(57)【要約】  密閉式太陽エネルギー利用装置及びシステムにおいて、この装置は、少なくとも一つの光線入口（１１２）が設置された相対的に密閉した第１のチャンバ（１１１）として形成された第１の受光器（１１０）と、第１のチャンバの内壁又は内部空間内に設置された少なくとも一つの光エネルギー変換素子（１０２）と、それぞれ対応する光線入口と密閉して組み合わせて、外部から収集された太陽光が光線入口を介して第１のチャンバ内に入るように案内する少なくとも一つの導光装置（１０４）とを含む。太陽光が相対的に密閉したチャンバ内に導かれたため、光エネルギー変換素子と一回のみ接触すると散失することがなく、収集された限られた太陽エネルギーをできるだけ十分に利用し、さらに変換効率を高める。
2018523459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの光線入口が設置された相対的に密閉した第１のチャンバとして形成された第１の受光器と、
前記第１のチャンバの内壁又は前記第１のチャンバの内部空間内に設置された少なくとも一つの光エネルギー変換素子、又は少なくとも一つの光エネルギー変換素子及び少なくとも一つの光反射素子と、
それぞれ対応する前記光線入口と密閉して組み合わせて、外部から収集された太陽光が前記光線入口を介して前記第１のチャンバ内に入るように案内する少なくとも一つの導光装置とを含むことを特徴とする密閉式太陽エネルギー利用装置。
【請求項２】
太陽光を対応する前記導光装置の光路入口に集光し、少なくとも一つのフレネルユニットを含む歯面である少なくとも一つの集光屈折面を有する、少なくとも一つの集光装置をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記歯面のマクロ曲面の形状が回転曲面又は共軸面であり、或いは、
前記歯面の表面に透過率を高めるための膜がコーティングされていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
少なくとも一つの前記光エネルギー変換素子は太陽光パネルであり、前記光反射素子又は前記集光屈折面は金属コーティング膜を有し、前記金属コーティング膜が前記太陽光パネルの負極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
さらに前記光線入口に設置された発散レンズを含み、或いは、
前記導光装置の光出射の方向とそれに対向する内壁の法線方向とが角をなすことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記光エネルギー変換素子は前記第１のチャンバの内部空間内に設置され、かつその支持構造が立体形状に形成され、前記光エネルギー変換素子は前記支持構造の外面に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のチャンバには、さらに、第１の作動媒体が前記第１のチャンバに入るための少なくとも一つの第１の作動媒体入口と、第１の生成物が前記第１のチャンバから離れて外部接続された循環システム内に入るための少なくとも一つの第１の生成物出口とが設置され、前記第１の生成物は、太陽光からのエネルギーの少なくとも一部が前記第１の作動媒体に作用した後に得られた物質であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
少なくとも一つの前記光エネルギー変換素子は太陽光パネルであり、
前記太陽光パネルと電気的に接続され、電気エネルギーを蓄積し、スーパーコンデンサ、充電式電池及び空気圧縮機から選択されたエネルギー蓄積装置と、
前記太陽光パネルと電気的に接続され、前記太陽光パネルから出力された直流電力を交流電力に変換する交流インバータと、
それぞれ電圧、電流、電力、チャンバ内の作動媒体の貯蔵量及び温度の集合から選択された一種又は複数種である装置の動作パラメータを検出して表示する状態センサ及び状態表示装置と、
前記状態センサの検出結果に基づいて装置の動作状態を制御するコントローラと、のうちの一種又は複数種をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
さらに、少なくとも一つの前記光線入口が設置された第２のチャンバとして形成された第２の受光器を含み、
前記第２の受光器は、前記第１のチャンバの内部空間内に少なくとも部分的に設置され、
少なくとも一つの前記光エネルギー変換素子は、前記第２のチャンバの内壁又は前記第２のチャンバの内部空間内に設置され、
少なくとも一つの前記導光装置は、前記第１のチャンバの前記光線入口を貫通して前記第２のチャンバの前記光線入口と組み合わせて、外部から収集された太陽光が前記第２のチャンバ内に少なくとも部分的に入るように案内することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２のチャンバの前記光線入口と組み合わせる前記導光装置は、前記第２のチャンバの前記光線入口と密閉して組み合わせることにより、前記第２のチャンバが相対的に密閉し、
前記第２のチャンバには、さらに、第２の作動媒体が前記第２のチャンバに入るための少なくとも一つの第２の作動媒体入口と、第２の生成物が前記第２のチャンバから離れて外部接続された循環システム内に入るための少なくとも一つの第２の生成物出口とが設置され、前記第２の生成物は、太陽光からのエネルギーの少なくとも一部が前記第２の作動媒体に作用した後に得られた物質であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１のチャンバの側部又は底部にはさらに第１の可動開口が設置され、前記第１の可動開口は移動可能なドアにより密閉するか又は開けることができ、或いは、
一つの前記第１の作動媒体入口又は一つの前記第１の生成物出口が前記第１の可動開口として形成され、或いは、
前記第２のチャンバの側面又は底部が前記第１のチャンバから露出しかつ第２の可動開口が設置され、或いは、
一つの前記第２の作動媒体入口又は一つの前記第２の生成物出口が前記第２の可動開口として形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１のチャンバの内壁には前記光エネルギー変換素子又は前記光反射素子が敷き詰められ、或いは、
前記第２のチャンバの内壁には前記光エネルギー変換素子が敷き詰められ、或いは、
前記第２のチャンバの外壁には前記光エネルギー変換素子又は前記光反射素子が敷き詰められ、或いは、
前記第１の作動媒体と前記第２の作動媒体は、淡水、海水、アルコール、冷媒、液体窒素の集合から選択された同じ又は異なる種類のものであることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
請求項７に記載の密閉式太陽エネルギー利用装置と、
少なくとも前記第１の生成物出口と接続されたか、又は少なくとも前記第１の作動媒体入口及び前記第１の生成物出口と接続された第１の管路システムと、前記第１の管路システムにおける一部の管路の開閉を制御する少なくとも一つのバルブと、前記第１の管路システム内に接続され、蓄積、エネルギー変換、又はエネルギー交換に用いられる少なくとも一つのノード装置とを含む開放式又は密閉式の循環システムである第１の循環システムと、を含むことを特徴とする太陽エネルギー利用システム。
【請求項１４】
前記第１の作動媒体は液体であり、前記第１の生成物は少なくとも前記第１の作動媒体の気化物を含み、
前記ノード装置のタイプは、気体貯蔵装置、タービン発電機、作動媒体回収装置の集合から選択された一種又は複数種を含み、
各前記ノード装置は、その上記集合での順序に従って、前記第１の生成物出口から、前記第１の生成物の流れの方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ノード装置のタイプはさらに加圧装置を含み、前記加圧装置の上流が前記第１の管路システムを介して一つの前記タービン発電機の下流又は一つの前記作動媒体回収装置の下流と接続され、前記加圧装置の下流が前記第１の管路システムを介して一つの前記第１の作動媒体入口と接続されていることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
さらに、一つの密閉式の循環システムに外部接続されて、該循環システムが用いた第３の作動媒体を圧縮する圧縮機を含み、
前記圧縮機が前記作動媒体回収装置の内部に少なくとも部分的に設置されていることにより、前記第３の作動媒体は、圧縮される場合に前記作動媒体回収装置における前記第１の作動媒体と熱交換を行うことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
請求項１０に記載の密閉式太陽エネルギー利用装置と、
少なくとも前記第１の生成物出口と接続されたか、又は少なくとも前記第１の作動媒体入口及び前記第１の生成物出口と接続された第１の管路システムと、前記第１の管路システムにおける一部の管路の開閉を制御する少なくとも一つのバルブと、前記第１の管路システム内に接続され、蓄積、エネルギー変換、又はエネルギー交換に用いられる少なくとも一つのノード装置とを含む開放式又は密閉式の循環システムである第１の循環システムと、
少なくとも前記第２の生成物出口と接続されたか、又は少なくとも前記第２の作動媒体入口及び前記第２の生成物出口と接続された第２の管路システムと、前記第２の管路システムにおける一部の管路の開閉を制御する少なくとも一つのバルブと、前記第２の管路システム内に接続され、蓄積、エネルギー変換、又はエネルギー交換に用いられる少なくとも一つのノード装置とを含む開放式又は密閉式の循環システムである第２の循環システムと、を含むことを特徴とする太陽エネルギー利用システム。
【請求項１８】
前記第２の作動媒体は淡水又は海水であり、
前記第２のチャンバ内に位置する少なくとも一つの前記光エネルギー変換素子は光電変換素子であり、前記第２のチャンバ内には、さらに前記光電変換素子と電気的に接続された正電極及び負電極が設置され、前記正電極及び前記負電極は水を電解して正電極で酸素を生成し、負電極で水素を生成し、
前記第２の生成物出口は二つであり、それぞれ水素出口及び酸素出口であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第２の循環システムの前記ノード装置内には、少なくとも二つの気体入口及び少なくとも一つの生成物出口を有する反応炉を含み、
前記反応炉の一つの前記気体入口は前記第２の管路システムを介して前記水素出口と接続され、前記反応炉の他の一つの前記気体入口は二酸化炭素を含有する気体を入れ、
前記反応炉は、太陽エネルギー集光加熱又は電気加熱の方式で二酸化炭素と水素とを反応させてメタン及び水を生成し、
前記反応炉の少なくとも一つの前記生成物出口は、反応により生成された前記メタンを前記反応炉から離すためのものであることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーンエネルギーの技術分野に関し、具体的には太陽エネルギーを利用する密閉式太陽エネルギー利用装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境保護を日増しに重視するにつれて、太陽エネルギーシステムはますます広く適用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在使用されている太陽エネルギーシステムには二つの問題があることが多く、一方では環境条件に限られて、太陽エネルギーを収集できる時間及び空間が限られ、他方では現在の技術レベルに限られて、光エネルギー変換素子（例えば太陽光パネル）の変換効率は一般的には高くないため、収集された限られた太陽光の大部分は、光エネルギー変換素子と一回接触した後、変換できずに失われた。失われた太陽光は光害を引き起こす。
従って、太陽エネルギー変換効率を向上させることができる太陽エネルギー利用装置の開発は必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によると、少なくとも一つの光線入口が設置された相対的に密閉した第１のチャンバとして形成された第１の受光器と、第１のチャンバの内壁又は第１のチャンバの内部空間内に設置された少なくとも一つの光エネルギー変換素子、又は少なくとも一つの光エネルギー変換素子及び少なくとも一つの光反射素子と、それぞれ対応する光線入口と密閉して組み合わせて、外部から収集された太陽光が光線入口を介して第１のチャンバ内に入るように案内する少なくとも一つの導光装置とを含む密閉式太陽エネルギー利用装置を提供する。
【０００５】
本発明の別の態様によると、上記密閉式太陽エネルギー利用装置と第１の循環システムとを含む太陽エネルギー利用システムを提供する。第１のチャンバには、さらに、第１の作動媒体が第１のチャンバに入るための少なくとも一つの第１の作動媒体入口と、第１の生成物が第１のチャンバから離れて第１の循環システム内に入るための少なくとも一つの第１の生成物出口とが設置され、第１の生成物は、太陽光からのエネルギーの少なくとも一部が第１の作動媒体に作用した後に得られた物質である。第１の循環システムは、少なくとも第１の生成物出口と接続されたか、又は少なくとも第１の作動媒体入口及び第１の生成物出口と接続された第１の管路システムと、第１の管路システムにおける一部の管路の開閉を制御する少なくとも一つのバルブと、第１の管路システム内に接続され、蓄積、エネルギー変換、又はエネルギー交換に用いられる少なくとも一つのノード装置とを含む開放式又は密閉式の循環システムである。
【０００６】
本発明の別の態様によると、前記第１の受光器及び第１の循環システムを含み、さらに第２の受光器及び第２の循環システムを含む太陽エネルギー利用システムを提供する。第２の受光器は、相対的に密閉した第２のチャンバとして形成され、第２のチャンバに少なくとも一つの光線入口が設置され、第２の受光器は、少なくとも一部が第１のチャンバの内部空間内に設置され、少なくとも一つの光エネルギー変換素子は、第２のチャンバの内壁又は第２のチャンバの内部空間内に設置され、少なくとも一つの導光装置は、第１のチャンバの光線入口を貫通して第２のチャンバの光線入口と密閉して組み合わせて、外部から収集された太陽光が第２のチャンバ内に入るように案内する。第２のチャンバには、さらに、少なくとも一つの第２の作動媒体入口及び少なくとも一つの第２の生成物出口が設置されている。第２の循環システムは、少なくとも第２の生成物出口と接続されたか、又は少なくとも第２の作動媒体入口及び第２の生成物出口と接続された第２の管路システムと、第２の管路システムにおける一部の管路の開閉を制御する少なくとも一つのバルブと、第２の管路システム内に接続され、蓄積、エネルギー変換、又はエネルギー交換に用いられる少なくとも一つのノード装置とを含む開放式又は密閉式の循環システムである。
【０００７】
本発明に係る密閉式太陽エネルギー利用装置は、収集された太陽光を導光装置により相対的に密閉したチャンバ内に導くことで、太陽光が光エネルギー変換素子と一回のみ接触すると散失することがなく、チャンバ内に利用可能な熱エネルギーに変換するか、又は反射された後に光エネルギー変換素子と再度又は複数回接触して太陽光が直接変換される（例えば、電気エネルギーに変換される）効率を高めることにより、収集された限られた太陽エネルギーをできるだけ十分に利用することができる。
【０００８】
本発明に係る太陽エネルギー利用システムは、密閉式太陽エネルギー利用装置と循環システムとを接続することで、循環システムの作動媒体が密閉式太陽エネルギー利用装置の作動チャンバ内に太陽光の吸収及び変換に関与し、太陽光のエネルギーをより十分に利用することができるだけでなく、より多くの機能の拡張にも役立ち、例えば、循環システムにより太陽エネルギーを、蒸気による運動エネルギー又は長期貯蔵可能な化学エネルギーなどの利用可能な他の形態のエネルギーに変換することができる。
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る具体例について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の密閉式太陽エネルギー利用装置の概略図である。
【図２】本発明におけるフレネル屈折面を生成するための二種類の同軸面の概略図である。
【図３】本発明における二つの歯面を有する集光装置の概略図である。
【図４】実施例２の密閉式太陽エネルギー利用装置の概略図である。
【図５】実施例３の密閉式太陽エネルギー利用装置の概略図である。
【図６】実施例４の太陽エネルギー利用システムの概略図である。
【図７】実施例５の太陽エネルギー利用システムの概略図である。
【図８】実施例６の太陽エネルギー利用システムの概略図である。
【図９】実施例７の太陽エネルギー利用システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１１】
本発明に係る密閉式太陽エネルギー利用装置の一つの実施形態は、図１に示すように、第１の受光器１１０、光エネルギー変換素子１０２、光反射素子１０３、導光装置１０４及び集光装置１０５を含む。
【００１２】
第１の受光器１１０は、相対的に密閉した第１のチャンバ１１１として形成され、第１のチャンバには光線入口１１２が設置されている。本明細書における「相対的に密閉した」とは、チャンバ内に入射した太陽光とチャンバ内に存在している物質が自由に散失することがないことをいう。一方では、光線入口を介してチャンバ内に入った太陽光にとって、チャンバの壁を透過してチャンバから離れて散失することがなく、例えば、光反射材料でチャンバを製造する。他方では、チャンバ内に存在している物質にとって、チャンバ内に完全に密閉されたか、又は制御可能な方式で外部と連通し、例えば、バルブ付きの管路を介して外部と連通し、連通の制御が可能であるため、チャンバの「相対的に密閉した」ことに影響することがない。
【００１３】
本実施例における光エネルギー変換素子１０２はシート状を呈し、第１のチャンバの内壁に設置されたと見なすか、又は第１のチャンバの内部空間内に設置されたと見なすことができる。光エネルギー変換素子は、太陽光を他のエネルギーに変換するための機能素子、例えば太陽光パネルであり、それによって生成された電気エネルギーが線路（図示せず）を介してチャンバから引き出される。光エネルギー変換素子は、必要に応じて一つ又は複数設置することができ、シート状でチャンバの内壁に敷設してもよく、チャンバの内部空間内に設置するとともに、その支持構造が立体形状、例えば長方体、六面体、球体、楕円体などに形成されてもよく、このような場合、光エネルギー変換素子は、支持構造の外面に設置され、例えば、支持構造の外面に敷き詰められている。
【００１４】
本実施例における光反射素子１０３は、第１のチャンバの内壁に設置され、必要に応じて一つ又は複数設置することができる。他の実施形態において、光反射素子は必要に応じてチャンバの内部空間内に設計してもよい。光反射素子は、内壁コーティング又は反射材料粘着などの方式で製造することができる。他の実施形態において、光エネルギー変換素子は一般的に一定の反射能力を有するため、専用の光反射素子を設置しなくてもよい。好ましい実施形態として、第１のチャンバの内壁には光エネルギー変換素子又は光反射素子を敷き詰めることにより、一方では太陽光に対する密閉をよく実現することができ、他方では太陽光の変換効率を十分に向上させることができる。光エネルギー変換素子が立体形状でチャンバの内部空間内に設置された場合、チャンバの内壁には光反射素子を敷き詰めることができる。
【００１５】
本実施例において、第１のチャンバには、さらに一つの第１の作動媒体入口１１３及び二つの第１の生成物出口１１４、１１５が設置されている。第１の作動媒体入口は、第１の作動媒体が第１のチャンバに入るためのものであり、第１の生成物出口は、第１の生成物が第１のチャンバから離れて外部接続された循環システム内に入るためのものであり、第１の生成物は、太陽光からのエネルギーの少なくとも一部が第１の作動媒体に作用した後に得られた物質である。例えば、第１の生成物は、光エネルギー変換素子により生成された熱で加熱された後の第１の作動媒体であり、加熱の温度が十分に高いと、第１の生成物は、相転移が発生した第１の作動媒体を含んでもよく、第１の生成物は、第１の作動媒体が太陽光パネルにより生成された電気エネルギーで電解された後に得られた生成物であってもよく、或いは、複数種の第１の作動媒体が同時に第１のチャンバ内に混合されると、第１の生成物は、これらの混合物が高温で化合して得られた生成物であってもよい。必要に応じて入口及び出口の数を設定し、例えば、作動媒体及び生成物の種類の数に基づいて設定することができる。
【００１６】
本実施例において、第１の作動媒体は淡水又は海水であり、第１の生成物は二種類を含み、一つの種類は加熱した後の水であり、チャンバ下部に位置する出口１１４から得ることができ、他の種類は気化した後の水蒸気であり、チャンバの上部に位置する出口１１５から得ることができる。第１の作動媒体が淡水である場合、本装置は熱水生成装置として用いることができ、第１の作動媒体が海水である場合、本装置は海水淡水化の作用を果たすこともでき、出口１１５から得られた水蒸気が凝縮した後に淡水になり、出口１１４は海水残留物（残留塩を含む）の排出口として用いることができる。チャンバの耐用年数を延長するために、チャンバ内壁に防水及び防食処理を行うことができる。エネルギーの散失を防止するために、チャンバの外面を断熱材料で被覆してもよい。
【００１７】
他の実施形態において、第１のチャンバは、一つだけの第１の生成物出口を有してもよく、例えば、熱水出口又は水蒸気出口だけを有する。他の実施形態において、必要に応じて他のタイプの第１の作動媒体、例えばアルコール、冷媒（フロンなど）、液体窒素を選択してもよい。他の実施形態において、第１のチャンバを完全に密閉して、光エネルギー変換素子のみにより、変換された後のエネルギーを出力してもよく、チャンバ内に媒体を充填しても充填しなくてもよい。このような場合、放熱又は熱の再利用の目的のために、第１のチャンバの一部又は全部を一つの開放式又は密閉式の液体プール、例えばリザーバ、湖、川、海、熱水供給システムの水槽などに浸漬することができる。
【００１８】
導光装置１０４は、対応する光線入口１１２と密閉して組み合わせて、外部から収集された太陽光が光線入口を介して第１のチャンバ内に入るように案内する。導光装置は、様々な従来の光伝導技術によって製造し、例えば中実透明材料又は中空管で製造することができ、その外面又は内面に反射膜がコーティングされることにより、太陽光は導光装置に入った後に光線入口に進んでチャンバ内に入射することしかできない。
【００１９】
本実施形態において、さらに、光線入口１１２に設置された発散レンズ１１６を含む。発散レンズを用いて光線入口に入った太陽光が発散されることにより、太陽光が光線入口に対向する壁（例えば太陽光パネル又は反射ミラー）に照射した後に反射し戻されて、光線入口を介してチャンバから出射することをできるだけ防止する。発散レンズは、具体的には、光線入口１１２と一体に設計されてチャンバに取り付けられてもよく、導光装置の光路出口と一体に設計して導光装置に取り付けられてもよい。太陽光が発散レンズを通過した後に発散する円錐形で例えば太陽光パネルに照射し、太陽光パネルの周辺に反射ミラーを設置することにより太陽光パネルで反射された光を複数回利用することができる。他の実施形態において、発散レンズを用いず、他の方式により太陽光が光線入口から散失することを減少させたり防止したりしてもよく、例えば、導光装置をチャンバ内に適切な深さまで挿入したり、導光装置の光出射の方向とそれに対向する内壁の法線方向とが角をなしたりなどすることができる。これらの異なる方式は、互いに組み合わせて用いることができる。
【００２０】
集光装置１０５は、太陽光を対応する導光装置の光路入口に集光し、集光装置は、より大きな面積を有してより多くの太陽光を受光できる少なくとも一つの集光屈折面を有する。本実施例において、光路方向に沿って順次設置された二つの集光屈折面１０５１、１０５２を有することにより、より高い集光効果を得る。また、集光屈折面（又は該屈折面が位置する光学素子の他面）には、さらに透過率を向上させるための膜をコーティングすることで、太陽光の集光装置内の反射損失を低減し、集光効率を高めることができる。
【００２１】
本実施例において、一つの光線入口、対応する一つの導光装置及び一つの集光装置を概略的に示し、他の実施形態において、第１のチャンバに複数の光線入口、対応する複数の導光装置及び複数の集光装置を配置してもよく、このような場合、一つの光線入口から入射した太陽光が他の光線入口から散失しにくくなるように光線入口の位置を設計すると注意すべきである。或いは、複数の入口及び単一の出口を有する導光装置を配置することにより、複数の集光装置により集光された太陽光を一つの出口からチャンバに入射させてもよい。
【００２２】
好ましい実施形態として、集光屈折面は、フレネルレンズによって提供された歯面を用いることができ、理解を容易にするために、以下、まず関連する概念について説明する。
【００２３】
フレネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）レンズは薄型レンズである。一般的なレンズの連続的な元の曲面を複数の部分に分割し、各部分の厚さを低減した後に各部分の曲面を同一の平面又は同一の実質的に滑らかな曲面上に配置すると、フレネルレンズが形成される。このように元の曲面から進化してきた不連続の屈折面はフレネル屈折面と呼ぶことができ、一般的には階段状又は歯状をなす。理論的には、フレネル屈折面は、対応する元の曲面と比較して近似した光学性能を有するが、厚さが大幅に減少する。一つの元の曲面（又は元の曲面の一部）で生成されたフレネル屈折面は、フレネルユニットと呼ぶことができる。
【００２４】
フレネル屈折面を生成するための従来の元の曲面は、一般的には光軸に対して対称の曲面、例えば球面、回転放物面などの回転曲面である。従来の元の曲面の焦点は一つの点にあるため、「共焦点面」と呼ぶことができる。本発明において、元の曲面は任意の形態の共軸面であり、応用の必要に応じて具体的に設定することができる。いわゆる共軸面は、焦点が同一の直線にある（必ずしも同一の点にあるとは限らない）曲面を意味し、該直線は「共軸線」と呼ぶことができる。従来の共焦点面は、共軸面の共軸線が一つの点になった場合の特例と見なすことができる。共軸であるが共点ではない元の曲面を用いると、フォーカス位置に設置された検出素子を小さい面積（焦点に対応する）から短冊状（焦点からなる共軸線に対応する）に拡張することにより、コストを著しく増加させずに、信号収集能力を向上させかつ局部過熱の問題を解決することができる。典型的な共軸面は回転曲面（二次又は高次の回転曲面を含む）、柱面、錐面などを含む。柱面は、等断面共軸面とも呼ぶことができ、このような曲面は、共軸線の垂直方向に沿って任意の点で切断されて得られた断面の形状及びサイズはいずれも一致し、円柱面は柱面の一つの特例である。錐面の共軸線に沿った断面は類似する形状を有するがサイズが異なり、円錐面は錐面の特例である。図２は以上の二種類の共軸面を示し、図２（ａ）は等断面共軸面であり、図２（ｂ）は円錐形共軸面であり、その焦点Ｆはいずれも各々の共軸線Ｌに位置する。
【００２５】
一つ又は複数のフレネルユニットで構成されたマクロ屈折面は、歯面と呼ぶことができ、それと対向する実質的に滑らかであるか又は平らな面は裏面と呼ぶことができる。一つだけのフレネルユニットを含む歯面は「簡単フレネル屈折面」と呼び、二つ以上のフレネルユニットを含む歯面は「複合フレネル屈折面」と呼ぶことができる。一般的には、複合フレネル屈折面での各フレネルユニットの基本的なパラメータ（例えば面積、焦点距離、対応する元の曲面の形状、元の曲面の分割に用いられる同心リングの数など）はいずれも柔軟に設定することができ、完全に同じでも、部分的に同じでも、完全に異なってもよい。一つの実施形態において、複合フレネル屈折面での各フレネルユニットがそれぞれ自分の光学中心を有するが、焦点は同一の点、一つの直線、又は一つの限られた領域内にある。これは、該複合フレネル屈折面を構成した各フレネルユニットに対して空間配置を行うことにより実現することができる。これらのフレネルユニットは一つのマクロ曲面、例えば平面、二次曲面（球面、楕円面、円柱面、放物柱面、双曲柱面を含む）、高次多項式曲面（非球面の通常の実現方式）、複数の平面で継ぎ合わせされた折面及び階段面などに配置されたと考えることができる。
【００２６】
歯面と裏面を柔軟に組み合わせることで異なるタイプの素子を形成することができる。例えば、一つの歯面と一つの裏面を有するフレネルレンズは「片面フレネルレンズ」と呼ぶことができ、さらに、歯面が「簡単フレネル屈折面」であると、レンズが「片面の簡単フレネルレンズ」であり、歯面が「複合フレネル屈折面」であると、レンズが「片面の複合フレネルレンズ」である。両面がいずれも歯面のフレネルレンズは「両面フレネルレンズ」と呼ぶことができ、かつ同様に、歯面のタイプに応じてさらに「両面の簡単フレネルレンズ」と「両面の複合フレネルレンズ」に分けることができる。両面フレネルレンズの一つの歯面が簡単フレネル屈折面であり、他の歯面が複合フレネル屈折面であると、「両面混合フレネルレンズ」と呼ぶことができる。また、変形として、両面フレネルレンズにおいて、歯面の一つが「簡単フレネル屈折面」であると、該歯面は従来の凸レンズ面又は凹レンズ面で取り替えてもよい。
【００２７】
同一の光路に二つ以上の歯面を設置することにより、集光装置は、より高い集光能力を有することができる。図３は二つの歯面を有する集光装置を示し、複合フレネル屈折面ｓ３及び簡単フレネル屈折面ｓ４は、一つの両面フレネルレンズによって同時に提供してもよく、二つの片面フレネルレンズによって提供してもよい。
【００２８】
本明細書に係る集光装置及び発散レンズは、いずれも凸レンズ又は凹レンズの光学特性を有するフレネルレンズ又はフレネルレンズの組み合わせを用いることができる。
【００２９】
反射ミラーは、一般的にガラス、プラスチックなどの材料に反射膜をコーティングする方式で得られ、反射膜及び集光屈折面上の透過率向上用の膜は、一般的に金属膜である。光電効果により、光は金属膜に照射すると自由電子を生成する。従って、光エネルギー変換素子が太陽光パネルである場合、反射ミラー又は集光屈折面上の金属膜を太陽光パネルの負極と電気的に接続し、例えば、直接直列接続又は並列接続するか、又はコンデンサによって直列接続又は並列接続することにより、光電変換効率を高め、静電気を除去するという目的を達成することができる。
【００３０】
本実施例に係る密閉式太陽エネルギー利用装置を用いると、一方では、太陽光は密閉されたチャンバ内に集光され、そのエネルギーはほぼ完全に熱エネルギー又は電気エネルギーに変換されて十分に利用され、他方では、チャンバ内に水を導入して熱水及び水蒸気を生成することにより、電気エネルギーに変換されていない太陽エネルギーを熱エネルギー又は他の方式によってより十分に吸収して利用し、より豊富な機能を得ることができ、例えば、熱水を提供するか、海水淡水化を実現するか、又は水蒸気を利用して二次発電を行うことができる。
【００３１】
また、太陽光パネル及び反射ミラーなどの素子はいずれもチャンバ内に密閉されたため、光による汚染が発生することがないだけでなく、周辺の生態環境に悪影響を及ぼすこともない。従来の一般的な大型太陽エネルギー発電所は、変換効率が低いだけでなく、光による汚染が厳しく、露出した太陽光パネルが鳥及び昆虫を殺傷することが多く、環境を破壊するだけでなく、洗浄の必要性を増加させる。
【実施例２】
【００３２】
本発明に係る密閉式太陽エネルギー利用装置の別の実施形態は、図４に示すように、第１の受光器２１０、光エネルギー変換素子２０２、光反射素子２０３、導光装置２０４、集光装置２０５及び第２の受光器２２０を含む。
【００３３】
本実施例及び以下の実施例において、実施例１と同じ名称の部材は、相違点を明確に説明したものを除き、いずれも実施例１における説明を参照することができるため、説明を省略する。
【００３４】
第１の受光器は、相対的に密閉した第１のチャンバ２１１として形成され、その上に一つの第１の作動媒体入口２１３及び一つの第１の生成物出口２１５が設置され、第１の作動媒体が水であり、出口２１５が水蒸気出口である。第１のチャンバの内壁には光反射素子２０３が敷き詰められている。
【００３５】
第２の受光器２２０は、第２のチャンバ２２１として形成され、第２のチャンバに一つの光線入口２２２が設置されている。導光装置２０４は第１のチャンバの光線入口（図示せず）を貫通して第２のチャンバの光線入口と組み合わせて、外部から収集された太陽光が第２のチャンバ内に少なくとも部分的に入るように案内する。本実施例において、導光装置の光路出口と第２のチャンバの光線入口とが間隙を有することにより、太陽光の一部が第１のチャンバに入り、他の部分が第２のチャンバ内に入る。この場合には、第１のチャンバと第２のチャンバが一つの導光装置を共用すると見なすことができる。他の実施形態において、導光装置は、第２のチャンバの光線入口と密閉して組み合わせることにより、太陽光が全部第２のチャンバに入ってもよく、さらに第２のチャンバも相対的に密閉し、このような場合、第１のチャンバにその使用に備える導光装置及び／又は集光装置を単独に配置することができる。
【００３６】
光エネルギー変換素子２０２は、第２のチャンバの内壁に設置され、即ち、第１のチャンバの内部空間に設置されたことに相当する。他の実施形態において、光エネルギー変換素子は第２のチャンバの内部空間内に設置されてもよい。好ましい実施形態として、第２のチャンバの内壁に光エネルギー変換素子を敷き詰めることができ、第２のチャンバの外壁に光エネルギー変換素子又は光反射素子を敷き詰めることができる。
【００３７】
本実施例において、第２の受光器は完全に第１のチャンバの内部空間内に設置されている。他の実施形態において、必要に応じて、第２の受光器は第１のチャンバの内部空間内に部分的に設置され、残りの部分が第１のチャンバから露出してもよく、第２の受光器の第１のチャンバから露出した部分は第１のチャンバと密閉して組み合わせる必要がある。
【００３８】
本実施例において、少なくとも一つの光エネルギー変換素子は太陽光パネルであり、太陽エネルギーを変換して得られた電気エネルギーをよりよく蓄積し利用するために、本実施形態において、さらに追加素子としての下記エネルギー蓄積装置２５１、交流インバータ２５３、状態センサ及び状態表示装置（図示せず）、コントローラを含み、他の実施形態において、電気エネルギーを生成するための部材を有する限り、応用の必要に応じてそのうちの一種又は複数種を選択的に含むことができる。
【００３９】
エネルギー蓄積装置２５１は、電線を介して、電気エネルギーを生成する部材（例えば太陽光パネル２０２）と電気的に接続され、電気エネルギーを蓄積するものである。エネルギー蓄積装置は、スーパーコンデンサ、充電式電池及び空気圧縮機から選択することができる。エネルギー蓄積装置は、接続された直流電圧出力装置２５２によりユーザに様々な電圧の直流出力を直接提供することができる。
【００４０】
交流インバータ２５３は、エネルギー蓄積装置と電気的に接続され（他の実施形態において、直接太陽光パネルと電気的に接続されてもよい）、太陽光パネルから出力された直流電力を、例えば６０ヘルツ１２０Ｖ又は５０ヘルツ２２０Ｖの交流電力に変換するためのものであり、直接ユーザに交流出力を提供しても、グリッド接続スイッチボックスに外部接続して、電気エネルギーをグリッドにフィードバックしてもよい。
【００４１】
状態センサ及び状態表示装置（図示せず）は、それぞれ動作パラメータを検出して表示し、これらの動作パラメータは、電圧、電流、電力、チャンバ内の作動媒体の貯蔵量及び温度などの集合から選択された一種又は複数種である。
【００４２】
コントローラは、状態センサの検出結果に基づいて装置の動作状態を制御する。例えば、装置全体のオンオフを制御し、パラメータに異常が出現する時に自動警報を行うなどが挙げられる。コントローラを用いると、動作状態に基づく自動制御を実現することができ、太陽エネルギー利用装置の使用範囲を拡張することに役立つ。
【実施例３】
【００４３】
本発明に係る密閉式太陽エネルギー利用装置の別の実施形態は、図５に示すように、第１の受光器３１０、光エネルギー変換素子３０２、光反射素子３０３、導光装置３０４、集光装置３０５及び第２の受光器３２０を含む。
【００４４】
本実施例及び以下の実施例において、実施例２において初めて出現した部材と同じ名称の部材は、相違点を明確に説明したものを除き、いずれも実施例２における説明を参照することができるため、説明を省略する。
【００４５】
第１の受光器は、相対的に密閉した第１のチャンバ３１１として形成され、その上に一つの第１の作動媒体入口３１３及び一つの第１の生成物出口３１５が設置されている。
【００４６】
第２の受光器３２０は相対的に密閉した第２のチャンバ３２１として形成され、第２のチャンバに三つの光線入口（図示せず）が設置されている。三つの導光装置３０４は、第１のチャンバの三つの光線入口（図示せず）を貫通して第２のチャンバの光線入口と密閉して組み合わせて、外部から収集された太陽光が第２のチャンバ内に入るように案内する。本実施例において、対応して三つの集光装置３０５が設置されている。
【００４７】
本実施例において、第２のチャンバにはさらに一つの第２の作動媒体入口３２３及び一つの第２の生成物出口３２５が設置されている。第２の作動媒体入口は、第２の作動媒体が第２のチャンバに入るためのものであり、第２の生成物出口は、第２の生成物が第２のチャンバから離れて外部接続された循環システム内に入るためのものであり、第２の生成物は、太陽光からのエネルギーの少なくとも一部が第２の作動媒体に作用した後に得られた物質である。第１の作動媒体と第１の生成物との間の関係と同様に、第２の生成物は、加熱した後の第２の作動媒体、気化した第２の作動媒体、又は第２の作動媒体の分解又は化合の生成物などである。チャンバの耐用年数を延長するために、チャンバ内壁に防水及び防食処理を行うことができる。
【００４８】
第１の作動媒体と第２の作動媒体は、同じ又は異なる種類を選択することができる。異なる種類の作動媒体を選択する場合、第１のチャンバと第２のチャンバにそれぞれ異なる循環システムを外部接続することで異なる機能を実現することができる。同じ種類の作動媒体を選択する場合、第１のチャンバと第２のチャンバに外部接続された循環システムは、同一のものであるか又は互いに連通して集中的な大電力を実現することができる。
【００４９】
本実施例において、第２のチャンバの底部が第１のチャンバから露出することで、第２の作動媒体入口３２３は可動開口として形成され、移動可能なドア３２３１により密閉するか又は開けることができる。該可動開口は、第２のチャンバの清掃及び保守用開口とすることができるため、清掃及び保守操作のために、そのサイズは、比較的に大きく設計することができる。他の実施形態において、第２の生成物出口を可動開口として形成しても、第２のチャンバの側面又は底部に清掃及び保守用の独立した可動開口を設置してもよい。同様に、第１のチャンバの側面又は底部に清掃及び保守用の可動開口を設置してもよく、一つの第１の作動媒体入口又は一つの第１の生成物出口を可動開口として形成してもよい。
【００５０】
本実施例の装置は、大型太陽エネルギー発電所の建設に適用し、海辺又は海面上に建築することができ、陸地面積を節約するだけでなく、豊富な太陽エネルギーを得ることができる。第２の作動媒体は海水を用いる。第１のチャンバの外面に防食、防水及び断熱処理を行った後、第１の受光器を直接海水中に浸漬することができる。動作時、例えば電動の方式で移動可能なドア３２３１を開けることで、海水が第２のチャンバに入るとともに第２のチャンバ内の残渣を除去し、次にドア３２３１を密閉すると、太陽エネルギーを利用して発電するとともに第２のチャンバ内の海水を加熱して、出口３２５から水蒸気を得て、海水淡水化を実現することができる。必要に応じて、装置全体を海水から取り出し、ドア３２３１を開けて海水が蒸発した後の残渣を得て化学工業原料として用いることもできる。本実施例における第１の作動媒体は、接続された循環システムのニーズに応じて選択することができ、例えば密閉式循環システムが外部接続された場合、フロン、アルコールなどの低い温度で気化可能な液体を用いることができる。
【実施例４】
【００５１】
本発明に係る太陽エネルギー利用システムの実施形態は、図６に示すように、密閉式太陽エネルギー利用装置及び第１の循環システムを含む。
【００５２】
本実施例において、密閉式太陽エネルギー利用装置の構造は、実施例１と同様に、第１の受光器４１０、太陽光パネル４０２、光反射素子（図示せず）、導光装置４０４及び集光装置４０５を含む。
【００５３】
第１の循環システムは、開放式の循環システムである。本明細書において言われた「開放式の」とは、システムにおける作動媒体が開路循環であることを意味し、作動媒体はシステムの外部に流出しかつシステムの外部から補充することができ、例えば、水を作動媒体として用いる場合、外部の給水システムから冷水を入れ、次に加熱した後の水をユーザに供給して使用に備えるシステムは、開放式の循環システムであり、また、水を水素及び酸素に電解して放出するシステムも開放式の循環システムである。開放式の循環システムにおいて、管路は回路を構成する必要がない。言われた「密閉式の」とは、システムにおける作動媒体が閉路循環であることを意味し、作動媒体はシステムの内部に循環し、損失が実質的に生じず、例えば、冷媒を作動媒体として圧縮機内で圧縮放熱させ、次に熱交換器で膨張して吸熱するシステムは、密閉式の循環システムである。密閉式の循環システムにおいて、管路は回路を構成する必要がある。一つの循環システムは、開放式と密閉式との間に切り換えることもでき、例えば、管路が回路を構成した場合、システムの外部と接続されたバルブを閉じることにより、システムを開放式システムから密閉式システムに変更する。
【００５４】
第１の循環システムは、複数の管路４３１（完全に図示せず）で構成された第１の管路システム、少なくとも一つのバルブ４３２（完全に図示せず）及び少なくとも一つのノード装置を含む。
【００５５】
本実施例において、第１の管路システムは、一つの第１の作動媒体入口４１３及び二つの第１の生成物出口（熱水出口４１４、水蒸気出口４１５）と接続されたが、回路を構成しない。他の実施形態において、必要に応じて、第１の管路システムは、第１の生成物出口のみと接続されてもよく、第１の作動媒体は、他の方式で、例えば可動開口を介して第１のチャンバ内に補充することができる。簡単のために、以下の説明において、管路を具体的に言及せず、特に説明するものを除いて、作動媒体及び生成物の流れはいずれも管路により行われる。
【００５６】
本実施形態において、バルブで第１の管路システムにおける管路の開閉を制御し、各バルブがそれぞれ一部の管路を制御し、必要に応じて管路の全部又は一部にバルブを配置することができる。簡単のために、以下の図面において、いずれも管路に設置されたバルブを省略する。バルブは、自動バルブ、例えば管路内の圧力によって開閉を制御するバルブであってもよく、制御システムの命令に従って電動制御を行うバルブであってもよい。用いられたバルブは、流量制御の機能を有してもよい。
【００５７】
ノード装置は、第１の管路システム内に接続され、蓄積、エネルギー変換又はエネルギー交換に用いられる。様々なノード装置を配置することにより豊富な機能を実現することができる。
【００５８】
本実施例において、第１の作動媒体は、液体、例えば水であり、第１の生成物は水蒸気である。ノード装置は、水蒸気を貯蔵する気体貯蔵装置４３３１と、水蒸気で発電する（直流）タービン発電機４３３２と、発電した後の熱水を回収する作動媒体回収装置４３３３とを含む。各ノード装置は、上記順序に従って、出口４１５から水蒸気の流れの方向に沿って配置する。他の実施形態において、用いられたノード装置のタイプは上記集合における一種又は複数種のみを含んでもよい。また、同一の種類のノード装置は複数設置されてもよく、例えば水蒸気の生成量の大きさに応じて、複数の気体貯蔵装置及びタービン発電機が直列又は並列に設置されてもよい。太陽光パネル及びタービン発電機によって生成された電気エネルギーは、いずれも実施例２で説明したエネルギー蓄積装置内に入れるか又は直接ユーザに提供して使用に備えることができる。
【００５９】
動作時、冷水は矢印方向に沿って入口４１３を介して第１のチャンバに入り、受熱して気化した後に気体貯蔵装置４３３１に貯蔵され、エネルギーを用いる必要がある場合、対応するバルブを開けて水蒸気をタービン発電機４３３２に入れると発電することができ、発電した後の水蒸気の気圧及び温度がいずれも低下し、気体又は液体の形態で作動媒体回収装置４３３３に入る。作動媒体回収装置４３３３は、温水器として用いることができ、用いる必要がない場合、貯蔵された水を第１のチャンバに還流することができ、この場合に、第１の循環システムは密閉式システムに変換する（出口４１４はこの場合に第１の作動媒体入口として機能する）。用いる必要がある場合、矢印方向に沿って熱水を放出することができる。また、作動媒体回収装置４３３３内の温度が十分でない場合、出口４１４を介して直接第１のチャンバからより高い温度の熱水を得ることもできる。
【００６０】
普通の太陽光パネルの変換効率は、使用時間の経過に伴って低下するが、本実施例のシステムに対して、太陽光が密閉されたチャンバ内に繰り返して利用されるため、電気エネルギーに変換できない光も熱エネルギーに変換されて蓄積されるか又は変換され続けるため、太陽光パネルの変換効率が低下しても、全体の変換効率に実質的な影響を及ぼすことがなく、本実施例のシステムはより長い耐用年数及び安定性を有する。
【００６１】
本実施例のシステムは、家庭用太陽エネルギーシステムとして用いることができ、熱水と電気エネルギーを同時に提供することができ、さらにエネルギーを蓄積することができ、持続的な使用に役立ち、自然条件による太陽エネルギーへ影響が大きいという問題を解決する。
【実施例５】
【００６２】
本発明に係る太陽エネルギー利用システムの別の実施形態は、図７に示すように、密閉式太陽エネルギー利用装置及び密閉式の第１の循環システムを含む。
【００６３】
本実施例における密閉式太陽エネルギー利用装置の構造は、実施例２と実質的に類似し、第１の受光器５１０、光エネルギー変換素子（図示せず）、光反射素子（図示せず）、導光装置５０４、集光装置５０５及び第２の受光器５２０を含む。本実施例における密閉式太陽エネルギー利用装置は、実施例２と比較して、導光装置５０４が第２のチャンバの光線入口と密閉して組み合わせて第２のチャンバが相対的に密閉するという点が異なる。
【００６４】
第１の循環システムは、回路を構成した第１の管路システム（図示せず）、少なくとも一つのバルブ（図示せず）及び複数のノード装置を含む。実施例４と類似する気体貯蔵装置５３３１及びタービン発電機５３３２に加えて、本実施例におけるノード装置のタイプは、さらに加圧装置５３３４を含む。加圧装置の上流が第１の管路システムを介してタービン発電機の下流と接続され、加圧装置の下流が第１の管路システムを介して第１の作動媒体入口５１３と接続されている。他の実施形態において、まずタービン発電機の下流に作動媒体回収装置を設置し、次に作動媒体回収装置の下流に加圧装置を設置してもよい。
【００６５】
本実施例のシステムの動作方式は、実施例４と類似しているが、タービン発電機からの気体又は液体は加圧装置で加圧した後に第１のチャンバ内に戻り、再度蒸気となって出口５１５から流出するという点が異なる。本実施例のシステムは外部に熱水を提供することがなく、液体が循環使用され、実質的に損失がないため、第１の作動媒体は、フロン、アルコールなどの低沸点の液体を用いることもできる。
【００６６】
本実施例において、第１の受光器は直接光エネルギーを受けず、太陽光が第２の受光器において生成した熱エネルギーのみを受ける。第２の受光器は第１の受光器内に密閉されているため、第２の受光器で電気エネルギーに変換されていない光エネルギーは完全に熱エネルギーに変換され、かつ第１の受光器に十分に吸収されて第１の作動媒体を気化するためのエネルギーとなる。第１の受光器の外部周辺及び第１の管路システムの外部に断熱保護を行うことで、熱エネルギーの散失を低減することができる。
【００６７】
本実施例のシステムは、太陽光を実質的に全部電気エネルギーに変換することができ、エネルギー浪費が小さくかつ実質的な媒体損失を有していないため、効率及び信頼性に対する要求がいずれも高いシーンに適用され、例えば、中小型分散式太陽エネルギー発電所の建設に適用され、例えば屋上又は頂上に設置されている。
【実施例６】
【００６８】
本発明に係る太陽エネルギー利用システムの別の実施形態は、図８に示すように、密閉式太陽エネルギー利用装置、第１の循環システム、充電式電池６５１及び圧縮機６４０を含む。
【００６９】
本実施例における密閉式太陽エネルギー利用装置は、実施例１又は実施例２と類似する構造を用いることができ、第１のチャンバ６１１及び集光装置６０５（残りの部材は図示せず）を含む。集光装置６０５は、例えば集光タイルの形態で建物の屋根として形成することができる。空間サイズが小さいから一つの屋根で収集された太陽光が不足すると、他の屋根（図示せず）に集光装置を装着し、さらに導光管を介して第１のチャンバ内に導くこともできる。
【００７０】
第１の循環システムは、開放式の循環システムであり、実施例４における第１の循環システムと類似しているが、充電式電池６５１を用いてエネルギーを蓄積するため、ノード装置において気体貯蔵装置を省略し、水蒸気出口６１５が直接タービン発電機６３３２と接続されているという点が異なる。作動媒体回収装置６３３３は、温水器として用いられ、矢印で示すように、一方では外部から冷水を入れかつ入口６１３を介して第１のチャンバに供給し、他方では外部に熱水を提供する。
【００７１】
充電式電池６５１は、密閉式太陽エネルギー利用装置及びタービン発電機によって生成された電気エネルギーを蓄積しかつ様々な電力消費装置、例えばシステム全体のコントローラ６５４、圧縮機６４０、エアコン６４１の送風装置及び電気炉６５５などに供給して使用に備えることができる。
【００７２】
圧縮機６４０は、密閉式の循環システムに外部接続されて、該循環システムが用いた第３の作動媒体を圧縮する。本実施例において、第３の作動媒体を用いた該密閉式の循環システムは、エアコン６４１及び冷蔵庫６４２の熱交換装置を含む循環システムであってもよい。
【００７３】
圧縮機６４０が作動媒体回収装置の内部に少なくとも部分的に設置されていることにより、第３の作動媒体は、圧縮される場合に作動媒体回収装置における第１の作動媒体と熱交換を行う。
【００７４】
現在、家庭で用いられた一般的なエネルギー消費装置の通常の配置は、不合理な点が存在しているため、エネルギーの浪費を引き起こす。例えば、夏には、エアコンが電気エネルギーを消費して熱を室外に排出する必要があり、冷蔵庫、温水器が動作する時に室内に熱を生成し、これらの熱は必ずエアコンの冷却の負荷を増加させる。冬には、室内の熱を増加させることが望ましい。本実施例のシステムは、部屋構造と組み合わせてこれらの問題を解決することができる。
【００７５】
例えば、本実施例のシステムを部屋の屋根裏に設置することができ、屋根裏と室内との間に開閉可能な断熱ドア又は窓６５６が設置されている。昼間、第１のチャンバ内に電気エネルギー及び高温水蒸気を生成し、高温水蒸気はタービン発電機６３３２の発電を駆動した後に熱水となって温水器６３３３に貯蔵されている。冷却する必要がある場合、圧縮機を起動して、第３の作動媒体（例えば冷媒、空気など）を圧縮して、生成された熱が温水器内の冷水で吸収され、圧縮後の第３の作動媒体は密閉回路を介して室内のエアコンの熱交換装置又は冷蔵庫の熱交換装置に入り、膨張して吸熱した後にさらに圧縮機内に還流する。圧縮機が持続的な起動を保持し、圧縮後の第３の作動媒体を圧縮タンク内に貯蔵することができ、冷却の需要がある場合、圧縮後の第３の作動媒体を放出すればよい。夜間、太陽エネルギー利用装置が動作せず、温水器、充電式電池、圧縮タンクは依然としてエネルギーの供給を継続することができる。冬の時、断熱ドア６５６を開けると、システムにより生成された熱を室内に送って、室内の暖房需要を低下させることができる。
【００７６】
本実施例では、圧縮機を集中設置し、一方では、それにより生成された熱エネルギーが充分に利用されて、エネルギー浪費を避け、他方では、室内の様々な冷却装置にそれぞれ圧縮機をさらに配置する必要がなく、装置コストを削減するだけでなく、エネルギーの使用効率を高める。例えば、冷蔵庫に対して、冷凍のみが必要で他の需要（例えば内部照明）がなければ、電力を供給する必要もない。もちろん、部屋に屋根裏がない場合、本実施例のシステムを室外の他の独立の小空間に設置してもよく、集光装置を屋根に設置するだけでよい。
【実施例７】
【００７７】
本発明に係る太陽エネルギー利用システムの別の実施形態は、図９に示すように、密閉式太陽エネルギー利用装置、第１の循環システム（図示せず）及び第２の循環システムを含む。
【００７８】
本実施例における密閉式太陽エネルギー利用装置の構造は、実施例３と実質的に類似し、第１の受光器７１０、太陽光パネル７０２、光反射素子（図示せず）、導光装置７０４、集光装置７０５及び第２の受光器７２０を含む。二つの導光装置７０４は、第１のチャンバの二つの光線入口（図示せず）を貫通して外部から収集された太陽光を第２のチャンバ内に導く。
【００７９】
第１の受光器７１０は、一つの第１の作動媒体入口７１３及び一つの第１の生成物出口７１５により第１の循環システムと接続され、第１の循環システムは、例えば実施例４又は５に類似する開放式又は密閉式の循環システムを用いることができる。
【００８０】
第２の作動媒体は、淡水又は海水であり、可動開口７２３から第２のチャンバに入ることができ、可動開口７２３は、移動可能なドア７２３１により密閉するか又は開けることができる。第２のチャンバ内には、さらに太陽光パネル７０２と電気的に接続された正電極７０２１及び負電極７０２２が設置され、該正電極及び負電極は水（又は水蒸気）を電解して正電極で酸素を生成し、負電極で水素を生成しているため、第２の生成物出口は二つであり、それぞれ水素出口７２４及び酸素出口７２５である。他の実施形態において、電解は第１のチャンバ内に行っても、水蒸気を第２のチャンバ（又は第１のチャンバ）から引き出した後にその貯蔵装置内に電解を行ってもよい。従来の技術に基づいて、高温水蒸気の電解効率は冷水の電解効率よりも高いが、技術の発展に伴って変化する可能性があり、必要に応じて適切な部分で電解操作を実行することができる。電解により生成された酸素は、気体貯蔵タンクに入れて工業用酸素ボンベを形成してもよく、タービンで発電された後に空気に排出されてもよい。電解により生成された水素は、圧縮機で圧縮された後に貯蔵されて、燃料電池又は内燃機の燃料として用いることができるが、本実施例において、さらに蓄積可能なエネルギーの生成に用いられる。
【００８１】
第２の循環システムは開放式の循環システムである。第２の循環システムのノード装置内には、少なくとも二つの気体入口及び少なくとも一つの生成物出口を有する反応炉７３３５を含む。反応炉の一つの気体入口７６３１は第２の管路システムを介して水素出口７２４と接続され、反応炉の他の気体入口７６３２は二酸化炭素を含有する気体、例えば空気を入れるためのものである。反応炉内には、高温により二酸化炭素と水素とを反応させてメタン（ＣＨ４）及び水を生成する。反応炉の一つの生成物出口７６４は、反応により生成されたメタンを反応炉から離すためのものであり、他の生成物出口７６５は淡水を放出する。好ましい実施形態として、出口７６４から流出した高温メタン気体は安全な（無火花の）タービン発電機を通過した後に貯蔵されることにより、発電及び冷却の二重効果を達成することができる。
【００８２】
本実施形態において、反応炉は太陽エネルギー集光加熱の方式を用いて反応に必要な高温を得るが、他の実施形態において、完全な電気加熱又は補助電気加熱の方式を用いてもよい。
【００８３】
本実施例のシステムは、大型太陽エネルギー発電所として適用され、太陽エネルギーを完全に利用するだけでなく、発電、工業用酸素の製造又は海水淡水化、太陽エネルギーによる長期貯蔵可能なクリーン燃料（例えば水素又はメタン）の製造などを含む豊富な機能を実現することができる。
【００８４】
以上、個別具体例を用いて本発明の原理及び実施形態を説明したが、以上の実施形態は、本発明の理解に役立つためのものに過ぎず、本発明を限定するものではないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の思想に基づいて、上記具体的な実施形態を変更することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１１２：  光線入口
１１０：  受光器
１０２：  光エネルギー変換素子
１０４：  導光装置
【図１】
2018523459.tif 000003
【図２（ａ）】
2018523459.tif 000004
【図２（ｂ）】
2018523459.tif 000005
【図３】
2018523459.tif 000006
【図４】
2018523459.tif 000007
【図５】
2018523459.tif 000008
【図６】
2018523459.tif 000009
【図７】
2018523459.tif 000010
【図８】
2018523459.tif 000011
【図９】
2018523459.tif 000012
【国際調査報告】
2018523459.tif 000013
2018523459.tif 000014
2018523459.tif 000015
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