DE2601295A1

DE2601295A1 - Sonnenkollektor mit variabler geometrie und regenerativkuehlung der transparenten stirnflaeche

Info

Publication number: DE2601295A1
Application number: DE19762601295
Authority: DE
Inventors: Juergen Kleinwaechter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-01-15
Filing date: 1976-01-15
Publication date: 1977-07-21

Description

Patentbeschreibung:
Sonnenkollektor mit variabler Geometrie und Qegenerativkühlung der transparenten Stirnfläche Die Tatsache, dass Sonnenflachkollektoren auch in unseren Breiten pro 2 m /Jahr das Heizäquivalent von mindestens 100 1 Heizöl liefern können, macht die Bedeutung der Sonnenenergienutzung selbst in Mitteleuropa klar.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Flachkollektor dar, dessen Unterschied gegenüber bekannten Konstruktionen durch drei Punkte gekennzeich-.
net werden kann: 1. Aufgrund der variablen Geometrie dOs Kollektors lässt sich die Menge des in ihm befindlichen Wärmeträgermediums und somit die Speichereigenschaft des Kollektors variieren.
2. Durch Regenerativkühlung der transparenten Stirnfläche des Kollektors und Wiedereinkoppelung des Kühlmediums in den Kollektorvorlauf lässt sich der Wirkungsgrad vor allem bei höheren Betriebstemperaturen verbessern.
3. Durch Kombination eines speziellen Kunststoffschlauches als eigentliches Absorptionselement mit serienmässig erhältlichen Elementen aus dem Bausektor lässt sich ein extrem leichter, preiswerter Kollektor realisieren.
Der erfindungsgemässe Kollektor ist prinzipiell folgendermassen aufgebaut: Ein von Wasser oder einem anderen Kühlmedium durchflossener, dunkler Schlauch- im folgenden Absorber genannt - wird mechanisch so zwischen zwei Plattenelementen eingeklemmt, dass das entstehende Gebilde im Raum orientierbar ist.
Das untere Plattenelement besitzt gute Wärmedämmeigenschaften gegen Strahlung, Leitung und Konvexion, das obere ist transparent für einen möglichst grossen Teil des einfallenden Solarspektrums. Die Plattenelemente sind mechanisch so stabil, dass sie den bei Senkrechtstellung auftretenden hydrostatischen Druck auffangen können. Beide Platten sind über längenvariable Mittel so miteinander verbunden, dass - unter Beibehaltung der Planparallelität-kontinuierlich verschiedene Abstände eingestellt werden können. Hierdurch ändert auch der zwischen beiden Platten eingebettete Absorber sein Volumen. Die Seitenwände des durch die beiden Platten gebildeten Kastens bestehen aus längenvariablen, gut wärmeisolierenden Elementen. Das stirnseitige, transparente Plattenelement wird auf seiner gesamten Fläche von einem transparenten Gas-oder Elüssigkeitsstrom gekühlt, der anschliessend die aufgenommene Wärw me in den Vorlauf des Kollektors transportiert.
Die Abb. I zeigt die Grundversion des erfindungsgemässen Kollektors.
Der Kollektorschlauch (1) ist zwischen einer unteren Wellplatte (2) und einer oberen, transparenten Wellabdeckung (3) so eingelegt, dass er sich der ellstruktur anschmiegt. Die beiden Platten sind so miteinander über Schrauben (4) verbunden, dass ihr Abstand kontinuierlich variiert werden kann. Die Seitenwände werden hierbei von längsvariablen, gutisolierenden Elementen (5) gebildet, welche mit ihrer kleinsten Länge zugleich die Schichtdicke des über Ein- und Auslaufstutzen (8) wasserdurchflossenen Kollektorschlauches nach unten hin begrenzen* Die Wärmeisolation gegen Konvexionswärme wird durch eine Schicht gut wärmeisolierenden Materials (6) vorgenommen. Die vom Kollektorschlauch nach unten hin emittierte Infrarotstrahlung wird durch einen spiegelnden Strahlungsreflektor (7) zuruekreflektiert. Die nach oben hin auftretenden Wärmeverluste durch Konvexion, Leitung und Strahlung werden zum Grossteil durch eine Regenerativkühlung wieder in den Kollektorvorlauf gebracht. Ein transparentes, gasförmiges oder flüssiges Kühlmedium (9) strömt in einer Zwischenschicht der transparenten Abdeckung (3) und kühlt die sich beim Betrieb des Kollektors erwärmenden Deckplatten.
Die Zwischenschicht, durch die das Kühlmedium fliesst, ist hierbei durch mindestens eine Luftschicht vom Kollektorschlauch isoliert. Die Kühlfunktion kann entweder durch den direkten Vorlauf des Kollektors bewerkstelligt werden (Abb. V) oder durch einen mittels eines B-pass abgezweigten Bruchteiles dieses Vorlaufes (Abb.VI) oder durch einer getrennten Kühlkreislauf (Abb.VE). Für jede gewünschte Kollektortemperatur gibt es eine optimale DurchFlussrate des Kühlmediums, die leicht über die Variation der Durchflussmenge erhalten werden kann.
Die Abb. ir zeigt eine Version des erfindungsgemassen Kollektors mit ebener Grund- und Deckplatte. Dabei -stellen (io) und (11) die Deckplatte bzw. Grundplatte dar. Die Deckplatte ist eine transparente Platte.
mit kammerartiger Unterteilung. Sie ist mechanisch so stabil, dass sie dem bei vertikaler Kollektorstellung auftretenden hydrostatischen Druck standhält. Eine transparente Trennwand (17) bildet die untere Begrenzung für die vom Kühlmedium. durchflossene. Schicht. Die Wände der kammerartigen Unterteilung in dieser Schicht sind mit Löchern oder Schlitzen t14) versehen, um den Durchfluss zu gestatten. Die Grundplatte (11) ist mechanisch so stabil ausgeführt, dass sie dem auftretenden hydrostatischen Druck standhält. Sie braucht jedoch nicht transparent zu sein.
(12) stellt den Kollektoschlauch dar, (13) die längenvariable Seitenwand, (15) die Wärmeisolationsschicht, (16) den Strahlenreflektor, (17) den Ein- und Auslauf und (18) den Kühlkreis.
Die Abb. III zeigt eine Version des erfindunsgemässen Kollektors, welche nur für die horizontale, nicht geneigte Fläche als Standort geeignet ist.
Durch das Wegfallen der Forderung nach dem Auffangen des hydrostatischen Druckes bei dieser Version, kann ein besonders einfacher Aufbau gewählt werden. (19) stellt die Isolationsschicht gegen Konvenxion und Wärmeisolation dar, (20) die Reflexionsschicht, (21) den eigentlichen Absorberschlauch, (22) eine transparente Luftpolsterzwischenschicht, (23) eine transparente kühlmediumdurchflossene Doppelschicht und (24) die längenvariablen Seitenwände.
Die Abb. IV zeigt die Grundvariante der Abb. 1, jedoch unter Verzicht auf die Regenerativkühlung. Genauso kann erfindungsgemäss diese Systemkomponente bei den Varianten der Abb. II und der Abb. III weggelassen werden.
Zwar führt diese Massnahme zu einem Wirkungsgradverlust, doch kann der so vereinfachte Kollektor preiswerter hergestellt werden und so für viele Anwendungszwecke interessant sein.
Eine weitere Variante der in den'Abb. (I), (II), (iii) dargestellten Kollektoren besteht erfindungsgemäss im Ersatz des beschriebenen Kollektorschlauches durch einen Schlauch, der kanalartig so unterteilt ist, dass er dem hydrostatischen Druck der Arbeitsflüssigkeit bei Senkrechtstellung des Kollektors ohne wesentliche Formänderung widersteht. Eine solche Konstruktion hat zwar nicht mehr den Vorteil der variablen Geometrie - wie oben geschildert - kann aber mechanisch wesentlich schwächer ausgebildet werden, da die Deck- und Grundplatten nicht mehr den hydrostatischen Druck abfangen müssen Leerseite

Claims

Patentansprüche t. ,j Sonnenkollektor mir variabler Geometrie und Pegenerativkühlung der transparenten Stirnfläche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Kühlwasser im Innern eines Kunststoffschlauches zirkuliert, der bildrahmenähnlich zwischen zwei Plattenelementen eingespannt ist, wobei die obere Platte transparent ist und aus einer oder mehreren planparallel zueinander angeordneten Schichten besteht, und mindestens einer der dadurch gebildeten Zwischenräume von Wasser, Luft oder einem anderen transparenten, hindurchzirkulierenden Medium gekühlt wird, und die untere, gut ärmedämmende Platte durch Mittel mit der oberen verbunden ist, die eine koninuierliche Distanzänderung der beiden Platten zulassen, sodass sich, übgr eine Volumenänderung des innenliegenden, wasserdurchflossenen Kunststoffschlauches, die Geometrie des Kollektor variieren lässt.
2. Sonnenkollektor mit variabler Geometrie und Regenerativkühlung der transparenten Stirnfläche nach Anspruch 1), d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, dass die Seitenflächen des kastenförmigen Kollektors aus elastisch verformbaren, gut wärmedämmenden Materialien bestehen.
3. Sonnenkollektor mit variabler.Geometrie und Pegenerativkühlung der trensparenten Stirnfläche nach Anspruch 1) und 2), da du r c h g e k e n nz e i c h n e t, dass sich im oberen Zwischenraum der transparten Mehrfachabdeckplatte ein transparenter, von Wasser oder einem anderen transparenten Medium durchflossener Schlauch befindet, dessen Rücklauf mit dem Vorlauf des eigentlichen Kollektorschalauches über einen Wärmetauscher oder direkt gekoppelt ist.
4. Sonnenkollektor mit variabler Geometrie und Regenerativkühlung der transparenten Stirnfläche nach Anspruch 1), 2) und 3) , d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass der transparente, wasserdurchflossene Schlauch dem eigentlichen Kollektorschlauch direkt-oder in Serie vorgeschaltet ist.
5. Sonnenkollektor mit variabler Geometrie und Regenerativkühlung der transparenten Stirnfläche nach Anspruch 1), 2) und 3), d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, dass durch den obersten Zwischenraum der transparenten ehrfachabdeckplatt ein kühlender Luftstrom geleitet wird
6. Sonnenkollektor mit variabler Geometrie und Regenerativkühlung der transparenten Stirnfläche nach Anspruch 1), 2), 3) und 5), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass der Kühlluftstrom mit dem Vorlauf des eigentlicheh Kollektorschlauches über einen grossflachigen 'Närmetauscher gekoppelt ist.
7. Sonnenkollektor mit variabler Geometrie und Regenerativkühlung der transparenten Stirnfläche nach Anspruch 1), 2), 3) und 5), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kühlluftstrom durch eine sich unter dem eigentlichen.Kollektorschlauch befindliche, grossflächige, poröse Schicht gegen den Kollektorschlauch geblasen wird.
8. Sonnenkollektor mit variabler Geometrie und Regenerativkühlung der transparenten Stirnfläche nach Anspruch 1), 2), 3), 4), s), 6), und 3), d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die beiden Plattenelemente aus gewellten, handelsüblichen Dachdeckplatten bestehen.
9. - Sonnenkollektor mit variabler Geometrie und Regenerativkühlung der transparenten Stirnfläche nach Anspruch 1), 2), 3), 4), 5), 6), 7) und 8), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die beiden Plattenelemente aus ebenen Bauteilen bestehen, die eine ausreZchende mechanische Steifigkeit besitzen, um den hydrostatischen Druck des Kollektorschlauches abzufangen.
10. Sonnenkollektor mit variabler Geometrie und Regenerativkühlung der transparenten Stirnfläche nach Anspruch 1), 2), 3), 4), 5), 6), 7), 8) und 9), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass diese Variante nur horizontal positioniert werden kann und auf den eigentlichen Kollektorschlauch eine transparente Luftpolsterzwischenschicht und darüber ein transparenter, von einem transparenten Kühlmedium durchflossener Schlauch ausgelegt wird.
11. Sonnenkollektor mit variabler Geometrie und Regenerativkühlung der transparenten Stirnfläche nach Anspruch 1), 3), 4), 5), 6), 7), 8) und 9), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der eigentliche hbsorberschlauch kanalartig so unterteilt ist, dss er dem bei Senkrechtstellung auftretenden, hydrostatischen Druck ohne wesentliche Formänderung standhält.