DE2557210A1 - Heizkoerperelement zur absorption von strahlungswaerme - Google Patents

Description

• Heizkörperelement zur bsorption von Strahlungswärme Die Erfindung betrifft ein Henzkörperelement zur Absorption von rah1ungswärme, vorzugsweise Sonnenstrahlungswärme, mit gleichbleibender oder Wechselnder Intensität und eventuell Einstrahlung iber einen wechselnden Teil der Oberfläche, das eine wärmebefördernde Flüssigkeit in einem oder mehreren Kanälen enthält.
• Bei derartigen Elementen wird normalerweise eine Zirkulation der w:armebefördernden Flüssigkeit vorgenommen. Diejenigen Teile eines Elements, welche im Schatten gewesen sind, können dadurch eine Verringerung des ,irkungsgrads des Elements verursachen, indem ein Teil der absorbierten Wärme dann zur Aufwärmung der Flüssigkeit verbraucht wird, die sich in Teilen im Schatten befunden- hat.
• Zeil der vorliegenden Erfindung ist ein Heizkörperelement der angegebenen Art zu scnaffen, wodurch ein höherer Wirkungsgrad als bei den bekannten erzielt werden kann Das Merkmal des Heizkörperelements ist, daß die Viskosität und die Abmessungen der Kanäle, d.h. Länge und Querschnitte, aneinander derart angepsßt sind, daß der Durchströmungswiderstand innerhalb des aktuellen -Demperaturbereichs stark variiert und bei der niedrigsten Temperatur am größten ist. Hierdurch ist es möglich, die Zirkulation von Flüssigkeit, die nicht einer Bestrahlung ausgesetzt gewesen ist, in hohem Grade zu verhindern, indem man die Kanäle derart dimensioniert und die Viskositäten derart wählt, daß Flüssigkeit, die einer Bestrahlung ausgesetzt gewesen ist, leichter zirkuliert, entweder von selbst oder unter niedrigem Pumpendruck. Dadurch, daß man die Zirkulation der Flüssigkeit, die sich im Schattenbereich des Elements befindet, in hohem Grade verhindert und dadurch die Zirkulationsgeschwindigkeit durch reduzierte Bestrahlungsintensität herabsetzt, erzielt man allgemein eine höhere Auslauftemperatur des Elements. Die so hergestellte selbstregelnde Wirkung kann eine automatische Steuerung des Systems vereinfachen, eventuell eine Steuerungsautomatik ganz überflüssig machen.
• Das Element kann erfindungsgemäß mehrere parallelgekuppelte Kanäle enthalten. Hierdurch drd es möglich eine Zirkulation zu erzielen, ohne daß bestimmte Kanäle in wesentlichem Umfang an dieser Zirkulation teilnehmen. Auf diese Weise ist es möglich durch teilweise Bestrahlung eines Elements, Flüssigkeit mit Höchsttemperatur herauszubekommen. Dies ist bedeutungsvoll, weil man bei fest montierten Heizkörperelementen, die sich nicht nach der Sonne drehen, mit teilweiser Bestrahlung zeitweilig rechnen muß.
• Die Länge und der Querschnitt der Kanäle können erfindungsgemäß derart dimensioniert sein, daß der hvdraulische 7#!1iderstand bei einheitlichen Temperaturverhältnissen für alle Kanalwege vom Sinlaufpunkt bis zum AuslauSpunkt gleich ist.
• Es ist die große bedeutung für die selbstregelnde Wirkung. Es ist erfindungsgemäß außerdem zweckmäßig, daß die parallel gekuppelten Kanäle aus geradlinigen, parallel zueinander verlaufenden Kanälen bestehen.
• Die Kanäle können erfindungsgemäß Gefälle im Verhältnis zur waagerechten Ebene aufweisen. Hierdurch ist es möglich, eine Flüssigkeitsdurchströmung in den Teilen zu erzielen, die aufgewärmt worden sind, ohne daß den Kanälen ein innerer Pumpendruck zugefügt worden ist. Um einen minimalen inneren Druck in den Kanälen zu sichern, kann die wärmebefördernde Flüssigkeit erfindungsgemäß sowohl oben als auch unten im Element eine druckfreie Oberfläche haben oder druckfrei mit einer freien Oberfläche in Verbindung sein. Wenn so die Flüssigkeit nicht unter Pumpen druck zirkuliert wird, kann man es sich leisten ohne Risiko für Brüche mit sehr dünnwändigen Elementen mit geringer Wärmekapazität zu arbeiten. Die 'ärmekapazität kann durch Benutzung kleiner Kanal querschnitte weiter niedergehalten werden und es läßt sich dadurch die ;.:ienge von wärmebefördernder Flüssigkeit reduzieren. Die erzielte sehr niedrige Wärmekapazität für das ganze System erhöht den ~iirkunFsgrad wesentlich, speziell bei variierender Einstrahlung, z. B. infolge treibender Wolken. Um eine niedrigere Wärinekapazität des Elements zu erzielen, kann dies erfindungsgemäß aus ei Folien bestehen, die geleimt, geschweißt oder auf andere Weise in fester Verbindung miteinander über bestimmte Oberflächenabachnitte zusammengehalten werden, indem zwischen diesen Oberflächenebschnitten ein Kanalmuster ausgepreßt ist.
• Die Flüssigkeit kann außerdem erfindungsgemäß ein Öl oder ein Gemisch von Ölen sein. Hierdurch werden mehrere Vorteile erzielt.
• Erstens variiert die Viskosität der meisten Öle sehr mit der Temperatur. Zweitens ist es besonders bei aünnwändigen Elementen wichtig, daß die Flüssigkeit das Element nicht korrodierend beeinflußt. Die meisten Öle sind in dieser Beziehung gut geeignet.
• Außerdem haben viele Öle einen hohen Siedepunkt. Dies ist auch sehr wichtig in der vorliegenden Anordnung, da ein Sieden große Druckstörungen oder sagor Sprenungen verursachen könnte.
• Schließlich ist'es wichtig, daß die Flüssigkeit sich nicht dehnt, falls sie friert, und dies ist im allgemeinen nicht der Fall bei Ölen. Es sind deshalb große Vorteile mit der Benutzung von Öl im Heizkörperelement verbunden.
• Schließlich kann das Element dadurch eigentümlich sein, daß es schwarz gestrichen und in einem geschlossenen Gehäuse unter einer Glaswand mit einer oder mehreren Schichten von Glas angebracht ist, und daß es mit anderen Elementen gleicher Art in Serien-und/oder Parallelkupplung zusammengekuppelt ist. Hierdurch hat man eine Battiere von Sonnenzellen, die mit einem hohen Wirkungsgrad arbeiten, und die aus sehr einfachen Teilen hergestellt ist.
• Die Erfindung wird nachstehend näher erläutert unter Hinweis auf die Zeichnung. Darin zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Elements mit einem erfindungsgemäßen Kreislauf und Fig. 2 einen Schnitt durch das Element entlang der Linie II-II in Fig. 1.
• Fig. 1 zeigt ein Element 1, das gegen Süden in aufrechtstehender, jedoch nicht in ganz senkrechter Lage angeordnet ist und das an seiner linken Seite im Schatten liegt, während die rechte Seite von der Sonne beschienen ist. Das Element ist mit einer Reihe von parallelen Kanälen 2 ausgebildet, die ein Gefälle in serO-rechten Ebenen haben und die einen gemeinsamen Auslauf 3 für Ö1 aufweisen, das an einen Wärmetauscher 4 geführt wird, wo das Öl seine Wärme an eine andere Flüssigkeit abgibt, die durch die Leitungen 5 und 6 durch den Wärmetauscher hinein- und hinausgeführt wird. Das Öl wird von dem Wärmetauscher 4 durch eine Leitung 7 an einen Vorratsbehälter 8 mit einer freien Oberfläche weitergeführt Vom Yorratsbehälter 8 wird das Öl mittels einer Pumpe 9 durch eine Leitung 10 an einen Betriebsbehälter 11, ebenfalls mit einer freien Oberfläche, gepumpt. Im Betriebstank 11 kann ein Niveaufühler angeordnet sein, der durch eine elektrische Leitung 12 die Pumpe 9 steuert. Vom Betriebstank 11 kann das Öl von selbst in das Element 1 hineinlaufen, falls der Strömungswiderstand in den Kanälen dies zuläßt. Die Viskosität des Öls und die Querschnitte der Kanäle sind derar gewählt, daß diejenigen Teile des Elements 1, welche im Schatten liegen, d .h. die Kanäle der linken Seite in Fig. 1, fast oder überhaupt nicht an der Zirkulation teilnehmen, während die Kanäle, die in der Sonne liegen, an der Zirkulation teilnehmen. Dadurch ist es möglich, einen besseren RJirkenosfflrad für bei Teil des Elements zu erzielen, der in Betrieb ist. Falls man sich im gezeigten Fall vorstellte, daS die Flüssigkeit im linken Teil des Elements, die im Schatten liegen, frei zirkulieren könnte, amrde dies aus mehreren Gründen einen wesentlich geringeren Wirkungsgrad mit sich führen. Erstens würde die Wärme, die dann zurAufwärmung des unlfirksamen Teils des Elements benutzt werden, im wesentlichen verloren sein. Zweitens würde der unrrirksame Teil des Elements wärme an die Umgebung abgeben, falls er von warmer Flüssigkeit durchströmt würde. Drittens wurde die Flüssigkeit, die aus dem Element abgezapft werden könnte, eine niedrigere Temperatur haben. Schließlich wird man viertens ein Wärmereservoir besser und billiger ausnützen können, wenn die Abgangstemperatur der Sonnenzelle immer hoch ist Dadurch, daß man Einlauf und Auslauf diagonal im Verhältnis zueinander anbringt, wie in Fig. 1 gezeigt, wird man auf einfache Weise denselben hydraulischen Widerstand für alle Durchströmungswege erzielen können.
• Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 und illustriert schematisch, wie die Kanäle 2 zwischen zwei Schichten von Folie- eingepreßt sind.
• Elemente der angegebenen Art sind gedacht unter mehreren Schichten von Glas montiert zu werden, so daß die Temperatur um das einzelne Element herum teils durch Treibhauswirkung und teils durch die Isolationswirkung, welche mehrere Schichten von stehender Luft ergeben, erhöbt wird. Es ist hierbei klar, daß die oben erwähnte Wirkung von Schatten in einigem Grade verloren gehen könnte. Man wird indessen gewöhnlich viele Elemente parallel und/oder in Serie zusammenkuppeln, indem jedoch jedes Element normalerweise in je seinem Treibhaus liegt.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Heizkörpereletnent zur Absorption von Strahlungssfarme, vorzugs-¼& weise Sonnenstrahlungswärme , mit gleichbleibender oder wechselnder Intensität und eventuell Einstrahlung über einen wechselnden Teil der Oberflache, das eine warmebefördernde Flüssigkeit in einem oder mehreren Kanälen enthalt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Viskosität und die Abmessungen der Kanäle (2), d.h. Länge und Querschnitte, aneinander derart angepaßt sind, daß der Durchströmungswiderstand innerhalb des aktuellen Demperaturbereiches stark variiert und bei der niedrigsten Temperatur am größten ist.

2. Element nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß es mehrere parallelgekuppelte Kanäle (2) für die genannte FlüssIgkeit enthält.

3 Element nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Länge und der Querschnitt der Kanäle derart dimensioniert sind, daß der hydraulische Widerstand bei einheitlichen Temperaturverhältnissen für alle Kanäle (2) vom Einlaufpunkt bis zum Auslaufpunkt gleich ist.

4. Element nach Anspruch 2 oder 3, g e k e n n z- e i c h n e t d u r c h eine Reihe parallel zueinander liegenden Kanälen (2).

5+ Element nach den Ansprüchen 2,3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kanäle (2) Gefälle im Verhältnis zur waagerechten Ebene aufweisen.

6. Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da d u r c h g e k e n n z e i c h n-e t , daß die wärmebefordernde Flüssigkeit sowohl oben als auch unten im Element eine freie Oberfläche hat oder druckf mit: einer freien Oberfläche in Verbindung ist.

7. Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a dur c h g e k e n n z ei c h n e t, daß es aus zwei Folien besteht, die geleimt,wgeschweißt oder auf andere Weise in fester Verbindung miteinander über bestimmte Oberflächenabschnitte gehalten sind, und daß zwischen diesen Oberflächenabschnitten ein Kanalmuster ausgepreßt ist.

8. Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden-Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Flüssigkeit ein Öl oder ein Gemisch von Ölen ist.

9. Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es schwarzgestrichen und in einem geschlossenen Gehäuse unter einer Glaswand mit einer oder mehreren Schichten von Glas angeordnet ist, und daß es mit anderen Elementen gleicher Art in Serien- und/ oder Parallelkupplung zusammengekuppelt ist'.