JP2017003259A - 太陽熱吸収エレメント - Google Patents

Abstract

【課題】既存の自動製造ラインにより、大量生産にて製造することを可能にするＴＰＳ封止された後方絶縁部を有する太陽熱吸収エレメントを提供する。【解決手段】カバーガラス（１１０）、ダイレクトフロー吸収器（１２０）、前記カバーガラスと前記吸収器とを距離（ｈ１）の間隔を介して相互に接続するための前方熱可塑性シーリング（１３０）、並びに前記カバーガラス、前記吸収器、及び前記前方シーリングによって形成された前方シール空間（１３４）を有し、第１の低熱伝導ガスで満たされている。前記エレメントは、後方絶縁部（１６０）、前記絶縁部と前記吸収器とを距離（ｈ２）の間隔を介して相互に接続するための後方熱可塑性シーリング（１７０）、並びに前記絶縁部、前記吸収器、及び前記後方シーリングによって形成された後方シール空間を更に有し、第２の低熱伝導ガスで満たされている。【選択図】図１ａ

Description

本出願は、一般的に太陽熱吸収エレメントに関する。

空気の流れによって太陽熱吸収装置の構造内を侵襲する、砂、塩、及び昆虫は、該吸収装置の寿命及び効率を損なうダメージの原因となる。

これらのダメージを除去するため、熱可塑性スペーサ―（ＴＰＳ）によってシールされた吸収装置モジュールが開発されている。該モジュールでは、ＴＰＳによってカバーガラスが吸収装置に封止されている。

ＴＰＳ封止モジュールは、吸収エレメントの内部を望ましくない砂、塩、及び昆虫が侵襲することから吸収装置を保護する。

しかし、吸熱モジュールがＴＰＳ封止モジュールであったとしても、連続生産の製造工程は絶縁材を付加するときに多くの手作業を含み、モジュールは吸収器フレームに手作業で装着されるため、吸収器の製造コストは高い。

本発明の目的の１つは、上述の欠点を除去し、ＴＰＳ封止された後方絶縁部を有する太陽熱吸収エレメントを提供することである。このＴＰＳ封止された後方絶縁部は、ＴＰＳ絶縁ガラス製造のために使用される既存の自動製造ラインにより、エレメントを大量生産にて製造することを可能にするものである。

本発明の目的の１つは、請求項１の太陽熱吸収用エレメント、請求項６の太陽熱吸収装置、及び請求７の方法の提供を行うことである。

本発明のある実施態様は、カバーガラス、ダイレクトフロー吸収器、カバーガラスと吸収器とを間隔を介して相互に接続するための前方熱可塑性シーリング、並びにカバーガラス、吸収器、及び前方シーリングによって形成された前方シール空間を有する太陽熱吸収エレメントである。前方空間は第１の低熱伝導性ガスによって満たされている。このエレメントは、後方絶縁部、上記絶縁部と上記吸収器とを間隔を介して相互に接続するための後方熱可塑性シーリング、並びに絶縁部、吸収器、及び後方シーリングによって形成された後方シール空間を更に有する。上記後方空間は第２の低熱伝導性ガスによって満たされている。

上記ダイレクトフロー吸収器とは、該吸収器の構造の内部を熱輸送流体、例えば水、空気、又は不凍液、が循環する吸収器のことである。

上記熱可塑性シーリングとは、熱可塑性スペーサ―（ＴＰＳ）技術によって製造されたシーリング（スペーサ―）のことである。

上記低熱伝導性ガスとは、熱伝導性の低いガス、例えば希ガス、のことである。この希ガスは、例えば、アルゴン、クリプトン、又はキセノンであってよい。

ロール圧接吸収器とは、少なくとも１つのチューブを有し、ロール圧接（ロールボンド）技術によって得られる吸熱器のことである。

高選択的真空コーティングとは、例えば、真空中で堆積して、赤外線輻射による熱の放射が低く９６％以上の太陽熱を吸収する選択的吸収コーティングを形成するコーティングのことである。

本発明のある実施態様は、吸収エレメントを有する太陽熱吸収装置である。このエレメントは、カバーガラス、ダイレクトフロー吸収器、カバーガラスと吸収器とを間隔を介して相互に接続するための前方熱可塑性シーリング、カバーガラス、吸収器、及び前方シーリングによって形成された前方シール空間を有する。前方空間は第１の低熱伝導性ガスによって満たされている。このエレメントは、後方絶縁部、上記絶縁部と上記吸収器とを間隔を介して相互に接続するための後方熱可塑性シーリング、並びに絶縁部、吸収器、及び後方シーリングによって形成された後方シール空間を更に有する。上記後方空間は第２の低熱伝導性ガスによって満たされている。

本発明のある実施態様は、太陽熱吸収エレメントの製造方法である。このエレメントは、カバーガラス、ダイレクトフロー吸収器、前方及び後方熱可塑性シーリング、前方シール空間、並びに後方絶縁部を有する。上記方法は、カバーガラス、吸収器、及び前方シーリングが前方空間を形成するように、前方シーリングによってカバーガラスと吸収器とを間隔を介して相互に接続すること、並びに前方空間を第１の低熱伝導ガスで充填することを含む。この方法は、絶縁部、吸収器、及び後方シーリングが後方空間を形成するように、後方シーリングによって絶縁部と吸収器とを間隔を介して相互に接続すること、並びに後方空間を第２の低熱伝導ガスで充填することを更に含む。

本発明の更なる実施態様は、従属項に定義されている。

従属項に記載された要件は、明示の特記がない限り、相互に任意に結合可能である。

請求項又は発明の詳細な説明中のその他の部分に異なる定義が与えられていない限り、以下の動詞及び技術用語の定義が適用されるべきである。

本明細書中、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という動詞は、記載されていない要件を除外せず、その存在を要求もしない非限定的なものとして用いられる。「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」及び「持つ（ｈａｖｅ／ｈａｓ）」は、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）と同様に定義される。

本明細書中の「ある」及び「少なくとも１つの」の用語は１つ又は１つを超えるものとして定義され、「複数の」の用語は２つ又は２つを超えるものとして定義される。

本明細書中の「その他の」の用語は、少なくとも第２又はそれを超えるものとして定義される。

「又は」の用語は、文脈において明確に他の意味規定されていない限り、一般的に「及び／又は」を包含する意味で使用される。

本発明の実施態様について添付の図面を参照しつつ説明する。

図１ａは、太陽熱吸収エレメントの断面図を示す。 図１ｂは、太陽熱吸収装置の断面図を示す。

図１ａは、太陽熱吸収エレメント（モジュール）１００の断面図を示す。

エレメント１００は、カバーグラス１１０及びダイレクトフロー吸収器１２０を有する。

ガラス１１０は、機械的損傷、昆虫、及び埃から吸収器１２０を保護する。

ガラス１１０は、例えば、太陽の放射を吸収器１２０に通過させ、吸収器１２０からの熱損失を減少する、高透明非反射性の安全ガラスであってよい。

吸収器１２０は、太陽放射を吸収するように構成される。

吸収器１２０は、入口１２７ａ及び出口１２７ｂを有し、連続する熱輸送チャネルを形成する少なくとも１つの輸送チューブ１２６を有する。このチャネルは、吸収器１２０の内部に熱輸送流体、例えば水、空気、又は不凍液、を循環するように構成される。

入口１２７ａ及び出口１２７ｂは、外部デバイス、例えば、太陽熱吸収装置１９０の配管又はそのアダプタ手段、に接続されることが可能である。

堅固な構造を有する吸収器１２０は、熱損失を最小とするために、ガラス１１０と吸収器１２０との間の第１の距離ｈ_１を一定に維持する。すなわち、吸収器１２０がガラス１１０の方向に撓むことを防止する。熱損失は、距離ｈ_１が１０ｍｍのときに最小となる。吸収器１２０が、距離ｈ_１が１０ｍｍ未満となるようにガラス１１０の方向に撓むと、熱損失は劇的に増大する。

吸収器１２０は、例えば２枚のアルミニウム板からロール圧接技術によって形成されたロール圧接吸収器であってよい。

チューブ１２６のパターン及びサイズは、１枚のプレートの内表面上に、特別のシルクスクリーン及びインキにより印刷される。これらのプレートは、ロールプロセスにより、接着されたプレートの内表面間に印刷されたパターンを残すようにして相互に接着される。チューブ１２６は、印刷されたパターンを通して圧縮空気を充満することにより、プレート間に形成される。

或いは、吸収器１２０は、例えば２枚のスチール、ステンレススチール、又は銅プレートから形成されたダイレクトフロー吸収器であってよい。

チューブ１２６は、接着がプレート同士の溶接によって得られる他は、ロール圧接吸収器１２０と同様にして形成される。

チューブ１２６のデザインとしては、熱輸送流体の流動抵抗を減少するように構成された、例えば、片撚りチューブ１２６及び／又は多分岐チューブ１２６であってよい。

吸収器１２０は、更に、光を吸収するように構成されたコーティング１５０を有していてもよい。

このコーティング１５０は、ガラス１１０と対向する、吸収器１２０の前方表面１２２上にあってよい。

コーティング１５０は、真空中、物理蒸着（ＰＶＤ）プロセス及び／又はプラズマ加速化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）プロセスによって、一度で、吸収器１２０の全体上に完全に堆積されてよい。

コーティング１５０は、例えば、３層の堆積層１５２、１５４、１５６を有する高選択的真空多層コーティングであってよい。

前方表面１２２上の第１層１５２は、光を吸収し、且つ吸収器１２０の性能を減少させるエレメントからの吸収材料の拡散を防止するように構成される。

層１５２の組成は、チタン、アルミニウム、窒素、及び以下の元素のうちの１つを含有してよい：ケイ素、イットリウム、セリウム、及びクロム。

この組成は、例えば、（Ｔｉ_ｘＡｌ_ｙＳｉ_ｚ）Ｎ_ａであってよい。或いは、Ｙ、Ｃｅ、及びＣｒのうちの少なくとも１種を、追加的に又はＳｉの代わりに使用してよい。

係数ｘ、ｙ、ｚ、ａ、及びｂは、層１５２、１５４、１５６の化学量論的又は非化学両論的な組成を示す。

層１５２のｘ、ｙ、ｚ、及びａの値は、それぞれ例えば、０．４；０．５；０．１；及び１．０であってよい。典型的な値は、それぞれ、０．３〜０．５；０．３〜０．６；０．０３〜０．２；及び０．９〜１．１である。

層１５２は、例えば１０〜６００ｎｍの層厚を有していてよい。

層１５２上の第２層である中間層１５４は、光を吸収して選択された波長の干渉を増大するように構成される。

層１５４の組成は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎ、酸素、及び以下の元素のうちの１つを含有してよい：Ｓｉ、Ｙ、Ｃｅ、及びＣｒ。

この組成は、例えば、（Ｔｉ_ｘＡｌ_ｙＳｉ_ｚ）Ｎ_ａＯ_ｂであってよい。或いは、Ｙ、Ｃｅ、及びＣｒのうちの少なくとも１種を、追加的に又はＳｉの代わりに使用してよい。

層１５４のｘ、ｙ、ｚ、ａ、及びｂの値は、それぞれ例えば、０．４；０．５；０．１；０．８；及び０．３であってよい。典型的な値は、それぞれ、０．３〜０．５；０．３〜０．６；０．０３〜０．２；０．２〜０．８；及び０．２〜０．８である。

層１５４は、例えば１０〜１５０ｎｍの層厚を有していてよい。

層１５４上の第３層である最上層１５６は、反射防止層として機能し、そしてコーティング１５０を周囲のガス１３６から隔離するように構成される。

層１５６の組成は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎ、及びＯを含有してよい。

この組成は、例えば、（Ｔｉ_ｘＡｌ_ｙＳｉ_ｚ）Ｎ_ａＯ_ｂであってよい。

典型的には、層１５６のｘ、ｙ、ｚ、ａ、及びｂの値は、それぞれ例えば、０〜０．２；０〜０．２；０〜１；０〜２；及び０〜２である。

層１５６は、例えば５０〜２５０ｎｍの層厚を有していてよい。

コーティング１５０は、選択的吸収コーティングであってよい。例えば、層１５２がＴｉＡｌＡｉＮ層であり、層１５４がＴｉＡｌＳｉＯＮ層であり、そして層１５６がＳｉＯ_２層である、いわゆるＭＥＭＯ多層コーティングである。

エレメント１００は、ガラス１１０と吸収器１２０との間に、一定の距離ｈ_１、例えば、１０、１５、又は２０ｍｍ、を介してガラス１１０及び吸収器１２０を相互に付着させる前方熱可塑性スペーサ―（ＴＰＳ）シーリング１３０を更に有する。

このアタッチメントは、自動生産ライン中でＴＰＳ技術によって製造される。シーリング１３０は、所望のシール圧及び距離ｈ_１を達成するためにガラス１１０上に導入される。ガラス１１０は、シーリング１３０及び吸収器１２０とともに、空間１３４を取り囲むガラス１１０、吸収器１２０、及びシーリング１３０によって前方シール空間１３４が形成されるように、一緒にプレスされる。

シーリング１３０は、空間１３４を密閉シールする気密シーリングである。

シーリング１３０は、高温シール材料、例えばブチルシーリング、であってよい。

ガラス１１０及び吸収器１２０が一緒にプレスされているとき、低熱伝導性ガス１３６、例えばアルゴンガス、が、該ガス１３６によって空間が充填されるように空間１３４に注入される。

ガラス１１０、吸収器１２０、及びシーリング１３０は、空間１３４中にガス１３６を保持し、ガス１３６がエレメント１００の外部に流れ出ることを防止する。

ガス１３６は、対流による熱損失を減少させる。

エレメント１００は、ガラス１１０と吸収器１２０との間に、シーリング１３０に付着する前方第２シーリング１４０を更に有する。

シーリング１４０は、シーリング１３０を保護し、吸収器１２０の重量を支える。

シーリング１４０は、例えばシリコンシーリングであってよい。

エレメント１００は、機械的損傷から吸収器１２０を保護し、吸収器１２０からの熱損失を減少させてエレメント１００の熱的絶縁を支援する後方絶縁部１６０を更に有する。

絶縁部１６０は更に、機械的損傷、昆虫、及び埃から吸収器１２０を保護する。

絶縁部１６０は、腐食しない、例えば、ガラス、ポリウレタン（ＰＵＲ）板、又はポリイソシアヌレート（ＰＩＲ）板であってよい。

エレメント１００は、絶縁部１６０と吸収器１２０とを、第２の距離ｈ２、例えば、１０、１５、又は２０ｍｍ、を介して相互に付着させる後方ＴＰＳシーリング１７０を更に有する。

このアタッチメントは、ガラス１１０及び吸収器１２０のアタッチメントと同様に、空間１７４を取り囲む絶縁部１６０、吸収器１２０、及びシーリング１７０によって後方シール空間１７４を形成するように、自動生産ライン中で製造される。

ガラス１１０及び絶縁部１６０のアタッチメントは、同時に又は連続的な生産工程中で製造されてよい。

シーリング１７０は、空間１７４を密閉シールする気密シーリングであり、例えばブチルシーリングであってよい。

空間１７４は、空間１３４と同様に、第２の低熱伝導性ガス１７６、例えばアルゴンガス、によって満たされる。

ガス１３６、１７６の添加は、ＴＰＳ技術に従って、同時に又は連続する生産工程中で行われてよい。

絶縁部１６０、吸収器１２０、及びシーリング１７０は、ガス１７６を空間１７４中に保持し、ガス１３６がエレメント１００の外部に流れ出ることを防止する。

ガス１７６は、対流による熱損失を減少させる。

エレメント１００は、絶縁部１６０と吸収器１２０との間に、シーリング１７０に付着する後方第２シーリング１８０を更に有する。

例えばシリコンシーリングであってよいシーリング１８０は、シーリング１７０を保護し、吸収器の重量を支える。

シーリング１４０、１８０の形成は、ＴＰＳ技術に従って、同時に又は連続する生産工程中で行われてよい。

機密シール空間１３４は、吸収器１２０の製品寿命中に埃又は昆虫に起因する効率変化がないように、該吸収器内に埃又は昆虫が入ることを防止する場合に該吸収器１２０の効率を維持する。

機密シール空間１３４は、更に、エレメント１００が早朝からエネルギーの生産を開始できるよう、ガラス１１０上への水滴の凝集を防止する。

図１ｂは、図１ａに示したエレメント１００を有する太陽熱吸収装置１９０の断面図を示す。

吸収装置１９０は、例えば太陽熱冷房用途に用いられる、例えば高温用の平板状吸収装置である。

吸収装置１９０は、吸収装置１９０を機械的損傷、昆虫、及び埃から保護する吸収装置のフレーム１９２を更に有してよい。

フレーム１９２は、例えば、アルミニウム、複合プラスチック、又は木製であってよい。

フレーム１９２は、その内表面上に少なくとも１つの支持（絶縁）エレメント１９４を更に有する。

支持エレメント１９４は、エレメント１００がフレーム１９０中に据え付けられたときにエレメント１００を支持する。

支持エレメント１９４は、エレメント１００を熱的に絶縁し、周辺環境の影響を最小化させる。

支持エレメント１９４は、例えば、ミネラルファイバーウール又はウッドファイバーウールであってよい。

エレメント１００は、吸収装置１９０の内部に水が浸透することを防止する耐熱及び耐紫外線の接着剤１９０、及びスペーサーテープにより、ガラス１１０のエッジ部と絶縁部１６０とを接着することによって、フレーム１９２に装着される。

エレメント１００は、支持エレメント１９４からのいかなる揮発成分の凝集もないため、支持エレメント１９４用に安価な材料を使用することができる。

或いは、吸収装置１９０が、図１ａによる断面上に、フレーム１９２及び支持エレメント１９４を有さないものとしてもよい。

吸収装置１９０は、アダプタ手段及び配管手段を更に有するものとし、エレメント１００のチューブ１２６を、入口１２７ａ、出口１２７ｂ、アダプタ手段、及び配管手段に接続することが可能となるようしてよい。

エレメント１００は、いくつかの吸収装置１９０を連結することにより、プロセス及び地域熱供給のための非常に効率的なモジュラー形式の大面積吸収装置の構築を可能とする。

本発明について、本発明について例示された上述の実施態様及び幾つかの利点を参照しながら上記に説明した。

本発明は、これらの実施態様に限定されるだけではなく、本発明の思想の範囲及び後述の特許請求の範囲内にあるすべての可能な実施態様を包含することは明らかである。

Claims (7)

1. カバーガラス（１１０）、
   ダイレクトフロー吸収器（１２０）、
   前記カバーガラスと前記吸収器とを、距離（ｈ１）の間隔を介して相互に接続するための前方熱可塑性シーリング（１３０）、並びに
   前記カバーガラス、前記吸収器、及び前記前方シーリングによって形成され、第１の低熱伝導ガス（１３６）に満たされた前方シール空間（１３４）
   を有する太陽熱吸収エレメント（１００）であって、
   該エレメントが、
   後方絶縁（ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）部（１６０）、
   前記絶縁部と前記吸収器とを、距離（ｈ２）の間隔を介して相互に接続するための後方熱可塑性シーリング（１７０）、並びに
   前記絶縁部、前記吸収器、及び前記後方シーリングによって形成され、第２の低熱伝導ガス（１７６）に満たされた後方シール空間
   を更に有することを特徴とする、前記太陽熱吸収エレメント。
2. 前記後方シーリングに接続しており、且つ前記絶縁部と前記吸収器との間にある、後方第２シーリング（１８０）であって、前記後方シーリングを保護し、且つ前記吸収器の重量を支えるように構成された、前記後方第２シーリング（１８０）を更に有する、請求項１に記載のエレメント。
3. 前記絶縁部がガラス、ポリウレタン板、又はポリイソシアヌレート板である、請求項１又は２に記載のエレメント。
4. 前記吸収器が、高選択的真空コーティング（１５０）をその前方表面（１２２）上に有するロール圧接吸収器（１２０）であり、前記コーティングが光を吸収するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエレメント。
5. 前記第２の低熱伝導ガスがアルゴンガスである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のエレメント。
6. カバーガラス（１１０）、
   ダイレクトフロー吸収器（１２０）、
   前記カバーガラスと前記吸収器とを、距離（ｈ１）の間隔を介して相互に接続するための前方熱可塑性シーリング（１３０）、
   前記カバーガラス、前記吸収器、及び前記前方シーリングによって形成され、且つ第１の低熱伝導ガス（１３６）で満たされた前方シール空間（１３４）、
   後方絶縁部（１６０）、
   前記絶縁部と前記吸収器とを、距離（ｈ２）の間隔を介して相互に接続するための後方熱可塑性シーリング（１７０）、並びに
   前記絶縁部、前記吸収器、及び前記後方シーリングによって形成され、且つ第２の低熱伝導ガス（１７６）で満たされた後方シール空間
   を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽熱吸収エレメント（１００）
   を有する、太陽熱吸収装置（１９０）。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽熱吸収エレメント（１００）の製造方法であって、
   該エレメントが、
   カバーガラス（１１０）、
   ダイレクトフロー吸収器（１２０）、
   前方及び後方熱可塑性シーリング（１３０、１７０）、
   前方シール空間（１３４）、並びに
   後方絶縁部（１６０）
   を有し、
   前記方法が、
   前記カバーガラス、前記吸収器、及び前記前方シーリングが前記前方空間を形成するように、前記前方シーリング（１３０）によって前記カバーガラスと前記吸収器とを距離（ｈ１）の間隔を介して相互に接続すること、
   前記前方空間を第１の低熱伝導ガス（１３６）で充填すること、
   前記絶縁部、前記吸収器、及び前記後方シーリングが前記後方空間を形成するように、前記後方シーリング（１７０）によって前記絶縁部と前記吸収器とを距離（ｈ２）の間隔を介して相互に接続すること、並びに
   前記後方空間を第２の低熱伝導ガス（１７６）で充填すること
   を含む、前記方法。