DE3025826A1

DE3025826A1 - Kollektor fuer sonnenenergie

Info

Publication number: DE3025826A1
Application number: DE19803025826
Authority: DE
Inventors: John Humphrey Millar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-07-04
Filing date: 1980-07-04
Publication date: 1981-01-22
Also published as: GB2053455A; FR2461212B3; GB2053455B; FR2461212A1

Description

DIe Erfindung bezieht sich auf Kollektoren für Sonnenenergie im allgemeinen und auf solche mit Vakuumrohren und einem aus einem Ganzen bestehenden parabolischen Verbundreflektor im besonderen.

Der Kollektor nach der Erfindung enthält ein äußeres Glasrohr mit einem parabolischen Verbundreflektor, der sich über die Länge des Rohres erstreckt, und mit einer geraden Leitung, die entlang dem Fokus des Reflektors verläuft, wobei die Enden des äußeren Glasrohres verschlossen sind und der Raum in diesem verschlossenen Rohr evakuiert ist.

Das äußere Glasrohr, das nach der Erfindung verwendet wird, kann ein beliebiges Glasrohr sein, d.h. aus Eorosilikatglas entsprechenden Durchmessers und entsprechender Länge. Der Reflektor nach der Erfindung ist ein parabolischer Verbundreflektor, der das auf seinen Fokus auftreffende Sonnenlicht reflektiert. Der Reflektor kann aus fein poliertem Aluminium mit hoher spekularer Reflexionsfähigkeit bestehen. Vorzugsweise ist er starr und selbsttragend, so daß er im äußeren Glasrohr mittels Federklemmen gehalten werden kann, und ist vorzugsweise ein Verbundreflektor, wie er in den US-PSen 4,002,499 und 4,003,638 beschrieben ist.

Die Leitung kann die Form eines offen endenden Rohres aufweisen, das in einen Umlauf eingesetzt werden kann, in dem das wärmeabsorbierende Strömungsmittel zirkuliert. Das offen endende Rohr besitzt ein eingepaßtes Heizrohr oder kann die Form eines Heizrohres aufweisen, das die vom Kollektor absorbierte Wärme rasch an ein entsprechendes Wärmereservoir bringt.

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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Leitung ein einfaches Glasrohr, das über die j^nderi des äußeren Glasrohres hinausragt, und das äußere Glasrohr ist zur Fläche des inneren Glasrohres hin mit entsprechenden Iiitteln verschlossen, um eine Differentialausdehnung zwischen den beiden Rohren aufzuheben. Das innere Glasrohr ist in einen entsprechenden Umlauf zum Durchgang des heißen, absorbierenden Strömungsmittels in derselben w'eise wie bekannte Kollektoren geschaltet, die ein zirkulierendes ütrömungsrnittel verwenden.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt die Leitung die Form eines Heizrohres^ Heizrohre sind bekannt und enthalten ein verschlossenes Rohr, das teilevaluiert ist und eine kleine Menge einer Flüssigkeit enthält, und einen rohrförmigen Docht, der sich über seine Länge, erstreckt und fest in Kontakt mit der Innenwandung des Rohres gehalten wird. Beim Anlegen von to^rme an ein Ende des Heizrohres verdampft die Flüssigkeit und geht entlang der Länge des Rohres, kondensiert am kalten Lnde und heizt dadurch dieses tinde auf. Die kondensierte Flüssigkeit fließt über den Docht wieder zum anderen Ende. Die Verwendung eines Heizrohres ermöglicht ein rasches Übertragen von wärme von einem Ende des Rohres zum anderen.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält

die Leitung ein Glasrohr mit einem offenen Ende, das bündig

mit dem äußeren Glasrohr verschweißt ist, in das ein Heizrohr eingesetzt ist, das über dessen Enden hinausgeht.

Bei jedem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Heizrohr mit einem Ende im äußeren Glasrohr angeordnet und das andere Ende ragt aus diesem heraus und dient zum Einsetzen in einen Wärmetauscher oder ein Wärmereservoir. Der Teil des Heizroh-

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res im äußeren Glasrohr oder im Glasrohr, das diesen Teil enthält, ist vorzugsweise mit einer selektiven Beschichtung hoher Absorptionsfähigkeit und niedrigen Emissionsgrpdes versehen, um den .virkungsgrad zu verbessern. Das äußere Glasrohr ist an cineiu j,nde axt einem entsprechenden endstück und am anderen i^nde zur Fläche der Heizleitung oder des Glasrohres verschlossen. Das innere Ende des Heizrohres wird auf einem Träger gehalten. Weitere Träger können wahlweise über die Länge des Heizrohres verteilt angeordnet sein. Das freie Ende des Heizrohres ist zum Einsetzen in den. Wärmetauscher vorzugsweise mit einer wärmestrahlenden Beschichtung versehen und kann wahlweise Kühlrippen besitzen. Das Heizrohr kann aus Metall, z.B. Kupfer, oder aus Glas bestehen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen ist:

Pig. 1 der Querschnitt durch ein Kollektorrohr nach der Erfindung,

Fig. Z ein Längsschnitt durch dieses Kollektorrohr, und

Fig. 3 ein Längsschnitt durch einen anderen Kollektor nach der Erfindung.

In Fig. 1 enthält der Kollektor ein äußeres Glasrohr 2, in dem sich ein parabolischer Verbundreflektor aus poliertem Aluminium 4 und eine Leitung 6 befinden, die ein Rohr oder ein Heizrohr sein kann, das sich im Fokus des Reflektors befindet.

Der Reflektor 4 ist eine optimierte, nichtspiegelnde Konzentriereinrichtung der Art des parabolischen Verbundreflektors, wie er in den erwähnten Patentschriften beschrieben ist.

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BAD ORIGJNAl

Diese Konzentration konzentriert die .Strahlungsenergie, die im viink elbereich -θ,]<θ<θ₂ auf der Leitung 6 einfällt. Die gestrichelten Linien FLi und GE zeigen diesen w'inkelbereich. Der Abschnitt CD ist eine Evolvente des kreisförmigen Querschnitts der Leitung. Der Abschnitt DL besitzt die maximale JUeigung zum Reflektieren der im winkel θ^ auf die Leitung 6 einfallenden Strahlung. In gleicher Weise ist der Abschnitt BC eine iwolvente des kreisförmigen querschnitts der Leitung und der Abschnitt BA besitzt eine maximale Neigung zum Reflektieren der in einem Viinkel Θ- auf die Leitung einfallenden Strahlung. Der Reflektor ist an den Punkten A und E abgestumpft, damit er in das Glasrohr 2 paßt. £,s sind sowohl symmetrische als auch asymmetrische Ausführungen möglich, so daß der winkel θ^ vom Winkel Q₂ verschieden sein kann. Die Ausführung nach Fig. 1 besitzt einen winkel θ^=θρ=35°, der ein praktischer Wert für einen stationären Sonnenkollektor ist. ^r besitzt ein Konzentrationsverhältnis von C=1,5> das für einen leistungsfähigen Betrieb bei höherer Temperatur angemessen ist. Aus mechanischen und thermischen Gründen soll sich zwischen dem Lmpfänger und dem Reflektor bei C ein Spalt befinden. In der Nähe des Spalts kann man eine Strahlung mit einer Höhlung einfangen oder aus einem virtuellen Lmpfänger den Evolvententeil konstruieren. Beispielsweise kann der virtuelle Empfänger aus einer minimal konvexen Fläche bestehen, die den tatsächlichen Empfänger und den nächsten Annäherungspunkt der Reflektorwandung zum Empfänger umfaßt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besitzt die Leitung 6 die Form eines Heizrohres. Dieses enthält ein verschlossenes Rohr, das teilevakuiert ist und eine kleine Menge Flüssigkeit, z.B. Wasser, und einen Docht 40, z.B. Kupfergaze, enthält, der über die Länge fest gegen die Innerfläche des Rohres gehalten wird. Das innere Ende 42 des Rohres wird im äußeren Glasrohr von einem Träger 44 gehalten, der vorzugsweise ein wärmeiso-

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lierendes Material besitzt, um Wärmeverluste durch Ableitung zu verhindern. Das Ende 45 des äußeren Glasrohres ist z.E. mit einer endkappe verschlossen.

Das andere wide 46 des Heizrohres verläuft über das äußere Rohr 2 in einen «förmetauscher 47 hinaus. Das äußere Glasrohr 2 ist zur Umgebung des inneren Glasrohres 6 durch eine Schweißstelle 43 verschlossen. Das Heizrohr ist über seine ganze Länge gerade, um den größten Wirkungsgrad zu erhalten, und deshalb liegt die Schweißstelle 48 nicht mittig am Ende des Außenrohres.

Der Wärmetauscher 47 kann üblicherweise ein Rohr enthalten, wie es in Fig.. 2 im Querschnitt gezeigt wird und durch das eine wärmeabsorbierende Flüssigkeit geleitet wird. Line Reihe Kollektoren kann mit Wärmerohren versehen sein, die in einen rohrförmigen Wärmetauscher hineinführen. Das wärmeabsorbierende Strömungsmittel kann von beiden Enden des Rohres in den Wärmetauscher geleitet und an einem mittleren Punkt aus dem Rohr abgezogen werden, um eine maximale Übertragung der Wärme auf das absorbierende Strömungsmittel zu gewährleisten. Der Wärmetauscher 47 ist vorzugsweise mit einem Isoliermaterial 49 belegt. Der Punkt des Eintritts des Heizrohres 6 in den Wärmetauscher 47 ist mit einer hitze- und flüssigkeitsbeständigen Dichtung 50 abgedichtet.

Das Heizrohr 6 kann ein Glasrohr oder ein Metallrohr enthalten oder kann auch aus Stücken von Glas- und Metallrohren bestehen. Vorzugsweise besteht mindestens der Teil des Heizrohres, der sich um das äußere Glasrohr befindet, aus Glas, so daß die Schweißung 48 eine Glas-Glas-Schweißung sein kann, die erheblich leichter als eine Glas-Metall-Schweißung herzustellen ist. Der im äußeren Glasrohr liegende Teil des Heizrohres ist vorzugsweise mit einer selektiven Beschichtung

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versehen, um die maximale Jtrahlungsmenge zu absorbieren. Der Teil des Heizrohres, der im W arme tauscher 47 liegt, ist vorzugsweise mit, einer wärmeabstranlenden Beschichtung versehen, ',ienn das Heizrohr aus Glas besteht, kann eine Ketallmuiie über dem Ende des Heizrohres im Wärmetauscher geschoben werden, um die Wärmeübertragung zu erleichtern. Das juride des Heizrohres im vvärinetauscher kann mit Kühlrippen versehen sein, von denen einige bei 52 zu sehen sind, um eine rasche Wärmeübertragung zu gewährleisten. Während ein freigelegter Teil des Heizrohres zwischen der Schweißstelle 48 und der Dichtung 50 gezeigt wird, wird dieser Teil der Übersichtlichkeit wegen in der Praxis sehr klein gehalten und, wenn nötig, zum Verhindern von Wärmeverlusten isoliert.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Leitung 6 ein Glasrohr, von dem ein Ende 42 verschlossen ist, und im äußeren Glasrohr 2 wird von einem Träger 44 das andere Ende mittels einer Schweißung 48 gehalten. Im Glasrohr 2 ist ein Metallheizrchr 39 aufgenommen, das über dessen Ende hinaus in einen Wärmetauscher nach Fig. 2 hineinführt.

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BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

Kollektor für Sonnenenergie, gekennzeichnet durch ein äußeres Glasrohr (2), das einen parabolischen Verbundreflektor (4) enthält, der praktisch an der Länge dieses Rohres verläuft, und durch eine gerade Leitung (6), die am Fokus des Reflektors (4) entlang geführt wird, wobei die Enden des äußeren Glasrohres (2) verschlossen sind und der Raum in dem verschlossenen Glasrohr evakuiert ist.

Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

TELEX: - 856 44 inven d

TELEGRAMM:

INVENTION

BERLIN

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BERLIN 030/891 60 37 030/892 23 «2

BERLINER BANK AG. BERLIN 31 3695716000

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POSTSCHECKKONTO: W. MEISSNER, BLN-W 122 82-109

die Leitung (6) ein offen endendes Rohr besitzt, dessen Enden über das äußere Glasrohr (2) hinausgehen und in einen Umlauf zum Zirkulieren eines wärmeabsorbierenden Strömungsmittels gelegt werden können.

3. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (6) ein Heizrohr (8) aufweist, von dem ein Ende (42) im äußeren Glasrohr (2) gehalten wird, und das andere Ende (45) über das Glasrohr (2) hinaus verläuft.

4. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (6) ein offen endendes Rohr mit einem in ihm aufgenommenen Heizrohr ist, und über dessen Ende hinausgeht.

5. Kollektor nach den vorhergehenden Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des im äußeren Glasrohr (2) befindlichen Leitungsteil mit einer selektiven Beschichtung versehen ist, um die Wärmeabsorption zu verbessern.

6. Kollektor nach den Ansprüchen 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Heizrohres (39), das über das äußere Glasrohr (2) hinaus verläuft, mit einer wärmeabstrahlenden Beschcihtung versehen ist.

7. Kollektor nach den Ansprüchen 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Heizrohres (39), das über das äußere Glasrohr hinaus verläuft, mit Kühlrippen (52) versehen ist.

8. Kollektor nach den Ansprüchen 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das über das äußere Glasrohr (2)

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hinausgehende Ende des Heizrohres (39) aus Metall besteht.

Vorrichtung mit mehreren seitlich nebeneinander liegenden Kollektoren nach den Ansprüchen 3-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (42, 45) des Heizrohres (39), die über die äußeren Glasrohre (2) hinaus verlaufen, sich in einem Wärmeaustauscherelement (47) befinden, durch das das kühlende Strömungsmittel geführt wird.

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