DE2609638B2

DE2609638B2 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2609638B2
Application number: DE2609638A
Authority: DE
Inventors: Alois Dipl.-Ing. 8430 Neumarkt Stork
Original assignee: FA WILLIBALD GRAMMER 8450 AMBERG
Current assignee: FA WILLIBALD GRAMMER 8450 AMBERG
Priority date: 1976-03-09
Filing date: 1976-03-09
Publication date: 1980-04-24
Also published as: DE2609638C3; DE2609638A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor zur Erzeugung erwärmter Luft, mit einem von einer lichtdurchlässigen Abdeckscheibe abgedeckten und zur Horizontalen geneigt angeordneten, mindestens eine Lufteintritts- und eine Luftaustrittsöffnung umfassenden Luftkasten, der auf einer Bodenplatte angeordnete Zwischenwände aufweist und in dem aus der Umgebung einströmende Luft erwärmt und über eine Sammellei· tung abgesaugt wird und der durch einen an der Unterkante angelenkten innenseitig als Reflektor ausgebildeten, schwenkbaren Schutzdeckel abdeckbar ist.

Ein Sonnenkollektor dieser Art ist beispielsweise aus der DE-OS 25 07 570 bekannt. Bei diesem Sonnenkollektor sind die Lufteintritts- und die Luftaustrittsöffnung in der Bodenplatte vorgesehen und die Zwischenwände dienen lediglich als Leitorgane, um den Strömungsweg von der Lufteintrittsöffnung zur Luftaustrittsöffnung zu verlängern. Abgeschlossene Kammern werden dadurch in dem Luftkasten nicht gebildet.

Bei dieser Anordnung läßt die Länge des Strömungsweges der Luft noch zu wünschen übrig und ist es außerdem erforderlich, ein Gebläse zur Unterstützung des Luftdurchsatzes vorzusehen.

Aus der US-PS 39 39 818 ist ein Sonnenkollektor bekannt, dessen Luftkasten durch eine in etwa diagonal verlaufende wabenartige Platte in zwei Kammern unterteilt ist, die jeweils ein in Längsrichtung des Luftkastens verlaufendes perforiertes Rohr zur Zufuhr und Abfuhr der Luft aufweisen. Die Erwärmung der Luft wird dabei maßgeblich durch die wabenartige, als

ίο Wärmefalle dienende Platte erzielt Auch bei dieser Anordnung läßt der Wirkungsgrad zu wünschen übrig und ist ein Gebläse unbedingt notwendig. Sie ist ferner relativ aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

ι⁵ -.-inen Sonnenkollektor der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß sowohl ein möglichst langer Strömungsweg als auch eine Kaminwirkung für die den Sonnenkollektor durchsetzende Luft erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

μ daß die Zwischenwände der Luftkästen von zueinander parallel und schräg zur Unterkäme der Bodenplatte verlaufenden Wandstreifen gebildet sind, und daß parallel zur Unterkante der Bodenplatte Querwände vorgesehen sind, die die Zwischenräume zwischen jeweils zwei benachbarten Wandstreifen in eine Mehrzahl von Kammern unterteilen, wobei die Kammern von je zwei benachbarten, durch die Wandstreifen gebildeten Zwischenräumen gegeneinander versetzt sind, und daß die Lufteintrittsöffnungen und die

JO Luftaustrittsöffnungen in den Wandstreifen vorgesehen sind und jeweils in jeder Kammer diagonal einander gegenüberliegen, derart, daß die Luftaustrittsöffnung jeder Kammer gleichzeitig die Lufteintrittsöffnung der seitlich angrenzenden, höherliegenden Kammer ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird an den Lufteintrittsöffnungen der Luftkästen nicht Luft mit der normalen Umgebungstemperatur eingesaugt, sondern bereits etwas erwärmte Luft, die im Bereich der Wanne einmal durch die Sonne?.einsti,;h!ung des direkt einfallenden sowie des reflektierenden Lichtes, sowie durch Überstreichen der Abdeckscheiben der Luftkästen im Gegenstromprinzip vorerwärmt worden ist (Nutzung der bei anderen Systemen anfallenden Verlustenergie). Durch diese Vorerwärmung ergibt sich eine beträchtliche Verbesserung des Wirkungsgrades gegenüber bekannten Anordnungen, bei denen normale nicht erwärmte Umgebungsluft angesaugt wird. Darüber hinaus führt diese Maßnahme in Verbindung mit der besonderen Luftführung in den Luftkästen zu derart günstigen Strömungsverhältnissen und geringen Strömungswiderständen, daß allenfalls geringe Saugleistungen zum Absaugen der erwärmten Luft über Sammelleitungen erforderlich sind. In vielen Fällen wird man derartige zusätzliche Saugpumpen überhaupt nicht benötigen, sondern erreicht die Durchströmung allein aufgrund der sich bei der Erwärmung ergebenden Kaminwirkung. Diese praktisch selbsttätige Luftzirkulation bedeutet eine weitere erhebliche Steigerung des Wirkungsgrades aufgrund des Wegfalls der Betriebsenergie für die Ventilatoren, wie sie beispielsweise bei horizontal durchströmten Sonnenkollektoren der eingangs genannten Art mit kammartig einspringenden Zwischenwandstegen nach der deutschen Offenlegungsschrift 25 07 570 notwendig sind. Bei dieser bekannten

ft5 Anordnung, die ebenfalls bereits Schutzdeckel zum Abdecken der Luftkästen während der Nacht bzw. bei ungünstigen Witterungsbedingungen (Schnee und Hagel) aufweist, fehlte neben dieser eine selbsttätige

Luftzirkulation bewirkenden Strömungsführung auch die Ansaugung vorerwärmter Luft im tiefsten Punkt der durch die Luftkästen und die aufgeschwenkten Schutzdeckel gebildeten Wanne. Die von den Wandstreifen und den Querwänden gebildeten rautenförmigen Kammern werden von unten nach oben von der sich allmählich aufgrund der Sonneneinstrahlung erwärmenden Luft durchströmt Die Rautenform in Verbindung mit den versetzen Luftdurchtrittsöffnungen der einzelnen Kammern sorgt dabei für eine Wirbelbildung innerhalb der Kammern, d. h, die Luft durchströmt die Kammern nicht auf geradem Weg von der unteren Luftdurchtrittsöffnung zur oberen Durchtrittsöffnung des nächsten Abteils, sondern wird praktisch über alle Wände geführt Damit ergibt sich eine günstige Wärmeübertragung unter Ausnützung der gesamten zur Verfügung stehenden in den Wänden gespeicherten Energie. Diese Wirbelbildung und damit das Maß der Wärmeübertragung ist durch die Winkelstellung der Zwischenwände, d. h, durch die besondere Rautenform der Abteile einstellbar. Die rechteckige Form (90"-Winkel) ist nur Vereinfachung.

Das Vorsehen des gleichzeitig einen Reflektor bildenden Schutzdeckels ermöglicht die Verwendung dünner, billiger und auch im Gewicht leichter Abdeckscheiben, ohne daß deshalb eine erhöhte Bruchgefahr bei ungünstigen Witterungsverhältnissen gegeben ist. Je dünner diese Scheiben sind, desto günstiger ist auf der anderen Seite der Wirkungsgrad, da dann praktisch die gesamte Wärmestrahlung der Sonne tatsächlich in das Innere der Luftkästen gelangt und zur Erwärmung der Luft ausgenützt werden kann. Zudem läßt sich durch die gleichzeitige innenseitige Ausbildung als Reflektor der Wirkungsgrad noch weiter erhöhen, wobei diese Wirkungsgraderhöhung mit wesentlich einfacheren J5 Mitteln zustande kommt als durch entsprechende Vergrößerung der Fläche der Luftkästen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfirdung wird nun an einem Ausführungsbeispiel und anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar

Fig. 1 eine perspektivische Schemaansicht eines erfindungsgemäßen Sonnenkollektors mit aufgeklapptem Schutzdeckel;

Fig.2 sinen Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Darstellung der zum Aufbau der Luftkästen des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors dienenden Wandstege und Querwände.

Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor besteht im wesentlichen aus einem Luftkasten 1 mit einem im Bereich dessen Unterkante 2 schwenkbar angelenkten oder auch frei montierbaren Schutzdeckel 3, der auf seiner Innenseite 4 als Reflektor ausgebildet ist. Der π Luftkasten 1 besteht im wesentlichen aus einer Bodenplatte 5 mit schräg zur Unterkante 2 gerichteten Schlitzen 6 'aim Einstecken von Wandstreifen 7 bzw. 8, sowie gegebenenfalls auch horizontalen Schlitzen 9, in welche Querwände 10 einsteckbar sind, die zur w> Unterteilung in einzelne Kammern 11 dienen. Die Wandstreifen 7 und 8 sind mit gegeneinander versetzten öffnungen 12 bzw. 13 versehen, die zueinander parallele Reihen von durch versetzte Kammern 11 gebildeten Kanälen ergeben. Jeweils zwischen zwei Wandstreifen 7 ί > und 8 sind lichtdurchlässige Abdeckscheiben 14 aufgelegt, insbesondere derart, daß sie auf den in ihrer Höhe gegenüber den Wandstreifen 7 und 8 erniedrigten Querwänden 10 aufliegen. Kleine Abdeckscheiben jeweils je Kammer können auch verwendet werden. Die in den einzelnen Kammern 11 befindliche Luft erwärmt sich an den Kammerseitenwänden sowie dem Boden, die ihrerseits durch die Sonnenbestrahlung aufgeheizt werden, wozu die Wände mit einem geeigneten dunklen Anstrich versehen sein können. Dabei tritt Umgebungsluft durch die Lufteintrittsöffnungen 12 ein und gelangt aufgrund der Kastenform der Kammern 11 im wesentlichen längs eines Wirbelpfades, wie er gestrichelt in Fi g. 1 angedeutet ist, zur Durchtrittsöffnung 13 der nach rechts und oben versetzt anschließenden Kammer 11 usw., bis schließlich die mehr und mehr erwärmte Luft durch eine der miteinander verbundenen Sammelleitungen 15 und 16 abgesaugt wird, von wo aus sie einem beliebigen Verbraucher zugeführt werden kann. Diese Wirbelbildung begünstigt dabei einen günstigen Wärmeübergang, da auf diese Weise praktisch alle Innenwände jeder Kammer 11 von der Luft überstrichen werden und die durch ^Aie Sonnenbestrahlung aufgenommene Wärme an die Luft abgeben können. Die Strömungsführung in dem geneigt angeordneten Luftkasten 1 schräg nach oben ergibt insgesamt eine Zugwirkung, so daß bei entsprechend großer Ausbildung eines derartigen LuftkaGtens allein diese rCaminwirkung zur Aufrechterhaltung der Luftzirkulation ausreichen kann bzw. diese soweit unterstützt, so daß allenfalls nur noch eine sehr geringe Saugleistung zur Forderung der Luft durch den Luftkasten zusätzlich aufgebracht werden muß.

Die Stütze 17 in den schernatischen F i g. 1 und 2 ist als Teleskopstütze dargestellt und verdeutlicht damit, daß der Kammern 11 enthaltende Luftkasten 1 in seiner Neigung zur Horizontalen einstellbar sein soll, ebenso wie auch der innenseitig als Reflektor ausgebildete Schutzdeckel 3 vorteilhafterweise in verschiedenen Winkelstellungen anordenbar sein soll, so daß auf diese Weise eine Anpassung an den jeweiligen Sonnenstand, d. h., die lahreszeit, erfolgen kann. Zur Anpassung an die Wanderung der Sonne im Tagesverlauf kann der Sonnenkollektor bevorzugt drehbar auf seiner Auflagefläche: angeordnet sein, um von Hand oder automatisch der !sonne nachgeführt werden zu können. Auf diese Weise gewinnt man ca. 30% an Energie gegenüber einer starren Aufstellung. Diese drehbare Anordrung läßt sich besonders einfach durchführen, da der beschriebene Aufbau neben der konstruktiven Einfachheit vor allem eine beträchtliche Gewichtsersparnis gegenüber bekannten Konstruktionen mit sich bringt, so daß die drehbare Lagerung demzufolge auch verhältnismäßig einfach bewerkstelligt werden kann.

Der Schutzdeckel 3 besteht neben einem z_um Ausgleich der Höhe des Luftkastens dienenden Jchwenkabschnitt 18 im Anschluß an die Unterkante 2 im wesentlichen aus einem flachen Reflektorabsohnitt 19 und einem sich daran anschließenden Konzentratorabschnitt 20 mit einer Brennlinie bei 21.

Die Anordnung der Lufteintrittsöffnungen 12' im Bereich der Untc-kante 2 zwischen dem Luftkasten 1 und dem Reflektor-Schutzdeckel 3 bewirkt, wie man insbesondere der in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten Luftströmung entnehmen kann, daß bere^;ts vorerwärmte Luft am unteren Ende des Luftkastens eintritt. Dadurch wird nicht nur der Wirkungsgrad entsprechend erhöht, sondern es ergibt sich durch die die Abdeckscheiben 14 überstreichende Luft gleichzeitig eine Kühlung dieser Abdeckscheiben. Dadurch wird die prinzipiell unvermeidbare Wärmeabstrahlung durch

den Luftkasten verringert und somit gegenüber bekannten Anordnungen eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades bewirkt.

Die Wandstreifen 7 und 8 sind mit bis etwa zur Mitte reichenden Einsteckschlitzen 24 bzw. 25 versehen, in welche die gleichfalls mit Einsteckschlitzen 26 versehenen Querwände 10 eingesteckt werden können.

Es ist ferner möglich, die Bodenplatte 5 mit unterschiedlich geneigten Schlitzrastern zu versehen, so daß verschiedene Neigungsformen und Rautenausbildungen der Grundrisse der Kammern H zustande kommen. Durch eine derartige Änderung der Rautenform läßt sich die Wirbelbildung der strömenden Luft und damit der Wärmeübergang beeinflussen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sonnenkollektor zur Erzeugung erwärmter Luft, mit einem von einer lichtdurchlässigen Abdeckscheibe abgedeckten und zur Horizontalen geneigt angeordneten, mindestens eine Lufteintrittsund eine Luftaustrittsöffnung umfassenden Luftkasten, der auf einer Bodenplatte angeordnete Zwischenwände aufweist und in dem aus der Umgebung einströmende Luft erwärmt und über eine Sammelleitung abgesaugt wird und der durch einen an der Unterkante angelenkten, innenseitig als Reflektor ausgebildeten schwenkbaren Schutzdekkel abdeckbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwände der Luftkästen (1) von zueinander parallel und schräg zur Unterkante (2) der Bodenplatte (5) verlaufenden Wandstreifen (7,8) gebildet sind, und daß parallel zur Unterkante (2) der Bodenplatte (5) Querwände (10) vorgesehen sind, die die Zwischenräume zwischen jeweils zwei benachbarten Wandstrcjfcn (7, 8) in είπε Mehrzahl von Kammern (11) unterteilen, wobei die Kammern (11) von je zwei benachbarten, durch die Wandstreifen (7, 8) gebildeten Zwischenräumen gegeneinander versetzt sind, und daß die Lufteintrittsöffnungen (12) und die Luftaustrittsöffnungen (13) in den Wandstreifen (7, 8) vorgesehen sind und jeweils in jeder Kammer (11) diagonal einander gegenüberliegen, derart, daß die Luftaustrittsöffnung (13) jeder Kammer (11) gleichzeitig die Lufteintrittsöffnung (12) der sel'iich angrenzenden, höherliegenden Kammer (11) ist.

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die- Bodenplatte (5) mit Schlitzen (6,9) zum Einstecken oer Wandstreifen (7, 8) und/oder Querwänden (10) versehen ist.

3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstreifen (7,8) etwa bis zur Mitte reichende Schlitze (24, 25) aufweisen, in die die ebenfalls etwa bis zur Mitte reichende Schlitze (26) aufweisenden Querwände (10) einsetzbar sind.