JPS6118353B2 - - Google Patents
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- JPS6118353B2 JPS6118353B2 JP55045116A JP4511680A JPS6118353B2 JP S6118353 B2 JPS6118353 B2 JP S6118353B2 JP 55045116 A JP55045116 A JP 55045116A JP 4511680 A JP4511680 A JP 4511680A JP S6118353 B2 JPS6118353 B2 JP S6118353B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は太陽エネルギを種々の目的で電気エネ
ルギに変換するために太陽エネルギを捕集する装
置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for harvesting solar energy for converting it into electrical energy for various purposes.
本発明はまた日照がなくてもあるいは日照が少
くても長時間熱エネルギを保存し使用せんとする
ものである。 The present invention also aims to store and use thermal energy for a long time even when there is no sunlight or little sunlight.
特に、本発明は液体及び又はフレネル集光レン
ズ、レンズ系、及びレンズの焦点に配置される少
くとも1つの流体伝達導管を有する細長収集器
(コレクタ)を用いる装置に関する。 In particular, the present invention relates to a device using a liquid and/or Fresnel focusing lens, a lens system, and an elongated collector having at least one fluid transmission conduit located at the focal point of the lens.
太陽にさらされた表面が少くともある程度まで
は太陽輻射熱を集めこの輻射熱を吸収して表面を
構成する材料を加熱するということは公知であ
る。太陽光線にさらされる光電装置によつて電気
をとりだすことも公知である。 It is known that surfaces exposed to the sun, at least to some extent, collect solar radiation and absorb this radiation to heat the materials that make up the surface. It is also known to extract electricity by means of photovoltaic devices that are exposed to sunlight.
せいぜい80℃までの低温を得るための従来のシ
ステムは太陽輻射熱を吸収する暗色パネルと該パ
ネルから熱を取り出す手段、例えばパネルによる
熱交換方法で熱搬送流体を循環せしめる流体シス
テムとから構成される。またパネル上に1つまた
はそれ以上のガラスプレートを配置して温室効果
を作りだしそれにより熱損失を少くすることによ
り上記流体システムの効率を高めることも公知で
ある。しかしながらこれらパネルシステムの効率
は約30%〜40%と低くしかも大きなスペースを必
要とするので熱損失が大きくなる。更に高額の資
本投資も必要である。フレネル型レンズ及び流体
レンズを用いて太陽エネルギを収集することは公
知技術である。例えば米国特許第3915148号、同
第3125091号、同第937013号、同第3965683号、同
第3901036号、同第60109号、同第1081098号、及
びオーストラリア国特許第131069号に開示されて
いる。しかしながらこれらの公知システムのいず
れも太陽エネルギを有効に変換、貯蔵することが
できないのみならず太陽エネルギの利用が他の形
態のエネルギと対抗し得る程経済的な投資で熱を
つくりだすことができない。更にまた公知技術で
は家庭暖房、水加熱あるいはその他の目的のため
に使用し得る低温を得ると同時に数百度(C)台の温
度も得るということは開示していない。長時間日
照が中断されている間にも太陽エネルギからの熱
エネルギを貯蔵し得かつ異なる温度を同時に与え
得ると共に光を利用し太陽の赤外線によつて生じ
る熱を利用ないしは分散し得るシステムもない。 Conventional systems for obtaining low temperatures of up to 80° C. consist of dark-colored panels that absorb solar radiation and means for extracting heat from the panels, e.g. a fluid system that circulates a heat-carrying fluid in a heat exchange method through the panels. . It is also known to increase the efficiency of the fluid system by placing one or more glass plates on the panel to create a greenhouse effect and thereby reduce heat loss. However, the efficiency of these panel systems is low, about 30% to 40%, and they require a large amount of space, resulting in high heat losses. Furthermore, large capital investments are also required. Harvesting solar energy using Fresnel lenses and fluid lenses is known in the art. For example, they are disclosed in US Pat. No. 3915148, US Pat. No. 3125091, US Pat. No. 937013, US Pat. No. 3965683, US Pat. However, none of these known systems are capable of effectively converting and storing solar energy, nor are they capable of producing heat at an economical investment that makes the use of solar energy competitive with other forms of energy. Furthermore, the prior art does not disclose the ability to obtain low temperatures that can be used for home heating, water heating, or other purposes while also obtaining temperatures in the hundreds of degrees Celsius. There is no system that can store thermal energy from solar energy during long interruptions in sunlight and that can provide different temperatures simultaneously and that can use light to harness or disperse the heat generated by the sun's infrared radiation. .
発電に関しては光電池で太陽エネルギを集中す
ることにより電池の電気的出力を増大させること
は公知である。しかしながら集光の結果として光
電池内で熱が上昇するとこれによつて電池出力が
制限されるという欠点もある。公知の光電装置は
非集中太陽エネルギから1電池あたり最大約1ワ
ツト/1時間の電力を生じるのみであり、約1キ
ロワツト/1時間の電力を発生するのに必要な電
池の数は非常に多く通常の使用に耐えない。 With respect to power generation, it is known to concentrate solar energy in photovoltaic cells to increase the electrical output of the cell. However, there is also the disadvantage that heat buildup within the photovoltaic cell as a result of light concentration limits the cell output. Known photovoltaic devices only produce up to about 1 watt/hour of power per cell from unconcentrated solar energy, and the number of batteries required to produce about 1 kilowatt/hour of power is very large. It cannot withstand normal use.
本発明によれば公知技術の欠点は実質上解消さ
れると共に更に別の利点がもたらされる。 According to the invention, the disadvantages of the prior art are substantially eliminated and further advantages are provided.
本発明は太陽エネルギを捕集し、貯蔵しかつ利
用し、更に太陽エネルギシステムのコストを低減
すると共に効率を高める電気的変換装置に関す
る。屈折レンズ手段は少くとも1つの流体物を内
蔵した細長収集手段に或る長さに沿つて太陽エネ
ルギを集中せしめる。レンズ手段は経済的流体及
び又はフレネル型レンズ(フレネルレンズと称さ
れることもある)、及びレンズ系を有する。この
レンズ系は実質上連続線に沿つてあるいは実質上
不連続点からなる線内に太陽エネルギを集中せし
めることができる。好ましく細長収集手段を有す
る導管手段内に太陽の季節位置及び好ましくは時
間(日毎)位置と無関係に焦点線あるいは不連続
焦点を維持する手段及び又は太陽を季節毎に及び
好ましくは時間毎(日毎)に追跡する手段を設け
る。このようにして細長収集手段内の少くとも1
つの流体を数百度(C)台の高温まで有効に加熱し得
る。 FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to electrical conversion devices that capture, store and utilize solar energy, further reducing the cost and increasing the efficiency of solar energy systems. The refractive lens means concentrates solar energy along a length onto an elongated collection means containing at least one fluid object. The lens means comprises economical fluid and/or Fresnel type lenses (sometimes referred to as Fresnel lenses) and lens systems. The lens system is capable of focusing solar energy along a substantially continuous line or in a line of substantially discrete points. Means for maintaining a focal line or discrete focus irrespective of the seasonal and preferably temporal (daily) position of the sun in the conduit means preferably having an elongated collecting means and/or means for maintaining a focal line or discrete focus independent of the seasonal and preferably hourly (daily) position of the sun. A means of tracking shall be provided. In this way at least one
It can effectively heat one fluid to high temperatures on the order of several hundred degrees (C).
流体レンズは流体密的にフレーム手段内に設け
られる好ましくは別個の対立した上下の板により
構成される太陽エネルギ伝達用のレンズにより形
成される。あるいはまたレンズ板を有する流体レ
ンズは膠着、溶接、押し出しあるいはガラスまた
はプラスチツクびんの製造と同様な吹上方法でも
製造しうる。流体を含むレンズ内部は好ましくは
収集器あるいは熱交換手段に連結され性能を強化
する。レンズ内の流体は好ましくは高屈折率を有
する。レンズ流体及びレンズ板間の距離は流体を
通過する種々の量の赤外線太陽エネルギを吸収し
得るように選定される。例えば、レンズ流体とし
て水を使用すればより多くの赤外部太陽エネルギ
が吸収され適当な透明かつ無色の高屈折率を有す
る化学製品を用いれば吸収量は小さくなる。レン
ズ流体によつて吸収される熱は回収され収集手段
内の流体を予熱あるいは加熱するのにあるいはそ
の他の目的に用いられる。不凍剤製品をレンズ流
体に加えて使用場所によつてレンズ流体の凍結を
防止するようにしてもよい。光電池上に太陽光線
を集光させて電気を発生させるときの場合のよう
にレンズ焦点において太陽エネルギからの熱を発
生させたくないときにはレンズ流体内に赤外線輻
射熱を吸収するようにするのが好ましい。 The fluid lens is formed by a lens for transmitting solar energy, preferably constituted by separate opposed upper and lower plates arranged in a fluid-tight manner within the frame means. Alternatively, fluidic lenses with lens plates may be manufactured by gluing, welding, extrusion or blowing processes similar to the manufacture of glass or plastic bottles. The fluid-containing lens interior is preferably connected to a collector or heat exchange means to enhance performance. The fluid within the lens preferably has a high refractive index. The distance between the lens fluid and the lens plate is selected to absorb varying amounts of infrared solar energy passing through the fluid. For example, using water as the lens fluid absorbs more infrared solar energy, and using a suitably transparent, colorless, high refractive index chemical reduces the amount absorbed. The heat absorbed by the lens fluid is recovered and used to preheat or heat the fluid in the collection means or for other purposes. Antifreeze products may be added to the lens fluid to prevent the lens fluid from freezing depending on the location of use. It is preferable to absorb infrared radiant heat within the lens fluid when it is not desired to generate heat from solar energy at the lens focal point, such as when concentrating sunlight onto a photovoltaic cell to generate electricity.
細長収集手段は好ましくは複数種類の流体を有
しこれら流体の隣接するものどうしは管壁を距て
て接触する。流体は好ましくは隣接導管内に配置
されて絶縁されかつ好ましくは異種のもので種々
の沸点を有する。レンズ手段の理論焦点は好まし
くは高い沸点あるいは最高沸点を有する液体内あ
るいはその表面上にある。 The elongated collection means preferably contains a plurality of fluids, with adjacent fluids in contact across the tube wall. The fluids are preferably disposed in adjacent conduits, insulated and preferably dissimilar and have different boiling points. The theoretical focus of the lens means is preferably within or on the surface of a liquid having a high or maximum boiling point.
本文に開示した実施例では細長収集手段は少く
とも2つの導管を有し、第1沸点を有する第1流
体を含んだ一方の導管は第2沸点を有する第2流
体を含んだ第2導管内に配置される。好ましくは
太陽エネルギは外側液の沸点よりも高い沸点を有
する内側液に集められる。導管及び流体はレンズ
手段の焦点位置に応じて太陽エネルギの伝達体で
あり、あるいは不透明体でありあるいは暗色体に
形成される。太陽エネルギの伝達という言葉は太
陽光線が実質上上記の物質を通して伝達されると
いうことを意味する。この場合、流体は異なる温
度に加熱され従つて所望とあらば異なる目的に利
用し得る。流体流量の調整、及び導管寸法及び形
状の選定を適当にすることにより種々の異なる目
的に利用し得る種々の温度を与えることができ
る。複数流体を移送する複数個の導管を設けるこ
とにより機械的装置並びにターピン、モータ及び
エンジン等を含めた膨張機械用の蒸気及び過熱蒸
気を初めとする多くの異なる用途に供しうるエネ
ルギが提供される。好ましくは低沸点流体は小さ
な蒸発潜熱を有し、従つてこの目的のために有用
である。更に、作動流体として使用され得る低沸
点流体の温度よりも実質上高い温度まで日照時間
中において高めることにり高沸点流体内に熱を貯
蔵することができる。熱は例えば高沸点流体を通
過した低沸点流体を循環せることにより高沸点流
体から除去される。 In embodiments disclosed herein, the elongate collection means has at least two conduits, one conduit containing a first fluid having a first boiling point within a second conduit containing a second fluid having a second boiling point. will be placed in Preferably solar energy is collected in an inner liquid having a boiling point higher than that of the outer liquid. The conduit and the fluid may be solar energy transmitters, opaque or dark depending on the focal position of the lens means. The term solar energy transmission means that the sun's rays are transmitted substantially through the materials mentioned above. In this case, the fluids can be heated to different temperatures and thus used for different purposes if desired. By adjusting the fluid flow rates and selecting conduit dimensions and shapes, a variety of temperatures can be provided that can be used for a variety of different purposes. Having multiple conduits for transporting multiple fluids provides energy that can be used for many different uses, including steam and superheated steam for mechanical devices and expansion machinery, including turpins, motors, engines, etc. . Preferably low boiling point fluids have low latent heat of vaporization and are therefore useful for this purpose. Additionally, heat can be stored in the high boiling fluid by raising it during daylight hours to a temperature substantially higher than the temperature of the low boiling fluid that may be used as the working fluid. Heat is removed from the high boiling fluid, for example, by circulating the low boiling fluid through the high boiling fluid.
本発明はまた個々のシステム及びサブシステム
を結合して大きな複合システムを形成せんとする
ものである。斯くして高度の太陽エネルギ捕集及
び高効率が保障される。レンズ手段及び収集手段
を太陽の季節的あるいは時間的な追跡移動装置内
に完全に収容できるようにしてもよい。 The present invention also seeks to combine individual systems and subsystems to form larger complex systems. A high degree of solar energy harvesting and high efficiency is thus ensured. The lens means and collection means may be completely housed within the solar seasonal or temporal tracking device.
更にまた本発明によれば太陽の赤外線及び光線
の双方を同時にあるいは別々に利用し得る。光電
セル、特に光電池を使集手段に配置して光線が光
電池に集光せしめられて最大電気エネルギを作り
出し得るようにすると共に赤外線の集中によつて
生じた熱が収集手段内の1つ、またはそれ以上の
流量制御可能な流体によつて除去されるようにす
ることができる。 Furthermore, according to the invention, both the infrared and solar rays of the sun can be used simultaneously or separately. A photovoltaic cell, in particular a photovoltaic cell, is arranged in the collecting means so that the light rays can be focused on the photovoltaic cell to produce maximum electrical energy and the heat generated by the concentration of infrared radiation is transferred to one of the collecting means, or It can be removed by a further flow controllable fluid.
本発明によれば光電池での加熱は流体レンズを
利用することにより減少せしめられる。この流体
レンズにおいてはレンズ流体及びレンズ板が熱発
生赤外線を吸収するが、吸収されないとするとこ
の赤外線は電池でレンズ焦点において熱に変換さ
れるであろう。電気発生光線はレンズ流体及びレ
ンズ板によりほとんど吸収されないまま光電池を
通過可能である。 According to the invention, heating in the photovoltaic cell is reduced by utilizing a fluid lens. In this fluid lens, the lens fluid and lens plate absorb heat-generated infrared radiation, which would otherwise be converted into heat at the lens focal point by the battery. The electrically generated light beam can pass through the photovoltaic cell with little absorption by the lens fluid and lens plate.
太陽エネルギの捕集は共通焦点を有するように
配置される数個の集中器を用いることによつて向
上させ得る。これは電気を発生するため実施例に
おいては光電池に位置せしめられる焦点内には太
陽エネルギを集中せしめる中心流体(またはフレ
ネル)レンズ及びこの中心レンズに近接して置か
れる複数個のフレネル型レンズを利用することに
より達成される。各フレネルレンズは太陽エネル
ギを中心レンズの焦点に向けるように角度づけら
れた鋸歯状の刻みをその表面に具備する。光電池
の加熱は中心流体レンズを用いて赤外線エネルギ
を吸収すると共に光電池を収集手段内に配置して
そこでの赤外線エネルギによつて生じる熱を除去
することによつて減少せしめられる。この配置に
より光電池の加熱が低減されるので電気への変換
性が優れた太陽エネルギの高率集中が可能とな
る。斯くして本発明によれば太陽エネルギは約
100倍捕集せしめられ、その結果1つの公知光電
池で例えば日照中の1ワツト/1時間の代りに
100ワツト/1時間までの電力が発生せしめられ
る。 Collection of solar energy can be improved by using several concentrators arranged to have a common focus. This utilizes a central fluid (or Fresnel) lens that concentrates the solar energy in a focal point placed in a photovoltaic cell and a plurality of Fresnel-type lenses placed in close proximity to the central lens to generate electricity. This is achieved by Each Fresnel lens has angled serrations on its surface to direct solar energy to the focal point of the central lens. Heating of the photovoltaic cell is reduced by using a central fluid lens to absorb the infrared energy and placing the photovoltaic cell within a collection means to remove the heat generated by the infrared energy therein. This arrangement reduces the heating of the photovoltaic cells and allows for a high concentration of solar energy with excellent convertibility into electricity. Thus, according to the invention, solar energy is approximately
100 times more collection, so that one known photovoltaic cell can e.g. replace 1 watt/hour during sunlight.
Power can be generated up to 100 watts/hour.
太陽の季節的高さ位置は年間約47゜以上も変化
し分点と至点との間の偏差は約23.5゜である。こ
の偏差は重要であり年間を通じて太陽エネルギの
集中度を高めるために太陽追跡装置を使用し得
る。例えば10月下旬の北緯43゜Nの地点で静止水
平面上に受ける毎日の太陽輻射熱のエネルギは約
300ラングリー(g・Ca/cm2)であり一方太陽
に垂直な表面で受ける太陽輻射熱は約680ラング
リあるいはその2倍以上である。それ故、上述の
如く太陽追跡手段あるいは年間を通じて太陽エネ
ルギ受容量を最大にする他の手段を設けるのが好
ましい。斯かる両手段は本文に開示されている。 The seasonal height position of the sun changes by more than 47° per year, and the deviation between the equinox and solstice is about 23.5°. This deviation is significant and solar trackers can be used to increase the concentration of solar energy throughout the year. For example, at a point at 43°N latitude in late October, the energy of daily solar radiation received on a stationary horizontal plane is approximately
300 langries (g.Ca/cm 2 ), while the solar radiation heat received on surfaces perpendicular to the sun is about 680 langries, or more than twice that amount. It is therefore preferable to provide solar tracking means or other means to maximize solar energy reception throughout the year as described above. Both such means are disclosed in the text.
一実施例においては共通焦点を有する数個の収
集器が配置され、レンズ系が季節が変つても好ま
しくは一の時間が異なつても太陽追跡手段を用い
ることなく細長収集手段内あるいは上に位置する
実質上共通の焦点線に沿つて太陽エネルギを捕集
する。このレンズ系は焦点線に沿つて太陽エネル
ギを捕集する細長中心フレネル型または流体レン
ズ及びこの中心レンズに隣接して角度を有して配
置される細長フレネル型レンズを有し、後者フレ
ネル型レンズは太陽エネルギを中心レンズの焦点
に向けるように角度づけられた鋸歯状の刻み目を
その表面上に有する。レンズは略東西方向に延び
るように方向づけられる。所定の1つまたは複数
個のレンズは第1に1年の所定期間焦点線に沿つ
て太陽エネルギを捕集する。例えば中心レンズは
主として(春秋)分点の前後近くの期間中太陽エ
ネルギを捕集し、これに隣接する1つのレンズは
主として一方の至点(夏至又は冬至)まで太陽エ
ネルギを捕集すると共に他の隣接レンズは他方の
至点(冬至又は夏至)までの期間をうけもつ。中
心レンズがフレネル型レンズの場合の実施例にお
いてはレンズ系は好ましく東西方向に細長い数セ
ツトのフレネル型レンズを有する。レンズ系の東
西方向末端に向つて置かれたフレネル型レンズは
内方レンズに関してある角度で位置せしめられそ
の結果所定の1つまたはそれ以上のレンズは1日
の所定時間中焦点に沿つて主として太陽エネルギ
を捕集する。しかしながら斯かるレンズは東西方
向沿いに向けられた多くのレンズから成るレンズ
系の東西両端間に置いてもよい。斯くして1日及
び1年の夫々異なる時間に1つまたはそれ以上の
レンズが太陽追跡装置を用いることなく主として
焦点線に沿つて太陽エネルギを捕集する。これら
の実施例においては好ましくは細長収集手段は2
つまたはそれ以上の隣接した細長い流体移送導管
を有しその各々は別の流体移送導管を封入してい
る。 In one embodiment, several collectors with a common focus are arranged such that the lens system is positioned in or on the elongated collector means without solar tracking means during different seasons and preferably at different times of the day. Collect solar energy along a substantially common focal line. The lens system has an elongated central Fresnel or fluid lens that collects solar energy along a focal line and an elongated Fresnel lens positioned angularly adjacent to the central lens, the latter Fresnel lens has serrations on its surface that are angled to direct solar energy to the focal point of the central lens. The lenses are oriented to extend in a generally east-west direction. A given lens or lenses first collect solar energy along a focal line for a given period of the year. For example, a central lens primarily collects solar energy during the period near before and after the equinoxes (spring/autumn), and one lens adjacent to it primarily collects solar energy up to one solstice (summer or winter solstice) while the other The adjacent lenses inherit the period up to the other solstice (winter solstice or summer solstice). In embodiments where the central lens is a Fresnel lens, the lens system preferably includes several sets of Fresnel lenses elongated in the east-west direction. The Fresnel type lenses placed towards the east-west ends of the lens system are positioned at an angle with respect to the inner lens so that a given lens or lenses are directed primarily towards the sun along the focal point during a given time of the day. Harvest energy. However, such lenses may also be placed between the east and west ends of a lens system consisting of a number of lenses oriented along the east-west direction. Thus, at different times of the day and year, one or more lenses collect solar energy primarily along the focal line without the use of solar trackers. In these embodiments, preferably the elongated collection means have two
It has one or more adjacent elongate fluid transfer conduits, each enclosing another fluid transfer conduit.
本発明によれば太陽光線が連続的にレンズを通
過しレンズ系の焦点を短かくし得ると共にレンズ
系のより鮮明な焦点を付与し得るようにレンズ系
を組合せることができる。 According to the present invention, lens systems can be combined so that sunlight passes through the lenses continuously, shortening the focal point of the lens system, and giving the lens system a sharper focal point.
更に本発明の電気を作り出すために提案した装
置は水力電気手段と組合せることも可能であるし
またヒートポンプ及び/又は冷却装置及び/又は
ターピン、モータ及びエンジン等の膨張手段と組
合せることも可能である。 Furthermore, the proposed device for producing electricity according to the invention can be combined with hydroelectric means and also with expansion means such as heat pumps and/or cooling devices and/or turpins, motors and engines. It is.
以下、添付図面を参照し本発明の好適実施例に
ついて詳述する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
第1図に、屈折流体レンズ集光器と流体含有太
陽エネルギ集収器とを含む太陽エネルギ捕集装置
を示す。装置20は、細長流体レンズ集光器22
と細長流体含有導管の形状をした収集器24(コ
レクタ)から成る。細長流体レンズ22は太陽エ
ネルギを伝達するレンズ板26,28から成り、
これらのレンズ板はフレーム30に取り付けた分
離板として形成され太陽エネルギ伝達流体31を
包囲するように隔てるのが望ましい。第1図に示
す実施例では、上レンズ板26は凸状であり、下
レンズ板28は平板である。レンズ板26,28
の両側辺32,34および両端辺(第1図に示さ
ず)は後述のように密閉する。これとは別に流体
31を循環させたり、或は空気を取除いたりする
ための第1図に示していない流体連通手段をレン
ズ板の両側辺および又は両端部に設ける。また、
レンズを長手方向および横(半径)方向に、後述
のように並べることもできる。第1図の実施例で
は、収集器24は細長内部導管38を囲む細長外
側導管36を含み、両者は管状で示される。外側
導管36は絶縁容器40の中に置かれかつ外側導
管36上に位置する長手方向に延びる開放口44
を除いて断熱材42で囲まれている。開放口44
は太陽エネルギ伝達および断熱板46で閉じてあ
る。断熱板46はガラス又はプラスチツクで適当
に製造できかつ断熱材42はポリエチレン発泡材
のような適当な発泡材である。例えばシリコンの
ような密閉材が容器を密閉するために断熱板46
と容器40間に填充される。収集器42はレンズ
22の下方に位置しかつ理論線型焦点48は収集
器に又はこれに沿つて位置する。レンズ乃至はレ
ンズ系の軸線は東西方向に沿つて方向づけられ
る。 FIG. 1 shows a solar energy collection device including a refractive fluid lens concentrator and a fluid-containing solar energy collector. Apparatus 20 includes an elongated fluid lens concentrator 22
and a collector 24 in the form of an elongated fluid-containing conduit. The elongated fluid lens 22 consists of lens plates 26, 28 that transmit solar energy;
These lens plates are preferably formed as separator plates attached to the frame 30 to surround and separate the solar energy transfer fluid 31. In the embodiment shown in FIG. 1, the upper lens plate 26 is convex and the lower lens plate 28 is flat. Lens plates 26, 28
Both sides 32, 34 and both end sides (not shown in FIG. 1) are sealed as described below. Separately, fluid communication means (not shown in FIG. 1) for circulating fluid 31 or removing air are provided on both sides and/or ends of the lens plate. Also,
The lenses can also be arranged longitudinally and laterally (radially) as described below. In the embodiment of FIG. 1, collector 24 includes an elongated outer conduit 36 surrounding an elongated inner conduit 38, both of which are shown tubular. The outer conduit 36 is disposed within an insulating container 40 and has a longitudinally extending open port 44 located above the outer conduit 36.
It is surrounded by a heat insulating material 42 except for. Opening port 44
is closed with a solar energy transmission and insulation plate 46. Insulation plate 46 may suitably be made of glass or plastic and insulation 42 is a suitable foam material, such as polyethylene foam. For example, a sealing material such as silicone is used as a heat insulating plate 46 to seal the container.
and the container 40 are filled. A collector 42 is located below the lens 22 and a theoretical linear focus 48 is located at or along the collector. The axis of the lens or lens system is oriented along the east-west direction.
フレーム30とレンズ22は、部材53と枢着
部(図示せず)によつて横軸52のまわりを回転
するようにフレーム50に軸承される。ケーブル
55はレンズの両端に近接するフレーム30の両
端に、レンズの対向端(それらの一方端のみ図
示)で連絡され、駆動手段(図示せず)に向つて
共通の方向へケーブルを走らせるべく、ローラ又
はプーリ58に巻回される。フレーム30の他端
(図示せず)に連結されたケーブルの移動によつ
て、レンズ22が軸52のまわりを枢動しレンズ
板26を東の方へ動かす。このように、レンズ2
2は太陽の時間的移動を追跡するように東西方向
に回転可能である。レンズ22と収集器24はま
た太陽の季節的移動を追跡するために長手軸線6
0のまわりに南北方向にも回転可能である。内部
にレンズ22を取り付けたフレーム50は、レン
ズ両端において部材64(これらのうち1つのみ
を示す)と回動継手(図示せず)により支持フレ
ーム62上に回動可能に取付けられる。使集器2
4は部材66によつてフレーム50に固着してい
る。フレーム50と収集器24は軸線60のまわ
りを1ユニツトとして全体的に回転し、収集器と
レンズ間の相対的な向きを変えないようにする。
ケーブル68(これらの1つのみ示す)は、レン
ズと収集器を北の方向に枢動させるために収集器
の一方の側に連結され、ケーブル70(これらの
1つのみ示す)は、レンズと収集器を、例えば1
つを破線で示すような位置へ南の方向に枢動させ
るため収集器の他方の側に連結される。ケーブル
68,70は、これらのケーブルを駆動手段(図
示せず)に向つて共通の方向に走らせるため、プ
ーリ58に巻回される。レンズと収集器は南北方
向に1年を通じて全体で約47゜の角度に亘り回転
しうる。駆動手段は、例えば光電素子のようなセ
ンサ又は電気タイマにより作動かつ制御される電
動機となしうる。第1図に示す上述の装置に、更
に太陽の位置追跡のために自動、半自動又は手動
の手段を使用できる。ある装置では直接の又は焦
点に集められた太陽光がフオトセル又は熱電対素
子に常時当たるように、それの回動軸が小さな角
度だけ回転するようにした電動機を使用する。レ
ンズと収集器を動かすのに液圧装置もまた使用す
ることができる。他の装置では、タイマ又は重錘
とプーリによる装置を使用する。太陽の移動によ
り、フオトセルの電気出力に膨響を及ぼして電動
機を制御するか、又は電動機はタイマによつてそ
の回動軸を少し角度だけ増加させるように制御さ
れ、又は重錘およびプーリ駆動装置がその回動軸
を回転させる。すでに述べたように、レンズを動
かしかつ太陽の位置を検出する完全な装置は知ら
れているがここには図示していない。太陽の位置
を追跡するのに使用する装置の部品は図面に示し
てある。また、日々の又は時間的な追跡をして太
陽エネルギの収集を増大するのは望ましいことで
はあるが、収集器とレンズがおおむね東西の方向
に向けられる場合には必ずしも必要ではない。レ
ンズと収集器を相互連結しかつ動かすことによつ
て、レンズの焦点は季節と関係なく常に収集器に
維持される。上述の追跡装置は、装置が季節を通
じ、望ましくは時間を通じて常に太陽に面した方
向に向けられるので実質上太陽エネルギを増大す
ることになる。 Frame 30 and lens 22 are rotatably supported on frame 50 by a member 53 and a pivot (not shown) about a transverse axis 52 . A cable 55 is connected to both ends of the frame 30 proximate the ends of the lens at opposite ends of the lens (only one of which is shown), so as to run the cables in a common direction towards drive means (not shown). , wound around a roller or pulley 58. Movement of a cable connected to the other end of frame 30 (not shown) causes lens 22 to pivot about axis 52 and move lens plate 26 eastward. In this way, lens 2
2 can be rotated in the east-west direction so as to track the temporal movement of the sun. Lens 22 and collector 24 also align longitudinal axis 6 to track the seasonal movement of the sun.
It is also possible to rotate around 0 in the north-south direction. Frame 50, with lens 22 mounted therein, is pivotally mounted on support frame 62 by members 64 (only one of which is shown) and pivot joints (not shown) at opposite ends of the lens. Collector 2
4 is fixed to the frame 50 by a member 66. Frame 50 and collector 24 rotate as a unit about axis 60 to avoid changing the relative orientation between the collector and lens.
Cables 68 (only one of these shown) are connected to one side of the collector for pivoting the lens and collector in a northerly direction, and cables 70 (only one of these shown) are connected to the lens and collector for pivoting the lens and collector in a northerly direction. collector, e.g. 1
one is connected to the other side of the collector for pivoting in a southerly direction to the position shown in phantom. Cables 68, 70 are wound around pulley 58 to run them in a common direction towards drive means (not shown). The lens and collector can rotate through a total angle of about 47 degrees throughout the year in a north-south direction. The drive means may be an electric motor actuated and controlled by a sensor, such as a photoelectric element, or an electric timer. In addition to the above-described apparatus shown in FIG. 1, automatic, semi-automatic or manual means can be used for solar position tracking. Some devices use an electric motor whose pivot axis rotates through a small angle so that direct or focused sunlight always hits the photocell or thermocouple element. Hydraulic devices can also be used to move the lens and collector. Other devices use timers or weight and pulley devices. The movement of the sun affects the electrical output of the photocell to control a motor, or the motor is controlled by a timer to increase its rotation axis by a small angle, or a weight and pulley drive. rotates its pivot axis. As already mentioned, complete devices for moving the lens and detecting the position of the sun are known but are not shown here. The parts of the device used to track the position of the sun are shown in the drawing. Also, while daily or temporal tracking is desirable to increase the collection of solar energy, it is not necessary if the collector and lens are oriented in a generally east-west direction. By interconnecting and moving the lens and collector, the focus of the lens is always maintained on the collector regardless of the season. The tracking device described above will substantially increase solar energy as the device is always oriented facing the sun throughout the season and preferably throughout the time.
前に述べたように、収集器はレンズ22の理論
焦点48上に置かれかつ第1図の実施例において
導管36と38は太陽エネルギ伝達媒体であり、
理論焦点48は内管38の中に位置する。導管3
6と38はそれぞれ熱搬送流体54,56を含
む。レンズの理論焦点が位置する導管の流体、す
なわち内部導管38内の流体56内において太陽
エネルギの集中が最大になるので、流体56は比
較的高温度に加熱され、そのためその流体は比較
的高い沸点、例えば約150℃〜約350℃に選定され
ている。この流体として各種のものが使用でき、
潤滑油、グリセリン、ミネラル油、パラフイン油
等があるがこれらに限定されない。このように、
太陽が輝いている間、流体56は100℃を越える
温度、例えば200℃に加熱され、その正確な温度
は流体54,56の流量率、内外の導管36,3
8の径、太陽の輝度および位置、断熱性、熱交換
比等、多くの要因に依存する。流体54は流体5
6の沸点より小さい沸点を有するもの、約−60℃
〜約100℃の温度範囲のものが望ましい。このよ
うな流体としては水を用いるのがよい。また、流
体54は蒸発潜熱が低いもの、例えば1Kgあたり
約20カロリーないし1Kgあたり約270カロリーの
ものが望ましく、このような流体としては各種あ
り、冷媒、溶媒、炭化水素、アルコール等がある
がこれらに限定されない。 As previously mentioned, the collector is placed on the theoretical focus 48 of lens 22 and in the embodiment of FIG. 1 conduits 36 and 38 are solar energy transmission media;
A theoretical focal point 48 is located within the inner tube 38. conduit 3
6 and 38 contain heat transfer fluids 54 and 56, respectively. Since the concentration of solar energy is greatest in the fluid of the conduit where the theoretical focal point of the lens is located, i.e., the fluid 56 in the inner conduit 38, the fluid 56 is heated to a relatively high temperature, so that the fluid has a relatively high boiling point. , for example, about 150°C to about 350°C. Various types of fluids can be used as this fluid.
Examples include, but are not limited to, lubricating oils, glycerin, mineral oil, paraffin oil, and the like. in this way,
While the sun is shining, the fluid 56 is heated to a temperature in excess of 100°C, for example 200°C, the exact temperature of which depends on the flow rates of the fluids 54, 56, the inner and outer conduits 36, 3.
8 diameter, solar brightness and position, insulation, heat exchange ratio, etc. Fluid 54 is fluid 5
Those with a boiling point lower than 6, approximately -60℃
A temperature range of ~100°C is desirable. Water is preferably used as such a fluid. Further, the fluid 54 is desirably one with a low latent heat of vaporization, for example, one with about 20 calories per kg to about 270 calories per 1 kg.There are various types of such fluids, including refrigerants, solvents, hydrocarbons, alcohols, etc. but not limited to.
作動時に、太陽エネルギが内部導管38内の流
体56(潤滑油を選定した)内に集中し、油温を
約200(℃)まで上昇させる。レンズ22に対す
る焦点が理論上直線であるので、流体56はそれ
が直線状焦点を横切る際連続的に加熱される。流
体54(水を選定した)は油および内部導管38
を囲み、かつ主に油による熱伝導によつて加熱さ
れる。油と水の両液は所望の温度を得るために所
定の割合で循環されかつ異なる熱の適用に供する
ことができる。例えば、水は約70℃〜80℃又はそ
れ以上に加熱することができかつ空間用および温
水加熱用に用いられる。水は低温度に加熱され、
例えば水泳用プールに用いることができる。高温
の油は高温を必要とする工業上の利用に向けられ
る場合とか又は単に水を加熱するために用いるこ
とができる。流体56はそれがレンズの焦点を通
過する際温度が上昇するので、焦点に沿う異なつ
た個所に液体流出用または流入用の中間引出し口
を設けることによりいろいろな温度の流体を得る
ことができる。流体54は蒸発し、その蒸気又は
過熱蒸気はモータ、タービン、エンジン等、電気
を発生するための膨張手段に機械的動力を供給す
るのに用いることができる。好ましくは、閉鎖さ
れた装置(図示せず)を使用しその中で濃縮液を
収集器24に戻すようにするのが望ましい。この
ような適用にあたつて、冷媒、溶媒、炭化水素、
アルコール等が流体54として利用できる。 In operation, solar energy is concentrated within the fluid 56 (selected lubricating oil) within the internal conduit 38, raising the oil temperature to approximately 200 degrees Celsius. Since the focal point for lens 22 is theoretically straight, fluid 56 is heated continuously as it traverses the linear focal point. Fluid 54 (water was chosen) is oil and internal conduit 38
and is heated mainly by heat conduction through oil. Both the oil and water fluids can be circulated in a predetermined ratio and subjected to different heat applications to obtain the desired temperature. For example, water can be heated to about 70°C to 80°C or higher and is used for space and hot water heating. The water is heated to a low temperature,
For example, it can be used in swimming pools. Hot oil can be used for industrial applications requiring high temperatures or simply to heat water. Since the temperature of the fluid 56 increases as it passes through the focal point of the lens, fluid at different temperatures can be obtained by providing intermediate outlets for liquid outflow or inflow at different locations along the focal point. Fluid 54 is vaporized and its steam or superheated steam can be used to provide mechanical power to an expansion means for generating electricity, such as a motor, turbine, engine, etc. Preferably, a closed device (not shown) is used in which the concentrate is returned to collector 24. In such applications, refrigerants, solvents, hydrocarbons,
Alcohol or the like can be used as the fluid 54.
前に述べたように、一般のおよび周知の太陽エ
ネルギ装置の重要な欠点は、日照のない時または
弱いとき、例えば夜間又は曇りの間におけるエネ
ルギの蓄積についてである。これらの期間は、通
常の装置の作用中に流体54の温度より高い少な
くとも約50℃の温度に加熱された流体56内に蓄
積される。従つて、流体56が太陽エネルギによ
つて加熱されず又は低い度合いで加熱されるとき
でさえ、それは熱を貯え2流体間の温度差によつ
て流体54に熱を供給しつづけるであろう。これ
らの期間は流体56の循環を止めるのが望まし
い。流体56は2流体の温度差が比較的小さくな
るまで流体54に熱を伝えつづける。流体56が
熱を伝えおよび/又は貯わえる時間は、流体56
の初期温度、両流体の温度差、流体の容積、流体
の特性(比熱、沸点、溶融点等)、使用流体54
の種類等に左右される。 As mentioned earlier, an important drawback of common and known solar energy devices is the storage of energy during times of no or weak sunlight, for example at night or during cloudy weather. During these periods, the fluid 56 is heated to a temperature of at least about 50° C. above the temperature of the fluid 54 during normal device operation. Therefore, even when fluid 56 is not heated by solar energy or is heated to a low degree, it will continue to store heat and provide heat to fluid 54 due to the temperature difference between the two fluids. It is desirable to stop circulating fluid 56 during these periods. Fluid 56 continues to transfer heat to fluid 54 until the temperature difference between the two fluids becomes relatively small. The amount of time fluid 56 conducts and/or stores heat is
initial temperature, temperature difference between both fluids, volume of fluid, characteristics of fluid (specific heat, boiling point, melting point, etc.), fluid used 54
It depends on the type etc.
レンズ22内の流体31はレンズ流体から熱を
除去するために収集器24内の一方の導管に連通
される。その結果、レンズ流体は該レンズ流体に
より吸収された太陽エネルギからの熱を例えば導
管36および又は38内を循環する流体の予熱用
として利用しながら適温に保たれる。 Fluid 31 within lens 22 is communicated with one conduit within collector 24 to remove heat from the lens fluid. As a result, the lens fluid is maintained at a suitable temperature, with heat from solar energy absorbed by the lens fluid being utilized for preheating the fluid circulating in conduits 36 and/or 38, for example.
第1図では、収集器24が導管36,38から
構成されるものを示した。しかし、導管は円形チ
ユーブである必要がなく、例えば矩形のような他
の形状にしてもよい。矩形のものは理論焦点が偏
差を有する場合に都合が良い。矩形のものを用い
ると、焦点48を導管36上に維持したまま動か
すことができる。焦点48は導管36の表面上に
置くことができ、この場合導管36の表面は太陽
エネルギの伝搬をする必要がなく暗いものであつ
てよい。 In FIG. 1, collector 24 is shown comprised of conduits 36,38. However, the conduit need not be a circular tube, but may have other shapes, such as rectangular. A rectangular shape is convenient when the theoretical focus has deviation. A rectangular shape allows focus 48 to remain on conduit 36 while moving. The focal point 48 may be placed on the surface of the conduit 36, in which case the surface of the conduit 36 may be dark without the need for propagation of solar energy.
他の図面に示した後述する装置は、東西方向に
長手方向に向けられ太陽に面することが理解され
るであろう。また、細長レンズ又はレンズ装置お
よび細長収集器とそれの導管は長手軸線にほぼ平
行に配置されていることも理解されるであろう。
更に、収光器および収集器を可動にしかつ太陽の
季節的および時間的位置を追跡するようにそれら
を移動させる手段を設けるのが望ましいことも理
解されるであろう。しかし、焦点線の変位が季節
の移り変わりに対して小さくかつ収集器の内管3
8の周囲内に維持される程度にレンズの焦点距離
が小さい場合は、レンズを移動させる必要がな
い。季節的又は時間的な単位で装置および又はレ
ンズを追跡移動させる手動、自動又は半自動装置
は知られている。単一のレンズの一部を第1図に
示しているが、多数のレンズを長手方向および横
方向に置くこともできる。 It will be appreciated that the devices described below and shown in the other figures are longitudinally oriented in an east-west direction and facing the sun. It will also be appreciated that the elongated lens or lens arrangement and the elongated collector and its conduit are arranged substantially parallel to the longitudinal axis.
It will further be appreciated that it may be desirable to provide means for making the concentrator and collector movable and moving them to track the seasonal and temporal position of the sun. However, the displacement of the focal line is small with respect to seasonal changes, and the inner tube of the collector
If the focal length of the lens is small enough to be maintained within the circumference of 8, there is no need to move the lens. Manual, automatic or semi-automatic devices are known for tracking movement of devices and/or lenses on a seasonal or temporal basis. Although a portion of a single lens is shown in FIG. 1, multiple lenses may be placed longitudinally and laterally.
第1図の導管36,38の両者は不透明な熱伝
導面を有し得、かつ導管36および又は導管38
の表面の下部を黒い塗料により暗くしておくか、
各導管又は両導管の表面の下半分に黒メタリツク
シートを形成し、太陽エネルギの伝搬を防止しか
つ太陽エネルギからの熱吸収を増大するのが望ま
しい。 Both conduits 36, 38 in FIG. 1 can have opaque heat transfer surfaces, and conduits 36 and/or 38
darken the lower part of the surface with black paint, or
It is desirable to form a black metallic sheet on the lower half of the surface of each or both conduits to prevent the propagation of solar energy and to increase heat absorption from the solar energy.
また、断熱板46は収集器の中で温室効果
(green―house effect)を奏するものであり、か
つ容器40は熱損失を減ずるために断熱材で製作
するのが望ましい。熱損失を減少することは、太
陽の輝きがない時又は減少した時間において特に
重要である。しかし、例えば光電池をそこに置い
た場合のようにレンズの焦点に熱を保持するのが
望ましくない時は断熱板46を取り外した方がよ
い。外側の流体は断熱物体として作用するのでレ
ンズの理論焦点を内側の流体のところに位置せし
めて熱損失を更に減ずるのが望ましい。第1図の
太陽エネルギ伝達導管は無色の透明ガラス又はプ
ラスチツクで製造し、太陽エネルギを伝える必要
のない導管は望ましくは鋼、銅、アルミニウム等
の金属で、それらの下部はすべて暗くしておくの
が望ましい。 Additionally, the heat insulating plate 46 provides a green-house effect within the collector, and the container 40 is preferably made of a heat insulating material to reduce heat loss. Reducing heat loss is especially important during times of no or reduced sun shine. However, when it is undesirable to retain heat at the focal point of the lens, such as when a photovoltaic cell is placed there, it may be better to remove the insulation plate 46. Since the outer fluid acts as an insulating object, it is desirable to locate the theoretical focus of the lens on the inner fluid to further reduce heat loss. The solar energy transmission conduits shown in Figure 1 are made of colorless transparent glass or plastic, and the conduits that do not need to transmit solar energy are preferably made of metal such as steel, copper, or aluminum, and their lower parts are all darkened. is desirable.
収集器の表面積は集光器の表面積よりはるかに
小さく、従来の平板収集器の面積のわずか1%〜
10%であつて、熱損失を減少させることができ
る。収集器に必要な材料は少なくてすむから価格
を低減できる。 The surface area of the collector is much smaller than that of the collector, only ~1% of the area of a traditional flat plate collector.
10% and can reduce heat loss. The price can be reduced because less material is needed for the collector.
収集装置は2つ以上の導管で構成でき、形状を
円形チユーブ以外のものにしたりかつレンズおよ
びレンズ装置を第1図に示したもの以外のものに
することもできる。 The collection device may consist of more than one conduit, the shape may be other than a circular tube, and the lens and lens arrangement may be other than that shown in FIG.
第1図に示すレンズは適当なフレームおよび構
造部材に支持される。例えば、第2図においてレ
ンズ80はフレーム88に支持される。同図にお
いて複数個のレンズ80の1つはその端部で長手
方向に並べられかつ長手支持けた92および横支
持けた94によつて支持される。レンズは例えば
接着剤によつてフレームに固着される。レンズの
理論焦点96は収集器98のところにあり、これ
に沿つて位置する。流通開口100のような手段
が流体31および又は空気を入れたり出したりす
るために設けられ、この開口は例えば流体を循環
するための導管に連通され得る。上記流通開口を
他の位置に設けてもよい。前に述べたように、レ
ンズを構成する板は射出又は押出成形により一体
のもの、又は別々の板を溶接したものであつても
よい。 The lens shown in FIG. 1 is supported by a suitable frame and structural members. For example, in FIG. 2, lens 80 is supported by frame 88. In FIG. In the figure, one of the plurality of lenses 80 is longitudinally aligned at its ends and supported by longitudinal support beams 92 and lateral support beams 94. The lens is fixed to the frame, for example by adhesive. The theoretical focal point 96 of the lens is at and along collector 98. Means such as a flow opening 100 is provided for the entry and exit of fluid 31 and/or air, which opening may for example communicate with a conduit for circulating the fluid. The above-mentioned flow openings may be provided at other positions. As previously mentioned, the plates making up the lens may be integrally formed by injection or extrusion, or may be separate plates welded together.
第3,4図では、上部の彎曲板26と下部の平
板28が別々の部片で、フレーム104によつて
密封的に結合してある。フレーム104は2つの
長手溝106,108を具えている。上部の溝1
06は上部彎曲板26を嵌め込む寸法に彎曲して
おり、下部の溝108は平板28を嵌め込む寸法
で真直である。各距て板の側縁をシール材110
に沿つて各溝の中に嵌合させる。上記距て板の端
部も同じように結合してある。シール材110は
ガスケツト又は類似の可橈性部片および又は密封
結合部を形成するシリコン等の変形可能な材質か
ら成る。このように、2つの独立して距てられた
板を結合するか、又は射出又は押出成形した本発
明に係るレンズは、製造が比較的容易でありかつ
比較的廉価である。彎曲した凸形板の曲率半径お
よびレンズから収集器までの焦点距離は、板の
幅、両板間の最大距離、板の間にある流体の屈折
率に依存し、高い屈折率をもつた流体の場合は必
要な半径および焦点距離は短かくなる。 In FIGS. 3 and 4, the upper curved plate 26 and the lower flat plate 28 are separate pieces that are sealingly joined by a frame 104. Frame 104 includes two longitudinal grooves 106,108. Top groove 1
06 is curved to fit the upper curved plate 26, and the lower groove 108 is straight and has a size to fit the flat plate 28. Sealing material 110 is applied to the side edges of each spacing plate.
Fit it into each groove along the . The ends of the distance plates are also connected in the same way. Seal material 110 comprises a gasket or similar flexible piece and/or a deformable material such as silicone that forms a hermetic joint. In this way, lenses according to the invention, made by combining two independently spaced plates or by injection or extrusion, are relatively easy to manufacture and relatively inexpensive. The radius of curvature of a curved convex plate and the focal length from the lens to the collector depend on the width of the plate, the maximum distance between the plates, and the refractive index of the fluid between the plates, for fluids with high refractive index. The required radius and focal length are shorter.
使用したレンズ流体およびレンズ両板間の距離
により、レンズに衝突する約0.7ないし4ミクロ
ンの波長の赤外線の一部はレンズを通過しない。
赤外線の一部は流体に吸収されこれを加熱する。
さらに赤外線の一部はレンズ板に吸収されこれを
加熱し続いてこれによつて流体が加熱される。太
陽エネルギの一部は各板により反射され、この反
射された太陽エネルギの一部は各板の内部のレン
ズ方向へ反射されレンズ用流体にその一部が吸収
される。波長約0.25ないし0.7ミクロンの可視光
線は無色透明のレンズ流体および無色透明のレン
ズ板にはほとんど吸収されない。或る場合、例え
ばレンズの焦点位置で加熱をしたい場合等には赤
外線の吸収は最小にするのが望ましい。別の場
合、例えば焦点位置に光電池を配置したような場
合にはできるだけ多くの光線を伝達しながらかつ
レンズ流体を加熱しまたは焦点での加熱を極力抑
えるのが望ましい。前者の場合にはレンズ両板間
の距離は小さくし例えばレンズ板間最大距離が約
1インチ(約2.54cm)とし、またレンズ流体は周
囲温度において赤外線吸収量を最小なものとし屈
折率は少くとも1.35を有することが望ましい。炭
化水素、鉱油、溶剤、食塩水等の液体は無色透明
であつて水よりも赤外線吸収量は少い。使用時に
これらの流体はガラスまたはプラスチツクに対し
腐食性のないものを選定しなければならなず、ま
た適当な沸点を有することが望ましい。トリクロ
ロエチレンおよびトルエン等の大きな屈折率を有
して赤外線をあまり吸収しない流体はアクリル性
プラスチツクを腐食させる。このような腐食性流
体を用いる場合には、この流体に接するレンズ板
はこの流体により腐食されないテフロンシートま
たはルーサイトRD(デユポン社の商標)等のエ
ポキシによりコーテイングされる。後者の場合に
はレンズ両板間の距離は大きくされ例えばレンズ
板間最大間隔が約4インチ(10.16cm)とし流体
は無色透明のままで周囲温度において最大量の赤
外線を吸収するものを選定する。赤外線吸収率は
レンズに用いる材質によつても変わる。例えば吸
収率を小さくするには1.5%吸収率の白色ガラス
あるいは同様のプラスチツクを用いレンズ流体と
して食塩溶液を用いる。赤外線吸収率を大きくし
たい場合、例えば太陽エネルギを光電池に集めて
電気を発生させるような場合には例えば赤外線吸
収率20%のガラスまたはプラスチツクレンズが使
用される。後者の場合赤外線を吸収するために水
を用いることが望ましい。適当な場所に氷結防止
用の不凍剤を添加する。収集器内に水を用いる場
合にはこの水にも不凍剤を添加する。レンズ流体
として水を用いかつレンズで両板間距離が大きい
場合(例えば4インチ)にはレンズ流体による赤
外線吸収量が増加しこのレンズ流体は加熱され
る。レンズ流体内の熱は熱交換器により取出され
前記説明のように収集器流体の加熱または予熱に
用いられる。この熱はまた家庭用温水加熱装置や
建物の暖房に用いたりあるいは熱交換器内の低沸
点流体を過熱してこの流体を蒸発させたりするの
に用いられる。この加熱低沸点流体は蒸気として
例えばタービンに送られその膨張過熱蒸気がター
ピンの回転羽根を動かしそれによりタービンを駆
動し発電する。このようなレンズ流体は可視光線
を大部分通過させるため、レンズ用流体が加熱さ
れこの熱が前記説明のように加熱装置や別の電力
発生に用いられていても光電池による発生電力は
ほとんど減少しない。このように本発明において
は熱および電気を同時に効率よく得ることもでき
る。 Depending on the lens fluid used and the distance between the lens plates, some of the infrared radiation at wavelengths of about 0.7 to 4 microns that impinges on the lens does not pass through the lens.
Some of the infrared radiation is absorbed by the fluid and heats it.
Additionally, a portion of the infrared radiation is absorbed by the lens plate and heats it, which subsequently heats the fluid. A portion of the solar energy is reflected by each plate, a portion of the reflected solar energy is reflected toward the lens inside each plate, and a portion of the reflected solar energy is absorbed by the lens fluid. Visible light with a wavelength of approximately 0.25 to 0.7 microns is hardly absorbed by the colorless and transparent lens fluid and colorless and transparent lens plates. In some cases, it is desirable to minimize absorption of infrared rays, such as when heating is desired at the focal point of the lens. In other cases, such as when placing a photovoltaic cell at the focal point, it is desirable to transmit as much light as possible while heating the lens fluid or minimizing heating at the focal point. In the former case, the distance between the lens plates is small, for example, the maximum distance between the lens plates is about 1 inch (about 2.54 cm), and the lens fluid has a small refractive index to minimize the amount of infrared absorption at ambient temperature. It is desirable that both have a value of 1.35. Liquids such as hydrocarbons, mineral oils, solvents, and saline solutions are colorless and transparent and absorb less infrared rays than water. In use, these fluids must be selected to be non-corrosive to glass or plastic, and should preferably have a suitable boiling point. Fluids such as trichlorethylene and toluene, which have high refractive indices and do not absorb much infrared radiation, corrode acrylic plastics. When such a corrosive fluid is used, the lens plate in contact with the fluid is coated with a Teflon sheet or an epoxy such as Lucite RD (trademark of DuPont), which is not corroded by the fluid. In the latter case, the distance between the lens plates is increased, for example, the maximum spacing between the lens plates is approximately 4 inches (10.16 cm), and the fluid is selected to remain colorless and transparent while absorbing the maximum amount of infrared radiation at ambient temperature. . The infrared absorption rate also changes depending on the material used for the lens. For example, to reduce absorption, a 1.5% absorption white glass or similar plastic may be used and a saline solution may be used as the lens fluid. When it is desired to increase the infrared absorption rate, for example, when solar energy is collected in a photovoltaic cell to generate electricity, a glass or plastic lens with an infrared absorption rate of 20% is used, for example. In the latter case, it is desirable to use water to absorb infrared radiation. Add antifreeze to prevent freezing at appropriate locations. If water is used in the collector, antifreeze is also added to this water. When water is used as the lens fluid and the distance between the two plates of the lens is large (for example, 4 inches), the amount of infrared rays absorbed by the lens fluid increases and the lens fluid is heated. Heat within the lens fluid is extracted by a heat exchanger and used to heat or preheat the collector fluid as described above. This heat can also be used to heat domestic water heaters, buildings, or to superheat low-boiling fluids in heat exchangers to evaporate them. This heated low boiling point fluid is sent as steam to, for example, a turbine, and the expanded superheated steam moves the rotating blades of the turpin, thereby driving the turbine and generating electricity. Since such lens fluids allow most of the visible light to pass through, even if the lens fluid is heated and this heat is used for heating devices or other power generation as described above, the power generated by the photovoltaic cells will hardly be reduced. . In this way, in the present invention, heat and electricity can be obtained efficiently at the same time.
第5図において、装置70は流体レンズ22の
パネル71により構成される。各パネルは相互に
縦横方向に並んだ4つの流体レンズからなる。こ
のパネルは季節に応じかつ時間ごとに太陽を追従
できるように回転可能に取付けられる。フレーム
50は回転軸64上に支持されこの回転軸64は
フレーム62の両端側においてベアリング等によ
りフレーム62上に回転可能に保持される。回転
軸64の一端は電動モータ等の駆動装置(図示し
ない)に結合される。レンズ22およびフレーム
50は回転軸64の回転により縦軸線60の廻り
に回転可能であり太陽位置の季節変化に追従す
る。フレーム30は部材52によりフレーム50
に結合し第1図の場合と同様にレンズ22ととも
に共通の横軸53の廻りに動いて太陽位置を追従
する。 In FIG. 5, device 70 is comprised of a panel 71 of fluid lens 22. In FIG. Each panel consists of four fluid lenses arranged horizontally and vertically with respect to each other. The panels are rotatably mounted so that they can follow the sun seasonally and hourly. The frame 50 is supported on a rotating shaft 64, and the rotating shaft 64 is rotatably held on the frame 62 by bearings or the like at both ends of the frame 62. One end of the rotating shaft 64 is coupled to a drive device (not shown) such as an electric motor. Lens 22 and frame 50 are rotatable about vertical axis 60 by rotation of rotation axis 64, and follow seasonal changes in the position of the sun. The frame 30 is connected to the frame 50 by the member 52.
As in the case of FIG. 1, the lens 22 moves around a common horizontal axis 53 to track the position of the sun.
第6図に示した装置130は長体フレネルレン
ズとして作用する柱状のマイクロプリズム134
を有する細長い屈折レンズ132を備えている。
柱状レンズの直線状焦点が第5図の場合にように
各収集器上に位置するように屈折レンズ132お
よび収集器24が配置される。該レンズおよび収
集器は第1図および第5図の場合と同様に相互に
可動である。 The device 130 shown in FIG.
An elongated refractive lens 132 is provided.
Refractive lenses 132 and collectors 24 are arranged so that the linear focus of the columnar lenses is located on each collector as in FIG. The lens and collector are movable relative to each other as in FIGS. 1 and 5.
第7図は3つの導管配列を示し外側導管36内
に中間導管141が包まれさらにその中に内部導
管139が包まれる。3本の導管を用いることに
より温度の異る3種類の流体を使用することがで
き適用範囲が広がりまた焦点位置の範囲も広が
る。外側導管36は透明でよくまたこの内部は気
体でよい。このようにすることによつて中間およ
び最内部の導管141,139に対し温室加熱効
果を奏することができる。 FIG. 7 shows a three conduit arrangement, with an intermediate conduit 141 encased within the outer conduit 36 and an inner conduit 139 encased therein. By using three conduits, three types of fluids with different temperatures can be used, increasing the range of application and the range of focal positions. The outer conduit 36 may be transparent and its interior may be gaseous. By doing so, a greenhouse heating effect can be produced for the intermediate and innermost conduits 141, 139.
本発明の特徴は光電池を用いて、集めた太陽エ
ネルギを電気に変えることである。第8図におい
てシリコンあるいはカドミウムサルフアイドある
いは他の物質からなる光電池398が矩形断面の
流体導管400内に設置される。レンズの熱学的
焦点402は電池の位置好ましくはその外表面上
に位置する。電池は直列に配置されるがもし理論
焦点402が線型の場合には並列にあるいはまた
理論焦点402が点の場合には隔てて配置しても
よい。可視光線が光電池により電気に変換され赤
外線による熱は循環流体404および外側導管4
08内の流体406により取り除かれる。この熱
を奪う量は導管400,408の寸法および循環
流体の容積および流量により制御される。流体4
04は電気的絶縁体例えば空気等の気体または流
体であることが望ましい。各光電池を並列または
直列に結合しまた発生した電気を移送するための
配線(図示しない)を備える。流体404が電気
的に導電性のものである場合には光電池を電気的
に絶縁する手段および発生電気を移送する手段が
必要となる。導管400は、焦点402が直線状
の場合は透明な上表面を有し、焦点402が点の
場合には電池上部に透明な開口部を有する。外側
導管408の上表面も透明である。各導管の内外
表面は前記説明の場合と同様である。 A feature of the invention is the use of photovoltaic cells to convert collected solar energy into electricity. In FIG. 8, a photovoltaic cell 398 made of silicon or cadmium sulfide or other material is installed within a fluid conduit 400 of rectangular cross section. The thermal focus 402 of the lens is located on the cell, preferably on its outer surface. The cells may be arranged in series, or in parallel if the theoretical focal point 402 is linear, or alternatively spaced apart if the theoretical focal point 402 is a point. Visible light is converted into electricity by photovoltaic cells, and heat from infrared rays is transferred to the circulating fluid 404 and the outer conduit 4.
08 is removed by fluid 406. The amount of heat removed is controlled by the dimensions of the conduits 400, 408 and the volume and flow rate of the circulating fluid. fluid 4
Preferably, 04 is an electrical insulator, such as a gas or fluid such as air. Wiring (not shown) is provided for coupling each photovoltaic cell in parallel or series and for transferring the generated electricity. If the fluid 404 is electrically conductive, a means to electrically isolate the photovoltaic cell and to transport the generated electricity is required. Conduit 400 has a transparent top surface when focal point 402 is a straight line, and has a transparent opening at the top of the cell when focal point 402 is a point. The upper surface of outer conduit 408 is also transparent. The inner and outer surfaces of each conduit are as described above.
以上説明のように約100以上の収束率で太陽光
線エネルギを収集させればそうしない場合より
100倍以上の電力が太陽電池により得られ、大き
な熱エネルギは導管内の流体によつて消費かつ除
去される。光電池で発生する熱は流体レンズ内で
の赤外線吸収により減少する。これにより収集器
の熱消費を減少しかつ電池の効率を増加させるこ
とができる。レンズ用流体内に吸収された熱は前
記のごとく回収される。別の方法により太陽エネ
ルギを電気に変えることもできる。例えば二重の
流体運搬収集器を用い光電池を前述のように挿入
し電気を発生させこの熱エネルギは装置を加熱す
るために用いられる。さらに発生した電気により
水あるいは塩水を電気分解し水素、ナトリウム、
塩素等を製造することも可能である。水素は一酸
化炭素とともにメタノール製造に用いたりまたは
空気中の窒素とともにアンモニア化合物や尿素等
の他の窒素化合物の製造に用いる。本発明はさら
に太陽エネルギを用いた貯水設備を有する水力発
電装置にも適用できる。この場合には太陽エネル
ギ装置が日中しか発電できないのに対し電力需要
のピークである夜にも発電できる。この太陽エネ
ルギ装置は貯水設備内に装備し別の設置場所を必
要としない。前述のように場合によつては収集器
内で温室効果を奏する第1図に示した断熱板46
を省略してもよい。第9図において収集器205
は第1図の断熱板46に相当する板を含まず従つ
て赤外線による熱は収集器内に保持されない。断
熱板46を省略することよりシール材や保温材等
のコストが減少し赤外線による熱は発散する。さ
らに収集器205の導管は広い角度に亘つて太陽
に露出できる。 As explained above, if you collect solar energy with a convergence rate of about 100 or more, it will be better than if you do not do so.
Over 100 times more power can be obtained from solar cells, and much more thermal energy is consumed and removed by the fluid in the conduits. The heat generated by the photovoltaic cell is reduced by infrared absorption within the fluid lens. This can reduce the heat consumption of the collector and increase the efficiency of the battery. Heat absorbed within the lens fluid is recovered as described above. Solar energy can also be converted into electricity by other methods. For example, using dual fluid transport collectors and inserting photovoltaic cells as described above, electricity is generated and this thermal energy is used to heat the device. Furthermore, the generated electricity electrolyzes water or salt water to produce hydrogen, sodium,
It is also possible to produce chlorine and the like. Hydrogen is used together with carbon monoxide to produce methanol, or together with nitrogen in the air to produce other nitrogen compounds such as ammonia compounds and urea. The present invention can also be applied to a hydroelectric power generation device having a water storage facility using solar energy. In this case, whereas solar energy devices can only generate electricity during the day, they can also generate electricity at night when electricity demand is at its peak. This solar energy device is installed within the water storage facility and does not require a separate installation location. The insulation board 46 shown in FIG.
may be omitted. In FIG. 9, the collector 205
does not include a plate corresponding to insulating plate 46 of FIG. 1, so no infrared heat is retained within the collector. By omitting the heat insulating plate 46, the cost of sealing materials, heat insulating materials, etc. is reduced, and the heat generated by infrared rays is dissipated. Furthermore, the collector 205 conduit can be exposed to the sun over a wide range of angles.
上板面および下板面を有する流体レンズは一般
に寸法の大きその幅よりも長い焦点距離を有して
いる。長く延びたマイクロプリズムを有する長い
フレネルレンズは流体レンズよりも小さくまた焦
点距離も短い。長く延びたマイクロプリズムはレ
ンズ中心に向つて高さが減少するのでレンズ幅が
限定される。またフレネルレンズに用いるガラス
あるいはプラスチツク板の幅も限定される。この
こと大きな利点となる。例えば、板46あるいは
導管36(第1図)を省略しても閉じた系におい
てレンズと収集器間の距離を減少させることより
温室効果を維持できる。第9図は中央部の流体レ
ンズ200と周囲の4つのフレネルレンズ201
〜204の組み合わせを示し各フレネルレンズは
太陽光線に向けたギザギザを有しその焦点208
は共通で流体レンズの焦点とも一致している。レ
ンズ装置は収集器205に結合し前述と同様に太
陽追従のために移動可能である。フレネルレンズ
は2つあつてもよい。またレンズは第5図に示す
ように縦横方向に配置し太陽エネルギの集束率を
向上させれば特に光電池を用いた発電装置の場合
に有利となる。 A fluid lens having an upper plate surface and a lower plate surface is generally large in size and has a focal length longer than its width. Long Fresnel lenses with elongated microprisms are smaller and have a shorter focal length than fluid lenses. Since the elongated microprism decreases in height toward the center of the lens, the width of the lens is limited. Furthermore, the width of the glass or plastic plate used in Fresnel lenses is also limited. This is a big advantage. For example, the plate 46 or conduit 36 (FIG. 1) may be omitted and the greenhouse effect maintained by reducing the distance between the lens and the collector in a closed system. Figure 9 shows a fluid lens 200 in the center and four Fresnel lenses 201 around it.
~204 combinations each Fresnel lens has a jagged edge facing the sun's rays and its focal point 208
is common and also coincides with the focus of the fluid lens. The lens arrangement is coupled to the collector 205 and is movable for solar tracking as before. There may be two Fresnel lenses. Furthermore, it is advantageous especially in the case of a power generation device using photovoltaic cells, if the lenses are arranged vertically and horizontally as shown in FIG. 5 to improve the focusing efficiency of solar energy.
第10図の装置144は太陽の位置により収集
器150の異なる場所に位置する焦点F,F1,
F2を有するマイクロプリズム118からなる直
線型屈折レンズ146を有する。収集器150は
東西方向に配置し日中に太陽エネルギを捕集す
る。この収集器は太陽エネルギ伝達装置を有し、
保温材42で部分的に囲まれた矩形導管154を
具備する。この装置144の図示寸法は正確では
ない。特に収集器150は明確化のため大きく抽
いてある。実際は屈折レンズ146よりその10%
程小さい。閉じた系は屈折レンズ146の側面お
よび保温部材42を延して重ねることにより得ら
れる。前述のように矩形導管154を用いること
により導管内で移動する焦点F,F1,F2の位置
決めが容易になる。屈折レンズ146は主として
太陽光線を屈折させて焦点に集めるものであるが
156で示す如き幾つかの光線は更にマイクロプ
リズムにより反射される。屈折レンズ146の内
側は適当な角度を有しこれに衝突するすべて光線
を焦点に集めるように形成する。 The device 144 of FIG. 10 has focal points F, F 1 , located at different locations on the collector 150 depending on the position of the sun.
It has a linear refractive lens 146 consisting of a microprism 118 with F2 . The collector 150 is arranged in an east-west direction and collects solar energy during the day. This collector has a solar energy transmission device,
A rectangular conduit 154 partially surrounded by insulation material 42 is provided. The illustrated dimensions of this device 144 are not exact. In particular, the collector 150 is largely drawn out for clarity. Actually, it is 10% more than the refractive lens 146.
Moderately small. A closed system is obtained by extending and overlapping the side surfaces of the refractive lens 146 and the heat insulating member 42. As previously discussed, the use of rectangular conduit 154 facilitates the positioning of focal points F, F 1 , F 2 as they move within the conduit. Although the refractive lens 146 primarily refracts and focuses sunlight, some rays, such as those shown at 156, are further reflected by microprisms. The inside of the refractive lens 146 is formed with a suitable angle to focus all the light rays that impinge on it.
流体レンズはフレネルレンズよりも大きく、ま
たフレネルレンズよりも太陽エネルギの吸収、反
射効率が低い。それ故流体レンズだけで出来た装
置は一般にフレネルレンズだけで出来た装置或は
一個以上の流体レンズと一個以上のフレネルレン
ズを組合わせた装置よりも効率が低い。本発明装
置は流体レンズとフレネルレンズを備えることが
できる。 Fluid lenses are larger than Fresnel lenses, and have lower solar energy absorption and reflection efficiency than Fresnel lenses. Therefore, a device made only of fluid lenses is generally less efficient than a device made only of Fresnel lenses or a combination of one or more fluid lenses and one or more Fresnel lenses. The device of the invention can include a fluid lens and a Fresnel lens.
本発明の太陽エネルギ捕集装置には圧縮機又は
吸引装置付の熱ポンプが組合わせられる。空調装
置、冷凍装置ないしは熱貯蔵装置と組合わせて使
用され、熱貯蔵装置では日照がないか或は弱い時
に熱ポンプ熱を供給する。熱ポンプは循環する冷
却剤を蒸発させるのに流体(即ち上述の収集器内
の流体)による熱源(即ち捕集した太陽エネルギ
から得た熱源)に空気又は好ましくは水を使用す
る。水を使用した場合、溢流した水低温に冷却
し、又貯水槽が小型の時は冷凍せねばならなぬの
で通常大型の貯水槽が必要である。熱ポンプから
得られる熱は冷却剤を蒸発するのに使用する熱源
と凝縮した冷却剤との絶対温度差によつて定ま
る。熱ポンプより得られる熱は冷却剤の圧縮機に
要求される力の2ないし5倍である。熱ポンプは
日照のない時間に付加的な熱を供給するために使
用する。太陽エネルギ装置と貯水池を有する水力
発電設備との組合わせは、水力発電用貯水池の水
から熱をとるようにした熱ポンプを用いると大き
な利点がある。 The solar energy collection device of the present invention is combined with a compressor or a heat pump with a suction device. It is used in combination with an air conditioner, a refrigeration system or a heat storage device, in which the heat pump supplies heat when there is no or little sunlight. Heat pumps use air or preferably water as a fluid (ie, fluid in the collector described above) heat source (ie, a heat source obtained from captured solar energy) to evaporate the circulating coolant. If water is used, a large water tank is usually required since the overflow water must be cooled to a low temperature and, if the water tank is small, frozen. The heat obtained from the heat pump is determined by the absolute temperature difference between the heat source used to evaporate the refrigerant and the condensed refrigerant. The heat obtained from the heat pump is 2 to 5 times the power required by the refrigerant compressor. Heat pumps are used to provide additional heat during periods of no sunlight. The combination of a solar energy device and a hydroelectric power plant having a reservoir has great advantages when a heat pump is used which extracts heat from the water in the hydroelectric reservoir.
又レンズは太陽光線が連続したレンズを通過す
るように組合わせることができる。前述の配列に
よりレンズ装置の焦点を短かくし得ると共に収集
器内に鋭い角度の焦点が得られ殊にレンズで光電
池上に焦点を結ばせる場合に有用である。第11
図は前記のレンズ22が前記のフレネルレンズに
重ね合わされた状態を示す。フレネルレンズはさ
もなければ長くなるであろう流体レンズの焦点を
短かくする。収集器414A内に光電池398を
設ける。導管36と38は温室効果を発揮するた
めに囲われていない。第11図では両導管は絶縁
容器412内にすつぽりと納められている。しか
し容器内の幅の広い密閉しない樋形の開口413
は温室効果加熱を減少させる。温室効果を期待す
る場合は前述の他の収集器を使用することができ
る。両レンズは太陽の正しい位置を追跡できるよ
うに可動であることが望ましい。レンズ22は第
1図に述べたような方法で支持され、他方レンズ
132は収集器414Aと同様な支持方法でレン
ズ22の下方に支持される。何れのレンズを他の
レンズ上に重ね合わせてもよく、また2個のフレ
ネルレンズ又は2個の流体レンズを使用してもよ
い。 Lenses can also be combined so that sunlight passes through successive lenses. The foregoing arrangement allows the focal point of the lens device to be shortened and provides a sharp angled focal point within the collector, which is particularly useful when focusing the lens onto a photovoltaic cell. 11th
The figure shows the lens 22 superimposed on the Fresnel lens. Fresnel lenses shorten the focal point of fluid lenses that would otherwise be long. A photovoltaic cell 398 is provided within collector 414A. Conduits 36 and 38 are not enclosed to provide a greenhouse effect. In FIG. 11, both conduits are enclosed within an insulating container 412. However, a wide unsealed trough-shaped opening 413 in the container
reduces greenhouse heating. Other collectors mentioned above can be used if a greenhouse effect is desired. Both lenses are preferably movable so that the correct position of the sun can be tracked. Lens 22 is supported in a manner as described in FIG. 1, while lens 132 is supported below lens 22 in a similar manner to collector 414A. Either lens may be superimposed on the other, and two Fresnel lenses or two fluid lenses may be used.
第12図ないし第15図は、太陽追跡装置を用
いないで季節及び日照時間に無関係にほぼ共通の
焦点線に沿つて太陽エネルギを集中させる中心部
の単数又は複数のフレネル型レンズとそれに隣接
したフレネル型レンズ(複数)の組合わせを示
す。第12図において、レンズ系500は長い中
央部のフレネル型レンズ502と隣接した長いフ
レネル型レンズ503,504とから構成され
る。中央部のレンズは流体レンズにすることもで
きる。レンズは通常東西の方向に張設される。総
体的に506で表したマイクロプリズムの角度が
付けられ、季節に無関係に収集器508の内部又
は上部にレンズ系の焦点が結ばれるようにレンズ
を配置している。第13図はこの目的を達成する
ためにマイクロプリズム506の角度がどのよう
に形成されているかを概略図で示している。中央
部レンズ502は地表510に平行なる如く示さ
れているが、装置全体を回動できるのでレンズ5
02はこの装置が置かれる場所によつて地表に対
しある角度をなす。第12図の装置において、レ
ンズ503は冬至の直前直後の時期には太陽エネ
ルギを集中する。レンズ502は春分の直前直後
の時期に、レンズ504は夏至の直前直後の時期
に、又レンズ502は秋分の直前直後の時期にそ
れぞれ太陽エネルギを集中する。 Figures 12 to 15 show a central Fresnel lens or lenses and adjacent lenses that concentrate solar energy along a substantially common focal line regardless of season and daylight hours without the use of a sun tracking device. A combination of Fresnel type lenses is shown. In FIG. 12, a lens system 500 is composed of a long central Fresnel lens 502 and adjacent long Fresnel lenses 503 and 504. The central lens can also be a fluid lens. Lenses are usually stretched in an east-west direction. The microprisms, generally designated 506, are angled to position the lenses so that the lens system is focused within or on top of the collector 508 regardless of the season. FIG. 13 shows schematically how the angles of microprism 506 are formed to achieve this purpose. Although the central lens 502 is shown parallel to the ground surface 510, the entire device can be rotated so that the lens 502 is parallel to the ground surface 510.
02 makes an angle to the ground depending on where the device is placed. In the apparatus of FIG. 12, lens 503 concentrates solar energy during the period just before and after the winter solstice. The lens 502 concentrates solar energy during the period immediately before and after the vernal equinox, the lens 504 concentrates solar energy during the period immediately before and after the summer solstice, and the lens 502 concentrates solar energy during the period immediately before and after the autumnal equinox.
焦点Fは収集器508の内部又は表面に位置
し、該収集器508は隣接した2個の透明導管3
6を備え、その内部にそれぞれ内側導管38を取
囲んでいる。このようにして、たとえ焦点線が水
平方向にずれても焦点線は一つの導管内にあるよ
うにされている。さらに焦点線を鋭くでき得ない
場合も隣接した導管を設けることによつて、該焦
点線が複数の導管内に部分的に存在することがで
きる。導管の下方には彎曲反射板512が適宜配
設されていてその上に落ちたエネルギを導管に向
ける。 The focal point F is located inside or on the surface of a collector 508, which is connected to two adjacent transparent conduits 3.
6 each surrounding an inner conduit 38 therein. In this way, the focal lines are kept within one conduit even if they are shifted horizontally. Furthermore, even if the focal line cannot be sharpened, by providing adjacent conduits, the focal line can lie partially within multiple conduits. A curved reflector plate 512 is suitably disposed below the conduit to direct the energy falling thereon to the conduit.
第14図において、装置の東端及び西端にある
フレネル型レンズがこれらのレンズを朝夕時間の
捕集に対してよりよく方向付ける為に中央部のレ
ンズに対して角度を付けることが望ましい。例え
ば東端のレンズ520は朝の太陽に直面するよう
に傾斜し、西端のレンズ522は夕方の太陽に直
面するように傾斜している。中央部のレンズ52
4は日中の太陽に直面するように方向配置されて
いる。上記レンズ配列により太陽追跡装置を用い
ることなく太陽エネルギ捕集量が増大せしめられ
る。 In FIG. 14, it is desirable that the Fresnel type lenses at the east and west ends of the device be angled relative to the central lens to better orient these lenses for morning and evening collection. For example, the east end lens 520 is angled to face the morning sun, and the west end lens 522 is angled to face the evening sun. central lens 52
4 is oriented to face the sun during the day. The above lens arrangement allows for increased solar energy capture without the use of solar trackers.
第15図は隣接レンズ群を含んだ組合せレンズ
系を示す。レンズ503と504は主として所定
の季節中に太陽エネルギを集めるように位置し、
レンズ522と520(図示せず)は主として朝
夕の時間に太陽エネルギを集めるように位置す
る。このようにしてレンズ502及び524によ
つて太陽追跡装置を用いないで一日中又は一年中
太陽エネルギを集める。第15図に示すようにレ
ンズ522及び520(図示せず)は装置の東端
及び西端の中間に置くことができる。 FIG. 15 shows a combined lens system including adjacent lens groups. Lenses 503 and 504 are positioned to primarily collect solar energy during a given season;
Lenses 522 and 520 (not shown) are positioned to collect solar energy primarily during the morning and evening hours. In this manner, lenses 502 and 524 collect solar energy all day or year round without the use of solar trackers. As shown in FIG. 15, lenses 522 and 520 (not shown) can be placed intermediate the east and west ends of the device.
本発明のすぐれた特徴と利点を要約すると下記
のとおりである。 The outstanding features and advantages of the present invention are summarized as follows.
レンズ式集光装置と導管式収集装置とが組合わ
せられていて、集光装置の太陽に暴露した表面積
がエネルギを収集する収集装置の表面よりも大き
い。その結果収集器の面積が例えば従来の平面型
捕集装置の僅か1ないし10%になるので熱損失が
減少する。従つてその効果は従来の平面型捕集装
置よりも約50%高くなる。表面積が減るのでこれ
に対応して太陽に露出する単位表面積当りの使用
材料が減少し、又これに対応して推定設置費用が
約2分の1に減少する。さらに発生エネルギ当り
の低価格によつて効率が高まる。本発明にかかる
より有効な装置を提供するために、流体レンズは
赤外線発光を吸収するのに使用することができ又
得られた熱は種々の目的に使用される。レンズ流
体による赤外線発光の吸収はレンズ焦点に生じた
熱を減少させる。このことはレンズ焦点に光電池
を配置する場合極めて有用である。単一の装置に
フレネルレンズと流体レンズを併用することによ
つて太陽エネルギ装置の効率を高め費用を低下す
ることができる。前記の両レンズは装置全体に独
特の利益を付与する。 A lens-type concentrator and a conduit-type collector are combined, where the solar-exposed surface area of the concentrator is larger than the surface of the collector that collects energy. As a result, heat losses are reduced because the area of the collector is, for example, only 1 to 10% of that of a conventional flat collector device. Its effectiveness is therefore approximately 50% higher than that of conventional planar collectors. Because of the reduced surface area, there is a corresponding reduction in the amount of material used per unit of sun-exposed surface area, and a corresponding reduction in estimated installation costs by about a factor of two. Furthermore, efficiency is increased due to the lower cost per unit of energy generated. To provide a more effective device according to the invention, a fluid lens can be used to absorb infrared radiation and the resulting heat can be used for various purposes. Absorption of infrared radiation by the lens fluid reduces heat generated at the lens focus. This is extremely useful when placing a photovoltaic cell at the lens focus. The combination of Fresnel lenses and fluid lenses in a single device can increase the efficiency and reduce cost of solar energy devices. Both lenses mentioned above provide unique benefits to the overall device.
また本発明によればフレーム装置は季節的及び
時間内に太陽に露出され、又季節的に及び時間的
に太陽を追跡する。又組合わせレンズ装置は太陽
に露され、太陽追跡装置を用いないで季節及び日
照時間に無関係に太陽エネルギを収集器内又は収
集器上に集めるように個々のレンズを配置してい
る。 Also in accordance with the present invention, the frame device is exposed to the sun seasonally and temporally and also tracks the sun seasonally and temporally. The combination lens system is also exposed to the sun and the individual lenses are arranged to collect solar energy in or on the collector regardless of season and daylight hours without the use of a sun tracking device.
本発明の特殊な利用について述べたが捕集した
太陽エネルギは多くの他の目的に使用することが
できる。又太陽エネルギ捕集装置によつて適宜発
生した電気で電気分解して塩をナトリウムと塩素
に分解することができる。同様に太陽エネルギに
より適宜発生した電気で電気分解して水を水素と
酸素に分解することができる。この水素は一酸化
炭素と共に液化メタノール製造に用いられる。液
化メタノールは輸送が容易で又自動車、飛行機等
の燃料として使用することができる。上述の装置
は水力発電装置及び又は公知の熱ポンプ(圧縮及
び吸引)と組合わせて、捕集した太陽エネルギを
熱ポンプにより得た熱と組合わせて特に冷凍装置
に使用することができる。複数導管収集器とその
流体は室の暖房及び温水のための約70℃ないし80
℃の温度を供給でき、又高温では熱貯蔵利用及び
発電のための例えば約180℃ないし200℃の温度を
供給することができて膨張機関と組合わせること
ができる。 Although specific uses of the invention have been described, the captured solar energy can be used for many other purposes. Also, the salt can be decomposed into sodium and chlorine by electrolysis using electricity appropriately generated by a solar energy collection device. Similarly, water can be decomposed into hydrogen and oxygen by electrolysis using electricity appropriately generated by solar energy. This hydrogen is used together with carbon monoxide to produce liquefied methanol. Liquefied methanol is easy to transport and can be used as fuel for automobiles, airplanes, etc. The above-mentioned device can be used in combination with a hydroelectric power plant and/or a known heat pump (compression and suction) to combine the captured solar energy with the heat obtained by the heat pump, in particular for refrigeration systems. The multi-conduit collector and its fluid temperature range is approximately 70°C to 80°C for room heating and hot water.
C. or, at higher temperatures, for example about 180.degree. C. to 200.degree. C., for heat storage utilization and power generation, and can be combined with an expansion engine.
本発明の装置を主として概略線図で説明した。
従つて発明を理解すのに不必要なある部分は省略
した。例えば本発明の装置を構成する材料や支持
構成物は当該技術者に公知であるので詳細に説明
しなかつた。又先述の装置の部品寸法は装置の使
用条件によつて変化するものである。 The apparatus of the present invention has been explained mainly using schematic diagrams.
Therefore, certain parts unnecessary for understanding the invention have been omitted. For example, the materials and support structures constituting the apparatus of the present invention are well known to those skilled in the art and therefore have not been described in detail. Furthermore, the dimensions of the components of the above-mentioned apparatus vary depending on the conditions of use of the apparatus.
本発明の利点及び開示実施例の変更と変形態様
は当該技術者にとつて容易に明らかになるであろ
う。本発明の請求の範囲は発明の精神と範囲から
逸脱することなしに本開示の目的でここに選んだ
実施態様になされるすべて変形と形更を包含する
ものである。又特許請求の範囲に記載した本発明
の保護される範囲は従来技術で許されると同様の
広い範囲を持つものである。 The advantages of the invention, as well as modifications and variations of the disclosed embodiments, will become readily apparent to those skilled in the art. The appended claims are intended to cover all changes and modifications that may be made to the embodiments herein chosen for purposes of this disclosure without departing from the spirit and scope of the invention. Furthermore, the scope of protection of the present invention as described in the claims is as wide as permitted by the prior art.
第1図は細長流体レンズと細長収集器を含む装
置の斜視図、第2図は長手方向に並べた一連の流
体レンズの1つ及びそのレンズフレームの部分断
面斜視図、第3図はレンズ流体を囲む2つの別個
の板とこれらの板を密封するシール用のフレーム
とを有するレンズ系の斜視図、第4図は第3図の
4―4線断面図、第5図は複数個の流体レンズパ
ネルを用いた他の装置の斜視図、第6図は直線状
の焦点を有する細長プラナーフレネルレンズおよ
び流体伝導管を有する収集器を含む他の装置の斜
視図、第7図は3つの流体導管を含む他の収集器
の一部の断面図、第8図は流体導管内に配置した
光電池の断面図、第9図は中央の流体レンズとこ
れに隣接するフレネルレンズを含むレンズ系の断
面図、第10図は彎曲細長フレネル型レンズと単
一の矩形流体導管を有する収集器とを含む本発明
に係わる他の装置の斜視図、第11図は太陽光線
が連続的に通過する2つのレンズを示す斜視図、
第12図は中央レンズとこれに隣接するフレネル
型レンズを有するレンズ系の断面図、第13図は
第10図のフレネル型レンズの1つを示す拡大断
面図、第14図は東西の方向に向いた一連のフレ
ネル型レンズの斜視図、第15図は第12図およ
び第14図の両面に示したように配置しかつ角度
をつけたレンズを具える複合レンズ系の斜視図。
22……流体レンズ集光器、24……収集器、
26,28……レンズ板、36……外側導管、3
8……内部導管、40……絶縁容器、54,56
……熱搬送流体。
1 is a perspective view of an apparatus including an elongated fluid lens and an elongated collector; FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view of one of a series of longitudinally arranged fluid lenses and its lens frame; and FIG. 3 is a perspective view of the lens fluid. 4 is a cross-sectional view taken along line 4--4 of FIG. 3, and FIG. 5 shows a plurality of fluid FIG. 6 is a perspective view of another device using a lens panel, FIG. 8 is a cross-sectional view of a photovoltaic cell placed within the fluid conduit, and FIG. 9 is a cross-sectional view of a lens system including a central fluid lens and an adjacent Fresnel lens. FIG. 10 is a perspective view of another device according to the invention comprising a curved elongated Fresnel lens and a collector with a single rectangular fluid conduit; FIG. A perspective view showing a lens;
Fig. 12 is a cross-sectional view of a lens system having a central lens and an adjacent Fresnel lens, Fig. 13 is an enlarged cross-sectional view of one of the Fresnel lenses in Fig. 10, and Fig. 14 is an east-west view. FIG. 15 is a perspective view of a series of oriented Fresnel lenses; FIG. 15 is a perspective view of a compound lens system with lenses arranged and angled as shown on both sides of FIGS. 12 and 14; 22...Fluid lens condenser, 24...Collector,
26, 28... Lens plate, 36... Outer conduit, 3
8... Internal conduit, 40... Insulating container, 54, 56
...Heat transport fluid.
Claims (1)
該内側細長導管との間に第2の流体を通過せしめ
る空所を形成するようにして内側細長導管を包囲
する外側細長導管と、太陽エネルギを捕集する集
光手段とを有し、上記第1、第2流体は夫々独立
した別個の流体回路内で循環せしめられ、上記内
外側細長導管は実質上平行な軸線を有し、外側長
導管は少くとも一部が透明であり、更に上記内部
導管内部または上には内部導管を通過すべき第1
流体と熱交換関係を有するようにして光電手段が
配置され、該光電手段は外側導管の透明部分と一
直線上に整列されかつ上記集光手段、内外細長導
管及び光電手段は集光手段からの捕集太陽エネル
ギが外側導管の透明部を通過して光電手段に受容
されるような光学位置関係に配置されることを特
徴とする太陽エネルギを電気的エネルギに変換す
るための細長集光装置。 2 上記集光手段は内外側導管の軸線に実質上平
行に延びる軸線を有しかつ太陽エネルギが集中す
る細長焦点を具えた細長レンズ手段を有し、該レ
ンズ手段及び内外側導管はレンズ手段の細長焦点
が実質上内側導管の長手方向に沿つて該内側導管
内または上に延在するように配置されることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の集光装置。 3 内側導管は少なくとも一部が透明であり、上
記光電池手段は内側導管を通過すべき流体と熱交
換関係を有するようにして内側導管内はに配置さ
れかつ内外側導管の透明部と一直線上に整列さ
れ、そして光電池手段は内外側導管の透明部を通
る集光手段からの捕集太陽エネルギを受容するよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
記または第2項記載の集光装置。 4 光電手段は光電池を有することを特徴とする
特許請求の範囲第1項、第2項または第3項に記
載の集光装置。 5 集光手段は内外側導管の軸線に平行な軸線を
有する細長流体レンズを有することを特徴とする
特許請求の範囲第1項、第2項、第3項または第
4項に記載の集光装置。 6 内外側導管の各内部に流体を流通せしめるよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第1
項、第2項、第3項、第4項または第2項に記載
の集光装置。 7 各導管の流体は相異することを特徴とする特
許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項、
第5項または第6項に記載の集光装置。 8 流体レンズはそこを通る光線の伝達性が実質
上低下せずかつ赤外線の吸収率が高い特性を有す
るレンズ流体を含み、それにより光電池手段近傍
での太陽エネルギの熱エネルギへの変換を減少し
て光電手段による電気発生量を増大するようにし
たことを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載
の集光装置。 9 レンズ手段は上記レンズ流体を封入する対向
レンズ板から成り、これらレンズ両板は該流体に
よる赤外線の吸収率が高くなりかつこれら板及び
流体による太陽光線の伝達率が高くなるように距
てて置かれることを特徴とする特許請求の範囲第
8項に記載の集光装置。 10 熱交換手段及びレンズ流体を該熱交換手段
に連通する手段を有し、それにより熱はレンズ流
体から除去され得るようにしたことを特徴とする
特許請求の範囲第8項又は第9項に記載の集光装
置。 11 レンズ手段は内部導管の長さ方向に沿つた
実質上不連続点に太陽エネルギを収集せしめ、光
電池は内部導管内で上記長さ方向沿いに隔てて置
かれ、レンズ手段及び光電池は夫々の光電池が不
連続点に集められる太陽エネルギを受容し得るよ
うに配置されることを特徴とする特許請求の範囲
第10項に記載の集光装置。 12 レンズ手段は内部導管内において上記長さ
方向に沿つて約100倍の太陽エネルギ収集せしめ
ることを特徴とする特許請求の範囲第11項に記
載の集光装置。[Claims] 1: an inner elongated conduit through which a first fluid passes;
an outer elongated conduit surrounding the inner elongated conduit so as to form a cavity between the inner elongated conduit and the second fluid, and a light concentrating means for collecting solar energy; 1. the second fluid is circulated in separate and independent fluid circuits, the inner and outer elongate conduits having substantially parallel axes, the outer elongate conduits being at least partially transparent; Inside or on the conduit there is a first
A photoelectric means is disposed in heat exchange relationship with the fluid, the photoelectric means being aligned with the transparent portion of the outer conduit, and the light collecting means, the inner and outer elongated conduits, and the photoelectric means being arranged to collect light from the light collecting means. CLAIMS 1. An elongated concentrator for converting solar energy into electrical energy, the device being arranged in an optical position such that the concentrated solar energy passes through a transparent portion of the outer conduit and is received by the photoelectric means. 2. The concentrating means comprises an elongated lens means having an axis extending substantially parallel to the axis of the inner and outer conduits and having an elongated focal point on which solar energy is concentrated; 2. A concentrating device as claimed in claim 1, characterized in that the elongated focus is arranged to extend substantially along the length of the inner conduit into or over the inner conduit. 3. The inner conduit is at least partially transparent, and the photovoltaic cell means is disposed within the inner conduit in a heat exchange relationship with the fluid to be passed through the inner conduit and in line with the transparent portion of the inner and outer conduits. 3. A collection according to claim 1 or claim 2, characterized in that the photovoltaic cell means are aligned and adapted to receive collected solar energy from the concentrating means passing through the transparent parts of the inner and outer conduits. light device. 4. The light collecting device according to claim 1, 2 or 3, wherein the photoelectric means includes a photovoltaic cell. 5. The light collecting means according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the light collecting means comprises an elongated fluid lens having an axis parallel to the axis of the inner and outer conduits. Device. 6. Claim 1, characterized in that fluid is allowed to flow inside each of the inner and outer conduits.
2. The light condensing device according to item 2, item 3, item 4, or item 2. 7 Claims 1, 2, 3, and 4, characterized in that the fluids in each conduit are different;
The light condensing device according to item 5 or 6. 8. The fluid lens comprises a lens fluid having the properties of high absorption of infrared radiation with substantially no reduction in the transmission of light rays passing through it, thereby reducing the conversion of solar energy into thermal energy in the vicinity of the photovoltaic means. 6. The condensing device according to claim 5, wherein the amount of electricity generated by the photoelectric means is increased. 9. The lens means comprises opposed lens plates enclosing said lens fluid, said lens plates being spaced apart such that the absorption of infrared rays by said fluid is high and the transmission of sunlight by said plates and fluid is high. 9. A light condensing device according to claim 8, characterized in that the light condensing device is placed. 10. According to claim 8 or 9, the invention comprises heat exchange means and means for communicating the lens fluid with the heat exchange means, so that heat can be removed from the lens fluid. The light condensing device described. 11. The lens means collects solar energy at substantially discontinuous points along the length of the inner conduit, and the photovoltaic cells are spaced apart along the length of the inner conduit, and the lens means and the photovoltaic cells are located at a distance from each photovoltaic cell. 11. A concentrating device according to claim 10, characterized in that the concentrating device is arranged to receive solar energy concentrated at discontinuous points. 12. A concentrator as claimed in claim 11, wherein the lens means collect approximately 100 times more solar energy along said length within the inner conduit.
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