DE3205238A1 - Solarkollektormodul - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindlang bezieht sich allgemein auf Solarkollektoren und genauer gesagt auf einen evakuierten Rohrkollektor, der eine Vielzahl von Kollektoren umfaßt, die reihenförmig an einem Verteiler bzw. Sammler mit zwei Kanälen angeordnet sind..

Die Entwicklung von Solarkollektoren ist im letzten Jahrzehnt sehr weit fortgeschritten. Trotzdem besitzt jede Ausführungsform, ob sie nun Luft oder Wasser als Wärmeträger oder plattenförmig« oder rohrförrnige Kollektoren aufweist, Anomalien im Betriebsverhalten, die zu weiteren erfinderischen Anstrengungen ermutigen. Bei evakuierten Rohrkollektoren, die Luft als Wärmerückgewinnungsmedium benutzen, existieren Schwierigkeiten in bezug auf eine gleichförmige Verteilung der Luft auf die Kollektorelemente. Abgesehen von Problemen hinsichtlich der nutzbaren Lebensdauer, die beim Betrieb der Kollektorelemente unter erhöhten Temperaturen auftreten, kann eine ungleichmäßige Verteilung der Luft den Wirkungsgrad des Kollektors ernsthaft beeinträchtigen.

Um eine derartige ungleichförmige Verteilung des Strömungsmittels zu verhindern, ist es üblich, den Betriebsdruck und somit den Druckabfall über die Elemente des Systems zu erhöhen. Bei einer Solarenergieanlage, die Luft als Wärmerückgewinnungsmedium benutzt, kann ein Anstieg im Systemdruck nur über einen gleichzeitigen Anstieg des Energieverbrauchs / Komponenten für die Luftbewegung erzielt werden. Wenn man das Ganze als thermodynamisches System betrachtet, kann und wird ein derartiger erhöhter Energieverbrauch des Solarkollektors üblicherweise zu einem reduzierten thermischen Gesamtwirkungsgrad führen. Eine derartige Vorgehensweise ist . daher mit Schwierigkeiten behaftet, und es muß vom .

thermodynamischen Standpunkt her sorgfältig analysiert werden, inwieweit sie sich auf den Wirkungsgrad des Systems auswirkt.

Es ist daher von Vorteil, mit niedrigen Systemdrücken und mit minimalen Druckabfällen zu arbeiten. Ein derartiges System ist in der US-PS 4 016 860 des gleichen Anmelders beschrieben.

Andere Schwierigkeiten bei Solarkollektoren betreffen die Anpassung an den Energiebedarf. Die Größe und die damit verbundenen Kosten von Solarkollektoren sprechen gegen den Kauf und die Installation von Vorrichtungen, die in der Lage sind, den Bedarf übersteigende Energiemengen zu liefern. Es ist daher vom Installations- und Einkaufsstandpunkt her wünschenswert, die Energieabgabe eines Solarkollektors eng an einen bestimmten Bedarf anzupassen. Aufgrund der Neuheit der Entwicklung und des gegenwärtig vorhandenen Marktes ist es jedoch vom Herstellungsstandpunkt her gesehen nicht durchführbar, einen breiten Bereich von Solarenergiegewinnungsanlagen anzubieten, die nur geringe Unterschiede in der Energieabgabe aufweisen. Es wird daher ein Vorschlag auf Modulbasis unterbreitet. Der Stand der Technik ist jedoch auf Modul-Einheiten beschränkt, bei denen die Strömungsverteilung, die Durchflußmengen bzw. -gesehwindigkeiten und die Druckabfälle, insbesondere bei Luft als Strömungsmedium, problematisch sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Solarkollektor einer Modul-Bauweise mit einem mittig angeordneten Verteiler bzw. Sammler mit zwei Kanälen und einem Trägerrahmen, in dem eine Vielzahl von evakuierten Kollektorelementen reihenförmig angeordnet ist. Jedes der Kollektorelemente umfaßt ein längliches, doppelwandiges Glasrohr mit einem offenen Ende, wobei das Volumen zwischen

innerhart

den Glaswänden evakuiert ist. Ein dünnwandiges Verteilerrohr aus ;Metall mit einem Durchmesser, der etwas kleiner· ist als djer Innendurchmesser der inneren Glaswand, ist des Glasrohres angeordnet und erstreckt sich

etwas über das offene Ende des Glasrohres hinaus. Die Vielzahl

der Kollektorelemente ist in den Seitenwänden

des Verteilers, die sich parallel zur Trennwand erstrecken, montiert.! Der vom Verteilerrohr und der Innenwand des Glasrohres gebildete Ring steht mit dem nächstgelegenen Kanal in.
entfernt

führt um

Verbindung, während das Verteilerrohr mit dem gelegenen Kanal verbunden ist. Unter niedrigem

Druck stehende Luft wird einem Ende eines Kanals zugeströmt in alle Ringe und die damit in Verbindung stehenden Verteilerrohre. Die Luft dringt dann vom Verteiler in jeden Ring oder jedes Verteilerrohr ein, erreicht Idas Ende der Kollektorelemente und strömt nach innen in!Richtung auf den anderen Kanal zu. Die vorher in den Ringen befindliche Luft strömt nunmehr in die Verteilefrohre und umgekehrt. Die Luft strömt dann zusammen

in den anderen Kanal des Verteilers und zum

Ausgang fies Solarkollektors. Diese genau abgewogene Ausführungsform sichert eine gleichmäßige Luftverteilung und somijt gleichmäßige Betriebstemperaturen. Des weiteren wird diese gleichmäßige Luftverteilung bei niedrigen Betriebstrucken und Druckabfällen erzielt, so daß der Energiebedarf auf ein Minimum gebracht wird. Schließlich ist die ^orm und Größe des Verteilers derart, daß die Solarkoli.ektoren Ende an Ende in Modul-Bauweise angeordnet werden können, um die Energieabgabe an den Energiebedarf anzupassen.

Es ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung,einen wirksamen Solarkollektor mit Luft als Strömungsmedium zu schaffend der eine Vielzahl von evakuierten Rohrkollektoren aufweist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Solarkolek-

tor mit| einer Vielzahl von evakuierten Rohrkollektoren J

zu schaffen, die mit einem Luftverteiler mit zwei Kanälen in Verbindung stehen.

Ziel der Erfindung ist es auch, einen evakuierten Bo hrsolarkollektor mit minimalem Druckabfall und minimalem Energiebedarf zur Verfügung zu stellen.

Schließlich ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, einen evakuierten Rohrsolarkollektormodul vorzusehen,der in einfacher Weise gekuppelt werden kann.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungs- ^** beispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen

erläutert. Es zeigen:

15

Figur 1 eine persp.ektivisehe Ansicht eines Solarkollektormoduls nach der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 eine Endansicht eines Solarkollektormoduls, der auf einer horizontal verlaufenden Fläche

montiert ist;

Figur 3 einen Teilschnitt durch einen Solarkollektormodulverteiler entlang der Linie 3-3 in •w 25 Figur 1 ;

Figur 4 eine schematische Ansicht der Luftströmung durch den Solarkollektormodulverteiler und die Kollektorelemente;

30

Figur 5 eine vergrößerte Teilansicht der Verbindung

zwischen benachbarten Solarkollektormodulverteilern;

Figur 6 eine vergrößerte Teilansicht eines Endverschlusses eines Solarkollektormodulverteilers; und

—44. - :

Figur 7 eine vergrößerte Teilansicht der Verbindung zwischen einem Solarkollektormodulverteiler und einem luftkanal. ^:

In Figur 1 ist ein Solarkollektormodul nach der vorliegenden Erfindung allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Der Solarkollektormodul 10 umfaßt eine allgemein rechteckförmige Rahmeneinheit;12, einen mittig angeordneten länglichen Verteiler bzw. Sammler 14, der am Rahmen 12 befestigt ist, und eine Vielzahl von Kollektorelementen 16, die in zwei parallelen-Reihen angeordnet sind. Die bevorzugte Ausführungsform des Moduls 10 umfaßt sechsunddreissig dieser Kollektorelemente 16, die in zwei Reihen von je achtzehn angeordnet sind. Es versteht sich jedoch, daß diese Anzahl in einem breiten Bereich variiert werden kann. Die Rahmeneinheit\ 12 umfaßt zwei längliche Z-Träger 20, die zwei senkrecht angeordnete L-förmige Kollektorträger 22 unterstützen. Jeder der Kollektorträger 22 weist eine Vielzahl von U-förmigen Aufnahmeschlitzen 24 für die Kollektorelemente auf. Die Träger 20 und die Kollektorträger 22 können beispielsweise aus galvanisiertem Blech, Aluminium oder ähnlichem Material hergestellt sein. Die Träger 20 und die Kollektorträger 20 können über irgendeine geeignete Befestigungseinrichtung miteinander verbunden sein, wie beispielsweise Schraubbefestigungen, Niete, Punktschweißen oder andere Möglichkeiten. Je nach der G-esamtgröße des Moduls 10 und der Festigkeit und Steifigkeit der Träger 20 und der Kollektorträger 22 können diagonal oder schief angeordnete Stützstreben 26 angeordnet und befestigt werden, wie dies in Figur 1 dargestellt ist, um die Rahmeneinheit 12 zu versteifen.

In Figur 2 ist der Solarkollektormodul 10 im installierten . Zustand gezeigt, und zwar beispielsweise auf einem Flachdach 30 oder einer ähnlichen horizontal verlaufenden Baueinheit. Der Modul 10 ist vorzugsweise in südlicher

Richtung orientiert und unter einem Neigungswinkel angeordnet, der die Aufnahme von Solarenergie über seine Gesamterstreckung optimiert. Die Kollektorrohre 16 stehen frei, d.h. der Modul 10 weist keinen Spiegel, Reflektor oder eine spiegelnde Reflexionsvorrichtung auf, um die Sonnenstrahlen zu konzentrieren, sondern basiert auf der diffusen Reflexion vom Dach 30 oder einer anderen horizontalen oder geneigten Fläche auf derjenigen Seite der Kollektorrohre 16, die der Sonne gegenüberliegt, um Energie in den Kollektor hinein zu reflektieren. Eine geneigte Montage des Solarkollektormoduls 10 kann durch die Verwendung von schrägen Stützstreben 32 und Horizontalträgern 34 erreicht werden. Die dreieckförmige Stützanordnung, die durch den Kollektormodul 10, die Streben 32 und die Träger 34 gebildet wird, bewirkt eine sichere Montage für den Modul 10 und hält diesen unter einem geeigneten Neigungswinkel. Geeignete Befestigungselemente, wie Schraubbefestigungen oder Niete (nicht gezeigt), können Verwendung finden, um den Modul 10, die Streben 32 und die Träger 34 miteinander zu verbinden.

Wie man Figur 3 entnehmen kann, besitzt der längliche Verteiler 14 einen allgemein rechteckförmigen Querschnitt und umfaßt einen äußeren Blechmantel 40 und einen kleineren inneren Blechmantel 42. Zwischen dem äußeren Blechmantel 40 und dem inneren Blechmantel 42 sind in geeigneter Weise bemessene und orientierte vorgeformte Isolationstafeln 44 angeordnet. Die Isolationstafeln 44 sind vorzugsweise aus Polyurethan-Isozyanat oder einem ähnlichem Material hergestellt, das in der Lage ist, Maximaltemperatüren von mindestens 325°F auszuhalten. Die gleichmäßige Dicke der vorgeformten Isolationstafeln 44 sowie deren genau geformte senkrechte Kanten stellen sicher, daß die Tafeln 44 eng zusammenpassen und das rechteckförmige Volumen zwischen dem inneren Blechmantel 40 und dem äußeren Blechmantel 42 vollständig ausfüllen.

Der Verteiler 14 tunfaßt ebenfalls eine Trennwand 46 aus Blech., die im Verteiler angeordnet "und am inneren Blechmantel 42 befestigt ist. Die Trennwand 46 weist an jedem Ende einen Wulst oder einen schmalen Plansch auf und unterteilt den Bereich innerhalb des inneren Blechmantels 42 in einen ersten Kanal 50 und einen zweiten Kanal 52.

Wie die nachfolgenden Erläuterungen deutlich machen werden, funktioniert einer der Kanäle 50 oder 52 als Einlaßkanal für eine Luftströmung in den Solarkollektormodül 10, während der andere Kanal 50 oder 52 als Auslaßkanal ^ wirkt. Dabei ist der Solarkollektormodül 10 jedoch so ausgebildet, daß jeder Kanal mit gleichem Wirkungsgrad als Einlaß- oder Auslaßkanal eingesetzt werden kann. Es dient daher lediglich zur Vereinfachung, wenn im folgenden der erste Kanal 50 als Einlaßkanal und der zweite Kanal 52 als Auslaßkanal bezeichnet wird. An jedem Ende des Verteilers 14 ist ein L-förmiger Träger 48 am äußeren Blechmantel 42 befestigt und erleichtert die Montage des Verteilers 14 an "den." Z-Trägern 20 der Rahmeneinheit 12.

Die Trennwand 46 umfaßt eine Vielzahl von kreisförmigen Öffnungen 54, von denen jede ein ringförmiges Dichtungselement 56 aus elastomerem Material aufnimmt. Das Dichtungselement 56 umfaßt eine ringförmige einspringende Nut 58, die um seinen Umfang herum angeordnet ist, so daß das Dichtungselement 56 in einer der Öffnungen 54 sicher gehaltert wird, sowie eine kegelstumpfförmige Fläche 60, die den Einsatz des Dichtungselementes 56 in die Öffnung 54 erleichtert. In dem Dichtungselement 56 sitzt ein dünnwandiges Verteilerrohr 62 aus Metall. Das Verteilerrohr 62 wird in Axialrichtung innerhalb des Dichtungselementes 56 durch eine mit diesem zusammenwirkende, auswärts vorstehende Rippe 64 gehaltert, die in der Nähe eines Endes des Verteilerrohres 62 ausgebildet ist und mit einer komplementär ausgebildeten Vertiefung 66 an der Innenfläche des Dichtungslementes 56 zusammenwirkt.

Jedes der Verteilerrohre 62 umfaßt des 'weiteren eine Vielzahl, vorzugsweise drei, von auswärts gerichteten Ohren oder lappen 68, die das Verteilerrohr 62 in koaxialer Anordnung innerhalb des Kollektorelementes 16 halten. Das in Figur 3 dargestellte Verteilerrohr 62 bildet eine Strömungsbahn, die mit dem.ersten Kanal 50 in Verbindung steht.

Koaxial um jedes Verteilerrohr 62 herum ist eines der Vielzahl der evakuierten Kollektorelemente 16 angeordnet. Jedes Kollektorelement 16 ist vorzugsweise aus Glas hergestellt und umfaßt eine Außenwand 70 sowie eine Innen ' wand 72 mit kleinerem Durchmesser. Die Wände 70 und 72 weisen zwischen sich einen Hohlraum 74 auf, der auf ein

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hohes Vakuum von etwa 10 Torr evakuiert ist. Das Vakuum wird dadurch erreicht, indem man am spitzen Ende des Kollektorelementes 16 Luft aus dem Raum 74 abzieht, wobei man eine an der Spitze befindliche dünne Stelle 76 nach einem bekannten Verfahren abdichtet. Das im Raum 74 befindliche Vakuum behebt im wesentlichen Kon-

n '

duktions- und Kovexionsverluste des Kollektorrohres Die Innenwand 72 des Kollektorelementes 16 umfaßt vorzugsweise eine Solarenergie-absorbierende Fläche 80. Diese Fläche 80 weist einen für bestimmte Wellenlängen selektiven Überzug mit hohem Absorptionsvermögen und niedrigem Emissionsvermögen von 0,1 oder niedriger im Infrarotbereich auf und kann durch Vakuumbeschichtung einer dünnen Aluminiumschicht (1000 a) auf die Außenfläche der Innenwand 72 des Kollektorelementes 16 hergestellt werden. Eine Chromschicht wird danach elektrisch verdampft und auf das Aluminiumsubstrat als Schwarzchrom bis zu einer Dicke von etwa 1500 % aufgebracht. Alternativ dazu kann die Fläche 80 mit einem Überzug eines Infrarotenergie-absorbierenden Materials, wie beispielsweise Magnesiumoxid, Magnesiumfluorid etc., geschwärzt werden. Die Kollektorelemente 16 sind im Verteiler 14 in einer ringförmigen gegossenen Silikondichtung 82 befestigt, die wiederum in einer geeigneten Öffnung 84

des äußeren Blechmantels 40 und einem in der Isolationstafel 44 ausgebildeten kreisförmigen Hohlraum ö6 sitzt. Die Dichtung 82 ist im Hohlraum 86 über einen geeigneten Kleber befestigt, vorzugsweise einen Kleber auf Silikonbasis, der in einer Schicht 88 angeordnet ist, welche mit der ringförmigen Kontaktfläche zwischen der Dichtung 82 und der Isolationstafel 44 koinzidiert. Die Dichtung 82 umfaßt eine äußere Lippe 90, die als Wetterdichtung wirkt, und eine Vielzahl von einwärts gerichteten dreieckförmigen Rippen 92, die als Chevron-Dichtung wirken, um das Kollektorelement 16 fest zu ergreifen und dieses gegen den Verteiler 14 abzudichten.

In Verbindung mit Figur 4 wird nunmehr die Strömungsbahn des Wärmerückgewinnungsmediums, wie beispielsweise Luft, durch den Verteiler 14» die Kollektorelemente 15 und die Verteilerrohre 62 beschrieben. Wie vorstehend erwähnt, soll die Bezeichnung der Kanäle 50 und 52 als erster Kanal 50 und zweiter Kanal 52 die identische Form der Kanäle und der zugehörigen Bestandteile verdeutlichen. Aus Vereinfachungsgründen wird jedoch vorausgesetzt, daß es sich bei dem ersten Kanal 50 um einen Einlaßkanal handelt, dem ein Wärmerückgewinnungsmedium, wie beispielsweise Luft, zugeführt wird. Die im Einlaßkanal 50 befindliche Luft wird in mehrere parallele Strömungsbahnen aufgeteilt und kann in irgendeinen der kreisförmigen Kanäle eindringen, die von dem Verteilerrohren 62 gebildet werden, oder in irgendeinen der ringförmigen Kanäle, die durch die Außenfläche des Verteilerrohres 62 und die Innenfläche der Innenwand 72 des Kollektorelementes 26 gebildet werden. In jedem Falle erfolgt die Luftströmung nach außen und somit vom Einlaßkanal 50 weg. Wenn der Luftstrom das Ende des Verteilerrohres 62 oder das Ende der Innenwand 72 des Kollektoreleinentes 16 erreicht, wird die Strömung im eratön Fall in den von dem Verteilerrohr 62 und der Innenfläche der innenwand 72 gebildeten Ring oder im zweiten Fall in den kreis-

förmigen Kanal innerhalb des Verteilerrohres 62 zurückgelenkt. Die Luftströmung erfolgt nummehr nach innen in Richtung auf den Auslaßkanal 52. Hier vereinigen sich die Ströme durch die einzelnen Kollektorelemente 15 und die Verteilerrohre 62 wieder und verlassen den •Auslaßkanal 52.

Obwohl es als bequemer und praktischer angesehen wird, Einlaß- und Auslaßverbindungen am gleichen Ende des Solarkollektormoduls 10 vorzusehen, so daß die Ströme innerhalb des ersten Kanals 50 und des zweiten Kanals 52 entgegengesetzt gerichtet sind, kann auch eine Einlaßverbindung an einem Ende des Moduls 10 mit einer Auslaßverbindung am gegenüberliegenden Ende desselben Verwendung finden, so daß die Strömung des Mediums innerhalb des ersten Kanales 50 und des zweiten Kanales 52 in der gleichen Richtung erfolgt.

Anhand der Figuren 1 und 5 wird nunmehr die Art und Weise beschrieben, in der die Solarkollektormodul» - 10 miteinander verbunden werden. An jedem Ende eines jeden länglichen Verteilers 14 befindet sich ein L-förmiges Element 100. Das L-förmige Element 100 ist vorzugsweise am äußeren Metallmantel 40 in der Nähe seines Endes über Niete oder

?'.) andere geeignete Befestigungseinrichtungen montiert und weist einen auswärts gerichteten Endflansch 102 auf. Ein Bereich in der Nähe eines jeden Endes des inneren Metallmantels 42 ist zu einem auswärts gerichteten inneren Plansch 106 geformt, der koplanar zu dem äußeren Plansch 102 verläuft. Der äußere Plansch 102 und der innere Plansch 106 sind in ähnlicher Weise an jedem Ende der Verteiler 14 so angeordnet, daß durch Anlagerung der Verteiler 14 Ende an Ende die beiden äußeren Plansche 102 und die beiden inneren Plansche 106 entsprechend angelagert und ausgerichtet werden. Zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Plansche 102 und 106 sind zwei rechteckförmige Dichtungen, eine äußere Dichtung 108 und

eine innere Dichtung 110, angeordnet. Die innere Dichtung 110 umfaßt einen mittleren Steg 112, der zu benachbarten Enden der Trennwände 46 ausgerichtet ist und diese abdichtet. Die Dichtungen 108 und 110 können aus irgendeinem elastischen Material mit einer niedrigen Härtemessung hergestellt sein, so daß bei Aufbringung eines Druckes sofort eine abdichtende Verformung erreicht wird. Die Befestigung von einem Verteiler 14 an einem anderen und die Aufrechterhaltung einer geeigneten Di chtung dazwischen wird erreicht, indem die äußeren Flansche 102 mit einem U-förmigen Streifen eines Typs umwickelt werden, der allgemein als Marmon-Klammer 114 bekannt ist. Diese Marmon-Klammer 114 umfaßt eine Einrichtung (nicht gezeigt), wie beipielsweise eine Schraubbefestigung, die zwischen gegenüberliegenden Enden angeordnet ist, um den Durchmesser der Klammer 114 zu reduzieren und dadurch die Klammer um den Umfang der aneinanderstoßenden Plansche 102 anzuziehen.

In den Figuren 1 und 6 ist ein Endverschluß 120 einer ähnlichen Konstruktion gezeigt, der verwendet wird, um das Ende des Verteilers 14 zu verschließen, und zwar insbesondere den ersten und zweiten Kanal 50 und 52 am Ende des Moduls 10 oder der Reihe von Moduln gegenüber dem Einlaß und Auslaß für das Wärmerückgewinnungsmedium. Der Verschluß 120 umfaßt einen allgemein rechteckförmigen Blechmantel 122, der mit einem L-förmigen Element 124 versehen ist, das um seinen Umfang herum mit Nieten oder anderen geeigneten Einrichtungen befestigt ist. Das L-förmige Element 124 weist einen auswärts gerichteten Plansch 126 einer geeigneten Größe auf, der dem äußeren Flansch 102, der um den Verteiler 14 herum angeordnet ist, gegenüberliegt und zu diesem ausgerichtet ist. Der Verschluß 120 umfaßt des weiteren eine mittig angeordnete Platte 128, die die Enden der Kanäle 50 und 52 abdeckt und dem inneren Plansch 106, der im Verteiler 14 angeordnet ist, gegenüberliegt und zu diesem ausgerichtet ist. Das Volumen zwischen dem Metallmantel 122 und der

Platte 128 wird durch die Isolationstafel 44 ausgefüllt. Eine äußere Dichtung 108 und eine innere Dichtung 110 mit geringer Härte, von denen die innere Dichtung einen mittleren Steg 112 aufweist, sind in ähnlicher Weise zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Plansche 102 und 106 angeordnet. Eine Wiarmon-Klammer 114 erstreckt sich um den Umfang des äußeren Flansches 102 des Verteilers 14 und des äußeren Flansches 126 des Mantels 120 herum. Diese Teile dichten zusammen das Ende des Verteilers 14 ab.

In den Figuren 2 und 7 ist eine ähnliche Konstruktion dargestellt, die verwendet wird, um den Modul oder die Moduln 10 mit einer Versorgungs- und Aufnahmeeinrichtung für ein äußeres Wärmerückgewinnungsmedium zu verbinden.

Ein Mantel 130 ist in ähnlicher Weise ausgebildet wie bei dem Verteiler 14 und umfaßt einen äußeren Metallmantel 132 und einen kleineren inneren Metallmantel 134, wobei das dazwischen befindliche Volumen durch die Isolationstafel 44 ausgefüllt wird. Der Mantel 130 entspricht in der Höhe und Breite im wesentlichen dem Verteiler 14 und ist etwa im Bereich eines Endes desselben angeordnet. Die Verbindung zum Verteiler 14 wird wiederum mit Hilfe eines L-förmigen Elementes 136 erreicht, das über geeignete Befestigungseinrichtungen am äußeren Metallmantel 132 befestigt sein kann. Das äußere L-förmige Element 136 umfaßt einen äußeren Flansch 138 einer geeigneten Größe und Orientierung, so daß dieser dem Flansch 102 am Verteiler 14 gegenüberliegt und zu diesem ausgerichtet ist. Der Mantel 130 umfaßt ebenfalls einen auswärts gerichteten inneren Flansch 142, der am inneren Metallmantel 134 ausgebildet ist und dem inneren Flansch 106 des Verteilers 14 gegenüberliegt und zu diesem ausgerichtet ist. Wiederum aind eine äußere Dichtung 108 und eine mit einem mittleren Steg 112 versehene innere Dichtung 110 zwischen den Stirnseiten der äußeren Flansche 102 und 138 und der inneren Flansche 103 und 142 angeordnet. Eine Marmon-Klammer

befestigt den Mantel 130 am Verteiler 14. Der Mantel 130 weist des weiteren eine Trennwand 144 mit einem flanschförmigen Rand auf, der eine Abdichtung gegen den Steg 112 der Dichtung bildet und den Innenraum des Mantels 130 in eine erste Kammer 146, die mit einem ersten Kanal 50 in Verbindung steht, und eine zweite Kammer 148, die mit dem zweiten Kanal 52 in Verbindung steht, unterteilt. Der Mantel 130 umfaßt desweiteren zwei unabhängige, kreisförmige Kanäle 150, die mit einer entsprechenden Kammer 146 oder 148 in Verbindung stehen. Die Kanäle 150 bilden eine geeignete kreisförmige Fläche, an der herkömmlich ausgebildete Leitungen 152, die in Figur 2 dargestellt sind, sofort befestigt werden können.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Solarkollektormodul 10 weist ein ausgezeichnetes Wärmerückgewinnungsvermögen auf. Dazu tragen diverse Faktoren bei. Zu allererst umfaßt die Strömungsbahn vom Einlaß zum Auslaß eine minimale Anzahl von Drosselstellen und Strömungsumkehrsteilen. Darüber hinaus ermöglicht die reihenförmige Anordnung der Verteilerrohre 52 und der Kollektorelemente 16 sowohl einen geringen Druckabfall innerhalb des Kollektormoduls 10 als auch eine gleichmäßige Verteilung des Wärmerückgewinnungsmediums über die Kollektorelemente 16 und die Verteilerrohre 62.

In Figur 4 ist in schematischer Weise der bevorzugte Abstand zwischen benachbarten Kollektorelementen 16 dargestellt. Wenn man den Durchmesser eines Kollektorelementes 16 mit "T" bezeichnet, wird die optimale Dichte der Kollektorrohre und der optimale Wirkungsgrad in bezug auf die Energiespeicherung erreicht, wenn die Kollektorelemente 16 in einem Abstand "T" voneinander angeordnet sind, d.h. in einem Abstand von Mitte zu Mitte benachbarter Kollektorelemente 16. Es sei jedoch bemerkt, daß dieser Abstand die Erfindung weder beschränkt noch hierfür eine absolute Größe darstellt, die nicht

modifiziert werden kann.

Was die Querschnittsbereiche des vom Verteilerrohr 62 gebildeten kreisförmigen Kanals und des von der Außenwand des Verteilerrohrs 62 und der Innenfläche der inneren Wand 72 des Kollektorelementes 16 gebildeten Ringkanals anbetrifft, so sollte der Querschnitt des erstgenannten Kanals wesentlich größer sein. Ein derartiger Unterschied im Querschnitt führt zu einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Ringkanals und zu auftretenden Turbulenzen, die Grenzschichten im Bereich der Innen- und Außenflächen des Ringkanals zerstören und dadurch die Wärmeübertragung auf das Medium verbessern. Beispielsweise weist ein dünnwandiges Verteilerrohr 62 mit einem Durchmesser von etwa 31,75 mm

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einen inneren Querschnittsbreich von etwa 30,48 mm auf.

Bei einer Anordnung innerhalb der Innenwand 72 eines Kollektorelementes 16 mit einem Innendurchmesser von etwa 39,12 mm besitzt der Ringkanal einen Querschnitts-

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bereich von etwa 15,24 mm oder von etwa der Hälfte des

Querschnittsbereiches des Innenkanals des Verteilerrohrs 62. Somit sind nicht nur größere Turbulenzen in dem Ringkanal vorhanden, so daß die Ausbildung von isolierenden Grenzschichten weniger wahrscheinlich ist, sondern auch ?b der mit derartigen Turbulenzen verbundene Energieverlust und Druckabfall ist herabgesetzt, so daß signifikante Anstiege in der Energiespeicherung und somit eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades erreicht werden.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter evakuierter Rohrkollektor, der Luft als Wärmerückgewinnungsmedium benutzt, weist auch strukturelle Vorteile auf. Die offene Kollektoranordnung, d.h. das Fehlen von kontinuierlichen Reflektorplatten und/oder transparenten Schutzabdeckungen, sowie die zylindrisehe Außenfläche der Kollektorelemente 16 führen zu einem sehr geringen aerodynamischen Widerstand und setzt die

Windbelastung beträchtlich herab. Dadurch können große, schwere undteure Stützeinheiten entfallen, die die Gesamtkosten des SolarenergiekoHektorsystems beträchtlich erhöhen können. Darüber hinaus wird durch die Verwendung eines Gases, vorzugsweise Luft, als Wärmerückgewinnungsmedium anstelle von Wasser oder anderen Flüssigkeiten das Betriebsgewicht des Kollektors und somit die Größe und der Aufwand der zugehörigen strukturellen Bestandteile reduziert.

Schließlich wird durch die reihenförmige alternierende Anordnung von Verteilerrohren 62 und Kollektorelementen 16 die Konstruktion der Verteilereinheit 14 sehr stark vereinfacht. Offensichtlich sind nur zwei parallele Kanäle 50 und 52 einer einfachen rechteckförmigen Konstruktion erforderlich, um jedem Element 16 des Moduls 10 Luft zuzuführen und die zurückströmende Luft aufzunehmen. Durch die parallele Anordnung der Luftkanäle sowie durch die vorstehend erwähnte Tatsache, daß die Kanäle sowohl als Vorlauf- als auch Rücklaufkanal eingesetzt werden können, wird die Kupplung und die tatsächliche physikalische Verbindung der Moduln . 10 stark vereinfacht.

Claims (17)

Patentansprüche

1.JSolarkollektor, gekennzeichnet durch einen Verteiler (14) mit zwei benachbarten Kanälen (50, b2), eine Vielzahl von evakuierten Solarkollektorelementen (16) mit einer Innenwand (72) und ein längliches Hohlelement (62), das in jedem Kollektorelement (16) angeordnet ist, wobei das Hohlelement (62) einen inneren Kanal bildet, der mit einem der Verteilerkanäle (50» 52) in Verbindung steht, und wobei jedes Kollektorelement (16) einen äußeren Kanal zwischen der Innenwand (72) des Kollektorelementes (16) und dem länglichen Element (62) bildet, der mit dem anderen Verteilerkanal· (52, 50) in Verbindung steht.

2. Solarkollektor nach Anspruch 1-,-dadurch .gekennzeichnet, daß er desweiteren einen Rahmen (12) zur Lagerung des Verteilers (14) und der Kollektorelemente (16) aufweist.

3. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelemente (16) parallel· zueinander in einer koplanaren Reihe angeordnet sind.

4. Soiarko^ektor nach Anspruch 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ko^ektorelemente (16) in zwei Reihen auf gegenüberliegenden Seiten des Verteilers (14) angeordnet sind.

5· Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelemente (16;) zylindrisch ausgebildet und in zwei Reihen auf gegenüberliegenden Seiten des Verteilers parallel· zueinander und im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei dieser Abstand etwa dem Durchmesser (T) der zylindrischen Eiemente (16) entspricht und alle' Elemente von einer Reihe um eine Strecke seitlich versetzt zu a^en Elementen der

anderen Reihe angeordnet sind, die etwa dem Durchmesser (T) entspricht.

6. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (14) einen ersten Metallmantel (40), eine Isolationsschicht (44) und einen zweiten Metallmantel (42) umfaßt, eine mittig angeordnete Trennwand (46) aufweist und mit einem Plansch (48) versehen ist, der an dem ersten Metallmantel über gegenüberliegende Enden des Verteilers befestigt ist.

7. Solarkollektormodul, gekennzeichnet durch einen Verteiler (14) mit zwei benachbarten Kanälen (50, 52), eine Vielzahl von evakuierten Rohrkollektoreinheiten, die jeweils ein längliches Kollektorelement (16) mit einer Innenwand (72) und einer Außenwand (70) umfassen, und ein längliches Hohlelement (62), das in den Kollektorelementen angeordnet und in diesen einen inneren Kanal sowie einen äußeren Kanal zwischen dem Element (62) und der Innenwand (72) des Kollektorelementes (16) bildet, wobei der innere Kanal einer jeden Einheit mit einem der beiden Verteilerkanäle.(50, 52) und der äußere Kanal einer jeden Einheit mit dem anderen der beiden Verteilerkanäle (52, 50) in Verbindung steht.

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8. Solarkollektormodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er desweiteren einen Rahmen (12) zum Lagern des Verteilers (14) und der Kollektorelemente (16) aufweist.

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9. Solarkollektormodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelemente (16) zylindrisch ausgebildet und in zwei koplanaren Reihen auf gegenüberliegenden Seiten des Verteilers (14) parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei dieser Abstand etwa dem Durchmesser (T) der Elemente entspricht und die Elemente in einer der Reihen um

eine Strecke seitlich versetzt gegenüber den Elementen der anderen Reihe angeordnet sind, die etwa dem Durchmesser (T) entspricht.

10, Solarkollektormodul nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (14) einen starren Außenmantel (40) und einen starren Innenmantel (42) aufweist, wobei der zwischen diesen befindliche Raum mit einem Isolationsmaterial (44) gefüllt ist, daß etwa mittig innerhalb des Innenmantels (42) eine Trennwand (46) angeordnet ist und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um einen Verteiler mit einem anderen dichtend zu verbinden.

11, Solarkollektormodul, gekennzeichnet durch einen Verteiler (14) mit einem Außenmantel (40), einem Innenmantel (42), einer Schicht aus Isolationsmaterial (44)» die zwischen den Mänteln angeordnet ist, einer Trennwand (46), die innerhalb des Innenmantels (42) angeordnet ist und zwei - Kanäle (50, 52) bildet, und Planschelementen zum Verbinden des Verteilers mit zugehörigen Vorrichtungen, eine Vielzahl von evakuierten Rohrkollektoreinheiten, die jeweils ein längliches Kollektorelement (16) mit einer Innenwand (72) und einer Außenwand (70) umfassen, und ein längliches Hohlelement (62), das in den Kollektorelementen angeordnet ist und darin einen inneren Kanal sowie einen äußeren Kanal zwischem dem Element (62) und der Innenwand (72) des Kollektorelementes (16) bildet, wobei der innere Kanal einer jeden Einheit mit einem der beiden Verteilerkanäle (50, 52) und der äußere Kanal einer jeden Einheit mit dem anderen Verteilerkanal (52, 50) in Verbindung steht und wobei eine Dichtung (82) zwischen den Kollektorelementen (16) und den Mänteln und dem Isolationsmaterial des Verteilers (14) angeordnet ist, wobei die Kollektorelemente (16) in einer koplanaren Reihe auf gegenüberligenden Seiten des Verteilers (14) angeordnet sind.

12. Solarkollektormodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er desweiteren einen Rahmen (12) zum Lagern des Verteilers (14) und der Kollektoreinheiten aufweist.

13. Solarkollektormodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Hohlelemente (62) -Einrichtungen aufweisen, 'die sie in mittiger Lage innerhalb der Kollektorelemente (16) halten.

14. Solarkollektormodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er desweiteren Dichtungen (56) aufweist, die zwischen der Trennwand (46) und den länglichen Hohlelementen (62) angeordnet sind.

15· Solarkollektormodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er desweiteren Einrichtungen zum Abdichten von einem Ende des Verteilers (14) und Einrichtungen zum Verbinden des anderen Endes des Verteilers mit Luftvorlauf- und -rücklaufleitungen (152) aufweist.

16. Solarkollektormodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er desweiteren ein einstellbares Band (114) aufweist, das mit den Planschelementen zusammen wirkt, um die zugehörigen Vorrichtungen am Verteiler (14) zu befestigen.

17. Solarkollektomodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnittsbereich des inneren Kanals etwa doppelt so groß ist wie der Quersehnittsbereich des äußeren Kanals.