(57)【要約】太陽熱収集器デバイスを提供する。太陽熱収集器デバイスは、真空管と、真空管内に載置されるミニチャネル管とを含み、ミニチャネル管は、熱伝達流体の流入のための第１の複数のポートと、熱交換システムへの熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートとを備える。ミニチャネル管は、約３ミリメートルから約２００マイクロメートルの範囲の水力直径を有してもよい。ミニチャネル管は、約２００マイクロメートルから約１０マイクロメートルの範囲の水力直径を有してもよい。
2011529169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空管と、
前記真空管内に載置されるミニチャネル管であって、熱伝達流体の流入のための第１の複数のポートと、熱交換システムへの前記熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートとを備える、ミニチャネル管と
を備え、前記ミニチャネル管は、それぞれ、熱伝達流体の流入のための前記第１の複数のポートのうちのそれぞれ１つから、前記熱伝達流体の流出のための前記第２の複数のポートのうちのそれぞれ１つまで延在する、複数のミニチャネルを備える、太陽熱収集器デバイス。
【請求項２】
前記真空管内に載置され、かつ前記ミニチャネル管に載置される吸収フィンをさらに備える、請求項１に記載の太陽熱収集器デバイス。
【請求項３】
前記第１の複数のポートは、前記第２の複数のポート内に載置される、請求項２に記載の太陽熱収集器デバイス。
【請求項４】
前記第２の複数のポートは、前記吸収フィンに載置される、請求項３に記載の太陽熱収集器デバイス。
【請求項５】
前記第１の複数のポートのうちの少なくとも１つは、前記第２の複数のポートのうちのそれぞれ１つの内側に載置される、請求項１に記載の太陽熱収集器デバイス。
【請求項６】
前記第２の複数のポートは、前記真空管に載置される、請求項５に記載の太陽熱収集器デバイス。
【請求項７】
前記ミニチャネル管は、前記真空管内でＵ字形である、請求項１に記載の太陽熱収集器デバイス。
【請求項８】
前記Ｕ字形ミニチャネル管は、湾曲した大きい方の寸法を有する、請求項７に記載の太陽熱収集器デバイス。
【請求項９】
前記第１の複数のポートは、形状が長方形である、請求項１に記載の太陽熱収集器デバイス。
【請求項１０】
前記第１の複数のポートは、形状が円形である、請求項１に記載の太陽熱収集器デバイス。
【請求項１１】
前記ミニチャネル管内に封入される熱伝達流体をさらに備える、請求項１に記載の太陽熱収集器デバイス。
【請求項１２】
各ミニチャネルは、約１０ミリメートルから約２００マイクロメートルの範囲の水力直径を有する、請求項１に記載の太陽熱収集器デバイス。
【請求項１３】
各ミニチャネルは、約２００マイクロメートルから約１０ミリメートルの範囲の水力直径を有する、請求項１に記載の太陽熱収集器デバイス。
【請求項１４】
太陽熱収集器であって、
真空管と、
前記真空管内に載置されるミニチャネル管であって、
熱伝達流体の流入のための第１の複数のポートと、
熱交換システムへの前記熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートと
を備える、ミニチャネル管と
を備える、太陽熱収集器と、
前記太陽熱収集器上に太陽エネルギーを方向付けるように構成される太陽エネルギー集光器と、
前記太陽熱収集器を前記太陽エネルギー集光器に載置するために構成されるコネクタと
を備え、前記ミニチャネル管は、それぞれ、熱伝達流体の流入のための前記第１の複数のポートのうちのそれぞれ１つから、熱交換システムへの前記熱伝達流体の流出のための前記第２の複数のポートのうちのそれぞれ１つまで延在する、複数のミニチャネルを備える、太陽熱収集システム。
【請求項１５】
前記ミニチャネル管は、前記真空管内でＵ字形である、請求項１４に記載の太陽熱収集システム。
【請求項１６】
前記Ｕ字形ミニチャネル管は、湾曲した大きい方の寸法を有する、請求項１５に記載の太陽熱収集システム。
【請求項１７】
前記ミニチャネル管は、約３ミリメートルから約２００マイクロメートルの範囲の水力直径を有する、請求項１４に記載の太陽熱収集システム。
【請求項１８】
前記ミニチャネル管は、約２００マイクロメートルから約１０ミリメートルの範囲の水力直径を有する、請求項１４に記載の太陽熱収集システム。
【請求項１９】
熱交換システムと、
太陽熱収集器であって、
真空管と、
前記真空管内に載置されるミニチャネル管であって、熱伝達流体の流入のための第１の複数のポートと、前記熱交換システムへの前記熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートとを備える、ミニチャネル管と
を備え、前記ミニチャネル管は、それぞれ、熱伝達流体の流入のための前記第１の複数のポートのうちのそれぞれ１つから、前記熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートのうちのそれぞれ１つまで延在する、複数のミニチャネルを備える、太陽熱収集器と
前記ミニチャネル管を通る前記熱伝達流体の流動を制御するように構成される、流体流動システムと
を備える、太陽エネルギーシステム。
【請求項２０】
前記太陽熱収集器上に太陽エネルギーを方向付けるように構成される、太陽エネルギー集光器をさらに備える、請求項１９に記載の太陽エネルギーシステム。
【請求項２１】
前記ミニチャネル管は、前記真空管内でＵ字形である、請求項１９に記載の太陽エネルギーシステム。
【請求項２２】
前記Ｕ字形ミニチャネル管は、湾曲した大きい方の寸法を有する、請求項２１に記載の太陽エネルギーシステム。
【請求項２３】
前記ミニチャネル管は、約１０ミリメートルから約２００マイクロメートルの範囲の水力直径を有する、請求項１９に記載の太陽エネルギーシステム。
【請求項２４】
前記ミニチャネル管は、約２００マイクロメートルから約１０ミリメートルの範囲の水力直径を有する、請求項１９に記載の太陽エネルギーシステム。
【請求項２５】
少なくとも部分的に太陽放射を透過する、真空エンクロージャと、
熱伝達流体の流入のための入力ポートと、
前記熱伝達流体の流出のための出力ポートと、
混合チャンバと、
前記エンクロージャ内の吸収体であって、
それぞれ、前記入力ポートと流体連通している各流入端と、前記混合チャンバと流体連通している各流出端との間に延在する、複数の流入ミニチャネルと、
それぞれ、前記混合チャンバと流体連通している各流入端と、前記出力ポートと流体連通している各流出端との間に延在する、複数の流出ミニチャネルと
を備える、吸収体と
を備える、太陽熱収集器。
【請求項２６】
前記吸収体は、遠位端と近位端との間に延在し、
前記複数の流入ミニチャネルの前記各流入端および前記複数の流出ミニチャネルの前記各流出端は、前記管の前記近位端に位置し、
前記複数の流入ミニチャネルの前記各流出端および前記複数の流出ミニチャネルの前記各流入端は、前記管の前記近位端に位置する、請求項２５に記載の太陽熱収集器。
【請求項２７】
前記吸収体の前記遠位端を受容し、前記混合チャンバを備える、端部キャップをさらに備える、請求項２６に記載の太陽熱収集器。
【請求項２８】
前記吸収体は、
前記複数の流入ミニチャネルを備える、第１の区分と、
前記複数の流出ミニチャネルを備える、第２の区分と
を備え、
前記第１および第２の区分は、相互に接触せず、
前記端部キャップは、前記第１の区分の遠位端を流体密封接続で受容するための第１の開口部と、前記第２の区分の遠位端を流体密封接続で受容するための第２の開口部とを備える、
請求項２７に記載の太陽熱収集器。
【請求項２９】
流体入力接続であって、
流体密封接続で前記第１の区分の前記近位端を受容する、開口部と、
通路であって、前記入力ポートの中への流体入力が、前記通路を通って前記複数の流入ミニチャネルの前記流入端に流入するように、前記入力ポートおよび前記複数の流入ミニチャネルの前記各流入端と流体連通している、通路と
を備える、流体入力接続を備える、請求項２８に記載の太陽熱収集器。
【請求項３０】
流体出力接続であって、
流体密封接続で前記第２の区分の前記近位端を受容する、開口部と、
通路であって、前記各流出端からの流体が、前記通路を通って前記出力ポートに流入するように、前記出力ポートおよび前記複数の流出ミニチャネルの前記各流出端と流体連通している、通路と
を備える、流体出力接続を備える、請求項２９に記載の太陽熱収集器。
【請求項３１】
前記流体入力接続および前記流体出力接続は、相互から熱的に隔離される、請求項２９に記載の太陽熱収集器。
【請求項３２】
前記吸収体は、前記遠位端から前記近位端の間に延在する縦軸の周囲に配置される、中空管を備え、
前記管は、前記近位端から前記遠位端の近位にある点まで延在して、前記管の第１および第２の突起を画定する、１対の縦スリットを備え、
前記複数の流入ミニチャネルは、前記第１の突起に沿って、前記第１の突起の近位端に位置する前記複数の流入ミニチャネルの前記各流入端まで延在し、
前記複数の流出ミニチャネルは、前記第２の突起に沿って、前記第２の突起の近位端に位置する前記複数の流出ミニチャネルの前記各流出端まで延在する、請求項２７に記載の太陽熱収集器。
【請求項３３】
前記中空管は、外面と、内面とを備え、前記端部キャップは、
前記管の前記外面と流体密封接続している外側キャップと、
前記管の前記内面と流体密封接続している内側プラグと
を備え、前記混合チャンバは、前記キャップと前記プラグとの間で画定される容積を備える、請求項３２に記載の太陽熱収集器。
【請求項３４】
前記管は、実質的に円筒形であり、前記外側キャップおよび内側プラグは、入れ子式形半球を備える、請求項３３に記載の太陽熱収集器。
【請求項３５】
前記管は、実質的に円筒形であり、前記外側キャップおよび内側プラグはそれぞれ、入れ子式円筒を備える、請求項３３に記載の太陽熱収集器。
【請求項３６】
流体入力接続であって、
前記第１の突起の前記近位端を流体密封接続で受容するための開口部であって、前記端は、前記複数の流入ミニチャネルの前記各流入端を備える、開口部と、
通路であって、前記入力ポートの中への流体入力が、前記通路を通って前記複数の流入ミニチャネルの前記各流入端に流入するように、前記入力ポートおよび前記複数の流入ミニチャネルの前記各流入端と流体連通している、通路と
を備える、流体入力接続を備える、請求項３２に記載の太陽熱収集器。
【請求項３７】
流体出力接続であって、
前記第２の突起の前記近位端を流体密封接続で受容するための開口部であって、前記端は、前記複数の流出ミニチャネルの前記各流出端を備える、開口部と、
通路であって、前記各流出端からの流体が、前記通路を通って前記出力ポートに流入するように、前記出力ポートおよび前記複数の流出ミニチャネルの前記各流出端と流体連通している、通路と
を備える、流体出力接続を備える、請求項３６に記載の太陽熱収集器。
【請求項３８】
前記流体入力接続は、基部面および湾曲半径面を備える、実質的に半円筒形のドラムを備え、各表面は、前および後端面の間に延在し、前記入力ポートは、前記前端面に載置され、前記第１の突起の前記近位端を受容するための前記開口部は、前記後端面上に位置し、前記入力ポートおよび前記複数の流入ミニチャネルの前記各流入端と流体連通している前記通路は、前記ドラム内に位置する、請求項３７に記載の太陽熱収集器。
【請求項３９】
前記流体出力接続は、それぞれ、前および後端面の間に延在する、基部面および湾曲半径面を備える、実質的に半円筒形のドラムを備え、前記入力ポートは、前記前端面に載置され、前記第１の突起の前記近位端を受容するための前記開口部は、前記後端面上に位置し、前記出力ポートおよび前記複数の流入ミニチャネルの前記各流出端と流体連通している前記通路は、前記ドラム内に位置する、請求項３６に記載の太陽熱収集器。
【請求項４０】
前記流体出力接続の前記基部面は、前記流体入力接続の前記基部面の近位に、かつ対面して位置する、請求項３９に記載の太陽熱収集器。
【請求項４１】
前記エンクロージャは、湾曲内面を有する中空管を備え、前記流体入力および出力接続の前記湾曲半径面は、前記エンクロージャの前記内面の近位にあり、かつ対面する、請求項４０に記載の太陽熱収集器。
【請求項４２】
前記第１および第２の突起の間に延在し、前記吸収体の前記近位端の遠位にある前記縦スリットのうちの１つの内側に位置する、１つ以上の支持材をさらに備える、請求項３２に記載の太陽熱収集器。
【請求項４３】
前記管の前記遠位端から延在する、１つ以上の縦スリットをさらに備え、
前記管は、前記遠位端から前記近位端の遠位にある点まで延在して、前記管の第３および第４の突起を画定する、別の１対の縦スリットを備え、
前記複数の流入ミニチャネルは、前記第３の突起に沿って、前記第３の突起の遠位端に位置する前記複数の流入ミニチャネルの前記各流出端まで延在し、
前記複数の流出ミニチャネルは、前記第４の突起に沿って、前記第４の突起の遠位端に位置する前記複数の流出ミニチャネルの前記各流入端まで延在する、請求項３２に記載の太陽熱収集器。
【請求項４４】
前記端部キャップは、
前記第３の突起の前記近位端を受容して、前記混合チャンバとの流体密封接続を形成する、第１の開口部と、
前記第４の突起の前記近位端を受容して、前記混合チャンバとの流体密封接続を形成する、第２の開口部と
を備える、請求項４３に記載の太陽熱収集器。
【請求項４５】
前記吸収体は、約０．９よりも大きい太陽放射の高吸収率と、可視から赤外領域内で約０．１未満の低放射率とを有する、表面を備える、請求項２５に記載の太陽熱収集器。
【請求項４６】
前記ミニチャネルのそれぞれは、約１０ミリメートルから約２００マイクロメートルの範囲の水力直径を有する、請求項２５に記載の太陽熱収集器。
【請求項４７】
前記ミニチャネルのそれぞれは、約１００ミリメートルから約２００マイクロメートルの範囲の水力直径を有する、請求項２５に記載の太陽熱収集器。
【請求項４８】
前記ミニチャネルのそれぞれは、約２００マイクロメートルから約１０ミリメートルの範囲の水力直径を有する、請求項２５に記載の太陽熱収集器。
【請求項４９】
前記吸収体上に太陽放射を集中させるように構成される、１つ以上の集光器をさらに備える、請求項２５に記載の太陽熱収集器。
【請求項５０】
前記出力ポートと流体連通し、前記熱伝達流体からエネルギーを抽出するように構成される、熱交換器をさらに備える、請求項２５に記載の太陽熱収集器。
【請求項５１】
動作中に、前記熱伝達流体と接触している前記吸収体の面積に対する、太陽エネルギーを受容する前記吸収体の面積の比は、約１／ｐｉ対約１／（２＊ｐｉ）の範囲である、請求項２５に記載の太陽熱収集器。
【請求項５２】
少なくとも部分的に太陽放射を透過する、真空エンクロージャと、
熱伝達流体の流入のための入力ポートと、
前記熱伝達流体の流出のための出力ポートと、
前記エンクロージャ内のＵ字形吸収体であって、前記吸収体は、それぞれ近位端を有する、第１および第２の細長い部分を有し、前記細長い部分は、湾曲部分によって遠位端で接続される、Ｕ字形吸収体と、
それぞれ、前記第１の細長い部材の前記近位端に位置する流入端と、前記第２の細長い部材の前記近位端に位置する流出端との間に延在する、前記Ｕ字形吸収体の中の複数のミニチャネルと
を備え、各ミニチャネルの前記流入端は、前記入力ポートと流体連通し、各ミニチャネルの前記流出端は、前記出力ポートと流体連通している、太陽熱収集器。
【請求項５３】
各ミニチャネルは、
前記入力ポートから熱伝達流体を受容し、
前記第１の細長い部材に沿った前記チャネルを通し、前記第２の細長い部材に沿った前記湾曲部分を通して、前記出力ポートに熱伝達流体を方向付けるように構成される、請求項５２に記載の太陽熱収集器。
【請求項５４】
流体入力接続であって、
前記第１の細長い部材の前記近位端を流体密封接続で受容するための開口部と、
通路であって、前記入力ポートの中への流体入力が、前記通路を通って前記複数の流入ミニチャネルの前記流入端に流入するように、前記入力ポート、および前記第１の細長い部材の前記近位端に位置する前記複数のミニチャネルの前記流入端と流体連通している、通路と
を備える、流体入力接続を備える、請求項５３に記載の太陽熱収集器。
【請求項５５】
流体出力接続であって、
前記第２の細長い部材の前記近位端を流体密封接続で受容するための開口部と、
通路であって、前記各流出端からの流体が、前記通路を通って前記出力ポートに流入するように、前記出力ポート、および前記第２の細長い部材の前記近位端に位置する前記複数のミニチャネルの前記流出端と流体連通している、通路と
を備える、請求項５４に記載の太陽熱収集器。
【請求項５６】
前記第１および第２の細長い部材は、実質的に平坦な部材であって、前記流体入力接続および流体出力接続している前記各開口部は、スリットとして形成される、請求項５５に記載の太陽熱収集器。
【請求項５７】
少なくとも部分的に太陽光を透過する、真空エンクロージャと、
熱伝達流体の流入のための入力ポートと、
前記熱伝達流体の流出のための出力ポートと、
前記エンクロージャ内の吸収体であって、
相互に対面し、近位端から遠位端まで延在する、第１および第２の細長い表面と、
前記第１の表面と前記第２の表面との間に延在する、複数のフィンであって、それぞれ、前記表面の前記近位端に位置する流入端と前記表面の前記遠位端に位置する流出端との間に位置する、複数のミニチャネルを画定する、フィンと
を備える、吸収体と
を備え、各ミニチャネルの前記流入端は、前記入力ポートと流体連通し、各ミニチャネルの前記流出端は、前記出力ポートと流体連通している、太陽熱収集器。
【請求項５８】
前記第１の細長い表面は、縦軸の周囲に配置される管状面であり、
前記第２の細長い表面は、前記第１の細長い表面および前記第２の細長い部材の周囲に配置される管状面であり、
前記複数のフィンは、前記第１の細長い表面から前記第２の細長い表面まで、実質的に半径方向外向きに延在する、請求項５７に記載の太陽熱収集器。
【請求項５９】
前記第１および第２の細長い表面は、同心円筒である、請求項５８に記載の太陽熱収集器。
【請求項６０】
前記複数のフィンは、前記第１および第２の細長い表面の間に機械的支持を提供する、実質的に剛体の部材である、請求項５８に記載の太陽熱収集器。
【請求項６１】
前記複数のフィンは、前記第１および第２の細長い表面の間に波形パターンで配設される、請求項５８に記載の太陽熱収集器。
【請求項６２】
前記複数のフィンは、前記第１および第２の細長い表面の間に位置する波形板として形成される、請求項５８に記載の太陽熱収集器。
【請求項６３】
太陽熱収集器であって、
少なくとも部分的に太陽光を透過する、真空エンクロージャと、
熱伝達流体の流入のための入力ポートと、
前記熱伝達流体の流出のための出力ポートと、
前記エンクロージャ内の吸収体であって、
混合チャンバと、
それぞれ、前記入力ポートと流体連通している流入端と、前記混合チャンバと流体連通している流出端との間に延在する、複数の流入ミニチャネルと、
それぞれ、前記混合チャンバと流体連通している流入端と、前記出力ポートと流体連通している流出端との間に延在する、複数の流出ミニチャネルと、
を備える、吸収体と、
を備える、太陽熱収集器を提供するステップと、
前記吸収体を加熱するように、前記エンクロージャを通って入射する太陽放射を受容するステップと、
熱伝達流体が前記吸収体から熱を吸収するように、前記流入ミニチャネルを通して、前記入力ポートから前記混合チャンバに前記熱伝達流体を流すステップと、
前記流入ミニチャネルから前記混合チャンバの中へ前記流体を出力するステップと、
前記混合チャンバの中で前記流体を混合するステップと、
前記流出ミニチャネルを通して、前記出力ポートに前記混合流体を流すステップと
を含む、方法。
【請求項６４】
前記出力ポートから熱交換システムに前記流体を方向付けるステップをさらに含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記吸収体上に太陽放射を集中させるステップをさらに含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
太陽熱収集器であって、
少なくとも部分的に太陽光を透過する、真空エンクロージャと、
熱伝達流体の流入のための入力ポートと、
前記熱伝達流体の流出のための出力ポートと、
前記エンクロージャ内のＵ字形吸収体であって、前記吸収体は、それぞれ近位端を有する、第１および第２の細長い部分を有し、前記細長い部分は、湾曲部分によって遠位端で接続される、Ｕ字形吸収体と、
それぞれ、前記第１の細長い部材の前記近位端に位置する流入端と、前記第２の細長い部材の前記近位端に位置する流出端との間に延在する、前記Ｕ字形吸収体の中の複数のミニチャネルであって、各ミニチャネルの前記流入端は、前記入力ポートと流体連通し、各ミニチャネルの前記流出端は、前記出力ポートと流体連通している、複数のミニチャネルと
を備える、太陽熱収集器を提供するステップと、
前記吸収体を加熱するように、前記エンクロージャを通って入射する太陽放射を受容するステップと、
熱伝達流体が前記吸収体から熱を吸収するように、前記ミニチャネルを通して前記入力ポートから前記熱伝達流体を流すステップと、
前記ミニチャネルから前記出力ポートに前記熱伝達流体を流すステップと
を含む、方法。
【請求項６７】
前記出力ポートから熱交換システムに前記流体を方向付けるステップをさらに含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記吸収体上に太陽放射を集中させるステップをさらに含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６９】
太陽熱収集器であって、
真空管と、
前記真空管内に載置されるミニチャネル管であって、熱伝達流体の流入のための第１の複数のポートと、熱交換システムへの前記熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートとを備える、ミニチャネル管と、
を備え、前記ミニチャネル管は、それぞれ、熱伝達流体の流入のための前記第１の複数のポートのうちのそれぞれ１つから、前記熱伝達流体の流出のための前記第２の複数のポートのうちのそれぞれ１つまで延在する、複数のミニチャネルを備える、太陽熱収集器を提供するステップと、
前記ミニチャネル管を加熱するように、太陽放射を受容するステップと、
熱伝達流体が前記吸収体から熱を吸収するように、前記ミニチャネル管を通して前記熱伝達流体を流すステップと、
前記ミニチャネル管から前記熱交換システムに前記熱伝達流体を流すステップと
を含む、方法。
【請求項７０】
前記熱伝達流体から熱を交換するステップをさらに含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記吸収体上に太陽放射を集中させるステップをさらに含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
相互に対面し、近位端から遠位端まで延在する、第１および第２の細長い表面を提供するステップと、
前記第１の表面と前記第２の表面との間に延在する、複数のフィンを位置付けるステップと、
それぞれ、前記表面の前記近位端に位置する流入端と前記表面の前記遠位端に位置する流出端との間に位置する、複数のミニチャネルを形成するように、前記フィンを前記第１および第２の細長い表面に接合するステップと
を含む、太陽熱収集器を作製する方法。
【請求項７３】
前記第１の細長い表面は、縦軸の周囲に配置される管状面であり、
前記第２の細長い表面は、前記第１の細長い表面および前記第２の細長い部材の周囲に配置される管状面であり、
前記複数のフィンは、前記第１の細長い表面から前記第２の細長い表面まで、実質的に半径方向外向きに延在する、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記第１および第２の細長い表面は、同心円筒である、請求項７２に記載の方法。
【請求項７５】
前記複数のフィンは、前記第１および第２の細長い表面の間に波形パターンで配設される、請求項７２に記載の方法。
【請求項７６】
前記複数のフィンは、前記第１および第２の細長い表面の間に位置する波形板として形成される、請求項７２に記載の方法。
【請求項７７】
前記フィンを前記第１および第２の細長い表面に接合するステップは、ろう付けを含む、請求項７２に記載の方法。
【請求項７８】
前記フィンを前記第１および第２の細長い表面に接合するステップは、溶接、接着、はんだ付け、圧着、機械的締結、リベット締め、および化学的締結から成るリストより選択される、少なくとも１つを含む、請求項７２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００８年７月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／０８２６９８号に関連し、その利益を主張する。上記出願の全内容は本明細書において参照により援用される。
【０００２】
本開示の分野は、概して、太陽熱収集器に関し、より具体的には、熱伝達流体を使用する太陽熱収集器に関する。
【背景技術】
【０００３】
化石燃料への依存を低減し、大気中への汚染物質および温室効果ガスの放出を減少させる方法として、再生可能エネルギー源の利用が好評になりつつある。太陽熱システムは、異なる収集器構成が提供できる比較的広範囲の温度により、種々の用途のために、持続的に、熱、電力、および／または冷却を生成する能力を提供する。市場で容易に入手可能である、太陽熱収集器は、それらの設計に応じて性能が異なる。熱伝達流体への太陽から取得された熱の効果的な伝達が、依然として継続的研究の主題である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
例示的実施形態では、太陽熱収集器デバイスが提供される。デバイスは、真空管（または他の成形エンクロージャ）、および真空管内に載置されるミニチャネル管を含むが、それらに限定されない。ミニチャネル管は、熱伝達流体の流入のための第１の複数のポートと、熱交換システムへの熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートとを含む。太陽熱収集器デバイスは、太陽熱収集器デバイス上に太陽エネルギーを方向付けるように構成される、太陽エネルギー集光器と、太陽熱収集器デバイスを太陽エネルギー集光器に載置するコネクタとを含んでもよい、太陽熱収集システムに組み込まれてもよい。太陽熱収集システムは、熱交換システムと、ミニチャネル管を通る熱伝達流体の流動を制御するように構成される流体流動システムとを含んでもよい、太陽エネルギーシステムに組み込まれてもよい。
【０００５】
一側面では、真空管と、真空管内に載置されるミニチャネル管であって、熱伝達流体の流入のための第１の複数のポートと、熱交換システムへの熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートとを含む、ミニチャネル管とを含む、太陽熱収集器デバイスが開示される。ミニチャネル管は、それぞれ、熱伝達流体の流入のための第１の複数のポートのうちのそれぞれ１つから、熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートのうちのそれぞれ１つまで延在する、複数のミニチャネルを含む。
【０００６】
いくつかの実施形態は、真空管内に載置され、かつミニチャネル管に載置される吸収フィンを含む。
【０００７】
いくつかの実施形態では、第１の複数のポートは、第２の複数のポート内に載置される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、第２の複数のポートは、吸収フィンに載置される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、第１の複数のポートのうちの少なくとも１つは、第２の複数のポートのうちのそれぞれ１つの内側に載置される。
【００１０】
いくつかの実施形態では、第２の複数のポートは、真空管に載置される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、ミニチャネル管は、真空管内でＵ字形である。いくつかの実施形態では、Ｕ字形ミニチャネル管は、湾曲した大きい方の寸法を有する。
【００１２】
いくつかの実施形態では、第１の複数のポートは、形状が長方形である。いくつかの実施形態では、第１の複数のポートは、形状が円形である。
【００１３】
いくつかの実施形態は、ミニチャネル管内に封入される熱伝達流体を含む。
【００１４】
いくつかの実施形態では、各ミニチャネルは、約３ミリメートルから約２００マイクロメートル、または約１０ミリメートルから約２００マイクロメートル、または約５０ミリメートルから約２００マイクロメートル、または約１００ミリメートルから約２００マイクロメートル、または約１０００ミリメートルから約２００マイクロメートルの範囲の水力直径を有する。
【００１５】
いくつかの実施形態では、各ミニチャネルは、約２００マイクロメートルから約１０ミリメートルの範囲の水力直径を有する。
【００１６】
別の側面では、真空管と、真空管内に載置されるミニチャネル管であって、熱伝達流体の流入のための第１の複数のポートと、熱交換システムへの熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートとを含む、ミニチャネル管とを含む、太陽熱収集器と、太陽熱収集器上に太陽エネルギーを方向付けるように構成される太陽エネルギー集光器と、太陽熱収集器を太陽エネルギー集光器に載置するコネクタとを含む、太陽熱収集システムが開示される。ミニチャネル管は、それぞれ、熱伝達流体の流入のための第１の複数のポートのうちのそれぞれ１つから、熱交換システムへの熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートのうちのそれぞれ１つまで延在する、複数のミニチャネルを含む。
【００１７】
いくつかの実施形態では、ミニチャネル管は、真空管内でＵ字形である。
【００１８】
いくつかの実施形態では、Ｕ字形ミニチャネル管は、湾曲した大きい方の寸法を有する。
【００１９】
いくつかの実施形態では、ミニチャネル管は、約３ミリメートルから約２００マイクロメートル、または約１０ミリメートルから約２００マイクロメートル、または約５０ミリメートルから約２００マイクロメートル、または約１００ミリメートルから約２００マイクロメートル、または約１０００ミリメートルから約２００マイクロメートルの範囲の水力直径を有する。
【００２０】
いくつかの実施形態では、ミニチャネル管は、約２００マイクロメートルから約１０ミリメートルの範囲の水力直径を有する。
【００２１】
別の側面では、熱交換システムと、太陽熱収集器であって、真空管と、真空管内に載置されるミニチャネル管であって、熱伝達流体の流入のための第１の複数のポートと、熱交換システムへの熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートとを含む、ミニチャネル管とを含み、ミニチャネル管は、それぞれ、熱伝達流体の流入のための第１の複数のポートのうちのそれぞれ１つから、熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートのうちのそれぞれ１つまで延在する、複数のミニチャネルを含む、太陽熱収集器と、ミニチャネル管を通る熱伝達流体の流動を制御するように構成される、流体流動システムを含む、太陽エネルギーシステムが開示される。
【００２２】
いくつかの実施形態は、太陽熱収集器上に太陽エネルギーを方向付けるように構成される、太陽エネルギー集光器を含む。
【００２３】
いくつかの実施形態では、ミニチャネル管は、真空管内でＵ字形である。いくつかの実施形態では、Ｕ字形ミニチャネル管は、湾曲した大きい方の寸法を有する。
【００２４】
いくつかの実施形態では、ミニチャネル管は、約３ミリメートルから約２００マイクロメートル、または約１０ミリメートルから約２００マイクロメートル、または約５０ミリメートルから約２００マイクロメートル、または約１００ミリメートルから約２００マイクロメートル、または約１０００ミリメートルから約２００マイクロメートルの範囲の水力直径を有する。
【００２５】
いくつかの実施形態では、ミニチャネル管は、約２００マイクロメートルから約１０ミリメートルの範囲の水力直径を有する。
【００２６】
別の側面では、少なくとも部分的に太陽放射を透過する、真空エンクロージャと、熱伝達流体の流入のための入力ポートと、熱伝達流体の流出のための出力ポートと、混合チャンバとを含む、太陽熱収集器が開示される。それぞれ、入力ポートと流体連通している各流入端と、混合チャンバと流体連通している各流出端との間に延在する、複数の流入ミニチャネルと、それぞれ、混合チャンバと流体連通している各流入端と、出力ポートと流体連通している各流出端との間に延在する、複数の流出ミニチャネルとを含む、吸収体が、エンクロージャ内に含まれる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、吸収体は、遠位端と近位端との間に延在し、複数の流入ミニチャネルの各流入端および複数の流出ミニチャネルの各流出端は、管の近位端に位置し、複数の流入ミニチャネルの各流出端および複数の流出ミニチャネルの各流入端は、管の近位端に位置する。
【００２８】
いくつかの実施形態は、吸収体の遠位端を受容し、混合チャンバを含む、端部キャップを含む。
【００２９】
いくつかの実施形態では、吸収体は、複数の流入ミニチャネルを含む、第１の区分と、複数の流出ミニチャネルを含む、第２の区分とを含み、第１および第２の区分は、相互に接触しない。端部キャップは、第１の区分の遠位端を流体密封接続で受容するための第１の開口部と、第２の区分の遠位端を流体密封接続で受容するための第２の開口部とを含む。
【００３０】
いくつかの実施形態は、流体密封接続で第１の区分の近位端を受容する、開口部と、入力ポートの中への流体入力が、通路を通って複数の流入ミニチャネルの流入端に流入するように、入力ポートおよび複数の流入ミニチャネルの各流入端と流体連通している、通路とを含む、流体入力接続を含む。
【００３１】
いくつかの実施形態は、流体密封接続で第２の区分の近位端を受容する、開口部と、各流出端からの流体が、通路を通って出力ポートに流入するように、出力ポートおよび複数の流出ミニチャネルの各流出端と流体連通している、通路とを含む、流体出力接続を含む。
【００３２】
いくつかの実施形態では、流体入力接続および流体出力接続は、相互から熱的に隔離される。
【００３３】
いくつかの実施形態では、吸収体は、遠位端から近位端の間に延在する縦軸の周囲に配置される、中空管を含み、管は、近位端から遠位端の近位にある点まで延在して、管の第１および第２の突起を画定する、１対の縦スリットを含み、複数の流入ミニチャネルは、第１の突起に沿って、第１の突起の近位端に位置する複数の流入ミニチャネルの各流入端まで延在し、複数の流出ミニチャネルは、第２の突起に沿って、第２の突起の近位端に位置する複数の流出ミニチャネルの各流出端まで延在する。
【００３４】
いくつかの実施形態では、中空管は、外面と、内面とを含み、端部キャップは、管の外面と流体密封接続している外側キャップと、管の内面と流体密封接続している内側プラグとを含み、混合チャンバは、キャップとプラグとの間で画定される容積を含む。
【００３５】
いくつかの実施形態では、管は、実質的に円筒形であり、外側キャップおよび内側プラグは、入れ子式形半球を含む。
【００３６】
いくつかの実施形態では、管は、実質的に円筒形であり、外側キャップおよび内側プラグはそれぞれ、入れ子式円筒を含む。
【００３７】
いくつかの実施形態は、第１の突起の近位端を流体密封接続で受容するための開口部であって、端は、複数の流入ミニチャネルの各流入端を含む、開口部と、入力ポートの中への流体入力が、通路を通って複数の流入ミニチャネルの各流入端に流入するように、入力ポートおよび複数の流入ミニチャネルの各流入端と流体連通している、通路とを含む、流体入力接続を含む。
【００３８】
いくつかの実施形態は、第２の突起の近位端を流体密封接続で受容するための開口部であって、端は、複数の流出ミニチャネルの各流出端を含む、開口部と、各流出端からの流体が、通路を通って出力ポートに流入するように、出力ポートおよび複数の流出ミニチャネルの各流出端と流体連通している、通路とを含む、流体出力接続を含む。
【００３９】
いくつかの実施形態では、流体入力接続は、基部面および湾曲半径面を含む、実質的に半円筒形のドラムを含み、各表面は、前および後端面の間に延在し、入力ポートは、前端面に載置され、第１の突起の近位端を受容するための開口部は、後端面上に位置し、入力ポートおよび複数の流入ミニチャネルの各流入端と流体連通している通路は、ドラム内に位置する。
【００４０】
いくつかの実施形態では、流体出力接続は、それぞれ、前および後端面の間に延在する、基部面および湾曲半径面を含む、実質的に半円筒形のドラムを含む。入力ポートは、前端面に載置され、第１の突起の近位端を受容するための開口部は、後端面上に位置し、出力ポートおよび複数の流入ミニチャネルの各流出端と流体連通している通路は、ドラム内に位置する。
【００４１】
いくつかの実施形態では、流体出力接続の基部面は、流体入力接続の基部面の近位に、かつ対面して位置する。
【００４２】
いくつかの実施形態では、エンクロージャは、湾曲内面を有する中空管を含み、流体入力および出力接続の湾曲半径面は、エンクロージャの内面の近位にあり、かつ対面する。
【００４３】
いくつかの実施形態は、第１および第２の突起の間に延在し、吸収体の近位端の遠位にある縦スリットのうちの１つの内側に位置する、１つ以上の支持材を含む。
【００４４】
いくつかの実施形態は、管の遠位端から延在する、１つ以上の縦スリットを含み、管は、遠位端から近位端の遠位にある点まで延在して、管の第３および第４の突起を画定する、別の１対の縦スリットを含み、複数の流入ミニチャネルは、第３の突起に沿って、第３の突起の遠位端に位置する複数の流入ミニチャネルの各流出端まで延在し、複数の流出ミニチャネルは、第４の突起に沿って、第４の突起の遠位端に位置する複数の流出ミニチャネルの各流入端まで延在する。
【００４５】
いくつかの実施形態では、端部キャップは、第３の突起の近位端を受容して、混合チャンバとの流体密封接続を形成する、第１の開口部と、第４の突起の近位端を受容して、混合チャンバとの流体密封接続を形成する、第２の開口部とを含む。
【００４６】
いくつかの実施形態では、吸収体は、約０．９よりも大きい太陽放射の高吸収率と、可視から赤外領域内で約０．１未満の低放射率とを有する、表面を含む。
【００４７】
いくつかの実施形態では、ミニチャネルのそれぞれは、約１０ミリメートルから約２００マイクロメートルの範囲の水力直径を有する。
【００４８】
いくつかの実施形態では、ミニチャネルのそれぞれは、約１００ミリメートルから約２００マイクロメートルの範囲の水力直径を有する。
【００４９】
いくつかの実施形態では、ミニチャネルのそれぞれは、約２００マイクロメートルから約１０ミリメートルの範囲の水力直径を有する。
【００５０】
いくつかの実施形態は、吸収体上に太陽放射を集中させるように構成される、１つ以上の集光器を含む。
【００５１】
いくつかの実施形態は、出力ポートと流体連通し、熱伝達流体からエネルギーを抽出するように構成される、熱交換器を含む。
【００５２】
いくつかの実施形態では、動作中に、熱伝達流体と接触している吸収体の面積に対する、太陽エネルギーを受容する吸収体の面積の比は、約１／ｐｉ対約１／（２＊ｐｉ）の範囲である。
【００５３】
別の側面では、少なくとも部分的に太陽放射を透過する、真空エンクロージャと、熱伝達流体の流入のための入力ポートと、熱伝達流体の流出のための出力ポートと、エンクロージャ内のＵ字形吸収体であって、吸収体は、それぞれ近位端を有する、第１および第２の細長い部分を有し、細長い部分は、湾曲部分によって遠位端で接続される、Ｕ字形吸収体と、それぞれ、第１の細長い部材の近位端に位置する流入端と、第２の細長い部材の近位端に位置する流出端との間に延在する、Ｕ字形吸収体の中の複数のミニチャネルとを含む、太陽熱収集器が開示される。各ミニチャネルの流入端は、入力ポートと流体連通し、各ミニチャネルの流出端は、出力ポートと流体連通している。
【００５４】
いくつかの実施形態では、各ミニチャネルは、入力ポートから熱伝達流体を受容し、第１の細長い部材に沿ったチャネルを通し、第２の細長い部材に沿った湾曲部分を通して、出力ポートに熱伝達流体を方向付けるように構成される。
【００５５】
いくつかの実施形態は、第１の細長い部材の近位端を流体密封接続で受容するための開口部と、入力ポートの中への流体入力が、通路を通って複数の流入ミニチャネルの流入端に流入するように、入力ポート、および第１の細長い部材の近位端に位置する複数のミニチャネルの流入端と流体連通している、通路とを含む、流体入力接続を含む。
【００５６】
いくつかの実施形態は、第２の細長い部材の近位端を流体密封接続で受容するための開口部と、各出力端からの流体が、通路を通って出力ポートに流入するように、出力ポート、および第２の細長い部材の近位端に位置する複数のミニチャネルの流出端と流体連通している、通路とを含む、流体出力接続を含む。
【００５７】
いくつかの実施形態では、第１および第２の細長い部材は、実質的に平坦な部材であって、流体入力接続および流体出力接続している各開口部は、スリットとして形成される。
【００５８】
別の側面では、少なくとも部分的に太陽光を透過する、真空エンクロージャと、熱伝達流体の流入のための入力ポートと、熱伝達流体の流出のための出力ポートと、エンクロージャ内の吸収体とを含む、太陽熱収集器が開示される。吸収体は、相互に対面し、近位端から遠位端まで延在する、第１および第２の細長い表面と、第１の表面と第２の表面との間に延在する、複数のフィンであって、それぞれ、表面の近位端に位置する流入端と表面の遠位端に位置する流出端との間に位置する、複数のミニチャネルを画定する、フィンとを含む。各ミニチャネルの流入端は、入力ポートと流体連通し、各ミニチャネルの流出端は、出力ポートと流体連通している。
【００５９】
いくつかの実施形態では、第１の細長い表面は、縦軸の周囲に配置される管状面であり、第２の細長い表面は、第１の細長い表面および第２の細長い部材の周囲に配置される管状面であり、複数のフィンは、第１の細長い表面から第２の細長い表面まで、実質的に半径方向外向きに延在する。
【００６０】
いくつかの実施形態では、第１および第２の細長い表面は、同心円筒である。
【００６１】
いくつかの実施形態では、複数のフィンは、第１および第２の細長い表面の間に機械的支持を提供する、実質的に剛体の部材である。
【００６２】
いくつかの実施形態では、複数のフィンは、第１および第２の細長い表面の間に波形パターンで配設される。
【００６３】
いくつかの実施形態では、複数のフィンは、第１および第２の細長い表面の間に位置する波形板として形成される。
【００６４】
別の側面では、少なくとも部分的に太陽光を透過する、真空エンクロージャと、熱伝達流体の流入のための入力ポートと、熱伝達流体の流出のための出力ポートとを含む、太陽熱収集器を提供するステップを含む、方法が開示される。
【００６５】
方法はまた、混合チャンバと、それぞれ、入力ポートと流体連通している流入端と、混合チャンバと流体連通している流出端との間に延在する、複数の流入ミニチャネルと、
それぞれ、混合チャンバと流体連通している流入端と、出力ポートと流体連通している流出端との間に延在する、複数の流出ミニチャネルとを含む、エンクロージャ内の吸収体を提供するステップも含む。方法はさらに、吸収体を加熱するように、エンクロージャを通って入射する太陽放射を受容するステップと、熱伝達流体が吸収体から熱を吸収するように、流入ミニチャネルを通して、入力ポートから混合チャンバに熱伝達流体を流すステップと、流入ミニチャネルから混合チャンバの中へ流体を出力するステップと、混合チャンバの中で流体を混合するステップと、流出ミニチャネルを通して、出力ポートに混合流体を流すステップとを含む。
【００６６】
いくつかの実施形態は、出力ポートから熱交換システムに流体を方向付けるステップを含む。
【００６７】
いくつかの実施形態は、吸収体上に太陽放射を集中させるステップを含む。
【００６８】
別の側面では、少なくとも部分的に太陽光を透過する、真空エンクロージャと、熱伝達流体の流入のための入力ポートと、熱伝達流体の流出のための出力ポートと、エンクロージャ内のＵ字形吸収体であって、吸収体は、それぞれ近位端を有する、第１および第２の細長い部分を有し、細長い部分は、湾曲部分によって遠位端で接続される、Ｕ字形吸収体と、それぞれ、第１の細長い部材の近位端に位置する流入端と、第２の細長い部材の近位端に位置する流出端との間に延在する、Ｕ字形吸収体の中の複数のミニチャネルであって、各ミニチャネルの流入端は、入力ポートと流体連通し、各ミニチャネルの流出端は、出力ポートと流体連通している、複数のミニチャネルとを含む、太陽熱収集器を提供するステップを含む、方法が提供される。方法はさらに、吸収体を加熱するように、エンクロージャを通って入射する太陽放射を受容するステップと、熱伝達流体が吸収体から熱を吸収するように、ミニチャネルを通して入力ポートから熱伝達流体を流すステップと、ミニチャネルから出力ポートに熱伝達流体を流すステップとを含む。
【００６９】
いくつかの実施形態は、出力ポートから熱交換システムに流体を方向付けるステップを含む。
【００７０】
いくつかの実施形態は、吸収体上に太陽放射を集中させるステップを含む。
【００７１】
別の側面では、真空管と、真空管内に載置されるミニチャネル管であって、熱伝達流体の流入のための第１の複数のポートと、熱交換システムへの熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートとを含む、ミニチャネル管とを含む、太陽熱収集器であって、ミニチャネル管は、それぞれ、熱伝達流体の流入のための第１の複数のポートのうちのそれぞれ１つから、熱伝達流体の流出のための第２の複数のポートのうちのそれぞれ１つまで延在する、複数のミニチャネルを含む、太陽熱収集器を提供するステップを含む、方法が開示される。方法はさらに、ミニチャネル管を加熱するように、太陽放射を受容するステップと、熱伝達流体が吸収体から熱を吸収するように、ミニチャネル管を通して熱伝達流体を流すステップと、ミニチャネル管から熱交換システムに熱伝達流体を流すステップとを含む。
【００７２】
いくつかの実施形態はさらに、熱伝達流体から熱を交換するステップを含む。
【００７３】
いくつかの実施形態はさらに、吸収体上に太陽放射を集中させるステップを含む。
【００７４】
別の側面では、相互に対面し、近位端から遠位端まで延在する、第１および第２の細長い表面を提供するステップと、第１の表面と第２の表面との間に延在する、複数のフィンを位置付けるステップと、それぞれ、表面の近位端に位置する流入端と表面の遠位端に位置する流出端との間に位置する、複数のミニチャネルを形成するように、フィンを第１および第２の細長い表面に接合するステップとを含む、太陽熱収集器を作製する方法が開示される。
【００７５】
いくつかの実施形態では、第１の細長い表面は、縦軸の周囲に配置される管状面であり、第２の細長い表面は、第１の細長い表面および第２の細長い部材の周囲に配置される管状面であり、複数のフィンは、第１の細長い表面から第２の細長い表面まで、実質的に半径方向外向きに延在する。
【００７６】
いくつかの実施形態では、第１および第２の細長い表面は、同心円筒である。
【００７７】
いくつかの実施形態では、複数のフィンは、第１および第２の細長い表面の間に波形パターンで配設される。いくつかの実施形態では、複数のフィンは、第１および第２の細長い表面の間に位置する波形板として形成される。
【００７８】
いくつかの実施形態では、フィンを第１および第２の細長い表面に接合するステップは、ろう付けを含む。
【００７９】
いくつかの実施形態では、フィンを第１および第２の細長い表面に接合するステップは、溶接、接着、はんだ付け、圧着、機械的締結、リベット締め、および化学的締結から成るリストより選択される、少なくとも１つを含む。
【００８０】
種々の実施形態は、単独で、または任意の組み合わせで、上記で説明される特徴のうちのいずれかを含んでもよい。
【００８１】
以下の図面、発明を実施するための形態、および添付の請求項を再検討すると、本発明の他の主要な特徴および利点が、当業者にとって明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
類似数字が類似要素を表す、添付図面を参照して、本発明の例証的実施形態を以下で説明する。
【図１】図１は、例示的実施形態による、太陽エネルギーシステムの実施形態のブロック図を描写する。
【図２】図２は、例示的実施形態による、図１の太陽エネルギーシステムの太陽熱収集システムの実施形態の側面概略図を示す。
【図３】図３は、第１の例示的実施形態による、図２の太陽熱収集システムの第１の太陽熱収集器の実施形態の上面概略図を示す。
【図４】図４は、第１の例示的実施形態による、第１のミニチャネル管の実施形態の側面概略図を示す。
【図５】図５は、第２の例示的実施形態による、第２のミニチャネル管の実施形態の側面概略図を示す。
【図６】図６は、第２の例示的実施形態による、図２の太陽熱収集システムの第２の太陽熱収集器の実施形態の側面概略図を示す。
【図７】図７は、第３の例示的実施形態による、図２の太陽熱収集システムの第３の太陽熱収集器の実施形態の側面概略図を示す。
【図８】図８は、例示的実施形態による、図３の太陽熱収集器の第１の実施形態および図６の太陽熱収集器の第２の実施形態の計算された温度差の間の比較を示す。
【図９】図９は、例示的実施形態による、図３の太陽熱収集器の第１の実施形態、図６の太陽熱収集器の第２の実施形態、および図７の太陽熱収集器の第３の実施形態の計算された効率の間の比較を示す。
【図１０】図１０は、太陽熱収集器の実施形態の概略図である。
【図１１】図１１は、太陽熱収集器の実施形態の概略図である。
【図１２】図１２は、吸収体アセンブリの実施形態の分解斜視図である。
【図１２ａ】図１２ａは、図１２の吸収体アセンブリの分解側面図である。
【図１２ｂ】図１２ｂは、図１２の吸収体アセンブリの端部キャップの詳細斜視図である。
【図１２ｃ】図１２ｃは、図１２の吸収体アセンブリの端部キャップの正面図である。
【図１２ｄ】図１２ｄは、図１２の吸収体アセンブリの端部キャップの縦断面図である。
【図１３】図１３は、吸収体アセンブリの実施形態の分解斜視図である。
【図１３ａ】図１３ａは、図１３の吸収体アセンブリの端部キャップの詳細斜視図である。
【図１３ｂ】図１３ｂは、図１３の吸収体アセンブリの端部キャップの正面図である。
【図１３ｃ】図１３ｃは、図１３の吸収体アセンブリの端部キャップの縦断面図である。
【図１４】図１４は、吸収体アセンブリの実施形態の分解斜視図である。
【図１４ａ】図１４ａは、図１４の吸収体アセンブリの分解側面図である。
【図１４ｂ】図１４ｂは、図１４の吸収体アセンブリの端部キャップの詳細斜視図である。
【図１４ｃ】図１４ｃは、図１４の吸収体アセンブリの端部キャップの正面図である。
【図１４ｄ】図１４ｄは、図１４の吸収体アセンブリの端部キャップの縦断面図である。
【図１４ｅ】図１４ｅは、図１４の吸収体アセンブリの正面斜視図である。
【図１５】図１５は、吸収体アセンブリの実施形態の分解斜視図である。
【図１５ａ】図１５ａは、図１５の吸収体アセンブリの端部キャップの詳細斜視図である。
【図１５ｂ】図１５ｂは、図１５の吸収体アセンブリの端部キャップの正面図である。
【図１５ｃ】図１５ｃは、図１５の吸収体アセンブリの端部キャップの縦断面図である。
【図１６】図１６は、吸収体の実施形態の斜視図である。
【図１７】図１７は、図１６の吸収体を特色とする吸収体アセンブリの実施形態の分解斜視図である。
【図１８】図１８は、図１６の吸収体を特色とする吸収体アセンブリの代替実施形態の分解斜視図である。
【図１９ａ】図１９ａは、吸収体の実施形態の斜視図である。
【図１９ｂ】図１９ｂは、図１９ａの吸収体の概略側面図である。
【図２０ａ】図２０ａは、吸収体の実施形態の斜視図である。
【図２０ｂ】図２０ｂは、図２０ａの吸収体の概略側面図である。
【図２１】図２１は、吸収体アセンブリの実施形態の分解斜視図である。
【図２２】図２２は、吸収体アセンブリの実施形態の分解斜視図である。
【図２３ａ】図２３ａは、コネクタの実施形態の正面の斜視図である。
【図２３ｂ】図２３ｂは、図２３ａのコネクタの実施形態の裏面の斜視図である。
【図２３ｃ】図２３ｃは、図２３ａのコネクタの縦断面図である。
【図２４ａ】図２４ａは、吸収体アセンブリに接続された図２３ａのコネクタの正面の詳細斜視図である。
【図２４ｂ】図２４ｂは、吸収体アセンブリに接続された図２３ａのコネクタの裏面の詳細斜視図である。
【図２５】図２５は、図２３ａ−２３ｂに示された種類のコネクタを特色とする太陽熱収集器の実施形態の斜視図である。
【図２６】図２６は、図２５のコネクタを通る作業流体の流動を図示する。
【図２７ａ】図２７ａは、コネクタを伴う吸収体アセンブリの実施形態の斜視図である。
【図２７ｂ】図２７ｂは、図２７ａの吸収体アセンブリの側面図である。
【図２７ｃ】図２７ｃは、図２７ａの吸収体アセンブリの上下逆の図である。
【図２８ａ】図２８ａ−２８ｄは、図２７ａのコネクタを伴う吸収体アセンブリの詳細を示す斜視図である。
【図２８ｂ】図２８ａ−２８ｄは、図２７ａのコネクタを伴う吸収体アセンブリの詳細を示す斜視図である。
【図２８ｃ】図２８ａ−２８ｄは、図２７ａのコネクタを伴う吸収体アセンブリの詳細を示す斜視図である。
【図２８ｄ】図２８ａ−２８ｄは、図２７ａのコネクタを伴う吸収体アセンブリの詳細を示す斜視図である。
【図２９】図２９は、吸収体の実施形態の斜視図である。
【図３０】図３０は、作業熱伝達流体と接触する吸収体の面積に対する、太陽放射で照射される吸収体の面積の比の推定値を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００８３】
図１を参照すると、例示的実施形態による、太陽エネルギーシステム１００の実施形態のブロック図が示されている。太陽エネルギーシステム１００は、太陽熱収集システム１０２と、流体流動システム１０４と、熱交換システム１０６とを含んでもよい。太陽熱収集システム１０２は、太陽放射を吸収し、太陽放射を、熱伝達流体に伝達される熱エネルギーに変換する。したがって、熱伝達流体は、太陽熱収集システム１０２を通って流れ、かつそれによって加熱される。熱伝達流体は、例えば、水、油、グリコール、または任意の他の好適な熱伝達流体であってもよい。流体流動システム１０４は、ポンプと、太陽熱収集システム１０２および熱交換システム１０６を通る熱伝達流体の流動を制御するための制御弁とを含んでもよい。熱交換システム１０６は、熱エネルギーを電気および／または機械エネルギーに変換する。例えば、熱交換システム１０６は、温水器、タービン、オーブン等を含んでもよい。太陽エネルギーシステム１００は、当業者に公知であるような付加的な構成要素を含んでもよい。例えば、太陽エネルギーシステム１００は、環境的要素から太陽エネルギーシステム１００の構成要素を保護するように筐体を含んでもよい。
【００８４】
図２を参照すると、例示的実施形態による、太陽熱収集システム１０２の実施形態の側面概略図が示されている。太陽熱収集システム１０２は、太陽エネルギー集光器２００と、コネクタシステム２０２と、太陽熱収集器２０４とを含んでもよい。太陽エネルギー集光器２００は、太陽放射を収集し、太陽熱収集器２０４上に集中させるために使用される鏡およびレンズを含む、種々の機構を含んでもよい。太陽エネルギー集光器２００は、種々の材料で形成され、当業者に公知であるような太陽熱収集器２０４に対する種々の形状を有してもよい。例えば、太陽エネルギー集光器２００は、飼い葉桶状の形状を有してもよい。コネクタシステム２０２は、種々の機構を使用して、太陽熱収集器２０４を太陽エネルギー収集器２００に載置する。本明細書で使用されるように、「載置する」という用語は、接合する、結合する、接続する、関連付ける、挿入する、掛ける、保持する、付加する、締結する、拘束する、貼る、固定する、ボルトで締める、ネジで締める、リベットで締める、はんだ付けする、溶接する、および他の類似用語を含む。例えば、コネクタシステム２０２は、１つ以上のブラケットに係合する棒を含む、支柱を含んでもよい。
【００８５】
太陽熱収集器２０４は、真空管２０６と、吸収フィン２０８と、管２１０とを含んでもよい。図６を参照すると、真空管２０６は、第１のガラス管６０２および第２のガラス管６０４を使用して形成される、二重壁ガラス容器である。第２のガラス管６０４は、第１のガラス管６０２に同心円状に挿入される。第１のガラス管６０２および第２のガラス管６０４は、半球を形成するように一方の端で閉じられ、他方の端でともに融合される。第１のガラス管６０２と第２のガラス管６０４との間の密封空隙６０６は、熱損失を回避するように真空になる。しかしながら、他の実施形態では、真空管２０６は、単壁ガラス管で形成されてもよい。吸収フィン２０８は、例えば、アルミニウム、銅、または他の金属で形成された、金属吸収体であってもよい。吸収フィン２０８は、管２１０の中を流れる熱伝達流体への熱伝達を促進するように、真空管２０６と管２１０との間に載置する。吸収フィン２０８は、管２１０の外面内の離散位置で管２１０に超音波溶接されてもよい。管２１０は、太陽熱収集器２０４上に入射する太陽放射の吸収を推進する被覆で被覆されてもよい。管２１０は、それを通して、管２１０がブレーシング、溶接等によってマニホールド壁に挿入および接着される、マニホールド壁の細長い穿孔を用いて、マニホールドに直接接続してもよい。
【００８６】
図３を参照すると、例示的実施形態による、太陽熱収集器３００の第１の実施形態の上面概略図が示されている。引き続き図２および３を参照すると、第１の太陽熱収集器３００は、加熱される熱伝達流体の流入のための第１のポート２１２と、熱交換システム１０６への加熱された熱伝達流体の流出のための第２のポート２１４とを含む、管２１０を含む。図３の例示的実施形態では、管２１０は、Ｕ字形の円管である。管２１０は、アルミニウム、銅、真鍮等を含む、種々の材料で形成されてもよい。他の種類の管が、無制限に使用されてもよい。例えば、第１の太陽熱収集器３００は、熱伝達流体が内部パイプを通って流れ、吸収フィン２０８に取り付けられている外側を通って戻る、同軸パイプを利用する、逆流設計を備えてもよい。第１の太陽熱収集器３００はさらに、熱伝達流体が、端が開いている金属パイプを通って太陽熱収集器２０４に流入する、デュワー収集器を備えてもよい。熱伝達流体流動は、真空管２０６の内面に沿って戻る。
【００８７】
図４を参照すると、例示的実施形態による、ミニチャネル管４００の第１の実施形態の側面概略図が示されている。第２のミニチャネル管４００は、複数のポート４０２を含んでもよい。第２のミニチャネル管４００は、ポートの断面積の合計によって形成される自由流面積とともに、大きい方の外部寸法４０６および小さい方の外部寸法４０４を有することを特徴とする。複数のポート４０２の形状が長方形であるため、自由流面積は、複数のポート４０２のそれぞれの幅４０８および高さ４１０によって画定される面積の合計によって形成される。
【００８８】
図５を参照すると、例示的実施形態による、ミニチャネル管５００の第２の実施形態の側面概略図が示されている。第３のミニチャネル管５００は、複数のポート５０２を含んでもよい。第３のミニチャネル管５００は、ポートの断面積の合計によって形成される自由流面積とともに、大きい方の外部寸法５０６および小さい方の外部寸法５０４を有することを特徴とする。複数のポート５０２の形状が円形であるため、自由流面積は、複数のポート５０２のそれぞれの直径５０８によって画定される面積の合計によって形成される。
【００８９】
図６を参照すると、例示的実施形態による、太陽熱収集器６００の第２の実施形態の側面概略図が示されている。第２の太陽熱収集器６００は、真空管２０６と、吸収フィン２０８と、第１のミニチャネル管６０８とを含んでもよい。図６の例示的実施形態では、第１のミニチャネル管６０８は、加熱される熱伝達流体の流入のための第１のポート６１０と、熱交換システム１０６への加熱された熱伝達流体の流出のための第２のポート６１２とを含む、Ｕ字形ミニチャネル管である。第１のミニチャネル管６０８は、例えば、ろう付け、溶接、超音波溶接等を使用して、吸収フィン２０８に載置する。例示的実施形態では、ミニチャネルの水力直径は、３ミリメートル（ｍｍ）から２００マイクロメートル（μｍ）の間の範囲を含む。別の例示的実施形態では、ミニチャネルの水力直径は、２００μｍから１０μｍの範囲を含んでもよい（マイクロチャネルとしても知られている）。水力直径は、Ａが断面積であり、Ｕが第１のミニチャネル管６０８の断面の濡れ縁である、４Ａ／Ｕとして定義される。円管と同じ水力直径を伴うミニチャネル管は、有意に大きい自由流面積と、はるかに大きい濡れ縁とを有することができる。ポート寸法は、圧力降下がミニチャネル管の性能を分析する時の考慮事項であるように、小さくなる傾向がある。第１のミニチャネル管６０８は、アルミニウム、銅、真鍮等を含む、種々の材料で形成されてもよい。第１のミニチャネル管６０８は、無制限に、円形、三角形、またはフィン等の拡張表面積を伴う壁であるＮ字形等の非伝統的形状等の、異なる形状を有するポートを含んでもよい。加えて、ミニチャネル管のポート形状は、同じ形状を有してもよく、または異なる形状を有してもよい。
【００９０】
図７を参照すると、例示的実施形態による、第３の太陽熱収集器７００の側面概略図が示されている。第３の太陽熱収集器７００は、真空管２０６と、第４のミニチャネル管７０２とを含んでもよい。図７の例示的実施形態では、第４のミニチャネル管７０２は、加熱される熱伝達流体の流入のための長方形である第１のポート７０４と、熱交換システム１０６への加熱された熱伝達流体の流出のための長方形である第２のポート７０６とを含む、Ｕ字形ミニチャネル管である。第４のミニチャネル管７０２は、円形などの異なる形状を有するポートを含んでもよい。第４のミニチャネル管７０２は、吸収フィン２０８に取って代わる、湾曲した大きい方の寸法を有する。第４のミニチャネル管７０２は、アルミニウム、銅、真鍮等を含む、種々の材料で形成されてもよい。
【００９１】
第１のミニチャネル管６０８および第４のミニチャネル管７０２は、逆流設計および／またはデュワー収集器設計で真空管２０６内に構成されてもよい。
【００９２】
図８を参照すると、太陽熱収集器３００の第１の実施形態および太陽熱収集器６００の第２の実施形態の入口と出口との間の温度差間の第１の比較グラフ８００が示されている。第１の比較グラフ８００のｘ軸は、摂氏温度での流体入口温度であり、第１の比較グラフ８００のｙ軸は、摂氏での入口における温度上昇である。第１の比較グラフ８００は、第１の曲線８０２および第２の曲線８０４を含み、各曲線は５つの入口温度データ点に基づいて画定される。第１の曲線８０２は、第２の太陽熱収集器６００を使用した結果を示す。第２の曲線８０４は、第１の太陽熱収集器３００を使用した結果を示す。第２の太陽熱収集器６００は、第１の太陽熱収集器３００を使用した温度と比較して、主に±摂氏０．３度高い出口温度を伴うより高い動作温度で、第１の太陽熱収集器３００よりもわずかに良好な性能を有する。
【００９３】
第１の比較グラフ８００の第１の曲線８０２および第２の曲線８０４の計算では、真空管２０６は、それぞれ、６５ｍｍおよび６１．８ｍｍの外径および内径を有するものとしてモデル化された。吸収フィン２０８の直径は、１．６ｍの長さを伴って５６ｍｍであった。管２１０および第１のミニチャネル管６０８は、１０．５ｍｍの内径とともに１２ｍｍの外径を有する銅パイプで形成された。管２１０および第１のミニチャネル管６０８上に被覆される選択的被覆の放射特性は、αＡ＝０：９５およびεＡ＝０：０５として選択された。周囲および大気温度は、±摂氏２５度に等しいと見なされた。管２１０および第１のミニチャネル管６０８の自由流面積は、約９０ｍｍ２で同様となるように選択され、毎分２リットルの体積流量率がシミュレーションに使用された。第１のミニチャネル管６０８の大きい方の寸法は、吸収フィン２０８の円周の長さの半分を有するものとして選択された。小さい方の寸法は、管２１０と同じ自由流面積を維持するように選択された。
【００９４】
図９を参照すると、太陽熱収集器３００の第１の実施形態の効率、太陽熱収集器６００の第２の実施形態の効率、および太陽熱収集器７００の第３の実施形態の効率の間の第２の比較グラフ９００が示されている。第２の比較グラフ９００のｘ軸は、摂氏温度での流体入口温度であり、第２の比較グラフ９００のｙ軸は、効率値である。第２の比較グラフ９００は、第１の曲線９０２、第２の曲線９０４、および第３の曲線９０６を含み、各曲線は５つの入口温度データ点に基づいて画定される。第１の曲線９０２は、第２の太陽熱収集器６００を使用した結果を示す。第２の曲線９０４は、第１の太陽熱収集器３００を使用した結果を示す。第３の曲線９０６は、第３の太陽熱収集器７００を使用した結果を示す。効率は、
【００９５】
【数１】
2011529169.tif 000003
として計算され、式中、ｍは質量流量であり、Ｃｐ１は熱伝達流体の比熱であり、Ｔｉｎは入口温度であり、Ｔｏｕｔは出口温度であり、Ａｇｅは外部ガラスの面積であり、Ｇは入射放射線である。
【００９６】
第２の比較グラフ９００で示されるように、４．７％の効率の増加が、第２の太陽熱収集器６００と第１の太陽熱収集器３００との間で、±摂氏１８０度の入口温度において得られた。効率の改善は、動作温度が低下するとともに減少した。１．５％の増加が、Ｔｉｎ＝±摂氏３０度で得られた。自由流面積は一定に保たれたが、第１のミニチャネル管６０８のより大きい濡れ縁が、より小さい水力直径に変換した。これは、第２の太陽熱収集器６００を通した圧力降下に影響を及ぼした。ダーシーの摩擦係数を使用し、Ｕ字形管／チャネルの屈曲の影響を考慮せずに、第２の太陽熱収集器６００を通した圧力降下は、主に熱伝達油の粘度の値の大きな変化により、低い動作温度で大きいことが示された。Ｔｉｎ＝±摂氏１８０度で、第２の太陽熱収集器６００の圧力降下は、第１の太陽熱収集器３００よりも６．７倍大きかった。
【００９７】
第２の比較グラフ９００で示されるように、０．９％の効率の増加が、第２の太陽熱収集器６００と第３の太陽熱収集器７００との間で得られた。より薄い吸収フィンを伴う収集器が比較目的で利用された場合、改善がより明白になることが期待される。しかしながら、性能改善は、第１のミニチャネル管６０８に対して、より幅が広い第４のミニチャネル管７０２で得られる、はるかに高い圧力降下と比較すると、十分に有意ではない。より大きい管はまた、収集器の費用が増加し得るように、より多くの材料を利用する。ミニチャネル管の大きい方の寸法を維持する一方で、小さい方の寸法を増加させ、ミニチャネル管の壁およびウェブ厚さを同じに保つことは、圧力降下と管質量との間の妥協を可能にすることによって、設計の最適化を支援してもよい。
【００９８】
図１０を参照すると、太陽熱収集器１０００の実施形態は、吸収体アセンブリ１０２０を封入する真空エンクロージャ１０１０を含む。吸収体アセンブリ１０２０は、エンクロージャ１０１０を通って入射する太陽放射を受容し、太陽放射によって加熱される。アセンブリ１０２０は、それを通って流入ミニチャネル（点線で示される）が延在する、流入部分１０３０を含む。２つのミニチャネルが示されているが、任意の数が使用されてもよいことに留意されたい。アセンブリ１０２０は、それを通って流出ミニチャネル（点線で示される）が延在する、流出部分を含む。２つのミニチャネルが示されているが、任意の数が使用されてもよいことに留意されたい。アセンブリ１０２０はまた、混合チャンバ１０６０を画定する端部キャップ１０５０も含む。入力コネクタ１０７０は、入力ポート１０９０と吸収体１０２０の流入部分１０３０の中のミニチャネルとの間の流体連通を提供する。出力コネクタ１０３０は、出力ポート１１００と吸収体アセンブリ１０４０の流出部分１０５０の中のミニチャネルとの間の流体連通を提供する。
【００９９】
矢印によって図中でしめされるように、収集器１０００の動作中、熱伝達作業流体は、入力ポート１０９０を通って入力され、吸収体アセンブリ１０２０の流入部分１０３０のミニチャネルに流入する。流体は、流入ミニチャネルを通って流れ、吸収体アセンブリ１０２０の流入部分１０３０から熱を吸収する。流体は、流入部分１０３０のミニチャネルの端に到達し、混合チャンバ１０６０に流入する。ミニチャネルからの加熱された流体は、混合チャンバ１０６０の中で混合する。いくつかの実施形態では、この混合は、例えば、吸収体アセンブリ１０２０の流入部分１０３０上の入射太陽放射の不均一な分布による、作業流体の不均質な加熱を低減または除去する。
【０１００】
１０６０からの流体は、流出部分１０４０のミニチャネルに流入する。流体は、流出ミニチャネルを通って流れ、吸収体アセンブリ１０２０の流出部分１０４０から付加的な熱を吸収する。流体は、出力コネクタ１０９０を通ってミニチャネルから流出し、出力ポート１１００を通って流出する。出力ポート１１００は、例えば、上記の技法のうちのいくつかを使用して、熱交換器（図示せず）と流体連通してもよい。
【０１０１】
図１０に示された種類の太陽熱収集器では、典型的に、流入吸収体部分１０３０の流入端と吸収体部分１０４０の流出端との間の熱的接触を低減または防止することが有益である。これは、吸収体アセンブリ１０２０に進入する（比較的低温の）流体と吸収体アセンブリ１０２０から退出する比較的高温の作業流体との間の熱的短絡を防止する。
【０１０２】
図１０に示されるように、入力ポート１０９０および出力ポート１１００は、両方ともエンクロージャ１０１０の近位端上に位置し、混合チャンバ１０６０は遠位端付近に位置する。この配設は、特に、エンクロージャ１０１０が管として形成される時に、有利に小型の形状因子を提供してもよい。しかしながら、任意の好適な配設が使用されてもよいことを理解されたい。
【０１０３】
例えば、図１１は、出力ポート１０９０とはエンクロージャ１０１０の反対側に位置する入力ポート１０７０を伴う、太陽熱収集器の実施形態を示す。この実施形態では、混合チャンバ１０６０は、吸収体アセンブリ１０２０の入力部分１０３０と出力部分１０４０との間に位置する。示されるように、混合チャンバ１０６０は、流入および流出部分１０３０、１０４０と一体である。他の実施形態では、混合チャンバは、任意の好適な固定具によって接続される別個の構成要素であってもよい。図１０のように、熱伝達作業流体の流動は、矢印で示されている。
【０１０４】
図１２は、吸収体アセンブリ１０２０の実施形態の分解斜視図を示す。流入および流出部分１０３０、１０４はそれぞれ、相互に接触しない別個の区分として形成される。流入および流出部分１０３０および１０４０は、湾曲した小さい方の寸法を有する細長い部材として形成される。示されるように、部分１０３０、１０４０は、管状構造の全長に沿って及ぶ１対のスリット１２０３、１２０４によって分割される管状構造を形成する、実質的に半円筒形の部材である。流入ミニチャネル１２０１は、流入部分１０３０の長さに沿って及び、流出ミニチャネル１２０２は、流出部分１２０３の長さに沿って及ぶ。複数対のスリットが、部分１０３０および１０４０の近位端またはその付近における流入ミニチャネル１２０１と流出ミニチャネル１２０２との間の熱的短絡を防止することに留意されたい。
【０１０５】
端部キャップ１０５０は、流入および流出部分１０４０の遠位端に位置する。開口部１２１０および１２２０は、それぞれ、流入部分１０３０および流出部分１０４０の遠位端を受容し、それらとの流体密封接続を提供してもよい。混合チャンバ１０６０は、端部キャップ１０５０内で形成される。
【０１０６】
図１２ａは、図１２の吸収体アセンブリ１０２０の分解側面図である。それぞれ吸収体部分１０３０および１０４０の内側に及ぶ、流入および流出ミニチャネル１２０１、１２０２が、鎖線で示されている（２つが示されているが、任意の数が使用されてもよい）。
【０１０７】
図１２ｂは、図１２の端部キャップ１０５０の詳細斜視図を示す。図１２ｃは、小面または前面図を示し、図１２ｄは、端部キャップ１０５０の縦断面図を示す。端部キャップ１０５０は、それぞれ、内側および外側入れ子式半球部材１２４０および１２３０から形成される。混合チャンバ１０６０は、半球部材１２４０および１２３０の間の容積として形成される。支持材１２５０および１２６０はそれぞれ、半球部材１２４０および１２３０の間に延在して、開口部１２１０および１２２０を画定する。これらの開口部は、それぞれ、流入および流出部分１０３０および１０４０の遠位端を受容する。開口部１２１０および１２２０は、部分１０３０および１０４０の遠位端の形状に対応する形状を有し、それにより、流体密封接続を可能にしてもよい。
【０１０８】
示されるように、内側半球部材１２４０は、開放底部を伴う固体半球として形成される。しかしながら、他の好適な構成が使用されてもよいことを理解されたい。
【０１０９】
図１３は、図１２および図１２ａ−ｄに示された種類の吸収体アセンブリ１０２０の実施形態の分解斜視図を示すが、端部キャップ１０５０の代替実施形態を特色とする。図１３ｂは、図１３の端部キャップ１０５０の詳細斜視図を示す。図１３ｃは、正面または前面図を示し、図１３ｄは、端部キャップ１０５０の縦断面図を示す。端部キャップ１０５０は、それぞれ、内側および外側入れ子式円筒形部材１３４０および１３３０から形成される。混合チャンバ１０６０は、円筒形部材１３４０および１３３０の間の容積として形成される。支持材１２５０および１２６０はそれぞれ、円筒形部材１３４０および１３３０の間に延在して、開口部１２１０および１２２０を画定する。これらの開口部は、それぞれ、流入および流出部分１０３０および１０４０の遠位端を受容する。開口部１２１０および１２２０は、部分１０３０および１０４０の遠位端の形状に対応する形状を有し、それにより、流体密封接続を可能にしてもよい。
【０１１０】
示されるように、内側円筒形部材１３４０が固体円筒として形成される一方で、外側円筒形部材１３３０は開放底部を伴う中空円筒として形成される。しかしながら、他の好適な構成が使用されてもよいことを理解されたい。端部キャップ１０５０のいくつかの実施形態は、内側円筒形部材および外側半球部材（または逆も同様）を特色としてもよい。任意の好適な様式で接続または接合される、任意の他の好適な形状の部材（整形または不整形）および／または任意の数の部材が使用されてもよい。
【０１１１】
図１４は、吸収体アセンブリ１０２０の別の実施形態の分解斜視図を示す。別個の流入および流出区分１０３０および１０４０が、統合流入／流出吸収体部分に置換されている。示されるように、吸収体部分は、近位端から端部キャップ１０５０によって受容される遠位端まで延在する、細長い管状部材１４００である。管状部材１４００は、その長さに沿って、近位端から分かれて遠位端に向かって及ぶ、１対のスリットを含む。しかしながら、スリットは、完全に全長に沿って延在するわけではなく、したがって、（図１２および１３に示された実施形態の場合のように）管状部材１４００を物理的に別個の区分に分割しない。その代わり、１対のスリットは、第１の突起１４０１および第２の突起１４０２を画定する。突起１４０１および１４０２は、管状部材１４００の一部分に沿ってスリットによって物理的に分離されるが、管状部材１４００の遠位端において接続する、細長い部材である。
【０１１２】
流入ミニチャネル１２０１は、第１の突起１４０１の中で形成され、それに沿って延在する。流入ミニチャネル１２０１は、第１の突起１４０１の中で形成され、それに沿って延在する。流出ミニチャネル１２０１は、第１の突起１４０２の中で形成され、それに沿って延在する。図１４ａは、図１２の吸収体アセンブリ１０２０の分解側面図を示す。それぞれ、第１および第２の突起１４０１および１４０２の内側に及ぶ流入および流出ミニチャネル１２０１、１２０２が、鎖線で示されている（各種類の２つのミニチャネルが示されているが、任意の数が使用されてもよい）。
【０１１３】
第１および第２の突起１４０１および１４０２が、管状部材１４００の近位端におけるスリットによって分離されるため、管状部材１４０１の近位端における流入および流出ミニチャネル１２０１、１２０２の間で熱的短絡が低減または防止されることに留意されたい。管状部材１４００の近位端における第１および第２の突起１４０１および１４０２の分離は、図１４００に示された部材１４００の正面図で図示されている。
【０１１４】
図１４ｂは、図１４の端部キャップ１０５０の詳細斜視図を示す。図１４ｃは、小面図を示し、図１４ｄは、端部キャップ１０５０の縦断面図を示す。端部キャップ１０５０は、それぞれ、内側および外側入れ子式円筒形部材１４４０および１４３０から形成される。混合チャンバ１０６０は、円筒形部材１４４０および１４３０の間の容積として形成される。この実施形態では、円筒形部材を接続する支持材が必要とされないことに留意されたい。例えば、内側円筒形部材１４４０が、プラグの役割を果たすように管状部材１４０１によって受容されてもよい一方で、外側円筒形部材１４３０は、管状部材１４００の外面の周囲で嵌合する。例えば、示されるように、管状部材１４００は、中空円筒管であり、内側円筒形部材は、内側で嵌合し、その遠位端における管の内面とともに流体密封シールを形成する。外側部材１４３０は、その遠位端における管の内面を覆って嵌合し、それとともに流体密封シールを形成する円筒である。
【０１１５】
そのように組み立てられると、端部キャップ１０５０は、管状部材１４００の遠位端を受容する開口部１４１０を含む。動作中、作業流体は、管状部材１４００の遠位端において流入ミニチャネル１２０１から流出し、混合チャンバ１０６０の中で混合し、管状部材１４００の遠位端の中の流出ミニチャネル１２０２を通って流出する。
【０１１６】
示されるように、内側および外側円筒形部材１４４０および１４３０は、開放底部および閉鎖頂部を伴う中空円筒として形成される。しかしながら、他の好適な構成が使用されてもよいことを理解されたい。図１５および図１５ａ−ｃは、円筒形部材１４４０および１４３０が内側および外側半球部材１５４０および１５５０と置換されている実施形態を示す。端部キャップ１０５０のいくつかの実施形態は、内側円筒形部材および外側半球部材（または逆も同様）を特色としてもよい。任意の好適な様式で接続または接合される、任意の他の好適な形状の部材（整形または不整形）および／または任意の数の部材が使用されてもよい。
【０１１７】
図１６は、突起１４０１および１４０２の間に延在する支持材１６０１を特色とする、管状吸収部材１４００の別の実施形態の斜視図を示す。この支持材１６０１は、突起１４０１および１４０２を分離するスリット内の任意の点に位置してもよく、突起の間に機械的支持を提供してもよい。いくつかの実施形態では、第１の突起１４０１の近位端において流入ミニチャネル１２０１に進入する比較的低温の作業流体と、第２の突起１４０２の近位端において流出ミニチャネルから退出する比較的高温の作業流体との間の熱的短絡を回避するよう、支持材が管状部材１４００の近位端から離れて位置することが好ましい。いくつかの実施形態では、支持材１６０１は、管状部材１６０１と材料と一体であってもよく、および／または管状部材１６０１と同じ材料でできていてもよい。いくつかの実施形態では、支持材１６０１は、断熱材料でできていてもよい。２つの支持材が管状部材１４００のスリットのそれぞれの中に示されているが、任意の数が使用されてもよい。
【０１１８】
図１６に示された管状部材１４００の遠位端の構造は、支持材１６０１の追加によって変更されないため、図１４から図１５ｃに示されたものと実質的に同様の端部キャップとともに使用するために好適であることに留意されたい。例えば、図１７および図１８は、それぞれ、入れ子式円筒型端部キャップ（例えば、図１４ｂ−ｄで詳述されたものと同様である）および入れ子式半球型端部キャップ（例えば、図１５ａ−ｃで詳述されたものと同様である）に接続される支持材１６０１を伴う管状部材１４００を特色とする、吸収体アセンブリの各実施形態を示す。
【０１１９】
図１９ａおよび１９ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、（例えば、図１４に示された種類の）管状部材１４００は、部材１４００の遠位端から近位端に向かって延在する、第２の１対のスリットを含む。したがって、この第１の１対のスリットが、部材１４００の近位端において第１および第２の突起１４０１および１４０２を画定する一方で、第２の１対のスリットは、部材１４００の遠位端において第２の一式の突起１９０１および１９０２を画定する。図１９ｂの鎖線によって示されるように、流入ミニチャネル１２０１が、突起１４０１および１９０１に沿って延在する一方で、流出ミニチャネルは、突起１４０２および１９０２に沿って延在する。これは、流入ミニチャネル１２０１および流出ミニチャネル１２０２の良好な熱的隔離を提供する。突起は、管状部材１９０１の遠位端と近位端との間に位置する支持部分１９１０において団結し、そこから機械的支持を受容する。
【０１２０】
図２０ａおよび２０ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、支持部分１９１０はまた、１つ以上のスリット１９２０を含んでもよい。これらのスリットは、流入ミニチャネル１２０１および流出ミニチャネル１２０２の付加的な熱的隔離を提供してもよい。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、支持部分１９１０は、管状部材１９１０と一体であってもよく、および／または管状部材１９１０と同じ材料でできていてもよい。いくつかの実施形態では、支持部分１９１０は、断熱材料でできていてもよい。
【０１２２】
種々の実施形態では、管状部材１４００は、他のスリット、開口部、または同様の特徴を含んでもよい。例えば、図２０ａおよび２０ｂは、突起１４０１、１４０２、１９０２、および１９０２を画定するスリットと同じ方向に及ぶ、支持部分１４００に位置するスリットを含む、管状部材１４００の実施形態を示す。
【０１２３】
図１９ａから２０ｂに示された管状部材１４００の遠位端は、１２および１３に示された吸収体部分１０３０および１４０の遠位端によって形成されるものと同様の分割管形態を有することに留意されたい。したがって、これらの管状部材１４は、図１２ｂ−ｄおよび１３ｂ−ｄに示された種類の端部キャップ１０５０に適合する。例えば、図２１および２２は、それぞれ、入れ子式円筒型端部キャップ（例えば、図１３ｂ−ｄで詳述されたものと同様である）および入れ子式半球型端部キャップ（例えば、図１２ａ−ｃで詳述されたものと同様である）に接続される遠位端突起１９０１を伴う管状部材１４００を示す。
【０１２４】
図１０および１１に示されるように、種々の実施形態では、入力および出力コネクタ１０７０、１０８０は、それぞれ、流入／流出ミニチャネル１２０１、１２０１と、流体入力／出力ポート１０９０および１１００との間の流体連通を提供する。典型的な実施形態では、コネクタ１０７０、１０８０は、単一の入口または出口ポートから、いくつかの流入または流出ミニチャネルに流体を分配する、マニホールドの役割を果たす。しかしながら、任意の好適な数の入口または出口ポートが使用されてもよいことを理解されたい。
【０１２５】
図２３ａ−２３ｃは、上記で説明される種類の管状吸収体アセンブリ１０２０とともに入力コネクタ１０７０または出力コネクタとして使用されてもよい、例示的な半ドラムコネクタ２３００の各図を示す。半ドラムコネクタ２３００は、前および後端面２３０２および２３０３間に湾曲面２３０１および基部２３０４を伴って形成される。入力ポート１０９０または出力ポート１１００は、前端面２３０２に載置される。後端面２３０３のスロット型開口部２３０５は、流入ミニチャネル１２０１または流出チャネル１２０２の端を含む、吸収体アセンブリ１０２０の一部分の遠位端を受容する。例えば、図２４ａおよび２４ｂは、開口部２３０５の中で管状部材１４００の突起１４０１を受容する半ドラムコネクタ２３００を示す。開口部２３０５は、それが受容する部材の形状に対応する形状を有し、それにより、流体密封接続を可能にしてもよい。接続されると、コネクタ２３００は、前端面２３０２上に載置された入力または出力ポート１０９０、１１００と、開口部２３０５の中で受容された流入または流出ミニチャネルとの間で、流体が流れるための通路２３０６を提供する。
【０１２６】
図２５を参照すると、太陽熱収集器１０００の実施形態は、管状部材１４００を特色とする吸収体アセンブリ１０５０を有し、２つの半ドラムコネクタ２３００ａ、２３００ｂが、相互に対面する基部２３０４とともに位置付けられてもよい。この構成は、小型形状因子を有する。入力および出力ポート１０９０および１１００は、収集器１０００の一端において相互の近くに位置し、便利な入力および出力配管接続を可能にする。さらに、湾曲面２３０１は、示されるように、円筒形真空エンクロージャ１０１０内で十分に嵌合する円筒を形成する。他のエンクロージャ形状について、湾曲面２３０１は、エンクロージャの形状と実質的と共形であってもよい、任意の好適な形状を成してもよいことを理解されたい。図２４に現れている斜線は、収集器１０００が、典型的には、示されるよりも大きいことを示すことに留意されたい。
【０１２７】
図２６は、図２５の太陽熱収集器１０００の中および外への作業流体の流動（矢印によって示される）を図示する。作業流体は、半ドラム入力コネクタ２３００ａの中の通路２３０６を通って入力ポート１０９０に流入し、吸収体アセンブリ１０５０の管状部材１４００の突起１４０１の近位端の中の流入ミニチャネル１２０１に流入する。作業流体は、上記で説明されるように吸収体アセンブリ１０５０（図示せず）を通って流れ、突起１４０１の近位端の中の流出ミニチャネル１２０２から流れ、半ドラム出力コネクタ２３００ｂの通路２３０６を通って出力ポート１１００から流出する。
【０１２８】
他の実施形態では、入力および出力コネクタ１０７０および１０８０は、吸収体アセンブリ１０２０の異なる形状に好適な他の形状因子を有してもよい。例えば、図２７ａ−２７ｃを参照すると、吸収体アセンブリ２７００は、平坦なＵ字形ミニチャネル管２７１０として形成される。管２７１０は、それぞれ近位端を有する、第１および第２の細長い部分２７２０、２７３０を有し、細長い部分は湾曲部分２７４０によって遠位端で接続される。Ｕ字形管の中のミニチャネル２７５０（鎖線で示される）はそれぞれ、第１の細長い部材２７２０の近位端に位置する流入端２７６０と第２の細長い部材２７３０の近位端に位置する流出端２７７０との間に延在する。
【０１２９】
入力および出力コネクタ２７８０ａおよび２７８０ｂは、面２７９１の間に延在する細長い円筒形部分２７９０を含む。入力または出力ポート１０７０、１０８０は、円筒形部分２７９０上に載置される。スロット開口部２７９２は、入力または出力ポートとは反対側の円筒形部分２７９０に位置する。スロット開口部２７９２は、部分２７２０、２７３０の近位端のうちの１つを受容する。スロット開口部２７９２は、流体密封接続を促進するように、部分２７２０、２７３０の端の形状に対応する形状を有する。入力および出力コネクタ２７８０ａおよび２７８０ｂはそれぞれ、入力および出力ポート１０９０および１１００とそれぞれ流体連通しているスロット開口部２７９２の中に受容されたミニチャネルの端を配置する、通路２７９３を含む。
【０１３０】
図２７ｄは、作業流体の流動（矢印で示される）を図示する。流体は、入力ポート１０９０に進入し、入力コネクタ２７８０ａの通路２７９３を通ってミニチャネル２７５０（鎖線で示された、１つのミニチャネルが示されている）の流入端２７６０に流入する。作業流体は、平坦なＵ字形管２７１０を通って、ミニチャネル２７６０の流出端２７７０から流出する。流体は、入力コネクタ２７８０ｂの通路２７９３を通って進行し、出力ポート１１００を通って流出する。
【０１３１】
図２８ａ−ｄは、入力および出力コネクタ２７８０ａおよび２７８０ｂの詳細斜視図を示す。この構成は、小型形状因子を有することに留意されたい。入力および出力ポート１０９０および１１００は、収集器１０００の一端において相互の近くに位置し、便利な入力および出力配管接続を可能にする。
【０１３２】
図２９は、内側の細長い管状部材２９２０の周囲に配置される、外側の細長い管状部材２９１０を含む、吸収体２９００を示す。フィン２９３０は、内側管状部材２９２０の外面と外側管状部材２９１０の内面との間に延在し、管状部材２９１０および２９２０の長さに沿って延在するミニチャネル２９４０を画定する。フィン２９２０は、管状部材２９１０および２９２０の間に機械的支持を提供してもよい。吸収体２９００は、上記で提示される種々の実施例で説明されるように、任意の数のスリットおよび開口部を含んでもよい。
【０１３３】
示されるように、フィン２９は、波形パターンで配設されてもよいが、任意の好適なパターンが使用されてもよい。いくつかの実施形態では、フィン２９は、単一の波形板から形成される。
【０１３４】
いくつかの実施形態では、作業流体と接触している吸収体の面積に対する、入射太陽エネルギーを受容する吸収体の面積の比は、約１／πから約１／（２π）の範囲であってもよい。例えば、図３０を参照すると、円筒形吸収体は、直径Ｄを有し、距離ｄ（中心間距離）によって分離された、円筒形吸収体の周囲に配置された直径ｄｉを伴う円筒形ミニチャネルを含む。そのような構成では、流体と接触している面積に対する、太陽エネルギーを受容する面積の比は、約１／πから１／（２π）まで様々である、ｄ／π＊ｄ１として概算される。この特定の構成では、長さｄが直線ではなく円弧の長さであるため、下限が近似的かつ限定的であり、また、相互に接触する２つの連続円が極端な場合である。
【０１３５】
いくつかの実施形態では、上記で説明される技法は、他の形状を有する吸収体に使用されてもよい。例えば、波形板は、平坦なミニチャネル管を形成するように２つの平坦な板の間に配置されてもよい。
【０１３６】
フィン２９３０は、ろう付け、溶接、接着、はんだ付け等を含む、任意の好適な技法を使用して管状部材に取り付けられてもよい。上記の技法は、押出過程を必要とせずに、ミニチャネル吸収体を構築するために使用されてもよい。
【０１３７】
吸収体アセンブリおよび他の構成要素、コネクタ、端部キャップ等は、例えば、ろう付け、溶接、接着、はんだ付け等を含む、任意の好適な技法を使用して、相互に接続または接合されてもよい。
【０１３８】
種々の実施形態では、上記で説明される構成要素のうちのいずれかは、太陽放射の吸収率を増加させるように、および放射率を最小限化するように、当技術分野で公知である被覆および他の処理を含んでもよい。
【０１３９】
上記の構成要素は、金属、プラスチック、ガラス等を含む、任意の好適な材料から構築されてもよい。当業者によって理解されるように、特定の材料選択は、手近の用途および関連動作パラメータ（例えば、温度、温度変動、環境条件等）に依存する。
【０１４０】
１つ以上のポンプ、または他の水圧、重力流等のシステムが、本明細書で説明される太陽熱収集器を通る作業流体の流動を方向付けるように含まれてもよい。種々の実施形態では、作業流体は、任意の好適な割合、例えば、毎時間約１ガロン、毎分１ガロン、毎秒１ガロン等で、流れてもよい。
【０１４１】
上記で提示される実施例は、太陽エネルギーの収集に関するが、本明細書で説明されるデバイスおよび技法は、他の種類の電磁放射、例えば、レーザ放射の収集に適用されてもよい。
【０１４２】
本明細書で説明されるデバイスは、当技術分野で公知である任意の太陽集光器および／または追跡システムと組み合わせられてもよい。種々の実施形態では、そのようなシステムは、吸収体に入射する光の量を増加させてもよく、および／または、（例えば、均質的な吸収を提供するように）入射光の分布を修正してもよい。
【０１４３】
吸収体アセンブリのいくつかの種類を上記で説明したが、他の構成が使用されてもよいことを理解されたい。例えば、円筒形管状要素は、楕円形、多角形、不整形等を含む、他の断面を有する要素と置換されてもよい。上記で説明される種々のスリットおよび開口部は、示されたもの以外の形状を成してもよく、例えば、上記で説明される種々の吸収体に沿って延在する際に湾曲してもよい。吸収体は、任意の数のスリット、突起、開口部、スロット等を含んでもよい。ミニチャネルは、任意の好適な経路、例えば、直線経路、湾曲経路、迷路または蛇行経路、不整形経路等に沿って延在してもよい。ミニチャネルは、任意の好適な断面を有してもよく、断面は、ミニチャネルの範囲に沿って変化してもよい。
【０１４４】
本開示の目的で、かつ特に指定がない限り、「１つの」は、「１つ以上の」を意味する。本発明の例示的実施形態の先述の説明は、例証および説明の目的で提示されている。それは、包括的となること、または本発明を開示された正確な形態に限定することを目的とせず、修正および変更が、上記の教示を踏まえて可能であり、または本発明の実践から獲得されてもよい。実施形態は、本発明の原則を説明するために、かつ当業者が、種々の実施形態で、かつ検討される特定の使用に適するような種々の修正とともに、本発明を利用することができるように、本発明の実用的な用途として、選択し、説明した。本発明の範囲は、それに添付される請求項およびそれらの同等物によって定義されることが意図される。
【図１】
2011529169.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１２ｄ】
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【図１３】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１４】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１４ｄ】
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【図１４ｅ】
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【図１５】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３ａ】
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【図２３ｂ】
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【図２３ｃ】
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【図２４ａ】
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【図２４ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７ａ】
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【図２７ｂ】
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【図２７ｃ】
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【図２８ａ】
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【図２８ｂ】
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【図２８ｃ】
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【図２８ｄ】
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【図２９】
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【図３０】
2011529169.tif 000058
【国際調査報告】
2011529169.tif 000059
2011529169.tif 000060