(57)【要約】【課題】  太陽集光器のための多点冷却システムを提供する。【解決手段】  太陽集光器が、焦点を有する光学部材を含む。この光学部材は、入射太陽放射を焦点に向けるように構成され、配置される。支持部材が光学部材の焦点に隣接して配置される。太陽エネルギー収集器が支持部材の上に支持される。太陽エネルギー収集器は、光学部材の焦点に配置される。ベース部材が、支持部材から離間関係で配置される。ベース部材及び支持部材は、太陽エネルギー収集器と熱交換関係にあるチャンバ部分を定める。チャンバ部分は、太陽エネルギー収集器からの熱を吸収し放散するように構成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点を有し、入射太陽放射を前記焦点に向けるように構成され配置された光学部材と、
前記光学部材の前記焦点に隣接して配置された支持部材と、
前記支持部材の上に支持され、前記光学部材の前記焦点に配置された太陽エネルギー収集器と、
前記支持部材から離間関係で配置されたベース部材と、
を含み、前記ベース部材及び前記支持部材は、前記太陽エネルギー収集器と熱交換関係にあるチャンバ部分を定め、前記チャンバ部分は前記太陽エネルギー収集器からの熱を吸収し放散するように構成される、太陽集光器。
【請求項２】
前記太陽エネルギー収集器と前記支持部材との間に配置された熱界面部材をさらに含む、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項３】
前記太陽エネルギー収集器に隣接した前記支持部材の下面に取り付けられ、前記太陽エネルギー収集器から前記チャンバ部分への熱エネルギー流を増大させる、核生成膜をさらに含む、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項４】
前記チャンバ部分は蒸気チャンバを含む、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項５】
前記チャンバ部分内で前記支持部材と前記ベース部材との間を延びる支持要素をさらに含む、請求項４に記載の太陽集光器。
【請求項６】
前記支持要素は、ウィッキング材料から形成され、前記太陽エネルギー収集器と前記チャンバ部分との間の熱エネルギー伝達を高める、請求項５に記載の太陽集光器。
【請求項７】
前記ベース部材の外面に取り付けられた複数の熱放散フィンをさらに含む、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項８】
前記チャンバ部分を通って延び、前記太陽エネルギー収集器から受け取った熱を前記チャンバ部分から吸収する、複数の導管をさらに含む、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項９】
前記複数の導管は、前記チャンバ部分を通して熱交換媒体を移送する、請求項８に記載の太陽集光器。
【請求項１０】
前記熱交換媒体は液体である、請求項９に記載の太陽集光器。
【請求項１１】
前記ベース部材に取り付けられたフィン付き冷却板をさらに含む、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項１２】
前記フィン付き冷却板と前記ベース部材との間に配置された熱界面材料をさらに含む、請求項１１に記載の太陽集光器。
【請求項１３】
太陽集光器を冷却する方法であって、
太陽エネルギー収集器からの熱をチャンバ部分内に吸収することであって、前記チャンバ部分は前記太陽エネルギー収集器の下方に熱交換関係で配置される、吸収することを含む方法。
【請求項１４】
前記熱を、前記チャンバ部分を通る複数の導管内に吸収することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記熱を、前記複数の導管を通る流体に渡すことをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記熱を、複数の冷却フィンを通して前記チャンバ部分から放散することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記太陽エネルギー収集器からの前記熱を、熱界面部材を通して前記チャンバ部分に渡すことをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記熱を、前記チャンバ部分内に存在する蒸気に吸収することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記太陽エネルギー収集器からの前記熱を、核生成膜を通して前記蒸気に渡すことをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記熱を、前記チャンバ部分内の支持物の上に設けられたウィッキング材料に吸収することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽集光器（solar concentrator）に関し、より具体的には、太陽集光器のための多点（multi-point）冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、一般的に、２つのカテゴリー、すなわち固定位置型フラットパネル・システム及び追跡型太陽光収集システムの２つのカテゴリーに分類される。固定位置型フラットパネル・システムは、視界に太陽を遮るものがない領域内に配置された１つ又は複数の固定パネルを用いる。地球が自転するにつれて、太陽光線は、地理的位置、一日のうちの時刻、及び一年のうちの時期に応じて様々な程度の強度で固定パネルの上を動いていく。対照的に、追跡型太陽光収集システムは、太陽光線を１つ又は複数のソーラパネルの上に集光し合焦させる。追跡型太陽集光器は、エネルギー収集を高めるために、太陽の見掛けの経路に従う追跡システムを用いる。簡単に言えば、固定位置型フラットパネル・システムは、受動的な太陽光収集システムを表し、追跡型太陽集光器システムは、より能動的なエネルギー収集システムを表す。
【０００３】
太陽集光器システムは、典型的には、約５００ｓｕｎ（サン、太陽）集光度（concentration）又はそれより下で動作する光電池を用いる。より高い集光レベルでの動作は、冷却の問題をもたらす。現在、太陽集光器冷却システムは、大きく、扱いにくいシステムであり、及び／又は冷却能力が不十分である。従って、太陽集光器システムを制限する１つの大きな制約は、光電池を適切に冷却する能力である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽集光器のための多点冷却システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的な一実施形態によると、太陽集光器が、焦点を有する光学部材を含む。この光学部材は入射太陽放射を焦点に向けるように構成され配置される。支持部材が光学部材の焦点に隣接して配置される。太陽エネルギー収集器が支持部材の上に支持される。太陽エネルギー収集器は、光学部材の焦点に配置される。ベース部材が、支持部材から離間関係で配置される。ベース部材及び支持部材は、太陽エネルギー収集器と熱交換関係にあるチャンバ部分を定める。チャンバ部分は、太陽エネルギー収集器からの熱を吸収し放散するように構成される。
【０００６】
別の例示的実施形態によると、太陽集光器を冷却する方法が、太陽エネルギー収集器からの熱をチャンバ部分内に吸収することを含む。チャンバ部分は、太陽エネルギー収集器の下方に熱交換関係で配置される。
【０００７】
付加的な特徴及び利点が、本発明の技術を通して実現される。本発明の他の実施形態及び態様は、本明細書において詳細に説明され、特許請求される本発明の一部分であると見なされる。利点及び特徴を有する本発明をより良く理解するために、説明及び図面を参照する。
【０００８】
本発明と考えられる主題は、本明細書の最後にある特許請求の範囲において具体的に示され、明確に特許請求される。本発明の前述及び他の目的、特徴並びに利点は、添付の図面と併せて説明される以下の詳細な説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な一実施形態による、多点冷却システムを含む太陽集光器の概略的な平面図である。
【図２】例示的な実施形態の別の態様による、多点冷却システムを含む太陽集光器の概略的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照すると、例示的な一実施形態に従って構築された太陽集光器が、全体的に２で示される。太陽集光器２は、光学部材、即ち複数の焦点６−８を有するレンズ４を含む。複数の太陽エネルギー収集器１０−１２が、それぞれの焦点６−８の各々に配置される。この構成を用いて、光学部材４を通過する入射太陽放射が、焦点６−８に導かれ、そして更には、太陽エネルギー収集器１０−１２に導かれる。太陽エネルギー収集器１０−１２は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する。以下でより完全に説明されるように、太陽エネルギー収集器１０−１２は、高い太陽集光度、例えば５０Ｗ／ｃｍ２（約５００ｓｕｎ）を上回る集光度で動作する３接合型光起電力集光器セルの形態をとる。例示的な実施形態の一態様によると、太陽エネルギー収集器１０−１２は、２００Ｗ／ｃｍ２（約２０００ｓｕｎ）又はそれを上回る高さの集光度レベルで動作することができる。従って、太陽集光器２は、そうした集光度レベルで動作する太陽エネルギー収集器１０−１２において発生する熱を吸収し、放散する冷却システムを必要とする。この時点で、３つの太陽エネルギー収集器だけが図示されているが、太陽集光器２は、特許請求の範囲から逸脱することなく、さらに多くの太陽エネルギー収集器を含み得ることを理解すべきである。
【００１１】
例示的な一実施形態によると、太陽エネルギー収集器１０−１２は、多点冷却システム１４に取り付けられる。より具体的には、太陽エネルギー収集器１０−１２は、金属又は高い熱放散係数を有するセラミック材料から形成された支持部材１６に取り付けられる。例示的な実施形態の一態様によると、支持部材１６は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ニッケル及び銅のうちの１つ又は複数から形成される。太陽エネルギー収集器１０−１２は、対応する複数の熱界面（heat interface）部材１７−１９を介して支持部材１６に取り付けられる。図示した例示的な実施形態においては、絶縁層が、太陽エネルギー収集器１０−１２の周りに支持部材１６に取り付けられる。電気接続２３−２５が、絶縁層２０に沿って太陽エネルギー収集器１０−１２のそれぞれから延びる。電気接続２３−２５は、エネルギー貯蔵装置（図示せず）につながる。
【００１２】
さらに、例示的な実施形態によると、多点冷却システム１４はベース部材３６を含む。支持部材１６は、周壁４０を介してベース部材３６に取り付けられる。前述したものと同様に、ベース部材３６は、金属又は高い熱拡散係数を有するセラミック材料から形成される。ベース部材３６は、チャンバ部分４４を定めるように、支持部材１６から離間配置される。本発明の一態様によると、チャンバ部分４４は、例えば、水又はアンモニアから生成された蒸気で満たされ、この蒸気が太陽エネルギー収集器１０−１２からの熱放散を高める。ベース部材３６はまた、複数の構造支持部４７−５０を介して支持部材１６に結合される。各々の構造支持部４７−５０は、ウィッキング材料５２−５５で覆われている。例示的な実施形態の一態様によると、ウィッキング材料５２−５５は、焼結銅粒子、又は機械加工された溝を有する材料から形成される。ウィッキング材料５２−５５は、太陽エネルギー収集器１０−１２からチャンバ部分４４に伝達される熱を増大させる。熱伝達をさらに増大させるために、複数の核生成膜５９−６１が、チャンバ部分４４内で支持部材１６に取り付けられる。各々の核生成膜５９−６１は、太陽エネルギー収集器１０−１２の対応するものに隣接して配置される。例示的な実施形態の一態様によると、核生成膜５９−６１は、銅又はアルミニウムから形成されたボディ内に配置された焼結銅粒子から形成される。この構成を用いて、蒸気は、ウィッキング材料５２−５５及び／又は核生成膜５９−６１内を進む。例えばベース部材３６を通って、蒸気からの熱が放散され、凝縮液を形成し、これがチャンバ部分４４に戻る。
【００１３】
チャンバ部分４４からの熱エネルギー伝達を促進するために、太陽集光器２は、ベース部材３６に取り付けられた複数の冷却フィン６６を含む。冷却フィン６６は、ベース部材３６を通過する空気流を介して、放散されるチャンバ部分４４からの熱エネルギーを伝達する。本発明の一態様によると、熱エネルギーの放散は、チャンバ部分４４を通って延びる複数の導管７１−７４によってさらに増大される。導管７１−７４は、チャンバ部分４４から熱エネルギーを吸収するように構成され、配置される。本発明の実施形態の一態様によると、導管７１−７４は、チャンバ部分４４内で循環される液体で満たされる。この液体が熱エネルギーを吸収し、この熱エネルギーが、例えば冷却媒体に渡され、その後、液体は再循環してチャンバ部分４４に戻る。
【００１４】
ここで、例示的な実施形態の別の態様の説明において、類似の参照番号がそれぞれの用途における対応する部分を示す、図２を参照する。図示した実施形態によると、太陽集光器２は、ベース部材３６に取り付けられたフィン付き冷却板８６を含む。より具体的には、フィン付き冷却板８６は、第１の実質的に平坦な表面９０と、対向する第２の実質的に平坦な表面９１とを有するボディ８８を含む。第１の実質的に平坦な表面９０には、上述されたものと類似した方法で熱エネルギーを放散する複数の冷却フィン９５が設けられる。第２の実質的に平坦な表面９１は、熱界面部材９８を介してベース部材３６に取り付けられる。熱界面部材９８は、ベース部材３６からフィン付き冷却板８６へのエネルギー伝達を増大させる。例示的な実施形態の一態様によると、冷却板８６は、銅、アルミニウム、又は高熱放散係数のセラミック材料のうちの１つから形成される。
【００１５】
この時点で、例示的な実施形態は、太陽集光器から熱エネルギーを除去するためのシステムを提供することを理解すべきである。つまり、この例示な的実施形態は、冷却した状態のままでありながら、太陽集光器が２０００ｓｕｎより上で動作することを可能にする。つまり、実質的に２０００ｓｕｎより下で動作しなければならない既存のシステムとは対照的に、例示的な実施形態は、十分な冷却をもたらし、従って、太陽集光器がずっと高い太陽集光度レベルで動作し、エネルギー変換を高めることを可能にする。
【００１６】
本明細書において用いられる用語は、特定の実施形態を説明する目的だけのためのものであり、本発明を限定することを意図したものではない。本明細書において用いられる場合、文脈から明らかにそうでないことが示されていない限り、単数形「ａ」「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、複数形も同様に含むことが意図される。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、この明細書において使用される場合、言明された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又はコンポーネントの存在を特定するものではあるが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、及び／又はそれらの群の存在又は追加を排除するものではないことが、さらに理解されるであろう。
【００１７】
好ましい実施形態が説明されたが、当業者であれば、現在においても将来においても、以下の特許請求の範囲内に含まれる種々の改良及び向上をなし得ることが理解されるであろう。これらの特許請求の範囲は、最初に説明された本発明に関する適切な保護を維持するように解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００１８】
２：太陽集光器
４：光学部材（レンズ）
６、７、８：焦点
１０、１１、１２：太陽エネルギー収集器
１４：多点冷却システム
１６：支持部材
１７、１８、１９、９８：熱界面部材
２０：絶縁層
２３、２４、２５：電気結線
３６：ベース部材
４０：周壁
４４：チャンバ部分
４７、４８、４９、５０：構造支持部
５２、５３、５４、５５：ウィッキング材料
５９、６０、６１：核生成膜
６６：冷却フィン
７１、７２、７３、７４：導管
８６：フィン付き冷却板
８８：ボディ
９０：第１の表面
９１：第２の表面
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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