(57)【要約】  一実施形態において、太陽集熱器は、熱パイプ及び少なくとも一つの冷却フィンを含む。該少なくとも一つの冷却フィンは熱パイプに対して非垂直第１角で取り付けられている。さらなる実施形態においては、太陽集熱器の製造方法に加え、熱の移動方法が開示される。【選択図】図１
2010538192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱パイプと少なくとも一つの冷却フィンとを備え、前記少なくとも一つの冷却フィンが前記熱パイプに対して非垂直第１角で取り付けられている、太陽集熱器。
【請求項２】
前記熱パイプが、太陽電池に取り付けられたベースプレートから実質的に垂直に延びる、請求項１に記載の太陽集熱器。
【請求項３】
前記熱パイプが液体を含む内部室を有する、請求項１に記載の太陽集熱器。
【請求項４】
太陽集熱器が地表面に対して平行であり、太陽が前記太陽集熱器の直上にあり、熱パイプの周囲に空気の動きがないとき、前記少なくとも一つの冷却フィンが対流を介して熱パイプを冷却するように構成されている、請求項１に記載の太陽集熱器。
【請求項５】
複数の冷却フィンが前記熱パイプに取り付けられている、請求項１に記載の太陽集熱器。
【請求項６】
太陽集熱器から熱を移動させる方法であって、
熱パイプ、少なくとも一つの冷却フィン、及び太陽電池を備える太陽集熱器を提供し、前記少なくとも一つの冷却フィンが熱パイプに対して非垂直第１角で取り付けられること；
太陽電池に太陽光線を反射すること；
太陽電池から熱パイプへ過剰な熱を移動させること；
対流を介して熱パイプから該熱パイプ外の周囲の空気へ熱を移動させること
を含む方法。
【請求項７】
前記対流が前記非垂直第１角である冷却フィンによって増加される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
熱パイプ内の液体を蒸気まで加熱するステップ、及び蒸気から熱パイプの表面へ熱を移動させるステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
太陽集熱器の製造方法であって、
熱パイプ、及び少なくとも一つの冷却フィンを提供すること、及び
前記少なくとも一つの冷却フィンを熱パイプに対して非垂直第１角で取り付けること
を含む太陽集熱器の製造方法。
【請求項１０】
前記非垂直第１角が実質的に１ないし４５°の範囲である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
複数の冷却フィンを用いる、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの冷却フィンが曲線、円形、楕円形、多角形、及び長方形のうちの少なくとも一つである、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、角度付き冷却フィンを備える太陽集熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多くの太陽集熱器、その使用方法及び製造方法が存在する。これらの太陽集熱器は太陽放射を電気に変換する為に用いられることがある。既知の太陽集熱器においては、太陽集熱器は反射面、太陽電池、熱パイプ及び複数の冷却フィンを備える。該反射面は、太陽放射を電気に変換して機器に電力を供給する、太陽電池に太陽光を反射する。熱パイプは該太陽電池に取り付けられる。複数の冷却フィンが、熱パイプに対して垂直角に、熱パイプに取り付けられる。太陽電池が熱くなると、過剰な熱は熱パイプへと移動する。熱パイプ内の液体は加熱されて蒸気となり、該蒸気は熱パイプの内部表面を加熱し、加熱された熱パイプの表面は冷却フィンへ熱を移動させ、冷却フィンは自然な対流により熱パイプの周囲の空気へ熱を移動させる。
【０００３】
しかしながら、熱パイプに対する冷却フィンの垂直特性のため、熱パイプから周囲の空気への対流熱の伝達率は特定の条件下で減少する。例えば、太陽が太陽集熱器の直上にある場合、該太陽集熱器は地表面に対して平行であり、熱パイプの周りの周囲の空気の流れが無く、熱パイプに対する冷却フィンの垂直な配置は、対流を介した周囲の空気への熱パイプの冷却の助けとはならない。これは、地面に対する冷却フィンの平行な配置は、熱された周囲の空気が上昇するのを困難にするからである。このような状況では、熱パイプが過度の熱を周囲の空気に十分に移動させることができないために、太陽電池が損傷を受けることがある。このようなタイプ又は他のタイプの太陽集熱器には、さらなる問題が存在するかもしれない。
【０００４】
一又は複数の既存の太陽集熱器及び／又は方法に関する一又は複数の問題を減らすために、太陽集熱器、使用方法、及び／又は製造方法が必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一側面において、太陽集熱器は熱パイプ及び少なくとも一つの冷却フィンを備える。該少なくとも一つの冷却フィンは熱パイプに対して非垂直第１角で熱パイプに取り付けられる。
【０００６】
本開示の他の一側面において、太陽集熱器から熱を移動させる方法が提供される。一ステップでは、熱パイプ、少なくとも一つの冷却フィン、及び太陽電池を備える。該少なくとも一つの冷却フィンは熱パイプに対して非垂直第１角で取り付けられる。さらなるステップでは、太陽光線が太陽電池に反射される。さらなるステップでは、過剰な熱が太陽電池から熱パイプへ移動される。さらなるステップでは、対流を介して、熱パイプから熱パイプ外の周囲の空気へ熱が移動される。
【０００７】
本開示のさらなる側面では、太陽集熱器の製造方法が提供される。一ステップでは、熱パイプ及び少なくとも一つの冷却フィンが提供される。他のステップでは、少なくとも一つの冷却フィンが熱パイプに対して非垂直第１角で取り付けられる。
【０００８】
本開示のこれら及び他の特徴、側面及び利点は、以下の図面、記載及び請求の範囲によりさらに理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】直上にある太陽からの太陽光線を利用して電気を作るための太陽電池装置の一実施形態の前面図である。
【図１Ａ】図１の実施形態の１Ａ−１Ａを示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａの実施形態の熱パイプの１Ｂ−１Ｂでの断面図を示す図である。
【図２】図１の実施形態の左側面図を示す図である。
【図２Ａ】図２の２Ａ−２Ａを示す図である。
【図３】異なる環境条件にさらされた他の配置における図１の実施形態の左側面図である。
【図４】異なる環境条件にさらされた他の配置における図１の実施形態の左側面図である。
【図５】太陽集熱器からの熱の移動方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図６】太陽集熱器を製造する方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【００１０】
以下の詳細な記載は、本開示を実行するための現在考えられる最良の形態である。本開示の範囲は添付の請求の範囲から明確であり、当記載は限定された意味にとらえられず、単に本開示の一般的な原則を説明する目的のためのものである。
【００１１】
図１は、太陽１４からの太陽光線１２を利用して電気を作り出すための太陽電池装置１０の一実施形態の前面図を示している。さらなる図として、図２は図１の実施形態の左側面図を示している。図１及び２に示されるように、太陽電池装置１０は実質的に垂直なスタンド部材１６、サポートスタンド部材１８、及び複数の太陽集熱器２０を備えていてもよい。該実質的に垂直なスタンド部材１６は、地表面２１に対して実質的に垂直な方向に延びる円形部材を含んでいてもよい。該垂直スタンド部材１６は、太陽集熱器２０の配向及び／又は方向を変えるために、地表面２１に対して回転するように構成されていてもよい。他の実施形態では、実質的に垂直なスタンド部材１６は固定されていてもよく、追跡機構がスタンド部材１８及び取り付けられた複数の太陽集熱器２０を、太陽を追跡する位置に向けるようにしてもよい。他の実施形態では、スタンド部材１６は、他の形状、サイズ、配置、あるいは方向であってもよく、及び／又は様々な方向に動けるようになっていてもよい。正確に平行な配置又は正確に平行な配置から１°以内である、実質的に平行な配置でサポートスタンド部材１８に取り付けられた太陽集熱器２０を備えるサポートスタンド部材１８は垂直スタンド部材１６に枢動可能に取り付けられた長方形の部材を備えていてもよい。サポートスタンド部材１８は、太陽集熱器２０の配向及び／又は方向を変えるために、垂直スタンド部材１６に対して枢動可能に構成されていてもよい。
【００１２】
図１及び２に示される実施形態では、サポートスタンド部材１８及び平行配置された太陽集熱器２０双方の地表面２１に対する角度２３は０°であり、太陽１４が太陽集熱器２０の直上にあり、熱パイプ２８の周囲の空気４２は静止して動きがない。他の実施形態では、垂直スタンド部材１６の周りにサポートスタンド部材１８を回転させることにより、サポートスタンド部材１８及び取り付けられた太陽集熱器２０双方の地表面２１に対する角度２３は変化し、太陽１４は地表面２１に対して異なる位置にあり、及び／又は熱パイプ２８の周囲の空気４２は様々な角度に動く。垂直スタンド部材１６を地表面２１に対して回転させること、及び／又はサポートスタンド部材１８を地表面２１に対して傾けることにより、日中に太陽１４が空を移動する間、太陽光線１２の最大量を集める理想的な配向にこれらを位置させるように太陽集熱器２０が向けられることに注意すべきである。
【００１３】
太陽集熱器２０の一つの拡大図を示すために、図１Ａは図１の実施形態の１Ａ−１Ａでの図を示し、図２Ａは図２の２Ａ−２Ａでの図を示している。図１Ａ及び２Ａに示されるように、各太陽集熱器２０は、反射面２２、太陽電池２４、ベースプレート２６、熱パイプ２８、及び複数の冷却フィン３０を備えていてもよい。該反射面２２は、太陽光線１２を太陽電池２４に向かわせるために湾曲していてもよい。該太陽電池２４は太陽光線１２を集めて、大規模な設備の一部である一つ又は複数の装置又はコンバーターに電気を提供するために太陽光線１２からの熱を利用する。太陽電池２４は、熱パイプ２８に取り付けられたベースプレート２６に取り付けられていてもよい。該ベースプレート２６は、長方形、湾曲した形状又は他の型、形状、サイズ、配置、又は方向であってもよい。熱パイプ２８はベースプレート２６から実質的に垂直に延長されていてもよい。
【００１４】
複数の冷却フィン３０は、それぞれ熱パイプ２８に対して非垂直第１角４０で取り付けられていてもよい。冷却フィン３０は、曲線、円形、楕円形、多角形、長方形、及び／又は他の型、形状、サイズであってもよい。１０ないし２０の冷却フィン３０が各熱パイプ２８に取り付けられてもよい。他の実施形態では、如何なる数の冷却フィン３０が各々の熱パイプ２８に取り付けられてもよい。該冷却フィン３０は、銅、鉄、あるいは他の導体材料からなってもよい。該非垂直第１角４０は、１ないし４５°の範囲であってもよい。一実施形態では、該非垂直第１角４０は、１ないし１０°の範囲であってもよい。他の実施形態では、該非垂直第１角４０は、１０ないし２０°の範囲であってもよい。さらに他の実施形態では、該非垂直第１角４０は、２０ないし３０°の範囲であってもよい。さらに他の実施形態では、非垂直第１角４０は、３０ないし４５°の範囲であってもよい。他の実施形態では、非垂直第１角４０は、熱パイプ２８に対して垂直ではない如何なる角度を含んでもよい。
【００１５】
過剰な熱による太陽電池２４の損傷を制限するため及び／又は避けるために、太陽電池２４は、過剰な熱を熱パイプ２８へ移動させるように構成されてもよい。図１Ａの実施形態の熱パイプ２８の１Ｂ−１Ｂでの断面図である図１Ｂに示されるように、熱パイプ２８は、水又は他の液体といった、液体３４を含む、中が空洞の内部室３２を有する円形パイプ部材を備えていてもよい。該熱パイプ２８は、太陽電池２４の過剰な熱によって加熱され、熱パイプ２８の室３２内の液体３４を蒸気３６へ気化させるように構成されていてもよい。蒸気３６は、伝導４１を介して、蒸気３６から熱パイプ２８の表面３８へ熱を移動させるように構成されていてもよい。加熱された熱パイプ２８は、冷却フィン３０による対流３４を介して、熱パイプ２８から熱パイプ２８の外部の周囲の空気４２へ熱を移動させるように構成されていてもよい。
【００１６】
冷却フィン３０の非垂直第１角４０は、熱の上昇の効果のため、各冷却フィン３０において低点４４から高点４６へ流れる、加熱された周囲の空気４２熱パイプ２８から周囲の空気４２への、対流熱の移動４３の割合及び／又は総量を、熱パイプに垂直な既存の冷却フィンよりも増加させる。これは、太陽電池２４からの過剰な熱の移動をより早く及び／又は多量にして、過剰な熱による太陽電池２４の損傷を制限及び／又は回避を助ける。これは、サポートスタンド部材１８及び平行配置である太陽集熱器２０双方の地表面２１に対する角度２３が０°であり、太陽１４が太陽集熱器２０の直上にあり、熱パイプ２８の周囲の空気４２が静止して動かない状態である図１及び２の実施形態において特に重要である。フィンの間の加熱された空気が垂直に上昇することができない多くの既存の垂直な冷却フィンは、冷却フィンに沿った均一な高さのために、このような条件での熱パイプの冷却を助長しない。
【００１７】
さらに、冷却フィン３０の非垂直第１角４０は、太陽集熱器２０の配置、太陽１４の位置、及び熱パイプ２８の周囲の空気４２が動いているかどうかにかかわらず、加熱された周囲の空気４２熱パイプ２８から周囲の空気４２への、対流熱の移動４３の割合及び／又は総量を、熱パイプに垂直な既存の冷却フィンよりも増加させる。例えば、サポートスタンド部材１８及び平行配置である太陽集熱器２０双方の地表面２１に対する角度２３が適度に傾き、太陽１４が太陽集熱器２０から適度に角度を有し、熱パイプ２８の周囲の空気４２が僅かに動いている状態である、図１の実施形態の左側面図を示す図３の実施形態では、熱パイプ２８から周囲の空気４２への熱の移動４３はさらに増加する。
【００１８】
同様に、サポートスタンド部材１８及び平行配置である太陽集熱器２０双方の地表面２１に対する角度２３が実質的に傾き、太陽１４が太陽集熱器２０から実質的に角度を有し、熱パイプ２８の周囲の空気４２が実質的に動いている状態である、図１の実施形態の左側面図を示す図４の実施形態では、熱パイプ２８から周囲の空気４２への熱の移動４３はさらに増加する。
【００１９】
図５は太陽集熱器２０から熱を移動させる方法の実施例１４８のフローチャートを示している。一ステップ１５０では、熱パイプ、少なくとも一つの冷却フィン３０、及び太陽電池２４を備える太陽集熱器２０が提供される。該少なくとも一つの冷却フィン３０は、非垂直第１角４０で熱パイプ２８に取り付けられる。該非垂直第１角４０は実質的に１ないし４５°の範囲、あるいは他の実施形態では、様々な角度であってもよい。該冷却フィン３０は、曲線、円形、楕円形、多角形、長方形、及び／又は他の型、形状、サイズであってもよい。複数の冷却フィン３０が熱パイプ２８に取り付けられてもよい。該熱パイプ２８は太陽電池２４に取り付けられたベースプレート２６から実質的に垂直に延長されていてもよい。
【００２０】
他のステップ１５２では、太陽光線１２は太陽電池２４に反射されてもよい。さらなる他のステップ１５４では、太陽電池２４からの過剰な熱が熱パイプ２８に移動されてもよい。さらなる他のステップ１５６では、熱パイプ２８内の液体３４が蒸気３６まで加熱されてもよい。さらなる他のステップ１５８では、熱が蒸気３６から熱パイプ２８の表面３８へ移動されてもよい。さらなるステップ１６０では、熱パイプ２８からの熱は対流を介して熱パイプ２８の外部の周囲の空気４２へ移動されてもよい。非垂直第１角である冷却フィン３０の使用は、対流４３の量を増加させる。対流プロセス４３の間、該太陽集熱器２０は地表面２１に平行であってもよく、太陽１４は太陽集熱器２０の直上にあってもよく、熱パイプ２８の周囲の空気４２は動いていなくともよい。さらに他の実施形態では、熱パイプ２８から熱パイプ２８の周囲の空気４２への対流４３を介して、太陽集熱器２０の配置、太陽１４の位置、及び熱パイプ２８の周囲の空気４２が動くかどうかにかかわらず、熱が移動されてもよい。
【００２１】
図６は、太陽集熱器２０を製造する方法の実施形態２７０のフローチャートを示している。一ステップ２７２では、熱パイプ２８及び複数の冷却フィン３０が提供される。他のステップ２７４では、少なくとも一つの冷却フィン３０が熱パイプ２８に対して非垂直第１角４０で取り付けられる。該少なくとも一つの冷却フィン３０は、曲線、円形、楕円形、多角形、長方形、及び／又は他の型、形状、サイズであってもよい。複数の冷却フィン３０が用いられてもよい。非垂直第１角４０は、実質的に１ないし４５°の範囲、あるいは他の実施形態では、様々な角度であってもよい。
【００２２】
本開示の一又は複数の実施形態は、一又は複数の既存の太陽集熱器及び／又は方法に対する一又は複数の以下の優れた利点を提供する：熱パイプ２８及び／又は太陽電池２４の冷却の増進させる（例えば、熱の移動）；太陽電池２４の過剰な加熱による損傷及び／又はコストを低減させる；太陽集熱器２０の配置、太陽１４の位置、及び熱パイプ２８の周囲の空気４２が動いているかどうかにかかわらず、熱パイプ２８から熱パイプ２８の周囲の空気４２への対流４３を増加させる；及び／又は、一又は複数の既存の太陽集熱器及び／又は方法に対する一又は複数の優れた利点を有する。
【００２３】
無論、上記の開示は本開示の例示的な実施形態に関するものであり、以下の請求の範囲において示されるように、本開示の精神及び範囲から逸脱せずに修正が行われることは理解されるべきである。
【図１】
2010538192.tif 000003
【図１Ａ】
2010538192.tif 000004
【図１Ｂ】
2010538192.tif 000005
【図２】
2010538192.tif 000006
【図２Ａ】
2010538192.tif 000007
【図３】
2010538192.tif 000008
【図４】
2010538192.tif 000009
【図５】
2010538192.tif 000010
【図６】
2010538192.tif 000011