(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
７００°〜１０００°Ｋ又はそれ以上の範囲の高温で、太陽エネルギーから生成される電力を生成し蓄熱するシステムであって、
少なくとも１つのソーラーアレイと、前記ソーラーアレイからの熱エネルギーを受け取って蓄えるように構成された少なくとも１つの蓄熱部と、を含む一次ループと、
前記一次ループと動作的にやりとりする二次ループと、
を有し、
前記ソーラーアレイは、反射面を有する反射鏡ディッシュ手段を備える複数の反射鏡ディッシュアセンブリを有し、
前記反射鏡ディッシュ手段は、実質的に透明の包囲手段の内側に位置付けられる受光器手段を有し、前記受光器手段と前記透明の包囲手段の間の空間は真空であり、前記受光器手段は前記包囲手段の内側で密閉して保護されていて、前記ディッシュ手段により反射される太陽光のほとんど全部を受光し吸収するように構成され、
前記反射鏡ディッシュ手段は、間隔がないように、互いに極めて接近して配置されていて、前記受光器手段の焦点とディッシュ反射面の中心との距離は、前記ディッシュの中心から前記ディッシュ手段の直径の４分の１以下であり、
前記反射鏡ディッシュ手段は、熱から電気への変換効率を高めるために、複数の柔軟な取り外し可能な部分を任意に有し、
前記反射鏡ディッシュ手段は、熱から電気への高変換効率を提供するために、ごくわずかな再放射損失で、高い太陽光集中度が得られるようにする、
システム。
【請求項２】
前記反射鏡ディッシュアセンブリは、前記ディッシュ手段を支持する１以上の二重の配管管状構造部材をさらに有し、
前記構造部材は、
前記ディッシュ手段が太陽の位置に対応して動けるように、実質的に垂直に且つ互いに間隔を空けて配置された、実質的に中が空洞の２つの管状支持手段と、
前記２つの管状支持手段により、両端で実質的に水平に本質的に保持された別の管状手段と、
を有し、
前記管状支持手段の各々は、前記管状手段の内側に基本的に同心円状に配置された複数のパイプ手段を有し、廃熱の消散を可能にし且つディッシュ周辺の大気温度を水の凝集点より高く維持する前記管状支持手段を温水が通過するのを可能にするように、前記パイプ手段は直列に接続され、
前記水平の外側の管状手段は別の内側のパイプ手段を有し、前記内側のパイプ手段は真空内に密閉して配置され、前記水平の外側の管状手段は、実質的に透明の包囲手段の内側に位置付けられる受光器手段と共に結合され、前記受光器手段は前記包囲手段の内側で密閉して保護されていて、前記ディッシュ手段により反射される太陽光のほとんど全部を受光し吸収するように構成され、
前記内側のパイプ手段は、前記内側のパイプ手段の外面と前記水平の外側の管状手段の内面との間で利用できる真空空間内で特別に設計された多層真空絶縁設備を全体的に有し、
前記内側のパイプ手段は、伸張又は収縮の許容差のために角度のある屈曲を有し、それにより任意の種類の伸張又は動くジョイントの必要性を除去すると共に、二重のパイプソーラーアレイの全体において全ての溶接されたジョイントを使用して、単一の連続的なパイプを可能にし、不活性ガスが前記受光器手段を通って流れるための通路を定義し、前記不活性高温ガスが前記蓄熱部と前記二次ループの熱交換器に送られる所望の温度に前記不活性ガスが達するまで、前記受光器手段で集められた熱をアセンブリの次のディッシュ手段の内側のパイプ手段へ運び出す、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記反射鏡ディッシュ手段は、強度のための追加の支持構造体を有さず、強度のための同一の放物線の外形の薄い支持金属シート上に接着された、薄くて滑らかな面の材料を含む、１ｍｍよりはるかに少ない厚さの複合シートである、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記滑らかな面のシートは、微細で薄い二酸化ケイ素のコーティングで保護される正面側のミラーを含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記管状構造部材は、前記水平の外側の管状手段に実質的に垂直で且つ前記水平の外側の管状手段の中心に本質的に位置付けられるパイプ手段をさらに有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記受光器手段は、前記反射鏡ディッシュ手段の固定焦点に位置している、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記二重の配管手段の全体と前記受光器手段は、あらゆる次元において固定であり、動くことができない又は回転できない、請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記受光器手段は、１０００倍よりはるかに大きい集中度を可能にするための小径を持つ小さい球状の金属黒体であり、一次ループの内パイプに接続され且つ透明の囲いにより囲まれ、前記受光器と前記透明の囲いの間の空間を真空にする、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記内パイプ用の多層シールドをさらに有し、
前記多層シールドは、内パイプと外パイプの接触を防ぎながら、断熱と内パイプシステムのための支持の二重機能を提供する、請求項２に記載のシステム。
【請求項１０】
前記反射鏡ディッシュアセンブリは、前記受光器手段より上の垂直パイプ支持体上に位置し、異なる軸の周りの前記反射鏡ディッシュ手段の動きを制御するように構成される１以上のモータドライブと、
太陽光が、最大期間、前記受光器手段の方に向くように、太陽の位置に対応して、前記反射鏡ディッシュ手段を動かすために、前記モータドライブを制御するように構成されるマイクロプロセッサ制御回路と、
をさらに有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記反射鏡ディッシュアセンブリは、前記内パイプを支持するために前記水平の外側の管状手段の内側に支持ディスクを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記反射鏡ディッシュアセンブリは、前記水平の外側の管状手段内に配置された前記内パイプを支持する複数の薄いディスクをさらに有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記薄いディスクは、双方向の低熱伝導の切り抜きバルブを含み、前記一次ループの任意の小さい部分への損傷が起こる場合に、前記一次ループの真空完全性を確保する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記多層熱放射絶縁設備は、低い熱伝導性と良好な反射性を持つ薄い金属シートを有し、前記薄い金属シートは丸められて、適当な分離ギャップ／距離が２つの層間で維持されるような多層の金属シートを有する巻きを形成する、請求項２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記薄い金属シートは、複数のくぼみのような突起、又は層のいずれもが互いに大幅に接触した状態になるのを防止する他の形状の分離体を有する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
任意に、一連の異なる直径を持つ中空シリンダーからなり、その一連のシリンダーは、他の物の内側に一つが配置されていて、くぼみのような突起、又は個々のシリンダーが接触するのを防止する他の形状の分離体を備えた薄い金属シートで作られている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
システムを塵から防ぐための設備をさらに有し、
前記設備は、
最も多い塵粒子を捕らえ、風速をほぼゼロにまで低減するのに有効でありながら、入射する太陽放射線への妨害がないように、前記ディッシュアセンブリを取り囲む、プラスに帯電している垂直のフィルタ手段と、
複数のイオン放出ピンを有し、前記実質的に垂直な管状支持手段上に配置される空気イオン化手段と、
を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記反射鏡ディッシュはマイナスに帯電し、マイナスに帯電した塵を寄せ付けない、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
複数のドライクリーニング機構をさらに有し、
各ドライクリーニング機構は、
前記ディッシュアセンブリ内に設けられ、
ディッシュ上に固定され、ディッシュ形状と同一の外形を持ち、１以上のクリーニング器具を備えた１以上のアーム手段と、
前記アーム手段を必要に応じて駆動するために、前記アーム手段に動作的に接続された１以上のモータ手段と、
を有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記クリーニング機構は、制御された空気圧が前記アーム手段の回転中に維持されるように、前記アーム手段に動作的に固定された空気ホース手段を任意に有する、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記蓄熱部は、大気圧で動作するように構成され、
前記蓄熱部は、
第１の円筒体と、
前記第１の円筒体より大きな第２の円筒体と、
それぞれがフィン手段により互いに接続されている複数の金属パイプ手段と、
を有し、
前記第２の円筒体は、間に所定の間隔をあけて、前記第１の円筒体を実質的に同心円状に囲み、
前記複数のパイプ手段は、貯蔵媒体から又は貯蔵媒体への熱伝達を提供するために、前記フィン手段を用いて、複数のセグメントを形成するように、前記第１の円筒体の内側に配置されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記蓄熱部は、前記第１及び第２の円筒体の間のスペースに高温の多層絶縁体をさらに有する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記蓄熱部の前記蓄熱媒体は、基本的に砂である、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記蓄熱部は、前記パイプ手段が酸化する可能性を低減するために、アルゴン又はヘリウムなどの不活性ガスを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記蓄熱部は、その上面及び底面に多層絶縁体をさらに有する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２６】
第２の高速のエネルギー伝達蓄熱部をさらに有し、
前記第２の蓄熱部は、
熱伝達媒体の流出を可能にする経路を備えた、鉄／軟鋼の固体シリンダーで作られていて、
上面及び底面の絶縁のために、繊維状の高温の絶縁体が満たされている、加圧された空洞と、
熱エネルギーを蓄えるための鉄／鋼鉄コアと、
を有する、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クーラントを使用して熱を蓄熱部に運ぶ受光器に太陽光を集めるパラボラ集光器を使用するように設計されている、非常に低価格でさらに高効率のシステム及び装置に関する。クーラントとして水を使用する二次ループは、蓄熱部から熱を取り出し、タービンを動かして電気を生成するのに使用される。二次ループからの廃熱は、さらに、脱塩設備を動かすのに使用されうるか、又は単に環境の中で失われる。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽光を電気に変換するためのシステムがいくつか開発されている又は開発中である。ソーラーパワーについてより良く理解できるようにするために、以下に、これらのシステムについてメリット及びデメリットと共に簡単に説明する。
【０００３】
１）パラボラトラフ（Parabolic trough）
これは、最初に開発されたシステムのうちの一つであり、今でもなおある国で遂行されている人気の手段の一つである。このシステムのパラボラトラフは、焦点を通る管を持つ。この管は、光を効率良く吸収するコーティングを持つ。高温の油はこの管を通り抜けて、集中太陽光により加熱される。この加熱された油は、水を過熱蒸気へと加熱するのに使用される。この加熱蒸気は、発電機を順に駆動して電気を生成する蒸気タービンを駆動するために使用される。太陽追跡システムは、太陽の位置を追跡するのに使用される。モーターシステムは、パラボラディッシュ（parabolic dish）全体と、関連するパイプを回転するのに使用される。このシステムのメリットは、太陽を追跡するのに１軸トラッキングで十分であることである。それには、長いパイプはエネルギーを再放射するため、達成されうる最大温度が非常に低いという大きな制限がある。放射は絶対温度の４乗に比例するため、ある温度を超えると、受光器パイプは受光するのと同じ量のエネルギーを放射し始める。それ故、このようなシステムは、効率が不十分であることが分かる。
【０００４】
２）パワータワー（Power tower）
このシステムの平面ミラーはパラボラミラーの代わりに使用される。受光器（receiver）は、高い中央のタワーの上に配置され、全てのミラーはこの中央のタワー受光器上に太陽光を反射するように位置付けられる。このシステムのメリットは、パラボラトラフのシステムでできるよりもはるかに高い温度を達成することが可能であり、それ故はるかに高い効率を達成できることである。このシステムはさらに、配管が非常に少ないというメリットがある。しかし、各ミラーは、中央のタワーの上にある受光器上に集光させるような特定のやり方で、太陽を追跡しなければならないというデメリットがある。タワーの高さは、コストを増加させるソーラーアレイのサイズと共に増加する。最も大きなデメリットは、多くのミラーが最大の日照時間中にある角で傾けられるため、最大日射時間中のエネルギー収集を最大にしないということである。受光器は、非常に大量のエネルギー再放射する大きな表面積を持っていて、動作の最高温度を制限する。
【０００５】
３）パラボラディッシュ（Parabolic dish）
パラボラディッシュシステムの現在のデザインは、熱を電気に直接変換するのに使用されるスターリングエンジン上に、太陽光を集中させる大きなパラボラディッシュで構成される。このデザインは非常に高い温度を可能にし、パラボラトラフシステムより高い効率を可能にする。現在のデザインのシステムに関する問題は、非常に高価になり、多くの保守が必要となる個別のパーツを多く持つことである。
【０００６】
４）太陽光発電システム（Photovoltaic systems）
これらのシステムは光起電力効果を使用して、光を電気に直接変換する。これらのシステムの短所は、高い開始コストと低い効率である。別の問題は、電気を蓄えることは、熱を蓄えるよりも、はるかに難しく、高価で、高汚染であることである。
【０００７】
５）ＷＯ／２０１２／１２８８７７
線焦点太陽エネルギー集光器を有する、集光型太陽光発電システムを囲む、温室などの囲いを開示している。線焦点太陽エネルギー集光器は、反射性正面層、コア層、及び背面層を有する。コア層及び背面層は、反射性正面層と共に接着されたときに、いくつかの実施形態において、線焦点太陽エネルギー集光器が追加の強化要素なしに、特定の構造を保てるようにする。いくつかの実施形態において、コア層はハニカム層である。いくつかの実施形態において、コア層及び／又は背面層は、単一の物質から物質を取り除くことにより形成される。
【０００８】
６）他のシステム
実験的段階の様々な他のシステムがあるが、それらは技術的な理由により多くの成功を実現しそうにないため、ここでは議論しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１２８８７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
今日の人類が直面する最も大きな問題は、エネルギーを提供するための化石燃料の連続的な燃焼である。これは、大気中の二酸化炭素が指数関数的な割合で着実に増加しているという状況をもたらした。化石燃料の燃焼を直ちに止めない限り、これは非常に有害となる地球温暖化をもたらしている。安価な代替エネルギー源がない場合は、これは起こらない。惑星のエネルギーの必要性をすべて提供することができるただ一つの動力源は、太陽エネルギーである。本発明は、発電の代替を提供するだけでなく、全ての自動車及び他の機械、冬の間の住宅暖房及びその他のエネルギーの要求を、太陽などの再生可能資源のみによって、完全に提供することを確実にする。要するに、人間は、この惑星のさらなる炭素汚染を全く提供しない。我々は、太陽が超新星に行くまでは、確実に、この惑星が生命を維持することができるようにする。これを実現する唯一の方法は、安価で、大量生産が容易で、維持するのにあまり手がかからなくて、高効率で、人間の介在をほとんど必要としない高度機械化で、３０〜５０年のプラント寿命を持つデザインである。
【００１１】
任意のプロジェクトの成功か失敗への最も重要な考察は、最終生成物の価格である。ソーラーパワーが化石燃料又は他の技術を超える、どんなに多くの利点を持っていても、ソーラーパワーの価格が他の電源の価格よりも高いと、成功する見込みはほとんどない。それ故、任意の化石燃料より安い又は同じ料率で、助成金が支給されていない（unsubsidized）パワーを提供できる、ソーラーパワープラント（solar power plant）を設計することが必須である。
【００１２】
本発明の基本的な目的は、既知の技術のデメリット/欠点を克服することである。
本発明の別の目的は、発電及び蓄熱のための効率的なシステムを提供することである。
本発明の別の目的は、効率的な方法でソーラーパワーから電気を生成するプラントを提供することである。
本発明の別の目的は、上述したようなシステム及びプラントの簡単で且つ費用効率が高い設備（arrangement）を提供することである。
本発明の別の目的は、効率的で且つ安価な蓄熱部（heat storage unit）を提供することである。
本発明の別の目的は、太陽光を受光するための、簡単で且つ費用効率が高い構造を提供することである。
本発明の別の目的は、熱損失を最小にするためのシステムに適当な絶縁を提供することである。
本発明の別の目的は、自動除塵クリーニングシステムを提供することである。
本発明の別の目的は、ほとんどの砂漠において、水はめったに豊富にないため、水の必要量をほぼゼロにまで最小化することである。
本発明のこれらの及び他のメリットは、添付の図面と共に読まれる下記の詳細な説明から容易に明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のいくつかの観点の基本的理解を提供するために、以下に、本発明の簡単な要約を示す。この要約は、本発明の広範囲の概略ではない。本発明のキー／重要な要素を特定する、すなわち本発明の範囲を詳しく描写することを意図していない。この唯一の目的は、後述する本発明のより詳細な説明の前置きとして、本発明のいくつかの概念を簡単な形式で提示することである。
【００１４】
プラント（plant）の基本的なレイアウトが、図１に示されている。タービン、発電機（generator）、及び凝縮（condensing）部からなる二次ループを含むセクションは、任意の他のパワープラント（例えば、核、ガス、石炭）と同一であるため、説明しない。私のデザインは、ソーラーアレイと蓄熱部からなる一次ループのセクションに、完全に焦点を合わせる。ソーラーアレイのデザインにおける基本的な焦点は、高効率を達成することができ、低価格の材料を使用して容易に製造され、長寿命であり、あまり手がかからなく、人の介入をほとんど必要とせずにプラントの全生涯の間動作できる、デザインを選択することであった。ソーラープラントは、非常にほこりまみれで、且つ平らで開放的な景観に起因して高風速の環境である砂漠で常に建設されるため、任意の成功したデザインはこれらの状況に影響を受けないようにしなければならない。
【００１５】
それと同時に重要なことは、プラントが、環境状況にかかわらず、年間を通じて確実にフル稼働できるような、効果的で安価な蓄熱部を設計することである。現在、ほとんどの既存のソーラープラントは、数時間のバックアップしか提供できない保管部を備えるように設計されていて、それは遠隔で受け入れることさえできない。砂漠でさえ、雲、砂塵嵐、又は技術的な理由により、太陽光が利用できないような日が、数日間延長するかもしれない期間が常にあるかもしれないことを、受け入れないといけない。私の意図は、あらゆる形態のエネルギー必要量がソーラー又は他の再生可能手段によってのみ満たされることを確実にすることであるため、化石燃料を使用したバックアップではない。それ故、数日間又はそれ以上の期間、太陽光がなかったときであっても、任意のソーラープラントの蓄熱部は、全能力パワーを提供できるべきである。
【００１６】
ソーラーパワープラント（solar power plants）が直面する他の技術的な課題は、冬と比較して夏に利用できるエネルギーの大きな差である。冬のエネルギー需要は、厳しい冬を楽しむ国々において特に非常に重要である。都市がソーラーパワープラントにかなり近い（約数百キロメートル）場合、エネルギーは、二次ループの廃熱から直接採取できた。このメリットは、エネルギーの廃棄が少ないことである。しかし、おそらくほとんどの都市がソーラーパワープラントからはるかに遠いため、暖房用及び料理用に電気を使用しなければならない。冬の太陽から得られる使用可能なエネルギーは、夏に得られるエネルギーの５０％以下だけかもしれないことを考慮すると、赤道から離れたそのような場所で、利用できる唯一のオプションは、著しく過度の容量を構築すること、すなわち、冬の太陽光不足による不足分を補うことができるほど十分大きな蓄熱部を構築することである。これは、経済的に現実的ではない。簡単な解決は、赤道のかなり近く（赤道の北又は南に約４０°内）に全てのプラントを構築して、高圧線を使用して他の領域に送電することである。
【００１７】
ソーラープラントのほとんどは、海洋から遠く離れた場所にあり、任意の種類の水へのアクセスがほとんどない可能性が非常に高い。それ故、ほとんどのプラントは空冷式となるだろう。冷却塔が、簡単には入手できない非常に大量の水を使用するという事実以外、非常に大型のソーラーアレイがその領域の温度を著しく下げることを考慮する必要がある。こういう理由で、空冷は、空気の温度を所望の範囲で保持できるため、実際、かなり有益である。これにより、初期投資は少し高くなり、効率は少し低くなるが、ほとんどの場合、選択の余地がない。
【００１８】
非常に重要な最後の検討事項は、プラント及び蓄熱部の全体が、非常に環境に優しくなければならないような型に構築されるべきであるということである。言い換えると、プラントの全構成要素を製造するのに必要なエネルギーは最小であるべきで、有毒化学物質を使用するべきでなく、プラントの全構成要素がライフサイクルの最後に、完全な生分解性であるか又は再利用可能であるべきである。将来の任意の時点で、プラントがもはや必要でなくなった場合に、土地が、プラントが建設される前と同じかそれより良い状態にされるべきである。以下で説明する計画を設計したことが、上述した関心の全てである。
【００１９】
第１の観点の本発明は、７００°〜１０００°Ｋ又はそれ以上の範囲の高温で、太陽エネルギーから生成される電力を生成し貯蔵するシステムに関し、そのシステムは、少なくとも１つのソーラーアレイと、ソーラーアレイから生成される電力を受け取って蓄えるように構成された少なくとも１つの蓄熱部と、を含む一次ループと、一次ループと動作的にやりとりする二次ループと、を有し、ソーラーアレイは、反射面を有する反射鏡ディッシュ手段を備える複数の反射鏡ディッシュアセンブリ（assemblies）を有し、反射鏡ディッシュ手段は、実質的に透明の包囲手段の内側に位置付けられる受光器手段を有し、受光器手段と透明の包囲手段の間の空間は真空であり、受光器手段は包囲手段の内側で密閉して保護されていて、ディッシュ手段により反射される太陽光のほとんど全部を受光し吸収するように構成され、反射鏡ディッシュ手段は、それらの間に間隔がないように、互いに極めて接近して配置されていて、受光器手段の焦点とディッシュ反射面の中心との距離は、ディッシュの中心からディッシュ手段の直径の４分の１以下であり、反射鏡ディッシュ手段は、熱から電気への変換効率を高めるために、複数の柔軟な取り外し可能な部分を任意に有し、反射鏡ディッシュ手段が、熱から電気への高変換効率を提供するために、ごくわずかな再放射損失で、高い太陽光集中度が得られるようにする。
【００２０】
上述したシステムにおいて、反射鏡ディッシュアセンブリは、ディッシュ手段を支持する１以上の二重の配管管状構造部材をさらに有し、構造部材は、ディッシュ手段が太陽の位置に対応して動けるように、実質的に垂直に且つ互いに間隔を空けて配置された、実質的に中が空洞の２つの管状支持手段と、２つの管状支持手段により、両端で実質的に水平に本質的に保持された別の管状手段と、を有し、管状支持手段の各々は、管状手段の内側に基本的に同心円状に配置された複数のパイプ手段を有し、廃熱の消散を可能にし且つディッシュ周辺の大気温度を水の凝集点より高く維持する管状支持手段を温水が通過するのを可能にするように、パイプ手段は直列に接続され、水平の外側の管状手段は別の内側のパイプ手段を有し、内側のパイプ手段は真空内に密閉して配置され、水平の外側の管状手段は、実質的に透明の包囲手段の内側に位置付けられる受光器手段と共に結合され、受光器手段は包囲手段の内側で密閉して保護されていて、ディッシュ手段により反射される太陽光のほとんど全部を受光し吸収するように構成され、内側のパイプ手段は、内側のパイプ手段の外面と水平の外側の管状手段の内面との間で利用できる真空空間内で特別に設計された多層真空絶縁設備を全体的に有し、内側のパイプ手段は、伸張又は収縮の許容差のために角度のある屈曲を有し、それにより任意の種類の伸張又は動くジョイントの必要性を除去すると共に、二重のパイプソーラーアレイの全体において全ての溶接されたジョイントを使用して、単一の連続的なパイプを可能にし、不活性ガスが受光器手段を通って流れるための通路を定義し、不活性高温ガスが蓄熱部と二次ループの熱交換器に送られる所望の温度に不活性ガスが達するまで、受光器手段で集められた熱をアセンブリの次のディッシュ手段の内側のパイプ手段へ運び出す。
【００２２】
さらなる観点の本発明は、複数の機構に属し、各クリーニング機構は、ディッシュアセンブリ内に設けられ、１以上のクリーニング器具を備えた１以上のアーム手段と、アーム手段を必要に応じて駆動するために、アーム手段に動作的に接続された１以上のモータ手段と、を有する。
【００２３】
別の観点の本発明は、上述したシステムとアセンブリを有するプラントに属する。
【００２４】
別の観点の本発明は、さらに大気圧で動作するように構成された蓄熱部に属し、その蓄熱部は、第１の円筒体又は任意の他の適当な形状体と、第１の円筒体より大きな第２の円筒体又は任意の他の適当な形状と、それぞれがフィン（fin）手段により互いに接続されている複数の金属パイプ手段と、を有し、第２の円筒体は、間に所定の間隔をあけて、第１の円筒体を実質的に同心円状に囲み、複数のパイプ手段は、貯蔵媒体から又は貯蔵媒体への熱伝達を提供するフィン手段を用いて、複数のセグメントを形成する方法で、第１の円筒体の内側に配置されている。
【００２５】
さらなる観点の本発明は、上述したシステム及びアセンブリにおいて使用される、小さい高速のエネルギー伝達蓄熱部に属し、その蓄熱部は、熱伝達媒体の流出を可能にする経路を備えた、鉄／軟鋼の硬いシリンダーで作られていて、上面及び底面の絶縁のために、繊維状の高温の絶縁体が満たされている、加圧された空洞と、鉄／鋼鉄コアと、を有する。
【００２６】
本発明の他の観点、利点、及び顕著な特徴は、添付の図面と共に、本発明の典型的な実施形態を開示する以下の詳細な説明から当業者に明らかになる。
【００２７】
［ソーラーアレイ及び蓄熱のデザインの重要点］
ある重要な特有の特徴があり、プラントデザインのアイデアの概要を示す以下のリストの中で説明する。
１）比較的小さい大きさのパラボラディッシュが使用され、金属及びアクリル、ガラス、ポリ塩化ビニル、又はプラスチックの薄い複合シートから、金型成形又は真空成形される。
２）ディッシュは、極めて軽量の、好ましくは重さ１Ｋｇ未満のミラーである。
３）各ディッシュは、パラボラディッシュ形状に形成され、アルミニウム又は銀でコーティングされる。
４）ミラーの正面は、二酸化ケイ素の薄い保護コーティングと共に使用される。他の材料のガラスで作られたミラーの背面は、より低い効率で使用されうる。
５）ディッシュ間のスペースはほとんどない。
６）各ディッシュは、状況が許す限り、四角形の形状である。
７）２つのモータが各ディッシュの位置を制御し、且つ、それらはすべてマスターコンピュータにより制御される。
８）任意のディッシュの最も低い位置は、地面から１．５〜２ｍ上にあり、地面と一切接触しない。この自由空間は、点検（service）のために使用される。
９）いくつかのディッシュが故障していたとしても、ディッシュ間にスペースがないけれども、それらは他の物の自由な動きを妨げない。
１０）ディッシュの焦点は固定され、決して動かない。ディッシュは、この固定焦点の周りを動き、支持棒により空中に浮いている。
１１）一次ループに可動ジョイントはない。
１２）一次ループは、２つのパイプ（内パイプ及び外パイプ）を有する。
１３）直径１〜２ｃｍの鋼鉄パイプは、一次ループの内パイプを形成する。
１４）外パイプは、内パイプとディッシュを支持するのに使用される。
１５）一次ループは、ヘリウムなどのガスクーラントを使用する。ガスクーラントは、プラントの全生涯を超える高温であっても、一次ループの内壁と反応しない。
１６）内パイプと外パイプの間のスペースは真空である。
１７）多層で、薄いシートで、高反射性の、真空の熱放射絶縁体は、一次ループ及び二次ループの全体で使用されて、熱損失をほぼゼロに低減する。
１８）全てのジョイントは、あまり手がかからなく且つ長寿命のために、溶接される。
１９）熱膨張及び収縮を可能にするデザインが用意される。
２０）何らかの不具合が一次ループ内で発生した場合に、自己密閉（self sealing）デザインは、正常に機能しないのはそのループの非常に小さいセクションだけで、プラントがほぼ完全な能力で機能し続けることを確実にする。
２１）非常に高い温度が可能であり、現在の技術で利用できる材料の技術的な制限のみによって限定される。
２２）ソーラーアレイのデザインは、現在のデザインにおいては難しい、ディッシュが、プラントの全生涯を通して、最小のクリーニングしか必要としないことを確実にする。
２３）ディッシュがウェットクリーニングを必要とする場合、そのディッシュは別のディッシュと取り換えられて、現場のクリーニング施設に送られる。
２４）空気イオン化装置（air ionizer）は、塵粒子を帯電させて、塵が空気から除去されて、ディッシュ反射面から離れる方に向かうことを確実にするために、使用される。
２５）エアコンで使用されるのと同様の種類のエアーフィルタ（しかしそれに限定されない）は、ディッシュの全ての４辺上の垂直位置に配置される。これらのフィルタは安価で、塵を捕らえるのに非常に効果的で、大気速度を低減するのに非常に効果的であり、ディッシュと追跡モータに、風と塵の保護を提供する。
２６）除塵システムから逃れ、ディッシュの反射面上に積もる塵は、マイクロファイバーの布と圧縮空気設備が装着された回転可能なロボットのアームにより取り除かれる。
２７）雨が非常に多い場所では、ディッシュを、事実上巨大な「ガラスハウス」のような、単独気密で防塵且つ防水の筐体に入れることができる。全筐体は、非常に安価で透明で薄くてきれいで壊れずに柔軟で、低屈折率且つ高抗張力の材料で作られる。
２８）保護剤の表面は、反射防止膜によりコーティングして、効率性を向上させることができる。
２９）保護筐体の内側は、無塵且つ低湿度で制御された雰囲気であり、腐食作用はごくわずかにまで低減されている。
３０）保護筐体は、風からディッシュを守るのに役立つ。
３１）非常に速い風速の場合には、構造体を保護するために、保護筐体の内側の圧力を増加又は減少させることができる。
３２）一次ループのパイプの支持構造体は、保護筐体の支持体である。
３３）自動クリーニング機は、支持構造体の上に設けられた小さいレール上を連続的に動いて、保護筐体の外側を清掃する。
３４）所望の任意のサイズのプラントが作られるようなデザインである。
３５）一次ループのクーラントは、最初に、蓄熱部に行く。
３６）蓄熱部は、エネルギー貯蔵媒体として、鉄と砂の混合を使用する。
３７）フィンを備えたパイプは、使用される砂を通して、熱を追加するか、又は砂から熱を取り除く。
３８）蓄熱部は、シリンダー形状又は他の適当な形状である。
３９）シリンダーの側面と上面は、厚い高温の絶縁体で絶縁されている。
４０）シリンダーの底面は絶縁されない。砂そのものが絶縁体として機能する。
４１）プラントからの廃熱のいくらかは、ソーラーアレイへと消散される。一次ループの垂直パイプ支持体は中が空洞であり、パイプにより直列接続されていて、温水がこれらのパイプを通り抜ける。フィンは、これらのパイプ支持体において要望されているように熱損失を増加させるのに使用されうる。これは、ソーラーアレイより高い及び低い大気温度が、許容可能な範囲で維持されることを確実にする。
【００２８】
本発明の特定の典型的な実施形態における上述した及び他の観点、特徴、及び利点は、添付の図面と併用して、下記説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】パワープラント全体の概略レイアウトを示す。
【図２】外パイプ及び内パイプの組み立てと、多層絶縁体及び自動ドライクリーニングアームと共に、シングルディッシュの構造を示す。集中光受光器が２つの駆動モータと共に示されている。
【図３】図２の断面ＡＡに沿って中心を通って２つに切断した場合に見られる、パイプの内部レイアウトの概略図である。
【図４】ディッシュが支持構造体と共にどのように接続されるかを示す。
【図５】塵を捕まえて除去し、風からの保護を提供するように設計された、垂直に設置されたフィルタの位置を、空気イオン化装置の針の位置と共に示す。
【図６】フィルタとロボットアーム（及び、プラントが雨の多い地域に配置される場合における保護筐体とクリーニング・メンテナンスのためのレール）を除く全ての支持構造体を備えた、数個のディッシュの空中からの図
【図７】保護筐体とレールがどのように搭載されるかを示す。
【図８】点検レールと共に、保護筐体を備えたソーラー集光アレイを示す、プラントの角からの空中からの図。保護筐体は透明で、内部機構とディッシュははっきりと目に見えるけれども、外部保護筐体の形状及び外観の見え方のより良い全体像を提供するために、それらは意図的に表示されていない。
【図９】誰かが垂直の角度で上から小さな一部を見たときに、プラントがどのように見えるかを示す。
【図１０】熱い内パイプの真空絶縁において使用される熱シールドの一部を示す。
【図１１】内パイプがその場所にとどまることを確実にするために使用される支持体のうちの一つを示す。
【図１２】ガラス又はプラスチックのフィッシュボウル（fish bowl）が外パイプに接続する場所で使用される支持体を示す。その支持体は、双方向の切り抜きバルブを有し、ガラスが壊れたときの真空完全性を確保する。
【図１３】蓄熱部の基本的な外面図を示す。
【図１４】パイプ、加熱フィン、及び砂がどのように設置されているかを明確に示す断面ＢＢに沿って、上部が切断された場合に、上から見たときの蓄熱部の上面図を示す。
【図１５】蓄熱部の切り取り断面ＣＣを３Ｄで示す。
【図１６】蓄熱媒体として、鉄の硬い円筒形コアを使用する蓄熱部を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
当業者は、図面の要素は、簡単且つ明確にするために示されていて、縮尺通りに描かれていない場合があることを理解するだろう。例えば、本開示の様々な典型的実施形態についての理解をし易くするのに役立つように、図面の要素のうちのいくつかの寸法は他の要素と比較して大きく見えるように描かれている場合がある。図面中、同様の参照符号は、同一又は類似の要素、特徴、及び構造を示すのに使用されていることに留意すべきである。
【００３１】
添付の図面に関連した以下の説明は、特許請求の範囲及びそれらと同等のものによって定義されているように、本発明の典型的な実施形態の包括的解釈に役立たせるために提供される。以下の説明は、その理解に役立つように様々な具体的な詳細を含むが、これらは単なる例として見なされる。
【００３２】
当業者は、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、ここに記載された実施形態の様々な変形及び修正が可能であることが分かる。さらに、周知の機能及び構造の説明は、明確さ及び簡潔さのために省略する。
【００３３】
以下の説明及び特許請求の範囲で使用される用語及び単語は、書誌的意味に限定されず、本発明の明確な一貫した理解を可能にするために発明者により単に使用されている。よって、本発明の例示的な実施形態の以下の説明は、説明のためだけに用いられていて、本発明を限定するために用いられておらず、本発明は添付の特許請求の範囲及びそれと同等のものによって定義されることが、当業者には明らかである。
【００３４】
単数形“ａ”，“ａｎ”，“ｔｈｅ”は、文脈がその反対のことを明確に定めている場合を除き、複数の指示対象を含むことが理解される。
【００３５】
用語“実質的に”により、列挙された特徴、パラメータ、又は値は正確に実現される必要がなく、偏差又は変動（例えば、公差、測定誤差、測定精度限界、及び当業者に知られている他の要因を含む）が、特徴が提供しようとしている効果を除外しない程度で生じる可能性があることを意味する。
【００３６】
ある実施形態に関して記載された及び／又は説明された特徴は、１以上の他の実施形態と同一の方法又は類似の方法で、及び／又は他の実施形態の特徴と組み合わせて又はその代わりに使用されても良い。
【００３７】
用語“有する（comprises/comprising）”は、この明細書で使用されるとき、記載された特徴、整数、ステップ、又は構成要素の存在を特定するために使用されるものであり、１以上の他の特徴、整数、ステップ、構成要素、又はそれらの群の存在又は追加を排除しないことが、強調される。
【００３８】
本発明のシステムは、図２（他の外観がよく見えるように４つの角２２はこの図に示されていない）に示されるようなパラボラディッシュ（parabolic dish）を有し、高温での動作を可能にする非常に高い太陽光集中度を得る。この理由は、動作温度が高いほど、熱から電気への変換効率が高くなることである。ディッシュのサイズは、直径約１〜２メートルと比較的小さく、型打ち抜き又は真空成形などのプロセスを使用して、単一の薄い金属シート及びＰＶＣ、アクリル、又は任意の他の適当な材料の薄いシートから、容易に製造することができる。金属及び不燃性の滑らかな面のポリマーのシートは、所望の放物線形状に形成された後に接着される。この複合材料のディッシュの正面は、アルミニウム又は銀でコーティングされ、二酸化ケイ素の薄い層で保護される。これにより、任意のソーラープラントに必須である低価格で非常に精密で高い生産率を可能にする。太陽エネルギーが大規模で使用される場合、数十億個の反射鏡が毎年必要とされるだろう。必然的に、その規模で生産するのに、簡単なプロセスが使用されることが必須となる。本実施形態において、この発明は、上述したような寸法のパラボラディッシュを有すると説明したことに注意すべきである。しかし、このような寸法は、実際、プラントの要求／能力に応じて、変化しても良い。このような変化は、本発明の精神内であると見なされる。
【００３９】
反射鏡ディッシュ（reflector dish）に使用される金属プラスチック複合シート１０は、ガラスベースの反射鏡を超えるいくつかの利点を有する。それは、格安で製造でき、容易に大規模で作ることができ、壊れず、非常に軽量であることである。比較的小さいサイズのパラボラディッシュ形状の金属複合シートを使用する他の利点は、任意の構造的な支持体がなくても、金属の非常に薄いシートがその形状を維持する強度を持っていることである。金属シートは強度を提供し、薄い不燃性で柔軟なシートは、一方の面をアルミニウム又は銀でコーティングされた滑らかな反射面を提供する。駆動モータ１３，１４は図２に示されるように機械的に非常に不利であるため、これにより、私のデザインに必須の非常に軽量なディッシュを実現できる。
【００４０】
望ましい選択として、二酸化ケイ素の非常に薄い層の保護コーティングで正面がコーティングされたミラーが使用される（所望により、後面側のミラーが使用されても良い）。これには、いくつかの非常に重要な理由がある。正面がコーティングされたミラーであれば、光は基材を２回通過しなくても良いため、後面がコーティングされたミラーよりもはるかに優れた反射性を持つ。最良の透明ガラスは約９０％の透過力を持ち、後面がコーティングされたガラスのミラーを使用することにより、約２０％の効率損失が生じる。他の重要な理由は、様々な材料に張り付く塵の能力に起因する。本発明者は、二酸化ケイ素の保護フィルムを備えた正面側のミラーは、塵が付着するのが非常に難しい表面であることに気付いた。垂直位置で保持されているとき、ほとんどの塵は簡単に表面から落ち、残りの量は、低圧の圧縮空気、マイクロファイバーの布、又は基材に傷のないダスター（duster）により、簡単に除去できる。数百回、塵が反射鏡上に堆積し、その塵をマイクロファイバーの布で取り除いた後であっても、反射面に重大なひっかき傷はなかった。全ての後面側のミラーは、ガラス、アクリル、プラスチック、ＰＶＣにかかわらず、塵に対して少なくとも１０〜１００倍の強力な親和性を示し、その塵を除去することは非常に難しかった。これは静電荷又は他の理由に起因している場合があり、塵の観点から、正面側のミラーを明らかに好む結果となる。
【００４１】
それ故、アームの底面と反射面又は圧縮空気との間に取り付けられたマイクロファイバーの布を備えた各ディッシュの中心に固定された小さい回転アーム４８は、自動で反射面を清掃するのに十分である。反射面の清掃が必要であると判断されるたびに、回転アーム４８は駆動モータ４９によって作動される。このドライクリーニング自動システムの使用は、塵が多く且つ水がない環境において必須である。
【００４２】
乾燥した環境において、マイクロファイバーの布で正面側のミラーの塵を取り除くことは簡単であるけれども、雨や露が混ざっているときは、塵は非常に強力な付着力で表面に付着している。水は、表面上に水の跡を残すため、表面の反射性が低減する。雨の後などは、ディッシュ１０はウェットクリーニング処理を必要とする場合がある。そのような場合、清掃されるディッシュ１０は取り除かれ、他のものに置き換えられ、現場の（onsite）ウェットクリーニング施設に送られる。この施設は、水を消耗しないようにするため、全ての水を再利用する。
【００４３】
これは、凝縮器（condenser）からの廃熱を空冷するのに選択される一つの重要な理由である（他方、砂漠では明らかに水が不足している）。エネルギーのほとんどは、ソーラーアレイ領域から除去され、大気温度が急激に下がる状況が生じるかもしれない。これは、特に夜及び早朝に、露状の重大な水分凝縮を引き起こすため、高い頻度で反射鏡１０をウェットクリーニングする必要性が生じる。プラントを経済的に実行不可能にするほど、作業と材料の価格は非常に高い。ソーラーアレイとパイプ１９を支持するフィン付き垂直支持体２３は、この範囲の廃熱の全てを消散させて、確実に結露が生じる値にまで大気温度が下がらないようにする。これらの支持体２３は中が空洞であり、温水がパイプ５１を通って支持体２３に注ぎ込まれ（図３参照）、廃熱の消散を可能にし、ディッシュ周辺の大気温度を水の凝集点より高い温度に維持する。パイプ支持体２３とパイプ５１は直列に接続され、温水はある支持体２３から別の支持体２３に流れ、温度が十分に下がると、プラント熱交換器に戻り、再度加熱される。
【００４４】
既存のデザインの主なデメリットは、ほとんどの場合、プラントにより占有される実際の土地の約２５％以下だけしか反射鏡１０で覆われないため、大量の土地が無駄になることである。これは今日、問題とならないかもしれないが、太陽エネルギーが、費用効率が高く、大きな地球規模でなされる場合、土地の値段及び使用可能性などの明らかな問題が存在する。そのため、本発明のシステムは、太陽が地球に対してちょうど垂直になるときに、ディッシュ１０が互いにほぼ接触するように（図６参照）、作られる。さらに、パラボラディッシュは、ほぼ１００％の太陽光が集められるように、図６で示されるように、四角形であり、円形ではない。これの明らかなメリットは、実質的に余計な初期投資なしで、約２５％のさらなるエネルギーが集められることである。費用は、四角形の領域を覆うように、円形のパラボラに４つの柔軟な「耳（ears）」２２を追加する分のみである。必要に応じて、プラントは、これらの４つの「耳」２２を円形のディッシュに追加することなく使用されても良く、効率がより低くなるだけである。これは、その領域からの過剰な太陽光の除去に起因して、範囲の温度が急激に下がるような場合において、必要になる場合がある。
【００４５】
各ディッシュは、図３に示されているＸ軸及びＹ軸の位置を単独で制御する２つのモータ１３，１４を有する。モータ１３は、ギア２４を使用して支持アーム１６を回転させるのに対し、モータ１４は円筒形カラー（collar）２６を回転させる。非常に薄い金属シートが使用されることにより、ディッシュは非常に安く且つ軽量になる。ディッシュは非常に軽量であるため、ディッシュを動かすのに非常に小さなモータで十分であり、モータは機械的に不利であるけれども、安価なモータの使用を可能にする。各ディッシュ１０は唯一のＸ及びＹ座標に割り当てられ、第１のディッシュは座標１，１であり、他の全てのディッシュの座標は、Ｘ及びＹグリッド上のそれらの位置により決定される。各ディッシュ１０は、そのメモリに組み込まれたディッシュの唯一の位置にあるマイクロプロセッサを備えた制御回路を有する。回路の仕事は、ディッシュ１０が太陽を追跡し、確実に太陽光が常に受光器１２上に集中するように、モータ１３，１４を制御することである。任意の時点における全てのディッシュの位置は、中央マスターコンピュータにより制御される。中央マスターコンピュータは、太陽の位置を数学的に計算し、太陽追跡センサにより常にその数学的計算を照合する。必要に応じて、さらなる手動制御がなされても良い。中央コンピュータは、任意のディッシュを動かす必要があるときはいつでも、動かしたいディッシュの座標を最初に送り、続いてそのディッシュを動かしたい量を送る。コンピュータにより送られたＸ，Ｙ座標が、その特定のディッシュのマイクロプロセッサのメモリに格納されているＸ，Ｙ座標と一致したときのみ、ディッシュは動く。
【００４６】
各ディッシュは、ディッシュ１０が受け手となる支持体のみである支持アーム１６により駆動モータに接続される。任意のディッシュの最も低い位置は、地面から約２メートル上である（図４参照）。ディッシュ間にスペースがないため、このスペースは、一次ループの反射鏡ディッシュ（reflector dish）１０、モータドライブ１３，１４、及びパイプ（管状構造部材）１７，１９，２０の全アレイについて、修理及び整備を提供する唯一の方法である。管状構造部材と実質的に垂直関係にあるパイプ２０（他の管状構造部材）の機能は、太陽が斜めのときに、冬季の間、ディッシュの自由な動きを提供することである。パイプ２０の長さは、プラントが配置されている赤道から遠ざかるほど、長くなる。プラントのサイズは非常に大きい（両方向において多数キロメートルの場合もあり得る）ため、特別に装備された電池式電動車両が、全ての点検要求のために、この空間を使用する。他のセンサと共に、戦略的に配置された、カメラ、温度センサ、熱センサ、振動センサと、各ディッシュの個々の回路からのフィードバックは、早急な対処のために、任意の問題の原因の検索に役立つ。
【００４７】
非常に多くのディッシュが動くため、いくつかのディッシュが動いていないか、又は何らかの原因で間違った位置にある可能性が常にある。これらの正常に機能していないディッシュが、正確に機能しているディッシュの自由な動きを何としても妨害せず又は妨げないようにすることは必須であり、太陽がちょうど頭上にあるときに、複数のディッシュはほぼ互いに接触しているため、カスケード効果が生じる。これは、大抵の場合、実にプラントを無用にする。それ故、正常に機能していないディッシュは、他のディッシュに全く影響を与えないことが必須である。これを確実にするため、ディッシュの焦点からディッシュの中心までの距離は、Ｄ／４以下（Ｄはディッシュの直径）である必要がある。ディッシュの形状を四角形にする（図５参照）ディッシュの４つの耳２２は柔軟であり、何かに接触すると容易に曲がる。
【００４８】
図２と図３及び図４の断面ＡＡの図に示されるように、ディッシュは、決して動かない固定焦点１２の周りを回転する。固定焦点１２を保持する主なメリットの一つは、高価で故障しやすい高温の可動ジョイントが必要でないことである。全てのパイプは固定位置のままであり、ディッシュ１０のみが動く部品となる。全ての太陽光は、ガラス又はプラスチックのフィッシュボウル１１を通って、小さな球状の黒体の受光器１２に集まる。受光器１２は、伝導及び対流に起因した熱損失を防ぐために、真空で囲まれている。この小さい球状の受光器１２は、多層絶縁体２１により保護されていない、一次ループのクーラントを運ぶパイプの唯一の部分であり、それ故、かなりのエネルギーが再放射により失われる唯一の場所となる。しかし、受光器１２の小さな表面積は、再放射となって失われるエネルギーの量が最小であり続けることを確実にする。放射量は温度の４乗に比例するため、温度が十分高い場合、小さい領域であっても多量のエネルギーを放射できる。実際、それは、再放射領域が大きい、多くのソーラーパワープラントデザイン（例えば、ソーラートラフ技術、パワータワーなど）において実現されうる最大動作温度を大幅に制限する、放射に起因したエネルギー損失である。受光器１２は、非常に効率良く光の全波長を吸収するコーティング（実質的に黒体）を備える、本質的に中空のシェル（shell）球体である。それは２つのパイプ１７（吸気及び排気）により接続され、その２つのパイプ１７を通って、不活性ガスが高圧で流れ、受光器１２により集められた熱を運び出す。
【００４９】
内パイプ１７が直列に接続されて（図４）、あるディッシュの加熱されたガスは、高温ガスが蓄熱部と熱交換器に送られる所望の温度にそのガスが達するまで、次のディッシュ受光器の吸気ガスとなる。エネルギーと温度を失った後、この冷たいガスは、一次ループに戻り再加熱される。故障の範囲を小さくするため、一次ループのクーラントガスを運ぶパイプは、全てのジョイントが溶接された、単一の連続的なパイプである。何らかの種類の故障がある場合、デザインによって、このパイプにアクセスすることは非常に難しいため、これは非常に重要なことであり、プラントの全生涯を通して、メンテナンスを必要とせずに、このパイプは動作することが好まれる。この内パイプ１７は二次パイプ１９に囲まれ、２つのパイプ間のスペースは真空を保ち、熱損失を低減する。内部ステンレス鋼パイプ１７の外面は高度に磨かれて、ミラーのような表面を持ち、放射を低減し、非常に薄い高度に磨かれた鏡面仕上げのステンレス鋼多層シールド２１で保護される（図２及び図１０参照）。金めっきを多層シールド（shielding）２１上に使用することにより、シールドの有効性を向上させることができるが、非常に高価格の金は、金めっきをあまりにも高くしすぎる。高度に磨かれた鋼鉄のより多くの層を使用するだけで、同じ有効性が実現できた。内パイプ１７と外パイプ１９の間の真空と多層シールド２１は、一次ループの全てのセクション（小さな球状の受光器１２を除く）からの放射に起因する熱損失がほぼゼロで維持されることを確実にする。
【００５０】
内パイプ１７（図３参照）の屈曲（bends）は、パイプ１７が環境大気温度であり得るとき、正午（太陽放射が最大のとき）と夜間の間の極めて重大なパイプの熱膨張を可能にする。そのため、我々は、パイプは７００°〜１０００°のケルビン（Kelvin）温度のサイクルを毎日経験し、自由な動きと膨張の許容差（allowance）が内パイプ１７に必須であると、想定しなければならない。この大きな温度範囲により、ステンレス鋼の熱膨張は約２％であり、このデザインはその動きに簡単に応える。内パイプ１７の支持は、多層熱シールド（shield）２１（図１０参照）により主に提供され、内パイプ及び外パイプを接続する細いワイヤ、図１１に示される種類の支持ディスク２５（図３参照）、及びチタンのような低い熱伝導金属の双方向の切り抜き（cut-out）バルブ３３を備えた（図１２参照）非常に薄いディスク３４の組み合わせにより補われる。最適性能のための各種類の支持体の正確な組み合わせと位置は、実験的に決定される。ワイヤは、断面積が小さいため、熱損失の最も低い形態を必然的に提供するけれども、内側を流れる高圧ガスにより生じる振動が原因で、内パイプ１７に完全な安定性を単独で提供することができない。穴が開いたディスク２５は、より強力な支持を提供し、断面積が小さく且つ熱が流れなければならない距離が長いため、熱流を制限する。第３の種類の支持は、まさに基本的に、外パイプ及び内パイプを接続する組み込み式の小さい切り抜きバルブ３３を備えた薄いシート３４（図１２参照）である、チタンの非常に薄いシートである。これらは、一定の位置に配置されるだけで、支持体であることに加え、他の部分が局所的な問題により影響されないように、真空密閉の不具合がある部分を密封するように働く。例えば、それらは、フィッシュボウルのガラス１１が外パイプ２０（図３参照）に接続する場所に配置される。それ故、フィッシュボウル１１が何らかの理由で故障するような場合も、その全てのパイプ部分内の真空密閉は、問題なく動作し続ける。また、多量の支持が、内パイプ１７の全体を囲む唯一の熱シールド２１のデザインにより提供される。これら全ての種類の支持の組み合わせは、パイプ１７のメートル長当たり、１０Ｗ未満の熱損失を提供する。１０００Ｗ／ｍ２の入射を仮定すると、この損失は十分要求の範囲内である。１０層の多層絶縁体が使用された場合、パイプのメートル長当たり５Ｗの別の最大損失を招く。この損失は、入射の約１〜２％のみであり、無視できるほどである。
【００５１】
多層絶縁体（ＭＬＩ）２１が図１０に示されている。それは、高い融点を持ち、高度に磨かれて両側が鏡面仕上げとなる、ステンレス鋼などの低熱伝導材料の非常に薄いシート（厚み０．１ｍｍ未満）から成る。衛星で使用されるＭＬＩは、金でコーティングされ、花嫁のベールの形状に織られた低伝導材料により分離された、多層の薄いシートから成る。適切で効果的な花嫁のベールを作ることが難しいため、このデザインは、１０００°ケルビン温度範囲で問題が生じ、大量生産でそれほど簡単に製造されず、又は内パイプ１７を支持するための構造的な強度を持ち、両側の金めっきがそれを極めて高くするため、コストが高くなり、必要とされる形状で組み込むことがより難しい。
【００５２】
図１０に示されるように多層絶縁体は、支持ピンを、たるみとクリープに起因した異なる層間の起こり得る接触とを防ぐ、複数の小さいくぼみのような突起４７に取り換えることにより、構成されうる。シールド２１は、非常に高い温度で日常的に加熱され冷却されて動作することを期待され、メンテナンスをせずにプラントの全生涯続くと期待される。それ故、この変更は必要と見なされる。それは、単なる、低熱伝導で両側が磨かれて鏡面仕上げとなる、ステンレス鋼又は任意の他の適当な金属などの、長くて非常に薄い（約０．１ｍｍ又はそれよりさらに薄い）金属のシートである。磨いた後、シートは、シート上にくぼみを生成する、約１ｃｍ離して間隔が空けられた多数の小径の鋭いピンを装備したローラを通り抜ける。くぼみ４７は、１ｃｍ以上離れていて、接触面積を低減することができるけれども、配管系は、メンテナンスが非常に難しくて高価であるため、少なくとも２０〜３０年続くように設計される必要がある。さらに、このようなデザインにおいて、金属のクリープがどのように進行するかについての既存のデータがなく、我々は非常に高い温度が原因でクリープによりシートが互いに接触する状況を望まないため、少し慎重になるのがより良い。しかし、くぼみ４７の接触面積は非常に小さいため、伝導による熱損失の量は、メートル長あたり数ワットのみである。鋭いピンは、小さい（深さ０．２５〜０．５ｍｍ）くぼみをシート上に作り、シートが巻かれるときにシートの異なる層が互いに接触するのを防ぐ。くぼみ４７が約０．２５ｍｍの深さより小さいと、シートは破れず、そのくぼみは滑らかな丸みを帯びた底面を持つ。シートがくぼみの底面でちょうど破れるぐらいに、くぼみがわずかにでもより深く作られると、シートが巻かれるときに極めて小さい接触面積を作り、非常に鋭く且つでこぼこしたエッジ５３（図１０参照）を持つ面を得ることになる。いずれの種類のくぼみでも使用できるけれども、熱伝導を最小に低減するために、２つの層間の接触面積を最小にし、伝導を最小限にするように設計され、先端５３でちょうど破れるくぼみ４７が好ましい。
【００５３】
理想的には、ＭＬＩ２１の各リングは、隣のリングと接触しないが、私のデザインは、シートを非常に薄くさえすれば、ほぼ同じ量の絶縁特性を実現する。シートの厚さが０．１ｍｍ未満であれば、伝導に起因した熱損失は、内パイプ１７のメートル長当たり、数ワットに保持されうる。しかし、シールドの絶縁特性を低減するため、２つの層は物理的に接触しないことが重要である。２つの層間の分離距離は重要ではなく、単に物理的に接触すべきでない。数ミクロンの分離距離は、１メートルの分離と同じ絶縁効果を持つ。しかし、実用的な目的において、我々は、シートがプラントの生涯にわたり、たるむ又は曲がる可能性があるという事実を考慮に入れて、約０．５ｍｍの分離距離を維持する。任意のシールドの交換の修理は、非常に望ましくなく扱いにくくて高価な手順である。
【００５４】
熱シールド２１（図１０参照）を作る第２の方法は、磨かれたシートを使用し、くぼみ４７を生成し、それからシートを所定サイズに切り取ることであり、これにより、増加する直径のシリンダーを溶接により作ることができる。これらのシリンダーは、シールド（shielding）の所望の数の層が形成されるまで、互いに内側に設置される。くぼみ４７は、任意の十分な接触面積により、シリンダーの個々の層が互いに接触するのを防ぐ。我々は熱伝導を低減するため、シールドのこの方法はわずかに良好な絶縁特性を持つけれども、生産コストがわずかに高く、溶接が必要なことに起因して生産率がより低い。溶接工程は溶接ジョイントで反射性をわずかに低減し、この工程の純利益はごくわずかでありうる。
【００５５】
いずれの技術が展開されても、熱シールド２１のこの形態は、このデザインの成功に必須の多くのメリットを有する。極めて簡単なデザインと適当な金属の使用は、非常に妥当な価格で、極めて速い生産速度を可能にする。数ミリメートルのスペースで、従来の数メートルの高温の熱絶縁体と同じ絶縁特性をほんのわずかなコストで実現できる。湾曲した円筒形状と小さな接触防止くぼみ４７により、本発明の熱シールドは、非常に高い温度であっても、大きな機械的強度を持ち、内パイプ１７が外パイプ１９から分離されている間、内パイプ１７に対する相当な支持を提供する。内パイプ１７が真っ直ぐな部分では、単一の長いシリンダーのシールド２１で十分である。内パイプ１７が湾曲している部分では、熱シールド２１は両端において適当な角度で、小さく一部を切り取ることにより、湾曲される。これらの部分は独立していて、互いに溶接されておらず、それにより、温度変化と共に内パイプ１７のスペースが拡張し又は縮小するのを可能にする。このシールドのデザインは、内パイプ１７に対する優れた支持を提供し、他の支持（及び必ずしもそれ）がほとんどなく、それと同時に内パイプ１７の熱膨張又は収縮に対する抵抗を提供せずに、内パイプ１７が曲がる又はたるむのを防ぐ。シールドは常に真空の中にあり、非常に厳しい動作状況にもかかわらず、百年さえも続かない理由はない。
【００５６】
外パイプ１９は、他の重要な機能に加え、一次ループ全体に構造的な支持及び強度を提供する。外パイプにより提供される剛性支持がないと、内パイプは薄弱であり、外パイプは必ず高温の内パイプの周りに真空シールドを提供し、熱損失を最小に保持する。それが、ＭＬＩシールド２１と併用した真空の優れた絶縁特性のためでなかった場合、事業の実行可能性をはるかに小さくするほど、熱損失は非常に大きくなる。ＭＬＩシールド２１の層の数を単に増加させることにより、多くのスペースを取らずに、熱損失を任意の所望の量にまで低減できる。
【００５７】
外パイプ１９，２０はまた、外パイプからの支持のみで、空気中につるされているディッシュに対する全体の支持を提供する。モータ、電子機器、及び駆動ギアの全ては、外パイプ２０上に取り付けられる。ディッシュ１０の両側で地面に取り付けられた２つの垂直支持パイプ２３は、外パイプ１９に設けられた唯一の支持である。外パイプの全てのジョイントは溶接されて、故障のない長い寿命と、内パイプ及び外パイプ間の真空完全性を提供する。外パイプは、ケルビン約５０°以下の温度範囲のみで動作し、熱膨張はパイプ１９のメートル長当たり１ｍｍ未満である。しかし、膨張と収縮に関する提供はそれでも必要とされ、図２，３に示されるように柔軟なジョイント１８により提供される。外パイプは厳しい状況下では動作しないため、高品質で高価な低炭素のステンレス鋼の代わりに、安価な軟鋼が使用されうる。
【００５８】
上述したデザインは、モータ接点で、大きな機械的なデメリットが原因となる強風の影響を非常に受けやすい。これに対するある望ましくない解決は、かなりコストがかかる頑丈な部品とモータを使用することである。さらに、砂漠全体の自然は、塵埃が非常に多く、風が強いため、全反射面に塵埃が多く堆積する。これは、頻繁にクリーニングが実施されなかった場合、効率を低下させることになる。しかし、放物面により、クリーニングは必ずしも簡単ではなく、大量の水を消費し、多くの人手が必要となるため、コストがかなり高くなる。さらに、多い塵埃とクリーニングは、非常に繊細な反射面の寿命を大幅に短くし、さらにコストを上げることになる。
【００５９】
この問題は、支柱２３の上端に配置された空気イオン化装置（air ionizers）５２と、ディッシュ１０の４辺全てに実質的垂直位置に配置された塵フィルタ５０（図５参照）の組み合わせを使用することにより、対処される。空気イオン化装置５２は、塵粒子が接地された面又は逆帯電された面にくっつくように、塵粒子を帯電させる（charge up）。ディッシュ１０は、塵と同一極性の弱い帯電を維持し、それにより塵は反射面から遠ざかる。空気イオン化装置は屋内使用のために開発されてきたけれども、この技術が屋外で使用できないという理由はない。イオン放出ピン５２の先端は、支柱２３の上端に配置される。この均等な間隔は、非常に均一な電荷分布とソーラーアレイの完全な被覆を可能にする。空気イオン化装置により必要とされるパワーは、各ディッシュから出力される最終パワーのほんのわずかであり、それらの使用は、プラントの実行可能性に全く影響を与えない。
【００６０】
垂直に配置された塵フィルタ５０は、２つの機能を持つ。その一つは、明らかに、空気中の塵を捕らえそれにくっつく（stick）ことである。２つ目は、風が力をソーラー集光ディッシュ１０に及ぼすのを防ぐことである。フィルタ５０は、ソーラーアレイの全てのディッシュの４辺全てに垂直に配置される（図５参照）。これらのフィルタは、それらの位置決めを原因とするいずれの方法においても、太陽光入射を妨げず、最多の塵粒子を捕らえ、非常に強い大気風状況であっても、ディッシュ周辺の風速をほぼゼロに低減するのに非常に効果的である。これは、あらゆる状況において、連続する最大の発電を可能にする。これは、このデザインにおいて労働集約型で高価な工程であるウェットクリーニングをディッシュ１０に対して行う必要なしに、多数の連続した週又は月の動作を可能にする。ディッシュ１０を日常的に清掃しなければならない場合、労働経費は非常に高くなり、電気の非常に安く且つ助成金が支給されていない（unsubsidized）価格でプラントを実現できない。
【００６１】
フィルタ５０は低価格で、非常に簡単なデザインであり、エアコンや他の同様の種類のものに見られるものにいくらか類似している。目的は、質量（mass）又は製造コストがほとんどなく、さらに塵粒子を効率的に捕らえることができ、水洗いできるフィルタ５０を有することである。空気イオン化装置５２を使用して負電荷となった塵粒子がより強くフィルタ５０に引きつけられ、それらにくっつくように、弱い正電荷がフィルタ５０上で維持される。フィルタ５０がかなりの塵を収集するたびに、それらは、ディッシュ１０が受けるものと類似するウェットクリーニング工程のために取り除かれる。状況に応じて、これらのフィルタ５０は、クリーニングせずに数週間使えるべきである。
【００６２】
ほこりに対する第３の防御は、それと反射面の間にマイクロファイバーの布を備えた、ディッシュ反射面１０と同じ外形形状の小さくて非常に軽量のロボットアーム４８である（図２参照）。ディッシュ１０の中心の下に搭載された小さいモータ４９が１日１回又は必要に応じて、このアームを回転させて、定期的に塵を除去する。それは、二酸化ケイ素の保護を備えた正面側ミラー上に、数ミクロンの厚さで、塵を積もらせることにより、試験された。それから、塵は、非常に小さい圧力を印加して、マイクロファイバーの布を使用して除去された（一旦、塵が布に堆積した状態で、より強い力で布を押しつけると、表面を傷つけやすい）。同じ布を洗わずに使用した１００回のクリーニングサイクルの後でさえ、表面に大きな傷はなかった。背面側ミラーでは、基材がガラス、アクリル、又は他のポリマーの場合、それに関係なく、塵はより大きな力でくっついていて、いくつかの塵は表面上に残ったままである。マイクロファイバーの布に対してより強力な圧力を使用すると、クリーニングは改善するけれども、数回のクリーニングサイクル後に、塵が布に堆積すると、表面に重大な傷をつけはじめる。ディッシュがウェットクリーニングのために送られる度に、ロボットアーム４８のマイクロファイバーの布もまた、洗浄のために送られる。
【００６３】
ロボットアーム４８はまた圧縮空気のホースに適合でき、回転したときに空気圧で塵を除去できる。圧縮空気を使用する場合、圧縮空気は水分がないことを必須とする。さもなければ、水滴が塵を表面に結合しやすくし、ウェットクリーニングだけがそれらを除去することになる。クリーニングが必要とされるたび、小さい電磁弁が開いて、圧縮空気がロボットクリーニングアームに流れるのを可能にする。それから、圧縮空気は、アームの全長に沿った小さい穴を通ってそのアームを出る。小さいモータ４９がアーム４８を回転させ、ディッシュ表面全体が清掃される。
【００６４】
雨は、塵が電荷を失い、反射面にくっつくため、いくつかの小さな問題を引き起こす一つの態様である。さらに、雨は反射面に水垢を残すため、ウェットクリーニングだけが適切に除去できる。幸いにも、ほとんどの砂漠には、１年に数日しか雨が降らないため、これは重大な問題ではないけれども、たいしたことのない迷惑よりは大きい。
【００６５】
環境が、単にあまりにもほこりまみれで、又は雨が非常に頻繁で、又はハリケーンの風力が普通である場合に使用されうる別の解決は、事実上、図８に示されるような巨大なガラスハウス２９のようなものの中で、プラントの一次ループ全体を囲むことにより、簡単に塵と風を完全に除去することである。この保護筐体は、プラントの効率を大幅に減少させることになるけれども、雨が降りやすい環境において、いくつかの重要な利点がある。「ガラス」ハウスの全ての壁は固定され、いずれの方向にも動かない。ガラスの代わりとなる好ましい材料は、不燃性のプラスチックポリマー又はテフロン（登録商標）である。ガラスは、他の材料よりも、高価で、非常に厚く且つ重く、壊滅的な故障をしやすく、光の透過を少なくする。必然的に、透明の囲いを使用すると、筐体の材料の吸収と反射により、効率はわずかに低下する。吸収量は、特定の材料に関して非常に少なく、無視できるほどである。しかし、光の反射量は光の入射角次第であり、入射角が大きいときの反射は許容できない程大きくなる。
【００６６】
光の入射角は３つの事によって決まる。一つ目は１日のうちの時間であり、２つ目は地球上での赤道に対する位置であり、３つ目は１年の中のとき（冬又は夏）である。第１と第３の要因に対する制御はないけれども、第２の要因によって生じる問題に対しては制御でき、単に確実に地球をできる限り赤道の近くに配置することにより、その問題を除去できる。不運にも、赤道の近くに陸塊（land mass）はそれほどなく、ほとんど何もなく、たいてい熱帯雨林がある。それ故、プラントのための次に最も良い場所は、砂漠状の過剰の陸塊があり、１年を通して非常に良い太陽光がある、熱帯地方である。プラントが、北回帰線上に建設されたと仮定する。夏の間、太陽は正午、真上にあり、優れたプラント効率を得ることができる。しかし、冬の間は、地軸の傾きにより、正午の最良の入射角は、約４６°となり、他の時間ではさらに悪くなる。一般的に、ほとんどの材料に関し、入射角に応じて反射される光量は、１０％未満から入射光の入射角約６０°までであり、完全に許容可能な値の範囲内にあり、それを超えて急速に増加する。それ故、任意のプラントは、理想的には赤道に配置され、赤道の北又は南にさらに移動すると、プラント効率は低下する。実際、赤道から約３０°以上離れると、冬では効率が著しく低下するため、プラントの効果がない。この問題は、保護筐体の上面を水平ではなく、太陽の方に傾けることにより、対処できる。しかし、赤道からさらに離れると、日射の低減により、プラントの費用対効果が低減する。幸いにも、熱帯地方の近くに利用できる砂漠が十分過ぎるほどある。インド、アフリカ、中東、米国、南アメリカ、中国、及びオーストラリアは、この点において、全て良く位置付けられている。北欧のための電力は、中東のアフリカから容易に提供できる。
【００６７】
プラントが赤道のかなり近くに接地されると想定した場合、いずれの日においても、正午近くの３〜４時間内に、利用可能な太陽光の約５０％が受光される。このとき、入射角は大きく、プラント効率は影響を受けない。入射角が非常に高い早朝の時間と深夜は、いずれにしても利用できるエネルギーがそれほどなく、総合的な損失は大きな心配事ではない。一般的に、囲まれたプラントを使用すると、夏はプラントの全効率の全体で１５〜２５％の低下をもたらし、冬は２５〜４０％の低下をもたらす。これは、年間平均約２０〜３０％の損失となる。当然、これらの数値は、赤道に対する位置によって決まり、赤道から離れるほど高くなる。この損失は、保護シート２９の表面に反射防止コーティングを使用することにより、約５０％低減できる。しかし、反射防止コーティングは小規模で行われているため、反射防止コーティングの現在の価格は非常に高い。そのため、それは最初は使用されないかもしれない。一旦大規模で使用されると、価格は大幅に下がる可能性が非常に高い。
【００６８】
しかし、我々は、効率の増加と保護囲い２９を使用したコスト削減の利点を考慮しなければならない。まず、常にディッシュに塵がないと、保護筐体で囲まれていないプラントよりも、効率が高くなる。塵のないディッシュにより得られるメリットの正確な値は、どの程度頻繁にディッシュが清掃されるかと、数ある中で特定環境がどの程度ほこりまみれであるかによって決まるため、その正確な値を提供するのは難しいけれども、効率の最小増加１０％の数字は非常に現実的と思われる。当然、保護筐体には塵が堆積するけれども、散在している放物線形状とは対照的に、平らで連続した面をクリーニングするのは非常に簡単である。保護筐体２９は、その上端に構築されたレール３０を備える。レール３０は、高速で連続的に頭上を通り過ぎる無人で自動のクリーニング機により使用されて、最適な運転状態を確保する。レールは、配置点２７で、外パイプ１９を支持するのに使用されるのと同じ垂直支柱支持２３によって支持される。これらの機械はまた、プラント動作に影響を及ぼさずに、日中、清掃できる。
【００６９】
上面は、完全に平らな面ではない。複数のセクションに小さな傾斜が組み込まれる。各セクションの最下点に配水管を備え、雨やクリーニングが原因で残るかもしれない過剰な水を流すことを可能にする。砂漠では多量の雨を予期しないけれども、巨大サイズのプラントは、いくつかの多少の水の除去設備を必要とする。
【００７０】
保護筐体２９は完全に気密に密閉され、内側の空気は事実上ほこり又は湿気がない状態に制御された環境となる。ディッシュ１０は、風からの持続する強打に耐える必要がないため、より安価でより軽量の材料が駆動機構１３，１４と支持構造体のために使用できる。さらに、保護筐体の内部の全体の空気は全くほこりがないため、湿度レベルが低い状態に保たれて、さびが除去されるため、全ての鉄及び鋼鉄の製品の寿命は大幅に向上する。ほこりがないと、非常に壊れやすい物をクリーニングする必要がなく、プラントの全生涯を通してミラーの反射面をクリーニングする困難さもない。これらの利点の全てが、プラントの全体の実行可能性と初期費用及び維持費について、非常に重要な効果をもたらす。
【００７１】
保護筐体２９の初期投資は非常に低い。必要とされる全ての物は、気密支持を提供するために、透明シート３２が接着される四角形の縁３１である（図７参照）。保護シートの四角形の各セクションは、一次ループのパイプ１９を支持する垂直支柱２３の位置２７で、その４つのエッジについての支持を必要とする。筐体の実際の保護シート３２は、紙のシートと同じくらいか、それより薄い。そのため、平方メートル当たりの費用は非常に低い。保護筐体２９の利点は、初期投資よりもかなり大きい。図８は、保護筐体を備えたプラントのほんの一部が、上から見たときに、どのように見えるかを示している。
【００７２】
一次ループの最後のセクションは蓄熱部（heat storage unit）である。プラントの運転停止、長引く雲による覆い、又はメンテナンスの場合に、数日のバックアップを提供できる貯蔵システムを有することが必須である。数時間のバックアップでは全く許容できない（残念なことに、今日では、許容可能な基準である）。蓄熱部の基本的なデザインが、図１３，図１４，図１５，及び図１６に示されている。図１３は、蓄熱部の基本的な外側の図を示している。高温ガスは蓄熱部に入り、そのエネルギーのいくつかを砂３９の内部に投入した後に出る。蓄熱部の内部の温度は、最大１０００°Ｋと最小８００°Ｋの間で変化することが予想される。図１４では、内部の配置がよりよく見えるように、蓄熱部の上部が断面ＢＢに沿って切り取られている。図示されていない蓄熱部の上部では、パイプが互いに単に接続していて、内パイプと外パイプが一次ループに接続している。蓄熱媒体は砂３９である。蓄熱媒体として砂を使用する場合、大きなメリットがある。第１に、当然、コストの利点である。事実上、無料の媒体を使用することにより、全体の価格又は貯蔵部は、許容可能な制限範囲内で簡単に保持される。気温が高くても、砂は極めて安定しているため、安全性が必然的に向上する。媒体が大量で既にケルビン１０００°のときに、壊滅的となりうる望まれない化学反応が、どんどん進行する可能性がない。さらに、固体であると、不測の災害が発生しても、封じ込めは非常により簡単である。長年の高い温度の後であっても、いかなる種類の汚染又は毒性物質がない。
【００７３】
砂の蓄熱容量は、重量に関しては多くの他の材料ほど高くないかもしれないけれども、砂はかなり高密度のため、体積に関してその熱容量を比較すると、非常に素晴らしい。さらに、砂よりもより良い体積蓄熱容量を持つほとんどの材料は、ケルビン１０００°以上の要求よりずっと前に、相変化又は熱分解を被るため、使用できない。任意の物質に蓄えられるエネルギー量は、温度に比例する。温度が高くなるほど、蓄えられるエネルギーが増える。それ故、１立方メートルの１０００°の砂は、かなりの量のエネルギー（約１０億ジュール）を蓄えることができる。それ故、約１００ｍ×１００ｍ×１００ｍの小さな蓄熱部であっても、１日に十分な量のエネルギーを蓄えて、大都市に電力を供給することができる。
【００７４】
蓄熱媒体として固体粉末を使用する場合、メリットとデメリットがあるけれども、このようないずれのデメリットも、本発明においてはメリットとして使用される。任意の熱い物体は、その表面のみから熱を失う。そのため、単一の大きな蓄熱部は、同じ総容量となる多数のより小さい蓄熱部と対照的に、熱損失がより少なくなるため、単一の大きな蓄熱部のほうがより良い。言い換えると、あなたは、熱損失を最小限に抑えることができる、体積比に対してできるだけ最小の表面積を理想的に望む。また、単一の蓄熱部と同じ総容量の１０個の小さい蓄熱部を備えるよりも、一つの単一の蓄熱部を構築したほうが、常に非常に安価である。大きな蓄熱部は、エネルギー損失を最小に保つために、十分に絶縁されなければならない。ほとんどの絶縁体は、導通しにくく、小さいポケットに空気を閉じ込め、非常に低密度である、繊維状の物質からなる。それらは、多くの圧縮荷重を扱うことができない。側壁と上面は簡単に絶縁されるけれども、砂が重いため、底面はそれほど簡単に絶縁されない。高温を伴っているため、任意の支持構造体は、構築するのに非常に費用が高くつく。これは、砂の低熱伝導が利点である場合である。蓄熱部は、絶縁体として機能する、砂４６の厚い緩衝材を底面に単に有する。これは、現在のデザインでは不可能な任意のサイズの蓄熱部が構築されるのを可能にする。さらに、コストは、任意の既存のデザインよりも、非常に低い。複数の小さい（約数千立方メートル）蓄熱部の場合、熱損失を許容可能な制限内に保つためには、両側を絶縁する必要がある。しかし、蓄熱部が１００万立方メートルの範囲又はそれ以上になれば、蓄熱部を取り囲む砂が蓄熱部を十分に絶縁するため、絶縁体を必要としない。
【００７５】
蓄熱部の基本的なデザインは、図１３，図１４，図１５，図１６に示されている。それは基本的に、内部のフィン（fins）４０に接続されたパイプ３７と、砂３９で満たされた空き領域を備えた、垂直のシリンダー３８である。第２のより大きなシリンダー３６は蓄熱部全体を囲み、２つのシリンダー３６，３８の間の空き領域は、高温の絶縁体３５で満たされている。特殊形状の砂の小さい粒子は、フィン４０の実際の表面積のわずかのみが砂と接触して、伝導による熱伝達を制限することを意味する。しかし、これは、高い動作温度が原因となる問題にはならない。約１０００°Ｋの温度で動作する利点は、放射に起因した熱伝導が非常に大きくなり、５０°Ｋの温度差でさえ、多くのエネルギー移動を生じさせることである。砂を使用する他の利点は、両方向（昼間はフィン４０から砂３９へ、夜間は砂３９からフィン４０へ）における効率的な放射の伝導を可能にする、非常に高い放射率である。しかし、砂の低熱伝導率は、砂を介したエネルギー移動が起こりうる割合を低減する。これが、フィン４０が、熱伝導率が良好であった場合に必要となる大きさよりも、非常に大きくなる理由である。この点において、黒鉛は砂よりも非常に良い媒体であるが、黒鉛の価格は非常に高いため、黒鉛を除外する。
【００７６】
蓄熱部は、加圧容器ではなく、大気圧で動作する。非加圧容器は任意のサイズで作ることができるため、これは蓄熱媒体として固体を使用する場合における明らかな利点である。実際、大気圧よりわずかに低く保持されて圧力を補うことが望まれれば、砂が、鋼鉄格納部の外壁３８に圧力をかける（exert）。金属パイプ３７とフィン４０の酸化の危険性を低減するために、蓄熱部の内部の空気はアルゴン又はヘリウムなどの不活性ガスである。蓄熱シリンダーの両側及び上面は、厚い層の高温の絶縁体３５により絶縁されて、エネルギー損失を最小にする。底面の厚い層の砂の緩衝材４６は、底面からの熱損失を最小にするのを確実にするのに役立つ。蓄熱シリンダーの外面３８は、金でめっきされて、放射による熱損失を低減する。これは、パイプの内側の真空及び多層絶縁体で、両端を密閉された垂直矩形パイプにより周りを囲まれる。矩形パイプは互いに接触するため、パイプを介した熱損失のみ、パイプの壁の伝導が原因で生じる。
【００７７】
しかし、短期間において電力要求は非常に高い場合があり、このため、軟鋼の固体シリンダーで作られた第２のより小さい蓄熱部がある（図１６参照）。軟鋼は、十分な蓄熱容量を持ち、非常に高い温度で動作でき、かなり安価で、砂よりもはるかに良い熱伝導率を有する。それ故、短期間に、電力急増の突然の要求があったときはいつでも、この軟鋼のコアがそれを提供することができる。それは、基本的に、高温の絶縁体４３で囲まれたシリンダー形状又は任意の他の適当な形状の鉄４２の固体ブロックであり、上端及び両側に経路を備え、それを介してクーラント（coolant）の流れ４１を可能にする。底面の絶縁体は、繊維状の高温絶縁体で満たされた空洞４４を有する。この空洞４４がアルゴンガスで加圧されると、鉄コア蓄熱部の全重量が、この加圧されたガスの空洞により、支持される。空洞４４の圧力が、それより上に、鉄コア蓄熱部の重量の平衡を正確に保つことにより、鉄コア蓄熱部は、一面の空気上に効果的に浮いている。半円の曲げ（bend）４５が、不均衡が原因の小さな移動を可能にする。これは、非常に低価格で優れた絶縁を提供する。
【００７８】
昼間、ソーラーアレイからの高温のヘリウムはまず蓄熱部を通り、ここでそのエネルギーのいくらかを預ける。ヘリウムは、蓄熱部を出た後、熱交換器に進み、そこでタービンのために水を加熱する。それから、冷却したヘリウムは、ソーラーアレイに戻り、そこで再加熱される。夜間、切り抜きバルブは、ヘリウムがソーラーアレイに戻るのを防ぎ、蓄熱部からエネルギーを集め、それを二次ループの熱交換器に移動させるために、循環する。クーラントのループの全体は閉じたループであり、いずれの段階でもいずれかのクーラントが混合することはない。
【００７９】
ソーラーパワープラントの上述した説明は、使用されることを意図された基本的な考えを提供することを意図されている。上述した基本的な考えから逸脱しない、わずかな修正及び変更があっても良いことを理解しなければならない。理論的な概念を実際の工作機械に変換することは、常に、いくつかのわずかな調整及び革新を必要とする。
【００８０】
利点
１）決して移動しない、非常に小さい固定の集中太陽光受光器
２）放射損失を最小にするために真空で囲まれた非常に小さいソーラー受光器
３）腐食しない且つ高温動作のための一次ループのヘリウムクーラント
４）下から点検するために高くしたディッシュ
５）単位面積当たり最大の太陽光収集を得るためにほぼ接触している複数のディッシュ
６）放射損失を確実に最小にするために、特別に設計された多層反射絶縁体により周りを囲まれた真空に囲まれた一次ループのパイプ全体
７）熱膨張及び収縮のために、溶接された全てのジョイント
８）安価で、高速且つ非常に大規模の生産を簡単に可能にするのに必要な形状に形成されうる、構造強度のための金属の薄いシートと共に、アクリル、ＰＶＣ、又は他の適当な材料などの材料からなる薄いシートを使用した、複合シート−軽量−正面側ミラーのディッシュ
９）最大面積を覆うための四角形の形状のパラボラディッシュ
１０）ディッシュ動作のために設計された衝突防止の設備
１１）一次クーラントパイプシステムは、パラボラディッシュが有する支持のみを提供する。
１２）何らかの不具合が一次ループ内で発生した場合に、自己密閉デザインは、正常に機能しないのはそのループの非常に小さい部分だけで、プラントがほぼ完全な能力で機能し続けることを確実にする。
１３）空気イオン化（air ionization）及びフィルタを使用して、塵を捕らえ、ディッシュ上の塵の堆積を最小限にする、自動除塵システム。
１４）自動ドライクリーニングシステムを使用して、節水し且つ労働経費を減らす、自動ディッシュクリーニング。
１５）戦略的に配置された塵フィルタを使用した風防。
１６）廃熱を取り除き、それにより全てのパワープラントの水の大量消費を排除する、自然対流空冷システム。
１７）かなりのエネルギー除去にもかかわらず、望ましい範囲の環境大気温度の維持。
１８）水を必要とせず、それ故、最も乾燥し、最も荒れ果てた、遠く離れた砂漠に、プラントを建設することを可能にする、プラント全体。
１９）非常に頻繁に雨が降る地域のための、囲まれた透明の気密筐体。
２０）保護筐体を洗浄するために、レールが取り付けられたクリーニングシステム。
２１）プラントのデザインは、プラントの全寿命を通して、ディッシュがクリーニングをほとんど必要としないことを確実にする。
２２）非常に低い蓄熱建築費を可能にする、砂と鋼鉄の蓄熱部。
２３）任意のサイズ及び容量の単一の蓄熱部が建設されうる。
２４）極めて高温で動作可能な蓄熱部。
２５）非常に短い時間に増加する高電力を提供できる、第２の鋼鉄コアの蓄熱部。
２６）１日２４時間、１年３６５日の発電能力
２７）化石パワープラントのバックアップを必要としない。
２８）連続する雲の覆い又は他の自然の制御できない事象が生じた場合に、何日もの間動作するための十分な蓄熱。
【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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【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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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