(57)【要約】  この発明は、第１の水平ウェブ（１１）、第２の水平ウェブ（１２）および第３の水平ウェブ（１３）を有し、垂直ウェブ（１５）によって相互に接続することができる、熱可塑性樹脂材料によって形成されている複層ウェブパネル（１０）を少なくとも有してなる輻射線コレクターに関する。第１の水平ウェブ（１１）は透過性であって、第１の水平ウェブ（１１）と第３の水平ウェブ（１３）との間に配置される第２の水平ウェブ（１２）は孔が設けられており、輻射線を吸収する。この発明は、輻射線コレクターを製造する方法にも関する。
2008524549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂材料によって形成された、少なくとも第１の水平ウェブ（１１）、第２の水平ウェブ（１２）および第３の水平ウェブ（１３）を有する複層ウェブパネル（１０）を少なくとも有してなり、各水平ウェブ（１１、１２、１３）は垂直ウェブ（１５）によって相互に接続されている輻射線コレクターであって、第１の水平ウェブ（１１）は透過性を有しており、第２の水平ウェブ（１２）は第１の水平ウェブ（１１）と第３の水平ウェブ（１３）との間に配置されており、該第２の水平ウェブ（１２）には孔（１）が設けられており、該第２の水平ウェブ（１２）は輻射線を吸収することを特徴とする輻射線コレクター。
【請求項２】
第２の水平ウェブ（１２）の全表面積に対する孔の面積の割合は、最大でも３％、好ましくは１％以下、特に好ましくは０．１〜０．４％であることを特徴とする請求項１に記載の輻射線コレクター。
【請求項３】
水平ウェブ（１１、１２、１３）および垂直ウェブ（１５）は、隣接して配される少なくとも２つの重ねられたチャンバーの列を形成しており、該チャンバーは互いに隔てられており、その中を熱媒気体、特に空気を流れさせることができることを特徴とする請求項１または２に記載の輻射線コレクター。
【請求項４】
重ねられたチャンバー（８、８ａ）は複数の孔（１）によって連絡されていることを特徴とする請求項３に記載の輻射線コレクター。
【請求項５】
チャンバー（８、８ａ）は端部において閉じており、第２の水平ウェブ（１２）の上側に位置するチャンバー（８）は熱媒気体のための少なくとも１つの入口部（３）を有しており、第２の水平ウェブ（１２）の下側に位置するチャンバー（８ａ）は加熱された熱媒気体のための少なくとも１つの出口部（４）を有していることを特徴とする請求項３または４に記載の輻射線コレクター。
【請求項６】
チャンバー（８、８ａ）は循環回路（６）に配置され得るファン（５）に接続されており、チャンバー（８、８ａ）の出口部（４）の特に下流側に熱交換器（７）が接続されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の輻射線コレクター。
【請求項７】
水平ウェブ（１１、１２、１３）は０．２〜２ｍｍの厚みを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の輻射線コレクター。
【請求項８】
垂直ウェブ（１５）は３〜５０ｍｍの高さを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の輻射線コレクター。
【請求項９】
特に第１の水平ウェブ（１１）を形成する熱可塑性樹脂材料が、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルクロリド、および熱可塑性ポリウレタンから選ばれる樹脂材料であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の輻射線コレクター。
【請求項１０】
第２の水平ウェブ（１２）および／または第３の水平ウェブ（１３）を形成する熱可塑性樹脂材料が、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）コポリマー、熱可塑性ポリウレタンまたはポリカーボネートとＡＢＳとのブレンドから選ばれる樹脂材料であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の輻射線コレクター。
【請求項１１】
第２の水平ウェブ（１２）がカーボンブラックを含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の輻射線コレクター。
【請求項１２】
孔の直径は０．１〜１．２ｍｍ、好ましくは０．２〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の輻射線コレクター。
【請求項１３】
長尺のチャンバー（８、８ａ）と位置合わせされたコレクターの側面にさねはぎ継ぎ連結手段が設けられており、その手段によって２またはそれ以上のコレクターを並べて組み立てることができることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の輻射線コレクター。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の輻射線コレクターを製造する方法であって、
第１の工程では、垂直ウェブ（１５）によって相互に接続される第１の水平ウェブ（１１）、第２の水平ウェブ（１２）および第３の水平ウェブ（１３）を少なくとも有する複層ウェブパネル（１０）を、透過性熱可塑性樹脂材料と輻射線吸収性樹脂材料との共押出成形法によって形成し、該第２の水平ウェブ（１２）には輻射線吸収性樹脂材料が含まれること、ならびに、
第２の工程では、第１の水平ウェブ（１１）を通して第２の水平ウェブ（１２）にレーザービームをあて、該レーザービームによって第２の水平ウェブ（１２）に複数の孔（１）を設けること、および該第２の水平ウェブ（１２）は複数の孔（１）を有することを特徴とする方法。
【請求項１５】
レーザービームの波長は８００〜１２００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱可塑性樹脂材料によって形成されている太陽光−操作型輻射線コレクター（solar-operated radiation collector）およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気コレクター（air collectors）は、またはソーラー・エア・ヒーター（solar air heaters）とも称されるが、集中化されない（または集光されない（non-concentrated))太陽輻射エネルギー（solar radiation energy）を吸収して、空気またはその他の気体を含んでなる熱媒体へ部分的に移すことを用いる輻射線熱交換器である。この型の輻射線コレクターまたはソーラーコレクターは、例えば低温範囲において用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
今日において、太陽輻射線（solar radiation）のためのホット・エア・コレクター（hot air collector）は、主としてアルミニウムまたはその他の金属材料のアブソーバー（absorber）を用いて形成されている。その理由は、金属の良好な熱伝導率を利用するためである。空気からフラットな表面への熱の伝導は良好ではないので、ホット・エア・コレクター内の太陽熱（solar heat）を（例えば、アブソーバーの背面側のフィンなどの）大きな表面積に分配する必要がある。
【０００４】
界面吸収型（interface suction-type）抽出および孔あきアブソーバー（perforated absorber）を有するホット・エア・コレクターには、基本的に異なるコンセプトが採用されている。そのようなコレクターの構造は、例えばドイツ国特許出願公開ＤＥ１９ ８２０ １５６ Ａ、同第ＤＥ２ ９４３ １５９ Ａおよび欧州特許出願公開ＥＰ５５３ ８９３ Ａに開示されている。
【０００５】
界面吸収型抽出および多数の孔（perforations）を有するアブソーバーは、背面のフローを伴うアブソーバーと比べて、２種類の利点を有する。その１つは、孔によってアブソーバーから空気への熱伝達の著しい向上が得られるということである。もう１つは、吸収作用のためにコレクター内の対流が抑制され、その結果として、アブソーバーからガラス(glazing）への熱損失が大幅に低下して、高い効率を達成するために良好に冷却されたアブソーバーが必ずしも必要とはされない（即ち、アブソーバーから空気への高い熱伝達係数を有する）ということである。界面吸収型抽出を含むアブソーバーを用いると、アブソーバー内の熱伝導（thermal conduction）はコレクターの効率に関してより小さな役割を果たすことになる。従って、極めて薄型のアブソーバーまたは低い熱伝導率を有するアブソーバーを使用することができる。
【０００６】
従来技術から知られているエア・コレクター型の問題点は、それらが金属製であることによって、アブソーバー、フレームおよびカバーリングの重量が比較的（またはかなり）大きいということである。
【０００７】
本発明の目的は、比較的容易に、即ち、技術的に必要なコストを低減して、製造することができる熱可塑性樹脂材料製の輻射線コレクターを提供すること、ならびにそのような輻射線コレクターを製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、垂直ウェブによって相互に接続される第１の水平ウェブ、第２の水平ウェブおよび第３の水平ウェブを有する、熱可塑性樹脂材料によって形成された複層ウェブパネルを少なくとも有してなる輻射線コレクターであって、第１の水平ウェブは透過性を有しており、第１の水平ウェブと第３の水平ウェブとの間に配置される第２の水平ウェブには孔が設けられており、該第２の水平ウェブは輻射線を吸収する輻射線コレクターを提供する。
【０００９】
輻射線コレクターは好ましくは、隣接して配される少なくとも２つの重ねられたチャンバーの列を、水平ウェブ（horizontal web）および垂直ウェブ（vertical web）が形成し、該チャンバーは互いに隔離されており、その中を熱媒気体、特に空気が流れることができることを特徴とする。
【００１０】
好ましい形態において、重ねられたチャンバーは複数の孔によって互いに連絡されている。
【００１１】
特に好ましい輻射線コレクターは、端部においてチャンバーが閉じられており、ならびに、第２の水平ウェブの上側に位置するチャンバーは熱媒気体のための少なくとも１つの入口部を有しており、および、第２の水平ウェブの下側に位置するチャンバーは加熱された熱媒気体のための少なくとも１つの出口部を有することを特徴とする。
【００１２】
更に好ましい態様例の輻射線コレクターは、チャンバーが場合によって循環回路に配置されるファンに接続されていること、および、特にチャンバーの出口部の下流側に熱交換器が接続されていることを特徴とする。
【００１３】
チャンバーは、０．２５〜３６００ｍｍ２の断面積を有することが好ましい。
【００１４】
押出法によって製造される複層ウェブパネルについて、水平ウェブを単にストラップス（straps）と称し、垂直ウェブを単にウェブズ（webs）と称することもある。この発明は、この発明の輻射線コレクターを製造する方法をも提供する。その方法は、第１の工程において、垂直ウェブによって相互に接続される少なくとも第１の水平ウェブ、第２の水平ウェブおよび第３の水平ウェブを有する複層ウェブパネルを、透過性熱可塑性樹脂材料と輻射線吸収性樹脂材料との共押出成形法（co-extruding）によって形成し、該第２の水平ウェブは輻射線吸収性樹脂材料を含んでなること、ならびに、第２の工程において、第１の水平ウェブを通して第２の水平ウェブにレーザービームをあて、該レーザービームによって第２の水平ウェブに複数の孔を設け、第２の水平ウェブは複数の孔を有することを特徴とする方法である。
【００１５】
新しい輻射線コレクターは、例えば複層ウェブパネルを有している。複層ウェブパネルは、従来技術からも知られている。用いることが好ましい複層ウェブパネルは、少なくとも３つの水平ウェブを有して構成され、それらは互いに平行であることが好ましい。水平ウェブは垂直ウェブによって相互に連絡されており、垂直ウェブは水平ウェブに対して垂直方向に配置されていることが好ましい。複数の垂直ウェブは互いに平行に配されていることが好ましい。このようにして、互いに隣接して配置される平行六面体（または直方体）形状のチャンバー（parallelepiped-shaped chambers）の少なくとも２つの重ねられた層が形成される。放射コレクターを操作する間、その中（複層ウェブパネルの中）を空気またはその他の気体が流される。水平ウェブおよび垂直ウェブは同じ厚さまたは異なる厚さを有することができ、０．２〜２ｍｍの厚さを有することが好ましい。例えば、レーザーパーフォレーションの場合には、パーフォレーションを設ける領域において、第２の水平ウェブは０．２〜０．５ｍｍの厚みを有するように構成されていることが好ましい。垂直ウェブの高さは３〜５０ｍｍである。垂直ウェブの高さはチャンバーの高さを規定する。それらは同じ高さを有してもよいし、または異なる高さを有してもよい。側方に入射する太陽輻射線によるイントリンシック・シャドー（intrinsic shadow）作用を最小とするために、垂直ウェブはウェブパネルの縁部領域においてよりもウェブパネルの中央部分へ向かってより短くなっていることが好ましい。
【００１６】
輻射線コレクターの吸収層における孔の直径は、０．１〜１．２ｍｍであることが好ましく、０．２〜０．５ｍｍであることが特に好ましい。
【００１７】
第１の水平ウェブは、吸収すべき輻射線に対して透過性（transparent）を有している。４００〜１３００ｎｍの波長範囲における透過度は少なくとも６０％であることが好ましい。輻射線コレクターの操作の間、透過性の水平ウェブは、太陽の方を向くように調整されている。太陽光線は第１の水平ウェブを通過して、アブソーバー表面を形成している第２の水平ウェブに達する。
【００１８】
第１の水平ウェブと第３の水平ウェブとの間に配置されている第２の水平ウェブは輻射線を吸収する。第２の水平ウェブは、特に４００〜２５００ｎｍの波長範囲において、少なくとも８０％の吸収能力（absorption capacity）を有する。比較的高い吸収能力を有する第２の水平ウェブは、輻射線コレクターの操作の間に、できるだけ多くの太陽光線を吸収できることが必要とされる。この目的で、第２の水平ウェブは、例えば、黒色の化合物によって被覆されたり、および／または着色されたりしている。第２の水平ウェブを黒色に着色することは、黒色の着色剤をインプリント（imprint）したり、黒色クロムもしくは黒色アルミニウムにより被覆したり、または好適な着色剤、好ましくはカーボンブラックを用いて熱可塑性樹脂組成物を直接着色したりすること等によって行うことができる。本明細書において、第２の水平ウェブをアブソーバー表面とも称する。
【００１９】
第２の水平ウェブの可視光線範囲における２０％までの部分的透過性は、赤外波長範囲における高い反射能力を有するまたは有さない化合物によって達成されてもよいし、または、例えばそのような化合物と追加の層の形態で組み合わされて達成されてもよい。輻射線コレクターは、例えば建造物筐体において、部分的に透過性のガラスユニットとして用いることにも好適である。
【００２０】
好ましい態様において、第２の水平ウェブは、操作の間に太陽の方を向いている面に選択的アブソーバー層（absorber layer）を有している。この点に関して、第２の水平ウェブは赤外線波長範囲における少なくとも７０％の反射能を有する１またはそれ以上の化合物によって被覆されていてよい。第２の水平ウェブが黒色に着色されていたり、および／または更に黒色の化合物による被覆を有していたりする場合、赤外線波長範囲における高い反射能を有する化合物は、可視光線に対して高い透過性を有するものであってよい。そのような化合物の例には、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）および酸化スズ（ＳｎＯ）などがある。赤外線波長範囲とは、８００ｎｍ以上の波長範囲を意味すると理解されている。
【００２１】
第２の水平ウェブには孔が設けられている（またはパーフォレーションが施されている）。第２の水平ウェブの面積全体における孔が設けられた面積の割合は、特に３％以下、好ましくは１％以下、特に好ましくは０．１〜０．４％である。
【００２２】
第３の水平ウェブは、透過性であってもよいしまたは吸収性であってもよく、例えば着色されていてもよく、および／または被覆されていてもよい。このウェブ表面は、輻射線コレクターの操作の間、太陽から離れている（または離れた側にある）。
【００２３】
更に、隣接して配されるチャンバーの更なる層が設けられていてもよい。そのためには、更なる水平ウェブが設けられて、その水平ウェブは垂直ウェブによって更に接続されていてよい。例えば、第３の水平ウェブの下側に、第４の水平ウェブを配置することもできる。このようにして、隣接して配される第３のチャンバーの層が形成される。この第３の層は、輻射線コレクターの操作の間、太陽から離れた側を向くように調整される。この第３の層のチャンバーは、絶縁チャンバー（insulating chamber）として作用する。
【００２４】
複層ウェブパネルは、特に互いに反対側に位置する２つの側面が開いている、即ち、水平ウェブおよび垂直ウェブに対して垂直な２つの表面には境界が設けられていない。このようにして、複層ウェブパネルのチャンバーの中を気体が流れることができる。
【００２５】
互いに対向して位置する残りの２つの側面は、垂直ウェブによって終端されており、従って開いていない。複層ウェブパネルには、例えばＤＥ１０ ３０４ ５３６ＡおよびＷＯ２００４／０７０２８７に記載されているように、２つの開いていない側面に、さねはぎ継ぎ（tongue-and-groove）システムの連結手段が設けられていてもよい。
【００２６】
第１の水平ウェブと第２の水平ウェブとの間の第１の層のチャンバーは、太陽の方を向くように調整されている。本明細書において、これらを吸収チャンバー（absorption chambers）とも称する。第２の水平ウェブと第３の水平ウェブとの間の第２の層のチャンバーは、太陽から離れた側を向くように調整されている。本明細書において、これらをコレクティング・チャンバー（collecting chambers）とも称する。輻射線コレクターの操作の間、２つの層のチャンバーには気体が充填されるかまたはそれらの中を気体が流通する。その気体は、空気であることが好ましい。更に、他の気体または種々の気体の混合物を用いることができる。そのような気体は、例えば空気と比べてより高い熱容量を有する気体、例えばアルゴンであってよい。太陽光にさらされる吸収チャンバーの中には、（例えば−１０℃〜−３０℃の範囲の温度を有する）低温の気体が導入される。気体は、吸収チャンバーから第２の水平ウェブの孔を通って、そのウェブの後方側に配されているコレクティング・チャンバーの中へ流される。気体は、孔を通過する際に加熱される。加熱された気体はコレクティング・チャンバーから流出する。
【００２７】
本発明の輻射線コレクターの複層ウェブパネルは、熱可塑性樹脂材料で形成されている。例えば第１の水平ウェブに用いられる好適な透過性熱可塑性樹脂材料の例には、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルクロリド、および熱可塑性ポリウレタン等がある。また、複層押出法によって製造される透過性熱可塑性樹脂材料ではない材料を、第２の水平ウェブ（アブソーバー表面）および／または第３の水平ウェブ（即ち、太陽とは反対側を向いている表面）に用いることもできる。そのような材料の例は、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）コポリマー、熱可塑性ポリウレタンまたはポリカーボネートとＡＢＳとのブレンド等である。
【００２８】
押出によって複層ウェブパネルを製造することは、従来技術からよく知られている。
【００２９】
本発明の方法によれば、第１の水平ウェブを通して第２の水平ウェブにレーザービームをあて、該レーザービームによって第２の水平ウェブに複数の孔を設けることができる。レーザービームの波長は８００〜１２００ｎｍの範囲であることが好ましい。例えば、レーザーとしては、ダイオードレーザーまたはＮｄ：Ｙａｇレーザーが好適である。従って、レーザービームの通過が第１の水平ウェブによって妨害されないように、第１の水平ウェブの透過性は十分に高いことが必要とされる。レーザービームは第２の水平ウェブによって最初に吸収される。レーザービームのエネルギーによって、第２の水平ウェブの材料は部分的に蒸発して、その結果として孔が形成される。レーザービームのエネルギーは、１０〜１００Ｗであることが好ましい。
【００３０】
レーザーによって、第２の水平ウェブに多数の孔を形成することができる。孔の形成は、連続的にまたは逐次的に行うことができる。
【００３１】
レーザービームによる孔形成の間、第１の水平ウェブと第２の水平ウェブとの間のチャンバーの上側層は、複層ウェブパネルの開いている２つの側面の一方からの圧縮空気（compressed air）にさらされることが好ましい。それによって得られるチャンバー内の気体の流れによって、レーザー照射によって生じる気化生成物は排出され、従って、それらが複層ウェブパネルの壁部に留まることを防止することができる。
【００３２】
本発明の方法は、複層ウェブパネルを押出した直後に実施することができる。このことは、複層ウェブパネルの押出しと孔開けとを１つのワークステージで行うことができるということを意味している。そのためには、複層ウェブパネルが押出ノズルから離れると、第１の水平ウェブを通して第２の水平ウェブ上にレーザビームが直接的にあたるように、例えば、レーザビームの列を押出ノズルの後方に配置することができる。
【００３３】
以下、添付図面を参照して、本発明の方法の方法について図解的に説明する。
【００３４】
実施例
図１は、第１の水平ウェブ１１、第２の水平ウェブ１２および第３の水平ウェブ１３を有しており、並びにこれら水平ウェブ１１、１２、１３に対して実質的に垂直に立設されている複数の垂直ウェブ１５を有する複層ウェブパネル１０を示している。複層ウェブパネルは、互いに対向して位置する２つの側面、即ち、水平ウェブおよび垂直ウェブに対して垂直に位置する２つの表面１８、１９において開いている。第１の水平ウェブ１１は透過性である。これによって、レーザービーム２０は、第１の水平ウェブ１１を通って、第２の水平ウェブ１２にあたることができる。図１において、レーザービームの向きを矢印２０によって示している。レーザービーム２０は第１の水平ウェブ１１を通過（または透過）して、第２の水平ウェブ１２によって吸収される。第２の水平ウェブ１２は、例えば、カーボンブラックによって着色されており、それによって孔１が形成される。
【００３５】
このような複層ウェブパネルは、太陽光−操作型（solar-operated）輻射線コレクターとして用いることができる。この輻射線コレクターは、ポリカーボネート（Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＡＧ（ドイツ連邦共和国）からのＭａｋｒｏｌｏｎ ＤＰ １−１８５３）によって形成されている第１の水平ウェブ１１（即ち、太陽の方を向いている透過性の水平ウェブ）を有しており、該第１の水平ウェブ１１はＭａｋｒｏｌｏｎ ＤＰ １−１８１６（Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＡＧ（ドイツ連邦共和国)）によって形成されている外側ＵＶ保護層によって覆われており、また、非透過性のＭａｋｒｏｌｏｎ ９４１５（Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＡＧ（ドイツ連邦共和国)）によって形成されている第２の水平ウェブ１２（即ち、アブソーバー表面）を有している。アブソーバー表面は、カーボンブラックによって着色されている。
【００３６】
アブソーバー表面は、１０６４ｎｍの波長のＮｄ：Ｙａｇレーザーによって孔あけされている。全表面積に対する孔１の面積の割合は０．１％であって、孔１は直径０．３〜１ｍｍを有するように形成されていた。
【００３７】
図２は、熱媒気体として空気を使用するソーラーコレクターとして、図１に示す輻射線コレクターを用いることを模式的に示す図である。この場合、太陽輻射線２は、透過性を有する第１の水平ウェブ１１を通って、アブソーバーとして機能する第２の水平ウェブ１２にあたる。ここで熱が発生する。同時に、吸引デバイス（例えばファン）５によって、空気が入口部３を通ってコレクターの中へ導入され、コレクターの中を通って供給される。従って、空気は、レーザーによる孔（孔１）を通って導かれ、出口部４へと運ばれる。そのために、チャンバー８、８ａは端部９、９ａにおいて閉じていることが必要である。全体として、空気ポンプ循環６が形成され、これは開いたりまたは閉じたりする操作を行うことができ、そして、加熱された空気をヒーター利用部７に送ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明のコレクターの断面を通る斜視図である。
【図２】図２は、循環回路を有する図１の装置についての模式的な操作の図である。
【図１】
2008524549.tif 000003
【図２】
2008524549.tif 000004
【国際調査報告】
2008524549.tif 000005
2008524549.tif 000006
2008524549.tif 000007
2008524549.tif 000008
2008524549.tif 000009
2008524549.tif 000010