DE19821137A1

DE19821137A1 - Röhrenkollektor

Info

Publication number: DE19821137A1
Application number: DE19821137A
Authority: DE
Inventors: Gottfried Haas; Martin Brunotte
Original assignee: Schott Ruhrglas GmbH
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2018-05-13
Also published as: DE19821137B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Röhrenkollektor, der aus wenigstens einem für das Sonnenlicht durchlässigen äußeren Rohr (Hüllrohr) und einem parallel zu und innerhalb jedes Hüllrohres angeordneten inneren Rohr, das mit einem im Wellenlängenbereich von 0,3 mum bis 1,8 mum absorbierenden Absorber versehen ist, sowie an den Enden des Röhrenkollektors angeordneten üblichen Anschluß- und Dichtungseinrichtungen besteht. Dabei besteht wenigstens das innere Rohr aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, und die Anschluß- und Dichteinrichtungen bestehen wenigstens teilweise, davon wenigstens die Sammeleinrichtung zumindest teilweise, aus Kunststoff oder Kunststoffverbundwerkstoffen. Vorzugsweise besteht die der Aufnahme der Rohre dienende Sammeleinrichtung aus einem spritzgegossenen Kunststoffteil.

Description

Die Erfindung betrifft einen Röhrenkollektor, bestehend aus wenigstens einem für das Sonnenlicht durchlässigen inneren Rohr (Hüllrohr), das in seinem parallel zur Achse verlaufenden unteren Bereich mit einem Reflektor versehen ist, und einem innerhalb jedes Hüllrohres angeordneten äußeren Rohr, das mit einem im Wellen längenbereich von 0,3 µm bis 1,8 µm absorbierenden Absorber versehen ist, sowie an den Enden des Röhrenkollektors angeordneten üblichen Anschluß- und Dicht einrichtungen.

Unter den verschiedenen Typen von Solarkollektoren, der Umwandlung von Son neneinstrahlung in Wärme dienend, stellen neben den Flachkollektoren die Röhren kollektoren eine bedeutende Gruppe dar. Bei Vakuum-Kollektoren bietet sich der Röhrenkollektor besonders an, da ein als Rohr geformtes Glas eine bessere Druck festigkeit aufweist als zwei gegeneinander abgestützte Glasplatten.

Marktgängige Röhrenkollektoren enthalten in einem Hüllrohr ein beschichtetes Ab sorberblech, das sich durch die Sonnenstrahlung erwärmt und Kupferrohre mit einer Wärmeträgerflüssigkeit erhitzt. Die Absorberplatte ist üblicherweise aus Kupfer oder Aluminium. Sie ist mit einer selektiven Absorptionsbeschichtung versehen, d. h. einer Beschichtung, die möglichst viel Sonnenlicht absorbiert und möglichst wenig davon als Wärmestrahlung wieder abgibt. Gegebenenfalls besteht eine solche Beschich tung auch aus mehreren Schichten. Übliche Kennwerte sind Absorptionsgrade von 90% bis 98% und Emissionsgrade von 5% bis 20%. Die Schwarzchrom-Schicht die aus Einlagerungen von metallischen Chrompartikeln in Chromoxid besteht und eine mikrorauhe Oberfläche aufweist, ist das am weitesten verbreitete Beschich tungsmaterial für Absorber. Sehr effektiv ist Titanoxidnitrid, das aufgedampft wird, mit einem Emissionsgrad von nur ca. 5-6%. Solche Absorberplatten können um einen kleinen Winkelbereich drehbar sein und so besser nach der Sonneneinstrah lung ausgerichtet werden. Als Weiterentwicklung kann die Absorberplatte auch leicht gebogen sein.

Eine Variante eines Vakuumröhrenkollektors stellt der sogenannte Sydney-Kollektor dar. Bei ihm besteht die Röhre aus einem Doppelrohr aus zwei miteinander ver schmolzenen Glasrohren, zwischen denen Vakuum herrscht. Das innere Glasrohr ist rundum selektiv beschichtet. Auf einen runden Absorber wird bei schrägem Son neneinfall ein höherer Wirkungsgrad erreicht als bei einem flachen Absorber. In sei nem Inneren, d. h. nicht im Vakuum, befinden sich Kupferrohre, die die Wärme ab führen und die über Wärmeleitbleche mit dem Rohr verbunden sind.

Hinter dem Doppelrohr befindet sich ein rinnenförmiger Reflektor mit dem Profil ei ner Kreisevolvente, der dafür sorgt, daß das zwischen den Absorberrohren einfal lende Licht auf die Absorber umgelenkt wird und sie rundum beschienen werden. Dadurch wird die Fläche, über die Wärme abgestrahlt werden kann, gegenüber ei ner Absorberplatte etwa halbiert, was zu einer Verringerung der Wärmeverluste und damit zu einer Steigerung des Wirkungsgrads führt.

Nachteilig bei diesem Kollektortyp ist, daß der Reflektor der Witterung direkt ausge setzt ist und zu Verschmutzung und Degradation neigt. Außerdem sind für einen Teil der einfallenden Strahlung mehrfache Durchgänge durch das Hüllrohr erforderlich, wodurch sich der optische Wirkungsgrad verringert. Ein weiterer und schwerwiegen der Nachteil ist der verhältnismäßig schlechte Wärmeübergang vom Glas über einen Luftspalt auf die Wärmeleitbleche, bevor die eigentlichen mediumführenden Kupfer rohre erreicht werden.

Es sind auch Flachkollektoren, d. h. Kollektoren mit einer Flachglasabdeckung und ohne Hüllrohr, bekannt, die unter den Wärmeträgerrohren, an denen sich Kupfer- Absorberstreifen befinden, rinnenförmige Aluminium-Reflektoren aufweisen. Die Ab sorberstreifen stehen senkrecht zum Scheitelpunkt der Reflektorwölbung. Die ge nannten Bauteile befinden sich in einer Aluminium-Wanne. Der Kollektor ist nicht hermetisch gegenüber der- Umgebung abgeschlossen.

Es sind auch Röhrenkollektoren bekannt, bei denen der Reflektor auf dem Hüllrohr aufgebracht ist und kein externer Reflektor benötigt wird:

Aus "High collection nonimaging optics" (San Diego: Academic Press 1989 S. 185, 186) ist ein Vakuumröhrenkollektor mit einem Hüllrohr aus Glas und einem Absorberrohr aus Stahl bekannt, bei dem das Hüllrohr im unteren Bereich rinnenar tig verformt ist und auf seiner Innenseite der Reflektor als aufgebrachte Schicht vor handen ist und bei dem sich im Hüllrohr das Absorberrohr befindet, das einen Durchmesser, der lediglich ca. ein Fünftel des Hüllrohrdurchmessers beträgt, auf weist.

Dieser Kollektor ist für die Erzeugung von Prozeßwärme ausgelegt (Arbeits temperatur bis 200°C). Diese hohen Temperaturen werden durch Konzentration er reicht, d. h. die einfallende Solarstrahlung wird mit Hilfe des CPC-Reflektors auf ein kleineres Rohr konzentriert, wodurch die thermischen Verluste noch weiter reduziert werden als beim Sydney-Kollektor. Im Gegenzug dazu wird der Winkelbereich, aus dem Solarstrahlung empfangen werden kann, durch die Verwendung des Konzentra tors von 180° auf 70° eingeschränkt. Damit kann die diffuse Strahlung nur zum Teil genutzt werden. Nachteilig bei diesem Kollektor ist, daß die Fertigung aufgrund der erforderlichen zwei vakuumdichten Glas-Metall-Übergänge aufwendig ist.

Aus DE 43 18 127 A ist ein gattungsgemäßer Röhrenkollektor bekannt, bei dem der Reflektor als reflektierende Schicht auf der Außenseite des Hüllrohres aufgebracht ist. Das Absorberrohr ist als Lamellenrohr, vorzugsweise aus Kupfer, ausgebildet.

Nachteilig hierbei ist, daß aufgrund des Größenverhältnisses Hüllrohr/Absorberrohr die Röhre kontinuierlich der Sonne nachgeführt werden muß, damit nicht nur ein ge ringer Anteil der Solarstrahlung auf den Absorber trifft. Ein Lamellenabsorber hat zwar hervorragende Absorptionseigenschaften, jedoch ist die Emission, auch bei Verwendung einer sehr guten selektiven Beschichtung, sehr hoch, denn der Lamel lenzwischenraum verhält sich wie ein Hohlraumstrahler. Darüber hinaus ist die Aus führung, insbesondere die Glasbearbeitung im Bereich der Anschlüsse, extrem auf wendig. Daß die Verspiegelung sich erfindungsgemäß über mehr als einen halben Umfang erstreckt, ist nicht zweckmäßig, da der Verlust durch die verkleinerte Aper tur immer größer sein wird als die mögliche Wirkungsgradsteigerung.

Besonders nachteilig ist bei allen Kollektoren des Standes der Technik, daß Metall bauteile wie Absorberrohre aus Metall, Wärmeleitbleche und metallische Anschluß rohre nötig sind. Die Metalle haben eine gute Wärmeleitfähigkeit, und sie machen aufwendige Glas-Metall-Durchführungen erforderlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Kollektor zu finden, der die Nachteile des Stan des der Technik überwindet und die Vorteile bekannter Typen vereint und der ein fach und kostengünstig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Röhrenkollektor gemäß Hauptanspruch gelöst.

Der erfindungsgemäße Röhrenkollektor kann eine oder mehrere Röhren aufweisen. Vorzugsweise wird er mehrere nebeneinander in Reihe liegende Röhren aufweisen, die meist gleich bzw. zumindest gleichartig aufgebaut sind.

Im folgenden wird der Aufbau einer solchen Röhre als Bestandteil des erfindungs gemäßen Kollektors und ihre Anbindung an die Anschlußeinrichtungen erläutert. Dabei umschließen die Ausdrücke "Rohr" und "röhrenförmig" alle Hohlformen mit beliebigem Querschnitt. Auch stark abgeflachte Formen sowohl des abdeckenden Rohres, der äußeren Hülle, als auch des Rohres, das das Wärmeträgermedium ent hält, sind darunter erfaßt. Je nach Form und Anordnung von Absorber und Wärme trägerbehältnis ist auch die äußere Hülle entsprechend angepaßt oder stellt sie eine Abdeckung dar, wie sie bei Flachkollektoren üblicherweise verwendet wird.

Das äußere Rohr stellt das für das Sonnenlicht durchlässige Hüllrohr dar. Es besteht aus einem transparenten Material. Es wird zwar im allgemeinen ein Material mit ge ringer Wärmeleitfähigkeit sein, jedoch ist diese Eigenschaft nicht entscheidend, da dieses Rohr sich ja bestimmungsgemäß nicht stark aufheizt. Vorzugsweise besteht das Hüllrohr aus Glas. Bevorzugt ist ein eisenarmes Glas (Kalk-Natron-Glas oder Borosilicatglas) mit hoher solarer Transmission und geringen Herstellkosten, wie es z. B. als Primärpackmittel für pharmazeutische Erzeugnisse verwendet wird. Das Hüll rohr kann auch aus einem transparenten Kunststoff, beispielsweise aus Polyme thylmethacrylat (PMMA), bestehen. Glas weist gegenüber Kunststoff die Vorteile einer höheren Diffusionsfestigkeit und einer höheren UV-Stabilität auf, dagegen ist Kunststoff gegenüber Glas bruchsicherer und einfacher zu handhaben. Das Hüllrohr ist in den meisten Ausführungsformen mit einem Reflektor versehen.

Das innere Rohr besteht aus einem Material mit hoher Temperaturbeständigkeit (bis wenigstens 250°C) und geringer Wärmeleitfähigkeit. Unter Materialien mit einer ge ringen Wärmeleitfähigkeit werden hier Materialien verstanden, die eine spezifische Wärmeleitfähigkeit λ von ≦ 2 W/mK besitzen. Vorzugsweise besteht das innere Rohr aus Glas, vorzugsweise aus Borosilicatglas. Es kann auch aus einem temperatur stabilen Kunststoff bestehen. Es ist mit einem Absorber versehen.

Die Kollektortemperaturen liegen im Normalbetrieb deutlich unter 100°C, der Kollek tor kann jedoch im Stillstand, d. h. wenn ihm keine Energie entnommen wird, eine Temperatur, die sogenannte Leerlauf- oder Stillstandtemperatur, von über 200°C und bis zu 350°C erreichen. Die Leerlauftemperatur ist umso höher, je geringer die Wärmeverluste des Kollektors (k-Wert) sind, und ist eine Kenngröße eines Kollek tors.

Dadurch, daß erfindungsgemäß das innere Rohr sowie, falls vorhanden, das dritte Rohr (s. u.) aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit, insbesondere im Vergleich mit den bisher üblichen Absorberrohrmaterialien wie Kupfer, besteht, werden die hohen Temperaturen, die sich beim Stillstand des Kollektors aufbauen können, nicht an die Anschluß- und Dichteinrichtungen an den Enden des Röhren kollektors weitergeleitet.

Diese Anschluß- und Dichteinrichtungen bestehen erfindungsgemäß zumindest teil weise aus Kunststoff oder Kunststoffverbundwerkstoff. Diese Materialien brauchen nicht die bisher nötige hohe Temperaturbeständigkeit zu besitzen. Dies ist von be sonderer Bedeutung für die Anordnung zur Aufnahme der Rohre, die erfindungsge mäß wenigstens teilweise aus Kunststoff oder Kunststoffverbundwerkstoff bestehen de Sammeleinrichtung, verglichen mit den bisher dort verwendeten gut wärmeleiten den Metallen. So ist es bei der vorliegenden Erfindung erstmals möglich, An schlußeinrichtungen, speziell einen Sammler, aus einem nicht hoch temperaturbe ständigen Material, speziell einem Material, dessen Temperaturbeständigkeit niedri ger als die Stillstandstemperatur des Kollektors ist, zu verwenden. Gleiches gilt für die Dichtungsmaterialien. Beim erfindungsgemäßen Kollektor sind also die Anforde rungen an die Temperaturbeständigkeit der für Anschluß- und Dichteinrichtungen verwendeten Materialien deutlich herabgesetzt, so daß Temperaturbeständigkeiten von bis zu 140°C (Siedetemperatur des Wärmeträgermediums beim Betriebsdruck) völlig ausreichend sind.

Geeignete Kunststoffe oder Kunststoffverbundwerkstoffe sind z. B. Polysulfone, Me laminharze, Polyesterharze oder Polyurethane oder glasfaserverstärkte Polyamide, wie sie auch in Automobilkühlern Verwendung finden.

Natürlich können auch temperaturbeständigere Materialien wie beispielsweise Po lyimide eingesetzt werden.

Kunststoffe zeichnen sich u. a. durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit aus. Bei spielsweise besitzt Polyamid eine spezifische Wärmeleitfähigkeit λ von 0,26 J m^-1 s^-1 K^-1, während dagegen λ für Kupfer 380 J m^-1 s^-1 K^-1 beträgt.

Unter schlecht wärmeleitend, also eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzend, sollen hier Materialien verstanden werden, die eine spezifische Wärmeleitfähigkeit λ ≦ 2 J m^-1 s^-1 K^-1 besitzen. Vorzugsweise wird die Sammeleinrichtung aus einem geeigne ten Material mit einer deutlich geringeren Wärmeleitfähigkeit bestehen.

Die genannten Werkstoffe weisen eine ausreichende Festigkeit, Steifigkeit und Härte auf. Bei dieser Werkstoffwahl ist eine komplexe Gestaltung der Geometrie dieser Anschlußeinrichtung mit ihren Aufnahmemöglichkeiten für die Rohre mit ge ringem Kostenaufwand möglich. Für ihre Fertigung sind verschiedene Verfahren geeignet. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird ein spritzgegossener Kunststoff-Anschlußkasten, beispielsweise aus Polyamid, verwendet. Ein solches Spritzgußteil ist stabil und aufgrund seiner geringen Dichte leicht. Gewicht und Ma terialverbrauch können durch Hohlräume weiter reduziert werden. Aufgrund der ge ringen Wärmeleitfähigkeit des Materials wird eine wärmebrückenfreie Wärmedäm mung des Anschlußkastens erleichtert. Auch treten keine Korrosionsprobleme auf.

Die Rohre des Röhrenkollektors sind in den in der Sammeleinrichtung für sie vorge sehenen Öffnungen eingebracht und mit ihr verklebt. Als Kleber werden gängige Klebstoffe, die eine ausreichende Elastizität, eine Temperaturbeständigkeit bis min destens 140°C sowie eine Beständigkeit gegen Wärmeträgermedien auf Glykolba sis aufweisen, z. B. bestimmte Diketone oder Epoxide, verwendet.

Aufgrund der Verklebung und seiner Stabilität hat der Sammler tragende Funktion. Der Kollektor ist damit selbsttragend. Es ist kein weiterer Rahmen nötig.

Im folgenden werden das äußere und das innere Rohr und ihre bevorzugten Ausfüh rungsformen näher erläutert:

Vorzugsweise weist das Hüllrohr in seinem parallel zur Achse verlaufenden unteren Bereich einen Reflektor auf. Dieser Reflektor kann beispielsweise ein Einschub aus Kunststoff oder Metall, letzteres z. B. gewalzt (Blech), sein, der hoch reflektierend beschichtet ist und der z. B. in Form einer Rinne oder vorzugsweise in Form einer Evolvente ausgebildet und in das Rohr eingelassen ist und mittels Halterungen aus Metall oder Kunststoff befestigt ist.

Vorzugsweise besteht der Reflektor aus einer reflektierenden Schicht, die auf der Außenseite oder, besonders bevorzugt, auf der Innenseite des Hüllrohres aufge bracht ist. Die Schicht besteht beispielsweise aus Aluminium oder, wie bevorzugt, aus Silber. Sie wird beispielsweise durch Aufdampfen oder Sputtern oder vorzugs weise chemisch aufgebracht.

Die reflektierende Beschichtung ist auf dem Hüllrohr über etwa 180° aufgebracht, nämlich genau auf der, parallel zur Längsachse des Rohres, unteren Hälfte des Hüll rohrmantels, also der Mantelhälfte, in die im allgemeinen das Absorberrohr versetzt ist.

Wenn der Reflektor als reflektierende Schicht auf der Außenseite des Hüllrohres ausgebildet ist, ist diese Schicht vorzugsweise, insbesondere, wenn sie aus Silber besteht, mit einer Schutzschicht versehen. Eine solche Schutzschicht besteht bei spielsweise aus Kupfer und kann durch Aufdampfen, Sputtern, vorzugsweise che misch aufgebracht werden. Sie schützt die reflektierende Schicht vor Oxidation.

Die Anordnung des Reflektors auf dem Hüllrohr führt zu einem deutlich höheren op tischen optischen Wirkungsgrad (um 10% herum), als durch einen externen Reflek tor, wie auch der Sydney-Röhrenkollektor einen besitzt, erreicht werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hüllrohr, vorzugsweise auf seiner Au ßenseite, mit einer breitbandigen Entspiegelungsschicht versehen, wodurch der Anteil der durch das Hüllrohr tretenden Strahlung erhöht wird, und zwar von ca. 92% ohne Entspiegelung auf ca. 96-97% mit Entspiegelung. Eine solche Schicht besteht beispielsweise aus einer porösen SiO₂-Schicht, die mit einem Sol-Gel-Verfahren aufgebracht wird.

Das Hüllrohr kann auf seiner Innenseite mit einer lichtdurchlässigen IR-reflek tierenden Schicht versehen sein. Dadurch wird die Rückstrahlung von nicht absor bierter Wärmestrahlung vermindert. Eine solche Schicht führt jedoch auch zu Verlu sten in der Durchlässigkeit, was je nach Schicht in der Summe eine Verschlechte rung des optischen Wirkungsgrades bedeuten kann.

Im Hüllrohr ist parallel zu seiner Achse das innere Rohr mit dem Absorber angeord net, und zwar für den bevorzugten Fall, daß ein Reflektor vorhanden ist, so, daß ein möglichst großer Anteil der am Reflektor reflektierten Strahlung den Absorber er reicht. Der Absorber liegt also im Bereich der maximalen Konzentration der einfal lenden Strahlung. Dazu ist das innere Rohr in den meisten Fällen exzentrisch ange ordnet, und zwar in die untere Hälfte des Hüllrohrmantels versetzt. Verschiedene bevorzugte Ausführungen werden weiter unten diskutiert.

Der Absorber wird vorzugsweise von einer rundum aufgebrachten üblichen selekti ven Absorptionsbeschichtung auf dem inneren Rohr gebildet, die im Wellenlängen bereich von 0,3 µm bis 1,8 µm absorbiert. Ein solches Absorberrohr ist beispielswei se mit chemisch aufgebrachten Schichten wie Schwarzchrom (Absorptionsgrad um 95%, Emissionsgrad um 12%), Schwarznickel (Absorptionsgrad um 97%, Emissi onsgrad 10-20%), oder mit physikalisch durch Aufdampfen oder Sputtern aufge brachten Schichten (z. B. Titanoxinitrid: Absorptionsgrad um 95%, Emissionsgrad 5%) beschichtet. Auch Cermets mit Gradientenstruktur sind geeignet. Physikalisch aufgebrachte Absorberschichten sind wegen ihrer umweltverträglichen Herstellung bevorzugt, dem stehen aber die relativ hohen Investitionen für die Vakuumtechnik gegenüber.

Anstelle einer Absorptionsbeschichtung direkt auf dem inneren Rohr kann der Ab sorber auch ein Absorberblech, beispielsweise aus Kupfer, sein, das in Form einer Finne oder einer Halbfinne um das innere Rohr herum angebracht ist und das au ßen, d. h. auf seinen beiden Außenseiten selektiv beschichtet ist (s. dazu auch Fig. 4). Zur weiteren Verbesserung des optischen Wirkungsgrades kann die Kante der Halbfinne bzw. die sich näher am Hüllrohrrand befindende Kante der Finne in eine etwa im rechten Winkel zur (Halb)Finne verlaufende Fahne übergehen. Die Breite der Fahne sollte etwa ein Viertel des Radius des Hüllrohres nicht überschreiten.

Es können dieselben Beschichtungsmaterialien und -verfahren wie beim direkt be schichteten Rohr Anwendung finden. Das Blech ist mit dem Rohr im allgemeinen mittels eines temperaturstabilen elastischen Klebstoffes verbunden. Vorteilhaft an diesen Ausführungsformen ist, daß ein inneres Rohr mit kleinerem Durchmesser verwendet wird und damit das Volumen des im inneren Rohr befindlichen Wärme trägermediums reduziert wird. Dies führt zu einer geringeren Trägheit des Kollektors. Außerdem wird die Absorberfläche verkleinert und werden damit die thermischen Verluste reduziert. Nachteilig ist der etwas schlechtere Wärmeübergang zwischen Absorber und Wärmeträgermedium.

Selbstverständlich ist das Absorberblech nur im der Strahlung zugänglichen Längs abschnitt des Hüllrohres am inneren Rohr angebracht und leitet daher auch keine Wärme an die Anschlußeinrichtungen weiter, so daß diese auch in dieser Ausfüh rungsform erfindungsgemäß aus einem Material mit niedriger Temperaturbeständig keit bestehen können.

Für den Fall, daß kein Reflektor vorhanden ist, ist der Absorber über das innere Rohr hinaus verlängert. Er ist dazu meist planar oder gebogen ausgebildet. Vor zugsweise ist er so ausgebildet, daß er einen möglichst großen Teil des Hüllrohr durchmessers ausfüllt, also nah an den Hüllrohrrand reicht. Bevorzugt befindet sich das parallele innere Rohr, an dem der Absorber angebracht ist, in der Ebene, die das Hüllrohr in eine untere und eine obere Hälfte teilt, besonders bevorzugt zentriert im Hüllrohr. In bevorzugter Ausführung wird der Absorber von einem Absorberblech gebildet, das den beschriebenen Absorberblechen prinzipiell entspricht und das in Form einer Finne um das innere Rohr herum angebracht ist und auf seiner oberen Außenseite, d. h. der Seite der einfallenden Strahlung, wie oben beschrieben selektiv beschichtet ist. (s. auch Fig. 6). Das Blech ist mit dem inneren Rohr mittels eines flexiblen temperaturstabilen Klebstoffes verbunden. Es ist so ausgerichtet, daß seine Fläche möglichst senkrecht zur einfallenden Strahlung steht. Vorteilhaft ist auch hier wieder, daß der Durchmesser des inneren Rohres sehr klein sein kann.

Das Hüllrohr kann mit einem Gas unter Normaldruck oder Niederdruck, z. B. zwi schen 1 und 500 mbar, gefüllt sein. Zur Verbesserung der Wärmedämmung ist eine Edelgas-Füllung statt einer Füllung mit Luft bevorzugt, beispielsweise Krypton oder Xenon. Bevorzugt ist die Menge des Gases in Bezug auf das Rohrvolumen so ge wählt, daß im Rohr ein Unterdruck herrscht, vorzugsweise ein Druck zwischen 100 mbar und 500 mbar. Dadurch wird die Konvektion des Gases im Hüllrohr unterdrückt und damit die wärmedämmende Wirkung erhöht.

Wenn Hüll- und Absorberrohr aus Glas bestehen, kann das Hüllrohr auch evakuiert sein, bevorzugt auch auf weniger als 10^-3 mbar.

Zur Füllung des Hüllrohres mit Gas wird das Rohr zunächst auf einen Restluftdruck von 1-10 mbar evakuiert. Ein solcher Unterdruck ist leicht erreichbar. Danach wird das Gas bis auf den gewünschten Druck eingelassen. Das Evakuieren und Befüllen erfolgt über eine Kanüle aus gasundurchlässigem Material, z. B. Glas oder vorzugs weise Metall, die nach dem Befüllen verschmolzen bzw. abgequetscht wird.

Zur Erzielung von Drücken von 10^-3 mbar und weniger sind aufwendigere und zeitin tensive Schritte wie Ausheizen und Auspumpen mit hochwertigeren Pumpständen (z. B. Turbomolekularpumpe) nötig. Wenn der Reflektor aus Silber besteht und auf der Innenseite des Hüllrohres aufgebracht ist, sollte die Ausheiztemperatur 200°C nicht überschreiten. Das Vakuum von 10^-3 mbar oder besser wird dann durch eine ausreichende Menge Getter und durch langes Pumpen erreicht. Nach Evakuierung des Hüllrohres wird die Evakuierungsöffnung verschmolzen.

Die Ausführungsform mit hoch evakuiertem Hüllrohr ist speziell für absorptionsbe schichtete Innenrohre geeignet. Die beschriebenen meist mit einem Kleber am inne ren Rohr angebrachten Absorberbleche sind hier weniger geeignet.

In dem bevorzugten Fall, daß die Reflektorschicht im Inneren des Hüllrohres aufge bracht ist, ist sie durch das Vakuum bzw. die Gasfüllung optimal geschützt. Daher sind hier weitere Schutzschichten, wie sie für eine außen liegende Reflektorschicht bekannt sind, nicht nötig.

Bei zylinderförmigen Rohren, also Rohren mit rundem Querschnitt, müssen Hüllrohr und Absorberrohr ein bestimmtes Größenverhältnis zueinander aufweisen, damit ein möglichst großer Anteil der einfallenden Sonnenstrahlen auf den Absorber trifft. Der äußere Durchmesser des Absorberrohrs beträgt etwa 40% bis 60%, vorzugsweise etwa 40% bis etwa 50%, des inneren Durchmessers des beschichteten Hüllrohrs. Wenn der Durchmesser des Absorberrohrs zu gering ist, ist der Akzeptanzwinkel zu gering, und der Kollektor muß den einfallenden Strahlen nachgeführt werden.

Bei den meisten Röhrenkollektoren des Standes der Technik liegt der Röhren durchmesser der Hüllrohre zwischen knapp 50 mm und etwas über 100 mm.

Hier sind Röhrendurchmesser von 30 bis 40 mm bevorzugt, und 50 mm sollten vor zugsweise nicht überschritten werden. Die Druckbeständigkeit des Glasabsorberroh res ist bei kleinerem Durchmesser (< 15 mm) besser, und das Volumen an Wärme trägermedium, das sich im Kollektor befindet, bleibt gering. Das Volumen bezogen auf die Absorberfläche steigt nämlich etwa proportional mit dem Rohrdurchmesser.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weicht das Absorberrohr von der üblichen Zylinderform ab: Es weist keinen runden Querschnitt auf, sondern ist in einer Querschnittsrichtung gestreckt, und zwar bevorzugt so, daß es einen ovalen Querschnitt mit zwei im wesentlichen parallelen Seitenabschnitten, die durch zwei im wesentlichen halbkreisförmige Endabschnitte miteinander verbunden sind, aufweist. Durch diese Form ist das Volumen des Wärmeträgermediums und damit auch die thermische Trägheit des Kollektors reduziert. Außerdem ist die Absorberfläche ver ringert und sind damit auch die thermischen Verluste des Kollektors verringert.

Damit der Anteil der auf den Absorber treffenden Strahlen möglichst groß ist, beträgt die Ausdehnung des Rohres (Außenabmessung) in Richtung der langen der beiden aufeinander senkrecht stehenden Querachsen eines solchen Absorberrohres vor zugsweise zwischen ca. 40% und ca. 50% des Innendurchmessers des Hüllrohres. Die Querachsen sind dabei so definiert, daß die parallelen Seitenabschnitte des Ab sorberrohres senkrecht zur kurzen Querachse und parallel zur langen Querachse verlaufen.

Für die Anordnung dieses Absorberrohres im Hüllrohr, wie beschrieben parallel zu seiner Längsachse und exzentrisch, gibt es verschiedene bevorzugte Lösungen (s. dazu auch Fig. 3):
Zum einen kann das Absorberrohr vollständig in der unteren Mantelhälfte des Hüll rohres angeordnet sein, und zwar so, daß seine lange Querachse senkrecht zu der Ebene, die das Hüllrohr in eine untere Hälfte (mit Reflektor) und eine obere Hälfte (ohne Reflektor) teilt, steht und in der Ebene, die das Hüllrohr in eine linke und eine rechte Hälfte teilt, liegt.

Zum anderen kann die lange Querachse des Absorberrohres in der erstgenannten Ebene liegen, wobei sich das Absorberrohr vollständig in der linken oder der rechten Hälfte des Hüllrohres befindet.

Auch für die Ausführungsform des inneren Rohres mit finnenförmigem oder halbfin nenförmigem Absorberblech sind analog diese zwei Anordnungen im äußeren Rohr bevorzugt. Hier beträgt entsprechend die lange Ausdehnung des Absorberbleches im Querschnitt ca. 40% bis ca. 50% des Innendurchmessers des Hüllrohres. Bei der halbfinnenförmigen Ausführung des Absorberbleches sind das innere Rohr und die Halbfinne derart im Hüllrohr ausgerichtet, daß das Rohr näher an der Längsach se des Hüllrohres angeordnet ist.

Bei den reflektorfreien Ausführungen hat der Absorber im Rohrquerschnitt vorzugs weise eine möglichst große Ausdehnung, also eine Ausdehnung, die fast dem inne ren Durchmesser des äußeren Rohres entspricht.

In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung besitzt das mit einer reflektie renden Beschichtung versehene Hüllrohr nicht die übliche Zylinderform, sondern ist als Evolvente des Absorberrohrs geformt. Diese Form stellt die ideale Konzentrator form für einen zylindrischen Absorber dar (O'Gallagher, J.J., A. Rabl, R. Winston, Solar Energy, 24, 323 (1980). "Absorption Enhancement in Solar Collectors by Mul tiple Reflections"). Hüll- und Absorberrohr haben jedoch im Innern des Hüllrohres keinen direkten Kontakt.

Besteht dagegen der Reflektor aus-einem mit der reflektierenden Beschichtung ver sehenen Einschub im zylindrischen Hüllrohr, so weist vorteilhafterweise dieser Ein schub, beispielsweise ein verspiegeltes Blech, ein evolventenförmiges Profil auf.

Auch bei diesen Ausführungsformen mit evolventenförmigem Reflektor werden Ab sorberrohre mit kleinerem Rohrdurchmesser verwendet als bei der Ausführung, bei der sowohl Hüllrohr als auch Absorberrohr zylindrisch und beschichtet sind.

An wenigstens einem Rohrende des Hüllrohres sind das innere und das äußere Rohr über eine gasdichte Verklebung miteinander verbunden bzw. bei der Ausfüh rung als Vakuumröhrenkollektor vakuumdicht miteinander verschmolzen. Da keines der Rohre aus Metall ist, ist hier keine Glas-Metall-Verbindung nötig, die bei her kömmlichen Vakuumröhrenkollektoren in Bezug auf Dichtigkeit den Schwachpunkt darstellt.

Für die gasdichte Verklebung des inneren Rohres mit dem Hüllrohr sowie für die Befestigung der Rohre an der Sammeleinrichtung sind verschiedene Lösungen möglich:
Die Röhren können einzeln abgepumpt und gasdicht verschlossen werden und dann in die Sammeleinrichtung geklebt werden.

Die Röhren können auch zuerst in die Sammlereinrichtung, die gleichzeitig eine Dichtfunktion übernimmt, eingeklebt werden und dann abgepumpt und befüllt wer den.

Dazu kann die Sammeleinrichtung Gasfüllkanäle enthalten, über die die Hüllrohre evakuiert und mit der Gasfüllung versehen wurden.

Die Sammeleinrichtung kann auch weitere Öffnungen aufweisen: So kann sie Klebe kanäle enthalten, durch die der Klebstoff zur Verklebung der Rohre mit dem Kasten eingebracht werden kann.

Zur Realisierung der gasdichten Verklebung werden gängige Standarddichttechni ken angewandt.

Bei einer bevorzugten Methode wird eine Kappe, die vorzugsweise aus einem Metall mit einem ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie der des verwende ten Glases besteht, z. B. aus Nickel-Eisen-Legierungen, auf das Hüllrohr gebracht und mit einem Klebstoff, der eine geringe Durchlässigkeit für Gase hat, z. B. einem Epoxidharz, oder vorzugsweise einem Glas- oder Metallot gasdicht verbunden. Die Metallkappe enthält nach innen eingezogene Öffnungen für das innere Rohr und eventuell den Evakuierungs- bzw. Befüllstutzen, die auf dieselbe Weise gedichtet werden.

Das innere Rohr wird direkt mit dem Wärmeträgermedium durchströmt. Wärmeleit bleche im Innern des Rohres, wie sie beispielsweise im Sydney-Röhrenkollektor notwendig sind, sind nicht nötig.

Bezüglich der Funktionsweise des inneren Rohres mit Absorber sind mit dem erfin dungsgemäßen Aufbau des Kollektors verschiedene an sich bekannte Varianten des direktdurchströmten Absorbers möglich:

Das innere Rohr kann koaxial volumetrisch durchströmt sein, d. h. in seinem Inneren befindet sich das sogenannte Koaxialrohr oder Wärmezuleitungsrohr, das ebenfalls aus einem temperaturstabilen (bis wenigstens 250°C) Material mit niedriger spezifi scher Wärmeleitfähigkeit (λ ≦ 2 W/mK), vorzugsweise aus Glas, besteht. Hierbei handelt es sich um ein beidseitig offenes Rohr, das durch eines der beiden Rohren den des Rohres mit Absorber in dieses eintritt. Dessen anderes Ende ist geschlos sen (verschmolzen). Durch dieses Wärmezuleitungsrohr wird das Wärmeträgerme dium in das den Absorber aufweisende Rohr gepumpt, wird dort erwärmt und über den Sammler zum Ausgang des Kollektors transportiert, von wo aus es über eine Rohrleitung zum Wärmeaustauscher geleitet wird, wo es die Wärme an den Spei cher abgibt.

Die Anordnung des inneren Rohres im Hüllrohr wird über Abstandshalter gewährlei stet, die aus einem Material mit möglichst geringer Wärmeleitung bestehen, z. B. aus Federstahl oder vorzugsweise aus einem temperaturbeständigen Kunststoff, bei spielsweise aus glasfaserverstärktem Epoxidharz (s. dazu auch Fig. 2). Die Ab standshalter sind so konstruiert, daß Absorberrohr und Hüllrohr bzw. Absorberblech und Hüllrohr nur über eine möglichst kurze Strecke durch das Material direkt ver bunden sind, um die Wärmebrücke zu minimieren. In der Regel wird ein Abstands halter am untereren Ende des inneren Rohres ausreichen.

Das innere Rohr und dann auch das äußere Rohr können aber auch an beiden Sei ten offen sein. Ein drittes Rohr ist hierbei nicht erforderlich. Der Vorlauf befindet sich in einem Sammelkasten am unteren Rohrende, und das innere Rohr wird von unten nach oben durchströmt. An den oberen Rohrenden befindet sich ein Sammelkasten für den Rücklauf. Das innere Rohr ist an beiden Enden mit dem Hüllrohr verbunden, z. B. verklebt; eine Abstützung ist daher nicht mehr nötig. Die beidseitig offene Vari ante ist besonders für die gasbefüllte Ausführung geeignet. Bei ihr werden die Rohre beispielsweise wie oben beschrieben über eine Metallkappe verklebt. Auch die Va kuum-Ausführung ist möglich, z. B. wenn zum Verbinden Glaslote verwendet wer den, da diese ausreichend dicht und ausreichend flexibel sind. Dagegen würden bei miteinander verschmolzenen Rohren aufgrund der Längenausdehnung des inneren Rohres bei hohen Betriebstemperaturen zu hohe Spannungen zwischen den ver schmolzenen Rohren auftreten.

Je nachdem, welche der oben erläuterten Varianten des direktdurchströmten Absor bers vorliegt, unterscheidet sich die Anordnung von Röhren und Anschlußeinrich tungen:
Beim beidseitig offenen inneren Rohr befindet sich an beiden Rohrenden eine Sam meleinrichtung wie beschrieben.

Bei der Variante mit Koaxialrohr befindet sich auf der Seite, auf der das Koaxialrohr in das Rohr mit Absorber eintritt, der beschriebene Sammler, während sich auf der anderen Seite, also auf der Seite, auf der äußeres und inneres Rohr geschlossen sind, eine einfachere Fußbefestigung befinden kann, die aus denselben Materialien wie der Anschlußkasten bestehen kann und die ebenfalls mittels Klebekanälen mit den Hüllrohren verklebt werden kann.

Die Einzelmodule werden durch ein Stecksystem, wie es z. B. aus der Hydraulik be kannt ist, zu einem Kollektor verbunden. Eine typische Größe sind ca. 3-6 m² für ein Einfamilienhaus. Der Kollektor wird von einer Seite vorzugsweise durch flexible Kunststoff- oder Metallrohre mit dem Wärmetauscher verbunden, der sich im unteren Bereich des Solarspeichers befindet.

Im allgemeinen besteht ein Modul aus gleich aufgebauten Röhren. In einer mögli chen Ausführungsform der Erfindung sind verschiedene Module zu einem Röhren kollektor verbunden, d. h. Module, deren Röhren sich im konkreten Aufbau von de nen des benachbarten Moduls unterscheiden. Es kann nämlich insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen sinnvoll sein, die verschiedenen als bevorzugt beschriebe nen Röhren miteinander zu kombinieren. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, Mo dule mit Röhren mit Gasfüllung vor Module mit Vakuumröhren zu schalten. Denn zu einer ersten Erwärmung des Wärmeträgermediums auf noch nicht hohe Temperatu ren können Kollektor-Module mit schlechterem k-Wert ausreichen, wenn anschlie ßend zur Erzeugung hoher Temperaturen hoch effektive Röhren folgen. Entspre chen können auch Röhren mit Absorberrohren mit unterschiedlicher Qualität der Be schichtung und damit unterschiedlichem Herstellungsaufwand und -preis kombiniert werden. Immer werden die verschiedenen Röhren in steigender Effektivität hinter einander geschaltet sein, die "höherwertigen" Röhren werden also den "niederwertigen" Röhren nachgeschaltet sein.

Um die Wärmedämmung des Röhrenkollektors noch weiter zu verbessern, können die Röhren ungefähr mit ihren unteren Hälften, also etwa dem Bereich des Reflek tors, in ein Wärmedämmaterial, z. B. Polyurethanschaum, eingebettet werden. Der Röhrenzwischenraum wird dabei z. B. mit Silikon gegen Regenwasser abgedichtet.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Röhrenkollektor anhand der Zeichnung näher erläutert:

Es zeigen beispielhaft:

Fig. 1a bis 1d Längsschnitte durch einen Röhrenkollektor mit koaxial durch strömtem Absorberrohr (Fig. 1a, 1b) bzw. mit beidseitig offe nem Absorberrohr (Fig. 1c, 1d),

Fig. 2 einen Querschnitt durch Hüll- und Absorberrohr eines Röhren kollektors mit koaxial durchströmtem Absorberrohr,

Fig. 3a und 3b je einen Querschnitt durch eine Röhre von Röhrenkollektoren mit in einer Querschnittsrichtung gestreckten Absorberrohren,

Fig. 4a bis 4d je einen Querschnitt durch eine Röhre von Röhrenkollektoren, deren innere Rohre von einem Absorberblech in Form einer Halbfinne (Fig. 4a, 4b) bzw. einer Finne (Fig. 4c, 4d) umge ben sind,

Fig. 5a und 5b je einen Querschnitt durch eine Röhre von Röhrenkollektoren, deren Reflektor evolventenförmig ausgebildet ist.

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Röhre eines Röhrenkollektors, der keinen Reflektor aufweist.

Im einzelnen:
Die Fig. 1a und 1b zeigen unterschiedliche Teile (Enden) eines Röhrenkollektors mit koaxial durchströmtem Absorberrohr in verschiedenen Längsschnitten durch die Rohre. Fig. 1b zeigt einen gegenüber Fig. 1a um 90° gedrehten Schnitt und stellt den Ausschnitt einer Röhre dar.

Im Hüllrohr 1, das vollständig aus Borosilicatglas besteht und dessen untere Mantel hälfte auf der Rohrinnenseite mit einer Reflektorbeschichtung 2 aus Silber versehen ist, befindet sich in der Mantelhälfte, deren Innenseite mit der Reflektorbeschichtung versehen ist, das Absorberrohr 3, das vollständig aus Borosilicatglas besteht und das von außen rundum mit einer selektiven Absorptionsbeschichtung versehen ist die nicht eingezeichnet ist. Auch die Abstandshalter sind nicht eingezeichnet. Das Volumen 4 des Hüllrohres enthält Xenon. Der Druck im Rohr beträgt ca. 100 mbar. Das Absorberrohr ragt durch ein Rohrende des Hüllrohres in dieses und ist mit ihm durch eine gasdichte Verklebung verbunden (s. Fig. 1a), Das andere Rohrende des Hüllrohres ist geschlossen, wie auch das Rohrende des Absorberrohrs auf jener Seite (s. Fig. 1b). In das in Fig. 1a abgebildete Rohrende des Absorberrohrs ragt das beidseitig offene Koaxial- oder Wärmezuleitungsrohr 5 aus Borosilicatglas. Es befindet sich parallel (koaxial) und zentriert in ihm. In der Sammeleinrichtung 6 (Fig. 1a), einem spritzgegossenen Anschlußkasten aus Polyamid, stecken die ei nen Enden der drei Rohre, während das andere Rohrende des Hüllrohres an der Fußbefestigung 7 (Fig. 1b), ebenfalls aus Polyamid und im Spritzgußverfahren hergestellt, befestigt ist. Über die langen Klebestellen 8, die über die Klebekanäle 9 erzeugt wurden, ist die Verbindung gewährleistet. So ist der Kollektor selbsttragend. Für den abgeklemmten bzw. abgeschmolzenen Evakuierungsstutzen 10a ist eine Aussparung 10b im Anschlußkasten enthalten. Das Wärmeträgermedium 11 fließt vom Kaltwasserbereich 12 des Sammlers 6 durch das Koaxialrohr 5 in das Absor berrohr 3, wird dort erwärmt und strömt in den Warmwasserbereich 13 des Samm lers. Die Strömungsrichtung ist durch Pfeile dargestellt.

Die Fig. 1c und 1d zeigen die beiden Enden eines Röhrenkollektors mit beidsei tig offenem Absorberrohr im selben Längsschnitt durch die Rohre.

Auch hier ist das Absorberrohr 3 exzentrisch und parallel im mit der Beschichtung 2 versehenen Hüllrohr 1 angeordnet. Im Unterschied zum koaxial durchströmten Sy stem (s. Fig. 1a, 1b) befindet sich an beiden Enden eine Sammeleinrichtung 6 aus Polyamid mit je einem Sammelkanal 12, 13, und zwar am unteren Ende (Fig. 1d) für den Kaltwasservorlauf 12 und am oberen Ende (Fig. 1c) für den Warmwas serrücklauf 13. Das innere Rohr 3 ist mit dem äußeren Rohr 1 an beiden Seiten mit jeweils einer Metallkappe 17 gasdicht verklebt. Auf einer Seite (Fig. 1c) befindet sich der Evakuierungsstutzen 10a in der Aussparung 10b. Die Anbindung des Ab sorberrohres 3 an beiden Enden erfolgt hier aufgrund der Längenausdehnung des Absorberrohres vorteilhafterweise durch O-Ringe 18.

Fig. 2 zeigt für einen Röhrenkollektor mit koaxial durchströmtem Absorberrohr das Hüllrohr 1 und in ihm das Absorberrohr 3 im Querschnitt. Die jeweiligen Beschich tungen sind nicht eingezeichnet. Die Anordnung des Absorberrohrs im Hüllrohr, nämlich parallel und exzentrisch, und zwar in die untere Hüllrohrhälfte versetzt, wird durch die Abstandshalter 14a und 14b gewährleistet. Sie bestehen aus glasfaser verstärktem Epoxidharz und befinden sich am unteren Ende des Absorberrohrs. Ab standshalter sind nur bei Kollektor-Ausführungen mit koaxial durchströmtem Absor berrohr nötig. Bei Ausführungen mit beidseitig durchströmtem Absorberrohr ist die stabile Lage des Absorberrohrs allein durch seine Verbindung mit dem Hüllrohr an seinen beiden Enden gewährleistet.

Die Fig. 3a und 3b zeigen im Querschnitt bevorzugte Anordnungen eines in ei ner Querschnittsrichtung gestreckten Absorberrohrs 3 im zylinderförmigen Hüllrohr 1, das innenseitig auf seiner unteren Mantelhälfte mit einer reflektierenden Be schichtung 2 versehen ist. Die auf dem Absorberrohr rundum aufgebrachte Absorp tionsbeschichtung ist nicht eingezeichnet. Das Absorberrohr weist einen ovalen Querschnitt mit zwei parallelen Seitenabschnitten auf, die durch zwei im wesentli chen halbkreisförmige Endabschnitte miteinander verbunden sind. Die Ausdehnung des Absorberrohrs in Richtung seiner langen Querachse 3a beträgt ca. 43% des Innendurchmessers des Hüllrohres.

In Fig. 3a ist das Absorberrohr 3 vollständig in der unteren Mantelhälfte des Hüll rohres angeordnet, und seine lange Querachse 3a steht senkrecht zum Scheitel punkt der Wölbung der parabolischen Reflektorschicht.

In Fig. 3b liegt die lange Querachse 3a des Absorberrohres 3 in der Ebene, die das Hüllrohr in eine untere und obere Mantelhälfte teilt. Das Absorberrohr ist dabei voll ständig in eine der Hälften versetzt, die durch die senkrecht sowohl zur beschriebe nen Ebene als auch zur Querschnittsebene stehende dritte Ebene gebildet werden.

Durch beide Anordnungen wird erreicht, daß möglichst viele der nicht direkt auf den Absorber, sondern auf den Reflektor treffenden Strahlen auf den Absorber umgelei tet werden.

Die Fig. 4a und 4b zeigen im Querschnitt bevorzugte Anordnungen eines zylin derförmigen inneren Rohres 3, dessen Absorber aus einem ihn umgebenden Absor berblech 15 aus Kupfer besteht, im Hüllrohr 1, das innenseitig auf seiner unteren Mantelhälfte mit einer reflektierenden Beschichtung 2 versehen ist. Das Absorber blech 15 hat die Form einer Halbfinne und ist auf seinen beiden Außenseiten mit einer nicht eingezeichneten selektiven Absorptionsbeschichtung versehen. Das Ab sorberblech ist mittels eines temperaturstabilen Silikonklebers mit dem inneren Rohr verbunden. Die Halbfinne überspannt etwa den halben inneren Hüllrohrdurchmesser und weist zusätzlich eine im rechten Winkel abgeknickte Fortsetzung 15a auf.

Die in den Fig. 4a und 4b dargestellten Anordnungen entsprechen prinzipiell denen des Absorberrohrs mit ovalem Querschnitt aus Fig. 3. Dabei ist die Ausrich tung von innerem Rohr und Absorberblech derart, daß das Rohr sich näher am Zen trum des Querschnittes des äußeren Rohres befindet.

Die Fig. 4c und 4d zeigen zu den Fig. 4a und 4b analoge Anordnungen, bei denen das beschichtete Absorberblech 15 die Form einer Finne hat. Auch hier ent sprechen die Anordnungen des inneren Rohres mit Absorberblech im Hüllrohr den beiden Anordnungen aus Fig. 3. Die Finne überspannt etwa den halben inneren Hüllrohrdurchmesser. Wie die Halbfinnenausdehnung in den Fig. 4a und 4b be trägt hier auch die Finnenausdehnung im Querschnitt etwa das Doppelte des Durchmessers des inneren Rohres.

Fig. 5a zeigt im Querschnitt das Hüllrohr 1, das in seiner unteren Hälfte evolven tenförmig ausgebildet ist und das auf dieser unteren Mantelhälfte innenseitig mit der reflektierenden Beschichtung 2 versehen ist. In ihm und parallel zu ihm befindet sich exzentrisch, nämlich in diese Hälfte versetzt, das rundum beschichtete Absorberrohr 3, dessen Beschichtung nicht eingezeichnet ist.

Fig. 5b zeigt im Querschnitt das Hüllrohr 1, dessen Reflektor als evolventenförmi ger Einschub 16 aus einem hoch reflektierend beschichteten Metall ausgebildet ist. Durch seine Anordnung im unteren Bereich des Hüllrohres deutlich beabstandet vom unteren Hüllrohrrand ergibt sich, daß das Absorberrohr 3 (Beschichtung wie derum nicht eingezeichnet) sich zentriert im Hüllrohr befindet.

Fig. 6 zeigt im Querschnitt eine bevorzugte Anordnung eines inneren Rohres 3 in einem Hüllrohr 1, das keinen Reflektor aufweist. Das innere Rohr befindet sich zen triert im Hüllrohr und ist von einem Absorberblech 15 umgeben, das die Form einer Finne aufweist und auf seiner oberen Außenseite, d. h. der Seite, auf die die Strah lung einfällt, mit einer nicht eingezeichneten selektiven Absorptionsbeschichtung versehen ist. Das Absorberblech ist mittels eines temperaturstabilen Silikonklebers mit dem inneren Rohr verbunden. Die Finne überspannt fast den inneren Hüllrohr durchmesser.

Der erfindungsgemäße Röhrenkollektor vereint eine Fülle von Vorteilen in sich:

- Das innere Rohr sowie, falls vorhanden, das dritte Rohr bestehen vollständig aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise aus Glas:
Die Anschlußeinrichtungen können aus Kunststoff sein. Ein Sammler aus Kunststoff hat ein geringes Gewicht und ist im Spritzgußverfahren einfach und preiswert herzustellen, verglichen mit zusammengelöteten und verschraubten Kupferrohren, und wirft im Gegensatz zu Aluminium keine Korrosionsproble me auf. Seine geringe Wärmeleitfähigkeit erleichtert eine wärmebrückenfreie Wärmedämmung des Sammlers wesentlich.
Es sind keine Glas-Metall-Durchführungen nötig, d. h. die Abdichtung ist er leichtert.
Der Absorber aus Glas weist gegenüber Kupfer einen Kosten- und einen Gewichtsvorteil auf.
- Die Konstruktion des Kollektors ist selbsttragend, d. h. es ist kein Rahmen erfor derlich.
- In bevorzugter Ausführung trägt das Hüllrohr innen die Reflektorschicht:
Der Reflektor auf dem Hüllrohr bedeutet einen deutlich höheren Wirkungs grad als ein externer Reflektor wie beispielsweise beim Sydney-Kollektor.
Dadurch, daß der Reflektor auf der Innenseite des Hüllrohres aufgebracht ist ist die Reflektorschicht durch die Gasfüllung oder durch das Vakuum ge schützt. Dies erhöht die Lebensdauer des Kollektors und erspart zusätzliche Schutzschichten.
- Durch das gewählte Verhältnis des Durchmessers des Hüllrohres zum Durchmes ser des Absorberrohres muß der Kollektor nicht nachgeführt werden, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen.
- Der Röhrenkollektor kann modular verwendet und daher flexibel an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden. Er ist mit kleinen Modulen von unterschiedlicher Größe und ggf. unterschiedlichem Aufbau und mit unterschiedlicher Röhrenzahl in einem Stecksystem beliebig erweiterbar und an die jeweiligen Gebäude an paßbar. Damit ist er als architektonisches Gestaltungselement in verschiedenen Anordnungen einsetzbar.
- Die vorzugsweise verwendeten kleinen Rohrdurchmesser bringen zusätzlich fol gende Vorteile: Die Produktionskosten sind bei kleinen Rohrdurchmessern deut lich geringer. Die Einbautiefe des Kollektors verringert sich, und die kleinen Röh ren geben ein homogeneres Bild als dicke Röhren.

Claims

1. Röhrenkollektor, bestehend aus wenigstens einem für das Sonnenlicht durch lässigen äußeren Rohr (Hüllrohr) und einem parallel zu und innerhalb jedes Hüllrohres angeordneten inneren Rohr, das mit einem im Wellenlängenbe reich von 0,3 µm bis 1,8 µm absorbierenden Absorber versehen ist, sowie an den Enden des Röhrenkollektors angeordneten üblichen Anschluß- und Dichteinrichtungen, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens das innere Rohr aus einem Material mit geringer Wärmeleit fähigkeit besteht
und daß die Anschluß- und Dichteinrichtungen wenigstens teilweise, davon wenigstens die Sammeleinrichtung zumindest teilweise, aus Kunststoff oder Kunststoffverbundwerkstoffen bestehen.

2. Röhrenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Kunststoffe oder Kunststoffverbundwerkstoffe, aus denen die Anschluß- und Dichteinrichtungen wenigstens teilweise bestehen, eine Temperaturbeständigkeit, die niedriger als die Stillstandstemperatur des Kol lektors ist, aufweisen.

3. Röhrenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr aus Glas besteht.

4. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohr aus Glas besteht.

5. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohr in seinem parallel zur Achse verlaufenden unteren Be reich mit einem Reflektor versehen ist.

6. Röhrenkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor als reflektierende Schicht auf der Innenseite des äußeren Rohres ausgebildet ist.

7. Röhrenkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor als reflektierende Schicht auf der Außenseite des äußeren Rohres ausgebildet ist.

8. Röhrenkollektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Schicht mit einer Schutzschicht versehen ist.

9. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Schicht aus Silber besteht.

10. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohr mit einer Entspiegelungsschicht versehen ist.

11. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im äußeren Rohr ein Druck von 100 mbar bis 500 mbar herrscht.

12. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohr mit Edelgas, vorzugsweise mit Xenon oder Krypton, gefüllt ist.

13. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere und das innere Rohr aus Glas sind und im äußeren Rohr ein Druck von weniger als 10^-3 mbar herrscht.

14. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des inneren Rohres mit rundem Querschnitt zwi schen ca. 40% und ca. 50% des Innendurchmessers des äußeren Rohres mit rundem Querschnitt beträgt.

15. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung des inneren Rohres mit einem ovalen Querschnitt mit zwei im wesentlichen parallelen Seitenabschnitten, die durch zwei im wesent lichen halbkreisförmige Endabschnitte miteinander verbunden sind, in Rich tung der langen Querachse (3a) zwischen ca. 40% und ca. 50% des Innen durchmessers des äußeren Rohres mit rundem Querschnitt beträgt.

16. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einer reflektierenden Schicht versehene äußere Rohr als Evol vente des inneren Rohres ausgebildet ist.

17. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr mit einer Absorptionsbeschichtung versehen ist.

18. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß um das innere Rohr ein auf seinen Außenseiten selektiv beschichtetes Absorberblech (15) in Form einer Halbfinne oder einer Finne angebracht ist.

19. Röhrenkollektor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorberblech (15) im Querschnitt eine Längsausdehnung zwischen ca. 40% und ca. 50% des Innendurchmessers des Hüllrohres mit rundem Querschnitt aufweist.

20. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, 10 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber als ein um das innere Rohr angebrachtes Absorberblech in Form einer Finne, die auf der Seite der einfallenden Strahlung mit einer Ab sorptionsbeschichtung versehen ist, ausgebildet ist.

21. Röhrenkollektor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorberblech im Querschnitt eine Längsausdehnung hat, die nur geringfügig kleiner als der innere Durchmesser des äußeren Rohres ist.

22. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsbeschichtung aus einer selektiven Absorberschicht aus Schwarzchrom, Schwarznickel oder Titanoxinitrid oder einem Cermet mit Gra dientenstruktur besteht.

23. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß sich im inneren Rohr ein weiteres Rohr aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit befindet, das den Wärmeträger transportiert (Wärmezulei tungsrohr).

24. Röhrenkollektor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß er aus wenigstens zwei unterschiedlichen Röhren bzw. Röhrenmodulen besteht, die in steigender Effektivität hintereinander geschaltet sind.