(57)【要約】  本発明は、入口及び出口コレクタ（９）、並びに入口コレクタ（９）から出口コレクタ（９）に流れる一連の導管（８）有する太陽放射（１）レシーバ（２）、に関する。太陽放射（１）によって加熱される作動流体は、導管（８）内を流れる。パネル（２）は単一部品であり、そして上層（５）、少なくとも一つの中間層（６）、及び下層（７）を含む。上層（５）は太陽放射（１）を受ける。少なくとも一つの中間層（６）は、上層（５）の下に置かれ、そして、作動流体が流れる導管（８）を含む。下層（７）は中間層（６）の下に置かれ、そして、作動流体入口及び出口コレクタ（９）は下層（７）中に連結される。パネル（２）中で加熱される作動流体は、引き続いて、交流発電機（４）を用いて電気を生み出す燃焼機関（３）に進む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口及び出口コレクタ（９）、及び太陽放射（１）を受けるときに加熱される作動流体が流れる入口コレクタから出口コレクタに向かう一連の導管（８）、を有する太陽放射（１）レシーバ（２）であって、前記レシーバ（２）は、
太陽放射（１）によって照りつけられる上層（５）と、
前記上層（５）の下に置かれる少なくとも一つの中間層（６）であって、前記作動流体が流れる前記導管（８）が置かれる少なくとも一つの中間層（６）と、
前記少なくとも一つの中間層（６）の下に置かれた下層（７）であって、前記作動流体用の前記入口及び出口コレクタ（９）が連結される下層（７）と、
を、備え、
前記上層（５）、前記少なくとも一つの中間層（６）、及び前記下層（７）が一つの単一部品を構成する、
ことを特徴とする、太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項２】
前記作動流体が流れる前記導管（８）が、三角形、又は丸い端部を備えた矩形、又は楕円、又は正多角形、又は円形、又は前記幾何形状の二つの組合せであることができる形を有する、請求項１に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項３】
前記中間層（６）が一つより多い場合、前記中間層（６）の各々の内部に、前記作動流体が流れる前記導管（８）が供される、請求項１又は２に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項４】
前記一つ又は複数の中間層（６）中に置かれた前記導管（８）が、迷路のようにレイアウトされて配置され、前記レシーバ（２）の前記一つ又は複数の中間層（６）の全使用面を覆う、請求項１〜３の何れか１項に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項５】
前記レシーバ（２）を構成する前記部品が、鋼材、ステンレス鋼のような、６００℃を超える高温に耐える合金、又はＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）又はＨａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）タイプの合金である、請求項１〜４の何れか１項に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項６】
前記レシーバ（２）が円形又は円形セクタの幾何形状で形づくられる、請求項１〜５の何れか１項に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項７】
前記レシーバ（２）が中空の半円錐の幾何形状で形づくられる、請求項１〜５の何れか１項に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項８】
前記レシーバ（２）が中空の半球の幾何形状で形づくられる、請求項１〜５の何れか１項に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項９】
前記レシーバ（２）が中空の多面体の半分の幾何形状で形づくられる、請求項１〜５の何れか１項に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギの熱及び電気エネルギへの変換に適用可能な太陽放射レシーバを開示する。その使用は、発電作業において妥当な関心を有する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽エネルギを利用して、それを熱及び電気エネルギに変える３つの大きな技術がある；円筒パラボラ状レシーバ、ヘリオスタットフィールドを備えたタワー型ソーラーシステム、及びパラボラディッシュがある。本発明は後者の技術を中心とし、ここで太陽放射は放物面（通常、円形部分を備えた放物面である「パラボラディッシュ」）上に照りつけ、そしてその焦点に熱機械が置かれる。この熱機械は通常、（Ｒｏｂｅｒｔ  Ｓｔｉｒｌｉｎｇによって、彼の１８１６年の特許において最初に記載された。特許文献１を参照。）完全なスターリングエンジンであり、それは熱い焦点（太陽放射レシーバ）と冷たい焦点の間で作動する。スターリングエンジン又は同等のエンジンが生み出す機械的エネルギによって、電気エネルギを生み出す交流発電機が起動される。
【０００３】
前述の通り、パラボラディッシュを用いるシステムにおいて、太陽放射はレシーバ上に受け取られる。レシーバは作動ガスを加熱し、それが熱機関を起動させる。与えられた熱エネルギに対して、レシーバ性能を向上することには、作動ガスの温度を上昇させること、ひいてはエンジン性能を向上させることが含まれる。これによって機械の総合性能をより効率的にさせる。
【０００４】
これらのソーラープラントにおいて使用されてきたスターリングエンジンは、放物面軸に面して置かれる管束によって形成されるレシーバを利用してきた。しかしながら、この構成において、集光器（パラボラディッシュ）から来る熱エネルギによって使用されてきた表面は、集光器投影部の或るパーセントにしか過ぎない。その上、当業技術において使用される管束は、互いにそしてコレクタに溶接される複数の部品で作られたデバイスである。このタイプの溶接された構造体は、デバイスが熱サイクルに曝されるとき、かなりしばしば、機械的張力問題を生じ、多数の熱サイクルが材料ストレス及びその引き続く破壊をもたらし得る。他方、スターリングサイクルに従動するデバイスがその性能を改善するために作動流体として水素を使用することは非常に普通のことである。水素が空気と接触して燃焼すれば、現状技術水準において供される形は、火災及び爆発のリスクを伴う。
【０００５】
前述の問題を解決するために、本発明は、使用される面積が最大である、集光器の全投影面を使用する、太陽レシーバ（幾つかの形においてそれは平らであり、そして他においてそうではない）を提案する。更に、その構造は、それが異なる部材の溶接されたジョイントから生じる目下既存の問題を避ける故に、現在まで典型的に使用されてきた管束の解決策よりも、より頑丈でありそしてより安全である。
【０００６】
スターリングエンジンにリンクされる太陽レシーバの多様な形は、その現状の技術水準において公知である。このように、特許文献２には、上部に構造体が組み立てられるクランクシャフトを備えたスターリングエンジンが記載され、そこに、作動流体が流れる、熱いそして冷たい、作動室を画成する一連の可撓性ダイアフラムが連結されている。特許文献３には、Ｕ字形チャンネルを備えたソーラデバイスのスターリングエンジン用の熱空洞吸収装置が開示されている。
しかしながら、本発明によって示される特定の特徴を有するデバイスは全く開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】英国特許第４０８１号明細書
【特許文献２】英国特許第２２９６０４７号明細書
【特許文献３】中国実用新案第２０１４３３８２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、入口及び出口コレクタ、並びに入口コレクタから出口コレクタに向かう一連の導管を有する太陽放射レシーバを開示し、そして、そのような導管を通して、太陽放射を受けると加熱される作動流体が流れる。レシーバは、ａ）太陽放射が照りつける上層、ｂ）作動流体が流れる導管が置かれ、上層の下に置かれる少なくとも一つの中間層、及びｃ）作動流体用の入口及び出口コレクタが連結される、少なくとも一つの中間層の下に置かれる下層、を含む。デバイスの構築は、上層、少なくとも一つの中間層、及び下層が一つの単一部品を構成するように行われる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
作動流体が流れる導管は、三角形、又は丸い端部を備えた矩形、又は楕円、又は正多角形、又は円形、又は上述の幾何形状の二つの組合せの何れかを有する。
【発明の効果】
【００１０】
レシーバ中に一つより多い中間層があるとき、これらの中間層の各々に、その内側に、それを通して作動流体が流れる導管が供される。
【００１１】
一つ又は複数の中間層中に置かれる導管は、迷路のようにレイアウトされて配置され、レシーバの一つ又は複数の中間層の全使用面を覆う。
【００１２】
レシーバを構成する部品は、鋼材、ステンレス鋼のような、６００℃を超える高温に耐えることができる合金又はＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）又はＨａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）のような合金である。
【００１３】
レシーバは、異なる幾何形状に従って形づけることができ、これらの構成の幾つかは、例えば、円形又は円形セクタ、中空の半円錐、中空の半球又は半分に切られた中空の多面体のような幾何形状を示す。
【００１４】
本初発明は、図面とともに、本明細書の内容を見れば容易に理解され、ここで本発明を形成する異なるエレメントを示すために参照数字が使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】パラボラディッシュを備えたヘリオサーマルデバイスに適用可能な外燃熱機関の模式図である。
【図２】作動流体が流れる導管が観察できる、部分断面を備えた、平らな形における、レシーバの斜視図である。
【図３】導管の異なる形が示される、レシーバ断面の詳細図である。
【図４】半円錐形をしたレシーバ（図４Ａ）、半球形をしたレシーバ（図４Ｂ）、又は、半分に切られた十二面体のような正多面体の形（図４Ｃ）を備えたレシーバのような、平らなレシーバ形に対する代替としての他の形を示す。
【００１６】
次いで、本発明を形成する図において表される異なるエレメントを備えたリストが供される。１は（直接的な又は反射された）太陽放射、２はレシーバ、３はパラボラディッシュに連結された熱機関、４は交流発電機、５は上層、６は中間層、７は下層、８は導管、９は作動流体の入口及び出口コレクタ、ａは楕円の短半径、ｂは楕円の長半径、ｃは半径、ｄは上層の厚み、ｅは中間層の厚み、ｆは下層の厚み、ｍは多角形の側部、ｒは円の半径、ｔは導管の基底、ｌは導管の側部、ｖは導管頂点、をそれぞれ示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
既に述べられた通り、そして図１において見ることができる通り、発明は、外燃機関を使用するヘリオサーマルパラボラディッシュに適用可能な太陽レシーバから成る。スターリングエンジン（３）などは、パラボラディッシュの焦点に置かれ（示されていない）、熱機関（３）は、作動流体（通常、水素）が流れる一連のチャンネルを備えた太陽放射（１）レシーバ（２）及び冷却機−再生用熱交換器のセットを有する。全てのこれらのエレメントは当業技術の文献が開示する通り、エンジンベース上に組み立てられ、それが図１においてそれらが示されていない理由である。通常、熱機関（３）の各円筒配置は、冷却機、再生用熱交換器、及びそれに連結されたレシーバ（２）を有する。この場合、レシーバ（２）は、以下にそれが述べられるように、他の配置も可能であるが、ディスク又は円形の「平らな」形を有する。
【００１８】
熱機関（３）中を流れる作動流体は、熱機関（３）サイクルが完了したとき、太陽レシーバ（２）に達する。このようにして、そして太陽放射（１）を受け取る際にレシーバ（２）中で起こる伝熱プロセス故に、作動流体はそのエンタルピを増し、そして次いで、それが流れるスターリング熱機関（３）に向けられる。作動流体は熱機関（３）中で膨張し、交流発電機（４）を起動するクランクシャフトなどへの動きを供し（示されていない）、このようにして電気エネルギを生み出す。従って、レシーバ（２）の目的は、作動流体のエンタルピを増大させることであり、作動流体は、交流発電機（４）を通して電気を生み出すべく、熱機関（３）中を循環的に流れる。
【００１９】
レシーバ（２）が、パラボラディッシュ（示されていない）の焦点に置かれ、そして放物面の方に向けられる場合、レシーバ（２）は、放物面の内面上での反射によって太陽放射（１）を受け取る。従って、パラボラディッシュに達する太陽放射（１）はその焦点上に集まり、レシーバ（２）を均一に加熱する。あるいは、輻射は、フレスネルタイプなどの集中レンズを通してレシーバに達することができる。
【００２０】
図２はレシーバ（２）の図を表し、ここで、その四分の一の一つが分割される。分割部分は、次いで、面ＡＡに沿って切られ、レシーバ（２）中で加熱される作動流体が流れる導管（８）を示し、そして次いで流体はスターリング熱機関（３）などに流れる。レシーバ（２）には、作動流体が入りそして出ていく一連のコレクタ（９）が供される。初期に、スターリングエンジン（３）から来る作動流体は、入り口コレクタ（９）の一つに達し、レシーバ（２）の導管（８）を通して流れ、レシーバ（２）に照りつける入射太陽放射（１）のせいで加熱されている。導管（８）によって表される経路が覆われると、作動流体はレシーバ（２）を離れてスターリングエンジン（３）に向かい、対応する出力コレクタ（９）を通って、作動流体は機関（３）内に流れる。
【００２１】
レシーバ（２）は、一つの単一部品で作られるエレメントであり、その構造が与えられたとしても、図２において、そして図３においてより詳細に観察できるように、三つの層又は階層を仮想的に離散することができる。太陽放射（１）を受ける外部部分を有する第１の上層（５）があり、その外部部分がレシーバ（２）の表面である。上層（５）は厚み「ｄ」を有する。第１の上層（５）の下方に、他の実施態様は一つより多い中間層（６）を含むことができるが、厚み「ｅ」を備えた、少なくとも、一つの中間層（６）がある。何れの場合においても、中間層（６）の各々及び全てに、それを通してスターリングエンジン（３）に向かって作動流体が流れる導管（８）が供される。発明を明確にする目的で、図２及び３において、一つの単一中間層（６）のみが示されている。最後に、厚み「ｆ」を備えた下層（７）が中間層（６）の下方に配置される。
【００２２】
模式的に、伝熱プロセスは以下のようである：太陽放射（１）がレシーバ（２）表面に照りつけるので、このように熱は上層（５）に沿って伝導によって伝達される。次に、伝導による伝達は、既存の中間層（６）に沿って、下層（７）の下方に、そして導管（８）に向かって、レシーバ（２）のエレメントの残りの部分に伝達される。従って、導管（８）内に流れる作動流体は、ここで対流によって受け取られる伝熱故に、そしてより少ない程度ではあるが、放射によっても、そのエンタルピを増す。レシーバ（２）の使用面に関してその経路を増し、ひいては伝熱を最適化するために、一つ又は複数の中間層（６）に沿った導管（８）の形は迷路である。従って、伝熱の大部分は、全ての層（５、６、７）から、導管（８）を通して流れる流体に向かって起こる。そうであっても、熱の一部はやはり下層（７）領域に向かって伝達される。当業者が非常に周知している通り、レシーバ（２）の全表面に沿った、大気への輻射及び対流による他の伝熱現象も生じるが、プロセスは、異なる層（５、６、７）から、導管（８）を通して流れる流体への伝熱より著しくないと考えることができる。
【００２３】
図２及び３は（後者が前者よりもより詳細に）導管（８）の幾何形状のあり得る実施態様を示す。記述を簡略化する目的で、導管（８）断面の５つの実施態様が示され（図３）、これらの形は、三角形Ａ、丸い端部を備えた矩形Ｂ、楕円Ｃ、正多角形Ｄ及び円形Ｅである。断面Ａは、下層（７）に向いている、頂点（ｖ）で収斂する基底（ｔ）及び側部（ｌ）を備えた（典型的には二等辺）三角形の形を有する。断面Ｂは、頂部及び底部の端が半径「ｃ」の半円をしているものの、中間層（６）の厚みと等しい側部「ｅ」を備えた矩形の形を有する。断面Ｃは、短半径「ａ」及び長半径「ｂ」を備えた楕円である。断面Ｄは側部「ｍ」を備えた正多角形である。図３の場合、正八角形が示されている。断面Ｅは半径「ｒ」を備えた円である。レイノルズ数、速度、その圧力及びその温度のような作動流体の多様な物理的パラメータによれば、これらの導管（８）の幾何形状が最も適切であることが経験的に示される。
【００２４】
図２及び３において示される５つの構成（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、又はＥ）の単に幾つか、又はそれらの組合せ、例えば、半多角形−半円、又は構成Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、又はＥに基づく他の可能な組合せの導体、が供される。図３は、可能な代替例を示すための、同じレシーバ上の全ての初期の構成を表すが、与えられたレシーバ（２）に対して、導管（８）の幾何形状は、単に示された選択肢Ａ〜Ｅの一つ（又はその組合せ）であると理解されなければならない。
【００２５】
実験的に、レシーバ（２）を製造する最良の選択肢は、追加層製造プロセスを用いることであると証明されている。上層（５）、一つ又は複数の中間層（６）、及び下層（７）は一つの単一部品で製造されるようなやり方では、部品は、好ましくは、６００℃を超える高温に耐えることができる合金で作られる。これらの熱負荷に耐えることができる適切な材料は、鋼材、ステンレス鋼又はＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）又はＨａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）のような合金であることが実験的に証明されている。
【００２６】
時には前に説明されたディスク幾何形状を保持し、又は以下に記載されるもののような他の幾何形状を備えて、太陽レシーバ（２）の異なる実施態様を供することが可能である。ディスク幾何形状が使用される場合、太陽レシーバ（２）を、完全な円のような、又は円セクタのような、円セクタの１／４、円セクタの１／８、又は他の約数の何れかに形づくることが可能である。このように、図２において見ることができる太陽レシーバ（２）は、その全体において、スターリングエンジン（３）に対して有効であり得て、又は図２の分割された四分円が、スターリングエンジン（３）の円筒を供するために使用できることもあり得る。何れの場合においても、如何なる当業者も理解し得る通り、選択された実施態様は、本明細書において説明された構成、又は本発明の本質に影響を与えない。
【００２７】
図４は、図２において示されたディッシュとは異なる幾何形状を備えたレシーバ（２）の他のあり得る実施態様を示す。このように、図４Ａは、半円錐の内部を太陽放射（１）が照りつけ、放射（１）が半円錐面に沿って反射されるように、中空半円錐の形を備えたレシーバを示す。半円錐の壁の内側で、図２のレシーバに対して記載された導管（８）の構造が繰り返され、それは簡略化の目的で図４において示されていない。図４Ｂにおいて示された通りの中空半球のような他の幾何形状も可能であり、ここで太陽放射（１）は半球の内面を照りつけ、それを加熱し、そして次いで（示されていない）内部導管中を流れる作動流体を加熱する。図４Ｃは、例えば、八面体、十二面体、二十面体、又は他の多面体のような、中空の正多面体の構成におけるレシーバ（２）の最後の実施態様を示す。前述の場合と同様に、太陽放射（１）は多面体の内壁を照りつけ、連続反射プロセスに耐え、そして多面体の内面を加熱する。加熱されるとき、これらの壁は、すでに説明した、（図４において示されていないが）対応する導体中で、それらの内部を流れる流体への伝熱を行う。
【００２８】
如何なる当業者も本発明の範囲及びそれに由来する利点を理解するであろう。本発明を記載するために使用される用語は、広義にそして制限されない意味で取られなければならず、ここで、本発明の主たる明確な特徴は特許請求の範囲において記載されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014524559.tif 000005
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2014524559.tif 000007
【図４Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年4月3日(2014.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口及び出口コレクタ（９）、及び太陽放射（１）を受けるときに加熱される作動流体が流れる入口コレクタから出口コレクタに向かう一連の導管（８）、を有する太陽放射（１）レシーバ（２）であって、焦点に置かれた熱機関（３）を有するヘリオサーマルパラボラディッシュ用の、前記太陽放射（１）レシーバ（２）は、
太陽放射（１）によって照りつけられる上層（５）と、
前記上層（５）の下に置かれる少なくとも一つの中間層（６）であって、前記作動流体が流れる前記導管（８）が、迷路のようにレイアウトされて配置され、前記レシーバの前記一つ又は複数の中間層（６）の全使用面を覆う、少なくとも一つの中間層（６）と、
前記少なくとも一つの中間層（６）の下に置かれた下層（７）であって、前記作動流体用の前記入口及び出口コレクタ（９）が連結される下層（７）と、
を、備え、
前記上層（５）、前記導管（８）を有する前記少なくとも一つの中間層（６）、及び前記下層（７）が一つの単一部品で構成され、前記部品が６００℃を超える温度に耐える合金から作製される、
ことを特徴とする、太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項２】
前記作動流体が流れる前記導管（８）が、三角形、又は丸い端部を備えた矩形、又は楕円、又は正多角形、又は円形、又は前記幾何形状の二以上の組合せであることができる形を有することを特徴とする、請求項１に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項３】
前記中間層（６）が一つより多い場合、前記中間層（６）の各々の内部に、前記作動流体が流れる前記導管（８）が供されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項４】
前記レシーバ（２）が円形又は円形セクタの幾何形状で形づくられることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項５】
前記レシーバ（２）が中空円錐の幾何形状で形づくられることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項６】
前記レシーバ（２）が中空の半球の幾何形状で形づくられることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項７】
前記レシーバ（２）が中空の多面体の半分の幾何形状で形づくられることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【請求項８】
前記作動流体が水素であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽放射（１）レシーバ（２）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
スターリングエンジンにリンクされる太陽レシーバの多様な形は、その現状の技術水準において公知である。このように、特許文献２には、上部に構造体が組み立てられるクランクシャフトを備えたスターリングエンジンが記載され、そこに、作動流体が流れる、熱いそして冷たい、作動室を画成する一連の可撓性ダイアフラムが連結されている。特許文献３には、Ｕ字形チャンネルを備えたソーラデバイスのスターリングエンジン用の熱空洞吸収装置が開示されている。
特許文献４には、熱エネルギを移すための、合成熱可塑性プラスチックユニットである単一太陽熱集熱器が開示されている。ユニットは、太陽エネルギ伝達領域及び太陽エネルギ吸収領域を有する。ユニットは、加熱目的に対して有用である。
しかしながら、本発明によって示される特定の特徴を有するデバイスは全く開示されていない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
【特許文献１】英国特許第４０８１号明細書
【特許文献２】英国特許第２２９６０４７号明細書
【特許文献３】中国実用新案第２０１４３３８２９号明細書
【特許文献４】米国特許第４１１４５９７号明細書
【国際調査報告】
2014524559.tif 000009
2014524559.tif 000010
2014524559.tif 000011
2014524559.tif 000012
2014524559.tif 000013
2014524559.tif 000014