい。いくつかの例では、トリガ温度値を選択して、第１の作動流体に伝達される熱エネルギーの量を増加させてもよい。いくつかの例では、トリガ温度を選択して、光起電素子５によって生成される電気エネルギーの量および第１の作動流体に伝達される熱エネルギーの量を考慮することで、エネルギーの生成を全体的に最適化してもよい。いくつかの例では、最適化することで、エネルギーの全生産量を最大化してもよい。いくつかの例では、エネルギー生成を全体的に最適化するのに、さまざまな型のエネルギーに対する相対的な要求、またはさまざまな型のエネルギーの値を考慮することができ、生成される総エネルギー量を単純に最大化するのではない。
【０４２９】
前述したように、等温冷却は、光起電素子５における高温な点または領域の形成を減らす、または防止する傾向がある。このことは、光起電素子５を含む太陽エネルギー収集器アセンブリ２が、光起電素子５が電気エネルギーを生成する効率を低下させることなくより高い温度で作動されることを可能にすることができる。このことは、光起電素子５が電気エネルギーを生成する効率を低下させる温度上昇が生じることなく、収集器アセンブリの温度が上昇されて、より多くの使用可能熱エネルギーを生成することを可能にし得る。このことは、トリガ温度が上昇されることを可能にし得る。
【０４３０】
いくつかの例では、トリガ温度を、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１の使用中にさまざまな温度に設定してもよい。このことは、収集器アセンブリの温度を制御して、特定時間にどの型のエネルギーに最も需要があるのかということに応じてさまざまな量の使用可能熱エネルギーまたは電気を生成することを可能にし得る。
【０４３１】
弁９を作動させる代替配置を、図９に示す。この代替配置では、弁体３０は、すでに述べたようにトグルばねによって閉位置に押し進められる。この配置では、弁体３０は、ソレノイド３６によって選択的に開位置に押し進められ得る。この代替配置では、到達する最高温度を制限するために、加熱される一次熱交換器、または水の測定温度に基づいてソレノイドを制御することができる。
【０４３２】
あるいは、ユーザの現在の要件に基づいて、ソレノイド全体または一部を制御してもよい。例えば、電気より高温水が要求されるときには、光起電素子５の効率がいくらか一時的に低下しようとも、弁９は閉じられて、高温水蒸気を伝熱要素４から一次熱交換器７にだけ通して第１の作動流体として作用している水に加える熱量を最大化してもよい。その上、電気より高温水が、要求されないときには、第１の作動流体として作用している水の温度への影響にかかわらず、弁９は開かれ、高温水蒸気を伝熱要素４から一次熱交換器および二次熱交換器７および８の両方に通して、可能な限り光起電素子を冷却して発電の効率を最大化してもよい。
【０４３３】
第１の実施形態の図示の例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２の温度、したがって光起電素子５の温度は、熱伝達制御弁９を作動させて、熱エネルギーを太陽エネルギー収集器アセンブリ２から二次熱交換器８に伝達することを選択的に可能または不可能にすることによって制御される。
【０４３４】
他の例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２の温度を制御するのに、他の制御法を追加的または代替的に使用することができる。いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２から熱エネルギーを除去する率を変更することによって、太陽エネルギー収集器アセンブリ２の温度を制御してもよい。
【０４３５】
いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２から熱エネルギーを除去する率は、一次熱交換器７を通過する第１の作動流体の流速を変えることによって制御することができる。いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２から熱エネルギーを除去する率は、例えば、一次熱交換器２の中で第１の作動流体の流体流れ通路を選択的に開閉することで、第１の作動流体が一次熱交換器７と接触している表面積を変えることによって制御することができる。
【０４３６】
いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２から熱エネルギーを除去する率は、管３の中で真空圧を変えることによって制御することができる。これによって、太陽エネルギー収集器アセンブリ２から管３までの対流熱損失の率を変更することができる。一般的には、管３に伝達される熱は、対流および／または伝導によって外側の環境に急激に失われる。
【０４３７】
いくつかの例では、伝熱要素４の中の真空圧を変えることによって、太陽エネルギー収集器アセンブリ２から熱エネルギーを除去する率は、制御することができる。一般的には、通路１６の中の液状水分が気化して蒸気２３の泡を形成する傾向は、真空圧が低下されるにつれて高くなり、通路１６の中の液状水分が気化して蒸気２３の泡を形成する傾向は、真空圧が上昇されるにつれて低くなる。上で説明されるように、通路１６周囲で水を密度駆動循環することおよび管１３に沿って熱エネルギーを輸送することは、共に水蒸気によって駆動される。したがって、真空圧を変えることによって液状水分が気化する傾向を変更することで、太陽エネルギー収集器アセンブリ２から熱エネルギーを除去する率および光起電素子５から熱エネルギーを除去する率を制御することが可能になり、したがって、制御される太陽エネルギー収集器アセンブリ２および光起電素子５の温度を制御することが可能になり得る。
【０４３８】
その上、真空圧が上昇されるにつれて通路１６の中の水２２の回転沸騰が始まる温度は上昇する傾向があり、真空圧が減少するにつれて減少する傾向がある。したがって、伝熱要素４の中の真空圧が変更された例では、通路１６の中の水２２が回転沸騰を始める温度を変更することができる。
【０４３９】
上で説明されるように、通路１６の中の水２２が回転沸騰状態に入ると、通路１６周囲の水の密度駆動循環は、大いに活発化し、熱輸送機構として大いに効果を発揮する。したがって、真空圧を変更することによって通路１６の中の水２２が回転沸騰を始める温度を変更することで、太陽エネルギー収集器アセンブリ２および光起電素子５から熱エネルギーを除去する率を制御することが可能になり、したがって、太陽エネルギー収集器アセンブリ２および光起電素子５の温度を制御することが可能になり得る。
【０４４０】
いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２の温度を、太陽エネルギー収集器アセンブリ２に入射する太陽エネルギーの量を変更し、そうすることで太陽エネルギー収集器アセンブリ２による熱エネルギーを吸収する率を変更することによって、制御してもよい。
【０４４１】
いくつかの例では、入射太陽エネルギーの量を、入射太陽エネルギーの方向に関連して太陽エネルギー収集器アセンブリの方向を変更することによって制御してもよい。これは、１つ以上の軸を中心に太陽エネルギー収集器アセンブリを回転させることが可能な駆動機構を使用して実行することができる。
【０４４２】
いくつかの例では、入射太陽エネルギーの経路に調節可能な、光を妨害または遮断する機構を使用して入射太陽エネルギーの量を制御してもよい。いくつかの例では、可変の、フィルタ、シャッタ、ストッパ等を使用してもよい。いくつかの例では、こうした調節可能な光妨害または遮断機構は、物理的デバイスを備えていてもよい。いくつかの例では、こうした調節可能な光妨害または遮断機構は、液体結晶などの電子制御の光学特性を備えたデバイスを備えていてもよい。
【０４４３】
太陽エネルギー収集器アセンブリおよび／または光起電素子の温度が制御される例では、上で説明したように温度を制御する方法のうちの１つ、いくつかまたは全てを実行するように配置される温度制御機構と共に、温度センサおよび温度調節器を設けてもよい。
【０４４４】
温度センサが、太陽エネルギー収集器アセンブリの温度を測定して、この温度値を温度調節器に提供するために配置されている。次いで、温度調節器は、太陽エネルギー収集器アセンブリの温度を要求値に制御するのに適切な方法で温度制御機構を作動することができる。
【０４４５】
光起電素子の温度を制御する例では、１つまたは複数の光起電素子の温度を測定して、この温度値を温度調節器に提供するために配置される温度センサを設けてもよい。これは、太陽エネルギー収集器アセンブリの温度を測定するために配置される温度センサに付加されてもよい、またはその代わりをなしてもよい。次いで、温度調節器は、適切な方法で温度制御機構を作動させて、１つまたは複数の光起電素子の温度を要求値に制御することができる。
【０４４６】
いくつかの例では、温度センサを太陽エネルギー収集器アセンブリの上表面に設けることができる。いくつかの例では、温度センサを、光起電素子と同じ半導体ウェハ上に形成することができる。
【０４４７】
好都合なことに、温度調節器は、最適にプログラムされた汎用コンピュータであってもよい。
【０４４８】
図示の第１の実施形態では、銅を熱交換器に使用している。これによって、熱交換器の効率を高めることができ、その理由は、銅が比較的高い熱伝導性を有するからである。
【０４４９】
代替例では、他の材料を使用してもよい。代替例では、さまざまな型の弁を使用してもよい。具体的には、弁は、シリンダとして作用する、弁座の中で動くピストンとして作用する弁体と併せて使用することができ、それによって、弁体が弁座の中にあるとき、弁は閉じ、弁体が弁座の外にあるとき、弁は開く。
【０４５０】
図示の第１の実施形態では、伝熱要素４の中の流体流れ通路２９、管１３および通路１６は、二次熱交換器８の端の真空パイプ３５を通じて気体が排出される。代替例では、真空パイプを、違った場所に位置付けて設けてもよい。具体的には、図３に示すように、真空パイプを熱交換アセンブリから離れている伝熱要素の端に設けてもよい。
【０４５１】
図示の第１の実施形態は、光起電素子を含み、入射太陽放射を電気エネルギーおよび高温水両方の出力に変換するように配置されたハイブリッド太陽エネルギー変換器である。他の例では、光起電素子を省いて、入射太陽放射を高温水の出力に変換するように配置される太陽エネルギー変換器を設けてもよい。
第２の実施形態
【０４５２】
本発明の第２の実施形態による装置を、図１０に図示する。図１０は、本発明に係るハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１の第２の実施形態の全体外観図を示す。
【０４５３】
概要
第２の実施形態では、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１は、密封透明管１０３の中に収容される太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２を含む。太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２は、伝熱要素１０４および伝熱要素１０４の上表面上に載置される光起電素子１０５の配列を含む。ハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１は、さらに、透明管１０３の一方の端部に熱交換アセンブリ１０６を含む。太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の一方の端部は、熱交換アセンブリ１０６に接続している。第１の実施形態と同様に、さまざまな例では、光起電素子１０５を、シリコンまたはヒ化ガリウム、あるいは他の適切な半導体材料で形成してもよい。他の例では、有機光起電素子を使用してもよい。他の例では、ハイブリッド光起電素子を使用してもよい。
【０４５４】
第２の実施形態では、熱交換アセンブリ１０６は、熱エネルギーを伝熱要素１０４から第１の流体に伝達するために配置される一次熱交換器１０７および熱エネルギーを伝熱要素１０４から第２の流体に伝達するように配置された二次熱交換器１０８を含む。一次熱交換器１０７および二次熱交換器１０８は、熱エネルギーを伝熱要素１０４から二次熱交換器１０８に伝達することを選択的に許容するまたは防止することができる、熱伝達制御弁１０９によって分離される。
【０４５５】
１つの可能な例では、使用時にハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１を屋根上に載置してもよい。したがって、第１の実施形態と同様に、取り付けブラケットを、設けてもよい。
【０４５６】
概要では、第２の実施形態のハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１の作動は、第１の実施形態のハイブリッド太陽エネルギー変換器１の作動と類似している。ハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１に入射する太陽エネルギーは、密封透明管１０３を通過し、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の光起電素子１０５上に入射する。光起電素子１０５は、入射太陽エネルギーの一部のエネルギーを電気エネルギーに変換し、入射太陽エネルギーの一部のエネルギーを熱エネルギーに変換する。入射太陽エネルギーの別の部分は、光起電素子１０５によって被覆されていない、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の何れかの部分に入射して、入射太陽エネルギーのこの別の部分も、熱エネルギーに変換され得る。一般的には、光起電素子１０５によって被覆されている、入射太陽エネルギーに曝される太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の表面の割合を最大化することおよびそのように被覆されていない割合を最小化することが望ましい。しかし、何らかの状況では、
この露出面のいくらかの部分を被覆しないままにして、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の製造および／または組み立て、ならびに光起電素子１０５の太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２への取り付けを単純化することなどは好適である。通常、第２の実施形態では、入射太陽エネルギーに曝される太陽エネルギー収集器アセンブリの表面は、上表面である。
【０４５７】
光起電素子１０５によって生成される電気エネルギーは、電気導体によって伝熱要素１０４に沿って、太陽エネルギー変換器１０１から離れて、使用できるように運ばれる。光起電素子１０５によって吸収される熱エネルギーは、伝熱要素１０４に伝達され、光起電素子１０５を冷却し、次いで熱交換アセンブリ１０６に運ばれる。
【０４５８】
第１の実施形態と同様に、熱伝達制御弁１０９は、熱エネルギーを伝熱要素１０４から二次熱交換器１０８に伝達または輸送することを選択的に許容するまたは防止することができる。したがって、光起電素子１０５に施される冷却の程度を変えることができる。
【０４５９】
１つの代表的な構成では、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１を使用して、電気を発生し、かつ温水を発生してもよい。第１の実施形態と同様に、この設備では、一次熱交換器１０７に伝達される熱エネルギーは、一次熱交換器１０７を流れる、ポンプで送られた給水に伝達されて水を加熱する。この加熱水は、その後家庭用または産業用高温給水システムで使用され、光起電素子１０５によって生成される電気エネルギーが、給電システムに供給される。いくつかの設備では、二次熱交換器１０８に伝達される熱エネルギーは、周囲空気に伝達されて逃がされる。二次熱交換器１０８は、熱伝達制御弁１０９の選択的な制御下で使用されて、熱エネルギーを放出して太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の温度を調整する。
【０４６０】
透明管
図１０に図示する第２の実施形態では、密封透明管１０３は、第１の実施形態の密封透明管３と同様であり、１つの閉じた半球形端と、金属端部キャップ１２０によって密封される１つの開口端とを有する。管１０３の内部は、少なくとも一部の空気が排出される。すなわち、管の内部は、通常の気圧を下回る圧力になっている。
【０４６１】
管１０３の中の真空圧力は、１０−３ｍｂａｒであってもよい。第１の実施形態に関して述べたように、他の真空圧を使用してもよい。いくつかの例では、真空圧は、１０−２ｍｂａｒから１０−６ｍｂａｒの範囲であってもよい。一般的には、真空圧が低いほど、言い換えると真空度が高いほど断熱利便が優れていると考えられる。さらに、光起電素子がカプセル化されない例では、真空圧が低いほど、言い換えると真空度が高いほど環境被害からの保護が優れていると考えられる。実際には、低い真空圧を使用する利便は、低い真空圧を実現するために増加する費用に見合うものである必要があり得る。いくつかの例では、１０−２ｍｂａｒまたはそれより低い真空圧を使用してもよい。
【０４６２】
代替例では、密封透明管１０３は、真空である代わりに不活性ガスで充填されてもよい。具体的には、不活性ガスは、窒素でもよい。
【０４６３】
別の代替例では、密封透明管１０３は、減圧圧力の不活性ガスで充填されてもよい。いくつかの例では、これは、管１０３を不活性ガスで充填して、次いで管１０３から気体を抜くことで実現してもよい。具体的には、不活性ガスは、窒素でもよい。
【０４６４】
図示の第２の実施形態では、管１０３は、円形断面を備える円筒状になっている。第１の実施形態と同様に、代替例では、管１０３は、他の形状であってもよい。いくつかの例では、管１０３の断面大きさまたは形状は、長手方向に沿ったさまざまな位置で変化してもよい。代替例では、管１０３は、楕円断面を備えていてもよい。具体的には、管１０３は、楕円の長軸が太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の平面と揃う楕円断面を備えていてもよい。
【０４６５】
図示の第１の実施形態では、管１０３は、ガラスで形成される。代替例では、適切な透明プラスチック材料または積層構造を、管１０３を形成するのに使用してもよい。
【０４６６】
図示の第２の実施形態では、管１０３は、透明である。代替例では、管は、一部だけが透明であってもよい。
【０４６７】
図示の第２の実施形態では、金属端部キャップ１２０は、接着剤でガラス管１０３に結合されもよい。他の実施形態では、代替的なガラスと金属の結合技術、例えば溶接、鑞付けまたははんだ付けを用いてもよい。
【０４６８】
第１の実施形態と同様に、管１０３は、一方の端部に金属端部キャップ１２０を備える。代替例では、端部キャップ１２０は、他の材料でできもよい。いくつかの例では、端部キャップ１２０は、ガラスでできもよい。このことは、収集器アセンブリ１０２から伝導熱損失を減らすことができる。
収集器アセンブリ
【０４６９】
第２の実施形態では、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２は、伝熱要素１０４および伝熱要素１０４の１つの表面に載置してある光起電素子１０５の配列を含む。放射太陽エネルギーが光起電素子１０５上に入射することを可能にするために、光起電素子１０５の配列は、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１の作動中に入射する放射太陽エネルギーに曝される伝熱要素１０４の表面に載置される。これは通常、伝熱要素１０４の上表面である。
【０４７０】
いくつかの配置構成では、入射する放射性太陽エネルギーに曝露される伝熱要素１０４の表面は、上側表面でない場合がある。特に、これは、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２が、垂直なまたは実質的に垂直な平面内に位置した場合、あるいは、例えば、ミラーなどの光学系による方向転換後に、入射する放射性太陽エネルギーが、水平にまたは下から入射した場合にこれに該当する。したがって、本説明における、上側表面および後表面ならびに同様の方向性用語に対する参照は、太陽エネルギー収集器アセンブリが水平にある角度の平面内にあり、放射性太陽エネルギーが上から入射する図に示す状況を指すものとして理解されるべきである。
【０４７１】
第２の実施形態の図示した例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２は、伝熱要素１０４の円筒管１１９によって支持される。円筒管１１９は、以下でより詳細に説明するように、端キャップ１２０を通過し、熱交換アセンブリ１０６に入る。円筒管１１９が端キャップ１２０を通過する場合、円筒管１１９は、円筒管１１９を所定場所に保持する端キャップ１２０にはんだ付けされ、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２を支持する。
【０４７２】
代替的な例では、円筒管１１９を、他の方法で端キャップ１２０に固定することができる。一例では、円筒管１１９を、端キャップ１２０に溶接することができる。
【０４７３】
円筒管１１９を通した単一の物理的接続による太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の支持は、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２によって熱が入射太陽エネルギーから収集されうる効率を増加させることができる。円筒管１１９を通して単一の物理的接続によって太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２を支持させることは、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２から透明管の外の支持構造内への伝導性熱損失を低減することができる。
【０４７４】
第２の実施形態では、伝熱要素１０４は、略平坦な上側表面１０４ａを有する。光起電素子１０５のそれぞれは、正方形であり、伝熱要素１０４の幅は、それぞれの正方形光起電素子１０５の幅と同じである。５つの正方形光起電素子１０５が、伝熱要素１０４の長さに沿って互いに並んで搭載される。実質的に伝熱要素１０４の全上側面が、光起電素子１０５によって覆われる。伝熱要素１０４の上側表面１０４ａの大きな割合を光起電素子１０５で覆うことは、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１の効率を増加させる。
【０４７５】
一例では、正方形光起電素子１０５はそれぞれ、１２５ｍｍ×１２５ｍｍ平方でかつ０．２ｍｍ厚とすることができる。別の例では、正方形光起電素子１０５はそれぞれ、１５６ｍｍ×１５６ｍｍ平方とすることができる。他の例では、他のサイズまたは形状を有する光起電素子を使用することができる。
【０４７６】
光起電素子１０５は、第１の実施形態と同様に熱伝導性接着剤層１４９を使用して伝熱要素１０４の略平坦な上側表面１０４ａに接合される。この熱伝導性接着剤接合層１４９は、図１１に示される。接着剤接合層１４９は、電気絶縁性である。光起電素子１０５と伝熱要素１０４との間の接着剤接合層１４９は、薄くなるように配列される。これは、光起電素子１０５と伝熱要素１０４との間の熱伝導の程度を改善する場合がある。これは、光起電素子１０５にわたって横方向に熱転送レートを増加させる場合がある。所定のサイズの固体球を装填された接着剤材料は、接着剤接合層１４９を形成するために使用することができる。これは、薄い接着剤層１４９が一貫してかつ確実に形成されることを可能にすることができる。接着剤接合層１４９は、柔軟なまたは「許容範囲が広い(forgiving)」絶着剤材料で作られる。これは、組立てられた太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２内の応力を逃がし、光起電素子１０５に加えられるいずれの応力をも低減することができる。
【０４７７】
光起電素子１０５は、シリコンで形成された半導体光起電素子である。一実施形態では、光起電素子は、単結晶シリコンで形成される。一実施形態では、光起電素子は、アモルファスシリコンで形成される。一実施形態では、光起電素子は、多結晶シリコンまたはポリシリコンで形成される。他の実施形態では、代替のタイプの半導体光起電素子を使用することができる。
【０４７８】
前述のように、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１の動作時、光起電素子１０５は、伝熱要素１０４によって冷却される。この冷却は、光起電素子１０５の温度が、所望の値に維持されることを可能にする場合がある。
【０４７９】
この冷却は、光起電素子１０５内のホットスポットまたは領域の出現が低減されうるまたはなくされうる、また、光起電素子１０５の温度が均一な所望の値に維持されうるという利点を提供する場合がある。こうしたホットスポットまたは領域は、例えば、入射する太陽放射によって加熱することによって、光起電素子１０５内の不均一性または不具合によって、あるいは、これらの原因の組合せまたは相互作用によって生成される場合がある。
【０４８０】
こうしたホットスポットまたは領域は、光起電素子１０５の効率を減少させうる。光起電素子１０５内のホットスポットは、短期的には光起電素子１０５の効率を減少させる場合があり、また同様に、長期的には光起電素子１０５の性能を劣化させる場合があると思われる。前述のように、光起電素子１０５の効率は、温度が増加するにつれて減少する。短期的には、光起電素子内のホットスポットは、光起電素子の出力を減少させる場合がある。その理由は、ホットスポットを形成する材料が、光起電素子の残りの部分より高い温度であり、そのため、光起電素子の残りの部分に比較して減少した効率を有するためである。さらに、長期的には、光起電素子の性能の劣化はまた、ホットスポットにおいてより急速に起こる場合がある。その理由は、ホットスポットを形成する材料が、光起電素子の残りの部分より高い温度であるからである。
【０４８１】
したがって、光起電素子１０５をより均一な温度値に維持すること、および、ホットスポットまたは領域を低減することまたはなくすことは、特定の温度において光起電素子１０５の効率を改善する場合があり、また、高温によって引起される光起電素子１０５の劣化の量を低減する場合がある。
【０４８２】
これは、光起電素子１０５が、普通ならその温度になるよりも高い全体的温度で動作することを可能にする場合がある。これは、ホットスポットが光起電素子１０５内に存在する場合、光起電素子１０５の最大動作温度を全体として制限するのが、効率の温度誘起低下およびこれらのホットスポットの温度誘起劣化であるとすることができることを考慮することによって理解することができる。結果として、これらのホットスポットを低減することまたはなくすことは、光起電素子１０５の最大動作温度を全体として上げることを可能にする場合がある。
【０４８３】
第２の実施形態の図示した例は、円筒管１１９を通した単一の物理的接続によって支持される太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２を有する。他の例では、代替の支持配置構成を使用することができる。いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２は、２つの物理的接続であって、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２のそれぞれの端部に１つある、２つの物理的接続によって支持することができる。いくつかの例では、２つの物理的接続の一方は、円筒管を通したものとすることができる。一般に、物理的支持体の数を最小にして、物理的支持体を通した伝導による、太陽エネルギー収集器アセンブリからの熱の散逸を最小にすることが有利である。
【０４８４】
他の例では、伝熱要素１０４上に搭載される光起電素子１０５の数が異なる場合がある。他の例では、光起電素子１０５および伝熱要素１０４の相対的サイズが異なる場合がある。
【０４８５】
いくつかの例では、接着剤層１４９は、硬化後に非脆性のままであるエポキシ樹脂を含むことができる。
【０４８６】
他の例では、接着剤層１４９は、両面接着剤テープによって形成されることができる。
【０４８７】
伝熱要素
第２の実施形態による伝熱要素１０４は、図１１の切り欠き図で、また、図１２および図１３のそれぞれ横断面図および縦断面図でより詳細に示される。図１２の横断面は、図１１のラインＡ−Ａに沿って切り取られる。図１３の縦断面は、図１１のラインＢ−Ｂに沿って切り取られる。
【０４８８】
第２の実施形態では、伝熱要素１０４は、略矩形である。伝熱要素１０４は、そのエリアのほとんどにわたって平坦である平坦上側表面１０４ａおよび後表面１０４ｂを有し、また、伝熱要素１０４の一方の縁１０４ｃに沿って外に突出する部分１１０を有する。外に突出する部分１１０は、蒸気マニホルド１１１を含み画定する。動作時、伝熱要素１０４は、外に突出する部分１１０を担持する伝熱要素１０４の側部縁１０４ｃが伝熱要素１０４の対向する側部縁１０４ｄより高くなるように横方向に傾斜するように配列される。その理由は、以下で詳細に説明されるであろう。伝熱要素１０４の水平に対する傾斜角度は、小さいとすることができる。約５°の傾斜角度で十分である。所望される場合、大きな傾斜角度を使用することができる。９０°以内の傾斜角度を使用することができる。すなわち、伝熱要素１０４を、横方向に垂直に配列することができる。
【０４８９】
伝熱要素１０４は、上側シート１１４によって形成された上側表面１０４ａおよび後シート１１５によって形成された後表面１０４ｂを有する。中央シート１１６は、上側シート１１４と下側シート１１５との間に位置するため、伝熱要素１０４にわたって横方向に延在する流体流路１１７および１１８が、中央シート１１６と上側シート１１４および下側シート１１５のそれぞれとの間に画定される。流体流路１１７および１１８は、その長さに沿って傾斜する。示す例では、伝熱要素１０４が、横方向に傾斜し、結果として、伝熱要素１０４にわたって横方向に延在する流体流路１１７および１１８が、その長さに沿って傾斜することになる。
【０４９０】
図１４は、中央シート１１６の形状をより詳細に示す。図１４は、図１１のラインＢ−Ｂに沿う縦断面を示す。中央シート１１６は、伝熱要素１０４にわたって横方向に延在する隆起と窪みを有する波付き形状を持つように形成される。波付き中央シート１１６の断面形状は、ジグザグ形状であって、ピークおよび窪みを形成するジグザグの点が平坦化されている、ジグザグ形状として理解されうる。したがって、上側および下側の流体流路１１７および１１８はインタリーブされる。上側および下側の流体流路１１７および１１８は、平面配列で並んで配列され、上側流体流路１１７および下側流体流路１１８は交互に配列される。
【０４９１】
より特異的であるために、第２の実施形態の図示した例では、中央シート１１６は、伝熱要素１０４にわたって横方向に延在する折り畳み部によって接続された複数の平坦表面を備える。中央シート１１６は、第１の平面Ｃにおいて等間隔で配置された第１の同一平面上の表面１１６ａの第１のシリーズおよび第２の平面Ｄにおいて等間隔で配置された第２の同一平面上の表面１１６ｂの第２のシリーズを備え、第１および第２の同一平面上の表面１１６ａおよび１１６ｂのそれぞれは同じ幅を有し、第１および第２の同一平面上の表面１１６ａおよび１１６ｂの第１および第２のシリーズのそれぞれの連続する同一平面上の表面１１６ａまたは１１６ｂの間の分離は、同一平面上の表面１１６ａおよび１１６ｂの幅より大きい。第１および第２の平面ＣおよびＤは、平行でかつ離間する。同一平面上の表面の第１および第２のシリーズは、平面図で、すなわち、第１および第２の平面ＣおよびＤに垂直に見たとき、第１の同一平面上の表面１１６ａのそれぞれが、第２の同一平面上の表面１１６ｂの２つの間に等距離に位置するように配列される。また、その逆も同様である。第１および第２の同一平面上の表面１１６ａおよび１１６ｂは、第１の平行リンク表面１１６ｃの第１のシリーズおよび第２の平行リンク表面１１６ｄの第２のシリーズによって相互接続される。
【０４９２】
図１３に特に示すように、中央シート１１６は、第１の表面１１６ａが上側シート１１４の内側面に接触し、第２の表面１１６ｂが下側シート１１５の内側面に接触する状態で配列される。中央シート１１６の第１の表面１１６ａは、上側シート１１４に接合され、中央シート１１６の第２の表面１１６ｂは、下側シート１１５に接合される。したがって、上側、下側、および中央シート１１４、１１５、１１６は、３者の間に複数の台形断面の上側流体流路１１７および下側流体流路１１８を画定する。上側流体流路１１７は、上側シート１１４と中央シート１１６との間に画定される。下側流体流路１１８は、下側シート１１５と中央シート１１６との間に画定される。台形上側流体流路は、台形流路の２つの平行面の大きい方の平行面が上側シート１１４によって形成されるように配列される。
【０４９３】
伝熱要素１０４の縁は、上側シート１１４に接合される下側シート１１５の上屈曲部によって形成される。光起電素子１０５は、上側シート１１４に接合される。伝熱要素１０４の縁において、上側シート１１４は、下側シート１１５に直接接合され、中央シート１１６は、その縁において上側シート１１４と下側シート１１５との間に位置しない。
【０４９４】
いくつかの例では、中央シート１１６は、伝熱要素１０４の端部縁において上側シート１１４と下側シート１１５との間に少なくとも部分的に延在することができるため、上側シート１１４および下側シート１１５は共に、中央シート１１６に接合される。これは、上側シート１１４および下側シート１１５に対して中央シート１１６を位置付け固定するのを補助する場合がある。
【０４９５】
前述のように、伝熱要素１０４は、伝熱要素１０４の上側側部縁１０４ｃに沿って外に突出する部分１１０を有する。外に突出する部分１１０は、実質的に半円柱であり、下側シート１１５の外に突出する部分によって形成される。外に突出する部分１１０は、蒸気マニホルド１１１を画定する。流体流路１１７および１１８は、蒸気マニホルド１１１に接続する。中央シート１１６が、蒸気マニホルド１１１の幅のほとんどにわたって延在することが留意されるべきである。したがって、上側シート１１４と中央シート１１６との間で画定される上側流体流路１１７は、蒸気マニホルド１１１の上部に向かって蒸気マニホルド１１１に接続し、一方、下側シート１１５と中央シート１１６との間で画定される下側流体流路１１８は、蒸気マニホルド１１１の下部に向かって蒸気マニホルド１１１に接続する。上側および下側の流体流路１１７および１１８の全ては、蒸気マニホルド１１１によって相互接続される。
【０４９６】
外に突出する部分１１０に対向する伝熱要素１０４の下側側部縁１０４ｄでは、中央シート１１６の縁と、下側シート１１５の下屈曲部によって形成される伝熱要素１０４の側部縁１０４ｃとの間にギャップ１２３が存在する。このギャップ１２３は、流体流路１１７および１１８の異なる流体流路間に水が流れることを可能にする。ギャップ１２３は、伝熱要素１０４の側部縁１０４ｄに沿って延在し、上側および下側の流体流路１１７および１１８の全てを相互接続する流体マニホルド１２４を形成する。
【０４９７】
ガラス管１０３の開放端に隣接する伝熱要素１０４および端キャップ１２０の端において、伝熱要素１０４の長さのほとんどに延在する実質的に半円柱の外に突出する部分１１０は、突出する円柱管１１９に移行する。上側および下側シート１１４および１１５は、伝熱要素１０４がシールされるように、円柱管１１９にシールされる。円柱管１１９は、端キャップ１２を通過し、熱交換アセンブリ１０６に入る。円柱管１１９の中央ボアは、蒸気マニホルド１１１に接続され、以下で説明するように、伝熱要素１０４から熱交換アセンブリ１０６に熱エネルギーを運ぶように働く。
【０４９８】
円筒管１１９は、シールされた透明管１０３内で太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２を物理的に支持する。太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の他の物理的支持体は存在しない。これは、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２からの伝導性熱損失を低減する場合があり、それが、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１によって生成される有効熱エネルギーの量を増加させる場合がある。
【０４９９】
流体流路１１７および１１８は、作動流体として脱気された蒸留水１２１で少なくとも部分的に充填され、流体流路１１７および１１８、蒸気マニホルド１１１、ならびに管１１９を含む伝熱要素１０４の内部は、少なくとも部分的に排気される。すなわち、伝熱要素１０４の内部は、通常の大気圧未満の圧力である。伝熱要素１０４の内部は、１０−３ｍｂａｒの圧力の真空下とすることができる。伝熱要素１０４は、伝熱要素１０４の側部１０４ａは、水平に横方向に傾斜するように配列され、蒸気マニホルド１１１が位置する伝熱要素１０４の側部１０４ａは、伝熱要素１０４の対向側部１０４ｂより高くなるように配列される。
【０５００】
図示した第２の実施形態では、流体流路１１７および１１８内の水１２１の量は、下側流体流路１１８内の水１２１の上側表面１３２が、下側流体流路１１８が蒸気マニホルド１１１に接続する下側流体流路１１８の端と同じ高さになるようなものである。図示した第２の実施形態では、上側流体流路１１７および下側流体流路１１８内の水１２１の表面１３２の高さは実質的に同じである。したがって、図示した第２の実施形態では、下側流体流路１１８は液体水で充填され、一方、上側流体流路１１７は液体水で部分的に充填されるだけである。
【０５０１】
他の例では、水１２１の高さは、異なるとすることができる。いくつかの例では、下側流体流路１１８内の水１２１の上側表面１３２は、蒸気マニホルド１１１より下とすることができる。いくつかの例では、下側流体流路１１８内の水１２１の上側表面１３２は、蒸気マニホルド１１１の下部の上とすることができ、一部の水は、蒸気マニホルド１１１の下部に存在する。
【０５０２】
実際には、伝熱要素１０４は、下側流体流路１１８が蒸気マニホルド１１１に接触する点にまたはその点の近くに水１２２の上側表面１２２がある状態で最も効率的に動作することになる。伝熱要素１０４内の水の高さが高過ぎるため、水の上側表面１２２が蒸気マニホルド１１１内で高過ぎる場合、伝熱要素１０４の動作の効率は、以下でより詳細に論じるように減少する場合がある。
【０５０３】
上側流体流路１１７内の水１２１の上側表面１３２は、毛細管作用の結果として、下側流体流路１１８内より高い場合がある。任意の特定の例におけるこの毛細管作用の程度は、上側流体流路１１７の寸法に依存することになる。図示した第２の実施形態では、上側シート１１４の内側表面の一部、すなわち、上側流体流路１１７の一部を形成する表面は、水１２１の表面の上である。いくつかの例では、上側流体流路１１７は、上側流体流路１１７内の水１２１の上側表面１２３が毛細管作用によって上側流体流路１１７の端にあるように十分に小さな断面積を有することができる。
【０５０４】
第１の実施形態とは異なり、上側シート１１４の内側表面、すなわち、上側流体流路１１７の一部を形成する表面が、光起電素子１０５の最も上の部分の場所に対応する位置で水１２１の上側表面１３２より下になることが必要でないことが留意されるべきである。しかし、いくつかの実施形態では、これがそうである場合がある。
【０５０５】
第２の実施形態の動作時、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２が、入射する放射性太陽エネルギーに曝露されると、光起電素子１０５は、このエネルギーの一部を吸収し、吸収されたエネルギーの一部を電気エネルギーに変換する。吸収されたエネルギーの残りの部分は、熱エネルギーに変換され、光起電素子１０５の温度を上げる。吸収された熱エネルギーは、光起電素子１０５から伝熱要素１０４内に流れ、上側シート１１４を通って上側流体流路１１７の内部の水１２１に送られ、その水は、台形上側流体流路１１７の大きな平行面にわたって上側金属シート１１４の内側表面と接触状態になる。
【０５０６】
上側流体流路１１７の内部の液体水１２１は、光起電素子１０５から熱エネルギーを吸収し、上側シート１１４を通過し、蒸発し、図１５に示すように、蒸気または水蒸気の気泡１２２を生成する。液体水は、蒸発し、対流沸騰および核形成のいずれかまたは両方の結果として気泡を生成することができる。上側流体流路１１７の内部の１０−３ｍｂａｒの真空圧力では、水１２１は、約０°から沸騰するため、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１の通常動作温度で容易に蒸発する。
【０５０７】
水蒸気の気泡１２２は、液体水１２１より密でない。さらに、先に説明したように、上側流体流路１１７は、その長さに沿って傾斜する。したがって、この密度差の結果として、水蒸気気泡１２２は、上側流体流路１１７に沿って上に、伝熱要素１０４の上側側部縁１０４ｃおよび水１２１の表面に向かって移動する。水蒸気の気泡１２２が水１２１の表面に達すると、蒸気は、蒸気マニホルド１１１内の水１２１の上の真空内に放出される。さらに、気泡１２２が、流体流路１１７に沿って上に移動するため、気泡１２２は、液体水およびその上の任意の他の気泡１２２を、上側流体流路１１７に沿って上に駆動するピストンとして働くことになる。このピストン式駆動は、蒸気気泡１２２が上側流体流路１１７に沿って上に移動する速度を加速させる傾向がある場合がある。このピストン式駆動は、液体水を、上側流体流路１１７に沿って上に、液体水が上側流体流路１１７から蒸気マニホルド１１１内に吐出される上側流体流路１１７の端まで圧送するように働くことができる。上側シート１１４の内側表面の一部が水１２１の表面の上にある、図示した第２の実施形態では、上側流体流路１１７に沿う上への液体水のこの圧送は、水１２１の表面の上の上側シート１１４の内側表面の一部が、冷却されるように水の流れに接触することを保証する。
【０５０８】
気泡１２２によって生成されるピストン式駆動の量は、上側流体流路１１７の断面積と比較して、気泡１２２の相対的サイズに依存することになる。気泡１２２によって生成されるピストン式駆動の量は、上側流体流路１１７の断面積と比較して、気泡のサイズが比較的大きい場合に増加する場合がある。気泡１２２によって生成されるピストン式駆動は、水蒸気の気泡１２２のサイズが上側流体流路１１７の断面積に等しいかまたはそれよりほんのわずかだけ小さい例で特に有効である場合がある。
【０５０９】
実際には、個々の水蒸気気泡のサイズは変動することになる。しかし、可能性のある気泡の平均サイズおよび可能性のあるそのサイズの変動性は、任意の特定の場合に、ハイブリッド太陽エネルギー変換器で使用される動作パラメータに基づいて決定されうる。
【０５１０】
水表面における水蒸気の気泡のバーストおよび上側流体流路１１７の端から出る液体水の任意のピストン圧送は、液体水の液滴を生成し、これらの水滴の少なくとも一部を水表面の上の蒸気マニホルド１１１内の真空内に発射することができる。結果として、熱転送メカニズムは、液体水と水蒸気だけを含む２相系ではなく、液体水、水蒸気、および液体水の滴を含む多相系とすることができる。真空中におけるこうした水滴の存在および上側流体流路１１７の端から出る液体水の任意のピストン圧送は、真空に曝露される水の表面積を増加させることによって蒸発速度を高める場合がある。
【０５１１】
第１の実施形態と同様に、蒸気マニホルド１１１内の真空中の水蒸気は、非常に速い速度で、真空を通って蒸気マニホルド１１１に沿って、管１１９に沿って、熱交換アセンブリ１０６内に移動する。真空中での熱い水蒸気の移動速度は、非常に速く、水蒸気分子の熱速度に近い。熱交換アセンブリ１０６の内部で、水蒸気は、１次および２次の熱交換器１０７および１０８の一方の熱交換表面上で凝結する。凝結された水は、熱交換アセンブリ１０６を出て、管１１９を下り、蒸気マニホルド１１１の下部に沿って戻るように流れ、下側流体流路１１８内の水１２１内に戻る。上側流体流路１１７および蒸気マニホルド１１１内の熱い水蒸気のこの生成、および、蒸気マニホルド１１１から、水蒸気が凝結される熱交換アセンブリ１０６への熱い水蒸気のその後の移動、それに続く、凝結された水の戻りは、熱エネルギーを、熱転送素子１０４から、熱交換アセンブリ１０６内の作動流体に転送する。
【０５１２】
蒸発しない、蒸気マニホルド１１１内へ上側流体流路１１７から吐出される任意の液体水はまた、蒸気マニホルド１１１の下部に落ちることになり、下側流体流路１１８内の水１２１内に戻る。
【０５１３】
先に説明したように、上側および下側の流体流路１１７および１１８の全ては、ギャップ１２３によって形成される流体マニホルド１２４によって相互接続される。したがって、下側流体流路１１８のうちのどの下側流体流路１１８に、蒸気マニホルド１１１から戻る任意の液体水が入るかは重要でない。
【０５１４】
先の説明から明らかであるように、蒸気マニホルド１１１は、一般に、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１が動作するときに、水蒸気に加えて液体水を含む。しかし、先に同様に論じたように、伝熱要素１０４内の水の高さが高過ぎるため、水の上側表面１２２が蒸気マニホルド１１１内で高過ぎる場合、伝熱要素１０４の動作の効率は減少する場合がある。動作の効率のこの減少は、液体水の滴の移動および蒸発のための、水の表面上の蒸気マニホルド１１１内の空間が不十分であるために起こる場合がある。動作の効率のこの減少は、液体水の滴および波および液体水表面の上へのスプラッシングが、蒸気マニホルドの開口したまたは空気のない断面積を、いくつかの場所で、比較的小さな量までまたはさらにゼロまで減少させ、蒸気マニホルドを瞬間的に閉鎖させる場合がある。蒸気マニホルドマニホルドの開口したまたは空気のない断面積のこの減少は、蒸気マニホルド１１１内の真空中の水蒸気の移動に干渉する場合がある。
【０５１５】
水蒸気の気泡１２２は、液体水１２１に比較して水蒸気の密度が低いため、上側流体流路１１７内の液体水を通して上に移動する傾向があることになり、それが、それぞれの気泡１２２に関して上向き浮力をもたらすことになる。さらに、水蒸気の気泡１２２の動きは、特にピストン式駆動が起こる例では、上側流体流路１１７内で液体水１２１を上に駆動する傾向があることになる。結果として、水蒸気の気泡１２２は、上側および下側の流体流路１１７および１１８内の水１２１を循環させ、比較的熱い液体水および水蒸気の気泡１２２が上側流体流路１１７に沿って上に流れ、比較的冷たい液体水が下側流体流路１１８に沿って下に流れる。上側および下側の流体流路１１７および１１８は、先に説明したように、蒸気マニホルド１１１および流体マニホルド１２４によって相互接続される。したがって、上側流体流路１１７に沿って上に流れる比較的熱い液体水は、下側流体流路１１８からの比較的冷たい液体水によって連続して置換される。この循環は、水蒸気と液体水との間の密度の差によって主に駆動される。しかし、この循環はまた、熱サイフォンと同様な方法で、上側流体流路１１７内の比較的熱い液体水と下側流体流路１１８内の比較的冷たい液体水との間の密度の差の結果として対流によって駆動される場合がある。したがって、上側流体流路１１７は、ライザ流路と見なされ、一方、下側流体流路１１８は、シンカー流路または戻り流路とみなされることができる。
【０５１６】
水蒸気１２２の気泡が上側流体流路１１７に沿って上に移動するにつれて、気泡１２２に作用する圧力水頭が減少するため、気泡１２２が膨張する傾向がある。結果として、蒸気気泡１２２が圧壊し内破する傾向は、気泡１２２が上に移動するとき膨張の効果および圧力の減少によって低減される。この点を考慮すると、伝熱要素１０４が動作しているとき、気泡１２２は、確立された密度駆動式循環流体流内で形成され、液体水に対するそれ自身の浮力によって、気泡の移動に加えて、この流れによって上に運ばれることになることが思い出されるべきである。さらに、気泡１２２が上に移動するときの気泡１２２の膨張は、膨張する気泡１２２の浮力を増加させることによって、密度駆動式循環流の速度をさらに増加させることになると思われる。いくつかの例では、気泡が上に移動するときの気泡の膨張はまた、ピストン式駆動の程度を増加させる場合がある。
【０５１７】
この密度駆動式循環は、非常に有効な熱輸送メカニズムを形成する場合がある。その理由は、水が比較的高い蒸発エンタルピーを有するため、水蒸気の気泡１２２の動きは、上側流体流路１１７から出る比較的熱い水の動きおよび冷たい水によるその置換に加えて、大量の熱エネルギーを運ぶことができるからである。水蒸気気泡による液体水の流れのピストン式駆動が起こる配置構成では、熱輸送メカニズムの有効性は、ピストン式駆動によって引起される液体水の流量の増加によってさらに増加する場合がある。このピストン式駆動は、密度駆動式循環を生成する全体的密度駆動の構成要素である。ピストン式駆動は、液体水と水蒸気の気泡との間の密度差によって引起される。
【０５１８】
一般に、伝熱要素１０４の上側シート１１４の温度が上がるにつれて、密度駆動式循環の速度が増加し、熱輸送メカニズムの有効性が増加する。
【０５１９】
流体流路１１７および１１８内の水１２１の密度駆動式循環は、蒸気駆動式循環流または回転流である。
【０５２０】
流体流路１１７および１１８内の水１２１の密度駆動式循環は、流体流路１１７および１１８内の水１２１が沸騰状態に入るように伝熱要素１０４の上側シート１１４の温度が十分に高くなるときに、特に活発になり、また、熱輸送メカニズムとして特に有効になる。熱輸送メカニズムの有効性は、水１２１の沸騰が始まると著しく増加する。一般に、システムの他のパラメータが一定のままであるとき、沸騰状態に入ることは、伝熱要素１０４の上側シート１１４の温度が特定の温度に達するときに起こることになる。
【０５２１】
水１２１を使用する図示した例では、流体流路１１７および１１８内の水１２１は、約４０°の温度で沸騰状態に入る場合がある。
【０５２２】
伝熱要素１０４にわたった横方向に延在する流体流路１１７の配置構成は、伝熱要素１０４内の液体水の垂直高さが、伝熱要素の長さに沿って密度駆動式流れが延在する実施形態に比較して減少することを可能にし、そのため、伝熱要素１０４の下部の液体水に作用する圧力水頭を低減することができる。一般に、圧力の増加は、蒸気が蒸発する傾向を減少させ、そのため、液体の沸点を増加させる。したがって、伝熱要素１０４の下部の液体水に作用する圧力水頭を低減することは、上側流体流路１１７の下側端に向かう液体水１２１が蒸発し気泡１２２を生成する傾向を増加させ、そのため、伝熱要素１０４の効率および有効性を増加させる場合がある。
【０５２３】
より詳細には、伝熱要素１０４の下部の液体水に作用する圧力水頭の低減は、圧力差のせいで液体水が蒸発する傾向のいずれの差をも低減することによって、上側流体流路の長さに沿う、上側流体流路の上部端と下部端との間のいずれの温度差をも減少させることができる。これは、伝熱要素１０４上の異なる点の間の温度差を減少させ、光起電素子１０５内でのホットスポットの形成を低減または回避するのを補助することができる。
【０５２４】
一般に、光起電素子１０５内でのホットスポットの形成は、光起電素子１０５内での電気エネルギー生成の効率の減少をもたらす場合があり、その効率の減少は永続的である場合がある。
【０５２５】
伝熱要素１０４にわたって横方向に延在し、伝熱要素１０４に沿って縦方向に延在する蒸気マニホルド１１１によって相互接続される上側流体流路１１７の配置構成は、より高い温度を有する任意の上側流体流路１１７から離れる、伝熱要素１０４に沿う熱エネルギーの非常に急速な流れを可能にする場合がある。これは、伝熱要素１０４上の異なる点の間の温度差を減少させ、光起電素子１０５内でのホットスポットの形成を低減または回避することができる。
【０５２６】
蒸気マニホルド１１１に沿う水蒸気の動き、ならびに、伝熱要素１０４の縦方向にまた伝熱要素１０４の長さを横断してそれぞれ作用する上側流体流路１１７のそれぞれに沿う液体水および水蒸気の密度駆動式流れの２つの別個の熱輸送メカニズムを設けることは、伝熱要素の全上側表面にわたって温度を均等化する傾向があり、したがって、光起電素子１０５にわたって温度を均等化し、ホットスポットの形成を低減または回避する傾向がある場合がある。
【０５２７】
蒸気マニホルド１１１に沿う水蒸気の動きは、水の蒸発および凝結によって、比較的熱い場所から比較的冷たい場所へ熱エネルギーを移動させる傾向がある非常に急速な熱輸送メカニズムを提供する。結果として、蒸気マニホルド１１１に沿う水蒸気の移動は、伝熱要素１０４から、特に伝熱要素１０４の上側表面１０４ａから、熱交換アセンブリ１０６へ熱エネルギーを輸送することに加えて、伝熱要素１０４に沿う異なる点における液体水表面の温度を均等化にする傾向がある場合がある。この温度均等化は、伝熱要素１０４の上側表面１０４ａのより熱い部分からより多くの熱エネルギーを取除き、そのため、上側表面１０４ａにわたる温度を均等化する傾向があるという効果をもたらす場合がある。こうした等温冷却は、例えば上側表面１０４ａに取付けられた任意の光起電素子内でのホットスポットの形成を低減または回避する傾向があることになることが明らかである。
【０５２８】
伝熱要素１０４の下側シート１１５は、下側表面１０４ｂの平坦部と、外に突出する部分１１０の半円柱表面との間に延在する複数の中空隆起１２５を有する。それぞれの中空隆起１２５は、「Ｖ」形状を有し、中空隆起１２５は、伝熱要素１０４の長さに沿って一定間隔で離間して位置する。図１６は、図１１のラインＣ−Ｃに沿って切り取られた伝熱要素１０４の横断面を示す。図１１のラインＣ−Ｃは、図１１のラインＡ−Ａに平行であるが、中空隆起１２５のうちの１つの中空隆起１２５を通過する。中空隆起１２５は、外に突出する部分１１０用の支持体として働き、控え壁として働き、外に突出する部分１１０を形成する下側シート１１５の湾曲部を、下側金属シート１１５の平坦部および伝熱要素１０４の他の部分に対して固定して維持するのに役立つ。
【０５２９】
中空隆起１２５はまた、以下でより詳細に説明されるように、蒸気マニホルド１１１から下側流体流路１１８内に液体水を戻すドレインとして働く。
【０５３０】
先に説明したように、蒸気マニホルド１１１は、半円柱であり、下側シート１１５の湾曲部によって形成される半円柱の外に突出する部分１１０によって画定される。さらに、先に説明したように、伝熱要素１０４は、外に突出する部分１１０を担持する伝熱要素１０４の側部縁１０４ｃが伝熱要素１０４の他の側部縁１０４ｄより高くなるように横方向に傾斜する。その結果、伝熱要素１０４の横方向傾斜角度に応じて、下側流体流路１１８が蒸気マニホルド１１１に接続する下側流体流路１１８の端の下に位置する蒸気マニホルド１１１の部分が存在する場合がある、または、存在しない場合がある。
【０５３１】
図１７Ａおよび図１７Ｂは、説明図であり、それぞれが、図１２に示す図に対応する伝熱要素１０４の横断面図を示す。図１７Ａは、水平に比較的大きな角度で傾斜した伝熱要素１０４を示し、一方、図１７Ｂは、水平に比較的小さな角度で傾斜した伝熱要素１０４を示す。
【０５３２】
伝熱要素が、図１７Ａに示すように、水平に比較的小さな角度で傾斜するとき、下側流体流路１１８は、蒸気マニホルド１１１を画定する下側シート１１５の半円柱の外に突出する部分１１０の下側点で蒸気マニホルド１１１に接続する。この位置で、蒸気マニホルド１１１内の全ての液体水は、下側流体流路１１８内に直接排出されることになる。対照的に、伝熱要素１０４が、図１７Ｂに示すように、水平に比較的大きな角度で傾斜するとき、蒸気マニホルド１１１を画定する下側シート１１５の半円柱の外に突出する部分１１０の部分は、下側流体流路１１８が蒸気マニホルドに接続する点の下に位置する。この位置で、中空隆起１２５がない状態で、蒸気マニホルド１１１内の一部の液体水、特に、水平ライン１２６の下の液体水は、蒸気マニホルド１１１内に保持され、下側流体流路１１８内に排出されない。
【０５３３】
中空隆起１２５は、下側流体流路１１８に戻るための蒸気マニホルド１１１内の液体水用のドレイン経路を形成し、そのため、普通なら起こることになる、蒸気マニホルド１１１内での液体水のリザーバの保持を防止する。
【０５３４】
前述のように、熱輸送アセンブリ１０４は、蒸気マニホルド１１１内の液体水と共に動作しうる。しかし、中空隆起１２５がない状態では、蒸気マニホルド１１１内に保持される任意の液体水のリザーバの存在およびサイズは、伝熱要素１０４の、水平に対する傾斜角度に応じて変動することになり、異なる傾斜角度における流体流路１１７および１１８内の液体水の高さについての、結果として得られる変化は、ある傾斜角度における伝熱要素１０４の動作に悪い影響を及ぼし、そのため、伝熱要素１０４が使用されうる傾斜角度の範囲を制限することができる。
【０５３５】
したがって、中空隆起１２５は、伝熱要素１０４が使用されうる傾斜角度の範囲を拡張することができる。
【０５３６】
任意の特定の設計における伝熱要素１０４の異なる部分の幾何形状に応じて、中空隆起１２５が使用されるときでも、伝熱要素１０４の動作に悪い影響を及ぼす蒸気マニホルド１１１内の液体水の保持がない状態で、伝熱要素１０４が動作しうる最小傾斜角度が依然として存在する場合がある。
【０５３７】
第２の実施形態の図示した例では、中空隆起１２５は、外に突出する部分１１０用の支持体として働き、同様に、蒸気マニホルド１１１から下側流体流路１１８内へ液体水を戻すドレインとして働く。いくつかの例では、これらの機能を、別個の専用構造によって実施することができる。
【０５３８】
中央シート１１６の波付き形状、ならびに、中央シート１１６のリンク表面１１６ｃおよび１１６ｄが上側および下側シート１１４および１１５に相互接続するような、上側シート１１４および下側シート１１５への中央シート１１６の第１および第２の表面１１６ａおよび１１６ｂの接合は、伝熱要素１０４の強度および剛性を増加させる。これは、伝熱要素１０４をより剛性のある構造にすることができる。これは、使用時の伝熱要素１０４の撓み量を減少させる傾向がある場合がある。これは、光起電素子１０５に加えられる機械的応力の量を低減することによって、光起電素子１０５に対する損傷を防止することができる。これは、上側の、下側の、および／または中央の金属シートが薄くなることを可能にし、重量およびコストを低減することができる。これは、上側金属シート１１４が薄くなることを可能にし、光起電素子１０５から、上側流体流路１１７内の液体水内への熱の転送を改善することができる。
【０５３９】
伝熱要素１０４は、実質的に剛性がある構造である。これは、上側シートおよび下側シート１１４および１１５などの、伝熱要素１０４のコンポーネントの撓みによって水１２１の上側表面１３２の高さの変化を最小にすることができる。水１２１の上側表面１３２の高さのこうした変化は光起電素子１０５の冷却の効率に影響を及ぼす場合がある。
【０５４０】
先に説明したように、伝熱要素１０４の内部は排気され、伝熱要素１０４は、排気済み管１０３内に位置する。通常、伝熱要素１０４および排気済み管１０３は、同じ圧力まで排気される。上述した第２の実施形態の図示した例では、この圧力は１０−３ｍｂａｒとすることができる。
【０５４１】
伝熱要素１０４内の水が加熱されると、蒸気相の水の割合が増加し、液体相の割合が減少することになる。結果として、伝熱要素１０４内の圧力は増加することになり、伝熱要素１０４の内部と外部との間に圧力差を生成する。この圧力差は、上側および下側の金属シート１１４および１１５を「膨れさせる(balloon)」または外に屈曲させることができる。中央金属シート１１６のリンク表面１１６ｃおよび１１６ｄによる上側および下側の金属シート１１４および１１５の相互接続は、上側および下側の金属シート１１４および１１５のこうした膨れに抗し、膨れを低減または防止することができる。中央金属シート１１６のリンク表面１１６ｃおよび１１６ｄが真っすぐになるように配列することは、膨れに対する耐性を増加させる場合がある。膨れを低減または防止することは、光起電素子１０５に加えられる機械的応力の量を低減することによって、光起電素子１０５に対する損傷を防止することができる。これは、上側金属シートが薄くなることを可能にし、重量およびコストを低減することができる、かつ／または、光起電素子１０５から上側流体流路１１７内の液体水内への熱の転送を改善することができる。
【０５４２】
第２の実施形態による熱転送素子１０４の動作についての先の説明は、光起電素子１０５から上側金属シート１１４を通って、上側流体流路１１７内の水内への熱エネルギーの転送を述べる。さらに、第１の表面１１６ａに接合された上側金属シート１１４の領域では、一部の熱エネルギーは、上側金属シート１１４および中央金属シート１１６を通過して、下側流体流路１１８内の水に入る。熱エネルギーのこの転送は光起電素子１０５を冷却することになるが、下側流体流路１１８内の水の加熱は、一般に、望ましくない。その理由は、その水の加熱が、上述した上側流体流路１１７内の水の加熱によって生成される水の密度駆動式循環を妨害し、遅延させる傾向があることになるからである。したがって、第１の表面１１６ａと上側金属シート１１４との間の接触面積が、必要とされる強度の信頼性のある接合を形成するのに十分に大きいと仮定して、上側金属シート１１４と接触状態にある中央金属シート１１６の第１の表面１１６ａのサイズができる限り小さくなることが好ましい。
【０５４３】
第１の実施形態とは異なり、第２の実施形態による伝熱要素１０４が、その縦軸に沿って水平に傾斜することは必要でない。換言すれば、第１の実施形態とは異なり、熱交換アセンブリ１０６に隣接する伝熱要素１０４の端が、熱交換アセンブリ１０６から離れた伝熱要素１０４の端より高いことは必要でない。
【０５４４】
示す第２の実施形態では、伝熱要素１０４は、その縦軸に沿って水平に配列される。すなわち、熱交換アセンブリ１０６に隣接する伝熱要素１０４の端は、熱交換アセンブリ１０６から離れた伝熱要素１０４の端と同じ高さであるべきである。しかし、実際には、水平からのある程度の偏移が、伝熱要素１０４の動作に著しい影響を及ぼすことなく許容されることができる。こうした水平からの偏移は、伝熱要素１０４の長さに沿う異なる位置における伝熱要素１０４の構造に対する伝熱要素１０４の構造に対する液体水表面の高さの差をもたらすことになる。先に説明したように、液体水表面の高さは変動する場合がある。したがって、水平からの小さな偏移によって引起される高さの小さな差が対処される場合がある。
【０５４５】
いくつかの例では、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１は、熱交換器アセンブリ１０６の管１１９および内部通路が、熱交換器アセンブリ１０６から下に伝熱要素１０４に向かって水平にある角度で傾斜して、１次および２次の熱交換器１０８および１０９から、伝熱要素１０４の蒸気マニホルド１１１への凝結された液体水の戻り流れを補助するように配列することができる。
【０５４６】
示す例では、上側シートおよび下側シート１１４および１１５のそれぞれは、窪んだ形状を有する。この窪んだ形状は、図１８Ａおよび図１８Ｂにより詳細に示される。図１８Ａは、上側シート１１４の一部の上からの平面図を示す。図１８Ｂは、図１８ＡのラインＤ−Ｄに沿って上側シート１１４を通る断面を示す。
【０５４７】
図１８Ａに示すように、複数の窪み１２７は、上側シート１１４内の伝熱要素１０４の平坦上側表面１０４ａ内に形成される。窪み１２７は、規則的な２次元正方形配列を形成するために真っすぐな行および列で形成され、離間して、窪み１２７の各列の間に平坦ストリップ１２８を残す。
【０５４８】
各窪み１２７は、円形内周１２７ｂおよび正方形外周１２７ｃを有するループ状凹所１２７ａを備える。正方形外周１２７ｃは、丸みのある角１２７ｄを有する。円形内周１２７ｂ内で、円形領域１２７ｅは、ループ状凹所１２７に対して持上げられる。円形領域１２７ｅは、窪み１２７の外の上側シート１１５の平坦ストリップの表面１０４ａと同じ高さである。
【０５４９】
平坦ストリップ１２８は、上側シート１１４にわたって横方向に延在し、中央シート１１６の第１の同一平面上の表面１１６ａの幅と同じ幅を有する。平坦ストリップ１２８は、中央シート１１６の第１の表面１１６ａと接合するための平坦領域を提供する。平坦ストリップ１２８は、第１の表面１１６ａと上側シート１１４との間で確実でかつ強力な接合が行われることを可能にすることができる。平坦ストリップ１２８は、隣接する上側流体流路１１７間に良好なシールが形成されることを可能にすることができる。
【０５５０】
複数の窪み１２９は、下側シート１１５内に形成される。窪み１２９は、規則的な２次元正方形配列を形成するために真っすぐな行および列で形成され、離間して、窪み１２７の各列の間に平坦ストリップ１２８を残す。下側シート１１５内の窪み１２９は、上側シート１１４内の窪みと同じである。平坦ストリップ１２８は、上側金属シート１１４にわたって横方向に延在し、第１および第２の同一平面上の表面１１６ａおよび１１６ｂと同じ幅を有する。平坦ストリップ１３０は、中央シート１１６の第２の表面１１６ｂと接合するための平坦領域を提供する。平坦ストリップ１３０は、第２の表面１１６ｂと下側シート１１５との間で確実でかつ強力な接合が行われることを可能にすることができる。
【０５５１】
本発明の第２の実施形態の図示した例では、上側シート１１４内の窪み１２７と下側シート１１５内の窪み１３０は共に、下向き凹所によって形成される。したがって、上側シート１１４内の窪み１２７は、伝熱要素１０４に入るように延在する凹所を有し、一方、下側シート１１５内の窪み１３０は伝熱要素１０４から出るように延在する凹所を有する。他の例では、窪み１２７および１３０を、上に延在する凹所または反対方向に延在する凹所によって形成することができる。
【０５５２】
下側金属シート１１５上の窪み１３０の配列は、下側シート１１５の平坦部にわたって延在するが、外に突出する部分１１０の半円柱表面に入るように延在しない。さらに、下側金属シート１１５上の窪み１３０の配列は、中空隆起１２５の場所における配列から省略された窪みを有する。
【０５５３】
窪み１２７および１３０は、上側シートおよび下側シート１１４および１１５の剛性を増加させることができる。これは、使用時の伝熱要素１０４の撓み量を減少させる傾向がある場合がある。これは、光起電素子１０５に加えられる機械的応力の量を低減することによって、光起電素子１０５に対する損傷を防止することができる。これは、上側の、下側の、および／または中央の金属シートが薄くなることを可能にし、重量およびコストを低減することができる。これは、上側金属シート１１４が薄くなることを可能にし、光起電素子１０５から、上側流体流路１１７内の液体水内への熱の転送を改善することができる。
【０５５４】
窪み１２７の表面は、水蒸気気泡１２２の形成のためのさらなる核形成部位を提供することができる。
【０５５５】
光起電素子１０５を伝熱要素１０４に取付けるために接着剤が使用される例では、伝熱要素１０４の平坦上側表面１０４ａ上の窪み１２７は、接着剤用のリザーバを提供することができる。これは、光起電素子１０５のより確実な取付けを可能にすることができる。これは、接着剤の薄い層が使用されることを可能にし、光起電素子１０５から上側流体流路１１７内の液体水内への熱の転送を改善することができる。
【０５５６】
前述のように、伝熱要素１０４は、窪んだ形状を有する上側シート１１４によって形成される平坦上側表面１０４ａを有する。さらに、上側シート１１４は、その上側表面１０４ａにわたって延在する２つの縦凹所１２９を有し、２つの縦凹所１２９は、伝熱要素１０４の上側表面１０４ａに沿って延在する２つの平行窪みを形成する。図１９は、これらの凹所１２９のうちの１つを示す。電気伝導性リボンまたはワイヤ１３０は、伝熱要素１０４と光起電素子１０５との間で縦方向凹所に沿って延在する。ワイヤ１３０は、光起電素子１０５およびキャップ１２を通過する導体２１に電気接続されて、光起電素子１０５によって生成される電力を、シールされた透明管１０３から運ぶための伝導性経路を提供する。この電力は、電圧変換のためのおよび／または家庭用または主電気システムに供給するために交流に変換するためのインバータに供給されることができる。
【０５５７】
光起電素子１０５を伝熱要素１０４に取付けるために接着剤が使用される例では、電気絶縁性接着剤が使用されて、電気伝導性リボンまたはワイヤ１３０を、光起電素子１０５および伝熱要素１０４の上側表面１０４ａから電気絶縁しうる。電気絶縁性接着剤が、同様に使用されて、光起電素子１０５を、伝熱要素１０４の上側表面１０４ａから電気絶縁しうる。
【０５５８】
第２の実施形態では、縦凹所１２９は、流体流路１１７および１１８に垂直に延在する。したがって、中央金属シート１１６の第１の表面１１６ａのそれぞれは、縦凹所１２９を受取るための２つの凹所を有する。
【０５５９】
第２の実施形態の図示した例では、各窪み１２７は、円形内周１２７ｂおよび正方形外周１２７ｃを有するループ状凹所を備え、円形領域１２７ｅは、窪み１２７の外の上側金属シート１１５の平坦ストリップの表面１０４ａと同じ高さにある。いくつかの例では、円形領域１２７ｅは、窪み１２７の外の上側金属シート１１５の平坦ストリップの表面１０４ａと同じ高さない場合がある。他の例では、異なる窪み形状および／または形状を使用することができる。いくつかの例では、周囲は異なる形状を有する場合がある。いくつかの例では、円形領域１２７ｅは、窪み１２７の外の上側金属シート１１５の平坦ストリップの表面１０４ａと同じ高さない場合がある。いくつかの例では、窪みは、相対的に持上げられた内側領域を囲む、窪んだ外側領域ではなく、窪んだ領域を備えることができるだけである。
【０５６０】
第２の実施形態の図示した例では、０．２ｍｍ厚の錫被覆マイルド鋼シートが使用されて、伝熱要素の異なるシートを形成する。代替の例では、他の厚さを使用することができる。特に、０．１ｍｍ厚錫被覆マイルド鋼シートを使用することができる。より薄い上側金属シートの使用は、光起電素子から、上側流体流路の内部の水への熱エネルギー転送レートを改善する場合がある。他の例では、異なるシートは、異なる厚さを有する場合がある。
【０５６１】
第２の実施形態の図示した例では、上側シート１１４と平行下側シート１１５との間の間隔は、縦凹所１２９の場所で１．８ｍｍである。したがって、縦凹所１２９の場所における流体流路１１７および１１８の厚さは、中央シートの厚さが０．２ｍｍであるため、１．６ｍｍである。
【０５６２】
マイルド鋼の使用は、シリコンおよびマイルド鋼の熱膨張係数が類似するため、シリコン半導体光起電素子１０５および伝熱要素１０４の熱膨張の差によって生じる問題を回避または低減することができる。
【０５６３】
伝熱要素を形成するために使用されるシートは、加圧によって成形することができる。
【０５６４】
他の例では、異なる材料を使用することができる。特に、銅または真鍮などの他の金属または金属合金のシートを使用することができる。他の例では、上側、下側、および／または仕切りシートを、金属でない材料から形成することができる。他の例では、上側シート内に開口が存在する場合があり、その開口は、上側流体流路の内部の水が、光起電素子の後表面に直接接触して、熱転送を最大にすることを可能にする。こうした例では、上側シートを形成するために使用される厚さまたは材料は、熱伝導率を考慮する必要なしで選択されうる。
【０５６５】
本発明の第２の実施形態では、錫被覆によって生じる上側シート１１４の表面の粗化は、核形成部位を提供することができ、液体水１２１が、蒸発し、水蒸気の気泡１２２を形成する傾向を増加させる。本発明の第２の実施形態では、錫被覆によって生じる中央シート１１６の表面の粗化は、核形成部位を提供することができ、液体水１２１が、蒸発し、水蒸気の気泡１２２を形成する傾向を増加させる。
【０５６６】
いくつかの例では、他の被覆が、上側シート１１４に添加されて、核形成および水蒸気の気泡の形成を促進または増加させることができる。いくつかの例では、これらの被覆は、金属またはプラスチックとすることができる。いくつかの例では、これらの被覆は、ＰＴＦＥとすることができる。
【０５６７】
第２の実施形態の図示した例では、異なるシートが共にはんだ付けされる。代替の実施形態では、異なる接合技法を使用することができる。いくつかの例では、異なるシートを、スポット溶接、ローラ溶接、または接着剤を含む技法によって接合することができる。
【０５６８】
第２の実施形態の図示した例では、上側シートおよび下側シート１１４および１１５の内側面ならびに中央金属シート１１６の両方の面は、はんだ層によって被覆される。示す例では、はんだ層は、２〜６ミクロン厚である。他の例は、異なる厚さを有することができる。
【０５６９】
上側シートおよび下側シート１１４および１１５の縁は、その後、共にはんだ付けされて、両者の間に気密シールを形成し、上側シートおよび下側シート１１４および１１５と管１１９との間の気密シールを形成する。先に説明したように、中央金属シート１１６は、上側金属シート１１４と下側金属シート１１５との間でそれらの縁に位置しない。
【０５７０】
伝熱要素１０４は、その後、上側の、下側の、および中央のシート１１４、１１５、１１６上ではんだ層をリフローするのに十分に高い温度にオーブン内で加熱され、同時に排気される。
【０５７１】
この製造プロシージャは、中央シート１１６と上側シートおよび下側シート１１４および１１５との間の良好なはんだ接合を保証することができる。この製造プロシージャは、金属シートおよびはんだによるガス放出が起こるときに、高温で伝熱要素１０４を排気することによって、よりよい真空レベルが伝熱要素１０４内で達成されることを可能にする場合がある。
【０５７２】
はんだは、上側および中央のシート１１４および１１６の表面を微視的に粗化することができる。これは、核形成部位を提供することができ、液体水１２１が、蒸発し、水蒸気の気泡１２２を形成する傾向を増加させる。
【０５７３】
他の例では、はんだ層は、上側または下側シート１１４および１１５に接触する中央金属シートの部分上でだけ中央シート１１６上に形成される。図１３および図１４の比較から理解されるように、これは、第１および第２の表面１１６ａおよび１１６ｂの接触面であることになる。同様に、いくつかの例では、はんだ層は、他のシートのうちの１つのシートに接触することになる表面の部分上でだけ上側シート１１４および下側シート１１５の表面上に形成される。はんだの量を減少させることは、コストを低減することができる。
【０５７４】
一例では、上側シート１１４は、その全表面にわたってはんだで被覆され、一方、中央シート１１６および下側シート１１５は、他のシートのうちの１つのシートに接触することになる表面の部分上でだけ、はんだで被覆される。これは、使用されるはんだの総量を減少させながら、はんだ層が、上側シート１１４の表面上に核形成部位を提供し、上側流体流路の部分を形成することを可能にすることができる。
【０５７５】
先に説明したように、第２の実施形態の図示した例では、伝熱要素１０４を通る水蒸気および液体水の流れは、伝熱要素１０４の冷却される上側表面を、動作中、一様な動作温度に維持する傾向がある。すなわち、伝熱要素１０４の冷却された上側表面は等温に維持される傾向がある。伝熱要素１０４の冷却される上側表面の等温の性質は、光起電素子１０５の等温冷却を生じる傾向があり、光起電素子１０５のより熱い部分は、優先的に冷却される傾向があるため、光起電素子１０５自体が等温になる傾向がある。
【０５７６】
こうした等温冷却は、冷却によって提供される利点以外のさらなる利点を提供する。等温冷却は、入射する太陽放射によって加熱することによって生成される光起電素子１０５のホットスポットまたは領域の出現が低減されるかまたはなくされうるという利点を提供する場合がある。こうしたホットスポットまたは領域は、光起電素子１０５の効率を減少させうる。
【０５７７】
等温冷却は、異なる温度にある光起電素子１０５の異なる部分の性能の差を補償するためのどのような要件も減少させるかまたはなくすことによって、光起電素子１０５の制御および配線配置構成を簡略化することができる。
【０５７８】
等温冷却は、光起電素子１０５内のホットスポットまたは領域の形成を低減または防止しうる傾向がある。先に説明したように、これは、光起電素子１０５の効率が特定の温度で改善されることを可能にすることができる。さらに、これは、高温によって引起される光起電素子１０５の劣化の量を低減することができる。
【０５７９】
なおさらに、これは、光起電素子１０５が、普通ならその温度になるよりも高温において所与の程度の効率で動作することを可能にする場合がある。これは、光起電素子１０５が電気エネルギーを生成する効率を減少させることなく、光起電素子１０５を含む太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２が高温で動作することを可能にする場合がある。
【０５８０】
等温冷却のこの効果の一例は、電気エネルギー生成の効率が、一般に、２５℃を超える温度増加の摂氏１度ごとに約０．３５％〜０．５％だけ低下するという、シリコン光起電素子について先に引用した一般的な図が、等温冷却されるシリコン光起電素子に当てはまらない場合があることである。ホットスポットをなくされるかまたは低減されたこうした等温冷却されたシリコン光起電素子は、電気エネルギー生成の効率が低下し始める高い閾値温度を有する場合がある、かつ／または、閾値温度を超える温度増加の摂氏１度ごとに、効率の減少した減少レートを有する場合がある。さらに、シリコン光起電素子の永久的な劣化のリスクが存在する温度もまた、等温冷却されたシリコン光起電素子の場合、増加する場合がある。同様な効果は、他の半導体材料で形成される光起電素子において見出すことができる。
【０５８１】
いくつかの例では、熱伝導性材料の１つまたは複数の層は、上側シート１１４と光起電素子１０５との間に位置することができる。熱伝導性材料のこうした層は、光起電素子１０５と上側シート１１４との間の熱転送レート、したがって、光起電素子１０５と上側流体流路１１７内の液体との間の熱転送レートを増加させる場合がある。熱伝導性材料のこうした層はまた、光起電素子１０５を横方向に横切る熱転送レートを増加させる場合がある。
【０５８２】
したがって、熱伝導性材料の層を設けることは、等温冷却の程度を増加させ、さらに、光起電素子１０５内でのホットスポットまたは領域の形成を低減するかまたはなくす傾向がある。
【０５８３】
熱交換アセンブリ
第２の実施形態の熱交換アセンブリ１０６は、第１の実施形態の熱交換アセンブリと本質的に同じとすることができる。先に説明したように、第２の実施形態では、熱交換アセンブリ１０６は、熱転送制御弁１０９によって分離された１次熱交換器１０７および２次熱交換器１０８を含む。これらは、第１の実施形態による、熱転送制御弁９によって分離された１次熱交換器７および２次熱交換器８を含む熱交換アセンブリ６と同様であり、熱交換アセンブリ６と同様に動作する。
【０５８４】
第２の実施形態の図示した例では、熱転送制御弁１０９のトリガ温度は、予め決定されている。いくつかの例では、トリガトリガ温度は、ハイブリッド太陽エネルギー変換器の使用時あるいは設置または製造時に設定可能とすることができる。いくつかの例では、トリガ温度は、加熱される水についての意図される最高水温に応じて異なる値に設定可能とすることができる。特に、いくつかの例では、トリガ温度は、ハイブリッド太陽エネルギー変換器が、家庭用熱水システム用の水を加熱するために使用されるとき、６５℃に設定可能とすることができ、ハイブリッド太陽エネルギー変換器が、工業用熱水システム用の水を加熱するために使用されるとき、１３５℃に設定可能とすることができる。
【０５８５】
いくつかの例では、熱転送制御弁のトリガ温度を、光起電素子１０５による電気エネルギーの生成を最大にするために選択することができる。いくつかの例では、トリガ温度値を、第１の作動流体に転送される熱エネルギーの量を増加させるために選択することができる。いくつかの例では、トリガ温度を、光起電素子１０５によって生成される電気エネルギーの量と第１の作動流体に転送される電気エネルギーの量の両方を考慮して、エネルギーの全体的生成を最適化するために選択することができる。いくつかの例では、最適化は、エネルギーの総合的な生成を最大化することができる。いくつかの例では、エネルギーの最適な全体的生成は、生成されるエネルギーの総合的量を単に最大化するのではなく、異なるタイプのエネルギーについての相対的需要またはそれの価値を考慮することができる。
【０５８６】
先に説明したように、等温冷却は、光起電素子１０５内でのホットスポットまたは領域の形成を低減または防止する傾向がある。これは、光起電素子１０５が電気エネルギーを生成する効率を減少させることなく、光起電素子１０５を含む太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２が高温で動作することを可能にする場合がある。これは、収集器アセンブリの温度が、増加されて、光起電素子１０５が電気エネルギーを生成する効率を温度増加が減少させることなく、より多くの使用可能熱エネルギーを生成することを可能にする場合がある。これは、トリガ温度が増加されることを可能にする場合がある。
【０５８７】
いくつかの例では、トリガ温度を、ハイブリッド太陽エネルギー変換器１０１の使用中に異なる温度に設定することができる。これは、収集器アセンブリの温度が、制御されて、どのタイプのエネルギーが特定の時間に最も需要が大きいかに応じて、異なる量の使用可能熱エネルギーまたは電気を生成することを可能にする場合がある。
【０５８８】
例えば、熱水が電気より需要が大きいとき、弁１０９は、閉鎖されて、伝熱要素１０４から１次熱交換器１０７だけに対して熱い水蒸気を流し、それにより、収集器アセンブリの結果として得られる温度の増加の結果、光起電素子１０５のどのようなどのような一時的な効率低下が存在しても、第１の作動流体として働く水に加えられる熱量を最大にすることができる。さらに、熱水が電気より需要が小さいとき、弁１０９は、開口されて、伝熱要素１０４から１次と２次の両方の熱交換器１０７および１０８に対して熱い水蒸気を流し、それにより、光起電素子１０５を出来る限り大幅に冷却し、第１の作動流体として働く水の温度に関する影響があっても、電気生成の効率を最大にすることができる。
【０５８９】
第１の実施形態の図示した例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の温度、したがって、光起電素子１０５の温度は、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２から２次熱交換器１０８への熱エネルギーの転送を選択的に有効化または無効化する熱転送制御弁１０９を動作させることによって制御される。
【０５９０】
他の例では、他の制御方法が、付加的または代替的に使用されて、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の温度を制御しうる。いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の温度を、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２からの熱エネルギーの除去レートを変更することによって制御することができる。
【０５９１】
いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２からの熱エネルギーの除去レートは、１次熱交換器１０７を通過する第１の作動流体の流量を変更することによって制御されうる。いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２からの熱エネルギーの除去レートは、例えば、１次熱交換器１０２内で第１の作動流体の流体流路を選択的に開口または閉鎖することによって、第１の作動流体が１次熱交換器１０７に接触状態になる表面積を変更することによって制御されうる。
【０５９２】
いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２からの熱エネルギーの除去レートは、管１０３内の真空圧力を変更することによって制御されうる。これは、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２から管１０３への対流熱損失レートを変更する場合がある。一般に、管１０３に転送される熱は、対流および／または伝導によって外部環境に対して急速に失われることになる。
【０５９３】
いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２からの熱エネルギーの除去レートは、伝熱要素１０４内の真空圧力を変更することによって制御されうる。一般に、上側流体流路１１７内の液体水が蒸発し蒸気気泡１２２を形成する傾向は、真空圧力が減少するにつれて増加することになり、上側流体流路１１７内の液体水が蒸発し蒸気気泡１２２を形成する傾向は、真空圧力が増加するにつれて減少することになる。先に説明したように、上側および下側の流体流路１１７および１１８の周りの水の密度駆動式循環ならびに蒸気マニホルド１１１および管１１９に沿う熱エネルギーの輸送は共に、水蒸気によって駆動される。したがって、真空圧力を変えることによって液体水が蒸発する傾向を変更することは、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２からの熱エネルギーの除去レートおよび光起電素子１０５からの熱エネルギーの除去レートが制御されることを可能にし、そのため、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２および光起電素子１０５の温度が制御されることを可能にする場合がある。
【０５９４】
さらに、上側流体流路１１７内での水１２１の沸騰が始まる温度は、真空圧力が増加すると増加する傾向があることになり、真空圧力が減少すると減少する傾向があることになる。したがって、伝熱要素１０４内の真空圧力が変更される例では、上側流体流路１１７内の水１２１が沸騰を始める温度は変更されうる。
【０５９５】
先に説明したように、上側および下側の流体流路１１７および１１８の周りの水の密度駆動式循環は、上側流体流路１１７内の水１２１が沸騰状態に入るときに、特に活発になり、また、熱輸送メカニズムとして特に有効になる。したがって、真空圧力を変更することによって、上側流体流路１１７内の水１２１が沸騰を始める温度を変更することは、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２および光起電素子１０５からの熱エネルギーの除去レートが制御されることを可能にし、そのため、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２および光起電素子１０５の温度が制御されることを可能にする場合がある。
【０５９６】
いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の温度を、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２に入射する太陽エネルギーの量を変更すること、そのため、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２による熱エネルギーの吸収レートを変更することによって制御することができる。
【０５９７】
いくつかの例では、入射する太陽エネルギーの量を、入射する太陽エネルギーの方向に対して太陽エネルギー収集器アセンブリの配向を変更することによって制御することができる。これは、１つまたは複数の軸の周りに太陽エネルギー収集器アセンブリを回転させることができるドライブメカニズムを使用して実施されうる。
【０５９８】
いくつかの例では、入射する太陽エネルギーの量を、入射する太陽エネルギーの経路内の調整可能な光妨害または阻止メカニズムを使用して制御することができる。いくつかの例では、可変フィルタ、シャッタ、停止部、または同様なものを使用することができる。いくつかの例では、これらの調整可能な光妨害または阻止メカニズムは、物理的デバイスを備えることができる。いくつかの例では、これらの調整可能な光妨害または阻止メカニズムは、液晶などの電子制御式光学特性を有するデバイスを備えることができる。
【０５９９】
太陽エネルギー収集器アセンブリおよび光起電素子の温度が制御される例では、上述した温度を制御する方法の１つ、いくつか、または全てを実施するように配列された温度制御メカニズムと共に、温度センサおよび温度コントローラを設けることができる。
【０６００】
温度センサは、太陽エネルギー収集器アセンブリの温度を測定し、この温度値を温度コントローラに提供するように配列される。温度コントローラは、その後、適した方法で温度制御メカニズムを動作させて、太陽エネルギー収集器アセンブリの温度を所望の値に制御しうる。
【０６０１】
光起電素子の温度が制御される例では、１つまたは複数の光起電素子の温度を測定し、この温度値を温度コントローラに提供するように配列された温度センサを設けることができる。これは、太陽エネルギー収集器アセンブリの温度を測定するように配列された温度センサに対して付加されるものまたは代わりのものとすることができる。温度コントローラは、その後、適した方法で温度制御メカニズムを動作させて、１つまたは複数の光起電素子の温度を所望の値に制御しうる。
【０６０２】
いくつかの例では、温度センサは、太陽エネルギー収集器アセンブリの上側表面上に設けられうる。いくつかの例では、温度センサは、光起電素子として同じ半導体ウェハ上に形成されうる。
【０６０３】
好都合には、温度コントローラは、適切にプログラムされた汎用コンピュータとすることができる。
【０６０４】
示す第２の実施形態は、光起電素子を備え、入射する太陽放射を電気エネルギーと熱水の両方の出力に変換するように配列されたハイブリッド太陽エネルギー変換器である。他の例では、入射する太陽放射を熱水の出力に変換するように配列された太陽エネルギー変換器を設けるために、光起電素子を省略することができる。
【０６０５】
第３の実施形態
本発明の第３の実施形態による装置が図２０に示される。図２０は、本発明に係るハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１の第３の実施形態の全体的な外観図を示す。
【０６０６】
概要
第３の実施形態では、ハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１は、シールされた透明管２０３内に収容された太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２を含む。太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２は、伝熱要素２０４、および、伝熱要素２０４の前表面上に搭載された光起電素子２０５の配列を含み、前表面は、使用時に、入射する太陽放射に曝露される表面である。ハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１はまた、透明管２０３の一端に熱交換アセンブリ２０６を含む。太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２の一端は、熱交換アセンブリ２０６に接続される。第１および第２の実施形態と同様に、異なる例では、光起電素子２０５を、シリコンか、ガリウムヒ素か、または他の適した半導体材料で形成することができる。他の例では、有機光起電素子を使用することができる。他の例では、ハイブリッド光起電素子を使用することができる。
【０６０７】
第３の実施形態では、熱交換アセンブリ２０６は、伝熱要素２０４からの熱エネルギーを第１の流体に転送するように配列された１次熱交換アセンブリ２０７、および、伝熱要素２０４からの熱エネルギーを第２の流体に転送するように配列された２次熱交換アセンブリ２０８を含む。１次熱交換アセンブリ２０７および２次熱交換アセンブリ２０８は、伝熱要素２０４から２次熱交換アセンブリ２０８への熱エネルギーの転送を選択的に可能にするかまたは防止することができる熱転送制御弁アセンブリ２０９によって分離される。
【０６０８】
１つの考えられる例では、使用時、ハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１を、壁に搭載することができる。したがって、適した搭載用ブラケットを設けることができる。
【０６０９】
概要では、第３の実施形態のハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１の動作は、第１および第２の実施形態のハイブリッド太陽エネルギー変換器１および１０１の動作と同様である。ハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１に入射する太陽エネルギーは、シールされた透明管２０３を通過し、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２の光起電素子２０５に入射する。光起電素子２０５は、入射する太陽エネルギーのエネルギーの一部を電気エネルギーに変換し、また、入射する太陽エネルギーのエネルギーの一部を熱エネルギーに変換する。入射する太陽エネルギーのさらなる部分は、光起電素子２０５によって覆われていない太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２の任意の部分に入射する場合があり、入射する太陽エネルギーのこのさらなる部分を、同様に、熱エネルギーに変換することができる。
【０６１０】
一般に、光起電素子２０５によって覆われる、入射する太陽エネルギーに曝露される太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２の表面の割合を最大にし、覆われていない割合を最小にすることが望ましい。しかし、いくつかの状況では、この曝露される表面のいくつかの部分を覆われないままにして、例えば、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２の製造および／または組立てならびに太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２への光起電素子２０５の取付けを簡略化することが好ましい場合がある。
【０６１１】
光起電素子２０５によって生成される電気エネルギーは、使用のために、電気導体によって伝熱要素２０４に沿って、また、太陽エネルギー変換器２０１から離れるように運ばれる。光起電素子２０５によって吸収される熱エネルギーは、伝熱要素２０４内に転送され、光起電素子２０５を冷却し、その後、熱交換アセンブリ２０６に運ばれる。
【０６１２】
第１および第２の実施形態と同様に、熱転送制御弁２０９は、伝熱要素２０４から２次熱交換器２０８への転送または輸送を選択的に可能にするかまたは防止することができる。したがって、光起電素子２０５に加えられる冷却の程度は変動しうる。
【０６１３】
１つの典型的な配置構成では、ハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１を、電気を生成し、熱水を生成するために使用することができる。第１の実施形態と同様に、この配置構成では、１次熱交換アセンブリ２０７に転送される熱エネルギーは、１次熱交換アセンブリ２０７を通して流れる圧送された水供給内に転送されて、水を加熱する。この加熱された水は、その後、家庭用または工業用熱水システムによって使用され、光起電素子２０５によって生成される電気エネルギーは、電気供給システムに供給される。いくつかの配置構成では、２次熱交換アセンブリ２０８に転送される熱エネルギーは、周囲空気内に転送され、逃げることを許容され、２次熱交換アセンブリ２０８は、熱転送制御弁アセンブリ２０９の選択的制御下で使用されて、熱エネルギーを放出し、それにより、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２の温度を調整する。
【０６１４】
透明管
図２０に示す第３の実施形態では、シールされた透明管２０３は、第１の実施形態のシールされた透明管３と同様であり、１つの閉鎖されたドーム状端および端キャップ２２０によってシールされた開口端を有する。管２０３の内部は、少なくとも部分的に排気される。すなわち、管２０３の内部は、通常の大気圧未満である。
【０６１５】
管２０３内の真空圧力は、１０−３ｍｂａｒとすることができる。第１および第２の実施形態に関して論じたように、他の圧力を使用することができる。いくつかの例では、真空圧力は、１０−２ｍｂａｒ〜１０−６ｍｂａｒの範囲内とすることができる。一般に、より低い真空圧力、または換言すれば、高真空は、より大きな絶縁性利益を提供することになる。さらに、より低い真空圧力、または換言すれば、高真空は、例えば光起電素子が封止されない例では、環境損傷からのより大きな保護を提供することになることが予想される。実際には、より低い真空圧力を使用することの利益は、より低い真空圧力を達成することの増加したコストに対してバランスをとられる必要がある場合がある。いくつかの例では、１０−２ｍｂａｒ以下の真空圧力を使用することができる。
【０６１６】
代替の例では、シールされた透明管２０３は、排気される代わりに、不活性ガスを充填される場合がある。特に、不活性ガスは窒素とすることができる。
【０６１７】
別の代替の例では、シールされた透明管２０３は、減少した圧力で不活性ガスを充填される場合がある。いくつかの例では、これは、管２０３を不活性ガスで充填し、その後、管２０３を排気することによって達成される場合がある。
【０６１８】
示す第３の実施形態では、管２０３は、円形断面を有する円柱である。第１および第２の実施形態と同様に、代替の例では、管２０３は他の形状を有する場合がある。いくつかの例では、管２０３の断面サイズおよび／または形状は、その長さに沿う異なる位置で変動する場合がある。代替の例では、管２０３は、楕円断面を有する場合がある。特に、管２０３は、楕円断面を有する場合があり、楕円の長軸は、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２の平面に整列する。
【０６１９】
示す第２の実施形態では、管２０３は、ガラスで形成される。代替の例では、管２０３を形成するために、適した透明プラスチック材料または積重構造を使用することができる。
【０６２０】
示す第２の実施形態では、管２０３は透明である。代替の例では、管は、部分的に透明であるだけである場合がある。
【０６２１】
示す第２の実施形態では、金属端キャップ２２０を、接着剤によってガラス管２０３に接合することができる。他の実施形態では、溶接、ろう付け、またははんだ付けなどの代替のガラス−金属接合技法を使用することができる。
【０６２２】
第１の実施形態と同様に、管２０３は、一端に金属端キャップ２２０を有する。代替の例では、端キャップ２２０は、他の材料で作られる場合がある。いくつかの例では、端キャップ２２０は、ガラスで作られる場合がある。これは、収集器アセンブリ２０２からの伝導性熱損失を低減することができる。
【０６２３】
収集器アセンブリ
第３の実施形態では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２は、伝熱要素２０４、および、伝熱要素２０４の一方の表面に搭載された光起電素子２０５の配列を含む。放射性太陽エネルギーが光起電素子２０５に入射することを可能にするために、光起電素子２０５の配列が、伝熱要素２０４の表面に搭載され、その表面は、ハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１の動作時に、入射する放射性太陽エネルギーに曝露される。第３の実施形態では、伝熱要素２０４を、垂直に搭載することができる。伝熱要素２０４が垂直に搭載されない例では、動作時に、入射する放射性太陽エネルギーに曝露される表面は、通常、伝熱要素２０４の上側表面であることになる。
【０６２４】
いくつかの配置構成では、入射する放射性太陽エネルギーに曝露される伝熱要素２０４の表面は、上側表面でない場合がある。特に、これは、例えば、ミラーなどの光学系による方向転換後に、入射する放射性太陽エネルギーが、水平にまたは下から入射した場合にこれに該当する。
【０６２５】
第３の実施形態の図示した例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２は、伝熱要素２０４の円柱管２１９によって支持される。円柱管２１９は、以下でより詳細に説明するように、端キャップ２２０を通過し、熱交換アセンブリ２０６に入る。円柱管２１９が端キャップ２２０を通過する場合、円柱管２１９は、端キャップ２２０にはんだ付けされて、円柱管２１９が所定の場所に保持され、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２が支持される。
【０６２６】
代替の例では、円柱管２１９を、他の方法で端キャップ２２０に固定することができる。一例では、円柱管２１９を、端キャップ２２０に溶接することができる。
【０６２７】
円柱管２１９を通る物理的接続によって太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２を支持することは、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２によって、入射する太陽エネルギーから熱が収集されうる効率を増加させる場合がある。太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２を円柱管２１９だけを通した物理的接続によって支持させることは、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２から、透明管の外の支持構造内への伝導性熱損失を低減する場合がある。
【０６２８】
第３の実施形態の図示した例では、伝熱要素２０４は、略平坦な前表面２０４ａを有する。光起電素子２０５のそれぞれは正方形であり、伝熱要素２０４の幅は、それぞれの正方形光起電素子２０５の幅と同じである。６つの正方形光起電素子２０５が、伝熱要素２０４の長さに沿って互いに並んで搭載される。実質的に伝熱要素２０４の前面全体が、光起電素子２０５によって覆われる。伝熱要素２０４の上側表面２０４ａの大きな割合を光起電素子２０５で覆うことは、ハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１の効率を増加させる場合がある。
【０６２９】
一例では、正方形光起電素子２０５はそれぞれ、１２５ｍｍ×１２５ｍｍ平方でかつ０．２ｍｍ厚とすることができる。別の例では、正方形光起電素子２０５はそれぞれ、１５６ｍｍ×１５６ｍｍ平方とすることができる。他の例では、他のサイズまたは形状を有する光起電素子を使用することができる。
【０６３０】
光起電素子２０５は、第１および第２の実施形態と同様に熱伝導性接着剤層を使用して伝熱要素２０４の略平坦な上側表面２０４ａに接合される。接着剤接合層は電気絶縁性である。光起電素子２０５と伝熱要素２０４との間の接着剤接合層は、薄くなるように配列される。これは、光起電素子２０５と伝熱要素２０４との間の熱伝導の程度を改善する場合がある。これは、光起電素子２０５にわたって横方向に熱転送レートを増加させる場合がある。所定のサイズの固体球を装填された接着剤材料は、接着剤接合層を形成するために使用することができる。これは、薄い接着剤層１４９が一貫してかつ確実に形成されることを可能にすることができる。接着剤接合層１４９は、柔軟なまたは「許容範囲が広い」絶着剤材料で作られる。これは、組立てられた太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２内の応力を逃がし(、光起電素子１０５に加えられるいずれの応力も低減することができる。
【０６３１】
光起電素子２０５は、シリコンで形成された半導体光起電素子である。一実施形態では、光起電素子は、単結晶シリコンで形成される。一実施形態では、光起電素子は、アモルファスシリコンで形成される。一実施形態では、光起電素子は、多結晶シリコンまたはポリシリコンで形成される。他の実施形態では、代替のタイプの半導体光起電素子を使用することができる。
【０６３２】
第１および第２の実施形態と同様に、ハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１の動作時、光起電素子２０５は、伝熱要素２０４によって冷却される。この冷却は、光起電素子２０５の温度が、所望の値に維持されることを可能にする場合がある。
【０６３３】
この冷却は、光起電素子２０５内のホットスポットまたは領域の出現が低減されうるまたはなくされうる、また、光起電素子２０５の温度を均一な所望の値に維持されうるという利点を提供する場合がある。こうしたホットスポットまたは領域は、例えば、入射する太陽放射によって加熱することによって、光起電素子２０５内の不均一性または不具合によって、あるいは、これらの原因の組合せまたは相互作用によって生成される場合がある。
【０６３４】
第１および第２の実施形態に関して前述のように、こうしたホットスポットまたは領域は、短期的には光起電素子２０５の効率を減少させうる、また同様に、長期的には光起電素子２０５の性能を劣化させる場合がある。
【０６３５】
したがって、光起電素子２０５をより均一な温度値に維持すること、および、ホットスポットまたは領域を低減することまたはなくすことは、特定の温度において光起電素子２０５の効率を改善する場合があり、また、高温によって引起される光起電素子２０５の劣化の量を低減する場合がある。
【０６３６】
これは、第１および第２の実施形態に関して論じたのと同じ理由で、光起電素子２０５が、普通ならその温度になるよりも高い全体的温度で動作することを可能にする場合がある。
【０６３７】
第３の実施形態の図示した例は、円筒管２１９を通した物理的接続だけによって支持される太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２を有する。他の例では、代替の支持配置構成を使用することができる。いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２は、物理的接続であって、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の両端にある、物理的接続によって支持することができる。いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ１０２の一端の物理的接続は、円筒管２１９を通したものとすることができる。一般に、物理的支持体の数を最小にして、物理的支持体を通した伝導による、太陽エネルギー収集器アセンブリからの熱の散逸を最小にすることが有利である。
【０６３８】
他の例では、伝熱要素２０４上に搭載される光起電素子２０５の数が異なる場合がある。他の例では、光起電素子２０５および伝熱要素２０４の相対的サイズが異なる場合がある。
【０６３９】
いくつかの例では、接着剤層は、硬化後に非脆性のままであるエポキシ樹脂を含むことができる。
【０６４０】
他の例では、接着剤層は、両面接着剤テープによって形成されることができる。
【０６４１】
伝熱要素
第３の実施形態による伝熱要素２０４は、図２１の切り欠き図でより詳細に示される。
【０６４２】
第３の実施形態では、伝熱要素２０４は略矩形である。伝熱要素２０４は、その領域のほとんどにわたって平坦である平坦前表面２０４ａおよび後表面２０４ｂを有し、その長さに沿って離間した３つの外に突出する部分２１０を有し、第１の外に突出する部分２１０は伝熱要素２０４の上側端にあり、第２の外に突出する部分２１０は伝熱要素２０４の長さに沿う道のり(way)の１／３の所に位置し、第３の外に突出する部分２１０は伝熱要素２０４の長さに沿う道のりの２／３の所に位置する。
【０６４３】
伝熱要素２０４は、３つの部分、すなわち、上側部分２０４ｃ、中央部分２０４ｄ、および下側部分２０４ｅに分割される。各部分２０４ｃ〜２０４ｅは、第２の実施形態のメカニズムと同様の熱輸送メカニズムとして作用する別個の密度駆動式循環によって冷却され、３つの外に突出する部分２１０のそれぞれの部分を備える３つの部分２０４ａ〜２０４ｅのそれぞれは、６つの光起電素子２０５のうちの２つの光起電素子２０５を支持し冷却する。
【０６４４】
それぞれの外に突出する部分２１０は、蒸気マニホルド２１１を含み画定する。動作時、伝熱要素２０４は、上側端および下側端を有するように、縦に傾斜するように配列される。伝熱要素２０４を、縦に垂直に、または、垂直に対してある角度で配列することができる。
【０６４５】
伝熱要素２０４は、前シート２１４によって形成される前表面２０４ａおよび後シート２１５によって形成される後表面２０４ｂを有する。３つの中央シート２１６は、前シート２１４と後シート２１５との間に位置し、中央シート２１６のうちの１つの中央シート２１６が部分２０４ａ〜２０４ｅのそれぞれにあるため、伝熱要素２０４に沿って縦に延在する流体流路２１７および２１８は、それぞれの中央シート２１６と、前シート２１４および後シート２１５との間で画定される。伝熱要素２０４が縦に傾斜するため、伝熱要素２０４に沿って縦に延在する流体流路２１７および２１８は、その長さに沿って傾斜することになる。
【０６４６】
それぞれの中央シート２１６は、第２の実施形態と比較して、第３の実施形態の中央シート２１６の形状が、９０°を通して回転して、伝熱要素２０４に沿って縦に延在する流路を画定することを除いて、第２の実施形態の中央シート１１６と同様な形状を有する。波付き中央シート２１６の断面形状は、ジグザグ形状であって、ピークおよび窪みを形成するジグザグの点が平坦化されている、ジグザグ形状として理解されうる。
【０６４７】
より特異的であるために、第３の実施形態の図示した例では、中央シート２１６それぞれは、伝熱要素１０４に沿って縦に延在する折り畳み部によって接続された複数の平坦表面を備える。したがって、前、後、および中央シート２１４、２１５、２１６は、３者の間に複数の台形断面の前流体流路２１７および後流体流路２１８を画定する。前流体流路２１７は、前シート２１４と中央シート２１６との間に画定される。後流体流路２１８は、後シート２１５と中央シート２１６との間に画定される。台形前流体流路２１７は、それぞれの台形流路の２つの平行面の大きい方の平行面が前シート２１４によって形成されるように配列される。
【０６４８】
第３の実施形態の前および後流体流路２１７および２１８は、第２の実施形態の上側および下側流体流路１１７および１１８にそれぞれ機能が対応する。
【０６４９】
伝熱要素２０４の縁は、前シート２１４に接合される後シート２１５の屈曲部によって形成される。光起電素子２０５は、前シート２１４に接合される。伝熱要素２０４の縁において、前シート２１４は、後シート２１５に直接接合され、中央シート２１６は、その縁において前シート２１４と後シート２１５との間に位置しない。
【０６５０】
いくつかの例では、中央シート２１６は、伝熱要素２０４の側部縁において前シート２１４と後シート２１５との間に少なくとも部分的に延在することができるため、前シート２１４および後シート２１５は共に、中央シート２１６に接合される。これは、前シート２１４および後シート２１５に対して中央シート２１６を位置付け固定するのを補助する場合がある。
【０６５１】
前述のように、伝熱要素２０４は、伝熱要素２０４の後表面２０４ｂわたって横方向にそれぞれが延在する３つの外に突出する部分２１０を有する。それぞれの外に突出する部分２１０は、実質的に半円柱であり、後シート２１５の外に突出する部分によって形成される。それぞれの外に突出する部分２１０は、蒸気マニホルド２１１を画定する。流体流路２１７および２１８は、蒸気マニホルド１１１に接続する。中央シート２１６が、蒸気マニホルド２１１の幅のほとんどにわたって延在することが留意されるべきである。したがって、前シート２１４と中央シート２１６との間で画定される前流体流路２１７は、それぞれの蒸気マニホルド２１１の上部に向かって蒸気マニホルド２１１に接続し、一方、後シート２１５と中央シート２１６との間で画定される後流体流路２１８は、それぞれの蒸気マニホルド２１１の下部に向かって蒸気マニホルド２１１に接続する。
【０６５２】
前および後の流体流路２１７および２１８は、３つの群になるよう形成され、各群の前および後の流体流路２１７および２１８は、蒸気マニホルド２１１の１つによって相互接続される。流体流路２１７および２１８の各群は、伝熱要素２０４の部分２０４ｃ〜２０４ｅの１つに沿って延在し、流路２１７および２１８が接続される蒸気マニホルドと共に、伝熱要素２０４のそれぞれの部分２０４ｃ〜２０４ｅを冷却する別個の熱輸送メカニズムを形成する。
【０６５３】
図２１は、図２０のラインＤ−Ｄに沿う伝熱要素２０４の一部の縦断面を示す説明図である。図２１は、中央部分２０４ｄと下側部分２０４ｅとの間の境界の周りの伝熱要素２０４の断面を示す。中央部分２０４ｄと上側部分２０４ｃとの間の境界は同一である。
【０６５４】
伝熱要素２０４の下側部分２０４ｅの上部では、外に突出する部分２１０の上部において、伝熱要素２０４の内部にわたって横方向に延在する壁２３１が存在する。壁２３１は、前および後シート２１４および２１５に接触し、それに接合され、伝熱要素２０４の中央部分２０４ｄの流体流路２１７および２１８と、伝熱要素２０４の下側部分２０４ｅの蒸気マニホルド２１１との間の液密シールを形成する。壁２３１は、伝熱要素２０４の内部を、伝熱要素２０４の部分２０４ｃ〜２０４ｅに対応する３つの別個の流体循環領域に分割する。
【０６５５】
伝熱要素２０４の中央部分２０４ｄの中央シート２１６の縁と壁２３１との間のギャップ２２３が存在する。このギャップ２２３は、流体流路２１７および２１８の異なる１つの流路の間に水が流れることを可能にする。ギャップ２２３は、側部壁２３１に沿って延在し、中央部分２０４ｄの前および後流体流路２１７および２１８の全てを相互接続する流体マニホルド２２４を形成する。
【０６５６】
伝熱要素２０４の１つの縁では、実質的に半円柱で外に突出する部分２１０が、突出する円柱管２１９に移行する。前および後シート２１４および２１５は、円柱管２１９に対してシールされるため、伝熱要素２０４の内部がシールされる。円柱管２１９は、端キャップ２２０を通過し、熱交換アセンブリ２０６に入る。円柱管２１９のそれぞれの中央ボアは、以下で説明するように、蒸気マニホルド１１１の１つに接続され、伝熱要素２０４から熱交換アセンブリ２０６へ熱エネルギーを運ぶように働く。
【０６５７】
円柱管２１９は、シールされた透明管２０３内で太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２を物理的に支持する。太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２の他の物理的支持体は存在しない。先の実施形態の場合と同様に、これは、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２からの伝導性熱損失を低減する場合があり、それが、ハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１によって生成される使用可能な熱エネルギーの量を増加させる場合がある。
【０６５８】
流体流路２１７および２１８は、作動流体として脱気した蒸留水２２１で少なくとも部分的に充填され、流体流路２１７および２１８、蒸気マニホルド２１１、ならびに管２１９を含む伝熱要素２０４の内部は、少なくとも部分的に排気される。すなわち、伝熱要素２０４の内部は、通常の大気圧未満の圧力である。伝熱要素２０４の内部は、１０−３ｍｂａｒの圧力の真空下にあるとすることができる。
【０６５９】
第３の実施形態では、流体流路２１７および２１８内の水２２１の量は、水２２１の高さが伝熱要素２０４の部分２０４ｃ〜２０４ｅのそれぞれにおいて無関係になるように、部分２０４ｃ〜２０４ｅのそれぞれの内部が他からシールオフされることを除いて、第２の実施形態と同様である。
【０６６０】
３つの部分２０４ｃ〜２０４ｅのそれぞれにおいて、流体流路２１７および２１８内の水２２１の高さは、後流体流路２１８内の水２２１の上側表面が、後流体流路２１８が蒸気マニホルド２１１に接続する後流体流路２１８の端部と同じ高さにあるようなものである。示す第３の実施形態では、前流体流路２１７および後流体流路２１８内の水２２１の表面の高さは同じである。したがって、示す第３の実施形態では、後流体流路２１８は液体水で充填され、一方、前流体流路２１７は液体水で部分的に充填されるだけである。
【０６６１】
第２の実施液体と同様に、他の例では、水２２１の高さは、異なるとすることができる。いくつかの例では、後流体流路２１８内の水２２１の上側表面は、蒸気マニホルド２１１より下とすることができる。いくつかの例では、後流体流路２１８内の水２２１の上側表面は、蒸気マニホルド２１１の下部の上とすることができ、一部の水は、蒸気マニホルド２１１の下部に存在する。
【０６６２】
実際には、伝熱要素２０４は、後流体流路２１８が蒸気マニホルド２１１に接触する点にまたはその点の近くに水の上側表面がある状態で最も効率的に動作することになる。伝熱要素２０４内の水の高さが高過ぎるため、水の上側表面が蒸気マニホルド２１１内で高過ぎる場合、伝熱要素２０４の動作の効率は、第２の実施形態に関して論じたのと同じ理由で減少する場合がある。
【０６６３】
前流体流路２１７内の水２２１の上側表面は、毛細管作用の結果として、後流体流路２１８内より高い場合がある。任意の特定の例におけるこの毛細管作用の程度は、前流体流路２１７の寸法に依存することになる。示す第２の実施形態では、前シート２１４の内側表面の一部、すなわち、前流体流路２１７の一部を形成する表面は、水２２１の表面の上である。いくつかの例では、前流体流路２１７は、前流体流路２１７内の水２２１の上側表面が毛細管作用によって前流体流路２１７の端にあるように十分に小さな断面積を有することができる。
【０６６４】
第２の実施形態と同様に、また、第１の実施形態とは異なり、前シート２１４の内側表面、すなわち、前流体流路２１７の一部を形成する表面が、伝熱要素２０４の部分２０４ｃ〜２０４ｅのそれぞれについて光起電素子２０５の最も上の部分の場所に対応する位置で水２２１の表面より下になることが必要でない。しかし、いくつかの実施形態では、これがそうである場合がある。
【０６６５】
第３の実施形態の動作時、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２が、入射する放射性太陽エネルギーに曝露されると、光起電素子２０５は、このエネルギーの一部を吸収し、吸収されたエネルギーの一部を電気エネルギーに変換する。吸収されたエネルギーの残りの部分は、熱エネルギーに変換され、光起電素子２０５の温度を上げる。吸収された熱エネルギーは、光起電素子２０５から伝熱要素２０４内に流れ、前シート２１４を通って前流体流路２１７の内部の水２２１に送られ、その水は、台形前流体流路２１７の大きな平行面にわたって前金属シート２１４の内側表面と接触状態になる。
【０６６６】
前流体流路２１７の内部の液体水２２１は、光起電素子２０５から熱エネルギーを吸収し、前シート２１４を通過し、蒸発し、図１５に示すように、蒸気または水蒸気の気泡２２２を生成する。前流体流路２１７の内部の１０−３ｍｂａｒの真空圧力では、水２２１は、約０°から沸騰するため、ハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１の通常動作温度で容易に蒸発する。
【０６６７】
第２の実施形態に関して前述のように、水蒸気の気泡２２２は、液体水２２１より密でない。さらに、先に説明したように、前流体流路２１７は、その長さに沿って傾斜する。したがって、この密度差の結果として、水蒸気気泡２２２は、前流体流路２１７に沿って上に、伝熱要素２０４の上部および水２２１の表面に向かって移動する。水蒸気の気泡２２２が水２２１の表面に達すると、蒸気は、それぞれの蒸気マニホルド２１１内の水２２１の上の真空内に放出される。さらに、気泡２２２は、第２の実施形態と同様にピストン式駆動を生じることになる。前シート２１４の内側表面の一部が水２２１の表面の上にある、示す第３の実施形態では、前流体流路２１７に沿う上への液体水のこの圧送は、水２２１の表面の上の前シート２１４の内側表面の一部が、冷却されるように水の流れと接触状態になることを保証する。
【０６６８】
水面での水蒸気の泡の破裂と、前方流体流れチャネル２１７の端部の外への液体状の水のあらゆるピストンポンピングが、液体状の水の液滴を発生させる可能性があり、これらの液滴の少なくともいくらかをそれぞれの蒸気マニホルド２１１内の水面よりも上の真空中に放出する可能性がある。結果として、伝熱機構は、液体状の水と、水蒸気と、液体状の水の液滴とを含む多相系である可能性があり、液体状の水と水蒸気のみを含む単なる二相系ではない。真空中のこうした水の液滴の存在と、前方流体流れチャネル２１７の端部の外への液体状の水のあらゆるポンピングが、真空に曝される水の表面積を増加させることで蒸発率を高める可能性がある。
【０６６９】
第１および第２の実施形態と同様に、各蒸気マニホルド２１１内の真空中の水蒸気は、蒸気マニホルド２１１に沿って、それぞれの管２１９に沿って、および熱交換アセンブリ２０６の中に、真空のなかを非常に高速で移動する。真空中の高温水蒸気の移動速度は非常に速く、水蒸気分子の熱的速度に近い。熱交換アセンブリ２０６の内部で、各管２１９からの水蒸気が、一次熱交換アセンブリ２０７および二次熱交換アセンブリ２０８のうちの１つのそれぞれの熱交換面上で凝結する。凝結した水は、熱交換アセンブリ２０６を出て、同じそれぞれの管２１９をそれぞれの蒸気マニホルドの方へ下り、蒸気マニホルド２１１の底部に沿って、該蒸気マニホルド２１１に関連する後方流体流れチャネル２１８内の水１２１の中に戻る。この前方流体流れチャネル２１７および蒸気マニホルド２１１内の高温水蒸気の発生と、それに続いて高温水蒸気が蒸気マニホルド２１１から熱交換アセンブリ２０６に移動し、そこで凝結し、その後、凝結した水が戻ることが、伝熱要素２０４から熱交換アセンブリ２０６の中の作動流体に熱エネルギーを伝達する。
【０６７０】
管２１９は、熱交換アセンブリ２０６内で相互接続されない。管２１９のそれぞれに接続される一次熱交換アセンブリ２０７および二次熱交換アセンブリ２０８のそれぞれの熱交換面は、伝熱要素２０４のそれぞれの部分２０４ｃ〜２０４ｅを冷却する別個の熱輸送機構のうちの異なる熱輸送機構間で液体状の水および水蒸気が伝達されることがないように、互いに分離されている。
【０６７１】
前方流体流れチャネル２１７から蒸気マニホルド２１１の中に排出される蒸発しないあらゆる液体状の水はまた、それぞれの蒸気マニホルド２１１の底部に落ちることになり、該蒸気マニホルド２１１に関連する後方流体流れチャネル２１８内の水２２１の中に戻る。
【０６７２】
上記で説明されるように、伝熱要素２０４の各部分２０４ｃ〜２０４ｅにおける前方流体流れチャネル２１７および後方流体流れチャネル２１８の全ては、それぞれのギャップ２２３によって形成されるそれぞれの流体マニホルド２２４によって相互接続される。したがって、伝熱要素２０４の各部分２０４ｃ〜２０４ｅ内で、それぞれの蒸気マニホルド２１１から戻るあらゆる液体状の水がどの後方流体流れチャネル２１８に入るかは重要ではない。
【０６７３】
上記の説明から明らかなように、各蒸気マニホルド２１１は、一般に、ハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１が作動しているときに水蒸気に加えて液体状の水を含む。しかしながら、同じく上記で説明されるように、伝熱要素２０４の部分２０４ｃ〜２０４ｅにおける水の水位が高すぎて、ゆえにそれぞれの蒸気マニホルド２１１内の水の上面が高すぎる場合、伝熱要素２０４の作動効率が低下する可能性がある。この作動効率の低下は、蒸気マニホルド２１１内の水面よりも上に、液体状の水の液滴の移動および蒸発のための不十分なスペースが存在することに起因して起こる可能性がある。この作動効率の低下は、液体状の水の液滴および波と、液体状の水の水面の上向きの飛び跳ねが、いくつかの場所での蒸気マニホルドの開放された、すなわち水のない断面積を比較的少量にまたはさらにはゼロに減少させ、蒸気マニホルドを瞬間的に閉鎖する可能性があることに起因して起こる可能性がある。この蒸気マニホルドの開放された、すなわち水のない断面積の減少は、蒸気マニホルド２１１内の真空中の水蒸気の移動を妨げる可能性がある。
【０６７４】
第２の実施形態と同様に、水蒸気の泡２２２は、水蒸気の密度が液体状の水２２１に比べてより低く、その結果、各泡２２２に上向きの浮力が生じることになるので、前方流体流れチャネル２１７の液体状の水の中を通って上向きに移動する傾向がある。さらに、水蒸気の泡２２２の移動は、特にピストン駆動が起こる例では、前方流体流れチャネル２１７の中の液体状の水２２１を上向きに駆動させる傾向があるであろう。結果として、比較的高温の液体状の水および水蒸気の泡２２２が前方流体流れチャネル２１７に沿って上向きに流れ、比較的低温の液体状の水が後方流体流れチャネル２１８に沿って下向きに流れる状態で、水蒸気の泡２２２は、各部分２０４ｃ〜２０４ｅにおける前方流体流れチャネル２１７および後方流体流れチャネル２１８の中の水２２１を循環させる。前方流体流れチャネル２１７と後方流体流れチャネル２１８は、上記で説明したように蒸気マニホルド２１１および流体マニホルド２２４によって相互接続される。したがって、前方流体流れチャネルに沿って上向きに流れる比較的高温の液体状の水は、後方流体流れチャネル２１８からの比較的低温の液体状の水に連続的に置き換わる。この循環は、主に、水蒸気と液体状の水との密度の差によって駆動される。しかしながら、この循環はまた、熱サイフォンと同様に、前方流体流れチャネル２１７における比較的高温の液体状の水と後方流体流れチャネル２１８における比較的低温の液体状の水との密度の差の結果としての対流によっても駆動される可能性がある。したがって、前方流体流れチャネル２１７は、上昇チャネルとみなされてもよく、一方、後方流体流れチャネル２１８は、下降チャネルまたは戻りチャネルとみなされてもよい。
【０６７５】
水蒸気の泡２２２が前方流体流れチャネル２１７に沿って上向きに移動する際に、泡２２２に対して作用する圧力水頭が減少するので、泡２２２は膨張する傾向がある。結果として、泡２２２が上向きに移動する際の膨張の影響と減少する圧力の影響によって、蒸気の泡２２２が潰れるおよび内側に向かって破裂する傾向が減少する。この点を考えるとき、泡２２２が、伝熱要素２０４が作動しているときに確立される密度により駆動される循環流体の流れの中に形成されることになり、液体状の水に対するそれら自身の浮力による泡の移動に加えて、これらの流れによって上向きに運ばれることになることを忘れてはならない。さらに、泡２２２の上向きに移動する際の膨張は、膨張する泡２２２の浮力が増加することで密度により駆動される循環する流れの速度をさらに増加させることになると考えられる。いくつかの例では、それらが上向きに移動する際の泡の膨張はまた、ピストン駆動の度合いを増加させる可能性がある。
【０６７６】
この密度により駆動される循環は、水が蒸発の比較的高いエンタルピーを有することに起因して非常に効果的な熱輸送機構を形成する可能性があり、そのため、水蒸気の泡２２２の移動は、前方流体流れチャネル２１７の外への比較的高温の水の移動とより低温の水によるその交換によって運ばれる熱エネルギーに加えて、大量の熱エネルギーを運ぶ可能性がある。水蒸気の泡による液体状の水の流れのピストン駆動が起こる配置では、ピストン駆動によって生じる液体状の水の流量の増加によって熱輸送機構の効果がさらに高まる可能性がある。このピストン駆動は、密度により駆動される循環をもたらす密度駆動全体の一成分である。ピストン駆動は、液体状の水と水蒸気の泡との密度の差によって生じる。
【０６７７】
一般に、伝熱要素２０４の上側シート２１４の温度が増加する際に、密度により駆動される循環の速度が増加し、熱輸送機構の効果が高まる。
【０６７８】
流体流れチャネル２１７および２１８内の水２２１の密度により駆動される循環は、蒸気により駆動される循環するまたは回転する流れである。
【０６７９】
流体流れチャネル２１７および２１８内の水２２１の密度により駆動される循環は、伝熱要素２０４の上側シート２１４の温度が、流体流れチャネル２１７および２１８内の水２２１が回転沸騰状態に入るのに十分なだけ高くなるときに特に活発になり、熱輸送機構として特に効果的となる。熱輸送機構の効果は、水２２１の回転沸騰が始まるときに著しく増加する。一般に、システムの他のパラメータが一定のままであるとき、伝熱要素２０４の前方シート２１４の温度が特定の温度に到達するときに回転沸騰状態に入ることになる。
【０６８０】
水を用いる図示した例では、流体流れチャネル２１７および２１８内の水２２１は、約４０℃の温度で回転沸騰状態に入る可能性がある。
【０６８１】
別個の流体流れチャネル２１７が伝熱要素１０４に沿って延在する状態での、部分２０４ｃ〜２０４ｅの中への伝熱要素２０４の配置は、密度により駆動される流れが伝熱要素の長さに沿って延在する実施形態に比べて、伝熱要素２０４の各部分２０４ｃ〜２０４ｅにおける液体状の水の垂直高さを減少させることができるようにし、ゆえに伝熱要素２０４の底部で液体状の水に対して作用する圧力水頭を減少させる可能性がある。一般に、増加した圧力は、液体が蒸発する傾向を減少させ、ゆえに液体の沸点を上げる。したがって、伝熱要素２０４の底部での液体状の水に対して作用する圧力水頭の減少は、前方流体流れチャネル２１７における液体状の水２２１が蒸発し、および泡２２２を生じる傾向を増加させる可能性があり、ゆえに伝熱要素２０４の効率および効果を改善する可能性がある。
【０６８２】
より詳細には、前方流体流れチャネル２１７の底部での液体状の水に対して作用する圧力水頭の減少は、圧力差に起因する液体状の水が蒸発する傾向のあらゆる差異を減らすことで、前方流体流れチャネルのそれらの上端と下端との間の長さに沿ったあらゆる温度差を減少させる可能性がある。これは、伝熱要素２０４上の異なる点間の温度差を減少させる可能性があり、光起電素子２０５におけるホットスポットの形成を回避する可能性がある。したがって、伝熱要素２０４の底部での液体状の水に対して作用する圧力水頭の減少は、伝熱要素２０４の前方シート２１４の温度をより等温にする可能性がある。
【０６８３】
伝熱要素２０４に沿って長手方向に延在し、かつ伝熱要素２０４を横切って横方向に延在する蒸気マニホルド２１１によって相互接続される、流体流れチャネル２１７の配置は、より高い温度を有するあらゆる流体流れチャネル２１７からの伝熱要素２０４に沿った熱エネルギーの非常に速い流れを可能にする可能性がある。これは、伝熱要素２０４上の異なる点間の温度差を減少させる可能性があり、光起電素子２０５におけるホットスポットの形成を減少させまたは回避する可能性がある。
【０６８４】
蒸気マニホルド２１１に沿った水蒸気の移動と、伝熱要素２０４のそれぞれ長手方向に作用するおよびその長さを横断する前方流体流れチャネル２１７のそれぞれに沿った液体状の水および水蒸気の密度により駆動される流れとの２つの別個の熱輸送機構の提供は、伝熱要素の上面全体にわたる温度を均一にする傾向があり、したがって光起電素子２０５にわたる温度を均一にする傾向があり、ホットスポットの形成を減少させるまたは回避する可能性がある。
【０６８５】
蒸気マニホルド２１１に沿った水蒸気の移動は、水の蒸発および凝結によって比較的高温の場所から比較的低温の場所に熱エネルギーを移動させる傾向がある非常に迅速な熱輸送機構を提供する。結果として、蒸気マニホルド２１１に沿った水蒸気の移動は、伝熱要素２０４から熱交換アセンブリ２０６に熱エネルギーを輸送することに加えて、伝熱要素２０４にわたる異なる位置での液体状の水の表面の温度を均一にする傾向がある可能性がある。この温度の均一化は、伝熱要素２０４のより高温の部分からより多くの熱エネルギーを取り出す効果を有し、ゆえに伝熱要素２０４の前面にわたる温度を均一にする傾向がある可能性がある。こうした等温冷却が、例えば、伝熱要素２０４の前面に取り付けられるあらゆる光起電素子におけるホットスポットの形成を減少させるまたは回避する傾向があることは明らかである。
【０６８６】
第２の実施形態と同様に、伝熱要素２０４の後方シート２１５は、後面２０４ｂの平坦な部分と各外向きに突き出る部分２１０の半円筒形表面との間に延在する複数の中空のリッジ２２５を有する。各中空のリッジ２２５は、Ｖ字形状を有し、中空のリッジ２２５は、各外向きに突き出る部分の長さに沿って規則的な間隔で離間して配置される。中空のリッジ２２５は、外向きに突き出る部分２１０のための支持体として作用し、かつ第２の実施形態の中空のリッジ１２５と同様に蒸気マニホルド２１１から後方流体流れチャネル２１８の中に液体状の水を戻すためのドレインとして作用する。
【０６８７】
中空のリッジ２２５は、第２の実施形態に関して上記で説明したように、伝熱要素２０４に用いることができる傾斜角の範囲を広げる可能性がある。
【０６８８】
任意の特定の設計の伝熱要素２０４の異なる部分の幾何学的形状に応じて、中空のリッジ２２５が用いられるときであっても、伝熱要素２０４の動作に対して悪影響を有する蒸気マニホルド２１１における液体状の水の滞留なしに伝熱要素２０４が作動できる最小傾斜角が依然として存在する可能性がある。
【０６８９】
中央シート２１６の波形の形状と、前方シート２１４および後方シート２１５への中央シート２１６の結合は、伝熱要素２０４の強度および剛性を増加させ、第２の実施形態に関して述べた理由でバルーニングを減少させるまたは防ぐ可能性がある。これは伝熱要素２０４をより剛性の構造体にする可能性がある。これは使用中の伝熱要素２０４の撓みの量を減少させる傾向がある可能性がある。これは光起電素子１０５にかかる機械的応力の量を減らすことで光起電素子２０５への損傷を防ぐ可能性がある。これは、前方シート２１４、後方シート２１５、および／または中央シート２１６をより薄くできるようにする可能性があり、これは重さおよび費用を減少させる可能性がある。これは前方シート２１４をより薄くできるようにする可能性があり、これは光起電素子２０５から前方流体流れチャネル２１７内の液体状の水の中への熱の伝達を改善する可能性がある。
【０６９０】
伝熱要素２０４は実質的に剛性の構造体である。これは、上側シート２１４および下側シート２１５のような伝熱要素２０４の構成部品の撓みに起因して水２２１の上面２３２のレベルの変化を最小にする可能性がある。こうした水２２１の上面２３２のレベルの変化は、光起電素子２０５の冷却効率に影響する可能性がある。
【０６９１】
上記で説明されるように、伝熱要素２０４の内部は排気され、伝熱要素１０４は真空管２０３内に位置する。普通は、伝熱要素２０４と真空管２０３は同じ圧力に排気される。上記で説明された第２の実施形態の図示した例では、この圧力は１０−３ｍｂａｒであってもよい。
【０６９２】
中央シート２１６の連結面による前方シート２１４および後方シート２１５の相互接続は、前方シート２１４および後方シート２１５のバルーニングに抵抗する、およびバルーニングを減少させるまたは防ぐ可能性がある。中央シート２１６の連結面を直線にする配置は、バルーニングへの抵抗を増加させる可能性がある。バルーニングを減少させることまたは防ぐことは、光起電素子２０５にかかる機械的応力の量を減らすことで光起電素子２０５への損傷を防ぐ可能性がある。これは前方シート２１４をより薄くできるようにする可能性があり、これは重さおよび費用を減少させる可能性がある、および／または光起電素子２０５から前方流体流れチャネル２１７内の液体状の水の中への熱の伝達を改善する可能性がある。
【０６９３】
第２の実施形態に関して説明したのと同じ理由で、中央シート２１６と上側シート２１４との間の接触面積が必要な強度の信頼できる結合を形成するのに十分なだけ大きいことを条件として、前方シート２１４と接触する中央シート２１６の表面のサイズはできるだけ小さくなるのが好ましい。
【０６９４】
第３の実施形態の図示した例では、伝熱要素の異なるシートを形成するために、０．２ｍｍ厚さの錫被覆軟鋼シートが用いられる。代替的な例では、他の厚さが用いられてもよく、特に０．１ｍｍ厚さの錫被覆軟鋼シートが用いられてもよい。
【０６９５】
第３の実施形態の図示した例では、前方シート２１４と後方シート２１５の平行な部分との間の間隔は、凹部の場所では１．８ｍｍである。したがって、中央シートの厚さが０．２ｍｍであるため、凹部の場所での流体流れチャネル２１７および２１８の厚さは１．６ｍｍである。
【０６９６】
伝熱要素を形成するのに用いられるシートは、プレス成形により成形されてもよい。
【０６９７】
図示した第３の実施形態では、伝熱要素２０４は、縦軸を横断する方向に水平となるように配置される。すなわち、蒸気マニホルド２１１は水平であるべきである。しかしながら、実際には、水平からのいくらかの偏差が、伝熱要素２０４の作動に大きな影響を与えずに許容される可能性がある。こうした水平からの偏差は、結果的に、各蒸気マニホルド２１１の長さに沿った異なる位置での伝熱要素２０４の構造体に対する液体状の水の水面の高さの差をもたらすことになる。上記で説明されるように、液体状の水の水面の高さは変わる可能性がある。したがって、水平からの小さい偏差によって生じる小さな高さの差が適応される可能性がある。
【０６９８】
いくつかの例では、ハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１は、一次熱交換器２０８および二次熱交換器２０９から伝熱要素２０４の蒸気マニホルド２１１に凝結した液体状の水の流れが戻るのを支援するために、管２１９と熱交換器アセンブリ２０６の内部通路が熱交換器アセンブリ２０６から伝熱要素２０４の方に下向きに水平に或る角度で傾斜されるように配置されてもよい。
【０６９９】
第３の実施形態の前方シート２１４および後方シート２１５は、第２の実施形態の上側金属シート１１４および下側金属シート１１５と同様に窪みのある形状を有する。
【０７００】
前述のように、伝熱要素２０４は、窪みのある形状をもつ前方シート２１４によって形成される平坦な前面２０４ａを有する。加えて、前方シート２１４は、その前面２０４ａにわたって走る２つの長手方向の凹部を有し、これは光起電素子２０５の後ろの伝熱要素２０４の上面２０４ａに沿って走る２つの平行な溝を形成する。前の実施形態と同様に、伝熱要素２０４と光起電素子２０５との間の長手方向の凹部に沿って導電性リボンまたはワイヤが走る。ワイヤは、光起電素子２０５によって発生した電力を封止された透明な管２０３の外に運ぶための導電性パスを提供するために、光起電素子２０５におよびキャップ１２を通る導体２１に電気的に接続される。この電力は、家庭用または商用電気系統に供給するために、電圧変換のためのおよび／または交流に変換するためのインバータに供給されてもよい。
【０７０１】
光起電素子２０５を伝熱要素２０４に取り付けるのに接着剤が用いられる例では、第２の実施形態と同様に電気絶縁性接着剤を用いることができる。
【０７０２】
第３の実施形態では、長手方向の凹部は、流体流れチャネル２１７および２１８に平行に走る。したがって、長手方向の凹部のそれぞれは、伝熱要素２０４の各部分２０４ｃ〜２０４ｅにおける前方流体流れチャネル２１７のうちの１つの厚さを減らすことで対応される。
【０７０３】
第３の実施形態の図示した例では、前方シート２１４と平行な後方シート２１５との間の間隔は、長手方向の凹部１２９の場所で１．８ｍｍである。したがって、中央シートの厚さが０．２ｍｍであるため、長手方向の凹部の場所での前方流体流れチャネル２１７の厚さは１．６ｍｍである。
【０７０４】
第３の実施形態の伝熱要素は、第２の実施形態と同じ材料および結合技術を用いて形成されてもよい。
【０７０５】
第３の実施形態の図示した例では、伝熱要素２０４を通した水蒸気および液体状の水の流れは、伝熱要素２０４の冷却される前面を、作動中に一様な作動温度に保つ傾向がある。すなわち、伝熱要素１０４の冷却される上面は、等温に保たれる傾向がある。伝熱要素１０４の冷却される上面の等温性は、光起電素子１０５の等温冷却を引き起こす傾向があり、この場合、光起電素子１０５のより高温の部分は、光起電素子１０５自体が等温となる傾向があるように優先的に冷却される傾向がある。
【０７０６】
こうした等温冷却は、冷却によって提供される利点に加えてさらなる利点を提供する。
【０７０７】
等温冷却は、入射太陽放射線による加熱によって生じる光起電素子２０５におけるホットスポットまたは領域の出現を減少させるまたはなくすことができるという利点を提供する可能性がある。こうしたホットスポットまたは領域は、光起電素子２０５の効率を低下させることがある。
【０７０８】
等温冷却は、異なる温度にある光起電素子２０５の異なる部分の性能の差を補償するためのいかなる要件をも減らすまたはなくすことで、光起電素子２０５の制御および配線配置を簡素化する可能性がある。
【０７０９】
等温冷却は、光起電素子２０５におけるホットスポットまたは領域の形成を減らすまたは防ぐ傾向がある。上記で説明されるように、これは、光起電素子２０５の効率を特定の温度で改善できるようにする可能性がある。さらに、これは、より高い温度によって引き起こされる光起電素子２０５の劣化量を減少させる可能性がある。
【０７１０】
さらにまた、これは、光起電素子２０５が、他の方法でそうなる可能性があるよりも高い温度で所与の度合いの効率をもって作動できるようにする可能性がある。これは、光起電素子２０５が電気エネルギーを生じる効率の低下なしに、光起電素子２０５を含む太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２をより高い温度で作動できるようにする可能性がある。
【０７１１】
この等温冷却効果の一例は、２５℃を超える各摂氏度の温度上昇に対する電気エネルギー発生効率が約０．３５％〜０．５％だけ概して低下するシリコン光起電素子に関する上記で引用された一般図が、等温冷却されるシリコン光起電素子にあてはまらない可能性があることである。ホットスポットがなくされまたは減らされている状態のこうした等温冷却されるシリコン光起電素子は、電気エネルギー発生効率の低下が始まる閾値温度がより高い可能性があり、および／または、閾値温度を超える各摂氏度の温度上昇に対する低い効率低下率を有する可能性がある。さらに、シリコン光起電素子が恒久的に劣化する恐れのある温度はまた、等温冷却されるシリコン光起電素子に対し上昇する可能性がある。同様の効果は、他の半導体材料で形成された光起電素子で見られる可能性がある。
【０７１２】
いくつかの例では、上側シート２１４と光起電素子２０５との間に熱伝導性材料の１つ以上の層が配置されてもよい。こうした熱伝導性材料の層は、光起電素子２０５と前方シート２１４との間の伝熱率、したがって光起電素子２０５と前方流体流れチャネル２１７内の液体との間の伝熱率を増加させる可能性がある。こうした熱伝導性材料の層はまた、光起電素子２０５の横方向にわたる伝熱率を増加させる可能性がある。
【０７１３】
したがって、熱伝導性材料の層を提供することは、等温冷却の度合いを増加させる可能性があり、さらに、光起電素子２０５におけるホットスポットまたは領域の形成を減少させるまたはなくす傾向がある。
【０７１４】
熱交換アセンブリ
第３の実施形態の熱交換アセンブリ２０６は、第１のおよび第２の実施形態の熱交換アセンブリと類似している可能性がある。
【０７１５】
第３の実施形態では、熱交換アセンブリ２０６の一般的な配置および動作は、第１のおよび第２の実施形態のものと同様である。上記で説明したように、第３の実施形態では、熱交換アセンブリ２０６は、伝熱制御弁アセンブリ２０９によって分離される一次熱交換アセンブリ２０７および二次熱交換アセンブリ２０８を含む。これらは、第１の実施形態に係る伝熱制御弁９によって分離される一次熱交換器７および二次熱交換器８を含む熱交換アセンブリ６と類似しており、それと同様に作動する。
【０７１６】
第３の実施形態では、３つの別個の伝熱機構のそれぞれの蒸気マニホルド２１１を熱交換アセンブリ２０６にそれぞれ接続する３つの別個の管２１９が存在する。３つの伝熱機構のそれぞれは、それぞれの管２１９によって、一次熱交換アセンブリ２０７、二次熱交換アセンブリ２０８、および弁アセンブリ２０９を通るそれぞれの流体流れ通路に接続される。これらの流体流れ通路は、異なる伝熱機構間で物質の交換、特に液体状の水または水蒸気の交換が起こることのないように、気密障壁によって熱交換アセンブリ２０６内で別々に保たれる。
【０７１７】
異なる伝熱機構間の液体状の水または水蒸気の交換が可能であった場合、この水の伝達は、結果的に、伝熱システムのうちの１つ以上における液体状の水の水位を効率的な作動にとって高すぎるまたは低すぎるものにする可能性がある。これは、結果的に伝熱要素２０４の異なる部分２０４ｃ〜２０４ｅを異なる温度にする可能性がある。
【０７１８】
第３の実施形態では、一次熱交換アセンブリ２０６は、第１の作動流体を運ぶ１つ以上の流れチャネルの中に延在する複数の伝熱フィンをそれぞれ有する３つの一次熱交換器を備える。第３の実施形態の図示した例では、第１の作動流体は、家庭用高温水および／または加熱システムの一部を形成するポンプされる水の流れである。二次熱交換アセンブリは、第２の作動流体の中に延在する複数の伝熱フィンをそれぞれ有する３つの二次熱交換器を備える。第３の実施形態の図示した例では、第２の作動流体は周囲空気である。
【０７１９】
管２１９のそれぞれは、流体流れ通路によって一次熱交換器のそれぞれ１つおよび二次熱交換器のそれぞれ１つに接続される。これらの流体流れ通路のそれぞれは、伝熱制御弁アセンブリ２０９のそれぞれの伝熱制御弁によって一次および二次熱交換器間を選択的にブロックできる。３つの熱制御弁は、全て、伝熱要素２０４の異なる部分２０４ｃ〜２０４ｅが同じ温度に維持されることを保証するために、熱制御弁アセンブリによって同時に作動される。
【０７２０】
いくつかの例では、３つの一次熱交換器が物理的に一緒に組み合わされてもよい。いくつかの例では、３つの二次熱交換器が物理的に一緒に組み合わされてもよい。
【０７２１】
他の例では、３つの管２１９は、異なる伝熱機構間の水の交換が可能であるように、一次および二次熱交換器並びに伝熱制御弁を通る単一の流体流れ通路に接続されてもよい。このような例では、異なる伝熱機構における水位を均一化するための手段が提供されてもよい。
【０７２２】
第３の実施形態では、伝熱制御弁アセンブリ２０９のトリガ温度は、事前に決定されてもよい。いくつかの例では、トリガ温度は、ハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１の使用時に、もしくは設置または製造時に設定可能であってもよい。いくつかの例では、トリガ温度は、加熱されることになる水の意図された最高水温に応じて異なる値に設定可能であってもよい。特に、いくつかの例では、トリガ温度は、ハイブリッド太陽エネルギー変換器が家庭用高温水システムの水を加熱するのに用いられることになるときに６５℃に設定可能であってもよく、ハイブリッド太陽エネルギー変換器が工業用高温水システムの水を加熱するのに用いられることになるときに１３５℃に設定可能であってもよい。
【０７２３】
いくつかの例では、伝熱制御弁のトリガ温度は、光起電素子２０５による電気エネルギーの発生を最大にするように選択されてもよい。いくつかの例では、トリガ温度値は、第１の作動流体に伝達される熱エネルギーの量を増加させるように選択されてもよい。いくつかの例では、トリガ温度は、光起電素子２０５によって生じる電気エネルギーの量と第１の作動流体に伝達される熱エネルギーの量との両方を考慮に入れて、エネルギーの総生産を最適化するように選択されてもよい。いくつかの例では、最適化は、エネルギーの総生産を最大にする可能性がある。いくつかの例では、エネルギーの最適な総生産は、生じるエネルギーの総量を単純に最大にするのではなく、異なるタイプのエネルギーの相対的需要または値を考慮に入れてもよい。
【０７２４】
上記で説明したように、等温冷却は、光起電素子２０５におけるホットスポットまたは領域の形成を減らすまたは防ぐ傾向がある。これは、光起電素子２０５を含む太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２が、光起電素子２０５の電気エネルギー生産効率を低下させることなく、より高い温度で作動できるようにする可能性がある。これは、光起電素子２０５の電気エネルギー生産効率を低下させる温度の上昇なしに、より多くの使用可能な熱エネルギーを生産するために、収集器アセンブリの温度を上昇させることができる可能性がある。これは、トリガ温度を上昇させることができる可能性がある。
【０７２５】
いくつかの例では、トリガ温度は、ハイブリッド太陽エネルギー変換器２０１の使用中に異なる温度に設定されてもよい。これは、どのタイプのエネルギーが特定の時点で最も需要があるかに応じて異なる量の使用可能な熱エネルギーまたは電気を生産するために収集器アセンブリの温度を制御できるようにする可能性がある。
【０７２６】
例えば、高温水が電気よりも需要が多いとき、弁アセンブリ２０９は、収集器アセンブリの温度のあらゆる結果的な上昇に起因する光起電素子２０５の効率のあらゆる一時的低下に関係なく、第１の作動流体として作用する水に適用される熱の量を最大にするために、伝熱要素２０４からの高温水蒸気だけを一次熱交換器アセンブリ２０７に通すように閉じられてもよい。さらに、高温水が電気よりも需要が少ないとき、弁アセンブリ２０９は、第１の作動流体として作用する水の温度の影響に関係なく、光起電素子２０５をできるだけ多く冷却し、かつ発電効率を最大にするために、伝熱要素２０４からの高温水蒸気を一次熱交換器アセンブリ２０７と二次熱交換器アセンブリ２０８との両方に通すように開かれてもよい。
【０７２７】
第３の実施形態の図示した例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２の温度、したがって光起電素子の温度２０５は、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２から二次熱交換器２０８への熱エネルギーの伝達を選択的に可能にするまたは不可能にするように伝熱制御弁アセンブリ２０９を作動させることによって制御される。
【０７２８】
他の例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２の温度の制御に加えてまたは代替的に他の制御方法を用いることができる。いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２の温度は、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２からの熱エネルギーの除去率を変化させることで制御されてもよい。
【０７２９】
いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２からの熱エネルギーの除去率は、一次熱交換器アセンブリ２０７を通過する第１の作動流体の流量を変えることで制御することができる。いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２からの熱エネルギーの除去率は、例えば、一次熱交換器アセンブリ２０２内の第１の作動流体の流体流れ通路を選択的に開放または閉鎖することによって第１の作動流体が一次熱交換器アセンブリ２０７と接触する表面積を変えることで制御することができる。
【０７３０】
いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２からの熱エネルギーの除去率は、管２０３内の真空圧を変えることで制御することができる。これは、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２から管２０３への対流熱損失率を変化させる可能性がある。一般に、管２０３に伝達される熱は、対流および／または伝導によって外部環境に迅速に失われることになるであろう。
【０７３１】
いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２からの熱エネルギーの除去率は、伝熱要素２０４の部分２０４ｃ〜２０４ｅ内の真空圧を変えることで制御することができる。一般に、前方流体流れチャネル２１７内の液体状の水が蒸発し、蒸気の泡２２２を形成する傾向は、真空圧が減少するのに伴い増加することになり、前方流体流れチャネル２１７内の液体状の水が蒸発し、蒸気の泡２２２を形成する傾向は、真空圧が増加するのに伴い減少することになる。上記で説明されるように、前方流体流れチャネル２１７および後方流体流れチャネル２１８の周りの水の密度により駆動される循環と、蒸気マニホルド２１１および管２１９に沿った熱エネルギーの輸送は、両方とも水蒸気によって駆動される。したがって、真空圧を変えることで液体状の水が蒸発する傾向を変えることは、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２からの熱エネルギーの除去率、および光起電素子２０５からの熱エネルギーの除去率を制御できるようにする可能性があり、ゆえに太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２および光起電素子２０５の温度を制御できるようにする。
【０７３２】
さらに、前方流体流れチャネル２１７内の水２２１の回転沸騰が始まる温度は、真空圧が増加するのに伴い増加する傾向があり、真空圧が減少するのに伴い減少する傾向がある。したがって、伝熱要素２０４内の真空圧が変えられる例では、前方流体流れチャネル２１７内の水２２１が回転沸騰を始める温度を変化させることができる。
【０７３３】
上記で説明されるように、前方流体流れチャネル２１７および後方流体流れチャネル２１８の周りの水の密度により駆動される循環は、前方流体流れチャネル２１７内の水２２１が回転沸騰状態に入るときに特に活発になり、かつ熱輸送機構として特に効果的となる。したがって、真空圧を変えることで前方流体流れチャネル２１７内の水２２１が回転沸騰を始める温度を変えることは、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２および光起電素子２０５からの熱エネルギーの除去率を制御できるようにする可能性があり、ゆえに太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２および光起電素子２０５の温度を制御できるようにする。
【０７３４】
いくつかの例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２の温度は、太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２上に入射する太陽エネルギーの量を変化させること、ゆえに太陽エネルギー収集器アセンブリ２０２による熱エネルギーの吸収率を変化させることで制御されてもよい。
【０７３５】
いくつかの例では、入射太陽エネルギーの量は、入射太陽エネルギーの方向に対する太陽エネルギー収集器アセンブリの向きを変化させることで制御されてもよい。これは、１つ以上の軸線を中心として太陽エネルギー収集器アセンブリを回転させることができる駆動機構を用いて実施することができる。
【０７３６】
いくつかの例では、入射太陽エネルギーの量は、入射太陽エネルギーの経路内で調節可能な光遮断またはブロック機構を用いて制御されてもよい。いくつかの例では、可変フィルタ、シャッタ、止め部などが用いられてもよい。いくつかの例では、これらの調節可能な光遮断またはブロック機構は、物理的デバイスを備えてもよい。いくつかの例では、これらの調節可能な光遮断またはブロック機構は、液晶のような電子的に制御される光学特徴を有するデバイスを備えてもよい。
【０７３７】
太陽エネルギー収集器アセンブリの温度および／または光起電素子が制御される例では、上記で説明された温度を制御する方法のうちの１つ、いくつか、または全てを実施するように配置された温度制御機構と共に、温度センサおよび温度コントローラが提供されてもよい。
【０７３８】
温度センサは、太陽エネルギー収集器アセンブリの温度を測定し、かつこの温度値を温度コントローラに提供するように配置される。温度コントローラは、次いで、太陽エネルギー収集器アセンブリの温度を所望の値に制御するのに適切な方法で温度制御機構を作動させることができる。
【０７３９】
光起電素子の温度が制御される例では、１つ以上の光起電素子の温度を測定し、この温度値を温度コントローラに提供するように配置される温度センサが提供されてもよい。これは、太陽エネルギー収集器アセンブリの温度を測定するように配置された温度センサに対して付加的なものであってもよく、またはこの代わりのものであってもよい。温度コントローラは、次いで、１つ以上の光起電素子の温度を所望の値に制御するのに適切な方法で温度制御機構を作動させることができる。
【０７４０】
いくつかの例では、温度センサは、太陽エネルギー収集器アセンブリの上面に提供することができる。いくつかの例では、温度センサは、光起電素子と同じ半導体ウェハ上に形成することができる。
【０７４１】
便利には、温度コントローラは、適切にプログラムされた汎用コンピュータであってもよい。
【０７４２】
図示した第３の実施形態では、伝熱要素２０４は、３つの部分２０４ｃ〜２０４ｅに分けられ、そのそれぞれは、前方流体流れチャネル２１７および後方流体流れチャネル２１８、蒸気マニホルド２１１、並びに管２１９を備える別個の伝熱システムを有する。これらの別個の伝熱システムのそれぞれは、上記で説明された第２の実施形態と同様に作動する。他の例では、伝熱要素２０４は、それぞれが別個の伝熱システムを有する異なる数の部分に分けられてもよい。
【０７４３】
図示した第３の実施形態では、管２１９は、それぞれ、伝熱要素２０４の側部から外向きに延在し、次いで、直角にまがり、管２０３の軸線に平行に延在して管２０３のエンドキャップ２２０を通る。
【０７４４】
他の例では、管２１９は、異なったように配置されてもよい。いくつかの例では、管２１９は、相互に支持するために相互接続されてもよい。これは、伝熱要素２０４に提供される支持を改善する可能性がある。
【０７４５】
図示した第３の実施形態では、管２１９は、それぞれの蒸気マニホルド２１１の端部からそれぞれ外向きに延在する。いくつかの例では、管２１９は、それぞれの蒸気マニホルド２１１の異なる部分から延在してもよい。いくつかの例では、管２１９は、それぞれの蒸気マニホルド２１１の互いに異なる部分から延在してもよい。
【０７４６】
図示した第３の実施形態では、伝熱要素２０４の異なる部分２０４ｃ〜２０４ｅは、異なる部分の流体流れチャネル間に流体密封シールを形成するために前方シート２１４と後方シート２１５との間に延在する壁２３１によってそれぞれ分けられる。他の例では、異なる封止構造体を用いることができる可能性がある。いくつかの例では、流体密封シールを形成するために前方シート２１４と後方シート２１５を接触させることができる可能性がある。いくつかの例では、後方シート２１５を、前方シート２１４に接触させて流体密封シールを形成するために平坦な前方シート２１４の方に曲げることができる可能性がある。いくつかの例では、後方シート２１５は、プレスすることで成形されてもよい。
【０７４７】
図示した第３の実施形態は、光起電素子を備え、かつ入射太陽放射線を電気エネルギーと高温水との両方の出力に変換するように配置された、ハイブリッド太陽エネルギー変換器である。他の例では、光起電素子は、入射太陽放射線を高温水の出力に変換するように配置された太陽エネルギー変換器を提供するために省略されてもよい。
【０７４８】
代替的な収集器の配置
図示した全実施形態のは、管内の単一の略平坦な収集器アセンブリを採用する。他の配置が用いられてもよい。
【０７４９】
いくつかの例では、収集器アセンブリは、湾曲しもよい。湾曲した収集器アセンブリは、その内部に収集器アセンブリが設置される円筒管と同軸の湾曲した外面を有するように配置されてもよい。これは、より大きい表面積を有する収集器アセンブリを特定のサイズの円筒管内に嵌め込むことができる可能性がある。湾曲した収集器アセンブリは、その上に設置される湾曲した光起電素子を有してもよい。
【０７５０】
いくつかの例は、単一の管内に複数の収集器アセンブリを設置してもよい。
【０７５１】
いくつかの例は、単一の管内に複数の収集器アセンブリを異なる角度で設置してもよい。収集器アセンブリおよび管が固定される例では、これは、異なる時刻にエネルギーをより効率よく収集するように適合された角度で異なる収集器アセンブリを配置することによって収集器の効率を増加させることができる可能性がある。
【０７５２】
いくつかの例では、ミラーおよび／またはレンズは、入射太陽エネルギーを収集器アセンブリ上に誘導するまたは合焦するためにハイブリッド太陽エネルギー変換器と関連付けられてもよい。こうしたミラーは、平坦であってもよいしまたは湾曲しもよい。こうしたミラーおよび／またはレンズは、固定されてもよいしまたは移動可能であってもよい。いくつかの例では、太陽を追跡するために可動ミラーまたはレンズが配置されてもよい。
【０７５３】
いくつかの例では、透明な管は、入射太陽エネルギーを収集器アセンブリ上に誘導するまたは合焦するためにレンズを組み込んでいてもよい。いくつかの例では、透明な管はフレネルレンズを組み込んでいてもよい。
【０７５４】
代替的な管配置
図２２は、透明な管の代替的な配置を例証する。この配置では、透明な管は、第１のガラスエンドキャップ４１および第２のガラスエンドキャップ４２を有する円筒形のガラス管４０によって形成される。
【０７５５】
第１のエンドキャップ４１および第２のエンドキャップ４２のそれぞれは、円筒形のガラス管４０の軸線に沿って内向きに延在するそれぞれの中央スピゴット４３および４４を有する。この配置では、伝熱要素４は各端にベアリング４５を有する。ベアリング４５のそれぞれは、太陽エネルギー収集器アセンブリ２を透明な管３内に回転可能に支持するためにスピゴット４３および４４のうちの１つの上に嵌められる。図示した配置では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２は、ベアリング４５によって両端で支持され、円筒管１３を通じて支持されないまたは全面的に支持されない。
【０７５６】
熱交換アセンブリ６に隣接する管３の端部でのエンドキャップ４２のスピゴット４４は、伝熱要素４の管１３が熱交換アセンブリ６に達することを可能にする中央貫通孔４６を有する。熱交換アセンブリ６に隣接するエンドキャップ４２はまた、光起電素子５によって発生した電気エネルギーを太陽エネルギー収集器アセンブリ２から輸送するために、エンドキャップ４２を通過する導電体４７を有する。
【０７５７】
この配置では、太陽エネルギー収集器アセンブリ２は、入射太陽放射線への太陽エネルギー収集器アセンブリ２の露出が最大になるようにそれが設置される場所の地形に合わせるために、円筒形のガラス管４０内でおよび円筒形のガラス管４０とは独立して回転されてもよい。
【０７５８】
いくつかの例では、円筒管１３は、太陽エネルギー収集器アセンブリ２が円筒形のガラス管４０内で熱交換アセンブリ６とは独立して回転できるようにするために、回転シールまたは接合部を通じて熱交換アセンブリ６に接続されてもよい。
【０７５９】
図２２に示された例証される配置では、代替的な透明な管が、第１の実施形態に係る太陽エネルギー収集器アセンブリ２と組み合わせて示される。図示した代替的な透明な管はまた、他の実施形態に係る太陽エネルギー収集器アセンブリと組み合わせることができる。
【０７６０】
太陽追跡
上記で説明された実施形態は、入射太陽放射線を使用できる電気および／または熱エネルギーに変換する太陽エネルギー変換器である。
【０７６１】
いくつかの例では、太陽エネルギー変換器の収集器アセンブリは、空にわたる太陽の見掛けの運動に追従する、すなわち太陽を追跡するためにそれらの向きを変化させるように配置されてもよい。これは、収集器アセンブリ上に入射する太陽放射線エネルギーの量を周知の幾何学的理由で増加させる可能性があり、そのため、生じた使用できる電気および／または熱エネルギーの量を増加させる可能性がある。
【０７６２】
図２３は、太陽を追跡するために向きを変化させることができるように配置された太陽エネルギー変換器３００の一般図を示す。
【０７６３】
太陽エネルギー変換器３００は、太陽エネルギー収集器アセンブリ３０２を収容しかつ熱交換アセンブリ３０３に設置される、封止された透明な管３０１を備える。太陽エネルギー変換器３００は、本明細書で開示される実施形態のうちのいずれかに係る太陽エネルギー変換器であってもよい。実施形態のうちのいずれに太陽追跡配置が付加されてもよい。
【０７６４】
図２３の例では、封止された透明な管３０１は円筒形であり、軸線３０４を有する。封止された透明な管３０１は、管３０１内に設置された太陽エネルギー収集器アセンブリ３０２と一緒に軸線３０４を中心として回転するように設置される。駆動モータ３０５は、トランスミッション機構３０６を通じて管３０１を回転駆動するように配置される。図示した例では、トランスミッション機構３０６は、歯車およびチェーン式トランスミッション機構である。
【０７６５】
日時に基づいて駆動モータ３０５を選択的に作動させることで、封止された透明な管３０１と太陽エネルギー収集器アセンブリ３０２を、地球の自転の結果として太陽の見掛けの位置が変化する際に太陽に追従するように回転させることができる。
【０７６６】
こうした太陽追跡駆動システムを追加することで、太陽エネルギー収集器アセンブリによって集められるエネルギーの量が約２０％増加する可能性がある。
【０７６７】
図２４の例では、複数の太陽エネルギー変換器３００が配列３０７を形成するように設置される。太陽エネルギー変換器３００のそれぞれは、太陽エネルギー収集器アセンブリ３０２を収容しかつ熱交換アセンブリ３０３に設置される、封止された透明な管３０１を備える。各封止された透明な管３０１は、管３０１内に設置された太陽エネルギー収集器アセンブリ３０２と一緒に軸線３０４を中心として回転するように設置される。透明な管３０２は、それらのそれぞれの回転軸線３０４が平行であるように配列３１０上に設置される。
【０７６８】
駆動モータ３１１は、トランスミッション機構３１２を通じて配列３１０の管３０１を同期した状態で回転駆動するように配置される。図示した例では、トランスミッション機構３１２は、歯車およびチェーン式トランスミッション機構である。
【０７６９】
配列３１０は、軸線３０４に垂直な軸線３１４を中心とした回転のためにターンテーブル３１３上に設置される。駆動モータ３１５は、トランスミッション機構３１６を通じてターンテーブル３１３を回転駆動するように配置される。図示した例では、トランスミッション機構３１６はギア式トランスミッション機構である。
【０７７０】
日時に基づいて駆動モータ３０５および３１５を選択的に作動させることで、配列３１０の封止された透明な管３０１および太陽エネルギー収集器アセンブリ３０２を、地球の自転の結果として太陽の見掛けの位置が変化する際に太陽に追従するように回転させることができる。
【０７７１】
こうした二軸太陽追跡駆動システムを追加することで、太陽エネルギー収集器アセンブリ３０２によって集められるエネルギーの量が約４８％まで増加する可能性がある。
【０７７２】
図２３および図２４の例では、１つ以上の駆動モータの作動は、太陽エネルギー変換器またはコンバータ３００の場所を考慮に入れるべきである。
【０７７３】
他の例では、配列３１０は、太陽に追従するように１つまたは２つの軸線を中心として回転することができる。単一の軸線を中心とした回転は、集められるエネルギーの量を約２０％まで増加させる可能性があり、一方、２つの軸線を中心とした回転は、集められるエネルギーの量を約４８％まで増加させる可能性がある。
【０７７４】
他の例では、太陽エネルギー収集器アセンブリは、管と、太陽エネルギー収集器アセンブリだけを回転駆動するために配置された駆動モータに対して回転するように管内に設置されてもよい。このような例では、管内の真空を破る可能性がある空気漏れを許さないであろう駆動機構が用いられるべきである。
【０７７５】
他の例では、太陽エネルギー収集器アセンブリ、または管を伴う太陽エネルギー収集器アセンブリは、管の軸線以外の軸線を中心として回転してもよい。
【０７７６】
全般
上記の説明では、異なる実施形態の伝熱要素内の水位が言及される。水位への言及は、伝熱要素が低温であり、かつ液体状の水が本質的に水蒸気の泡を含有しないときの水位を指す。水位は、伝熱要素の作動中に、液体状の水の中に水蒸気の泡が形成され破裂する際におよび液体状の水が蒸発し水蒸気が凝結する際に変化する可能性があることが上記の説明から理解されるであろう。
【０７７７】
図示した実施形態では、伝熱制御弁によって分離される一次および二次熱交換器が用いられる。上記で説明されるように、この配置は、電気または使用可能な熱エネルギーの生産を選択的に最大にするために、よどみを防ぐ利点、太陽エネルギー収集器アセンブリおよび光起電素子のような任意の付属構成部品の最高温度を制限する利点、およびハイブリッド太陽エネルギー収集器を制御する利点を提供する可能性がある。他の例では、１つ以上の一次熱交換器だけが用いられてもよく、伝熱制御弁によって切り換えられる二次熱交換器の配置は省略されてもよい。
【０７７８】
いくつかの例では、太陽エネルギー収集器の温度を制御するための上記で説明された配置のうちの１つ以上は、二次熱交換器および伝熱制御弁を提供する代わりにまたはこれに加えて用いられてもよい。
【０７７９】
図示した実施形態では、伝熱要素は、０℃〜約２７０℃のあたりの作動温度範囲を有してもよい。実際には、家庭用設備（ｉｎｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｓ）のための作動温度範囲は、安全のため９５℃または６５℃の最高温度に、およびいくつかの管轄での法的要件に準拠するように制限されてもよい。シリコン光起電素子が用いられる場合、発電を最大にする最適温度範囲は、２０℃〜６５℃の範囲内、または２０℃〜３０℃の範囲内、または２５℃〜３０℃の範囲内であってもよい。
【０７８０】
図示した実施形態では、熱交換器は、水蒸気だけが熱交換器表面に接触し、凝結して熱を熱交換器に伝達するように、管またはチャネルによって蒸気マニホルドまたは液体通路に接続される。他の例では、熱交換器または各熱交換器は、いくらかの液体状の水が熱交換器と接触するように配置されてもよい。熱交換器または各熱交換器は、液体状の水の中に部分的に浸漬されてもよい。これは、水の代わりに他の作動流体が用いられた場合にもあてはまるであろう。
【０７８１】
熱交換器が伝熱要素からそれらのそれぞれの作動流体に熱エネルギーを伝達できる割合である一次および二次熱交換器の伝熱率は、システムの期待される作動温度でまたは期待される作動温度範囲にわたって伝熱要素が収集器アセンブリの等温冷却面から熱交換器アセンブリに熱を伝達できる割合である伝熱要素の伝熱率と合致させてもよい。これは効率を改善する可能性がある。
【０７８２】
図示した実施形態では、一次作動流体は、加熱される水であり、二次作動流体は、周囲（自由）空気である。他の例では、二次作動流体はダクトの空気であってもよい。これは、二次作動流体である空気を暖房のような低レベル加熱に使用できるようにする可能性があり、かつ二次作動流体である空気が二次熱交換器を通過して吹くことを可能にする可能性があり、この場合、二次熱交換器からの熱損失率が増加する可能性がある。他の例では、一次作動流体は空気であってもよい。他の例では、二次作動流体は水であってもよい。
【０７８３】
他の例では、一次および／または二次作動流体は、水および空気以外の流体であってもよい。
【０７８４】
図示した実施形態では、透明な管またはエンベロープが用いられる。他の例では、これは、半透明または部分的に不透明な管またはエンベロープに置き換えられてもよい。
【０７８５】
一般に、全実施形態において、伝熱要素による光起電素子の厚さ全体の効果的な冷却を保証するために、できるだけ薄い光起電素子を有することが好ましい場合がある。これは、光起電素子内に高い温度の局部的なホットスポットが生じることを防ぐのを支援する可能性があり、ホットスポットは光起電素子の性能および信頼性を下げる可能性がある。しかしながら、実際には、他の理由、例えば物理的強度のために最低限必要な光起電素子の厚さがあるかもしれない。
【０７８６】
図示した実施形態では、脱気された蒸留水が用いられる。これは、水が蒸発する傾向を最大にし、熱サイフォンによる伝熱効率を高めるという利点を提供する可能性がある。溶解ガスを含む水に溶解した不純物は、水の蒸発を抑制する傾向があるであろう。
【０７８７】
いくつかの例では、水は、水が蒸発する傾向を増加させるために蒸発促進添加剤を含有してもよい。いくつかの実施形態では、疎水性材料の粒子が用いられてもよく、特に酸化亜鉛の粒子が用いられてもよい。疎水性分子の粒子は、核形成サイトとして作用し、蒸発を抑制する傾向なしに水蒸気の泡の形成を促進する可能性がある。
【０７８８】
全実施形態において、核形成促進構造体は、戻りチャネルではなく上昇チャネルだけの表面に追加されてよい。これは、上昇チャネルおよび戻りチャネルの中の水が同様のまたは同じ温度に設定されるときであっても、主に上昇チャネルの中でまたは上昇チャネルの中でだけ液体状の水が蒸発し、および泡を形成することを促す可能性がある。適切な核形成促進構造体は、マイクロポアおよび／または粗面処理を含んでもよい。
【０７８９】
全実施形態において、戻りチャネルから上昇チャネルに水が流れるようにするために、上昇チャネルと戻りチャネルとを分離するシートに孔または開口部が提供されてもよい。これは、液体状の水の循環を改善し、かつ伝熱効率を改善する可能性がある。
【０７９０】
図示した実施形態では、密度により駆動される循環を提供するために、伝熱要素内の作動流体として水が用いられる。他の実施形態では、他の蒸発できる液体、溶液、または混合物が用いられてもよい。特に、水とグリコールの混合物が用いられてもよく、エタノールが用いられてもよく、エタノールと水の混合物が用いられてもよい。１つの流体が別の流体のための核剤として作用する、異なる流体の混合物が用いられてもよい。
【０７９１】
他の例では、７５％水および２５％エタノールの混合物が、伝熱要素内の作動流体として用いられてもよい。７５％水および２５％エタノールの混合物が用いられるとき、混合物は、約２２℃の温度で回転沸騰状態に入る可能性がある。他の実施形態では、作動流体として用いられる水とエタノールの組成比は、回転沸騰が始まる温度を所望の温度に設定するために変えられてもよい。
【０７９２】
前述のように、熱輸送機構の効果は、作動流体の回転沸騰が始まるときに著しく増加する。したがって、収集器アセンブリの冷却面の温度を特定の温度よりも低く保つことが望ましい用途では、伝熱装置内の意図された真空圧条件において前記特定の温度またはこれよりも低い温度で回転沸騰を始める作動流体または混合物を選択することが好ましい場合がある。
【０７９３】
太陽エネルギー収集器アセンブリが真空管に対して回転する例では、それらの間に回転真空シールが提供されなければならない。いくつかの例では、回転真空シールは、多段シールによって提供されてもよい。特に、多段Ｏリングシールが用いられてもよい。
【０７９４】
多段Ｏリングシールが用いられる場合、有利な製造方法は、管を排気する状態で、真空管の内部から外部に順に異なる段のＯリングシールを形成することである可能性がある。これは、シール間の領域が最初に管の内部と同じ真空圧を有する状態の多段Ｏリングシールを提供するであろう。こうした多段Ｏリングシールは、多段Ｏリングシールが回転真空シールとして用いられるときであっても、管内の長く持続する真空を支える可能性がある。
【０７９５】
上記の実施形態は、単一の太陽エネルギー変換器を例証しおよび説明する。実際には、複数のこうしたユニットで作製された配列が用いられてもよい。このような配列では、各太陽エネルギー変換器が専用の電気インバータを有してもよい。代替的に、複数の太陽エネルギー変換器群が共通のインバータを共有してもよい。
【０７９６】
太陽エネルギー変換器の配列においては、共通のマニホルドとして配列のエネルギー変換器の全ての一次熱交換器を通して走る一次作動流体チャネルを有することが好ましい場合がある。
【０７９７】
太陽エネルギー変換器の配列においては、隣接する太陽エネルギー変換器が、一緒に直接接続されるそれらのそれぞれの入口開口部および出口開口部を有することが好ましい場合がある。これは、各入口開口部および出口開口部の周りにフランジを提供すること、および隣接する太陽エネルギー変換器の隣接する入口開口部および出口開口部のフランジを一緒にクランプすることによってなされてもよい。
【０７９８】
太陽エネルギー変換器の配列においては、共通のマニホルドから全ての流体を排出する必要なしに、欠陥のある変換器を修理するためにまたは交換するために配列から個々の太陽エネルギー変換器を取り出せることが望ましい場合がある。したがって、隣接する太陽エネルギー変換器が配列から取り出されるときに入口開口部または出口開口部のうちの適切な方をシールするために、各太陽エネルギー変換器の一次熱交換器に流体遮断弁が提供されてもよい。
【０７９９】
上記で説明された実施形態は、真空円筒管内に収集器アセンブリを備える。いくつかの例では、収集器アセンブリは、排気されない筐体内に位置してもよい。いくつかの例では、円筒管ではない筐体が用いられてもよい。
【０８００】
上記の実施形態は、ハイブリッド太陽エネルギー変換器との関連で説明される。説明されたハイブリッド太陽エネルギー変換器の異なる部分は独立して使用できる可能性がある。
【０８０１】
特に、太陽エネルギー収集器アセンブリおよび熱交換アセンブリは、太陽エネルギー収集器アセンブリ用の別個の透明な真空管なしにフラットパネル装置に用いられてもよい。こうしたフラットパネル装置は、排気されてもよく、または代替的に排気されなくてもよい。
【０８０２】
特に、収集器アセンブリは、収集器アセンブリ上に設置されるいかなる光起電素子もなしに、入射太陽放射線から熱エネルギーを集めるために集熱器として用いられてもよい。
【０８０３】
太陽エネルギー変換器の配列は、収集器アセンブリ上に設置される光起電素子を伴うハイブリッド太陽エネルギー変換器と、収集器アセンブリ上に設置される光起電素子を伴わない太陽熱エネルギー変換器との両方を備えてもよい。こうした配列は、水を中温に加熱するハイブリッド太陽エネルギー変換器および水を中温から高温に加熱する太陽熱エネルギー変換器で水を加熱するのに用いられてもよい。光起電素子を伴わない太陽熱エネルギー変換器は、それらが熱劣化に悩まされるいかなる光起電素子も有さないので、ハイブリッド太陽エネルギー変換器よりも高い温度で作動してもよい。
【０８０４】
いくつかの例では、収集器アセンブリは、工業用途または家庭用途で空気または水を加熱するために集熱器として用いられてもよい。いくつかの例では、収集器アセンブリは、脱塩または浄水用途で水を加熱するために集熱器として用いられてもよい。
【０８０５】
特に、熱交換アセンブリは、光起電素子を伴わないおよび／または伝熱要素を伴わない太陽エネルギー熱収集器において別々に用いられてもよい。これは、よどみの問題を解決できる可能性がある。
【０８０６】
特に、伝熱要素は、他の熱輸送用途で使用できる密度により駆動される熱輸送機構を提供する可能性がある。
【０８０７】
特に、伝熱要素は、他の用途で使用できる等温冷却面を提供する可能性がある。
【０８０８】
特に、等温冷却面は、湾曲しもよい。これは湾曲した物体をより効率よく冷却できる可能性がある。
【０８０９】
一例では、伝熱要素は、例えばコンピュータの電気回路を冷却するのに用いられてもよい。
【０８１０】
伝熱要素が他の用途で用いられ、かつ光起電素子と組み合わされない場合、伝熱要素は、より広い範囲の温度で作動してもよい。一例では、作動流体として水を用いる伝熱要素は、２８０℃までの温度で作動してもよい。他の例では、他の流体が作動流体として用いられてもよい。高温用途の一例では、ナトリウムが伝熱要素内の作動流体として用いられてもよい。
【０８１１】
いくつかの例では、伝熱要素は、一方または両方の熱交換器の代わりに１つ以上の電気−熱発電機に熱を輸送してもよい。これは、発生する電気エネルギーの量を増加させる可能性がある。特に、伝熱要素は、１つ以上のスターリングエンジンに熱を輸送してもよい。
【０８１２】
図示した実施形態では、約１０−３ｍｂａｒの圧力を有する伝熱要素内に真空が用いられる。より高いまたはより低い圧力が用いられてもよい。一般に、より低い真空圧を用いることは、ハイブリッド太陽エネルギー変換器の性能を改善することが予想される。いくつかの例では、１０−２バール以下の真空圧が用いられてもよい。いくつかの例では、１０−６ｍｂａｒまたは１０−８ｍｂａｒの真空圧が用いられてもよい。
【０８１３】
１０−３ｍｂａｒの真空圧は、一般に、単純な真空ポンプが提供できる最低圧力であり、ゆえに、この真空圧の使用は、必要な真空ポンプが容易に入手可能であるため便利である。この真空圧の使用は、より低い真空圧を提供する費用に起因して、ハイブリッド太陽エネルギー変換器の商業規模の生産に経済的に有利である可能性がある。他の実施形態では、より高いまたはより低い真空圧が用いられてもよい。
【０８１４】
図示した実施形態では、ハイブリッド太陽エネルギー変換器は、屋根および／または壁面設置ブラケットを有する。他の実施形態では、異なる設置方法および構成部品が用いられてもよい。
【０８１５】
上記の説明は３つの実施形態を説明する。全ての実施形態は、密接に関連しており、実施形態のうちの１つに関連して開示された代替、説明、および利点は、類似した方法で他の実施形態に概してあてはめることができる。特に、１つの実施形態の要素が他の実施形態で用いられてもよく、類似した要素を実施形態間で交換することができる。
【０８１６】
上記の説明は、上側および下側、並びに前方および後方のような相対的な場所の用語を用いる。これらは、例証される図面における参照される部分の相対的な場所を指すのを明確にするために用いられ、製造中または使用中の本発明の実施形態の部分の向きおよび／または場所に関する制限としてみなされるべきではない。
【０８１７】
上記ではベストモード、および適切な場合には本発明を実施する他のモードと考えられるものを説明したが、本発明は、好ましい実施形態のこの説明で開示された特定の装置構成または方法ステップに限定されるべきではないことが当業者には分かるであろう。そこに種々の修正がなされてもよいこと、および本明細書で開示された主題が種々の形態および例で実装されてもよいこと、およびそのうちのいくつかだけが本明細書で説明されている教示が多くの用途に当てはめられてもよいことが理解される。以下の請求項によって、本発明の教示の真の範囲内に入るいずれかのおよび全ての用途、修正、および変形を特許請求することが意図される。当業者は、本発明が広範な用途を有すること、および添付の請求項において定義される場合の発明概念から逸脱することなく実施形態に広範な修正を行ってもよいことを認識するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【外国語明細書】
2019095189000001.pdf