CH625608A5 - - Google Patents

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CH625608A5
CH625608A5 CH993077A CH993077A CH625608A5 CH 625608 A5 CH625608 A5 CH 625608A5 CH 993077 A CH993077 A CH 993077A CH 993077 A CH993077 A CH 993077A CH 625608 A5 CH625608 A5 CH 625608A5
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CH
Switzerland
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reflector
collector
collectors
reflectors
tube
Prior art date
Application number
CH993077A
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English (en)
Inventor
Robert John Bieringer
George Robinson Jun Mather
Original Assignee
Owens Illinois Inc
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Publication date
Application filed by Owens Illinois Inc filed Critical Owens Illinois Inc
Publication of CH625608A5 publication Critical patent/CH625608A5/de

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/74Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with trough-shaped or cylindro-parabolic reflective surfaces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S25/60Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules
    • F24S2025/6007Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules by using form-fitting connection means, e.g. tongue and groove
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sonnenenergiekollektoranlage gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In der US-Patentschrift Nr. 549 291 ist eine Sonnenenergiekollektoranlage mit mehreren gleichen Rohrkollektoren aus Glas beschrieben, die mit einer Verteilerleitung und einer Sammelleitung verbunden und parallel zueinander zwischen der Sonne und einer ebenen, diffus reflektierenden Oberfläche angeordnet sind. Die Kollektoren sind zur reflektierenden Oberfläche parallel und besitzen von dieser Oberfläche einen Abstand, der nicht grösser als das Vierfache ihres Aussendurch-messers ist. Der Abstand der Kollektoren voneinander, gemessen von Kollektorachse zu Kollektorachse, ist ebenfalls nicht grösser als das Vierfache ihrer Aussendurchmesser. Vom zwischen den Kollektoren auf die diffus reflektierende Oberfläche fallenden Sonnenlicht wird angenähert die Hälfte auf die Unterseite der Kollektoren reflektiert. Die Anlage nach der oben genannten US-PA mit in Abständen voneinander angeordneten Kollektoren umfasst nur halb soviel Elemente (Kollektoren, Rohre usw.) als eine Anlage mit dicht aneinander angeordneten Kollektoren, liefert jedoch bei den meisten Betriebsbedingungen angenähert die gleiche Wärmeenergie. Da durch die Verwendung der ebenen, diffus reflektierenden Oberfläche wesentlich weniger Kollektoren benötigt werden, ergibt sich trotz der zusätzlichen Kosten für die diffus reflektierende Oberfläche eine wesentliche Kostenersparnis.
Diese diffus reflektierenden, ebenen Reflektoren nützen jedoch, je nach der Zeit eines Sonnentags, nur 50 bis 60% der einfallenden Sonnenenergie aus, da angenähert die Hälfte des auf solche Reflektoren fallenden Lichts nicht auf die Unterseite der Kollektoren reflektiert wird. Wenn dieses Licht ebenfalls ausgenützt werden könnte, würde der Wirkungsgrad bis zu 80% betragen. Durch Vergrösserung des Abstands der Kollektoren voneinander könnten dann die Verluste weiter verringert und höhere Temperaturen erzielt werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Sonnenenergiekollektoranordnung mit besserer Ausnützung des einfallenden Sonnenlichts und kleineren Verlusten, ohne dass die Reflektoren der Sonne nachgeführt werden müssen.
Die erfindungsgemässe Sonnenkollektoranlage ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet. Der Krümmungsradius R des Reflektors kann für jeden Kollektorabstand d und jeden Aussendurchmesser D der Kollektorhüllrohre bestimmt werden. Vorzugsweise wird der Reflektor um den unteren Teil des zugeordneten Kollektors herum angeordnet, und ist an diesen aufgehängt. Der Reflektor kann längs seiner reflektierenden Oberfläche mit vorspringenden Auflagewarzen versehen sein, die das Hüllrohr des Kollektors und die konkave, reflektierende Oberfläche des Reflektors im gewünschten Abstand voneinander halten. Dieser Abstand ermöglicht das Ablaufen von Regenwasser und verhindert das Ansammeln von Eis und Schmutz zwischen Reflektor und Kollektor.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Schaffung einer einzelnen Kollektoreinheit mit Reflektoren, die entsprechend den Kollektoren geformt und in Abstand von deren Unterseite, d.h. auf der von der Sonne abgewandten Kollektorseite, angeordnet und preiswert sind sowie einen hohen Wir-5 kungsgrad besitzen.
Die erfindungsgemässe Kollektoreinheit ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 12 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
io Das beste Ergebnis wird mit einer bevorzugten Ausführung der Sonnenenergiekollektoranlage nach der Erfindung erhalten, bei der das Verhältnis des Abstands d der Längsachsen der Kollektoren voneinander zum Aussendurchmesser D der Hüllrohre der Kollektoren, je nach Betriebstemperatur, mehr als 1 15 und nicht mehr als 3 beträgt.
Nachfolgend wird anhand der beiliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Anlage nach der Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von Reflektoren einer 2oerfindungsgemässen Sonnenenergiekollektoranlage, welche Reflektoren mit gestrichelt dargestellten Rohrkollektoren zusammengebaut sind,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer aus Rohrkollektor und Reflektor bestehenden Kollektoreinheit der Anlage nach der Er-25 findung,
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Kollektoreinheit nach der Fig. 2 längs der Linie 3-3 in dieser Figur,
Fig. 4 eine vergrösserte, perspektivische Ansicht von Teilen benachbarter Reflektoren mit angeformten Verbindungsmit-30 teln, welche die Reflektoren längs ihrer Ränder miteinander verbinden,
Fig. 5 eine schematische Stirnansicht zweier Kollektoreinheiten, aus der die Konstruktionsparameter der Anlage ersichtlich sind,
35 Fig. 6 eine zeichnerische Darstellung des Betriebswirkungsgrads der Anlage nach der Erfindung bei verschiedenen Betriebstemperaturen in Abhängigkeit vom Verhältnis d/D, d.h. vom Verhältnis Abstand d der Kollektoren zum Aussendurchmesser D der Kollektorhüllrohre,
40 Fig. 7 eine zeichnerische Darstellung der Abhängigkeit des Verhältnisses d/D vom Abstand F zwischen der Kollektorachse und der Brennlinie des zugeordneten Reflektors, geteilt durch den Hüllrohrdurchmesser D, und
Fig. 8 die Abhängigkeit des Wirkungsgrades der Sonnen-45 energieaufnahme von der in die Ebene der Kollektoren eingestrahlten Sonnenenergie für die Reflektoren nach der US-PA Nr. 549 291 und für die erfindungsgemässen Reflektoren.
In der Fig. 2 sind zwei im wesentlichen zylinderförmige Reflektoren 10 aus Blech dargestellt, die an ihren benachbarten 50 Längsrändern miteinander verbunden sind und sich um die Unterseiten zweier benachbarter Rohrkollektoren 11 (durch gestrichelte Linien dargestellt) aus Glas erstrecken. Solche Rohrkollektoren sind in der US-PS Nr. 3 952 724 und in der US-PA Nr. 634 714 beschrieben. Die Reflektoren bestehen aus relativ 55 starrem Material wie Metallblech. Vorzugsweise besteht ein Reflektor 10 aus Aluminiumblech, dessen konkave Oberfläche anodisiert ist, so dass sie eine Spiegelfläche bildet. Der Reflektor 10 kann auch aus Kunststoff, organischem Material, glasfaserverstärktem Material oder dergl. bestehen, auf dem durch 60 Anodisieren, Plattieren oder Aufdampfen ein spiegelnder Überzug mit einem Reflexionsvermögen von 0,85 oder mehr gebildet ist. Die spiegelnde Oberfläche kann auch auf andere Weise hergestellt werden, jedoch ist ein Aluminiumblech mit einer anodisierten Spiegelfläche aus Aluminium von den Kosten 65 und der Dauerhaftigkeit her gesehen, die günstigste Lösung. Der Reflektor 10 hat die Form eines Zylindersegments mit einem Krümmungsradius R (Fig. 5), der vom Krümmungsmittelpunkt Y aus geht. Im Schnitt hat die reflektierende, zylindrische
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Oberfläche die Form eines Kreisbogensegmentes, das kleiner als ein Halbkreis ist.
Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, ist der Reflektor 10 auf der Unterseite des Kollektors 11 angeordnet, der ein durchsichtiges Hüllrohr 13 aus Glas und ein Absorberrohr 14 aus Glas umfasst, dessen Aussendurchmesser kleiner ist aus der Innendurchmesser des Rohres 13. Die Aussenseite des Absorberrohres 14 ist mit einem wellenlängenselektiven Überzug 15 zum Absorbieren der auftreffenden Sonnenenergie versehen. Über ein im Absorberrohr 14 angeordnetes Zirkulationsrohr 12a mit einem Innenraum 12 kann ein Wärmeaustauschmedium durch den Rohrkollektor 11 zirkulieren, das die durch die Absorption von Sonnenenergie erzeugte Wärme vom Absorberrohr aufnimmt und abführt. Der ringförmige Raum 16 zwischen der Innenseite des Hüllrohres 13 und der Aussenseite des Absorberrohres 14 ist evakuiert, vorzugsweise bis auf ein Vakuum von 10"4 Torr. Das Vakuum im Ringraum 16 verhindert Wärmeverluste des Kollektors durch Wärmeleitung und Konvektion. Das Absorberrohr 14 hat ein geschlossenes Ende und ein offenes Ende. Die Wände an den Enden der Rohre 13 und 14 sind miteinander verschmolzen, so dass der Ringraum 16 geschlossen ist. Der Ringraum 16 wird in bekannter Weise über ein Röhrchen an dem einen Ende des Hüllrohres evakuiert und dann das Röhrchen durch Verschmelzen verschlossen. Das offene Ende des auf diese Weise gebildeten doppelwandigen Rohres ermöglicht den Zugang zum Innern des Absorberrohres 14. Dieses offene Ende ist in eine Fassung auf einer Seite eines Verteilers 17 eingeführt, der im einzelnen in der US-PA 634 714 beschrieben ist und von dem in der Fig. 2 nur eine Stirnseite sichtbar ist. Der Verteiler 17 trägt eine Mehrzahl von Rohrkollektoren 11, die zu beiden Seiten des Verteilers in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Der Verteiler 17 ist auf einer Unterlage 18, beispielsweise auf einem geneigten Dach befestigt, die parallel zur Ebene der Rohrkollektoren ist und deren Lage so gewählt ist, dass die Kollektoren optimal der Sonnenstrahlung ausgesetzt sind. Der Verteiler 17 ist mit über seine Länge verteilten Füssen 19 auf der Unterlage 18 befestigt, so dass die aus dem Verteiler 17 und den Rohrkollektoren 11 bestehende Anordnung einen Abstand von der Unterlage 18 besitzt, wodurch Regenwasser ablaufen und Schnee entfernt werden kann. Die äusseren, geschlossenen Enden der Rohrkollektoren 11 erstrecken sich durch Öffnungen von Winkelträgern 20 in Tragkappen 21, von denen jede durch eine Bajonettverbindung 23 mit dem zugehörigen Winkelträger 20 verbunden ist. Jede Tragkappe 21 besitzt axiale Rippen 22 welche die Kappe zusammen mit der Bajonettverbindung in der Öffnung des Winkelträgers halten.
Der Reflektor 10 ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich, in horizontaler Lage längs der Unterseite des Hüllrohres angeordnet und besitzt über seine Länge verteilte, sich nach aufwärts erstrek-kende Auflagewarzen 24 (siehe Fig. 1), auf denen das Hüllrohr aufliegt, so dass zwischen Reflektor und Hüllrohr ein freier Raum vorhanden ist. Die Auflagewarzen 24 sind an mindestens zwei Stellen längs des Reflektors paarweise angeordnet, wodurch eine stabile Auflage des Hüllrohres 13 erhalten wird. Für den Ablauf von Regenwasser genügt auch je eine Auflagewarze an zwei Stellen des Reflektors. Die Auflagewarzen 24 des Reflektors verhindern das Ansammeln von Regenwasser, Schnee oder Eis auf dem Reflektor unterhalb des Hüllrohres. Vorzugsweise ist der Reflektor 10 am Hüllrohr 13 des zugeordneten Rohrkollektors 11 befestigt, so dass die Reflektoroberfläche geneigt ist. Der Reflektor 10 wird durch Hängestreifen oder Hängedrähte 25 am zugeordneten Rohrkollektor 11 gehalten, welche Aufhängemittel sich von unten durch eine Öffnung 26 im Reflektor erstrecken und dann über das Hüllrohr 13 durch eine weitere Öffnung 27 im Reflektor auf der gegenüberliegenden Seite des Hüllrohres nach unten. Das Aufhängemittel 25 ist vorzugsweise ein biegsamer Draht, wobei für jede Reflektor-Kollektoranordnung mehrere Drähte oder für mehrere Reflektor-Kollektoranordnungen ein einzelner langer Draht verwendet wird. Wenn wie in der Fig. 3 dargestellt, mehrere Aufhängedrähte verwendet werden, liegen ihre unteren, umgebogenen Enden 250 und 251 auf der Unterseite des Reflektors 10 an und 5 drücken diesen gegen das Hüllrohr 13 des zugeordneten Kollektors 11.
Die an benachbarten Rohrkollektoren 11 montierten Reflektoren 10 sind, wie in den Fig. 1 und 4 dargestellt, an ihren Rändern durch ineinandergreifende Verbindungsmittel mitein-io ander verbunden. Zu diesem Zweck sind längs einer Seite 28 jedes Reflektors 10 mehrere L-förmige Lappen 29 angeformt. Längs der anderen Seite des Reflektors 10 und einwärts vom Rand 30 dieser Seite sind Schlitze 31 vorgesehen, durch welche sich die Lappen 29 eines benachbarten Reflektors erstrecken, 15 wobei durch Verschieben des einen Reflektors in Längsrichtung die Lappen des einen Reflektors in die Schlitze des anderen Reflektors eingreifen, wodurch die beiden Reflektoren miteinander verbunden werden.
Die Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung die Konstruk-20 tionsprinzipien der Anlage nach der Erfindung. Wie bekannt, besteht Sonnenlicht aus zwei Hauptkomponenten. Die eine Komponente ist das direkt von der Sonne zur Erdoberfläche gehende Sonnenlicht. Dieses Licht besteht aus kollimierten Lichtstrahlen, die unter einem Winkel a zur Vertikalen einfal-25 len. Die zweite Hauptkomponente ist diffuses Sonnenlicht, welches nicht kollimiert ist und unter allen möglichen Winkeln auf die Aussenseite der Hüllrohre 13 in der Fig. 5 fällt. Die kollimierten Lichtstrahlen fallen während eines Sonnentages in einem Winkel von 90 ° bis 0 ° und von 0 ° bis 90 ° zur Vertikalen 30 ein. Im Verlauf eines Sonnentages fallen die kollimierten Sonnenstrahlen auf den Auffangbereich der Rohre 13 und ausserhalb dieses Bereichs auf die Spiegelfläche der Reflektoren 10. Da die Spiegelfläche ein Bogensegment eines Hohlzylinders ist dessen Längsachse durch den Punkt Y dargestellt ist, hat der 35 Reflektor eine Brennlinie (Punkt X), die zwischen der konkaven Zylinderfläche und der Längsachse Y verläuft. Die Brennlinie X verläuft im Abstand zur Längsachse Y. Die Brennlinie von jedem Reflektor liegt im Raumbereich, der vom Absorberrohr des zugeordneten Kollektors umgeben ist. Die ausserhalb 40 des Auffangbereichs von jedem Hüllrohr verlaufenden kollimierten Sonnenstrahlen fallen auf den zugeordneten Reflektor und werden von diesem auf die Aussenseite des Hüllrohres reflektiert. Die Spiegelflächen der Reflektoren haben ein Reflexionsvermögen von 0,8 und mehr. Das diffuse Licht fällt zum 45 Teil auf die Kollektoren und zum Teil auf die Reflektoren und wird von diesen auf die Kollektoren reflektiert. Zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades von Reflektoren und Kollektoren sind die Kollektoren in Abständen voneinander angeordnet, die in bestimmter Beziehung zum Aussendurchmesser der HüII-50 röhre, dem Krümmungsradius der Reflektoren und dem Abstand der Brennlinie der Reflektoren von der Längsachse der Kollektoren stehen.
Die kritischen Konstruktionsparameter einer Reflektor-Kollektoranordnung werden nachfolgend anhand der Fig. 5 be-55 schrieben. Es ist bekannt einen Rohrkollektor so zu montieren, dass seine Längsachse mit der Brennlinie des zugeordneten, gekrümmten Reflektors, beispielsweise eines fokussierenden oder abbildenden Parabolreflektors zusammenfällt. Dies erfordert jedoch dass die Reflektor-Kollektoranordnung der Sonne nach-60 geführt werden muss um eine maximale Ausnützung der einfallenden Sonnenenergie zu erzielen. Bei der Anlage nach der Erfindung wird eine nicht abbildende Reflektor-Kollektorkombination verwendet. Die Brennlinie X des nicht abbildenden, zylindrischen Reflektors hat vom Krümmungsmittelpunkt Y des 65 Reflektors den Abstand R/2, wobei R der Radius der zylindrischen Reflektorfläche ist. Da die Brennlinie des Reflektors im allgemeinen nicht mit der Achse des Absorberrohrs des Kollektors zusammenfällt (siehe Fig. 5), ist der Reflektor in Bezug auf
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das Absorberrohr nicht abbildend. Diese Anordnung ermöglicht auch ein wirksames Sammeln diffuser Sonnenstrahlung.
Die Konstruktionskriterien für die Anlage nach der Erfindung sind die folgenden: Der Abstand zwischen den Rohrachsen benachbarter Rohrkollektoren ist in der Fig. 5 mit d und der Aussendurchmesser des Hüllrohres eines Kollektors mit D bezeichnet. Die Achse des Reflektors, d.h. sein geometrisches Zentrum liegt in vertikaler Richtung im Abstand RD/d über der Rohrachse des zugeordneten Kollektors.
Der Radius R des Reflektors ist gegeben durch:
R =
Vl-(D/d)2
Für grosse Werte von d wird der Spalt h (Fig. 5) zwischen den Reflektoren und den Hüllrohren für praktische Zwecke zu gross, so dass nur kleinere Werte von d für die Anlage der Erfindung verwendet werden.
Die Fig. 6 zeigt den Wirkungsgrad eines Kollektors für d/D Werte von 1 bis 3. Für jeden Betriebszustand mit einer Temperaturdifferenz Te - TA ist ein optimaler Abstand zwischen Reflektor und Kollektor und zwischen benachbarten Kollektoren vorhanden. TE ist die Temperatur des Wärmeaustauschmediums beim Eintritt in den Kollektor und TA die äussere Umgebungstemperatur. Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit des Energiesammeiwirkungsgrads in Prozent vom Verhältnis d/D in Form von isothermen Kurven für TE-TA 50,100,150 und 200 °C. Der höchste Wirkungsgrad wird mit Verhältnissen d/D im Bereich von 1,4 bis 2,3 erhalten.
Die Fig. 7 zeigt die nichtabbildende Funktion des Reflektors in Bezug zum Kollektor für d/D Werte von 1 bis 3, entsprechend den oben genannten Konstruktionskriterien. In der Fig. 7 ist die Abhängigkeit des Abstands + F zwischen der Achse des Hüllrohres 13 und der Brennlinie (Punkt X) als Funktion des Hüllrohrdurchmessers D vom Verhältnis d/D für die Werte dieses Verhältnisses von 1 bis 3 dargestellt. Die Brennlinie soll innerhalb der Querschnittsfläche des Absorberrohres liegen. Der Wert von F ist längs der durch die geometrischen Achsen von Kollektor und Reflektor gehenden vertikalen Linie von — 0,3 bei d/D = 1,25 über 0 bei d/D = 2 bis 0,26 bei d/D = 3 veränderlich, wie die in der Fig. 7 dargestellte Kennlinie zeigt. Diese Kennlinie bestimmt die Anordnung des Reflektors 10 in Bezug auf den Kollektor 11 zur Erzielung der optimalen Energieaufnahme durch den Kollektor 11.
Fig. 8 zeigt die Betriebsdaten eines Kollektors und eines Reflektors, die entsprechend den Parametern der Fig. 6 und 7 ausgeführt sind und die Betriebsdaten einer Kombination aus Kollektor und diffusem Reflektor, wie sie in der US-PA Nr. 549 291 beschrieben ist. Bei den Untersuchungen, durch die diese Daten erhalten wurden, wurde eine Mehrzahl Rohrkollektoren verwendet, die mit einem Verteiler verbunden waren, der Wasser an die Innenräume 12 der in Serie geschalteten Absorberrohre der Kollektoren lieferte. Die Untersuchungen wurden auf einer geographischen Breite von 41,6 °N (Toledo, Ohio) während des Frühlings zur Mittagszeit durchgeführt. Die Kollektoren waren unter einem Winkel von 45 ° angeordnet und s nach Süden gerichtet. Die mittlere Umgebungstemperatur TA betrug 12,5 °C (55 °F) und die Wassereintrittstemperatur TE betrug 21 °C (70 °F) bis 104,5 °C (220 °F). Die Daten für den diffusen Reflektor wurden mit einem weissen, ebenen diffusen Reflektor erhalten, der auf der Unterseite der Kollektoren ent-10 sprechend den in der US-PA Nr. 549 291 angegebenen Parametern angeordnet war. Die erfindungsgemässen, zylindrischen Reflektoren hatten ein Reflexionsvermögen von 0,85 und wurden an der gleichen Kollektoranordnung montiert wie der diffuse Reflektor. Der Wert von d/D betrug bei den Untersuchungen 15 angenähert 2. Der Kollektorabstand war bei allen Untersuchungen gleich. Die auf die Ebene der Kollektoren auftreffende gesamte Sonnenenergie Sp wurde in der Mittagszeit während 30 Minuten gemessen und die Temperaturen TE mit Thermoelementen in den Kollektoren bestimmt. Die Messwerte wurden 20 eine halbe Stunde nach dem Beginn des Wasserdurchflusses durch die Kollektoren bestimmt, da das Wasser eine halbe Stunde für den Durchfluss durch die Kollektoren benötigte. Die Austrittstemperaturen wurden eine halbe Stunde nach den Eintrittstemperaturen gemessen und die Sonneneinstrahlung über 25 die Verweilzeit des Wassers im Kollektor gemittelt. Die Resultate zeigen, dass der Wirkungsgrad der Anlage nach der Erfindung wesentlich grösser ist als bei der bekannten Anlage.
Die Kurven für den «zylindrischen Reflektor» und den «diffusen Reflektor» haben die gleiche Neigung, da die Abstände 30 zwischen den Kollektoren bei den Untersuchungen und damit auch die Verluste gleich waren.
Der für die erfindungsgemässe Anlage praktische Bereich für d/D ist 1,25 bis 3, vorzugsweise 1,4 bis 2,3.
Die Kosten der Anlage nehmen mit zunehmendem Abstand 35 d der Kollektorachsen voneinander sehr stark ab, da bei einem grösseren Abstand d weniger Kollektoren pro m2 Sammelfläche benötigt werden. Die in Bezug auf das Verhältnis von Kollektorkosten zu den Kosten pro Energieeinheit günstigste Konstruktion ergibt sich mit einem Verhältnis d/D von 1,4 bis 2,3. 40 Durch die Verwendung von zylindersegmentförmigen Spiegelreflektoren anstelle von ebenen, diffus reflektierenden Reflektoren wird ein hoher Wirkungsgrad der Sonnenenergiekollektoranlage bei mässiger Erhöhung der Anlagekosten erzielt. Diese zusätzlichen Kosten können durch die Anordnung der 45 Kollektoren in grösseren Abständen voneinander mehr als ausgeglichen werden, wodurch sich geringere Anlagekosten bei grösserer Energieabgabe ergeben. Da ferner die Reflektoren kein Bild erzeugen müssen, können Unvollkommenheiten der spiegelnden Oberfläche der Reflektoren zugelassen werden, oh-50 ne dass der Wirkungsgrad der Reflektoren merkbar beeinträchtigt wird.
3 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

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  2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse jedes Kollektors einen Abstand von der Brennlinie des zugeordneten Reflektors besitzt der höchstens 0,3 D beträgt, wenn die Kollektorachse weiter weg von der Sonne liegt als die Brennlinie, und höchstens 0,26 D, wenn die Kollektorachse näher zur Sonne liegt als die Brennlinie, wobei D der Aussendurchmesser der Kollektoren ist.
    2
    PATENTANSPRÜCHE 1. Sonnenenergiekollektoranlage mit mehreren parallel im Abstand voneinander angeordneten Rohrkollektoren (11) mit gleichen Aussendurchmessern, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kollektor ein äusseres, durchsichtiges Hüllrohr (13) sowie ein im Hüllrohr angeordnetes Absorberrohr (14) mit einem geschlossenen und einem offenen Ende zur Zufuhr eines wärmeenergieabsorbierenden Mediums umfasst, wobei das Absorberrohr (14) zwischen seinen Enden eine Sonnenenergie absorbierende Oberfläche besitzt und einen Aussendurchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser des Hüllrohres (13) ist, so dass zwischen den beiden Rohren ein Ringraum (16) gebildet ist, der an den Enden der beiden Rohre verschlossen und evakuiert ist, dass die Kollektoren einen Abstand d ihrer Achsen voneinander aufweisen, der mehr als einmal und nicht mehr als dreimal so gross ist wie der Aussendurchmesser D eines Hüllrohres, dass jedem Kollektor auf der von der Sonne abgewandten Seite ein langgestreckter Reflektor (10) zugeordnet ist, dessen konkave, reflektierende Oberfläche zum Konzentrieren der Sonnenstrahlen auf einen länglichen Bereich die Form eines Zylindermantelsegments hat, welcher Bereich innerhalb des Absorberrohres liegt, und dass der Reflektor einen Krümmungsradius R aufweist, der gegeben ist durch:
    Vl-(D/dy wobei d der Abstand zwischen den Achsen der Kollektoren und D der Aussendurchmesser der Hüllrohre der Kollektoren ist, und dass Mittel zum Zirkulieren des wärmeenergieabsorbierenden Mediums durch das Innere des Absorberrohres eines jeden Kollektors vorgesehen sind, um die vom Absorberrohr absorbierte Sonnenenergie aufzunehmen.
  3. 3
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    fläche ein Reflexionsvermögen von mindestens 0,8 besitzt und dass die Auflagepunkte aus erhöhten Teilen (24) des Metallblechs bestehen, die sich bis über die reflektierende Oberfläche erstrecken.
    3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (13) und das Absorberrohr (14) jedes Kollektors aus Glas besteht und die beiden Rohre koaxial zueinander angeordnet sind und dass der Ringraum zwischen den beiden Rohren durch eine Glasverschmelzung an den Enden der beiden Rohre geschlossen ist.
  4. 4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Zirkulieren des Mediums durch die Kollektoren einen Verteiler (17) für die Zufuhr und Abfuhr des Mediums zu und von den Kollektoren und Zirkulationsrohre (12a) umfassen, die mit dem Verteiler in Verbindung stehen und von denen sich jedes in das Innere des Absorberrohres eines Kollektors bis in die Nähe des geschlossenen Endes des Absorberrohres erstreckt (Fig. 2).
  5. 5 kollektoren (11) in gleichen Abständen voneinander mit dem Verteiler verbunden sind und sich längs wenigstens einer Längsseite des Verteilers in seitlicher Richtung von diesem weg erstrecken, dass die Reflektoren aus Metallblech bestehen, dessen konkave Oberfläche lichtreflektierend ausgebildet ist, dass Ver-io bindungsmittel (29,31) zum Verbinden von benachbarten Reflektoren längs der Längsränder benachbarter Reflektoren angeordnet sind, dass Abstandsmittel (24) zwischen der konkaven Oberfläche jedes Reflektors und der äusseren Oberfläche jedes Kollektors vorhanden sind, um die beiden Oberflächen in fe-15 stem Abstand voneinander zu halten, und dass Befestigungsmittel (25) zum Aufhängen eines Reflektors an jedem Kollektor im durch Abstandsmittel bestimmten Abstand vom Kollektor vorhanden sind.
    5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (17) langgestreckt und zwischen den Kollektoren angeordnet ist, dass die Kollektoren derart mit dem Verteiler verbunden sind, dass sich auf gegenüberliegenden Seiten des Verteilers jeweils mehr als ein Kollektor befindet und dass die Reflektoren auf jeder Seite des Verteilers längs der Längskanten benachbarter Reflektoren miteinander verbunden sind.
  6. 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren an ihren einen Längsrändern (28) einen oder mehrere seitliche Lappen (29) und in ihren anderen Längsrändern (30) einen oder mehrere Schlitze (31) aufweisen und die Reflektoren dadurch miteinander verbunden sind, dass sich der oder die Lappen am Längsrand eines Reflektors durch den oder die Schlitze im Längsrand des benachbarten Reflektors erstrek-
    ken, so dass die Reflektoren auf jeder Seite des Verteilers fest miteinander verbunden sind.
  7. 7. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein langgestreckter Verteiler (17) vorhanden ist, dass die Rohr-
  8. 8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass 2o die Verbindungsmittel an den Längsrändern von benachbarten
    Reflektoren mindestens einen Längsschlitz (31) im einen Längsrand (30) von jedem Reflektor umfassen sowie mindestens einen L-förmigen Lappen (29) am anderen Längsrand (28) von jedem Reflektor, wobei der Lappen von einem Reflek-25 tor in den entsprechenden Längsschlitz des benachbarten Reflektors eingreift und dadurch die aufgehängten Reflektoren miteinander verbindet.
  9. 9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Reflektor (10) aus Aluminiumblech besteht und auf seiner
    30 konkaven Oberfläche mit einer reflektierenden, anodisierten Schicht bedeckt ist, dass eine Mehrzahl von Längsschlitzen und eine Mehrzahl Lappen vorgesehen ist, und dass die Lappen (29) mit dem Blech einstückig sind und in seitlicher Richtung mit den Schlitzen (31) ausgerichtet sind.
    35
  10. 10. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmittel mehrere mit dem Blech einstückige, erhabene Auflagepunkte (24) umfassen, die in Längsrichtung des Reflektors im Abstand voneinander angeordnet sind.
  11. 11. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass 40 das Reflektorblech mit einem oder mehreren Paaren von einen
    Abstand voneinander aufweisenden Öffnungen (26,27) versehen ist, die zwischen den Längsrändern des Reflektors liegen und die Befestigungsmittel langgestreckte Elemente (25) umfassen, die sich durch jedes Paar von Öffnungen erstrecken und 45 den Kollektor umgeben.
  12. 12. Kollektoreinheit für eine Anlage nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch einen Rohrkollektor (11), einen Reflektor (10) aus starrem Material mit einer konkaven Oberfläche mit konstantem Krümmungsradius, welche Oberfläche mit einer so spiegelnd reflektierenden Schicht bedeckt ist und die Form eines Zylindermantelsegments besitzt, das kleiner als ein Halbzylindermantel ist, mehrere biegsame Befestigungselemente (25), die in Abständen voneinander an in seitlichen Abstand voneinander liegenden Punkten des Reflektors befestigt sind und den 55 Kollektor umgeben, wodurch der Reflektor am Kollektor aufgehängt ist und von diesem getragen wird, und Abstandsmittel (24) zwischen dem Kollektor und der reflektierenden Oberfläche, die mit dem Kollektor an einer Mehrzahl in Längsrichtung im Abstand voneinander liegenden Punkten in Eingriff stehen, 60 wodurch der Kollektor in einem festen Abstand von der reflektierenden Oberfläche gehalten wird.
  13. 13. Einheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmittel (24) eine Mehrzahl von mit dem Reflektor einstückigen Auflagepunkte umfassen, die sich von der reflek-
    65 tierenden Oberfläche nach aufwärts erstrecken.
  14. 14. Einheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Reflektor ein Metallblech mit einer reflektierenden Oberfläche aus anodisiertem Aluminium umfasst, welche Ober
  15. 15. Einheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die biegsamen Befestigungselemente aus federnden Aufhängern (25) bestehen, die einen mittleren gebogenen Teil und entgegengesetzt gebogene Endteile (250,251) besitzen, welche Endteile in Öffnungen (27) des Reflektors eingreifen, welche Öffnungen einen seitlichen Abstand voneinander besitzen.
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