DE2933089A1

DE2933089A1 - Sonnenwaermekollektor

Info

Publication number: DE2933089A1
Application number: DE19792933089
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Patlico Rights NV
Current assignee: Patlico Rights NV
Priority date: 1978-08-21
Filing date: 1979-08-16
Publication date: 1980-03-06
Also published as: AT391205B; JPS5528500A; NL187543B; YU205279A; ATA556579A; FR2434346A1; IT1193815B; AU534618B2; DE2933089C2; NL7808623A; BR7905358A; FR2434346B1; IT7925177A0; US4311132A; ES483481A1; JPS6361579B2; NL187543C; CH644200A5; AU5011479A

Description

· Kr 'Air H "²" *ua._f Patlico Rights N.V. -INb. VwUdACH Titel: SonnenwSrmekollektor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenwärmekollektor, versehen mit einer länglichen Umfangswand einer im Querschnitt im allgemeinen halbrunden Form, welche Wand an der konkaven Seite aus einer reflektierenden Fläche besteht, mit Wärmeeinfangvorkehrungai in dem durch diese Fläche begrenzten Raum, zwischen zwei sich an den Kollektorenden befindenden Stirnwänden dieses Kollektors, sowie mit einer, Sonnenstrahlen nach dieser reflektierenden Fläche durchlassenden Abdeckung vor der, zwischen den freien Längsrändern der reflektierenden Fläche gebildeten Einfangöffnung nach dieser reflektierenden Fläche.

Solche Kollektoren sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Die Wärmeeinfangvorkehrungen bestehen praktisch immer aus einem, durch die Sonnenstrahlen zu erwärmenden, Flüssigkeit enthaltenden Rohr oder Rohrsystem in dem Zentrum des durch die reflektierende Fläche umfassten Raums. Die reflektierende Fläche ist meistens im Querschnitt parabolförmig. In vielen Fällen werden solche Kollektoren mit ihrer Längsachse parallel zu einer vertikalen, Nor-Süd gerichteten Ebene mit dem Sonnenstand mitschwenkend bewegbar aufgestellt, damit ein möglichst günstiger Einfall der Sonnenstrahlen erhalten wird.

Der Zweck der Erfindung ist ein in einfacher und dadurch rationaler Weise herzustellender Sonnenwärmekollektor der eingangs erwähnten Art, der keine bewegbaren Teilö aufweist, fest, d.h. ohne Bewegungs- und Antriebsmechanismus , aufgestellt werden kann und, auch dank der festen Aufstellung nahezu keine Ueberwachung und Wartung erfordert, jedoch trotzdem eine verhältnismässig sehr gunstige Wärmeleistung hat.

Dazu wird ein solcher Sonnenwärmekollektor gemäss der Erfindung näher dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Fläche, insofern rund, im Querschnitt halbkreisförmig ist und die Wärmeeinfangvorkehrungen sich in einem, in der Richtung quer zu der Medianebene der reflektierenden Fläche flachen Teil des Raums, begrenzt von dem halbkreisförmigen Teil der reflektierenden Fläche erstreckenden über nahezu die ganze in Hord-Süd-Richtung vertikale Medianebene, insofern diese in dem genannten Teil dieses Raums liegt. Der genannte Raum in dem halbkreisförmigen Teil der reflektierenden

03O010/074&

-h-

Fläche wird so durch die flachen Warmeeinfangvorkehrungen in der Medianebene in zwei gleiche Hälften unterteilt.

Die Richtungen, nach denen die einfallenden oder "eingefangenen" Sonnenstrahlen auf die reflektierende Fläche auftreffen, können jetzt nie einen Winkel von dem Wert Null mit der Senkrechten auf diese Fläche an der Einfallstelle einschliessen, so dass keine eingefangenen Strahlen nach aussen reflektiert werden können. Ausserdem erreichen diese eingefangenen Sonnenstrahlen, die nicht direkt auf die Warmeeinfangvorkehrungen fallen, diese Vorkehrungen grosstenteils bereits nach einer einzigen Reflektion, was der effektiven Aufwärmung zugute kommt.

die
Mit dem erfundenen Kollektor werden/Sonnenstrahlen über einen sich CEber nahezu 18O° von Ost nach West erstreckenden Richtungsbereich eingefangen, d.h., dass trotz der festen Aufstellung des Kollektors ein effektiver Einfang von sehr früh am Morgen bis sehr spät am Nachmittag gesichert ist. Ausserdem trifft während der frühen Morgenstunden und der spaten ' Nachmittagstunden ein wichtiger Teil der eingefangenen Sonnenstrahlen direkt und unter einem für die bezweckte Aufwärmung günstigen Winkel auf die Warmeeinfangvorkehrungen.

Um die nach der Medianebene aufgestellten Warmeeinfangvorkehrungen soviel wie möglich die ganze Länge des nach der Medianebene gerichteten Radius der eher genannten Halbkreisform bestreichen zu lassen, kann diese reflektierende Fläche im Querschnitt an ihren beiden Längsrandern etwas verlängert sein. Der Halbkreis ist dann also auf beiden Enden, entweder mit einem geraden oder mit einem kreisbogenfSrmigen Verlängerungsteil etwas verlängert. Die auf der Oeffnung oder Mundung des Reflektors angeordnete Abdeckung kann dann frei von der äussersten Begrenzung der Warmeeinfangvorkehrungen passieren.

Die in der Tiefenrichtung von der Kollektormündung aus gemessene Abmessung der Einfangvorkehrungen - bis an die reflektierende Fläche - beträgt also ungefähr die Hälfte der, zwischen den freien Längsrandern der reflektierenden Fläche gemessenen Breite der Einfangoffnung.

030010/07A0

Die gemass der Erfindung in der Medianebene aufgestellten Wärmeeinfangvorkehrungen verhindern auch nahezu völlig, dass Strahlen von der an der einen Seite dieser Einfangvorkehrungen liegenden einen Hälfte auf die andere Hälfte der reflektierenden Fläche reflektiert werden.

Der erfundene Kollektor wird fest aufgestellt mit der Medianebene vertikal und in der Nord-Süd-Richtung. Der Kollektor wird mit seiner Längsachse in dem in bezug auf die Anordnungsstelle auf Erden günstigsten schrägen.oder gegebenenfalls horizontalen Stand an^ordnet. Durch die Nord-Süd-Richtung der Medianebene wird eine besonders intensive Sonnenstrahlenkonzentration auf dem am tiefsten in dem Kollektorraum liegenden Teil der Wärmeeinfangvorkehrungen erreicht. Dies ist besonders günstig, weil in dieser Weise ein extra hohes Temperaturniveau in diesem Teil dieser Vorkehrungen erreicht werden kann. ,

Der erfundene Kollektor eignet sich besonders zum Einbau in "bzw. auf sowohl Dächer in allerlei Schrägstellungen wie hochstehende Wände usw. Immer gelangen alle über die Einfangöffnung eingefangenen Sonnenstrahlen direkt oder nach Reflexion auf die Wärmeeinfangvorkehrungen.

Besonders erwähnungswert ist, dass auch das als diffuses Licht einkommende

en

Sonnenlicht die fläch¥örmigen Wärmeeinfangvorkehrungen mit erhöhtem Nutzeffekt erwärmt, weil das über eine Breite von etwa dem Zweifachen des Radius der reflektierenden Fläche einfallende Sonnenlicht durch Reflexion auf die nur halb so breiten Wärmeeinfangvorkehrungen konzentriert wird.

Gemäss der Erfindung können, wenn - wie an sich bekannt - für die Wärmeeinfangvorkehrungen solcher Kollektoren Flüssigkeit enthaltende Rohre angewendet werden, diese Kollektorrohre durch eine Anzahl in der Richtung der Medianebene dicht aneinander angeordneter Rohre gebildet werden. Die Richtung dieser Rohre ist dann vorzugsweise parallel zu der Kollektorlängsachse, aber kann auch einen Winkel mit dieser einschliessen oder quer zu dieser stehen.

Gemäss der Erfindung kann, bei Anwendung solcher Rohre, weiter mindestens eines der Flüssigkeitsrohre, die zu den Wärmeeinfangvorkehrungen gehören,

030010/0740

-L-

eine in der Richtung quer zu der Medianebene der reflektierenden flache oder ovale Querprofilform haben.

Eine sehr günstige Ausfuhrungsform gemäss der Erfindung besteht, bei Anwendung der Flüssigkeitsaufwärmungsrohre, darin, dass die Wäraeeinfangvorkehrungen durch zwei thermisch voneinander getrennte Rohre mit ovalem oder flachem Querprofil gebildet werden, von welchen beiden Querprofilen die Längsachse in der Medianebene der reflektierendes Fläche liegt.

Das am tiefsten in dem konkaven Kollektorhohlraum angeordnete, flache Rohr wird dann z.B., wegen der verhältnismässig hohen Flüssigkeitstemperaturen, die darin zumal während der Stunden des Tages mit der intensivsten Strahlung, namentlich um die Mittagstunde, erreicht werden können, zum Erwärmen von Boilerwasser oder zu anderen Zwecken, für welche die Höhere Temperatur erwünscht ist, angewendet, während das aussere Rohr für niedrigere Temperaturen benutzt wird. In dieser Weise können also zwei Flüssigkeitssysteme auf verschieden hohe Temperaturen erwärmt werden. Erwünschtenfalls ist es, durch eine dementsprechende Schaltung auch möglich, das äussere Rohr als Vorerwärmungsstufe für weitere Erwärmung in dem am tiefsten liegenden Rohr anzuwenden. Die in Tiefenrichtung des konkaven Hohlraums gemessene Abmessung des Querprofils der beiden Rohre kann gleich oder verschieden sein.

Um die Temperatur in dem am tiefsten liegenden Rohr dabei möglichst hoch steigen zu lassen, kann es vorteilhaft sein, dieses Rohr noch einzeln mit einem - vorzugsweise runden - Rohr aus Sonnenlicht durchlässigem Material zu umgeben. Erwünschtenfalls kann in diesem separaten Rohr ein Vakuum erzeugt sein. Dadurch wird unerwünschte Konvektion infolge der verschieden hohen Temperaturniveaus in dem Kollektorraum vermieden.

Es ist auch möglich den ganzen inneren Kollektorraum, begrenzt durch die konkave, reflektierende Fläche, die Abdeckung vor dem Eingang und die Stirnwände, unter Vakuum zu bringen.

Der erfindungsgemässe Sonnenwärmekollektor kann in jeder erwünschten Anzahl auf für Wärmeeinfang geeignete Oberfläche eingebaut und zu Sonnenwärmeeinfanganlagen zusammengefügt werden.

030010/0740

-τ-

Die Erfindung wird jetzt, unter Hinweis auf die schematische Zeichnung, noch näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Querschnitt eines Sonnenwärmekollektors gemäss der Erfindung;

Fig. 2 is ein Querschnitt, in erheblich kleinerem MassBbab, einer Reihe von vier zu einer Batterie zusammengefügten Kollektoren nach Fig. 1;

Fig. 3 zeigt, von der Seite, die Aufstellung eines Kollektors nach Fig. 1 mit vertikalem Längsschnitt durch diesen Kollektor in etwas kleinerem Massstab als in Fig. 1 ersichtlich;

Fig. h ist eine zu Fig. 3 gehörende Vorderansicht in der Richtung IV-IV in Fig. 3;

die Figuren 5A-C zeigen, für verschiedene Einfallswinkel in dem Kollektor, den Lauf der Strahlen und ihre Reflexion auf die Medianebene.

In der Zeichnung ist mit der Bezugsziffer 1 im allgemeinen ein Sonnenwärmekollektor angegeben mit einer konkaven reflektierenden Fläche, die aus einem im Querschnitt halbkreisförmigen Teil 2 mit Radius R und zwei daran gebildeten, im Querschnitt kurzen, geraden Verlängerungsteilen 3 an den beiden Längsrändern des Teils 2 besteht.

Die reflektierende Fläche 2,3,3, wird durch eine gebogene, polierte Aluminiumplatte oder Aluminiumfolie gebildet, die über eine Isolationsschicht V auf einer Stützfläche h, die den Boden einer ümkastung des Kollektors bildet, angeordnet.

Ueber die Umkastungsöffnung, die von den End- oder Längsrändern des Bodens und von den beiden Stirnwänden 5 der Ümkastung begrentzt wird, ist eine Abdeckplatte 7 aus sonnenstrahlen-durchlassendem Material, in dem vorliegenden Fall durchsichtigem Kunststoffmaterial, als Deckel

030010/0740

angebracht. Dieser Deckel bildet in dieser Weise daher auch die Abdeckung für das Innere des Kollektorraums, begrenzt durch die reflektierende Fläche 2, 3, 3 und die zwei Endflächen 6, die in den Figuren 3 und k wiedergegeben sind, und welche Endflächen gleichfalls aus poliertem Aluminiumplatten- oder folienmaterial bestehen können.

Mit der Bezugsziffer 8 wird in den Figuren 1-1* ein erstes und mit 9 ein zweites, im Querschnitt flaches Rohr angegeben. Diese Rohre enthalten Flüssigkeit, die mit den durch den Kollektor eingefangenen Sonnenstrahlen erwärmt werden muss. Beide Rohre sind mit der längsten Abmessung ihres Querprofils in Tiefenrichtung des Kollektors gemäss einer imaginären Medianebene M - die den Kollektor in der Länge halbiert - in dem Kollektor angeordnet.

Das Profil des Rohrs 8 erstreckt sich - gemäss dem wiedergegebenen Ausfuhrungsbeispiel - in Tiefenrichtung des Kollektors von nahe der Schnittlinie der Medianebene M mit dem kreisrunden Teil 2 der reflektierenden · Fläche bis etwa kO% des Radius R und das des Rohrs 9 über die verbleibenden 6o# dieses Radius R. In dieser Weise wird daher nahezu das ganze Gebiet der Medianebene M, insofern diese sich in dem Kollektor erstreckt, von , den beiden Rohren 8 und 9 bestrichen. Aus praktischen Gründen können jedoch beide Rohre8 und 9 auch je etwa den halben Radius R bestreichen.

Bei dem vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel nach den Figuren 1-4 wird das Rohr 8 noch durch ein, in diesem Fall im Querschnitt rundes, Rohr 10 aus ähnlichem Material wie das der Abdeckplatte 7 umgeben.

Die Rohre 8 und 9 sind, wie aus den Figuren 3 und k hervorgeht, an ihrem einen Ende nach der Endfläche 6, jedoch innerhalb der Stirnwand 5, über Querstutzen 8', 9', an ein, in der Zeichnung nicht wiedergegebenes Flüssigkeitsleitungssystem angeschlossen. Durch dieses System zirkuliert die Flüssigkeit, die in dem Kollektor erwärmt wird und anderswo die, in dem Kollektor eingefangene Wärme durch Austauschmittel abgeben muss. Auf Einzelheiten darüber wird nicht näher eingegangen, weil es dabei an sich bekannte Ausführungen von Anlagen zur Benutzung der in einem Flüseigkeitssjefcem eingefangenen Sonnenwärme betrifft.

030010/0740

Fig. 3 zeigt die schräge Aufstellung des Kollektors 1, in dem vorliegenden Fall mit der Längsachse in einer vertikal Nord-Süd gerichteten Ebene und etwa unter einem Winkel von 55 mit der Horizontalebene. In dieser Figur ist mit der Bezugsziffer 11 noch eine Verbindung zwischen dai Rohren 8 und 9 wiedergegeben, weil es dabei ein System betrifft, bei dem die Rohre 9 und 8 nacheinander durchströmt werden. Dadurch, dass die zu erwärmende Flüssigkeit in dem Rohr 9 vorerwärmt wird, kann sodann in dem Rohr 8 ein um so höheres Temperaturniveau erreicht werden. Uebrigens wird in diesem Zusammenhang noch auf die im Nachstehden gegebene Erläuterung zu den Figuren 5A-C hingewiesen.

Das Rohr 10 ist in Fig. 3, übersichtlichkeitshalber, weggelassen worden.

Fig. 2 zeigt vier zu einer Batterie zusammengefügte Kollektoren 1a-d. Die Abdeckplatte 7a-c können hier zu einer einzigen gemeinsamen Abdeckplatte vereinigt sein. Die verschiedenen Medianebenen werden hier mit den Bezugsbuchstaben Ma-Md wiedergegeben.

Diese Figur zeigt auch die Orientierung mit den Oeffnungen der Kollektorräume nach Süden gerichtet. Auf der südlichen Erdhalbkugel wird dies selbstverständlich nach Norden sein.

Wie in Fig. 1 für einen Strahl S die Reflexion gemäss der Richtung S¹ angegeben ist, wird in den Figuren 5A-5C verschiedene Zeitpunkte des Tages mit zugehörigen Sonnenständen, bei fester Aufstellung des Kollektors 1, der Verlauf der einfallenden und reflektierten Strahlen wiedergegeben. Die Wärmeeinfangvorkehrungen werden in diesen Figuren schematisch mit der Bezugsziffer 18 angegeben.

Zu den Pfeilen werden Bezugsbuchstaben S. mit reflektierten Strahlen S.' und ebenso S_ß und S₅ ¹, sowie S_c und S ' angegeben.

Es ist klar, dass alle eingefangenen Strahlen entweder direkt oder sonst schliesslich durch großenteils nur einfache Reflexion ihren Weg nach den, gemäss der Medianebene M aufgestellten, Wärmeeinfangvorkehrungen finden. Die Figuren 5A-5C zeigen, dass die eingefangenai Strahlen, insofern sie

030010/0740

direkt auf die Wärmeeinfangvorkehrungen fallen grosstenteils schon nach einer einzigen Reflexion, die Wannevorkehrungen treffen, wahrend gleichfalls jede Reflexion nach aussen wirksam vermieden wird.

Bei näherer Betrachtung der Figuren 5A-5C ist es weiter auch klar, dass in dem tiefsten Teil die grosste Konzentration und dadurch die intensivste Erwärmung auftreten wird. Aus diesen Gründen werden nach dem Ausführungsbeispiel gemäss den Figuren 1-1* zwei Rohre 8 und 9 zum Erreichen verschiedener Erwärmungsniveaus angewendet.

In Fig. 5A wird bei der Bezugsziffer 2' noch mit einer punktierten Linie angegeben, wie die reflektierende Fläche 2 in dem am tiefsten liegenden Mittelgebiet, hinter der Hinterbegrenzung der Wärmeeinfangvorkehrungen 18 einigermassen V-formig nach hinten ausgestülpt ausgebildet werden kann. Durch diese Besonderheit wird erreicht, dass die Sonnenstrahlen wahrend der Stunden des höchsten Sonnenstandes etwas eher und unter einem günstigeren Winkel auf den tiefst liegenden Teil der Wärmeeinfangvorkehrungen fallen, wodurch die Wärmeleistung des Kollektors noch günstiger wird.

Es wird klar sein, dass in bezug auf das oben beschriebene und in der Zeichnung wiedergegebene Ausführungsbeispiel allerlei Abwandlungen im Rahmen der Erfindung möglich sind. So kann insbesondere auch die reflektierende Fläche aus einem anderen geeigneten Material als die genannten Aluminiummaterialien hergestellt sein.

030010/0740

Leerseite

Claims

DIPl .-!NG. BUSCHHOFF Köln, dea 14.8.1979 pi DlPL ING. HENNlCKE iteg.-Nr. Pt 109 UIPL-ING. VOLLBACH 5 KöiM Patlico Rights N.V., Handelskade 2kt Willemstad ., Curasao. " Sonnenwarmekollektor" Patentansprüche

1. Sonnenwarmekollektor, versehen mit einer länglichen Umfangswand einer im Querschnitt im allgemeinen halbrunden Form, welche Wand an der konkaven Seite aus einer reflektierenden Fläche besteht, mit Wärmeeinfangvorkehrungen in dem durch diese Fläche begrenzten Raum, zwischen zwei sich an den Kollektorenden befindenden Stirnwänden dieses Kollektors, sowie mit einer, Sonnenstrahlen nach dieser reflektierenden Fläche durchlassenden Abdeckung vor der, zwischen den freien Längsrändern der reflektierenden Fläche gebildeten Einfangsöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Fläche, insofern rund, im Querschnitt halbkreisförmig ist und die Wärmeeinfangvorkehrungen sich in einem, in der Richtung quer zu der in Nord-Süd-Richtung vertikalen Medianebene der reflektierenden Fläche flachen Teil des Raums, begrenzt von dem halbkreisförmigen Teil der reflektierenden Fläche, erstrecken über nahezu die ganze Medianebene dieser reflektierenden Fläche, insofern diese in dem genannten Teil dieses Raums liegt.

030010/07A0

2. Sonnenwärmekolletor nach Anspruch 1, und mit Wärmeeinfangvorkehrungen in Form eines Flüssigkeitsrohres, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeeinfangvorkehrungen eine Anzahl dicht aneinander angeordneter Flüssigkeitsrohre umfassen.

3· Sonnenvarmekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Flüssigkeitsrohre, die zu den Wärmeeinfangvorkehrungen gehören, eine in der Richtung quer zu der Medianebene der reflektierenden Fläche flache oder ovale Querprofilform hat.

k. Sonnenwärmekollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeeifangvorkehrungen durch zvei thermisch voneinander getrennte Rohre mit ovalem oder flachem Querprofil gebildet werden, von welchen beiden Querprofilen die Längsachse in der Medianebene der reflektierenden Fläche liegt.

5· Sonnenwärmekollektor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der flachen oder ovalen Rohre der Wärmeeinfangvorkehrungen durch ein Sonnenstrahlen durchlassendes, insbesondere gläsernes oder aus lichtdurchlässigem Kunststoffmaterial bestehendes Rohr umgeben wird.

030010/0740