DE102006029783A1 - radiation collector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Strahlungskollektor mit einem Absorber für einfallende elektromagnetische Strahlung. Dieser Strahlungskollektor ist ausgestattet mit einem Absorber und mindestens einem von einem Wärmeträgermedium durchströmten Wärmeträgerleiter. Dabei stehen der Absorber und der Wärmeträgerleiter in einem thermisch leitenden Kontakt miteinander, wobei an oder im Bereich des mindestens einen Wärmeträgerleiters neben dem Kontakt zu dem Absorber oder zum Absorber leitende Wärmeleiterelemente angeordnet sind.The invention relates to a radiation collector with an absorber for incident electromagnetic radiation. This radiation collector is equipped with an absorber and at least one heat transfer medium flowed through by a heat transfer medium. In this case, the absorber and the heat carrier conductor are in a thermally conductive contact with each other, wherein conductive heat conduction elements are arranged on or in the region of the at least one heat carrier conductor in addition to the contact with the absorber or the absorber.
Description
Die Erfindung betrifft einen Strahlungskollektor mit einem Absorber für einfallende elektromagnetische Strahlung.The The invention relates to a radiation collector with an absorber for incidental electromagnetic radiation.
Strahlungskollektoren und insbesondere Sonnenkollektoren dienen dazu, Strahlungsenergie in Wärme umzuwandeln und benutzen hierfür einen Absorber, mit denen die Strahlungsenergie aufgefangen und in Wärmeenergie umgesetzt wird. Die in dem Absorber entstandene Wärmeenergie wird dann auf ein Wärmeträgermedium übertragen, das in einem Wärmeträgerleiter umläuft, wobei der Wärmeträgerleiter mit dem Absorber in der Regel in thermisch leitender Verbindung steht. Das Wärmeträgermedium kann dann beispielsweise zur Heizung von Räumen, Schwimmbädern oder dergleichen genutzt werden.radiation collectors and in particular solar panels serve to radiate energy in To convert heat and use this an absorber, with which the radiation energy is collected and in heat energy is implemented. The heat energy generated in the absorber is then transferred to a heat transfer medium, that in a heat carrier ladder circulates, wherein the heat carrier conductor with the absorber usually in thermally conductive connection stands. The heat transfer medium can then, for example, for heating rooms, swimming pools or be used.
Es sind unterschiedliche konstruktive Gestaltungen von Strahlungskollektoren bekannt, welche unterschiedliche Wirkungsgrade und Vor- und Nachteile aufweisen.It are different constructive designs of radiation collectors known, which have different efficiencies and advantages and disadvantages.
Ziel der Optimierung derartiger Strahlungskollektoren ist es einerseits, die Absorption der Strahlungsenergie am Absorber zu erhöhen und damit die Strahlung in Wärme umzuwandeln, zum anderen aber auch insbesondere den Wärmeübergang vom Absorber auf das Wärmeträgermedium möglichst effektiv zu machen. Hierbei werden die unterschiedlichsten Wärmeleitzahlen von festen und flüssigen Stoffen ausgenutzt, wodurch durch entsprechende Materialkombinationen und Verwendung geeigneter Wärmeträgermedien eine Optimierung erfolgen kann.aim the optimization of such radiation collectors is on the one hand, to increase the absorption of the radiation energy at the absorber and thus the radiation into heat but also, in particular, the heat transfer from the absorber to the heat transfer medium preferably to make effective. Here are the different heat conductivities of solid and liquid substances exploited, whereby by appropriate material combinations and Use of suitable heat transfer media an optimization can take place.
Am weitesten verbreitet sind so genannte Flachkollektoren, die aus einem flächigen Absorber hinter einer transparenten Abdeckung aufgebaut sind, wobei die transparente Abdeckung in der Regel aus einem entsprechend beschichteten Solarglas besteht, das sichtbares Licht gut durch lässt, gleichzeitig aber die vom Absorber nach der Umwandlung der einfallenden Strahlungsenergie vorderseitig ausgehende Wärmeabstrahlung zurückhält und darüber hinaus einen Wärmeentzug durch vorbeistreichende kältere Luft und damit Konvektionsverluste soweit wie möglich verhindert. Die transparente Abdeckung sorgt gemeinsam mit einem Gehäuse dafür, dass der Absorber und der hinter dem Absorber angeordnete und mit dem Absorber thermisch verbundene Wärmetauscher vor witterungseinflüssen geschützt sind. Innerhalb des Gehäuses wird zumindest auf der Rückseite und Seitenwand noch eine Wärmedämmung vorgesehen, durch die Wärmeverluste durch Wärmeleitung verhindert werden. Der Wärmetauscher besteht aus einer Anordnung von Wärmeträgerrohren, die am oder hinter dem Absorber angeordnet sind und durch die thermische Verbindung mit dem Absorber die von dem Absorber aufgenommene Strahlungsenergie und damit die umgewandelte Strahlungswärme über den Wärmetauscher an ein den Wärmetauscher durchfliegendes Wärmeträgermedium abgibt.At the The most widely used are so-called flat-plate collectors a flat Absorber are built behind a transparent cover, where the transparent cover usually made of a correspondingly coated Solar glass exists that lets visible light through well at the same time but that of the absorber after the conversion of the incident radiant energy front outgoing heat radiation holds back and beyond a heat withdrawal by passing colder ones Air and thus convection losses as far as possible prevented. The transparent Cover together with a housing ensures that the absorber and the arranged behind the absorber and thermally connected to the absorber heat exchangers from weather influences protected are. Inside the case will be at least on the back and sidewall still provided a thermal insulation, through the heat losses by heat conduction be prevented. The heat exchanger consists of an arrangement of heat transfer tubes, on or behind the absorber are arranged and through the thermal connection with the absorber, the absorbed by the absorber radiation energy and thus the converted radiant heat through the heat exchanger to a heat exchanger passing heat transfer medium emits.
Eine weitere Bauform von Strahlungskollektoren sind die so genannten Vakuum-Röhrenkollektoren, die einen Absorber in der Form eines Absorberstreifens in einer evakuierten, druckfesten Gasröhre aufweisen. Die Wärmeflüssigkeit durchströmt den Absorber direkt in einem U-förmig gebogenen Wärmerohr oder im Gegenstrom in einem Rohr- im Rohr-System. Der Wärmetauscher ist üblicherweise an einem Ende des Vakuum-Röhrenkollektors angeordnet und wärmeleitend mit dem Wärmerohr verbunden, wobei das Wärmerohr selbst wieder thermisch leitend an dem Absorber festgelegt ist. Damit erfolgt eine Übertragung von dem Absorber auf das Wärmerohr und dessen Inhalt und von dem Inhalt des Wärmerohres in einem Wärmetauscher auf eine Wärmeträgerflüssigkeit.A Another design of radiation collectors are the so-called Vacuum tube collectors, an absorber in the form of an absorber strip in one evacuated, pressure-resistant gas tube have. The heat fluid flows through the absorber directly in a U-shaped bent heat pipe or in countercurrent in a pipe in the pipe system. The heat exchanger is usually on one end of the vacuum tube collector arranged and heat-conducting with the heat pipe connected, with the heat pipe itself again thermally conductive is fixed to the absorber. This is a transfer from the absorber to the heat pipe and its contents and the contents of the heat pipe in a heat exchanger on a heat transfer fluid.
Beiden vorstehenden, aber auch anderen Bauformen von Strahlungskollektoren liegt der gemeinsamen Nachteil zugrunde, dass bei der Umwandlung der Strahlungsenergie in dem Absorber ein teil der Strahlungsenergie von dem Absorber wieder in den Umgebungsbereich abgegeben wird, ohne dass diese Strahlungsenergie über den Wärmeträgerleiter auf die Wärmeträgerflüssigkeit übertragen werden kann. Ein Teil dieser Strahlungswärme wird vorderseitig und damit in Einfallsrichtung der Strahlungsenergie vom Absorber wieder abgegeben und kann in gewissen Grenzen durch eine entsprechende Ausgestaltung der transparenten Abdeckung beispielsweise eines Flachkollektors aufgefangen und im Inneren des Flachkollektors gehalten werden.Both above, but also other types of radiation collectors the common disadvantage that underlies the conversion the radiation energy in the absorber part of the radiation energy is returned from the absorber in the surrounding area, without this radiation energy being transmitted to the heat transfer fluid via the heat carrier conductor can. Part of this radiant heat is front and thus emitted in the direction of incidence of the radiation energy from the absorber again and can, within certain limits, be designed accordingly the transparent cover, for example, a flat collector be collected and kept inside the flat collector.
Damit kann ein Teil dieser Abwärme über entsprechende thermische Leitung doch noch in den Wärmeträger eingekoppelt und auf das Wärmeträgermedium übertragen werden. Neben der Abstrahlung von Wärmestrahlung in die Richtung zurück, aus der die Strahlungsenergie in den Kollektor einfällt, wird auch auf der Rückseite des üblicherweise flächig ausgebildeten Absorbers Wärmestrahlung vom Absorber eigentlich nutzlos abgegeben. Hierbei wird beispielsweise bei Flachkollektoren durch eine entsprechende Wärmedämmurig dafür gesorgt, dass auch diese Strahlungswärme innerhalb des Flachkollektors verbleibt und in dem schon geschilderten Wege indirekt und unter relativ großen Verlusten doch noch in die Wärmeträgerflüssigkeit eingekoppelt werden kann. Je nach der Bauart des Absorbers sind die Verluste an Wärmestrahlung, die durch die senkrecht zu den üblicherweise flächigen Oberflächen des Absorbers angestrahlte Wärmeenergie verloren geht, relativ hoch. Es ist daher schon mehrfach vorgeschlagen worden, diese Strahlungsenergie durch entsprechende Modifikation des Strahlenkollektors zu mindestens teilweise mit einem höheren Wirkungsgrad zurückzugewinnen, als dies bei den üblichen Bauformen möglich ist.Thus, a part of this waste heat can still be coupled via corresponding thermal line in the heat transfer medium and transferred to the heat transfer medium. In addition to the radiation of heat radiation in the direction back, from which the radiation energy is incident in the collector, heat radiation from the absorber is actually rendered useless on the back of the usually areal absorber. Here, for example, in flat panels by a corresponding Wärmedämmurig ensured that this radiant heat remains within the flat plate and can be coupled in the already described ways indirectly and with relatively large losses but still in the heat transfer fluid. Depending on the design of the absorber, the losses of thermal radiation, which is lost by the perpendicular to the usually flat surfaces of the absorber irradiated heat energy, relatively high. It is therefore already several times has been proposed to recover this radiation energy by appropriate modification of the beam collector to at least partially with a higher efficiency than is possible in the conventional designs.
So
ist beispielsweise aus der
Einen
anderen Weg geht die
Nachteilig bei den bekannten Strahlungskollektoren ist jedoch, dass es mit diesen technischen Lösungen nicht möglich ist, einen größeren Bereich der vorhandenen Strahlung wirksam werden zu lassen, sondern es wird weitestgehend nur der Bereich der IR-Strahlung ausgenutzt.adversely in the known radiation collectors, however, that it with these technical solutions not possible is a larger area of existing radiation will be effective, but it will Largely exploited only the range of IR radiation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Strahlungskollektor der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, dass ein größerer Teil von einem Absorber abgegebenen und aus der Strahlungsenergie hervorgegangenen Wärmestrahlung, die bei bekannten Bauarten nicht oder nur unzureichend auf ein Wärmeträgermedium übertragen werden kann, zurückgewonnen wird und mit einem hohen Wirkungsgrad in das Wärmeträgermedium eingekoppelt werden kann.task Therefore, it is the object of the present invention to provide a radiation collector of the generic type in such a way that a larger part of an absorber emitted and radiated from the radiant energy heat radiation, which are not or only insufficiently transferred to a heat transfer medium in known types can, recovered is coupled with a high efficiency in the heat transfer medium can.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 in Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution the task of the invention arises from the characterizing features of claim 1 in Connection with the characteristics of the generic term. Further advantageous Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Nachfolgend
soll die Erfindung näher
erläutert
werden. Ein Strahlungskollektor
Dabei
stehen Absorber
Erfindungsgemäß wurden
die Oberflächen und/oder
die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften der Wärmeleiterelemente
Vorzugsweise
wird diese Eigenschaftsänderung
bewirkt durch mechanische, chemische oder physikalische Behandlung
der Oberflächen
der Wärmeleiterelemente
Dem Schutzumfang als zugehörig zu betrachten sind allerdings auch Kombinationen der vorgenannten Behandlungen als auch hier nicht benannte Behandlungen.the Scope as belonging However, to consider are also combinations of the above Treatments as well as unnamed treatments.
Als einfachste Art der mechanischen Behandlung kann die zu behandelnde Oberfläche mit einer Farbbeschichtung versehen werden. Dabei werden vorzugsweise Farben ausgewählt, welche die zu erzielende Wirkung durch ihre Zusammensetzung unterstützen.When The simplest type of mechanical treatment can be the one to be treated surface be provided with a color coating. These are preferably Colors selected, which support the effect to be achieved by their composition.
Als Beispiele für die weiteren genannten Behandlungsmöglichkeiten seien nur beispielhaft genannt das Eloxieren als eine Art der chemischen Behandlungsverfahren beziehungsweise das Ionisieren als eine physikalische Behandlung.When examples for the other treatment options mentioned are only examples called anodising as a kind of chemical treatment method or ionizing as a physical treatment.
Diese
gezielte und gesteuerte Beeinflussung der Oberflächen der Wärmeleiterelemente
- 11
- Strahlungskollektorradiation collector
- 22
- WärmeträgerleiterHeat transfer manager
- 33
- Wärmeleitelementthermally conductive element
- 44
- WärmeträgermediumHeat transfer medium
- 55
- Gehäusecasing
- 6, 6'6 6 '
- Reflektionsschichtreflective layer
- 77
- Dämmunginsulation
- 88th
- einfallende Sonnenstrahlungincident solar radiation
- 99
- transparente Abdeckungtransparent cover
- 1010
- Absorberabsorber
- 1111
- von Absorber abgegebene Wärmestrahlungfrom Absorber emitted heat radiation
- 1212
- von Absorber abgegebene Wärmestrahlungfrom Absorber emitted heat radiation
- 1313
- von Reflektionsschicht reflektierende Wärmestrahlungfrom Reflection layer reflective heat radiation
- 1414
- wärmeleitende Verbindungthermally conductive connection
- 1515
- wärmeleitende Verbindungthermally conductive connection
- 1616
- Trennstegedividers
- 17, 17''''17 17 '' ''
- Kammernchambers
- 1818
- Wärmestrahlung aufnehmende Fläche des Wärmeleitelementsthermal radiation receiving surface of the thermally conductive element
- 1919
- transparentes Außenrohrtransparent outer tube
- 2020
- Vakuumvacuum
- 2121
- Vorsprüngeprojections
- 2222
- von Einfallsrichtung abgewandte Seite des Absorbersfrom The direction of incidence facing away from the absorber
- 2323
- Absorptionsflächeabsorption area
Claims (9)
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2006
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-
2007
- 2007-05-15 WO PCT/EP2007/004305 patent/WO2008000315A1/en active Application Filing
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Legal Events
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---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |