DE112006004036T5

DE112006004036T5 - Solar panel with foil absorber

Info

Publication number: DE112006004036T5
Application number: DE112006004036T
Authority: DE
Inventors: Dina Katsir; Zvi Finkelstein
Original assignee: Acktar Ltd
Current assignee: Acktar Ltd
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2009-08-06
Also published as: US20100018521A1; WO2007066245A3; JP2010504492A; WO2007066245A2

Abstract

Apparatur zur Verwendung von Sonnenenergie, welche eine Kollektorvorrichtung und eine Wärmeübertragungsvorrichtung umfasst, welche mindestens einen wärmeleitfähigen Kanal für ein Wärmeübertragungsfluid aufweist, wobei der Kanal zumindest teilweise in physischen Kontakt mit der Kollektorvorrichtung steht, dadurch gekennzeichnet, dass:
(A) die Kollektorvorrichtung mindestens eine Metallfolie umfasst, von der mindestens eine Seite für die Aufnahme von Sonneneinstrahlung durch eine darauf vorhandene Wärme absorbierende Beschichtung ausgebildet ist; und
(B) der physische Kontakt durch die Spannung aufrechterhalten wird, die wirkt, um die mindestens eine flexible Metallfolie über den mindestens einen Kanal zu spannen.Apparatus for use of solar energy, comprising a collector device and a heat transfer device having at least one heat-conducting channel for a heat transfer fluid, the channel at least partially in physical contact with the collector device, characterized in that:
(A) the collector device comprises at least one metal foil, of which at least one side is designed to receive solar radiation by means of a heat-absorbing coating provided thereon; and
(B) the physical contact is maintained by the stress acting to bias the at least one flexible metal foil over the at least one channel.

Description

In der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen gelten die folgenden Definitionen:

Sonnenkollektor: – eine Vorrichtung, die Sonneneinstrahlung absorbiert und sie in Wärme umwandelt.
Absorberplatte: – ein Element des Sonnenkollektors, das für das Absorbieren von Sonneneinstrahlung verantwortlich ist.
Absorptionsvermögen: – das Vermögen eines Körpers, Strahlungsenergie zu absorbieren.
Emissionsvermögen: – das Vermögen eines Körpers, Strahlungsenergie abzugeben.
Absorptionsgrad: – das Verhältnis der durch eine Oberfläche absorbierten Strahlung zu der Gesamtenergie, die auf diese Oberfläche einfällt; ein quantitatives Maß des Absorptionsvermögens.
Emissionsgrad: – das Verhältnis der von einer Oberfläche abgegebenen Strahlung zu der Gesamtenergie, die auf diese Oberfläche einfällt; ein quantitatives Maß des Emissionsvermögens.
Selektive Absorberoberfläche (oder einfach selektive Oberfläche): – eine speziell ausgebildete Oberfläche, die einen hohen Strahlungsabsorptionsgrad in einem Wellenlängenbereich der Sonneneinstrahlung und einen geringen thermischen Emissionsgrad in einem thermischen Infrarot-Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums aufweist. Quantitativ kann die Selektivität der Oberfläche durch ein Verhältnis des Absorptionsvermögens zum Emissionsvermögen ausgedrückt werden.
Flexible Metallfolie: – eine Folie oder ein Blech, das eine Dicke von nicht mehr als 0,2 mm aufweist.
Wärmeübertragungsfluid: – ein Fluid, das in der Lage ist, Wärme, die an einem oder mehreren Orten absorbiert wurde, zu speichern und die absorbierte Wärme an einem oder mehreren Orten zu übertragen.

In the present specification and claims, the following definitions apply:

solar panel: - A device that absorbs solar radiation and converts it into heat.
absorber plate: - An element of the solar collector, which is responsible for absorbing solar radiation.
absorbance: - the ability of a body to absorb radiant energy.
emissivity: - The ability of a body to emit radiant energy.
absorptance: The ratio of the radiation absorbed by a surface to the total energy incident on that surface; a quantitative measure of absorbency.
emissivity: The ratio of the radiation emitted by a surface to the total energy incident on that surface; a quantitative measure of emissivity.
Selective absorber surface (or simply selective surface): A specially formed surface which has a high degree of radiation absorption in a wavelength range of solar radiation and a low thermal emissivity in a thermal infrared wavelength range of the electromagnetic spectrum. Quantitatively, the surface selectivity can be expressed by a ratio of absorbance to emissivity.
Flexible metal foil: A foil or a sheet having a thickness of not more than 0.2 mm.
Heat transfer fluid: A fluid capable of storing heat absorbed at one or more locations and transferring the absorbed heat at one or more locations.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Ein Apparat zur Nutzung von Sonnenenergie, üblicherweise Sonnenkollektor genannt, ist eine Vorrichtung, die verwendet wird, um Energie von der Sonne in Form von Strahlung zu erfassen und diese Strahlung in Wärme oder eine andere Energieart umzuwandeln, die wiederum für verschiedene Zwecke verwendet werden kann. Ein Sonnenkollektor umfasst hauptsächlich: 1) eine Absorberplatte, die, wie der Name andeutet, dafür vorgesehen ist, Sonnenenergie zu absorbieren und sie in Wärme umzuwandeln, und 2) Rohrleitungen, die ausgebildet sind, ein Wärmeübertragungsfluid aufzunehmen.One Apparatus for using solar energy, usually solar panel called, is a device that is used to generate energy from to capture the sun in the form of radiation and this radiation into heat or another type of energy, which in turn can be used for different purposes. A solar collector mainly includes: 1) an absorber plate, which, like the Name implies, is intended to absorb solar energy and convert them into heat, and 2) piping, the are adapted to receive a heat transfer fluid.

Die Absorberplatte eines Sonnenkollektors ist üblicherweise in einer thermisch isolierten flachen Kammer aufgenommen, die ein Sonnenfenster aus Glas oder Plastik aufweist. Die Oberfläche der Absorberplatte, die in Richtung der Sonneneinstrahlung (d. h. der Sonne) weist, ist lackiert oder behandelt, um eine geschwärzte Oberfläche zur Strahlungsabsorption auszubilden. Nachdem die Sonneneinstrahlung absorbiert worden ist, muss die absorbierte Wärme von der Absorberplatte auf ein Wärmeübertragungsfluid übertragen werden, welches im allgemeinen durch einen wärmeleitenden Kanal (System von Rohrleitungen), der im Inneren der Sonnenkollektorkammer angeordnet ist, gepumpt wird.The absorber plate of a solar collector is usually housed in a thermally insulated flat chamber having a solar window made of glass or plastic. The surface of the absorber The solar panel (facing the sun) is painted or treated to form a blackened surface for radiation absorption. After the solar radiation has been absorbed, the absorbed heat must be transferred from the absorber plate to a heat transfer fluid, which is generally pumped through a heat conducting channel (system of pipelines) located inside the solar collector chamber.

Um eine effiziente Wärmeübertragung von der Absorberplatte zu dem Wärmeübertragungsfluid in den Rohrleitungen zur Verfügung zu stellen, ist es erforderlich, dass die Absorberplatte in der Lage ist, ein Maximum der darauf einfallenden Sonneneinstrahlung zu absorbieren und die absorbierte Strahlung mit minimalen Verlusten in Wärme umzuwandeln.Around efficient heat transfer from the absorber plate to the heat transfer fluid in the pipelines To make it available, it is necessary that the Absorber plate is capable of a maximum of incident on it Absorb solar radiation and the absorbed radiation to convert into heat with minimal losses.

Die Absorberplatte muss mit anderen Worten selektiv sein, d. h. einen hohen Absorptionsgrad im Wellenlängenbereich der Sonneneinstrahlung und einen geringen Emissionsgrad im Wellenlängenbereich der thermischen Infrarotstrahlung aufweisen, um Rückstrahlungsverluste zu minimieren.The Absorber plate must be selective in other words, d. H. one high degree of absorption in the wavelength range of solar radiation and a low emissivity in the wavelength range the thermal infrared radiation to return radiation losses to minimize.

Um eine Absorberplatte mit einer selektiven Oberfläche herzustellen, wird die Oberfläche der Platte mit fluoreszierenden Farbstoffen lackiert. Alternativ werden Materialien, die hohe Selektivitätswerte aufweisen, auf der Oberfläche der Absorberplatte angeordnet. Um die absorbierte Wärme von der Absorberplatte zu den Rohrleitungen zu übertragen, ist ein effizienter Wärmeleitungskontakt zwischen der Platte und den Rohrleitungen erforderlich. Solch ein Kontakt wird üblicherweise durch die Schaffung spezieller Verbindungen zwischen der Absorberplatte und den Rohrleitungen, zum Beispiel durch Löten, Schweißen oder Plattieren, erzeugt. Um wärmeleitende Verbindungen herzustellen, werden die Materialien der Absorberplatte (z. B. Aluminium) und der Rohrleitungen (z. B. Kupfer) metallurgisch miteinander verschmolzen, was zu einer molekularen Verbindung der Platten- und der Rohrleitungsmaterialien führt.Around to produce an absorber plate with a selective surface, becomes the surface of the plate with fluorescent dyes painted. Alternatively, materials that have high selectivity values arranged on the surface of the absorber plate. To the absorbed heat from the absorber plate to the piping to transfer, is an efficient heat conduction contact between the plate and the piping required. Such a Contact is usually made by creating special ones Connections between the absorber plate and the pipes, for example, by soldering, welding or plating, generated. To produce thermally conductive compounds are the materials of the absorber plate (eg aluminum) and the piping (eg, copper) metallurgically fused together, resulting in a molecular linkage of plate and tubing materials.

Die Herstellung der gewünschten Verbindung zum Beispiel dort, wo eine dünne Rippe mit einer dazu relativ dicken Rohrleitungswand verbunden ist, ist schwierig und oftmals auf einen speziellen Verbindungsaufbau und die Verwendung von mehreren Schweißlagen angewiesen. US 4,362,921 (Rudd) beschreibt ein Verfahren zum Anschweißen eines ebenen Solarpaneelelementes an eine Rohrleitung unter Verwendung von elektrischen Hochfrequenzströmen, wobei das Rohr aus einem Paar aneinander stoßender Lippen gebildet ist, um den Schweißvorgang zu erleichtern. US 3,999,029 (Orr) beschreibt auch ein Verfahren zum Anschweißen einer Rippe an eine Rohrleitung unter Verwendung einer elektrischen Hochfrequenz-Widerstandsheizung, die das Schweißen durch vorheriges Deformieren der Rohrleitung erleichtert.The production of the desired connection, for example, where a thin rib is connected to a relatively thick pipe wall, is difficult and often relies on a special connection structure and the use of multiple welding layers. US 4,362,921 (Rudd) describes a method of welding a planar solar panel element to a pipeline using high frequency electrical currents, the tube being formed of a pair of abutting lips to facilitate the welding operation. US 3,999,029 (Orr) also describes a method of welding a fin to a pipeline using high frequency electrical resistance heating that facilitates welding by previously deforming the pipeline.

Schweißverfahren mit hoher Energiedichte, wie zum Beispiel das Elektronenstrahlschweißen und das Laserschweißen, sind mit gleichmäßiger Energieabsorption verwendet worden, indem Schweißverbindungen mit einem großen Höhe-zu-Breite Seitenverhältnis erzielt wurden. Diese Verfahren verwenden üblicherweise das Schlüssellochschmelzen und erfordern keine Verbindungsvorbereitung und Verfüllung. Wenn jedoch diese Verfahren für Schweißverbindungen mit größeren Seitenverhältnissen verwendet werden, steigt die Gefahr für Kaltschweißfehlerstellen, Wurzelporosität, andere Wurzelfehler und Fehlverbindungen. Milewski et al. ( US 5,760,365 ) beschreiben ein Verfahren zur Überwindung der Probleme, die mit den Schweißverbindungen mit hohem Höhe-zu-Breite Seitenverhältnis verbunden sind, wobei die Schweißverbindung als ein optisches Element betrachtet wird und eine optische ray-tracing Technik verwendet wird, um einen Laserstrahl und eine Verbindungsgeometrie einer Schweißverbindung zu modellieren.High energy density welding processes, such as electron beam welding and laser welding, have been used with uniform energy absorption by providing welded joints with a high aspect ratio. These methods typically use keyhole melting and do not require joint preparation and backfilling. However, if these methods are used for larger aspect ratio welds, the risk of cold weld imperfections, root porosity, other root imperfections and misconnections increases. Milewski et al. ( US 5,760,365 describe a method for overcoming the problems associated with the high aspect link width welded joints, where the weld joint is considered as an optical element and an optical ray-tracing technique is used to obtain a laser beam and interconnect geometry Model welded joint.

Reichert et al. zeigen in EP 1,217,315 und US 2002/0073988 ein Sonnenkollektorelement auf, das ein Absorberteil und eine damit verbundene Rohrleitung für ein Wärmeübertragungsfluid auf einer ersten Seite aufweist. Das Absorberteil besteht aus einem Verbundmaterial, welches ein metallisches Substrat und eine optisch aktive Drei-Schichten-Beschichtung auf einer zweiten Seite des Substrats aufweist. Der Kontakt zwischen dem Absorberteil und der Rohrleitung wird mittels einer lasergeschweißten Material-an-Material-Verbindung erzeugt, wobei die Verbindung durch ein Impulsschweißverfahren gebildet werden kann. In einem der Ausführungsbeispiele ist die untere Schicht der optisch aktiven (d. h. selektiven) drei Schichten Beschichtung durch Sputtern aufgebracht, während die Rohrleitung und das Absorberteil dort, wo sie aneinander stoßen, durch Schweißnähte verbunden sind, die auf beiden Seiten der Rohrleitung entlanglaufen und aus Schweißpunkten gebildet sind, die voneinander beabstandet sind.Reichert et al. show in EP 1,217,315 and US 2002/0073988 a solar collector member having an absorber part and a pipe connected thereto for a heat transfer fluid on a first side. The absorber part is made of a composite material which has a metallic substrate and an optically active three-layer coating on a second side of the substrate. The contact between the absorber part and the pipeline is produced by means of a laser-welded material-to-material connection, wherein the connection can be formed by a pulse welding process. In one of the embodiments, the bottom layer of the optically active (ie, selective) three layers of coating is deposited by sputtering, while the tubing and the absorber part, where they abut each other, are connected by welds running along both sides of the tubing and from spot welds are formed, which are spaced apart.

US 6,300,591 (Fuerschbach, et al.) lehrt ein Verfahren zum Laserschweißen einer Metallrippe eines Sonnenkollektors an eine Rohrleitung, wobei das Verfahren die Platzierung der Metallrippe in annäherndem Kontakt mit der Metallrohrleitung umfasst, um einen zu schweißenden Verbindungsbereich zu schaffen. Die Rippe und die Rohrleitung bilden dabei einen spitzen Kontaktwinkel und fokussieren den Laserstrahl durch diesen Kontaktwinkel auf den zu schweißenden Verbindungsbereich. Der Laserstrahl, der den Verbindungsbereich auf eine Schweißtemperatur erhitzt, bewirkt, dass ein Verschweißen zwischen der Rippe und der Rohrleitung stattfindet. Gemäß der Erfindung sind die Rippe und die Rohrleitung aus Aluminium oder Kupfer gefertigt. US 6,300,591 (Fuerschbach, et al.) Teaches a method of laser welding a metal fin of a solar collector to a conduit, the method comprising placing the metal fin in approximate contact with the metal conduit to provide a joint area to be welded. The rib and the pipe form an acute contact angle and focus the laser beam through this contact angle on the connection area to be welded. The laser beam, which heats the connection area to a welding temperature, causes a welding between between the rib and the pipeline. According to the invention, the rib and the pipe are made of aluminum or copper.

Bauformen eines Sonnenkollektors, die keine molekulare Verbindung zwischen der Absorberplatte (Rippe) und den Rohrleitungen umfassen, sind im Stand der Technik auch bekannt.designs a solar collector that has no molecular connection between the absorber plate (rib) and the piping are in the State of the art also known.

Van der Aa lehrt in US 4,416,261 einen Sonnenkollektor, der eine Absorberplatte umfasst, die Wärme mit einem Verdampferabschnitt eines Heizrohres austauscht. In der aufgezeigten Bauform umgibt die Absorberplatte lediglich die Oberfläche der Rohrleitung, d. h. die Absorberplatte und die Rohrleitung sind thermisch leitend verbunden.Van der Aa teaches in US 4,416,261 a solar collector comprising an absorber plate that exchanges heat with an evaporator section of a heating tube. In the construction shown, the absorber plate surrounds only the surface of the pipeline, ie the absorber plate and the pipe are thermally conductively connected.

Rabedeaux zeigt in US 4,290,419 eine Sonnenkollektoreinheit auf, welche gemäß dem Erfinder Energie aus Strahlung, Leitung und Konvektion verwendet. Die genannte Einheit ist eine Kammer, die gegenüber der umgebenden Atmosphäre thermisch isoliert ist. Die Kammer umfasst mehrere zusammenhängende gewundene Rohrschlangen mit mehreren Raumrippenelementen entlang der gesamten Rohrleitungslänge. Die Rippen sind um den Umfang der Rohrleitung herum angeordnet. Die den Sonnenstrahlen zugewandten Oberflächen der Rohrleitungen und Rippen sind mit einer schwarzen oder dunkelgrünen Farbe lackiert. Die Kammer ist mit einem trockenen, komprimierten Gas wie zum Beispiel Sauerstoff, Stickstoff oder Stickoxid gefüllt. Wenn das aufgezeigte System in Betrieb ist, treffen die Sonnenstrahlen auf die beschichteten Oberflächen auf, um Wärmeenergie zu absorbieren. Als eine Folge davon werden die Oberflächen der Rohrleitungen und Rippen sowie das Gas erhitzt, und die Wärme in der Kammer erzeugt eine Turbulenz in dem Gas, wodurch die Wärmeübertragung gesteigert wird. Die aufgezeigte Konstruktion ist eher kompliziert und kann Schwierigkeiten bei ihrer Herstellung zur Folge haben; außerdem ist die Kontaktoberfläche zwischen den Rohrleitungen und den Rippen zu klein, daher ist nicht klar, auf welche Weise die Leitungskomponente zu der Gesamtwärmeübertragung beiträgt.Rabedeaux shows in US 4,290,419 a solar collector unit which according to the inventor uses energy from radiation, conduction and convection. Said unit is a chamber that is thermally insulated from the surrounding atmosphere. The chamber comprises a plurality of contiguous coiled tubing having a plurality of fin elements along the entire length of the tubing. The ribs are arranged around the circumference of the pipeline. The surfaces of the pipes and ribs facing the sun's rays are painted with a black or dark green color. The chamber is filled with a dry, compressed gas such as oxygen, nitrogen or nitric oxide. When the system shown is in operation, the sun's rays hit the coated surfaces to absorb heat energy. As a result, the surfaces of the pipes and fins and the gas are heated, and the heat in the chamber creates turbulence in the gas, thereby increasing the heat transfer. The construction shown is rather complicated and can cause difficulties in their manufacture; In addition, the contact surface between the pipes and the fins is too small, so it is not clear how the pipe component contributes to the overall heat transfer.

Newman zeigt in US 5,653,222 einen Sonnenkollektor auf, der eine ebene Verglasung und ein rückwärtiges Gehäuse aufweist, welches aus einer Anzahl halbkreisförmiger Zellen ausgebildet ist, die vorgesehen sind, einen Rippen-Rohrleitungsabsorber mit minimalem direkten Kontakt aufzunehmen. Der genannte Absorber ist vorzugsweise aus Kupfer gebildet mit einer Rippe, die eine Dicke von etwa 0,2 mm und einer Rohrleitung, die eine Wandstärke von mindestens 0,5 mm aufweist.Newman shows in US 5,653,222 a solar collector having a planar glazing and a rear housing, which is formed from a number of semi-circular cells, which are intended to receive a fin-tube absorber with minimum direct contact. Said absorber is preferably formed of copper with a rib having a thickness of about 0.2 mm and a pipe having a wall thickness of at least 0.5 mm.

Bloem zeigt in US 4,491,175 einen Sonnenkollektor auf, bei welchem ein Kontakt zwischen der Platte und der Rohrleitung durch Pressen ausgeführt ist. Um ein ausreichendes Festklemmen zu erzielen, werden die Platte und die Rohrleitung in eine spezielle Vorrichtung montiert, die eher kompliziert ist.Bloem shows in US 4,491,175 a solar collector in which a contact between the plate and the pipe is carried out by pressing. In order to achieve a sufficient clamping, the plate and the pipe are mounted in a special device, which is rather complicated.

Quantitativ kann die Effizienz des Sonnenkollektors durch einen Effizienzfaktor bemessen werden, der unter anderem einen Term beinhaltet, welcher den Widerstand gegenüber der Wärmeübertragung berücksichtigt, der auftritt, wenn die Rohrleitungen nicht ordnungsgemäß mit der Platte in Kontakt stehen. Dieser Term wird üblicherweise als 1/C bezeichnet, wobei C die Leitfähigkeit des Kontaktes ist. Der Wert von C beeinflusst merklich den Effizienzfaktor. Wie von Whiller ( Austin Whiller, Design Factors Influencing Solar Collector Performance, in :Low Temperature Engineering Application of Solar Energy, veröffentlicht durch die American Society of Heating, Refridgerating and Air-Conditioning Engineers, 1967, S. 37 ) gezeigt, erhöht ein Anstieg des C-Wertes von 3,5 auf 35 W/m/K den Effizienzfaktor um nicht weniger als 30%. Gemäß Whiller können die im Stand der Technik bekannten Verfahren für verbindungslose Rohrleitungs- und Plattenkontakte C-Werte von nicht mehr als 9 W/m/K garantieren. Dieser Wert ist im Vergleich zu Rohrleitungs- und Plattenkontakten, die molekulare Verbindungen (50–100 W/m/K) verwenden, eher klein.Quantitatively, the efficiency of the solar collector can be measured by an efficiency factor that includes, inter alia, a term that takes into account the resistance to heat transfer that occurs when the tubing is not properly in contact with the plate. This term is commonly referred to as 1 / C, where C is the conductivity of the contact. The value of C significantly affects the efficiency factor. Like Whiller ( Austin Whiller, Design Factors Influencing Solar Collector Performance, in: Low Temperature Engineering Application of Solar Energy, published by the American Society of Heating, Refridgerating and Air-Conditioning Engineers, 1967, p. 37 ), increasing the C value from 3.5 to 35 W / m / K increases the efficiency factor by not less than 30%. According to Whiller, the methods known in the art for connectionless pipe and plate contacts can guarantee C values of not more than 9 W / m / K. This value is rather small compared to tubing and plate contacts using molecular connections (50-100 W / m / K).

Im Gegensatz zu dem vorangehenden Stand der Technik ist in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung die Absorberplatte als eine flexible Metallfolie ausgebildet, welche die Rohrleitungen verbindungslos kontaktiert, d. h. der Kontakt umfasst keine molekulare Verbindung. Genauer gesagt, ein Kontakt zwischen der Folie und jeder Rohrleitung wird durch die Spannung aufrechterhalten, die wirkt, um die Folie über die Rohrleitungen zu spannen. Eine Wärmeübertragung zwischen der Folie und jeder Rohrleitung findet mittels eines Wärmeübertragungsmechanismus' durch physischen Kontakt zwischen der Rohrleitung und der Folie sowie auch durch einen dazwischenliegenden Luftspalt statt. Im Gegensatz zu konventionellen Platten- und Rohrleitungsverbindungen kann der Folien- und Rohrleitungskontakt der vorliegenden Erfindung C-Werte von etwa 150 W/m/K und sogar mehr garantieren, was einem Kollektoreffizienzfaktor von mehr als 0,8 entspricht (bewertet nach der vorangehenden Methode von Whiller). Diese hohen C-Werte (und entsprechend die Werte des Effizienzfaktors) können jedoch nur erzielt werden, wenn eine Länge des Hüllbogens (bezeichnet als AbC in 8) etwa 4 mm oder mehr beträgt.In contrast to the foregoing prior art, in the apparatus of the present invention, the absorber plate is formed as a flexible metal foil which contacts the tubing without connection, that is, the contact does not comprise any molecular connection. More specifically, contact between the foil and each tubing is maintained by the tension that acts to tension the foil over the tubing. Heat transfer between the film and each pipe takes place by means of a heat transfer mechanism through physical contact between the pipe and the film, as well as through an air gap therebetween. In contrast to conventional plate and tubing joints, the film and tubing contact of the present invention can guarantee C values of about 150 W / m / K and even more, which corresponds to a collector efficiency factor greater than 0.8 (evaluated according to the previous method of FIG Whiller). However, these high C-values (and correspondingly the values of the efficiency factor) can only be achieved if a length of the enveloping arc (denoted as AbC in 8th ) is about 4 mm or more.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache, Kosten sparende Vorrichtung zur Verwendung von Sonnenenergie bereitzustellen, welche eine effiziente Wärmeübertragung zwischen der Absorberplatte und den Rohrleitungen gewährleistet, und deren Aufbau keine molekular verbundenen Kontakte zwischen der Absorberplatte und den Rohrleitungen verwendet, woraus eine leichte Instandhaltung, Reparatur und Auswechselung resultiert, und die sich bei erhöhten Temperaturen nicht verzieht (im Gegensatz zu den thermischen Verfahren, die Schweißen und Löten verwenden).The object of the present invention is to provide a simple, cost-saving device for using solar energy, which ensures efficient heat transfer between the absorber plate and the pipelines, and whose construction does not involve any molecularly connected contacts between the absorber plate and the pipes Which results in easy maintenance, repair and replacement, and which does not warp at elevated temperatures (unlike the thermal processes that use welding and brazing).

Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der detaillierten Beschreibung ersichtlich werden.Other Objects, features and advantages of the present invention will become apparent in the Reading the detailed description will become apparent.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung sieht eine Apparatur zur Verwendung von Sonnenenergie vor, die eine Kollektorvorrichtung und eine Wärmeübertragungsvorrichtung umfasst. Letztere umfasst einen oder eine Mehrzahl an Wärme leitenden Kanäle für ein Wärmeübertragungsfluid, wobei der (die) Kanal (Kanäle) zumindest teilweise in physischem Kontakt mit der Kollektorvorrichtung steht (stehen), welche durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet ist:

(1) sie umfasst eine oder mehrere Metallfolien, von denen mindestens eine Seite für die Aufnahme von Sonneneinstrahlung durch eine darauf vorhandene Wärme absorbierende Beschichtung ausgebildet ist; und (2) der physische Kontakt wird durch die Spannung aufrechterhalten, die wirkt, um die flexible(n) Metallfolie(n) über den (die) genannten Kanal (Kanäle) zu spannen.

The present invention provides an apparatus for using solar energy comprising a collector device and a heat transfer device. The latter comprises one or a plurality of heat-conducting channels for a heat transfer fluid, the channel (s) being at least partially in physical contact with the collector device, characterized by the following features:

(1) it comprises one or more metal foils, at least one side of which is adapted to receive solar radiation through a heat-absorbing coating provided thereon; and (2) the physical contact is maintained by the tension acting to tension the flexible metal foil (s) over the said channel (s).

Der Folien- und Rohrleitungskontakt, der in der Apparatur der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist verbindungslos, das heißt es ist keine molekulare Verbindung zwischen dem Folienmaterial und dem Rohrleitungsmaterial in den Prozess der Herstellung dieses Kontaktes eingebunden. Die Spannung, die die Folie(n) über den (die) Kanal (Kanäle) streckt, wird durch Spannungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Federn, Gewichte und/oder ihre Kombinationen, realisiert. Die Rohrleitungen können in einer einzelnen Ebene (1) oder in zwei Ebenen (2 und 3) angeordnet sein. Die Folie(n) umhüllt(en) die Rohrleitungen in einem Hüllwinkel vorzugsweise zwischen 10° und 60° (1 und 2), oder vorzugsweise in einem Hüllwinkel von etwa 180° (3).The film and tubing contact used in the apparatus of the present invention is connectionless, that is, no molecular linkage between the film material and the tubing material is involved in the process of making this contact. The tension that stretches the film (s) across the channel (s) is realized by tension devices such as springs, weights, and / or their combinations. The pipelines can be installed in a single level ( 1 ) or in two levels ( 2 and three ) can be arranged. The foil (s) envelopes the tubes at an envelope angle, preferably between 10 ° and 60 ° ( 1 and 2 ), or preferably in an envelope angle of about 180 ° ( three ).

Der Wärme leitende Kanal kann eine Rohrleitung oder eine Mehrzahl an Rohrleitungen umfassen, im letzteren Fall können die Rohrleitungen für einen seriellen oder einen parallelen Transport des Wärmeübertragungsfluids ausgebildet sein.Of the Heat conducting channel can be a pipeline or a plurality in pipelines, in the latter case the Piping for a serial or a parallel Transport of the heat transfer fluid is formed be.

Die genannte Beschichtung mit dem hohen Absorptionsvermögen hat vorzugsweise eine Dicke von 100 nm bis 1000 nm und kann durch Vakuumsverdampfungsverfahren aufgebracht werden, zum Beispiel durch Flashverdampfung oder Elektronenstrahlverdampfung. Vorzugsweise umfasst die aufgebrachte Beschichtung mit dem hohen Absorptionsvermögen eine Mischung aus Aluminium und Aluminiumoxid und zeigt auch ein geringes Emissionsvermögen. Diese Beschichtung kann konstante Werte (invariabel entlang der Oberfläche) für den Emissionsgrad ε und den Absorptionsgrad α aufweisen, oder alternativ können die Werte von ε und α entlang der Oberfläche der Absorberplatte in einer regelmäßigen Art und Weise variieren. Einem Fachmann ist bekannt, dass eine ideale selektive Oberfläche einen Absorptionsgrad von α = 1 und einen Emissionsgrad von ε = 0 aufweist, jedoch können diese Werte von α und ε nicht erreicht werden, da üblicherweise die Beschaffenheit der Oberfläche so ist, dass je höher der Absorptionsgrad, umso höher der Emissionsgrad. Dies bedeutet, dass wir in der Praxis entweder einen hohen Absorptionsgrad oder einen geringen Emissionsgrad aufgeben müssen, wenn eine Kompromisslösung gesucht wird. Zum Beispiel haben die derzeit auf dem Markt erhältlichen selektiven Oberflächen von Sonnenkollektoren ein ε von etwa 0,07 und ein α von etwa 0,95.The called coating with the high absorption capacity preferably has a thickness of 100 nm to 1000 nm and can by Vacuum evaporation methods are applied, for example by Flash evaporation or electron beam evaporation. Preferably includes the applied coating with high absorbency a mixture of aluminum and aluminum oxide and also indicates low emissivity. This coating can be constant Values (invariable along the surface) for have the emissivity ε and the degree of absorption α, or alternatively, the values of ε and α along the Surface of the absorber plate in a regular Vary way. A person skilled in the art is aware that an ideal selective surface has an absorption coefficient of 1 and an emissivity of ε = 0, but can these values of α and ε are not reached, usually the texture of the surface so, the higher the absorbance, the higher the emissivity. This means that we either practice give up a high degree of absorption or a low emissivity need to look for a compromise solution. For example, those currently available in the market selective surfaces of solar panels an ε of about 0.07 and an α of about 0.95.

In großen Ausbildungen von Sonnenkollektoren ändert sich die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids entlang der Höhe der Absorberplatte (Temperaturgradient); genauer gesagt, die Temperatur ist niedriger in den unteren Bereichen und höher in den oberen Bereichen. Dieses Ergebnis folgt aus der Zirkulation des Wärmeübertragungsfluids in dem Solarheizungssystem, das auf dem „natürlicher Thermosiphon" genannten Prinzip beruht. Neben dem Sonnenkollektor schließt das Solarheizungssystem auch einen Tank zur Speicherung des Wärmeübertragungsfluids ein. Wenn die Absorberplatte (die in der vorliegenden Erfindung als Folie ausgebildet ist) einen Teil ihrer Energie auf das Wasser in den Rohrleitungen überträgt, wird das Wasser erhitzt. Das erhitzte Wasser wird leichter und steigt daher zu dem Speichertank, wodurch frisches kaltes Wasser zu den Rohrleitungen gebracht wird. Dieses kalte Wasser erhält Wärme von der Absorberplatte (Folie) und steigt an, und der Prozess setzt sich in gleicher Weise fort.In great formations of solar panels changes the temperature of the heat transfer fluid along the height of the absorber plate (temperature gradient); more precisely, the temperature is lower in the lower areas and higher in the upper areas. This result follows from the circulation of the heat transfer fluid in the solar heating system operating on the "natural Thermosiphon "principle is based The solar heating system also closes a tank for storage of the heat transfer fluid. If the absorber plate (which is formed in the present invention as a film) a Transfers part of their energy to the water in the pipelines, the water is heated. The heated water becomes lighter and rises therefore to the storage tank, whereby fresh cold water to the Piping is brought. This cold water gets Heat from the absorber plate (foil) and rises, and the process continues in the same way.

Im Falle höherer Folientemperaturen, wenn Wärmeübertragungsfluide mit Siedetemperaturen von mehr als 100°C (z. B. Ethylenglykol) verwendet werden, ist ein signifikanter Temperaturgradient zu beobachten. Wenn eine konventionelle selektive Oberfläche mit ε-Werten von etwa 0,07 verwendet wird, wird der Strahlungswärmeverlust in den Oberflächenbereichen bei hohen Temperaturen ansteigen. In solch einem Fall kann die Verwendung einer Absorberoberfläche mit unterschiedlichen Werten von ε und α an verschiedenen Bereichen (horizontale Niveaus) der Absorberoberfläche effizient sein.in the Trap of higher film temperatures when heat transfer fluids with boiling temperatures of more than 100 ° C (eg ethylene glycol) used, a significant temperature gradient is observed. If a conventional selective surface with ε values of about 0.07, the radiant heat loss becomes in the surface areas at high temperatures rise. In such a case, the use of an absorber surface with different values of ε and α at different Areas (horizontal levels) of the absorber surface be efficient.

In der vorliegenden Erfindung wird das Problem durch die Senkung des Emissionsgrades ε auf einen Wert von etwa 0,04 in den oberen Bereichen gelöst, die eine relativ hohe Temperatur (und daher ein höheres Emissionsvermögen) haben, während nur in den oberen Bereichen der Absorptionsgrad (α ≈ 0,90) aufgegeben wird. Andererseits können wir in den unteren Bereichen, wo die Temperatur geringer ist und die Strahlungswärmeverluste nicht signifikant sind, einen eher hohen Emissionsgrad (ε ≈ 0,20) ermöglichen, da das Emissionsvermögen bei niedrigen Temperaturen sehr klein ist. Dies lässt das Erreichen eines sehr hohen Absorptionsgrades in den unteren Bereichen (α ≈ 0,99) zu. Daher gestattet die Verwendung einer Absorberoberfläche mit unterschiedlichen Werten von ε und α in verschiedenen Bereichen, die Charakteristiken des Absorptionsvermögens/Emissionsvermögens zu optimieren und die Strahlungsverluste zu reduzieren.In the present invention, the problem is solved by lowering the emissivity ε to a value of about 0.04 in the upper ranges dissolved, which have a relatively high temperature (and therefore a higher emissivity), while only in the upper regions of the absorption degree (α ≈ 0.90) is abandoned. On the other hand, in the lower ranges, where the temperature is lower and the radiant heat losses are insignificant, we can allow a rather high emissivity (ε≈0.20) since the emissivity at low temperatures is very small. This allows the achievement of a very high degree of absorption in the lower regions (α ≈ 0.99). Therefore, the use of an absorber surface with different values of ε and α in different ranges allows to optimize the absorptivity / emissivity characteristics and to reduce the radiation losses.

Als flexible Metallfolie können Aluminium, Aluminiumlegierungen oder Kupfer verwendet werden. Da es vorgesehen ist, die Folie über die Rohrleitungen zu spannen, ist das bevorzugte Material für die Folie eine Aluminiumlegierung mit einem Zugfestigkeitswert von mehr als 180 MPa. Andererseits muss die gestreckte Folie einen engen Folien- und Rohrleitungskontakt gewährleisten. Daher werden unter den letzteren Legierungen jene bevorzugt, die eine thermische Behandlung erhalten haben, um ihre Härte zu reduzieren (die so genannten „totweichen" Legierungen, üblicherweise bezeichnet mit dem Härtegrad „O"). Beispiele „totweicher" Legierungen sind 2014 Härtegrad O, 3004 Härtegrad O und andere. Unter den genannten „totweichen" Legierungen sind jene noch bevorzugter, die durch den Wert der Brinell-Härte zwischen 45 und 55 gekennzeichnet sind. Die in der vorliegenden Erfindung bevorzugt verwendete Foliendicke liegt zwischen 40 und 200 μm.When flexible metal foil can be aluminum, aluminum alloys or copper can be used. As it is intended, the film over tensioning the pipes is the preferred material for the Foil an aluminum alloy with a tensile strength of more as 180 MPa. On the other hand, the stretched film has a tight Ensure film and pipe contact. Therefore be under The latter alloys are preferred to those which undergo a thermal treatment to reduce their hardness (the so-called "dead soft" alloys, usually designated with the degree of hardness "O"). Examples "deadly" Alloys are 2014 hardness grade O, 3004 hardness grade O and others. Among the mentioned "dead soft" alloys even more preferred are those due to the value of Brinell hardness between 45 and 55 are marked. The present in the present Invention preferably used film thickness is between 40 and 200 μm.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

In diesem Abschnitt meint der Begriff „Rohrleitungs- und Folienausbildung" die Art der Anordnung der Kanalrohrleitungen und die Anordnung der Folie dazwischen.In this section means the term "pipeline and film education" the type of arrangement of the sewer pipes and the arrangement of the film between.

1 ist eine schematische Darstellung (Querschnittsansicht) eines Aufbaus einer Rohrleitungs- und Folienkonfiguration in einer Ebene ohne Spannstangen (1A) und mit Spannstangen (1B). 1 is a schematic representation (cross-sectional view) of a construction of a pipe and foil configuration in a plane without tie rods ( 1A ) and with tension rods ( 1B ).

2 ist eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer Rohrleitungs- und Folienkonfiguration in zwei Ebenen (2A ist eine Querschnittsansicht und 2B ist eine Perspektivansicht). 2 FIG. 4 is a schematic representation of a construction of a pipeline and foil configuration in two planes (FIG. 2A is a cross-sectional view and 2 B is a perspective view).

3 ist eine schematische Darstellung (Querschnittsansicht) anderer Rohrleitungs- und Folienkonfigurationen in zwei Ebenen. three is a schematic representation (cross-sectional view) of other pipe and foil configurations in two levels.

4 ist eine Perspektivansicht der Vorrichtung und der Rohrleitungs- und Folienkonfiguration darin gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 4 FIG. 10 is a perspective view of the apparatus and the piping and film configuration therein according to a first embodiment. FIG.

5 ist eine Ansicht von oben der Vorrichtung und der Rohrleitungs- und Folienkonfiguration darin gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 5 FIG. 11 is a top view of the device and the piping and film configuration therein according to the first embodiment. FIG.

6 ist eine Querschnittsansicht der Vorrichtung und der Rohrleitungs- und Folienkonfiguration darin entsprechend der Linie A-A der 5. 6 FIG. 12 is a cross-sectional view of the device and the tubing and foil configuration therein taken along line AA of FIG 5 ,

7 ist eine schematische Darstellung der Stützvorrichtung der Rohrleitungen in der Apparatur (7A – feste Stützvorrichtung, 7B – Federstützvorrichtung). 7 is a schematic representation of the support device of the pipes in the apparatus ( 7A Solid support device, 7B - spring support device).

8 ist eine Darstellung eines geometrischen Aufbaus der Apparatur gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel. 8th is an illustration of a geometric structure of the apparatus according to the first preferred embodiment.

9 ist eine perspektivische Ansicht der Apparatur und der Rohrleitungs- und Folienkonfiguration darin gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 9 FIG. 12 is a perspective view of the apparatus and the piping and film configuration therein according to a second embodiment. FIG.

10 ist eine Ansicht von oben der Apparatur und der Rohrleitungs- und Folienkonfiguration darin gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. 10 FIG. 11 is a top view of the apparatus and the pipe and sheet configuration therein according to the second embodiment. FIG.

11 ist eine Querschnittsansicht der Apparatur und der Rohrleitungs- und Folienkonfiguration darin entsprechend der Linie A-A der 10. 11 FIG. 12 is a cross-sectional view of the apparatus and the tubing and foil configuration therein taken along line AA of FIG 10 ,

12 ist eine schematische Darstellung eines Kanals vom Verteilertyp. 12 is a schematic representation of a distribution-type channel.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELSDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail mit Bezug auf die Beispiele des Apparaturaufbaus beschrieben werden wird, ist die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.Even though the present invention in detail with reference to the examples of the apparatus construction will be described, the invention not limited to these examples.

Die Apparatur der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von jenen des Standes der Technik in der Verwendung einer dünnen Metallfolie oder Folien, welche die Absorberplatte eines konventionellen Sonnenkollektors ersetzt, und durch ein Verfahren zur Erzeugung eines Kontakts zwischen der Folie und den Rohrleitungen. Der Begriff „Folie", der in der folgenden Beschreibung verwendet wird, bezieht sich sowohl auf eine einzelne Folie als auch auf mehr als eine Folie.The Apparatus of the present invention is different from those of the prior art in the use of a thin Metal foil or foils containing the absorber plate of a conventional Solar panel replaced, and by a method of generation a contact between the film and the pipes. The term "foil", used in the following description refers to both on a single slide as well as on more than one slide.

Der Folien- und Rohrleitungskontakt, der in der Apparatur der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein fester verbindungsloser physischer Kontakt, der durch eine Spannung aufrechterhalten wird, die wirkt, um die Folie über die Rohrleitungen zu spannen. Als Spannvorrichtung kann ein Gewicht, eine Feder und/oder ihre Kombination verwendet werden. In einigen Betriebsarten werden auch Stangen verwendet, die die Spannung aufrechterhalten. Die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung unterscheiden sich voneinander durch die Ausführung der Rohrleitungen in der Kammer der Apparatur, durch das Verfahren der Anordnung der Folie zwischen den Rohrleitungen und auch durch die Verwendung verschiedener Spannungsvorrichtungen. Die Rohrleitungen (Position 5 in den Figuren) kann in einer Ebene angeordnet werden, wie in den 1A und 1B dargestellt ist, oder in zwei Ebenen, wie in 2 und 3 dargestellt ist. Die Folie (Position 8 in den Figuren) kann so angeordnet werden, dass sie alternierend mit den Rohrleitungen in einem Bereich, der der Richtung der Sonneneinstrahlung 11 zugewandt ist und in einem Bereich, der nicht der Richtung der Sonneneinstrahlung 12 (1A und 2) zugewandt ist, in Kontakt tritt. Alternativ kann die Folie zwischen den Rohrleitungen angeordnet werden, wie in 3 gezeigt ist. Des Weiteren kann die Folie ähnlich dem in 2A dargestellten Aufbau angeordnet werden mit dem Unterschied, dass die Rohrleitungen einer Ebene durch Stangen 10 ersetzt werden, die die Spannung aufrechterhalten (1B). Es ist äußerst wünschenswert, dass die Spannung aufrechterhaltenden Stangen aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit gefertigt sind.The foil and tubing contact used in the apparatus of the present invention is a solid, connectionless physical contact maintained by a tension that acts to force the foil over the tubing tighten. As a tensioning device, a weight, a spring and / or their combination can be used. In some modes, rods are also used to maintain the voltage. The various embodiments of the invention differ from one another in the design of the pipelines in the chamber of the apparatus, in the method of arranging the film between the pipelines and also in the use of different tensioning devices. The pipelines (position 5 in the figures) can be arranged in a plane, as in the 1A and 1B is shown, or in two levels, as in 2 and three is shown. The foil (position 8th in the figures) can be arranged so that they alternate with the pipelines in a range corresponding to the direction of solar radiation 11 is facing and in an area that is not the direction of sunlight 12 ( 1A and 2 ), comes in contact. Alternatively, the film can be placed between the pipes as in three is shown. Furthermore, the film may be similar to that in FIG 2A be arranged structure with the difference that the piping of a plane through bars 10 be replaced, which maintain the voltage ( 1B ). It is highly desirable that the tension maintaining bars are made of a material having a low thermal conductivity.

Die 4 bis 6 beschreiben eine Apparatur gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.The 4 to 6 describe an apparatus according to the first preferred embodiment of the invention.

Wie mit Bezug auf die 4 bis 6 gesehen werden kann, umfasst die Apparatur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen tiefen Rahmen 1, der aus Metall, Faserstoff oder einem ähnlichen Material gefertigt ist. Der Boden und die Seiten des Rahmens 1 sind mit einem Isolationsmaterial 2 ausreichender Tiefe bedeckt, um den Innenraum des Absorbers thermisch gegenüber dem umgebenden Rahmen zu isolieren. Eine Scheibe Klarglas 3 dient als Abdeckung für den Absorber und bildet zusammen mit dem Rahmen 1 die Kammer 4. Die Kammer 4 enthält einen Kanal mit zusammenhängenden gewundenen Rohrschlangen 5, die in zwei Ebenen angeordnet sind, die als obere (der Richtung der Sonneneinstrahlung am nächsten) und untere (am weitesten entfernt von der Richtung der Sonneneinstrahlung) definiert sind. Die Rohrleitungen in der unteren Ebene sind in Bezug auf die Rohrleitungen in der oberen Ebene versetzt angeordnet. Der Kanal beginnt bei einem Einlass 6 und endet bei einem Auslass 7. Die Rohrschlangen 5 werden von mindestens einer Metallfolie 8 umgeben, von der mindestens eine Seite für die Aufnahme von Sonneneinstrahlung durch eine darauf vorhandene Wärme absorbierende Beschichtung ausgebildet ist. Die Folie ist vorzugsweise aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder Kupfer hergestellt. Die Breite jeder Folie liegt vorzugsweise zwischen 10 und 30 cm, breitere Folien können jedoch auch verwendet werden. Der Kontakt zwischen jeder Folie und den Rohrleitungen ist derart ausgebildet, dass er zwischen einem Bereich auf den Rohrleitungen, der nicht der Richtung der Sonneneinstrahlung zugewandt ist, und dem, der der Richtung der Sonneneinstrahlung zugewandt ist, alterniert. Somit weist jede Folie ein Zickzack-artiges Profil auf. Bereiche auf den Rohrleitungen, die nicht in Kontakt mit der (den) Folie(n) stehen, sind schwarz lackiert. Die Festigkeit des Kontaktes zwischen den Rohrleitungen und der Folie wird durch eine Spannung aufrechterhalten, die wirkt, um die Folien über die Rohrleitungen zu spannen. Die Spannung kann durch Federn, Gewichte (falls die Betriebsposition des Sonnenkollektors dergestalt ist, dass die Rohrleitungen 5 horizontal angeordnet sind) oder ihre Kombinationen erzielt werden.How about the 4 to 6 can be seen, the apparatus according to the first embodiment comprises a deep frame 1 made of metal, fiber or similar material. The bottom and the sides of the frame 1 are with an insulation material 2 covered sufficient depth to thermally insulate the interior of the absorber against the surrounding frame. A slice of clear glass three serves as a cover for the absorber and forms together with the frame 1 the chamber 4 , The chamber 4 contains a channel with connected coiled coils 5 , which are arranged in two planes defined as upper (the closest to the direction of solar radiation) and lower (farthest from the direction of solar radiation). The pipelines in the lower level are offset in relation to the pipelines in the upper level. The canal starts at an inlet 6 and ends at an outlet 7 , The pipe snakes 5 be from at least one metal foil 8th surrounded, is formed by the at least one side for receiving solar radiation by a heat-absorbing coating thereon. The film is preferably made of aluminum, an aluminum alloy or copper. The width of each film is preferably between 10 and 30 cm, but wider films may also be used. The contact between each foil and the piping is formed to alternate between a region on the pipelines which does not face the direction of solar radiation and that which faces the direction of solar radiation. Thus, each film has a zigzag-like profile. Areas on the pipes that are not in contact with the film (s) are painted black. The strength of the contact between the tubing and the foil is maintained by a tension that acts to tension the foils over the tubing. The tension may be due to springs, weights (if the operating position of the solar collector is such that the piping 5 arranged horizontally) or their combinations are achieved.

Um das Durchhängen der Rohrleitungen 5 zu verhindern, kann eine Stützvorrichtung (oder eine Anzahl von Stützvorrichtungen) verwendet werden, die unterhalb der Rohrleitungen angeordnet ist (sind) (7, A und B). Die Anzahl der Stützvorrichtungen wird auf einem Minimum gehalten, um den Betrieb der Apparatur aufrecht zu erhalten. Es ist zwingend erforderlich, dass die Stützvorrichtung(en) aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, zum Beispiel Keramik, hergestellt wird.To the sagging of the pipes 5 To prevent a support device (or a number of support devices) can be used, which is located below the pipes (are) ( 7 , A and B). The number of support devices is kept to a minimum in order to maintain the operation of the apparatus. It is imperative that the support device (s) be made of a material of low thermal conductivity, for example ceramics.

Wenn eine Wartung der Apparatur (zum Beispiel Instandhaltung, Reparatur oder Erneuerung) erforderlich ist, kann die Spannung der Folie gelöst werden, und die Stützvorrichtung(en) kann (können) leicht entfernt werden, wobei der Kontakt zwischen der Folie und den Rohrleitungen aufgehoben wird. Nachdem die Wartungsarbeiten beendet worden sind, kann der Kontakt leicht erneuert werden. In diesem Sinne kann der Folien- und Rohrleitungskontakt, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, reversibel genannt werden.If Maintenance of the equipment (eg maintenance, repair or renewal) is required, the tension of the film can be released, and the support device (s) may be light be removed, with the contact between the film and the pipes will be annulled. After the maintenance has been completed, the contact can be easily renewed. In this sense, the Foil and pipe contact used in the present invention used to be called reversible.

Die Rohrleitungen 5 in der Kammer 4 können für den seriellen oder parallelen Transport des Wärmeübertragungsfluids ausgebildet sein und können in Längsrichtung oder gegensinnig angeordnet sein. Die Rohrleitungen können, bevor sie in der Kammer montiert werden, an ihrer äußeren Oberfläche poliert werden, um einen verbesserten Wärmeleitfähigkeitskontakt zwischen den Rohrleitungen und der Platte zu erhalten. Zusätzlich zu oder anstelle des Polierens kann der Wärmeleitfähigkeitskontakt durch die Verwendung von thermisch leichtfähigem Material an solchen Rohrleitungsbereichen verbessert werden, die für den Kontakt mit der Folie vorgesehen sind. Es ist erforderlich, dass dieses Material Hohlräume ausfüllt, die durch die Rauhigkeit der Rohrleitungsoberfläche und durch die Rauhigkeit der Folienoberfläche bedingt sind.The pipelines 5 in the chamber 4 may be designed for the serial or parallel transport of the heat transfer fluid and may be arranged in the longitudinal direction or in opposite directions. The tubing, before being mounted in the chamber, may be polished on its outer surface to provide improved thermal conductivity contact between the tubing and the plate. In addition to or instead of polishing, the thermal conductivity contact may be enhanced by the use of thermally-permeable material at those portions of the piping intended for contact with the film. It is required that this material fill cavities due to the roughness of the pipe surface and the roughness of the film surface.

Alle vorangegangenen Merkmale können in verschiedenen Kombinationen kombiniert werden, wodurch mehrere Betriebsarten des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels entstehen.All Previous features may be in different combinations be combined, creating multiple modes of the first preferred Embodiment arise.

Die wesentlichen geometrischen Charakteristiken des Aufbaus der Apparatur gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die folgenden (8): d – ein Abstand zwischen den Achsen zweier benachbarter Rohrleitungen, die zu derselben Ebene gehören, β – ein Hüllwinkel, D – ein Außendurchmesser der Rohrleitung, und f – ein Abstand zwischen dem Kanal und der Absorberabdeckung. Bevorzugte Werte dieser Parameter sind wie folgt: d ist 20 bis 25 cm, β ist 10 bis 60°, D ist 8 bis 20 mm und f ist 9 bis 11 cm.The essential geometrical characteristics of the construction of the apparatus according to the first preferred embodiment are the following ( 8th ): d - a distance between the axes of two adjacent pipes belonging to the same plane, β - an envelope angle, D - an outside diameter of the pipe, and f - a distance between the channel and the absorber cover. Preferred values of these parameters are as follows: d is 20 to 25 cm, β is 10 to 60 °, D is 8 to 20 mm and f is 9 to 11 cm.

Die 9 bis 11 beschreiben das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung.The 9 to 11 describe the second preferred embodiment of the invention.

Wie mit Bezug auf die 9 bis 11 gesehen werden kann, umfasst die Apparatur, die gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aufgebaut ist, dieselben Elemente wie der Sonnenkollektor des ersten Ausführungsbeispiels mit dem Unterschied, dass die Rohrleitungen in einer einzelnen Ebene angeordnet sind, und dass die Folie, die die Rohrleitungen alternierend kontaktiert, zu derselben Ebene gehört (im Gegensatz zu der Apparatur des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels, wo die Folie alternierend die Rohrleitungen kontaktiert, die zu der oberen Ebene und der unteren Ebene gehören).How about the 9 to 11 can be seen, the apparatus constructed according to the second embodiment, the same elements as the solar collector of the first embodiment with the difference that the pipes are arranged in a single plane, and that the film that contacts the pipes alternately to belongs to the same level (in contrast to the apparatus of the first preferred embodiment, where the film alternately contacts the pipelines belonging to the upper level and the lower level).

Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Sonnenkollektor-Rohrleitungen eine „kurbelwellenartige" Anordnung (3) auf. In dieser Anordnung sind die Rohrleitungen in zwei Ebenen angeordnet, der oberen und der unteren. Das Folien- und Rohrleitungssystem kann als aus wiederholenden Elementen bestehend betrachtet werden, von denen jedes vier Rohrleitungen (zwei Rohrleitungen in der oberen Ebene und zwei Rohrleitungen in der unteren Ebene) und eine zwischen den Rohrleitungen angeordnete Folie umfasst. In jedem der voranstehenden Elemente ist die Folie auf die folgende Art angeordnet: zuerst kontaktiert sie die erste Rohrleitung der oberen Ebene an einem Rohrleitungsbereich, der der Richtung der Sonneneinstrahlung zugewandt ist, danach kontaktiert sie zwei Rohrleitungen der unteren Ebene an einem Rohrleitungsbereich, der nicht der Richtung der Sonneneinstrahlung zugewandt ist, und zuletzt kontaktiert die Folie die vierte Rohrleitung an einem Rohrleitungsbereich, der der Richtung der Sonneneinstrahlung zugewandt ist. Die voranstehende Folien- und Rohrleitungskonfiguration gestattet es, einen Hüllwinkelwert von etwa 180° zu erhalten, der dem Wert der Hüllbogenlänge von etwa π D/2 entspricht.According to the third embodiment of the invention, the solar collector pipelines have a "crankshaft-like" arrangement ( three ) on. In this arrangement, the pipelines are arranged in two levels, the upper and the lower. The film and piping system may be considered as consisting of repeating elements, each comprising four pipelines (two upper level pipelines and two lower level pipelines) and a film disposed between the pipelines. In each of the preceding elements, the film is arranged in the following manner: first, it contacts the first upper level pipe at a pipe area facing the direction of solar radiation, then contacts two lower level pipes at a pipe area other than the pipe Towards the direction of solar radiation, and last contacted the film, the fourth pipe to a pipe area, which faces the direction of solar radiation. The foregoing film and tubing configuration makes it possible to obtain an envelope angle value of about 180 °, which corresponds to the envelope sheet length value of about π D / 2.

Einem Fachmann wird deutlich werden, dass das zweite und das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung Merkmale umfassen kann, die in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurden, zum Beispiel die Längs- oder Querrichtung der Rohrleitungen in der Kammer, die Verwendung von wärmeleitfähigem Material bei dem Folien- und Rohrleitungskontakt, das Polieren der Rohrleitung, die Stützvorrichtungen und Spannelemente, usw.a It will be apparent to those skilled in the art that the second and third preferred Embodiment of the invention may include features which have been described in the first embodiment, for example, the longitudinal or transverse direction of the pipes in the chamber, the use of thermally conductive Material in the film and pipe contact, polishing the Piping, the support devices and tensioning elements, etc.

Die drei voran stehenden Ausführungsbeispiele können mehrere Betriebsarten aufweisen. In einem von ihnen wird ein verteilerartiger Kanal anstelle des Kanals mit den gewundenen Rohrschlangen verwendet (12). Ähnlich zu dem Kanal mit den gewundenen Rohrschlangen können die Rohrleitungen des verteilerartigen Kanals in einer einzelnen Ebene oder in zwei Ebenen angeordnet sein. In einer anderen Betriebsart wird die Glasscheibe 3 durch zwei beabstandete Glasscheiben ersetzt, die zwischen ihnen einen abgedichteten und evakuierten Raum aufweisen. Solch ein Aufbau ist vorgesehen, um die Wärmeisolierung der Kammer 4 gegenüber der umgebenden Atmosphäre zu verbessern, obwohl dadurch die Produktionskosten steigen können.The three preceding embodiments may have multiple modes. In one of them, a manifold-like channel is used instead of the coiled-coil channel ( 12 ). Similar to the coiled tubing channel, the conduits of the manifold-like channel may be arranged in a single plane or in two planes. In another mode, the glass pane three replaced by two spaced glass panes, which have between them a sealed and evacuated space. Such a structure is provided for the thermal insulation of the chamber 4 towards the surrounding atmosphere, although this may increase production costs.

Es sollte beachtet werden, dass nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung aufgezeigt worden sind, und dass der Umfang der Erfindung nicht durch irgendeine Form, Größe, Konfiguration oder ein Material beschränkt ist.It It should be noted that only the preferred embodiments of the invention, and that the scope of the invention not by any shape, size, configuration or a material is limited.

Weiterhin ist zu erwägen, dass verschiedene Modifikationen der beschriebenen Betriebsarten und Ausführungsbeispiele zur Ausführung der Erfindung einem Fachmann ersichtlich werden, ohne von dem Umfang und dem Inhalt der Erfindung abzuweichen.Farther It should be considered that various modifications of the described Operating modes and embodiments for execution of the invention will be apparent to those skilled in the art, without departing from the scope and to depart from the content of the invention.

Zusammenfassung:Summary:

Die vorliegende Erfindung stellt einen Sonnenkollektor zur Verfügung, der eine Kollektorvorrichtung und eine Wärmeübertragungsvorrichtung umfasst, die einen wärmeleitenden Kanal 5 für ein Wärmeübertragungsfluid aufweist, wobei der Kanal in physischen Kontakt mit der Kollektorvorrichtung steht, dadurch gekennzeichnet, dass: die Kollektorvorrichtung eine flexible Metallfolie 8 umfasst, von der mindestens eine Seite für die Aufnahme von Sonneneinstrahlung durch eine darauf vorhandene Wärme absorbierende Beschichtung ausgebildet ist; und der physische Kontakt durch eine Spannung aufrechterhalten wird, die wirkt, um die Folie über den Kanal zu spannen. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Rohrleitungen 5 des Kanals in einer Ebene angeordnet, die Spannung wird durch Stangen 10 aufrechterhalten, die in einer anderen Ebene angeordnet sind, die parallel zu der Ebene der Rohrleitungen ist. Die Folie 8 ist so platziert, dass sie abwechselnd die Rohrleitungen und die Spannung aufrechterhaltenden Stangen 10 kontaktiert.The present invention provides a solar collector comprising a collector device and a heat transfer device having a heat conducting channel 5 for a heat transfer fluid, wherein the channel is in physical contact with the collector device, characterized in that: the collector device is a flexible metal foil 8th comprising at least one side adapted to receive solar radiation through a heat-absorbing coating provided thereon; and the physical contact is maintained by a tension that acts to tension the film over the channel. In one embodiment of the invention, the pipelines 5 the channel is arranged in a plane, the tension is through bars 10 maintained, which are arranged in another plane which is parallel to the plane of the pipelines. The foil 8th is placed so that they alternately the piping and the tension-maintaining rods 10 contacted.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 4362921 [0007]
- US 3999029 [0007]
US 5760365 [0008]
- EP 1217315 [0009]
- US 2002/0073988 [0009]
US 6300591 [0010]
US 4416261 [0012]
US 4290419 [0013]
US 5653222 [0014]
US 4491175 [0015]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- Austin Whiller, Design Factors Influencing Solar Collector Performance, in: Low Temperature Engineering Application of Solar Energy, published by the American Society of Heating, Refridgerating and Air-Conditioning Engineers, 1967, p. 37 [0016]

Claims

An apparatus for using solar energy, comprising a collector device and a heat transfer device having at least one thermally conductive channel for a heat transfer fluid, the channel at least partially in physical contact with the collector device, characterized in that: (A) the collector device comprises at least one metal foil comprising at least one side adapted to receive solar radiation through a heat-absorbing coating provided thereon; and (B) the physical contact is maintained by the stress acting to bias the at least one flexible metal foil over the at least one channel.

Apparatus according to claim 1, which further characterized by at least one of the following features is: (a) the at least one channel comprises a plurality of Pipelines for serial or parallel transport the heat transfer fluid are formed; (B) the at least one film is in contact with the at least one Channel at an envelope angle value between 10 ° to 60 °; (c) the film has a thickness in the range of 40 to 200 μm; (d) the voltage is passed through at least a device selected from springs, weights or whose combinations are generated; (e) the film comprises aluminum or an aluminum alloy, which preferably has a tensile strength value of has more than 180 MPa; (f) the coating comprises at least a layer created by vacuum evaporation; (G) the coating comprises a mixture of aluminum and aluminum oxide; (H) the coating has a thickness between 100 nm and 1000 nm.

Apparatus according to claim 2, wherein the at least one channel comprises a plurality of pipelines, that for the serial or parallel transport of the heat transfer fluid are formed, and the plurality of pipelines as a series of Pipelines in one plane or in several substantially parallel Levels are formed.

Apparatus according to claim 3, wherein a part of the plurality of pipes in contact with the film standing in an area on the piping that is not in the direction the solar radiation points.

Apparatus according to claim 3, wherein the majority of piping as a series of essentially parallel pipelines is formed in a single plane.

Apparatus according to claim 5, wherein the pipes are in contact with the film in a manner the between an area on the pipes, not the Direction facing the sun, and an area on the piping, facing the direction of sunlight is, alternates.

Apparatus according to claim 3, wherein the majority of piping as a series of pipelines in two substantially parallel planes is formed as an upper level that is closest to the direction of sunlight is, and a lower level furthest from the direction of the Solar radiation is removed, are defined.

Apparatus according to claim 7, wherein the pipelines in each of said levels at intervals are arranged between the pipes, the pipes in the lower level in such a staggered manner with respect to the pipelines are arranged in the upper level that the Pipelines in the lower level exposed to sunlight are passing through the spaces between the pipelines penetrates the upper level.

Apparatus according to claim 8, wherein the pipes are in contact with the film in a manner the between an area on the pipes, not in the direction solar radiation points, and an area on the pipelines, which points in the direction of the sun, alternates.

Apparatus according to one of claims 1 to 9, wherein the heat-absorbing coating by various Values of the degree of absorption and the emissivity at the locations the film with different temperatures of the heat transfer fluid is characterized.

Apparatus according to claim 1 such as essentially described above.

Apparatus according to claim 1 such as essentially described above, with particular reference to and as shown in the accompanying drawings.