DE20320220U1

DE20320220U1 - Solarenergiekollektor

Info

Publication number: DE20320220U1
Application number: DE20320220U
Authority: DE
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2013-12-30

Abstract

Solarenergiekollektor, mit
einem Gehäuse,
einer Wärmesammlungskomponente, die in dem Gehäuse angeordnet ist, und
einem Gas mit niedriger Leitfähigkeit, das zwischen der Wärmesammlungskomponente und dem Gehäuse eingefüllt ist, um die Wärmekonvektion zu reduzieren.

Description

Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Solarenergiekollektor und insbesondere einen Solarenergiekollektor, bei dem ein Gas mit niedriger Wärmeleitfähigkeit eingefüllt ist, um die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit zu reduzieren und die Wärmeleitungswiderstandsfunktion zu verbessern.
Zugehöriger Stand der Technik
Wie in 2 und in 3 gezeigt umfasst der herkömmliche Flachbett-Solarenergiekollektor 10 eine vordere Abdeckung 11, eine Einlassleitung 12, eine Auslassleitung 13, eine Mehrzahl von abgezweigten Leitungen 14, die Rippen 15, die Rahmen 16, eine erste thermisch isolierende Schicht 17, eine Rückplatte 18 und eine zweite thermisch isolierende Schicht 19.
Die Rahmen 16 sind aus vier einfassenden Stücken von vertikalen Platten gemacht, um ein einfassender Gegenstand zu sein. Die Oberseite und der Boden der Rahmen 16 sind mit der vorderen Abdeckung 11 und der Rückplatte 18 konfiguriert. Die Wärmesammlungskomponenten des Energiekollektors 10 sind aus der Einlassleitung 12, der Auslassleitung 13 parallel zu der Einlassleitung 12, einer Mehrzahl von parallelen abgezweigten Leitungen 14, die vertikal mit der Einlassleitung 12 und der Auslassleitung 13 verbunden sind, und den Rippen 15 zusammengesetzt, die mit einem absorptionsselektiven Film beschichtet sind und auf beiden Seiten jeder abgezweigten Leitung 14 vorgesehen sind, und wobei die Wärmesammlungskomponente zwischen der vorderen Abdeckung 11 innerhalb der Rahmen 16 und der Rückplatte 18 angeordnet ist. Die erste thermisch isolierende Schicht 17 ist zwischen den Rahmen 16 und der Wärmesammlungskomponente angeordnet, und die zweite thermisch isolierende Schicht 19 ist zwischen der Rück platte 18 und der Wärmesammlungskomponente angeordnet. Die Einlassleitung 12 und die Auslassleitung 13 ragen teilweise aus den Rahmen 16 hervor, um mit externen Leitungen verbunden zu werden. Ein Zwischenraum 30 ist innerhalb der Rahmen 19, der vorderen Abdeckung 11 und der Rückplatte 18 gebildet, und der Innenraum 10 ist mit Luft gefüllt.
Nachdem das Arbeitsfluid aus der Einlassleitung 12 eingeflossen ist, fließt es gleichmäßig und separat durch jede der abgezweigten Leitungen 14. Weil die Sonnenstrahlungsenergie, die durch die mit dem absorptionsselektiven Film beschichteten Rippen 15 absorbiert wird, auf die abgezweigte Leitung 14 durch die Wärmeaustauschfunktion übertragen wird, absorbiert das durch die abgezweigte Leitung 14 fließende Fluid die Sonnenstrahlungsenergie auf den Rippen 15 und fließt dann zusammen durch die Auslassleitung 13 und fließt aus der Auslassleitung 13 aus dem Energiekollektor 10 heraus.
Die vordere Abdeckung 11 ist ein durchsichtiger Gegenstand. Das Arbeitsfluid kann Wasser sein. Die Einlassleitung und die Auslassleitung 13 können 6/8"-Kupferleitungen sein. Die abgezweigte Leitung 14 kann eine 3/8"-Kupferleitung sein. Die Rippe 15 kann ein Kupferblech mit 1 mm Dicke sein, das durch Stanzen gebildet ist und auf beiden Seiten der abgezweigten Leitung 14 angeschweißt ist.
Da die in dem Innenraum 30 des herkömmlichen Energiekollektors 10 vorhandene Luft die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit nicht abbremsen kann, ist die Wärmewiderstandsfunktion schlecht, was der Hauptgrund für die Verursachung von Wärmeabgabe des Energiekollektors ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen Solarenergiekollektor bereitzustellen, wobei Gas mit niedriger Leitfähig keit eingefüllt ist, um die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit zu verringern und die Wärmewiderstandsfunktion zu verbessern.
Zu diesem Zweck umfasst der Solarenergiekollektor: ein rechteckiges Gehäuse, eine Wärmesammlungskomponente, die in dem Gehäuse angeordnet ist, und ein Gas mit niedriger Leitfähigkeit, das zwischen der Wärmesammlungskomponente und dem Gehäuse eingefüllt ist, um die Wärmekonvektion zu reduzieren.
Das Gehäuse umfasst eine vordere Abdeckung, eine Mehrzahl von Rahmen und eine Rückplatte . Die Rahmen sind als ein einfassendes Objekt herumgeführt. Vorzugsweise ist das Gehäuse ein rechteckiges Objekt. Die vordere Abdeckung ist über den Rahmen angeordnet. Die Rückplatte ist unter den Rahmen angeordnet. Die Wärmesammlungskomponente liegt zwischen der vorderen Abdeckung und der Rückplatte.
Vorzugsweise ist das Gas mit niedriger Leitfähigkeit in den Innenraum des Gehäuses eingefüllt.
Vorzugsweise ist das Gas mit niedriger Leitfähigkeit ein Inertgas.
Vorzugsweise ist das Gas mit niedriger Leitfähigkeit Kohlendioxid.
Vorzugsweise umfasst die Wärmesammlungskomponente die Einlassleitung, die Auslassleitung parallel zu der Einlassleitung, eine Mehrzahl von parallelen abgezweigten Leitungen, die vertikal mit der Einlassleitung und der Auslassleitung verbunden sind, und die Rippen, die mit einem absorptionsselektiven Film beschichtet sind und auf beiden Seiten jeder abgezweigten Leitung angeordnet sind. Die Einlassleitung und die Auslassleitung ragen teilweise aus den Rahmen hervor.
Vorzugsweise weist der Solarenergiekollektor weiter eine erste thermisch isolierende Schicht auf, wobei die erste thermisch isolierende Schicht zwischen den Rahmen und der Wärmesammlungskomponente angeordnet ist, um für die Wärmeleitung am Umfang den thermischen Isolationseffekt zu verbessern.
Vorzugsweise weist der Solarenergiekollektor eine zweite thermisch isolierende Schicht auf, wobei die zweite thermisch isolierende Schicht zwischen der Rückplatte und der Wärmesammlungskomponente angeordnet ist, um gegenüber dem Wärmekonvektionseffekt zwischen der unteren Oberfläche der Wärmesammlungskomponente und der äußeren Umgebung zu isolieren, um so den Wärmekonvektionsverlust von der Rückplatte des Energiekollektors an die äußere Umgebung zu reduzieren.
Vorzugsweise ist die vordere Abdeckung ein durchsichtiger Gegenstand.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung, die beigefügten Ansprüche und die zugehörigen Zeichnungen besser verstanden, die nur zur weiteren Vertiefung vorgesehen sind, ohne die vorliegende Erfindung zu begrenzen oder zu beschränken, wobei
1 eine teilweise geschnittene Strukturdarstellung des Solarenergiekollektors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine schematische Draufsicht für den herkömmlichen Solarenergiekollektor zeigt;
3 eine teilweise geschnittene Strukturdarstellung des herkömmlichen Solarenergiekollektors aus 2 zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Das Folgende ist eine detaillierte Beschreibung der gegenwärtig für am besten gehaltenen Formen der Ausführung der Erfindung. Diese Beschreibung soll nicht in einem beschränkenden Sinne aufgefasst werden, sondern wird zum Zweck der Illustration der allgemeinen Prinzipien der Erfindung gegeben.
Wie in 1 gezeigt, weist der Solarenergiekollektor 1 gemäß der vorliegenden Erfindung auf: ein rechteckiges Gehäuse 2, eine Wärmesammlungskomponente 3, die in dem Gehäuse 2 angeordnet ist, und ein Gas 20 mit niedriger Leitfähigkeit, das zwischen der Wärmesammlungskomponente 3 und dem Gehäuse 2 eingefüllt ist, um die Wärmekonvektion zu reduzieren.
Das Gehäuse 2 umfasst eine vordere Abdeckung 11, eine Rückplatte 18 und eine Vielzahl von Rahmen 16. Die Rahmen 16 sind mit vier Stücken vertikaler Platten als einfassendes Objekt herumgeführt, vorzugsweise als rechteckiges Objekt. Die Oberseite und die Unterseite der Rahmen 16 sind mit der vorderen Abdeckung 11 und der Rückplatte 18 ausgestaltet. Die Wärmesammlungskomponente 3 umfasst eine Einlassleitung 12, eine Auslassleitung 13, eine Mehrzahl von abgezweigten Leitungen 14 und eine Mehrzahl von Rippen 15. Die Auslassleitung 13 liegt parallel zu der Einlassleitung 12. Die Mehrzahl von abgezweigten Leitungen 14 verlaufen parallel und sind vertikal zwischen der Einlassleitung 12 und der Auslassleitung 13 angeschlossen. Jede abgezweigte Leitung 14 ist mit den Rippen 15 des absorptionsselektiven Films auf beiden Seiten bedeckt. Die Wärmesammlungskomponente 3 ist zwischen der vorderen Abdeckung 11 des Gehäuses 2 und der Rückplatte 18 angeordnet. Und die Einlassleitung 12 und die Auslassleitung 13 ragen teilweise aus den Rahmen 16 hervor, um mit der externen Leitung verbunden zu werden. Das Gas 20 mit niedriger Leitfähigkeit ist in den Innenraum 30 des Gehäuses 2 eingefüllt. Das Gas mit niedriger Leitfähigkeit ist ein durchsichtiges Gas, vorzugsweise ein Inertgas, oder Kohlendioxid.
Die vordere Abdeckung 11 liegt in der oberen Lage des Energiekollektors 1, wobei die Sonnenwärmestrahlung in den Innenraum 30 eindringen kann, und schützt die innere Komponente gegen Kratzer, die Bedeckung durch Staub und isoliert den Wärmekonvektionseffekt von der Oberfläche der Wärmesammlungskomponente zu der äußeren Umgebung, um so den Wärmekonvektionsverlust aus dem Energiekollektor 1 an die äußere Umgebung zu reduzieren. Die vordere Abdeckung 11 ist aus Glas mit niedrigem Eisengehalt, klarem Glas oder durchsichtigen Anti-UV PC-Platten gemacht (in der Ausführungsform aus verstärktem Glas mit niedrigem Eisengehalt). Die Rückplatte 18 ist an der unteren Lage des Energiekollektors 1 zur Isolation des Wärmekonvektionseffekts von der unteren Oberfläche der Wärmesammlungskomponente 3 zu der umgebenden Umwelt angeordnet, um den Wärmekonvektionsverlust von der Rückseite des Energiekollektors 1 zur äußeren Umgebung zu reduzieren. Das Material der Rückplatte 18 ist aus einer Kunststoffplatte oder einer dünnen Metallplatte hergestellt (einer dünnen, mit Zink beschichteten Platte in diesem Ausführungsbeispiel). Die Einlassleitung 12 und die Ruslassleitung 13 können 6/8"-Kupferrohre sein. Die abgezweigte Leitung 14 kann ein 3/8"-Kupferrohr sein. Die Rippen 15 können aus Kupferblech mit 1 mm Dicke bestehen. Das Material der Rahmenteile 16 kann aus Holz, Aluminium, Edelstahl hergestellt sein (aus Aluminium-Extrusions-Formteilen in dem Ausführungsbeispiel). Die Rahmen 16 werden dazu verwendet, um die relative Lage aller Komponenten wie der vorderen Abdeckung 11, der Wärmesammlungskomponente 3 und der Rückplatte 18 zu halten und für die Gesamtfestigkeit des Energiekollektors 1 zu sorgen.
Nachdem das Arbeitsfluid (z.B. Wasser) von der Einlassleitung 12 aus eingeflossen ist, wird es gleichmäßig und separat durch jede abgezweigte Leitung 14 fließen. Weil die von den mit dem selektiv beschichteten Absorptionsfilm beschichteten Rippen 15 absorbierte Sonnenstrahlungsenergie durch die Wärmeaustauschfunktion zu der abgezweigten Leitung 14 übertragen wird, absorbiert das durch die abgezweigte Leitung 14 fließende Fluid die Sonnen strahlungsenergie der Rippen 15 und fließt dann zu der Auslassleitung 13 zusammen und aus der Auslassleitung aus dem Energiekollektor 10 heraus. Weil der Innenraum 30 mit einem Gas niedriger Leitfähigkeit gefüllt ist, wie etwa Kohlendioxid, wobei die Wärmeleitfähigkeit von Kohlendioxid etwa 50 % derjenigen von Luft ist, kann er gegenüber dem Wärmekonvektionseffekt innerhalb des Energiekollektors wirksam isolieren, den Wärmeabgabeeffekt verhindern und den Wärmesammlungseffekt verstärken.
Der Solarkollektor 1 gemäß der vorliegenden Erfindung weist ferner eine erste thermisch isolierende Schicht 17 auf, wobei die erste thermisch isolierende Schicht 17 zwischen den Rahmenteilen 16 und der Wärmesammlungskomponente 3 angeordnet ist und ein Material aus Holz, Glasfaserwolle und Styropor [(C₈H₈)_n] aufweist (die Glasfaserwolle ist mit Aluminiumfolienpapier eingewickelt zu einem streifenartigen thermischen Isolationsblock in dieser Ausführungsform), um den thermischen Isolationseffekt für Wärmeleitung an die Umgebung zu verbessern.
Der Solarkollektor 1 gemäß der vorliegenden Erfindung weist weiter eine zweite thermisch isolierende Schicht 19 auf, wobei die zweite thermisch isolierende Schicht zwischen der Rückplatte 18 und der Wärmesammlungskomponente 3 angeordnet ist und das Material Glasfaserwolle, Styropor [(C₈H₈) _n] und PU-Schaumwolle aufweist (die Glasfaserwolle ist in dieser Ausführungsform in Aluminiumfolienpapier eingewickelt zu einem plattenartigen thermischen Isolationsblock), um den Wärmekonvektionseffekt von der unteren Oberfläche der Wärmesammlungskomponente 3 zu der umgebenden Umwelt zu isolieren, um so den Wärmekonvektionsverlust von der hinteren Oberfläche des Energiekollektors an die äußere Umgebung zu reduzieren.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, Gas mit niedriger Leitfähigkeit in den Innenraum des Solarenergiekollektors zu füllen, so dass es den Wärmekonvektionseffekt innerhalb des Energiekollektors wirksam isolieren, den Wärmeabgabeeffekt verhindern und den Wärmesammlungseffekt verstärken kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung in erheblichen Einzelheiten unter Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, werden Fachleute leicht einsehen, dass alle Arten von Änderungen und Abwandlungen innerhalb des Gedankens und des Umfangs der angefügten Ansprüche ausgeführt werden können. Daher sollten der Gedanke und der Umfang der angefügten Ansprüche durch die hierin enthaltene Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen nicht eingeschränkt werden.

Claims

Solarenergiekollektor, mit einem Gehäuse, einer Wärmesammlungskomponente, die in dem Gehäuse angeordnet ist, und einem Gas mit niedriger Leitfähigkeit, das zwischen der Wärmesammlungskomponente und dem Gehäuse eingefüllt ist, um die Wärmekonvektion zu reduzieren.
Solarenergiekollektor nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse eine vordere Abdeckung, eine Mehrzahl von Rahmenteilen und eine Rückplatte aufweist, und wobei die Rahmenteile als ein einfassendes Objekt herumgeführt sind und wobei die vordere Abdeckung auf den Rahmenteilen angeordnet ist und wobei die Rückplatte unterhalb der Rahmenteile angeordnet ist, so dass die Wärmesammlungskomponente zwischen der vorderen Abdeckung und der Rückplatte liegt.
Solarenergiekollektor nach Anspruch 1, wobei das Gas mit niedriger Leitfähigkeit ein Inertgas ist.
Solarenergiekollektor nach Anspruch 1, wobei das Gas mit niedriger Leitfähigkeit Kohlendioxid ist.
Solarenergiekollektor nach Anspruch 1, wobei die Wärmesammlungskomponente eine Einlassleitung, eine Auslassleitung parallel zu der Einlassleitung, eine Mehrzahl von parallelen abgezweigten Leitungen, die vertikal an die Einlassleitung und die Auslassleitung angeschlossen sind, und die Rippen aufweist, die auf beiden Seiten jeder abgezweigten Leitung angeordnet sind, und wobei die Einlassleitung und die Auslassleitung teilweise aus den Rahmenteilen hervorragen.
Solarenergiekollektor nach Anspruch 1, wobei zwischen den Rahmenteilen und der Wärmesammlungskomponente ferner eine erste thermisch isolierende Schicht angeordnet ist.
Solarenergiekollektor nach Anspruch 1, wobei zwischen der Rückplatte und der Wärmesammlungskomponente ferner eine zweite thermisch isolierende Schicht angeordnet ist.
Solarenergiekollektor nach Anspruch 1, wobei die vordere Abdeckung ein durchsichtiges Objekt ist.