DE112008004183T5

DE112008004183T5 - Solarwärmesammelverfahren und -einrichtung

Info

Publication number: DE112008004183T5
Application number: DE112008004183T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yamaguchi; Hokichi UEDA; Noboru Sawada; Takanori Kanayama
Original assignee: Showa Denko KK; Mayekawa Manufacturing Co; Showa Tansan Co Ltd; Doshisha Co Ltd
Current assignee: Mayekawa Manufacturing Co; Doshisha Co Ltd; Resonac Holdings Corp; Resonac Gas Products Corp
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2012-03-15
Also published as: JPWO2010067434A1; JP4607232B2; CN102245978A; CN102245978B; WO2010067434A1

Abstract

Solarwärmesammeleinrichtung, in der ein geschlossener Kreis 1 ausgebildet ist, so dass ein Arbeitsfluid (im Folgenden ein CO2-Fluid genannt), das als dessen Hauptbestandteil CO2 enthält, in dem geschlossenen Kreis zirkuliert, wobei die Einrichtung einen Solarwärmekollektor 2 zum Sammeln von Solarwärme in das CO2-Fluid sowie einen Wärmetauscher zur Rückgewinnung der in dem CO2-Fluid gesammelten Wärme enthält, wobei die in dem CO2-Fluid w gehaltene Wärme zurückgewonnen wird, so dass eine Verflüssigung vorliegt; es ist zwischen der CO2-Fluid-Einlassseite und der CO2-Fluid-Auslassseite ein Höhenunterschied in dem Wärmetauscher 3 vorgesehen, so dass sich eine Flüssigkeitshöhe H bezüglich des CO2-Fluids w an der Auslassseite bildet; die am Solarwärmekollektor 2 gesammelte Wärme erwärmt das CO2-Fluid w in einen verflüssigten Zustand in dem geschlossenen Kreis 1, so dass das CO2-Fluid w an der Auslassseite des Solarwärmekollektors 2 in einen überkritischen Zustand versetzt wird; und in dem geschlossenen Kreis 1 bildet sich die natürliche Zirkulation des CO2-Fluids w.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarwärmesammelverfahren und eine Solarwärmesammeleinrichtung. Damit wird Solarwärme unter Verwendung eines Arbeitsfluids, das als dessen Hauptbestandteil CO₂ enthält, gesammelt und kann in einem geschlossenen Kreis insbesondere ohne jegliche besondere Stromversorgung zirkuliert werden. Die Solarwärme kann dabei effizient und kostengünstig gesammelt werden.
Hintergrund der Erfindung
Vor dem Hintergrund von Umweltverschmutzungsproblemen wie dem Problem der Erderwärmung aufgrund von Treibhausgasen sowie dem Problem der Erschöpfung fossiler Brennstoffe hat man in den letzten Jahren Studien über die Entwicklung und Vermarktung bezüglich alternativer Energiequellen durchgeführt. Da sich Sonnenenergie global fast über die ganze Welt ergießt und deren Energiemenge im Vergleich zu anderen Quellen natürlicher Energie so überwältigend groß ist, dass Sonnenenergie unerschöpflich ist, wurden vor diesem Hintergrund weitgehende Nachforschungen als auch die Vermarktung bezüglich einer effektiven Verwendung von Sonnenenergie betrieben.
Nach allgemeiner Ansicht führt die Nutzung natürlicher Energie einschließlich Sonnenenergie zu Energieeinsparungen und einer Minderung von Kohlendioxidabgaben. Jedoch besteht das Bedürfnis nach einer eindeutigen Klärung bezüglich der Nutzung von Sonnenenergie, der Reduzierung des Fußabdrucks von Solarwärmenutzungssystemen, der Verbesserung der Wärmesammeleffizienz und der Umsetzung niedrigerer Produktpreise.
In Patent-Bezugsquelle 1 ( JP2004-263944 ) wurde von dem Anmelder et al. der vorliegenden Erfindung ein Sonnenenergiesystem vorgeschlagen, das mithilfe von Sonnenenergie gleichzeitig Strom, Wärme niedriger Temperaturen (Kühlmittel) und heißes Wasser bereitstellt; das Sonnenenergiesystem verwendet natürliches Kühlmittel wie CO₂, NH₃, H₂O und auf Kohlenwasserstoff basierende Substanzen als Arbeitsfluide. Das Sonnenenergiesystem ist mit einem Aufpumpteil, das das verflüssigte CO₂-Fluid unter Bildung eines auf überkritischem Druck befindlichen Fluids unter Druck setzt, einem Verdampfer, der das auf überkritischem Druck befindliche Fluid mithilfe von Sonnenenergie (Solarwärme) zu einem auf überkritischem Druck befindlichen Fluid hoher Temperatur ändert, einer Expansionsturbine, bei der unter Erzeugung von Leistung das auf überkritischem Druck befindliche Fluid hoher Temperatur adiabatisch zu einem unter niedrigem Druck stehenden Gas expandiert wird, und einer Wärmerückgewinnungseinrichtung, die Wärme aus dem unter niedrigem Druck stehenden Gas zurückgewinnt und Arbeitsfluid in einem überkritischen Zustand, einem Zustand in der Nähe des überkritischen Zustands und einem Zustand, der nicht überkritisch ist, bildet, ausgebildet.
Das in Patent-Bezugsquelle 1 offenbarte Solarsystem benötigt die Pumpkraft, um so das Arbeitsfluid in dem System zum Zirkulieren zu zwingen; zudem tendiert die Einrichtung des Systems dazu, groß angelegt zu sein. Außerdem besteht das Problem, dass die Ausgangskosten sowie auch die Standhaltekosten große Ausmaße annehmen.
Die Wärmesammeleffizienz eines Solarwärmenutzungssystems ist in der Regel niedrig. Demnach kann das Problem auftreten, dass eine erhebliche Kapitalanlage aufgewendet werden muss. Ferner ist insbesondere im Winter das Temperaturniveau des Wärmerückgewinnungsfluid niedrig; daher benötigt man für das System eine zusätzliche Wärmezufuhr (zusätzliches Heizsystem). Darüber hinaus verbraucht das in der Patent-Bezugsquelle offenbarte Solarsystem schon alleine beim Sammeln von Wärme Strom, und die Art des Wärmesammelns ist vom Batchverarbeitungs-Typ. Es besteht daher das Problem, dass das System im Hinblick auf Wärmenutzungsleistungsfähigkeit minderwertig ist.
[Bezugsquellen]
[Patent-Bezugsquellen]

Patent-Bezugsquelle 1: JP2004-263944

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabestellung
Hinsichtlich der im Stand der Technik vorkommenden Probleme zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, ein Solarwärmesammelmittel bereitzustellen, das ohne jegliche Stromversorgung Energie sparen, mit einer vereinfachten Einrichtungsausbildung Kosten reduzieren und selbst im Winter ein hohes Temperaturniveau des Wärmesammelfluids erhalten kann.
Lösung der Aufgabe
Um die beschriebenen Ziele zu erreichen, offenbart die vorliegende Erfindung ein Solarwärmesammelverfahren zum Sammeln von Solarwärme unter Verwendung eines Arbeitsfluids, welches im Folgenden CO₂-Fluid genannt wird, CO₂ als Hauptbestandteil des CO₂-Fluids enthält und in einem geschlossenen Kreis zirkuliert,
wobei der geschlossene Kreis mit einem Solarwärmekollektor, der Solarwärme sammelt, sowie einem Wärmetauscher versehen ist, der mit einem Wärmeübertragungsrohr versehen ist, durch das das CO₂-Fluid strömt, wobei die Solarwärme von dem in dem geschlossenen Kreis zirkulierenden CO₂-Fluid gesammelt wird, wobei die in dem CO₂-Fluid gesammelte Solarwärme durch den Wärmetauscher zurückgewonnen wird,
wobei das Verfahren unter anderem die folgenden Schritte enthalten kann:
Bilden eines Flüssigkeitskopfes auf einer CO₂-Fluidauslassseite des Wärmeübertragungsrohrs innerhalb des in dem geschlossenen Kreis bereitgestellten Wärmetauschers derart, dass zwischen der Position einer Einlassseite des Wärmeübertragungsrohrs und der Position der Auslassseite des Wärmeübertragungsrohrs ein Höhenunterschied besteht, wobei die erstere Position höher als die letztere Position liegt; und
Versetzen des CO₂-Fluids an einer Auslassseite des Solarwärmekollektors in einen überkritischen Zustand derart, dass die vom Solarwärmekollektor gesammelte Solarwärme das CO₂-Fluid erwärmt, wobei das CO₂-Fluid an der Auslassseite des Solarwärmekollektors in den überkritischen Zustand übertritt,
wobei in dem geschlossenen Kreis eine natürliche Zirkulation des CO₂-Fluids erzeugt wird.
Ferner offenbart die vorliegende Erfindung eine Solarwärmesammeleinrichtung zum Sammeln von Solarwärme unter Verwendung eines Arbeitsfluids, welches im Folgenden CO₂-Fluid genannt wird und CO₂ als Hauptbestandteil des CO₂-Fluids enthält, wobei die Einrichtung unter anderem Folgendes enthalten kann:
einen geschlossenen Kreis, in dem das CO₂-Fluid zirkuliert,
einen Solarwärmekollektor, der mittels in dem geschlossenen Kreis gesammelter Solarwärme das in dem geschlossenen Kreis zirkulierende CO₂-Fluid erwärmt, und einen Wärmetauscher, der ein Wärmeübertragungsrohr enthält, durch das das CO₂-Fluid strömt, und über den die in dem CO₂-Fluid gesammelte Solarwärme zurückgewonnen wird,
wobei ein Flüssigkeitskopf auf einer CO₂-Fluidauslassseite des Wärmeübertragungsrohrs innerhalb des in dem geschlossenen Kreis bereitgestellten Wärmetauschers derart gebildet ist, dass zwischen der Position einer Einlassseite des Wärmeübertragungsrohrs und der Position der Auslassseite des Wärmeübertragungsrohrs ein Höhenunterschied besteht, wobei die erstere Position höher als die letztere Position liegt;
wobei das CO₂-Fluid an der Auslassseite des Solarwärmekollektors derart in einen überkritischen Zustand versetzt wird, dass die vom Solarwärmekollektor gesammelte Solarwärme das CO₂-Fluid erwärmt, wobei das CO₂-Fluid an der Auslassseite des Solarwärmekollektors in den überkritischen Zustand übertritt, um so in dem geschlossenen Kreis eine natürliche Zirkulation des CO₂-Fluids zu erzeugen.
Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird CO₂-Fluid als Arbeitsfluid verwendet, das als dessen Hauptbestandteil CO₂ enthält. Die spezifische Wärme von Kohlendioxid CO₂ wird mit steigendem Druck kleiner; und Wärme kann leicht gesammelt werden, insbesondere wenn die Temperatur des Fluids w hoch ist. Ferner unterliegt die Viskosität des Kohlendioxids CO₂, das in dem CO₂-Fluid enthalten ist, wenig Veränderung, wenn das CO₂-Fluid bei hoher Temperatur unter Hochdruck gehalten wird; und, unter einem überkritischen Zustand (wenn der Druck und die Temperatur des Kohlendioxids CO₂ den Druck und die Temperatur am kritischen Punkt übersteigen, wo der Druck bei 7,3 MPa und die Temperatur bei 31°C liegen), nimmt die Viskosität ab. So kann durch das Zirkulieren des CO₂-Fluids im geschlossenen Kreis, der durch den Solarwärmekollektor und den Wärmetauscher läuft, leicht eine natürliche Zirkulation stattfinden und die zum Zirkulieren des Fluids in dem Kreis verwendete Leistung kann reduziert werden. Ferner wird in dem Wärmetauscher die in dem CO₂-Fluid gehaltene Wärme zurückgewonnen, so dass sich das CO₂-Fluid am Auslassteil des Wärmeübertragungsrohrs in dem geschlossenen Kreis verflüssigt. Außerdem bildet das verflüssigte CO₂-Fluid einen Flüssigkeitshöhendruck. Aufgrund des gebildeten Flüssigkeitshöhendrucks kann das CO₂-Fluid eine natürliche Zirkulation (Schwerkraftzirkulation) in dem geschlossenen Kreis durchführen. So ist es nicht nötig, eine Einrichtung bereitzustellen, die eine physikalisch erzwungene Flusszirkulation durchführt, die einen Kompressionsprozess und/oder einen Auftriebsarbeitsprozess hinsichtlich des CO₂-Fluids in dem geschlossenen Kreis begleitet.
Ferner bildet sich in der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung an der CO₂-Fluid-Auslassseite des Wärmeübertragungsrohrs innerhalb des Wärmetauschers eine Flüssigkeitshöhe derart, dass sich die Position der Arbeitsfluideinlassseite des Wärmeübertragungsrohrs höher befindet als die Position der Arbeitsfluidauslassseite des Wärmeübertragungsrohrs. Auf diese Weise führt das CO₂-Fluid eine natürliche Zirkulation in dem geschlossenen Kreis aus.
Ferner befindet sich der CO₂-Gehalt bei normaler Temperatur im verflüssigten oder vergasten Zustand (oder ist in einen überkritischen Zustand versetzt); demnach kann sich durch die Nutzung des Phasenwechsels nahe der normalen Temperatur ohne Leistung zur Zirkulation des CO₂-Fluids eine natürliche Zirkulation einstellen. Und aufgrund dieses Zirkulationsstroms kann durchgehend eine Wärmeübertragung stattfinden.
Auf diese Weise wird erfindungsgemäß das CO₂-Fluid, das ein Arbeitsfluid ist und CO₂ als Hauptbestandteil davon enthält, verwendet. Auf der CO₂-Fluid-Auslassseite des Wärmetauschers, an dem aus dem CO₂-Fluid Wärme zurückgewonnen wird, bildet sich eine Flüssigkeitshöhe. Ferner wechselt das CO₂-Fluid in einen überkritischen Zustand auf der CO₂-Fluid-Auslassseite des Solarwärmekollektors über. Und natürliche Zirkulation des CO₂-Fluids findet in dem geschlossenen Kreis statt. So kann die Einrichtungskonfiguration auf eine solche Weise, dass ohne Leistung zum Zirkulieren des CO₂-Fluids natürliche Zirkulation stattfindet, vereinfacht werden, um so Energie zu sparen sowie Kosten zu reduzieren.
Vorzugsweise strömt das CO₂-Fluid in dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Wärmeübertragungsrohr des Solarwärmekollektors nach oben, wobei das Wärmeübertragungsrohr derart geneigt ist, dass eine stromabwärts gelegene Seite des Wärmeübertragungsrohrs zumindest für einen Abschnitt, wo das CO₂-Fluid in einen überkritischen Zustand erhitzt wird, höher als eine stromaufwärts gelegene Seite liegt.
Auf diese Weise wirkt aufgrund des Phasenwechsels (von einem flüssigen Zustand in einen überkritischen Zustand) des CO₂-Fluids, das in die Gefällerichtung nach oben strömt, eine Auftriebskraft auf das CO₂-Fluid, das in einen überkritischen Zustand gewechselt hat, um so das CO₂-Fluid in Richtung der Auslassseite des Solarwärmekollektors zu lenken. Ferner wirkt diese Auftriebskraft derart, dass sie bei der Bildung der natürlichen Zirkulation des CO₂-Fluids in dem geschlossenen Kreis hilft.
Da die Menge an durch den Solarwärmekollektor gesammelter Wärme und der Atmosphärentemperaturwechsel von Tag zu Tag oder die gesammelte Menge an Solarwärme sich von einer Jahreszeit zur anderen ändert, wird es nötig sein, die Solarwärme dadurch effizient zu sammeln, dass man das Temperaturniveau des CO₂-Fluids verbessert, oder es wird nötig sein, die Zirkulationsflussrate hinsichtlich des CO₂-Fluids zu begrenzen, um so zu verhindern, dass der Druck des CO₂-Fluid zu hoch wird.
So ist vorzugsweise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen, ob sich das CO₂-Fluid an der Auslassseite des Solarwärmekollektors im geschlossenen Kreis in einem überkritischen Zustand befindet, vorgesehen, so dass der überkritische Zustand des CO₂-Fluids am Auslass des Solarwärmekollektors stets derart erhalten wird, dass die Öffnung eines Stromregelungsventils, das in dem geschlossenen Kreis zwischen dem CO₂-Fluid-Auslass des Solarwärmekollektors und der CO₂-Fluid-Einlassseite des Wärmetauschers vorgesehen ist, aufgrund der Ergebnisse hinsichtlich der Erfassung eingestellt wird.
Auf diese Weise kann an dem Auslass des Solarwärmekollektors in dem geschlossenen Kreis immer der überkritische Zustand des CO₂-Fluids gebildet werden; dementsprechend kann die in dem CO₂-Fluid gesammelte Menge an Wärme erhöht werden; auf eine solche Weise, dass das Temperaturniveau des CO₂-Fluids verbessert ist, kann die Wärmerückgewinnungseffizienz am Wärmetauscher erhöht werden; ferner kann auf eine solche Weise, dass die Zirkulationsströmungsrate hinsichtlich des CO₂-Fluids gesteuert ist, der Druck in dem geschlossenen Kreis daran gehindert werden, zu hoch zu werden. So kann die Temperatur des Wärmerückgewinnungsfluids auf einer erwünschten Temperatur als Reaktion auf den Verwendungszweck gesteuert werden; oder es kann sogar in einem Winter, wenn die Intensität der Sonneneinstrahlung begrenzt ist, Wärmerückgewinnungsfluid mit einem hohen Temperaturniveau erhalten werden.
Zusätzlich kann es sich bei einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen, ob sich das CO₂-Fluid in einem überkritischen Zustand befindet, um eine Einrichtung handeln, die die Sonnenlichtstrahlungsintensität misst und aufgrund der gemessenen Sonnenlichtstrahlungsintensität die Menge der durch den Solarwärmekollektor gesammelten Wärme berechnet; die Erfassungseinrichtung kann eine Einrichtung sein, die einen Temperaturunterschied und/oder einen Druckunterschied zwischen dem CO₂-Fluid-Auslass und dem CO₂-Fluid-Einlass des Solarwärmekollektors misst und aufgrund der Messwerte die Menge an durch den Solarwärmekollektor gesammelter Wärme berechnet; oder es kann sich bei der Erfassungseinrichtung um eine Einrichtung handeln, die eine Temperatur und/oder einen Druck des CO₂-Fluids an dem CO₂-Fluid-Auslass des Solarwärmekollektors in dem geschlossenen Kreis erfasst und aufgrund der erfassten Temperaturwerte oder Druckwerte den überkritischen Zustand des CO₂-Fluids erfasst.
Ferner kann vorzugsweise bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das CO₂-Fluid u. a. CO₂ und Dimethylether als das Arbeitsfluid enthalten, wobei der Gehalt des Dimethylethers zwischen 1 und 35% in Mol gegenüber dem Gehalt an CO₂ beträgt.
In einem Fall, bei dem ein Wärmerückgewinnungsfluid in einem Wärmetauscher zirkuliert wird, um während eines Sommers, wenn der Solarwärmekollektor ausreichend Wärme sammelt, Wärme zurückzugewinnen, wird das Temperaturniveau des Wärmerückgewinnungsfluids so hoch gehalten, dass das CO₂-Fluid an dem Wärmetauscher nicht ausreichend kondensieren kann.
In einem Fall, wo Dimethylether dem Kohlendioxid CO₂ als Hauptbestandteil des Arbeitsfluids zugegeben ist, ist der Dimethylether in dem Kohlendioxid CO₂ aufgelöst. Demnach wird die Siedetemperatur des CO₂-Fluids höher als die Siedetemperatur des reinen CO₂-Fluids. Obwohl die Temperatur des Kohlendioxids CO₂ am kritischen Punkt davon bei 31,05°C liegt, kann die Kondensierungstemperatur hinsichtlich des CO₂-Fluids dadurch verbessert werden, dass dem Kohlendioxid CO₂ Dimethylether beigegeben wird. So kann selbst bei einem Temperaturbereich des CO₂-Fluids auf einem höheren Niveau das CO₂-Fluid leicht kondensieren; dementsprechend bildet sich leicht die Flüssigkeitshöhe, so dass sich hinsichtlich des CO₂-Fluids in dem geschlossenen Kreis eine natürliche Zirkulation stabil einstellen kann.
Ferner kann sich auf eine solche Art, dass dem Kohlendioxid CO₂ Dimethylether zugefügt wird, der Druckpegel des CO₂-Fluids vermindern. Obwohl der Dampfdruck des Kohlendioxids CO₂ vergleichbar hoch ist und einen Pegel von 3,485 MPa (273 K) erreicht, kann die Zugabe von Dimethylether zu dem CO₂-Fluid den Dampfdruck des CO₂-Fluids, das Kohlendioxid CO₂ enthält, vermindern. So können die Kosten des Rohrsystems hinsichtlich des geschlossenen Kreises, in dem das CO₂-Fluid zirkuliert, vermindert werden. Übrigens wird das CO₂-Fluid, wenn das Inhaltsverhältnis des Dimethylethers in dem CO₂-Fluid erhöht wird, entzündbar; ferner erhöht sich dadurch, dass die Viskosität von Dimethylether vergleichbar hoch ist (149,0 × 10^–6 Pa/s (298 K)), der Strom, der zum Übertragen des CO₂-Fluid benötigt wird. Dementsprechend ist es vorzuziehen, CO₂-Fluid zu verwenden, bei dem der Gehalt an Dimethylether zwischen 1 bis 35% in Mol (wodurch das CO₂-Fluid nicht entzündbar oder schwer entzündbar ist) gegenüber dem Gehalt an Kohlendioxid CO₂ liegt.
Ferner kann vorzugsweise bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das CO₂-Fluid u. a. CO₂ und Kohlenwasserstoff als Arbeitsfluid enthalten, wobei der Gehalt an Kohlenwasserstoff zwischen 1 bis 35% in Mol gegenüber dem Gehalt an CO₂ liegt.
Auf diese Weise erhöht sich, wenn dem CO₂-Fluid natürliche Kohlenwasserstoff-Kühlmittel wie Isobuten, Propan, Ethan und so weiter zugesetzt werden, die Kondensierungstemperatur des CO₂-Fluids vorteilhaft und der Druck des CO₂-Fluids in dem geschlossenen Kreis reduziert sich vorteilhaft.
Ferner enthält vorzugsweise bei der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Solarwärmekollektor ein Wärmesammelrohr, wobei das Wärmesammelrohr derart geneigt ist, dass eine stromabwärts gelegene Seite zumindest für einen Abschnitt, wo das CO₂-Fluid in den überkritischen Zustand erhitzt wird, höher als eine stromaufwärts gelegene Seite liegt, so dass das CO₂-Fluid von einer Unterseite des Solarwärmekollektors und aus der Oberseite strömen kann. Das Wärmeübertragungsrohr des Wärmetauschers ist derart geneigt, dass sich eine stromabwärts gelegene Seite niedriger als eine stromaufwärts gelegene Seite befindet, so dass das CO₂-Fluid von einer Oberseite des Wärmetauschers und aus einer Unterseite strömen kann.
Bei den oben beschriebenen Konfigurationen ist jedes Wärmesammelrohr, das in dem Solarwärmekollektor vorgesehen ist, in der aufwärtigen Gefällerichtung zumindest zwischen dem Ort, wo das Erhitzen des CO₂-Fluids beginnt, und dem Ort, wo das CO₂-Fluid in jedem Wärmesammelrohr in einen überkritischen Zustand wechselt, angeordnet. So wirkt aufgrund des Phasenwechsels (von einem flüssigen Zustand in einen überkritischen Zustand) des CO₂-Fluids, das in dem aufwärtigen Gefällestrom strömt, eine Auftriebskraft auf das CO₂-Fluid, das in einen überkritischen Zustand gewechselt hat, um so das CO₂-Fluid in Richtung der Auslassseite des Solarwärmekollektors zu lenken. Ferner wirkt diese Auftriebskraft so, dass sie bei der Bildung der natürlichen Zirkulation des CO₂-Fluids in dem geschlossenen Kreis hilft.
Ferner ist das Wärmeübertragungsrohr in dem an den geschlossenen Kreis angeschlossenen Wärmetauscher derart angeordnet, dass das CO₂-Fluid in eine abwärtige Strömungsrichtung strömt. Dementsprechend bildet sich an der Auslassseite das CO₂-Fluids in dem Wärmetauscher leicht die Flüssigkeitshöhe. So bildet sich bei den oben beschriebenen Konfigurationen leicht die natürliche Zirkulation hinsichtlich des CO₂-Fluids.
In gewöhnlicher Praxis sind der Solarwärmekollektor und der Wärmetauscher gewöhnlich an einer unteren bzw. höheren Position angeordnet, um so die natürliche Zirkulation des CO₂-Fluids zu bilden. In der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird das CO₂-Fluid, in dem Kohlendioxid CO₂ mit niedriger Viskosität als ein Hauptbestandteil des CO₂-Fluids angenommen wird; und dank der beschriebenen Konfiguration kann die natürliche Zirkulation realisiert werden, selbst wenn der Wärmetauscher so hoch wie der Solarwärmekollektor angeordnet ist. So kann verhindert werden, dass die Wärmesammeleinrichtung ein voluminöses Produkt wird, und die Einrichtung ist kompakt.
Ferner enthält die Einrichtung, vorzugsweise in der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, u. a.:
eine Erfassungseinrichtung, die eine Temperatur des CO₂-Fluids, das den Wärmetauscher betritt, eine Temperatur des CO₂-Fluids, das aus dem Wärmetauscher herausströmt und/oder eine Temperatur eines Wärmerückgewinnungsfluids, das aus dem Wärmetauscher herausströmt;
ein Einlassrohr, durch das das Wärmerückgewinnungsfluid den Wärmetauscher betritt;
ein Auslassrohr, durch das das Wärmerückgewinnungsfluid aus dem Wärmetauscher heraus strömt;
ein Stromregelungsventil, das in dem Einlassrohr und/oder dem Auslassrohr angeordnet ist, und
eine Steuerung, die eine Öffnung des Stromregelungsventils aufgrund der von der Erfassungseinrichtung gemessenen Temperaturwerte einstellt.
Auf diese Art kann die Temperatur des Wärmerückgewinnungsfluids als Reaktion auf den Verwendungszweck auf eine erwünschte Temperatur eingestellt werden. So kann selbst im Winter, wenn die Intensität der Solareinstrahlung begrenzt ist, ein Wärmerückgewinnungsfluid mit einem hohen Temperaturniveau erhalten werden.
Ferner enthält die Einrichtung, vorzugsweise in der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, u. a.
eine Abzweigrohrleitung ist parallel mit dem geschlossenen Kreis eines Auslassteils des Wärmetauschers verbunden und
ein Akkumulierungsbehälter akkumuliert das verflüssigte CO₂-Fluid über Öffnungs-und-Schließungs-Ventile, die in der Abzweigrohrleitung vorgesehen sind, wobei die Flüssigkeitshöhe hinsichtlich des CO₂-Fluids durch Einstellen einer Menge an in dem Akkumulierungsbehälter akkumulierten CO₂-Fluid eingestellt werden kann.
Das spezifische Gewicht des CO₂-Fluids w ändert sich von der Winter- zur Sommerjahreszeit und umgekehrt. So ändert sich die auf der stromabwärts gelegenen Seite des Wärmetauschers gebildete Flüssigkeitshöhe von der Winter- zur Sommerjahreszeit und umgekehrt. Wenn sich die Flüssigkeitshöhe ändert, wird es schwierig, die natürliche Zirkulation des CO₂-Fluids stabil aufrechtzuerhalten. Andererseits kann mit den beschriebenen Konfigurationen die Flüssigkeitshöhe stets auf eine gewünschte Höhe eingestellt werden. Dementsprechend kann stets die natürliche Zirkulation stabil gebildet werden.
Ferner ist vorzugsweise in dem Solarwärmekollektor gemäß der vorliegenden Erfindung jedes Wärmesammelrohr, durch das das CO₂-Fluid in den Solarwärmekollektor strömt, in einem Vakuumbehälter angeordnet.
Auf diese Weise kann Wärmeableitung aufgrund von Wärmeleitung oder -konvektion von dem Solarwärmekollektor begrenzt und der Wärmeverlust reduziert werden.
Auswirkungen der Erfindung
In dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf der CO₂-Fluid-Auslassseite des Wärmeübertragungsrohrs in dem Wärmetauscher eine Flüssigkeitshöhe derart gebildet, dass ein Höhenunterschied zwischen der Position der Arbeitsfluideinlassseite des Wärmeübertragungsrohrs und der Position der Arbeitsfluidauslassseite des Wärmeübertragungsrohrs bereitgestellt ist; ferner wird das CO₂-Fluid an der Auslassseite des Solarwärmekollektors durch Wärmesammlung durch den Solarwärmekollektor in einen überkritischen Zustand versetzt. So wird die natürliche Zirkulation des CO₂-Fluids, das in dem geschlossenen Kreis strömt, gebildet; dementsprechend kann auf Leistung zum Zirkulieren des CO₂-Fluids verzichtet werden, wodurch Energie gespart wird. Die Konfiguration der Einrichtung kann vereinfacht und die Kosten können reduziert werden.
Ferner wird die in dem CO₂-Fluid enthaltene Wärme in der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zurückgewonnen, so dass sich das CO₂-Fluid verflüssigt; ferner enthält die Einrichtung u. a. einen Wärmetauscher, so dass eine Flüssigkeitshöhe an der CO₂-Fluid-Auslassseite des Wärmeübertragungsrohrs in dem Wärmetauscher derart gebildet wird, dass ein Höhenunterschied zwischen der Position der Arbeitsfluideinlassseite des Wärmeübertragungsrohrs und der Position der Arbeitsfluidauslassseite des Wärmeübertragungsrohrs bereitgestellt ist; die Einrichtung enthält u. a. einen Solarwärmekollektor, so dass das CO₂-Fluid an der Auslassseite des Solarwärmekollektors derart in einen überkritischen Zustand versetzt wird, dass die an dem Solarwärmekollektor gesammelte Solarwärme das CO₂-Fluid, das sich in dem geschlossenen Kreis in einem verflüssigten Zustand befindet, erwärmt. Mit der beschriebenen Konfiguration wird die natürliche Zirkulation des CO₂-Fluids, das in dem geschlossenen Kreis strömt, gebildet. So kann die natürliche Zirkulation des CO₂-Fluids, das in dem geschlossenen Kreis strömt, realisiert werden. Auf diese Weise kann auf Leistung zum Zirkulieren des CO₂-Fluids verzichtet werden, wodurch Energie gespart wird; ferner können die Konfiguration der Einrichtung vereinfacht und die Kosten reduziert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun näher anhand der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und den begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt ein Systemdiagramm bezüglich einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Vogelperspektive eines Solarwärmekollektors bezüglich der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine Vergrößerung des Teils A in 2;
4 zeigt ein Mollier-Diagramm bezüglich der ersten Ausführungsform;
5 zeigt ein Systemdiagramm bezüglich einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt ein Systemdiagramm bezüglich einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine Tabelle, die die Betriebsbedingungen der Einrichtung zeigt, die aufgrund der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wird;
8 zeigt eine Tabelle, die Experimentdaten hinsichtlich der Ausführungsform zeigt; und
9 zeigt ein Diagramm, das Experimentdaten hinsichtlich der Ausführungsform zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlich anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsformen beschrieben. Jedoch dürfen die in diesen Ausführungsformen beschriebenen Abmessungen, Materialien, Gestalt, relative Anordnung usw. einer Komponente nicht als den Umfang der Erfindung darauf beschränkend interpretiert werden, außer dies wird ausdrücklich erwähnt.
(Erste Ausführungsform)
Anhand von 1 bis 4 wird nun die erste Ausführungsform des Solarwärmekollektors gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt. 1 zeigt ein Systemdiagramm bezüglich einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt sind ein Solarwärmekollektor 2, der Solarwärme sammelt, und ein Wärmetauscher 3, der die von dem Solarwärmekollektor 2 gesammelte Wärme zurückgewinnt, fast auf gleicher Höhe angeordnet. Durch den Solarwärmekollektor 2 und den Wärmetauscher 3 ist ein geschlossener Kreis 1, enthaltend ein Fluiddurchgang 1a, der den Auslass des Solarwärmekollektors 2 mit dem Einlass des Wärmetauschers 3 verbindet, sowie ein Fluiddurchgang 1b, der den Auslass des Wärmetauschers 3 mit dem Einlass des Solarwärmekollektors 2 verbindet, bereitgestellt; durch den geschlossenen Kreis 1 fließendes CO₂-Fluid zirkuliert vom Solarwärmekollektor 2 zum Wärmetauscher 3 sowie vom Wärmetauscher 3 zum Solarwärmekollektor 2. Ferner kann es sich bei dem CO₂-Fluid um eine Fluidmischung aus CO₂ und Dimethylether handeln; dabei liegt der Gehalt an Dimethylether zwischen 1 und 35% in Mol gegenüber dem Gehalt an CO₂.
Anhand der 2 und 3 wird die Konfiguration des Solarwärmekollektors 2 erklärt. 2 zeigt eine Vogelperspektive eines Solarwärmekollektors 2 bezüglich der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung; 3 zeigt eine Vergrößerung des Teils A in 2. Wie in 2 und 3 gezeigt ist ein unteres Sammelrohr 22 derart mit dem Fluiddurchgang 1b verbunden, dass das untere Sammelrohr 22 von der vertikalen Richtung weggeneigt ist, d. h. in einer Gefällerichtung angeordnet ist; das obere Ende des Rohrs 22 ist auf einem Gehäuse 21 des Solarwärmekollektors 2 montiert. Das untere Sammelrohr 22 ist mit einem unteren Kopfteil 23 verbunden, das in dem Gehäuse 21 angeordnet ist. In dem Gehäuse 21 sind mehrere Wärmesammelrohre 24 parallel mit dem unteren Kopfteil 23 verbunden. Das von dem Fluiddurchgang 1b in das untere Sammelrohr 22 strömende CO₂-Fluid w ist auf die Wärmesammelrohre 24 verteilt. Der Einlass eines jeden Wärmesammelrohrs 24 ist an der unteren Seite angeordnet, während der Auslass eines jeden Wärmesammelrohrs 24 auf der oberen Seite angeordnet ist; jedes Wärmesammelrohr ist unter einem gewissen Neigungswinkel von der vertikalen Richtung weggeneigt; so sind die Wärmesammelrohre 24 derart angeordnet, dass zwischen der Einlassseite und der Auslassseite ein Höhenunterschied besteht.
Der Außenumfang des Wärmesammelrohrs 24 ist von einem transparenten Glasrohr 25 mit gasdichter Konstruktion umgeben; in dem Glasrohr 25 liegt ein Vakuumzustand vor. So ist die Wärmeableitung aufgrund von Wärmeleitung oder Wärmekonvektion von dem Wärmesammelrohr 24 auf ein kleines Niveau beschränkt; dementsprechend kann der Wärmeverlust auf ein kleines Niveau reduziert werden.
An der Hinterseite des Glasrohrs 25 (am unteren Umfang des Glasrohrs 25 in 2) ist eine Reflexionsplatte 26 mit parabolisch gekrümmter Oberfläche vorgesehen. Die gekrümmte Oberfläche der Reflexionsplatte 26 ist mit parabolischen Krümmungen und Evolventen konfiguriert, wobei die Oberfläche mit einem reflexionsverbessernden Beschichtungsmaterial beschichtet ist; die Reflexionsplatte 26 besteht aus Aluminiumblech und wird durch Druckprozesse hergestellt. Das von der Reflexionsplatte 26 reflektierte Sonnenlicht s kondensiert in Richtung des Wärmesammelrohrs 24.
Während das CO₂-Fluid w durch die Wärmesammelrohre 24 strömt, wird es durch das in Richtung der Wärmesammelrohre 24 kondensierte Sonnenlicht erwärmt. Nach dem Strömen durch die Wärmesammelrohre 24 schließt sich der Fluss des CO₂-Fluids w in jedem Wärmesammelrohr 24 dem Fluss des CO₂-Fluids w in einem oberen Kopfteil 27, das in dem Gehäuse 21 vorgesehen ist, an; daraufhin strömt das CO₂-Fluid w in den Fluiddurchgang 1a nach dem Durchlauf durch ein oberes Sammelrohr 28. Das obere Sammelrohr 28 ist ebenso von der vertikalen Richtung weggeneigt, d. h. in einer Gefällerichtung angeordnet; das untere Ende des Rohrs 28 ist auf einem Gehäuse 21 montiert. Zusätzlich ist unter der Reflexionsplatte 26 ein Wärmeisoliermaterial wie Glaswolle vorgesehen, um Wärme daran zu hindern, in Richtung der Unterseite des Gehäuses 21 abgeleitet zu werden.
Wie in 1 gezeigt erreicht das in dem Solarwärmekollektor 2 erwärmte CO₂-Fluid w (auf ein Temperaturniveau von 70 bis 90°C am Auslass des Kollektors 2) ein Wärmeübertragungsrohr 3a in dem Wärmetauscher 3 über ein elektromagnetisches Ventil 9. In dem Wärmetauscher 3 ist der Einlass des CO₂-Fluids w mit dem oberen Teil des Wärmeübertragungsrohrs 3a verbunden; der Auslass des CO₂-Fluids w ist mit dem unteren Teil des Wärmeübertragungsrohrs 3a verbunden. Weiterhin sind der Einlass und der Auslass bezüglich des CO₂-Fluids w über das Wärmeübertragungsrohr 3a in dem Wärmetauscher 3 verbunden, wobei das Wärmeübertragungsrohr 3a in der vertikalen Richtung in dem Wärmetauscher 3 angeordnet ist. In Richtung des Wärmetauschers 3 wird über ein Zuführrohr 4, das nahe dem unteren Teil des Wärmeübertragungsrohrs 3a mit dem Wärmetauscher 3 verbunden ist, ein Wärmerückgewinnungsfluid f zugeführt; zwischen dem Wärmerückgewinnungsfluid f und dem CO₂-Fluid w findet ein indirekter Wärmeaustausch statt. So gewinnt (absorbiert) das Wärmerückgewinnungsfluid f Wärme von dem CO₂-Fluid w; daraufhin wird das Wärmerückgewinnungsfluid f durch ein Rückführrohr 5, das mit dem oberen Teil des Wärmetauschers 3 verbunden ist, abgelassen.
Wie in 1 gezeigt steht die Flussrichtung des in dem Wärmeübertragungsrohr 3 fließenden CO₂-Fluids w in umgekehrter Richtung zur Flussrichtung des Wärmerückgewinnungsfluids f, das in dem Wärmetauscher strömt; dementsprechend kann die Wärmeaustauscheffizienz verbessert werden. Wie oben beschrieben kann das Wärmerückgewinnungsfluid f, aufgrund des Wärmesammelrohrs 24, das in dem Vakuumraum in dem Glasrohr 25 angeordnet ist, sowie der Gegenflussanordnung, die sich bezüglich des CO₂-Fluids w und des Wärmerückgewinnungsfluids f gebildet hat, auf einem hohen Temperaturniveau zurückgewonnen werden.
Wie oben beschrieben sind in dem Solarwärmekollektor 2 das untere Sammelrohr 22, die Wärmesammelrohre 24 und das obere Sammelrohr 28 derart angeordnet, dass sich die obere Seite eines jeden Rohrs an der stromabwärts gelegenen Seite des CO₂-Fluidflusses befindet, d. h. das CO₂-Fluid strömt in Richtung der stromabwärts gelegenen Seite in einer Gefällerichtung nach oben. Ferner ist der Höhenniveauunterschied zwischen dem unteren Sammelrohr 22 und dem oberen Sammelrohr 28 vorgesehen. Daher treibt in dem Solarwärmekollektor 2 das CO₂-Fluid w, das in einen überkritischen Zustand erhitzt wurde, nach oben (wird schwimmfähig) und strömt in Richtung des Auslasses des Wärmesammelrohrs 24. Das CO₂-Fluid w, das aus dem Solarwärmekollektor 2 strömt, betritt den Wärmetauscher 3 von dem Einlass, der am oberen Teil des Wärmetauschers 3 angeordnet ist, nachdem das CO₂-Fluid w durch den Flussdurchgang 1a geströmt ist. Ferner wird das CO₂-Fluid w zu dem Auslass des Wärmetauschers 3 gelenkt, wobei der Auslass mit dem Flussdurchgang 1b verbunden ist, der mit dem unteren Teil des Wärmetauschers 3 verbunden ist. So ist der Flussdurchgang 1a höher als der Flussdurchgang 1b angeordnet; d. h. es ist ein Höhenunterschied zwischen dem Flussdurchgang 1a und dem Flussdurchgang 1b vorgesehen.
Das Wärmerückgewinnungsfluid f, das Wärme aus dem CO₂-Fluid w zurückgewonnen hat, strömt aus dem Wärmetauscher 3 durch das Rückführrohr 5 und wird verschiedenen Verwendungen wie z. B. einem Heißwasserzuführsystem, einem Heizsystem, einem Schneeschmelzsystem usw. bereitgestellt. Andererseits wird das CO₂-Fluid w, das mit dem Wärmerückgewinnungsfluid f einen Wärmetausch durchgeführt hat, unter die Kondensierungstemperatur (z. B. 15 bis 20°C) des CO₂-Fluids w gekühlt; das gekühlte CO₂-Fluid w ist verflüssigt; und das CO₂-Fluid w strömt nach unten. Eine Auslassrohrleitung 1c, durch die das CO₂-Fluid w aus dem Wärmetauscher ausgelassen wird, um so dem Flussdurchgang 1b zugeführt zu werden, ist in einer vertikalen Richtung angeordnet. So ist die Auslassrohrleitung 1c so angeordnet, dass das CO₂-Fluid w, das in dem Wärmeübertragungsrohr 3a verflüssigt ist, in dem unteren Teil des Wärmeübertragungsrohrs 3 sowie in der Auslassrohrleitung 1c bleibt; und das verflüssigte CO₂-Fluid bildet einen Flüssigkeitshöhendruck. Aufgrund des gebildeten Flüssigkeitshöhendrucks kann das CO₂-Fluid w natürliche Zirkulation (Schwerkraftzirkulation) in dem geschlossenen Kreis 1 in der Richtung des Pfeils a durchführen. So wird das CO₂-Fluid w, das den Wärmetauscher 3 verlässt, in Richtung des Solarwärmekollektors 2 geführt.
Es ist am oberen Sammelrohr 28, das das Auslassteil des Solarwärmekollektors 2 darstellt, ein Temperatursensor 7 zum Erfassen der Temperatur des CO₂-Fluids w bereitgestellt; ein Flussregelungsventil 9 ist an einem Teilweg des Fluiddurchgangs 1a bereitgestellt. Ferner wird der von dem Temperatursensor 7 erfasste Temperaturwert (Signal) in eine Steuerung 6 eingegeben; und die Steuerung 6 regelt die Öffnung des Flussregelungsventils 9. Auf diese Weise kann die Temperatur des CO₂-Fluids w am oberen Sammelrohr 28 als Auslassteil des Solarwärmekollektors 2 so kontrolliert werden, dass das CO₂-Fluid w am Auslassteil des Solarwärmekollektors stets unter einem überkritischen Zustand gehalten wird.
Zusätzlich kann statt des Temperatursensors 7 eine Sonneneinstrahlungsintensitätsmesseinrichtung 8 zum Messen der Intensität (Wert) von Sonneneinstrahlung bezüglich des auf den Solarwärmekollektor 2 einstrahlenden Sonnenlichts bereitgestellt werden, so dass die Öffnung des Flussregelungsventils 9 auf Basis des gemessenen Intensitätswerts von Sonneneinstrahlung geregelt wird. Oder es kann der Temperaturunterschied oder der Druckunterschied zwischen dem Einlass und dem Auslass des Solarwärmekollektors 2 erfasst werden, so dass die Menge an von dem Solarwärmekollektor 2 gesammelter Wärme berechnet wird, und das Flussregelungsventil 9 kann auf Basis der berechneten Werte eingestellt werden. Oder der Druck des CO₂-Fluids w am Auslass des Solarwärmekollektors 2 kann erfasst werden, und das Flussregelungsventil 9 kann auf Basis der erfassten Druckwerte eingestellt werden.
Ferner sind ein Flussregelungsventil 10 sowie ein Temperatursensor 11 zum Erfassen der Temperaturen des Wärmerückgewinnungsfluids f auf einem Teilweg des Rückführrohrs 5, durch das das Wärmerückgewinnungsfluid f befördert wird, bereitgestellt; die Werte der durch den Temperatursensor 11 erfassten Temperaturen werden in die Steuerung 6 eingegeben; das Flussregelungsventil 10 wird auf Basis der erfassten Temperaturwerte eingestellt; so kann die Temperatur des Wärmerückgewinnungsfluids f, das durch das Rückführrohr 5 strömt, eingestellt werden. Auf diese Weise kann das Wärmerückgewinnungsfluid f mit einer erwünschten Temperatur erhalten werden.
Ferner ist die Auslassrohrleitung 1c mit einer Abzweigrohrleitung 12 versehen, so dass die Leitung 1c und die Leitung 12 parallel verbunden sind; an einem Teilweg der Abzweigrohrleitung 12 ist ein Akkumulationsbehälter 13 bereitgestellt, so dass ein Teil des durch die Auslassrohrleitung 1c strömenden CO₂-Fluids w akkumuliert wird. Zusätzlich sind ein Öffnungs-und-Schließungs-Ventil 14 und ein Öffnungs-und-Schließungs-Ventil 15 auf der Einlassseite und der Auslassseite das Akkumulationsbehälters 13 bereitgestellt.
Um den Fluss des in dem geschlossenen Kreis 1 zirkulierenden CO₂-Fluids w zu stabilisieren, ist es notwendig, das CO₂-Fluid w in dem Solarwärmekollektor 2 zu verdampfen, und das CO₂-Fluid w in dem Wärmetauscher 3 zu kondensieren. Ferner ist es notwendig, dass das Niveau der Flüssigkeitshöhe (Druck) H bezüglich des verflüssigten CO₂-Fluids w, das in der Auslassrohrleitung 1c und dem Wärmeübertragungsrohr 3a bleibt, konstant gehalten wird. Jedoch ändert sich das spezifische Gewicht des CO₂-Fluids w von einer Winterjahreszeit zu einer Sommerjahreszeit und umgekehrt in Bezug auf die jahreszeitbedingten Temperaturänderungen; dementsprechend ändert sich die Fluidhöhe H von Jahreszeit zu Jahreszeit. Um die Änderung der Fluidhöhe H zu kompensieren, ist ein Akkumulationsbehälter 13 vorgesehen. Wie oben beschrieben wird der Akkumulationsbehälter 13 auf einem Teilweg der Abzweigrohrleitung 12, die mit der Auslassrohrleitung 1c parallel verbunden ist, vorgesehen; in einem Akkumulationsbehälter 13 wird ein Teil des durch die Auslassrohrleitung 1c strömenden CO₂-Fluids w akkumuliert; und durch Einstellen der Akkumulationsmenge kann die Fluidhöhe H so eingestellt werden, dass die Höhe H konstant gehalten wird; und das CO₂-Fluid w verdampft sicher in dem Solarwärmekollektor 2 und kondensiert in dem Wärmetauscher 3.
Bei dieser Ausführungsform mit der wie oben beschriebenen Konfiguration führt das CO₂-Fluid w dank der Auftriebskraft, die auf das CO₂-Fluid w in dem Solarwärmekollektor 2 einwirkt, sowie dank der Fluidhöhe H, die sich durch das verflüssigte CO₂-Fluid w, das in der Auslassrohrleitung 1c und dem Wärmeübertragungsrohr 3a bleibt, in dem geschlossenen Kreis 1 ein natürliche Zirkulation aus; dadurch wirkt die Auftriebskraft auf das CO₂-Fluid w, das verdampft und in den Wärmesammelrohren 24 und dem oberen Sammelrohr 28 in einen überkritischen Zustand überwechselt, wobei die obere Seite der Rohre 24 und 28 die stromabwärts gelegene Seite des Fluidflusses darstellt. Ferner wird in dem Solarwärmekollektor 2 die Wärme des Sonnenlichts s aufgesammelt, um so das CO₂-Fluid w zu erwärmen; zwischen dem erwärmten CO₂-Fluid w und dem Wärmerückgewinnungsfluid f findet in dem Wärmetauscher 3 ein Wärmetausch statt. So wird die in dem CO₂-Fluid w gehaltene Wärme in dem Wärmerückgewinnungsfluid f absorbiert; das von dem CO₂-Fluid w Wärme gewonnene Wärmerückgewinnungsfluid f wird zu verschiedenen Verwendungen, wie z. B. einem Heißwasserzuführsystem, einem Heizungssystem, einem Schneeschmelzsystem usw., befördert.
4 zeigt ein Mollier-Diagramm (ein Enthalpie-Druck-Diagramm) des CO₂-Fluids w bezüglich dieser Ausführungsform. In 4 bezeichnet das Zeichen K den kritischen Punkt (Druck 7,1 MPa, Temperatur 31°C). Übersteigen die Temperatur und der Druck des CO₂-Fluids w die des kritischen Punkts, befindet sich das Fluid w in einem überkritischen Zustand. Bei dieser Ausführungsform führt das CO₂-Fluid w natürliche Zirkulation in dem Kreis 1 durch. So werden Schwankungen im Druck in dem Kreis 1 verhindert; und ein Zyklus b, in dem die Verdampfung (in einen überkritischen Zustand) in dem Solarwärmekollektor 2 und die Kondensierung in dem Wärmetauscher 3 hintereinander wiederholt werden, wird unter einem konstanten Druck zyklisch durchgeführt.
Wenn das CO₂-Fluid w unter einem hohen Druck und bei hoher Temperatur gehalten wird, ändert sich die Viskosität des Kohlendioxids CO₂, das das CO₂-Fluid w enthält, wenig; und unter einem überkritischen Zustand (wenn der Druck und die Temperatur des Kohlendioxids CO₂ die des kritischen Punkts übersteigen) ist die Viskosität vermindert. So kann bei der Zirkulation des CO₂-Fluids w in dem geschlossenen Kreis 1, der durch den Solarwärmekollektor 2 und den Wärmetauscher 3 läuft, natürliche Zirkulation leicht durchgeführt werden, und die zur Zirkulation des Fluids f in dem Kreis 1 benötigte Leistung kann auf ein minimales Niveau reduziert werden. Zusätzlich besteht ein weiterer Vorteil darin, dass die spezifische Wärme des Kohlendioxids CO₂ mit steigendem Druck kleiner wird; und die Wärmesammlung kann leicht durchgeführt werden, besonders dann, wenn die Temperatur des Fluids w hoch ist.
Gemäß dieser Ausführungsform ist das Wärmesammelrohr 24 so in dem Solarwärmekollektor 2 angeordnet, dass das CO₂-Fluid in Richtung der stromabwärts gelegenen Seite in einer Gefällerichtung nach oben strömt; das untere Sammelrohr 22 sowie das obere Sammelrohr 28 sind ähnlich angeordnet. Ferner ist das Wärmeübertragungsrohr 3a in dem Wärmetauscher 3 in einer vertikalen Richtung derart angeordnet, dass das CO₂-Fluid w von der oberen Seite zu der unteren Seite im Wärmeübertragungsrohr 3a strömt; der Fluiddurchgang 1a verbindet den Auslass des Solarwärmekollektors 2 mit dem Einlass des Wärmetauschers 3; der Fluiddurchgang 1b verbindet den Auslass des Wärmetauschers 3 mit dem Einlass des Solarwärmekollektors 2. Auf diese Weise ist der Fluiddurchgang 1a höher als der Fluiddurchgang 1b angeordnet; und zwischen dem Fluiddurchgang 1a und dem Fluiddurchgang 1b kann ein Höhenunterschied bestehen.
Gemäß der wie oben beschriebenen Konfiguration führt das CO₂-Fluid w einen Phasenwechsel von einem flüssigen Zustand zu einem überkritischen Zustand in dem Wärmesammelrohr 24 durch; und das CO₂-Fluid w erhält eine Auftriebskraft, so dass es nach oben in Richtung des Auslasses des Solarwärmekollektors 2 strömt. Diese Auftriebskraft hilft dem CO₂-Fluid w, in dem geschlossenen Kreis 1 zu zirkulieren.
Ferner kann das verflüssigte CO₂-Fluid w, das in dem Wärmeübertragungsrohr 3a und der Auslassrohrleitung 1c, die mit dem Wärmeübertragungsrohr 3a verbunden ist, bleibt, die Flüssigkeitshöhe H bilden. Aufgrund der Auftriebskraft, die durch die Bildung des überkritischen Zustands des CO₂-Fluids w in dem Fluiddurchgang 1a erzeugt wird, und der beschriebenen Flüssigkeitshöhe H kann bezüglich des CO₂-Fluids w in dem geschlossenen Kreis 1 eine natürliche Zirkulation durchgeführt werden. So wird es unnötig, Pumpleistung zum Zirkulieren des CO₂-Fluids w in dem geschlossenen Kreis 1 zu liefern. Dementsprechend kann die Wärmesammeleinrichtung betrieben werden, während Energieverbrauch eingespart und Betriebskosten reduziert werden können.
Ferner ist die Auslassrohrleitung 1c mit einer Abzweigrohrleitung 12 versehen, so dass die Leitung 1c und die Leitung 12 parallel verbunden sind; auf einem Teilweg der Abzweigrohrleitung 12 ist ein Akkumulationsbehälter 13 vorgesehen, so dass ein Teil des durch die Auslassrohrleitung 1c strömenden CO₂-Fluids w akkumuliert wird. Durch Einstellen der Menge an in dem Akkumulationsbehälter 13 akkumulierten CO₂-Fluid w kann die Zirkulation des CO₂-Fluids w in dem geschlossenen Kreis 1 stabilisiert werden.
Ferner kann, wenn der Gehalt an Dimethylether in dem CO₂-Fluid zwischen 1 und 35% in Mol gegenüber dem Gehalt von CO₂ liegt, die Siedetemperatur des Fluids w höher als die Siedetemperatur des reinen CO₂-Fluids sein. Dementsprechend kann das Kondensierungstemperaturniveau bezüglich des CO₂-Fluids w höher sein. Dementsprechend kann das CO₂-Fluid w leicht kondensieren und sich die Flüssigkeitshöhe H ohne Problem bilden, selbst wenn das Temperaturniveau des Zirkulationszyklus bezüglich des CO₂-Fluids w steigt. So kann die natürliche Zirkulation bezüglich des CO₂-Fluids sicher durchgeführt werden.
Zusätzlich kann, wenn das CO₂-Fluid w den Dimethylethergehalt aufweist, das Druckniveau des CO₂-Fluids reduziert sein; und die Rohre für das CO₂-Fluid können von einer Spezifikation für niedrigeren Druck sein. Außerdem können sich die Herstellungskosten reduzieren.
Ferner ist am oberen Sammelrohr 28, das das Auslassteil des Solarwärmekollektors 2 darstellt, der Temperatursensor 7 zum Erfassen der Temperatur des CO₂-Fluids w vorgesehen, so dass die Öffnung des Flussregelungsventils 9 auf Basis des von dem Temperatursensor 7 erfassten Messwerts reguliert wird; oder die Sonneneinstrahlungsintensitätsmesseinrichtung 8 zum Messen der Intensität von Sonneneinstrahlung bezüglich des auf den Solarwärmekollektor 2 einstrahlenden Sonnenlichts ist bereitgestellt, so dass die Öffnung des Flussregelungsventils 9 auf Basis des gemessenen von der Sonneneinstrahlungsintensitätsmesseinrichtung 8 erfassten Messwerts geregelt wird. Dementsprechend kann die Temperatur des CO₂-Fluids w am Auslassteil des Solarwärmekollektors 2 auf eine gewünschte Temperatur eingestellt werden. Auf diese Weise kann ein überkritischer Zustand von CO₂-Fluid w in dem Flussdurchgang 1a stabil gebildet werden. Daher kann die natürliche Zirkulation stabil durchgeführt werden; und die Wärmesammeleffizienz des Solarwärmekollektors 2 kann aufgrund der Verwendung des CO₂-Fluids w verbessert werden.
Ferner ist das Flussregelungsventil 10 sowie der Temperatursensor 11 zum Erfassen der Temperaturen des Wärmerückgewinnungsfluids f auf einem Teilweg des Rückführrohrs 5 bereitgestellt; und die Öffnung des Flussregelungsventils 10 wird durch die Steuerung 6 aufgrund der erfassten Temperaturwerte eingestellt. Dementsprechend kann die Temperatur des Wärmerückgewinnungsfluids als Reaktion auf den Verwendungszweck auf eine erwünschte Temperatur eingestellt werden. So kann selbst im Winter, wenn die Intensität von Sonneneinstrahlung begrenzt ist, Wärmerückgewinnungsfluid mit einem hohen Temperaturniveau erhalten werden.
(Zweite Ausführungsform)
Als nächstes wird anhand von 5 eine zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt. In 5 haben gleiche Komponenten oder Geräte in der zweiten Ausführungsform die gleichen Zahlen wie in der ersten Ausführungsform; und Wiederholungen von Erklärungen werden ausgelassen. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist ein Wärmerückgewinnungsteil 30 zur Gewinnung der Wärme von dem in dem Solarwärmekollektor 2 erwärmten CO₂-Fluid w vorgesehen; das Wärmerückgewinnungsteil 30 führt den Wärmetausch direkt zwischen dem CO₂-Fluid w und dem Verwendungsanwendungsobjekt, das die Wärmezufuhr benötigt, durch, und nicht indirekt über das Wärmerückgewinnungsfluid. Bis auf diesen Unterschied ist die Konfiguration der zweiten Ausführungsform die gleiche wie die der ersten Ausführungsform.
Beispielsweise ist ein Wärmeübertragungsrohr 31 des Wärmerückgewinnungsteils 30 bereitgestellt, so dass das Wärmeübertragungsrohr 31 in einem zu klimatisierenden Klimatisierungsraum r angeordnet ist; die Atmosphäre des Klimatisierungsraums r wird mit einem Ventilator 32 in Richtung des Wärmeübertragungsrohrs 31 geschickt und in dem Klimatisierungsraum r zirkuliert, so dass sich der Klimatisierungsraum r erwärmt. Oder als andere Verwendung wird das Wärmeübertragungsrohr 31 zum Schmelzen von Schnee an einem Ort, wo das Schmelzen von Schnee benötigt wird, zum Beispiel zum Schmelzen von Schnee auf der Straße in Gegenden mit kaltem Klima, indem das Wärmeübertragungsrohr 31 unter der Straße eingebettet wird, verwendet. Auf diese Weise wird bei dieser Ausführungsform ein direkter Wärmetausch zwischen dem CO₂-Fluid w und dem Verwendungsanwendungsobjekt, das die Wärmezufuhr benötigt, durchgeführt, und nicht indirekt über das Wärmerückgewinnungsfluid; dementsprechend kann die Wärmerückgewinnungseffizienz verbessert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Als nächstes wird anhand von 6 eine dritte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt. In 6 haben gleiche Komponenten oder Geräte in der dritten Ausführungsform die gleichen Zahlen wie in der ersten Ausführungsform; und Wiederholungen von Erklärungen werden ausgelassen.
Im Folgenden werden die unterschiedlichen Punkte dieser Ausführungsform von der ersten Ausführungsform erklärt. Wie in 6 gezeigt wird in dem Wärmetauscher 33 ein indirekter Wärmetausch zwischen dem CO₂-Fluid w und dem Wärmerückgewinnungsfluid durchgeführt; ein Akkumulationsreservoir 41 zum Akkumulieren des Wärmerückgewinnungsfluids ist mit dem Rückführventil 5 verbunden, durch das das Wärmerückgewinnungsfluid, das die in dem CO₂-Fluid w enthaltene Wärme gewinnt, befördert wird. So wird das Wärmerückgewinnungsfluid, das die gewonnene Wärme hält, in dem Akkumulationsreservoir 41 akkumuliert. Die Trennwände des Akkumulationsreservoirs 41 sind mit Wärmeisolierungsmaterial konfiguriert, so dass das Akkumulationsreservoir 41 Wärmeisoliereigenschaften aufweist. Wenn das Hochtemperatur-Wärmerückgewinnungsfluid, das die Wärme von der Solarwärmekollektorseite erhält, tagsüber in dem Akkumulationsreservoir 41 akkumuliert wird, kann die in dem Wärmerückgewinnungsfluid f akkumulierte Wärme nachts verwendet werden.
Ferner ist eine Absorptionskühlmaschine 42 vorgesehen, so dass das in dem Akkumulationsreservoir 41 akkumulierte Wärmerückgewinnungsfluid der Absorptionskühlmaschine 42 zugeführt wird. Die Temperatur des in dem Akkumulationsreservoir 41 akkumulierten Wärmerückgewinnungsfluids f ist hoch; dementsprechend kann, wenn das Wärmerückgewinnungsfluid f der Absorptionskühlmaschine 42 zugeführt wird, die in dem Wärmerückgewinnungsfluid f akkumulierte Wärme zur Klimatisierung während des Sommers angewendet werden. Wird Trinkwasser, wie z. B. Stadtwasser, als das Wärmerückgewinnungsfluid f verwendet, so kann die in dem Wärmerückgewinnungsfluid f akkumulierte Wärme auch für die Heißwasserversorgung verwendet werden. Ferner kann die in dem Wärmerückgewinnungsfluid f akkumulierte Wärme für eine Heizungsanlage im Winter, eine Heizungsanlage für ein Gewächshaus aus Kunststoff, als zusätzliche Wärmequelle für einen warmen Swimmingpool oder eine Schneeschmelzanlage für eine Gegend mit kaltem Klima verwendet werden. Wenn die Hochtemperatur-Wärmerückgewinnung, die beispielsweise für eine Heißwasserversorgung verwendet wird, erwünscht ist, dann ist es vorzuziehen, ein Vakuumwärmeisolierverfahren mittels des Doppelrohrprinzips für den Solarwärmekollektor sowie ein Wärmetauschverfahren vom Gegenfluss-Typ für den Wärmetauscher 3, wie oben beschrieben, anzuwenden.
Auf diese Weise können erfindungsgemäß die vorteilhaften Auswirkungen, wie sie in Bezug auf die dritte Ausführungsform beschrieben sind, zusätzlich zu den in Bezug auf die erste Ausführungsform beschriebenen vorteilhaften Auswirkungen erzielt werden.
(Beispiele)
Als nächstes werden nun anhand von 7 und 8 praktisch ausgeführte Beispiele gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. 7 zeigt die Betriebsbedingungen hinsichtlich der ersten Ausführungsform; 8 zeigt die erhaltenen Experimentdaten. Zusätzlich wurden die Experimente an schönen Tagen während einer Winterjahreszeit (von Januar bis März) abgehalten, und die beschriebenen Daten zeigen gemittelte Werte in Bezug auf die Experimente. Ferner wurde als Wärmerückgewinnungsfluid f Wasser verwendet. Aus 8 wird ersichtlich, dass hohe Wärmesammeleffizienz und Wärmerückgewinnungsraten von mehr als 80% erhalten wurden.
Zusätzlich kann, wenn das CO₂-Fluid, das Dimethylether mit dem CO₂ enthält, verwendet wird, die Kondensierungstemperatur im Vergleich zu dem Fall, wo CO₂-Fluid mit reinem Kohlendioxid CO₂ verwendet wird, verbessert sein; dementsprechend kann sich leicht der Flüssigkeitshöhendruck bilden. Ferner ist die Wärmerückgewinnungsrate, wenn Wasser als das CO₂-Fluid verwendet wird, so hoch wie das Niveau von 60%; andererseits kann, wenn das CO₂-Fluid, das Dimethylether enthält, als das CO₂-Fluid (als das den geschlossenen Kreis 1 zirkulierende Fluid) verwendet wird, die Wärmerückgewinnungsrate zu einem höheren Niveau auf mehr als 80% verbessert werden.
9 zeigt ein Diagramm, das die durch das an einem schönen Tag während einer Winterjahreszeit (Februar) abgehaltene Experiment erhaltenen Experimentdaten zeigt; und 9 zeigt das Messergebnis in Bezug auf die von dem Solarwärmekollektor 2 gesammelte Wärmemenge (pro 1,5 m²) sowie die Intensität von auf den Solarwärmekollektor 2 einstrahlender Sonneneinstrahlung. Das Experiment begann nach 10 Uhr morgens und wurde bei einer Atmosphäre von 8 bis 16°C abgehalten. Aus 9 ist ersichtlich, dass die Menge an gesammelter Wärme im Gegensatz zur Intensität der Sonneneinstrahlung ein hohes Niveau erreicht.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der geschlossene Kreis, in dem das CO₂ Fluid als das Arbeitsfluid, das CO₂ als Hauptbestandteil enthält, zirkuliert, gebildet. In dem geschlossenen Kreis wird natürliche Zirkulation in Bezug auf das CO₂-Fluid durchgeführt; so kann man auf Leistung zum Zirkulieren des Fluids verzichten; und ein Solarwärmesammelmittel zu niedrigen Herstellungskosten sowie mit hoher Wärmesammelkapazität kann realisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004-263944 [0004, 0007]

Claims

Solarwärmesammelverfahren zum Sammeln von Solarwärme unter Verwendung eines Arbeitsfluids, welches im Folgenden CO₂-Fluid genannt wird, CO₂ als Hauptbestandteil des CO₂-Fluids enthält und in einem geschlossenen Kreis zirkuliert, wobei der geschlossene Kreis mit einem Solarwärmekollektor, der Solarwärme sammelt, sowie einem Wärmetauscher versehen ist, der mit einem Wärmeübertragungsrohr versehen ist, durch das das CO₂-Fluid strömt, wobei die Solarwärme von dem in dem geschlossenen Kreis zirkulierenden CO₂-Fluid gesammelt wird, wobei die in dem CO₂-Fluid gesammelte Solarwärme durch den Wärmetauscher zurückgewonnen wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bilden eines Flüssigkeitskopfes auf einer CO₂-Fluidauslassseite des Wärmeübertragungsrohrs innerhalb des in dem geschlossenen Kreis bereitgestellten Wärmetauschers derart zwischen der Position einer Einlassseite des Wärmeübertragungsrohrs und der Position der Auslassseite des Wärmeübertragungsrohrs ein Höhenunterschied besteht, wobei die erstere Position höher als die letztere Position liegt; und Versetzen des CO₂-Fluids an einer Auslassseite des Solarwärmekollektors in einen überkritischen Zustand derart, dass die vorn Solarwärmekollektor gesammelte Solarwärme das CO₂-Fluid erwärmt, wobei das CO₂-Fluid an der Auslassseite des Solarwärmekollektors in den überkritischen Zustand übertritt, wobei in dem geschlossenen Kreis eine natürliche Zirkulation des CO₂-Fluids erzeugt wird.
Solarwärmesammelverfahren nach Anspruch 1, wobei der geschlossene Kreis nicht mit einer Einrichtung; die eine physikalisch erzwungene Flusszirkulation durchführt, die einen Kompressionsprozess und/oder einen Auftriebsarbeitsprozess hinsichtlich des CO₂-Fluids in dem geschlossenen Kreis begleitet, versehen ist.
Solarwärmesammelverfahren nach Anspruch 1, wobei das CO₂-Fluid in einem Wärmesammelrohr des Solarwärmekollektors nach oben strömt, wobei das Wärmesammelrohr derart geneigt ist, dass eine stromabwärts gelegene Seite des Wärmesammelrohrs zumindest für einen Abschnitt, wo das CO₂-Fluid in den überkritischen Zustand erhitzt wird, höher als eine stromaufwärts gelegene Seite liegt.
Solarwärmesammelverfahren nach Anspruch 1, ferner die folgenden Schritte umfassend: Erfassen, ob sich das CO₂-Fluid in dem überkritischen Zustand befindet, durch einen Detektor, der in dem geschlossenen Kreis auf der Auslassseite des Solarwärmekollektors angeordnet ist; Einstellung, aufgrund eines Ergebnisses des Erfassungsschritts einer Öffnung eines Stromregelungsventils, das in dem geschlossenen Kreis zwischen der Auslassseite des Solarwärmekollektors und einer Einlassseite des Wärmetauschers vorgesehen ist, wobei der überkritische Zustand des CO₂-Fluids in dem geschlossenen Kreis auf der Auslassseite des Solarwärmekollektors aufrechterhalten wird.
Solarwärmesammelverfahren nach Anspruch 4, wobei die Erfassungseinrichtung eine Einrichtung zum Erfassen der von dem Solarwärmekollektor gesammelten Wärmemenge und/oder eine Einrichtung zum Erfassen einer Temperatur und/oder eines Drucks des CO₂-Fluids an dem CO₂-Fluid-Auslass des Solarwärmekollektors in dem geschlossenen Kreis ist.
Solarwärmesammelverfahren nach Anspruch 1, wobei das CO₂-Fluid CO₂ und Dimethylether umfasst, wobei der Gehalt an Dimethylether zwischen 1 und 35% in Mol gegenüber dem Gehalt an CO₂ liegt.
Solarwärmesammelverfahren nach Anspruch 1, wobei das CO₂-Fluid CO₂ und natürliches Kohlenwasserstoff-Kühlmittel umfasst, wobei der Gehalt an Kohlenwasserstoff zwischen 1 und 35% in Mol gegenüber dem Gehalt an CO₂ liegt.
Solarwärmesammelverfahren zum Sammeln von Solarwärme unter Verwendung eines Arbeitsfluids, welches im Folgenden CO₂-Fluid genannt wird und CO₂ als Hauptbestandteil des CO₂-Fluids enthält, wobei die Einrichtung Folgendes umfasst: einen geschlossenen Kreis, in dem das CO₂-Fluid zirkuliert, einen Solarwärmekollektor, der mittels in dem geschlossenen Kreis gesammelter Solarwärme das in dem geschlossenen Kreis zirkulierende CO₂-Fluid erwärmt; und einen Wärmetauscher, der ein Wärmeübertragungsrohr umfasst, durch das das CO₂-Fluid strömt, und über den die in dem CO₂-Fluid gesammelte Solarwärme zurückgewonnen wird, wobei ein Flüssigkeitskopf auf einer CO₂-Fluidauslassseite des Wärmeübertragungsrohrs innerhalb des in dem geschlossenen Kreis bereitgestellten Wärmetauschers derart gebildet ist, dass zwischen der Position einer Einlassseite des Wärmeübertragungsrohrs und der Position der Auslassseite des Wärmeübertragungsrohrs ein Höhenunterschied besteht, wobei die erstere Position höher als die letztere Position liegt; wobei das CO₂-Fluid an der Auslassseite des Solarwärmekollektors derart in einen überkritischen Zustand versetzt wird, dass die vom Solarwärmekollektor gesammelte Solarwärme das CO₂-Fluid erwärmt, wobei das CO₂-Fluid an der Auslassseite des Solarwärmekollektors in den überkritischen Zustand übertritt, um so in dem geschlossenen Kreis eine natürliche Zirkulation des CO₂-Fluids zu erzeugen.
Solarwärmesammelverfahren nach Anspruch 8, wobei der Solarwärmekollektor ein Wärmesammelrohr umfasst, wobei das Wärmesammelrohr derart geneigt ist, dass eine stromabwärts gelegene Seite zumindest für einen Abschnitt, wo das CO₂-Fluid in den überkritischen Zustand erhitzt wird, höher als eine stromaufwärts gelegene Seite liegt, so dass das CO₂-Fluid von einer Unterseite des Solarwärmekollektors und aus der Oberseite strömt, wobei das Wärmeübertragungsrohr des Wärmetauschers derart geneigt ist, dass sich eine stromabwärts gelegene Seite niedriger als eine stromaufwärts gelegene Seite befindet, so dass das CO₂-Fluid von einer Oberseite des Wärmetauscher und aus einer Unterseite strömt.
Solarwärmesammelverfahren nach Anspruch 9, wobei ein Höhenniveau des Wärmetauschers gleich dem Höhenniveau, oder größer als das Höhenniveau, des Solarwärmekollektors bezüglich der Schwerkraftrichtung ist.
Solarwärmesammelverfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: eine Erfassungseinrichtung, die eine Temperatur des CO₂-Fluids, das den Wärmetauscher betritt, eine Temperatur des CO₂-Fluids, das aus dem Wärmetauscher herausströmt und/oder eine Temperatur eines Wärmerückgewinnungsfluids, das aus dem Wärmetauscher herausströmt, erfasst; ein Einlassrohr, durch das das Wärmerückgewinnungsfluid den Wärmetauscher betritt; ein Auslassrohr, durch das das Wärmerückgewinnungsfluid aus dem Wärmetauscher heraus strömt; ein Stromregelungsventil, das in dem Einlassrohr und/oder dem Auslassrohr angeordnet ist, und eine Steuerung, die eine Öffnung des Stromregelungsventils aufgrund der von der Erfassungseinrichtung gemessenen Temperaturwerte einstellt.
Solarwärmesammelverfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: eine Abzweigrohrleitung, die parallel mit dem geschlossenen Kreis eines Auslassteils des Wärmetauschers verbunden ist; und einen Akkumulierungsbehälter, der das verflüssigte CO₂-Fluid über Öffnungs-und-Schließungs-Ventile akkumuliert, die in der Abzweigrohrleitung vorgesehen sind, wobei die Flüssigkeitshöhe hinsichtlich des CO₂-Fluids durch Einstellen einer Menge an in dem Akkumulierungsbehälter akkumulierten CO₂-Fluid eingestellt werden kann.
Solarwärmesammelverfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei jedes Wärmesammelrohr, durch das das CO₂-Fluid in den Solarwärmekollektor strömt, innerhalb eines Vakuumbehälters angeordnet wird.