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PATENTANSPRÜCHE
1. Sonnenkollektor mit einer thermisch isolierenden Rückwand (3). welcher flüssigkeitsdurchflossene Absorberrohre (1) und. in Abstand vor letzteren, eine strahlungsdurchlässige Abdeckung (4) vorgelagert sind, dadurch gekennzeichnet. dass a) die den Absorberrohren (1) zugewandte Seite der Rückwand (3) eine Vielzahl von parallel nebeneinander verlaufenden, kännelartigen Vertiefungen (14) hat, deren Wandungen (2) spiegelnd ausgebildet sind und in denen die Absorberrohre (1) vollständig aufgenommen sind, b) die Abdeckung (4) auf die Vertiefungen begrenzenden Vorsprüngen (10) der Rückwand aufliegt und ringsum mit der Rückwand dicht verbunden ist.
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberrohre einen kreisrunden Querschnitt haben und dass die Bodenfläche jeder Vertiefung einen Querschnitt hat, der in der Mitte zu einer Spitze kulminiert, welcher das Zentrum des Absorberrohrquerschnittes vorgelagert ist.
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite jeder Vertiefung unmittelbar hinter der Abdeckung (4) ihr Höchstmass (a) erreicht, welches ungefähr das 2,6-fache des Absorberrohrdurchmessers (d) beträgt.
4. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Abdeckung (4) eine halbsteife, profilierte Folie (5) angeordnet ist, die auch auf den Vorsprüngen (10) aufliegt und zwischen denselben zusammen mit der Abdekkung wärmedämmend wirkende Kammern (15) begrenzt.
Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Bekannt sind zwei Arten von Sonnenkollektoren. Es sind dies fokussierende Kollektoren und Flachkollektoren.
Die fokussierenden Kollektoren benutzen optische Systeme in Form von Spiegeln oder Linsen, um einen dichteren Energiefluss auf eine Empfängerfläche (Absorber) zu bringen. Vorteilhaft dabei ist, dass die Empfängerfläche klein gehalten werden kann, wodurch sich thermische Verluste entsprechend reduzieren.
Nachteilig ist. dass solche Kollektoren durch aufwendige Einrichtungen dem jeweiligen Sonnenstand nachgeführt werden müssen. Ein weiterer Nachteil ist, dass fokussierende Kollektoren nur direkte Sonnenstrahlung nutzen können; die diffuse Strahlung geht verloren.
Bekannte Flachkollektoren sind fest montiert und meistens gegen die Horizontale unter einem bestimmten Winkel nach Süden geneigt. Sie bestehen aus einer schwarzen, die Sonnenwärme absorbierenden Oberfläche (Absorber), welche mit Hohlräumen oder Rohren versehen ist um die absorbierte Wärme in eine Flüssigkeit zu übertragen. Eine oder mehrere transparente Abdeckungen über der absorbierenden Oberfläche verringern die Wärmeverluste durch Konvektion und Strahlung an die Atmosphäre. Auf der Rückseite der absorbierenden Oberfläche ist eine Wärmeisolierung angebracht, um Verluste durch Wärmeleitung zu verringern. Der Vorteil eines solchen bekannten Kollektors ist, dass nicht nur direkte, sondern auch diffuse Strahlung genutzt werden kann.
Nachteilig wirkt sich die grosse Empfängerfläche (Absorber) auf die thermischen Verluste durch Strahlung, Konvektion und Wärmeleitung aus. Ebenfalls nachteilig wirkt sich die Wärmekapazität des relativ grossen Absorbers auf den Wirkungsgrad eines solchen Kollektors aus, da erst dann ein Wärmegewinn erzielt werden kann, wenn der Absorber die Betriebstemperatur erreicht hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aufbauend auf dem vorgenannten Stand der Technik, einen Sonnenkollektor der eingangs erwähnten Gattung so auszubilden. dass er mit möglichst geringem Material- und Fertigungsaufwand hergestellt und auch mit geringem Arbeitsaufwand unterhalten, d. h. äusserlich sauber gehalten werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in einer Ausbildung gesehen, wie sie im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 umschrieben ist.
Inbezug auf weitere Besonderheiten von Ausführungsarten wird auf die abhängigen Ansprüche hingewiesen.
Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch den Aufbau eines erfindungsgemässen Sonnenkollektors, und
Fig. 2 ein Diagramm zum Vergleich vonTemperaturdifferenzen zwischen Umgebungs- und Absorbertemperaturen in Abhängigkeit zur Zeit.
Der dargestellte Sonnenkollektor hat eine thermisch isolierende Rückwand 3, die z. B. zum grössten Teil aus geschäumtem Polyurethan besteht, innerhalb eines Blechkastens 6; diese Rückwand hat kännelartige Vertiefungen 14, die vorzugsweise den aus der Fig. 1 ersichtlichen Querschnitt haben, der in der Mitte zu einer Spitze 14a kulminiert. Die Wandung 2 dieser Vertiefungen 14 sind spiegelnd ausgebildet, beispielsweise durch Ankleben von Aluminiumfolie. In diesen Vertiefungen sind flüssigkeitsdurchflossene Absorberrohre 1 vollständig aufgenommen. Diese bilden zusammen mit nicht gezeigten Sammelund Verteilrohren eine Baueinheit, wobei die Absorberrohre 1 auf den Scheitellinien (bei 14a) der Vertiefungsbodenflächen 2 aufliegen. Die Rückwand 3 bildet zwischen den Vertiefungen 14 Rippen 10.
Auf den Rändern des Rückwandkastens 6 und auf den Rippen 10 liegen Teile einer passend profilierten, halbsteifen Folie 5 und eine aus lichtdurchlässigem Material, z. B. auf Glas, bestehende Abdeckung auf, wobei die halbsteife Folie 5 so profiliert ist (Fig. 1), dass sie zusammen mit der Abdeckung 4 wärmedämmend wirkende Kammern 15 begrenzt. Mittels Winkelrahmen 7 und unter Zuhilfenahme von elastischer Dichtungsmasse 8,welche z. B. aus Polysulfid oder Silikonkautschuk besteht, ist die Abdeckung 4 flüssigkeitsdicht mit dem Kasten 6 verbunden. Es ist von Vorteil, in den Raum zwischen dem Reflektor 2 und dem Absorberrohr ein physikalisch wirkendes Trocknungsmittel, wie z. B. Silicagel, zu bringen, um ein Beschlagen der Abdeckung auszuschliessen.
Der dargestellte Sonnenkollektor wirkt im Prinzip wie ein Flachkollektor, wobei aber an den reflektierenden Flächen 2 der Vertiefungen 14 die Sonnenstrahlung 9 nicht nur direkt auf die Absorberrohre 1 einstrahlt, sondern auch indirekt, nach Reflexion an 2, damit ein guter Wirkungsgrad erreicht wird.
In an sich bekannter Art können die Absorberrohre selektiv beschichtet sein, um möglichst viel Strahlung zu absorbieren.
Es ist noch darauf hinzuweisen, dass die Absorberrohre 1 vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt haben und dass die Bodenfläche 2 jeder Vertiefung 14 vorzugsweise einen Querschnitt hat, dessen lichte Weite unmittelbar hinter der Abdekkung 4 ihr Höchstmass erreicht, welches ungefähr das 2,6-fache des Absorberrohrdurchmessers (d) beträgt.
Fig. 2 zeigt gemessene Temperaturdifferenzen zwischen der Umgebungstemperatur und der Absorbertemperatur in Abhängigkeit von der Zeit, an einem hellen aber dunstigen Tag im April, bei einer Kollektorneigung zur Horizontalen von 20 nach Süden. Die Kurve 11 zeigt die Temperaturdifferenzen eines erfindungsgemässen Kollektors, mit einem selektiv beschichteten Absorberrohr 1 und einer Abdeckung 4.
Die Kurve 12 zeigt die Temperaturdifferenz eines erfindungsgemässen Kollektors, mit einem mattschwarz beschichteten Absorberrohr 1 und einer Abdeckung 4.
Die Kurve 13 zeigt die Temperaturdifferenz eines Kollektors bekannter Bauart, mit einer mattschwarz beschichteten Absorberfläche und einer Abdeckung.
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PATENT CLAIMS
1. Solar collector with a thermally insulating rear wall (3). which liquid-flow absorber tubes (1) and. at a distance from the latter, a radiation-permeable cover (4) is arranged in front, characterized. that a) the side of the rear wall (3) facing the absorber tubes (1) has a multiplicity of channel-like depressions (14) which run parallel next to one another, the walls (2) of which are designed to be reflective and in which the absorber tubes (1) are completely accommodated, b) the cover (4) rests on the projections (10) delimiting the recesses of the rear wall and is tightly connected all around with the rear wall.
2. Solar collector according to claim 1, characterized in that the absorber tubes have a circular cross-section and that the bottom surface of each recess has a cross-section which culminates in the middle to a tip, which is the center of the absorber tube cross-section in front.
3. Solar collector according to claim 1 or 2, characterized in that the clear width of each recess immediately behind the cover (4) reaches its maximum dimension (a), which is approximately 2.6 times the absorber tube diameter (d).
4. Solar collector according to one of claims 1 to 3, characterized in that behind the cover (4) a semi-rigid, profiled film (5) is arranged, which also rests on the projections (10) and between them together with the cover acting heat insulating Chambers (15) limited.
The invention relates to a solar collector according to the preamble of claim 1. Two types of solar collectors are known. These are focussing collectors and flat collectors.
The focusing collectors use optical systems in the form of mirrors or lenses to bring a denser flow of energy to a receiver surface (absorber). The advantage here is that the receiver area can be kept small, which reduces thermal losses accordingly.
The disadvantage is. that such collectors have to be adjusted to the respective position of the sun by means of complex equipment. Another disadvantage is that focusing collectors can only use direct solar radiation; the diffuse radiation is lost.
Known flat-plate collectors are permanently mounted and mostly inclined to the south at a certain angle to the horizontal. They consist of a black surface that absorbs the sun's heat (absorber), which is provided with cavities or tubes in order to transfer the absorbed heat into a liquid. One or more transparent covers over the absorbent surface reduce heat loss through convection and radiation to the atmosphere. Thermal insulation is attached to the back of the absorbent surface to reduce heat loss. The advantage of such a known collector is that not only direct, but also diffuse radiation can be used.
The large receiver area (absorber) has a disadvantageous effect on the thermal losses due to radiation, convection and heat conduction. The heat capacity of the relatively large absorber also has a disadvantageous effect on the efficiency of such a collector, since a heat gain can only be achieved when the absorber has reached the operating temperature.
The invention is based on the object, based on the aforementioned prior art, to form a solar collector of the type mentioned above. that it is manufactured with as little material and manufacturing effort as possible and is also maintained with little effort, d. H. can be kept clean on the outside.
The solution to this problem is seen in a training as described in the characterizing part of claim 1.
With regard to further special features of types of execution, reference is made to the dependent claims.
In the following an embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. Show it:
1 shows a section through the structure of a solar collector according to the invention, and
Figure 2 is a graph comparing temperature differences between ambient and absorber temperatures versus time.
The solar collector shown has a thermally insulating rear wall 3, the z. B. consists largely of foamed polyurethane, within a sheet metal box 6; this rear wall has trough-like depressions 14, which preferably have the cross section shown in FIG. 1, which culminates in the middle to a tip 14a. The wall 2 of these depressions 14 are designed to be reflective, for example by gluing aluminum foil. Absorber tubes 1 through which liquid flows are completely accommodated in these depressions. Together with collecting and distribution pipes (not shown), these form a structural unit, the absorber pipes 1 resting on the apex lines (at 14a) of the recess bottom surfaces 2. The rear wall 3 forms ribs 10 between the depressions 14.
On the edges of the rear wall box 6 and on the ribs 10 are parts of a suitably profiled, semi-rigid film 5 and one made of translucent material, e.g. B. on glass, existing cover, wherein the semi-rigid film 5 is profiled (Fig. 1) that, together with the cover 4, it delimits chambers 15 which have an insulating effect. By means of angled frame 7 and with the aid of elastic sealant 8, which, for. B. consists of polysulfide or silicone rubber, the cover 4 is liquid-tightly connected to the box 6. It is advantageous to place a physically active drying agent, such as, for example, in the space between the reflector 2 and the absorber tube. B. silica gel to bring to prevent fogging of the cover.
The solar collector shown acts in principle like a flat collector, but on the reflecting surfaces 2 of the depressions 14, the solar radiation 9 not only radiates directly onto the absorber tubes 1, but also indirectly, after reflection at 2, so that good efficiency is achieved.
In a manner known per se, the absorber tubes can be selectively coated in order to absorb as much radiation as possible.
It should also be pointed out that the absorber tubes 1 preferably have a circular cross-section and that the bottom surface 2 of each recess 14 preferably has a cross-section whose clear width immediately behind the cover 4 reaches its maximum dimension, which is approximately 2.6 times the absorber tube diameter (d) is.
2 shows measured temperature differences between the ambient temperature and the absorber temperature as a function of time, on a bright but hazy day in April, with a collector inclination to the horizontal from 20 to the south. Curve 11 shows the temperature differences of a collector according to the invention, with a selectively coated absorber tube 1 and a cover 4.
Curve 12 shows the temperature difference of a collector according to the invention, with an absorber tube 1 coated in matt black and a cover 4.
Curve 13 shows the temperature difference of a collector of known design, with a matt black coated absorber surface and a cover.