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Energiewandler für Sonnenstrahlung
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Energiewandler für Sonnenstrahlung
mit einem evakuierten Hohlzylinder, der einen mit Absorptionsmitteln versehenen
flachen Glaskörper enthält.
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Unter der Bezeichnung "Sonnenkollektoren" sind Einrichtungen bekannt,
die Sonnenstrahlen absorbieren, in Wärme umwandeln und mit Hilfe eines Energieträgers
transportieren. Als Absorber dient im allgemeinen ein metallischer Wärmeaustauscher,
der die absorbierte Strahlungswärme auf einen Energieträger, beispielsweise eine
Flüssigkeit oder ein Gas überträgt. Dieser Energieträger kann die Wärme direkt speichern
oder sie transportieren und verteilen.
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Bei einem bekannten Sonnenkollektor besteht der in einem durchsichtigen
Plastik-Hohlzylinder untergebrachte Absorptionskörper aus einem hitzebeständigen
Plastikrohr mit wesentlich kleinerem Durchmesser, das geschwärzt sein kann und parallel
zur Längsachse des Hohlzylinders verläuft. Die Innenseite des Hohlzylinders ist
auf der der Sonnenstrahlung zugewandten Seite derart lichtbrechend ausgebildet,
daß der größte Teil der einfallenden Sonnenstrahlung fokussiert auf die der Sonnenstrahlung
zugewandte Seitenfläche des Absorptionskörpers fällt. Auch die von der Sonnenstrahlung
abgewandte Seite des Absorptionskörpers wird noch dadurch ausgenutzt, daß die einfallende
Sonnenstrahlung von dem - in der Einfallsrichtung der Strahlung gesehen -neben oder
hinter dem Absorptionskörper liegenden Teil der
Innenseite des Hohlzylinders,
der mit versetzt angeordneten Spiegelflächen versehen ist, fokussiert ebenfalls
auf den Absorptionskörper gelenkt wird. Der Aufbau dieses Sonnenkollektors ist verhältnismäßig
kompliziert und der Zwischenraum zwischen dem äußeren Hohlzylinder und dem Absorber
kann nicht evakuiert werden (USA-Patentschrift 3 125 091).
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Bei einem weiteren bekannten Sonnenkollektor ist der Raum zwischen
dem äußeren Hohlzylinder und dem Absorber evakuiert oder mit einem schlecht wärmeleitenden
Gas gefüllt. Ein Kollektor dieser Art wird deshalb auch als Vakuum-Kollektor bezeichnet.
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Der Absorptionskörper besteht aus einem etwa gleich langen, in den
äußeren Hohlzylinder eingeschobenen Hohlkörper und ist von einem als Wärmeträger
dienenden Medium durchflossen. Der Absorptionskörper ist als flacher, mit Absorptionsmitteln
versehener Glaskörper ausgebildet, dessen Breite nur wenig geringer ist als der
Innendurchmesser des äußeren Hohlzylinders.
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Als Absorptionsmittel kann ein die Sonnenwärme absorbierender Belag
am Absorptionskörper vorgesehen sein, der sowohl auf die Außenwandung als auch auf
die Innenwandung angebracht sein kann.
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Es kann auch ein in den Hohlraum des Absorptionskörpers eingeschobener
dünner, die Sonnenstrahlung absorbierender Körper vorgesehen sein. Befinden sich
in einem derartigen Sonnenkollektor der Einlaß und Auslaß des Wärmeträgers an den
gegenüberliegenden Enden des Kollektors, so ist die Bruchgefahr durch die unterschiedlichen
Wärmedehnungen zwischen Absorptionskörper und äußerem Hohlzylinder nicht auszuschließen
(DT-OS 2 508 339).
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen betriebssicheren
Vakuum-Kollektor mit einfachem Aufbau zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Energiewandler für Sonnenstrahlung der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der innere Glaskörper
mit einem Federungskörper versehen ist und einen Blechstreifen als Absorptionsmittel
enthält, der zur Erhöhung der Absorption vorzugsweise geschwärzt sein kann. Der
Federungskörper kann in einfacher Weise durch einen als Well-
körper
gebildeten Teil des inneren Glaskörpers bestehen und dient zur Aufnahme der thermischen
Dehnungskräfte im Falle einer sehr unterschiedlichen Erwärmung des äußeren und inneren
Hohlkörpers. Der innere Glaskörper hat im wesentlichen die Form eines flachen Kastens,
dessen Außenbreite nicht wesentlich geringer als der innere Durchmesser des Hohlzylinders
gewählt wird. Der als Absorptionsmittel dienende Blechstreifen kann dann ebenfalls
nicht wesentlich schmaler als der innere Durchmesser des äußeren Hohlzylinders sein.
Der Zwischenraum zwischen dem äußeren Hohlzylinder und dem inneren Glaskörper wird
evakuiert oder mit einem schlecht wärmeleitenden Gas gefüllt. Das als Wärmeträger
dienende Medium strömt dann von einem Ende des Kollektors an dem als Absorber dienenden
Blech entlang zum anderen Ende des flachen Glaskörpers und führt die absorbierte
Wärme ab. Bei hoher Erwärmung dehnt sich der innere Glaskörper entsprechend aus
und diese Wärmedehnung wird von dem Federungskörper aufgenommen, der so gestaltet
ist, daß er Wärmedehnung in Achsrichtung aufnehmen kann.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen, in der ein Ausführungsbeispiel eines Energiewandlers für Sonnenstrahlung
nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.
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Ein dünner und flacher Blechstreifen 2 dient als Absorptionsmittel
und ist in einem flachen inneren Glaskörper 4 angeordnet, der an wenigstens einem
Ende mit einem Federungskörper 6 versehen ist. Der innere Glaskörper 4 ist von einem
äußeren Hohlzylinder 8 umgeben, der an seinen beiden Enden mit dem inneren Glaskörper
vakuumdicht verbunden ist. Der äußere Hohlzylinder 8 besteht aus für die zu empfangende
Strahlung durchsichtigem Material, beispielsweise Glas oder auch Kunststoff, und
kann an seinen beiden Enden mit dem inneren Glaskörper 4 zweckmäßig verschmolzen
sein. Der Federungskörper 6 ist als Wellkörper gestaltet, der die Wärmedehnungen
des Glaskörpers 4 aufnehmen kann. Der innere Glaskörper wird von einem als Wärmeträger
dienenden
Medium durchflossen, dessen Strömungsrichtung in der Figur durch nicht näher bezeichnete
Pfeile angedeutet ist.
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Nach Figur 2 ist die Breite des inneren Glaskörpers 4 so gewählt,
daß sie nicht wesentlich geringer ist als der Durchmesser des äußeren Hohlzylinders
8. Dann füllt auch der als Absorptionsmittel dienende Blechstreifen 2 annähernd
den gesamten Durchmesser des äußeren Hohlzylinders aus, so daß fast die gesamte
über dem Durchmesser des äußeren Hohlzylinders 8 einfallende Strahlung vom Absorptionsmittel
2 in Wärme umgewandelt wird. Die innere-Höhe des Glaskörpers 4 wird zweckmäßig nicht
wesentlich größer gewählt als für den Wärmetransport durch den Energieträger ausreichend
ist. Mit einer geringen Menge und entsprechend kleiner Wärmekapazität des energietransportierenden
Mediums erhält man eine entsprechend geringe Trägheit des Energiewandlers. Es wird
somit auch bei wechselnder Intensität der Einstrahlung die Temperatur des Energieträgers
schnell ansteigen.
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1 Patentanspruch 2 Figuren
L e e r s e i t e