DE2943159A1

DE2943159A1 - Solarkollektor mit auftreffenden strahlen

Info

Publication number: DE2943159A1
Application number: DE19792943159
Authority: DE
Inventors: Ravinder K Sakhuja
Original assignee: Thermo Electron Corp
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Inc
Priority date: 1978-10-25
Filing date: 1979-10-25
Publication date: 1980-05-08
Also published as: JPS5585846A; GB2034458A; ES485712A0; US4201195A; ES8100723A1; FR2439957B1; FR2439957A1; IT7926733A0; GB2034458B

Description

DIPL. ING. HEINZ BARDEHLE PATENTANWALT " & ' Aktenzeichen:

Anmelder: Thermo Electron Corporation 1O1 First Avenue Waltham, Mass. 02154 / USA München, 2 5.10.1979

Mein Zeichen: ^{p 2976}

Solarkollektor mit auftreffenden Strahlen

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ORIGINAL INSPECTED

DIPL. ING. HEINZ BARDEHLE Hinchen, _ot- _{1A 1QXq}

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Aktenzeichen: Mein Zeichen: ρ ο932

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft Solarkollektoren und insbesondere eine billige Solareinrichtung zur Erwärmung von Luft, die zur Bewirkung eines hohen Wirkungsgrades beim Einfangen von Energie ein Konzept mit auftreffenden Strahlen anwendet.

Solareinrichtungen zur Lufterwärmung bieten die Möglichkeit von beträchtlichen Energieeinsparungen in Anwendungsfällen, in denen heiße Betriebsluft erforderlich ist. Solche Anwendungsfälle betreffen beispielsweise das Trocknen von Baubzw. Nutzholz, Papier und Nahrungsmittel, wie beispielsweise Rosinen, Backpflaumen oder Getreide. Außerdem betreffen solche Anwendungsfälle die Lufterwärmung im Winter, beispielsweise in südwestlichen Bereichen der Vereinigten Staaten.

Die heutigen Solareinrichtung zur Erwärmung von Luft oder Solarkollektoren weisen leider beim Einfangen von Energie einen geringen Wirkungsgrad auf und sind relativ schwer und teuer bezüglich ihres Aufbaus und ihres Einbaus. Dies führt dazu, daß die eingefangene Solarenergie ziemlich teuer ist.

Bei einer typischen, bekannten Solareinrichtung zur Erwärmung von Luft wird die Luft dadurch erwärmt, daß sie auf einem serpentinenmäßigen Weg vor einer ebenen Absorberplatte vorbeiströmt, die unterhalb von einer oder von mehreren Glasscheiben angeordnet ist und Solarstrahlung absorbiert. Der Wärmeübertragungskoeffizient zum Wärmeaustausch zwischen der Absorberplatte und der Luft ist bei dieser Anordnung ziemlich kl*in, was dazu führt, daß die Luft weniger erwärmt wird, als dies gewünscht wird. Außerdem führt dies zu einer großen Temperatur der Absorberplatte und daher zu hohen Strahlungs- und Kon-

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vektionsverlusten. Die Verwendung von mehreren Glasscheiben kein η zur Verminderung dieser Verluste führen, vermindert aber auch die übertragung von einfallender Strahlung und bewirkt weitere Kosten. Die Befestigung von Endancrdnungen an die Absorberplatte vergrößert einerseits die Wärmeübertragung an die Luft, vergrößert aber andererseits auch die Komplexität des Aufbaus und die Kosten.

Weitere Nachteile der bekannten oben beschriebenen Anordnungen bestehen in deS^c^fSlen Druckabfall, der sich aus den vielen Biegungen bzw. Windungen ergibt , die der Luftstrom beim Durchlaufen des Kollektors durchströmen muß. Dies führt zu hohen Kosten auf der Seite des Gebläsemotors, der dazu verwendet wird, um ein zirkulieren fer Luft durch den Kollektor zu bewirken. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß eine beträchtliche Isolierung der Bodenplatte des Kollektors erforderlich ist, um große thermische Verluste zu vermeiden, weil bei dem herkömmlichen Solar- Luftkollektor die Bodenplatte einen direkten Kontakt zu der schrittweise erhitzten Luft aufweist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Solarkollektor zur Erwärmung von Luft anzugeben, der einen großen Wirkungsgrad aufweist und billig ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin einen Solarkollektor anzugeben, bei dem das Auftreffen von Luftstrahlen auf einer Absorberplatte des Kollektors zu einer wirksamen Übertragung von Wärme zwischen der Absorberplatte und der Luft führt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Solarkollektor anzugeben, bei dem die Strahlen nach dem Auftreffen so aus dem Kollektor ausströmen, daß sie sich mit dem stromabwärts gerichteten Strahlen möglichst wenig stören.

Der erfindungsgemäße Solarkollektor enthält einen schachtelähnlichen Rahmen, einen lichtdurchlässigen Deckel, der an dem Rahmen befestigt ist, eine unterhalb des Deckels angeordnete

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Absorberplatte und eine Strahlplatte, die zwischen der Absorberplatte und der Bodenplatte des Rahmens angeordnet ist. Die Absorberplatte oder die Strahlplatte (oder beide) weist eine wellenförmige Beschaffenheit auf. Die Strahlplatte besitzt eine Mehrzahl von Öffnungen an Orten, an denen der Spalt zwischen den Platten eine minimale Größe aufweist, so daß durch einen Einlaß in der dem Fluß zugewandten Endwand des Rahmens strömende Luft durch die Öffnungen in der Form von Luftstrahlen gerichtet wird, die gegen die untere Oberfläche der Absorberplatte treffen, um eine wirksame Hitzeübertragung zwischen der Luft und der durch einfallende Solarstrahlung erwärmten Absorberplatte zu bewirken. Durch die durch die wellige Beschaffenheit bestimmten Kanäle wird der Fluß der auftreffenden Strahlen zu einem Auslaß in der dem Fluß abgewandten Endwand erleichtert, wobei eine minimale Unterbrechung (Störung) der auftreffenden Luftstrahlen eintritt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist lediglich die Absorberplatte gewellt, und die Entfernung zwischen kreisförmigen öffnungen der Strahlplatte und der Absorberplatte liegt in einem Bereich, der dem Ein- bis Zweifachen des Durchmessers der öffnungen entspricht. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Strahlplatte und die Absorberplatte stromabwärts divergieren, um gleichmäßige Geschwindigkeiten der Luft zu bewirken, während fortlaufend sich vergrößernde Flußbeträge zwischen der Absorberplatte und der Strahlplatte aufgenommen werden. Der Einlaß und der Auslaß des Kollektors können so ausgebildet sein, daß eine Verbindung von zwei oder mehreren Kollektoren zu einer mehrstufigen Anordnung erleichtert wird,

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Im folgenden worden die Erfindung unrl deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren naher erläutert. Es ze int:

Fia. 1 eine perspektivisch»* Darstellung eines erfindungsgemäßen Soldr-Kcllektcrs, wobei zur Darstellung von innonliegenden Einzelheiten Teile er-tfcrnt wurden ,

Fia. 2 eine vergrößerte persoektivische Darbte 1lunn eines Teils des Sonnenkcllektors der Fig. 1, die Einzelheiten der Strahlpiatte, der Ab-sorberplatte und des durch diese Platten fließenden Musters des Luftflußes zeiat, und

Fig. 3 und 4 perspektivische Da rs te Hunnen weiterer Ausführungsformen von Solar-Kcllektoren.

In der Fig. 1 weist der erfindungsger.aße Solarkollektor 18 einen Rahmen 20 mit der Form einer Schachtel mit einem rechteckigen Querschnitt auf, wobei das obere Ende des Rahmens durch einen lichtdurchlässigen Deckel 21 abgeschlossen bzw. abgedichtet ist und wobei in dem Rahmen eine Strahlplatte 22 und eine Absorberplatte 24 angeordnet sind. Der Rahmen 20 besteht aus einem starren isolierenden Material. Vorzugsweise besteht der Rahmen 20 aus einem einzigen , einstückigen leichten Teil, das aus Schaum oder Kunststoff geformt ist und das für einen modularen Aufbau in einer mehrstufigen Anordnung geeignet ist. Wenn der Kunststoff oder das andere ausgewählte Material zersetzbar ist, wenn es langer der ultravioletten Strahlung der Sonne ausgesetzt wird, sollten die äußeren - Oberflächen des Rahmens vorzugsweise mit einem Anstrich überzogen werden, der gegenüber der ultravioletten Strahlung eine Schutzbarriere bildet. Ein Metallrahmen kann dort verwendet werden, wo

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bezüglich der Verwitterung bzw. des Wetters gestellte Anforderungen die Vorwendung von Schaum oder Kunststoffmaterialien nicht zulassen.

Die dem Fluß zuaewandte Endwand 26 des Rahmens 20 weist einen Einlaß 28 für die Zufuhr von Luft auf, die in dem Sclar-Kollektor 18 erwärmt werden soll. Die dem Fluß abgewandte IJndwand 30 weist einen Auslaß 32 auf, aus dem die erwärmte Luft ausströmt. Der Einlaß 28 und der Auslaß 32 weisen vorzugsweise eine Form auf, die eine schnelle Reihenverbindung des Kollektors 18 mit ähnlichen Kollektoren (nicht dargestellt) ermöglichen, um eine mehrstufige Kollaktoranordnung zu bilden.

Um zu ermöglichen, daß einfallende Solarstrahlung in dem Kollektor 18 eingefangen wird, ist ein lichtdurchlässiger Deckel 21 in der Nähe der oberen Seite des Rahmens 20 im wesentlichen parallel zur Bodenplatte 34 des Rahmens 20 angeordnet. Der Deckel 21 bildet eine Abdichtung mit dem Rahmen 2O, so daß der Kollektor 18 im wesentlichen luftdicht ist, wenn man von den öffnungen des Einlasses 28 und des Auslasses 32 absieht. Bei der in der Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Deckel 21 lediglich aus einer einzigen Scheibe aus Glas oder aus Kunststoff. Der Gebrauch einer einzigen Scheibe an der Stelle von zwei oder mehreren Scheiben ist möglich, weil die im folgenden ausführlicher beschriebene einzige Anordnung auf die die Strahlung auftrifft eine effiziente Wärmeübertragung innerhalb des Kollektors 18 ermöglicht, was zu kleineren Temperaturen der Absorberplatte als bei herkömmlichen Kollekto ren führt. Auf diese Weise wird die Notwendigkeit mehrerer Scheiben zur Verminderung von durch^Konvekt*-^on und durch Rückstrahlung durch den Deckel 21 bedingten Verlusten ermöglicht.

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Ein wesentliches Merkmal des erfindunasqenäßen Solar-Kollektcrs besteht in der Anordnuno der Absorberplatte 24 und der Strahlclatte 22, die in den Rahmen 20 zwischen dem Deckel 21 und der Bodenplatte 34 angeordnet sind. Die Absorberplatte 24, die typischerweise aus Metall besteht, absorbiert durch den Deckel 21 übertragene Solarstrahlung und tauscht Wärme mit der Luft aus, die zuerst dem Kollektor 18 durch den Einlaß 28 zugeführt wird, in Kontakt mit der unteren Oberfläche der Absorberplatte 24 gelangt und dann als erwärmte Luft durch den Auslaß 32 ausströmt. Die Absorberplatte 24 ist verzugsweise an beiden Seiten mit einem glatten schwarzen Anstrich versehen, um sowohl eine maximale Absorption von einstrahlender Solarstrahlung als auch eine maximale Strahlungserwärmung der ankommenden Luft zu ermöglichen. Für andere Anwendunaen bei höheren Temperaturen können ausgewählte Überzüge auf die obere Seite der Absorberplatte 24 aufgebracht werden, um einen Strahlungsverlust an die Atmosphäre zu minimalisieren. Bei der Abwesenheit einer Strahlplatte 22 würde sich als ein Ergebnis des Luftflusses entlana der unteren Oberfläche der Absorberplatte 24 eine Grenzschicht einer beträchtlichen Größe entlang der mit der Luft in Berührung stehenden oder unteren Oberfläche der Absorberplatte 2 4 ausbilden und die Wärmeübertragung zwischen der Absorberplatte 24 und der Luft würde behindert, was zu hohen Temperaturen der Absorberplatte und zu möglichen großen Strahlungs- und Konvektionsverlusten von der .Absorberplatte 24 und allgemein zu einer ineffizienten Ansammlung bzw. Aufnahme von Solar-Energie führen würde. Um die Grenzschicht zu unterbrechen wird zwischen der Absorberplatte 24 und der Bodenplatte 34 des Rahmens 20 eine starre bzw. feste Strahlplatte 22 vorgesehen, die beispielsweise aus Metall oder Kunststoff besteht. Dabei ist das dem Luftstrom zugewandte Ende der Strahlplatte 22 oberhalb des Einlasses 28 angeordnet. Das dem Luftstrom abgewandte Ende der Platte 22 ist unterhalb des Auslasses 32 angeordnet.

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Die Strahlplatte 22 enthält cine Mehrzahl von Strahlöffnunaen 36, so daß durch den Einlaß 28 eingeströmte Luft durch die Öffnungen 36 in der Fcrm vcn Luftstrahlen bzw. Luftströmungen oelsnkt wird, die auf die untere Oberfläche der Absorberplatte 24 auftreffen und jede sich auf dieser ausgebildete Grenzschicht aufbrechen bzw. unterbrechen. Auf diese Weise wird eine Wärmeübertragung und eine Erwärmung der durch den Kollektor 18 strömenden Luft mit einen hohen Wirkungsgrad bewirkt.

Es wurde experimentell bestimmt, daß die Wärmeübertraquna mit Luft dann optimal ist, wenn die Entfernung zwischen den StrahLöffnungen 36 und einem Ziel, wie beisoielsweise der Absorberplatte 24, ein-bis zweimal so groß ist wie der Durchmesser der Strahlöffnungen. Wenn jedoch die Strahlplatte 22 zu nahe an der Absorberplatte 24 angeordnet ist, vergrößern sich die Querströmunas^oschwinJig'ceiten infolge der angelegten Strahlen . Diese \}uerntrömunasgeschwindigkeiten verlaufen im allgemeinen in einer Richtunn senkrecht zu der Richtuna dar einfallenden Strahlen, die in dem Solar-Kollektor der vorliegenden Erfindung versuchen einen Luftfluß aufzubauen, der in allgemeinen stromabwärts in Richtung auf den Auslaß 12 verläuft. Große QuerströmungsgeschwindigkeL-ten sind nicht wünschenswert, wei1 sie die stromabwärts gerichteten einfallenden Strahlen ablenken und auf diese Weise ihre Effektivität vermindern. Große Querströmungsgeschwindicrkeiten vergrößeren auch den gesamten Druckabfall in dem Kollektor auf Werte, bei denen die für eine Luftzirkulation erforderlichen Pumpkostf-n übermäßig sind. Außerdem verursachen sie Störungen der Verteilung des Flusses und daher auch nicht wünschenswerte thermische Beanspruchungen in der Absorberplatte 24.

Um diese nachteiligen Auswirkungen der großen Querströmungsgeschwindigkeiten zu vermeiden und dabei doch den optimalen

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Abstand zwischen den Strahlöffnunron 36 und der Absorberplatte 24 auf rech tzuerhalt.cn wird entweder ciio Strahlplatte 22 oder die Absorberplatte 24 (oder beide) mit Wellen bzw. Furchen, wie die Wellen 38 der Absorbernlatte 24 (Fig. 1), ausgebildet, die in einer Längsrichtung verlaufen und Kanäle 40 bilden, die sich in wesentlichen entlang der gesamten Länge des Kollektors 18 von der dem Fluß zugewandten Endwand 26 zu der dem Fluß abgewandten Endwand 3O erstrecken.

An jedem Ort entlang der Länge des Kollektors 18, bestimmen die Platten 22 und 24 einen Spalt zwischen den Platten, dessen Größe sich in der Querrichtung infolge der Welligkeit wenigstens einer der Platten ändert. Im folnenden wird "jeder Ort" als "axialer Ort" bezeichnet. Din Strahlöffnungen 36 in der Platte 22 sind so angeordnet, daß an jeden axialen Ort, an dem öffnungen auftreten, der SDaIt oder die Entfernung zwischen jeder Öffnung und der gegenüberliegenden Oberfläche der Absorberplatte 24 minimal ist. Dies bedeutet, daß die Öffnungen se angeordnet sind, daß sie den Gipfelpunkten oder den Gradpunkten der Wellen gegenüberliegen. Diese Entfernung zwischen den Öffnungen 36 und der Absorberplatte 24 JLfegt vorzugsweise in einem Bereich von ein bis zwei Mal dem gesamten Durchmesser. Beispielsweise beträgt die Entfernung 0,635 bis 1,27 cm für Öffnungen mit einem Durchmesser von 0,635 cm. Die zwischen den Gipfelpunkten der Wellen irgendeiner oder beider Platten in der Uähe eines Strahleinfallbereichs ausgebildeten Kanäle erzeugen einen relativ großen Strömungsbereich, um Querströmungen mit relativ kleinen Geschwindigkeiten und unter einer minimalen Störung der einfallenden Luft-Strahlen aufzunehmen.

In der erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in der Fig. dargestellt ist, und von der ein Teil in der Fig. 2 dargestellt ist, weist die Absorberplatte 24 eine wellige Ober-

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fläche auf, während die Strahlplatte 22 im wesentlichen eben und parallel zur Absorberplatte 24 montiert ist. Die Verwendung einer Absorberplatte mit einer welligen Oberfläche ist wünschenswert, weil zusätzlich zu der Ermöglichung eines optimalen Abstandes zwischen den Strahlöffnungen 36 und der Absorberplatte 24 und der Steuerung der Querströmungsgeschwindigkeiten, die wellige Oberfläche der Absorberplatte 24 für die einfallende Strahlung einen Bereich bildet, der wesentlich größer ist als bei einer ebenen Platte. Außerdem absorbiert eine Absorberplatte mit einer welligen Oberfläche einen relativ größeren Teil der einfallenden Strahlung als eine ebene Platte dies tun würde.

Das bei der Strahlplatte 22 und der Absorberplatte 24 auftretende Muster der Luftströmung ist in der Fig. 2 dargestellt .Pfeile 42 zeigen den einfallenden Strahlfluß und Pfeile 44 den Querfluß der angelegten bzw. eingefallenen Strahlen an.

In der Fig. 3 ist eine Ausführungsform des Stromkollektors dargestellt, bei der die Strahlplatte 46 wellig ist und bei der die Absorberplatte 48 eben ist. Ein weiteres wahlweises Merkmal der Erfindung, das in der Fig. 3 dargestellt ist, liegt in der Ausrichtung der Strahlplatte 46 und der Absorberplatte 48, die nicht parallel sind und in der stromabwärts führenden Richtung divergieren, um in dieser Richtuna eine graduelle Vergrößerung des Flußbereiches in dem Raum zwischen der Strahlplatte 46 und der Absorberplatte 48 zu erzeugen, um eine Anoassung an den sich vergrößernden Betrag der in diesem Raum durch aufeinanderfolgende Strahlöffnungen eintretenden Luft zu bewirken.

Bei einer weiteren in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsforn sind die Strahlülatte 5O und die Absorberplatte 52 parallel

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zur ueckelplatte 21 angeordnet und oberhalb des Einlasses 28 und des Auslasses 32 angeordnet. Zwischen dem Bodenteil 34 und der Strahlplatte 50 ist in der Nähe des den Fluß abqewandten Endes des Kollektors 18 ein Sücrr- bzw. Blcckiorteil 54 angeordnet. Dieses erstreckt sich quer über den Kollektor, blockiert den axialen Luftfluß und stellt sicher, daß alle in den Uinlaß 28 eintretende Luft durch die Strahlöffnunoen 36 durchströmt und zwischen der Strahlplattc 50 und der welligen Absorberplatte 52 vorläuft, ehe sie durch den Auslaß 32 strömt, Eine oder mehrere längliche öffnunaen in der Strahlplatte 50 in dem Bereich zwischen dem Blockierteil 54 und der dem Fluß abqewandten Lndwand 30, wie beispielsweise die öffnung 56, ermöglicht das Ausströmen der erwärmten Luft aus dem Bereich zwischen den Platten50 und 52 durch den Auslaß 32 des Kollektors 18.

Während des Betriebs (siehe Fig. 1 und 2) wird zu erwärmende Luft in den Kollektor 18 durch den Einlaß 28 eingelassen. F.in Gebläse oder eine ähnliche Vorrichtung (nicht dargestellt) wird typischerweise verwendet, um die Luft zum Um laufen zu bringen und um mit dem Fluß durch den Kollektor 18 oder durch eine mehrstufige, aus ähnlichen Kollektoren bestehende .^nordnun^vi¹2^tl^uru^irwin^n¹.^u^ieTin die durch den Einlaß 28 eingeströmte Luft stromabwärts strömt, werden Teile davon nach oben durch öffnungen 36 in der Strahlplatte 22 gelenkt, um als Luftstrahlen gegen die untere Oberfläche der Absorberplatte 24, die durch die durch den Deckel 21 übertragene Solarstrahlung erhitzt wurde, einzufallen. Die Strahlen bewirken eine Unterbrechung der Ausbildung einer dicken Grenzschicht auf der Absorberplatte 24 und vergrößern so die Wärmeübertragung zwischen der Platte 24 und der Luft. Die eingefallenen Strahlen bilden einen quer verlaufenden Luftfluß, der primär in der stromabwärts verlaufenden Richtung in den Kanälen strömt, die durch die Welligkeit der Absorber-

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platte 24 gebildet werden. Dieser quer verlaufende FIuB der erwärmten Luft strömt nachfolgend durch den Auslaß aus und kann als erwärmte Betriebsluft verwendet werden. Sie kann auch beispielsweise in einem Kollektor/ dessen Einlaß mit dem Auslaß 32 des Kollektors 18 verbunden ist, weiter erwärmt werden.

In Verbindung mit dem Betrieb des Solarkollektors 18 sollte festgestellt werden, daß, weil die Erwärmung der Luft oberhalb der Strahlplatte 22 erfolgt, wenig oder keine Isolation an dem Bodenteil 34 oder an den Teilen der Seiten des Rahmens 20 unterhalb der Platte 22 erforderlich ist, um thermische Verluste zu vermeiden, wenn Umgebungsluft in einem einstufigen Kollektor erwärmt wird. Selbst in mehrstufigen Kollektoren wird für einen vorgegebenen Pegel von zugelassenen thermischen Verlusten von dem Bodenteil weniger Isolierung benötigt, als für herkömmliche Solar-Luftkollektoren, weil der Durchschnitt der Lufttemperatur in der Nähe der Bodenplatte bei Kollektoren, die die Strahlplatte und die Absorberplatte gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden, geringer ist.

Es wird auch festgestellt, daß der oben beschriebene Solarkollektor infolge seines einfachen und leichtgewichtigen Aufbaus billig herzustellen ist. Außerdem kann mit ihm, wie dies voranstehend bereits erwähnt wurde, die Erwärmung der Luft mit einem großen Wirkungsgrad erfolgen.

In dem Solarkollektor wird die durch den Kollektor strömende Luft durch einen Wärmeaustausch mit einer Solarenergie absorbierenden Platte erwärmt. Der Kollektor enthält einen leichtgewichtigen Rahmen mit einem rechtwinkeligen Querschnitt, der

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einen Einlaß und einen Auslaß zum Durchströmen von Luft aufweist. Die obere Seite des Rahmens ist durch einen lichtdurchlässigen Deckel, wie beispielsweise eine Glasscheibe, abgedichtet bzw. verschlossen. In den Kollektor sind eine Absorberplatte, die in dem Rahmen unterhalb des Deckels montiert ist, und eine Strahlplatte enthalten, die durch eine vorgeschriebene Entfernung unterhalb der Absorberplatte angeordnet und von dieser beabstandet ist. Eine Platte oder beide Platten sind gewellt, und es sind Öffnungen in der Strahlplatte an Orten vorgesehen, an denen zwischen den Platten ein minimaler Spalt vorliegt, so daß während des Betriebs des Kollektors Luftstrahlen durch die Öffnungen gelenkt werden und auf die untere Oberfläche der Absorberplatte einfallen, um eine effiziente Wärmeübertragung zu bewirken, während durch die Welligkeit bestimmte Kanäle den Fluß der eingefallenen Strahlen zu dem Auslaß des Kollektors bei einer minimalen Unterbrechung der stromabwärts gerichteten Strömungen erleichtern. Der Kollektor ermöglicht das kostengünstige Auffangen von Solarenergie, weil er einen großen Wirkungsgrad bei der Erwärmung der Luft aufweist, billig aufzubauen, leicht zu handhaben und zu installieren und leicht an mehrstufige Anordnungen anpaßbar ist. Außerdem besitzt der Kollektor eine hohe Lebensdauer.

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Claims

Patentansprüche

1. Solarkollektur zum Erwärmen von Luft,dadurch gekennzeich- *net, daß

ein scnachtelähnlicher Rahmen eine Bodenplatte (34), eine einst ückig mit dem Rahmen verbundene dem Fluß zugewandte Endwand (26) mit einem Einlaß(28)zum Einströmen von zu erwärmender Luft, eine einstückig mit dem Rahmen (20) verbundene dem Fluß abgewandte Endwand (30), die im wesentlichen parallel zu der dem Fluß zugewandten Endwand(26) angeordnet ist, einen Auslaß (32¹ zum Ausströmen von erwärmter Luft» und zwei an den Endwänden (26, 30)befestigte Settenwände aufweist, daß

ein lichtdurchlässiger Deckel (21) an dem Rahmen 20 von der Bodenplatte 134) entfernt befestigt ist, daß

eine Absorberplatte (24) in dem Rahmen zwischen de rn Deckel (21) und der Bodenplatte (34)angeordnet und geeignet ist, durch den Deckel (21)übertragene Solarstrahlung zu absorbieren, daß

eine Strahlplatte (22)in dem Rahmen zwischen der Absorberplatte (24) und der Bodenplatte (341 vorgesehen ist und eine Mehrzahl von durch sie verlaufenden öffnungen (36)aufweist, daß das stromaufwärts gelegene Ende der Strahlplatte (22) oberhalb des Einlasses (2 8) angeordnet ist, daß das stromabwärts liegende Ende der Strahlplatte (22) unterhalb des Auslasses (30) angeordnet ist, so daß während des Betriebs des Solarkollektors (18) durch den Einlaß (28)eingeströmte Luft unter Druck durch die öffnungen (36) der Strahlplatte 22 strömt und in der Form von Luftstrahlen gegen die Absorberplatte (24) gerichtet ist, um mit dieser Wärme auszutauschen, daß die erwärmte Luft dann durch den Auslaß in

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der dem Fluß abgewählten Endwand (30) ausströmt, daß

wenigstens eine der Platten (22, 24)eine wellenförmige Beschaffenheit aufweist, wordurch eine Mehrzahl von Kanälen (28) bestimmt wird, die sich entlang des Rahmens (20^ in einer achsialen Richtung erstrecken, die im wesentlichen parallel zu den Seitenwänden ist, daß durch die wellenförmige Beschaffenheit an jedem achsialen Ort ein Spalt mit einer sich ändernden Größe zwischen den Platten (22, 24)gebildet wird, und daß die öffnungen 36 in der Strahlplatte(22) an bestimmten achsialen Orten vorgesehen sind, an denen zwischen den Platten ein minimaler Spalt vorliegt.

2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlplatte (22) im wesentlichen eben ist und daß die Absorberplatte (24) wellenförmig ist.

3. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (36) in der Strahlplatte (22) kreisförmig sind und daß die Entfernung zwischen den öffnungen (36) der Strahlplatte (22) und der Absorberplatte(2 4) in einem Bereich liegt, der ein- bis zweimal so groß ist wie der Durchmesser der öffnungen (36).

4. Kollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (20)aus einem einheitlich geformten Kunststoffmaterial besteht und daß wenigstens bestimmte Teile des Rahmens (20)mit einem Anstrich überzogen sind, der gegenüber einer ultravioletten Strahlung eine Schutzbarriere bildet.

5. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlplatte (46 ) und die Absorberplatte td8 ) stromabwärts divergieren, um in dem Kollektor gleichförmigere Flußgeschwindigkeiten zu erzeugen.

6. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß(28) und der Auslaß (32) des Rahmens (20} so ausgebildet sind, daß eine Verbindung des Kollektors (18) mit ähnlichen Kollektoren

zur Bildung einer mehrstufigen KoI leiteranordnung erleichtert wi rd.

7. Solarkollektor zum Erwärmen von Luft, dadurch gekennzeichnet , daß

ein starrer Kunststoffrahmen (20)mit einem im allgemeinen rechtwinklinen Querschnitt vergesehen ist, daß der Rahmen (_20) eine dem Fluß zugewandte Endwand (26) mit einem Einlaß 128) zum Einströmen von zu erwärmender Luft in den Kollektor (l 8) und eine dem Fluß abgewandte Endwand (30) mit einem Auslaß (32) zum Ausströmen der durch den Kollektor 118)erwärmten Luft aufweist, daß

ein Glasdeckel (2 1) an dem oberen Teil des Rahmens (2ol, diesen verschließend bzw. abdichtend, im wesentlichen parallel zu der Bodenplatte (34} des Rahmens (20) angeordnet ist, daß der Deckel (21) zur übertragung von Solarstrahlung in den Kollektor (18\geeignet ist, daß

eine metallische Absorberplatte (24)geeignet ist, durch den Dekkel (.21) übertragene Solarstrahlung zu absorbieren, daß die Absorberplatte (24) zwischen dem Glasdeckel (2\) und der Bodenplatte (34) angeordnet ist und eine wellenförmige Beschaffenheit aufweist, die Kanäle (38) bildet, die sich von der dem Fluß zugewandten Endwand(26)zu der dem Fluß abgewandten Endwand (30) erstrecken, daß

eine Strahlplatte (22) zwischen der Absorberplatte (24) und der Bodenplatte (34) parallel zu der Absorberplatte(24)angeordnet ist, daß die Strahlplatte(22)eine Mehrzahl von kreisförmigen öffnungen (36) aufweist, durch die Luftstrahlen nach oben gelenkt werden, die gegen die Absorberplatte(24) treffen, um eine wirksame Erwärmung der durch den Kollektor strömenden Luft zu bewirken, daß die öffnungen (36) in der Strahlplatte (22) an Orten angeordnet sind, an denen zwischen der Strahlplatte 122) und den Wellen der Absorberplatte (24)ein minimaler Abstand besteht, daß die in der Nähe eines Auftreffpunktes eines Luftstrahls angeordneten Ka-

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näle nach dem Auftreffen des Strahls eine stromabwärts gerichtete Luftströmung ermöglicht, und daß diese Luftströmung von den Strahlen in einer minimalen Weise gestört wird.

8. Solarkollektor zum Erwärmen von Luft, dadurch gekennzeichnet, daß

ein schachtelähnlicher Rahmen (20)eine Bodenplatte (34j, eine einstückig mit dem Rahmen (20) verbundene dem Fluß zugewandte Endwand (26) mit einem Einlaß (2 8) zum Einströmen von zu erwärmender Luft, eine einstückig mit dem Rahmen verbundene im wesentlichen parallel zu der dem Fluß zugewandten Endwand(26) angeordnete dem Fluß abgewandte Endwand (30) mit einem Auslaß (32) zum Ausströmen von erwärmter Luft, und zwei an den Endwänden (26, 30) befestigten Seitenwänden aufweist, daß

ein lichtdurchlässiger Deckel (21) von der Bodenplatte (34)entfernt an dem Rahmen(20)befestigt ist, daß

eine Absorberplatte {52 ^ ^{in dem} Rahmen zwischen dem Deckel (21) und der Bodenplatte (34)angeordnet und zur Absorbtion von durch den Deckel(21) übertragener Solarstrahlung geeignet ist, daß

eine Strahlplätte (50^ in dem Rahmen zwischen der Absorberplatte (24) und der Bodenplatte (34) oberhalb des Einlasses 128) und des Auslasses angeordnet ist, daß die Strahlplatte (50)eine Mehrzahl von Strahlöffnungen(36)aufweist, die in einem wesentlichen Bereich der Platte angeordnet sind, daß eine oder mehrere längliche öffnungen (56) in der Nähe der dem Fluß abgewandten Endwand (30) in der Strahlplatte(22) angeordnet ist bzw. sind,

daß ein Blockierteil (54) zwischen der Bodenplatte (34) und der Strahlplatte(50]in der Nähe der dem Fluß abgewandten Endwand (30^ aber stromaufwärts von der einen oder den mehreren länglichen Öffnungen 56 so vorgesehen ist, daß während des Betriebs des Kollektors (18) durch den Einlaß (28) unter Druck eingeströmte Luft durch die Strahlöffnungen (36) strömt und in der Form von Luftstrahlen gegen die Absorberplattet52)gelenkt wird, um mit

dieser Wärme auszutauschen, daß die erwärmte Luft dann durch die eine längliche öffnung 56 oder die mehreren länglichen Öffnungen und anschließend durch den Auslaß (32)in der den Fluß abgewandten Endwand (30) ausströmt, daß

wenigstens eine der Platten(50, 52)eine wellige Beschaffenheit aufweist, wodurch eine Mehrzahl von Kanälen (38) bestimmt wird, die sich entlang des Rahmens(20)in achsialer Richtung im wesentlichen parallel zu den Seitenwänden erstrecken, daß durch die wellige Beschaffenheit an jedem achsialen Ort ein Spalt einer sich verändernden Größe zwischen den Platten (5O, 52) gebildet wird, und daß die Strahlöffnungen (36)in der Strahlplatte (50)an bestimmten achsialen Orten vorgesehen sind,an denen der Spalt zwischen den Platten eine minimale Größe aufweist.

9. Kollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlplatte (50) im wesentlichen eben ist und daß die Absorberplatte (53) gewellt und an beiden Seiten mit einem schwarzen, glatten Anstrich versehen ist.

10. Kollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlplatte (50) im wesentlichen eben ist, daß die Absorberplatte 'jewelIt ist und an ihrer Bodenseite einen glatten Anstrich aufweist, und daß die Absorberplatte an ihrer oberen Seite einen selektiven Überzug aufweist.

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