DE102014213928A1

DE102014213928A1 - Solarwärmekollektor, Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht und Solarwärmeheizeinrichtung

Info

Publication number: DE102014213928A1
Application number: DE102014213928.7A
Authority: DE
Inventors: Keita MINE; Yutaka Ohmori
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2015-01-29
Also published as: US20150027436A1; CN104344583A; AU2014202942A1; JP2015042935A

Abstract

Ein Solarwärmekollektor weist eine Wärmekollektorplatte, eine Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht, die auf einer Fläche in einer Dickenrichtung der Wärmekollektorplatte angeordnet ist, und eine Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität auf, die auf einer Fläche in der Dickenrichtung der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht angeordnet ist.

Description

QUERVERWEIS AUF IN BEZUG STEHENDE ANMELDUNG:
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2013-152881 , welche am 23. Juli 2013 eingereicht wurde, wobei die Inhalte dieser Anmeldung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingefügt sind.
TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Solarwärmekollektor, eine Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht sowie eine Solarwärmeheizeinrichtung, und insbesondere einen Solarwärmekollektor, eine Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht und eine Solarwärmeheizeinrichtung, mit dem Solarwärmekollektor und der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht.
Stand der Technik
Konventionell ist bekannt, dass eine Solarwärmeheizeinrichtung, wie ein Solar-Wasserheizer, mit einem Wärmekollektor versehen ist, wobei der Wärmekollektor durch Absorbieren von Sonnenlicht aufgeheizt wird, und Wasser (ein Wärmemedium) in einem Inneren des Wärmekollektors derart aufgeheizt wird, dass heißes Wasser bereitet wird.
In dem Wärmekollektor (einer Wärmekollektorstruktur) ist es notwendig, dass die von dem Wärmekollektor absorbierte Wärme daran gehindert wird, zur Umgebung zu entweichen, d.h. es ist notwendig, dass die Wärmeabgabeeigenschaften herabgesetzt sind.
Beispielsweise wurde eine Wärmekollektorstruktur für eine Wärmekollektorvorrichtung vorgeschlagen, die mit einer wärmeabsorbierenden Schicht und einem Filter versehen ist, der in einem gewissen Abstand an der Oberseite der wärmeabsorbierenden Schicht angeordnet ist und Infrarotstrahlung reflektiert (Referenz: siehe beispielsweise japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung mit der Nr. H06-201197 ). In der Wärmekollektorstruktur der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung mit der Nr. H06-201197 ist die Wärmeabstrahlung der Wärmekollektorstruktur durch eine Abstandsschicht (ein Spalt bzw. Zwischenraum) reduziert, die zwischen der wärmeabsorbierenden Schicht und dem Filter angeordnet ist.
Ferner wurde eine Wärmekollektorstruktur eines Solar-Wassererhitzers vorgeschlagen, der, um eine geringe Emissivität zu erlangen, mit einem Wärmekollektor und einem speziellen Metallfilm versehen ist, welcher in einem gewissen Abstand auf der Oberseite des Wärmekollektors angeordnet ist (siehe beispielsweise japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung mit der Nr. 2004-176966 ). In der Wärmekollektorstruktur der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2004-176966 ist der Wärmekollektor aus einer Metallplatte ausgebildet, und eine obere Fläche der Metallplatte ist mit einem Material (einer Abdeckschicht) bedeckt, welche die Absorption von Sonnenlicht begünstigt. Ferner ist der spezielle Metallfilm in einem gewissen Abstand auf der Oberseite der Abdeckschicht angeordnet. In der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung mit der Nr. 2004-176966 sind die Wärmeabstrahleigenschaften der Wärmekollektorstruktur durch eine Abstandsschicht (einen Spalt) verringert, die zwischen der Abdeckschicht und dem speziellen Metallfilm angeordnet ist.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung mit der Nr. H06-201197 kann auch der Filter Sonnenlicht absorbieren, und in einem derartigen Fall sollte auch die Wärme, welche in dem Filter absorbiert wird, effektiv verwendet werden. In der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung mit der Nr. H06-201197 liegt allerdings einen Nachteil dahingehend vor, dass die Wärme, die in dem Filter erzeugt wurde, wegen der Abstandsschicht (dem Spalt) zwischen dem Filter und der eigentlichen wärmeabsorbierenden Schicht nicht auf effiziente Weise durch Wärmeleitung von dem Filter zur wärmeabsorbierenden Schicht geleitet werden kann, wodurch die Wärmekollektorstruktur nicht in der Lage ist, die oben beschriebene Anforderung zu erfüllen.
In der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung mit der Nr. 2004-176966 kann der spezielle Metallfilm Sonnenlicht absorbieren, und in einem derartigen Fall wäre es vorteilhaft, wenn auch die Wärme, welche in dem speziellen Metallfilm erzeugt wurde, effizient genutzt würde. In der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung mit der Nr. 2004-176966 gibt es allerdings einen Nachteil dahingehend, dass die in dem speziellen Metallfilm erzeugte Wärme durch die Abstandsschicht (den Spalt) zwischen dem speziellen Metallfilm und dem Wärmekollektor nicht durch Wärmeleitung (thermisch) von dem speziellen Metallfilm zum Wärmekollektor geleitet werden kann, wodurch die Wärmekollektorstruktur nicht in der Lage ist, die oben beschriebene Anforderung zu erfüllen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Solarwärmekollektor bereitzustellen, der in der Lage ist, Wärme, die in einer Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlichtreflektivität erzeugt bzw. absorbiert wurde, effektiv zu nutzen, sowie ferner eine Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht und eine Solarwärmeheizeinrichtung bereitzustellen.
Ein Solarwärmekollektor der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Wärmekollektorplatte, eine Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht, die in einer Dickenrichtung auf einer Fläche der Wärmekollektorplatte angeordnet ist, und eine Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität, die in der Dickenrichtung auf einer Fläche der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht angeordnet ist.
In dem Solarwärmekollektor der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität eine Emissivität von 0,75 oder weniger und eine Sonnenlicht-Reflektivität von 50 % oder weniger aufweist.
In dem Solarwärmekollektor der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt, dass die Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität aus einem leitfähigen Keramikmaterial hergestellt ist.
Eine Solarwärmeheizeinrichtung der vorliegenden Erfindung weist den oben beschriebenen Solarwärmekollektor auf.
Eine Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht weist auf: eine Substratschicht, eine Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht, die in einer Dickenrichtung auf einer Oberfläche der Substratschicht angeordnet ist, und eine Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität, die in der Dickenrichtung auf einer Oberfläche der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht angeordnet ist. Mit anderen Worten kann die Schichtfolge in dieser Mehrlageschicht dann lauten: Substratschicht – Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht – Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität, wobei Substratschicht und Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht bzw. Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht und die Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität jeweils mit ihren entsprechenden (Ober-)Flächen in der Dickenrichtung aufeinander angeordnet sind.
In der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität eine Emissivität von 0,75 oder weniger und eine Sonnenlicht-Reflektivität von 50 % oder weniger aufweist.
In der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität aus einem leitfähigen Keramikmaterial hergestellt ist.
Ein Solarwärmekollektor der vorliegenden Erfindung weist die oben beschriebene Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht und eine Wärmekollektorplatte auf, die in einer Dickenrichtung auf der anderen Oberfläche der Substratschicht der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht angeordnet ist.
Eine Solarwärmeheizeinrichtung der vorliegenden Erfindung weist den oben beschriebenen Solarwärmekollektor auf.
Eine Solarwärmeheizeinrichtung der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt als Solarwasserheizeinrichtung verwendet.
Gemäß dem Solarwärmekollektor der vorliegenden Erfindung absorbiert die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht Sonnenlicht, Wärme wird erzeugt, und die Wärme kann durch Wärmeleitung effektiv zur Wärmekollektorplatte geleitet werden.
Die Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität reduziert die Reflektion von Sonnenlicht und das Sonnenlicht kann die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht ohne Probleme erreichen.
Wenn die Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität Sonnenlicht absorbiert und Wärme erzeugt wird, kann die Wärme über die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht auf effiziente Weise thermisch zur Wärmekollektorplatte gleitet werden, da die Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität in der Dickenrichtung auf einer Fläche der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht angeordnet ist.
Daher ist der Solarwärmekollektor der vorliegenden Erfindung in der Lage, Sonnenlicht effektiv auszunutzen und Wärme effektiv zu sammeln.
Gemäß dem Solarwärmekollektor der vorliegenden Erfindung, bei dem die Substratschicht in der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht der vorliegenden Erfindung auf die Wärmekollektorplatte geschichtet ist, kann die Wärme, welche in der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht durch Absorption von Sonnenlicht erzeugt wurde, auf effektive Weise über die Substratschicht thermisch zur Wärmekollektorplatte geleitet werden.
Da die Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität auf einer Fläche in der Dickenrichtung der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht angeordnet ist, kann, wenn die Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität Sonnenlicht absorbiert und Wärme erzeugt, diese Wärme auf effiziente Weise über die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht und die Substratschicht durch Wärmeleitung zur Wärmekollektorplatte geleitet werden.
Daher ist der Solarwärmekollektor der vorliegenden Erfindung in der Lage, Sonnenlicht effektiv zu nutzen und auf effektive Weise Wärme zu sammeln.
Ferner weist die Solarwärmeheizeinrichtung der vorliegenden Erfindung den oben beschriebenen Solarwärmekollektor auf, sodass das Wärmemedium effektiv erwärmt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Solarwärmekollektors, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
2 zeigt eine Draufsicht eines Solar-Wasserheizers, welcher den Solarwärmekollektor aus 1 und 5 aufweist.
3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A des Solar-Wasserheizers aus 2.
4 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B des Solar-Wasserheizers aus 2.
5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Solarwärmekollektors und einer Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht, welche die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
6 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A des Solar-Wasserheizers aus 2.
7 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B des Solar-Wasserheizers aus 2.
8 zeigt eine Querschnittsansicht des Solarwärmekollektors gemäß einem Vergleichsbeispiel 4.
9A bis D zeigen eine Wärmekollektorbox zum Messen einer Oberflächentemperatur eines Solarwärmekollektors, wobei 9A eine Wärmekollektorbox zur Vermessung eines Wärmekollektors gemäß den Beispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 2 bis 3 darstellt; 9B eine Wärmekollektorbox zur Vermessung eines Wärmekollektors gemäß Beispiel 7 darstellt; 9C eine Wärmekollektorbox zur Vermessung eines Wärmekollektors gemäß Vergleichsbeispiel 1 darstellt; und 9D eine Wärmekollektorbox zur Vermessung eines Wärmekollektors gemäß Vergleichsbeispiel 4 darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Erste Ausführungsform
In 1 ist die Oberkante der Zeichnungsfläche als die Oberseite bezeichnet (eine Seite in einer ersten Richtung, eine Seite in einer Dickenrichtung), die Unterkante der Zeichnungsfläche ist als die Unterseite bezeichnet (die andere Seite in der ersten Richtung, die andere Seite in der Dickenrichtung), die linke Seite der Zeichnungsfläche ist als die linke Seite bezeichnet (eine Seite in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung), die rechte Seite der Zeichnungsfläche ist als die rechte Seite bezeichnet (die andere Seite in der zweiten Richtung), die Vorderseite der Zeichnungsfläche ist als die Vorderseite bezeichnet (eine Seite in einer dritten Richtung senkrecht zur ersten und zweiten Richtung) und die Rückseite der Zeichnungsfläche ist als die Rückseite bezeichnet (die andere Seite in der dritten Richtung). Insbesondere stimmen diese Richtungen mit den Richtungspfeilen in 1 überein. Die Richtungen in 2 und die der folgenden Figuren stimmen mit den Richtungen in 1 überein. Um die relative Anordnung eines weiter unten beschriebenen Heißwasserabschnitts 7 und eines weiter unten beschriebenen Gehäuses 8 klarer darzustellen, wurde in 2 eine weiter unten beschriebene Schutzschicht 9 weggelassen. Um die Form eines weiter unten beschriebenen Heißwasserspeicherabschnitts 20 klar darzustellen, ist dessen Form in 2 durch Schraffur dargestellt.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Solarwärmekollektor 1, welcher eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, in eine flache Plattenform ausgebildet, die sich in einer Ebenen-Richtung (einer Richtung senkrecht zur Dickenrichtung) erstreckt. Der Solarwärmekollektor 1 weist eine Wärmekollektorplatte 2, eine Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3, die auf der oberen Fläche (einer Fläche in der Dickenrichtung) der Wärmekollektorplatte 2 angeordnet ist, und eine Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität auf, die auf der oberen Fläche (einer Fläche in der Dickenrichtung) der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 angeordnet ist.
Die Wärmekollektorplatte 2 ist in dem Solarwärmekollektor 1 in dem unteren Abschnitt (dem anderen Endabschnitt in der Dickenrichtung) angeordnet. Die Wärmekollektorplatte 2 ist derart ausgelegt, dass sie, wenn sie in einem weiter unten beschriebenen Solar-Wasserheizer 6 (siehe 3) verwendet wird, in der Lage ist, Wärme, die von der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 und der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität (welche als nächstes beschrieben wird) weitergeleitet wurde, an Wasser weiterzuleiten. In der Draufsicht ist die Form der Wärmekollektorplatte 2 derart ausgebildet, dass sie in der Draufsicht der des Solarwärmekollektors 1 entspricht. Beispiele für ein Wärmekollektormaterial, das die Wärmekollektorplatte 2 ausbildet, schließen ein Metallmaterial, wie Aluminium, Kupfer, Eisen, Chrom oder Legierungen davon (insbesondere Edelstahl oder dergleichen) ein. Bevorzugt werden Aluminium und Edelstahl verwendet. Die Wärmekollektorplatte 2 hat beispielsweise eine Dicke von 0,1 mm oder mehr, oder bevorzugt von 0,5 mm oder mehr, und beispielsweise 5 mm oder weniger, und bevorzugt 2 mm oder weniger.
Die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 ist in der Dickenrichtung in dem Solarwärmekollektor 1 mittig und auf der gesamten oberen Fläche der Wärmekollektorplatte 2 angeordnet. Die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 ist derart ausgelegt, dass sie in der Lage ist, Wärme dadurch zu erzeugen, dass sie Sonnenlicht effizient absorbiert und einen hohen Wärmeisolationseffekt erreicht (d.h. eine geringe Emissivität aufweist). Beispiele für ein Sonnenstrahlen-Absorptionsmaterial, das die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 ausbildet, schließen ein selektiv absorbierendes Material ein, das in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Nr. 2004-176966 beschrieben ist. Insbesondere schließen Beispiele davon schwarzen Chrom, schwarzen Nickel und Gold-Magnesiumoxid-Cermet ein. Beispiele für das Sonnenstrahlen-Absorptionsmaterial schließen ferner auch Beschichtungsfilme ein, die aus schwarzem Beschichtungsmaterial, wie SiZrO₄, Cr₂O₃ und einem Eisenoxid-basierten, anorganischen Pigment hergestellt ist. Die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 weist eine Dicke von beispielsweise 2 µm bis 10 µm auf, wenn die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 aus selektiv absorbierendem Material ausgebildet ist, und von 20 µm bis 80 µm, wenn die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 aus einem Beschichtungsfilm ausgebildet ist.
Die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität ist an dem oberen Abschnitt (ein Endabschnitt in der Dickenrichtung) an dem Solarwärmereflektor 1 und auf der gesamten Oberfläche der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 angeordnet. Die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität ist derart angeordnet, dass sie in Kontakt mit der oberen Fläche der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 ist. Die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität ist derart ausgelegt, dass sie es Sonnenlicht gestattet, die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 zu erreichen, d.h. dass sie das Sonnenlicht, das von der Oberseite eingetragen wird, nicht blockt, und in der Lage ist, in der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 erzeugte Wärme hin zur Unterseite zu reflektieren. Mit anderen Worten ist die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität ausgelegt, die Emissivität und die Sonnenlicht-Reflektivität des Solarwärmekollektors 1 zu reduzieren. Ein Material, das die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität ausbildet ist nicht sonderlich beschränkt, solange es ein Material ist, das die oben beschriebene Reflektionseigenschaft erzielt. Beispiele hierfür umfassen ein leitfähiges Keramikmaterial.
Beispiele des leitfähigen Keramikmaterials schließen ITO („Indium Tin Oxide“, Zinndotiertes Indiumoxid, oder Indiumzinnoxid), ATO („Antimony Tin Oxide“, Zinndotieres Antimonoxid, oder Antimonzinnoxid), FTO („Fluroine Tin Oxide“, fluordotiertes Zinnoxid) und IZO („Indium Zinc Oxide“, zinkdotiertes Indiumoxid) ein. Im Hinblick auf Materialkosten wird bevorzugt ITO verwendet.
Die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität weist beispielsweise eine Emissivität von 0,75 oder weniger, bevorzugt 0,60 oder weniger, oder noch weiter bevorzugt von 0,50 oder weniger und beispielsweise 0,01 oder mehr auf. Wenn die Emissivität der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität über dem oben beschriebenen oberen Grenzwert ist, kann es zu einem Fall kommen, bei dem die Reflektion der in der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht erzeugten Wärme mangelhaft ist, wie beispielsweise im Falle eines isolierenden Keramikmaterials (insbesondere SiO₂ oder dergleichen; siehe Vergleichsbeispiel 2). Die Emissivität der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität wird später in der Auswertetabelle für die Beispiele beschrieben werden.
Die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität weist eine Sonnenlicht-Reflektivität von beispielsweise 50 % oder weniger, bevorzugt 25 % oder weniger und insbesondere bevorzugt von 10% oder weniger und beispielsweise von 0,11 % oder mehr auf. Liegt die Sonnenlicht-Reflektivität der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität über dem oben beschriebenen Grenzwert, kann es zu einer Situation kommen, bei der Sonnenlicht spürbar reflektiert wird, wodurch das Sonnenlicht daran gehindert werden kann, die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 zu erreichen, wie es beispielsweise bei einer Metallschicht der Fall wäre (insbesondere bei einer Silberlegierung oder dergleichen; siehe Vergleichsbeispiel 3). Die Sonnenlicht-Reflektivität der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität wird als eine Sonnenlicht-Reflektivität in einem nah-infraroten Strahlungsbereich (780 bis 2500 nm) gemessen. Details hierzu werden weiter unten in der Auswertetabelle der Beispiele beschrieben werden.
Die Dicke der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität ist nicht sonderlich eingeschränkt. In den Patentdokumenten JP H06-201197 und JP 2004-176966 muss die Dicke der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität so dünn wie möglich ausgebildet sein, um soviel Sonnenlicht wie möglich durchzulassen. In dieser Ausführungsform muss die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität nicht notwendigerweise dünn ausgebildet sein, d.h. es kann möglich sein, sie dicker auszubilden. Deshalb ist ein Freiheitsgrad hinsichtlich der Materialwahl und des Herstellungsverfahrens der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität verbessert. Insbesondere hat die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität eine Dicke von beispielsweise 50 nm oder mehr oder bevorzugt 200 nm oder mehr, und beispielsweise 1000 nm oder weniger oder bevorzugt 600 nm oder weniger. Wenn die Dicke der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität nicht größer als die oben beschriebene Obergrenze ist, kann übermäßige Reflektion von Sonnenlicht an der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität verhindert werden. Wenn die Dicke der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität nicht geringer als die oben beschriebene Untergrenze ist, kann andererseits die Reflektivität für in der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 erzeugte Wärme (die Wärmereflektivität) verbessert werden.
Der Solarwärmekollektor 1 weist beispielsweise eine Dicke von 0,1 mm oder mehr, oder bevorzugt 0,5 mm oder mehr, und beispielsweise von 5 mm oder weniger, oder bevorzugt von 2 mm oder weniger auf.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Solarwärmekollektors 1 in Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Gemäß diesem Verfahren wird zunächst die Wärmekollektorplatte 2 hergestellt.
Als nächstes wird gemäß diesem Verfahren die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 auf die obere Fläche der Wärmekollektorplatte 2 geschichtet (beispielsweise laminiert, bzw. aufkaschiert). Wenn die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 aus einem selektiv absorbierenden Material ausgebildet ist, wird die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 auf der oberen Fläche der Wärmekollektorplatte 2 beispielsweise durch eine elektrochemische Behandlung, z.B. durch Galvano-Technik oder anodische Oxidation, ausgebildet. Wenn die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 andererseits aus einem Beschichtungsfilm ausgebildet ist, wird beispielsweise ein schwarzes Beschichtungsmaterial auf die obere Fläche der Wärmekollektorplatte 2 appliziert, um danach, falls notwendig, getrocknet zu werden, sodass die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 auf der oberen Fläche der Wärmekollektorplatte 2 ausgebildet ist.
Hernach wird gemäß diesem Verfahren die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität direkt auf der oberen Fläche der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 ausgebildet. Beispiele für ein Ausbildungsverfahren der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität schließen ein Aufdampfverfahren (englisch: sputtering method) ein CVD-Verfahren, ein Vakuumablagerungsverfahren, ein AD-Verfahren und ein Applikationsverfahren einer Dispersionsflüssigkeit aus leitfähigen Nanopartikeln ein (insbesondere Partikeln in Nanogröße, welche aus einem leitfähigen Keramikmaterial hergestellt sind). Bevorzugt wird ein Aufdampfverfahren verwendet.
Nachstehend wird ein Solarwasserheizer 6 als Solarwärmeheizvorrichtung in Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben, welcher den Solarwärmekollektor 1 verwendet.
In 2 und 3 weist der Solarwasserheizer 6 das Gehäuse 8, den Heißwasserabschnitt 7, und die Schutzschicht 9 auf (siehe 3).
Das Gehäuse 8 ist beispielsweise derart ausgelegt, dass es in der Lage ist, auf einem Dach eines Gebäudes angeordnet zu werden. Das Gehäuse 8 ist in der Draufsicht in eine im allgemeinen rechteckige Form, in einer oben-unten Richtung in eine dünne, flache Form sowie in eine mit einem Boden versehene Kastenform ausgebildet, welche nach oben eine Öffnung aufweist. In dem oberen Abschnitt des Gehäuses 8 ist eine erste Öffnung 16 ausgebildet. Zweite Öffnungen 17, die einem Wasserzulaufanschluss 14 und einem Wasserabaufanschluss 15 entsprechen (welche weiter unten beschreiben sind) sind an der linksseitigen Wand und der rechtsseitigen Wand des Gehäuses 8 ausgebildet. Das Gehäuse 8 weist eine Doppelstruktur auf, die aus einer innenseitigen Schicht, die beispielsweise aus einem bekannten wärmeisolierenden Material, wie einem Schaummaterial ausgebildet ist, und einer außenseitigen Schicht ausgebildet ist, das auf der Außenseite der innenseitigen Schicht angeordnet ist und beispielsweise aus einem Metallmaterial ausgebildet ist.
Der Heißwasserabschnitt 7 ist in dem Gehäuse 8 aufgenommen. Der Heißwasserabschnitt 7 ist derart angeordnet, dass eine vorstehende Oberfläche davon mit der ersten Öffnung 16 des Gehäuses 8 in einer Projektion auf die oben-unten Richtung überlappt. Der Heißwasserabschnitt 7 ist aus einer oberen Platte 11 und einer unteren Platte 12 ausgebildet, die sich in einer Richtung senkrecht zur oben-unten Richtung (einer Ebenen-Richtung) erstrecken. Die obere Platte 11 und die untere Platte 12 sind jeweils in eine Form ausgebildet, welche, durch Ausformen einer flachen Platte aus dem oben beschriebenen Wärmekollektormaterial durch Pressbearbeitung oder dergleichen, flache Plattenabschnitte 18 und gekrümmte Abschnitte 19 einstückig aufweist.
In der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12 sind mehrere der flachen Plattenabschnitte 18 in einer vorne-hinten Richtung in regelmäßigen Abständen zueinander und in streifenartiger Form ausgebildet, die sich in eine rechts-links Richtung erstrecken. In der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12 sind die gekrümmten Abschnitte 19 derart ausgebildet, dass sie die flachen Plattenabschnitte 18, die einander in der vorne-hinten Richtung benachbart sind, in der vorne-hinten Richtung verbinden. D.h. mehrere gekrümmte Abschnitte 19 sind in regelmäßigen Abständen zueinander in der vorne-hinten Richtung ausgebildet. In der oberen Platte 11 sind die gekrümmten Abschnitte 19 derart ausgebildet, dass sie von den flachen Plattenabschnitten 18 nach oben vorstehen. Insbesondere sind die gekrümmten Abschnitte 19 in der Seitenansicht in eine im wesentlichen halbkreisförmige Form ausgebildet, die nach oben ausgeweitet ist. Die gekrümmten Abschnitte 19 der unteren Platte 12 sind bezüglich der Flächen mit den flachen Plattenabschnitte 18 in der oben-unten Richtung symmetrisch zu den gekrümmten Abschnitten 19 der oberen Platte 11 ausgebildet.
Die vorderen Endabschnitte und die hinteren Endabschnitte der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12 sind jeweils in einen flachen Plattenabschnitt 18 ausgebildet.
In dem Heißwasserabschnitt 7 sind die obere Platte 11 und die untere Platte 12 derart miteinander verbunden, dass die Plattenabschnitte 18 von jeweils der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12 miteinander derart in Kontakt sind, dass die Heißwasserspeicherabschnitte 20 zwischen den gekrümmten Abschnitten 19 der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12 ausgebildet sind. Die Heißwasserspeicherabschnitte 20 sind im Wesentlichen in zylindrische Formen ausgebildet, die sich in der rechts-links Richtung erstrecken. Die flachen Plattenabschnitte 18 der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12 sind derart miteinander in Kontakt, dass die Heißwasserspeicherabschnitte 20 nicht nach außen lecken können, wodurch jeder der Heißwasserspeicherabschnitte 20 so ausgebildet ist, dass dessen Inneres versiegelt ist. Mehrere Heißwasserspeicherabschnitte 20 sind in der vorne-hinten Richtung entsprechend den mehreren gekrümmten Abschnitte 19, die in der vorne-hinten Richtung zueinander benachbart angeordnet sind, zueinander benachbart angeordnet. Die einander benachbarten Heißwasserspeicherabschnitte 20 sind durch Verbindungsröhren 22 miteinander verbunden. Die Verbindungsröhren 22 verbinden die linken Endabschnitte der Heißwasserspeicherabschnitte 20, welche zueinander in der vorne-hinten Richtung benachbart sind, und ferner die rechten Endabschnitte der Heißwasserspeicherabschnitte 20, die zueinander in der vorne-hinten Richtung benachbart sind. Damit ist in den Heißwasserspeicherabschnitten 20 und den Verbindungsröhren 22 in der Draufsicht ein zickzackförmiger Pfad ausgebildet.
Der Wasserzulaufanschluss 14 und der Wasserablaufanschluss 15 stehen mit dem Heißwasserabschnitt 7 in Verbindung. Der Wasserzulaufanschluss 14 ist derart ausgelegt, dass er in der Lage ist, dem Inneren der Heißwasserspeicherabschnitte 20 Wasser zuzuführen. Andererseits ist der Wasserablaufanschluss 15 derart ausgeführt, dass er in der Lage ist, in den Heißwasserspeicherabschnitten 20 befindliches Heißwasser zur Umgebung abzuführen (ggf. zuzuführen). Insbesondere ist der Wasserablaufanschluss 15 mit dem Heißwasserspeicherabschnitt 20 an dem rechten Endabschnitt des hinteren Endabschnitts verbunden, während der Wasserzulaufanschluss 14 mit dem Heißwasserspeicherabschnitt 20 an dem linken Endabschnitt des vorderen Endabschnitts verbunden ist.
Wie in 3 und 4 dargestellt, ist die obere Platte 11 aus einer Wärmekollektorplatte 2 des Solarwärmekollektors 1 ausgebildet. D.h. die obere Platte 11 entspricht der Wärmekollektorplatte 2 des in 1 beschriebenen Solarwärmekollektors 1 und die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 und die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität sind in dieser Reihenfolge auf der Wärmekollektorplatte 2 angeordnet. Ferner ist die untere Platte 12 aus der Wärmekollektorplatte 2 des Solarwärmekollektors 1 ausgebildet.
Entsprechend ist der Heißwasserabschnitt 7 aus dem gleichen Material wie das der oben beschriebenen Wärmekollektorplatte 2 ausgebildet. Die Dicke der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12 ist die gleiche, wie die der oben beschriebenen Wärmekollektorplatte 2.
Die Schutzschicht 9 ist eine Schicht, die den Solarwärmekollektor 1 schützt und Sonnenlicht transmittiert. Die Schutzschicht 9 ist beispielsweise aus einem transparenten Material, wie etwa Glas, ausgebildet, und ist dem Solarwärmekollektor 1 gegenüberliegend in einem gleichförmigen Abstand auf der Oberseite des Solarwärmekollektors 1 angeordnet. Die Schutzschicht 9 ist auf die obere Endfläche des Gehäuses 8 derart aufgesetzt, dass sie die Öffnung 16 bedeckt. Die Dicke der Schutzschicht 9 ist geeignet eingestellt.
Um den Solarwasserheizer 6 herzustellen, werden zunächst zwei flache Platten, welche die Wärmekollektorplatte 2 des Solarwärmekollektors 1 darstellen, hergestellt. Als nächstes werden die beiden flachen Platten jeweils durch Pressen oder dergleichen in eine Form ausgebildet, welche die gekrümmten Abschnitte 19 und die flachen Plattenabschnitte 18 aufweist, womit die obere Platte 11 und die untere Platte 12 hergestellt wären. Hernach werden die obere Platte 11 und die untere Platte 12 miteinander derart verbunden, dass die flachen Plattenabschnitte 18 der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12 jeweils miteinander in Kontakt sind, und die Heißwasserspeicherabschnitte 20 ausgebildet sind. Gleichzeitig werden die Verbindungsröhren 22 in der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12 installiert. Auf diese Weise ist der Heißwasserabschnitt 7 hergestellt.
Hernach werden der Wasserzulaufanschluss 14 und der Wasserablaufanschluss 15 derart in die zweite Öffnung 17 eingeführt, dass sie in der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12 installiert sind, während der Heißwasserabschnitt 7 derart auf die Bodenwand des Gehäuses 8 aufgesetzt wird, dass er im Inneren des Gehäuses 8 aufgenommen ist.
Danach wird die Schutzschicht 9 auf die obere Seite des Gehäuses 8 geschichtet.
Auf diese Weise wird der Solarwasserheizer 6 mit dem Gehäuse 8, dem Heißwasserabschnitt 7 und der Schutzschicht 9 erhalten.
In dem Solarwasserheizer 6 wird dem Heißwasserspeicherabschnitt 20 Wasser (Wasser bevor es erwärmt wird, insbesondere kaltes Wasser) von dem Wasserzulaufanschluss 14 zugeführt. Wenn Sonnenlicht durch die Schutzschicht 9 tritt, um von dem Solarwärmekollektor 1 der oberen Platte 11 absorbiert zu werden, wird auf diese Weise Wärme in dem Solarwärmekollektor 1 erzeugt und Wasser in den Heißwasserspeicherabschnitten 20 wird erwärmt, sodass Heißwasser erhalten wird. Das Heißwasser wird durch den Wasserablaufanschluss 15 zur Außenseite abgeführt.
Gemäß dem Solarwärmekollektor 1 absorbiert die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 Sonnenlicht, und Wärme wird erzeugt, wobei die Wärme durch Wärmeleitung effektiv zur Wärmekollektorplatte 2 geleitet werden kann.
Die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität reduziert die Reflektion des Sonnenlichts, und das Sonnenlicht ist in der Lage, die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 problemlos zu erreichen.
Selbst wenn die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität Sonnenlicht absorbiert, kann die dabei entstehende Wärme über die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 durch Wärmeleitung effektiv zur Wärmekollektorplatte 2 (der oberen Platte 11) geleitet werden, da die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität auf der oberen Fläche der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 ausgebildet ist.
Daher ist der Solarwärmekollektor 1 in der Lage, Sonnenlicht effektiv zu nutzen und auf effiziente Weise Wärme zu sammeln.
Im Ergebnis weist der Solarwasserheizer 6 den oben beschriebenen Solarwärmekollektor 1 derart auf, dass Wasser effizient erwärmt und Heißwasser effizient bereitet werden kann.
Wenn die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität in dem Solarwärmekollektor 1 eine Emissivität von 0,75 oder weniger, und eine Sonnenlicht-Reflektivität von 50 % oder weniger aufweist, ist eine Reflektionswirkung der in der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 erzeugten Wärme ausreichend sichergestellt, und die Reflektion des Sonnenlichts ist reduziert, womit das Sonnenlicht in der Lage ist, die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 ohne Probleme zu erreichen.
Wenn die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität ferner aus einem leitfähigen Keramikmaterial hergestellt ist, kann eine Reflektionswirkung der in der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 erzeugten Wärme in dem Solarwärmekollektor 1 ferner ausreichend sichergestellt werden, und die Reflektion des Sonnenlichts wird weiter reduziert, sodass in noch höherem Maße sichergestellt ist, dass das Sonnenlicht die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 erreicht.
Abwandlungsbeispiel der ersten Ausführungsform
In der Beschreibung von 1 wurde die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität direkt auf der oberen Fläche der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 ausgebildet. Obgleich dies nicht gezeigt ist, kann die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität zunächst alternativ auf der Oberfläche einer Harzschicht, wie einer PET-Schicht (Polyethylenterephthalat-Schicht), ausgebildet werden, und eine geschichtete Anordnung bestehend aus der Harzschicht und der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität wird hergestellt. Danach kann die Harzschicht der geschichteten Anordnung mittels eines Haftmittels auf der Oberfläche der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 angebracht werden. In einem derartigen Fall weist der Solarwärmekollektor 1 die Wärmekollektorplatte 2, die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3, die nicht gezeigte Harzschicht und die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität ohne irgendeinen Spalt oder Zwischenraum zwischen den Schichten auf.
In der Beschreibung von 2 und 3 ist der Heißwasserspeicherabschnitt 20 auf der Innenseite des Heißwasserabschnitts 7 ausgebildet. Alternativ kann beispielsweise ein nicht gezeigter Heißwassertank zusätzlich außerhalb des Heißwasserabschnitts 7 angeordnet sein. Der Heißwassertank ist dann mit dem Wasserablaufanschluss 15 durch ein nicht gezeigtes Leitungssystem verbunden, und Heißwasser, welches in dem Heißwasserabschnitt 7 bereitet wurde, wird zum Heißwassertank abgeführt und darin aufbewahrt (gespeichert). Danach wird das von dem Heißwassertank eingespeiste Heißwasser entsprechend den jeweiligen Benutzeranforderungen verbraucht.
Bei dem Solarwasserheizer 6 werden, der obigen Beschreibung folgend, Benutzer direkt mit dem in dem Heißwasserabschnitt 7 bereiteten Heißwasser versorgt. Obwohl nicht gezeigt, kann die Wärme aus dem Heißwasser alternativ mit einem Wärmetauscher entnommen werden, wobei Kaltwasser in einem separaten Wasserkreislauf durch die entnommene Wärme erwärmt werden kann, und Benutzer mit dem auf diese Weise bereiteten Heißwasser versorgt werden können. In diesem Fall ist der Wärmetauscher in dem Solarwasserheizer 6 und außerhalb des Heißwasserabschnitts 7 angeordnet. Der Wärmetauscher ist mit dem Wasserablaufanschluss 15 über ein Leitungssystem verbunden. In dem Wärmetauscher wird Wasser unter Verwendung der Wärme des erwärmten Wärmemediums (z.B. ebenfalls Heißwasser) erwärmt, sodass Heißwasser bereitet wird.
Im oben beschriebenen Fall wird im Heißwasserabschnitt 7 Wasser erwärmt. Ein in dem Heißwasserabschnitt 7 zu erwärmendes Medium ist allerdings nicht sonderlich eingeschränkt, solange es ein Wärmemedium ist. Neben Wasser schließen Beispiele für das Wärmemedium insbesondere Öle und Frostschutzmittel ein.
Darüber hinaus ist der Solarwasserheizer 6 auch in der Lage, Luft (Gas) zu erwärmen, um warme Luft zu bereiten oder einen (festen) (Fuß-)Boden unter Verwendung des in dem Heißwasserabschnitt 7 erwärmten Wärmemediums zu erwärmen. In einem solchen Fall ist der Solarwärmeheizer 6 ein Beispiel für den Solarwärmeheizer der vorliegenden Erfindung, welcher beispielsweise als Solarwärme-Luftheizungssystem oder ein Solarwärme-Bodenheizungssystem verwendet wird.
Zweite Ausführungsform
In der zweiten Ausführungsform werden für Elemente und Schritte, welche denen der ersten Ausführungsform entsprechen, die gleichen Bezugszeichen verwendet und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
Wie in 5 gezeigt, weist eine Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht 21 eine Substratschicht 10, die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 und die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität auf.
Die Substratschicht 10 ist eine Abstützungsschicht, welche die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 und die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität abstützt und die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 und die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität an der Wärmekollektorplatte 2 (gestrichelte Linie) anbringt. Die Form der Substratschicht 10 ist derart ausgebildet, dass sie mit der Form der Solarwärmekollektoren-Mehrlagenschicht 21 in der Draufsicht übereinstimmt. Die äußere Form der Substratschicht 10 ist nicht auf die oben beschriebene Form beschränkt sondern kann in eine beliebige, geeignete Form gebracht werden. Insbesondere kann die Substratschicht 10 beispielsweise in eine Schicht mit einer langen Länge ausgeformt werden, die sich in der rechts-links Richtung erstreckt. Wenn die Substratschicht 10 in eine Bahn mit einer langen Länge ausgeformt wird, kann die Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht 21 durch einen Rolle-zu-Rolle Prozess durch Massenproduktion hergestellt werden. Ferner kann die Substratschicht 10 an der Wärmekollektorplatte 2 (siehe gestrichelte Linie in 5) in verschiedenen Formen angebracht werden.
Beispiele eines Materials, welches die Substratschicht 10 ausbildet, schließen das oben beschriebene Metallmaterial und ein Harzmaterial, wie Polyester (insbesondere PET oder dergleichen) ein. Bevorzugt wird ein Harzmaterial verwendet. Die Substratschicht 10 hat eine Dicke von beispielsweise 5 µm oder mehr, oder bevorzugt 10 µm oder mehr und beispielsweise von 200 µm oder weniger oder bevorzugt 100 µm oder weniger.
Die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 ist auf der gesamten oberen Fläche der Substratschicht 10 ausgebildet.
Die Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht 21 weist beispielsweise eine Dicke von 7 µm oder mehr, oder bevorzugt von 12 µm oder mehr, und beispielsweise von 280 µm oder weniger, und bevorzugt von 180 µm oder weniger auf.
Um die Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht 21 auszubilden, wird zunächst die Substratschicht 10 hergestellt. Als nächstes wird die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 auf die obere Fläche der Substratschicht 10 geschichtet. Danach wird die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität auf die obere Fläche der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 geschichtet.
Als nächstes wird der Solarwärmekollektor 1 mit der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht 21 in Bezugnahme auf 5 (siehe gestrichelte Linie) beschrieben.
Der Solarwärmekollektor 1 weist eine Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht 21 und die Wärmekollektorplatte 2 (siehe gestrichelte Linie) auf, die an der unteren Fläche (in der Dickenrichtung die andere Fläche) der Substratschicht 10 in der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht 21 angeordnet ist. D.h. der Solarwärmekollektor 1 weist die Wärmekollektorplatte 2, die Substratschicht 10, die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 und die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität auf.
Die Substratschicht 10 ist an einer oberen Fläche der Wärmekollektorplatte 2 angeordnet.
Um den Solarwärmekollektor 1 herzustellen, wird zunächst die Wärmekollektorplatte 2, welche durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, hergestellt. Anschließend wird bei der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht 21 die Substratschicht 10 auf der oberen Fläche der Wärmekollektorplatte 2, beispielsweise mittels eines Haftmittels oder dergleichen, angebracht.
Der Solarwärmekollektor 1 weist eine Dicke von beispielsweise 0,1 mm oder mehr, oder bevorzugt von 0,5 mm oder mehr, sowie beispielsweise von 5 mm oder weniger oder bevorzugt 2 mm oder weniger auf.
Als nächstes wird der Solarwasserheizer 6, welcher den Solarwärmekollektor 1 mit der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht 21 aufweist, in Bezugnahme auf 2, 6 und 7 beschrieben.
Wie in 6 und 7 gezeigt, ist der Solarwasserheizer 6 der zweiten Ausführungsform der gleiche wie der in der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Struktur des Solarwärmekollektors 1 unterschiedlich ist.
Die obere Platte 11 entspricht der Wärmekollektorplatte 2 des Solarwärmekollektors 1, welcher in 5 gezeigt ist, und die Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht 21 (d.h. die Substratschicht 10, die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 und die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität) ist darauf folgend auf der Wärmekollektorplatte 2 angeordnet.
Um den Solarwasserheizer 6 herzustellen, werden zwei Platten, welche die Wärmekollektorplatte 2 des Solarwärmekollektors 1 darstellen, vorbereitet. Als nächstes wird die Substratschicht 10 der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht 21 auf die obere Fläche von einer der beiden flachen Platten beispielsweise mittels eines Haftmittels angebracht. Danach werden die beiden flachen Platten durch Pressen ausgeformt, um die obere Platte 11 und die untere Platte 12 herzustellen.
Alternativ werden zunächst zwei flache Platten bereitgestellt, welche die Wärmekollektorplatte 2 des Solarwärmekollektors 1 darstellen. Als nächstes werden die beiden flachen Platten durch Pressen ausgeformt, um die obere Platte 11 und die untere Platte 12 herzustellen. Danach wird die Substratschicht 10 der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht 21 an der oberen Fläche der oberen Platte 11 beispielsweise mittels eines Haftmittels angebracht.
Hernach wird die obere Platte 11 an der unteren Platte 12 derart angebracht, dass der Heißwasserabschnitt 7 ausgebildet wird. Danach wird der Heißwasserabschnitt 7 in das Gehäuse 8 eingebracht und darin aufgenommen. Anschließend wird auf die obere Seite des Gehäuses 8 die Schutzschicht 9 geschichtet.
Bei dem Solarwärmekollektor 1, bei dem die Substratschicht 10 der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht 21 wie in 5 gezeigt auf die Wärmekollektorplatte 2 geschichtet ist, absorbiert dann die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 Sonnenlicht, Wärme wird erzeugt, und die Wärme kann durch Wärmeleitung effizient durch die Substratschicht 10 zur Wärmekollektorplatte 2 abgeleitet werden.
Wenn die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität Sonnenlicht absorbiert und Wärme erzeugt wird, ist die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität dennoch auf der oberen Fläche der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 ausgebildet, wodurch die erzeugte Wärme über die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 und die Substratschicht 10 durch Wärmeleitung effektiv zur Wärmekollektorplatte 2 abgeleitet werden kann.
Wie in 5 gezeigt, ist der Solarwärmekollektor 1 damit in der Lage, das Sonnenlicht effektiv zu nutzen und die Wärme effizient zu sammeln.
Darüber hinaus weist der Solarwasserheizer 6, welcher in 7 gezeigt ist, den oben beschriebenen Solarwärmekollektor 1 derart auf, dass Wasser effizient erwärmt werden kann.
Darüber hinaus kann die obere Platte 11 den Solarwärmekollektor 1 lediglich dadurch ausbilden, dass die Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht 21 an der oberen Platte 11 angebracht wird, woraufhin der Solarwasserheizer 6 hergestellt werden kann. Damit können der Solarwärmekollektor 1 und der Solarwasserheizer 6 einfach hergestellt werden.
Beispiele
Beispielswerte welche im Folgenden angegeben werden, können durch die Werte, welche in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurden (d.h. die oberen Grenzwerte und die unteren Grenzwerte), ersetzt werden.
Beispiel 1
Herstellung eines Solarwärmekollektors
Zunächst wurde eine Aluminiumplatte (mit einer Dicke von 0,5 mm) als eine Wärmekollektorplatte bereitgestellt, und danach wurde ein schwarzes Beschichtungsmaterial auf die obere Fläche der Wärmekollektorplatte derart appliziert, dass eine Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (mit einer Dicke von 30 µm) ausgebildet wurde. Danach wurde ein ITO Film (mit einer Dicke von 250 nm) als Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität auf der oberen Fläche der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht durch ein Aufdampfungsverfahren ausgebildet. Auf diese Weise wurde ein Solarwärmekollektor mit der Wärmesammelplatte, der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht und der Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität hergestellt (siehe 1).
Beispiel 2
Ein Solarwärmekollektor wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Dicke des ITO Films auf 350 nm abgeändert wurde.
Beispiel 3
Ein Solarwärmekollektor wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Dicke des ITO Films auf 550 nm abgeändert wurde.
Beispiel 4
Ein Solarwärmekollektor wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass anstatt des ITO Films ein FTO Film (mit einer Dicke von 250 nm) als eine Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität durch ein Bedampfungsverfahren ausgebildet wurde.
Beispiel 5
Ein Solarwärmekollektor wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass anstatt des ITO Films ein ATO Film (mit einer Dicke von 250 nm) als eine Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität durch ein Bedampfungsverfahren ausgebildet wurde.
Beispiel 6
Ein Solarwärmekollektor wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass anstatt des ITO Films ein IZO Film (mit einer Dicke von 250 nm) als eine Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität durch ein Bedampfungsverfahren hergestellt wurde.
Beispiel 7
(Herstellung der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht)
Zunächst wurde ein PET Film (mit einer Dicke von 100 µm) als Substratschicht vorbereitet und anschließend wurde ein schwarzes Beschichtungsmaterial auf die obere Fläche der Substratschicht appliziert, um eine Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (mit einer Dicke von 30 µm) auszubilden. Danach wurde ein ITO Film (mit einer Dicke von 250 nm) als eine Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität auf der oberen Fläche der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht durch ein Bedampfungsverfahren ausgebildet. Auf diese Weise wurde eine Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht mit der Substratschicht, der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht und der Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität hergestellt (siehe durchgezogene Linie in 5).
(Herstellung des Solarwärmekollektors)
Die Substratschicht in der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht wurde auf der oberen Fläche der als Wärmekollektorplatte dienenden Aluminiumplatte (mit einer Dicke von 0,5 mm) mittels eines Haftmittels angebracht. Auf diese Weise wurde ein Solarwärmekollektor hergestellt, welcher die Wärmekollektorplatte und die Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht aufweist (siehe gestrichelte Linie in 5).
Vergleichsbeispiel 1
Ein Solarwärmekollektor wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass keine Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität ausgebildet wurde (siehe 9C).
Vergleichsbeispiel 2
Ein Solarwärmekollektor wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass anstatt der Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität (der ITO-Film) ein SiO₂ Film (mit einer Dicke von 250 nm als isolierendes Keramikmaterial) als eine Schicht hoher Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität durch ein Bedampfungsverfahren ausgebildet wurde.
Vergleichsbeispiel 3
Ein Solarwärmekollektor wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass anstatt der Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität (der ITO-Film) ein APC-Silberlegierungs-Film (mit einer Dicke von 40 nm als eine Metallschicht) als eine Schicht geringer Emissivität und hoher Sonnenlicht-Reflektivität durch ein Bedampfungsverfahren ausgebildet wurde.
Vergleichsbeispiel 4
Ein Solarwärmekollektor 1 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität 4 nicht auf der oberen Fläche der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 angeordnet wurde, sondern mit einem Zwischenabstand auf der Oberseite davon (siehe 8).
Insbesondere wurde die Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität 4 auf der unteren Fläche einer Glasplatte 26 (mit einer Dicke von 1 mm) auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 ausgebildet (siehe 8). Die Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität der Glasplatte 26 und die Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 wurden angeordnet, während sie durch Abstützungsmaterial 32 oder dergleichen abgestützt wurden, sodass ein Zwischenraum bzw. Spalt (10 mm) zwischen der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität und der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 ausgebildet wurde.
Auf diese Weise wurde der Solarwärmekollektor 1 mit einer Wärmekollektorplatte 2, der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 und der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität hergestellt, welcher einen Zwischenraum 30 zwischen der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 und der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität aufwies.
(Auswertung)
(Oberflächentemperatur)
Eine Wärmekollektorbox 27, welche in 9A bis 9C gezeigt ist, wurde unter Verwendung eines Solarwärmekollektors hergestellt.
Das heißt, eine mit einem Boden versehene Box 25, welche aus einem wärmeisolierenden Material mit einer Dicke von 20 mm ausgebildet und nach oben geöffnet ist, wurde bereitgestellt. Die Größe der Box 25 gestaltet sich dabei wie folgt: In der Draufsicht beträgt die Außenform 140 mm × 140 mm, eine Öffnung (eine Innenform) beträgt in der Draufsicht 100 mm × 100 mm, eine Höhe der Box beträgt 40 mm und eine Tiefe auf der Innenseite der Box beträgt 20 mm.
Separat hiervon wurde der Solarwärmekollektor 1 auf eine Größe von 100 mm × 100 mm zurechtgeschnitten und die Wärmekollektorplatte 2 in dem derart zurechtgeschnittenen Solarwärmekollektor 1 wurde mittels eines Haftmittels an der oberen Fläche der Bodenwand der Box 25 befestigt.
Als nächstes wurde ein oberer Endabschnitt der Öffnung mit einem Flachglas 26 mit einer Dicke von 4 mm abgedeckt. Auf diese Weise wurde die Wärmekollektorbox 27 fertiggestellt.
Als nächstes wurde die Oberflächentemperatur des Solarwärmekollektors 1 (der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität) durch ein Thermoelement gemessen, und zwar zu einem Zeitpunkt, an dem künstliches Sonnenlicht für 20 Minuten mit einer Bestrahlungsstärke von 1 Sonne (AM 1,5) unter Verwendung eines Sonnenlichtsimulators (XES 450-S1, hergestellt von SANEI ELECTRIC CO., LTD) appliziert wurde. In den Vergleichsbeispielen 1 und 4 wurde die Oberflächentemperatur der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht 3 gemessen.
Eine Wärmekollektorbox, in welcher der Solarwärmekollektor 1 gemäß Beispielen 1 bis 6 und Vergleichsbeispiel 2 und 3 vermessen wurde, ist in 9A gezeigt. Eine Wärmekollektorbox, in welcher der Wärmekollektor 1 gemäß Beispiel 7 vermessen wurde, ist in 9B gezeigt. Eine Wärmesammelbox, in welcher der Solarwärmekollektor 1 gemäß Vergleichsbeispiel 1 vermessen wurde, ist in 9C gezeigt. Eine Wärmekollektorbox, in welcher der Solarwärmekollektor 1 gemäß Vergleichsbeispiel 4 vermessen wurde, ist in 9D gezeigt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
(Emissivität)
Die Emissivität der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität in dem Solarwärmekollektor wurde unter Verwendung einer Emissivität-Messvorrichtung (hergestellt von Devices and Services Company) gemessen.
Die Ergebnisse sin in Tabelle 1 dargestellt.
(Sonnenlicht-Reflektivität)
Die Sonnenlicht-Reflektivität der Schicht 4 geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität in dem Solarwärmekollektor 1 wurde unter Verwendung eines Spektrometers (U-4100, hergestellt von Hitachi High-Technologies Corporation) gemessen. Die Sonnenlicht-Reflektivität wurde als eine Sonnenlicht-Reflektivität in einem nah-infraroten Strahlungsbereich (780 bis 2500 nm) gemessen.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. [Tabelle 1]

	Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität	Dicke der Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht- Reflektivität (nm)	Emissivität	Sonnenlicht- Reflektivität (%)	Oberflächentemperatur (°C)
Bsp. 1	ITO	250	0,43	8,0	124
Bsp. 2	ITO	350	0,42	8,6	126
Bsp. 3	ITO	550	0,41	9,0	128
Bsp. 4	FTO	250	0,47	7,0	123
Bsp. 5	ATO	250	0,46	7,5	123
Bsp. 6	IZO	250	0,50	7,7	121
Bsp. 7^*1	ITO	250	0,44	6,4	125
Vgl. Bsp. 1	Nicht vorhanden	-	-	4,7	114
Vgl. Bsp. 2	SiO₂ ^*3	250	0,87	3,5	115
Vgl. Bsp. 3	Silber-Legierung^*4	40	0,12	73,5	88
Vgl. Bsp. 4^*2	ITO	250	0,43	8,0	110

*1 Mit Substrat-Schicht
*2 Mit Zwischenraum zwischen Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht und der Schicht geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität
*3 Schicht hoher Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität
*4 Schicht geringer Emissivität und hoher Sonnenlicht-Reflektivität

Die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche in obiger Beschreibung lediglich zur Darstellung der Erfindung gegeben wurden, sind nicht als Limitierung des Rahmens der vorliegenden Erfindung auszulegen. Modifizierungen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung, welche dem Fachmann offensichtlich sind, werden durch die folgenden Ansprüche abgedeckt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-152881 [0001]
JP 06-201197 [0005, 0005, 0007, 0007, 0045]
JP 2004-176966 [0006, 0006, 0006, 0008, 0008, 0040, 0045]

Claims

Solarwärmekollektor (1) mit; einer Wärmekollektorplatte (2), einer Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (3), die auf einer Fläche in einer Dickenrichtung der Wärmekollektorplatte (2) angeordnet ist, und einer Schicht (4) geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität, die auf einer Fläche in der Dickenrichtung der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (3) angeordnet ist.
Solarwärmekollektor (1) nach Anspruch 1, bei dem die Schicht (4) geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität eine Emissivität von 0,75 oder weniger und eine Sonnenlicht-Reflektivität von 50 % oder weniger aufweist.
Solarwärmekollektor (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schicht (4) geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität aus einem leitfähigen Keramikmaterial hergestellt ist.
Solarwärmeheizeinrichtung (6) mit einem Solarwärmekollektor (1), wobei der Solarwärmekollektor (1) aufweist: eine Wärmekollektorplatte (2) eine Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (3), die auf einer Fläche in einer Dickenrichtung der Wärmekollektorplatte (2) angeordnet ist, und eine Schicht (4) geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität, die auf einer Fläche in der Dickenrichtung der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (3) angeordnet ist.
Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht (21) mit: einer Substratschicht (10), einer Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (3), die auf einer Fläche in einer Dickenrichtung der Substratschicht (10) angeordnet ist, und einer Schicht (4) geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität, die auf einer Fläche in der Dickenrichtung der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (3) angeordnet ist.
Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht (21) nach Anspruch 5, bei der die Schicht (4) geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität eine Emissivität von 0,75 oder weniger und eine Sonnenlicht-Reflektivität von 50 % oder weniger aufweist.
Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht (21) nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Schicht (4) geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität aus einem leitfähigen Keramikmaterial hergestellt ist.
Solarwärmekollektor (1) mit: einer Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht (21) mit: einer Substratschicht (10), einer Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (3), die auf einer Fläche in einer Dickenrichtung der Substratschicht (10) angeordnet ist, und einer Schicht (4) geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität, die auf einer Fläche in der Dickenrichtung der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (3) angeordnet ist, und einer Wärmekollektorplatte (2), die auf der anderen Fläche in der Dickenrichtung der Substratschicht (10) in der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht (21) angeordnet ist.
Solarwärmeheizeinrichtung (6) mit einem Solarwärmekollektor (1), wobei der Solarwärmekollektor (1) aufweist: eine Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht (21), welche aufweist: eine Substratschicht (10), eine Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (3), die auf einer Fläche in einer Dickenrichtung der Substratschicht (10) angeordnet ist, und eine Schicht (4) geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität, die auf einer Fläche in der Dickenrichtung der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (3) angeordnet ist, und eine Wärmekollektorplatte (2), die auf der anderen Fläche in der Dickenrichtung der Substratschicht (10) in der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht (21) angeordnet ist.
Solarwärmeheizeinrichtung, die als Solarwasserheizeinrichtung (6) verwendet wird, mit einem Solarwärmekollektor (1), wobei der Solarwärmekollektor (1) aufweist: eine Wärmekollektorplatte (2), eine Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (3), die auf einer Fläche in einer Dickenrichtung der Wärmekollektorplatte (2) angeordnet ist, und eine Schicht (4) geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität, die auf einer Fläche in der Dickenrichtung der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (3) angeordnet ist.
Solarwärmeheizeinrichtung, welche als Solarwasserheizeinrichtung (6) verwendet wird, mit einem Solarwärmekollektor (1), wobei der Solarwärmekollektor (1) aufweist: eine Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht (21) mit: einer Substratschicht (10), einer Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (3), die auf einer Fläche in einer Dickenrichtung der Substratschicht (10) angeordnet ist, und einer Schicht (4) geringer Emissivität und geringer Sonnenlicht-Reflektivität, die auf einer Fläche in der Dickenrichtung der Sonnenstrahlen-Absorptionsschicht (3) angeordnet ist, und eine Wärmekollektorplatte (2), die auf der anderen Fläche in der Dickenrichtung der Substratschicht (10) in der Solarwärmekollektor-Mehrlagenschicht (21) angeordnet ist.