DE2811048A1

DE2811048A1 - Linearer sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2811048A1
Application number: DE19782811048
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Phys Palz; Raymond Albert Zaharia
Original assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Current assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Priority date: 1977-03-15
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1978-09-21
Also published as: DE2811048C2; FR2384213B1; FR2384213A1

Description

CENTRE MKmL D'ETUDES SPATIALES 129, ruevde _:i'"univerBite .
75 Paris 7 ; ■.,""' ^:
Frankreich

Linearer Sonnenkollektor

Die Erfindung; betrifft Verbesserungen an Einrichtungen die verv/andt werden, um die Sonnenenergie zu konzentrieren und zu sämiaeIn, damit sie als V/ärmequelle genützt •werden kann. :"■'-...-

Ein Sonnenkollektor umfaßt normalerweise einen Reflektor für die Sonnenenergie und einen Absorber für die Sonnenenergie, welcher so angeordnet ist, daß er die von dem Reflektor reflektierte Sonnenenergie empfangt.

Es sind ebene Sonnenkollektoren bekannt, mit denen Energie bei niederer Temperatur (unter IpO⁰C) erhalten werden können. Ferner keiint man Kollektoren mit einer punktförmigen Konzentration, die Insbesondere für sehr hohe Temperaturen (bis zu. 400O⁰C) verwandt werden, und Sonnenkollektoren mit einer linearen Konzentration für den Bereich der mittleren Temperaturen von ii

00° bis 40O⁰C.

(οΒβ) aa a· ea

TELEX ΟΒ·Οβ ·βθ TELEKOPIERER

Die Erfindung "betrifft einen Kollektor der zuletzt genannten Art,und genauer ausgedrückt solche Kollektoren, die einen Reflektor, der Mittel aufweist, die für die Sonnenenergie eine reflektierende Oberfläche "bzw. einen Spiegel "bilden, und einen Absorber umfassen, der Mittel aufweist, die für die Sonnenenergie eine absorbierende Oberfläche bilden, wobei die reflektierende Oberfläche eine fokussierende Oberfläche mit einer Brennebene und einer einzigen, zu ihrer Brennebene senkrechten Symmetrieebene ist und wobei die absorbierende Oberfläche so ausgebildet ist, daß sie sich in einer Stellung befinden, kann, in der sie die gleiche Symmetrieebene wie die reflektierende Oberfläche einnimmt.

Die Zielsetzungen der vorliegenden Erfindung bestehen einerseits darin, den Wirkungsgrad des Sonnenkollektors zu verbessern, indem mögliche Verluste äußerst klein gehalten -werden, sei es, dajß es sich um Strahlungsverluste des Absorbers oder um -"Verluste aufgrund von Mangeln des Reflektors oder einer mangelhaften Ausrichtung des Kollektors auf die Sonne handelt, und andererseits, die Kosten für die Herstellung und die Einstellung des genannten Sonnenkollektors zu verringern.

Diese Zielsetzungen werden gemäß der Erfindung mit einem Kollektor erreicht, der die folgenden charakteristischen Bedingungen erfüllt:

0,2 Έ \<I

0,015 Ϊ¹ <£ 1 < 0,032 Έ

hierin bedeuten:

F die Brennweite der reflektierenden Oberfläche, L die Breite der Projektion der reflektierenden Oberfläche in der Brennebene,

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1 die Breite der Projektion der absorbierenden Oberfläche in der Brennebene, wobei angenommen wird, daß die absorbierende Oberfläche eine Stellung einnimmt, in der sie die gleiche Symmetrieebene wie die reflektierende Oberfläche einnimmt,

und daß sich mindestens 50 % der absorbierenden Oberfläche, von der angenommen wird, daß sie die genannte Stellung einnimmt, zwischen der Brennebene und einer Ebene befinden, welche-,parallel" zur Brennebene verläuft und in Richtung auf die reflektierende Oberfläche um einen Wert d von der Brennebene abweicht, wobei

0^d<0,080 P. .. .

Die Form des Spiegels, die Form der absorbierenden Oberfläche, die Anordnung der absorbierenden Oberfläche in Bezug auf die Brennebene und die Breiten L und 1 des Spiegels und der absorbierenden Oberfläche werden gemäß den besonderen Anforderungen ausgewählt.

Es ist von Vorteil, einen zylindrischen Spiegel mit einem kreisförmigen Querschnitt oder einen zylindrischen Spiegel mit einem parabolischen Querschnitt zu verwenden.

Im ersten Fall ist es von besonderem Vorteil, . die absorbierende Oberfläche nicht in der Brennebene anzuordnen, d.h. sie vor der Brennebene des Spiegels statt in dieser Ebene anzuordnen, wie es an und für sich bekannt ist.

Es hat sich herausgestellt, daß die vorteilhaftesten Ausführungsformen mit den folgenden Weri&ereichen erhalten werden:

Spiegel mit kreisförmigem Querschnitt und in der Brennebene angeordnetem Absorber

0,2 F<L<1,5 F und 0,015 F< 1< 0,030 F

Spiegel mit kreisförmigem Querschnitt und außerhalb der Brennebene angeordnetem Absorber

0,2 F 4. L^1,5 F
0,015 F< 1< 0,030 F
0,006 F< d<0,030 F

Spiegel mit parabolischem Querschnitt und in der Brennebene angeordnetem Absorber

1,5 F «L<1,7 F
0,016 F<l<0,032 F

In der Praxis ist es nicht ausgeschlossen, daß sich der Absorber und der Spiegel in Stellungen befinden, welche etwas von den idealen Stellungen beispielsweise wegen eines von vorneherein vorhandenen Einstellfehlers oder einer Änderung der Einstellung während des Betriebes abweichen.

Um die Wirkungen dieser/möglichen Abweichungen oder diejenigen einer etwaigen falschen Ausrichtung auf die Sonne zu verringern, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, den Absorber mit in Längsrichtung verlaufenden Flügeln zu versehen, die gemäß einer sich mit einem Winkel t öffnenden Konfiguration angeordnet sind und Reflektoren für die sichtbare Strahlung und/oder Absorber für die Infrarot-Strahlung bilden. Die absorbierende Oberfläche und die Flügel begrenzen einen Hohlraum, der gegen die reflek-

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tierende Oberfläche gerichtet ist und ggf. auf der Seite der reflektierenden Oberfläche durch eine dünne Glasplatte oder ein anderes transparentes Material verschlossen « ist. '

Es hat sich ganz allgemein als vorteilhaft erwiesen, wenn der Winkel t der Flügel innerhalb des Bereiches von 11,5° bis 106° liegt.

Im Falle eines zylindrischen Spegels mit kreisförmigem Querschnitt wird vorzugsweise der Winkel auf einen Wert von 84,5° begrenzt, und noch besser ist es, einen Winkel in dem Bereich von 23° bis 34·° zu wählen, wenn keine Anordnung außerhalb der Brennebene vorliegt, und in dem Bereich von 35° "bi-^s ί
Brennebene vorliegt.

Bereich von 35° his 58° wenn eine Anordnung außerhalb der

Im Falle eines zylindrischen Spiegels mit parabolischem Querschnitt ist der bevorzugte Bereich 82° bis 92°.

Im folgenden werden die Wirkungsweise und die Vorteile der Vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine: schematische Grunddarstellungen verschiedener

; Ausführungsformen von Kollektoren nach der Erfindung ...-■"" im Querschnitt,

Fig. 2 eine schematische Grunddarstellung eines erfindungsgemäßen Absorbers im Querschnitt,

Fig. 3 und A Querschnittsdarstellungen von zwei besonderen Ausführungsformen eines Absorbers,

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ORlGiNALfNSPEGTED

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Änderung der geometrischen Konzentration als Funktion der Breite des Spiegels für verschiedene Kollektoren nach der Erfindung,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Änderung der geometrischen Konzentration als Funktion der Abweichung von der Brennebene bei einem Kollektor mit einem Zylinderspiegel und einer absorbierenden, von der Brennebene abweichenden Oberfläche, und

Fig. 7 ein schematischer Querschnitt eines Kollektors mit stationärem Spiegel und bewegbarem Absorber.

In der Fig. 1 sind verschiedene Spiegel- und Absorber-Ausgestaltungen im Schnitt in einer zur Brennebene des Spiegels senkrechten Ebene dargestellt.

AB stellt die Linie der Brennebene in der Schnittebene dar.

Mit S ist das Profil eines zylindrischen Spiegels mit kreisförmigem Querschnitt und Radius R, mit dem Mittelpunkt O und dem Scheitel T bezeichnet. Mit P ist das Profil eines parabolischen Spiegels mit dem gleichen Scheitel T und der gleichen Brennebene AB bezeichnet.

Im bzw. Lp bezeichnen die Grenzen des Bereiches, innerhalb dessen die Breite der reflektierenden Oberfläche des Spiegels gewählt worden ist,

L₁ = 2 I = 2 I = E
L₅ = 0,2 F = 0,1 R

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■ Al-

Diese reflektierende Oberfläche kann aus einer einzigen Oberfläche oder einer Vielzahl von kleinen Oberflächen gebildet sein, wie es an und für sich bekannt ist.

Es ist offensichtlich nicht möglich, maßstabsgerecht die absorbierende Oberfläche darzustellen, deren Projektion auf die Ebene AB eine Breite von größer oder gleich 0,032 P hat, d.h. in der Größenordnung von Hunderstei. des Radius E.

Diese Oberfläche wurde willkürlich schematisch mit 1 angegeben, wobei vorausgesetzt wurde, daß es sich in der Brennebene AB befindet.

Es ist tatsächlich auch nicht möglich maßstabsgerecht den Wert der Abweichung von der Brennebene darzustellen, wenn eine solche vorliegt, denn dieser Wert ist höchstens gleich 0,08 F_v d.h. 0,04 E.

In Fig. 2 ist in einem anderen Maßstab ein Absorber dargestellt, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung mit Flügeln versehen ist.

In dieser Figur ist die Linie der absorbierenden Oberfläche durch DE und die-Flügel sind im Schnitt durch GE bzw. HD dargestellt.

Der Spiegel (nicht dargestellt) befindet sich in der Richtung %. Die Flügel bilden zwischen sich einen Winkel t.

Die absorbierende Oberfläche, beispielsweise eine geschwärzte, metallene Oberfläche ist eben (Fall 1), oder gewellt (Fall 2) oder gewölbt (Fall 3) usw.. Die Erfindung ist nicht in Bezug auf eine Form oder eine besondere Art'von absorbierender Oberfläche begrenzt.

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Die absorbierende Oberfläche und die Flügel begrenzen einen trapezförmigen Hohlraum 4-, welcher gegen den Spiegel gerichtet ist. Dieser Hohlraum ist offen oder durch eine dünne Glasplatte 5 oder ein anderes transparentes Material auf der Seite des Spiegels geschlossen.

Bei dem dargestellten Beispiel umfaßt der Absorber auf der Rückseite der absorbierenden Oberfläche ED eine Leitung 6, in welcher ein Wärmeträger in der Form eines Fluid zirkulieren kann, der dazu bestimmt ist, die von der Oberfläche ED'absorbierte Energie in an sich bekannter V/eise aufzunehmen.

In einem solchen Fall wird es gemäß der Erfindung empfohlen, vorzugsweise eine Leitung zu verwenden, deren zwei . Seiten 7»8 in der Verlängerung der Flügel liegen, wobei die Leitung vorzugsweise eine dreieckige Form aufweist, welche Turbulenzen und damit den Wärmeaustausch unterstützt. Die Grundfläche des Dreieckes wird durch die absorbierende Oberfläche gebildet.

Es wird jetzt mehr im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 eine solche Ausführungsform eines Absorbers beschrieben, welcher mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmt.

Dieser Absorber hat einen Querschnitt in der Form eines A. Die zwei Seiten 9 und 10 des A werden durch die beiden Flügel eines metallenen Hauptprofils und der Querstrich des A durch die absorbierende Oberfläche gebildet, die sich in etwa auf der Mittelhöhe des A befindet. Ein Hilfsprofil 11, 12, vorzugsweise aus Metall, ist parallel und hinter dem Hauptprofil angeordnet, um zwischen beiden Profilen einen Raum 13 zu bilden, der geeignet ist, um ein wärmeisolierendes Material zu enthalten.

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Die zwei Profile sind vorzugsweise miteinander identisch und z.B. aus poliertem.Aluminium oder Stahl,und die absorbierende Oberfläche 1 ist vorzugsweise eine geschwärzte Metallplatte, welche an dem Profil 9»TO angeschweißt ist.

Ein solcher Absorber läßt sich mit geringen Kosten herstellen. . -

In einem solchen PaIl werden die gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Flügel durch die Abschnitt 9a und 10a der Flügel 9 und 10 gebildet, die sich unter dem Querstrich 1 des A befinden.

Bei einer ersten Ausführungsform werden die Flügel durch Polieren oder- durch einen geeigneten "Überzug, beispielsweise eine Metallfarbe, reflektierend gemacht, um diejenigen, von dem Spiegel reflektierten Strahlen auf die absorbierende Oberfläche zu lenken, die infolge eines Fehlers des Spiegels oder der entsprechenden Stellungen des Kollektors und der Sonne nicht auf die reflektierende Oberfläche gerichtet worden sind, und welche verloren gingen, wenn die Flügel nicht vorhanden .waren, um sie auf die ,absorbierende Oberfläche zu reflektieren.

Bei einer zweiten Ausführungsform sind die Flügel geschwärzt wie die absorbierende Oberfläche, um die etwaigen Ausstrahlungen der absorbierenden Oberfläche im Bereich des infraroten zu sammeln. Die so gesammelte Energie wird dem Wärmeträgerfluid durch die Leitung des Profils zugeführt, welches die Flügel bildet.

Bei einer dritten Ausführungsform sind die Flügel mit einem mehrschichtigen überzug versehen, wodurch sie gleichzeitig ein Reflexionsvermögen im Sichtbaren und ein Absorbtionsyermögen im Infraroten erhalten.

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Diese Ausführungsform wird theoretisch "bevorzugt, jedoch beim heutigen Stand der Technik weist sie den Nachteil auf, daß sie kostspieliger als die beiden vorhergehenden Ausführungsformen ist.

Das auf die Rückseite der Wände 9 und 10 aufgebrachte Isoliermaterial wird vorzugsweise aus der Gruppe gewählt, welche gebildet wird, durch Hohlsteine_t(oder irgendein anderes zur Verfugung stehendes Isoliermaterial), Glaswolle, Asbest, Stoffe auf der Grundlage von Zement und alle Werkstoffe, welche gegenüber höheren Temperaturen in der Größenordnung von 300⁰C oder 80O⁰C, in Abhängigkeit von der Größe der Konzentration, wärmebeständig sind.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist dieses Material zwischen den beiden Profilen enthalten, wodurch es gegen Witterungseinflüsse geschützt und in seiner Lage gehalten wird, was in dem Fall von Bedeutung ist, in dem das Material aus einzelnen Teilen besteht.

BeL einer' Abwandlung kann man Wände 11 und 12 verwenden, deren Form von derjenigen der Wände 9 "und 10 verschieden ist. Man kann selbst auch auf solche Wände .wie 11 und 12 verzichten, wenn das Isoliermaterial ausreichend widerstandsfähig und fest ist, um an seinem Platz eine geeignete Lebensdauer zu haben.

Der trapezförmige Hohlraum 4-, welcher durch die absorbierende Oberfläche und die Flügel gebildet wird, stellt einen absorbierenden Hohlraum dar. Um von dem Treibhauseffekt zu profitieren, wird empfohlen, diesen Hohlraum, wie es bereits erwähnt worden ist,· mit einer dünnen Glasscheibe 5 zu schließen, welche an ihrem Platz gehalten wird, jedoch nicht mit den Flügeln wegen der unter-

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schiedlichen Ausdehnung fest verbunden wird. Diese dünne Glasscheibe kann irgendeine Form haben.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Strahlungsverluste eines Absorbers nach der Erfindung sehr stark verringert sind, da der Absorber über einen Winkel (36O°-t°) isoliert ist, d.h. einen Winkel, der bei den bevorzugten Ausführungsformen bei etwa 315° liegt (im Pail eines Spiegels mit kreisförmigem Querschnitt), und bei 270° liegt (im Fall eines Spiegels mit parabolischem Querschnitt). Bei den bisher bekannten Ausführungen stralit der Absorber in alle Richtungen ab, wodurch es im allgemeinen erforderlich ist, auf den Einsatz eines Glasrohres zurückzugreifen, welches empfindlich und teuer ist.

Der Spiegel ist fest mit dem Absorber verbunden, vorzugsweise durch ein System von sehr festen Metallträgern, und zwar derart, daß sich die Platte 1 des Absorbers stets in der durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagenen Stellung befindet. Der Spiegel wird in der Richtung Ost-West oder Nord-Süd orientiert und auf die Sonne dadurch ausgerichtet, daß er um eine feste Achse gedreht wird, welche durch die Symmetrieachse in Längsrichtung der Platte 1 gebildet wird. Diese Bewegung wird durch eine Mechanik erzeugt, beispielsweise durch einen Schrittmotor, welcher selbst durch eine programmierte, digitale Elektronik oder ein Magnetbandsystem oder auch durch ein Sonnenfühlerelement gesteuert xfird.

Die Kosten des Spiegels können relativ hoch sein, wenn man Zylinder mit parabolischem Profil verwendet. Die Kosten können bemerkenswert verringert werden, wenn Zylinder mit kreisförmigem Profil verwandt werden, die

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man beispielsweise aus normalen Rohren schneiden kann. Man kann zeigen, da.ß es notwendig ist, zu akzeptieren, in diesem Fall den Paktor der geometrischen Konzentration auf 54 zu bringen. Solche kreisförmigen Zylinder können auf zwei Arten verwandt werden:

Wie im Fall der parabolischen Zylinder, wobei die fest miteinanderverbundene Einheit aus Spiegel und Absorber fortwährend auf die Sonne gerichtet x^ird. Wenn die Breite des Spiegels das 0,805>fache des Abstandes Spiegel-Absorbers (Öffnung F/1,24 entsprechend einem Blickwinkel des Spiegels vom Absorber aus von 45j5°) beträgt, liegt der Faktor der geometrischen Konzentration in diesem Fall nahe der geometrischen Grenze, welche bei ^] ist, da der Abstand Spiegel-Absorber gleich dem 0,492fachen des Radius des Zylinders und da die Breite des Spiegels gleich dem 0,396fachen des Radius des Zylinders ist.

Indem die Orientierung durch Drehung des einzigen Absorbers um eine feste Achse sichergestellt wird. Der Spjqgel bleibt fest. Dieses Schema ist in der Figur 7 für zwei verschiedene Stunden des Tages dargestellt.

Die Achse 14 des Zylinders dient als Drehachse für den Arm 15» welcher den Absorber trägt. Die Armlänge ist gleich der Hälfte oder ein bißchen mehr als die Hälfte des Radius des Zylinders . Es wird darauf hingewiesen, daß als Länge des Armes der Abstand der absorbierenden Platte von der Mitte der Achse bezeichnet wird. Der Spiegel wird durch einen Ausschnitt aus einer Röhre aus metallisiertem Glas oder Kunststoff oder einem reflektierenden Metall gebildet. Dieses letzte System hat große wirtschaftliche Vorteile gegenüber den parabolischen Zylindern:

Der Spiegel hat ein kreisförmiges Profil, wodurch sein Preis gegenüber einem parabolischen Spiegel oder einem zusammengesetzten Spiegel verringert ist, "bei dem eine Gesamtheit von verschwenkbaren Spiegeln verwendet wird, wodurch ein großer Arbeitsaufwand für den Zusammenbau erförderlich' ist.

Der Spiegel kann starr am Boden aufgebaut werden, wodurch die Orientierung des Systems, die auf die Orientierung des Absorbers beschränkt ist vereinfacht wird und die Zuverlässigkeit lind die_: Belastbarkeit des Systems gegenüber dem Wind erhöht werden.

Der starre Spiegel kann durch den unteren Teil einer ganzen Röhre aus Glas oder Kunststoff gebildet werden, deren oberer Teil transparent ist. Eine solche Röhre kann an ihren beiden Enden durch Platten aus Glas oder Kunststoff geschlossen werden, in welchem bewegliche Durchgänge für die Leitungen des Wärmetransportfluids vorgesehen sind. Auf diese Weise wird der Schutz des Inneren der >Röhre insbesondere des Spiegels und des Absorbers vor Staub, Korrosion und Verschmutzung gewährleistet. -

In Hinblick auf diese beträchtlichen Vorteile ist in vielen Fällen eine 5Q%ige Verringerung der geometrischen Konzentration, welche mit einem parabolischen Spiegel erreicht wird, annehmbar. Es wird darauf hingewiesen, daß der erhöhte Wert der geometrischen Konzentration, welcher mit einem:Zylinder mit kreisförmigen Profil erreicht wird, aufgrund derAbweichung von der Brennebene gegeben ist, was einHerkmal der Erfindung darstellt. Tatsächlich bleibt für die verwendbaren Breiten des Spiegels, welche zwischen F/O_f9 und Ε/Ί,δ liegen, die geometrische Kon-

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zentration oberhalb von 50, wenn der Abstand der absorbierenden Oberfläche vom Spiegel zwischen dem 0,4-85 und 0,4-96fachen des Radius des Zylinders liegt.

Die Erfindung wird noch durch die folgenden Beispiele erläutert, bei denen die bereits erwähnte geometrische Konzentration das Verhältnis des Flächeninhaltes der Projektion der reflektierenden Oberfläche auf die Brennebene zu dem Flächeninhalt des Bildfleckes der Sonne auf dem Absorber ist, wenn eine richtige Ausrichtung auf die Sonne vorliegt, und wobei die effektive Konzentration das Verhältnis L/l ist.

Beispiel I:

Man stellt einen Kollektor mit einem zylindrischen Spiegel mit kreisförmigem.Querschnitt und einer ebenen, absorbierenden Oberfläche her, welche sich in der Brennebene des Spiegels erstreckt. Die Breite L des Spiegels liegt in dem Bereich von 0,2 F - 1,5 F, vorzugsweise in dem Bereich von 0,4 F - 0,6 F. Die Breite 1 der absorbierenden Oberfläche liegt in dem Bereich von 0,015 F - 0,030 F. Die absorbierende Oberfläche wird durch zwei Flügel begrenzt, welche zwischen sich einen Winkel t zwischen 11,5° und 83° bilden, vorzugsweise zwischen 23° und 34· ·

Die Änderung der geometrischen Konzentration C des Kollektors als Funktion des Verhältnisses L/F ist durch die Kurve 1 in der Fig. 5 dargestellt. Man sieht, daß sie ein Maximum bei einem Wert von L aufweist, der im wesentlichen genau bei 0,5 F liegt.

Die effektive Konzentration variiert in dem Bereich von 6,67 bis 100 entsprechend dem Wert des Verhältnisses L/l.

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Beispiel II:

Man stellt einen Kollektor mit einem zylindrischen Spiegel mit kreisförmigem Querschnitt und einer ebenen, absorbierenden Oberfläche her, welche sich in einem Abstand d von der Brennebene des Spiegels erstreckt, d liegt im Bereich von 0,006 P - 0,030 F, vorzugsweise im Bereich von 0,012 F - 0,020 P. Die Breite L des Spiegels liegt im Bereich von 0,2 P - 1,5 E¹, vorzugsweise in dem Bereich von 0,6 P - 1 P. Die Breite 1 der absorbierenden Oberfläche liegt im Bereich von 0,015 E - 0,030 P. Die absorbierende Oberfläche wird durch zwei Plügel begrenzt, welche zwischen sich einen Winkel t zwischen 11,5° und 84,5° bilden, vorzugsweise zwischen 35 und 58 .

Die Änderung der geometrischen Konzentration G des Kollektors als Punktion des Verhältnisses L/P ist in der Pig. 5 durch die Kurve 2 für den Pail d = 0,006 P, durch die Kurve 3 für den Fall d = 0,016 P und durch die Kurve 4 für den Pail d = 0,030 P dargestellt.

Um den Vorteil der Abweichung d von der Brennebene stärker zu verdeutlichen, ist in Pig. 6 die Änderung der geometrischen Konzentration als Punktion dieser Abweichung von der Brennebene dargestellt.

Man sieht, daß man ein Maximum der Konzentration in der Nähe des Wertes d =■ 0,016 P erhält.

Die effektive Konzentration variiert von 6,67 bis 100 entsprechend dem Wert des Verhältnisses L/l.

Die Figur 6 zeigt ebenfalls, daß die etwaige Wärmeausdehnung des Systems, welches den Spiegel und den Absorber verbindet, ohne wesentliche Wirkung auf die Vorteile der vor-

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-φ-

liegenden Erfindung ist. Tatsächlich sieht man, daß die geometrische Konzentration oberhalb von 50 bleibt, wenn sich die Abweichung d von der Brennebene in dem Bereich von 0,008 F - 0,030 F ändert. Eine solche Änderung entspricht beispielsweise 11 mm, wenn die Brennweite 50 cm beträgt, was den Abmessungen von normalerweise verwandten Spiegeln entspricht. Dabei macht sich eine Temperaturänderung von mindestens -10° bis 40⁰C durch eine lineare Wärmedehnung in der Größenordnung von 0,5 mm bei dem betrachteten Beispiel bemerkbar. Ein solcher Wert bleibt iireit unter dem- Bereich von 11 mm, wodurch sich unter anderem ergibt, daß die Einstelltoleranz der Einrichtung nicht kritisch ist.

Beispsl III;

Man stellt einen Kollektor mit einem zylindrischen Spiegel mit parabolischen Querschnitt und einer ebenen, absorbierenden Oberfläche her, welche sich in der Brennebene des Spiegels erstreckt und durch zwei Flügel begrenzt ist. Die Breite L des Spiegels liegt zwischen 1,5 F und 1,7 F. Die Breite 1 der absorbierenden Oberfläche liegt in dem Bereich von 0,016 F und 0,032 F-. Der Winkel t zwischen den Flügeln liegt in dem Bereich von 82° - 92°.

Die Änderung der geometrischen Konzentration C des Kollektors als Funktion des Verhältnisses L/F ist durch die Kurve 5 in der Fig. 5 dargestellt. Sie geht durch ein Maximum von 107 für ein Verhältnis in der ITähe von 1,6 hindurch.

Die effektive Konzentration des Kollektors ändert sich in dem Bereich von 6,25 - 125 entsprechend dem Wert des Verhältnisses L/1.

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-W-

In, diesen Beispielen liegen 100% der absorbierenden Oberfl äche in der Brennebene (Beispiele I und III) oder in einer Ebene, /welche parallel mit einem Abstand von weniger als 0,080 F zur Brennebene verläuft. In manchen Fällen mag es nicht möglich sein, 100% der absorbierenden Oberfläche gemäß diesen Bedingungen anzuordnen, beispielsweise wegen der Form der Oberfläche, und- ein Teil, der bis zu-"-"'50%"" der absorbierenden Oberfläche betragen kann, kann sich in einem Abstand d befinden, der über 0,080 F liegt.- \ :/';■■

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Claims

PATENTANWALT E A. GRUNECKER

H. KINKELDEY

DR-IMa

Ofi1in/Q W. STOCKMAlR

/H I U M O Da-INQ■ A«€ICALTECHl

K. SCHUMANN

DR RER NAT. ■ DlPU-PMVS

P. H. JAKOB

□PILING.

G.BEZOLD

OR RSl NAT- DIPL-ΟβΛ

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

P 12 484- ^Li ■

Patentansprüche

\\) Linearer Kollektor für Sonnenenergie mit einem Reflektor, der Mittel aufweist, die für die Sonnenenergie eine reflektierende Oberfläche "bzw. einen Spiegel "bilden, und mit. einem Absorber ,"-der Mittel aufv/eist, die für die Sonnenenergie eine absorbierende Oberfläche bilden, wobei die reflektierende Oberfläche eine fokussierende Oberfläche mit einer Brennebene und einer einzigen, zu ihrer Brennebene senkrechten Symmetrieebene ist und wobei die absorbierende Oberfläche so ausgebildet ist, daß sie sich in einer Stellung befinden kann, in der sie die gleiche Symmetrieebene wie die reflektierende Oberfläche einnimmt, dadurch g e- kennzeichnet, daß die folgenden Bedingungen erfüllt werden:

0,21 (L(2J

0,015 F £ 1 -^ 0,032 F

hierin bedeuten:

Ϊ¹ die Brennweite der reflektierenden Oberfläche, L die Breite der Projektion der reflektierenden Oberfläche in der Brennebene,

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TELEFON (OSO) 33 9ββ9 TELEK 06-20 380 TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

ORIGINAL INSPECTEED

1 die Breite der Projektion der absorbierenden Oberfläche in der Brennebene, wobei angenommen wird, daß jene die oben genannte Stellung einnimmt,

und daß sich mindestens 50% der absorbierenden Oberfläche (1,2,3), von der angenommen wird, daß sie die genannte Stellung einnimmt, zwischen der Brennebene und einer Ebene befinden, welche parallel zur Brennebene verläuft und in Richtung auf die reflektierende Oberfläche um einen Viert d von der Brennebene abweicht, wobei

0^d <.0,080 F

2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Spiegel ein zylindrischer Spiegel mib kreisförmigem Querschnitt ist und folgende Bedingungen erfüllt werden:

0,2 F ^ L <ςΐ,5 F
0,015 F< 1 4 0,030 F

3. Kollektor nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß

0,4 F^ L 4 0,6 F

4·. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel ein zylindrischer Spiegel mit kreisförmigem Querschnitt ist, wobei folgende Bedingungen erfüllt werden:

0,2 F < L 41,5 F
0,015 F(I^ 0,030 F
0,006 F £ d 4 0,030 F

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■-■■■,-- ν-.;; --3-

^. Kollektor nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeich η e t, daß folgende Bedingungen erfüllt werden:

0,6 F ·£ 1 (U-O_rO12 F^ d^0,020 F

6·. Kollektor nach einem der Ansprüche 1 his 3» dadurch g e k e η η zeich η e t, daß die absorbierende Oberfläche mindestens zum größten Teil in der Brennebene angeordnet ist.

7v Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne"-'"t^:-, daß der Absorber in Längsrichtung verlaufende Flügel (9,10) aufweist, die gemäß einer sich mit einem Winkel t öffnenden Konfiguration angeordnet sind und Reflektoren für die sichtbare Strahlung und/oder Absorber für die Infrarotstrahlung bilden, wobei die absorbierende Oberfläche (1,2,3) und die Flügel (9,10) einen Hohlraum bilden, Reicher auf die reflektierende Oberfläche weist und ggf. auf der zu der reflektierenden Oberfläche weisenden Seite durch eine dünne Platte (5) aus Glas oder einem anderen transparenten Material geschlossen ist.

8. Kollektor nach Anspruch 7r dadurch g e k e η η ze ic h η et, daß folgende Bedingung erfüllt ist:

9,: Kollektor nach Anspruch 2 und 8, dadurch g e k e η η ze ic h ή et, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

83

80983 8/086

10. Kollektor nach Anspruch. 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die -folgende Bedingung erfüllt ist:

23 i t° < 34

11. Kollektor nach Anspruch 4- und 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

84,5

12. Kollektor nach Anspruch 5 und 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

35 i t° 158

13. Kollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß der Spiegel ein zylinderformiger Spiegel mit parabolischem Querschnitt ist und daß folgende Bedingungen erfüllt sind:

0,016 I'^
1,5 F 4 L<1,7
82 <

14. Kollektor nach einem der Ansprüche 7 ^is 13» dadurch gekennz eichnet, daß der Absorber auf der Rückseite der a"bsortierenden Oberfläche eine Leitung (6) für die Zirkulation eines Wäraeträgerfluxb aufweist, wobei zwei Flügel (7»6> der Leitung in der Verlängerung der Flügel (9»10) liegen.

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15. Kollektor nach Anspruch 14-, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t, daß die rückwärtigen Flächen der Seiten (9>10) durch ein Wärmedämmungsmaterial (13) geschützt sind, welches durch ein zerkleinertes Material gebildet wird, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Lochsteine, Glaswolle, Asbest , Produkte auf Zementbasis und andere gegen höhere Temperaturen von der Größenordnung von 300⁰G oder 800⁰C widerstandsfähige Materialien umfaßt.

16. Kollektor nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzei chnet, daß der Absorber einen A-förmigen Querschnitt hat, x-robei die zwei Seiten (9,10) des A durch die zwei Flügel eines metallenen Hauptprofils und der Querstrich (1) des A durch eine absorbierende Metallfläche gebildet werden.

17. Kollektor nach Anspruch 16, dadurch g e k e η η -

ze ich η e t, daß der Querstrich (1)' des A im wesentlichen auf halber Höhe des A angeordnet ist.

18. Kollektor nach Anspruch 16 oder I7, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß das genannte Profil auf seinen Innenseiten (9a» 9b) eine metallisierende Farbe aufweist /und daß. die genannte Metallplatte geserhwärzt und an den Innenseiten des Profils angeschweißt ist.

19· Kollektor nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch ge ken η ζ e i c h η e t, daß der Absorber ein Zusatzprofil (11,12) aufweist, welches parallel und hinter dem Hauptprofil (9,10) angeordnet ist, wobei zwischen ihnen ein Raum gebildet wird, der zur Aufnahme eines Wärmedämmungsmaterials (13) geeignet ist.

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20. Kollektor nach einem der Ansprüche 4 und 5» dadurch gekennz eichnet, daß der Spiegel unbeweglich angeordnet ist und daß, um der Sonne zu folgen, der.Absorber (15) um die Achse (14-) des Zylinders (S) verschwenkbar ist.

21. Kollektor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Zylinder umfaßt, dessen unterer Teil den genannten Spiegel bildet und dessen oberer Teil transparent ist.

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