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PATENTANSPRÜCHE
1. Sonnenkollektor mit einer Anzahl in Reihe angeordneter, der Sonne nachgeführter Kollektorelemente, welche in einem Traggestell schwenkbar gelagert und motorisch angetrieben sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Traggestell (4) um eine längs der Reihe der Kollektorelemente (1) verlaufende erste Achse (10) schwenkbar gelagert und an einem um eine zu der ersten Achse parallele zweite Achse (20) schwenkbaren Schwenkgestell (5) geführt ist, wobei mindestens eine Hubvorrichtung (34, 37) zum Schwenken des Traggestells (4) an dem Schwenkgestell (5) abgestützt ist.
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Boden (2) abgewandten Längsseite des Traggestells (4) mindestens ein mit dem Traggestell (4) durch ein Drehgelenk (28) verbundener Führungsarm (18) angeordnet ist, der an einer senkrecht zur zweiten Achse (20) angeordneten Strebe (21) des Schwenkgestells (5) geführt ist.
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsarm (18) die Strebe (21) umfasst und durch mit Abstand angeordnete Rollen (33) daran geführt ist.
4. Sonnenkollektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Führungsarm (18) ein motorisch angetriebenes Zahnritzel (34) angeordnet ist, das mit einer längs der Strebe (21) verlaufenden Zahnreihe (37) kämmt.
5. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Boden (2) abgewandten Längsseite des Traggestells (4) mindestens zwei Führungsarme (18) angeordnet sind, die an mit Abstand am Schwenkgestell (5) angeordneten Streben (21) abgestützt sind, wobei an jeder Strebe (21) eine Zahnreihe (37) angeordnet ist, in die ein an jedem Tragarm gelagertes Zahnritzel (34) eingreift, wobei die Ritzel über eine gemeinsame Welle (35) miteinander verbunden und motorisch angetrieben sind.
6. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Traggestell (4) und das Schwenkgestell (5) auf einem Fundamentgestell (3) abgestützt sind, wobei die erste Achse (10) und die zweite Achse (20) an der bodenseitigen Längsseite dieser Gestelle angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit einer Anzahl in Reihe angeordneter, der Sonne nachgeführter Kollektorelemente, welche in einem Traggestell schwenkbar gelagert und motorisch angetrieben sind.
Sonnenkollektoren sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Von den bekannten Systemen seien Sonnenkollektoren mit Flachkollektoren und solche mit konzentrierenden Kollektoren genannt.
Bei der Ausführungsform mit Flachkollektoren werden meist eine Anzahl von Kollektorelementen aufgestellt, durch welche die einfallende Sonnenstrahlung von der meist schwarzen Absorberfläche aufgefangen und über das unter dieser Fläche zirkulierende Heizmedium, beispielsweise Wasser, Öl, Luft o.dgl., in Wärmeenergie umgewandelt wird. Die dadurch gewonnene Wärmeenergie kann für verschiedene Zwecke verwendet werden; sie dient jedoch vor allem für die Raumheizung oder zur Erzeugung von Warmwasser, z.B. für Schwimmbassins.
Bei der Ausführungsform mit konzentrierenden Kollektoren werden die einfallenden Sonnenstrahlen mit Hilfe von in Reihe angeordneten Kollektorelementen aufgefangen, die entweder zylindrisch-parabolisch oder parabolisch geformte Spiegel aufweisen, die der Sonne von Osten nach Westen nachgeführt werden. Die Spiegel konzentrieren die einfallende Sonnenstrahlung auf ein Absorbersystem, in welchem der Wärmeträger, beispielsweise Wasser, zirkuliert. Je nach der Grösse der Kollektorfläche kann der Wärmeträger bis auf weit über 100 "C erhitzt werden; die so erhaltene Wärmeenergie kann ebenfalls für Heizzwecke, Warmwassererzeugung o.dgl. verwendet werden.
Wenn auch mit einem Sonnenkollektor-System eine möglichst grosse Energieausbeute angestrebt wird, so ist dies jedoch nur sinnvoll, wenn hierbei das Verhältnis zwischen dem Bauaufwand und der Energieausbeute, d.h. das Preis-Leistungs-Verhältnis, möglichst klein gehalten werden kann.
Eine weitere Steigerung der Energieausbeute ist bei Sonnenkollektoren dann möglich, wenn die Kollektorelemente der Sonne nicht nur von Osten nach Westen, sondern auch bezüglich der Sonnenhöhe während des Tages nachgeführt werden.
Der damit verbundene bauliche Aufwand ist jedoch bei bekannten Ausführungsformen erheblich, so dass solche Anlagen nicht wirtschaftlich sind. Zudem ist die Stabilität solcher Konstruktionen beschränkt, so dass nur wenige Kollektorelemente gemeinsam um zwei für die Ausrichtung auf den Sonnenstand erforderliche Schwenkachsen nachgeführt werden können.
Hier setzt die Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, einen Sonnenkollektor der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass eine Nachführung der Kollektorelemente bezüglich der Sonnenhöhe bewerkstelligt werden kann, ohne dass dadurch eine Beschränkung bezüglich der Zahl der Kollektorelemente und eine wesentliche Verstärkung des die Kollektorelemente aufnehmenden Traggestells erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass das Traggestell um eine längs der Reihe der Kollektorelemente verlaufende erste Achse schwenkbar gelagert und an einem, um eine zu der ersten Achse parallele zweite Achse schwenkbaren Schwenkgestell geführt ist, wobei mindestens eine Hubvorrichtung zum Schwenken des Traggestells an dem Schwenkgestell abgestützt ist. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass das Traggestell praktisch keinen zusätzlichen Beanspruchungen unterliegt, als wenn es ortsfest an einem Fundamentgestell abgestützt ist, während die durch die Neigungsverstellung des Traggestells auftretenden Beanspruchungen vom getrennt abgestützten Schwenkgestell aufgenommen werden.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Sonnenkollektor mit zylindrisch-parabolisch geformten Kollektorelementen,
Fig. 2 einen Sonnenkollektor ähnlich demjenigen nach Fig.
1, jedoch mit parabolischen Kollektorelementen und
Fig. 3 eine vergrösserte Darstellung des Details III in Fig. 1.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Sonnenkollektoren weisen eine Anzahl Kollektorelemente 1 auf, von denen in Fig. 1 vier Elemente mit zylindrisch-parabolischem Spiegel und in Fig. 2 zwei Elemente mit parabolischem Spiegel dargestellt sind. Die Zahl der Kollektorelemente 1 wird einerseits entsprechend den Betriebsbedingungen und andererseits entsprechend dem konstruktiven Aufwand festgelegt.
Die Kollektorelemente 1 sind in einem Traggestell 4 gelagert, welches seinerseits auf einem Fundamentgestell 3 abgestützt ist. Das Traggestell 4 ist in den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen als Rahmen mit Längsstäben 6 und Querstäben 7 ausgebildet. Die Querstäbe 7 des Fundamentgestells 3 sind auf Fundamentsockeln 8 abgestützt, durch die der Sonnenkollektor als Ganzes auf einer Unterlage, z.B. einem Boden 2, abgestützt ist.
Das Traggestell 4, das als ein aus Längs- und Querrahmenteilen 12,13 zusammengesetzter Rahmen ausgebildet ist, ist um eine zu den Längsrahmenteilen 12 parallele Achse 10 schwenkbar gelagert. Die Achse 10 ist an Streben 9, 11 abgestützt, die ihrerseits mit den Querstangen 7 des Fundamentgestells 3 fest verbunden sind. Durch die Achse 10 kann die Neigung des Traggestells 4 in einem gewissen Bereich beliebig eingestellt werden.
Die Lage der Achse 10 kann auch an einer anderen Stelle, als dies in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, angeordnet sein, z.B. in
der Nähe des bodenseitigen Längsrahmenteils 12. Die Wahl der Lage der Achse 10 kann hierbei entsprechend der Grösse des Sonnenkollektors und anderer Parameter getroffen werden.
Die im Traggestell 4 gelagerten Kollektorelemente 1 sind um parallel zu den Querrahmenteilen 13 parallele Wellen schwenkbar gelagert und durch einen nicht näher dargestellten Antrieb, z.B. einem aus einer Zahnstange und Ritzeln 15 bestehenden Antrieb, gemeinsam angetrieben, wobei zweckmässig die Verschwenkung der Kollektorelemente 1 durch je einen an den beiden Längsrahmenteilen 12 angeordneten Antrieb 14 geschieht. In gleicher Weise kann auch der Antrieb der parabolischen Kollektorelemente 1 in Fig. 2 erfolgen.
Das Traggestell 4 ist über Führungsarme 18 an einem Schwenkgestell 5 abgestützt, das als ein aus Streben 21 und Längsstangen 22 zusammengesetzter Rahmen ausgebildet ist.
Zur Versteifung des Schwenkgestells können diagonal verlaufende Versteifungen 23, z.B. Spanndrähte, angeordnet sein. Das Schwenkgestell 5 ist um eine, am Fundamentgestell 3 gebildete Achse 20 schwenkbar gelagert.
Das Traggestell 4 ist, wie bereits erwähnt wurde, durch den Führungsarm 18 am Schwenkgestell 5 abgestützt, wobei zweckmässig für jede Strebe 21 ein Führungsarm 18 vorgesehen wird.
In Fig. 3 ist im Detail dargestellt, wie das Traggestell 4 über den Führungsarm 18 am Schwenkgestell 5 abgestützt ist. Am Querrahmenteil 13 ist eine Lasche 29 befestigt, die zusammen mit zwei Laschen 30 des Führungsarms 18 und einem Bolzen ein Drehgelenk 28 bildet, dessen Achse parallel zu den Längsrahmenteilen 12 verläuft.
Der Führungsarm 18 besteht aus T-förmigen Seitenteilen 27, welche die Strebe 21 umgreifen und einen Rahmen bilden, in welchem zwei Führungsrollen 33 und ein Zahnritzel 34, z.B.
ein Kettenritzel, drehbar gelagert sind. Die Ritzel 34 der Führungsarme 18 sind durch eine gemeinsame Antriebswelle 35 miteinander verbunden. Das Ritzel 34 und die Führungsrollen 33 liegen auf entgegengesetzten Seiten der Streben 21. An der Strebe 21 ist eine Zahnkette 36 angeordnet, deren Bolzen eine Zahnreihe 37 bilden, die mit den Zähnen des Ritzels 34 kämmt.
Die Antriebswelle 35 wird zweckmässig durch einen einzigen Motor (nicht dargestellt) angetrieben, z.B. über ein Wickelgetriebe, das an einen der Tragarme 18 befestigt ist. Zweckmässig wird der Antrieb in die Mitte der Antriebswelle 35 gelegt, so dass die Verdrehung derselben auch bei verhältnismässig langen Sonnenkollektoren gering ist. Zudem kann, da ausser der Torsion keine weiteren Beanspruchungen auftreten, die Antriebswelle 35 als Rohr mit grossem Durchmesser, jedoch mit geringer Wandstärke, ausgebildet werden.
Auch kann die Zahnreihe 37, an der sich das Ritzzel 34 und über den Führungsarm 18 das Traggestell 4 abstützt, anders als eine Gliederkette 36 ausgebildet sein, z.B. als Zahnstange. Die Ausführung mit der Gliederkette 36 ist einfach, da an der Strebe 21 keine Bearbeitung erforderlich ist. Die Gliederkette 36 wird in einfacher Weise durch einen Spannbolzen 38 gespannt, der in einer an der Strebe 21 befestigten Klemmlasche 39 abgestützt ist.
Die Abstützung des Traggestells 4 über den Führungsarm bzw. die Führungsarme 18 an den Streben 21 des Schwenkgestells 5 stellt eine besonders einfache und materialsparende Lösung dar. Das Traggestell 4 kann genau gleich ausgeführt werden, als wenn es fest auf das Fundamentgestell 3 abgestützt wäre. Am Schwenkgestell 5 treten praktisch keine Seitenkräfte auf, wenn man von den an der Strebe 21 auftretenden Zahnkräften, die in sich aufgenommen werden, absieht, so dass es als Zweidimensionalrahmen und damit verhältnismässig leicht ausgebildet werden kann. Durch die Verbindung des Schwenkgestells 5 mit dem Traggestell 4 entsteht jedoch ein räumliches Fachwerk, das gesamthaft eine grosse Stabilität aufweist.
Die Einstellung der Neigung des Traggestells 4 mit den Kollektorelementen erfolgt zweckmässig durch zwei Nachführsteuerungen, von denen die eine die Kollektorelemente 1 von Osten nach Westen und die andere das Traggestell 4 der Sonnenhöhe nachführt. Die Nachführsteuerungen sind, da sie nicht zum Erfindungsgegenstand gehören, nicht näher beschrieben.
Der aus dem Ritzel 34 und der Zahnreihe 37 gebildete Antrieb kann auch durch einen Antrieb anderer Art ersetzt werden, der ebenfalls die Hubbewegung des Führungsarms 18 an der Strebe 21 gewährleistet. Als solche Hubantriebe sind beispielsweise Spindeltriebe, Fluidantriebe mit Hubzylinder bekannt. Wesentlich ist jedoch, dass der Antrieb an der Strebe 21 abgestützt ist und keine zusätzlichen Kräfte auf das Traggestell 4 ausgeübt werden. Die Verwendung des um die Achse 20 schwenkbaren Schwenkgestells 5 ermöglicht es zudem, das Traggestell 4 über seiner ganzen Länge an beliebig vielen Punkten abzustützen.
Die Abstützung des Traggestells 4 am Schwenkgestell 5 in der beschriebenen Weise ist auch dann anwendbar, wenn anstelle konzentrierender Kollektorelemente Flachkollektorelemente verwendet werden. In diesem Fall entfällt lediglich der für die Verschwenkung der konzentrierenden Kollektorelemente erforderliche Schwenkantrieb; der für die Einstellung der Neigung des Traggestells 4 erforderliche Antrieb bleibt jedoch unverändert.
In den Fig. 1 und 2 ist der Fluidein- und Fluidaustritt 40,41 dargestellt der über die Achse 10 des Traggestells 4 erfolgt.
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PATENT CLAIMS
1. Solar collector with a number of collector elements arranged in a row and following the sun, which are pivotably mounted in a support frame and are motor-driven, characterized in that the support frame (4) extends around a first axis (10.) Running along the row of collector elements (1) ) is pivotally mounted and is guided on a pivot frame (5) which can be pivoted about a second axis (20) parallel to the first axis, at least one lifting device (34, 37) for pivoting the support frame (4) being supported on the pivot frame (5) .
2. Solar collector according to claim 1, characterized in that on the floor (2) facing away from the longitudinal side of the support frame (4) at least one with the support frame (4) by a pivot joint (28) connected to the guide arm (18) which is arranged on a Strut (21) of the swivel frame (5) arranged perpendicular to the second axis (20) is guided.
3. Solar collector according to claim 2, characterized in that the guide arm (18) comprises the strut (21) and is guided thereon by spaced rollers (33).
4. Solar collector according to claim 2 or 3, characterized in that a motor-driven pinion (34) is arranged on the guide arm (18) which meshes with a row of teeth (37) extending along the strut (21).
5. Solar collector according to claim 1, characterized in that at least two guide arms (18) are arranged on the longitudinal side of the support frame (4) facing away from the floor (2), which are supported on struts (21) arranged at a distance on the swivel frame (5) , A row of teeth (37) is arranged on each strut (21), into which a toothed pinion (34) mounted on each support arm engages, the pinions being connected to one another via a common shaft (35) and being driven by a motor.
6. Solar collector according to claim 1 or 5, characterized in that the support frame (4) and the swivel frame (5) are supported on a foundation frame (3), the first axis (10) and the second axis (20) on the bottom side Longitude of these frames are arranged.
The invention relates to a solar collector with a number of collector elements arranged in series and tracking the sun, which are pivotably mounted in a support frame and are motor-driven.
Various types of solar collectors are known. Of the known systems, solar collectors with flat collectors and those with concentrating collectors are mentioned.
In the embodiment with flat-plate collectors, a number of collector elements are usually set up, through which the incident solar radiation is captured by the mostly black absorber surface and converted into thermal energy via the heating medium circulating under this surface, for example water, oil, air or the like. The thermal energy thus obtained can be used for various purposes; however, it is mainly used for space heating or to produce hot water, e.g. for swimming pools.
In the embodiment with concentrating collectors, the incident sun rays are captured with the aid of collector elements arranged in series, which have either cylindrical-parabolic or parabolic-shaped mirrors that track the sun from east to west. The mirrors concentrate the incident solar radiation on an absorber system in which the heat transfer medium, for example water, circulates. Depending on the size of the collector surface, the heat transfer medium can be heated to well over 100 "C; the thermal energy thus obtained can also be used for heating purposes, hot water production or the like.
If the greatest possible energy yield is also sought with a solar collector system, this only makes sense if the relationship between the construction effort and the energy yield, i.e. the price-performance ratio can be kept as small as possible.
A further increase in the energy yield is possible with solar collectors if the collector elements of the sun not only track from east to west, but also with regard to the height of the sun during the day.
The associated structural effort is, however, considerable in known embodiments, so that such systems are not economical. In addition, the stability of such constructions is limited, so that only a few collector elements can be tracked jointly around two pivot axes required for alignment with the position of the sun.
This is where the invention comes in, the task of which is to design a solar collector of the type described at the outset in such a way that the collector elements can be adjusted with respect to the height of the sun without thereby restricting the number of collector elements and substantially increasing the number of collector elements Support frame is required.
This object is achieved according to the invention in that the support frame is pivotally mounted about a first axis running along the row of the collector elements and is guided on a pivot frame pivotable about a second axis parallel to the first axis, at least one lifting device for pivoting the support frame is supported on the swivel frame. This arrangement ensures that the support frame is subject to practically no additional stresses than when it is supported in a stationary manner on a foundation frame, while the stresses occurring due to the inclination adjustment of the support frame are absorbed by the separately supported swivel frame.
The invention is shown in the drawing in one embodiment and described below. Show it:
1 shows a solar collector with cylindrical-parabolically shaped collector elements,
2 shows a solar collector similar to that according to FIG.
1, but with parabolic collector elements and
3 shows an enlarged view of detail III in FIG. 1.
The solar collectors shown in FIGS. 1 and 2 have a number of collector elements 1, of which four elements with cylindrical-parabolic mirrors are shown in FIG. 1 and two elements with parabolic mirrors in FIG. 2. The number of collector elements 1 is determined on the one hand according to the operating conditions and on the other hand according to the design effort.
The collector elements 1 are mounted in a support frame 4, which in turn is supported on a foundation frame 3. The support frame 4 is formed in the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 2 as a frame with longitudinal bars 6 and transverse bars 7. The cross bars 7 of the foundation frame 3 are supported on foundation bases 8, through which the solar collector as a whole on a base, e.g. a floor 2 is supported.
The support frame 4, which is designed as a frame composed of longitudinal and transverse frame parts 12, 13, is pivotably mounted about an axis 10 parallel to the longitudinal frame parts 12. The axis 10 is supported on struts 9, 11, which in turn are firmly connected to the cross bars 7 of the foundation frame 3. The inclination of the support frame 4 can be adjusted as desired in a certain range by the axis 10.
The position of the axis 10 can also be arranged at a different location than that shown in Figs. 1 and 2, e.g. in
the proximity of the bottom longitudinal frame part 12. The choice of the position of the axis 10 can be made according to the size of the solar collector and other parameters.
The collector elements 1 mounted in the support frame 4 are pivoted about parallel shafts parallel to the transverse frame parts 13 and by a drive, not shown, e.g. a drive consisting of a rack and pinions 15, jointly driven, the pivoting of the collector elements 1 expediently being effected by a drive 14 arranged on each of the two longitudinal frame parts 12. The parabolic collector elements 1 in FIG. 2 can also be driven in the same way.
The support frame 4 is supported via guide arms 18 on a swivel frame 5, which is designed as a frame composed of struts 21 and longitudinal rods 22.
To stiffen the swivel frame, diagonally running stiffeners 23, e.g. Tension wires, be arranged. The pivot frame 5 is pivotally mounted about an axis 20 formed on the foundation frame 3.
The support frame 4 is, as already mentioned, supported by the guide arm 18 on the swivel frame 5, a guide arm 18 being expediently provided for each strut 21.
In Fig. 3 it is shown in detail how the support frame 4 is supported on the swivel frame 5 via the guide arm 18. A bracket 29 is fastened to the transverse frame part 13 and, together with two brackets 30 of the guide arm 18 and a bolt, forms a swivel joint 28, the axis of which runs parallel to the longitudinal frame parts 12.
The guide arm 18 consists of T-shaped side parts 27 which surround the strut 21 and form a frame in which two guide rollers 33 and a pinion 34, e.g.
a chain sprocket, are rotatably mounted. The pinions 34 of the guide arms 18 are connected to one another by a common drive shaft 35. The pinion 34 and the guide rollers 33 lie on opposite sides of the struts 21. A toothed chain 36 is arranged on the strut 21, the bolts of which form a row of teeth 37 which meshes with the teeth of the pinion 34.
The drive shaft 35 is conveniently driven by a single motor (not shown), e.g. via a winding gear, which is attached to one of the support arms 18. The drive is expediently placed in the center of the drive shaft 35, so that the rotation thereof is small even with relatively long solar collectors. In addition, since there are no other stresses besides the torsion, the drive shaft 35 can be designed as a tube with a large diameter but with a small wall thickness.
The row of teeth 37 on which the pinion 34 and the support frame 4 are supported via the guide arm 18 can also be designed differently than a link chain 36, e.g. as a rack. The design with the link chain 36 is simple since no processing is required on the strut 21. The link chain 36 is tensioned in a simple manner by a tensioning bolt 38, which is supported in a clamping lug 39 fastened to the strut 21.
The support of the support frame 4 via the guide arm or guide arms 18 on the struts 21 of the swivel frame 5 represents a particularly simple and material-saving solution. The support frame 4 can be designed exactly the same as if it were firmly supported on the foundation frame 3. There are practically no lateral forces on the swivel frame 5 if one disregards the tooth forces occurring on the strut 21, which are absorbed in itself, so that it can be designed as a two-dimensional frame and thus relatively easily. By connecting the swivel frame 5 to the support frame 4, however, a three-dimensional framework is created which overall has great stability.
The inclination of the support frame 4 with the collector elements is expediently carried out by two tracking controls, one of which tracks the collector elements 1 from east to west and the other the support frame 4 to the height of the sun. The tracking controls are not described in detail since they are not part of the subject matter of the invention.
The drive formed from the pinion 34 and the row of teeth 37 can also be replaced by a drive of a different type, which likewise ensures the lifting movement of the guide arm 18 on the strut 21. Spindle drives, fluid drives with lifting cylinders are known, for example, as such lifting drives. It is essential, however, that the drive is supported on the strut 21 and no additional forces are exerted on the support frame 4. The use of the swivel frame 5 which can be pivoted about the axis 20 also makes it possible to support the support frame 4 over its entire length at any number of points.
The support of the support frame 4 on the swivel frame 5 in the manner described can also be used if flat collector elements are used instead of concentrating collector elements. In this case, only the swivel drive required for pivoting the concentrating collector elements is omitted; however, the drive required for adjusting the inclination of the support frame 4 remains unchanged.
1 and 2, the fluid inlet and fluid outlet 40, 41 is shown, which takes place via the axis 10 of the support frame 4.