(57)【要約】【課題】太陽熱吸収素子を提供する。【解決手段】本願は、カバーガラス（１１０）、及び伝熱管（１２６）を具備している、高選択性の真空被覆されたロールボンド式吸収体（１２０）を具備している、太陽熱吸収素子（１００）に関する。この素子は、カバーガラスとロールボンド式吸収体との間に間隔（ｈ）が存在するようにして、カバーガラス及びロールボンド式吸収体を互いに取り付けるように構成されている、熱可塑性シーリング（１３０）、並びにカバーガラス、ロールボンド式吸収体、及び熱可塑性シーリングにより作られており、かつ低伝熱ガス（１３６）で充たされている、密閉空間（１３４）を更に具備している。【選択図】図１
2015152303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カバーガラス（１１０、２１０）、
伝熱管（１２６）を具備している、高選択性の真空被覆されたロールボンド式吸収体（１２０、２２０）、
前記カバーガラスと前記ロールボンド式吸収体との間に間隔（ｈ）が存在するようにして、前記カバーガラス及び前記ロールボンド式吸収体を互いに取り付けるように構成されている、熱可塑性シーリング（１３０）、並びに
前記カバーガラス、前記ロールボンド式吸収体、及び前記熱可塑性シーリングにより作られており、かつ低伝熱ガス（１３６）で充たされている、密閉空間（１３４）
を具備している、太陽熱吸収素子（１００、２００、３００）。
【請求項２】
前記カバーガラスと前記ロールボンド式吸収体との間で前記熱可塑性シーリングに取り付けられている、第２のシーリング（１４０）を更に具備しており、
前記第２のシーリングが、前記熱可塑性シーリングを保護し、かつ前記ロールボンド式吸収体の重量を支えるように構成されている、
請求項１に記載の太陽熱吸収素子。
【請求項３】
前記ロールボンド式吸収体が、前記ロールボンド式吸収体の表側の面（１２２）上に被覆（１５０）を具備している、請求項１又は２に記載の太陽熱吸収素子。
【請求項４】
前記被覆が、堆積されている層（１５２、１５４、１５６）を具備しており、
前記ロールボンド式吸収体上の第１の層（１５２）が、チタン、アルミニウム、及び窒素と、ケイ素、イットリウム、セリウム、及びクロムのうちの一種の元素とを含有する組成を有しており、
前記第１の層上の第２の層（１５４）が、チタン、アルミニウム、窒素、及び酸素と、ケイ素、イットリウム、セリウム、及びクロムのうちの一種の元素とを含有する組成を有しており、かつ
前記第２の層上の第３の層（１５６）が、チタン、アルミニウム、ケイ素、窒素、及び酸素を含有する組成を有している、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽熱吸収素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽熱吸収素子（２００）を具備している、太陽熱集熱器（２６０）。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽熱吸収素子（３００）、及び前記太陽熱吸収素子に接続されている熱ポンプ（３９２）を具備している、加熱システム（３９０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、概して太陽熱吸収素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽熱集熱器は、断熱材、及び伝熱管を有する太陽熱吸収体を、集熱器のフレームの内部に一度に重ね合わせて載置し、そしてこのフレームに透明なカバーを取り付けることにより製造される。従来の集熱器の構造は、集熱器の構造を通して周囲の空気を流れさせ、そしてこの集熱器の内部部品を乾燥させ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の集熱器は、空気の流れに沿って、砂、塩、及び昆虫がその構造中に侵入することを可能とし、このことは、集熱器の寿命及び効率を低減させる損傷をもたらす。
【０００４】
更に、従来の集熱器は、その通風できる構造により、大きな熱損失を受ける。
【０００５】
更に、従来の集熱器は、カバーの内面上の断熱材からの湿気の凝縮、及び揮発した他の成分の凝縮を受け、これにより集熱器の動作時間が低減する。
【０００６】
上記の欠点は、従来の集熱器の有用性を有意に制限している。
【０００７】
従って、本発明の１つの目的は、上記の欠点を克服すること、及び効率的で費用対効果の良い太陽熱吸収素子を提供することである。
【０００８】
本発明の１つの目的は、請求項１の太陽熱吸収素子、請求項５の太陽熱集熱器、及び請求項６の加熱システムを提供することにより達せられる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施態様によれば、太陽熱吸収素子は、カバーガラス、及び伝熱管を具備している高選択性の真空被覆されたロールボンド式吸収体、上記カバーガラスと上記ロールボンド式吸収体との間に間隔が存在するようにして、上記カバーガラスと上記ロールボンド式吸収体とを互いに取り付けるように構成されている、熱可塑性シーリング、並びに上記カバーガラス、上記ロールボンド式吸収体、及び上記熱可塑性シーリングで作られており、かつ低伝熱ガスで充たされている、密閉空間を具備している。
【００１０】
「高選択性の真空被覆」という用語は、例えば真空中で堆積され、かつ９６％超の太陽光吸光度を有し、赤外線放射による熱放出率が低い、選択的な吸収体の被覆を構成している、被覆を意味する。
【００１１】
「ロールボンド式吸収体」という用語は、少なくとも１本の配管を具備しており、かつロールボンド技術により提供される、吸収体を意味する。
【００１２】
「熱可塑性シーリング」という用語は、熱可塑性シーリング（ＴＰＳ）技術により製造されたシーリングを意味する。
【００１３】
「低伝熱ガス」という用語は、例えば低い伝熱性を有するガス、例えば希ガスを意味する。低伝熱ガスは、例えばアルゴン、クリプトン、又はキセノンであることができる。
【００１４】
本発明の一実施態様によれば、太陽熱集熱器は、カバーガラス、及び伝熱管を具備している高選択性の真空被覆されたロールボンド式吸収体を具備している太陽熱吸収素子を具備している。この素子は、上記カバーガラスと上記ロールボンド式吸収体との間に間隔が存在するようにして、上記カバーガラスと上記ロールボンド式吸収体とを互いに取り付けるように構成されている、熱可塑性シーリング、並びに上記カバーガラス、上記ロールボンド式吸収体、及び上記熱可塑性シーリングで作られており、かつ低伝熱ガスで充たされている、密閉空間を更に具備している。
【００１５】
本発明の一実施態様によれば、加熱システムは、カバーガラス、及び伝熱管を具備している高選択性の真空被覆されたロールボンド式吸収体を具備している太陽熱吸収素子を具備している。この素子は、上記カバーガラスと上記ロールボンド式吸収体との間に間隔が存在するようにして、上記カバーガラスと上記ロールボンド式吸収体とを互いに取り付けるように構成されている熱可塑性シーリング、並びに上記カバーガラス、上記ロールボンド式吸収体、及び上記熱可塑性シーリングで作られており、かつ低伝熱ガスで充たされている、密閉空間を更に具備している。このシステムは、上記太陽熱吸収素子に接続されている熱ポンプを更に具備している。
【００１６】
本発明の更なる実施態様を、従属請求項で定義する。
【００１７】
動詞「具備する／含有する」（ｔｏ  ｃｏｍｐｒｉｓｅ）は、本明細書では、引用されていない特徴の存在を排除も要求もしない、開いた制限として使用される。動詞「含む」（ｔｏ  ｉｎｃｌｕｄｅ）及び「有する」（ｔｏ  ｈａｖｅ／ｈａｓ）も「具備する／含有する」と同様である。
【００１８】
「１つの」（「ａ」、「ａｎ」）及び「少なくとも１つの」（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）という用語は、本発明に関して使用される場合、１又は１より多いことをいい、そして「複数」（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）という用語は、２又は２より多いことをいう。
【００１９】
「もう１つの」（ａｎｏｔｈｅｒ）という用語は、本発明に関して使用される場合、少なくとも第２の又はそれより多いことをいう。
【００２０】
「又は」（ｏｒ）という用語は、その内容が明確に異なると示さない限り、「及び／又は」を含む意味で概して用いられる。
【００２１】
上述の動詞及び用語については、これらの定義は、異なる定義が請求項又はこの詳細な説明／明細書において他に与えられなければ、適用される。
【００２２】
最後に、従属請求項に引用されている特徴は、他に明示的な記載がない限り、相互に自由に組み合わせられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明の実施態様を、添付の次の図面を参照して説明する。
【００２４】
【図１】図１は、太陽熱吸収素子の断面図である。
【図２】図２は、太陽熱集熱器の断面図である。
【図３】図３は、加熱システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、太陽熱吸収素子（モジュール）１００の断面図である。
【００２６】
素子１００は、太陽放射線がロールボンド式吸収体１２０へと通過することを可能とし、かつ同時に高選択性の真空被覆された吸収体１２０を機械的損傷、昆虫及び塵に対して覆う、高透明カバーガラス１１０を具備している。更に、ガラス１１０は、吸収体１２０からの熱損失を低減させる。
【００２７】
吸収体１２０は、太陽放射線を吸収するように構成されている。吸収体１２０は、少なくとも１本の伝熱管１２６を具備しており、かつこの吸収体は、２枚の例えばアルミニウム板を圧延法により一緒に接合するロールボンド技術により作られる。配管１２６のパターン及びサイズを、１枚の板の内面に特殊なシルクスクリーン及びインクによって印刷する。印刷されたパターンは、接合された２枚の板の内面に残っており、そして接合した後、この印刷されたパターンを通して圧縮空気を膨張させることにより、配管１２６が作られる。
【００２８】
配管１２６は、連続的な熱移送流路を構成しており、この配管１２６は、入口１２７ａ及び出口１２７ｂを有しており、かつ熱を移送する流体、例えば水、空気、又は不凍液を吸収体１２０の内部で循環させるように構成されている。配管１２６の設計は、熱を移送する流体の流れ抵抗を低減させるように構成されている、例えば単一の曲がっている配管１２６として、及び／又は多分岐配管１２６として設計することができる。
【００２９】
入口１２７ａ及び出口１２７ｂは、外部の機構、例えば太陽熱集熱器の配管又はそのアダプター手段に接続するように構成されている。
【００３０】
硬質な吸収体１２０は、熱損失を最小化するため、ガラス１１０と吸収体１２０との間の間隔ｈを一定に保っている（吸収体１２０がガラス１１０に向かって曲がることを防止している）。この間隔ｈが１０ｍｍの場合に、熱損失が最小となる。吸収体１２０がガラス１１０に向かって曲り、それによりこの間隔ｈが１０ｍｍ未満となるようにされた場合、この熱損失は劇的に増大する。
【００３１】
吸収体１２０は、高選択性の真空被覆１５０、例えばケイ素、アルミニウム、及びチタンを基礎材料とするセラミック層を具備しているいわゆるＭＥＭＯ被覆を、吸収体１２０の表側の面１２２上に具備している。層１５２、１５４、１５６を含む被覆１５０を、物理気相成長（ＰＶＤ）法及び／又はプラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）法により同時に真空中で吸収体１２０全体に完全に堆積させる。
【００３２】
表側の面１２２上の第１の層１５２は、光を吸収し、かつ吸収体１２０の性能を低減させる吸収体材料からの元素の拡散を防止するように構成される。層１５２は、チタン、アルミニウム、及び窒素と、ケイ素、イットリウム、セリウム、及びクロムのうちの一種の元素とを含有する組成を有する。
【００３３】
層１５２は、例えば１０ｎｍ〜６００ｎｍの層厚さを有することができ、かつ例えばチタン、アルミニウム、ケイ素、及び窒素（ＴｉｘＡｌｙＳｉｚ）Ｎａを含有することができる。あるいは、イットリウム、セリウム、及び／又はクロムを追加的に又はケイ素の代わりに使用することができる。
【００３４】
指数ｘ、ｙ、ｚ、及びａ、並びに後述するｂは、層１５２、１５４、１５６の化学量論的（ｓｔｅｑｕｉｏｍｅｔｒｉｃ）又は非化学量論的（ｎｏｎ−ｓｔｅｑｕｉｏｍｅｔｒｉｃ）な組成を示している。
【００３５】
層１５２のｘ、ｙ、ｚ、及びａについての値は、例えばそれぞれ０．４、０．５、０．１、及び１．０であることができる。典型的には、ｘの値は０．３〜０．５であり、ｙの値は０．３〜０．６であり、ｚの値は０．０３〜０．２であり、かつａの値は０．９〜１．１である。
【００３６】
層１５２上の、中間の第２の層１５４は、光を吸収し、かつ選択された波長における干渉を増大させるように構成される。層１５４は、チタン、アルミニウム、窒素、酸素と、ケイ素、イットリウム、セリウム、及びクロムのうちの一種の元素とを含有する組成を有する。
【００３７】
層１５４は、例えば１０ｎｍ〜１５０ｎｍの層厚さを有することができ、かつチタン、アルミニウム、ケイ素、窒素、及び酸素（ＴｉｘＡｌｙＳｉｚ）ＮａＯｂを含有することができる。あるいは、イットリウム、セリウム、及び／又はクロムを追加的に又はケイ素の代わりに使用することができる。ｘ、ｙ、ｚ、ａ、及びｂについての値は、例えばそれぞれ０．４、０．５、０．１、０．８及び０．３であることができる。典型的には、ｘの値は０．３〜０．５であり、ｙの値は０．３〜０．６であり、ｚの値は０．０３〜０．２であり、ａの値は０．２〜０．８であり、かつｂの値は０．２〜０．８である。
【００３８】
第２の層１５４上の、最上の第３の層１５６は、反射防止層として働き、かつ周囲の気体から被覆１５０を絶縁するように構成される。第３の層１５６は、チタン、アルミニウム、ケイ素、窒素、及び酸素を含有する組成を有する。
【００３９】
層１５６は、例えば５０ｎｍ〜２５０ｎｍの層厚さを有することができ、かつチタン、アルミニウム、ケイ素、窒素、及び酸素（ＴｉｘＡｌｙＳｉｚ）ＮａＯｂを含有することができる。典型的には、ｘの値は０〜０．２であり、ｙの値は０〜０．２であり、ｚの値は０〜１であり、ａの値は０〜２であり、かつｂの値は０〜２である。
【００４０】
素子１００は、熱可塑性シーリング（スペーサー）１３０を具備しており、このシーリング１３０は、ガラス１１０と吸収体１２０とを互いに取り付けるように構成されており、それによりガラス１１０と吸収体１２０との間に特定の間隔ｈ、例えば１０、１５、又は２０ｍｍの間隔が存在するようにされている。
【００４１】
この取り付けは、ＴＰＳ技術により行われる。シーリング１３０、例えばブチルシーリングが、所望のシーリング厚さ及びガラス１１０と吸収体１２０との間の間隔ｈを得るようにガラス１１０上に射出される。次いで、シーリング１３０を有するガラス１１０及び吸収体１２０が一緒に押圧され、それにより気密な（密閉された（ｈｅｒｍｅｔｉｃａｌｌｙ））密閉空間１３４が作られるようにされる。この密閉空間１３４は、図で示すように、ガラス１１０、吸収体１２０、及びシーリング１３０で囲まれている。
【００４２】
同時に、ガラス１１０及び吸収体１２０が一緒に押圧される時に、低伝熱ガス１３６、例えばアルゴンガスが空間１３４に注入され、それにより空間１３４がガス１３６で充たされるようにされる。ガス１３６は、対流による熱損失を低減させる。
【００４３】
ガラス１１０、硬質な吸収体１２０、及び気密なシーリング１３０は、ガス１３６を空間１３４内に保持し、そしてガス１３６が空間１３４から流出するのを防止する。
【００４４】
素子１００は、第２のシーリング１４０、例えばケイ素シーリングを更に具備している。このシーリング１４０は、ガラス１１０と吸収体１２０との間でシーリング１３０に取り付けられている。このシーリング１４０は、シーリング１３０を保護し、かつ吸収体１２０の重量を支える。
【００４５】
シールされている素子１００は、塵又は昆虫が素子１００に入ってくるのを防止し、そして吸収体１２０の効率を維持する。これは、吸収体１２０の寿命の間、塵又は昆虫による効率の変化はないことによる。
【００４６】
更に、シールされている素子１００は、ガラス１１０上での水の凝縮を防止し、その結果としてこの素子１００は、早朝からエネルギーを生み出し始めることができる。
【００４７】
素子１００は、これまで透明なカバーが取り付けられていたのと同様の方法により、従来の集熱器に組み込むことが可能である。
【００４８】
図２は、太陽熱集熱器２６０の断面を示している。この太陽熱集熱器２６０は、図１に示されている素子２００を具備している。集熱器２６０は、例えば高温のための平板型集熱器である。
【００４９】
集熱器２６０は、集熱器２６０を、機械的損傷、昆虫及び塵に対して覆う、集熱器フレーム２７０を具備している。
【００５０】
フレーム２７０は、少なくとも１つの支持体２７２を、フレーム２７０の内面２８２のフレームの襟部２７１上に具備している。この支持体２７２は、素子２００がフレーム２７０に嵌合されている場合に、素子２００（特に素子２００のガラス２１０）を支持するように構成されている。
【００５１】
更に、フレーム２７０は、内面２８２の底部２７３上の少なくとも１つの支持体２７４、、及び裏板２７６を具備している。支持体２７４は、この裏板２７６を支持しており、この裏板２７６は、集熱器２６０の断熱材２８０を支持し、かつ機械的損傷、昆虫及び塵に対して集熱器２６０を覆うように構成されている。
【００５２】
断熱材２８０は、素子２００を断熱し、かつ素子２００の環境の影響を最小化するように構成されている。断熱材２８０、例えばミネラルウール又は木質繊維ウールは、図に示すように裏板２７６の上に載置されており、その結果としてこの断熱材２８０は、素子２００がフレーム２７０に取り付けられるときに吸収体２２０を支持している。
【００５３】
裏板２７６は、断熱材２８０の一部であることができ、その結果としてこの裏板は素子２００を断熱するようにも構成されている。
【００５４】
シールされた素子２００は、断熱材２８０を基点とするガラス２１０上への水の凝縮を防止し、かつ集熱器２６０においてより安価な断熱材の材料を使用することを可能とする。というのは、断熱材２８０から揮発した全ての成分はガラス２１０上で凝縮しないからである。
【００５５】
取り付けられている素子２００は、支持体２７２及び断熱材２８０により支持されており、そして配管１２６（熱移送流路）は、入口１２７ａ及び出口１２７ｂ、並びに例えば集熱器２６０のアダプター手段（図示せず）により、集熱器２６０に接続されている。
【００５６】
素子２００は、高温の平板集熱器２６０において極めて有用であり、この素子２００は、例えば太陽熱冷房の用途に利用することができる。素子２００は、プロセス用及び最も早く成長している太陽熱の利用の分野である地域加熱システム用の、非常に効果的なモジュラー式の広範囲の集熱器を建設する可能性を提供することができよう。
【００５７】
図３は、熱エネルギーを提供するための加熱システム３９０を示している。
【００５８】
システム３９０は、図３に示されている素子３００、及び熱ポンプ３９２、例えば地熱の熱ポンプを具備している。この熱ポンプ３９２は、例えば素子３００の入口１２７ａ及び出口１２７ｂ、アダプター手段、並びに熱移送接続部３９４ａ、３９４ｂにより、素子３００と接続されている。
【００５９】
素子３００は、可能な時にいつでも熱を提供する。例えば、素子３００は建物を暖め、そしてその建物の熱水を暖める。十分な日光がない秋、冬、及び春においては、素子３００は、熱移送流体を予熱してから熱ポンプ３９２へと流すことにより、熱ポンプ３９２の性能を向上させる。予熱された流体は、熱ポンプ３９２の効率を向上させ、そして熱ポンプ３９２に基づく熱エネルギーの使用を最小化する。
【００６０】
更に、システム３００は、熱エネルギーを提供するため、単に熱ポンプ３９２を使用することができる。
【００６１】
ここまで本発明を上記の実施態様を参照して説明し、かつ本発明の幾つかの利点を明示してきた。本発明はこれらの実施態様のみに限定されるのではなく、本発明の思想及び以下の請求項の主旨及び範囲内で全ての可能性のある実施態様を含むことが明らかである。
【図１】
2015152303.tif 000003
【図２】
2015152303.tif 000004
【図３】
2015152303.tif 000005
【外国語明細書】
2015152303000001.pdf