(57)【要約】  本発明は、柔軟なパネルと、対向する２つの側から反対方向の曲げモーメントをパネルに送り込む手段と、を備えている一軸集光型太陽熱コレクタ用リフレクタに関する。本発明は、さらに、保護外被の内部に配置されている、高集光型太陽熱コレクタのレシーバにも関し、保護外被は太陽光線に対して非透過性であり、空気が漏れないように塞がれた開口部を有しており、太陽光線はこの開口部から保護外被の内部に入ることができる。本発明の１つの態様は一軸及び二軸集光型太陽熱コレクタ用センサに関し、このセンサは空洞体を有しており、空洞体の中には光電セルが配置され、光透過性の散乱体が配置されている開口部を有し、空洞体の外部は太陽光線が反射するように形成されている。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネルが柔軟であり、対向する２つの側から反対方向の曲げモーメントを前記パネルに送り込む手段を有していることを特徴とする、前記パネルを備える一軸集光型太陽熱コレクタ用リフレクタ。
【請求項２】
前記曲げモーメントが異なる大きさであることを特徴とする、請求項１に記載のリフレクタ。
【請求項３】
反射層が前記パネルの構成部品であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のリフレクタ。
【請求項４】
反射層がポジティブ結合によって前記パネルに取り付けられていることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか一項に記載のリフレクタ。
【請求項５】
前記パネルの各側面に、好ましくは垂直に角度をつけて固定されたレバーが、曲げ剛性をもたせて取り付けられており、前記手段は、長さの調整が可能な引張エレメント又は圧縮エレメントであり、前記レバーを介して力が前記パネルに送り込まれ、前記力が２つの反対の前記曲げモーメントを発生させ、希望する曲線に前記パネルを柔軟に曲げることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のリフレクタ。
【請求項６】
前記圧縮力がテンション構造によって吸収されることを特徴とする、請求項５に記載のリフレクタ。    
【請求項７】
前記角度のあるレバーが異なる長さであることを特徴とする、請求項５又は６のいずれか一項に記載のリフレクタ。
【請求項８】
前記パネルの各側面に、ねじり剛性をもたせた横木が取り付けられており、長さの調整が可能な手段によって前記力が送り込まれ、２つの反対方向の前記曲げモーメントが発生し、両方の前記曲げモーメントが希望する曲線に前記パネルを柔軟に曲げることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のリフレクタ。
【請求項９】
２つの前記横木の幅が異なっていることを特徴とする、請求項８に記載のリフレクタ。
【請求項１０】
前記手段が圧縮エレメントであり、前記圧縮力が曲げ剛性をもたせた横木によって吸収されることを特徴とする、請求項８又は９に記載のリフレクタ。
【請求項１１】
前記手段が、長さ調整可能な引張エレメントであることを特徴とする、請求項８又は９に記載のリフレクタ。
【請求項１２】
引張又は圧縮エレメントとして形成されている前記手段に偏心器が取り付けられており、太陽追尾に起因する回転が、前記偏心器を介して前記回転に連動している前記リフレクタ半径の増加を発生させ、前記リフレクタ半径は、前記圧縮又は引張エレメントを締め付けることによって個々に調整されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のリフレクタ。
【請求項１３】
保護外被の内部に配置されているレシーバを備える、高集光型太陽熱コレクタのレシーバ配置であって、前記保護外被は太陽光線に対して非透過性であり、空気が漏れないように塞がれた開口部を有しており、太陽光線は前記開口部から前記保護外被の内部に入ることができることを特徴とするレシーバ配置。
【請求項１４】
前記保護外被の前記内側が、太陽光線を吸収するように形成されていることを特徴とする、請求項１３に記載のレシーバ配置。
【請求項１５】
前記保護外被の前記内側が、太陽光線を反射するように形成されていることを特徴とする、請求項１３に記載のレシーバ配置。
【請求項１６】
前記保護外被が熱絶縁されていることを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のレシーバ配置。
【請求項１７】
好ましくはガラス製の、真空引きされた透明の空洞体が前記保護外被の前記開口部の中に挿入されていることを特徴とする、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のレシーバ配置。
【請求項１８】
真空引きされた透明な前記空洞体の中には回転可能なエレメントが挿入され、該エレメントが太陽光線の入射を阻止する位置と、太陽光線を通過させる位置とに配置できることを特徴とする、請求項１７に記載のレシーバ配置。
【請求項１９】
前記配置が、真空引きされた透明な前記空洞体の外部にあるマグネットを有しており、該マグネットによって前記エレメントの位置を調整できることを特徴とする、請求項１８に記載のレシーバ配置。 
【請求項２０】
前記配置がバイメタルを有しており、該バイメタルは温度に応じて前記エレメントの位置を自動的に調整することを特徴とする、請求項１８又は１９に記載のレシーバ配置。
【請求項２１】
前記エレメントが、閉じられた位置において内側を向く面に太陽光線が反射するように形成されていることを特徴とする、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のレシーバ配置。
【請求項２２】
前記エレメントが、閉じられた位置において外側を向く面に太陽光線が反射するように形成されていることを特徴とする、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載のレシーバ配置。
【請求項２３】
前記レシーバが、少なくとも１つのパイプを有することを特徴とする、請求項１３〜２２のいずれか一項に記載のレシーバ配置。
【請求項２４】
前記レシーバが、塞がれていない湾曲したシートメタルを有していることを特徴とする、請求項１３〜２２のいずれか一項に記載のレシーバ配置。
【請求項２５】
一軸及び二軸集光型太陽熱コレクタ用センサであり、該センサが空洞体を有しており、該空洞体の中には光電セルが配置され、光透過性の散乱体が配置されている開口部を有し、前記空洞体の外部は太陽光線が反射するように形成されていることを特徴とする、センサ。
【請求項２６】
前記散乱体が球形であることを特徴とする、請求項２５に記載のセンサ。
【請求項２７】
前記散乱体がシリンダ形であることを特徴とする、請求項２５に記載のセンサ。
【請求項２８】
前記空洞体がボックス形の内部形状を有することを特徴とする、請求項２５〜２７のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項２９】
前記空洞体がシリンダ形の内部形状を有することを特徴とする、請求項２５〜２７のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項３０】
前記空洞体が円錐形の内部形状を有することを特徴とする、請求項２５〜２７のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項３１】
前記空洞体が２つの光電セルを有することを特徴とする、請求項１３〜３０のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項３２】
前記空洞体が２つの光透過性の散乱体を有することを特徴とする、請求項１３〜３１のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項３３】
一軸又は二軸集光型太陽熱コレクタと請求項１３〜３２のいずれか一項に記載のセンサとを備える配置であり、前記散乱体が太陽光の方向からは逸れているが反射面に対向する形で位置決めさるように前記センサが配置されていることを特徴とする、配置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽熱コレクタ用のリフレクタ、レシーバ配置及びセンサに関する。
【０００２】
本発明の第１の態様は、パネルを備える一軸集光型太陽熱コレクタ用のリフレクタに関する。この種のリフレクタは、好ましくは、太陽光線を収集するための線形の集光型太陽熱コレクタの中で使用される。この場合、入射する太陽光は、細いベルト、すなわちレシーバの上で反射する。このレシーバは、放射エネルギーを熱エネルギーに変換する。この熱は媒体によって消費者に輸送される。
【０００３】
線形の集光リフレクタは、一方向に凹形に湾曲した反射表面である。適用に応じて、これらの表面は具体的な数学関数に従う。これらの用途は放物線トラフコレクタ、フレネルコレクタであり、また二軸湾曲コレクタも含まれている。放物線トラフコレクタの場合、リフレクタ表面は放物線の関数に従う。フレネルコレクタの場合、この放物線はコレクタの長さによって小さな部分に分割されており、これらの部分ではリフレクタが平坦であるか、又は円形の凹形に湾曲している。
【背景技術】
【０００４】
周知のリフレクタは、裏面を金属被覆したガラス製か、又は気候の影響を防ぐために必須である保護層によって表面を金属被覆した材料から作られている。ガラスリフレクタの場合、まず平坦なフロートガラスに熱負荷がかけられ、次に裏面が金属被覆される。表面を金属被覆したリフレクタは、薄い金属箔の上にリフレクタ層を塗布することによって生じる。この金属箔は、次に同じ形状のベース上に貼り付けられる。
【０００５】
熱によって湾曲したガラスリフレクタの場合、この湾曲したガラスは、リフレクタが波形になる傾向が避けられない。表面を金属被覆したリフレクタの場合、望ましい最適な表面形状の精密度は下部構造の精密性によって決定される。この場合、構造の複雑性は精密性の要求に伴って増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明は、簡単に製造可能であり、高い精度を有するリフレクタを提供するという課題に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、パネルが柔軟であり、対向する２つの側から反対方向の曲げモーメントをパネルに送り込む手段を有することによって解決される。
【０００８】
曲げ梁の静力学から、梁の端部にかかる一定の曲げモーメントは、追加的に外部の力を作用させることなく、梁の長さ全体にわたって一定の湾曲を発生させることが知られている。従って、この曲げモーメントが不変的に梁に作用している限り、この梁は、まず特殊な半径を備える弓形に湾曲する。梁のそれぞれの端部に追加的に横方向の力を外部から加えれば、この曲げモーメントを不均等な大きさにすることも可能である。この力を耐力と呼ぶ。これによって、パネルの断面が放物線の形状になるようにパネルを形成することができる。
【０００９】
さらに、すでに塑性湾曲されたパネルを、同じ力の配置を使って新しい曲線に柔軟に変形することも可能である。あらかじめ塑性湾曲されたパネルは規定の半径を有している。外部の力と曲げモーメントの影響により、パネルは新しい曲線に柔軟に変形される。
【００１０】
このことにより、少なくとも１つの反射層、好ましくはサンドイッチパネルからなる任意の長さのパネルのサイドラインに、曲げ軸と平行に、それぞれ縦方向に通る反対方向の曲げモーメントをかけることが可能となる。この曲げモーメントは、この場合、様々な大きさにすることができる。
【００１１】
この前提の下で、曲線を計算する際に考慮しなければならない追加的な横方向の力が誘起される。対向する側の曲げモーメントが反対方向に同一の大きさである場合、曲げ軸に対して横方向に通る曲げモーメントは不変であり、パネルは正確に円弧を描いて曲がる。対向する曲げモーメントが同じ大きさでない場合、曲げモーメントは曲げ軸に対して横方向に非対称的に通り、この曲げモーメントは曲げ軸に対して横方向に沿った線形関数である。線形曲げモーメントの一次微分は一般的な状態において放物線を描いているので、一軸に湾曲したそれぞれのパネル表面、特に集光太陽熱に用いる一軸湾曲リフレクタを寸法決定によって製造することができる。
【００１２】
必要な曲げモーメントと横方向の力とをパネルに伝達できるようにするためには、構造エレメントとして追加の手段が必要となる。
【００１３】
従って、曲げモーメントが、用途に応じて異なる大きさである場合は有利である。
【００１４】
この場合、反射層はパネルの構成部品であるか、又はポジティブ結合によってパネルに取り付けることができる。
【００１５】
有利な実施形態では、パネルの各側面に、好ましくは垂直に角度をつけて固定されたレバーが、曲げ剛性をもたせて取り付けられており、この手段は、長さの調整が可能な引張エレメント又は圧縮エレメントであり、レバーを介して力がパネルに送り込まれ、この力が２つの反対方向の曲げモーメントを発生させ、希望する曲線にパネルを柔軟に曲げる。
【００１６】
このとき、圧縮力がテンション構造によって吸収される場合は有利である。
【００１７】
角度をつけたレバーは、用途に応じて異なる長さにすることができる。
【００１８】
別の実施形態では、パネルの各側面に、ねじり剛性をもたせた横木が取り付けられており、長さの調整が可能な手段によって力が送り込まれ、２つの反対方向の曲げモーメントが発生し、これらの両方の曲げモーメントが希望する曲線にパネルを柔軟に曲げる。
【００１９】
このとき、２つの横木の幅は異なっていることができる。
【００２０】
１つの実施形態では、この手段が圧縮エレメントであり、圧縮力が曲げ剛性をもたせた横木によって吸収されるようになっている。別の実施形態では、この手段が、長さ調整可能な引張エレメントである。
【００２１】
特別な実施形態では、引張又は圧縮エレメントとして形成されている手段に偏心器が取り付けられており、太陽追尾に起因する回転は、この偏心器を介して、回転に連動しているリフレクタ半径の増加を発生させ、このリフレクタ半径は、圧縮又は引張エレメントを締め付けることによって個々に調整される。
【００２２】
この種のリフレクタの様々な実施形態を図に示し、以下に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】固定された角度による力の送り込みの図である。
【図２】ねじり剛性をもたせた横木による力の送り込みの図である。
【図３】引張−締付けエレメントによる力の送り込みの図である。
【図４】フレネルコレクタのためのオートフォーカスの図である。
【図５】引張エレメントを備えるパネルのオートフォーカスの図である。
【図６】オートフォーカスの配置図である。
【図７】様々な偏心器の位置を示した図である。
【図８】様々な横木の形態である。
【図９】様々な横木の形態である。
【図１０】様々な横木の形態である。
【図１１】モーメントを送り込むための、中心から離れた部分のメカニズム断面図である。
【図１２】モーメントを送り込むための中心のメカニズム断面図である。
【図１３】レシーバ配置の斜視図である。
【図１４】図１３に示されたレシーバ配置の斜視図であり、閉じられた回転可能なエレメントを拡大した図である。
【図１５】回転可能なエレメントが開かれた状態にある、図１４による図である。
【図１６】回転可能なエレメントが開かれた状態にあり、光路が示されている、図３によるレシーバ配置の断面図である。
【図１７】回転可能なエレメントが閉じられた状態の断面図である。
【図１８】回転可能なエレメントが開かれた状態の断面図である。
【図１９】正方形の保護外被を備える様々なレシーバ配置の断面図である。
【図２０】円形の保護外被を備える様々なレシーバ配置の断面図である。
【図２１】開かれた状態と閉じられた状態における、回転可能なエレメントを備えるレシーバ配置である。
【図２２】開いた状態における、点状及び線形散乱体用センサの図である。
【図２３】光路が示されている、図２０に基づく図である。
【図２４】光電セルに関係する光路が示されている図２０に基づく図である。
【図２５】様々な散乱体の機能である。
【図２６】フォーカスによるセンサの動きの図である。
【図２７】光電セルの強度の時間経過図である。
【図２８】開かれた状態における、２つの散乱体と２つの光電セルを備えるセンサの図である。
【図２９】図２８による、レシーバに固定されたセンサの図である。
【図３０】センサの代替の実施形態の図である。
【図３１】図３０に示されたセンサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１にはパネル１の断面図として、直線の曲げ梁が示されている。それぞれの端部には、垂直に配置された曲げ剛性をもつ別の梁２、３が配置されている。この梁の端部の間には、圧縮-引張接続４としての引張-圧縮エレメントが設けられている。このエレメント４を短縮又は延長すると、垂直な梁２、３の長さを介して、水平な曲げ梁１（パネル）上に曲げモーメントを発生させる力が生じる。左右対称な配置により、結果として生じる一定の大きさの曲げモーメントが梁全体にわたってかかり、この梁を円弧に曲げる。引張によって凸形の湾曲が生じ、圧縮によって凹形の湾曲が生じる。すでに塑性湾曲されている曲げ梁の半径は、引張又は圧縮によって増加又は縮小する。
【００２５】
垂直に配置された曲げ梁２、３は、異なる長さで形成されている場合、図１ｅに示されているように非対称的な湾曲が形成される。この曲線の方程式は放物線である。
【００２６】
図２ａには、あらかじめ塑性変形された曲げ梁７が一定の湾曲半径Ｒ０を備え、この曲げ梁７の両方の端部５、６にはさらに２つの曲げ剛性を持たせた梁８、９が配置され、図２ｂのように中央の圧縮力１０が追加の梁８および９の端部に加えられると、これらの梁８、９は機能面でプライヤと同じような役割を果たす。この圧縮力１０は、パネル７の端部５、６で反対方向の曲げモーメントを生じ、この曲げモーメントは、元の半径Ｒ０をより大きな半径Ｒ１に変化させる。この力は、圧縮接続１２に作用する引張接続１１によってさらに強化することができる。
【００２７】
図２ｃには、レバーアーム１３、１４が異なる長さである場合、プライヤのように作用する２つのレバー１３、１４によって曲げ梁７が放物線に対して非対称的に柔軟に曲げられることが示されている。
【００２８】
図３ａには、最初は平坦であり、塑性変形されていないパネル１５が示されている。この直線の梁１５を柔軟に変形するためには、曲げ剛性のある横木１６が必要となる。対称的に配置された２つの引張-締付けエレメント１７、１８によって、プライヤ型の曲げ梁１９、２０の動きを、互いに別々に制御することができる。点１７および１８における対称的な引張により、まず、平坦な曲げ梁１５が一定の半径をもつ円に変形する（図３ｃを参照）。しかし、異なる大きさの引張力を加えることによって、曲げ梁は非対称的に変形し、正確な調整によって太陽熱コレクタに最適な形状を有する放物線になる（図３ｃを参照）。このために、パネル１５は、好ましくは固定ベアリング２１とフローティングベアリング２２に支持されている。
【００２９】
説明されている装置によって、一軸集光型コレクタ用の精密な円形又は放物線形ミラーを低コストで製造することができる。円形のミラーは、フレネル技術にとって非常に重要である。太陽の動きに合わせてフレネルミラーが追尾する場合、焦点距離の短縮が生じ、この焦点距離の値は回転角に連結している。このことにより、非常に大きな効率損失が生じる。従って、太陽を追尾することができ、さらに焦点距離の短縮を自動的に補正するコレクタが最適である。このことから、以下の図を用いて、これらの特徴を有する自動太陽追尾装置を説明する。
【００３０】
図４には、任意の長さのフレネルコレクタの断面が示されている。上方に曲げられている曲げ梁の塑性凹面は、パネルとして、それぞれの端部がもう１つの曲げ剛性をもつ、垂直に固定された梁３１、３２に接続されている。これらの梁は、パネル平面に対して横方向の軸が、パネル３０と同じ長さである。パネル平面に対して横方の軸に沿った個々の幾つかの箇所では、可動の引張エレメント３３が好ましくはワイヤとして梁３１、３２に固定される。この引張エレメント３３、３４のもう一方の端部は、偏心的に支持されているボルト３５、３６に固定されているため、太陽を追尾して縦方向軸を中心にパネル３０が回転する際、対向する梁３１、３２の間に距離の短縮が生じ、その結果、引張応力が増加する。両方の引張エレメント３３、３４の長さは、この配置ではパネル３０の湾曲半径を決定するため、この半径は個々に調整可能である。
【００３１】
図３に示されているように、曲げられているパネルにも同一の原理を適用することができる。該当する配置が図５に示されている。ここでは、回転ポイント４０が、引張エレメント４２の固定点４１に対して偏心的に位置している。回転ポイント４０を中心とするパネル４３の回転が強くなればなるほど、引張エレメントの張力とパネルに作用する力は弱くなる。
【００３２】
図６にはパネルを固定するためのホルダが示されている。この場合、パネルは、回転ポイント５０を中心に回転し、一方、引張エレメントは穴５１、５２に固定することができる。
【００３３】
レシーバまでの距離に応じて、それぞれのミラーに最適なミラー半径がある。このことが図７に示されている。複数のコレクタ６０、６１、６２をレシーバ６３に合わせるため、様々な焦点距離６４、６５、６６をもつリフレクタを様々に調整しなければならない。このことは拡大図Ａに示されている偏心調整によって実現されている。複数の穴６７によって事前の設定が可能となる。従って、ホルダ６９に対するパネル６８の回転に応じて、パネル６８の湾曲とその焦点調節とが最適化される。
【００３４】
引張エレメント７０は非連続の間隔で垂直な曲げ梁にかみ合っているため、パネル７２をねじれなく曲げるためには、特にねじり剛性をもたせた横木７１を設けなければならない。このことから、ねじり梁７５としては、好ましくはシートメタル製のボックス形材又は図８〜１０に示されているようにアルミニウム押出し形材が適している。
【００３５】
縦方向への引張エレメント又は引張-圧縮エレメント７３、７４の数及びエレメントの間隔により、同様にねじり剛性を高めることができる。
【００３６】
図１１には、パラボラミラー８０又はフレネルエレメントのエッジでトルクを送り込むことができる簡単な機械構造が示されている。このために、エッジ８１は剛性のあるメタルシート８２と一緒にクランプ８３の溝８４の中に保持されている。この溝８４に対向して、クランプ８３がフレーム８５に取り付けられ、このフレームは剛性のある横木８６に固定されている。溝８４に対向しているシートメタル８２の端部では、フック８７がボルト８８によってメタルシート８２を横木８６の方へ引いている。この場合、フック８７とシートメタル８２、並びに必要に応じてクランプ８３も一体形成で形成することができる。シートメタル８２での張力はクランプ８３での回転運動を引き起こし、それによってパラボラミラー８０に作用する曲げ力が生じ、この力はパラボラミラーを柔軟に変形する。
【００３７】
図１２に示されている配置では、フレネルエレメント９０が２つのクランプ９１、９２の間に剛性のあるシートメタル９３、９４と一緒に締め付けられている。クランプ９１と９２とは保持構造９５上にあり、シートメタル９３と９４とは、クランプに向かい合う端部で引張エレメント９６により保持構造９５に対して下方に引っ張られる。この実施例では引張エレメント９５が中央部のフレネルエレメント９０の下に配置されているため、フレネルエレメントは均等に円形に曲げられる。図１１と１２の実施例において、異なる大きさの力がシートメタルにかかるか、又はシートメタルの長さが異なる場合、パラボラミラー８０又はフレネルエレメント９０を放物線形に曲げることができる曲げモーメントが生じる。
【００３８】
本発明のもう１つの態様は、保護外被の内部に配置されているレシーバを備える、高集光太陽熱コレクタのレシーバ配置に関する。
【００３９】
高集光型太陽熱コレクタのレシーバは、リフレクタで向きを変えられる太陽光線を集光する媒体輸送パイプから構成されている。照射エネルギーはこのパイプで熱に変換される。この熱は、流動する媒体によって有用な目的のために排出される。このレシーバパイプの熱損失を防ぐため、このパイプはさらにガラス製の被覆管によって取り囲まれている。中間スペースは真空引きされる。これにより、熱誘導による熱損失が低下する。レシーバの熱放出による自己照射損失は、選択的コーティングによって軽減される。しかし、温度上昇に伴ってコーティング効果は低下するため、ある程度の温度以降は、この選択的コーティングは作用しなくなる。
【００４０】
従って本発明は、この問題を解決するレシーバの配置を提案するという課題に基づいている。
【００４１】
この課題は業界標準のレシーバ配置によって解決され、この場合、保護外被は太陽光線に対して非透過性であり、空気が漏れないように塞がれた開口部を有しており、太陽光線はこの開口部から保護外被の内部に入ることができる。従って、このレシーバは空洞放射体となる。最適な空洞放射体は、吸収性の極めて高い内壁、最適な熱絶縁及び特定の開口部を備え、この開口部の周辺が放射熱交換の状態にある、閉じられた空間である。
【００４２】
従って、保護外被の内側は太陽光線を吸収するように形成されていることが提案される。代替の実施形態では、保護外被の内側が太陽光線を反射するように形成されている。
【００４３】
このレシーバ配置の効率は、保護外被が熱絶縁されていることによって高くなる。
【００４４】
とくに好ましい実施形態では、好ましくはガラス製の、真空引きされた透明の空洞体が保護外被の開口部の中に挿入されている。この場合、真空引きされた透明な空洞体の中には回転可能なエレメントが挿入され、このエレメントが太陽光線の入射を阻止する位置と、太陽光線を通過させる位置とに配置できる場合は有利である。このことは非連続の２つの位置であることが好ましく、従って、回転可能なエレメントを、切替え手段によってこれらの位置のいずれかに保持することができる。
【００４５】
そのために、このレシーバ配置が、真空引きされた透明な空洞体の外部にあるマグネットを有しており、このマグネットによってエレメントの位置を調整できることが提案される。追加又は代替の方法として、この配置がバイメタルを有しており、このバイメタルは温度に応じてエレメントの位置を自動的に調整することが提案される。
【００４６】
外部からこのレシーバ配置に僅かな太陽光線しか入射できないような場合は、このエレメントを、閉じられた位置において内側を向く面に太陽光線が反射するように形成して、レシーバ配置内の温度を高温に保つことが提案される。
【００４７】
レシーバの過熱を防止しなければならない場合は、このエレメントを、閉じられた位置において外側を向く面に太陽光線が反射するように形成することができる。
【００４８】
レシーバ内で熱誘導媒体、好ましくは液体の媒体を加熱しなければならない場合、このレシーバが少なくとも１つのパイプを有することが提案される。このパイプは、保護外被の内部に配置されている。
【００４９】
しかし、この保護外被自体もパイプとして用いることができる。特に、ガス状の媒体を加熱するため、レシーバが、塞がれていない湾曲したシートメタルを有することが提案される。しかし、保護外被の内部ですでに熱が吸収されるように形成し、保護外被内部のレシーバ配置を省略できるようにすることも可能である。
【００５０】
この種のレシーバ配置の実施例を図に示し、以下に詳しく説明する。
【００５１】
図１３に示されているレシーバ配置１００は、非常に吸収のよい内壁を備える任意の長さの空洞体１０１からなる。これらの内壁は、高品質絶縁材料の複数の層からなり、外壁は非常に反射のよいシートメタルからなり、これらは共に、環境への熱損失を最小化するという課題を有している。
【００５２】
下部の壁１０２はスリット１０３を有している。このスリットには、両方の端部が閉じられており、真空引きされた短いガラス管１０４が挿入されている。これらのガラス管によって、入射してくる集光太陽光線１０５は障害なく空洞体１０１の内部に入ることができる。ここで、太陽光線は実際のレシーバ１０６に当たる。このレシーバは、媒体をガイドする空洞形状として形成することができる。しかし、一方の側が太陽光線をよく吸収し、他方の側が発生する熱を流動媒体に再び提供できる構造体によって形成されるレシーバも使用することができる。この種のレシーバの実施形態が図１９及び２０に示されている。
【００５３】
ガラス管１０４には、回転可能なリフレクタ１０７が挿入されており、このリフレクタは回転フィードスルーなしに、かつ非接触で、必要に応じて外部から垂直又は水平ポジションにすることができる。このことは、好ましくは磁力によって行われる。代替の方法として、バイメタルエレメントが用いられ、これはレシーバ温度に反応し、特定の温度で水平から垂直ポジションに切り替わる。このバイメタルエレメントは、この場合、保護外被１０１の空洞内に配置することができ、空洞内の温度に応じて回転可能なエレメントに作用する。
【００５４】
二軸集光型コレクタシステム用レシーバ配置の特殊な実施形態が図２１に示されている。長い空洞体レシーバの代わりに、ここでは、底面１１０に円形開口部１０９を備える回転対称の中空シリンダ１０８が用いられる。この開口部１０９には、ガラス製の真空引きした中空の球１１１がはめ込まれ、この球は同様に回転可能なエレメントとして回転可能なリフレクタ１１２を有し、太陽光線が入り込まないように開口部１０９を閉鎖している。
【００５５】
この種のレシーバは、周知のレシーバと比べて多くの利点がある。特に、夜間でもレシーバ配置内では、熱伝達オイルを液状に保つ温度が維持される。有効なレシーバ表面がフォーカスゾーンから後ろに移動することにより、出力伝達面を増加させることができるため、出力密度の低下が達成される。
【００５６】
第３の態様は、一軸及び二軸集光型太陽熱コレクタ用センサに関する。この種のセンサを用いることにより、一方ではリフレクタ表面の精度を測定技術によって無接触で検知することができ、他方では極めて精密な太陽追尾を実現することができる。
【００５７】
従って本発明は、この種のセンサを発展させるという課題に基づいている。
【００５８】
この課題は、業界標準のセンサによって解決することができ、このセンサは空洞体を有しており、その中には光電セルが配置され、光透過性の散乱体が配置されている開口部を有し、空洞体の外部は太陽光線が反射するように形成されている。
【００５９】
この場合、空洞体の内側は、衝突する太陽光線を完全に吸収することができる。このことは、内部表面を黒くすることによって実現できる。好ましいのは、薄い壁の中に取り付けられた散乱体が、点状の光源として壁の上面に作用することである。従って、この散乱体は、外部でこの散乱体に当たる太陽光線を非常に強く散乱させるように形成されていなければならない。このことは、高い光屈折率をもつガラスをサンドブラストによって表面を粗くすることにより実現することができ、ブラスト材の物理的な状態と衝突速度とを最適化して、高い散乱効果を達成する必要がある。
【００６０】
適用範囲に応じて、この散乱体は球形又はシリンダ形になっている。空洞体は、ボックス形の内部形状、シリンダ形の内部形状又は円錐形の内部形状をもつ様々な実施形態が考えられる。
【００６１】
特殊な実施形態では、空洞体が２つの光電セルを有している。特に、空洞体が２つの光電セルを有し、さらにこの空洞体が２つの光透過性の散乱体を有している場合は有利である。
【００６２】
業界標準のセンサを備える特殊な配置では、散乱体が太陽光の方向からは逸れているが反射面に対向する形で位置決めさるようにセンサが配置されている。このことにより、センサ部分の光強度とは無関係に太陽熱コレクタを位置決めする方法が可能となる。
【００６３】
この種のセンサの様々な実施形態を図に示し、以下に詳しく説明する。
【００６４】
図２２ａに示されているセンサ２００は空洞体２０１を有し、その中には光電セル２０２が配置されている。空洞体２０１の底には、球形の散乱体２０４を備える点状の開口部２０３がある。空洞体２０１の外側２０５は太陽光線を反射するように形成されているため、太陽光線は開口部２０３からのみ空洞体２０１の内部に入ることができる。
【００６５】
図２２ｂは、細長い隙間２０７とシリンダ形の散乱体２０８とを備える空洞体２０６の該当する配置を示している。
【００６６】
図２２及び２４に示されているように、散乱体は、空洞体２０１、２０６外部の非常に強い光線強度が、空洞体の内部においては非常に弱いが比例した光強度になるようにする。
【００６７】
空洞体２０１、２０６の内部で錯乱体２０４、２０８が形成する光源の強さは、光電セル２０２、２０９の光源までの距離の二乗により減少する。空洞体２０１、２０６の黒い内壁に当たる全ての太陽光線はそこで吸収される。従って、空洞体２０１、２０６の上端部に取り付けられている光電セル２０２、２０９には、明らかな幾何学的関係に従って、元々の太陽光線の一部が衝突する。
【００６８】
図２４ａは、光源が光電セル２０２によって円錐形の空間エレメント２１０を形成している様子を示している。従って、光電セル２０２で発生した電圧は、外部の太陽光線強度に比例して非常に大きく減弱されている。
【００６９】
図２４は、散乱体が球形又は長方形である場合、下から差し込む光２１１が散乱体２１２を通過する際にどのように散乱するかを示している。このために、様々な形状の散乱体２１３、２１４、２１５が示されている。非常に高い光線強度をもつ下から差し込む光２１１は、まず、下方の粗い表面で散乱され、低いけれども固定したパーセンテージにされてガラス構造体の中に送られる。そこで散乱した光線は、空洞体２０１、２０６の内側の散乱体の、同様に粗い表面に衝突して、そこで再びあらゆる面に散乱される。次に、低いけれども固定した割合の光が空洞体の内部に拡散によって達する。光線の入口と光電セルとの間の距離が長くなればなるほど、光電セル２０２での強度は弱まる。
【００７０】
この種のセンサが太陽熱コレクタの焦点又は焦線付近に固定されている場合、配置の回転によって、散乱体の外部部品が光円錐又は光角柱全体を通り抜けるようにすることができる。この例が図２６ａ〜ｄに示されている。この場合、光電セルはセンサ内で光強度に比例する信号を検知する。リフレクタ形状に異常があると、焦点又は焦線付近には光強度の圧縮及び低下が存在する。
【００７１】
半径が異なる場合、回転角によってセンサで検知される強度の関数を用いて、それぞれのリフレクタ表面の形状精度について判断することができる。これによって、簡単な方法でリフレクタの品質を測定することが可能となる。
【００７２】
センサのもう１つの用途は、太陽追尾の測定値のピックアップセンサとしての機能である。リフレクタの回転ポジションが正確な場合、比較的小さな、点状又は線形の錯乱体が同様に光円錐又は光角柱の側面に接触するようにセンサを焦点又は焦線付近に固定すると、太陽の移動により、錯乱体が光線の非常に強いゾーンに入るようになる。次に、センサは急激な電圧上昇を検知する。この電圧が特定の値を超過すると、リレーを介してモータが制御され、このモータがセンサとコレクタの配置を回転させて、散乱体が再び光強度の強いゾーンから外に出るようにする。結果的に、検知電圧はゼロまで低下し、モータは停止する。
【００７３】
非常に簡単な電気的切替えにより、いわゆるヒステリシスを発生させるようにすることができる。すなわち、オン／オフの切替え限界値が互いに異なっている。
【００７４】
図２６ａでは、アングル位置が正確な場合、散乱体と光角柱までの距離が非常に短い。太陽が移動すると、散乱体が角柱の中に入り、光電セルの電圧が再びゼロになるまでモータがオンになる。
【００７５】
ヒステリシスを減少させることにより、追尾の精度を任意に上げることができる。エッジケースでは、ヒステリシスがゼロの場合、調整が際限なく何度も行われる。このような多すぎる調整を適切な量に制御するには、ヒステリシスを増加させるだけでよい。次に、モータがしばらくの間作動して、停止すると、散乱体と光角柱までは特定の距離が存在している。従って、このプロセスは、太陽の移動によって散乱体が再び光線に接触するまでに、ある程度の時間を必要とする。
【００７６】
切替えプロセスの時間インターバルには比例関係があるため、このことから追尾の精度が決定される。時間経過による強度が図２７に示されている。ヒステリシスを減少させることにより、精度を０．０１°にまで上昇させることができる。この場合、時間インターバルはわずか１０秒である。
【００７７】
説明した太陽追尾方法が地上制御と連動している場合は有利である。この地上制御は、季節及び地理的緯度における太陽の正確な位置を計算する方法に基づいている。地上の原理だけで正確な制御を行うことは、あらゆる許容誤差を調整する際に非常に多くのコストがかかると考えられる。
【００７８】
従って、有利な方法では、制御の際にケースに応じた分析が行われる。太陽が隠れている場合、地上制御は、常に、見えない太陽の少し前をリフレクタが行くように調整される。天候によって太陽が再び出ると、地上制御からセンサ制御に切り替えられる。選択された先行動作に応じて、センサが再び光線内に入るまでには特定の時間インターバルが必要になる。その後、センサは必要な精度による追尾を引き受ける。
【００７９】
図２８及び２９は、レシーバパイプ２１７の近くにある有利なセンサ２１６を示している。並んで取り付けられた２つの散乱体２１８、２１９により、必要な場合には、どの信号を評価するかに応じて様々な制御精度を達成することができる。
【００８０】
簡単なセンサ２２０が図３０及び３１に示されている。
【００８１】
図２２ｂ、２３ｂ及び２５ｂに基づく細長い散乱体には、球形の散乱体に比べ、部分的な曇りがレシーバ固定の構造部品によって補正されるという利点がある。
【符号の説明】
【００８２】
１                    パネル
２、３                梁
４                    圧縮-引張接続
５、６                端部
７                    曲げ梁
８、９                梁
１０                  圧縮力
１１                  引張接続
１２                  圧縮接続
１３、１４        レバーアーム
１５                  パネル
１６                  横木
１７、１８        引張-締付けエレメント
１９、２０        曲げ梁
２１                  固定ベアリング
２２                  フローティングベアリング
３０                  パネル
３１、３２        梁
３３、３４        引張エレメント
３５、３６        ボルト
４０                  回転ポイント
４１                  固定点
４２                  引張エレメント
４３                  パネル
５０                  回転ポイント
５１、５２        穴
６０、６１、６２  コレクタ
６３                  レシーバ
６４、６５、６６  焦点距離
６７                  穴
６８                  パネル
６９                  ホルダ
７０                  引張エレメント
７１                  横木
７２                  パネル
７３、７４        引張-圧縮エレメント
７５                  ねじり梁
８０                  パラボラミラー
８１                  エッジ
８２                  メタルシート
８３                  クランプ
８４                  溝
８５                  フレーム
８６                  横木
８７                  フック
８８                  ボルト
９０                  フレネルエレメント
９１、９２        クランプ
９３、９４        シートメタル
９５                  保持構造
９６                  引張エレメント
Ｒ０                  湾曲半径
Ｒ１                  大きな半径
Ａ                    拡大図
１００                レシーバ配置
１０１                空洞体
１０２                下部の壁
１０３                スリット
１０４                ガラス管
１０５                集光太陽光線
１０６                レシーバ
１０７                リフレクタ
１０８                中空シリンダ
１０９                円形開口部
１１０                底面
１１１                中空の球
１１２                リフレクタ
２００                センサ
２０１                空洞体
２０２                光電セル
２０３                開口部
２０４                散乱体
２０５                外側
２０６                空洞体
２０７                隙間
２０８                散乱体
２０９                光電セル
２１０                空間エレメント
２１１                光
２１２、２１３、２１４、２１５  散乱体
２１６                センサ
２１７                レシーバパイプ
２１８、２１９        散乱体
２２０                センサ
【図１】
2013519065.tif 000003
【図２ａ）】
2013519065.tif 000004
【図２ｂ）】
2013519065.tif 000005
【図２ｃ）】
2013519065.tif 000006
【図６】
2013519065.tif 000007
【図７】
2013519065.tif 000008
【図８】
2013519065.tif 000009
【図９】
2013519065.tif 000010
【図１０】
2013519065.tif 000011
【図１１】
2013519065.tif 000012
【図１２】
2013519065.tif 000013
【図１３】
2013519065.tif 000014
【図１４】
2013519065.tif 000015
【図１５】
2013519065.tif 000016
【図１６】
2013519065.tif 000017
【図１７】
2013519065.tif 000018
【図１８】
2013519065.tif 000019
【図１９】
2013519065.tif 000020
【図２０】
2013519065.tif 000021
【図２１ａ）】
2013519065.tif 000022
【図２１ｂ）】
2013519065.tif 000023
【図２２ａ）】
2013519065.tif 000024
【図２２ｂ）】
2013519065.tif 000025
【図２３ａ）】
2013519065.tif 000026
【図２３ｂ）】
2013519065.tif 000027
【図２４】
2013519065.tif 000028
【図２５ａ）】
2013519065.tif 000029
【図２５ｂ）】
2013519065.tif 000030
【図２６ａ）】
2013519065.tif 000031
【図２６ｂ）】
2013519065.tif 000032
【図２６ｃ）】
2013519065.tif 000033
【図２６ｄ）】
2013519065.tif 000034
【図２７】
2013519065.tif 000035
【図２８】
2013519065.tif 000036
【図２９】
2013519065.tif 000037
【図３０】
2013519065.tif 000038
【図３１】
2013519065.tif 000039
【図３】
2013519065.tif 000040
【図４】
2013519065.tif 000041
【図５】
2013519065.tif 000042
【国際調査報告】
2013519065.tif 000043
2013519065.tif 000044
2013519065.tif 000045
2013519065.tif 000046
2013519065.tif 000047
2013519065.tif 000048
2013519065.tif 000049
2013519065.tif 000050
2013519065.tif 000051
2013519065.tif 000052