DE102010027428A1 - solar collector - Google Patents

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Abstract

Ein Sonnenkollektor der mit dem wärmeleitenden Fluide ”Heatboron” besonders effizient die thermischen Energie überträgt. In einem aus Metall oder Kunsstoff bestehenden Gehäuse mit Strahlungsdurchlässigem Glas, wird mindestens ein dopplewandieges Kollektorrohr eingebaut. Das Innenliegende Rohr wird vom zu erwärmende Wasser duchflossen. Der Innenraum des äußeren Rohres wird mit einem druckfesten Füllventil versehen, durch das das ”Heatboron” eingefüllt werden kann. Das Innen- und Außenrohr besteht aus Metall, Kunststoff oder Glas. Bei Systemen mit mehreren Kollektorröhren wird das zu erwärmende Wasser mit einem Verteiler den Kollektorröhren zugeführt. Das erwärmte Wasser wird in einem Sammler gesammelt und zu den Verbraucher gefördert. Verteiler und Sammler befinden sich im Kollektorgehäuse. Die doppelwandigen Kollektorröhren sind zwischen dem Verteiler und dem Sammler montiert.A solar collector that transfers thermal energy particularly efficiently with the heat-conducting fluid “Heatboron”. At least one double-walled collector tube is installed in a housing made of metal or plastic with radiation-permeable glass. The water to be heated flows through the inner pipe. The interior of the outer tube is provided with a pressure-tight filling valve through which the “heat boron” can be filled. The inner and outer tubes are made of metal, plastic or glass. In systems with several collector tubes, the water to be heated is fed to the collector tubes via a distributor. The heated water is collected in a collector and conveyed to the consumer. Distributors and collectors are located in the collector housing. The double-walled collector tubes are mounted between the distributor and the collector.

Description

Die Innovation ist ein Solarkollektor der durch den Einsatz des wärmeleitenden Fluids ”Heatboron” besonders effizient die thermische Energie überträgt. Das System zeichnet sich durch hohe Leistungsfähigkeit in der Warm- und Heizwasseraufbereitung, sowie zur Heißwasser- und Dampferzeugung aus.The innovation is a solar collector that transfers the thermal energy particularly efficiently through the use of the heat-conducting fluid "Heatboron". The system is characterized by high efficiency in hot and hot water preparation, as well as for hot water and steam generation.

Konventionelle Solarkollektoren werden zur Umwandlung der Sonnenenergie eingesetzt. Das Wasser durchfließt den Solarkollektor und erwärmt sich dabei. Das erwärmte Wasser wird mit Hilfe einer Umwälzpumpe zu den Verbrauchern gefördert. Die Effektivität bestehender Systeme ist stark abhängig von der Fläche, die direkt den Sonnenstrahlen ausgesetzt ist. Deshalb ist die flächenabhängige Leistungsdichte sehr begrenzt, was die Wirtchaftlichkeit dieser Systeme stark negative beeinflußt.Conventional solar collectors are used to convert solar energy. The water flows through the solar collector and heats up. The heated water is conveyed to the consumers by means of a circulating pump. The effectiveness of existing systems is highly dependent on the area directly exposed to the sun's rays. Therefore, the area-dependent power density is very limited, which greatly affects the economics of these systems.

Die Erfindung ist ein Sonnenkollektor der mit dem wärmeleitenden Fluide ”Heatboron” besonders effizient die thermischen Energie überträgt. In ein aus Metall oder Kunsstoff bestehenden Gehäuse mit strahlungsdurchlässigem Glas, wird mindestens ein dopplewandieges Kollektorrohr eingebaut. Das innenliegende Rohr wird vom zu erwärmendem Wasser duchflossen. Der Innenraum des äußeren Rohres wird mit einem druckfestes Füllventil versehen, durch das das ”Heatboron” eingefüllt werden kann. Das Innen- und Außenrohr besteht aus Metall, Kunststoff oder Glas. Bei Systemen mit mehreren Kollektorröhren wird das zu erwärmende Wasser mit einem Verteiler den Kollektorröhren zugeführt. Das erwärmte Wasser wird in einem Sammler gesammelt und zu dem Verbraucher gefördert. Verteiler und Sammler befinden sich im Kollektorgehäuse.The invention is a solar collector which transfers the thermal energy particularly efficiently with the heat-conducting fluid "heatboron". In a housing made of metal or plastic with radiolucent glass, at least one double-walled collector pipe is installed. The inner tube is duchflossen of the water to be heated. The interior of the outer tube is provided with a pressure-resistant filling valve, through which the "Heatboron" can be filled. The inner and outer tube is made of metal, plastic or glass. In systems with multiple collector tubes, the water to be heated is supplied with a manifold to the collector tubes. The heated water is collected in a collector and conveyed to the consumer. Distributor and collector are located in the collector housing.

Die doppelwandiegen Kollektorröhren sind zwischen dem Verteiler und dem Sammler montiert.The double-walled collector tubes are mounted between the manifold and the collector.

Alternativ kann zur Leistungserhöhung hinter dem dopplewandigen Kollektorrohr ein parabolförmiger Reflektor angebracht werden, um die Sonnenstrahlen zu bündeln. Damit besteht die Möglichkeit, Dampf zu erzeugen.Alternatively, a parabolic reflector can be mounted behind the double-walled collector tube to increase the power to concentrate the sun's rays. This gives you the opportunity to generate steam.

Nachdem das wärmeleitende Fluid ”Heatboron” in den Innenraum zwischen dem inneren und äußeren Kollektorrohr gefüllt wird, kann das System in Betrieb genommen werden. ”Heatboron” überträgt die thermische Energie aus einer Wärmequelle besonders effizienter, von einer Stelle zu einer anderen Stelle. Das „Heatboron” besitzt eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, wodurch die thermische Energie schnell und effizient übertragen, sowie homogen verteilt wird. Folgende Substanzen bilden das ”Heatboron”:

1–20 Gew.% aus

CA2B6O11·5H2O oder NA2B4O7 oder Na2B4O7·10H2O oder Na2B4O7·5H2O oder CaBSiO4(OH) oder Ca2B6O11·13H2O oder Ca4B10O19·7H2O oder NaCaB5O9·5H2O oder NaCaB5O9·8H2O oder Mg3B7O13Cl oder CaMgB6O8(OH)6·3H2O oder MgBO3(OH) oder Mx/n[(AlO2)x(SIO2)y]zH2O

plus 80–99 Gew.% aus CO2 oder CHClF2

oder CHF3 oder CH2F2 oder C2F6
oder C2H2F4 oder C2H3F2Cl oder C2H3F3
oder C5H12 oder C2H4 oder C3H6
oder C2H6 oder C3F8 oder C3HF7
oder C3H2F6 oder C3H3F5 oder C4H10
oder C2HF5 oder C3H8 oder C2H4F2
oder (44% C2HF5 + 4% C2H2F4 + 52% C2H3F3)
oder (23% CH2F2 + 25% C2HF5 + 52% C2H2F4)
oder (15% CH2F2 + 15% C2HF5 + 70% C2H2F4)
oder (7% C2HF5 + 46% C2H3F3 + 47% CHF2Cl)
oder (60% CHF2Cl + 25% C2HF4Cl + 15% C2H3F2Cl)
oder (50% CH2F2 + 50% C2HF5)
oder (50% C2HF5 + 50% C2H3F3)
oder (46% CHF3 + 54% C2F6)
oder (65,1% C2HF5 + 35,1% C2H2F4 3,4% C4H10)
oder (88% C2H2F4 + 9% C3F8 + 3% C4H10)
oder (78,5% C2H2F4 + 19,5% C2HF5 + 1,4% C4H10 + 0,6% C5H12)
oder (46,6% C2HF5 + 50% C2H2F4 + 3,4% C4H10)
oder (85,1% C2HF5 + 11,5% C2H2F4 + 3,4% C4H10)
oder (86% C2HF5 + 9% C3F8 + 5% C3H8)

sowie deren Derivate oder Homologa, oder andere Gase, die dem selben zweck dienen können.After the heat-conducting fluid "heatboron" is filled into the interior space between the inner and outer collector tubes, the system can be put into operation. "Heatboron" transfers thermal energy from a heat source more efficiently, from one place to another. The "Heatboron" has a very high thermal conductivity, whereby the thermal energy is transferred quickly and efficiently, and distributed homogeneously. The following substances form the "Heatboron":

1-20% by weight

CA 2 B 6 O 11 · 5H 2 O or NA 2 B 4 O 7 or Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O or Na 2 B 4 O 7 · 5H 2 O or CaBSiO 4 (OH) or Ca 2 B 6 O 11 · 13H 2 O or Ca 4 B 10 O 19 .7H 2 O or NaCaB 5 O 9 · 5H 2 O or NaCaB 5 O 9 · 8H 2 O, or Mg 3 B 7 O 13 Cl or CaMgB 6 O 8 (OH ) 6 · 3H 2 O or MgBO 3 (OH) or M x / n [(AlO 2 ) x (SIO 2 ) y ] zH 2 O

plus 80-99% by weight of CO 2 or CHClF 2

or CHF 3 or CH 2 F 2 or C 2 F 6
or C 2 H 2 F 4 or C 2 H 3 F 2 Cl or C 2 H 3 F 3
or C 5 H 12 or C 2 H 4 or C 3 H 6
or C 2 H 6 or C 3 F 8 or C 3 HF 7
or C 3 H 2 F 6 or C 3 H 3 F 5 or C 4 H 10
or C 2 HF 5 or C 3 H 8 or C 2 H 4 F 2
or (44% C 2 HF 5 + 4% C 2 H 2 F 4 + 52% C 2 H 3 F 3 )
or (23% CH 2 F 2 + 25% C 2 HF 5 + 52% C 2 H 2 F 4)
or (15% CH 2 F 2 + 15% C 2 HF 5 + 70% C 2 H 2 F 4 )
or (7% C 2 HF 5 + 46% C 2 H 3 F 3 + 47% CHF 2 Cl)
or (60% CHF 2 Cl + 25% C 2 HF 4 Cl + 15% C 2 H 3 F 2 Cl)
or (50% CH 2 F 2 + 50% C 2 HF 5 )
or (50% C 2 HF 5 + 50% C 2 H 3 F 3 )
or (46% CHF 3 + 54% C 2 F 6 )
or (65.1% C 2 HF 5 + 35.1% C 2 H 2 F 4 3.4% C 4 H 10 )
or (88% C 2 H 2 F 4 + 9% C 3 F 8 + 3% C 4 H 10 )
or (78.5% C 2 H 2 F 4 + 19.5% C 2 HF 5 + 1.4% C 4 H 10 + 0.6% C 5 H 12 )
or (46.6% C 2 HF 5 + 50% C 2 H 2 F 4 + 3.4% C 4 H 10)
or (85.1% C 2 HF 5 + 11.5% C 2 H 2 F 4 + 3.4% C 4 H 10 )
or (86% C 2 HF 5 + 9% C 3 F 8 + 5% C 3 H 8 )

and their derivatives or homologs, or other gases which may serve the same purpose.

Das thermodynamische Null-Gesetz, das im Jahr 1931 von Ralph H. Fowler aufgestellt wurde, beschreibt mit einer schlichten Aussage folgenden Zustand: wenn sich zwei Gegenstände mit unterschiedlichen Temperaturen im Hinblick auf die Wärme berühren, wird der warme Gegenstand kühler und der kühle Gegenstand wird wärmer. Die Basis hiervon ist, dass beim Wärmetransfer zwischen zwei Gegenständen, die zwei verschiedene Temperaturen haben, die Temperatur von dem warmen zum kühlen Gegenstand fließt, dabei ist es möglich, dass manche Gegenstände kühl und manche warm wahrgenommen werden. Auch wenn Minus 30 Grad als kalt wahrgenommen werden kann, ist es trotzdem wärmer als Minus 50 Grad. Der Grundsatz, weshalb der Wärmefluss nicht vom Kalten zum Warmen geschieht, ist folgender: die Wärme ist ein Faktor, der auf die Atome der Materie, besser gesagt, auf die kinetische Energie der Elektronen einwirkt. Die Elektronen weisen immer eine Bewegung auf. Sie wollen immer die überflüssige kinetische Energie übertragen und wieder in ihr grundsätzliches Energieniveau zurückkehren. Die Wärme wird mit der Bewegung der Elektronen übertragen. Aus diesem Grund vollzieht sich der Wärmetransfer immer vom warmen Gegenstand zum kühlen Gegenstand hin.The thermodynamic zero law, which was established in 1931 by Ralph H. Fowler, describes the following with a simple statement: if two objects with different temperatures touch each other in terms of heat, the warm object becomes cooler and the cool object becomes warmer. The basis of this is that during the heat transfer between two objects having two different temperatures, the temperature flows from the warm to the cool object, it is possible that some objects are perceived as cool and some as warm. Even if minus 30 degrees can be perceived as cold, it is still warmer than minus 50 degrees. The principle why the heat flow does not come from the cold to the warm is the following: heat is a factor that affects the atoms of matter, or rather, the kinetic energy of the electrons. The electrons always have a movement. They always want to transfer the superfluous kinetic energy and return to their basic energy level. The heat is transferred with the movement of the electrons. For this reason, the heat transfer always takes place from the warm object to the cool object.

Die Effektivität der Erfindung zeichnet sich durch die hohe flächenabhängige Leistungsdichte, die auf die homogene hohe Temperatur am gesamten Kollektorinnenrohr zurückzuführen ist, aus. Dieser Effekt führt zur einer erheblichen Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Systems.The effectiveness of the invention is characterized by the high area-dependent power density, which is due to the homogeneous high temperature on the entire collector inner tube from. This effect leads to a significant improvement in the economics of the system.

Der Solarkollektor kann überall zur Warm- und Heizwasseraufbereitung sowie zur Heißwasser- und Dampferzeugung in bereits bestehenden oder neu zu errichtenden Systemen eingesetzt werden. Mit dem erzeugten Dampf kann in nachgeschalteten Turbinen elektrische Energie umweltfreundlich erzeugt werden.The solar collector can be used everywhere for hot and heating water treatment as well as for hot water and steam generation in already existing or newly constructed systems. With the generated steam electrical energy can be generated environmentally friendly in downstream turbines.

1 – Kollektorrohr 1 - Collector tube

2 – Solarkollektor 2 - solar collector

3 – Solarkollektor Querschnitt 3 - Solar collector cross section

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Innenraum inneres RohrInterior inner tube
22
Innenraum äußeres RohrInterior outer tube
33
wärmeleitendes Fluidthermally conductive fluid
44
Wasserwater
55
Füllventilfilling valve
66
parabolförmiger Reflektorparabolic reflector
77
Gehäusecasing
88th
Verteilerdistributor
99
Sammlercollector
1010
Kollektorrohrcollector pipe
1111
Glasplatteglass plate

Claims (6)

Ein Solarkollektor, der sich durch eine effizientere Übertragung der thermischen Energie durch die Verwendung des wärmeleitenden Fluids „Heatboron” auszeichnet und durch die günstigen thermodynamischen Eigenschaften die Wärmeübertragung an das zu erwärmende Wasser verbessert, die Leistungsdichte erhöht und der Flächenbedarf reduziert indem in ein aus Metall oder Kunsstoff bestehendes Gehäuse mit strahlungsdurchlässigem Glas mindestens ein dopplewandiges Kollektorrohr eingebaut wird, bei dem das Innenliegende Rohr vom zu erwärmenden Wasser duchflossen wird, der Innenraum des äußeren Rohres wird mit einem drucktesten Füllventil versehen und verschlossen, durch das das ”Heatboron” eingefüllt werden kann, das Innen- und Außenrohr besteht aus Metall, Kunststoff oder Glas, bei Systemen mit mehreren Kollektorröhren, werden Verteiler und Sammler im Kollektorgehäuse eingebaut, die doppelwandigen Kollektorröhren sind zwischen dem Verteiler und Sammler montiert, folgende Substanzen bilden das „Heatboron”: 1–20 Gew.% aus CA2B6O11·5H2O oder NA2B4O7 oder Na2B4O7·10H2O oder Na2B4O7·5H2O oder CaBSiO4(OH) oder Ca2B6O11·13H2O oder Ca4B10O19·7H2O oder NaCaB5O9·5H2O oder NaCaB5O9·8H2O oder Mg3B7O13Cl oder CaMgB6O8(OH)6·3H2O oder MgBO3(OH) oder Mx/n[(AlO2)x(SIO2)y]zH2O plus 80–99 Gew.% aus CO2 oder CHClF2 oder CHF3 oder CH2F2 oder C2F6 oder C2H2F4 oder C2H3F2Cl oder C2H3F3 oder C5H12 oder C2H4 oder C3H6 oder C2H6 oder C3F8 oder C3HF7 oder C3H2F6 oder C3H3F5 oder C4H10 oder C2HF5 oder C3H8 oder C2H4F2 oder (44% C2HF5 + 4% C2H2F4 + 52% C2H3F3) oder (23% CH2F2 + 25% C2HF5 + 52% C2H2F4) oder (15% CH2F2 + 15% C2HF5 + 70% C2H2F4) oder (7% C2HF5 + 46% C2H3F3 + 47% CHF2Cl) oder (60% CHF2Cl + 25% C2HF4Cl + 15% C2H3F2Cl) oder (50% CH2F2 + 50% C2HF5) oder (50% C2HF5 + 50% C2H3F3) oder (46% CHF3 + 54% C2F6) oder (65,1% C2HF5 + 35,1% C2H2F4 3,4% C4H10) oder (88% C2H2F4 + 9% C3F8 + 3% C4H10) oder (78,5% C2H2F4 + 19,5% C2HF5 + 1,4% C4H10 + 0,6% C5H12) oder (46,6% C2HF5 + 50% C2H2F4 + 3,4% C4H10) oder (85,1% C2HF5 + 11,5% C2H2F4 + 3,4% C4H10) oder (86% C2HF5 + 9% C3F8 + 5% C3H8) sowie deren Derivate oder Homologa, oder andere Gase, die demselben zweck dienen können.A solar collector, which is characterized by a more efficient transfer of thermal energy through the use of the heat conducting fluid "Heatboron" and improves the heat transfer to the water to be heated by the favorable thermodynamic properties, increases the power density and reduces the area required by a metal or Kunsstoff existing housing with radiolucent glass at least a double-walled collector tube is installed, in which the inner tube is duchflossen from the water to be heated, the interior of the outer tube is provided with a pressure-tight filling valve and closed, through which the "Heatboron" can be filled, the Inner and outer tube is made of metal, plastic or glass, in systems with multiple collector tubes, distributors and collectors are installed in the collector housing, the double-walled collector tubes are mounted between the manifold and collector, following Substances form the "heatboron": 1-20% by weight of CA 2 B 6 O 11 .5H 2 O or NA 2 B 4 O 7 or Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O or Na 2 B 4 O 7 · 5H 2 O or CaBSiO 4 (OH) or Ca 2 B 6 O 11 · 13H 2 O or Ca 4 B 10 O 19 · 7H 2 O or NaCaB 5 O 9 · 5H 2 O or NaCaB 5 O 9 · 8H 2 O or Mg 3 B 7 O 13 Cl or CaMgB 6 O 8 (OH) 6 .3H 2 O or MgBO 3 (OH) or M x / n [(AlO 2 ) x (SIO 2 ) y ] zH 2 O plus 80- 99% by weight of CO 2 or CHClF 2 or CHF 3 or CH 2 F 2 or C 2 F 6 or C 2 H 2 F 4 or C 2 H 3 F 2 Cl or C 2 H 3 F 3 or C 5 H 12 or C 2 H 4 or C 3 H 6 or C 2 H 6 or C 3 F 8 or C 3 HF 7 or C 3 H 2 F 6 or C 3 H 3 F 5 or C 4 H 10 or C 2 HF 5 or C 3 H 8 or C 2 H 4 F 2 or (44% C 2 HF 5 + 4% C 2 H 2 F 4 + 52% C 2 H 3 F 3 ) or (23% CH 2 F 2 + 25% C 2 HF 5 + 52% C 2 H 2 F 4 ) or (15% CH 2 F 2 + 15% C 2 HF 5 + 70% C 2 H 2 F 4 ) or (7% C 2 HF 5 + 46% C 2 H 3 F 3 + 47% CHF 2 Cl) or (60% CHF 2 Cl + 25% C 2 HF 4 Cl + 15% C 2 H 3 F 2 Cl) or (50% CH 2 F 2 + 50 % C 2 HF 5) or (50% C 2 HF 5 + 50% C 2 H 3 F 3) or (46% CHF 3 + 54% C 2 F 6) or (65.1% C 2 HF 5 + 35 , 1% C 2 H 2 F 4 3.4% C 4 H 10 ) or (88% C 2 H 2 F 4 + 9% C 3 F 8 + 3% C 4 H 10 ) or (78.5% C 2 H 2 F 4 + 19.5% C 2 HF 5 + 1.4% C 4 H 10 + 0.6% C 5 H 12 ) or (46.6% C 2 HF 5 + 50% C 2 H 2 F 4 + 3.4% C 4 H 10 ) or (85.1% C 2 HF 5 + 11.5% C 2 H 2 F 4 + 3.4% C 4 H 10 ) or (86% C 2 HF 5 + 9% C 3 F 8 + 5% C 3 H 8 ) and their derivatives or homologues, or other gases which may serve the same purpose. Entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass, hinter dem Dopplewandigem Kollektorrohr eine parabolförmiger Reflektor angebracht wird, um die Sonnenstrahlen zu bündeln, um damit Dampf zu erzeugen.According to claim 1, characterized in that behind the Dopplewandigem collector tube, a parabolic reflector is mounted to focus the sun's rays, so as to generate steam. Entsprechend Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet das statt dem Mischverhältnis von 1–20 Gew.% zu 80–99 Gew.%, das Mischverhältnis von 1–67 Gew.% zu 33–99 Gew.% angewandt wird.According to claims 1 and 2, characterized in that instead of the mixing ratio of 1-20 wt.% To 80-99 wt.%, The mixing ratio of 1-67 wt.% To 33-99 wt.% Is applied. Entsprechend Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet das die Substanzen die für den Bestandteil 1–20 Gew.% aufgelistet sind, innerhalb des Prozentsatzes untereinander Kombiniert werden.According to claims 1, 2 and 3, characterized in that the substances listed for the constituent 1-20% by weight are combined within the percentage among each other. Entsprechend Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet das die Substanzen die für den Bestandteil 80–99 Gew.% aufgelistet sind, innerhalb des Prozentsatzes untereinander Kombiniert werden.According to claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that the substances listed for the constituent 80-99% by weight are combined with each other within the percentage. Entsprechend Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet das ein Ausführungsbeispiel in der Zeichnung als Anlage Dargestellt ist. In accordance with claim 1 characterized in that an embodiment is shown in the drawing as an attachment.
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