-
Kollektor zum Auffangen von Strahlungsenergie
-
und Umformen in Wärmeenergie Die Erfindung bezieht sich auf einen
Kollektor zum Auffangen von Strahlungsenergie und Umformen in Wärmeenergie.
-
Derartigen Kollektoren, die oberhalb des Erdbodens, z.B.
-
auf einem Taurin, oder auch unmittelbar auf dem Erdboden angeordnet
sein können, wird die von je nach demStand der Sonne schwenkbaren Spiegeln reflektierte
Strahlungsenergie zugeleitet. Dabei trifft die Strahlung z.B. auf eine Strahlungsabsorptionswand,
die aus Rohren besteht, durch die ein Wärmeübertragungsmedium gepumpt wird. Diese
Rohrwand befindet sich bei einer bekannten Ausführungsart an der Rückseite eines
Kastens, dessen Vorderseite offen ist und zum Eintritt der reflektierten Strahlen
dient.
-
Bei einem derartigen Kollektorsystem können äusserst hohe Heizflächenbelastungen
und damit entsprechend hohe Materialspannungen auftreten, zumal wenn die seitlichen
Begreneungswändo des Kastens zwecks zusätzlicher Reflektierung der auf sie treffenden
Strahlen weiss sind. Die Lebensdauer einer solchen Kollektorbauart ist deshalb nur
gering.
-
Ferner hat man auch schon Sonnenenergie-Kollektoren vorgeschlagen,
die aus zwei ebenen Schichten bestehen, nämlich einer oberen, die Sonnenenergie
absorbierende Empfängerschicht aus einer geschmolzenen Mischung von Gold und Glas,
speziell Silikatglas, sowie einer unteren Sperrschicht aus hitzebeständigem Material.
-
Eine noch andere bekannte Bauart von Sonnenenergie-Kollektoren besteht
aus einer Kombination von Rohren und Blechen, wobei die sich flügelartig beiderseits
der Rohre erstreckenden Bleche als wärmeaufnehmende Flächen dienen, die im Bereich
der Rohre eine diesen angepasste, etwa halbrunde Vertiefung haben, in der eine gut
wärmeleitende Masse, z.B. Aspahlt, angeordnet ist.
-
Zum Unterschied von den vorerwähnten Kollektoren soll mit der vorliegenden
Erfindung, ausgehend von der Verwendung von Rohren, die innerhalb eines Gehäuses
mit einer Eintrittsöffnung für die Strahlen angeordnet sind, vor allem eine möglichst
gleichmässige Heizflächenbelastung ohne Überschreitung kritischer Grenzwerte erreicht
werden. Dadurch soll auch die Pumpenleistung fUr das Fördern des Wärmetauschmediums
vergleichsweise geringer gehalten werden. Beides kann sich im Sinne geringer Materialspannungen
und damit einer hohen Lebensdauer auswirken.
-
Demgemäss besteht die Erfindung darin, dass die Rohre einen
ringsum
begrenzten Innenraum bilden, der von der Einfallsseite der Strahlen her sich trichterförmig
verengt. Dabei können nach weiteren speziellen Merkmalen der Erfindung die Rohre
entweder an einem Ende mit einem gemeinsamen Verteilerrohr und am anderen Ende mit
einem gemeinsamen Sammelrohr für ein Wärmetauschmedium verbunden sein; statt dessen
können die Rohre auch ein Rohrbündel bilden, dessen Enden an der trichterförmigen
Erweiterung liegen und dort in ein Verteilerrohr bzw. ein Sammelrohr einmünden,
während das Rohrbündel an der entgegengesetsten Seite eine haarnadelförmige Umkehrung
aufweist. In letzterem Zusammenhang bildet das Rohrbündel, von seinen Enden im Bereich
des Verteilerrohres bzw. des Sammelrohres ausgehend, zweckmässig einen nach innen
gewölbten Trichter.
-
Ferner weist das Gehäuse,in dem das Rohrbündel zusammen mit dem zugehörigen
Verteilerrohr und dem Sammelrohr angeordnet ist, an der einen Seite in der Nähe
des trichterförmig erweiterten Endes des Rohrbündel-Innenraumes eine mittels eines
Schiebers oder dergleichen regel- und verschliessbare Öffnung auf. Diese Öffnung
des Gehäuses und der Eintrittsquerschnitt des Rohrbündel-Innenraumes sind entsprechend
dem von den zugehörigen Spiegeln reflektierten Strahlenfeld bemessen.
-
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in einer Ausführungsform
beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 den Kollektor von der
Seite, Fig. 2 das Rohrsystem des Kollektors von oben und Fig. 3 einen Querschnitt
durch das Rohrsystem in der Ebene III-III.
-
Das Rohrsystem des Kollektors besteht aus einem Verteilerrohr 1, einem
Sammelrohr 2 und einem mit seinen Enden von dem ersten ausgehenden bzw. in das letztere
einmündenden Rohrbündel 3. Dieses Rohrbündel setzt sich aus einer grösseren Zahl
mit geringem gegenseitigen Abstand parallel zueinander geführter Einzelrohre zusammen,
die einen in Seitenansicht (Fig. 1) von ihren haarnadelförmigen Umkehrstellen 3'
zu dem je etwa einen Halbkreis bildenden Verteilerrohr 1 bzw. Sammelrohr 2 hier
einen sich trichterförmig erweiternden Innenraum einschliessen. In der Draufsicht
(Fig. 2) gleicht das Rohrbundel etwa einem sich zu seinen Umkehrenden hin leicht
verbreiternden Fächer, während der Querschnitt des vom Rohrbündel 3 eingeschlossenen
Innenraumes die Formeines Sechseckes hat (Fig. 3).
-
Das Verteilerrohr 1, das Sammelrohr 2 und das Rohrbündel 3 befinden
sich innerhalb eines kastenförmigen Gehäuses 4, das an seiner Innenseite eine wärmeisolierende
Schicht hat.
-
An der Vorderseite (in Fig. 1 links) hat das Gehäuse 4 eine Öffnung
5, die durch einen Schieber 6 stufenlos verengt oder auch ganz verschlossen werden
kann.
-
In geringem Abstand hinter dieser Gehäuseöffnung 5 liegen die beiden
etwa halbkreisförmigen Rohre 1, 2 übereinander, so dass sie gemeinsam eine Begrenzung
für die durch die Gehäuseöffnung 5 in den Innenraum des Rohrbündels 3 einfallenden
Sonnenstrahlen (Pfeile 7) bilden. Diese Sonnenstrahlen werden, wie bei derartigen
Kollektoren an sich üblich und eingangs erwähnt, von nicht dargestellten, Je nach
dem Stand der Sonne einstellbaren Spiegeln aufgefangen und auflden Kollektor hin
reflektiert.
-
Bei einer solchen Formgebung des Kollektor-Rohrbündels 3 trifft auf
jede Oberflächeneinheit desselben annähernd die gleiche Strahlungsenergie, wodurch
sich überall möglichst gleichmässige Materialspannungen in den einzelnen Rohren
ergeben. Diese Gleichmässigkeit ergibt sich durch die Tatsache, dass die Strahlungsverteilung
ungleichmässig ist, indem in der Mitte der Eintrittsöffnung 5 des Gehäuses 4 vergleichsweise
mehr Strahlen pro Querschnittseinheit eintreten als in der Randnähe. Die konzentrierte
Strahlung trifft im spitzeren Winkel auf das Rohrbündel, also auf eine vergleichsweise
grössere Rohrfläche. Dadurch ist die Strahlungsbelastung je Oberflächeneinheit des
Rohrbündele etwa gleich. Die Strahlungsverteilung ist abhängig von der gegenseitigen
geometrischen Anordnung der Spiegel und des Kollektors sowie von der technischen
Bündelung der Strahlen durch die Spiegel.
-
Im haarnadelfbrmigen Bereich des Rohrbündeis 3 liegen die beiderseitigen
Rohrwände so dicht beieinander, dass dieser Bereich im wesentlichen im Strahlungeschatten
liegt und infolgedessen dort kaum noch eine Strahlungebelastung auftritt. In dem
letztgenannten Bereich müssen die Rohre nämlich ohnehin durch Längenänderungen mechanische
Belastungen aufnehmen.
-
Das optimale Mass der Strahlungsenergie lässt sich in Abhängigkeit
von den für die Rohre 1-3 verwendeten Werkstoffen und den Eigenschaften des durch
diese Rohre geführten Wärmeträgers bestimmen.
-
Der durch das Rohrbündel 3 gepumpte flüssige oder gasförmige Wärmeträger
wird über das Verteilerrohr 1 zugeleitet und über das Sammelrohr 2 abgeleitet. Diese
Einzelheiten sowie die sonstigen Einrichtungen zur Umwandlung der Sonnenenergie
in Wärmeenergie brauchen in diesem Zusammenhang nicht beschrieben und dargestellt
zu werden, da sie mit dem sich nur auf die besondere Bauart des Kollektors beziehenden
Gegenstand der vorliegenden Erfindung nichts zu tun haben.
-
Bei geringer oder ganz fehlender Sonnenstrahlung wird die Gehäuseöffnung
5 durch den Schieber 6 teilweise oder ganz geschlossen, damit keine Wärmeenergie
aus dem Kollektor durch Abstrahlen nach draussen verloren geht. Während dieser Zeit
wird die Kollektortemperatur durch an anderer Stelle gespeicherte Wärme auf etwa
gleichbleibender Höhe gehalten.
-
An Stelle der vorstehend beschriebenen Ausführung des Kollektors kann
das Rohrbündel auch so ausgebildet sein, dass die Rohre mit ihrem einen Ende im
Bereich der trichterförmigen Erweiterung liegen und dort mit einem Sammel-oder Verteilerrohr
verbunden sind, während ihr anderes Ende im Bereich des verengten Trichtergrundes
liegt und dort mit dem anderen gemeinsamen Verteiler- bzw.
-
Sammelrohr verbunden ist.
-
Leerseite L e e r s e i f e