DE2822184A1 - Roehrenfoermiger solarkollektor - Google Patents

Description

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Sehenectady, N.Y./U.S.A.

Röhrenförmiger Solarkollektor

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Solarkollektoren und insbesondere auf solche Kollektoren, bei denen jede Einheit ein röhrenförmiges Gehäuse aufweist.

Die Bemühungen, eine brauchbare Umwandlung von Solarenergie in eine besser verwendbare Energieform zu erzielen, sind intensiviert worden, als die Kosten anderer Formen nutzbarer Energie gestiegen sind. Die Wirtschaftlichkeit der zu verwendenden Vorrichtungen und desgleichen die damit verbundenen Wartungskosten sind die Hauptgesichtspunkte bei der Auswahl der Bäuform von Solarkollektoren.

Es ist bekannt, daß ein Teil der von der Sonne empfangenen elektromagnetischen Strahlung durch transparente Materialien, wie beispielsweise Glas, hindurchtritt und dann einen undurchsichtigen Gegenstand erwärmt, der hinter dem Glas angeordnet ist. Üblicherweise ist der Raum zwischen dem durchsichtigen Material und dem Gegenstand evakuiert, um Wärmeverluste durch Leitung und Konvektion des Gases zu verhindern. In der US-PS 980 505 und der US-PS 2 460 482 sind der derartige Anordnungen beschrieben. Danach wird eine rohrförmige, doppelwandige Konstruktion verwendet, wobei sich innerhalb des inneren Rohres ein Strömungsmittel befindet. In der US-PS 2 460 482 ist weiterhin be-

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schrieben, daß die Außenfläche des inneren Rohres mit einem Sonnenstrahlen stark absorbierenden Material überzogen ist.

Wenn, wie es häufig der Fall ist, eine Flüssigkeit als zu erwärmendes Medium verwendet werden soll, entstanden Probleme bezüglich der Kompatibilität der Flüssigkeit und desgleichen einer Verschlechterung von organischen Komponenten, wie Dichtungen und Schläuche j die zum Einschluß der Flüssigkeit verwendet wurden. Teile der Einrichtung durchlaufen auch Zyklen von Expansion und Kontraktion, wenn sich die Sonnenbestrahlung ändert, was einen Bruch aufgrund von Ermüdung oder schlechter Konstruktion zur Folge hatte.

Durch Vereinigung einer Rohrkonstruktion, wie sie in Figur 8 der US-PS 98O 505 gezeigt ist, mit einem Überzug auf der Außenseite des Innenrohres, wie es in der US-PS 2 460 482 gezeigt ist, wurde ein guter Beginn geschaffen für einen ausführbaren rohrförmigen Solarkollektor.

Weiterhin ist in der US-PS 3 952 724 ein evakuiertes, doppelwandiges Rohrgehäuse beschrieben, wie es oben angegeben ist, bei dem aber eine drittes Rohr verwendet wird, um ein Strömungsmittel in das innere Ende des Gehäuses zu führen, von wo es entlang der Innenseite des inneren Rohres fließen kann, wie es in der US-PS 2 460 4 82 beschrieben ist. Diese Bauform beinhaltet das Problem, daß das gesamte Strömungsmittel des Systems verloren geht, falls eines der rohrförmigen Gehäuse brechen sollte. Zusätzlich werden Einlaß- und Auslaßverteiler verwendet, mit denen jeder Kollektor strömungsmitteldicht verbunden werden muß, wobei jede Dichtung eine potentielle Leckstelle darstellt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile bei den bekannten Anordnungen zu vermeiden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein evakuiertes, doppeIwandiges, rohrförmiges Gehäuse mit einer transparenten Außenwand geschaffen. Innerhalb und im wesentlichen in gleicher

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Ausdehnung mit dem Gehäuse ist eine Metallblechrippe gegen die Innenwand des Gehäuses vorgespannt. Ein U-förmiges Rohr mit zwei Schenkeln ist vorgesehen, um ein Strömungsmittel unter guter Wärmeübertragung mit der Rippe zu leiten, indem der eine Schenkel mit der Rippe verbunden ist. Das andere Rohr wird unverbunden gelassen, um die thermische Expansion und Kontraktion aufzunehmen.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 zeigt die Rippen- und Rohranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sowohl mit als auch ohne ein rohrförmiges Gehäuse in einer teilweise aufgeschnittenen Ansicht.

Figur 2 ist eine Schnittansicht von einem Teil der Anordnung gemäß Figur 1.

Figur 3 ist eine Ansicht von einem Teil einer Anordnung rohrförmiger Solarkollektoren.

Figur 4 ist eine Endansicht der Anordnung gemäß Figur 3.

Figur 5 ist eine QuerSchnittsansicht von einem Teil der Anordnung gemäß Figur 3-

Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Figur 7 ist eine Schnittansicht .der Anordnung gemäß Figur 6.

Figur 1 zeigt in ihrem oberen Abschnitt ein komplettes Solarelement, während in dem unteren Abschnitt das rohrförmige Gehäuse beseitigt ist. Es ist ein U-förmiges Rohr 10 vorgesehen, das vorzugsweise aus einem Metall wie Kupfer besteht, um ein Strömungsmittel zu führen, das mit der Wärme aus der Sonnenstrahlung erwärmt werden soll. Durch Verwendung von Verbindungen 12, die durch übliche Installationsverbindungen wie Weichlöten

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gebildet sind, können mehrere Röhren 10 von getrennten Solarkollektorelementen zu einer einzigen leckfreien Leitung verbunden werden. Eine derartige Anordnung ist in Figur 4 der US-PS 3 227 053 beschrieben. Diese Anordnung löst die Leckprobleme, die bei Solarkollektoren auftraten, wenn organische Materialien in der Form von Schläuchen verwendet wurden.

Wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, hat das Rohr 10 eine U-förmige Konfiguration in jedem der getrennten Solarkollektorelemente . Erfindungsgemäß befindet sich der obere Schenkel des U (bei den in der Zeichnung gezeigten Relationen) in einer Wärmeübertragungsrelation mit einem gekrümmten Metallteil 14, das im folgenden als Rippe bezeichnet wird, während der untere Schenkel unverbunden gelassen ist, um die thermische Expansion und Kontraktion aufzunehmen. In der in Figur 2 gezeigten Anordnung ist die Rippe 14 mit einem Kanal versehen, um den oberen Schenkel des Rohres 10 aufzunehmen. Wie in Figur 7 gezeigt ist, kann sich jedoch die Rippe 14 über die gesamte U-förmige Konfiguration erstrecken. Es können übliche Mittel verwendet werden, um den thermischen Kontakt zwischen der Rippe 14 und dem Rohr 10 zu verbessern, indem sie beispielsweise durch Schweißen oder Glühen miteinander verbunden werden.

In;dem oberen Abschnitt von Figur 1 sind innere und äußere Rohre 16 bzw. 18 dargestellt. Am linken Ende sind die Rohre 16 und 18 miteinander verschweißt; am rechten Ende jedoch sind diese Rohre nicht miteinander verbunden. Diese Anordnung ist vorzusehen, wenn zu erwarten ist, daß sich die innere Röhre stärker verlängert als das äußere Rohr aufgrund von Temperaturunterschieden. Wenn keine gravierenden Unterschiede zu erwarten sind, kann die in Figur 3 ä.er US-PS 918 505 gezeigte Anordnung verwendet werden, bei der beide Enden der Rohre miteinander verschweißt sind.

Der Raum zwischen den zwei Rohren ist evakuiert, um den Wärmeübergang von dem inneren Rohr auf das äußere Rohr auf ein Minimum zu reduzieren. Die Spitze des äußeren Rohres wird dann abgequetscht. Auf Wunsch kann ein Gettermaterial in das evakuierte Volumen ein-

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gebracht werden, um irgendwelche Restgase oder auftretende Gasaustreibungen zu absorbieren. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Abstandshalter 22 vorgesehen, um den Abstand der rechten Enden der inneren und äußeren Rohre beizubehalten.

Um die Wärmeübertragung von dem Innenrohr 16 auf die Rippe 14 möglichst groß zu machen, ist die Rippe 14 mit einem etwas größerem Außendurchmesser als dem Innendurchmesser des Rohres 16 versehen. Wenn dann die vereinigten inneren und äußeren Röhren

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über die Rippe 14 geschoben^" ist die Rippe 14 gegen die Innenwand des inneren Rohres vorgespannt. Die Rippe 14 ist dabei so lang wie möglich gemacht, um eine maximale Strahlung zu empfangen .

Das äußere Rohr 16 ist transparent und vorzugsweise aus einem Glas hergestellt, wie beispielsweise Borsilikat oder Natronkalk. Das Innenrohr 16 kann aus dem gleichen Material sein; seine äußere Oberfläche hat jedoch vorzugsweise einen überzug mit einer hohen Absorptionsfähigkeit und einem kleinen Emissionsvermögen oder ein hohes Verhältnis ^',um die Strahlungsmenge möglichst groß zu machen, die als Wärme durch das Rohr 16 absorbiert und durch dieses zur Rippe 14 und zum Rohr 10 geleitet wird, wodurch das Strömungsmittel in dem Rohr 10 erwärmt wird.

Figur 5 zeigt einen Teil einer Anordnung von Solarkollektorelementen 24. Abmessungen, wie beispielsweise die Länge des rohrförmigen Gehäuses, sind nicht kritisch und können nach verschiedenen Gesichtspunkten gewählt werden, beispielsweise die kommerzielle Verfügbarkeit eines Rohres, das bereits für andere Zwecke (beispielsweise Fluoreszenzlampen) gefertigt wird. Ein gewundener Strahlungsreflektor 26, der am besten in den Figuren 4 und gezeigt ist, haltert die Solarkollektorelemente 24 und wirft die Sonnenstrahlung auf diese Elemente zurück. Der Reflektor 26 kann aus irgendeinem Material mit einer spiegelähnlichen Oberfläche bestehen. Puffer 28 (s. Figur 5) umgeben die S-olarkollektorelemente 24 an dem linke Ende und können daran durch Kleben befestigt sein. Die Puffer 28 können aus Schaumgummi oder ähn-

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lichem bestehen. Ein Band 3O₅ das aus Metall bestehen kann, hält die linken Enden der Solarkollektorelemente 2H nach unten, während ein Endschutz 32, der aus einem ausformbaren und flexiblen Material bestehen kann, die rechten Enden der Röhren in der Innenwand ~5k eines Behälters 36 haltert. Auch wenn der Behälter 36 nicht mit einer Abdeckung gezeigt ist, kann eine Platte aus PoIycarbonatharz (Handelsname Lexan) als eine Abdeckung verwendet werden, um einen Bruch zu verhindern.

Die Figuren 6 und 7 zeigen, daß es auch möglich ist, das Rohr so anzuordnen, daß die U-förmige Konfiguration vertikal anstatt horizontal ist, wie es in den Figuren 1 und 3 gezeigt ist. Zusätzlich kann, auch wenn es gegenwärtig nicht vorgezogen wird, ein nicht aus Glas bestehendes Rohr 38 als Teil des Sonnenkollektors verwendet werden. Ein Metallfiber-verstärktes Kohlenstoffmaterial oder ein anderes, die Wärme gut leitendes Material ist wünschenswert.

Aus der bevorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß irgendeine thermische Expansion oder Kontraktion des Gehäuses relativ zu der Rippe und ihr Rohr keine Beanspruchungen zwischen den zwei Teilen hervorruft, da sie nicht starr miteinander verbunden sind.

Wenn bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel das eine rohrförmige Glasgehäuse brechen sollte, kann das System trotzdem weiterarbeiten, wenn auch bei einem verminderten Wirkungsgrad, da das rohrförmige Gehäuse keine Leitung für das zu erwärmende Strömungsmittel ist.

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Claims (3)

1. H69O-39-SS-2HH7 Ansprüche

   Solarkollektor mit einem rohrförmigen Gehäuse und einer Rippe in dem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß ein U-förmiges Rohr (10) in das Gehäuse hinein und aus diesem herausführt und dadurch zwei Schenkel bildet, von denen der eine Schenkel mit der Rippe(l4J verbunden und der andere unverbunden ist.
2. 2. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei einer Anordnung mit mehreren rohrförmigen, Seite-an-Seite angeordneten Gehäusen in jedem Gehäuse ein U-förmiges Rohr mit zwei Schenkeln angeordnet ist, von denen der eine Schenkel mit der Rippe in jedem Gehäuse verbunden und der andere Schenkel unverbunden ist.
3. 3. Solarkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die U-förmigen Rohre in einer Ebene verlaufen.

   809848/0923 ORIGINAL INSPECTED