DE2649807A1

DE2649807A1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2649807A1
Application number: DE19762649807
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Rer Nat Bulang; Karl Donnert
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1976-10-29
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1978-05-03
Also published as: ES463519A1

Description

Sonnenkollektor
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor mit einem Kollektorelement, das von mindestens einer strahlendurchlässigen Scheibe abgedeckt und in einem wärmeisolierten Träger angeordnet ist.
Die Sonnenkollektoren dienen zur Nutzung der Sonnenenergie durch deren Umwandlung in Wärme, die auf ein Trägermediun übertragen wird, für verschiedene Anwendungsgebiete, wie z.B. zur Warmwasserbereitung sowie für Raumheizung.
Es sind Flachkollektoren bekannt, die einen wannenförmigen Träger haben, in dem ein Kanalsystem für das Wärmeübertragungsmittel eingelegt ist, mit dem eine Kollektorplatte in wärmeleitender Verbindung steht und die mit einer strahlendurchlässigen Abdeckscheibe abgedeckt ist.
Derartige Anlagen sind für flüssige Wärmeübertragungsmittel bestimmt, die durch ihre verhältnismäßig hohe Wärmeleitfähigkeit einen ausreichenden Wirkungsgrad ermöglichen. Unzufriedenstellend sind dagegen die bekannten Vorrichtungen, wenn als Wärmeübertragungsmittel ein Gas, insbesondere Luft, verwendet werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sonnenkollektor der eingangs genannten Art zu entwickeln, der geeignet ist, sowohl flüssiges als auch gasförmiges übertragungsmittel unter Ausnutzung der Sonnenenergie mit hohem Wirkungsgrad zu erwärmen.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kollek torelement ein in sich reflektierender Körper ist, der eine Vielzahl von Durchführungen für das Wärmeübertragungsmedium aufweist.
Ein derartiger Körper wirkt als schwarzer Körper, der die Sonneneinstrahlung in sich selbst aber nicht zurückreflektiert, wodurch bei guter Wärmeübertragung an das Medium eine optimale Ausnützung der Sonnenenergie gewährleistet ist. Die Vielzahl der Durchführungen durch den Kollektorkörper bietet eine sehr große Wärmeübertragungsfläche und ermöglicht somit eine gute Wärmeübertragung vom Kollektor an das Medium.
Eine Optimierung der Wärmeübertragung kann durch eine eine Turbulenz des Mediums hervorrufende Ausbildung der Durchführungen im Kollektorkörper erreicht werden.
Bevorzugte Ausbildungen des Kollektorkörpers sind erfindungsgemäß durch Merkmale in den Ansprüchen 3 bis 5 gekennzeichnet.
In einer vorteilhaften Ausführung gemäß der Erfindung, i3t der das Kollektorelement tragende Träger wannenförmig ausgebildet und mit mindestens einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung für den Durchlaß des Wärmeübertragungsmediums versehen, wobei das Kollektorelement im Strömungsweg des Mediums zwischen den beiden Öffnungen angeordnet ist. Mit einem derartigen Kollektor können sowohl flüssige als auch gasförmige Medien zum Energietransport verwendet werden. Bei dieser fertigungstechnisch sehr einfachen Ausführung dient der Träger gleichzeitig dazu, den Durchfluß für das Wärmeübertragungsmedium zu bilden. Bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Kollektorkörpers, der eine Turbulenz des Mediums verursacht, ist die Vorrichtung besonders gut unter Ausnutzung einer ho'-en Leistung mit einem gasförmigen Medium wie z.B. Luft zu betreiben.
Der Träger kann in einer einfachen Art als Blechwanne ausgebildet sein, die mit wärmeisolierendem Material ausgekleidet ist.
In einer weiteren Ausführung eines Sonnenkollektors gemäß der Erfindung, zur Lufterwärmung, sind zwei mit Abstand parallel zueinander angeordnete Abdeckscheiben vorgesehen, zwischen denen das Wärmeübertragungsmedium eingeführt, an einer Kante der inneren Abdeckscheibe umgelenkt und durch den Kollektor durchgeführt wird. Die Eria3hung des Wirkungsgrades wird hier dadurch bewirkt, daß cio Luft einen Anteil der Wärmeenergie bereits zwischen den beiden Abdeckscheiben aufnehmen kann.
In der Zeichnu=g ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Sonnenkollektor für gasförmige Wärmeübertragungsmedien und Fig. 2 einen Querschnitt aus Fig.
Fig. 1 zeigt einen mit Isoliermaterial 10 ausgekleideten, als Wanne ausc-silde.en Träger 11 aus Blech oder Kunststoff, in dessen Boden eine Austrittsöffnung 12 vorgesehen ist.
Das obere Ende der einen Wannenseitenfläche ist als Leitblech 13 ausgebildet. Der Träger ist mit zwei mit Abstand parallel zueinander angeordeten strahlendurchlässigen Scheiben 15 und 16 abgedeckt. An der dem Leitblech 13 gegenüberliegenden Seite verbleibt zwischen beiden Abdeckscheiben 15 und 16 eine als breiter Spalt ausgebildete Eintrittsöffnung 17 für ein Wärmeübertragungsmedium. Zur Weiterführung des Mediums ist ein zweiter Spalt 18 zwischen der inneren Abdeckscheibe 16 und dem Leitblech 13 vorgesehen. Parallel und mit Abstand zur inneren Abdeckscheibe ist ein Kollektorelement 20 im Träger angeordnet, das aus parallel zur Strömung des Wärmeübertragungsmediums verlaufende, gewellte Blechlamellen 21 gebildet ist, die so miteinander verbunden sind, daß die Profile zwischen je zwei Lamellen schmale parallel zur Strömung verlaufende Durchlässe 22 bilden.
Der Sonnenkollektor wird den Sonnenstrahlen 23 ausgesetzt, die durch die Scheiben 15 und 16 auf das Kollektorelement 20 eintreffen.
Die in das Kollektorelement 20 einstrahlende Energie wird annähernd vollständig aufgenommen, zumal die einfallenden Strahlen nicht rückreflektiert werden. Durch die Lamellenanordnung werden die von einer Lamelle reflektierten Strahlen im allgemeinen auf eine andere Lamelle einfallen, so daß hier eine optimale Wärmeenergieaufnahme gewährleistet ist.
Das durch die Eintrittsöffnung 17 in den Sonnenkollektor hineinfließende Medium wird zunächst zwischen den beiden Scheiben 15 und 16 geleitet, wobei das Medium durch die direkte Sonnenstrahlung und die erwärmten Abdeckplatten vorgewärmt wird.
Am Spalt 18 wird das Medium durch das Leitblech 13 umgelenkt und in einem Sammelraum 24 geführt. Vonhier aus verteilt sich das Medium zur Aufnahme der Wärmeenergie aus dem Kollektorelement auf die verschiedenen Durchlässe 22, um dann als Energieträger durch die Austrittsöffnung in ein Reservoir für verschiedene Verwendungszwecke oder durch Heizkörper beispielsweise einer Raumheizungsanlage geführt zu werden.
Das Kollektorelemen' 20 läßt sich auf viele verschiedene Arten ausbilden. Zum Beispiel kann es aus Metallspänen wie z.B. Aluminiumspänen bestehen, wodurch sich eine sehr wirtschaftliche Vorrichtung für die Sonnenenergiegewinnung herstellen lßt.
Es ist bei der Verwendung eines Gases als Wärmeübertragungsmedium,für das das oben beschriebene Ausführungsbeispiel geeignet ist, wesentlich, daß das Kollektorelement 20 eine Verwirbelung des durchströmenden Gases hervorruft, um somit die Kontaktfläche zwischen Kollektorelement und Gas zu vergrößern und die Wärmeübertragung zu verbessern.
Im Falle eines flüssigen Wärmeübertragungsmediums wird der Sonnenkollektor nur mit einer Abdeckscheibe 16 ausgerüstet, die den Raum 24 völlig abdichtet. Das flüssige Wärmeübertragungsmedium ist dann vorzugsweise quer durch den Träger 11 direkt in bzw. durch das Kollektorelement hindurchzuführen, so daß an Stelle der Öffnungen 12 und 17 seitlich in der Höhe des Kollektorelements angeordnete Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen vorgesehen sein werden.
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Claims

Patentansprüche 1. Sonnenkollektor mit einem Kollektorelement, das von mindestens einer strahlendurchlässigen Scheibe abgedeckt und in einem wärmeisolierten Träger angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kollektorelement (20) ein in sich reflektierender Körper ist, der eine Vielzahl von Durchführungen (22) und eine sehr große Oberfläche für die Wärmeübertragung auf e-n zu erwärmendes Medium aufweist.
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dß die Durchführungen (22) eine Turbulenz des durchfließenden Stromes des Wärmeübertragungsmediums hervorrufen.
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kollektoreleiaent (20) aus mehreren parallel zueinander und zur Strömung des Wärmeübertragungsmediums angeordnete Blechlamellen besteht.
4. Sonnenkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlamellen (21) des Kollektorelementes (20) gewelit sind und eine Vielzahl von schmalen Durchlässen (22) bildend, miteinander in Verbindung stehen.
5. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kollektorelement (20) aus Metallspänen, insbesondere Aluminlumspänen besteht.
6. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der das KollektorelQment (20) tragende Träger (11) wannenförmig ausgebildet ist, und mindestens eine Eintrittsöffnung (17) und eine Austrittsöffnung !12) für den Durchlaß des Wärmeübertragungsmediums aufweist, wobei das Kollektorelementim St ömungsweg des Mediums zwischen den beiden Öffnungen angeordnet ist.
7. Sonnenkollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) eine Blechwanne oder Kunststoffwanne ist, die mit wärmeisolierendem Material ausgekleidet ist.
8. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Luft als Wärmeübertragungsmedium dient.
9. Sonnenkollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit Abstand parallel zueinander angeordnete Abdeckscheiben (15, 16) vorgesehen sind, zwischen denen das Wärmeübertragungsmedium eingeführt, an einer Rante der inneren Abdeckscheibe (16) umgelenkt und durch das Kollektorelement (20) hindurchgeführt wird.