DE2712310A1

DE2712310A1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2712310A1
Application number: DE19772712310
Authority: DE
Inventors: Guenther Kirschke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-03-21
Filing date: 1977-03-21
Publication date: 1978-09-28
Also published as: ES468118A1

Description

Sonnenkollektor
Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor in Bausteinform, bestehend aus einem Flachgehäuse, in dem in einer Ebene liegend parallel zueinander verlaufende und sich zwischen Zulauf-und Ablaufsammelrohren erstreckende, geschwärzte Rohre angeordnet sind, wobei das Flachgehäuse auf der Einstrahlseite mittels einer Isolierverglasung verschlossen und an den Innenwänden mit einer wärmeisolierenden Auskleidung versehen ist.
Sonnenkollektoren dieser Art sind bekannt. Es ist auch bekannt, daß die Energiemenge, die die Sonne durchschnittlich im Laufe des Jahres auf einen Quadratmeter Erdoberfläche in unseren Breitengraden abstrahlt, im Bereich von 1000 bis 1200 kWh liegt und demgemäß versucht werden muß, mit Sonnenkollektoren einen möglichst großen Anteil dieser doch ganz erheblichen Energie zu erfassen.
Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, einen Sonnenkollektor der eingangs definierten Art derart auszugestalten, daß die zu Verfügung stehende Sonnenenergie in höchstmöglichem Maße ausgenützt wird, wozu angestrebt wird, ein Ausnutzen auch nur kurzzeitiger Sonneneinstrahlung zu gewährleisten und insbesondere sicherzustellen, daß die im Verlauf eines Tages aus unterschiedlichen Richtungen auf den Sonnenkollektor treffende Wärmestrahlung in ausnutzbare Wärmeenergie umgeformt wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß jedes der geschwärzten Rohre innerhalb einer langgestreckten Reflektorschale angeordnet ist., die im Querschnitt die Form zweier bezüglich des Rohres symmetrisch liegender Teilkreise besitzt, daß der Durchmesser der Rohre im wesentlichen gleich dem Radius dieser Teilkreise ist, und daß die Mittelpunkte der Teilkreise in einer zur Isolierverglasung parallelen Ebene und im Bereich der Schnittlinien dieser Ebene mit der Wandung des Rohres liegen.
Durch diese ganz speziellen Maßnahmen und insbesondere durch die Dimensionsverhältnisse zwischen den den Wärmeträger führenden geschwärzten Rohren und den teil zylindrischen Reflektorschalen wird es möglich, praktisch jegliche Sonnenstrahlung während des Verlaufs eines Tages auszunutzen, da die Reflexionsverhältnisse so gewählt sind, daß bei unterschiedlicher Richtung des Strahlungseinfalls aufgrund von Mehrfachreflexionen stets das Optimum an Strahlung gegen die vergleichsweise geringen Durchmesser besitzenden Rohre geleitet wird, wodurch wiederum ein schnelles Ansprechen des Systems und eine hohe Temperatur des erhitzten Wärmeträgers erreichbar ist.
Zweckmäßigerweise werden die Sonnenkollektoren nach der Erfindung mit einer Neigung von etwa 350 gegen Süden gerichtet, und es ist im System eine Pumpe vorgesehen, welche das erhitzte Wasser beispielsweise zu einem in einem Schwimmbad angeordneten Wärmetauscher leitet. Wesentlich ist jedoch, daß aufgrund der mittels der Erfindung erreichbaren hohen Wassertemperaturen eine starke Eigenzirkulation erreicht wird, die gegebenenfalls sogar den Einsatz einer Pumpe überflüssig machen kann.
Vorzugsweise ist der Abstand der Ebene, in der die beiden Mittelpunkte der Teilkreise gelegen sind, von der Isolierverglasung kleiner als der Radius der geschwärzten Rohre, wobei der Durchmesser dieser geschwärzten Rohre zweckmäßigerweise im Bereich von etwa 20 bis 40 mm liegt und der jeweils verwendete Rohrdurchmesser in Abhängigkeit von den speziellen Gegebenheiten und der jeweiligen Konstruktion gewählt werden kann.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Reflektorschalen an entsprechend geformten Trägerkörpern aus wärmespeicherndem Material angebracht, wobei die reflektierenden Schichten auch unmittelbar an diesen Trägerkörpern angebracht, z.B. aufgedampft sein können.
Diese Ausführungsform erbringt den Vorteil, daß auch eine zu einer bestimmten Zeit anfallende und im Augenblick nicht ausnutzbare Wärmeenergie gespeichert und dann abgegeben werden kann, wenn sie benötigt wird.
Bevorzugt bestehen die Trägerkörper, die in unmittelbarem Kontakt mit den Reflektorschalen stehen, aus Speichersteinen, so daß sogar während der Nachtzeit eine Energierückübertragung auf die Heizungsrohre möglich wird.
Durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors in Bausteinform, ist es problemfrei möglich, mehrere Kollektoren zu der jeweils benötigten Gesamtfläche zusammenzusetzen und zusammenzuschalten, wodurch die jeweils optimalen Verhältnisse geschaffen werden können.
Die Fertigung der Reflektorschalen in der erfindungsgemäßen Form bereitet praktisch keine Schwierigkeiten, da dazu beispielsweise die Technologie verwendet werden kann, die bei der Verspiegelung von Autoscheinwerfern gebräuchlich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt dabei in einer die jeweiligen Abmessungen verhältnisgetreu w1edergebenden Zeichnung eine Teilschnittdarstellung eines Sonnenkollektors, wobei die Schnittebene quer zur Längsachse der den Wärmeträger führenden Rohre gelegt ist.
In einem flachen Gehäuse 1, das öffnungsseitig mittels einer Isolierverglasung verschlossen ist und an den Seitenwänden sowie an der Bodenwandung mit einer Wärmedämmschicht 3 ausgestattet ist, befinden sich mehrere, parallel zueinander verlaufende und sich zwischen nicht dargestellten Zulauf- und Ablaufsammelrohren erstreckende geschwärzte Kupferrohre 4.
Jedes dieser Kupferrohre 4 liegt symmetrisch innerhalb einer speziell ausgestalteten Reflektorschale 5, 6, die sich längs des Rohres erstreckt.
Zwischen Reflektorschale 5, 6 und Wärmedämmschicht 3 ist ein wärmespeicherndes Material 9 angeordnet, das die gegebenenfalls an ihrer Rückseite geschwärzte Reflektorschale trägt.
Es ist auch möglich, den wärme speichernden Körper in seiner Formgebung so zu wählen, daß sich die für die Reflektorschale erforderliche Grundform ergibt und dann diesen Körper mit reflektierendem Material zu bedampfen, so daß sich eine integrale Gesamtanordnung ergibt.
Die Reflektorschalen, die jeweils jedem Rohr zugeordnet sind, besitzen im Querschnitt die Form zweier bezüglich des Rohres symmetrisch liegender Teilkreise, wobei der Radius dieser Teilkreise so gewählt ist, daß er im wesentlichen gleich dem Durchmesser des jeweiligen Rohres 4 ist.
Von Bedeutung ist die Relativlage der Krümmungsmittelpunkte der Teilkreise bezüglich des Rohres 4. Demgemäß liegen diese MittelpunktB der Teilkreise in einer zur Isolierverglasung 2 parallelen Ebene und im Bereich der Schnittpunkte dieser Ebene mit der Wandung des Rohres 4..Auf diese Weise wird erreicht, daß auch bei unterschiedlicher Einstrahlrichtung das Maximum an Energie ausgenutzt werden kann,da durch Mehrfachreflexionen sichergestellt wird, daß stets nahezu alle einfallenden Strahlen gegen das Rohr gerichtet werden. Dies lassen die beispielsweise eingezeichneten Strahlungsverläufe deutlich erkennen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Reflektorschale öffnungsseitig im Querschnitt konisch auszubilden, wie dies in der Zeichnung bei 10 zu erkennen ist. Diese Maßnahme trägt ebenfalls dazu bei, möglichst alle einfallenden Strahlen gegen das Rohr zu richten und damit sicherzustellen, daß das System sehr schnell anspringt und hohe Wassertemperaturen erreicht werden können.
Als wärmedämmendes Material 9 können auch Speichersteine Verwendung finden, wodurch erreichbar ist, daß im Augenblick nicht benötigte Energie in diesen Speichersteinen gespeichert und beispielsweise während der Nachtzeiten abgegeben wird.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Sonnenkollektors wird es möglich, bei relativ geringer Grundfläche ein hohes Maß an Energieausnutzung durch gezielte Bündelung zu erreichen, und es ist vorteilhaft, daß die in Baueinheiten bestimmter Größe, z. B. in der Größe von einem Quadratmeter, hergestellten Kollektoren in beliebiger Weise zu größeren Einheiten zusammengeschaltet werden können, ohne dabei das Grundprinzip zu verändern.
Das Kollektorsystem nach der Erfindung kann universell eingesetzt werden und beispielsweise Verwendung finden zur Schwimmbadheizung, Gebäudeheizung oder Brauchwasserbereitung.
- Patentansprüche - Leerseite

Claims

- a t e n t a n s p r ü c > e Sonnenkollektor in Bausteinform, bestehend aus einem Flachgehäuse, in dem in einer Ebene liegend parallel zueinander verlaufende und sich zwischen Zulauf- und Ablaufsammelrohren erstreckende, geschwärzte Rohre angeordnet sind, wobei das Flachgehäuse auf der Einstrahlseite mittels einer Isolierverglasung verschlossen und an den Innenwänden mit einer wärmeisolierenden Auskleidung versehen ist, dadurch g e k e n n z e i c hn e t, daß jedes der geschwärzten Rohre (4) innerhalb einer langgestreckten Reflektorschale (5, 6) angeordnet ist, die im Querschnitt die Form zweier bezüglich des Rohres symmetrisch liegender Teilkreise besitzt, daß der Durchmesser der Rohre (4) im wesentlichen bleich dem Radius dieser Teilkreise ist, und daß die Mittelpunkte (7, 8) der Teilkreise in einer zur Isolierverglasung (2) parallelen Ebene und im Bereich der Schnittlinien dieser Ebene mit der Wandung des Rohres (4) liegen.
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Verbindungslinie der beiden im Querschnitt teilkreisförmigen Teiischalen (5, 6) in der senkrechten Rohrmittelebene gelegen ist.
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Abstand der Ebene, in der die beiden Mittelpunkte (7, 8) der Teilkreise (5, 6) gei$n sind,von der Isolierverglasung (2) kleiner ist als der Radius der geschwärzten Rohre (4).
4. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Durchmesser der geschwärzten Rohre (4) im Bereich von 20 bis 40 mm liegt.
5. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gek e n nz e i c h n e t, daß das Verhältnis der Öffnungsweite der langgestreckten Reflektorschale (5, 6) zum Durchmesser der geschwärzten Rohre etwa 4 bis 8 beträgt.
6. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gek e n n z e i c h ne t, daß die Reflektorschalen (5, 6) aus entsprechend geformten und mit reflektierenden Oberflächenschichten versehenen Trägerkörpern (9) aus wärmespeicherndem Material bestehen.
7. Sonnenkollektor nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Trägerkörper (9) aus Speichersteinen bestehen.