JPS5934263B2 - 螢光層を使つて光集中によつて光エネルギ−を熱エネルギ−に変換する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は日光を高温度の熱エネルギーに変換するため、
沈積された蛍光中心を有する透明の固形または液状の物
質の薄い層から成る光コンセントレータが吸収器とコン
ビネーションされている装置に関する。

日光光線からの熱エネルギーの取得は既に種々の方法で
実際に実施されている。

その場合２種の原理が応用される： １ 拡散する光に対しても適している、集中無しの面状
コレクタ。

２ 鏡またはレンズによって日光を小面積に集中する光
コンセントレータ。

第１の種類のコレクタは、射入する光線のエネルギー密
度が小なることによって比較的低い温度しか生成しない
という短所を有する。

日光光線が頗る強い場合でも達成される温度は多くは１
００℃以下である。

第２の種類のコレクタは日光光線の集中によって遥かに
高い温度に達するが晴天の場合のみ働きかつ常に太陽に
整向するため多費用の調整を必要とする。

以下図面によって本発明を詳述する。

こＸに提示される解決法は、両原理の短所の無い長所の
コンビネーションを可能にする。

日光は、蛍光中心を含んでいる透明層の中に捕捉される
。

蛍光中心は一定の波長領域の光線を吸収し、これを長波
長の光線に変換して再放出する。

放射線は前方向に再放出される故に、この放射線の頗る
大なる部分は全反射によって層内に留りかつ層面内に導
かれる。

吸収帯域と放出帯域とができるだけ小なる重畳を有する
ように蛍光染料を選ぶと、再放出される光の吸収波長が
頗る大きく、すなわち犬なるコンセントレーク面が可能
となる。

コンセントレータは、中に蛍光分子が溶解されているプ
ラスチックまたはガラスから成り、または２個の透明板
の間に含まれている液状の溶液から成ることもできる。

第１図には、如何に光線１がコンセントレータ２の蛍光
分子に当り、吸収の後、波長を延ばされて放出され、か
つ全反射によってコンセントレータの縁に到達するかが
示されている。

こ５で光線は有利には光学的接触物質３（例えば高粘度
のシリコン油の如き）で相互連絡されて、液体の熱搬送
媒質５の流過する吸収器４に達する。

第２図の実施例では、コンセントレータ２は頂面６を鈍
化されており、かつ光は吸収器４に集中され、吸収器４
の中には図示されていない熱搬送媒質５が流れている。

第３図に示されている如く、光を１個以上のコンセント
レータプレートに光を吸収させるのが有利であることも
証明された。

コンセントレーク２ａと２ｂは夫々射入する光線の一部
分を選択してそれを吸収器４に送る。

２個の上下に配置されたコンセントレークプレートによ
って、射入する光線の４スペクトル範囲を吸収器に導く
ことができる。

光電池的利用との相違は放出波長のスペクトル分布の形
成である。

波長は半導体材料の吸収端によって上方へは制限されて
いないので、太陽スペクトルの長波の部分をも利用する
ことができる。

他の相違は吸収器の温度である。

温度の上昇につれて低下する太陽電池の効率なこ＼では
顧慮する必要がないので、吸収器を遥かに高い温度にお
いて、したがってより効率的に使用することができる。

頭初に述べた従来のコレクターに比べて他の長所は次の
如くである： ■ 高度の集中度。

鏡コンセントレータにおいてすら堪え得る出費をもって
しても集中度は１０までであるのに対し、蛍光層によれ
ば５０ないし１００の集中度は何ら困難を呈しない。

従って熱原動機および空調設備の効率的稼動が可能であ
る。

吸収温度が高い場合は、蛍光分子およびその溶媒が吸収
器の近くにくることを阻止しなければならない。

これは第４図によるような装置によって阻止することが
できる。

第４図において、吸収器４は保温材７によって囲まれて
いる。

蛍光中心は、ガラス層９により囲まれた液状または固形
の透明の層８内に位置している。

溶媒およびガラスかはゾ同じ屈折率であれば、光はガラ
スの中にも導かれる。

従って蛍光媒質と吸収器との間のガラス中間層が可能と
なる。

２ コレクターと吸収器との分離。

従来のコレクタの場合、コレクタはフラットコレクタに
おける如く同時に吸収器であるか、または鏡コレクタに
おける如く少なくともその全表面にわたって光線を吸収
しなければならない。

これによって熱絶縁の問題が生ずる。

この問題の解決は、例えば吸収器の真空構造により並び
にカバーガラス上の選択的吸収層により可能ではあるが
、費用がかかる。

蛍光コレクタにおいては、光は小面積の吸収器において
コレクタの頂面に達し、この場合吸収器自体は直接の光
線受取に利用する必要はない。

したがって吸収器は良く熱絶縁されており（第４図）か
つ熱損失を減少することができる。

３ 熱的慣性が小さい。

中部ヨーロッパにおいてしばしば発生するように、人口
状態が急激に変動する場合、吸収器・コレクタ・システ
ムの熱的慣性は重要である。

フラットコレクタの場合には水を含んだ管システムが太
陽に当てられる。

コレクタ内に入れる水量はできるだけ小であるべきであ
る、すなわちそれによって加熱時間が小さくなりかつ時
間的平均効率が上昇するからである。

これと異り蛍光コレクタは、それ自体は大して加熱され
ず、−力吸収器は総面積に対して熱容量が比較的小さい
。

システムの熱的慣性が小さい為、頗る迅速に反応するポ
ンプシステムで吸収器を通る冷渫の流れを入射光線の割
合に適合させなければならない。

この制御は射入光線を探る太陽電池またはフォトセルに
よるのが最良である。

本発明による装置の他の実施例として、前記の種類の光
コンセントレータを、電気エネルギーの取得のため、追
加的に蛍光光線の高エネルギーの部分用の太陽電池とコ
ンビネーションすることも可能である。

熱搬送媒質としては、倒れは高王水または他の沸点の高
い流体、例えば油が使用できる。

吸収器としては、熱伝導拙の良い蛍光の為の黒い表面、
例えば黒く塗装された金属管が利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸収器と連結された光集中装置の横断面、第２
図は光コンセントレータ・吸収器システムの幾例学的に
有利な形態例、第３図は光コンセントレータ・吸収器装
置の二層配置の横断面、第４図は蛍光層の熱的負荷を避
けるためガラス中間層を経る吸収器との光コンセントレ
ータの光学的結合を示す図面である。 ２・・・・・・光コンセントレータ、３・・・・・・接
触物質、４・・・・・・吸収器、５・・・・・・熱搬送
媒質、６・・・・・・頂面、８・・・・・・蛍光を発す
る層、９・・・・・・ガラス中間層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光エネルギーを熱エネルギーに変換する装置におい
   て、透明の固形または液体の層から成り、層の屈折率は
   周囲の媒質の屈折率よりも大でありかつ蛍光中心を含ん
   でいる光コンセントレータ２、ならびに光コンセントレ
   ークから出る光の吸収のための吸収器４と熱搬送媒質５
   を備えていることを特徴とする装置。 ２ 数個の光コンセントレータ２ａ、２ｂが重なり合っ
   て使用さ札その場合各コンセントレークは射入する太陽
   スペクトルの一部分だけを蛍光光線に変換することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 放出スペクトルと吸収スペクトルは、射入するスペ
   クトルのできるだけ大なる部分が吸収されて光吸収器４
   に供給されるように、相互同調されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の装置。 ４ 光吸収器４は１００℃以上の温度において稼動され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項
   のいずれか１つに記載の装置。 ５ 蛍光を発する層８は蛍光を発する層に適合した屈折
   率を有するガラス中間層９によって吸収器から分離され
   ており、その場合ガラス中間層の厚さは、蛍光を発する
   層の温度が４０℃以下に留るように調節されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
   れか１つに記載の装置。 ６ 光コンセントレータ２はその頂面６を鈍化されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項
   のいずれか１つに記載の装置。 ７ 吸収器内の熱搬送媒質５の流れ速度が、射入する光
   線に当てられる太陽電池または光電管によって制御され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項
   に記載の装置。 ８ 光コンセントレータ２からのより良い光放出のため
   光学的接触物質３、例えばシリコン油が備えられている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第７項の
   いずれか１つに記載の装置。 ９ 数個の光コンセントレータ２ａ 、２ｂを利用する
   場合、蛍光光線が短い波長にある光コンセントレータは
   接触物質３を経て太陽電池と結合されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第８項に記載の装置
   。