CN113739428A - 太阳能热吸收器元件 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及太阳能热吸收器元件(100)，其包括玻璃罩(110)和包括传热管(126)的高选择性真空涂覆的压焊式吸收器(120)。所述元件进一步包括热塑性密封件(130)，该热塑性密封件(130)配置为将玻璃罩和压焊式吸收器彼此附接，使得在所述玻璃罩和所述压焊式吸收器之间存在距离(h)，以及密闭空间(134)，其由玻璃罩、压焊式吸收器和热塑性密封件形成，并且其充满低热传导气体(136)。
Description
本案是本申请人于2015年2月12日提交的申请号为201510172116.8、题为“太阳能热吸收器元件”的专利申请的分案申请，该母案的全部内容通过引用并入本分案。
技术领域
本申请总的来说涉及太阳能热吸收器元件。
背景技术
现有的太阳能集热器通过将热绝缘体和具有传热管的太阳能热吸收器依次使一个在另一个上面而安装到集热器框架内部，并且将透明罩固定于框架来制造。现有的集热器结构能使周围空气流过集热器结构并且干燥集热器的内部部件。
然而，现有的集热器能使沙子、盐和昆虫顺着流动空气侵入其结构内部，这造成降低集热器寿命和效率的损害。
此外，现有的集热器由于通风结构而遭受大的热损失。
此外，现有的集热器遭受湿气冷凝和来自绝缘体的其它蒸发组分冷凝至罩的内表面上，这减少了集热器的运行时间。
前述缺点显著限制了现有集热器的可用性。
发明内容
因此，本发明的一个目的是克服上述缺点并且提供一种有效率的并且成本有效的太阳能热吸收器元件。
本发明的一个目的通过提供权利要求1的太阳能热吸收器元件、权利要求5的太阳能集热器和权利要求6的加热系统而实现。
根据本发明的一个实施方式，太阳能热吸收器元件包括玻璃罩和包括传热管的高选择性真空涂覆的压焊式(roll-bond)吸收器，配置为将玻璃罩和压焊式吸收器彼此附接使得玻璃罩和压焊式吸收器之间存在距离的热塑性密封件，以及由玻璃罩、压焊式吸收器和热塑性密封件形成并且充满低热传导气体的密闭空间。
术语“高选择性真空涂层”指的是例如如下的涂层：该涂层在真空中沉积并且所述涂层形成具有大于96％的太阳能吸收率但在红外线辐射下具有低的热发射的选择性吸收器涂层。
术语“压焊式吸收器”指的是包括至少一个管并且由压焊技术提供的吸收器。
术语“热塑性密封件”指的是通过热塑性密封(TPS)技术制成的密封件。
术语“低热传导气体”指的是例如具有低的热传导率的气体，如惰性气体。低热传导气体可以是例如氩、氪或氙。
根据本发明的一个实施方式，太阳能集热器包括太阳能热吸收器元件，所述太阳能热吸收器元件包括玻璃罩和包括传热管的高选择性真空涂覆的压焊式吸收器。所述元件进一步包括配置用于将玻璃罩和压焊式吸收器彼此附接使得在玻璃罩和压焊式吸收器之间存在距离的热塑性密封件，以及由玻璃罩、压焊式吸收器和热塑性密封件形成并且充满低热传导气体的密闭空间。
根据本发明的一个实施方式，加热系统包括太阳能热吸收器元件，该元件包括玻璃罩和包括传热管的高选择性真空涂覆的压焊式吸收器。元件进一步包括配置为将玻璃罩和压焊式吸收器彼此附接使得在玻璃罩和压焊式吸收器之间存在距离的热塑性密封件，以及由玻璃罩、压焊式吸收器和热塑性密封件形成并且充满低热传导气体的密闭空间。系统进一步包括连接至太阳能热吸收器元件的热泵。
本发明进一步的实施方式在从属权利要求中限定。
动词“包括”用在本文中作为开放式限制，该限制既没有排除也没有要求存在未列举的特征。动词“包含”和“具有”的限定与所述包括相同。
在此使用的术语“一个(a,an)”和“至少一个”限定为一个或多于一个，而术语“多个”限定为两个或多于两个。
在此使用的术语“另一个”限定为至少第二个或更多个。
通常采用术语“或者”表示包括“和/或”，除非内容另有明确规定。
对于上述限定的动词和术语，应使用这些限定，除非在权利要求中或说明书的其它地方给出不同限定。
最后，从属权利要求中记载的特征可以互相自由组合，除非另有明确声明。
附图的简要说明
本发明的实施方式将参照附图描述，其中
图1示出太阳能热吸收器元件的横截面，
图2示出太阳能集热器的横截面，并且
图3示出加热系统。
附图的详细描述
图1示出太阳能热吸收器元件(组件)100的横截面。
元件100包括高度透明的玻璃罩110，所述玻璃罩110允许太阳能辐射到达压焊式吸收器120并且同时覆盖高选择性真空涂覆的吸收器120以避免机械损伤、昆虫和灰尘。此外，玻璃罩110减少来自吸收器120的热损失。
所述吸收器120配置为吸收太阳能辐射。吸收器120包括至少一根传热管126并且它通过压焊技术形成，其中，两块例如铝板通过滚压工艺结合在一起。所述一个或多个管126的图案和尺寸通过特殊的丝网和油墨被印在一块板的内表面上。印刷图案保留在结合板的内表面之间，并且在所述结合后，所述一个或多个管126通过膨胀贯穿印刷图案的压缩空气形成。
所述一个或多个管126形成连续的传热通道，该通道具有入口127a和出口127b并且配置为循环吸收器120内部的传热流体，例如水、空气或防冻剂。所述一个或多个管126的设计可设计成例如作为单扭管(single twisting tube)126和/或多支管126，其配置用于减少传热流体的流动阻力。
入口127a和出口127b配置为连接外部装置，例如太阳能集热器或其转接机构的管。
刚性吸收器120在玻璃罩110和吸收器120之间始终保持距离h——防止所述吸收器120朝所述玻璃罩110弯曲——以使热损失最小化。当距离h是10mm时，热损失最小化。如果所述吸收器120朝所述玻璃罩110弯曲，使得距离h小于10mm，则热损失显著增加。
吸收器120包括在吸收器120的前表面122上的高选择性真空涂层150，例如所谓的包括基于硅、铝和钛的陶瓷层的MEMO涂层。包括层152、154、156的涂层150通过物理气相沉积(PVD)工艺和/或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺一次性(at once)真空沉积在整个和所有的吸收器120上。
前表面122上的第一层152配置为吸收光并且防止吸收器材料的元素的扩散，所述扩散降低吸收器120的性能。层152具有包含钛、铝、氮和以下元素：硅、钇、铈和铬之一的组成。
层152可以具有例如10nm-600nm的层厚度并且它可以包括例如钛、铝、硅和氮(TixAlySiz)Na。或者，钇、铈和/或铬可被另外使用或替代硅。
系数x、y、z和a还有随后的系数b表示层152、154、156的化学计量(stequiometric)组成或非化学计量(nonstequiometric)组成。
层152的x、y、z和a的值可分别是例如0.4、0.5、0.1和1.0。典型地，x的值是0.3-0.5，y的值是0.3-0.6，z的值是0.03-0.2，而a的值是0.9-1.1。
层152上的第二中间层154配置为吸收光并且增加所选择波长的干涉。层154具有包含钛、铝、氮、氧和以下元素：硅、钇、铈和铬之一的组成。
层154可以具有例如10nm-150nm的层厚度并且它可以包含钛、铝、硅、氮和氧(TixAlySiz)NaOb。或者，钇、铈和/或铬可被另外使用或替代硅。x、y、z、a和b的值可分别是例如0.4、0.5、0.1、0.8和0.3。典型地，x的值是0.3-0.5，y的值是0.3-0.6，z的值是0.03-0.2，a的值是0.2-0.8，而b的值是0.2-0.8。
第二层154上的第三顶层156配置用作减反射层并且将涂层150与周围气体隔离。它具有包含钛、铝、硅、氮和氧的组成。
层156可以具有例如50nm-250nm的层厚度并且可以包括钛、铝、硅、氮和氧(TixAlySiz)NaOb。典型地，x的值是0-0.2，y的值是0-0.2，z的值是0-1，a的值是0-2，而b的值是0-2。
元件100包括热塑性密封件(隔片)130，其配置用于将玻璃罩110和吸收器120彼此附接，使得在玻璃罩110和吸收器120之间存在某个距离h，例如10、15或20mm。
所述附接通过TPS技术实现。密封件130，例如丁基密封件，被注射到玻璃罩110上用于获得所期望的密封厚度以及玻璃罩110和吸收器120之间的距离h。然后，具有密封件130的玻璃罩110和吸收器120被压在一起使得其形成气密的(不透气的)密闭空间134，该密闭空间134被玻璃罩110、吸收器120和密封件130包围，如图所示。
同时，当玻璃罩110和吸收器120被压在一起时，低热传导气体136，例如氩气，被注射到空间134中使得其充满气体136。气体136减少了对流的热损失。
玻璃罩110、刚性吸收器120和气密密封件130将气体136保持在空间134中并且防止气体136流动离开空间134。
元件100进一步包括第二密封件140，例如硅密封件，其附接于密封件130并且位于玻璃罩110和吸收器120之间。密封件140保护密封件130并且支撑吸收器120的重量。
密封元件100防止灰尘或昆虫进入元件100，并且保持了吸收器120的效率，其中在吸收器120的寿命期间没有因灰尘和昆虫引起的效率改变。
此外，密封的元件100防止玻璃罩110上的水冷凝，因此其可以在上午的早些时候开始产生能量。
元件100可能通过如迄今为止固定透明罩的相同方式组装到现有的集热器框架。
图2示出太阳能集热器260的横截面，其包括图1中示出的元件200。集热器260是例如用于高温的平板式集热器。
集热器260包括覆盖集热器260以避免机械损伤、昆虫和灰尘的集热器框架270。
框架270包括至少一个支撑元件272，该支撑元件272在框架270内表面282上的法兰盘(collar)部分271上。所述一个或多个支撑元件272配置为支撑所述元件200——特别是其玻璃罩210——当元件200安装到框架270中时。
此外，框架270包括至少一个支撑元件274和垫板276，该支撑元件274在内表面282上的底部273上。所述一个或多个支撑元件274支撑垫板276，该支撑垫板276配置为支撑集热器260的热绝缘体280并且覆盖集热器260以避免机械损伤、昆虫和灰尘。
绝缘体280配置用于热隔离元件200并且使对其环境的影响最小化。绝缘体280，例如矿物棉或木纤维棉被安装到垫板276上，如图中所示，因此当元件200安装到框架270内时其支撑吸收器220。
垫板276可以是绝缘体280的一部分，因此其也配置为热隔离元件200。
密封的元件200阻止基于绝缘体280在玻璃罩210上的水凝结，并且它允许在集热器260中使用更便宜的绝热材料，因为在玻璃罩210上不存在来自绝缘体280的任何蒸发组分的冷凝。
安装的元件200被所述一个或多个支撑元件272和绝缘体280支撑，并且所述一个或多个管126——传热通道——通过入口127a和出口127b以及例如集热器260的转接机构(未示出)连接至集热器260。
元件200在高温平板集热器260中是非常有价值的，其可被利用在例如太阳能冷却应用中。元件200将提供建立非常有效的用于过程和分区加热系统的模块化大面积集热器的可能性，其是增长最快的太阳能热应用领域。
图3示出提供热能的加热系统390。
系统390包括图1示出的元件300和热泵392，例如地热热泵，其通过例如元件300的入口127a和出口127b、转接机构和传热连接394a、394b连接至元件300。
元件300提供热，例如其加热建筑物及其热水，只要有可能。在秋天、冬天和春天，当阳光不充足时，元件300通过在传热流体流入热泵392之前预加热传热流体来改进热泵392的性能。预加热的流体增加了热泵392的效率并且使基于热泵392的热能使用最小化。
此外，系统300可以仅仅使用热泵392以提供热能。
本发明参照前述实施方式已经做了说明，并且本发明的多个优点已经被证实。显然，本发明不限于这些实施方式，其还包括在本发明和以下权利要求书的精神和范围内的所有可能实施方式。
Claims (6)
1.一种太阳能热吸收器元件(100，200，300)，其包括：
玻璃罩(110，210)，和
包括传热管(126)的高选择性真空涂覆的压焊式吸收器(120，220)，
热塑性密封件(130)，其配置为将所述玻璃罩和所述压焊式吸收器彼此附接，使得所述玻璃罩和所述压焊式吸收器之间存在距离(h)，以及
密闭空间(134)，其由所述玻璃罩、所述压焊式吸收器和所述热塑性密封件形成，并且所述密闭空间充满低热传导气体(136)。
2.根据权利要求1所述的元件，其进一步包括第二密封件(140)，所述第二密封件附接至所述热塑性密封件并且位于所述玻璃罩和所述压焊式吸收器之间，所述第二密封件配置为保护所述热塑性密封件并且支撑所述压焊式吸收器的重量。
3.根据前述权利要求任一项所述的元件，其中所述压焊式吸收器包括所述压焊式吸收器的前表面(122)上的涂层(150)。
4.根据前述权利要求任一项所述的元件，其中所述涂层包括沉积层(152，154，156)，所述压焊式吸收器上的第一层(152)具有包含钛、铝、氮和以下元素：硅、钇、铈和铬之一的组成；所述第一层上的第二层(154)具有包含钛、铝、氮、氧和以下元素：硅、钇、铈和铬之一的组成；以及所述第二层上的第三层(156)具有包含钛、铝、硅、氮和氧的组成。
5.一种太阳能集热器(260)，其包括权利要求1-4任一项的太阳能热吸收器元件(200)。
6.一种加热系统(390)，其包括权利要求1-4任一项的太阳能热吸收器元件(300)和连接至所述太阳能热吸收器元件的热泵(392)。
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