DE2846178C2

DE2846178C2 - Solarflachkollektor

Info

Publication number: DE2846178C2
Application number: DE2846178A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Phys. 8024 Deisenhofen Mohrenstein-Ertel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1978-10-24
Filing date: 1978-10-24
Publication date: 1985-03-21
Also published as: DE2846178A1

Description

40

Die Erfindung betrifft einen Solarflachkollektor mit einem Hohlkörper, der eine äußere, strahlungsdurchlässige Begrenzung hai und mit Zu- und Ableitungen für einen fließfähigen Wärmeträger versehen ist, der den Absorber für die einfallenden Sonnenstrahlen darstellt.

Solarflachkollektoren, welche das Sonnenlicht unmittelbar in einem Wärmeträger, z. B. Wasser, unter Verzicht auf den Wärmetransfer durch einen metallischen oder anderen geeigneten Körper in nutzbare Wärme umsetzen, sind bekannt.

Ein derartiger Solarflachkollektor ist aus der US 55 948 bekannt. Er besteht aus einem Gehäuse mit strahlungsdurchlässiger Abdeckung und reflektierender Bodcrrfläche. Konzentriertes Sonnenlicht tritt durch die strahlungsdurchlässige Abdeckung in das Gehäuse ein und trifft auf eine Flüssigkeit, welche mit schwarzen Absorptionspartikeln versetzt ist. Soweit Sonnenstrahlen die Flüssigkeit durchdringen, werden diese an der bo Bodenfläche reflektiert und ebenfalls von den Partikeln absorbiert. Der aus der Flüssigkeit mit den suspendierten Absorptionspartikeln bestehende fließfähige Wärmeträger wird in einem Primärkreislauf umgepumpt und gibt in einem Wärmetauscher Wärme an einen Sc- o¹; kundiärkreiskiuf ab. Im Primärkreislauf herrscht ein hoher Betriebsdruck, um den Siedepunkt des Wärmetriigers zu erhöhen und so das plötzliche Sieden bei starker

Erhitzung nach Möglichkeit zu vermeiden.

Weitere Maßnahmen zum Schutz vor Überhitzung, insbesondere zur Begrenzung der Wärmeaufnahme, sind nicht vorgesehen. Der Primärkreislauf ist daher insofern aufwendig, als er für hohen Druck und wenigstens teilweise für hohe Temperaturen ausgelegt sein muß.

Aus der DE-OS 25 27 742 ist ein Wandelement zur Umwandlung von Sonnenergie in Wärme zum Erhitzen von Flüssigkeiten bekannt, das im wesentlichen aus einer mit einer strahlungsdurchlässigen Abdeckung versehenen, von einer Flüssigkeit durchströmten Wanne besteht, deren Boden als Strahlungsabsorber ausgebildet ist, um in der Flüssigkeit noch nicht absorbierte Strahlung in Wärme umzuwandeln und auf die den eigentlichen Wärmeträger bildende Flüssigkeit zu übertragen. Um ein Kochen der Flüssigkeit, i. allg. Wasser, zu vermeiden, müssen entsprechende Strömungsgeschwindigkeiten eingehalten werden. Die Gefahr lokaler Überhitzungen an besonders empfindlichen Stellen des Solarkollektors wird dadurch beseitigt, daß der Strahlungseinfall an diesen Stellen durch noch außerhalb der strahlungsdurchlässigen Abdeckung angebrachte Abschirmungen verhindert wird.

Aus der US 40 58 109 ist eine solare Heiz- und Isolationsvorrichlung für Hauswände bekannt, die aus einem flachen, transparenten Gehäuse besteht, dessen Innenraum durch eine Absorberplatte in einen vorderen und einen hinteren Luftraum unterteilt ist. Obere und untere öffnungen in der Absorberplatte ermöglichen eine Luftzirkulation bei Strahlungseinfall in den vorderen Luftraum und damit eine Erwärmung der in Kontakt mit dem hinteren Luftraum stehenden Hauswand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarflachkollektor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem sowohl der Wärmeträger als auch der Kollektor in seiner Gesamtheit in einfacher und kostengünstiger Weise vor Überhitzung geschützt werden können und bei dem es möglich ist, die Wärmeaufnahme in flexibler Weise nach Maßgabe des Wärmebedarfs zu steuern.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Innern des Hohlkörpers eine lichtundurchlässige Platte vorhanden ist, welche in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmeträger oder vom Wärmebedarf gesteuert vom Boden des Hohlkörpers bis zu seiner äußeren Begrenzung bewegbar ist.

Weitcrc Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Untcransprüdicn.

Der wesentliche Vorteil liegt darin, daß bereits im Solarflachkollektor eine automatische Anpassung an das Strahlungsangebot bzw. an den Wärmebedarf erfolgt. Damit ist die thermische Belastung des Kollektors und des Kreislaufs entscheidend herabgesetzt, so daß sich der Einbau hoch hitzebeständiger Komponenten erübrigt und kostengünstigere Materialien eingesetzt werden können.

Die Erfindung ist anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbcispiclcs näher erläutert. Es zeigt

Fig. I einenSolarfluchkollcktorimScitenschnitt: F i g. 2 den Solarkolleklof in Draufsicht.

Der Solarflachkollektor 20 besteht aus einer Blechwanne 1. deren Wandungen mit einer wärmeisoliercndcn Ausschäumqng 6 beschichtet sind (Fig. I). Durch eine auf dem Rand der Ausschäumung 6 liegende strahlungsdurchlässige Begrenzung 4 wird ein dichter Hohlkörper 10 geschaffen, in dem sich ein strahlungsabsorbicrcnder, fließfähiger Wärmeträger befindet. Der Ab-

stand d zwischen der Begrenzung 4 und dem Boden 11 der Ausschäumung 6 entspricht der Eindringtiefe des Lichtes in den Wärmeträger, so daß das Licht in letzterem vollständig absorbiert wird. Ist die nachfolgend beschriebene Platte 7 gut lichtreflektierend, so braucht der Abstand c/bloO der halben Eindringtiefe des Lichtes zu entsprechen. Ober der Begrenzung 4 ist zur Wärmeisolation eine zweite Begrenzung 3 angeordnet. Beide Begrenzungen sind in üblicher Weise Glasscheiben. Durch eine zwischen den Begrenzungen an den jeweiligen Rändern befindliche Wellenfeder 5 wird die Begrenzung 3 gegen den oberen Rahmen der BJechwanne 1 und die Begrenzung 4 gegen eine Dichtung 9 gedrückt (s.a. F i g. 2). Ein Seitenteil 2 der Blechwanne 1 ist abnehmbar, so daß die Begrenzungen 3 und 4 leicht eingesetzt werden können. Im Hohlkörper 10 ist eine dessen Boden 11 bedeckende, z. B. weiße Platte 7 aus Kunststoff angeordnet Die Abmessungen der Platte 7 stimmen im wesentlichen mit denen der durch die Ausschäumung 6 definierten Einstrahlungsfläche 13 überein. Das spezifisehe Gewicht der Platte 7 so!! demjenigen des Wärmeträgers entsprechen, so daß die Platte 7 sich v.eitgehend im Schwebezustand befindet. Die Platte 7 wird über Bimetallfedern 8 gehalten und geführt. Übersteigt die Temperatur des Wärmeträgers einen vorbestimmten Wert, so wird die Platte 7 durch die Bimetallfedern 8 in Richtung auf die Begrenzung 4 hin gedrückt. Dabei wird der Wärmeträger zunehmend gegen das einfallende Sonnenlicht abgeschirmt.

Die Anschlußleitungen 12 und 14 für den Wärmeträger sind in bekannter Weise mit einer Wärmesenke verbunden.

Insbesondere bei gasförmigen Wärmeträgern kann es je nach Größe des Solarflachkollektors auch günstig sein, statt einer Platte 7 mehrere segmentartige Platten vorzusehen, welche jeweils unabhängig voneinander bewegbar sind.

Auf diese Weise kann die aufzubringende Kraft für die Bewegung der Platte reduziert werden. Eine weitere Reduzierung kann dadurch erreicht werden, daß die Platte(n) perforiert sind. Durch derartige Aussparungen entstehen Strömungskanäle für den verdrängten Wärmeträger.

Statt der Bimetallfedcrn 8 kann auch ein anderer, z. B. hydraulischer oder elektromagnetischer Antrieb verwendet wurden. Dies ist dann vorgesehen, wenn eine zeitlich änderbare Abschirmung erfolgen soll, z. B. ausgelöst durch einen den Wärmebedarf in der Senke beachtender Rechner.

50

Hierzu I Blatt Zeichnungen

65

Claims

Patentansprüche:

1. Solarflachkollektor mit einem Hohlkörper, der eine äußere strahlungsdurchlässige Begrenzung hat und mit Zu- und Ableitungen für einen fließfähigen Wärmeträger versehen ist, der den Absorber für die einfallenden Sonnenstrahlen darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Hohlkörpers (10) eine lichtundurchlässige Platte (7) vorhan- den ist, welche in Abhängigkeit der Temperatur des Wärmeträgers oder des Wärmebedarfs gesteuert vom Boden (11) des Hohlkörpers (10) bis zu seiner äußeren Begrenzung (4) bewegbar ist.

2. Solarflachkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (7) mittels im Hohlkörper (10) befindlichen Bimetallfedern (8) bewegbar ist.

3. Solarflachkollektor nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (7) und die Bimetallfedern (8) miteinander verklebt sind.

4. Solarflachkollektor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, segmentartige Platten vorhanden sind, und die Platten unabhängig voneinander bewegbar sind.

5. Solarflachkollektor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das spezifische Gewicht der Platte (7) demjenigen des Wärmeträgers bei einer durchschnittlichen Betriebstemperatur entspricht.

6. Solarflachkollektor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (7) etwas kleiner als die iinslrahlungsfläche (13) ist.

7. Solarnachkollektor nach em.m der voranstchenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (7) den Durchtritt des Wärmeträgers gestattende Aussparungen aufweist.