DE19824027A1 - Flüssigkeitskollektor mit Grenzschichtabsaugung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Sonnenkollektoren mit einer Flüssigkeit (im Text auch als Flüssigkeitskollektoren bezeichnet), vorzugsweise Wasser als Wärmeträger­ medium, insbesondere zur Verwendung bei der Wärmeversorgung von Gebäuden, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.

Flüssigkeitskollektoren wandeln Sonnenenergie in Wärme um. Die Wärme wird da­ bei vorzugsweise mit einem Transportmedium, meistens Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und Glykol, vom Kollektor in einen Speicher transportiert.

Der Güte eines Kollektors wird bestimmt durch einen möglichst geringen Wärme­ übergang vom Absorber zur Umgebung. Der Wärmeübergang wird im wesentlichen bestimmt durch Wärmestrahlung, Wärmeleitung und Konvektion vom Absorber zur Glasscheibe. Die Wärmestrahlung läßt sich durch selektive Absorberschichten we­ sentlich reduzieren. Selektive Absorberschichten werden bei Kollektoren häufig eingesetzt. Es sind Schichten, die im sichtbaren Bereich schwarz sind, also Son­ nenstrahlung sehr gut absorbieren und im Infrarotbereich gut reflektieren, also Wärmestrahlung vermindert aufnehmen und abgeben.

Eine wesentliche Reduktion von unerwünschter Leitung und Konvektion vom Ab­ sorber zur Glasscheibe gelingt durch eine Evakuierung des Kollektors, zum Beispiel in sog. Vakuumröhrenkollektoren. Die Vakuumtechnik ist jedoch teuer und die Pro­ bleme der Dichtheit und der Wärmebrücken an der Durchführung der Flüssigkeits­ rohre sind noch nicht in befriedigender Weise gelöst.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Flüssigkeitskollektor zu schaffen, der konvekti­ ve Verluste und Verluste durch Wärmeleitung vom Absorber zur Glasscheibe redu­ ziert.

Dies wird erreicht, indem die heiße Grenzschicht am Absorber abgesogen und vor Erreichen der Glasscheibe abgekühlt wird. Die Abkühlung erfolgt an Kühlflächen (Kühler), die thermisch mit der kühlen Flüssigkeit am Flüssigkeitseintritt des Kol­ lektors verbunden sind. Durch eine geschickte Anordnung von Absorber und Kühler kann die erwünschte Luftzirkulation eventuell selbsttätig unter Nutzung des thermo­ siphonischen Effektes erfolgen. Durch die genannten Maßnahmen wird die Ausbil­ dung einer Konvektionswalze im Spalt zwischen Absorber und transparenter Ab­ deckung, vorzugsweise eine Glasscheibe, vermieden.

Durch die Vermeidung von Konvektion vom Absorber zur transparenten Abdeckung und durch die Verwendung selektiver Absorberschichten sind, im Vergleich zu übli­ chen Flüssigkeitskollektoren, ungewöhnlich hohe Wirkungsgrade, bei vergleichs­ weise geringem finanziellen und materiellen Aufwand erreichbar.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Flüssigkeitskollektoren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen dargestellt.

Gemäß der Erfindung wird die vom Kollektor erwärmte Luft abgesogen und nach dem Durchlaufen eines Luftkühlers dem Luftspalt zwischen Verglasung und Absor­ ber zugeführt. Dadurch wird Konvektion vom Absorber zur transparenten Abdeckung verringert.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Kaltwasserverteilungsleitung im Kollektor als Rippenrohr ausgeführt und so angeordnet, daß heiße Luft vom Be­ reich hinter dem Absorber durch den Luftkühler tritt, sich dort abkühlt und in den Bereich vor den Absorber gelangt. Dieses ist die einfachste Ausführung eines hocheffizienten Flüssigkeitskollektors mit Absaugung der heißen Grenzschicht.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird der Absorber gelocht oder geschlitzt ausgeführt. Die Lochung oder Schlitzung begünstigt die Absaugung der heißen Grenzschicht. Bei geeignetem Lochmuster und Durchströmung kann direkte Konvektion und Wärmeleitung vom Absorber zur transparenten Abdeckung vollständig verhindert werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Lochung des Absorbers im wärmeren Bereich des Absorbers mit einem größeren Lochanteil ausgeführt. Diese Maßnahme verbessert die Absaugung der heißen Luft.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Kaltwasserzulauf im oberen Bereich des Kollektors angeordnet. Dadurch kann im Luftkreislauf der ther­ mosiphonische Effekt zur Erzeugung der erforderlichen Luftströmung im Kollektor genutzt werden: Die heiße Luftsäule hinter dem Absorber wird durch den Auftrieb gegenüber der kälteren Luftsäule vor dem Absorber nach oben und somit durch den Luftkühler gedrängt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Kollektor ein Ventilator angeordnet, der die Luftströmung und dadurch die Grenzschichtabsaugung künst­ lich herbeiführen oder die selbsttätige Luftströmung unterstützen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiel dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Schnittbild durch einen erfindungsgemäßen Kollektor. Gemäß der Erfindung besteht ein Flüssigkeitskollektor im wesentlichen aus einer ebenen Glas­ scheibe 1, einem im wesentlichen ebenen und gelochtem oder geschlitztem Absor­ ber 2, der auf der durch die Sonne bestrahlten Seite selektiv beschichtet ist, dem Kühler 3 und einem geschlossenen Luftkreislauf im Kollektor bestehend aus Luftspalt mit heißer Luft 4 und Luftspalt mit abgekühlter Luft 6. Die Luft erwärmt sich am Absorber 2 und tritt durch die Lochung am Absorber aus dem Zwischen­ raum zwischen Absorber 2 und Glasscheibe 1 aus. Dadurch gelangt keine heiße Luft aus der Nähe der Absorberoberfläche in die Nähe der Verglasung 1. Das be­ deutet, daß keine Konvektion oder Wärmeleitung vom Absorber 2 zur Glasscheibe 1 stattfindet. Die heiße Luft 4 steigt hinter dem Absorber nach oben und durch­ strömt den Kühler 3. Danach strömt die abgekühlte Luft 6 in den Luftspalt zwischen Absorber 2 und Glasscheibe 1. Der Kühler 3 kann zum Beispiel aus Rippen beste­ hen, welche an der Kaltwasserverteilungsleitung 7 des Kollektors befestigt sind. In Fig. 1 sind weiterhin zu sehen: Kaltwasserzulauf 8, Absorberleitung 9, Heißwasser­ sammelleitung 10, Heißwasserleitung 11, Kollektorrahmen 12 und Kollektordäm­ mung 13.

Claims (6)

1. Aufbau und Funktion eines Flüssigkeitkollektors zur Nutzung von Sonnenenergie, von außen nach innen schichtweise bestehend aus: transparenter Abdeckung (1), Luftspalt mit abgekühlter Luft (6), Absorber (2), Luftspalt mit heißer Luft (4), Kollektor­ dämmung (13), dadurch gekennzeichnet, daß heiße Luft (4) vom Bereich hinter dem Absorber (2) durch einen Luftkühler (3) geleitet und dort abgekühlt wird und dann in den Luftspalt zwischen Verglasung (1) und Absorber (2) gelangt.

2. Flüssigkeitskollektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkühler (3) aus Rippen besteht, welche an der Kaltwasserverteilungsleitung (7) im Kollektor befestigt sind.

3. Flüssigkeitskollektor (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (2) gelocht oder geschlitzt ausgeführt ist.

4. Flüssigkeitskollektor (1) gemäß Anspruch 1 oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochung des Absorbers (2) im wärmeren Bereich des Kollektors mit höherem Lochanteil ausgeführt ist.

5. Flüssigkeitskollektor (1) gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kaltwasserzulauf (8) und der Luftkühler (3) im oberen Bereich des Kollektors befindet.

6. Flüssigkeitskollektor (1) gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzirkulation im Kollektor durch einen Ventilator hervorgerufen oder unter­ stützt wird.