Geräte und Verfahren, die der vorliegenden Erfindung entsprechen, betreffen das Überhitzen eines Arbeitsfluids, wobei das überhitzte Arbeitsmedium in einen Kondensator einer Klimaanlage geleitet wird, wobei insbesondere zur Überhitzung des Arbeitsfluids vor der Einleitung in den Kondensator Solarenergie verwendet wird.Apparatus and methods consistent with the present invention relate to overheating a working fluid, wherein the superheated working fluid is directed into a condenser of an air conditioning system, in particular using solar energy to superheat the working fluid prior to introduction into the condenser.
Klimaanlagen, die heute auf dem Markt sind, verwenden zur Verdichtung eines Arbeitsfluids, wie z. B. eines Kältemittels, einen Verdichter, der die Moleküle des Arbeitsfluid dichter zusammenpackt und die Energie und Temperatur des Arbeitsfluids erhöht. Wie in 1 dargestellt, gelangt das Arbeitsfluid bei Klimaanlagen (100) der verwandten Technik als kaltes Niederdruckgas in den Verdichter (101). Der Verdichter (101) wird elektrisch angetrieben, um das Arbeitsfluid mechanisch zu verdichten, und das Verdichten bewirkt, dass die Moleküle des Arbeitsfluid dichter zusammengepackt sind. Je dichter die Moleküle des Arbeitsfluids zusammengepackt sind, je höher sind die Energie und die Temperatur des Arbeitsfluids.Air conditioning systems that are on the market today, use for the compression of a working fluid, such. A refrigerant, a compressor that packs the molecules of the working fluid closer together and increases the energy and temperature of the working fluid. As in 1 shown, the working fluid passes in air conditioners ( 100 ) of the related art as cold low pressure gas in the compressor ( 101 ). The compressor ( 101 ) is electrically driven to mechanically compress the working fluid and the compression causes the molecules of the working fluid to be packed closer together. The closer the molecules of the working fluid are packed together, the higher the energy and temperature of the working fluid.
Nach dem Verdichten verlässt das Arbeitsfluid den Verdichter (101) als heißes Hochdruckgas und strömt in einen Kondensator (102). Das Gas gelangt in den Kondensator (102), beginnt sich abzukühlen und geht im unteren Drittel der Windungen des Kondensators (102) wieder in den flüssigen Zustand über. Wenn das Arbeitsfluid den Kondensator (102) in halbflüssigem Zustand verlässt, ist seine Temperatur sehr viel niedriger und es ist unter Hochdruck von einem gasförmigen in einen halbflüssigen Zustand übergegangen. In diesem halbflüssigen Zustand wird es durch eine Dosiervorrichtung (103), welche die entsprechende Abgabemenge des halbflüssigen Arbeitsfluids reguliert, in einen Verdampfer (104) geleitet. In dem Verdampfer (104) fällt der Druck des halbflüssigen Arbeitsfluids und es beginnt zu verdampfen. Indem das halbflüssige Arbeitsfluid in den gasförmigen Zustand übergeht und verdampft, wird der Umgebungsluft Wärme entzogen. Diese Wärme wird zum Trennen der Moleküle des Arbeitsfluids bei seinem Übergang von einem halbflüssigen in einen gasförmigen Zustand benötigt. Sobald das Arbeitsfluid den Verdampfer (104) verlässt, ist es ein kaltes Niederdruckgas. Anschließend strömt das Arbeitsfluid als kaltes Niederdruckgas in den Verdichter (101) zurück und der Kreislauf beginnt von vorn.After compression, the working fluid leaves the compressor ( 101 ) as a hot high-pressure gas and flows into a condenser ( 102 ). The gas enters the condenser ( 102 ) begins to cool and goes in the lower third of the turns of the capacitor ( 102 ) again into the liquid state. When the working fluid is the condenser ( 102 ) leaves in a semi-liquid state, its temperature is much lower and it has gone from a gaseous to a semi-liquid state under high pressure. In this semi-liquid state, it is passed through a metering device ( 103 ), which regulates the corresponding discharge amount of the semi-liquid working fluid, into an evaporator ( 104 ). In the evaporator ( 104 ), the pressure of the semi-liquid working fluid drops and it starts to evaporate. As the semi-liquid working fluid passes into the gaseous state and evaporates, heat is removed from the ambient air. This heat is needed to separate the molecules of the working fluid as they transition from a semi-liquid to a gaseous state. Once the working fluid is the evaporator ( 104 ) It is a cold low pressure gas. Subsequently, the working fluid flows as a cold low pressure gas in the compressor ( 101 ) and the cycle starts again.
In der in 1 dargestellten Klimaanlage wird ein Gebläse (nicht dargestellt) benutzt, um die von den Windungen des Kondensators (102) abgegebene Warmluft nach außen abzuleiten, während die von den Windungen des Verdampfers (104) abgegebene Kaltluft in den zu kühlenden Raum geblasen wird.In the in 1 A fan (not shown) is used to control the temperature of the windings of the condenser (FIG. 102 ) to dissipate discharged warm air to the outside, while that of the turns of the evaporator ( 104 ) discharged cold air is blown into the room to be cooled.
Das Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck wird als Arbeitsfluid in den Verdichter (101) geleitet. Unterschiedliche Kältemittel haben unterschiedliche Temperaturpunkte und Eigenschaften, wenn sie in einer Klimaanlage (100) nach der verwandten Technik eingesetzt werden. Bei der Klimaanlage (100) der verwandten Technik dient der Verdichter (101) dazu, den Druck auf das gasförmige Arbeitsfluid zu erhöhen, um es somit zu Erhitzen und das erhitzte Arbeitsfluid in den Kondensator (102) zu befördern, wo es – nachdem das Arbeitsfluid es die Windungen des Kondensators (102) durchströmt hat – in den halbflüssigen Zustand übergeht. Wie in 2 dargestellt, wird das Arbeitsfluid als heißes Hochdruckgas in den außerhalb angeordneten, oberen Bereich der Windungen des Kondensators (102) (d. h. die Kühlschlange) befördert. Die über die Windungen geblasene Luft kondensiert das Arbeitsfluid vom gasförmigen in einen halbflüssigen Zustand, und bei diesem Übergang wird Wärme an die Außenluft abgegeben.The low-temperature, low-pressure refrigerant is introduced into the compressor as working fluid ( 101 ). Different refrigerants have different temperature points and properties when used in an air conditioner ( 100 ) are used according to the related art. In the air conditioner ( 100 ) of the related art, the compressor ( 101 ) to increase the pressure on the gaseous working fluid so as to heat it and the heated working fluid into the condenser ( 102 ), where - after the working fluid has passed it the turns of the capacitor ( 102 ) flows through - goes into the semi-liquid state. As in 2 shown, the working fluid is arranged as a hot high-pressure gas in the outside, upper portion of the windings of the capacitor ( 102 ) (ie the cooling coil). The air blown over the windings condenses the working fluid from the gaseous to a semi-liquid state, and heat is transferred to the outside air at this transition.
Der Übergang des Arbeitsfluids vom gasförmigen in den halbflüssigen Zustand beginnt üblicherweise etwa nach zwei Dritteln der Strecke in den Windungen des Kondensators (102). Folglich wird bei der Klimaanlage (100) nach der verwandten Technik nur ein Teil des Gases in einen flüssigen Zustand überführt, so dass das Arbeitsfluid die Form eines gesättigten Dampfes hat (halbflüssig), wenn es die Dosiervorrichtung (103) erreicht. Das Arbeitsfluid wird als Sattdampf in die Dosiervorrichtung (103) geleitet.The transition of the working fluid from the gaseous to the semi-liquid state usually begins about two-thirds of the way in the turns of the capacitor ( 102 ). Consequently, in the air conditioner ( 100 ) converts only part of the gas into a liquid state according to the related art, so that the working fluid has the form of a saturated vapor (semi-liquid) when the metering device ( 103 ) reached. The working fluid is added as saturated steam into the metering device ( 103 ).
Obwohl der Kondensator (102) bei der Klimaanlage (100) der verwandten Technik vergrößert werden kann, damit der Druck und die Temperatur des Arbeitsfluids beim Verdichten erhöht werden, ist es nicht sehr praktisch, einen Super-Verdichter oder einen überdimensionale Kühlschlange zu verwenden, da dies einen zu hohen Stromverbrauch, hohe Gerätekosten und eine unerwünschte Größe der Geräte zur Folge hat.Although the capacitor ( 102 ) in the air conditioner ( 100 ) of the related art can be increased to increase the pressure and temperature of the working fluid in compression, it is not very practical to use a super-compressor or an oversized cooling coil, because this is too high power consumption, high equipment costs and an undesirable Size of the devices.
Wie in 3 dargestellt, gelangt das Arbeitsfluid die Dosiervorrichtung (103) und wird in kaltem, halbflüssigem Zustand in den Verdampfer (104) geleitet. Warmluft aus dem Innern des Hauses bringt das kalte Arbeitsfluid zum Sieden und Verdampfen, so dass es in einen gasförmigen Zustand übergeht. Wenn das Arbeitsfluid siedet, wird bei diesem Prozess viel Wärme absorbiert. Dies wird als latente Verdampfungswärme bezeichnet, die eine sehr effiziente Wärmeübertragung ermöglicht. Aufgrund seiner Eigenschaft, bei atmosphärischem Druck gasförmig zu sein, seiner Fähigkeit, viel Wärme zu absorbieren, wenn es siedet, und viel Wärme abzugeben, wenn es kondensiert, eignet sich das Arbeitsfluid sehr gut als Material für die Wärmeübertragung. Die Warmluft aus dem Innern des Hauses wird angesaugt und strömt durch die Windungen des Verdampfers (104), wo sie abkühlt, und die kühlere Luft wird dann zurück ins Haus geleitet. Folglich bewirkt das Verdampfen des halbflüssigen Arbeitsfluids bei einem sehr niedrigen Siedepunkt, dass die Wärme aus der Warmluft im Haus abgeleitet wird.As in 3 illustrated, the working fluid passes the metering device ( 103 ) and is in cold, semi-liquid state in the evaporator ( 104 ). Warm air from inside the house causes the cold working fluid to boil and evaporate, leaving it in a gaseous state. When the working fluid boils, much heat is absorbed in this process. This is called latent heat of vaporization, which allows a very efficient heat transfer. Because of its ability to be gaseous at atmospheric pressure, its ability to absorb much heat as it boils, and to give off much heat as it condenses, the working fluid is very well suited as a material for heat transfer. The hot air from the inside of the house is sucked in and flows through the windings of the evaporator ( 104 ) where it cools and the cooler air is then sent back to the house. Consequently, the evaporation of the semi-liquid working fluid at a very low boiling point causes the heat to be dissipated from the warm air in the house.
Die Klimaanlage (100) der verwandten Technik ist so entworfen, dass nur ein relativ kleiner Teil des gasförmigen Arbeitsfluids in den flüssigen Zustand übergeht, so dass das Arbeitsfluid, wenn es in die Dosiervorrichtung (103) gelangt, die Form eines Sattdampfes (halbflüssig) hat. Bei dieser Klimaanlage (100) der verwandten Technik muss der Verdichter (101) ein Volumen des Arbeitsfluids als Sattdampf unter Hochdruck an den Kondensator (102) liefern. Das Volumen des Arbeitsfluids bei der Klimaanlage (100) der verwandten Technik beeinträchtigt die Leistung der Anlage hinsichtlich der Wärmeableitung. Die Temperatur und der Druck des gasförmigen Arbeitsfluids, das den Kondensator (102) erreicht, haben einen direkten Einfluss auf die Eigenschaften des Arbeitsfluids am Auslass des Kondensators (102): Je höher die Temperatur und der Druck des Gases am Einlass des Kondensators (102) sind, desto kälter und flüssiger ist das Arbeitsfluid, das den Kondensator (102) verlässt. Das heißt, je heißer das Gas am Einlass des Kondensators (102) ist, desto höher ist der Anteil des Gases, das unter Hochdruck in den flüssigen Zustand überführt wird.The air conditioner ( 100 ) of the related art is designed so that only a relatively small part of the gaseous working fluid changes to the liquid state, so that the working fluid, when it enters the metering device ( 103 ), which has the form of a saturated steam (semi-liquid). In this air conditioner ( 100 ) of the related art, the compressor ( 101 ) a volume of the working fluid as saturated steam under high pressure to the condenser ( 102 ) deliver. The volume of working fluid in the air conditioner ( 100 ) of the related art degrades the performance of the plant in terms of heat dissipation. The temperature and pressure of the gaseous working fluid, which is the condenser ( 102 ) have a direct influence on the properties of the working fluid at the outlet of the condenser ( 102 ): The higher the temperature and the pressure of the gas at the inlet of the condenser ( 102 ), the colder and more fluid is the working fluid which is the condenser ( 102 ) leaves. That is, the hotter the gas at the inlet of the condenser ( 102 ), the higher the proportion of the gas which is converted into the liquid state under high pressure.
Der Verdichter (101) der Klimaanlage (100) der verwandten Technik ist durch die Höhe der Druckbeaufschlagung begrenzt, die er praktisch zur Verfügung stellen kann. Wegen des begrenzten Druckes ist folglich auch die Temperatur des Arbeitsfluids, das den Verdichter (101) verlässt, auf eine relativ niedrige Temperatur begrenzt.The compressor ( 101 ) of the air conditioner ( 100 ) of the related art is limited by the amount of pressurization that it can provide in practice. Because of the limited pressure, consequently, the temperature of the working fluid which is the compressor ( 101 ) leaves, limited to a relatively low temperature.
Beispielhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung überwinden die obigen Nachteile und viele nicht oben beschriebenen Nachteile. Die vorliegende Erfindung muss die oben beschriebenen Nachteile jedoch nicht zwangsläufig überwinden, und es ist möglich, dass eine beispielhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eines der oben beschriebenen Probleme nicht überwindet.Exemplary embodiments of the present invention overcome the above disadvantages and many disadvantages not described above. However, the present invention need not necessarily overcome the disadvantages described above, and it is possible that an exemplary embodiment of the present invention will not overcome one of the problems described above.
Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen eine Solarklimaanlage, die ein Arbeitsfluid überhitzt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Arbeitsfluid als überhitztes Hochdruckgas in einen Kondensator einer Solarklimaanlage geleitet.Aspects of the present invention relate to a solar air conditioning system that overheats a working fluid. According to one aspect of the present invention, the working fluid is passed as a superheated high pressure gas into a condenser of a solar air conditioning system.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Arbeitsfluid mittels Strahlungsenergie der Sonne überhitzt und dann direkt in den Kondensator geleitet.According to another aspect of the present invention, the working fluid is overheated by radiant energy of the sun and then passed directly into the condenser.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Arbeitsfluid mittels eines Solarkollektors überhitzt. Der Solarkollektor kann mit mindestens einer Vakuumröhre gebaut sein.According to another aspect of the invention, the working fluid is overheated by means of a solar collector. The solar collector can be built with at least one vacuum tube.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Solarklimaanlage bereitgestellt, die einen Verdichter, einen Solarkollektor, einen Kondensator und einen Verdampfer umfasst.According to an exemplary embodiment of the present invention, there is provided a solar air conditioning system comprising a compressor, a solar collector, a condenser, and an evaporator.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Solarklimaanlage bereitgestellt, die einen Verdichter umfasst, der ein Arbeitsfluid verdichtet, einen mit dem Verdichter verbundenen Solarkollektor, der das verdichtete Arbeitsfluid erhitzt, einen mit dem Solarkollektor verbundenen Kondensator, der das erhitzte Arbeitsfluid kondensiert, und einen Verdampfer, der zwischen dem Kondensator und dem Verdichter angeordnet ist, wobei der Verdampfer das kondensierte Arbeitsfluid verdampft.According to another aspect of the present invention, there is provided a solar air-conditioning system including a compressor that compresses a working fluid, a solar collector connected to the compressor that heats the compressed working fluid, a condenser connected to the solar collector that condenses the heated working fluid An evaporator disposed between the condenser and the compressor, wherein the evaporator vaporizes the condensed working fluid.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst der Solarkollektor mindestens eine Vakuumröhre, die das verdichtete Arbeitsfluid erhitzt, wobei das verdichtete Arbeitsfluid erhitzt wird, während es in einem Innenraum der mindestens einen Vakuumröhre fließt.According to another aspect of the present invention, the solar collector comprises at least one vacuum tube that heats the compressed working fluid, wherein the compressed working fluid is heated while flowing in an interior space of the at least one vacuum tube.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung empfängt die mindestens eine Vakuumröhre Strahlungsenergie von der Sonne, erzeugt mittels der Strahlungsenergie Wärme und überträgt die Wärme mittels einer Wärmeträgerflüssigkeit an das in dem Innenraum der mindestens einen Vakuumröhre fließende verdichtete Arbeitsfluid.According to a further embodiment of the present invention, the at least one vacuum tube receives radiant energy from the sun, generates heat by means of the radiant energy, and transfers the heat by means of a heat transfer fluid to the compressed working fluid flowing in the interior of the at least one vacuum tube.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erhält man eine korrekte Füllung der Solarklimaanlage, wenn ein Druck P des Arbeitsfluids gemäß der idealen Gasgleichung, PV = nRT, ausgeglichen wird, wobei V einem Volumen des eines abgedichteten Raumes entspricht, in dem das Arbeitsfluid zirkuliert, n entspricht einer Menge des Arbeitsfluids, das in der Solarklimaanlage vorhanden ist, R ist die universelle Gaskonstante und T ist die Temperatur des Arbeitsfluids.According to another embodiment of the present invention, a correct filling of the solar air conditioning system is obtained when a pressure P of the working fluid is equalized according to the ideal gas equation, PV = nRT, where V corresponds to a volume of a sealed space in which the working fluid circulates, n corresponds to an amount of the working fluid present in the solar air conditioning system, R is the universal gas constant and T is the temperature of the working fluid.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Solarkollektor bereitgestellt, der ein Einlassrohr umfasst, welches das Arbeitsfluid aufnimmt, mindestens ein u-Rohr, das an einem ersten Ende das Arbeitsfluid von dem Einlassrohr aufnimmt, ein Auslassrohr, welches das Arbeitsfluid von einem zweiten Ende des mindestens einen u-Rohres aufnimmt, und mindestens eine Vakuumröhre, die das Arbeitsfluid erhitzt, wobei das Arbeitsfluid erhitzt wird, während es in einem Innenraum der mindestens einen Vakuumröhre fließt, und wobei das mindestens eine u-Rohr so gestaltet ist, das es sich in dem Innenraum der mindestens einen Vakuumröhre erstreckt.According to another aspect of the present invention, there is provided a solar collector comprising an inlet tube receiving the working fluid, at least one u-tube receiving the working fluid from the inlet tube at a first end, an outlet tube containing the working fluid from a second end of the at least one u-tube, and at least one vacuum tube which heats the working fluid, the working fluid being heated while flowing in an interior of the at least one vacuum tube, and wherein the at least one u-tube is designed so that it extends in the interior of the at least one vacuum tube.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Innenraum der mindestens einen Vakuumröhre mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt und das mindestens eine u-Rohr wird in die Wärmeträgerflüssigkeit eingetaucht.According to a further embodiment of the present invention, the interior of the at least one vacuum tube is filled with a heat transfer fluid and the at least one u-tube is immersed in the heat transfer fluid.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, nach dem ein Arbeitsfluid in einem geschlossenen Kreislauf in einer Solarklimaanlage zirkuliert, wobei das Verfahren das Verdichten des Arbeitsfluids umfasst, indem die Moleküle des Arbeitsfluids zusammengepresst und dichter zusammengepackt werden, das Erhitzen des verdichteten Arbeitsfluids mittels Strahlungsenergie der Sonne, das Kondensieren des erhitzten Arbeitsfluids, indem das erhitzte Arbeitsfluid abgekühlt und von einem gasförmigen in einen flüssigen Zustand überführt wird, und das Verdampfen des kondensierten Arbeitsfluids, in dem das kondensierte Arbeitsfluid von einem flüssigen in einen gasförmigen Zustand überführt wird.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of circulating a working fluid in a closed loop in a solar air conditioning system, the method comprising compressing the working fluid by compressing and packing the molecules of the working fluid together, heating the compressed working fluid by radiant energy from the sun, condensing the heated working fluid by cooling the heated working fluid and converting it from a gaseous to a liquid state, and evaporating the condensed working fluid by converting the condensed working fluid from a liquid to a gaseous state.
Die obigen und/oder anderen Aspekte der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung der beispielhaften Ausgestaltungen in Verbindung mit den Begleitzeichnungen ersichtlicher und erkennbarer, wobei:The above and / or other aspects of the invention will become more apparent and more apparent from the following description of the exemplary embodiments, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
1 ein Blockdiagramm einer Klimaanlage der verwandten Technik ist; 1 Fig. 10 is a block diagram of a related art air conditioner;
2 eine detailliertere Ansicht des Kondensators der einer Klimaanlage der verwandten Technik in 1 ist; 2 a more detailed view of the condenser of a related art air conditioning in 1 is;
3 eine detailliertere Ansicht des Verdampfers der einer Klimaanlage der verwandten Technik in 1 ist; 3 a more detailed view of the evaporator of a related art air conditioner in 1 is;
4 ein Blockdiagramm einer Klimaanlage gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist; 4 Fig. 10 is a block diagram of an air conditioner according to an exemplary embodiment of the present invention;
5 eine detailliertere Ansicht des Solarkollektors einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist; 5 a more detailed view of the solar collector of an exemplary embodiment of the present invention;
6 eine Schnittansicht des Solarkollektors gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist; 6 a sectional view of the solar collector according to an exemplary embodiment of the present invention;
7 eine Unteransicht eines Innenbehälters des Solarkollektors gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist; 7 Figure 11 is a bottom view of an inner container of the solar collector according to an exemplary embodiment of the present invention;
8 eine Detailansicht einer Vakuumröhre gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist; 8th Fig. 11 is a detail view of a vacuum tube according to an exemplary embodiment of the present invention;
9 ein Diagramm ist, in dem der Reflexions-, Absorptionsgrad und das Emissionsvermögen des Sonnenlichts dargestellt sind, das eine Vakuumröhre gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung aufnimmt. 9 FIG. 4 is a diagram illustrating the reflectance, absorption, and emissivity of sunlight accommodating a vacuum tube according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.
Im Folgenden werden die beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung anhand der Begleitzeichnungen detailliert beschrieben, wobei gleiche Nummerierungen gleiche Komponenten bezeichnen. Nachfolgend sind die beispielhaften Ausgestaltungen zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung sowie unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.Hereinafter, the exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like numerals denote like components. The following describes the exemplary embodiments for explaining the present invention and with reference to the figures.
4 ist ein Blockdiagramm einer Klimaanlage (400) gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 dargestellt, gelangt das Arbeitsfluid als kaltes Niederdruckgas in den Solarverdichter (401). Der Solarverdichter (401) wird elektrisch angetrieben, um das Arbeitsfluid mechanisch zu verdichten, und das Verdichten hat zur Folge, dass die Moleküle des Arbeitsfluids dichter zusammengepackt werden. Je dichter die Moleküle des Arbeitsfluid zusammengepackt sind, desto höher sind die Energie und die Temperatur des Arbeitsfluids. 4 is a block diagram of an air conditioner ( 400 ) according to an exemplary embodiment of the present invention. As in 4 shown, the working fluid passes as a cold low-pressure gas in the solar compressor ( 401 ). The solar compressor ( 401 ) is electrically driven to mechanically compress the working fluid, and the compression results in the molecules of the working fluid being packed closer together. The denser the molecules of the working fluid are packed together, the higher the energy and temperature of the working fluid.
Nach dem Verdichten durch den Solarverdichter (401) verlässt das Arbeitsfluid den Solarverdichter (401) als heißes Hochdruckgas und wird in den Solarkollektor (402) geleitet. Der Solarkollektor (402) überhitzt das Arbeitsfluid, so dass die Temperatur und der Druck des Arbeitsfluids im Solarkollektor (402) weiter ansteigen, die Temperatur des Arbeitsfluids wird mittels der Strahlungsenergie der Sonne erhöht, und diese in einem geschlossenen Kreislauf absorbierte Hitze erzeugt Druck, der das Arbeitsfluid zu einem überhitzten Hochdruckgas verdichtet. In diesem Zustand kann das Arbeitsfluid die Form eines Hochtemperaturdampfes haben.After compaction by the solar compressor ( 401 ) the working fluid leaves the solar compressor ( 401 ) as a hot high-pressure gas and is injected into the solar collector ( 402 ). The solar collector ( 402 ) superheats the working fluid so that the temperature and pressure of the working fluid in the solar collector ( 402 ), the temperature of the working fluid is increased by the radiant energy of the sun, and this heat absorbed in a closed loop generates pressure which compresses the working fluid into a superheated high pressure gas. In this state, the working fluid may be in the form of high-temperature steam.
Das Arbeitsfluid verlässt den Solarkollektor (402) als überhitztes Hochdruckgas und fließt in einen Kondensator (403). Das gasförmige Arbeitsfluid gelangt in den Kondensator (403), beginnt im oberen Bereich der Windungen des Kondensators (403) abzukühlen und geht wieder in einen flüssigen Zustand über. Diese beschleunigte Kondensation ist aufgrund des Phänomens möglich, dass die Kondensation des Arbeitsfluids bei hohen Temperaturen und Drücken schneller beginnt und eine geringere Wärmeableitung für die Kondensation bei hohen Temperaturen und Drücken notwendig ist. Die hohen Temperaturen und Drücke und die größeren Temperaturunterschiede zwischen den Windungen des Kondensators (403) und der Umgebungstemperatur ermöglichen einen besseren Wärmeaustausch in dem gesamten System der Solarklimaanlage (400).The working fluid leaves the solar collector ( 402 ) as a superheated high pressure gas and flows into a condenser ( 403 ). The gaseous working fluid enters the condenser ( 403 ), begins in the upper part of the windings of the capacitor ( 403 ) and returns to a liquid state. This accelerated condensation is possible due to the phenomenon that the condensation of the working fluid at high temperatures and pressures starts faster and less heat dissipation is necessary for the condensation at high temperatures and pressures. The high temperatures and pressures and the larger temperature differences between the turns of the capacitor ( 403 ) and the ambient temperature allow a better heat exchange in the whole system of the solar air conditioning system ( 400 ).
Im Vergleich dazu ist der Temperaturunterschied zwischen den Windungen des Kondensators (102) der Klimaanlage der verwandten Technik (100) und der Umgebungstemperatur kleiner, und das gasförmige Arbeitsfluid, das in den Kondensator (102) gelangt, hat eine niedrigere Temperatur als das gasförmige Arbeitsfluid, das in den Kondensator (403) gelangt; folglich beginnt das gasförmige Arbeitsfluid in dem Kondensator (102) erst im unteren Drittel der Windungen des Kondensators (102) der Klimaanlage der verwandten Technik (100) abzukühlen und wieder in einen flüssigen Zustand überzugehen. In der Solarklimaanlage (400) wird die gesamte Windungsfläche des Kondensators (403) für den Kondensationsprozess genutzt, was einen besseren Wärmeaustausch in dem gesamten System ermöglicht.In comparison, the temperature difference between the turns of the capacitor ( 102 ) of the related art air conditioner ( 100 ) and the ambient temperature is smaller, and the gaseous working fluid entering the condenser ( 102 ) has a lower temperature than the gaseous working fluid entering the condenser ( 403 ); consequently, the gaseous working fluid in the condenser starts ( 102 ) only in the lower third of the windings of the capacitor ( 102 ) of the related art air conditioner ( 100 ) and to return to a liquid state. In the solar air conditioning system ( 400 ), the entire winding area of the capacitor ( 403 ) is used for the condensation process, allowing better heat exchange throughout the system.
Wenn das Arbeitsfluid den Kondensator (403) in einem halbflüssigen Zustand verlässt, ist seine Temperatur sehr viel niedriger und es ist bei hohem Druck vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergegangen. Das Arbeitsfluid verlässt den Kondensator (403) unter Druck in einem unterkühlten flüssigen Zustand. Da das Arbeitsfluid in der Solarklimaanlage (400) durch den Solarkollektor (402) überhitzt wird, ist es heißer und hat einen höheren Druck, wenn es in den Kondensator (403) gelangt, und verlässt den Kondensator (403) somit in einem kälteren und flüssigeren Zustand als bei dem Prozess in der Klimaanlage der verwandten Technik (100). Wegen des höheren Temperaturunterschieds zwischen dem Arbeitsfluid, das den Kondensator (403) erreicht, und der Umgebungstemperatur, wird der Wärmeaustausch in dem gesamten System der Solarklimaanlage (400) verbessert, der Kondensator (403) bewirkt, dass mehr Arbeitsfluid vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergeht, und der kältere und flüssigere Zustand des Arbeitsfluids, das in den Verdampfer (405) geleitet wird, ermöglicht es, dass bei dem Verdampfungsprozess mehr Wärme und Feuchtigkeit abgeleitet werden. Ist z. B. die Temperatur des Arbeitsfluid, das in den Kondensator (403) gelangt, 5°F höher, bewirkt dies, das in der Solarklimaanlage (400) etwa 20% mehr Feuchtigkeit abgeleitet wird.When the working fluid is the condenser ( 403 ) Leaves in a semi-liquid state, its temperature is much lower and it has gone from gaseous to liquid at high pressure. The working fluid leaves the condenser ( 403 ) under pressure in a supercooled liquid state. Since the working fluid in the solar air conditioning system ( 400 ) through the solar collector ( 402 ) is overheated, it is hotter and has a higher pressure when placed in the condenser ( 403 ) and leaves the condenser ( 403 ) thus in a colder and more liquid state than in the process in the related art air conditioner ( 100 ). Because of the higher temperature difference between the working fluid containing the condenser ( 403 ), and the ambient temperature, the heat exchange in the entire system of the solar air conditioning system ( 400 ), the capacitor ( 403 ) causes more working fluid to change from the gaseous to the liquid state, and the colder and more liquid state of the working fluid that enters the evaporator ( 405 ), allows more heat and moisture to be dissipated during the evaporation process. Is z. For example, the temperature of the working fluid flowing into the condenser ( 403 ), 5 ° F higher, causes this in the solar air conditioning ( 400 ) about 20% more moisture is dissipated.
Zudem ist auch die Temperatur des Arbeitsfluids, das den Verdampfer (405) verlässt und in den Solarverdichter (401) gelangt, niedriger als die Temperatur des Arbeitsfluids am Einlass des Verdichters (101) der Klimaanlage der verwandten Technik (100). Dies liegt daran, dass das Arbeitsfluid den Verdampfer (405).In addition, the temperature of the working fluid that is the evaporator ( 405 ) leaves and into the solar compressor ( 401 ), lower than the temperature of the working fluid at the inlet of the compressor ( 101 ) of the related art air conditioner ( 100 ). This is because the working fluid is the evaporator ( 405 ).
Darüber hinaus verringert das zusätzliche Erhitzen des Arbeitsfluids durch den Solarkollektor (402) die Arbeit des Solarverdichters (401), d. h. je mehr Energie der Solarkollektor (402) an das Arbeitsfluid überträgt, desto weniger Arbeit ist durch den Solarverdichter (401) erforderlich.Moreover, the additional heating of the working fluid by the solar collector ( 402 ) the work of the solar compressor ( 401 ), ie the more energy the solar collector ( 402 ) transfers to the working fluid, the less work is due to the solar compressor ( 401 ) required.
Das verflüssigte Arbeitsfluid wird durch eine Dosiervorrichtung (404), die die Abgabemenge des unterkühlten Arbeitsfluids in den Verdampfer (405) reguliert, in einen Verdampfer (405) geleitet. Bei der Dosiervorrichtung (404) kann es sich um eine Vorrichtung handeln, die den Druck des Arbeitsfluids verringert und reguliert, wie z. B. ein thermostatisches Expansionsventil. In dem Verdampfer (405) fällt der Druck der Flüssigkeit weiter und es beginnt, zu einem Gas zu verdampfen, da die Umgebungstemperatur höher ist als die Siedetemperatur des Arbeitsfluids. Indem die Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand übergeht und verdampft, wird der Umgebungsluft Wärme entzogen. Diese Wärme wird zum Trennen der Moleküle des Arbeitsfluids bei seinem Übergang von einer unterkühlten Halbflüssigkeit in ein Gas benötigt. Wenn das Arbeitsfluid den Verdampfer (405) verlässt, ist es ein kaltes Niederdruckgas. Anschließend wird das Arbeitsfluid als kaltes Niederdruckgas wieder in den Solarverdichter (401) geleitet, und der Kreislauf beginnt von vorne.The liquefied working fluid is passed through a metering device ( 404 ), which determines the discharge quantity of the supercooled working fluid into the evaporator ( 405 ) in an evaporator ( 405 ). In the dosing device ( 404 ) can be a device that reduces and regulates the pressure of the working fluid, such. B. a thermostatic expansion valve. In the evaporator ( 405 ), the pressure of the liquid continues to fall and it begins to vaporize to a gas, since the ambient temperature is higher than the boiling temperature of the working fluid. As the liquid passes into the gaseous state and evaporates, heat is removed from the ambient air. This heat is needed to separate the molecules of the working fluid as it passes from a supercooled semi-liquid to a gas. When the working fluid is the evaporator ( 405 ) It is a cold low pressure gas. Subsequently, the working fluid is returned to the solar compressor as cold low-pressure gas ( 401 ), and the cycle starts again.
Da zwei Wärme- und Druckquellen vorhanden sind (der Solarverdichter (401) und der Solarkollektor (402)), ist in der Solarklimaanlage (400) mehr Arbeitsfluid vorhanden als in der Klimaanlage der verwandten Technik (100). Das zusätzliche Arbeitsfluid wird zum Füllen des Volumens innerhalb der Rohre und Röhren des Solarkollektors (402) verwendet. In der Klimaanlage der verwandten Technik (100) wird die Anlage befüllt (d. h. die geeignete Menge des Kältemittel-Arbeitsfluids wird dem System zugeführt), indem die Verfahren des Überhitzens und Unterkühlens angewendet werden. Statt durch Überhitzen und Unterkühlen wird die Solarklimaanlage (400) befüllt, indem die ideale Gasgleichung angewandt wird, nach der der Zustand einer Gasmenge durch ihren Druck, ihr Volumen und ihre Temperatur bestimmt wird, d. h. PV = nRT, wobei P der Druck des Arbeitsfluids ist (z. B. in psi-Einheiten), V das Volumen eines abgedichteten Raumes, in dem das Arbeitsfluid zirkuliert, n ist die Menge des Arbeitsfluids, R ist die universelle Gaskonstante und T ist die Temperatur. Die Solarklimaanlage (400) ist korrekt befüllt, wenn der Druck entsprechend den zwei Quellen, Wärme und Druck, ausgeglichen ist (d. h. mit dem Solarverdichter (401) und dem Solarkollektor (402) und das Gesamtvolumen des Arbeitsfluids der gewünschten Befülltemperatur entspricht. Der Druck P kann von einem Punkt an der Hochdruckseite der Solarklimaanlage (400) aus gemessen werden, d. h. zwischen dem Solarkollektor (402) und dem Kondensator (403). Folglich kann die Temperatur am Einlass des Kondensators anhand der Einstellung des Druckes P (psi) des Arbeitsfluids an der Hochdruckseite geregelt werden.Since there are two heat and pressure sources (the solar compressor ( 401 ) and the solar collector ( 402 )), is in the solar air conditioning ( 400 ) more working fluid than in the related art air conditioner ( 100 ). The additional working fluid is used to fill the volume within the tubes and tubes of the solar collector ( 402 ) used. In the air conditioning of the related art ( 100 ), the plant is filled (ie, the appropriate amount of the refrigerant working fluid is supplied to the system) by using the methods of superheating and super-cooling. Instead of overheating and overcooling, the solar air conditioning system ( 400 ) by using the ideal gas equation, according to which the state of a gas quantity is determined by its pressure, its volume and its temperature, ie PV = nRT, where P is the pressure of the working fluid (eg in psi units) , V is the volume of a sealed space in which the working fluid circulates, n is the amount of working fluid, R is the universal gas constant, and T is the temperature. The solar air conditioning system ( 400 ) is correctly filled when the pressure is equalized according to the two sources, heat and pressure (ie with the solar compressor ( 401 ) and the solar collector ( 402 ) and the total volume of the working fluid corresponds to the desired filling temperature. The pressure P can be from a point on the high pressure side of the solar air conditioning system ( 400 ), ie between the solar collector ( 402 ) and the capacitor ( 403 ). Consequently, the temperature at the inlet of the condenser can be controlled by adjusting the pressure P (psi) of the working fluid at the high pressure side.
Zum Befüllen der Solarklimaanlage (400) kann eine psi-Befülltabelle verwendet werden. In dieser psi-Befülltabelle ist der gewünschte psi-Druck des Arbeitsfluids bei schwankenden Umgebungstemperaturen angegeben, wobei die Werte der psi-Befülltabelle entsprechend dem verwendeten Arbeitsfluid variieren. Demzufolge kann die Solarklimaanlage (400) in einer exemplarischen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung so befüllt werden, dass der Druck an der Hochdruckseite des Arbeitsfluids gemäß der psi-Befülltabelle eingestellt wird, die dem Typ des verwendeten Arbeitsfluids entspricht. For filling the solar air conditioning system ( 400 ) a psi filling table can be used. In this psi fill table, the desired psi pressure of the working fluid at fluctuating ambient temperatures is indicated, with the values of the psi fill table varying according to the working fluid used. As a result, the solar air conditioning system ( 400 ) in an exemplary embodiment of the present invention so that the pressure at the high pressure side of the working fluid is adjusted according to the psi filling table corresponding to the type of working fluid used.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Volumen des Arbeitsfluids in der Solarklimaanlage (400) nach dem korrekten Befüllen größer als das Volumen des Arbeitsfluids in der Klimaanlage der verwandten Technik (100), da zum Füllen des zusätzlichen Volumens der aufgrund des Solarkollektors (402) hinzugefügten Rohrleitungen zusätzliches Arbeitsfluid erforderlich ist. Dieses zusätzliche Volumen des Arbeitsfluids ist freier Kraftstoff für die Wärmeableitung, ohne dass die Kapazität oder der Energieverbrauch des Verdichters (401) erhöht worden sind. Durch das größere Volumen an Arbeitsfluid in der Solarklimaanlage (400) kann mehr Wärme abgeleitet werden, wenn die Anlage in Betrieb ist. Das Volumen des Arbeitsfluids in der Solarklimaanlage (400) gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann wesentlich größer sein als das Volumen des Arbeitsfluids in der Klimaanlage der verwandten Technik (100).According to an exemplary embodiment of the present invention, the volume of the working fluid in the solar air conditioning system ( 400 ) after the correct filling is larger than the volume of the working fluid in the related art air conditioner ( 100 ), because to fill the additional volume due to the solar collector ( 402 ) added piping additional working fluid is required. This additional volume of working fluid is free fuel for heat dissipation without the capacity or energy consumption of the compressor ( 401 ) have been increased. Due to the larger volume of working fluid in the solar air conditioning system ( 400 ) can be dissipated more heat when the system is in operation. The volume of working fluid in the solar air conditioning system ( 400 ) according to an exemplary embodiment of the present invention may be substantially greater than the volume of the working fluid in the related art air conditioner ( 100 ).
Obwohl die Solarklimaanlage (400) im Vergleich zu der Klimaanlage der verwandten Technik (100) ein größeres Volumen an Arbeitsfluid enthält, hat das Arbeitsfluid in der Solarklimaanlage (400) einen niedrigeren Druck, was die von dem Solarverdichter (401) für das Verdichten des Arbeitsfluids benötigte Energie reduziert.Although the solar air conditioning ( 400 ) compared to the related art air conditioner ( 100 ) contains a larger volume of working fluid, the working fluid in the solar air conditioning system ( 400 ) a lower pressure, which is the result of the solar compressor ( 401 ) reduces the energy required to compress the working fluid.
Die 5 ist eine Detailansicht des Solarkollektors (402) gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Wie in 5 dargestellt, umfasst der Solarkollektor eine Vielzahl von Vakuumröhren (501). Ein Einlassrohr (502) nimmt das Arbeitsfluid von dem Solarverdichter (401) auf, und das Arbeitsfluid fließt durch u-Rohre (503) der jeweiligen Vakuumröhren (501). Das Arbeitsfluid fließt von dem Einlassrohr (502) hinunter durch die u-Rohre (503) in den Vakuumröhren (501), wobei es überhitzt wird, anschließend fließt es als heißeres Gas zurück und wird dann zu einem Auslassrohr (504) geleitet. Bei dem Einlassrohr (502) und dem Auslassrohr (504) kann es sich um Kupferrohre mit einem Durchmesser von einem halben Zoll handeln, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, und bei den u-Rohren (503) kann es sich um Kupferrohre mit einem Durchmesser von drei Achteln Zoll handeln, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.The 5 is a detailed view of the solar collector ( 402 ) according to an exemplary embodiment of the present invention. As in 5 illustrated, the solar collector comprises a plurality of vacuum tubes ( 501 ). An inlet pipe ( 502 ) takes the working fluid from the solar compressor ( 401 ), and the working fluid flows through u-tubes ( 503 ) of the respective vacuum tubes ( 501 ). The working fluid flows from the inlet pipe (FIG. 502 ) down through the u-tubes ( 503 ) in the vacuum tubes ( 501 ), where it is overheated, then it flows back as a hotter gas and then becomes an outlet tube ( 504 ). At the inlet pipe ( 502 ) and the outlet pipe ( 504 ) may be copper tubes with a diameter of half an inch, but not limited thereto, and the u-tubes ( 503 ) may be three-eighth inch diameter copper tubing, but is not limited thereto.
Durch die Verwendung des Solarverdichters (401) und des Solarkollektors (402) in der Solarklimaanlage (400) wird die Last des Erhitzens des Arbeitsfluids je nach der Menge der verfügbaren Solarenergie zwischen diesen zwei Komponenten geteilt (d. h. dem Solarverdichter (401) und dem Solarkollektor (402)). Die Belastung des Solarverdichters (401) und die von diesem geleistete Arbeit können mittels der freien Energie (d. h. der von dem Solarkollektor (402) genutzten Solarenergie) verringert werden, um die in den oberen Bereich der Windungen des Kondensators (403) gelieferte Temperatur zu erhöhen, und durch das in der Solarklimaanlage (400) vorhandene zusätzliche Volumen des Arbeitsfluids wird die Wärmeableitungsfähigkeit (BTUs) verbessert.By using the solar compressor ( 401 ) and the solar collector ( 402 ) in the solar air conditioning system ( 400 ), the load of heating the working fluid is divided between these two components (ie, the solar compressor (depending on the amount of available solar energy). 401 ) and the solar collector ( 402 )). The load of the solar compressor ( 401 ) and the work done by it, by means of the free energy (ie that of the solar collector ( 402 used solar energy) can be reduced in order to lower the upper part of the turns of the capacitor ( 403 ) to increase the temperature delivered, and by the in the solar air conditioning ( 400 ) existing additional volumes of working fluid improves the heat dissipation capability (BTUs).
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können das Einlassrohr (502), das Auslassrohr (504) sowie obere Bereiche der u-Rohre (503) und der Vakuumröhren (501) in einem Außengehäuse untergebracht sein (505).According to an exemplary embodiment of the present invention, the inlet pipe ( 502 ), the outlet tube ( 504 ) and upper portions of the u-tubes ( 503 ) and the vacuum tubes ( 501 ) be housed in an outer housing ( 505 ).
6 ist eine Schnittansicht des Solarkollektors (402) gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Wie in 6 dargestellt, ist in dem Außengehäuse (505) ein Innenbehälter (607) vorgesehen. Der Innenbehälter (607) enthält das Einlassrohr (502), das Auslassrohr (504) und obere Bereiche der u-Rohre (503) und der Vakuumröhren (501). Der Innenbehälter (607) kann mit einer Wärmeträgerflüssigkeit (608) gefüllt und so gestaltet sein, dass die Wärmeträgerflüssigkeit (608) darin eingeschlossen ist, so dass sie einen Innenraum füllt und das Einlassrohr (502), das Auslassrohr (504) und die u-Rohre (503) umgibt und zudem die Vakuumröhren (501) füllt. 6 is a sectional view of the solar collector ( 402 ) according to an exemplary embodiment of the present invention. As in 6 is shown in the outer housing ( 505 ) an inner container ( 607 ) intended. The inner container ( 607 ) contains the inlet pipe ( 502 ), the outlet tube ( 504 ) and upper portions of the u-tubes ( 503 ) and the vacuum tubes ( 501 ). The inner container ( 607 ) can with a heat transfer fluid ( 608 ) and be designed so that the heat transfer fluid ( 608 ) is enclosed therein so that it fills an interior space and the inlet pipe ( 502 ), the outlet tube ( 504 ) and the u-tubes ( 503 ) and also the vacuum tubes ( 501 ) fills.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der Innenbehälter (607) mit einem Material, wie z. B. Gesteinswolle, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, isoliert sein, wobei die Isolierung (606) einen Raum zwischen dem Innenbehälter (607) und dem Außengehäuse (505) ausfüllt. Zudem kann die Wärmeträgerflüssigkeit (608) durch eine entsprechende Befüllöffnung (609) in den Innenbehälter (607) eingespritzt werden.According to an exemplary embodiment of the present invention, the inner container ( 607 ) with a material such. Rock wool, but not limited thereto, the insulation ( 606 ) a space between the inner container ( 607 ) and the outer housing ( 505 ). In addition, the heat transfer fluid ( 608 ) through a corresponding filling opening ( 609 ) in the inner container ( 607 ) are injected.
7 ist eine Unteransicht des Innenbehälters (607) gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Wie in 7 dargestellt, weist der Innenbehälter (607) Öffnungen (501) auf, aus denen sich die u-Rohre (503) von dem Einlassrohr (502) und dem Auslassrohr (504) aus erstrecken und durch die der obere Bereich der Vakuumröhren (501) geführt wird. Die oberen Bereiche der Vakuumröhren (501) sind die offenen Enden der Vakuumröhren (501), sie sind durch die Öffnungen (501) geführt und mittels Dichtringen (701) abgedichtet. Wird die Wärmeträgerflüssigkeit (608) durch die Befüllöffnung (609) in den Innenbehälter (607) eingespritzt, gelangt die Wärmeträgerflüssigkeit (608) in jede der Vakuumröhren (501), füllt diese und umgibt zudem die u-Rohre (503), das Einlassrohr und das Auslassrohr (504). 7 is a bottom view of the inner container ( 607 ) according to an exemplary embodiment of the present invention. As in 7 shown, the inner container ( 607 ) Openings ( 501 ), from which the u-tubes ( 503 ) from the inlet pipe ( 502 ) and the outlet pipe ( 504 ) extend and through which the upper portion of the vacuum tubes ( 501 ) to be led. The upper areas of the vacuum tubes ( 501 ) are the open ends of the vacuum tubes ( 501 ), they are through the openings ( 501 ) guided and by means of sealing rings ( 701 ) sealed. Is the heat transfer fluid ( 608 ) through the filling opening ( 609 ) in the inner container ( 607 ), the heat transfer fluid ( 608 ) in each of the vacuum tubes ( 501 ), fills these and also surrounds the u-tubes ( 503 ), the inlet tube and the outlet tube ( 504 ).
In einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der Solarkollektor (402) zudem Wärmeübertragungsrippen (nicht dargestellt) aufweisen, die an einem Bereich jedes der u-Rohre (503) angeschweißt sind. Die Wärmeübertragungsrippen können eine innere Glasröhre (802) der Vakuumröhren (501) einschließen (siehe 8), mit der sie Kontakt haben, oder sie können Kontakt mit einer selektiven Al-N/Al-Beschichtung haben, mit der die innere Glasröhre (802) der Vakuumröhren (501) versehen ist. Die Wärmeübertragungsrippen können aus einem Metall, wie z. B. Aluminium, geformt sein, oder aus einem anderen Material mit guten Wärmeübertragungseigenschaften.In an exemplary embodiment of the present invention, the solar collector ( 402 ) also heat transfer fins (not shown), which at a portion of each of the u-tubes ( 503 ) are welded. The heat transfer ribs can be an inner glass tube ( 802 ) of the vacuum tubes ( 501 ) (see 8th ) with which they are in contact, or they may be in contact with a selective Al-N / Al coating, with which the inner glass tube ( 802 ) of the vacuum tubes ( 501 ) is provided. The heat transfer ribs may be made of a metal, such as. As aluminum, be formed, or of another material with good heat transfer properties.
Die Wärmeträgerflüssigkeit (608) hat einen hohen Siedepunkt, vorzugsweise mindestens 424°F, noch besser ist ein Siedepunkt zwischen 525°F und 800°F. Die u-Rohre (503) sind in die Wärmeträgerflüssigkeit (608) eingetaucht, was eine höhere Wärmübertragungsleistung ermöglicht. Die Wärme der Solarenergie wird mittels der Wärmeträgerflüssigkeit (608) durch die u-Rohre (503) übertragen, so dass das durch die u-Rohre (503) strömende Arbeitsfluid überhitzt wird.The heat transfer fluid ( 608 ) has a high boiling point, preferably at least 424 ° F, even better is a boiling point between 525 ° F and 800 ° F. The u-tubes ( 503 ) are in the heat transfer fluid ( 608 ), which allows a higher heat transfer performance. The heat of the solar energy is by means of the heat transfer fluid ( 608 ) through the u-tubes ( 503 ), so that through the u-tubes ( 503 ) flowing working fluid is overheated.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann zur Herstellung des Solarkollektors (402) jede beliebige Anzahl von Vakuumröhren (501) verwendet werden. Die größer die Anzahl der Vakuumröhren (501) ist, desto mehr Energie kann gesammelt und an das Arbeitsfluid übertragen werden. Zudem können der Durchmesser und die Länge der Vakuumröhren (501) jeweils variieren, wobei eine größere Fläche im Allgemeinen bewirkt, dass mehr Energie an das in den u-Rohren (503) befindliche Arbeitsfluid übertragen wird.According to an exemplary embodiment of the present invention, for the production of the solar collector ( 402 ) any number of vacuum tubes ( 501 ) be used. The larger the number of vacuum tubes ( 501 ), the more energy can be collected and transferred to the working fluid. In addition, the diameter and length of the vacuum tubes ( 501 ), with a larger area generally causing more energy to flow into the u-tubes ( 503 ) is transferred working fluid.
8 ist eine Detailansicht der Vakuumröhre (501) gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Wie in 8 dargestellt, ist die Vakuumröhre (501) als eine doppelwandige Vakuumröhre mit einer dreifachen selektiven Abscheidungs-Oberflächenbeschichtung ausgeführt. Die Vakuumröhre (501) kann aus zwei konzentrischen, transparenten Borosilikatglasröhren (Pyrex®) geformt sein, wobei die innere Glasröhre (802), die mit der selektiven Al-N/Al-Beschichtung versehen sein kann, die Solarstrahlung und Infrarotlicht absorbiert und in Wärme umwandelt, wobei das Emissionsvermögen verringert wird. Die Unterseite der inneren Glasröhre (802) ist mit einem Bariumgetter versehen, das aktiv das gesamte CO, CO2, N2, O2 und H2O absorbiert. Die Vakuumröhre (501) kann als ein durchgehendes Glasteil geformt sein. 8th is a detailed view of the vacuum tube ( 501 ) according to an exemplary embodiment of the present invention. As in 8th shown, is the vacuum tube ( 501 ) as a double-walled vacuum tube having a triple selective deposition surface coating. The vacuum tube ( 501 ) May be formed of two concentric transparent borosilicate (Pyrex ®), wherein the inner glass tube ( 802 ) which may be provided with the selective Al-N / Al coating which absorbs solar radiation and infrared light and converts it into heat, thereby reducing the emissivity. The bottom of the inner glass tube ( 802 ) is provided with a barium getter which actively absorbs all of CO, CO 2 , N 2 , O 2 and H 2 O. The vacuum tube ( 501 ) may be shaped as a continuous glass part.
Zwischen der inneren Glasröhre (802) und einer äußeren Glasröhre (803) kann eine mehrfache selektive Abscheidungsschicht vorgesehen sein, die die gesamte sichtbare Strahlung und die Infrarotstrahlung mit Wellenlängen von 0,3 bis 1,3 μ absorbiert. Eine erste Abscheidungsschicht (804) der mehrfachen selektiven Abscheidungsoberfläche besteht aus einer M-AL-N/CU-Kupfermetallschicht, die einen niedrigen Emissionsgrad und eine hohe Wärmeübertragung in der inneren Glasröhre (802) in Richtung des jeweiligen u-Rohres (503) aufweist.Between the inner glass tube ( 802 ) and an outer glass tube ( 803 ), a multiple selective deposition layer can be provided which absorbs all visible radiation and infrared radiation at wavelengths of 0.3 to 1.3 μ. A first deposition layer ( 804 ) of the multiple selective deposition surface consists of an M-AL-N / CU copper metal layer, which has a low emissivity and a high heat transfer in the inner glass tube ( 802 ) in the direction of the respective u-tube ( 503 ) having.
Die mehrfache selektive Abscheidungsschicht umfasst zur Verhinderung der Quer-Wanderung [cross migration] eine zweite Abscheidungsschicht (805) aus Al2O3. Diese Aufnahme ermöglicht es der Kupfermolekülschicht (erste Abscheidungsschicht (804)), bei Temperaturen von über 750°F sehr stabil zu bleiben.The multiple selective deposition layer comprises a second deposition layer to prevent cross migration. 805 ) of Al 2 O 3 . This recording allows the copper molecule layer (first deposition layer ( 804 )), to remain very stable at temperatures above 750 ° F.
Die mehrfache selektive Abscheidungsschicht umfasst weiterhin eine dritte Abscheidungsschicht (806) aus Cermet-Aluminiumnitrid AL-N/M-AL-N, die durch gleichzeitiges Sputtern in einem Argon- und Stickstoff-Gasgemisch hergestellt wird. Die dritte Abscheidungsschicht (806) absorbiert Solarstrahlung mit einem sehr geringen Emissionsvermögen (z. B. e = 5%).The multiple selective deposition layer further comprises a third deposition layer ( 806 Cermet aluminum nitride AL-N / M-AL-N prepared by simultaneous sputtering in an argon and nitrogen gas mixture. The third deposition layer ( 806 ) absorbs solar radiation with a very low emissivity (eg e = 5%).
In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Wärmeträgerflüssigkeit (608) eine chemische Zusammensetzung enthalten, welche die Absorption der Energie aus der Sonnenstrahlung und deren Umwandlung in Wärme ermöglicht. In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die Vakuumröhren (501) ohne die selektive Al-N/Al-Beschichtung in der inneren Glasröhre (802) ausgeführt sein.In a further exemplary embodiment of the present invention, the heat transfer fluid ( 608 ) contain a chemical composition which allows the absorption of energy from solar radiation and its conversion into heat. In a further exemplary embodiment of the present invention, the vacuum tubes ( 501 ) without the selective Al-N / Al coating in the inner glass tube ( 802 ).
9 ist ein Diagramm in dem der Reflexions-, Absorptionsgrad und das Emissionsvermögen des Sonnenlichts dargestellt sind, dass die Vakuumröhre (501) gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung aufnimmt. Wie in 8 dargestellt, trifft das Sonnenlicht auf die äußere Glasröhre, und von dem auf die äußere Glasröhre (803) treffenden Sonnenlicht werden 6,3% reflektiert und 1,8% absorbiert, so dass 91,9% des Sonnenlichts auf die innere Glasröhre (802) treffen. Von den 91,9% des auf die innere Glasröhre (802) treffenden Lichts werden aufgrund der Emittanz der Beschichtung weitere 6,3% reflektiert und 4,4% emittiert, so dass 81,2% des Sonnenlichts durch das Innere der Vakuumröhre (501) dringen. 9 is a diagram in which the reflection, absorption and emissivity of the sunlight are shown that the vacuum tube ( 501 ) according to an exemplary embodiment of the present invention. As in 8th Sunlight strikes the outer glass tube, and from the outer glass tube ( 803 6.3% is reflected and 1.8% absorbed, so that 91.9% of the sunlight on the inner glass tube ( 802 ) to meet. Of the 91.9% of the inner glass tube ( 802 ), a further 6.3% are reflected due to the emittance of the coating and 4.4% emitted, so that 81.2% of the sunlight through the interior of the vacuum tube ( 501 ) penetrate.
Wenn die Vakuumröhren (501) Sonnenstrahlung erhalten, ermöglicht die selektive Dreifachablagerung der Oberflächenbeschichtung der Vakuum-Röhren (501), dass Wärme erzeugt und gesammelt werden kann. Diese Wärme wird durch die Wärmeübertragungsflüssigkeit in die U-Rohre (503) übertragen, und dort von der Arbeitsflüssigkeit, die durch die U-Rohren (503) strömt, absorbiert. So kann die Arbeitsflüssigkeit überhitzt werden, bevor sie in den Kondensator (403) gegeben wird. Die erhöhte Temperatur der Arbeitsflüssigkeit, die in den Kondensator (403) gelangt, ermöglicht einen höheren Prozentsatz der Wärmeübertragung aufgrund der Zunahme von ΔT zwischen der überhitzten Temperatur der Arbeitsflüssigkeit und der Temperatur der Außenumgebungsluft.When the vacuum tubes ( 501 ) Receives solar radiation, allows the selective triple deposition of the surface coating of the vacuum tubes ( 501 ) that heat can be generated and collected. This heat is transferred through the heat transfer fluid into the U-tubes ( 503 ), and there of the working fluid passing through the U-tubes ( 503 ) flows, absorbs. Thus, the working fluid can be overheated before entering the condenser ( 403 ) is given. The elevated temperature of the working fluid entering the condenser ( 403 ) allows a higher percentage of heat transfer due to the increase in ΔT between the superheated temperature of the working fluid and the temperature of the outside ambient air.
Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele und Vorteile dienen lediglich als Beispiel und sind nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung auszulegen. Die vorliegende Erklärung kann leicht auf andere Arten von Vorrichtungen angewendet werden. Auch die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen lediglich veranschaulichend sein und nicht den Umfang der Ansprüche begrenzen, da viele Alternativen, Modifikationen und Variationen für den Fachmann auf der Hand liegen werden.The foregoing embodiments and advantages are merely exemplary in nature and are not to be construed as limiting the present invention. The present explanation can be easily applied to other types of devices. Also, the description of the exemplary embodiments of the present invention is intended to be illustrative only and not to limit the scope of the claims, as many alternatives, modifications, and variations will be apparent to those skilled in the art.
