(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端部と第２端部と空洞と縦軸を有し、端面が円形であり、第１部材の第１端部と第２端部の間の全体の長さで延伸して前記第１部材の一部分を形成する長手の一方向のウィンドウと、前記第１部材の残りの部分を形成するボディーとを含み、前記ウィンドウは太陽エネルギーを通過させる材料からなり、前記ボディーは外部吸収面と内部反射面を有し、前記内部反射面が前記ボディーの全体の内部表面を覆う、チューブ形の第１部材、
前記縦軸に平行するように前記第１部材の空洞内に位置し、前記第１部材の前記内部反射面に囲まれ、エネルギー吸収流体を運び、断面が円形のチューブ形の第２部材、および
前記第１部材と前記第２部材との間で前記空洞を充填し、流体または真空である絶縁材を含み、
前記ウィンドウは、通過する太陽エネルギー輻射を偏光することによって、前記第１部材の外部から内部への太陽エネルギー輻射は許容する一方、前記第１部材の前記内部から前記外部への太陽エネルギー輻射は許容しない、ことを特徴とする太陽エネルギー収集器。
【請求項２】
前記太陽エネルギーを通過させる材料は、ガラス、プラスチックおよびそれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽エネルギー収集器。
【請求項３】
前記外部吸収面が黒色表面であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽エネルギー収集器。
【請求項４】
前記内部反射面が鏡面であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽エネルギー収集器。
【請求項５】
前記流体が気体であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽エネルギー収集器。
【請求項６】
第１端部と第２端部と空洞と縦軸を有し、端面が円形であり、第１部材の第１端部と第２端部の間の全体の長さで延伸して前記第１部材の一部分を形成する長手の一方向のウィンドウと、前記第１部材の残りの部分を形成するボディーとを含み、前記ウィンドウは太陽エネルギーを通過させる材料からなり、前記ボディーは外部吸収面と内部反射面を有し、前記内部反射面が前記ボディーの全体の内部表面を覆う、チューブ形の第１部材、
前記縦軸に平行するように前記第１部材の空洞内に位置し、前記第１部材の前記内部反射面に囲まれ、エネルギー吸収流体を運び、断面が円形のチューブ形の第２部材、および
前記第１部材と前記第２部材との間で前記空洞を充填し、流体または真空である絶縁材
を含むことを特徴とする太陽エネルギー収集器、および
太陽エネルギーを前記ウィンドウに通過させる太陽エネルギーディレクタを含み、
前記ウィンドウは、通過する太陽エネルギー輻射を偏光することによって、前記第１部材の外部から内部への太陽エネルギー輻射は許容する一方、前記第１部材の前記内部から前記外部への太陽エネルギー輻射は許容しない、ことを特徴とする太陽エネルギー収集システム。
【請求項７】
前記太陽エネルギーディレクタがレンズや鏡であることを特徴とする、請求項６に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項８】
前記太陽エネルギーを通過させる材料は、ガラス、プラスチックおよびそれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする、請求項６に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項９】
前記外部吸収面が黒色表面であることを特徴とする、請求項６に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項１０】
前記内部反射面が鏡面であることを特徴とする、請求項６に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項１１】
前記流体が気体であることを特徴とする、請求項６に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項１２】
前記第２部材が縦軸と同軸であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽エネルギー収集器。
【請求項１３】
前記第２部材が縦軸と同軸であることを特徴とする、請求項６に記載の太陽エネルギー収集システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽エネルギー収集器およびそれを用いたシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽エネルギーは再生可能なエネルギー源である。太陽エネルギー変換効率を高めて商業的に利用するようにする方法が開発中である。
【０００３】
太陽エネルギーは太陽から生じられて地球でキャプチャーされる輻射エネルギー（熱と光）をいう。太陽エネルギーの一部だけ活用できても、エネルギーの供給／需要に大きな影響を与える。
【０００４】
太陽エネルギー技術は一般的に受動型や能動型キャプチャーカテゴリーに区分される。能動型キャプチャーは、例えば、太陽光パネルや太陽熱収集器を用いる反面、受動型キャプチャーは、例えば、太陽エネルギーの利用を最大化するように、建物を配置、材料を選択、空間をデザインすることをいう。
【０００５】
キャプチャーされた太陽熱エネルギーは水や空間の加熱や冷却と発熱処理などを含めて様々に応用されるが、それに限定されるものではない。太陽熱エネルギーのキャプチャーにおいて、収集器を可能な限り効率的に作って資本の回収を最大化することが重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、太陽エネルギーを効率的にキャプチャーする太陽エネルギー収集器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
太陽エネルギー収集器は空洞と縦軸を有する第１部材を含む。第１部材は、その一部分をなす長手ウィンドウと残りの部分をなすボディーを有する。長手部材は太陽輻射線を通過させる材料からなる。ボディーは外部吸収面と内部反射面を有する。第２部材は第１部材の縦軸に平行するように第１部材の空洞内に位置し、エネルギー吸収流体を運ぶ。第１部材と第２部材との間の空間に絶縁材が充填される。太陽エネルギー収集システムは、このような太陽エネルギー収集器、および収集器のウィンドウに太陽エネルギーを通過させる太陽エネルギーディレクタを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】太陽エネルギー収集器の斜視図である。
【図２】太陽エネルギー収集器を用いたシステムの一例の概略図である。
【図３】太陽エネルギー収集器を用いたシステムの他例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面での同一の符号は同一の要素を意味し、図１に太陽エネルギー収集器１０が示されている。一般的に、集熱器１０は第１部材１２と第２部材２２を有し、第１部材と第２部材との間に絶縁材が配置される。
【００１０】
第１部材１２は縦軸１６を有する長手部材であり、いかなる断面形状を有してもよいが、本実施例では断面が円形であるためにチューブである。第１部材１２は空洞１４を有する。また、第１部材１２に長手ウィンドウ１８が形成され、ウィンドウを除いた残りの部分が第１部材のボディー２０をなす。
【００１１】
ウィンドウ１８は一般的に縦軸１６に平行し、第１部材１２の壁の一部に形成され、ウィンドウ１８を介して空洞１４内に太陽エネルギーが伝達される。また、ウィンドウ１８は空洞１４から太陽エネルギーが抜け出ないようにしなければならない。すなわち、ウィンドウ１８は偏光フィルムのように内部への輻射は許容するが、その反対方向の輻射は防止する「一方向」の鏡であることができる。ウィンドウ１８はガラスやプラスチックからなることができる。
【００１２】
ボディー２０は第１部材１２のウィンドウを除いた残りの部分を形成し、外面２２と内面２４を有する。ボディー２０の材料の選択は、例えば、最大予想温度での強度、絶縁性、耐食性、費用などを含む色々な変数に左右される。
【００１３】
ボディーの外面２２は太陽輻射線を吸収するものであり、ボディーにコーティングをしたり膜を被せたりしたものであるか、またはボディーと一体であってもよい。一例として、外面２２は理想的な黒体に似た黒色面であってもよい。理想的な黒体は周波数や入射角に関係なく（太陽輻射線を含む）全ての入射電磁放射線を吸収する物体をいう。
【００１４】
内面２４は太陽輻射線を反射するものであり、ボディーにコーティングをしたり膜を被せたりしたものであるか、またはボディーと一体であってもよい。ここでは、内面２４が全ての入射輻射線を全く吸収せずに反射する鏡面である。
【００１５】
第２部材２６は縦軸を有する長手部材であり、第１部材１２の空洞１４内のどこにも位置することができる。この部材２６の断面もいなかる形状を有してもよいが、本実施例では円形としてチューブである。第２部材２６は第１部材１２の縦軸１６と同軸であり、エネルギー吸収流体を運ぶ。第２部材２６は太陽エネルギーをキャプチャーしたり、エネルギー吸収流体に効率的に伝達したりすることができる。それと関連し、第２部材２６は前述したように理想的な黒体に似て黒色である。第２部材２６の材料は、ガラス（例えば、パイレックス（登録商標））、水晶、セラミック、プラスチック、金属、またはこれらの組み合わせであってもよい。第２部材２６の材料の選択も最大予想温度での強度、絶縁性、耐食性、費用などを含む色々な変数に左右される。
【００１６】
ボディー２０と第２部材２６間の間隔はいかなる大きさを有してもよいが、間隔を選択する時に太陽エネルギー収集器の焦点の長さと寸法を考慮しなければならず、例えば、ボディー２０の直径が大きいほど、集熱性は良くなるが、断熱性は悪くなる。
【００１７】
エネルギー吸収流体としてはいかなるものを用いてもよいが、液体や気体が良い。流体の選択に制限はなく、キャプチャーされたエネルギーをどのように使用するかに左右され、例えば、水とエチレングリコールの混合物や水だけを用いてもよい。
【００１８】
第１部材１２と第２部材２６間の隙間に充填する絶縁材２８としては、ウィンドウ１８を通過した太陽エネルギーを可能な限り効率的に伝達する（すなわち、輻射エネルギーを可能な限り少なく吸収する）材料であれば、いかなるものでもよい。絶縁材は流体や真空であってもよく、気体であってもよい。
【００１９】
図２〜３に太陽エネルギー収集器１０を用いたシステム３０が示されている。このシステムは、一般的に、太陽エネルギー収集器１０、太陽エネルギーディレクタ３２、エネルギー吸収流体移送器３４および熱エネルギー活用器３６を含む。
【００２０】
太陽エネルギーディレクタ３２は太陽輻射線を集めて集中するものであり、図２のレンズや図３の反射鏡の形態を取る。ディレクタ３２は長手状であり、軸が第１部材１２の縦軸１６に平行しているのが普通である。ディレクタの焦点は集熱器１０の第２部材２６に太陽エネルギーが集まるように位置する。レンズの場合は凸レンズ、フレネルレンズを含むいかなるレンズを用いてもよく、反射鏡の場合は鏡や放物面反射鏡を含むいかなる反射鏡を用いてもよい。
【００２１】
エネルギー吸収流体移送器３４はシステム３０の周りに流体が流れるようにする装置であり、流体が液体である場合はポンプであり、流体が気体である場合はコンプレッサである。
【００２２】
熱エネルギー活用器３６は集熱器１０から送られたエネルギー吸収流体に吸収されたエネルギーを利用さえできればいかなる装置を用いてもよく、例えば、水や空間の加熱や冷却と発熱処理など、このような全ての作業に用いられる流体を予熱するのに用いられることができる。
【実施例】
【００２３】
本発明の収集器と従来の収集器の効率を比較する。カ氏９０度の晴れた日に５分間同時に太陽光に露出させてテストを行い、水温測定温度計が取り付けられた（第２部材に似た）試験管に水道水５ｃｃを入れた。１〜３番のテストは従来の設備であり、４番のテストは本発明の集熱器である。１番のテストでは、ディレクタや第１部材なしで、試験管の水がカ氏１１０度にまで加熱された。２番のテストでは、試験管に焦点が集まる２×４インチ放物線型鏡を用い、試験管の水がカ氏１２０度にまで加熱された。３番のテストでは、試験管に焦点が集まるレンズを用い、試験管の水がカ氏１２０度まで加熱された。４番のテストでは、ウィンドウを通過して試験管に焦点が集まる２×４インチ円筒形凸レンズを用い、試験管と第１部材内の水がカ氏１３９度にまで加熱された。
【００２４】
本発明の範囲と基本属性を逸脱せずに本発明を他の形態に様々に変形することができ、本発明の範囲は以上の説明ではなく特許請求の範囲によって定められなければならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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