DE102007018644A1 - Solarröhre, Solarröhrenkollektor sowie Verwendung - Google Patents

Solarröhre, Solarröhrenkollektor sowie Verwendung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Solarröhren sowie verbesserte Solarröhrenkollektoren. Die verbesserten Systeme zeichnen sich durch Miniaturisierung, beispielsweise durch kleine Gehäuse, sowie durch verminderten Strömungswiderstand des durch die Kollektoren geleiteten Wärmeträgers und ebenso durch eine Minimierung des Druckabfalls des Wärmeträgers aus.

Description

  • Vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Solarröhren sowie verbesserte Solarröhrenkollektoren. Die verbesserten Systeme zeichnen sich durch Miniaturisierung, beispielsweise durch kleine Gehäuse, sowie durch verminderten Strömungswiderstand des durch die Kollektoren geleiteten Wärmeträgers und ebenso durch eine Minimierung des Druckabfalls des Wärmeträgers aus.
  • Derzeit gibt es am Markt solarthermische Systeme, die hauptsächlich mit dem Wärmeträger aus dem Frostschutzmittel Wasser-Glykol betrieben werden. Der Großteil davon wird als Flachkollektor ausgeführt. Der kleinere Anteil wird durch unabgedeckte Schwimmbadabsorbern und Vakuumröhrenkollektoren abgedeckt.
  • Vorteile des Wasser-Glykolgemisches sind der Einsatz von Wasser als Wärmeträger mit hoher Wärmekapazität und die gleichzeitige Eignung als Korrosionsschutzmittel. Nachteilig wirkt sich für die hocheffektiven Vakuumröhrenkollektoren das Wasser-Glykolgemisch aus, wenn der Stagnationszustand (Anlagenstillstand) erreicht wird. Die dabei entstehenden hohen Temperaturen führen zu einer Degradation des Wärmeträgers, welches den sicheren Betrieb solcher Anlagen gefährdet.
  • Es gibt derzeit diverse Lösungsansätze, die sich mit der Vermeidung und Verhinderung der Auswirkungen von Stagnationszuständen beschäftigen. Für hochskalierte Anlagen besteht jedoch immer ein Restrisiko.
  • Luft als Wärmeträger wird derzeit nur in einigen Flachkollektoren eingesetzt. Die geringe Wärmekapazität und das große Volumen im Vergleich zu Wasser führen zu größeren Leitungen und größeren primären Antriebsverlusten (z. B. von den Ventilatoren). Diese Antriebsverluste werden durch hohe Strömungswiderstände und/oder Druckverluste bedingt, die sich insbesondere bei großen Solarkollektoren mit einer Vielzahl von Solarröhren nachteilig auswirkt.
  • Es gibt derzeit keine befriedigende Lösung, zum einen die Stagnationssicherheit von Vakuumröhrenkollektoren sicher zu gewährleisten, zum anderen Druckverluste oder die Strömungswiderstände zu minimieren. Auf die hohen Temperaturen zu verzichten scheint jedoch keine geeignete Lösung zu sein, da der Bedarf an Prozesswärme im mittleren Temperaturbereich bis 200°C prinzipiell durch Vakuumröhrenkollektoren bereitgestellt werden kann.
  • Speziell der Bedarf an heißer und warmer Luft ist von großer Bedeutung bei der Raumbeheizung, bei Trock nungsprozessen, bei der solaren Klimatisierung sowie in industriellen Niedertemperaturöfen.
  • Ausgehend von den Nachteilen des Standes der Technik ist es somit Aufgabe vorliegender Erfindung, Solarröhren bzw. Solarröhrenkollektoren bereitzustellen, die eine verbesserte Stagnationssicherheit aufweisen. Ebenso ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, die Strömungswiderstände und/oder die Druckverluste in Solarröhren bzw. Solarröhrenkollektoren zu verringern. Weiterhin ist es Aufgabe, eine Miniaturisierung derjenigen Bestandteile, die nicht der Erwärmung des Wärmeträgers dienen, zu gewährleisten.
  • Diese Aufgaben werden mit der Solarröhre gemäß Anspruch 1, mit dem Solarröhrenkollektor gemäß Anspruch 18 sowie dem Solarröhrenkollektor gemäß Anspruch 25 gelöst. Dabei stellen die abhängigen Ansprüche jeweils vorteilhafte Weiterbildungen dar. Mit den Ansprüchen 32 bis 35 werden Verwendungszwecke der erfindungsgemäßen Solarröhrenkollektoren angegeben.
  • Überraschenderweise konnte festgestellt werden, dass sowohl mit den erfindungsgemäßen Solarröhren sowie den erfindungsgemäßen Solarröhrenkollektoren sowohl eine Miniaturisierung, z. B. des Gehäuses, möglich ist, sowie sich verbesserte Werte bei der Druckverminderung oder des Druckabfalls ergeben. Weiterhin konnte überraschenderweise beobachtet werden, dass die Strömungswiderstände in den erfindungsgemäßen Gegenständen gegenüber Vorrichtungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, vermindert sind. Somit lassen sich Solarröhren bzw. Solarröhrenkollektoren bereitstellen, die eine im Vergleich zu den Solarröhrenkollektoren aus dem Stand der Technik verbesserte Effizienz aufweisen.
  • Mögliche Luftführungen sind den Abbildungen zu entnehmen. Bei allen Varianten des Kollektors wird die Ein- oder Ausleitung der Luft in die Vakuumröhre durch ein Injektionsrohr oder ein anderes Profil/Blech aktiv realisiert. Durch dieses Blech wird der Innenraum der Röhre in mindestens zwei Teile getrennt. Die Abdichtung zwischen den Räumen erfolgt dann z. B. durch die Federeigenschaften des Bleches welches vorgespannt in die Röhre eingebracht wird und sich dort z. B. in der Mitte zentriert, aber auch der Einsatz einer Dichtung/-fläche an der Röhre oder an dem Injektionsprofil wäre vorstellbar.
  • Im Umkehrpunkt vor dem Boden der Röhre erfolgt eine weiche Umlenkung der Luft siehe Abbildungen „Umlenkungen", in dem das Injektionsprofil zunehmend stärker perforiert, gelocht oder eingekerbt wird. Das untere Ende am Injektionsprofil enthält einen Abschnitt, der für den strömungsgünstigen Wendevorgang der Luft vorteilhaft ist. Dazu wird die Luft zunächst aus dem Injektionsprofil gegen die luftführende und warme Röhre gelenkt und zwar in steilem Winkel um die Wärmeübertragung zu verbessern.
  • Bei der Verwendung eines Injektionsbleches wird auf der anderen Injektionsprofilseite (Headerseite, Header = Gehäuse des Solarröhrenkollektors) ein Übergang z. B. auf ein Rohrprofil realisiert, siehe Abbildung „Übergang Injektionsprofil". Hierfür kann ein Stück Rohr oder das Blech (z. B. als Rohr gebogen) verwendet werden.
  • Bei gegenüberliegender Anordnung der Röhren kann die Luft auch invers dazu durch den Ringspalt in die Röhre eintreten und durch z. B. das Injektionsprofil aus treten.
  • Die gegenüberliegende Anordnung der Röhren hat den Vorteil, dass die verlustbehaftete Oberfläche des Headers im Verhältnis zu den sehr gut isolierten Vakuumröhren klein bleibt, es wird jeweils ein Gehäuse eingespart. Die teilweise Durchführung durch den Header wird in der Patentschrift Nr. US 005163821 A „Solarthermal Powered Water Pump", sowie in DE 32 05 238 A1 und US 4,016,860 beschrieben.
  • Vorteilhaft ist, wenn das Gehäuse wie in 5 bis 7 punktsymmetrisch ausgeführt ist. Anstelle eines diagonalen Verlaufs kann der Verlauf der Trennwand jedoch auch beliebige bionische Formen, beispielsweise eine S-Kurve, annehmen. Mit solch einem Header wird Platz und der Druckverlust im Header klein gehalten. Auch die Verwendung eines durchgehenden Injektionsprofils/-rohr ist vorteilhaft, dies ermöglicht eine symmetrische Anordnung der Solarröhren. Diese Rohre/Profile können auch zweiteilig für den einfacheren Transport verwendet werden. Für den Zusammenhalt und für die Montage des Kollektors wird z. B. eine Verschraubung oder ein Bajonettverschluss im Mittelsteg verwendet.
  • Die Luftführung im Header ist den 5 bis 8 zu entnehmen und lässt mehrere bedarfsgerechte Lösungen zu. Die Kanäle können für geringere Druckverluste optimiert angeordnet werden. Dies spart zudem noch Kollektorbruttofläche (Gehäusefläche). Ein integrierter Rückkanal im Gehäuse kann gegebenenfalls realisiert werden.
  • Die Formgebung kann je nach Produktionsverfahren ausgeführt werden. Als Blechteil liegt die Isolierung zwischen den inneren Luftführungsblechen und dem äußeren Mantel. Als geschäumtes Formteil können die inneren Strukturen auch z. B. nach bionischen Ansätzen frei geformt werden und ein äußerer Witterungsschutz sowie Dichtflächen im Formgebungsprozess integriert werden, je nach geplantem Temperaturbereich und angestrebter Lebensdauer. Einige mögliche Kombinationen sind: PU-Schaum mit witterungsfester Außenschicht mit oder ohne eingespritzten Dichtungen für Gehäuse und Solarröhren und für hohe Temperaturen mit einer temperaturstabileren Dämmschicht z. B. Silikonschaumeinlage, alukaschierter, mit Alublech geschütztem oder mit entsprechendem Abrasivschutz bearbeiteter Glasschaum oder Glaswolle.
  • Die gekrümmte äußere Abdeckung ist sowohl Designelement als auch ein Schutz der oberen Dichtflächen vor Schlagwasser, siehe Abbildungen „Luftführung 1". Der Zwischenraum zwischen Gehäuse und der Abdeckung kann als Luftkanal verwendet werden. Hierbei ist die Abdeckung zu dämmen.
  • Der einfache Aufbau des Kollektors ermöglicht es unterschiedlich lange Solarröhren zu verwenden, damit z. B. Dachfenster kein Installationsproblem darstellen. An diesen Stellen werden am Kollektor das Injektionsprofil verkürzt und kürzere Solarröhren verwendet. Auch die Ausnutzung von komplexen Gebäudeflächen, Fassaden und z. B. Dachgiebeln kann somit realisiert werden.
  • Der einfache Aufbau des Kollektors ermöglicht auch den Einsatz in Gebäudefassaden. Durch den internen Aufbau sind unterschiedliche lange Röhren z. B. für unterschiedlich große Fenster einfach zu realisieren. Da für die Luftkollektoren keine starren Rohrleitun gen notwendig sind, können z. B. auch Luftschläuche oder verschiebbare Kettengliedersysteme verwendet werden. Hiermit kann ein beweglicher Solarluftkollektor realisiert werden, welcher warme/heiße Luft erzeugt und gleichseitig als Sonnenschutz dient, siehe Abbildung Fassadenkollektor. Der Kollektor kann außerhalb, mittig oder in der Gebäudefassade oder im Raum installiert werden. Über einen Antrieb, z. B. elektrisch oder von Hand kann die Position frei eingestellt werden. Es gibt die Möglichkeit komplette Module oder einzelne Röhren zu verschieben. Es kann auch ein System mit fest installierten und beweglichen Kollektoren oder Röhren realisiert werden. Das bewegliche Element hat seine Ein- und Auslässe in der Fassade integriert oder in dem Kollektorrahmen. Der Anschluss kann sich auch in einer End- oder Zwischenposition befinden. Hierfür wird in diesen Position automatisch öffnende/schließende Anschlüsse befinden, welchen, wenn der Kollektor in die Positionen gebracht werden mechanisch oder elektrisch geschaltet oder bewegt werden.
  • In 9 ist eine beidseitig geöffnete Solarröhre dargestellt. Im Luftleitprofil wird Luft oder auch andere Fluide durch die Sonneneinstrahlung auf das Profil, welches für den solaren Energiesammelbetrieb mit z. B. einer Beschichtung oder Lackierung optimiert ist, erhitzt. Der Vorteil dieser Röhre ist der sehr geringe Druckverlust, was besonders wichtig bei Luftkollektoren ist. Aufgrund dessen dass Luft verwendet werden kann, kann die Wandung des Profiles sehr gering sein und die Profilstruktur frei wählbar sein. Damit durch die thermische Ausdehnung keine Beschädigungen entstehen, kann ein Längenkompensator in die äußere/-n Glasprofile oder in das Luftleitprofil integriert werden. Eine einfache Bauform der Solarröhre ist die Verwendung der Luftleitprofiles, auf dem mehrere Dichtungen sich befinden, welche als Abstandshalter und Befestigung eines Glasprofiles dienen. Das Glasprofil kann auch aus mehreren Glasprofilen mit unterschiedlichen Größen bestehen, welche ohne oder mit einem Vakuum oder einer Gasfüllung im Zwischenraum als Wärmedämmung für die Solarröhre dienen.
  • Die Verbindungen zwischen den einzelnen Röhren können z. B. mit Hilfe von Klemmringverschraubungen, Gewinden oder anderen dichtenden Verschlusstechniken realisiert werden. Die Befestigung der Röhre selbst kann z. B. mit einfachen Rohrschellen realisiert werden.
  • Aufgrund des sehr geringen Druckverlustes können somit große Kollektorfelder installiert werden, welche mindestens ein Gehäuse oder ein Profil-/Rohrsammler am Einlass und Auslass besitzen. Diese Felder können als diagonal durchströmte Harfen oder Doppelharfen (bei denen der Ein- und Auslass auf der gleichen Kollektorfeldseite sich befindet) erstellt werden.
  • Bevorzugte Anwendungsgebiete sind beispielsweise
    • – die Bereitstellung von Warmwasser
    • – warme Luft zur Gebäudebeheizung (sehr einfach und kostengünstig in Passivhäusern und gewerblichen und öffentlichen Objekten wo vorhandene Lüftungssysteme existieren bzw. vorgesehen sind)
    • – Gebäudetrocknung (in Ferienhäusern gegen Schimmelbildung)
    • – Bereitstellung von Prozesswärme für Bäckereien, Galvanikbetrieben, Lackierereien etc. die warme Luft oder vorgewärmte Frischluft benötigen.
    • – Früchtetrocknung, z. B. Tomatentrocknung in Eritrea, Afrika. Auch ist die solare Trocknung dort sinnvoll, wo die Verwendung von Holz als Energieträger noch viel gravierendere Umweltfolgen hat als bei uns.
    • – Pellettrocknung
    • – In Verbindung mit einer sorptionsgestützen Kältemaschine zur Klimatisierung von Gebäuden.
    • – Speicherung der Wärme mit gänzlich neuen Möglichkeiten die durch den Wärmeträger Luft eröffnet werden.
    • – Sonnenschutz z. B. in Hausfassaden integriert, Überdachungen (z. B. Carports)
  • Vorteile gegenüber vorhandenen Technologien stellen u. a. dar:
    • – Falls die erwärmte Luft benötigt wird, erfolgt die Bereitstellung ohne Übertragungsverluste, wie z. B. mit Luftwasserwärmeüberträger
    • – Luft als Wärmeträger ermöglicht eine Wärmeerzeugung bei dem ein Anlagenbetrieb störungsfreier zu gewährleisten ist. Dies schlägt sich in der Betriebssicherheit und vor allem in den Gestehungskosten nieder.
    • – Luftkollektoranlagen sind im Gegensatz zu Wasserkollektoren ohne Zusatzaufwand sehr hoch skalierbar. Betriebszustände die als Stagnation bezeichnet werden sind ohne besondere Maßnahmen sicher beherrschbar.
    • – Gegenüber anderen Luftkollektoren liegt der Wirkungsgrad dieses Kollektors bei höheren Temperaturen deutlich besser. Dies eröffnet neue Anwendungsgebiete die bisher nur den Wasserkollektoren vorbehalten waren.
  • Vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgend abgebildeten Figuren näher erläutert, ohne die Erfin dung auf die dort dargestellten speziellen Ausführungsformen beschränken zu wollen.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine erfindungsgemäße Solarröhre, die eine Injektionsvorrichtung, in diesem Falle ein Rohr, das im Bereich des geschlossenen Endes des Gehäuses der Solarröhre perforiert ist, aufweist. Durch dieses Rohr wird kalte Luft in die Solarröhre eingeführt, die am Ende der Solarröhre, also am Umkehrpunkt, umgelenkt wird und an der beschichteten Innenwand der Ummantelung der Solarröhre unter Erwärmung zurückströmt. Durch die Perforierung des Rohres wird eine deutliche Absenkung des Strömungswiderstands des eingesetzten Fluids, beispielsweise Luft, erreicht. Zeitgleich wird verhindert, dass ein übermäßiger Druckabfall in der Solarröhre stattfindet.
  • 2 eine alternative Ausführungsform der Solarröhre, bei dem die Injektionsvorrichtung durch ein Injektionsblech gebildet wird. Aus dem ebenso in 2 abgebildeten Querschnitt einer derartigen Solarröhre ist ersichtlich, dass die Röhre durch das Blech dabei in zwei Halbräume geteilt wird, in denen der Wärmeträger in jeweils entgegengesetzten Richtungen strömt. Dadurch, dass das Injektionsblech eine wesentlich geringere Oberfläche als das Injektionsrohr aufweist, wird eine weitere Verminderung des Strömungswiderstandes und somit ebenso des Druckabfalls gewährleistet.
  • 3 eine weitere verbesserte Ausführungsform des Injektionsblechs, wobei das Injektionsblech im Bereich des geschlossenen Endes der Solarröhre perforiert ist. Auch dies führt zu einer erheblichen Verbesserung der Strömungseigenschaften des Wärmeträgers, beispielsweise Luft.
  • 4 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarröhren, bei dem auf dem Injektionsblech, das optional perforiert sein kann, noch eine Führung zur Zu- oder Abführung von Wärmeträger vorhanden ist. Über diese Führung kann beispielsweise eine Verbindung mit einer weiteren Röhre erfolgen oder auch eine Abdichtung, wenn die Röhre beispielsweise an ein Gehäuse angeschlossen wird. Ebenso ist in 4 ein Querschnitt sowie eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung angegeben.
  • 5 bis 8 verschiedene Ausführungsformen eines Solarröhrenkollektors in Frontansicht und Aufsicht, bei dem jeweils zwei Solarröhren auf gegenüberliegenden Seiten paarweise angeordnet sind. Die Solarröhren sind dabei durch die Injektionseinheit, die beispielsweise rohrförmig ausgebildet sein kann, aber auch als Injektionsblech mit dazugehöriger Zuführung (wie dies in 4 dargestellt ist) ausgebildet sein kann, verbunden. In 5 ist dabei das Gehäuse zweigeteilt, wobei sich Ein- und Auslass für den Wärmeträger am Gehäuse an der gleichen Seite befinden. Durch die durchgehende Injektionseinheit ist somit gewährleistet, dass das Wärmemedium beide Solarröhren durchströmt. In 6 ist eine ähnliche Ausführungsform dargestellt, wobei hier noch zusätzlich eine Dichtung zwischen Gehäuse und Solarröhren vorhanden ist. In 7 ist die Trennwand des Gehäuses diagonal geführt, was somit einen auf gegenüberliegenden Seiten angeordneten Ein- und Auslass ermöglicht. Ebenso ist es jedoch möglich, wie beispielsweise in 8 dargestellt, die Solarröhren so auszubilden, dass sie nicht durchgehend mit einer gegenüberliegenden Solarröhre über die Injektionseinheit verbunden sind, sondern jeweils sowohl mit dem Bereich für kalte als auch dem für warme Luft des Gehäuses verbunden sind. So erfolgt beispielsweise der Eintritt der kalten Luft durch die Injektionseinheit, während die warme Luft in einen davon abgetrennten Bereich des Gehäuses wieder aus den Solarröhren austritt. Der Lufteinlass bzw. -auslass ist am Gehäuse auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet.
  • 9 eine Ausführungsform eines Solarkollektors, bei dem mehrere Solarröhren einseitig an einem Gehäuse angebracht sind. Falls eine derartige Solaranlage auf beispielsweise einem Dach angebracht wird, kann es u. U. von Vorteil sein, die Solarröhren je nach baulicher Gegebenheit unterschiedlich lang auszuführen, was Aussparungen ermöglicht. Somit können beispielsweise Dachfenster effektiv umbaut werden.
  • 10 Ausführungsformen von Solarkollektoren, die beispielsweise als Sonnenschutz vor Fenstern angebracht werden können. Auf der linken Seite der Figur sind Kollektoren dargestellt, die einseitig ausgeführt sind und an einer Aufhängung vor einem Fenster auf und ab bewegt werden können. Bei starker Sonneneinstrahlung kann somit durch Kollektoren, die beispielsweise auf Sydney-Röhren basieren, eine effektive Abschirmung der Sonnenstrahlen erfolgen, da diese Kollekto ren eine schwarze Beschichtung aufweisen. Auf der rechten Seite der 10 ist eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Solarkollektors dargestellt, bei dem zwei Gehäuse durch verbindende Röhren, in denen die Erwärmung des Wärmeträgers erfolgt, verbunden sind. Eine derartige Ausführungsform ist, was Strömungswiderstände bzw. Druckabfall innerhalb der Vorrichtung anbelangt, besonders vorteilhaft, da hier gänzlich auf die Injektionselemente verzichtet werden kann.
  • 11 eine beidseitig offene Solarröhre, wie sie im Solarkollektor, der auf der rechten Seite der 10 abgebildet ist, verwendet wird. Die beidseitig offene Solarröhre kann dabei auf mehrere Varianten gebildet sein, beispielsweise ist eine modifizierte Form der Sydney-Röhre, die auf beiden Seiten geöffnet ist und kein Injektionsprofil aufweist, denkbar, andererseits besteht auch die Möglichkeit, dass das Luftleitprofil, das optional auch beschichtet sein kann, aus einem Blech bzw. Stahlrohr gebildet ist. Die Ausführungsformen müssen jedoch nicht notwendigerweise rund sein, sondern können auch quaderförmig bzw. rautenförmig im Querschnitt sein. Auf diesem Stahlrohr oder Blechrohr ist zu Isolationszwecken ein Glasprofil aufgebracht, das über Dichtungen am Rand der Solarröhre miteinander verbunden ist. Somit ist der gebildete Zwischenraum im Glasprofil evakuierbar oder mit einem isolierenden Gas befüllbar. Das Glasprofil entspricht somit dem Aufbau von doppelglasigen Fensterscheiben. In Variante 2 ist die Möglichkeit abgebildet, dass die beiden Glasprofile an ihren Enden miteinander verschweißt sind und dieses Gesamtprofil über Dichtungen auf das beispielsweise Stahlrohr aufgebracht ist. Die Dichtungen können dabei normale O-Ringe sein. Diese Ausführungsform bringt die Vorteile mit sich, dass die technisch schwer realisierbare Verbindung von Glas und Stahl über eine Gummidichtung erfolgen kann und die wesentliche einfacher zu realisierbare Verbindung von Glas zu Glas durch Verschweißen hergestellt werden kann. Somit kann der entstehende Zwischenraum zwischen den Glasprofilen effizient evakuiert werden, was die Isolierung des innen befindlichen Stahlrohrs deutlich verbessert.
  • 12 die Verschaltung von Solarröhren zu einem erfindungsgemäßen Solarröhrenkollektor. Dabei sind die Solarröhren, wie sie in 11 dargestellt sind, zwischen zwei Gehäusen, nämlich dem Verteiler bzw. dem Sammler, angeordnet. Bei dieser Anordnung der Röhren entfällt somit die Injektionseinheit, die notwendig ist, wenn die Solarröhren einseitig geschlossen sind und der Wärmeträger umgelenkt werden muss. Dies führt zu deutlich verringerten Strömungswiderständen bzw. Druckabfällen im erfindungsgemäßen Solarröhrenkollektor und somit zu einer deutlichen Erhöhung der Effizienz.
  • 1
    Perforierung des Profils
    2
    Ummantelung der Solarröhre, z. B. doppelwandiges Glas, evakuiert
    3
    Injektionsprofil bzw. Injektionsblech
    4
    Innenraum
    5
    Durchströmungsrichtung (auch in andere Richtung möglich)
    6
    Perforierung des Injektionsblechs
    7
    Führung
    8
    Übergang vom Injektionsprofil auf Injektionsblech
    9
    Trennwand
    10
    Gehäuse
    11
    Einlass für Kaltluft
    12
    Auslass für Warmluft
    13
    Dichtung, Führung
    14
    Abdeckung, z. B. Blech
    15
    Zwischenraum
    16
    Hindernis im Kollektorfeld, z. B. Dachfenster
    17
    Gehäuse
    18
    Kollektoren
    19
    Gebäudefassade
    20
    Luftaustritt
    21
    Luftleitprofil
    22
    Glasprofil
    23
    Dichtungen
    24
    Verbundstelle von zwei Glasprofilen
    25
    Verteiler
    26
    Sammler
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 005163821 A [0015]
    • - DE 3205238 A1 [0015]
    • - US 4016860 [0015]

Claims (37)

  1. Solarröhre für Solarröhrenkollektoren, umfassend eine zumindest doppelwandige, einseitig geschlossene Ummantelung, die einen Innenraum einschließt, sowie eine im Innenraum vorhandene Injektionsvorrichtung zum Injizieren eines Wärmeträgers.
  2. Solarröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsvorrichtung als in den Innenraum eingebrachtes Injektionsrohr und/oder als Blech ausgebildet ist.
  3. Solarröhre nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsrohr im Innenraum gleichmäßig beabstandet zur an den Innenraum angrenzenden Wandung der Ummantelung angeordnet ist.
  4. Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsvorrichtung, insbesondere das Injektionsrohr und/oder das Injektionsblech zumindest im Bereich des geschlossenen Endes der Ummantelung strukturiert ist, z. B. perforiert, geriffelt, gelocht, mit Aussparungen versehen, gewellt und/oder gezackt ist.
  5. Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsvorrichtung und/oder die an den Innenraum an grenzende Wandung der Ummantelung zumindest teilweise eine Oberflächenstrukturierung aufweist, die den Strömungswiderstand des Wärmeträgers vermindert, z. B. eine einem Golfball nachempfundene Oberflächenstrukturierung.
  6. Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelwandige Ummantelung aus einem in einem Wellenlängenbereich von 200 bis 3000 μm zumindest teilweise transparenten Material gebildet ist.
  7. Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Glas, Quarzglas, transparente Kunststoffe, wie z. B. (Meth)-Acry-laten, Plexiglas, Polyamiden, PP, PE und/oder Polycarbonaten.
  8. Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung aus einem mit einem Glasprofil umgebenen Stahlrohr gebildet ist, wobei das Stahlrohr optional mit einer Wärme absorbierenden Beschichtung versehen sein kann.
  9. Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung zwischen den mindestens zwei Wandungen zumindest teilweise evakuiert und/oder zumindest teilweise mit einem thermisch isolierenden Medium, z. B. einem Gas und/oder einem transparenten Stoff, gefüllt ist.
  10. Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Innenraum angrenzende Wandung der Ummantelung und/oder die Injektionsvorrichtung zumindest teilweise mit einer Beschichtung versehen ist, die gegenüber Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 200 und 3000 μm einen Absorptionskoeffizienten von mindestens 0,7, bevorzugt mindestens 0,9 aufweist, besonders bevorzugt schwarz ist.
  11. Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsblech den Innenraum der Solarröhre im Querschnitt in zwei Bereiche unterteilt.
  12. Solarröhre nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterteilung symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet ist.
  13. Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bereichsweise auf mindestens einer Seite des Injektionsblechs eine Führung für den Wärmeträger vorgesehen ist, die bevorzugt als Rohr und/oder Schlauch ausgebildet ist.
  14. Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie über die Injektionsvorrichtung, bevorzugt über das Injektionsrohr oder die Führung für das Injektionsblech, mit einer weiteren Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche verbunden ist.
  15. Solarröhre nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie über die Injektionsvorrichtung, bevorzugt über das Injektionsrohr oder die Führung für das Injektionsblech, mit der Injektionsvorrichtung, bevorzugt mit einem Injektionsrohr oder einer Führung für das Injektionsblech einer weiteren Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche verbunden ist.
  16. Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus gasförmigen und/oder flüssigen Wärmeträgern.
  17. Solarröhre nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Luft, Wasser und/oder Glykol.
  18. Solarröhrenkollektor, umfassend: a) ein Gehäuse, das durch eine Trennwand in einen Einlass- und einen Auslassbereich für einen Wärmeträger unterteilt ist, b) an mindestens einer Seite des Gehäuses mindestens jeweils eine angebrachte Solarröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mit dem Einlass- und/oder Auslassbereich des Gehäuses in Verbindung steht.
  19. Solarröhrenkollektor nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Solarröhren auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet sind.
  20. Solarröhrenkollektor nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei gegenüberliegende Solaröhren mit ihrer Längsachse auf einer Graden angeordnet sind.
  21. Solarröhrenkollektor nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei gegenüberliegende Solarröhren über die Injektionseinheiten verbunden sind.
  22. Solarröhrenkollektor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solar röhre nur auf einer Seite des Gehäuses angeordnet ist.
  23. Solarröhrenkollektor nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Solarröhren unterschiedliche Länge aufweisen.
  24. Solarröhrenkollektor nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich des Gehäuses und/oder die Trennwand zumindest teilweise eine Oberflächenstrukturierung aufweist, die den Strömungswiderstand des Wärmeträgers vermindert, z. B. eine einem Golfball nachempfundene Oberflächenstrukturierung.
  25. Solarröhrenkollektor, umfassend: a) mindestens zwei Gehäuse, die jeweils mindestens eine Öffnung zur Zu- oder Abführung eines Wärmeträgers aufweisen, sowie b) mindestens eine, die mindestens beiden Gehäuse verbindende Solarröhre, umfassend eine beidseitig geöffnete, rohrförmige Ummantelung, die zumindest doppelwandig ausgeführt ist und einen Innenraum einschließt.
  26. Solarröhrenkollektor nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Gehäuse und/oder die an den Innenraum angrenzende Wandung der Ummantelung zumindest teilweise eine Oberflächenstrukturierung aufweist, die den Strömungswiderstand des Wärmeträgers vermindert, z. B. eine einem Golfball nachempfundene Oberflächenstrukturierung.
  27. Solarröhrenkollektor nach einem der Ansprüche 25 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelwandige Ummantelung aus einem in einem Wellenlängenbereich von 200 bis 3000 μm zumindest teilweise transparenten Material gebildet ist.
  28. Solarröhrenkollektor nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Glas, Quarzglas, transparente Kunststoffe, wie z. B. (Meth)-Acry-laten, Plexiglas, Polyamiden, PP, PE und/oder Polycarbonaten.
  29. Solarröhrenkollektor nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die die Ummantelung aus einem mit einem Glasprofil umgebenen Stahlrohr gebildet ist, wobei das Stahlrohr optional mit einer Wärme absorbierenden Beschichtung versehen sein kann.
  30. Solarröhrenkollektor nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung zwischen den mindestens zwei Wandungen zumindest teilweise evakuiert und/oder zumindest teilweise mit einem thermisch isolierenden Medium, z. B. einem isolierenden Gas und/oder einem isolierenden, transparenten Stoff, gefüllt ist.
  31. Solarröhrenkollektor nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Innenraum angrenzende Wandung die Ummantelung zumindest teilweise mit einer Beschichtung versehen ist, die gegenüber Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 200 und 3000 μm einen Absorptionskoeffizienten von mindestens 0,7, bevorzugt mindestens 0,9 aufweist, besonders bevorzugt schwarz ist.
  32. Solarröhrenkollektor nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus gasförmigen und/oder flüssigen Wärmeträgern.
  33. Solarröhrenkollektor nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Luft, Wasser und/oder Glykol.
  34. Verwendung eines Kollektors nach einem der Ansprüche 18 bis 24 und/oder 25 bis 33 als Fasadenkollektor und/oder Dachkollektor.
  35. Verwendung eines Kollektors nach einem der Ansprüche 18 bis 24 und/oder 25 bis 33 zur Erzeugung von Warmwasser und/oder Warmluft.
  36. Verwendung eines Kollektors nach einem der Ansprüche 18 bis 24 und/oder 25 bis 33 zur Gebäudeheizung; Gebäudetrocknung; Bereitstellung von Prozesswärme, z. B. für Bäckereien, Galvanikbetrieben, Wäschereien oder Lackierereien; Trocknung von Lebensmitteln, chemischen Produkten, Holz und/oder Pellets; zum Betreiben von Kältemaschinen, bevorzugt sorptionsgestützte Kältemaschinen.
  37. Verwendung eines Kollektors nach einem der Ansprüche 18 bis 24 und/oder 25 bis 33 als Sonnenschutz.
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