DE102009026546B4

DE102009026546B4 - solar panel

Info

Publication number: DE102009026546B4
Application number: DE102009026546A
Authority: DE
Inventors: Jan SCHULTE-FISCHEDICK
Original assignee: Schott Solar AG
Current assignee: Ecoran GmbH
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2029-05-29
Also published as: WO2010136463A2; WO2010136463A3; DE102009026546A1

Abstract

Sonnenkollektor (1), der mindestens einen Kollektorspiegel (2) und mindestens ein Absorberrohr (10) aufweist, wobei das Absorberrohr (10) mindestens einen von einem Wärmeträgermedium von einem Eintrittsquerschnitt (16) zu einem Austrittsquerschnitt (18) durchströmbaren Strömungskanal (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Eintrittsquerschnitt (16) mindestens eine Strömungsleiteinrichtung (60) angeordnet ist, die im Wärmeträgermedium Wirbel (30, 32, 34) erzeugt, die eine Verdünnung der thermischen Grenzschicht (36) auf der dem Kollektorspiegel (2) zugewandten Hälfte (12) des Absorberrohrs (10) und eine Verdickung der thermischen Grenzschicht (36) auf der dem Kollektorspiegel (2) abgewandten Hälfte (14) des Absorberrohrs (10) bewirken.Solar collector (1) which has at least one collector mirror (2) and at least one absorber tube (10), the absorber tube (10) having at least one flow channel (20) through which a heat transfer medium flows from an inlet cross section (16) to an outlet cross section (18) , characterized in that at least one flow guiding device (60) is arranged behind the inlet cross-section (16), which produces vortices (30, 32, 34) in the heat transfer medium, which thins the thermal boundary layer (36) on the one facing the collector mirror (2) Half (12) of the absorber tube (10) and a thickening of the thermal boundary layer (36) on the half (14) of the absorber tube (10) facing away from the collector mirror (2).

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a solar collector according to the preamble of patent claim 1.

Sonnenkollektoren können beispielsweise mit einem Parabolspiegel ausgestattet werden und in so genannten Parabolrinnen-Kraftwerken eingesetzt werden. In bekannten Parabolrinnen-Kraftwerken wird ein Thermoöl eingesetzt, das sich bei ca. 400°C zersetzt. Aufgrund dieser Temperaturbegrenzung ist die maximale Temperatur des Dampfturbinenprozesses auf ca. 380°C begrenzt. Dies führt zu deutlich schlechteren Wirkungsgraden, als sie derzeit im fossilen Kraftwerksbereich erreichbar sind.Solar panels, for example, can be equipped with a parabolic mirror and used in so-called parabolic trough power plants. In known parabolic trough power plants, a thermal oil is used, which decomposes at about 400 ° C. Due to this temperature limitation, the maximum temperature of the steam turbine process is limited to approx. 380 ° C. This leads to significantly lower efficiencies than currently available in the fossil power plant area.

Um eine deutliche Verbesserung von Parabolrinnen-Kraftwerken zu erzielen, muss das Thermoöl als Wärmeträgermedium ersetzt werden.To achieve a significant improvement in parabolic trough power plants, the thermal oil must be replaced as a heat transfer medium.

Neuere Bestrebungen gehen dahin, auf die Direktverdampfungstechnologie umzusteigen, in der auf den gesamten, derzeit mit Thermoöl betriebenen, Primärkreislauf verzichtet wird. Hiermit können Maximaltemperaturen erzielt werden, die durch die eingesetzten Stähle begrenzt werden und die derzeit bei einer Maximaltemperatur von 550°C liegen. Der Vorteil dieser Technologie liegt in der Einsparung der thermischen Verluste und in der Einsparung von Kosten des Verdampferstrangs.More recent efforts are going to switch to the direct evaporation technology, in which the entire, currently running with thermal oil, primary circuit is dispensed with. This allows maximum temperatures to be achieved, which are limited by the steels used and which are currently at a maximum temperature of 550 ° C. The advantage of this technology is the saving of thermal losses and the cost of the evaporator string.

Die Fluidtemperatur des Wärmeträgers, die bei Materialtemperaturen von 550°C erreicht werden können, ist abhängig von dem Widerstand der thermischen Grenzschicht, die sich im Absorberrohr aufbaut.The fluid temperature of the heat carrier, which can be achieved at material temperatures of 550 ° C, depends on the resistance of the thermal boundary layer, which builds up in the absorber tube.

Die thermische Grenzschicht ist der Bereich eines Fluids, der durch einen Wärmestrom aus einer Wand oder in eine Wand beeinflusst wird, wenn die Wand eine andere Temperatur hat als das Fluid. Statt einer Wand kann auch ein anderes Fluid eine thermische Grenzschicht erzeugen.The thermal boundary layer is the area of a fluid which is affected by a heat flow from a wall or into a wall when the wall has a different temperature than the fluid. Instead of a wall, another fluid can also generate a thermal boundary layer.

Die thermische Grenzschicht wird einerseits durch die Wand begrenzt, andererseits durch eine gedachte Fläche, von der aus sich die Fluidtemperatur in Richtung zum Inneren des Fluids nicht mehr ändert.The thermal boundary layer is bounded on the one hand by the wall, on the other hand by an imaginary surface, from which the fluid temperature no longer changes in the direction of the interior of the fluid.

Die Dicke der thermischen Grenzschicht nimmt in Richtung der Strömung zu, da je nach Wandtemperatur dem Fluid Wärme zugeführt oder entzogen wird. Strömt das Fluid in einem Rohr oder einem Kanal, so können die thermischen Grenzschichten von beiden Seiten nach einer bestimmten Strecke in der Mitte zusammenwachsen. Von da ab nimmt die flächenbezogene Wärmeübertragungsleistung ab, da die Temperaturdifferenz zwischen Wand und Kernströmung ebenfalls abnimmt. Die Wärmeübertragungsleistung kann also mithilfe einer Verlängerung des Strömungsweges nicht beliebig gesteigert werden.The thickness of the thermal boundary layer increases in the direction of the flow, since, depending on the wall temperature, heat is supplied or withdrawn from the fluid. If the fluid flows in a pipe or a channel, the thermal boundary layers can grow together from both sides after a certain distance in the middle. From there, the area-related heat transfer performance decreases, since the temperature difference between wall and core flow also decreases. The heat transfer performance can therefore not be increased arbitrarily by means of an extension of the flow path.

Im Übergang zwischen Verdampfer- (zweiphasig: Wasser/Dampf) und Überhitzerbereich (einphasig: Dampf) steigt die Temperaturdifferenz zwischen maximaler und Absorbertemperatur (T_abs) und Fluidtemperatur (T_fluid) deutlich auf ca. 23 K an. Dadurch liegt die im Rahmen der Zulassung der in Receivern verwendeten Edelstähle auf 550°C maximal erreichbare Fluidtemperatur bei ca. 527°C. Um diese Temperatur weiter zu steigern und andere Vorteile aus einem zu reduzierenden thermischen Widerstand der thermischen Grenzschicht zu ziehen, muss die wärmetechnische Grundgleichung Q . = kA(T_abs – T_fluid) betrachtet werden.In the transition between evaporator (two-phase: water / steam) and superheater (single-phase: steam), the temperature difference between maximum and absorber temperature (T _abs ) and fluid temperature (T _fluid ) increases significantly to about 23 K. As a result, the maximum attainable fluid temperature at 550 ° C within the framework of the approval of the stainless steels used in receivers is around 527 ° C. In order to increase this temperature further and to draw other advantages from a reducing thermal resistance of the thermal boundary layer, the basic thermal equation must be Q. = kA (T _{abs -T} _fluid ) to be viewed as.

Q . bezeichnet hierbei die Wärmeleistung, k den Wärmeübergangskoeffizienten, A die zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Flache und (T_abs – T_fluid) die treibende Temperaturdifferenz. Will man die Temperaturdifferenz reduzieren, um T_fluid zu erhöhen, so kann dies bei gegebenem Q . nur durch Erhöhung von k oder A geschehen.Q. Here, the heat output, k is the heat transfer coefficient, A is the area available for heat transfer and (T _{abs -T} _fluid ) the driving temperature difference. If one _wants to reduce the temperature difference in order to increase T _fluid , this can be done for a given Q. just by increasing k or A.

Eine Erhöhung der Wärmeübertragerfläche wäre beispielsweise möglich, indem man den Rohrdurchmesser reduziert und gleichzeitig die Anzahl der Kollektoren erhöht. Dann müssten kleinere Kollektoren gebaut werden, da sonst zu viele Lichtstrahlen den Absorber verfehlen. In der Konsequenz wären deutlich mehr Kollektoren notwendig, was den Preis des Solarfeldes sowie die Wärmeverluste an die Umgebung signifikant steigern würde.An increase of the heat exchanger surface would be possible, for example, by reducing the pipe diameter and at the same time increases the number of collectors. Then smaller collectors would have to be built, otherwise too many light rays will miss the absorber. As a result, significantly more collectors would be necessary, which would significantly increase the price of the solar field and the heat losses to the environment.

Eine weitere, aus dem Wärmeübertragerbereich bekannte Möglichkeit wäre die Erweiterung der Wärmeübertragerfläche durch Innenberippung. Diese scheidet jedoch aus Kostengründen aus. Damit kann der Parabolrinnen-Receiver nur optimiert werden, wenn man den Wärmeübergangskoeffizienten k verbessert, in den neben den (im konkreten Fall vorgegebenen und unveränderbaren) Stoffdaten noch die Strömungsform eingeht.Another possibility known from the field of heat exchangers would be the expansion of the heat exchanger surface by internal ribbing. However, this is eliminated for cost reasons. Thus, the parabolic trough receiver can only be optimized if you improve the heat transfer coefficient k, in addition to the (in the specific case predetermined and unchangeable) substance data is still the flow form.

Eine aus dem Bereich von Plattenwärmeübertragern bzw. durch Platten berippte Rohrbündelwärmeübertrager bekannte Möglichkeit stellen die Längswirbelerzeuger dar, die als so genannte „winglets” bezeichnet werden. Eine gute Übersichts-Darstellung ist in Jacobi und Shar (A. M. Jacobi, R. K. Shah, „Heat transfer surface enhancement through the use of longitudinal vortices: a review of recent progress, Exp. Ther. Fluid Sci. 11. 1995, S. 295–309) zu finden. Hierbei werden in die einzelnen Platten deltaförmige oder rechteckige Widerstandsprofile eingefügt, die zur Entstehung von Wirbeln führen. Hierbei hat sich herausgestellt, dass insbesondere Wirbel, deren Längsachsen parallel zur Strömungsrichtung verlaufen, zu einer deutlichen Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten führen können.A known from the field of plate heat exchangers or plate finned tube bundle heat exchanger possibility represent the longitudinal vortex generators, which are referred to as so-called "winglets". A good overview is given in Jacobi and Shar (AM Jacobi, RK Shah, "Heat transfer surface enhancement through the use of longitudinal vortices: a review of recent progress, Exp. Ther. Fluid Sci. 11, 1995, p. 295- 309). Here are deltaförmige or rectangular resistance profiles in the individual plates inserted, which lead to the formation of vertebrae. In this case, it has been found that, in particular, vortices whose longitudinal axes run parallel to the flow direction can lead to a significant increase in the heat transfer coefficient.

Erweitern sich die Deltaprofile in Strömungsrichtung (inflow pair), so erzeugen sie an ihren in die Strömung ragenden Kanten einwärts gerichtete Strömungen, die dann zur Grundplatte hin umgelenkt werden. Die beiden so erzeugten Wirbel ziehen die Grenzschicht an der Grundplatte nach außen, so dass hinter den Deltaprofilen die Grenzschichtdicke der Grundplatte drastisch reduziert wird. Auf diese Weise kann der lokale Wärmeübergangskoeffizient um ca. 200% erhöht werden. Verlaufen dagegen die Deltaproflie in Strömungsrichtung aufeinander zu (outflow pair), so führen die entstehenden Wirbel zu einer Verdickung der Grenzschicht entlang der Mittelachse der Anordnung, was zu einer Reduzierung des Wärmeübergangskoeffizienten führt. Im Vergleich mit den gebräuchlichen Sekundäroberflächen weisen die Winglets die stärkste Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten auf (U. Brockmeier, T. H. Güntermann, M. Fiebig „Performance evaluation of a vortex generator heat transfer surface and comparison with different high performance surfaces”, Int. J. Heat Mass Transfer, 36, 1993, S. 2575–2587).If the delta profiles expand in the flow direction (inflow pair), they create inward currents at their edges projecting into the flow, which are then deflected towards the base plate. The two vortices thus created pull the boundary layer outwards on the base plate, so that behind the delta profiles the boundary layer thickness of the base plate is drastically reduced. In this way, the local heat transfer coefficient can be increased by about 200%. If, on the other hand, the delta profile runs in the direction of flow towards one another (outflow pair), the resulting vortices lead to a thickening of the boundary layer along the central axis of the arrangement, which leads to a reduction of the heat transfer coefficient. In comparison with the conventional secondary surfaces, the winglets show the greatest increase in the heat transfer coefficient (U. Brockmeier, TH Güntermann, M. Fiebig "Performance evaluation of a vortex generator heat transfer surface and comparison with different high performance surfaces", Int Mass Transfer, 36, 1993, pp. 2575-2587).

Aus der DE 10 2005 029 321 A1 ist ein Wärmeübertrager bekannt, bei dem Stukturelemente in Strömungsrichtung variabel angeordnet und/oder ausgebildet sind, wobei der Strömungskanal auf der Innenseite einen variablen, insbesondere einen in Strömungsrichtung zunehmenden Wärmeübergang aufweist. Die Dichte der Strukturelemente ist variabel und nimmt insbesondere in Strömungsrichtung zu.From the DE 10 2005 029 321 A1 a heat exchanger is known in which structural elements in the flow direction are variably arranged and / or formed, wherein the flow channel on the inside has a variable, in particular increasing in the flow direction heat transfer. The density of the structural elements is variable and increases in particular in the flow direction.

In der DE 10 2004 045 923 A1 werden neben rechteckigen auch runde Rohrprofile beschrieben, in denen zwei Reihen mit Strukturelementen auf sich im wesentlichen gegenüberliegenden Wärmeübertragerflächen angeordnet sind. Diese Reihen weisen miteinander eine Überlappung auf.In the DE 10 2004 045 923 A1 In addition to rectangular and round tube profiles are described in which two rows are arranged with structural elements on substantially opposite heat exchanger surfaces. These rows have an overlap with each other.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Solarkollektor bereitzustellen, der effizienter arbeitet und bei dem die Temperaturdifferenz zwischen Absorber- und Fluidtemperatur, insbesondere im Überhitzerteil von Direktverdampfungsreceivern, reduziert ist.The object of the invention is to provide a solar collector which operates more efficiently and in which the temperature difference between absorber and fluid temperature, in particular in the superheater part of Direktverdampfungsreceivern is reduced.

Die DE 10 2005 038 395 A1 beschreibt eine Brennkammerkühlung mit geneigten segmentierten Flächen. Die Brennkammerauskleidung für eine Gasturbine enthält einen Körper mit einer Anzahl gewinkelter Streifen an seiner Außenseite. Die gewinkelten Streifen sind in einer Gruppe über die Außenseite verteilt. Zwischen den gewinkelten Streifen ist ein Abstand vorhanden, der so bemessen ist, dass in der Kühlluft, die in Längsrichtung über die Außenfläche des Brennkammereinsatzes fließt, Wirbel erzeugt werden.The DE 10 2005 038 395 A1 describes a combustion chamber cooling with inclined segmented surfaces. The combustor liner for a gas turbine includes a body having a number of angled strips on its exterior. The angled strips are distributed in a group over the outside. There is a space between the angled strips which is sized to create vortices in the cooling air flowing longitudinally across the outer surface of the combustor liner.

Die DE 25 36 800 A1 offenbart einen Sonnenenergiesammler, der einen länglichen Wär- metauscher mit zwei Strömungswegen aufweist, welche sich beide im wesentlichen längs der gesamten Länge des Wärmetauschers erstrecken und an einem Ende in Serie geschaltet sind, so dass das Medium in den Wärmetauscher hinein und aus diesem zurück fließt. Ein Strömungsweg besteht aus einem einfachen, längsverlaufenden Kanal in einem inneren Rohr und der andere Strömungsweg besteht aus wenigstens einem schraubenförmigen Kanal, welcher um den längsverlaufenden Kanal angeordnet ist und aus einem äusseren Rohr mit schraubenförmig gewellter Rohrwand besteht. Der schraubenförmige Kanal gestattet die Aufnahme von Sonnenenergie durch das Fluid in dem längsverlaufenden Kanal zwischen den Wellenbergen oder Wellungen des äußeren Rohres durch unmittelbaren Wärmedurchgang durch die Rohrwände.The DE 25 36 800 A1 discloses a solar energy collector having an elongate heat exchanger with two flow paths, both extending substantially along the entire length of the heat exchanger and connected in series at one end so that the medium flows into and out of the heat exchanger. A flow path consists of a simple, longitudinal channel in an inner tube and the other flow path consists of at least one helical channel, which is arranged around the longitudinal channel and consists of an outer tube with helically corrugated tube wall. The helical channel allows the absorption of solar energy by the fluid in the longitudinal channel between the wave crests or corrugations of the outer tube by direct heat transfer through the tube walls.

Diese Aufgabe wird mit einem Sonnenkollektor der eingangs genannten Art gelöst, bei dem hinter dem Eintrittsquerschnitt mindestens eine Strömungsleiteinrichtung angeordnet ist, die im Wärmeträgermedium Wirbel erzeugt, die eine Verdünnung der thermischen Grenzschicht auf der dem Kollektorspiegel zugewandten Hälfte des Absorberrohrs und eine Verdickung der thermischen Grenzschicht auf der dem Kollektorspiegel abgewandten Hälfte des Absorberrohrs bewirken.This object is achieved with a solar collector of the type mentioned, in which behind the inlet cross section at least one Strömungsleiteinrichtung is arranged which generates vortex in the heat transfer medium, the dilution of the thermal boundary layer on the collector mirror facing half of the absorber tube and a thickening of the thermal boundary layer cause the half of the absorber tube facing away from the collector mirror.

Das Absorberrohr wird in zwei Hälften unterteilt: Die Hälfte, die dem Kollektorspiegel zugewandt ist, wird durch die konzentrierte Sonnenstrahlung beheizt, während sich die dem Kollektorspiegel abgewandte Hälfte durch Mischkonvektion, also durch natürliche Konvektion und beispielsweise durch Wind erzwungene Konvektion abkühlt. Mithilfe der durch die Strömungsleiteinrichtung erzeugten Verdünnung der Grenzschicht auf der dem Kollektorspiegel zugewandten Hälfte und der Verdickung auf der dem Kollektorspiegel abgewandten Hälfte wird zum einen erreicht, dass im Bereich der Verdünnung der thermischen Grenzschicht der Wärmeübergangskoeffizient erhöht wird, und zum anderen, dass sich im Bereich der Verdickung der Grenzschicht eine verbesserte Isolation und ein reduzierter Wärmeverlust einstellen. Mithilfe dieser Strömungsleiteinrichtung kann der Solarkollektor effizienter betrieben werden, da die Temperaturdifferenz zwischen Absorber- und Fluidtemperatur reduziert ist. Dadurch wird es ermöglicht, den Solarkollektor mit einer höheren Fluidtemperatur zu betreiben, so dass sich der thermische Widerstand in der Grenzschicht reduziert.The absorber tube is divided into two halves: The half, which faces the collector mirror is heated by the concentrated solar radiation, while the half facing away from the collector mirror cooled by convection convection, ie by natural convection and convection forced by wind, for example. By means of the dilution of the boundary layer on the collector mirror facing half and the thickening on the collector mirror facing away from the half half of the first achieved that in the region of the dilution of the thermal boundary layer of the heat transfer coefficient is increased, and on the other that in the area the thickening of the boundary layer set an improved insulation and a reduced heat loss. By means of this flow-guiding device, the solar collector can be operated more efficiently, since the temperature difference between absorber and fluid temperature is reduced. This makes it possible to operate the solar collector with a higher fluid temperature, so that the thermal resistance in the boundary layer is reduced.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Sonnenkollektors umfasst die Strömungsleiteinrichtung ein Profilelement, dessen Basiskante dem Kollektorspiegel zugewandt ist und dessen Spitze dem Eintrittsquerschnitt zugewandt ist. Auf diese Weise wird die Bildung von Wirbeln gefördert, deren Längsachsen parallel zur Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums verlaufen und die Strömungen erzeugen, die im Bereich der Drehachse des Absorberrohres zum Kollektorspiegel hin und im Bereich der Innenwand des Absorberrohres vom Kollektorspiegel weg gerichtet sind. Diese Art von Strömungsverhältnissen innerhalb des Wärmeträgermediums führt zu einer deutlichen Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten, weshalb der Sonnenkollektor effektiver betrieben werden kann. In a preferred embodiment of the solar collector, the flow guiding device comprises a profile element whose base edge faces the collector mirror and whose tip faces the inlet cross section. In this way, the formation of vortices is promoted whose longitudinal axes extend parallel to the flow direction of the heat transfer medium and generate the flows which are directed in the region of the axis of rotation of the absorber tube to the collector mirror and in the region of the inner wall of the absorber tube from the collector mirror away. This type of flow conditions within the heat transfer medium leads to a significant increase in the heat transfer coefficient, which is why the solar collector can be operated more effectively.

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors, in dem das Absorberrohr eine Querschnittsfläche und das Profilelement eine projizierte Fläche aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass die projizierte Fläche zwischen 5 und 50% der Querschnittsfläche beträgt. Es hat sich herausgestellt, dass bei diesem Verhältnis zwischen Querschnittsfläche und projizierter Fläche die Bildung der gewünschten Strömungsverhältnisse im Wärmeträgermedium besonders begünstigt wird.An advantageous further development of the solar collector according to the invention, in which the absorber tube has a cross-sectional area and the profile element has a projected area, is characterized in that the projected area is between 5 and 50% of the cross-sectional area. It has been found that with this ratio between the cross-sectional area and the projected area, the formation of the desired flow conditions in the heat transfer medium is particularly favored.

Vorzugsweise ist das Profilelement als Deltaprofil mit zwei unteren Ecken und einer oberen Ecke ausgebildet. Unter Deltaprofilen sollen in diesem Zusammenhang Profile mit einer Dreieckform verstanden werden, bei denen die Seiten vorzugsweise gerade sind (planares Dreieck). Allerdings sind hierunter auch Profile zu verstehen, die zumindest teilweise aus gewölbten Seiten oder Kanten bestehen, so dass die Form eines sphärischen Dreiecks entsteht. Deltaprofile haben sich als besonders günstig für die Ausbildung der gewünschten Strömungsverhältnisse erwiesen. Diese liegen vorteilhafterweise mit den Ecken an der Innenfläche des Absorberrohrs an. Diese Anordnung ist fertigungstechnisch günstig herzustellen und unterstützt die Ausbildung der gewünschten Strömungsverhältnisse im Wärmeträgermedium im Absorberrohr. Insbesondere können die Ecken der Deltaprofile durch Schweißen mit dem Absorberrohr verbunden werden, wobei die Anzahl der Verbindungspunkte auf ein Minimum reduziert ist. Ferner ist es hierdurch auf einfache Weise möglich, einen Großteil der gewünschten Verhältnisse zwischen Querschnittsfläche und projizierter Fläche zu realisieren.Preferably, the profile element is formed as a delta profile with two lower corners and an upper corner. In this context, delta profiles should be understood to mean profiles with a triangular shape in which the sides are preferably straight (planar triangle). However, this also includes profiles that at least partially consist of curved sides or edges, so that the shape of a spherical triangle is formed. Delta profiles have proven to be particularly favorable for the formation of the desired flow conditions. These are advantageously with the corners on the inner surface of the absorber tube. This arrangement is inexpensive to produce and supports the formation of the desired flow conditions in the heat transfer medium in the absorber tube. In particular, the corners of the delta profiles can be connected by welding to the absorber tube, wherein the number of connection points is reduced to a minimum. Furthermore, this makes it possible in a simple manner to realize a large part of the desired ratios between the cross-sectional area and the projected area.

Bevorzugt weist das Deltaprofil eine Länge und eine Höhe auf, wobei die Länge das 2 bis 3.5-fache der Höhe beträgt. Auch hier hat sich dieses Verhältnis zwischen Höhe und Länge als besonders vorteilhaft zur Ausbildung der gewünschten Strömungsverhältnisse herausgestelltPreferably, the delta profile has a length and a height, wherein the length is 2 to 3.5 times the height. Again, this ratio between height and length has been found to be particularly advantageous for the formation of the desired flow conditions

Eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors zeichnet sich dadurch aus, dass die Strömungsleiteinrichtung ein Bodenblech aufweist, das parallel zur Achse des Absorberrohrs im Strömungskanal angeordnet ist. Mithilfe des Bodenbleches können die Profilelemente bereits außerhalb des Absorberrohres vormontiert werden und müssen dann nur noch als gesamte Einheit in das Absorberrohr eingesetzt werden, was den Herstellungsaufwand deutlich verringert.A particularly advantageous further development of the solar collector according to the invention is characterized in that the flow guiding device has a bottom plate which is arranged parallel to the axis of the absorber tube in the flow channel. With the help of the bottom plate, the profile elements can be pre-assembled outside the absorber tube and then only have to be used as an entire unit in the absorber tube, which significantly reduces the manufacturing cost.

Ebenfalls hat es sich als günstig erwiesen, auf dem Bodenblech ein Deltaprofilel anzuordnen, dessen Basiskante kleiner oder gleich der Breite des Bodenblechs ist. Hierbei besteht die fertigungstechnische vorteilhafte Möglichkeit, die Anzahl der Verbindungsstellen zwischen der Strömungsleiteinrichtung und dem Absorberrohr zu reduzieren.It has also proven to be advantageous to arrange on the floor panel a delta profile whose base edge is less than or equal to the width of the floor panel. In this case, there is the manufacturing technology advantageous possibility to reduce the number of connection points between the flow guide and the absorber tube.

Ist die obere Ecke des Deltaprofils beabstandet zur Innenfläche des Absorberrohrs angeordnet, ist es fertigungstechnisch möglich, die Strömungsleiteinrichtung ausschließlich mithilfe des Bodenbleches mit dem Absorberrohr zu verbinden, was den Herstellungsprozess deutlich vereinfacht. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, die Verbindung zwischen Absorberrohr und Strömungsleiteinrichtung form- oder reibschlüssig herzustellen, so dass die Strömungsleiteinrichtung bei Bedarf, etwa im Schadensfall, wieder aus dem Absorberrohr entnommen werden kann.If the upper corner of the delta profile is arranged at a distance from the inner surface of the absorber tube, it is possible in terms of production technology to connect the flow-guiding device exclusively to the absorber tube with the aid of the bottom plate, which considerably simplifies the production process. There is also the possibility of form-fitting or frictionally establishing the connection between the absorber tube and the flow-guiding device so that the flow-guiding device can be removed again from the absorber tube as required, for instance in the event of damage.

Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass auf dem Bodenblech ein aufgestelltes Rechteckelement angeordnet ist. Auch diese Rechteckelemente lassen sich fertigungstechnisch einfach herstellen und begünstigen die Ausbildung der gewünschten Strömungsverhältnisse im Wärmeträgermedium. Ferner eröffnen die Rechteckelemente die Möglichkeit, eine im Verhältnis zur Querschnittsfläche des Absorberrohres größere projizierte Fläche zu realisieren, als es mit Deltaelementen in Form von planaren Dreiecken der Fall wäre.The solar collector according to the invention is further developed advantageous in that a rectangular element is placed on the floor panel. These rectangular elements can be produced easily manufactured and favor the formation of the desired flow conditions in the heat transfer medium. Furthermore, the rectangular elements open up the possibility of realizing a larger projected area in relation to the cross-sectional area of the absorber tube than would be the case with delta elements in the form of planar triangles.

Vorzugsweise beträgt der Anstellwinkel β des Deltaprofils oder des Rechteckelementes 15 bis 45°. Dieser Bereich des Anstellwinkels β hat sich für die Ausbildung der gewünschten Strömungsverhältnisse des Wärmeträgermediums als geeignet erwiesen.Preferably, the angle of attack β of the delta profile or the rectangular element is 15 to 45 °. This range of the angle of attack β has proven to be suitable for the formation of the desired flow conditions of the heat transfer medium.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors ist auf dem Bodenblech ein Deltaprofilelementpaar mit Deltaprofilelementen oder ein Rechteckprofilpaar mit Rechteckprofilen angeordnet. Die Deltaelement- oder Rechteckprofilpaare sind besonders gut zur zielgerichteten Veränderung der Dicke der thermischen Grenzschichten geeignet.In an advantageous embodiment of the solar collector according to the invention a delta profile element pair with delta profile elements or a rectangular profile pair is arranged with rectangular profiles on the floor panel. The delta element or rectangular profile pairs are particularly well suited for the targeted modification of the thickness of the thermal boundary layers.

Vorzugsweise weist das Deltaprofilelementpaar oder das Rechteckprofilpaar einen sich in Strömungsrichtung erweiternden Abstand auf (inflow pair) und das Bodenblech ist dem Kollektorspiegel zugewandt. Unter einem inflow pair ist ein Deltaelement- oder Rechteckprofilpaar zu verstehen, dessen Abstand sich in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums vergrößert. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen, dem Kollektorspiegel zugewandten Anordnung des Bodenbleches tritt der Effekt ein, dass die thermischen Grenzschicht auf der dem Kollektorspiegel zugewandten Hälfte des Absorberrohrs verdünnt und auf der dem Kollektorspiegel abgewandten Hälfte des Absorberrohres verdickt wird. Preferably, the delta profile element pair or the rectangular profile pair has a widening in the flow direction distance (inflow pair) and the bottom plate faces the collector mirror. An inflow pair is understood to mean a delta element or rectangular profile pair whose spacing increases in the direction of flow of the heat transfer medium. In conjunction with the invention, the collector mirror facing arrangement of the bottom plate, the effect occurs that the thermal boundary layer on the collector mirror facing half of the absorber tube is diluted and thickened on the collector mirror facing away from half of the absorber tube.

Derselbe Effekt wird erreicht, wenn das Deltaprofilelementpaar oder das Rechteckprofilpaar einen sich in Strömungsrichtung verringernden Abstand aufweist (outflow pair) und das Bodenblech dem Kollektorspiegel abgewandt ist. In diesem Fall verringert sich der Abstand des Deltaelementpaares in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums.The same effect is achieved if the delta profile element pair or the rectangular profile pair has a flow-reducing distance (outflow pair) and the base plate faces away from the collector mirror. In this case, the distance of the delta element pair decreases in the flow direction of the heat transfer medium.

Vorzugsweise weisen die Deltaprofilelemente der Deltaprofilelementpaare oder die Rechteckprofile des Rechteckprofilpaars einen Winkel γ von 15° bis 35° mit der Achse des Absorberrohrs auf. Dieser Winkelbereich hat sich für die Ausbildung der gewünschten Strömung im Wärmeträgermedium und insbesondere zur zuvor beschriebenen Verdickung bzw. Verdünnung der thermischen Grenzschicht als besonders effektiv erwiesen.Preferably, the delta profile elements of the delta profile element pairs or the rectangular profiles of the rectangular profile pair have an angle γ of 15 ° to 35 ° with the axis of the absorber tube. This angular range has proven to be particularly effective for the formation of the desired flow in the heat transfer medium and in particular for the above-described thickening or dilution of the thermal boundary layer.

Vorzugsweise sind mindestens zwei Strömungsleiteinrichtungen in Strömungsrichtung hintereinander und im Abstand über die Länge des Absorberrohres gleichmäßig verteilt angeordnet. Da die Wirbel mit zunehmendem Abstand von den Strömungsleiteinrichtungen abklingen, müssen je nach Länge des Absorberrohres mehrere Strömungsleiteinrichtungen vorgesehen werden. Damit sich über die Länge des Absorberrohres eine möglichst gleichmäßige thermische Grenzschicht ausbilden kann, müssen die Strömungsleiteinrichtungen gleichmäßig im Absorberrohr verteilt angeordnet werden.Preferably, at least two Strömungsleiteinrichtungen are arranged evenly distributed in the flow direction behind each other and at a distance over the length of the absorber tube. Since the vortex decay with increasing distance from the Strömungsleiteinrichtungen, several Strömungsleiteinrichtungen must be provided depending on the length of the absorber tube. In order that a uniform thermal boundary layer can be formed over the length of the absorber tube, the flow-guiding devices must be arranged uniformly distributed in the absorber tube.

Vorzugsweise weist das Bodenblech eine Nut auf, in die eine Lötschnur eingelegt ist. Auf diese Weise kann die Strömungsleiteinrichtung auf einfache Weise mit dem Absorberrohr verbunden werden.Preferably, the bottom plate has a groove into which a soldering cord is inserted. In this way, the flow guide can be easily connected to the absorber tube.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Strömungsleiteinrichtung in einem Einsatz angeordnet und der Einsatz in das Absorberrohr einsetzbar. Die Strömungsleiteinrichtung kann vor dem eigentlichen Einsetzen in das Absorberrohr im Einsatz vormontiert und positioniert werden. Der Einsatz hat vorzugsweise etwa dieselbe axiale Erstreckung wie die Strömungsleiteinrichtung. Dies ist aus fertigungstechnischer Sicht deshalb vorteilhaft, da der Einsatz besser zugänglich ist als das lange Absorberrohr. Der vormontierte Einsatz kann mit einem Greifer in das Absorberrohr eingesetzt und mit diesem befestigt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the flow-guiding device is arranged in an insert and the insert can be inserted into the absorber tube. The flow guide can be pre-assembled and positioned in the insert before the actual insertion into the absorber tube. The insert preferably has approximately the same axial extent as the flow guide. This is advantageous from a production point of view because the insert is more accessible than the long absorber tube. The pre-assembled insert can be inserted with a gripper into the absorber tube and fastened with it.

Vorzugsweise ist der Einsatz rohrförmig ausgestaltet. Der Außendurchmesser des Einsatzes kann dem Innendurchmesser des Absorberrohres in etwa entsprechen, so dass der Einsatz in radialer Richtung in seiner Position bereits festgelegt ist. Die axiale Position kann beispielsweise durch Schweißpunkte festgelegt werden, wobei wenige Schweißpunkte ausreichen, so dass die Montage vereinfacht wird. Eine reib- oder formschlüssige Verbindung ist ebenfalls möglich.Preferably, the insert is designed tubular. The outer diameter of the insert may correspond approximately to the inner diameter of the absorber tube, so that the insert is already fixed in its position in the radial direction. The axial position can be determined for example by welding points, with few welding points are sufficient, so that the assembly is simplified. A frictional or positive connection is also possible.

Vorzugsweise ist das Wärmeträgermedium ein Gas, insbesondere Wasserdampf. Es hat sich herausgestellt, dass sich die Strömung im Wärmeträgermedium insbesondere dann wie gewünscht einstellen lässt, wenn das Wärmeträgermedium Gas ist. Dabei ist Wasserdampf aufgrund seiner kostengünstigen Verfügbarkeit und seiner gut kontrollierbaren Handhabbarkeit und Nichttoxizität besonders bevorzugt.Preferably, the heat transfer medium is a gas, in particular water vapor. It has been found that the flow in the heat transfer medium can be adjusted as desired in particular when the heat transfer medium is gas. In this case, steam is particularly preferred because of its cost-effective availability and its easily controllable handling and non-toxicity.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Es zeigen:Advantageous embodiments of the present invention will now be explained in detail with reference to the figures. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Sonnenkollektors, 1 a schematic representation of a solar collector,

2 eine Querschittsdarstellung durch ein Absorberrohr, in dem die sich erfindungsgemäß einstellenden Strömungen gezeigt sind, 2 a cross-sectional view through an absorber tube, in which the inventively adjusting flows are shown,

3 eine Querschnittsdarstellung durch ein Absorberrohr mit erfindungsgemäßen Ausgestaltungen von Strömungsleiteinrichtungen, 3 a cross-sectional view through an absorber tube with embodiments of flow guides according to the invention,

4 eine Längsschnittsdarstellung durch ein Absorberrohr und eine darin befestigte Strömungsleiteinrichtung entlang der in 3 definierten Schnittebene A-A, 4 a longitudinal sectional view through an absorber tube and a flow guide mounted therein along in 3 defined cutting plane AA,

5 eine Querschnittsdarstellung durch ein Absorberrohr mit weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der Strömungsleiteinrichtungen, 5 a cross-sectional view through an absorber tube with further embodiments of the invention the Strömungsleiteinrichtungen,

6 eine Strömungsleiteinrichtung in einer perspektivischen Darstellung, 6 a flow guide in a perspective view,

7 eine Längsschnittsdarstellung durch die in 6 dargestellte Strömungsleiteinrichtung, 7 a longitudinal sectional view through the in 6 illustrated flow guide,

8 eine Querschnittsdarstellung durch ein Absorberrohr mit noch weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der Strömungsleiteinrichtungen, 8th a cross-sectional view through an absorber tube with still further embodiments of the invention the Strömungsleiteinrichtungen,

9 eine Längsschnittsdarstellung durch die in 8 dargestellte Strömungsleiteinrichtung entlang der Schnittebene B-B der 8, 9 a longitudinal sectional view through the in 8th illustrated Strömungsleiteinrichtung along the sectional plane BB of 8th .

10 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Strömungsleiteinrichtung, 10 a perspective view of another embodiment of the flow guide according to the invention,

11 eine Querschnittsdarstellung durch ein Absorberrohr mit einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Strömungsleiteinrichtungen, 11 a cross-sectional view through an absorber tube with a still further inventive embodiment of the flow guide,

12 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Strömungsleiteinrichtung und 12 a perspective view of another embodiment of the flow guide according to the invention and

13 eine Querschnittsdarstellung durch ein Absorberrohr mit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Strömungsleiteinrichtungen. 13 a cross-sectional view through an absorber tube with a further inventive embodiment of the flow guides.

In 1 ist ein Sonnenkollektor 1 der bekannten Art dargestellt. Der Sonnenkollektor 1 umfasst einen Kollektorspiegel 2, welcher die Sonneneinstrahlung 4 reflektiert und die reflektierte Strahlung 6 auf ein Absorberrohr 10 richtet. Der Kollektorspiegel 2 ist rinnenförmig ausgestaltet, so dass er eine Brennlinie erzeugt, in dessen Zentrum eine Längsachse 15 des Absorberrohres 10 verläuft.In 1 is a solar panel 1 represented the known type. The solar collector 1 includes a collector mirror 2 which the sunlight 4 reflected and the reflected radiation 6 on an absorber pipe 10 directed. The collector mirror 2 is designed channel-shaped, so that it generates a focal line, in the center of which a longitudinal axis 15 of the absorber tube 10 runs.

Aufgrund der rinnenförmigen Ausgestaltung des Kollektorspiegels 2 wird das Absorberrohr 10 in eine dem Kollektorspiegel 2 zugewandte Hälfte 12 und eine diesem abgewandte Hälfte 14 unterteilt.Due to the channel-shaped design of the collector mirror 2 becomes the absorber tube 10 in a collector mirror 2 facing half 12 and a half facing away from this 14 divided.

Das Absorberrohr 10 wird von einem Wärmeträgermedium durchströmt, welches durch einen Eintrittsquerschnitt 16 in das Absorberrohr 10 eintritt und durch einen Austrittsquerschnitt 18 aus diesem austritt, so dass das Absorberrohr 10 mit seiner Innenwand 22 (vgl. 2) einen Strömungskanal 20 bildet. Die Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums ist durch die Pfeile P angedeutet.The absorber tube 10 is traversed by a heat transfer medium, which through an inlet cross section 16 in the absorber tube 10 enters and through an outlet cross-section 18 exit from this, leaving the absorber tube 10 with its inner wall 22 (see. 2 ) a flow channel 20 forms. The flow direction of the heat transfer medium is indicated by the arrows P.

Die dem Kollektorspiegel 2 zugewandte Hälfte 12 des Absorberrohres 10 wird durch die konzentrierte Sonnenstrahlung erhitzt, wodurch das Wärmeträgermedium ebenfalls erhitzt wird. Die erreichbare Temperatur beträgt ca. 400°C. Das erhitzte Wärmeträgermedium wird einem hier nicht näher dargestellten Verdampfungsprozess zugeführt, in dem elektrische Energie gewonnen wird.The collector mirror 2 facing half 12 of the absorber tube 10 is heated by the concentrated solar radiation, whereby the heat transfer medium is also heated. The achievable temperature is approx. 400 ° C. The heated heat transfer medium is fed to an evaporation process, not shown here, in which electrical energy is recovered.

Die dem Kollektorspiegel 2 abgewandte Hälfte 14 des Absorberrohres 10 wird durch Mischkonvektion, also durch natürliche Konvektion und beispielsweise durch Wind erzwungene Konvektion abgekühlt, was zu Wärmeverlusten führt und daher den Erhitzungsprozess des Wärmeträgermediums verschlechtert.The collector mirror 2 opposite half 14 of the absorber tube 10 is cooled by Mischkonvektion, ie by natural convection and, for example, forced by wind convection, resulting in heat losses and therefore deteriorates the heating process of the heat transfer medium.

In 2 ist das Absorberrohr 10 im Querschnitt und die sich darin erfindungsgemäß einstellende Strömung des Wärmeträgermediums gezeigt. Die Linie auf der Mantelfläche des Absorberrohres 10, die den weitesten Abstand vom Kollektorspiegel 2 hat, wird als oberer Scheitel 24, die Linie auf der Mantelfläche, die den kürzesten Abstand zum Absorberrohr 10 aufweist, als unterer Scheitel 26 definiert. Erfindungsgemäß werden Wirbel 30 im Wärmeträgermedium erzeugt, die in einen rechtsdrehenden 32 und einen linksdrehenden Wirbel 34 unterteilt werden können. Dabei bildet sich eine thermische Grenzschicht 36 aus, die erfindungsgemäß im Bereich des oberen Scheitels 24 eine Verdickungszone 38 und im Bereich des unteren Scheitels 26 eine Verdünnungszone 40 bildet. Eine Verdünnung der thermischen Grenzschicht 36 bewirkt, dass der Wärmeübergangskoeffizient erhöht wird, so dass sich das Wärmeträgermedium umfangreicher und effektiver erhitzen lässt. Eine Verdickung der Grenzschicht 36 bewirkt hingegen durch eine entsprechende Verschlechterung des Wärmeübergangskoeffizienten eine verbesserte Isolation, so dass sich die Wärmeverluste reduzieren.In 2 is the absorber tube 10 in cross-section and therein inventively adjusting flow of the heat transfer medium shown. The line on the lateral surface of the absorber tube 10 , which is the farthest distance from the collector mirror 2 has, is called the top part 24 , the line on the lateral surface, the shortest distance to the absorber tube 10 has, as a lower vertex 26 Are defined. According to the invention vortex 30 generated in the heat transfer medium, which in a clockwise 32 and a levorotatory vortex 34 can be divided. This forms a thermal boundary layer 36 from, according to the invention in the region of the upper vertex 24 a thickening zone 38 and in the area of the lower vertex 26 a dilution zone 40 forms. A dilution of the thermal boundary layer 36 causes the heat transfer coefficient is increased, so that the heat transfer medium can be heated more extensively and effectively. A thickening of the boundary layer 36 On the other hand, due to a corresponding deterioration of the heat transfer coefficient, improved insulation results, so that the heat losses are reduced.

In 3 sind mehrere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Strömungsleiteinrichtung 60 dargestellt, welche zur Ausbildung der in 2 dargestellten Strömung des Wärmeträgermediums dienen.In 3 are several embodiments of a flow guide according to the invention 60 shown, which for the training of in 2 shown flow of the heat transfer medium serve.

In einer ersten Ausführungsform ist die Strömungsleiteinrichtung 60 als ein Deltaprofil 62' mit einer Basiskante 70, sich hierin anschließenden zwei unteren Ecken 64, 66 und einer der Basiskante 70 gegenüberliegenden oberen Ecke 68 ausgebildet.In a first embodiment, the flow guiding device 60 as a delta profile 62 ' with a base edge 70 , followed by two lower corners 64 . 66 and one of the base edges 70 opposite upper corner 68 educated.

Die beiden unteren Ecken sind mit dem Absorberrohr 10 etwa durch Schweißpunkte verbunden, während die obere Ecke 68 nicht an der Innenwand 22 des Absorberrohres 10 befestigt ist.The two lower corners are with the absorber tube 10 connected by welding points, while the upper corner 68 not on the inner wall 22 of the absorber tube 10 is attached.

In einer zweiten Ausführungsform ist die Strömungsleiteinrichtung 60 ebenfalls als ein Deltaprofil 62'' ausgebildet, welches hier aber auch an der oberen Ecke 68 mit dem Absorberrohr 10 verbunden ist. In den dargestellten Ausführungsformen bilden die Deltaprofile 62' und 62'' gleichschenklige Dreiecke, wobei aber auch andere Varianten denkbar sind.In a second embodiment, the flow guiding device 60 also as a delta profile 62 '' trained, which here but also at the top corner 68 with the absorber tube 10 connected is. In the illustrated embodiments, the delta profiles form 62 ' and 62 '' isosceles triangles, but other variants are conceivable.

In einer dritten Ausführungsform ist die Strömungsleiteinrichtung 60 als Rechteck 63 mit einer oberen Kante 72 gestaltet, welches an allen Ecken an der Innenwand 22 des Absorberrohres 10 befestigt ist. Die gesamte Querschnittsfläche des Absorberrohrs 10 ist mit A_ges eingezeichnet, die jeweils projizierten Flächen der Profilelemente werden durch AD', AD'' und AD''' gekennzeichnet. Ferner sind auch die Höhen h₁ und h₂ der Profilelemente 62' und 63 eingezeichnet.In a third embodiment, the flow guiding device 60 as a rectangle 63 with an upper edge 72 designed, which at all corners on the inner wall 22 of the absorber tube 10 is attached. The entire cross-sectional area of the absorber tube 10 is drawn with A _ges , the respective projected areas of the profile elements are marked by AD ', AD''andAD'''. Furthermore, the heights h ₁ and h _{2 of} the profile elements 62 ' and 63 located.

In 4 ist die zweite Ausführungsform 62'' der Strömungsleiteinrichtung 60 aus 3 in einer Schnittdarstellung entlang der in 3 definierten Schnittebene A-A gezeigt. Das Deltaprofil 62'' schließt mit der Längsachse 15 des Absorberrohres 10 einen Anstellwinkel β ein, der bezogen auf die Strömungsrichtung P des Wärmeträgermediums gegen den Uhrzeigersinn gemessen wird und in einer Ebene verläuft, die wiederum in Wirkrichtung der Schwerkraft g verläuft. Ferner ist in 4 die Länge l und die Höhe h des Deltaprofils erkennbar. In 4 is the second embodiment 62 '' the flow guide 60 out 3 in a sectional view along the in 3 shown sectional plane AA shown. The delta profile 62 '' closes with the longitudinal axis 15 of the absorber tube 10 an angle of attack β, which is measured with respect to the flow direction P of the heat transfer medium counterclockwise and extends in a plane which in turn extends in the effective direction of gravity g. Furthermore, in 4 the length l and the height h of the delta profile recognizable.

Die in 5 dargestellten Ausführungsformen der Strömungsleiteinrichtung 60 sind ebenfalls als Deltaprofile 62', 62'' und 62''' ausgestaltet, weisen aber zusätzlich noch ein Bodenblech 80 auf. Dieses Bodenblech 80 ist mit einer Randnut 82 versehen, in dem eine Lötschnur 84 verläuft. Weiterhin die Strömungsleiteinrichtung 60 als Rechteck 63 mit Bodenblech ausgestaltet.In the 5 illustrated embodiments of the flow guide 60 are also as delta profiles 62 ' . 62 '' and 62 ''' designed, but also have a floor panel 80 on. This floor panel 80 is with a rim groove 82 provided in which a soldering cord 84 runs. Furthermore, the flow-guiding device 60 as a rectangle 63 designed with floor panel.

In 6 ist die in 5 dargestellte Ausführungsform 62' der Strömungsleiteinrichtung 60 perspektivisch gezeigt, während sie in 7 mithilfe einer Längsschnittdarstellung illustriert ist. Auch in diesem Fall schließt das Deltaprofil 62' den Anstellwinkel β ein, hier allerdings bezogen auf das Bodenblech 80. Entsprechende Ausgestaltungen sind selbstverständlich auch für die anderen Deltaproflile 62'' und 62''' sowie für das Rechteck 63 denkbar.In 6 is the in 5 illustrated embodiment 62 ' the flow guide 60 shown in perspective while in 7 illustrated by means of a longitudinal sectional view. Also in this case closes the delta profile 62 ' the angle of attack β, here, however, based on the bottom plate 80 , Corresponding embodiments are of course also for the other delta profiles 62 '' and 62 ''' as well as for the rectangle 63 conceivable.

In 8 ist eine weitere Ausführungsform der Strömungsleiteinrichtung 60 im Querschnitt dargestellt. Hier umfasst die Strömungsleiteinrichtung 60 zwei Deltaprofilelemente 94' und 96' bzw. 94'' und 96'', im Folgenden als Deltaprofilpaar 90 bezeichnet, die mit ihrer Basiskante 70 auf dem Bodenblech 80 befestigt sind, allerdings im dargestellten Beispiel keine gleichschenkligen Dreiecke bilden. Wie insbesondere aus 9 ersichtlich, unterscheiden sich die Deltaprofilelemente 94' und 96' bzw. 94'' und 96'' im Wesentlichen dadurch, dass sie einen unterschiedlichen Steigungswinkel γ' bzw. γ'' aufweisen. Mit steigendem Steigungswinkel γ erhöht sich bei gleichbleibender horizontaler Erstreckung die vertikale Erstreckung der Deltaprofilelemente 94 und 96, so dass sie auch in die dem Kollektorspiegel 2 abgewandte Hälfte 14 des Absorberrohres 10 hineinragen können, wie dies bei den Deltaprofilelementen 94'' und 96'' der Fall ist.In 8th is another embodiment of the flow guide 60 shown in cross section. Here, the flow guide comprises 60 two delta profile elements 94 ' and 96 ' respectively. 94 '' and 96 '' , below as a delta profile pair 90 referred to with their base edge 70 on the floor panel 80 are attached, but in the example shown do not form isosceles triangles. As in particular from 9 As can be seen, the delta profile elements differ 94 ' and 96 ' respectively. 94 '' and 96 '' essentially in that they have a different pitch angle γ 'or γ''. As the pitch angle γ increases, the vertical extent of the delta profile elements increases, while the horizontal extent remains constant 94 and 96 so that they are also in the collector mirror 2 opposite half 14 of the absorber tube 10 can protrude, as with the delta profile elements 94 '' and 96 '' the case is.

Weiterhin sind in den 8 und 9 zwei Rechteckprofile 95, 97 dargestellt, die ein Rechteckprofilpaar 93 bilden. Die beiden Deltaprofilelemente 94' und 96' bzw. 94'' und 96'' sind so angeordnet, dass sich ihr Abstand zueinander in Strömungsrichtung P des Wärmeträgermediums vergrößert (vgl. 10). Dadurch schließen sie einen Winkel δ ein, der in der vom Bodenblech 80 definierten Ebene verläuft und von einer gedachten Verlängerungslinie D der Basiskante 70 mit einer Längsachse 81 des Bodenblechs 80 definiert wird (vgl. 10) und der mathematisch positiv gegen den Uhrzeigersinn gezählt wird. In diesem Fall, in dem sich der Abstand zwischen den beiden Deltaprofilelementen in Strömungsrichtung vergrößert, liegt eine sogenannte inflow-Konfiguration vor. Der Winkel δ beträgt in dieser Konfiguration entsprechend der obigen Definition zwischen 0° und 90°. Das Bodenblech 80 ist in der dem Kollektorspiegel 2 zugewandten Hälfte 12 des Absorberrohres 10 angeordnet.Furthermore, in the 8th and 9 two rectangular profiles 95 . 97 shown, which is a rectangular profile pair 93 form. The two delta profile elements 94 ' and 96 ' respectively. 94 '' and 96 '' are arranged so that their distance from each other in the flow direction P of the heat transfer medium increases (see. 10 ). As a result, they include an angle δ in the bottom plate 80 defined plane and from an imaginary extension line D of the base edge 70 with a longitudinal axis 81 of the floor panel 80 is defined (cf. 10 ) and counted mathematically positive counterclockwise. In this case, in which the distance between the two delta profile elements increases in the flow direction, there is a so-called inflow configuration. The angle δ is in this configuration according to the above definition between 0 ° and 90 °. The floor panel 80 is in the collector mirror 2 facing half 12 of the absorber tube 10 arranged.

Auch die Rechteckprofile 95, 97 sind so angeordnet, dass sich ihr Abstand in Strömungsrichtung P des Wärmeträgermediums vergrößert. Sie schließen ebenfalls den Winkel δ ein (nicht dargestellt, aber sinngemäß wie in 10). Ihr Effekt auf die Strömung des Wärmeträgermediums ist im Wesentlichen identisch zu dem, welchen die Deltaprofilelemente 94 und 96 erzeugen. in den 9 und 10 ist diese Ausführungsform der Strömungsleiteinrichtung 60 in einer Längsschnittdarstellung bzw. perspektivisch gezeigt. Die durch das Deltaprofilpaar 90 erzeugten Wirbel sind in 10 gut zu sehen, wiederum ein rechtsdrehender und ein linksdrehender Wirbel, die im Bereich der Längsachse 81 des Bodenblechs 80 zum Kollektorspiegel 2 hin gerichtet sind In den 11 und 12 sind die beiden Deltaprofilelemente 94' und 96' bzw. 94'' und 96'' in einer outflow-Konfiguration angeordnet und bilden ein Deltaprofilpaar 92. Auch hier unterscheiden sich die Deltaprofilelemente 94' und 96' bzw. 94'' und 96'' dadurch, dass sie einen unterschiedlichen Steigungswinkel γ aufweisen. Hier erstrecken sich die Deltaprofilelemente 94'' und 96'' in die dem Kollektorspiegel 2 zugewandte Hälfte 12 des Absorberrohres 10.Also the rectangular profiles 95 . 97 are arranged so that their distance increases in the flow direction P of the heat transfer medium. They also include the angle δ (not shown, but analogous as in 10 ). Their effect on the flow of the heat transfer medium is essentially identical to that of the delta profile elements 94 and 96 produce. in the 9 and 10 this embodiment is the flow-guiding device 60 in a longitudinal sectional view or in perspective shown. The through the delta profile pair 90 generated eddies are in 10 good to see again a right-handed and a left-handed vortex, which in the region of the longitudinal axis 81 of the floor panel 80 to the collector mirror 2 are directed into the 11 and 12 are the two delta profile elements 94 ' and 96 ' respectively. 94 '' and 96 '' arranged in an outflow configuration and form a delta profile pair 92 , Again, the delta profile elements differ 94 ' and 96 ' respectively. 94 '' and 96 '' in that they have a different pitch angle γ. This is where the delta profile elements extend 94 '' and 96 '' in the collector mirror 2 facing half 12 of the absorber tube 10 ,

Der Winkel δ beträgt hier gemäß obiger Definition zwischen 0° und –90°, so dass sich der Abstand der beiden Deltaprofilelemente 94 und 96 in Strömungsrichtung P des Wärmeträgermediums gesehen verringert. Diese Konfiguration bewirkt, dass sich die entstehenden Wirbel genau anders herum drehen. Um dennoch die gewünschte Verdickung oder Verdünnung der thermischen Grenzschicht 36 in der jeweils richtigen Hälfte des Absorberrohres 10 erzeugen zu können, ist es in diesem Fall notwendig, die Strömungsleiteinrichtung 60 um 180° gedreht anzuordnen, so dass sich das Bodenblech 80 in der dem Kollektorspiegel 2 abgewandten Hälfte 14 des Absorberrohres 10 befindet.The angle δ is here according to the above definition between 0 ° and -90 °, so that the distance between the two delta profile elements 94 and 96 seen in the flow direction P of the heat transfer medium reduced. This configuration causes the resulting vortex to rotate the other way round. Nevertheless, the desired thickening or dilution of the thermal boundary layer 36 in the correct half of the absorber tube 10 To be able to produce, it is necessary in this case, the flow guide 60 to arrange rotated by 180 °, so that the bottom plate 80 in the collector mirror 2 turned away half 14 of the absorber tube 10 located.

In 13 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Hier ist die Strömungsleiteinrichtung 60 in einem rohrförmigen Einsatz 100 vormontiert. In diesem Ausführungsbeispiel ist das in den 8 bis 10 gezeigte Ausführungsbeispiel der Strömungsleiteinrichtung 60 in den Einsatz 100 eingebaut, es können aber sämtliche andere Ausführungsbeispiele genauso vormontiert werden. Der Einsatz 100 muss dabei nicht rohrförmig sein, sondern kann einen beliebigen, beispielsweise einen quadratischen oder mehreckigen Querschnitt haben. Im dargestellten Beispiel entspricht der Außendurchmesser des Einsatzes 100 dem Innendurchmesser des Absorberrohres 10, so dass der Einsatz 100 nach dem Einschieben in das Absorberrohr 10 in seiner radialen Position festgelegt wird. Mit drei Schweißpunkten 102', 102'' und 102''' wird die axiale Position des Einsatzes 100 am Absorberrohr 10 festgelegt, wobei die Schweißpunkte 102 auch der Festlegung der radialen Position dienen können.In 13 another embodiment is shown. Here is the flow guide 60 in a tubular insert 100 preassembled. In this embodiment, that is in the 8th to 10 shown embodiment of the flow guide 60 in the insert 100 installed, but it can be preassembled all other embodiments as well. The use 100 must not be tubular, but may have any, for example, a square or polygonal cross-section. In the example shown, the outer diameter of the insert corresponds 100 the inner diameter of the absorber tube 10 so the use 100 after insertion into the absorber tube 10 is determined in its radial position. With three welds 102 ' . 102 '' and 102 ''' becomes the axial position of the insert 100 on the absorber tube 10 set, with the welding points 102 can also serve to determine the radial position.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Sonnenkollektorsolar panel
22: Kollektorspiegelcollector mirror
44: Sonneneinstrahlungsunlight
66: reflektierte Strahlungreflected radiation
1010: Absorberrohrabsorber tube
1212: dem Spiegel zugewandte Hälfte des Absorberrohrsthe mirror facing half of the absorber tube
1414: dem Spiegel abgewandte Hälfte des Absorberrohrsthe mirror facing away from the half of the absorber tube
1515: Längsachselongitudinal axis
1616: EintrittsquerschnittInlet cross-section
1818: AustrittsquerschnittOutlet cross section
2020: Strömungskanalflow channel
2222: Innenwandinner wall
2424: oberer Scheitelupper part of the head
2626: unterer Scheitellower part of the head
3030: Wirbelwhirl
3232: rechtsdrehender Wirbelright-handed vortex
3434: linksdrehender Wirbellevorotatory vortex
3636: thermische Grenzschichtthermal boundary layer
3838: Verdickungszonethickening zone
4040: Verdünnungszonedilution zone
6060: Strömungsleiteinrichtungflow guide
62, 62', 62''62, 62 ', 62' ': DeltaprofilDelta profile
6363: Rechteckrectangle
6464: untere Eckebottom corner
6666: untere Eckebottom corner
6868: obere Eckeupper corner
7070: Basiskantebase edge
7272: obere Kanteupper edge
8080: Bodenblechfloor panel
8181: Längsachse des BodenblechesLongitudinal axis of the floor panel
8282: Randnutedge groove
8484: Lötschnurweld bead
9090: Deltaprofilpaar (inflow pair)Delta profile pair (inflow pair)
9292: Deltaprofilpaar (outflow pair)Delta profile pair (outflow pair)
9393: RechteckprofilpaarRectangular profile pair
94, 94', 94''94, 94 ', 94' ': linkes Deltaprofilelementleft delta profile element
9595: Rechteckprofilrectangular profile
96, 96', 96''96, 96 ', 96' ': rechtes Deltaprofilelementright delta profile element
9797: Rechteckprofilrectangular profile
100100: Einsatzcommitment
102102: Schweißpunktewelds
DD: Verlängerungslinie eines Deltaprofilelements entlang seiner BasiskanteExtension line of a delta profile element along its base edge
PP: Pfeil zur Darstellung der Strömungsrichtung des WärmeträgermediumsArrow for showing the flow direction of the heat transfer medium
ββ: Anstellwinkelangle of attack
γ', γ''γ ', γ' ': Steigungswinkellead angle
δδ: Winkelangle

Claims

Solar panel ( 1 ), which has at least one collector mirror ( 2 ) and at least one absorber tube ( 10 ), wherein the absorber tube ( 10 ) at least one of a heat transfer medium from an inlet cross section ( 16 ) to an outlet cross-section ( 18 ) flow-through flow channel ( 20 ), characterized in that behind the inlet cross-section ( 16 ) at least one flow guiding device ( 60 ) is arranged in the heat transfer medium vortex ( 30 . 32 . 34 ), which causes a dilution of the thermal boundary layer ( 36 ) on the collector mirror ( 2 ) facing half ( 12 ) of the absorber tube ( 10 ) and a thickening of the thermal boundary layer ( 36 ) on the collector mirror ( 2 ) facing away from half ( 14 ) of the absorber tube ( 10 ) cause.

Solar collector according to claim 1, characterized in that the flow guiding device ( 60 ) a profile element ( 62 ) whose base edge ( 70 ) the collector mirror ( 2 ) and its upper edge ( 72 ) the inlet cross section ( 16 ) is facing.

Solar collector according to one of claims 1 or 2, wherein the absorber tube ( 10 ) has a cross-sectional area (A _ges ) and the profile element has a projected area AD, characterized in that the projected area AD is between 5 and 50% of the cross-sectional area (A _tot ).

Solar collector according to claim 1 to 4, characterized in that the profile element as a delta profile ( 62 ) with two lower corners ( 64 . 66 ) and an upper corner ( 68 ) is trained.

A solar collector according to claim 4, wherein the delta profile ( 62 ) has a length (l) and a height (h), characterized in that the length (l) is 2 to 3.5 times the height (h).

Solar collector according to claim 4 or 5, characterized in that the delta profile ( 62 ) with the corners ( 64 . 66 . 68 ) on the inner surface ( 20 ) of the absorber tube ( 10 ) is present.

Solar collector according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Flow guiding device ( 60 ) a floor panel ( 80 ), which is parallel to the axis of the absorber tube ( 10 ) in the flow channel ( 20 ) is arranged.

Solar collector according to claim 7, characterized in that on the bottom plate ( 80 ) a delta profile ( 62 ' ) whose base edge ( 70 ) ≤ the width of the floor panel ( 80 ).

Solar collector according to claim 8, characterized in that the tip ( 68 ) of the delta profile ( 62 ' ) spaced from the inner surface ( 22 ) of the absorber tube ( 10 ) is arranged.

Solar collector according to one of claims 7 to 9, characterized in that on the bottom plate ( 80 ) a erected rectangular element ( 63 ) is arranged.

Solar collector according to one of claims 2 to 10, characterized in that the angle of attack β of the delta profile ( 62 . 62 ' ) or the rectangular element is 15 to 45 °.

Solar collector according to claim 7, characterized in that on the bottom plate ( 80 ) a delta profile element pair ( 90 . 92 ) with delta profile elements ( 94 . 96 ) or a rectangular profile pair ( 93 ) with rectangular profiles ( 95 . 97 ) is arranged.

Solar collector according to claim 12, characterized in that the delta profile element pair ( 90 . 92 ) or the rectangular profile pair ( 93 ) has a widening in the flow direction distance and that the bottom plate ( 80 ) the collector mirror ( 2 ) is facing.

Solar collector according to claim 12, characterized in that the delta profile element pair ( 90 . 92 ) or the rectangular profile pair ( 93 ) has a decreasing in the flow direction distance and that the bottom plate ( 80 ) the collector mirror ( 2 ) is turned away.

Solar collector according to one of claims 12 to 14, characterized in that the delta profile elements ( 94 . 94 ' . 96 . 96 ' ) of couples ( 90 . 92 ) or the rectangular profiles ( 95 . 97 ) of the rectangular pair profile ( 93 ) an angle δ of 15 ° to 35 ° with the axis of the absorber tube ( 10 ) exhibit.

Solar collector according to one of claims 1 to 15, characterized in that at least two flow guiding devices ( 60 ) in the flow direction one behind the other over the length of the absorber tube ( 10 ) are arranged evenly distributed.

Solar collector according to one of claims 7 to 16, characterized in that the bottom plate ( 80 ) a groove ( 82 ) into which a soldering cord ( 84 ) is inserted.

Solar collector according to one of claims 1 to 17, characterized in that the flow guiding device ( 60 ) in a mission ( 100 ) and the insert ( 100 ) in the absorber tube ( 10 ) can be used.

Solar collector according to claim 18, characterized in that the insert ( 100 ) is designed tubular.

Solar collector according to one of claims 1 to 17, characterized in that the heat transfer medium is a gas, in particular water vapor.