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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausnutzung der Sonnenenergie, mit einem Gehäuse, das an der der Sonne zugewendeten Seite offen ist oder mit einer solarstrahlendurchlässigen, gegebenenfalls entfernbaren, Abdeckung versehen ist, und mit einem Wärmetauscher, bestehend aus parallel verlaufenden Flachstäben, deren Ebenen im wesentlichen senkrecht zu jener Ebene, in der die Flachstäbe angeordnet sind, verlaufen, wobei die Flachstäbe zumindest teilweise aus einem Material grosser Wärmeleitfähigkeit bestehen und mit ein flüssiges oder gasförmiges Wärmeträgermedium transportierenden Rohren in wärmeleitender Verbindung stehen.
Es ist bereits bekannt, die Sonnenenergie für die Erzeugung von Wärme auszunutzen. Hiezu werden Sonnenkollektoren verwendet, welche aus einem Gehäuse bestehen, das an der der Sonne zugewendeten Seite in der Regel mit einer strahlendurchlässigen Abdeckung versehen ist und in dem ein Wärmetauscher angeordnet ist. Der Wärmetauscher weist hiebei Rohre auf, durch welche ein flüssiges oder gasförmiges Wärmeträgermedium transportiert wird. Die Rohre können auch einen vom kreisförmigen Querschnitt abweichenden Querschnitt, beispielsweise einen flachovalen Querschnitt, aufweisen und zur Vergrösserung der der Oberfläche mit abstehenden Rippen versehen sein oder mit Flachstäben in wärmeleitender Verbindung stehen.
Werden diese Sonnenkollektoren der Sonnenstrahlung ausgesetzt, so erwärmt sich das durch den Wärmetauscher strömende Wärmeträgermedium und kann dann beispielsweise für die Warmwasserbereitung und/oder für die Aufheizung von Räumen oder Schwimmbecken Verwendung finden.
Es ist auch bekannt, die Sonnenstrahlen durch Strahlungsbündler in einem Brennpunkt oder in einer Brennlinie zu bündeln, in welchem bzw. in welcher beträchtliche Temperaturen auftreten, die dann in einem dort angeordneten Wärmetauscher für die Aufheizung des Wärmeträgermediums verwendet werden. Bekannte Strahlungsbündler sind Paraboloidspiegel und parabolisch gekrümmte Zylinderspiegel, wobei dann der Wärmetauscher im Brennpunkt bzw. in der Brennlinie vorgesehen ist.
Um eine optimale Ausnutzung der Sonnenenergie zu gewährleisten ist es weiters bekannt, die Strahlungsbündler durch eine automatische Steuerung dem Stand der Sonne nachzuführen.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Ausnutzung der Sonnenenergie zu schaffen, deren Wirkungsgrad gegenüber den bekannten Vorrichtungen wesentlich verbessert wird. Die Erfindung geht hiebei aus von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art und besteht im wesentlichen darin, dass der aus den Flachstäben und den damit in wärmeleitender Verbindung stehenden Rohren bestehende Wärmetauscher zusätzlich zu einem innerhalb des Gehäuses angeordneten, mit Anschlüssen für die Zu- und Abfuhr des Wärmeträgermediums versehenen Wärmetauscher, im Bereich der Gehäuseöffnung angeordnet ist und einander kreuzende, einen Rost bildende Flachstäbe aufweist, welcher vorzugsweise am Rand der Gehäuseöffnung befestigt ist,
und dass die Rohre an der dem Gehäuse zugewendeten Schmalseite der Flachstäbe angeordnet sind und mit einem Anschluss des innerhalb des Gehäuses angeordneten Wärmetauschers verbunden sind. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung wird auch eine weitgehende Ausnutzung der diffusen Strahlung ermöglicht. Diese diffuse Strahlung, welche bis zu 60% der Gesamtstrahlung ausmacht, wird aus den verschiedensten Winkeln auf die Erdoberfläche eingestrahlt und trifft somit nicht in Form von parallelen Strahlen auf die Vorrichtung auf, so dass es auch nicht möglich ist, diese diffuse Strahlung auf den Wärmetauscher zu bündeln. Aus diesem Grunde wurde bei den bekannten Vorrichtungen die aus der diffusen Strahlung resultierende Energie nur zu einem geringen Teil ausgenutzt.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung hingegen trifft die aus verschiedenen Richtungen einfallende diffuse Strahlung auf den im Bereich der Gehäuseöffnung vorgesehenen Rost auf, wobei das eine grosse Wärmeleitfähigkeit aufweisende Material des Rostes durch diese diffuse Strahlung erwärmt wird und die Wärme an die mit den Flachstäben verbundenen Rohre weitergibt, in der sich wieder das Wärmeträgermedium befindet, so dass letztlich auch dieses Wärmeträgermedium erwärmt wird.
Da die Rohre mit einem Anschluss des innerhalb des Gehäuses angeordneten Wärmetauschers in Verbindung stehen, gelangt das in diesen Rohren befindliche, durch die diffuse Strahlung unter Vermittlung des Rostes bereits erwärmte Wärmeträgermedium bereits mit gegenüber den bekannten Vorrichtungen wesentlich höheren Temperaturen in den innerhalb des Gehäuses angeordneten Wärmetauscher, so dass dieses Wärmeträgermedium beim Verlassen dieses Wärmetauschers eine Temperatur besitzt, die infolge der fast vollständigen Ausnutzung der
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gesamten Sonnenenergie wesentlich höher ist als es bei den bekannten Vorrichtungen der Fall war.
Da der Rost aus Flachstäben besteht, deren Ebenen im wesentlichen senkrecht zu jener Ebene verlaufen, in der die Flachstäbe angeordnet sind, weist der Rost eine grosse Fläche auf, welche durch die diffuse Strahlung erwärmt wird, wobei jedoch das Hindurchtreten der direkten, etwa parallel zur Ebene der Flachstäbe verlaufenden Strahlung durch den Rost nicht behindert wird.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung sind lediglich die in einer Richtung parallel zueinander verlaufenden Flachstäbe des Rostes, die im wesentlichen eine horizontale Achse aufweisen, mit den Rohren verbunden. Es sind dann zwar einander kreuzende Flachstäbe, jedoch keine einander kreuzenden Rohre vorhanden, so dass die Herstellung vereinfacht und eine eindeutige Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums durch die Rohre gegeben ist.
Als günstig hat es sich erwiesen, wenn die Rohre in an sich bekannter Weise einen im wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Spitze des Dreiecks an der dem Gehäuse zugewendeten Schmalseite der Flachstäbe befestigt ist und die Rohre vorzugsweise mit ihrer Basis an der Gehäuseabdeckung anliegen. Dadurch wird eine optimale Anordnung und Abstützung der Rohre sowie eine gute Überleitung des im Gehäuse auftretenden Wärmestaus erzielt.
Die Verwendung eines lediglich aus einem Material grosser Wärmeleitfähigkeit bestehenden Rostes allein ergibt eine hohe Wärmeabgabe an der der Rohrleitung abgewendeten Frontseite, was insbesondere in der kalten Jahreszeit zu unerwünschten Wärmeverlusten führt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung der Rost an seiner dem Gehäuse abgewendeten Seite an die aus einem Material grosser Wärmeleitfähigkeit bestehenden Roststäbe anschliessende reflektierende Roststäbe aufweisen, die die anfallende Strahlung in Richtung zum Gehäuseinneren reflektieren. Diese Roststäbe können beispielsweise aus poliertem Metall bestehen, oder mit einem Spiegelbelag versehen sein. Diese Ausführungsform ermöglicht praktisch die gesamte Verwertung der einfallenden diffusen Strahlung.
Zwischen den aus einem Material grosser Wärmeleitfähigkeit bestehenden Roststäben und den reflektierenden Roststäben kann eine durchsichtige, beispielsweise aus Glas bestehende Zwischenwand vorgesehen sein, die vorzugsweise entfernbar angeordnet ist. Diese Zwischenwand verhindert eine unerwünschte Wärmeabgabe der in den aus einem Material grosser Wärmeleitfähigkeit gespeicherten Wärme nach aussen sowie eine Verschmutzung dieser Roststäbe.
Es ist weiters von Vorteil, wenn an der der einfallenden Strahlung zugewendeten, dem Gehäuse abgewendeten Seite des Rostes eine abnehmbare strahlendurchlässige Wand, vorzugsweise aus Glas, angeordnet ist. Durch diese Wand wird einerseits eine Verschmutzung vor allem auch der reflektierenden Roststäbe verhindert, so dass diese ihr Reflexionsvermögen beibehalten, anderseits bewirkt diese strahlendurchlässige Wand eine zusätzliche Wärmeisolierung.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch veranschaulicht. Fig. l zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung nach der Linie I-I in Fig. 2. Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1. Fig. 3 zeigt in grösserem Massstab das Detail III von Fig. 1.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist ein Gehäuse-l-auf, das aus auf einem Mon- tagegerüst --2-- befestigten Spiegelsegmenten, die einen Parabolspiegel --3-- bilden, be-
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--2-- istkann.
Im Brennpunkt des Spiegels ist ein Wärmetauscher --4-- vorgesehen, der die Form einer Halbkugel besitzt und aus Rohrschlangen - zweckmässig aus Kupfer - gebildet ist, die von einem flüssigen oder gasförmigen Wärmeträgermedium durchströmt werden.
Die vom Spiegelrand begrenzte Gehäuseöffnung ist mit einer strahlendurchlässigen Abdeckung --5-- beispielsweise aus Glas versehen, an welcher sich der Wärmetauscher --4-- mit seiner kreisförmigen Basis abstützt.
Im Bereich des vom Parabolspiegel --3-- gebildeten Gehäuserandes ist ein Rost --6-- als Wärmetauscher angeordnet, der am Montagegerüst --2-- befestigt ist. Dieser Rost --6-- weist einen rechtwinkeligen Raster bildende Flachstäbe --7-- aus Kupfer oder einem andern gut wärme-
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leitenden Material auf, wobei die Ebene dieser Flachstäbe --7-- senkrecht zur Rostebene verläuft. Die im wesentlichen horizontal verlaufenden Flachstäbe --7-- sind an dem dem Gehäuseinneren zugewendeten Ende mit Rohren --8-- versehen.
Wie am besten aus Fig. 3 hervorgeht, weisen diese Rohre --8-- im wesentlichen einen dreiecksförmigen Querschnitt auf, wobei eine Spitze des
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obersten horizontalen Rohr aus, von wo es über eine nicht dargestellte Verbindungsleitung den Rohren des Wärmetauschers --4-- zugeführt wird. Die vertikalen Flachstäbe --7-- des Rostes dienen lediglich zur Wärmespeicherung und Wärmeleitung und sind nicht mit Rohren verbunden. Der aus den Flachstäben --7-- gebildete Rost wird durch die diffuse Strahlung von der Sonne erwärmt, wobei die Wärme über die Rohre --8-- an das Wärmeträgermedium abgegeben wird, so dass dieses bereits in erwärmtem Zustand zum Wärmetauscher gelangt.
Die von der Sonne ausgesendete Direktstrahlung hingegen durchsetzt vor allem dann, wenn die erfindungsgemässe Vorrichtung dem Sonnenstand nachgeführt wird, den Rost --6-- etwa parallel zu der Ebene der Flachstäbe --7--, gelangt somit ungehindert zum Parabolspiegel --3--, von wo sie zum Wärmetauscher --4-- reflek- tiert wird.
Um zu verhindern, dass vor allem in der kalten Jahreszeit eine Abstrahlung der in den Flach- stäben --7-- gespeicherten Wärme nach aussen erfolgt, schliessen an die Flachstäbe --7-- an der Aussenseite, also an dem Ende, welches der Rohrleitung gegenüberliegt, reflektierende Roststäbe - an, welche beispielsweise aus poliertem Metall bestehen oder mit einem Spiegelbelag versehen sind.
Durch diese reflektierenden Roststäbe --12-- werden die von den Roststäben --7-- gebildeten Schächte verlängert und die einfallende diffuse Strahlung wird auf diese Roststäbe - reflektiert, ohne dass eine Abstrahlung von diesen Roststäben --7-- erfolgt. Zusätzlich kann noch zwischen den Roststäben --7 und 12-- eine durchsichtige, beispielsweise aus Glas bestehende Zwischenwand --13-- vorgesehen sein, welche gleichfalls eine Abstrahlung der in den Roststäben --7-- gespeicherten Wärme verhindert und durch welche eine Verschmutzung dieser Roststäbe - unterbunden wird.
An der der einfallenden Strahlung zugewendeten Stirnseite des Rostes --6-- ist am Ende der reflektierenden Roststäbe --12-- eine vorzugsweise aus Glas bestehende strahlendurchlässige Wand - entfernbar angeordnet, durch welche eine Verschmutzung der reflektierenden Roststäbe - verhindert wird und eine zusätzliche Wärmeisolierung geschaffen wird.
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