DE3010016A1

DE3010016A1 - Sonnenkollektor mit emissionsfalle

Info

Publication number: DE3010016A1
Application number: DE19803010016
Authority: DE
Inventors: Tanred 4515 Bad Essen Menzel; G. Dr. 2844 Lemförde Reuter
Original assignee: TRANSFER ELECTRIC; Reuter Technologie GmbH
Current assignee: TRANSFER ELECTRIC; Reuter Technologie GmbH
Priority date: 1980-03-15
Filing date: 1980-03-15
Publication date: 1981-10-01
Also published as: AU6835981A; ZA811310B; AU538506B2

Description

Sonnenkollektor mit Emissionsfalle
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor, der im wesentlichen aus einer über dem das aufzuheizende Medium führenden Rohrsystem oder zwischen den Rohren angeordneten, auf der Oberseite mit einer die Strahlung absorbierenden Beschichtung versehenen Absorptionsfläche besteht.
Sonnenkollektoren übernehmen die Funktion eines Energiewandlers. Als wesentliches Funktionsmerkmal tritt die absorbierende Beschichtung in Erscheinung, da in der Beschichtung die eigentliche Energieumwandlung erfolgt.
Die Absorptionsbeschichtung übernimmt vorrangig die Aufyabe, aus dem von der Sonne einfallenden Strahlenangebot das Energiemaximum in Kollektorwärme umzusetzen. Dabei wird insbesondere die Infrarotstrahlung in wirksame Wärme umgesetzt.
Wenn als maximale theoretische Absorption von 100 % zugrunde gelegt werden, so stellen hocheffiziente Kollektorbeschichtungen mit Absorptionsgraden von 96 * ausgezeichnete Absorptionsbeschichtungen für den Bereich der Sonnenkollektoren dar.
Absorptionsbeschichtungen mit sehr hohen Absorptionsyraden bestehen aus speziell dafür formulierten, modifizierten Lacksystemen, die nach dem Auftrocknen eine mattschwarze Oberfläche bilden. Die schwarze Oberfläche absorbiert die einfallende elektromagnetische Infrarotstrahlung und wandelt die Strahlung in Wärme um. Die sich bildende Wärme kann über Medienkanäle, die das Kollektorsystem durchziehen, abgeführt werden. Das erwärmte Medium, z. B. Wasser, kann als Brauchwasser verwendet werden.
Die mattschwarz beschichteten Flächen können unter günstigen Bedingungen bis zu 1000 Watt Strahlungsenergie pro Quadratmeter absorbieren. Ein großer Nachteil der mattschwarzen Flächen ist es jedoch, daß sie die Eigenschaft haben, die absorbierte Infrarotstrahlung wieder abzustrahlen. Der -"ideale schwarze Körper" emittiert die absorbierte Energie wieder zu 100 %. Beschichtungslacke für Sonnenkollektoren zeigen Emissionskoeffizienten von ca. 80 %.
Durch galvanisch aufgebrachte Schichten ist es zwar möglich, die Emission weitgehend zu unterdrücken, dafür liegt aber dann aufgrund der blanken metallischen Oberfläche der Absorptionsgrad niedriger.
Bei den bis zum Anmeldetag. bekannten Sonnenkollektoren bestehen die auf und/oder zwischen den Rohren angeordneten, mit einer die Strahlung absorbierenden Beschichtung versehenen Absorptionsflächen aus ganzflächigen Metallplatinen.
Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Absorptionsanordnung zu schaffen, bei der die Emission weitgehend unterdrückt wird, und zwar ohne eine wesentliche Verminderung des Absorptionsgrades.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß sich anstelle der ganzflächigen Metallplatine ein die Strahlung teilweise durchlassendes- Metallgewebe oder -sieb befindet, das sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite mit einem mattschwarzen Lack beschichtet ist, und unter dem Rohrsystem eine die durchgelassene Strahlung absorbierende und emittierende Fangfolie angeordnet ist.
Da Kupfer zunehmend in die Reihe der schwer verfügbaren Metalle eingereiht wird, wird gemäß der vorliegenden Erfindung außerdem angegeben, wie ein Sonnenkollektor mit einem äußerst günstigen Leistungs-/ Gewichtsverhältnis hergestellt werden kann. Die erfindungsgemäße, teilweise die Infrarotstrahlung durchlassende Apsorptionsfläche besteht nämlich vorzugsweise aus Kupfer, in Form engmaschiger Gewebe oder Feinsiebe oder Lochmasken (fein durchlöcherte Metaliplatinen). Aufgrund der runden Feindrähte bei Sieben und Geweben können unter verschiedenen Einstrahlungswinkeln der Sonne günstigere Absorptionsergebnisse erzielt werden als bei flachen Lochmasken.
Vorzugsweise werden daher Gewebe oder Siebflächen als Absorptionsflächen gewählt, die einen Großteil der einfallenden Strahlung durchlassen. Die Gewebe oder Siebflächen sind mit einem mattschwarzen Lack beschichtet. Ein Teil der Strahlung wird von den schwarzen Feindrähten absorbiert und direkt in Wärme umgesetzt, während die Strahlung, die durch die Gewebemaschen einfällt, von einer anderen im Abstand angebrachten mattschwarzen Fangfolie, vorzugsweise einer Kupferfolie, absorbiert wird.
Während bei bisher bekannten Kollektoren nur die Oberseiten der Metallplatinen geschwärzt werden, hat der erfindungsgemäße Kollektor auf der Gewebe- bzw. Siebunterseite ebenfalls eine mattschwarze Lackierung.
In bestimmten Anwendungsfällen können das Absorptionsgewebe und die wasserführenden Rohre aus hitzebeständigem Kunststoff bestehen.
Vorzugsweise ist die Fangfolie 3 auf ihrer dem Rohrsystem zugewandten Oberseite mit einem schwarzmatten Lack hoher Absorption und hoher Emission geschichtet und besteht, ebenfalls vorzugsweise, aus Kupfer. Gegebenenfalls kann man aber auch- anstelle der erfindungsgemäßen Fangfolie eine reflektierende Folie verwenden.
Da die erfindungsgemäßen Kollektoren insbesondere zur Erwärmung von Brauchwasser dienen, bestehen die wasserführenden Rohre aufgrund der Korrosionsanfälligkeit von Aluminium und Stahl vorzugsweise auch aus Kupfer.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Fig. 1 und 2, die eine gemäß der Erfindung besonders bevorzugte Ausführungsform darstellen, erläutert, ohne sie jedoch darauf einzuschränken. Alle nicht in der Beschreibung erwähnten, aber aus den Zeichnungen ersichtlichen Details gehören mit zur Offenbarung der Erfindung.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein die Strahlung teilweise durchlassendes Metallgewebe 1 mit dem Rohrsystem 6, 7, 8 und der Fangfolie 3.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Sonnenkollektor.
Die Strahlung, die durch die Gewebemaschen 2 einfällt, wird zu 96 % von der Fangfolie 3 absorbiert. Ebenso wird die Strahlung, die von der Gewebeunterseite 4 emittiert wird, von der Fangfolie 3 absorbiert. Da die Fangfolie 3 sich erhitzt und ebenfalls die Strahlung emittiert, wird sie zum Teil wieder gegen die Gewebeunterseite 4 gestrahlt und absorbiert. Ein Teil strahlt durch die Gewebemaschen 2 und geht als Restemission verloren bzw. verbleibt im Kollektorgehäuse.
Diese gemäß der Erfindung als "Emissionsfalle" für Sonnenkollektoren entwickelte Anordnung zeigt einen bedeutend höheren Energiegewinn, als dies bei einfachen Flachabsorbern der Fall ist. Die Fangfolie 3 ist auf der Unterseite 5 nicht beschichtet, sondern besteht aus blankem Kupferblech. Natürliches Kupferblech hat eine äußerst geringe Emission von 0,02, so daß die Unterseite keine Strahlung abgibt.
Die Rohre für den Wasserdurchlauf 6 werden vorzugsweise in das Gewebe 1 eingewebt, damit ein guter wärmeleitender Kontakt zwischen Gewebe 1 und Rohren 6, 7, 8 besteht. Andererseits können die Rohre 6, 7, 8, die auch mattschwarz beschichtet sind, auf der Gewebeunterseite 4 angebracht werden.
Die Rohre 6 stehen mit der Fangfolie 3 vorzugsweise in Berührungskontakt, damit die in der Fangfolie 3 gesammelte Wärme nicht nur durch Emiss-ionsstrahlung, sondern auch durch Konduktion auf sie übergeleitet wird.
Ein Kollektor gemäß der Erfindung hat vorzugsweise Kupferrohre mit einem Durchmesser von 5 mm, die in einem gegenseitigen Abstand von 60 mm eingewebt sind. Die Rohre 6 sind mit dem Verbindungsrohr 7 untereinander verbunden. Für den Wasserzulauf bzw. -ablauf sind die Anschlußrohre 8 vorgesehen.
Der gesamte Absorber ist in einem Hartschaumgehäuse 9 untergebracht, wobei eine Isoliermatte aus Steinwolle 10 zwischen die Unterseite 5 der Fangfolie 3 und das Hartschaumgehäuse 9, das beispielswnåse aus Polyurethanhartschaumstoff besteht, gelegt wird.
Der Kollektor wird auf der Oberseite mit einer Glasscheibe 11 abgedeckt. Die Glasscheibe 11 wird auf einer Rundschnurdichtung 12 weich gelagert und abdichtend durch das-Profil 13 angedrückt und gehalten.
Zusammenfassung Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung zur Verfügung gestellt, mit der es möglich ist, bei einer maximalen Absorption die Emission des Kollektors weitgehend zu unterdrücken.
Erreicht wird dies'dadurch, daß sich anstelle der ganzflächigen Metallplatine, die über und/oder zwischen den das aufzuheizende Medium führenden Rohren angebracht ist, ein die Strahlung teilweise durchlassendes Metallgewebe oder -sieb (1) befindet, das sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite mit einem mattschwarzen Lack beschichtet ist, und unter dem Rohrsystem eine die durchgelassene Strahlung absorbierende und emittierende Fangfolie (3) angeordnet ist.
Liste der Bezugszeichen 1 Metallgewebe oder -sieb 2 Gewebemaschen 3 Fangfolie 4 Gewebeunterseite 5 Unterseite der Fangfolie 6 Rohre für das zu erwärmende Medium 7 Verbindungsrohre 8 Anschluß rohre 9 Hartschaumgehäuse 10 Isoliermatte 11 Glasscheibe 12 Rundschnurdichtung 13 Profil Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Bonnenkollektor, bestehend im wesentlichen aus einer über dem das aufzuheizende Medium führenden Rohrsystem oder zwischen den Rohren angeordneten, auf der Oberseite mit einer die Strahlung absorbierenden Beschichtung versehenen ganzflächigen Matallplatine, dadurch cknnzeichnet, daß sich anstelle der ganzflächigen Metallplatine ein die Strahlung teilweise durchlassendes Metallgewebe oder -sieb (1) befindet, das sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite mit einem mattschwarzen Lack beschichtet ist, und unter dem Rohrsystem eine die durchgelassene Strahlung absorbierende und emittierende Fangfolie (3) angeordnet ist.
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangfolie (3) auf ihrer dem Rohrsystem zugewandten Oberseite mit einem mattschwarzen Lack hoher Absorption und hoher Emission beschichtet ist.
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangfolie (3) auf der Unterseite (5) nicht beschichtet ist und eine Emission von nur 0,02 hat.
4. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das aufzuheizende Medium, insbesondere Wasser, führenden Rohre eingewebt sind.
5. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionssystem in einem wärmeisolierenden Polyurethangehäuse untergebracht ist.