JP3197073B2 - 太陽熱受熱器 - Google Patents
太陽熱受熱器Info
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- JP3197073B2 JP3197073B2 JP26728692A JP26728692A JP3197073B2 JP 3197073 B2 JP3197073 B2 JP 3197073B2 JP 26728692 A JP26728692 A JP 26728692A JP 26728692 A JP26728692 A JP 26728692A JP 3197073 B2 JP3197073 B2 JP 3197073B2
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- heat
- solar heat
- temperature
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
- F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽熱によって流体を
加熱して太陽熱を利用するための太陽熱受熱器に関す
る。
加熱して太陽熱を利用するための太陽熱受熱器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】太陽熱発電や太陽熱を利用した化学プラ
ント等で太陽熱を利用するため、太陽熱によって流体を
加熱する従来の装置として本出願人は先に特願平2−1
10119号を提案した。この装置では、図10,図1
1に示すように、反射板13によって集光した太陽光を
多孔質セラミック製円筒6の表面上に受けてこれを加熱
し、このセラミックス中に被加熱気体を流して、太陽熱
から輻射で加熱された多孔質セラミックスから気体が対
流伝熱により加熱されるようにしたものである。
ント等で太陽熱を利用するため、太陽熱によって流体を
加熱する従来の装置として本出願人は先に特願平2−1
10119号を提案した。この装置では、図10,図1
1に示すように、反射板13によって集光した太陽光を
多孔質セラミック製円筒6の表面上に受けてこれを加熱
し、このセラミックス中に被加熱気体を流して、太陽熱
から輻射で加熱された多孔質セラミックスから気体が対
流伝熱により加熱されるようにしたものである。
【0003】多孔質セラミックスは気孔率が80から9
9%と高く、気体との間の熱伝達率が大きく、少ない温
度差で大きな熱流速が生じ気体を少ない伝熱面積で容易
に加熱できる。この多孔質セラミックスを石英ガラス製
の円筒容器9内に設置し、多孔質セラミックスと石英ガ
ラスとの間に加熱する前の冷たい気体を流し、多孔質セ
ラミックスで加熱された後の気体は多孔質セラミックス
内を通って流れ、断熱構造の配管を通って集熱器外部に
取り出される。
9%と高く、気体との間の熱伝達率が大きく、少ない温
度差で大きな熱流速が生じ気体を少ない伝熱面積で容易
に加熱できる。この多孔質セラミックスを石英ガラス製
の円筒容器9内に設置し、多孔質セラミックスと石英ガ
ラスとの間に加熱する前の冷たい気体を流し、多孔質セ
ラミックスで加熱された後の気体は多孔質セラミックス
内を通って流れ、断熱構造の配管を通って集熱器外部に
取り出される。
【0004】このように構成された太陽熱受熱器におい
ては、反射板13をもつ太陽光集光器で集光され、集熱
器の多孔質セラミックス円筒6表面に受けた光は集中度
に分布を持つため、集中度が高い部分は温度が高くなり
大きな温度分布が生じる。多孔質セラミックスにおける
温度と流体通過圧力損失との関係は一般に次の式で表さ
れる。
ては、反射板13をもつ太陽光集光器で集光され、集熱
器の多孔質セラミックス円筒6表面に受けた光は集中度
に分布を持つため、集中度が高い部分は温度が高くなり
大きな温度分布が生じる。多孔質セラミックスにおける
温度と流体通過圧力損失との関係は一般に次の式で表さ
れる。
【0005】
【数1】
【0006】ここでCは抵抗係数、Aは通過通路断面積
である。このC、Aは気体が流れる通路の形状に依存す
る定数で、γとVは次のとおり温度によって変化する変
数である。
である。このC、Aは気体が流れる通路の形状に依存す
る定数で、γとVは次のとおり温度によって変化する変
数である。
【0007】
【数2】
【0008】ここに添字0の付いた値は標準状態での値
である。このように多孔質セラミックスにおいては、通
過する流体の圧力損失は温度が高いほど大きくなる。
である。このように多孔質セラミックスにおいては、通
過する流体の圧力損失は温度が高いほど大きくなる。
【0009】従って、前記したように多孔質セラミック
ス円筒6に太陽光の集中度の分布によって温度分布が生
じると、温度の高いところで流体の通過圧力損失が大き
くなり、多孔質セラミックス円筒6を流れる被加熱流体
流量は温度が高い所ほど少なくなる分布が生じる。
ス円筒6に太陽光の集中度の分布によって温度分布が生
じると、温度の高いところで流体の通過圧力損失が大き
くなり、多孔質セラミックス円筒6を流れる被加熱流体
流量は温度が高い所ほど少なくなる分布が生じる。
【0010】このため、多孔質セラミックス円筒6を通
過したあとの気体温度は流体温度と流量の積に比例する
ために流量が多い温度が低い部分の流体温度に近くな
り、最高温度部分と加熱後の流体温度の間に大きな差が
生じる。
過したあとの気体温度は流体温度と流量の積に比例する
ために流量が多い温度が低い部分の流体温度に近くな
り、最高温度部分と加熱後の流体温度の間に大きな差が
生じる。
【0011】仮に1700℃の耐熱性を有する多孔質セ
ラミックスを用いた場合、セラミックスの最高温度と加
熱後の流体温度の差が1000℃あれば多孔質セラミッ
クスは1700℃に加熱されているにも拘らず700℃
以上に気体を加熱することはできない。
ラミックスを用いた場合、セラミックスの最高温度と加
熱後の流体温度の差が1000℃あれば多孔質セラミッ
クスは1700℃に加熱されているにも拘らず700℃
以上に気体を加熱することはできない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記したよ
うに多孔質セラミックスからなる集熱器に対する光の集
中度に分布があることから生ずる流体に対する通過圧力
損失のため流体の加熱効率が低下しているのを改善し、
多孔質セラミックスの加熱温度近くまで流体を加熱でき
るようにした太陽熱受熱器を提供することを課題として
いる。
うに多孔質セラミックスからなる集熱器に対する光の集
中度に分布があることから生ずる流体に対する通過圧力
損失のため流体の加熱効率が低下しているのを改善し、
多孔質セラミックスの加熱温度近くまで流体を加熱でき
るようにした太陽熱受熱器を提供することを課題として
いる。
【0013】また、本発明は、構造簡単な太陽熱受熱器
によって多孔質セラミックスの耐熱温度近くまで流体を
加熱することができるようにすることを課題としてい
る。
によって多孔質セラミックスの耐熱温度近くまで流体を
加熱することができるようにすることを課題としてい
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、表面に太陽光
輻射を受けて加熱された多孔質セラミックスに被加熱流
体を流して同流体を加熱するようにした太陽熱受熱器に
おける前記した課題を解決するため、集熱器となる多孔
質セラミックスをその多孔度及び厚さの少なくともいづ
れか一方を変えた複数個の部分で構成し、それを前記流
体に対する通過抵抗が受光強度に反比例した構造に配置
する。
輻射を受けて加熱された多孔質セラミックスに被加熱流
体を流して同流体を加熱するようにした太陽熱受熱器に
おける前記した課題を解決するため、集熱器となる多孔
質セラミックスをその多孔度及び厚さの少なくともいづ
れか一方を変えた複数個の部分で構成し、それを前記流
体に対する通過抵抗が受光強度に反比例した構造に配置
する。
【0015】また、本発明においては、受熱器を構成す
る多孔質セラミックスの受光面を凹面形に形成すると共
にその周縁から底部に向かって多孔度及び厚さの少なく
ともいづれか一方を変えることによって前記流体に対す
る通過抵抗を小さくした構成をも採用する。
る多孔質セラミックスの受光面を凹面形に形成すると共
にその周縁から底部に向かって多孔度及び厚さの少なく
ともいづれか一方を変えることによって前記流体に対す
る通過抵抗を小さくした構成をも採用する。
【0016】また、本発明においては、上記集熱器を構
成する多孔質セラミックスをそれぞれ多孔度及び厚さの
少なくともいづれか一方が異なる複数個の部分で構成し
た構造をも採用する。
成する多孔質セラミックスをそれぞれ多孔度及び厚さの
少なくともいづれか一方が異なる複数個の部分で構成し
た構造をも採用する。
【0017】
【作用】本発明では、太陽熱受熱器を構成する多孔質セ
ラミックスの流体通過抵抗を太陽光の集光度分布に反比
例して、集光度の高い部分ほど通過抵抗を低くしてある
ので、太陽光の集中度が高く輻射熱流速の高い部分に多
くの気体が流れ、高温の流体を多く得られる。
ラミックスの流体通過抵抗を太陽光の集光度分布に反比
例して、集光度の高い部分ほど通過抵抗を低くしてある
ので、太陽光の集中度が高く輻射熱流速の高い部分に多
くの気体が流れ、高温の流体を多く得られる。
【0018】逆に太陽光の集中度が低い部分は、通過抵
抗を高くするので通過する気体流量が少なくなり、この
部分を通過する気体温度は高くなる。このように温度分
布が少ない加熱気体を混合するので温度の変化は少な
く、加熱後の気体温度と多孔質セラミックスの温度の差
は少なくなる。このため多孔質セラミックスの耐熱温度
近くまで気体を加熱することができるようになる。
抗を高くするので通過する気体流量が少なくなり、この
部分を通過する気体温度は高くなる。このように温度分
布が少ない加熱気体を混合するので温度の変化は少な
く、加熱後の気体温度と多孔質セラミックスの温度の差
は少なくなる。このため多孔質セラミックスの耐熱温度
近くまで気体を加熱することができるようになる。
【0019】また、本発明によって受熱器を構成する多
孔質セラミックスの受光面を凹面形にし、その周縁から
底部に向かって流体の通過抵抗を小さくした構成を採用
したものでは加熱された多孔質セラミックスからの熱放
射が外部に漏れにくく放射損失を少なくして効率良い流
体加熱を行うことができる。
孔質セラミックスの受光面を凹面形にし、その周縁から
底部に向かって流体の通過抵抗を小さくした構成を採用
したものでは加熱された多孔質セラミックスからの熱放
射が外部に漏れにくく放射損失を少なくして効率良い流
体加熱を行うことができる。
【0020】
【実施例】以下、本発明による太陽熱受熱器を図示した
実施例に基づいて具体的に説明する。先ず、図1に示す
第1実施例について説明する。図1において、図10,
図11に示した従来の装置と同じ部分には同じ符号を付
してあり、その説明を省略する。
実施例に基づいて具体的に説明する。先ず、図1に示す
第1実施例について説明する。図1において、図10,
図11に示した従来の装置と同じ部分には同じ符号を付
してあり、その説明を省略する。
【0021】図1に示す太陽熱受熱器において、気体入
口40から石英ガラス管9に入った冷気体は集光された
太陽熱で加熱された多孔質セラミックス円筒6を通過し
てアルミナ管7、断熱材71で構成された通路を通って
気体出口41より装置外へ排出される。
口40から石英ガラス管9に入った冷気体は集光された
太陽熱で加熱された多孔質セラミックス円筒6を通過し
てアルミナ管7、断熱材71で構成された通路を通って
気体出口41より装置外へ排出される。
【0022】多孔質セラミックスは分割された7つの部
分61〜67から構成されており、これら7つの部分6
1〜67の通過抵抗は図2に示す各部分61〜67にお
ける太陽光の集中度に反比例するように表1のように気
孔径が調整されている。
分61〜67から構成されており、これら7つの部分6
1〜67の通過抵抗は図2に示す各部分61〜67にお
ける太陽光の集中度に反比例するように表1のように気
孔径が調整されている。
【0023】
【表1】
【0024】なお、表1において、通過抵抗比とは、多
孔質セラミックスの最小通過抵抗を1とした場合の各部
の通過抵抗を示している。多孔質セラミックスを表1に
示すような通過抵抗の異なる7つの部分から構成した場
合、質量流量は図3に示すようになる。このため多孔質
セラミックスの温度はほぼ一定となり、セラミックスの
耐熱温度付近まで気体を加熱することが可能になる。
孔質セラミックスの最小通過抵抗を1とした場合の各部
の通過抵抗を示している。多孔質セラミックスを表1に
示すような通過抵抗の異なる7つの部分から構成した場
合、質量流量は図3に示すようになる。このため多孔質
セラミックスの温度はほぼ一定となり、セラミックスの
耐熱温度付近まで気体を加熱することが可能になる。
【0025】次に図4及び図5に示した第2実施例につ
いて説明する。なお、図4及び図5において図1に示し
た装置と同等の部分には同じ符号を付してあり、それら
についての説明は省略する。図4及び図5において、集
熱部は断熱材71で断熱された構造のアルミナ管7の内
部に設けられたキャビティ型の多孔質セラミックス16
で構成される。
いて説明する。なお、図4及び図5において図1に示し
た装置と同等の部分には同じ符号を付してあり、それら
についての説明は省略する。図4及び図5において、集
熱部は断熱材71で断熱された構造のアルミナ管7の内
部に設けられたキャビティ型の多孔質セラミックス16
で構成される。
【0026】多孔質セラミックス16は第1本体10に
Oリング110、押えリング111を締め付け金具11
2で取り付けられた石英ガラス9で覆われている。第2
本体20は内面に断熱材72が取り付けられ、第1本体
10及び、アルミナ管7とOリング210、押えリング
211、212をボルト213で締め付けることにより
接続されている。
Oリング110、押えリング111を締め付け金具11
2で取り付けられた石英ガラス9で覆われている。第2
本体20は内面に断熱材72が取り付けられ、第1本体
10及び、アルミナ管7とOリング210、押えリング
211、212をボルト213で締め付けることにより
接続されている。
【0027】気体入口40から石英ガラス管9内に入っ
た冷気体は集光された太陽熱で加熱された多孔質セラミ
ックス16を通過してアルミナ管7、断熱材71で構成
された通路を通って気体出口41より装置外へ排出され
る。多孔質セラミックス16は図5に示すように分割さ
れた7つの部分161〜167からできている。
た冷気体は集光された太陽熱で加熱された多孔質セラミ
ックス16を通過してアルミナ管7、断熱材71で構成
された通路を通って気体出口41より装置外へ排出され
る。多孔質セラミックス16は図5に示すように分割さ
れた7つの部分161〜167からできている。
【0028】多孔質セラミックスを7つの部分から構成
した場合、太陽光の集中比は図6に示すようになる。各
部分161〜167における通過抵抗は図7に示す太陽
光の集中度に反比例するように表2のように気孔径、厚
さが調整されている。
した場合、太陽光の集中比は図6に示すようになる。各
部分161〜167における通過抵抗は図7に示す太陽
光の集中度に反比例するように表2のように気孔径、厚
さが調整されている。
【0029】
【表2】
【0030】このため多孔質セラミックスの温度はほぼ
一定となり、セラミックスの耐熱温度付近まで気体を加
熱することが可能になる。また凹面形の多孔質セラミッ
クスでできたキャビティ内面で受光するので、加熱され
た多孔質セラミックスからの熱放射が外部に漏れにく
く、放射損失が少なくなる。
一定となり、セラミックスの耐熱温度付近まで気体を加
熱することが可能になる。また凹面形の多孔質セラミッ
クスでできたキャビティ内面で受光するので、加熱され
た多孔質セラミックスからの熱放射が外部に漏れにく
く、放射損失が少なくなる。
【0031】以上、本発明による太陽熱受熱器を図示し
た実施例について具体的に説明したが、本発明はこれら
の実施例に制限されるものではない。例えば、実施例で
は多孔質セラミックスの流体に対する通過抵抗を変える
ために多孔度を変えているが、多孔度に代え、又は多孔
度に加え多孔質セラミックスの厚みを変えて流体に対す
る通過抵抗を変えてもよい。
た実施例について具体的に説明したが、本発明はこれら
の実施例に制限されるものではない。例えば、実施例で
は多孔質セラミックスの流体に対する通過抵抗を変える
ために多孔度を変えているが、多孔度に代え、又は多孔
度に加え多孔質セラミックスの厚みを変えて流体に対す
る通過抵抗を変えてもよい。
【0032】
【発明の効果】添付図8は多孔質セラミックスの流量制
御を行わない従来型受熱器の受熱器表面温度分布(多孔
質セラミックス表面)と、本発明による流量制御を行っ
た受熱器の温度分布を同じ受熱ガス温度で比較したもの
である。本発明によるものでは、流量制御によって表面
温度が均一化され最高温度が1700℃から1300℃
へ低下している。
御を行わない従来型受熱器の受熱器表面温度分布(多孔
質セラミックス表面)と、本発明による流量制御を行っ
た受熱器の温度分布を同じ受熱ガス温度で比較したもの
である。本発明によるものでは、流量制御によって表面
温度が均一化され最高温度が1700℃から1300℃
へ低下している。
【0033】添付図9は流量制御による受熱器の受熱効
率の変化を示す。流量制御による改良で受熱効率の向上
が見られる。これは受熱器からの熱損失が受熱面放射損
失によるものが支配的で、最高受熱面温度の低下によっ
て放射損失が低下するためである。
率の変化を示す。流量制御による改良で受熱効率の向上
が見られる。これは受熱器からの熱損失が受熱面放射損
失によるものが支配的で、最高受熱面温度の低下によっ
て放射損失が低下するためである。
【0034】また、本発明に従って多孔質セラミックス
の受光面を凹面形に形成すると共にその周縁から底部に
向かって多孔度及び厚さの少なくともいづれか一方を変
えることによって前記流体に対する通過抵抗を小さくし
て構成すれば前記した効果に加え多孔質セラミックスか
らの熱放射が外部に漏れにくく、更に効率良い流体加熱
を行うことができる。
の受光面を凹面形に形成すると共にその周縁から底部に
向かって多孔度及び厚さの少なくともいづれか一方を変
えることによって前記流体に対する通過抵抗を小さくし
て構成すれば前記した効果に加え多孔質セラミックスか
らの熱放射が外部に漏れにくく、更に効率良い流体加熱
を行うことができる。
【0035】更にまた、本発明によって多孔質セラミッ
クスをそれぞれ多孔度及び厚さの少なくともいづれか一
方が異なる複数個の部分で構成したものは、製造が簡単
である。
クスをそれぞれ多孔度及び厚さの少なくともいづれか一
方が異なる複数個の部分で構成したものは、製造が簡単
である。
【図1】本発明の第1実施例による太陽熱受熱器の縦断
面図。
面図。
【図2】図1の装置における多孔質セラミックスの表面
の太陽光の集中度を示すグラフ。
の太陽光の集中度を示すグラフ。
【図3】図1の装置における多孔質セラミックスの気体
の質量流量を示すグラフ。
の質量流量を示すグラフ。
【図4】本発明の第2実施例による太陽熱受熱器の縦断
面図。
面図。
【図5】図4の装置における多孔質セラミックスの拡大
断面図。
断面図。
【図6】図4の装置における多孔質セラミックスの表面
の太陽光の集中度を示すグラフ。
の太陽光の集中度を示すグラフ。
【図7】図4の装置における多孔質セラミックスの気体
の質量流量を示すグラフ。
の質量流量を示すグラフ。
【図8】本発明による受熱器の表面温度分布を示すグラ
フ。
フ。
【図9】本発明による受熱器の受熱効率を示すグラフで
ある。
ある。
【図10】従来の受熱器の縦断面図。
【図11】従来の太陽熱受熱器の全体構成を示す縦断面
図である。
図である。
6 多孔質セラミックス円筒 7 アルミナ管 9 石英ガラス管 10 本体 16 キャビティ製の多孔質セラミックス 61〜67 円筒7を構成する多孔質セラミック
ス部分 161〜167 キャビティ型を構成する多孔質セラ
ミックス部分
ス部分 161〜167 キャビティ型を構成する多孔質セラ
ミックス部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−219470(JP,A) 特開 平4−9549(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24J 2/48
Claims (3)
- 【請求項1】 表面に太陽光輻射を受けて加熱された多
孔質セラミックスに被加熱流体を流して同流体を加熱す
るようにした太陽熱受熱器において、前記多孔質セラミ
ックスをその多孔度及び厚さの少なくともいづれか一方
を変えた複数個の部分で構成し、それを前記流体に対す
る通過抵抗が受光強度に反比例した構造に配置したこと
を特徴とする太陽熱受熱器。 - 【請求項2】 表面に太陽光輻射を受けて加熱された多
孔質セラミックスに被加熱流体を流して同流体を加熱す
るようにした太陽熱受熱器において、前記多孔質セラミ
ックスの受光面を凹面形に形成すると共にその周縁から
底部に向かって多孔度及び厚さの少なくともいづれか一
方を変えることによって前記流体に対する通過抵抗を小
さく構成したことを特徴とする太陽熱受熱器。 - 【請求項3】 前記多孔質セラミックスをそれぞれ多孔
度及び厚さの少なくともいづれか一方が異る複数個の部
分で構成したことを特徴とする請求項2に記載の太陽熱
受熱器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26728692A JP3197073B2 (ja) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | 太陽熱受熱器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26728692A JP3197073B2 (ja) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | 太陽熱受熱器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06117705A JPH06117705A (ja) | 1994-04-28 |
JP3197073B2 true JP3197073B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=17442724
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26728692A Expired - Fee Related JP3197073B2 (ja) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | 太陽熱受熱器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3197073B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6511866B1 (en) * | 2001-07-12 | 2003-01-28 | Rjr Polymers, Inc. | Use of diverse materials in air-cavity packaging of electronic devices |
DE10143613C1 (de) * | 2001-09-06 | 2003-05-22 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Solarempfänger |
GB2501713A (en) * | 2012-05-01 | 2013-11-06 | Gideon Sta Wan Kukard | Solar heat exchanger utilising graphene foam |
JP2017048926A (ja) * | 2013-12-20 | 2017-03-09 | イビデン株式会社 | 集熱レシーバー |
-
1992
- 1992-10-06 JP JP26728692A patent/JP3197073B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06117705A (ja) | 1994-04-28 |
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