DE2649792A1 - Absorberrohr - Google Patents

Absorberrohr

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DE2649792A1
DE2649792A1 DE19762649792 DE2649792A DE2649792A1 DE 2649792 A1 DE2649792 A1 DE 2649792A1 DE 19762649792 DE19762649792 DE 19762649792 DE 2649792 A DE2649792 A DE 2649792A DE 2649792 A1 DE2649792 A1 DE 2649792A1
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absorber tube
absorber
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lens
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Application number
DE19762649792
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English (en)
Inventor
Martin Poell
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D Swarovski KG
Original Assignee
D Swarovski KG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/74Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with trough-shaped or cylindro-parabolic reflective surfaces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S2023/87Reflectors layout
    • F24S2023/872Assemblies of spaced reflective elements on common support, e.g. Fresnel reflectors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description

  • Absorberrohr
  • Die Erfindung betrifft ein Absorberrohr, das in der Brennzone eines konzentrierenden und dem Sonnenstand nachführbaren Sonnenkollektors angeordnet ist.
  • Mit derartigen Kollektoren kann der direkte Anteil der Sonnenstrahlung in Wärmeenergie umgesetzt werden. Verursacht durch die Energiekrise bzw. die Knappheit herkömmlicher Energieträger werden Sonnenkollektoren zunehmend für die Heizung von Gebäuden und die Warmwasserbereitung eingesetzt. Ein entscheidendes Kriterium ihres wirtschaftlichen Einsatzes ist jedoch der Wirkungsgrad, er kann je nach Strahlungskonzentration und der Ausführung des Strahlungsbündlers bei 60 % und darüber liegen.
  • Es sind bereits mehrere Arten von Sonnenkollektoren bekannt.
  • Sie bestehen in der Regel aus einem Strahlungsbündler (Linse, Parabolspiegel), der automatisch der Sonne nachgeführt wird, so daß seine optische Achse stets in Richtung der einfallenden Sonnenstrahlung liegt. In der Brennzone des Strahlungsbündlers (punktförmig oder linienförmig) ist ein schwarzes Absorberrohr angeordnet, das von einem flüssigen Medium, beispielsweise Wasser durchströmt wird. Dieses Medium dient der Wärmeübertragung, es wird entweder zu Heizzwecken im Kreislauf geführt oder direkt verbraucht.
  • Der Wirkungsgrad einer solchen Anlage hängt, abgesehen von den üblichen Isolationsproblemen einerseits von der Güte des Strahlungsbündlers und andererseits von der Bauart des Absorberrohres ab.
  • Man hat versucht, dem Absorberrohr eine schwarze Oberfläche zu geben, um deren Absorptionsverhältnis dem des idealen schwarzen Körpers" anzunähern (Absorptionsverhältnis = 1).
  • Dies würde bedeuten, daß die auf die Oberfläche fallende Strahlung vollständig absorbiert wird. Ein solches Verhalten läßt sich jedoch in der Praxis nicht erreichen, so daß eine technisch schwarze Fläche immer noch einen beträchtlichen Strahlungsanteil reflektiert.
  • Bedingt durch die Bauart eines konzentrierenden Sonnenkollektors wird das Absorberrohr nicht gleichmäßig mit konzentrierter Strahlung beaufschlagt. Falls der Strahlungsbündler beispielsweise ein halbzylindrischer Parabolspiegel ist, beträgt der Winkel im Bogenmaß, der von der verdichteten Strahlung betroffen wird, nicht viel mehr als 1800. Bei Verwendung einer Linse, wie beispielsweise einer Fresnel'schen Linse ist dieser Bereich noch kleiner.
  • Da die Strahlungsbündler je nach Sonnenstand jedoch eine unterschiedliche Lage zum Absorberrohr einnehmen und dementsprechend auch unterschiedliche Flächenbereiche am Umfang des Absorberrohrsueaufschlagen, ergab sich bisher keine Möglichkeit, die Reflexionsverluste zu verhindern, die durch den nicht mit verdichteter Sonnenstrahlung beaufschlayten Flächenbereich des Absorberrohres entstehen. Man hat zwar versucht, auf den Absorberrohren selektive Schichten anzuordnen, welche eine Reflexion der Sonnenstrahlung verhindern sollten. Diese Schichten sind jedoch eineiseits teuer in ihrer Herstellung und weisen andererseits keinen befriedigenden Wirkungsgrad auf.
  • Ein anderer Versuch, die Abstrahlung des Absorberrohres klein zu halten, bestand darin, das Rohr selbst aus einem strahlungsdurchlässigen Material herzustellen, in dessen Inneren ein schwarzer Körper angeordnet ist, der beispielsweise sternförmigen Querschnitt aufweist, wobei das Wärmeträgermedium zwischen dem Einsatz und der Außenwandung des Absorberrohres hindurchströmt.
  • Strahlen, die von den Flächen des schwarzen Körpers reflektiert werden, treffen wieder auf gegenüberliegende schwarze Flächen, so daß nur ein sehr geringer Strahlungsanteil wieder nach außen zurückgeworfen wird. Nachteilig an dieser Maßnahme ist jedoch das Ansteigen des Strömungswiderstandes im Absorberrohr und die relativ aufwendige Herstellung der Rohre.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Absorberrohr für einen Sonnenkollektor der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, das gegenüber bekannten Absorberrohren ein verbessertes Absorptionsverhältnis aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß über dem Bereich des Absorberrohres, der nicht oder nahezu nicht von verdichteter Strahlung getroffen wird, ein Reflexionselement angeordnet ist, das vom Absorberrohr reflektierte Strahlung auf dieses zurückwirft. Mit dieser Maßnahme wird eine Abstrahluny von denjenigen Flächenanteilen des Absorberrohres verhindert, die nicht von konzentrierter Sonnenstrahlung getroffen werden.
  • Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das Reflexionselement starr mit dem Sonnenkollektor verbunden. Bei einer Nachführung des Sonnenkollektors gemäß dem Sonnenstand, verstellt sich damit das Reflexionselement entsprechend, so daß es immer über der nicht mit konzentrierter Strahlung beaufschlagten Fläche des Absorberrohres zu liegen kommt.
  • Eine eigene Stützkonstruktion für das Reflexionselement entfällt, wenn es auf einem das Absorberrohr umgebenden, strahlungsdurchlässigen Mantelrohr angeordnet ist.
  • Eine besonders einfache Ausbildung des Reflexionselementes ergibt sich, wenn dieses als Spiegelbelag af dem Mantelrohr ausgebildet ist. Dabei kann das Mantelrohr vorzugsweise mit dem nachführbaren Kollektor starr verbunden sein und sich um das stationäre Absorberrohr drehen.
  • Falls als Sonnenkollektor ein halbzylindrischer Parabolspiegel verwendet wird, beträgt der vom Reflexionselement abgedeckte Bereich des Absorberrohres vorzugsweise ca. 1400 im Bogenmaß.
  • Falls als Sonnenkollektor eine Fresnel'sche Linse verwendet wird, beträgt der vom Reflexionselement abgedeckte Bereich des Absorberrohres vorzugsweise ca. 240".
  • Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Absorberrohres kann der Wirkungsgrad einer konzentrierenden Kollektoranlage mit einem wirtschaftlich vertretbaren Aufwand, allein durch Verhinderung der Wärmeabstrahlung vom Absorberrohr um ca. 30 % gesteigert werden.
  • Die Absorberrohre können metallisch sein, wodurch eine sichere Medienführung erreicht wird.
  • Da die reflektierenden Flächen des Reflexionselementes besonders gut geschützt sind, wird sich auch langfristig ein hoher Wirkungsgrad der Gesamtanlage halten lassen.
  • Nachfolgend sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigen Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines konzentrierenden Sonnenkollektors mit einem halbzylindrischen Parabolspiegel als Strahlungsbündler, Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Sonnenkollektor gemäß Fig. 1 und Fig. 3 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Sonnenkollektors mit einer Fresnel'schen Linse als Strahlungsbündler.
  • Die wesentlichen Elemente des Sonnenkollektors gemäß Fig. 1 sind der parabolisch gekrümmte Spiegel 1 in Form einer halbzylindrischen Wanne, das Absorberrohr 4, das in der Brennachse des Spiegels 1 feststehend angeordnet ist. Es weist eine schwarze Oberfläche auf, deren Absorptionsverhältnis dem eines schwarzen Körpers" möglichst nahe kommt. Es besteht aus einem gut wärmeleitenden Metall. Um das Absorberrohr herum ist ein Mantelrohr 3 aus lichtdurchlässigem Material, beispielsweise Glas angeordnet. Der Zwischenraum zwischen Mantelrohr 3 und Absorberrohr 4 ist üblicherweise evakuiert, um Wärmeverluste durch Konvektion auszuschalten.
  • Das Mantelrohr 3 ist über feste Verbindungsstege 5 mit dem Parabolspiegel verbunden. Bei einer Verdrehung bzw. Verschwenkung des Spiegels 1 um die Achse des Absorberrohres 4 wird daher auch das Mantelrohr 3 um den gleichen Winkelbetrag gedreht.
  • Ein bestimmter Winkelbereich der Oberfläche des Mantelrohres 3 ist mit einem Spiegelbelag beschichtet. Die spiegelnde Fläche ist dabei nach innen gerichtet.
  • Wie aus Fig. 2 zu serhen ist, ist der Spiegelbelag 2 symmetrisch zur optischen Achse und in dem Bereich des Mantelrohres 3 angeordnet, der von den konzentrierten Sonnenstrahlen 6 nicht beaufschlagt wird. Der Bereich beträgt ca. 1400 im Bogenmaß.
  • Bei einer dem Sonnenstand entsprechenden Nachführung des Parabolspiegels 1 verschwenkt sich dieser zusammen mit dem Mantelrohr 3 um die Achse des Absorberrohres 4. Die Lage des Reflexionselementes bzw. Spiegelbelages 2 zur optischen Achse bleibt daher immer gleich, unabhängig von der Stellung des Spiegels 1 zum Absorberrohr 4. Die sich vom Absorberrohr 4 gegen den Spiegelbelag 2 richtende Wärmestrahlung 7 wird vom Spiegelbelag 2 wieder auf das Absorberrohr 4 zurückgeworfen. Dadurch erhöht sich die Temperatur des Absorberrohres und entsprechend die mittels eines das Absorberrohr 4 durchströmenden Mediums abgeführte Wärmemenge.
  • In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform des Sonnenkollektors gezeigt, bei dem als Strahlungsbündler anstelle eines Parabolspiegels eine Fresnel'sche Linse 8 verwendet wird. In der Brennzone der Linse ist wiederum ein Absorberrohr 4 angeordnet, das von einem Mantelrohr 3 aus Glas umgeben ist. Das Mantelrohr 3 ist dabei fest mit der Fresnel'schen Linse 8 verbunden, so daß bei einer Drehung der Linse 8 um das Absorberrohr 4 das Mantelrohr 3 um den gleichen Winkelbetrag mit verschwenkt wird. Auf der Außenfläche des Mantelrohres 3 ist im denjenigen Winkelbereich, der nicht von gebündelter Strahlung beaufschlagt wird, wiederum ein Spiegelbelag 2 angeordnet, dessen spiegelnde Seite nach innen gerichtet ist. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, ist die Fläche, welche der Spiegelbelag 2 bei dieser Ausführungsform einnimmt, größer als die Fläche gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, da die Linse 8 die gebündelte Strahlung nur auf einen kleineren Flächenbereich des Absorberrohres 4 konzentriert.
  • Die starre Verbindung zwischen der Linse bzw. dem Fresnel'schen System 8 und dem Mantelrohr 3 ist in Fig. 3 nicht gezeigt. Die Funktionsweise dieses Sonnenkollektors ist die gleiche wie beim vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Leerseite

Claims (7)

  1. P a t e n t a n 5 p r ü c h. e (1 Absorberrohr, das in der Brennzone eines konzentrierenden und dem Sonnen stand nachführbaren Sonnenkollektors angeordnet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß über dem Bereich des Absorberrohres (4), der nicht oder nahezu nicht von verdichteter Strahlung (6) getroffen wird, ein Reflexionselement (2) angeordnet ist, das vom Absorberrohr (4) reflektierte Strahlung (7) auf dieses zurückwirft.
  2. 2. Absorberrohr nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c hn e t , daß das Reflexionselement (2) starr mit dem Sonnenkollektor (1) verbunden ist.
  3. 3. Absorberrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Refiexionselement (2) auf einem das Absorberrohr (4) umgebenden, strahlungsdurchlässigen Mantelrohr (3) angeordnet ist.
  4. 4. Absorberrohr nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c hn,e t , daß das Reflexionselement ein Spiegelbelag (2) ist.
  5. 5. Absorberrohr nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Mantelrohr (3) mit dem nachführbaren Kollektor (1) starr verbunden ist und um das stationäre Absorberrohr (4) drehbar ist.
  6. 6. Absorberrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sonnenkollektor ein halbzylindrischer Parabolspiegel (1) ist und der vom Reflexionselement (2) abgedeckte Bereich des Absorberrohres (4) ca. 1400 im Bogenmaß beträgt.
  7. 7. Absorberrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sonnenkollektor ein Fresnel'sches System (8) ist und der vom Reflexionselement (2) abgedeckte Bereich des Absorberrohres (4) ca. 2400 im Bogenmaß beträgt.
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