DE102004008967B3

DE102004008967B3 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE102004008967B3
Application number: DE102004008967A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Kosok
Original assignee: BBT Thermotechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2024-02-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit parallel verlaufenden Kanälen (1, 1', 1'') in der Absorberfläche, welche mit Sammelleitungen (2, 3) für die Zu- und Ableitung eines Wärmeträgermediums im gegenüberliegenden, unteren und oberen Bereich der Absorberfläche verbunden sind. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Wirkungsgrad eines Sonnenkollektors insbesondere über die Durchströmung zu optimieren und die Temperatur im Randbereich zu verringern. DOLLAR A Gekennzeichnet ist der Sonnenkollektor dadurch, dass mindestens die beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanäle (1', 1'') direkt an die Sammelleitungen (2, 3) angeschlossen sind und dass die übrigen Kanäle (1) im mittleren Bereich der Absorberfläche in einen Sammelkanal (4) münden und/oder von einem Sammelkanal ausgehen, welcher mit den Sammelleitungen (2, 3) für die Zu- und Ableitung eines Wärmeträgermediums in Verbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine Solaranlage besteht aus mindestens einem Sonnenkollektor, einem Wärmespeicher und einem Wärmeträgerkreislauf. Beispielsweise zeigt die DE 195 36 851 C2 einen Sonnenkollektor rechteckiger Bauart, der im unteren Teil zwei gegenüberliegende Anschlüsse für die Zuleitung und im oberen Teil zwei gegenüberliegende Anschlüsse für die Ableitung aufweist. Das flüssige oder gasförmige Wärmeträgermedium wird über eine Verteilerleitung im Inneren des Sonnenkollektors den einzelnen, vorzugsweise parallel verlaufenden Kanälen einer Absorberfläche zugeführt. Dabei handelt es sich entweder um eine Rohrharfe oder um flache, großflächige Kanäle. Über eine Sammelleitung wird dann das erhitzte Wärmeträgermedium an der gegenüberliegenden Seite abgeleitet.

In der Praxis werden häufig mehrere Sonnenkollektoren als Kollektorfeld parallel geschaltet. Um dabei einen optimalen Wirkungsgrad der Sonnenkollektoren mit möglichst homogener Durchströmung zu erzielen, empfiehlt sich die so genannte Tichelmann-Verrohrung. Hierbei sind die Zu- und Ableitungen zu den einzelnen Sonnenkollektoren jeweils gleich lang, so dass sich die Fließwiderstände bzw. Druckverluste über das gesamte Kollektorfeld gleichmäßig verteilen. Bereits geringfügige Abweichungen des Druckverlustes in parallelen Rohrstrecken würden zu einer inhomogenen Strömungsverteilung führen.

Die DE 100 62 481 A1 zeigt einen Sonnenkollektor mit einem so genannten Flächenabsorber und einer optimierten Durchströmung eines Kollektorfeldes. Dies wird dadurch erreicht, dass jeder Sonnenkollektor gleichmäßig durchströmt wird, indem der Strömungswiderstand durch die Gestaltung der Übergänge zwischen den Sammelleitungen für die Zu- und Ableitung eines Wärmeträgermediums im gegenüberliegenden, unteren und oberen Bereich der Absorberfläche eingestellt wird. Alle Kanäle sind dabei direkt mit den Sammelleitungen verbunden.

Nachteilig ist bei bekannten Sonnenkollektoren mit hohem Wirkungsgrad, dass entsprechend hohe Temperaturen in den Randbereichen vorzufinden sind. Diese Randverluste haben einen erheblichen Anteil am Gesamtwärmeverlust und damit am Wirkungsgrad eines Sonnenkollektors. Außerdem können die Temperaturen in den Randbereichen Werte erreichen, welche die verwendeten Materialien, beispielsweise Nichtmetalle für die Kollektoreinfassung, möglicherweise ungünstig beanspruchen.

Aus der JP 57 077 853 AA ist ein Sonnenkollektor mit parallel verlaufenden Kanälen bekannt, welcher mit einer Zu- und Ableitung auf einer Seite versehen ist. Die Zuleitung erfolgt über den jeweils äußeren Kanal auf beiden Seiten. Nach einer Umkehrung mit Verteilung auf mehrere parallele Kanäle in der jeweiligen Kollektorhälfte strömt das Wärmeträgermedium im Gegenstrom wieder zurück. Aus allen Kanälen in beiden Kollektorhälften wird die Strömung dabei in einer einzigen, mittig angebrachten Ableitung zusammengeführt. Somit ist die Zuleitung, nämlich die beiden äußeren Kanäle, in Reihe mit den Kanälen im Zentrum angeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Wirkungsgrad eines Sonnenkollektors insbesondere über die Durchströmung zu optimieren.

Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Sonnenkollektor ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanäle direkt an die Sammelleitungen angeschlossen sind und dass die übrigen Kanäle im mittleren Bereich der Absorberfläche in einen Sammelkanal münden und/oder von einem Sammelkanal ausgehen, welcher mit den Sammelleitungen für die Zu- und Ableitung eines Wärmeträgermediums in Verbindung steht.

Auf der Abströmseite des Sonnenkollektors mündet der Sammelkanal für das Wärmeträgermedium aus den mittleren Kanälen stromabwärts nach dem letzten im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanal in die Sammelleitung für die Ableitung des Wärmeträgermediums ein. Kommt ergänzend oder alternativ dazu ein Sammelkanal auf der Zuströmseite des Sonnenkollektors als Verteiler für das Wärmeträgermedium in die mittleren Kanäle zum Einsatz, so zweigt dieser aus der Sammelleitung für die Zuleitung des Wärmeträgermediums ab, und die beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanäle sind direkt an die Sammelleitung angeschlossen.

Ziel der Erfindung ist es, dass mindestens in den beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanälen ein höherer Volumenstrom als in den übrigen Kanälen im mittleren Bereich der Absorberfläche vorliegt. Dadurch lässt sich die mittlere Temperatur im Randbereich des Sonnenkollektors um etwa 8 bis 10 Kelvin reduzieren. Ergänzend zur erfindungsgemäßen Strömungsführung ist es vorteilhaft, wenn mindestens die beiden in den Randbereichen der Absorberfläche verlaufenden Kanäle einen größeren Querschnitt und/oder einen geringeren Strömungswiderstand als die übrigen Kanäle im mittleren Bereich der Absorberfläche besitzen.

Daher wird zur Einstellung des Strömungswiderstandes der Durchlassquerschnitt in den Übergängen zwischen den einzelnen Kanälen und den Sammelleitungen und/oder zwischen den einzelnen Kanälen und dem Sammelkanal und/oder zwischen dem Sammelkanal und den Sammelleitungen über eine kurze Strecke verengt. Weiterhin kann zur Einstellung des Strömungswiderstandes eine Prägung im Bereich der Übergänge zwischen den Sammelleitungen und/oder den einzelnen Kanälen und/oder dem Sammelkanal angebracht sein. Außerdem können zur Einstellung des Strömungswiderstandes aufeinander abgestimmte Blenden an den Übergängen zwischen den Sammelleitungen und/oder den einzelnen Kanälen und/oder dem Sammelkanal angeordnet werden.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen und Gestaltungen wird bei einem Sonnenkollektor der Wirkungsgrad auf einfache Art und Weise optimiert. Gleichzeitig verbessert sich die Robustheit durch die geringere thermische Materialbeanspruchung. Das Prinzip ist sowohl bei Sonnenkollektoren mit einer Rohrharfe als auch bei Sonnenkollektoren mit Flächenabsorbern, d. h. mit flachen, großflächigen Kanälen, anwendbar. Es stellt sich eine homogene Durchströmung ein. Wird ein Sammelkanal auf der Abströmseite eingesetzt, so werden nicht nur niedrigere Temperaturen in den Randbereichen, sondern auch im Kopfbereich des Sonnenkollektors erreicht.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer einzigen Figur den schematischen Aufbau eines Sonnenkollektors.
Der Sonnenkollektor besitzt mehrere parallel verlaufende Kanäle 1 in der Absorberfläche, welche mit Sammelleitungen 2, 3 für die Zu- und Ableitung eines Wärmeträgermediums im gegenüberliegenden, unteren und oberen Bereich der Absorberfläche verbunden sind. Dabei sind die beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanäle 1', 1'' direkt an die Sammelleitungen 2, 3 angeschlossen. Die übrigen Kanäle 1 im mittleren Bereich der Absorberfläche münden zuerst in einen Sammelkanal 4, welcher mit der Sammelleitung 3 für die Ableitung des Wärmeträgermediums in Verbindung steht.
Der abströmseitige Sammelkanal 4 mündet in Strömungsrichtung nach dem letzten im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanal 1'' in die Sammelleitung 3 für die Ableitung des Wärmeträgermediums ein. Dadurch ist sichergestellt, dass zunächst das etwas kühlere Wärmeträgermedium aus den beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanälen 1', 1'' in die Sammelleitung 3 gelangt.

Claims

Sonnenkollektor mit parallel verlaufenden Kanälen in der Absorberfläche, welche mit Sammelleitungen für die Zu- und Ableitung eines Wärmeträgermediums im gegenüberliegenden, unteren und oberen Bereich der Absorberfläche verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanäle (1', 1'') direkt an die Sammelleitungen (2, 3) angeschlossen sind und eine Direktströmung zwischen den Sammelleitungen (2, 3) zulassen, dass die übrigen Kanäle (1) im mittleren Bereich der Absorberfläche anströmseitig jeweils direkt an die Sammelleitung (2) angeschlossen sind und abströmseitig in einem gemeinsamen Sammelkanal (4) münden oder dass die übrigen Kanäle (1) im mittleren Bereich der Absorberfläche anströmseitig von einem gemeinsamen Sammelkanal (4) ausgehen und abströmseitig jeweils einzeln direkt an die Sammelleitung (3) angeschlossen sind, wobei der Sammelkanal (4) mit den Sammelleitungen (2, 3) in Verbindung steht.
Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein abströmseitiger Sammelkanal (4) stromabwärts nach dem letzten im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanal (1'') in die Sammelleitung (3) für die Ableitung des Wärmeträgermediums einmündet.
Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zuströmseitiger Sammelkanal für die Kanäle (1) im mittleren Bereich der Absorberfläche aus der Sammelleitung (2) für die Zuleitung des Wärmeträgermediums abzweigt.
Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in den beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanälen (1', 1'') ein höherer Volumenstrom als in den übrigen Kanälen (1) im mittleren Bereich der Absorberfläche vorliegt.
Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanäle (1', 1'') einen größeren Querschnitt und/oder einen geringeren Strömungswiderstand als die übrigen Kanäle (1) im mittleren Bereich der Absorberfläche aufweisen.
Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Strömungswiderstandes der Durchlassquerschnitt in den Übergängen zwischen den einzelnen Kanälen (1, 1', 1'') und den Sammelleitungen (2, 3) und/oder zwischen den einzelnen Kanälen (1) und dem Sammelkanal (4) und/oder zwischen dem Sammelkanal (4) und den Sammelleitungen (2, 3) über eine kurze Strecke verengt ist.
Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Strömungswiderstandes eine Prägung im Bereich der Übergänge zwischen den Sammelleitungen (2, 3) und/oder den einzelnen Kanälen (1, 1', 1'') und/oder dem Sammelkanal (4) angebracht ist.
Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Strömungswiderstandes aufeinander abgestimmte Blenden an den Übergängen zwischen den Sammelleitungen (2, 3) und/oder den einzelnen Kanälen (1, 1', 1'') und/oder dem Sammelkanal (4) angeordnet sind.