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技術 密閉式太陽エネルギー利用装置及びシステム

出願人 ボリメディア・ホールディングス・カンパニー・リミテッド
発明者 胡笑平
出願日 2015年7月29日 (5年5ヶ月経過) 出願番号 2018-504679
公開日 2018年8月16日 (2年4ヶ月経過) 公開番号 2018-523459
状態 未登録
技術分野 特殊原動機 光起電力装置
主要キーワード 管路システム内 保守用開口 可動開口 圧縮タンク 気体貯蔵タンク 管路システム 作動チャンバ内 部屋構造
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年8月16日)のものです。
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図面 (11)

課題・解決手段

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。

概要

背景

環境保護を日増し重視するにつれて、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。

概要

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。

目的

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

効果

実績

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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。

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

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、これらの混合物高温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延長するために、チャンバ内壁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、川、海、熱水供給システム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。

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。

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。

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圧縮放熱させ、次に熱交換器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。

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。

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、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。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。

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。

実施例

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。

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

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