(57)【要約】本発明は、伸開線ミラー（６）と透明カバープレート（３）との間に水の保管のための貯蔵タンク（５）が設けられ、そして、この貯蔵タンク（５）がその中に光吸収フィン（１７）を備えている、一体型の蓄熱器（ＩＣＳ）を有する太陽熱収集器に関する。貯蔵タンク（５）の周縁の近くの下端（８）に、本発明に従うＩＣＳは、貯蔵タンク（５）の長手方向に少なくとも１０ｃｍの長さを有する光吸収フィン（１７）を備えるフィンシステム（９）を備えており、そして、ＩＣＳ下端（８）が大いに遮蔽されるように、フィンシステム（９）が設計され、その結果として、空気の放射および対流によるその損失が限定される。したがって、フィンシステム（８５）は２つの機能を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体型の蓄熱器（５）を有する太陽熱収集器であって、前記太陽熱収集器（１）が、下部プレート（４）および透明カバープレート（３）を備えたハウジング（２）を備え、伸開線ミラー（６）と前記透明カバープレート（３）との間の前記ハウジング（２）内に水の保管のための貯蔵タンク（５）が設けられ、そして、前記貯蔵タンク（５）が光放射吸収フィン（１７）を備え、前記貯蔵タンクが、下端（８）および上端部を有し、前記貯蔵タンク（５）の周縁の近くの前記下端（８）が、前記貯蔵タンク（５）の上への熱の伝導のために装備されるフィンシステム（９）を備えており、このフィンシステムが、前記貯蔵タンク（５）の長手方向に少なくとも１０ｃｍの長手部分を有する光吸収フィン（１７）を備え、そして、前記フィンシステム（９）が点（Ｃ）から、中心としてその点（Ｃ）を有し前記フィンシステム（９）の外側に位置する仮想単位球体（Ｂ）上の、前記貯蔵タンク（５）を通した中心線上に位置する、前記貯蔵タンク（５）の前記下端（８）へと投影される場合に、（前記フィンシステム（９）によって遮蔽される）前記投影領域が、前記仮想単位球体（Ｂ）の領域の少なくとも２５％を覆うように前記フィンシステム（９）が設計されている、という点で特徴づけられる、太陽熱収集器。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽熱収集器（１）であって、前記貯蔵タンク（５）の前記長手方向の前記光吸収フィン（１７）の前記長さが、少なくとも１５ｃｍおよび好ましくは少なくとも２０ｃｍである、ことを特徴とする収集器。
【請求項３】
請求項１あるいは２に記載の太陽熱収集器（１）であって、前記フィンシステム（９）が、前記貯蔵タンク（５）から離れてテーパーをつけられて設計される、ことを特徴とする収集器。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽熱収集器（１）であって、前記透明カバープレート（３）の前記側面の前記フィンシステム（９）の前記フィン（１７）が、前記伸開線ミラー（６）の前記側面に対するそれより鈍い前記中心線との角度をなす、ことを特徴とする収集器。
【請求項５】
先行する請求項のいずれかに記載の太陽熱収集器（１）であって、前記フィンシステム（９）が、前記光吸収フィン（１７）と前記貯蔵タンク（５）を接続する熱伝導のためのパイプ（１０）を備える、ことを特徴とする収集器。
【請求項６】
請求項５に記載の太陽熱収集器であって、前記熱伝導のためのパイプ（１０）が、熱パイプ（１４）である、ことを特徴とする収集器。
【請求項７】
先行する請求項のいずれかに記載の太陽熱収集器（１）であって、中心としての前記点（Ｃ）を有する単位球体（Ｂ）の前記仮想領域の少なくとも３０％、および、より好ましくは少なくとも３５％が、前記フィンシステム（９）によって覆われる、ことを特徴とする収集器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一体型の蓄熱器を有する太陽熱収集器に関し、前記太陽熱収集器は、下部プレートおよび透明カバープレートを備えたハウジングをその中に備え、伸開線ミラーと透明カバープレートとの間のこのハウジング内に水の保管のための貯蔵タンクが設けられ、そして、この貯蔵タンクは光放射吸収フィンを備えている。
【背景技術】
【０００２】
この種類の太陽熱収集器は、また、ＩＣＳ（一体型の集熱蓄熱器）として示され、例えば特許文献１から、公知技術である。この種類の太陽熱収集器は、細長い貯蔵タンクがその中に位置している細長い形状を有するハウジングを備える。この貯蔵タンクは、太陽熱を吸収するために案出されている。収量を増大するために、透明カバープレートに面する伸開線ミラーが、貯蔵タンクの下に配置され、貯蔵タンクが、底部からの光放射を同様に集めて吸収することができる。周知の太陽熱収集器はまた、収量を増大するためにミラーに面する側面で、および両端部で、貯蔵タンクの長さにわたって延在するフィンを有する。この種類の太陽熱収集器によって、貯蔵タンク内の水が加熱されることができ、次いで、しばしば家庭目的の、さまざまな目的のために使用されることができる。特に、それは風呂に入り、シャワーを浴び、そして、食器洗いなどをするために使用されることができる。実際には、特許文献１に従うＩＣＳの貯蔵タンクの最遠端部のフィンは６ｃｍの長さを有した。貯蔵タンクの上に長手方向に延伸し、かつ伸開線ミラーに面するフィンの高さは、５ｃｍであった。フィンの目的は、熱収量を増大することであった。実際には、しかし、測定は驚くべきことに、フィンが熱損失をもたらすことを示した。
【特許文献１】ＥＰ０７４３４９５
【０００３】
ＩＣＳ貯蔵タンクは、可変水供給圧力に起因して生じるかもしれない高圧に耐えることが可能でなければならない。したがって、この種類の貯蔵タンクは好ましくは細長くない形状を有する。しかし、貯蔵タンクの容積が直径とともに平方に増加する一方、タンクおよび伸開線ミラーの投影領域によって形成されるＩＣＳ光吸収領域は貯蔵タンクの直径とともに線形に増加するので、実際には、高度に細長い貯蔵タンクがなお使用される。
【発明の開示】
【０００４】
したがって、本発明の目的は一体型の蓄熱器（ＩＣＳ）を有する太陽熱収集器の熱収量を増大することである。更なる目的は直径と長さとの間の比率Ｒｄｌが現状技術に従うＩＣＳのそれより大きくなることができ、その上、類似した熱収量を有するＩＣＳを提供することである。
【０００５】
したがって、本発明に従う太陽熱収集器は、貯蔵タンクが下端および上端部を有し、貯蔵タンクの周縁に近い下端が、貯蔵タンクへの熱の伝導のために装備されるフィンシステムを備えており、このフィンシステムが、貯蔵タンクの長手方向に少なくとも１０ｃｍの長手部分を有する光吸収フィンを備え、そして、フィンシステムが中心としてその点を有するフィンシステムの外側にある仮想単位球体上の貯蔵タンクを通して中心線上に位置している貯蔵タンクの下端の、点から投影されるように、このフィンシステムが設計され、この投影領域は（フィンシステムによって遮蔽されるように）、仮想単位球体の領域の少なくとも２５％を覆う、という点で特徴づけられる。
【０００６】
したがって、貯蔵タンクの下端によって発される放射、あるいはフィンシステムによって発される放射が、選択的にフィンシステムの内部に対する更なる（選択的に拡散）反射の後、フィンシステムによって貯蔵タンクの下端に対して反射されるより大きな可能性を有する、ことが達成される。放たれた熱放射はまた、フィンシステムによって再吸収されることができ、それは同様にＩＣＳ熱エネルギー損失の減少に寄与する。このフィン領域は、貯蔵タンクの長手方向のそのより大きな長さのためにより大きいが、選択的にまた、より大きな半径を有する貯蔵タンクを使用する可能性のためにより大きく、光エネルギーのより大きな吸収度を提供し、一方、フィンシステムはまた熱放射がＩＣＳから流出することを防ぐために防熱板として機能する。「仮想単位球体の領域の２５％」という表現は、その点が貯蔵タンク中の中心線に位置している、貯蔵タンクの下端の点から全方向に線が引かれる場合、それらの線の２５％が、フィンシステムを横切るであろうことを示す。例えば、フィンシステムは、円筒形状である。厳密に言って、用語「伸開線」は、数学的に正確に規定された曲線を示すが、本発明の目的の範囲内で、それは、貯蔵タンク上に光を投じる任意の形状、および好ましくは凹形状、より好ましくは光集光型形状を含む。数学的伸開線形状が、最も好ましい。
【０００７】
貯蔵タンクの長手方向の光吸収フィンの長さは、好ましくは少なくとも１５ｃｍおよびより好ましくは少なくとも２０ｃｍである。
【０００８】
これは、それをより多くの光を吸収して、貯蔵タンクの直径と長さとの間の比率Ｒｄｌを０．１５（特許文献１の実践）から０．２０をこえるまで、より好ましくは、０．２５以上まで拡大することを可能にする。その間接的利点はより強い貯蔵タンク（より高圧に耐えることが可能な）であり、そして、必要に応じて、等しく強い一方、それはより重くなく設計されることができ、この場合、コスト削減が達成される。
【０００９】
重要な一実施態様によれば、このフィンシステムは貯蔵タンクから離れてテーパーをつけられて設計される。
【００１０】
このようにして、熱損失を限定する貯蔵タンクの下端のより効果的な遮蔽が、達成される。（空気の）対流による損失もまた、限定される。後者に対して、好ましくは、このフィンシステムがタンクの中心線より上にあり、そして好ましくは、タンクの上部およびその下端から中心線の下にまで伸びるフィンを備える。このようにして、タンクの下端によって加熱される上昇する空気が止められ、そして、熱を奪い去ることが妨げられる。
【００１１】
好ましい一実施態様は、透明カバープレートの側面のフィンシステムのフィンが、伸開線ミラーの側面のそれより鈍い中心線との角度を形成するという点で、特徴づけられる。
【００１２】
都合よく、伸開線ミラーの設計は光の損失および収量の結果として起こる損失に至らずに相対的に単純であることができる。本実施態様において、伸開線ミラーの側面において、フィンシステムの少なくとも一部が、貯蔵タンクの中心線と平行して走ることもまた可能である。
【００１３】
きわめて興味深い一実施態様が、フィンシステムが光吸収フィンを貯蔵タンクに接続する熱輸送パイプを含むという点で、特徴づけられる。
【００１４】
きわめて有利な一実施態様によれば、これは両方とも貯蔵タンク内に開く２つの端部を有するパイプであり、一方このパイプは光吸収フィンと熱伝導接触する。パイプの第１端部は、第２の端部より低く位置している。このため、光吸収フィンがパイプ内の水を加熱する場合、流れがパイプ内に生成され、それによって、貯蔵タンクの下部部分からの水がパイプの中で加熱されて、パイプの第２の端部を経て貯蔵タンクの中で終わる。この効率的な実施態様のおかげで、貯蔵タンクの直径と長さとの間の比率Ｒｄｌは、例えば０．１５（特許文献１の実践）から０．３０以上、例えば０．３５以上、および好ましくは０．５０以上までかなり増加することができる。太陽放射の不在はこの流れを止め、熱損失を限定する。熱輸送パイプ、例えばこのパイプがフィンシステム内に位置している場合、いかなる熱損失もまた、本発明に従うフィンシステムによって限定される。
【００１５】
代替実施態様によれば熱輸送パイプは、熱パイプである。
【００１６】
この熱パイプを使用して、熱は、また、効率的にフィンシステムから貯蔵タンクまで輸送されることができ、前に論じられたように、パイプを有する実施態様に対して同じ利点を有する。
【００１７】
好ましい一実施態様によれば、その中心としての点を有する単位球体の仮想領域の少なくとも３０％、および、より好ましくは少なくとも３５％が、フィンシステムによって覆われる。
【００１８】
したがって、貯蔵タンクの下端を経たエネルギーの損失はより良い方法で防がれることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の太陽熱収集器１の平面図を示す。太陽熱収集器１は、パースペックスから適切に製造される透明カバープレート３および下部プレート４を備えるハウジング２を備える（図２および３）。ハウジング２内に、貯蔵タンク５が位置している。動作中にこの貯蔵タンク５は太陽放射によって直接加熱され、そして、効率的にこれを吸収するために、それはそれ自体公知である吸収層（図示せず）を備えている。この吸収層は、例えば、ほとんど熱を放射しない分光選択コーティングである。この種類のコーティングは、特許文献２から公知である。熱収量を増大するために、太陽熱収集器１はまたミラー６、好ましくは伸開線ミラー６を備える。これは、光を一点に集めて、その底部上を含む貯蔵タンク５上へそれを反射する。
【特許文献２】ＤＥ４４３３８６３
【００２０】
実際には、貯蔵タンク５が傾斜した位置にあるように、太陽熱収集器１が配置される。太陽熱収集器１が床上にあるいは平屋根Ａ（図３、５−７）等の上に配置される場合には、それは脚７（図３）を備えている。高所、例えば小さい壁の上に１つの端を有する太陽熱収集器１を配置することもまた、可能である。太陽熱収集器１は、また、住宅の傾斜屋根上に配置されることができる。
【００２１】
貯蔵タンク５が傾斜した位置にあるように、本発明に従う太陽熱収集器１を配置する場合、収量の増大が達成されることができる。（熱帯地方の外側の領域での）太陽放射のより良い吸収のためだけでなく、貯蔵タンク５の中で、熱くない水の上への熱水の層の形成をより効率的に使用することによっても。
【００２２】
水を貯蔵タンク５に供給するために、そして、再びそれを放出するために、供給パイプ１５および吐出パイプ１６が、設けられる。吐出パイプ１６の口が、供給パイプ１５の口より高く位置しており、その結果、相対的に熱い水が、層の形成のために吐出パイプ１６を経て排出されることに注意されたい。
【００２３】
本発明に従い、貯蔵タンク５は熱を貯蔵タンク５へ伝導するように設計されている光吸収フィン１７を備えるフィンシステム９を第１端部８に備えている。実際には、太陽熱収集器１は収量を増大するために通常傾斜した位置に取り付けられるので、この第１端部８はその時下端である。フィンシステム９のフィン１７は、貯蔵タンク５の長手方向に測定された少なくとも１０ｃｍの長さを有するが、好ましくは、フィン１７はより長い。フィンシステム９のフィン１７は、貯蔵タンク５の下端を放射から遮蔽する。したがって、貯蔵タンク５の下端からの放射による熱損失は限定され、一方、熱収量は増大される。このようにして、フィンシステム９のフィン１７は本発明に従う太陽熱収集器１の熱収量を増大する際の２つの機能を有する。
【００２４】
図４は、貯蔵タンク５中の中心線とその第１端部８がフィンシステム９の外側に位置している仮想球体Ｂの中心である点Ｃを規定することを示す。フィンシステム９が規定された点から仮想球体Ｂに投影される場合、仮想球体Ｂの領域の少なくとも２５％が覆われる。貯蔵タンク５の第１端部８によって伝導される熱放射はフィンシステム９の方向に伝導される見込みが最も強いので、この放射がフィンシステム９によって吸収されて、したがって、貯蔵タンク５の方へ送り返される可能性がある。熱放射が拡散（光散乱）反射によって、貯蔵タンク５に反射される可能性もまたある。フィンシステム９がテーパー付き形状（図５−７）を有する場合、熱放射が非拡散反射によって貯蔵タンク５の第１端部８へと反射される可能性もまたある。機械技師および専門製図工に謝罪しつつ、フィンシステム９の第１端部８から離れた端部における図線は、ここで記載されているフィンシステム９が、本発明によれば、最適ならばそれらは閉じることができるとはいえ、その端部で開いていることを明白にするために省かれた。
【００２５】
本発明によれば、フィンシステム９は熱収量を増大するための熱伝導システム１０を有することができる。一実施態様（図６）によれば、それはきわめて容易に実現されることができ、これは第１のパイプ端１２と第２のパイプ端１３を有するパイプ１１を含む。本実施態様において、第２のパイプ端１３が第１のパイプ端１２より高く位置していることが重要である。フィンシステム９のフィン１７が加熱される場合、パイプ１１内の水は加熱されて、第２のパイプ端１３経由で、対流によって貯蔵タンク５の中で終わる。相対的により冷たい水は、第１のパイプ端１２経由でパイプ１１に入れられる。フィンシステム９上の熱放射が不十分な場合には、パイプ１１を経た水のこの対流は止まり、そして、熱損失が回避される。フィンシステム９のおかげで、パイプ１１からの熱放射が必ずしも熱損失につながるというわけでない。水が貯蔵タンク５から流出する貯蔵タンク５に接続しているパイプ１１の代わりに、パイプ１１に対して記載されているのと同じ機能を有し、および利点を有する、熱パイプ１４（図７）もまた、使用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明は、次に図面に関して説明され、
【図１】本発明に従う太陽熱収集器の平面図を表す。
【図２】線ＩＩ〜ＩＩに沿った図１の太陽熱収集器中の断面を表す。
【図３】線ＩＩＩ〜ＩＩＩに沿った図１の太陽熱収集器中の断面を表す。
【図４】フィンシステムを備えている図１に従う太陽熱収集器の貯蔵タンクの模式図を表す。
【図５】本発明に従う太陽熱収集器の実施態様の変形例の図３に従う断面図を表す。
【図６】本発明に従う太陽熱収集器の実施態様の変形例の図３に従う断面図を表す。
【図７】本発明に従う太陽熱収集器の実施態様の変形例の図３に従う断面図を表す。
【符号の説明】
【００２７】
１太陽熱収集器
２ハウジング
３透明カバープレート
４下部プレート
５貯蔵タンク
６ミラー
７脚
８第１端部
９フィンシステム
１０熱伝導システム
１１パイプ
１２第１のパイプ端
１３第２のパイプ端
１４熱パイプ
１５供給パイプ
１６吐出パイプ
１７フィン
Ａ平屋根
Ｂ仮想球体
Ｃ点
【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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【国際調査報告】
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