DE2548619A1 - Absorber-element fuer solar-kollektoren - Google Patents

Description

• Absorber-Element
• für Solar-Kollektoren Die Erfindung betrifft ein Absorber-Element f;jr Solar-Kollektoren. Die Absorber-Elemente von Solar-Kollektoren haben die Aufgabe, möglichst viel Sonnen-Energie einzufangen und für die Erwärmung einer das Absorber-Element durchströmenden Flüssigkeit nutzbar zu machen. Zum Erreichen eines hohen Wirkungsgrades ist es hierbei erforderlich, daß ein möglichst großer Teil der angestrahlten Fläche von der Flüssigkeit in gleichmäßigem Strom durchflossen wird. Der ideale Fall wäre der, daß eine dünne Flüssigkeitsschicht sich ständig in einem über die ganze Breite des Absorbers sich erstrecken Bett gleichmäßig von einem zum anderen Ende bewegt. Da die Realisierung dieses Gedankens nur mit einem erheblichen technischen Aufwand möglich ist, schickt man in der Praxis den Flüssigkeitsstrom durch eine größere Zahl flacher Röhren, die sich vom Mintritts-Ende parallel zu einander nach dem Austritts-Ende erstrecken. Verwendet alle als Werkstoff für den Absorber ein die Wärme gut leitendes Metall, z.B. Aluminium, so werden auch die zwischen den Röhren liegenden Teile durch die eingestrahlte Sonnen-Energie aufgeheizt und geben ihre Wärme an die Rohre und durch diese an die sie durchfließende Flüssigkeit ab. Voraussetzung für eine gute Ausnutzung der gesamten bestrahlten Fläche ist jedoch, daß alle Röhren annähernd gleichmäßig von der Elüssigkeit durchströmt werden.
• Um eine gleichmäßige Verteilung der zu erwärmenden Flüssigkeit über die ganze Breite des Absorber-Elements zu erreichen, wird bei einer bekannten und seither viel benutzten Konstruktion am Anfang und am Ende des Strömungsweges ein Verteilerrohr von etwas größerem Durchmesser eingebaut, das sich quer zur allgemeinen Strömungsrichtung über die ganze Breite des Absorber-Elements erstreckt, und beide Verteilerrohre werden durch eine größere Zahl etwas engerer Röhren, die parallel zu einander in Länsrichtung verlaufen, miteinander verbunden. Die kalte Flüssigkeit wird dabei in der Mitte des Verteilerrohres zugeführt und die erwärmte Flüssigkeit in der Mitte des Sammlerrohres abgeführt. Bei einer Überprüfung dieser Absorber-Elemente in strömungstechnischer Hinsicht hat sich nun herausgestellt, daß insbesondere die außen liegenden Rohrgruppen entweder überhaupt nicht oder mindestens in ungenügender Weise von der Flüssigkeit durchströmt werden.
• Aus diesem Grund ist von anderer Seite bereits vorgeschlagen worden, die Zufluß-Stutzen und die Abdluß-Stutzen an zwei einander diagonal gegenüber liegenden Ecken des Absorbers anzuordnen. Aber auch hier erhält man, selbst wenn das Verteiler-Rohr und das Sammler-Rohr vom Zufluß- bzw. Abfluß-Stutzen aus schräg nach innen zu verlaufen, keine gleichmäßige Strömung in allen Absorber-Rohren. Waren es beim vorher besprochenen Beispiel die äußeren Rohre, so sind es jetzt die inneren Rohre, die vom Flüssigkeitsstrom nicht voll erfaßt werden.
• In beiden Fällen wird somit nur ein Bruchteil der insgesamt zur Verfügung stehenden Fläche tatsächlich zur Übertragung der eingestrahlten Sonnen-Energie an die Flüssigkeit ausgenutzt. Der Wirkungsgrad solcher Geräte ist dane uiieiiedigend.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den Eintritts-Stutzen und den Austritts-Stutzen verbindenden, zur Wärmeübertragung dienenden Rohre so zu bemessen und so zu gestalten, daß in allen Rohren von der Verbindung mit dem Eintritts-Stutzen bis zur Einmündung in den Austritts-Stutzen eine mindestens annähernd gleiche Strömung auftritt.
• Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Verbindungs-Röhren zwischen Verteiler und sammler so bemessen und gestaltet werden, daß der vom Austritt aus dem Verteiler bis zum Eintritt in den Sammler insgesamt auftretende Strömungs-Widerstand bei allen Röhren annähernd den gleichen wqert annimmt.
• Der Erfindungs-Gedanke läßt sich auf verschiedene Weise in die Praxis umsetzen. So könnte man beispielsweise in die einzelnen Röhren zusätzliche Widerstände einsetzen, die den bereits vorhandenen Widerstand auf einen allen Röhren gleichen Widerstand heraufsetzen. Diese Lösung ist indessen mit erhöhten Kosten verbunden und wenig befriedigend.
• Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird der Absorber so gestaltet, daß alle Röhren von dem Anschluß an den Verteiler bis zur Einmündung in den Sammler annähernd die gleiche Länge haben.
• Der Querschnitt der Röhren bleibt in diesem Falle über die ganze Länge gleich. Besondere Einbauten zur Erhöhung des Strömungs-Widerstandes entfallen. Durch Versuche wurde festgestellt, daß man auf diesem Weg eine annähernd gleichmäßige Durchströmung aller Röhren erreichen kann.
• Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die bei den inneren Röhren in steigendem Maß notwendig werdenden Verlängerungen in die Verteiler-Zone und in die Sammler-Zone zu verlegen. Dadurch wird es möglich, dieselben Verteiler-Systeme bei bxx Absorber-Elementen von gleicher Breite, aber verschiedener Länge zu verwenden. Es ist lediglich erforderlich, die Mittelteile, in denen die Röhren gerade verlaufen, auszuwechseln.
• Bei der weiteren Entwicklung der Erfindung hat sich als besonders günstig eine Form erwiesen, bei der, mit Ausnahme der ganz außen liegenden Absorber-Röhren, welche zunächst annähernd parallel zur Vorderkante des Absorber-Elements nach außen geführt sind, dann etwa parallel zur Seitenkante nach hinten verlaufen und vor der Einmündung in den Sammler wiederum parallel zur hinteren Kante nach innen geführt sind, alle Röhren vor ihrem Übergang in die Längsrichtung eine U-förmige Schleife beschreiben, deren vorderer und seitlicher Teil annähernd parallel zu den äußeren Röhren verläuft, während die hinteren Schenkel der Schleifen etwa parallel zu einander nach innen führen,und daß Länge und Abstand beider U-Schenkel so bemessen sind, daß die Schleifen teilweise ineinander gelegt werden können. Die Zusammenführung der Absorber-Röhren erfolgt hierbei in analoger Weise.
• Durch diese Bauart wird es möglich, die Rohrverlängerungen auf eine, in Hauptströmungsrichtung gesehen, kurze Zone zu beschränken. Das hat den Vorteil, daß die durch die vielen Umleitungen etwas unruhig gewordene Strömung sich rasch beruhigen und den größten Teil des Weges in ruhigem, gleichmäßigem Strom zurücklegen kann.
• Die Konstruktion kann noch etwas vereinfacht werden, wenn man je zwei Röhren vor ihrem Eintritt in die Verteiler-Zone zu einem Paar zusammenfaßt und jedes Paar durch ein Rohr mit etwas größerem Querschnitt- an den Verteiler anschließt. In gleicher Weise wird jedes Paar am tt Abfluß-Ende durch ein Rohr größeren Querschnitts an den Sammler angeschlossen.
• Beim Zusammenbau von Solar-Kollektoren hat sich weiterhin herausgestellt, daß die Zu- und Ableitung der Flüssigkeit in der Ebene, in der die Absorber-Röhren liegen, auf Schwierigkeiten stößt. Es wird deshalb weiterhin vorgeschlagen, die Anschlußstutzen für die Zu- und Ableitungen der Flüssigkeit senkrecht zur Ebene der Absorberröhren anzuordnen. Es ergibt sich hierdurch die weitere Möglichkeit, schon am beginn der Strömungswege eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf die vom Verteiler abgehenden Röhren zu unterstützen.
• Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Absorber-Element besteht im wesentlichen aus 16 in Längsrichtung des Elements verlaufenden, parallelen Absorber-Röhren 1 bis 8 und 11 bis 18. Diese Röhren sind paarweise 1/11, 2/12 usw. zusammengefaßt, an beiden Enden zu einem Halbkreis zusammengebogen und miteinander verschweißt oder verlötet. Jeweils in der Mitte des Bogens ist jedes Rohrpaar am Eintritts-Ende an ein Verteilerrohr, z.B. das Rohrpaar 1/11 an das Verteilerrohr 21, das Rorpaar 2/12 an das Verteilerrohr 22 usw. und am Austritts-Ende an ein Sammlerrohr,z.B. das Rohrpaar 1/11 an das Rohr 31, das Rohrpaar 2/12 an das Rohr 32 usw., angeschlossen. Es gibt somit am Eintritts-Ende 8 Verteilerrohre, die mit 21 bis 28 bezeichnet sind, und am Austritts-Ende 8 Sammlerrohre,die mit 31 bis 38 bezeichnet sind.
• Die Verteilerrohre sind an ihren Enden an einen Verteiler 9, die Sammlerrohre an einen Sammler 10 angeschlossen. Mit Ausnahme der äußeren Verteilerrohre 21 und 28,.deren parallel zu den Absorber-Röhren laufender Teil nur eine geringe Versetzung nach außen aufweist, um am Ende in eine mit geringer Schräge gegen die Vorderkante des Absorber-Elements verlaufende Richtung überzugehen, beschreiben samtliche Rohre am vorderen Ende eine U-Förmige Schleife, deren vorderer Schenkel etwa parallel zu dem der Außenrohre in den Verteiler geführt ist. Die Schleifen werden von außen nach innen, also von Rohr 22 bis Rohr 24 und von Rohr 27 bis Rohr 25 immer enger, sodaß sie ineinander ;gelegt werden können. In gleicher Weise ist bei den Sammelrohren 32 bis 37 verfahren. Die Sammelrohre münden in einen Sammler, der mit 10 bezeichnet ist.
• Der Zufluß der zu erwärmenden Flüssigkeit zum Verteiler erfolgt über einen Eintritts-Stutzen 19, der Abfluß aus dem Sammler über einen Abfluß-Stutzen 20. Beide Stutzen liegen nicht in der Ebene der Absorber-Röhren, sondern stehen senkrecht zu dieser Ebene.
• Durch diese Maßnahme wird der Anschluß an die Zu- und Ableitungen für die zu erwärmende Flüssigkeit erleichtert.
• L e e r s e i t e

Claims (6)

1. Patentansprüche 1. Absorber-Element für Solar-Kollektoren, dadurch gekennzeichnest, daß die Strömungswege für die zu erhitzende Flüssigkeit so gestaltet sind, daß in allen, jeweils über die Gesamtlänge gemessen, annähernd der gleiche Strömungswiderstand herrscht.
2. 2. Absorber-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Strömungswege, jeweils vom Verteiler-Stutzen (9) bis zum Sammler-Stutzen (10) gemessen, annähernd die gleiche Länge haben.
3. 3. Absorber-Element nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungen der inneren Kanal-Stränge in die Verteilerköpfe am Eintritts-Ende und am Austritts-Ende verlegt sind, während die Kanäle im Mittelteil des Absorber-Elements parallel zu einander verlaufen.
4. 4. Absorber-Element nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit Ausnahme der äußeren Verteiler-Röhren (21,28), welche nach dem Austritt aus dem Verteiler-Stutzen (9) zunächst annähernd parallel zur Vorderkante des Absorber-Elements nach außen geführt, dann in die Längsrichtung umgebogen und annähernd parallel zur Seitenkante nach hinten geführt sind, alle Röhren (22 bis 27) vor ihrem Übergang in die Längsrichtung eine U-förmige Schleife beschreiben, deren vorderer und seitlicher Teil annähernd parallel zu den äußeren Röhren verläuft, während die hinteren Schenkel der Schleifen annähernd parallel zu einander nach innen führen, und Länge und Abstand beider U-Schenkel so bemessen sind, daß daß die Schleifen teilweise ineinander gelegt werden können, und daß die Zuführung der einzelnen Röhren zum Samnler-Stutzen (10) in der gleichen Weise wie beim Verteiler-Stutzen, jedoch symmetrisch zu diesem ausgeführt ist.
5. 5, Absorber-Element nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei benachbarte Absorber-Röhren (1,11 bzw.

   2,12 usw.) zu einem Paar zusammengefaßt und durch ein gemeinsames Zuflußrohr (21 bzw.22) mit dem Verteiler-Stutzen (9) und durch ein gemeinsames Abflußrohr (31 bzw.32) mit dem Sammler-Stutzen (19) verbunden sind.
6. 6. Absorber-Element nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußrohr für den Wasser-Zufluß (19) und das Anschlußrohr für den Wasser-Abfluß (20) senkrecht zur Ebene der Absorber-Röhren stehen.