DE2901304A1

DE2901304A1 - Sonnenenergiekollektor

Info

Publication number: DE2901304A1
Application number: DE19792901304
Authority: DE
Inventors: Giacomo Grasso
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 1978-01-26
Filing date: 1979-01-15
Publication date: 1979-08-02
Also published as: FR2415781A1; JPS54149038A; IT7867148A0; ZA79343B; DE7900902U1; BR7900463A; GB2013328A; IT1156428B; FR2415781B1; GB2013328B

Description

Patentanwälte Dipl.-Ihg. H TeiOkmanh, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A-Wf^ckmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska 2901304

8000 MÜNCHEN 86, DEN _;?
POSTFACH 860820 " ' *& °<

SBHa MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

CENTRO RICERCHE FIAT S.p.A.
Strada Torino 50
Orbassano (Turin) Italien

Sonnenenergiekollektor

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Die Erfindung betrifft einen flachen Sonnenenergiekoll^ktor, der Rohrleitungen zur Zirkulation eines wärmeübertragenden Mediums enthält, das' keine Flüssigkeit, sondern ein Gas ist. Unter einem Sonnenenergiekollektor ist eine Vorrichtung zur Sammlung einfallender Sonnenenergie und zu deren Übertraglang in Form von Wärme auf ein wärmeübertragendes Medium zu verstehen.

Flache Sonnenenergiekollektoren, die mit einem Gas, insbesondere mit Luft als Wärmeübertragungsmedium arbeiten, sind bereits bekannt. Im Falle der Anwendung von Luft als Wärmeübertragungsmedium enthalten sie üblicherweise an einem Ende einen Eintritt und am anderen Ende einen Austritt. Innerhalb des Kollektors ist eine Metallplatte vorgesehen, auf der mehrere Zvlinder angeordnet sind, die der Sonnenenergie ausgesetzt werden. Hierbei ist normaler Weise eine Glas- oder Kunststoffabdeckung vorgesehen. Jeder Zvlinder ist mit einer absorbierenden schwarzen Schicht versehen. Die Luft tritt in den Kollektor durch den Eintritt ein, umströmt die Zvlinder auf der Metallplatte und tritt dann durch den Austritt am anderen Ende wieder aus, wobei sie durch den Kontakt mit den Oberflächen der Zvlinder und der Metallplatte erwärmt wird.

Sonnenenergiekollektoren dieser Art haben mehrere Nachteile. Hierzu gehört die Schwierigkeit oder mindestens der relativ komplizierte Vorgang der Reihenschaltung mehrerer derartiger Kollektoren, da sie normalerweise nebeneinander montiert werden und die Eintritte und Austritte an den beiden Enden der einzelnen Kollektoren über besondere Leitungen anzuschließen sind, um die das obere Ende eines Kollektors verlassende Luft dem unteren Ende des benachbarten Kollektors zuzuführen. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Anordnungen besteht in dem hohen Arbeitsaufwand

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zum Einsetzen der Metallzvlinder in die Metallplatte, denn

dies ist ein relativ komplizierter und kostspieliger Vorgang.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kollektor mit Luft als Wärmeübertragungsmedium anziigeben, der Nachteile dieser Art vermeidet und billiger als die bekannten Anordnungen hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der Erfindung handelt es sich um einen flachen Sonnenenergiekollektor, der mit Luft als Wärmeübertragungsmedium arbeitet/^ei dem der Eintritt und der Austritt an ein und demselben Ende vorgesehen sind. Die Elemente, durch die die Luft zirkuliert, sind flex__ible gewellte Metallrohre, die eine große Oberfläche zum Kontakt mit der Luft bieten, so daß die Wärme mit ausreichend hoher Rate auf die Luft übertragen und ein zufriedenstellender Betrieb erreicht wird.

ist
Ein solcher Kollektor/einfach und billig aufgebaut und vermeidet insbesondere die vorstehend erläuterten Nachteile.

Zwei Ausftihrungsbe!spiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, dessen gewellte Rohre am oberen Ende gekrümmt sind,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit geraden Rohren, die von besonderen Kammern am Eintritt und am Austritt ausgehen und über eine gemeinsame Kammer am anderen Ende des Kollektors miteinander verbunden sind, und

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Fig. 3 eine Einzelheit des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels zur Darstellung des Anschlusses eines Luft/Wasser- Wärmetauschers.

In den Figuren ist -?in mit Luft gefüllter flacher Sonnenenergiekollektor 1 dargestellt, der einen Kaltluft eintritt 3 aufweist. Durch diesen tritt Kaltluft in eine Eintrittskammer 6 ein, von der aus sie in mehrere flexible, gewellte Rohre 7 strömt, die bis zum anderen Ende des Kollektors 1 verlaufen und dort U-förmig umgebogen sind,so daß sie am unteren Ende in eine Austrittskammer S münden, die mit einer Austrittsöffnung 9 versehen ist.

Die gewellten Rohre 7 sind auf einer Metallplatte angeordnet, die zum guten Wärmewirkungsgrad des Kollektors beiträgt. Über der Vorderseite des Kollektors ist eine Glasplatte oder transparente Kunststoffplatte (nicht dargestellt) befestigt, wie dies für Sonnenenergiekollektoren üblich ist. Dieses Merkmal des Kollektors wird deshalb nicht weiter erläutert.

Die flexiblen gewellten Rohre bestehen aus einem wärmeleitfähigen Metall, beispielsweise aus Aluminium, mit einer Wandstärke von ca. 0,2 mm und einem Durchmesser von 50 bis 70 mm. Ein rechteckförmiger Kollektor mit den Abmessungen 2000 mm χ 1000 mm und mit Rohren der vorstehend genannten Abmessungen benötigt sechs Rohre 7 für die Luftströmung, wenn die Luft mit einer Geschwindigkeit von ca. 150 m /h und mit einer maximalen Wärmekapazität von ca. 1200 kcal/h zirkulieren soll.

Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind mit der Vorrichtung nach Figur 1 übereinstimmende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei diesem Ausführungsbei-

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s-Diel sind der Eintritt 5 und der Austritt 9 wiederum nebeneinander an einem Ende des Kollektors 1 angeordnet. Dies ist das untere Ende, wenn der Kollektor 1 sich in seiner normalen Betriebslage befindet. Die Eintrittskammer 6, die mit dem Eintritt 3 verbunden ist, führt jedoch zu sechs geradlinigen gewellten Rohren 10, deren andere Enden in eine gemeinsame Kammer 11 am anderen Ende des Kollektors 1 münden. Diese Kammer 11 ist dann mit einer Gruppe von sechs weiteren Rohren 12 verbunden. Diese sind gleichfalls geradlinig und laufen parallel zueinander von der gemeinsamen Kammer 11 zur Austrittskammer 8. Wie bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind auch diese Rohre 12 an einer Platte befestigt, die die Aufnahme der Sonnenenergie sowie deren Umsetzung in Wärmeenergie begünstigt. Die beiden Gruppen von Rohren 10 und 12 sind so angeordnet, daß die Rohre einer jeden Gruppe in einer ihnen gemeinsamen geraden Ebene liegen.

Bei den beiden in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispielen ist eine Teilungs\<rand 13 vorgesehen, die die Eintrittskammer 6 von der Austrittskammer S trennt.

Ein Sonnenenergiekollektor nach der Erfindung sollte eine Re\Tiolds-Zahl haben, die größer als der kritische Viert ist. Dies bedeutet zusammen mit der Tatsache, daß eine beachtliche Turbulenz in den Rohren 7, 10, 12 infolge ihrer unregelmäßigen Oberfläche auftritt, daß bei Betriebsbedingungen, insbesondere der Luftgeschwindigkeit in den Rohren 7, 10 und 12, innerhalb bestimmter Grenzen der Koeffizient der Wärmeübertragung auf die zirkulierende Luft besonders gut ist.

Der Wert des Wärmeübertragungskoeffizienten für einen Kollektor nach der Erfindung, in dem die Luftströmung durch Konvektion erfolgt, kann mit Hilfe der folgenden Formel bestimmt v/erden:

cA = K₁. C^m _pXⁿ wP/d^g

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Hierbei ist <x der Koeffizient der Wärmeübertragung durch Konvektion,

K. eine Konstante, die durch die Wellung der verwendeten Rohre bestimmt ist,

C die spezifische Wärme der Luft, W die Geschwindigkeit der Luft, d der Durchmesser der verwendeten Rohre, λ. die Wärmeleitfähigkeit der Luft, m, η, ρ und g jeweils eine Konstante.

Ein Kollektor nach der Erfindung hat wegen seiner besonderen Konstruktion einen sehr kleinen Wärmeverlust. Er bietet ferner den Vorteil, daß die Anschlüsse am Lufteintritt und am Luftaustritt an ein und demselben Ende des Kollektors liegen, so daß eine Reihenschaltung, Parallelschaltung oder eine Kombination dieser Verbindungsprinzipien viel einfacher als bei bisherigen Vorrichtungen dieser Art ist, bei denen der Eintritt und der Austritt an den beiden Enden des Kollektors vorgesehen sind. Ferner kann bei einem Kollektor nach der Erfindung der Anschluß eines Luft/Wasser- Wärmetauschers in den Strömungskreislauf besonders einfach und wirtschaftlich durchgeführt werden. Wie aus Figur 3 hervorgeht, kann ein Wärmetauscher 15 direkt und leicht unter dem Kollektor angeordnet v/erden, wozu sehr viel weniger Verbindungsleitungen erforderlich sind als bei einem Kollektor, dessen Eintritt und Austritt an den beiden einander entgegengesetzten Enden vorgesehen sind.

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Claims

Patentansprüche

M./Flacher Sonnenenergiekollektor mit mehreren zueinander parallel verlaufenden LuftZirkulationsrohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7, 10, 12) wärmeleitfähige gewellte Metallrohre sind.
2. Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteintritt (3) und der Luftaustritt (9) an ein und demselben Ende des Sonnenenergiekollektors (1) vorgesehen sind.
3. Sonnenenergiekollektor nacn Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7) U-förmig an dem dem Lufteintritt (3) und dem Luftaustritt (9) entgegengesetzten Ende umgebogen sind und den Lufteintritt (3) mit dem Luftaustritt (9) verbinden.
4. Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfteintritt (3) mit einer ersten Gruppe von Rohren (10) und der Luftaustritt (9) mit einer zweiten Gruppe von Rohren (12) verbunden ist und daß diese beiden Gruppen von Rohren (10,12) an dem dem Lufteintritt (3) bzw. dem Luftaustritt (9) entgegengesetzten Ende des Sonnenenergiekollektors (1) miteinander verbunden sind.
5. Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe von Rohren (10) mit der zweiten Gruppe von Rohren (12) über eine gemeinsame Kammer (11) verbunden ist.

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Sonnenenergiekollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7, 10, 12) mit dem Lufteintritt (3) und dem Luftaustritt (9) über ,jeweils eine Eintrittskammer (6) bzw. Austritt skammer (8) verbunden sind.

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