DE2738924A1

DE2738924A1 - Vakuum-solarkollektor

Info

Publication number: DE2738924A1
Application number: DE19772738924
Authority: DE
Inventors: Norbert Raab
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1977-08-29
Filing date: 1977-08-29
Publication date: 1979-03-15

Description

Vakuum-Solarkol lektor
Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuum-Solarkollektor mit einem Absorber, der in einem mit einer strahlendurchlässigen Scheibe abgedeckten Vakuumbehälter eingeschlossen ist.
Üblicherweise wird der für die Umwandlung und Obertragung der Sonnenenergie verantwortliche Absorber eines Kollektors mit schlecht wärmeleitenden Werkstoffen isoliert um Wärmeverluste möglichst klein zu halten.
Es ist auch bekannt, den Absorber durch Vakuumschichten zu isolieren. Die Isolierwirkung ist dabei wesentlich besser, so daß der Wirkungsgrad eines Kollektors gegenüber den vorhergenannten Typen verdoppelt werden kann. Dieser Vorteil wirkt sich jedoch erst bei einem Vakuum von mindestens 10 5 Torr aus. Man hat daher noch Abstand von der Herstellung derartiger Kollektoren genommen, denn es bedarf dazu nicht nur einer sorgfältigen Abdichtung des Kollektorgehäuses sondern auch die Anwendung von ausreichenden steifen bzw. druckfesten Bauelementen. In dieser Beziehung ist insbesondere die strahlendurchlässige Abdeckscheibe, für die im allgemeinen eine Glasscheibe verwendet wird, das größte Problem, denn sie soll möglichst eine geringe Energieabsorbtionsfähigkeit besitzen, weshalb Scheiben mit geringer Dicke gewählt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen drucksicheren Kollektor der eingangs genannten Art zu schaffen, der unter der Voraussetzung eines guten Wirkungsgrades einfach herstellbar ist.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Absorber im Vakuumbehälter freiliegend angeordnet ist derart, daß zwischen dem Absorber und dem Behälter abgesehen von gegebenenfalls erforderlichen Aufhängungen kein Kontakt besteht, und daß die strahlendurchlässige Scheibe mit mehreren Druckstützen geringer Auflagefläche für die Scheibe abgestützt ist.
Hierdurch ist einerseits der Vorteil einer Vakuumisolierung voll ausgeschöpft, indem der Absorber vollständig vom Leerraum umgeben ist. Die Abdeckscheibe wird für den Einzelfall entsprechend ausgelegte Druckstützen versteift, so daß die üblichen dünnen Scheiben verwendet werden können und damit der Vorteil einer geringen Energieabsorbtion beibehalten werden kann.
Durch die geringe Auflagefläche bzw. Kontaktfläche zwischen den Druck stützen und der Scheibe wird nur ein relativ geringer Energieverlust verzeichnet. Die Kontaktfläche kann unter gleichbleibender Steifigkeit des Systems weiterhin verringert werden, indem die Druckstützen von der Kontakt fläche ausgehend sich aufweitend ausgebildet sind, wobei die Seitenflanken der Druckstützen verspiegelt werden. Hierdurch wird erreicht, daß lediglich die auf die Kontakt flächen der Druckstützen mit der Abdeckscheibe einfallenden Strahlungen absorbiert, während die auf die Flanken auftreffenden Strahlen auf den Absorber abgelenkt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind Druck stützen mit konischem Querschnitt vorgesehen, deren Enden am Kollektorgehäuse verankert sind und auf deren schmalen Seite sich die Abdeckscheibe abstützt.
Es ist auch möglich die Abstützung mit senkrecht zur Scheibe angeordneten Druckstützen durchzuführen. Hierzu können Zwischenstützen vorgesehen sein. Gemäß einer einfachen Ausführung sind die Druckstützen direkt am Boden des Kollektors abgestützt, wobei sie mit Spiel durch Bohrungen des Absorbers durchgeführt sind.
Vorteilhaft ist in diesem Fall ein Absorber, der bienenwagenartig ausgebildet ist. Mit einem derartigen Absorber können stabförmige Druckstützen direkt durch die Zwischenräume durchgeführt werden, ohne daß hier besondere Maßnahmen vorgenommen werden müssen. Es ist möglich eine Vielzahl von dünnen Spiegeln vorzusehen und sie regelmäßig auf die Scheibenfläche zu verteilen, um eine gleichförmige Abstützung der Scheibe zu erreichen.
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 und 2 ein erstes und Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel.
In Fig. 1 ist ein Kollektor 10 mit einem in einem Gehäuse 11 angeordneten bienenwabenartigen Absorber 12 gezeigt. Das Gehäuse 11 besteht aus einer Grundplatte 13 aus Metall, einem Rahmen 14 und einer strahlendurchlässigen Scheibe 15. Über beispielsweise ein nicht dargestelltes am Rahmen 14 angebrachtes Ventil wird der Innenraum 16 des Gehäuses 11 evakuiert. Um dem dabei entstehenden Druck standzuhalten, sind der Metallrahmen 14 und die Bodenplatte 13 entsprechend ausgelegt und miteinander verbunden. Lediglich die strahlendurchlässige Scheibe 15 ist nicht druckfest ausgelegt, sie wird aber mit einer Vielzahl von Druckstützen 17 gegen die Druckkraft abgestützt. Die Druckstützen 17 sind jeweils durch einen Hohlraum 18 des Absorbers 12 durchgeführt und stützen sich ihrerseits am Boden 19 der Grundplatte 13 ab. Um das System zu stabilisieren, sind die stabartigen Stützen 17 an der Scheibe 15 und der Grundplatte 13 verklebt. Hierdurch lassen sich die Stützen 17 außerdem in den Durchführungen 18 in einer Lage sichern, bei der sie keinen Kontakt mit dem Absorber 12 haben, um eine wärmeleitende Verbindung zu vermeiden.
Der Absorber 12 ist auf Träger 20 aus wärmeisolierendem Material abgestützt bzw. aufgehängt, so daß er im wesentlichen vom evakuierten Raum 16 umgeben ist und somit gegen die Atmosphäre wärmeisoliert ist. Um Wärmeverluste durch Abstrahlung vom Absorber auch zu minimalisieren, ist die Innenfläche des Rahmens 14 und der Grundplatte 13 verspiegelt, so daß hierauf einfallende Wärmeabstrahlungen wieder zurück auf den Absorber reflektiert werden. Der Absorber 12 ist ferner mit Wärmeträgerrohren 21 in wärmeleitendem Kontakt verbunden. Ein Ausschnitt einer Draufsicht des Kollektors 10 ist in Fig.2gezeigt.
In Fig. 3 ist eine Ausführung eines Kollektors 25 gezeigt, in der anstelle des wabenförmigen Absorbers 12 eine Absorber platine 26 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführung ist es vorteilhaft, die strahlendurchlässige Scheibe i5 mit Längsstreben 27 abzustützen, die im Rahmen 14 verankert sind.
Es wäre auch in diesem Fall möglich, senkrechte Abstützleisten, wie in Fig. 1 einzuführen, indem in der Fig. 3 gestrichelt angedeutete Bohrungen 18 in die Platine 26 eingearbeitet werden. Eine weitere Variante wäre, daß rohrförmige Druckstützen verwendet werden.
Bei den Ausführungen gemäß der Erfindung ist es möglich, die Auflagefläche 30 bzw. 31 der Druckstützen 17 bzw. 27 relativ klein zu halten, um einen Einstrahlungsverlust möglichst gering zu halten. Die Druckstützen können abgewandt von der Scheibe 15 breiter ausgebildet werden, um die notwendige Steifigkeit zu erhalten. Die senkrechten Druckstützen 17 könnten hierfür mit einer stumpfen Spitze ausgebildet werden. Gemäß Fig. 3 sind Leisten mit konischem Querschnitt vorgesehen, deren Seitenflanken 33 verspiegelt sind.

Claims

Patentasprüche 1. Vakuum-Solarkollektor mit einem Absorber, der in einem ~ mit einer strahlendurchlässigen Scheibe abgedeckten Vakuumbehälter eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (12) im Vakuumbehälter (11) freiliegend angeordnet ist derart, daß zwischen dem Absorber und dem Behälter außer über notwendige Aufhängungen (20) kein wärmeleitender Rontakt besteht, und daß die strahlendurchlässige Scheibe (15) mit Druckstützen (17) abgestützt ist, die jeweils geringe Auflageflächen für die Scheibe aufweisen.
2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstiitzen (27) von der Scheibenauflagefläche (31) aus sich annähernd konisch erweiternd ausgebildet sind, und daß die von Sonnenstrahlen bestrahlbaren Flanken (33) der Druckstützen verspiegelt sind.
3. Kollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstützen (27) unterhalb der lichtdurchlässigen Scheibe (15) parallel zu ihr angeordnet und im Kollektorgehäuse (11) verankert sind.
4. Kollektor nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstützen (17) senkrecht zur strahlendurchlässigen Scheibe (15) angeordnet sind.
5. Kollektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absorber (12) mit mehreren Bohrungen (18) vorgesehen ist, und daß die Druckstützen (17) mit Spiel durch die Bohrungen geführt und am Boden (19) des Kollektors abgestützt sind.
6. Kollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (12) bienenwabenartig ausgebildet ist.
7. Kollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kollektorgehäuse (11) aus einer Grundplatte (13) und einem mit der Platte vakuumdicht verbundenen Rahmen (14) besteht, auf dem die strahlendurchlässige Scheibe (15) auEgeklebt ist.
8. Kollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenboden (19) des Kollektor gehäuses (11) verspiegelt ist.