DE102009036832A1

DE102009036832A1 - Solar tube for producing heat from solar energy, has outer glass tube, and inner glass tube completely or partially evacuated, where surface of cross-section of inner glass tube is smaller than surface of cross-section of outer glass tube

Info

Publication number: DE102009036832A1
Application number: DE102009036832A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Meyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2011-02-17

Abstract

The tube has an outer glass tube (1), and an inner glass tube (2) completely or partially evacuated. An absorber surface (3) is located in the inner glass tube. A heat transfer unit (4) i.e. heat pipe, is provided in heat-conducting contact with the absorber surface for outwardly evacuating heat accumulated at the absorber surface. The outer glass tube is provided with a reflecting layer (5) on a part of its inner surface. A surface of cross-section of the inner glass tube is smaller than a surface of cross-section of the outer glass tube.

Description

Stand der Technik:State of the art:

Die gebräuchlichsten Kollektoren zur Gewinnung von Wärme aus Sonnenenergie bestehen aus Absorberflächen, welche Tageslicht gut absorbieren und im Infrarotbereich wenig emittieren (Selektive Eigenschaft). Diese Flächen werden von Glasflächen bedeckt, welche vorwiegend Wetterschutzfunktion besitzen.The common Collectors for the production of heat Solar energy consists of absorber surfaces, which natural light is good absorb and emit little in the infrared range (Selective property). These surfaces are covered by glass surfaces, which predominantly have weather protection function.

Die Wirtschaftlichkeit wird bestimmt von Kosten pro Fläche auf der einen Seite und auf der anderen Seite vom Maß der Wärmeemission, welche von den selektiven Eigenschaften der Absorberschicht und der Isolierung der Rückseite bestimmt wird. Die Herstellung der Absorberschicht ist entscheidend und wird aufwendig durchgeführt durch Sputtern oder Beschichten unter Plasmabedingungen.The Cost-effectiveness is determined by costs per area on one side and on the other side on the measure of the heat emission, which of the selective properties of the absorber layer and the insulation the back is determined. The production of the absorber layer is crucial and is carried out consuming by sputtering or coating under plasma conditions.

Bei den Vakuumröhren-Kollektoren verfolgt man einen anderen Weg.at the vacuum tube collectors you follow a different path.

Bei Röhren vom EDF-Typ und vom EHP-Typ befindet sich eine Absorberfläche in einer evakuierten Glasröhre. Eine geringe Emission (Wärmeleck) wird durch selektive Eigenschaften der Absorberfläche und durch die Qualität des Vakuums bestimmt.at roar of EDF type and EHP type is an absorber surface in one evacuated glass tube. A low emission (Wärmeleck) is by selective properties of the absorber surface and by the quality of the vacuum certainly.

In die Wirtschaftlichkeit geht positiv ein, dass die erzeugte Wärmemenge etwa gleich ist, jedoch ein höherer Temperaturgradient erzeugt werden kann. Die gewonnene Wärme kann eventuell ohne nachfolgende Erwärmung genutzt werden und ist somit wertvoller. Negativ geht ein, dass die Investitionskosten pro Fläche Kollektor deutlich höher sind. Das liegt daran, dass die wirksame Absorberfläche kleiner ist als die von den evakuierten Glasröhren bedeckte Fläche. Die Glasrohre müssen Belastungen wie Hagelschlag und der Belastung durch den Atmosphärendruck standhalten und deshalb hochwertig und dickwandig sein. Frühere Probleme waren auch die Abdichtung, die ein dauerhaftes Erhalten des Vakuums ermöglicht, diese sind inzwischen gelöst.In the economy is positive that the amount of heat generated is about the same, but a higher one Temperature gradient can be generated. The recovered heat can possibly without subsequent heating be used and is therefore more valuable. Negative is that the investment costs per area Collector much higher are. This is because the effective absorber area is smaller is than the area covered by the evacuated glass tubes. The Glass tubes need Loads such as hailstorm and atmospheric pressure withstand and therefore be high-quality and thick-walled. Earlier problems were also the seal that allows a permanent obtaining of the vacuum, These are now solved.

Ein Weg, um das Volumen der evakuierten Glasröhren im Verhältnis zur Gesamtkollektorfläche und damit die Kosten klein zu halten, ist ebenfalls Stand der Technik und nachfolgend beschrieben (Diese Röhre wird im Folgenden Spiegelröhre genannt):
Eine doppelwandige, evakuierte Glasröhre, wobei ein Glasrohr in einem größeren Rohr angebracht ist. Der Ringförmige Raum zwischen den beiden Röhren ist evakuiert. Die innere Röhre dient mit einer Heatpipe als Absorberfläche. Die Absorberfläche ist also rund und kann von allen Seiten Sonnenenergie aufnehmen. Mit Spiegeln, welche außerhalb der Rohre liegen, wird das Sonnenlicht auf die innere Glasröhre konzentriert. Spiegel oder verspiegelte Flächen sind pro Fläche günstiger als evakuierte Glasrohre, so lassen sich die Investitionskosten senken und denoch hohe Wärmegradienten erzielen.A way to keep the volume of the evacuated glass tubes in relation to the total collector area and thus the cost small, is also prior art and described below (this tube is hereinafter called mirror tube):
A double-walled, evacuated glass tube, with a glass tube mounted in a larger tube. The annular space between the two tubes is evacuated. The inner tube serves as a absorber surface with a heat pipe. The absorber surface is therefore round and can absorb solar energy from all sides. With mirrors that lie outside the tubes, the sunlight is concentrated on the inner glass tube. Mirrors or mirrored surfaces are cheaper per area than evacuated glass tubes, thus reducing investment costs and achieving high thermal gradients.

Jedoch wird noch eine Abdeckung benötigt zum Schutz der Spiegel. Die Sonnenstrahlung muss demnach erst durch eine Glasfläche, dann gespiegelt werden, dann die äußere und dann die innere Glasröhre durchdringen, ehe sie ihre Energie auf der Absorberschicht abgeben kann. Jeder Schritt ist also mit Verlusten behaftet, insbesondere das Durchdringen einer Glasfläche mit drei Arten von Verlusten: Reflektion an der Außenseite, Absorption im Glas und Totalreflektion an der Innenseite. Die Zahl der zu durchdringenden Glasflächen ist also klein zu halten.however is still a cover needed for Protection of the mirrors. The solar radiation must therefore only through a glass surface, then be mirrored, then penetrate the outer and then the inner glass tube, before she can release her energy on the absorber layer. Everyone So step is associated with losses, especially the penetration of a glass surface with three types of losses: reflection on the outside, Absorption in the glass and total reflection on the inside. The number the glass surfaces to be penetrated so keep it small.

Die erfindungsgemäß zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Vakuumkollektorröhre zur Verfügung zu stellen, wo einerseits die Zahl der von der Sonnenstrahlung zu durchdringende Schichten möglichst klein ist, andererseits die evakuierte Röhre möglichst klein im Durchmesser ist (Eine Röhre von doppelt so großem Durchmesser benötigt, um dem gleichen Druck standzuhalten eine vierfache Wandstärke mal doppelter Durchmesser, also 8-fachen Materialbedarf). Um dennoch eine große Solarfläche damit nutzen zu können, ist deshalb eine Spiegelvorrichtung notwendig. Darüber hinaus sollen die Spiegelvorrichtung sowie ihre Abdeckung möglichst einfach und wetterfest gestaltet sein.The According to the invention to be solved task in it, a vacuum collector tube to disposal Where, on the one hand, the number of solar radiation to be penetrated Layers as possible small, on the other hand, the evacuated tube as small as possible in diameter is (A tube twice as big Diameter needed, to withstand the same pressure four times the wall thickness times double the diameter, ie 8 times the material required). Nevertheless a big Solar surface with it to be able to use Therefore, a mirror device is necessary. Furthermore should the mirror device and its cover as possible be designed simply and weatherproof.

Um diese erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, wird folgender Aufbau einer Vakuumkollektorröhre vorgeschlagen:
Eine äußere Röhre, aus lichtdurchlässigem Material wie Glas oder Kunststoff. Deren Längsachse ist etwa rechtwinklig zur Sonne ausgerichtet, dadurch ergeben sich eine Sonnenabgewandte und eine Sonnenzugewandte Seite. Die Oberfläche der Sonnenabgewandten Seite ist zumindest teilweise verspiegelt. Die Röhre dient als Spiegel, um die Sonnenstrahlen auf ein Volumen etwa in ihrem Zentrum zu konzentrieren. Die äußere Röhre hat bevorzugt einen etwa parabelförmigen Querschnitt. Diese Röhre dient weiterhin als Wetterschutz für den Spiegel und als Schutz für eine innere Röhre kleineren Querschnitts. Diese befindet sich im Inneren der äußeren Röhre und liegt etwa im Brennpunkt der Spiegelfläche. Diese innere Röhre ist ebenfalls lichtdurchlässig, in ihr befinden sich eine Absorberfläche sowie ein Mittel zum Abtransport der gewonnenen Wärme nach außen. Dies ist ein von einem Wärmetransportmedium durchströmtes Rohr oder eine Heatpipe.In order to achieve this object according to the invention, the following structure of a vacuum collector tube is proposed:
An outer tube made of translucent material such as glass or plastic. Its longitudinal axis is aligned approximately at right angles to the sun, resulting in a sun-facing and a sun-facing side. The surface of the sun-remote side is at least partially mirrored. The tube serves as a mirror to concentrate the sun's rays to a volume approximately at its center. The outer tube preferably has an approximately parabolic cross-section. This tube also serves as weather protection for the mirror and as protection for an inner tube of smaller cross-section. This is located inside the outer tube and is approximately at the focal point of the mirror surface. This inner tube is also translucent, in it there is an absorber surface and a means for removing the heat gained to the outside. This is a pipe traversed by a heat transfer medium or a heat pipe.

Die innere Röhre ist evakuiert, um einen Wärmeabfluss von der Absorberfläche zur Außenseite der Röhre zu minimieren.The inner tube is evacuated to heat dissipation from the absorber surface to the outside the tube to minimize.

Die äußere Röhre besteht bevorzugt aus Glas, um einen Schutz gegenüber Hagelschlag zu gewährleisten, ist eine gewisse Wandstärke notwendig. Jedoch kann sie dünner ausfallen, als wenn sie vollständig evakuiert wäre und dem Atmosphärendruck standhalten müsste. Dadurch erzielt man eine höhere Elastizität (Hagelschlag), sowie eine bessere Durchlässigkeit für sichtbares Licht und reduziert die Glaskosten im Vergleich zur EHP oder EDF-Röhre. Der Vorteil im Vergleich zur Spiegelröhre besteht darin, dass vom Sonnenlicht eine Glasschicht weniger durchdrungen werden muss sowie dass die Spiegelflächen besser vor der Außenwelt geschützt sind.The outer tube is preferably made Glass, to ensure protection against hailstorm, a certain wall thickness is necessary. However, it can be thinner than if it were completely evacuated and would have to withstand the atmospheric pressure. This results in a higher elasticity (hailstorm), as well as a better transparency to visible light and reduces the glass cost compared to the EHP or EDF tube. The advantage over the mirror tube is that it requires less sunlight to penetrate one glass layer, and better protects the mirror surfaces from the outside world.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der hier vorgestellten Erfindung ist, wenn die äußere Röhre teilweise evakuiert oder mit Schutzgas gefüllt ist und die Verspiegelung auf der Innenfläche der äußeren Röhre angebracht ist. Dadurch ergeben sich folgende Vorteile: Die Verspiegelung ist durch das Vakuum oder das Schutzgas gegenüber Korrosion geschützt und bleibt auch ohne Deckschicht beständig. Dadurch werden Verluste im Spiegel minimiert. Ein Wärmeabfluss von der inneren Röhre zur Außenwelt wird verringert, ohne dass sich die Anforderungen and die Stabilität der äußeren Röhre erhöht.A further advantageous embodiment of the invention presented here is when the outer tube partially evacuated or filled with inert gas and the mirror coating is mounted on the inner surface of the outer tube. Thereby The following advantages result: The mirroring is due to the vacuum or the protective gas opposite Protected against corrosion and remains stable even without topcoat. This will be losses minimized in the mirror. A heat sink from the inner tube to the outside world is reduced without increasing the requirements and the stability of the outer tube.

Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings

1 zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispieles nach Schutzanspruch 1. Der Querschnitt ist senkrecht zu der Längsachse, welche die Röhre aufweist, ausgeführt. Die gestrichelten Linien deuten den Verlauf der Sonnenstrahlung an. (bei optimal positionierter Röhre) Die Sonnenstrahlungspfeile enden auf der Absorberfläche (3) Die dick gezeichnete Linie deutet die auf die Innenseite der äußeren Röhre (1) aufgebrachte Spiegelschicht (5) an. 1 shows a cross section of an embodiment according to protection claim 1. The cross section is perpendicular to the longitudinal axis, which has the tube executed. The dashed lines indicate the course of solar radiation. (with optimally positioned tube) The solar radiation arrows end on the absorber surface ( 3 ) The thick line points to the inside of the outer tube ( 1 ) applied mirror layer ( 5 ) at.

Die ist Fläche des Querschnitts der äußeren Glasröhre (1) ist kennzeichnenderweise deutlich größer als die Fläche des Querschnitts der inneren Glasröhre (2).This is the area of the cross section of the outer glass tube ( 1 ) is characteristically significantly larger than the area of the cross section of the inner glass tube ( 2 ).

2 zeigt eine Ausführungsform mit runder äußerer Röhre (1) im Querschnitt. 2 shows an embodiment with a round outer tube ( 1 ) in cross section.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Äußeres GlasrohrOuter glass tube
22: Inneres GlasrohrInterior glass tube
33: Absorberflächeabsorber surface
44: Wärmetransportmittel, hier bevorzugt eine HeatpipeHeat transport medium, here prefers a heat pipe
55: Spiegelschichtmirror layer

Claims

Solar tube for the production of heat from solar energy, with an outer glass tube ( 1 ), with an inner glass tube ( 2 ), which is completely or partially evacuated, with an absorber surface ( 3 ), which are in the inner glass tube ( 2 ), with a heat transport medium ( 4 ), which in heat-conducting contact with the absorber surface ( 3 ), for the removal of the heat arising at the absorber to the outside, characterized in that the outer glass tube on a part of its inner surface with a reflective layer ( 5 ), that the inner glass tube ( 2 ) is evacuated, and that the area of the cross section of the inner glass tube ( 2 ) is significantly smaller than the area of the cross section of the outer glass tube.

Solar tube according to protection claim 1, wherein the space between the inner glass tube ( 2 ) and outer glass tube ( 1 ) is partially evacuated.

solar tube according to one of the preceding claims, wherein the heat transport means in Shape of a heat pipe is.