JPS5836258B2 - タイヨウホウシヤエネルギ−キユウシユウカプセル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、太陽放射エネノｌ・ギーを効率良く高温の
熱エネルギーに直接変換ｔ７、家庭あるレ▲は工業の熱
源として利用するために使用する太陽放射エネルギー吸
収カプセルに関するものである。

電磁波エネルギーの代表的なものは、太陽放射エネルギ
ーであるが、地球軌道上に釦ける乎均太陽放射強度は、
約０− Ｉ Ｗ／ｃａ （ Ｉ Ｋｍ平方でＩ． Ｏ
Ｏ万ＫＷのエネルギー）で、その放射エネルギーのスペ
クトル曲線は第１図の曲線１で示すように、波長０．５
μｍ近傍で最大値を有し，色温度は５９００°Ｋである
。

第１図の横軸は波長（μｍ）、縦軸は相対強度を示す。

ところで、太陽放射エネルギーは無尽蔵１あると云って
良い。

この太陽放射エネルギーを効率良〈直接変換できれば、
無公害の永久熱エネルギー源として利用することができ
る。

上述の点に鑑み、本発明者等は先に太陽放射エネルギー
の大部分を吸収し、放射損失がきわめて小さい太陽放射
エネルギー吸収装置を提案１〜た。

そこでこれについてはじめに説明する。

渣ず、この太陽放射エネルギー吸収装置を構或する主要
な各部について説明する。

第２図はこの装置に用いる選択透過膜１の拡大断面図で
、２は前記選択透過膜１を付着させる基材となるガラス
板１たはガラス円筒である。

この構或で太陽放射エネルギーＥが照射されると、その
大部分は選択透過膜１を透過する。

この透過したエネルギーは内部の熱吸収体３によって吸
収され、後述するように熱吸収体３｛・ま冷却媒体によ
って冷却され熱が取り出されるから温度が下がり、入射
したエネルギーの波長よりも長波長の放射エネルギーを
放射するが、これは前記選択透過膜１で反射され再び熱
吸収体３に入り吸収される。

この状態の一例を第１図の曲線■に示す。

かくて能率の良い吸収が行える。

選択透過膜１の構或は、単層でも、多層構造でもよく、
あるいは格子状の金属メッシュにしてかき、メッシュの
大きさを透過させたいエネルギーの電磁波の波長に応じ
て選定すれば特定の波長の電磁波のみが透過するように
なる。

使用する金属材料としては、金、錫、アルミニウム、ア
ンチモン等各種利用できる 捷た０ 金属薄膜の組み合せ、々らびに薄膜の厚さによって、第
３図のように任意の特性の選択透過膜１が得られる。

なか、第３図の横軸は波長（μｍ）を縦軸は透過率釦よ
び反射率（２）を示し、曲線１は太陽放射エネルギーの
相対分布、曲線■は選択透過膜の透過率、曲線■ａはＳ
ｎ−１ ％ Ｓ ｂ系ｎｈ＝０．６ ８μｍ（ ｎ
：屈折率、ｈ：厚さ）の選択透過膜の反射率、曲線ｍｈ
はＳ ｎ− ３ ０ ％ Ｆ系ｎｈ０．８３μｍの選択
透過膜の反射率、曲線■はガラスの透過率、曲線■はガ
ラス反射率を示す。

次に、前記装置に用いる熱吸収体について説明する。

熱吸収体としては準黒体１たは同等の吸収率を持つ物質
を銅捷たはステンレススチール等の基材の表面に密着さ
せたものを用いるか、特別に吸収効率が高くなるように
工夫された熱吸収体、たとえば、ｎ型とｐ型の半導体を
接合し、これに太陽放射エネルギーを入射させて熱振動
により発熱させ、短波長のときは二次光量子を出し、こ
れにより励起された電子により導体中に短絡電流を流し
ジュール発熱させて、直接熱の形で吸収するようにした
光一熱変換セルや、この光一熱変換セルにさらに吸収す
べき電磁波に同調する作用をもたせた同調型の光一熱変
換器に類するものであれば、より高能率の熱吸収が可能
である。

上記の選択透過膜と熱吸収体とを用いて構成した太陽放
射エネルギー吸収装置の一例を第４図ａ，ｂに示す。

この図でＡは吸収カプセルで、Ｂは集束レンズである。

吸収カプセルＡの構成は次のものからたっている。

すなわち、１は選択透過膜でガラス円筒２の内面に設け
られてかり、ガラス円筒２の内部は真空（たとえば１０
−３〜１０−４Ｔｏｒｒ．）にされている。

この内に熱吸収体３が配置されてしる。

熱吸収体３の内部には、気体、液体等の熱伝達媒体４が
流動して熱吸収体３が集めめ熱を外部に取り出すように
なっている。

熱伝達媒体４としては、たとえば、ＣＯ２，Ｈ２０，Ｎ
ａ＃ Ｎ ａＫのようなものが用いられる。

１た集束レンズＢとしては、凸１，／ンズやフレネルレ
ンズ等が用いられる。

もちろん太陽放射エネルギーを集束できるものであれば
、反射鏡でもよい。

太陽放射エネルギーＥは、集束レンズＢで集束されて、
選択透過膜１を通過して熱吸収体３に入射し吸収される
。

そして一部の吸収され々かった太陽放射エネルギー釦よ
び熱吸収体３から放射されるエネルギーは、選択透過膜
１で反射されるので再び熱吸収体３に入射する。

これを繰り返すため、入射した太陽放射エネルギーＥの
犬部分は、熱吸収体３に吸収される。

これが先に提案した太陽放射エネルギー吸収装置の概要
である。

ところで、上記第４図の吸収カプセルＡは、第４図ａに
示すように、熱吸収体３０両端がガラス円筒２０両側面
７， ２／／を貫通している。

したがって使用時に熱吸収体３を構成しているパイプが
温度上昇のために膨脹し、そのため上記貫通部分で破損
する危険があり、これを防止するのはかなりコスト高に
なる。

捷た、熱吸収体３の中を通る熱伝達媒体４は入口と出口
の温度差が犬き〈、そのため選択透過膜１の効果が十分
に発揮されないなどの欠点があった。

この発明は上記の欠点を除去するためになされたもので
ある。

以下この発明について説明する。第５図ａ，ｂはこの発
明の一実施例を示すもので、２は真空容器を構成する透
明なガラス円筒で、内面に選択透過膜１が形成される。

３は熱吸収体で先端ぎは封止されてかり、基部が側壁２
を貫通して固着される。

５はパイプで熱吸収体３の中心に位置して釦り、先端は
熱吸収体３の先端との間に間隙をもたせ、基部は熱吸収
体３に固着してある。

６，７は熱伝達媒体４０入口および出口である。

次に作用について説明する。

入口から送り込１れた熱伝達媒体４は、捷ずパイプ５の
中を通って予熱されながら矢印方向に進み、端部で折り
返して外側を反対方向に進行しながら熱吸収体３の熱を
奪って次第に高温となり、出口７から目的の温度になっ
て出る。

このようにいわゆる往復型にすると、熱伝達媒体４は熱
吸収体３の中心のパイプ５中を通るとき、外側の熱伝達
媒体４によって予熱されるから、方向を反転して外側を
通るときに、熱吸収体３の長さ方向について温度勾配が
小さくなり、選択透過膜の特性との相乗効果により全体
の効率を上げることができる。

さらに、熱吸収体３か温度変化のために伸縮したとして
も、片側支持であるため何等の支障も生じない。

第６図ａ，ｂはこの発明の他の実施例を示すもので、第
５図の実施例との相違は、熱伝達媒体４の外側の通路（
帰路）中に、乱流を起すための羽根８を配置した点であ
る。

羽根８の構或は第６図ｂに拡大して示すように、プロペ
ラ形をしており、それの複数枚を１組としてパイプ５に
取り付けられている。

したがって熱伝達媒体４がこの羽根８に当ると、進行方
向がねじられて乱流となり、より一層、熱伝達媒体４の
温度を均一にするように彷〈。

羽根８の組数は一組に限らず、第６図ａに示すように、
適当な間隔で複数組設ければより一層効果が増大する。

そして羽根８は回転させる必要はｉ〈、固定した１＼で
も乱流を起すことができる。

さらに羽根８の形状はプロペラ形に限らず単に突起状の
ものを用いてもよい。

上記のような乱流により管断面の円周方向について温度
が均一化されて、熱吸収体３の外表面は局部的な高温部
がなくなり、放射損失が低下し熱膨張の不均一による熱
吸収体３の歪みや、湾曲が生ずることが防止される。

これらは乱流による熱伝達率の向上と相乗し全体の効率
を大巾に改善するとともに、熱ストレスの少ない高信頼
性の太陽放射エネルギー吸収カプセルを完成することが
できる。

以上詳細に説明したように、この発明はガラス円筒等の
透明な真空容器の内面に選択透過膜を形成してむき、こ
の内面に熱吸収体を片側のみ支持するようにし、この熱
吸収体の内部：Ｃパイプを挿入して、熱伝達媒体の往路
をこのパイプとし、帰路をこのパイプの外側と熱吸収体
との間として、いわゆる往復型としたので、熱伝達媒体
はあらかじめ往路中で予熱されてから熱吸収体で加熱さ
れるので、温度勾配が従来の貫通型にくらべて小さくな
り、効率を高めることができる。

１た熱吸収体の支持が片側で行われているので、温度変
化に順応でき破損することがない等の優れた特長がある
。

さらに熱吸収体に挿入したパイプの外側に羽根を取り付
けることにより熱伝達媒体に乱流を釦こさせ、温度の均
一化をより一層向上させることができる。

従って急激な温度変化からの熱吸収体の破損をさらに防
止して、乱流効果により温度勾配が可及的に小さくなり
効率を高める等の優れた特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は太陽放射エネルギーのスペクトル曲線図、第２
図｛・ま選択透過膜の拡大断面図、第３図は選択透過膜
の透過率と反射率の特性図、第４図ａ，ｂは先に提案し
た太陽放射エネルギー吸収装置の構成を示す縦断面図ｋ
よび横断面図、第５図ａ，ｂはこの発明の一実施例を示
す縦断面図および横断面図、第６図ａ，ｂはこの発明の
他の実施例を示す縦断面図お−よび要部の拡大断面図で
ある。 図中、１は選択透過膜、２はガラス円筒、３は熱吸収体
、４は熱伝達媒体、５はパイプ、６，７は熱伝達媒体の
入口釦よび出口である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸収カプセルに焦線的に太陽放射エネルギーを入射
   させる焦線型太陽エネルギー吸収変換装置において、内
   面に選択透過膜を形成した透明ｉ真空容器の内部に、先
   端を封じたパイプ状の熱吸収体を収容してその基部を前
   記真空容器の一端部を貫通させて固着し、さらに前記熱
   吸収体の内部にパイプを挿入してこのパイプを熱伝達媒
   体の流動する住路とし前記パイプの外側と熱吸収体との
   間を熱伝達媒体の流動する帰路として前記熱吸収体の内
   部を２分したことを特徴とする太陽放射エネルギー吸収
   カプセル。 ２ 特許請求の範囲１記載の太陽放射エネルギー吸収カ
   プセルに釦いて、熱吸収体内部にかける該熱吸処体とパ
   イプとの間隙に、熱伝達媒体の流れに乱流を生じゼ１〜
   める羽根、又は凸起状のスベーサを取り付けたことを特
   徴と寸る太陽放射エネルギー吸収カプセル。