DE19532993A1 - Sonnenkollektor mit einer für Sonnenstrahlung durchlässigen, gasgedämmten Röhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit einer für Sonnenstrah­ lung durchlässigen, gasgedämmten Röhre nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei der direkten und indirekten Nutzung der Sonnenenergie mittels thermischer Sonnenkollektoren wird die Strahlungsenergie der Sonne in Wärmeenergie umgewandelt. Zu diesem Zweck wird die Strahlungse­ nergie durch einen Absorber, welcher eine Beschichtung aufweist, ab­ sorbiert und einem Wärmeübertragungsfluid zugeführt. Das Wärme­ übertragungsfluid leitet die in Wärme umgeformte Strahlungsenergie ei­ nem Speicher zu, aus dem nach Bedarf erwärmte Speicherflüssigkeit entnommen werden kann.

Um hohe Wirkungsgrade zu erzielen, muß dafür Sorge getragen wer­ den, daß die Wärmeverluste gering und die Absorptionsleistungen hoch ausfallen. Davon abgesehen muß der Sonnenkollektor so ausgerichtet werden, daß er ein Maximum an Sonnenstrahlung aufnehmen kann.

Es gibt verschiedene Typen von Sonnenkollektoren. Flachkollektoren besitzen Finnenabsorber, eine transparente Abdeckung, sind selektiv beschichtet und haben entweder eine rückwärtige Materialdämmung oder eine Vakuumdämmung. Röhrenkollektoren mit Finnen oder Ein­ rohrabsorber besitzen ebenfalls eine selektive Beschichtung und Vaku­ umdämmung. Außerdem gibt es konzentrierende Kollektoren, bei denen das Sonnenlicht auf einen konkaven Spiegel auftrifft und gebündelt auf einen selektiv beschichteten Absorber geleitet wird.

Als Beispiele für unterschiedliche Sonnenkollektortypen seien die DE 42 17 060 A1 und die DE 43 02 824 A1 genannt. Am gebräuchlichsten sind heute die Flachkollektoren, die einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 60% aufweisen. Röhrenkollektoren besitzen eine Vakuumdämmung. Sie ha­ ben im Vergleich zu Flachkollektoren zwar einen höheren Wirkungs­ grad, nämlich durchschnittlich 66%, sie sind jedoch mechanisch emp­ findlich und insofern problematisch als es Schwierigkeiten bereitet, das Vakuum über lange Zeit aufrecht zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei als Röhrenkollektor aus­ gebildeten Sonnenkollektoren die mechanische Stabilität zu verbessern, so daß sie sowohl in der Handhabung robuster sind als auch das Auf­ rechterhalten eines Vakuums oder einer Gasfüllung unter Druck über lange Zeit gewährleisten.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, den Deckel mit der Röhre nicht zu verschweißen, sondern zu verkleben, wird die wesentlichste Ursache für den mit der Zeit fallenden Wirkungsgrad von Röhrenkollektoren be­ seitigt, da herstellungsbedingte Materialfehler sowie durch unterschied­ liche Wärmeausdehnungen im Bereich der Glas-Metall-Schweißung während des Betriebes entstehende Haarrisse vermieden werden. Hier­ durch wird der Wirkungsgrad des Röhrenkollektors gegenüber dem an sich einfacher und billiger herzustellenden Flachkollektor verbessert. Die Vorteile des Röhrenkollektors, nämlich die Möglichkeit, bei der Montage die Ausrichtung des Winkels zur Sonnenseite durch Drehung sehr genau einzurichten und dies nahezu unabhängig vom Aztmutwin­ kel, können daher besser ausgenutzt werden.

Als Kleber für den erfindungsgemäßen Zweck sind an sich Butylkleber hervorragend geeignet. Da sie jedoch auch nach Aushärtung unter Druck und Temperaturbelastung fließen können, werden sie bei einer bevorzugten Ausführungsform durch eine Silikondichtung gestützt. Der Deckel besteht vorzugsweise aus einem Metall mit einer im Vergleich zu Kupfer geringerer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Edelstahl. Der Deckel kann mit einer zusätzlichen Isolation versehen werden. Die die Absorberfläche bildenden, das Wärmeübertragungsfluid führenden fei­ nen Kupferröhrchen, welche bevorzugt einen Außendurchmesser von 2 bis 5 mm bei einer Wandstärke von 0,1 bis 0,5 mm besitzen, können somit, nachdem sie in einem Sammler zusammengefaßt sind, mit ge­ ringsten Verlusten durch den Deckel geführt werden. Die Vorteile der Erfindung treffen sowohl auf herkömmliche Vakuumkollektoren zu als auch auf Röhrenkollektoren, welche mit einem Gas gefüllt sind, welches eine gegenüber Luft geringere Wärmeleitfähigkeit besitzt. Hierzu zählen vor allem Krypton, aber auch Xenon, Argon, Kohlendioxyd und Gemi­ sche davon.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Röhrenkollektor in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Absorberfläche von Fig. 2,

Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 mit einer anderen Gestal­ tung der Absorberfläche,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 1, beschränkt auf die Verklebung zwischen Deckel und Röhre,

Fig. 6 eine andere Ausbildung der Verklebung entsprechend Fig. 5.

Der in Fig. 1 dargestellte Sonnenkollektor besteht aus einer für Son­ nenstrahlung durchlässigen Röhre 1, durch welche sich eine Absorber­ fläche 2 erstreckt. Diese Absorberfläche besteht, wie sich insbesondere den Fig. 2 bis 4 entnehmen läßt, aus einer Vielzahl parallel ange­ ordneter feiner Rohre 3 aus Kupfer, welche das Wärmeübertragungs­ fluid führen. Die Rohre 3 werden an den Enden des Kollektors durch Sammler 5 zusammengefaßt und mittels Leitungen 6 aus dem Sonnen­ kollektor herausgeführt. Die Absorberfläche 2 wird durch ein nicht dar­ gestelltes Federelement zwischen den Deckeln gespannt. Hierdurch werden Thermospannungen, bedingt durch Längenausdehnungen, aus­ geglichen.

Hierzu ist eine Durchführung durch den Deckel 10 erforderlich. Die Roh­ re 3 sind durch eine hoch selektiven beschichteten Absorptionsfolie 4 miteinander verbunden. Unter der Absorberfläche 2 befindet sich eine Isolierung 7 aus Glaswolle. Der Gasraum 8 kann entweder evakuiert sein oder mit einem der genannten Gase, auch unter Überdruck gefüllt sein. Der Sonnenkollektor ist zumindest an dem Ende, durch welches die Leitungen für das Wärmeübertragungsfluid geführt werden, durch einen Deckel 10 gasdicht verschlossen. Die andere Seite kann auch durch einen angeschmolzenen Glasdeckel verschlossen werden. Die Absorberfläche muß nicht, wie in Fig. 2 dargestellt, eben sein sondern sie kann auch, wie in Fig. 4 dargestellt, konkav ausgebildet sein. Hier­ durch wird das Sonnenlicht besonders gut ausgenutzt. Es ist jedoch auch möglich, die Absorberfläche 2 konvex auszubilden, also den Gasraum 8 klein zu halten. Bei einem gasgefüllten Sonnenkollektor ergeben sich hierbei besonders geringe Verluste durch Konvektion.

Die Fig. 5 und 6 zeigen 2 Ausbildungsformen für die erfindungsge­ mäße Verklebung zwischen Deckel 10 und Röhre 1. Der Deckel 10 wird hierbei so gestaltet, daß er die Röhre 1 an der Verbindungsstelle innen und außen umfaßt. An der Stoßstelle wird gemäß der Erfindung ein Butylkleber 11 angebracht. Nach dessen Aushärtung wird sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite der Röhre 1 eine Silikon­ dichtung 12 als Stütze angebracht. Diese verhindert mit Sicherheit ein Fließen des Butylklebers 11, wie es bei Dauerbelastung durch Druck oder Temperatur eintreten kann. Die Erfindung ist weder auf die Kombi­ nation aus einem Butylkleber 11 und einer Silikondichtung 12 be­ schränkt, noch auf die spezielle Gestaltung des Deckels, wie er in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Die Kombination aus Butylkleber 11 und Silikondichtung 12 ist besonders geeignet für Deckel 10 aus Edelstahl. Bei Deckeln aus anderem Metall können andere Werkstoffkombinatio­ nen von Vorteil sein.

Der Sonnenkollektor kann mit einem Trocknungsmittel zur Aufnahme von Wasserdampf ausgestattet werden, desgleichen kann er mit einem Füllventil versehen werden, um ggf. das Vakuum zu erneuern oder die Gasfüllung zu ergänzen oder auszutauschen.

Claims (10)

1. Sonnenkollektor mit einer für Sonnenstrahlung durchlässigen, gasgedämmten Röhre (1), einer sich durch das Innere der Röhre erstreckenden Absorberfläche (2), welche in Kontakt steht mit Rohren (3) für ein Wärmeübertragungsfluid mit einem zumindest an einem Ende der Röhre (1) gasdicht angeordneten metallischen Deckel (10) und mit Durchleitungen für das Wärmeübertragungsfluid in zumindest einem der Deckel, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (10) mit der Röhre (1) verklebt ist.

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (10) mit der Röhre (1) durch einen Butylkleber (11) verklebt ist, welcher durch eine Silicondichtung (12) gestützt wird.

3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (10) aus einem Metall mit einer im Vergleich zu Kupfer geringeren Wärmeleitfähigkeit besteht.

4. Sonnenkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (10) aus Edelstahl besteht.

5. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum unter der Absorberfläche (2) mit einer Isolierung (7) gefüllt ist.

6. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberfläche (2) konkav ausgebildet ist.

7. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (3) für das Wärmeübertragungsfluid aus Kupfer bestehen, einen Außendurchmesser von 2 bis 5 mm und eine Wandstärke von 0,1 bis 0,5 mm besitzen und nebeneinander­ liegend die Absorberfläche (2) bilden.

8. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Füllventil versehen ist.

9. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in seinem Inneren ein Trocknungsmittel zur Aufnahme von Wasserdampf vorgesehen ist.

10. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Gas aus einer oder mehreren Komponenten aus der Gruppe Krypton, Xenon, Argon und Kohlendioxid gefüllt ist.