DE4021367A1 - Absorber einer sonnenkollektoranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Absorber nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. In Sonnenkollektoranlagen mit bekannten Hybrid- bzw. Allwetterkollektoren, die sowohl Flachabsorber als auch Rippenabsorber aufweisen, sind erstere stets der Sonne zugewandt angeordnet. Die Rippenabsorber liegen dagegen in einer sich quer zur Ebene der Flachabsorber erstreckenden Ebene. Über das Leitungssystem sind die Absorber jeweils entweder mit einem Hochtemperaturspeicher oder einem Niedertemperaturspeicher verbindbar. Untersuchungen haben gezeigt, daß bei bekannten Absorberausführungen einzelne Be­ reiche jedes Absorbers unterschiedlich stark erwärmt werden. Daraus läßt sich schließen, daß in nachteiliger Weise der Wirkungsgrad dieser Absorber zu wünschen übrig läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Absorber der eingangs genannten Art so weiter auszugestalten, daß bei Ausbildung als Flachabsorber eine gleichmäßige Aufheizung al­ ler Kammerbereiche unter der Wirkung der auftreffenden Sonnen­ einstrahlung, d. h. eine gleichmäßige Wärmeableitung gewähr­ leistet und analog auch ein gleichmäßiger Wärmeaustausch aller Absorberbereiche bei Ausgestaltung als Rippenabsorber sicher­ gestellt ist.

Der Absorber nach der Erfindung zeichnet sich durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 aus. So läßt sich in sehr vorteilhafter Weise eine gleichmäßige Durch­ strömung praktisch aller Absorberbereiche und damit eine Erhö­ hung des Wirkungsgrades des Absorbers, d. h. eine Optimierung erzielen.

Als besonders günstig im Hinblick auf eine gleichmäßige Durchströmung aller Bereiche des als Flachabsorber ausge­ stalteten Absorbers hat sich die weitere Ausgestaltung nach Anspruch 2 erwiesen. Begünstigt wird diese gleichmäßige Durchströmung durch die Maßnahme des Anspruches 3. Die in weiterer vorteilhafter Ausbildung in Anspruch 4 gekenn­ zeichneten Führungs- und Leitstege sind überdies mit dem Zusatzvorteil verbunden, daß sie aufgrund ihrer Verbindung von Bodenplatte und Deckplatte zu einer wesentlichen Stabi­ lisierung des Absorbers beitragen.

Besonders hervorzuheben ist ferner die im Anspruch 7 de­ finierte Querschnittsabmessung, durch die sichergestellt ist, daß das Wärmeträgerfluid im Bereich jedes Durchlassquerschnit­ tes mit so hoher Geschwindigkeit fließt, daß die Mitnahme und Ableitung etwaiger Luftblasen gewährleistet ist. Diese Luft­ blasenableitung ist unabhängig davon sichergestellt, ob sich das Kollektorelement, in das der Absorber integriert ist, auf einem flachen Dach oder - in umgekehrter Lage - an einer Wand festgelegt ist, mit der Folge, daß der Einlaß und der Auslaß nicht mehr in Bezug auf die Absorberkammer tiefer, sondern höher zu liegen kommen, bzw. umgekehrt. Bei dieser Umkehrung wird der Einlaß zum Auslaß, und der Auslaß übernimmt die Funktion des Einlasses.

Um eine optimale Durchströmung des als Rippenabsorber ausgebildeten Absorbers zu gewährleisten, hat sich die Ausge­ staltung mit den Merkmalen des Anspruches 8 als vorteilhaft erwiesen. Auch bei diesem Rippenabsorber ist durch die heraus­ gestellte Maßnahme nicht nur die Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades begünstigt, sondern es wird auch die Ableitung etwaiger Luftblasen gefördert. Dazu trägt weiterhin in beacht­ lichem Maß die Ausbildung mit dem Merkmal des Anspruches 12 bei.

Einen ganz besonders effektiven Wärmeaustausch trotz einfacher Herstellung ergeben die Merkmale des Anspruches 16. Dabei ist die Wirksamkeit dieser Wellung dann besonders groß, wenn die effektive Länge der Kammer - in Kammerlängsrichtung betrachtet - vergrößert ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeich­ nung, auf die bezüglich aller wesentlichen Merkmale ausdrück­ lich verwiesen wird. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Absorber in Form eines Flachabsorbers, nach Entfernung der Deckplatte,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen Absorber in Form eines Rippenabsorbers, verkürzt und teilweise mit entferntem Formstückoberteil dar­ gestellt,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Absorber nach Fig. 2, entsprechend der Linie III-III der Fig. 2 mit ergänztem Formstückoberteil, in größerem Maß­ stab,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Absorber nach Fig. 2, entsprechend der Linie IV-IV der Fig. 2 in größerem Maßstab,

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf einen ab­ gewandelten Rippenabsorber und

Fig. 6 eine schematische Schnittansicht des Absorbers entsprechend der Linie VI-VI der Fig. 5.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, umfaßt der veranschaulichte Flachabsorber eine flache, rechteckige Kammer 1 mit einer Bo­ denplatte 2 und einer sich im wesentlichen parallel hierzu er­ streckenden, in der Zeichnung nicht dargestellten Deckplatte. Die Kammer 1 ist durch einen sich etwa längs der Mittelachse erstreckenden, sie in zwei Hälften teilenden Mittelsteg 3 un­ terteilt. Dieser Mittelsteg endet vor der einen Schmalseite 4. Im Bereich der anderen Schmalseite 5 geht der Mittelsteg in einen Führungssteg 6 über, der im Bereich der Schmalseite 5 einen Zulaufkanal 7 von einem Auslaufkanal 8 trennt. Zwischen der Bodenplatte 2 und der Deckplatte erstrecken sich der Ver­ gleichmäßigung der Strömungsverhältnisse in der Kammer 1 die­ nende Leitstege 9, und zwar verteilt über die gesamte Kammer. Zwischen den beiden gekrümmten Stegabschnitten können gerade verlaufende Verbindungsstegabschnitte vorgesehen sein, die einen Übertritt des Wärmeträgerfluids vom inneren Bereich der Kammer 1 zum äußeren, und umgekehrt, verhindern und zur Strömungsvergleichmäßigung beitragen. Mit den Seitenrändern dieser Leitstege 9 sind sowohl die Bodenplatte 2 als auch die Deckplatte der Kammer 1 verbunden, vorzugsweise durch Ver­ schweißung. Dadurch ist eine wesentliche Versteifung des Flachabsorbers sichergestellt. Im Zulauf- bzw. Ablauf­ kanalbereich sind die Leitstege 9 die die Kanäle 7 bzw. 8 begrenzen mit Durchtrittsschlitzen 10 versehen, die Stegab­ schnitte 11 definieren. Die Leitstege 9 sind im Bereich der beiden Ecken der einen Schmalseite 4 der Kammer 1 durch bogenförmig verlaufende Stegabschnitte gebildet. Die mit den Durchtrittsschlitzen 10 versehenen Leitstege 9 erstrecken sich über den jeweiligen Abstand zwischen der Kammerlängswand und dem Mittelsteg 3. Fig. 1 zeigt deutlich, daß die Stegab­ schnitte gestaffelt, und zwar seitlich zueinander versetzt angeordnet sind. Die Querschnitte der Durchlaßschlitze 10 zwischen den Stegabschnitten ergeben sowohl einlaßkanal- als auch auslaßkanalseitig jeweils gemeinsam einen Gesamtschlitz­ querschnitt, der nicht größer ist als der Querschnitt des Zulaufs 12 bzw. des Ablaufs 13. Auf diese Weise ist eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit gegeben, die den Austrag etwaiger Luftbläschen sicherstellt. Andererseits ist bei dem Flachabsorber ein gleichmäßiges Fließen gewährleistet,; Stillstandsbereiche oder Bereiche mit Wirbelbildung, in denen es zu Überhitzungen kommen könnte, sind wirksam vermieden.

Analog können auch Rippenabsorber ausgeführt sein, d. h. mit dem Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft dienenden Rippen, die sich in Längsrichtung des Absorbers erstrecken und im Bereich des einen Absorberendes mit die Umlenkung des Wärmeträgerfluids ermöglichenden Umlenkwänden bzw. -Kanälen in Verbindung stehen. Bei der in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführung ist jedoch ein Querverlauf vorgesehen. Der ver­ anschaulichte Rippenabsorber weist wie der Flachabsorber im zentralen Bereich eine flache rechteckige Kammer 1 auf, die allerdings mit den von den sich beiderseits anschließenden Rippen 14, 15 umschlossenen Räumen in Verbindung steht. Letztere bilden die dem Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft dienenden Rippenkanäle 16 mit relativ großer Oberfläche. Auch beim dargestellten Rippenabsorber ist ein mit dem Einlaß 12 verbundener Zulaufkanal 7 vorhanden, der durch eine Trennwand 17 von den Rippenkanälen 16 getrennt ist. Die Rippenkanäle 16 stehen mit dem Zulaufkanal 7 über eine Serie von im Abstand voneinander angeordneten Durchtrittsschlitzen 10 in Ver­ bindung. Der Querschnitt dieser Schlitze nimmt mit wachsendem Abstand vom Einlaß 12 des Zulaufkanals 7 jeweils derart zu, daß die Rippenkanäle 16 jeweils von gleich großen Wärmeträger­ fluidmengen durchströmt sind. Die Rippenkanäle 16, die in einen Ableitkanal 8 münden, gehen von Durchtrittsschlitzen 10 aus, die in der Trennwand 7 ausgebildet sind. Der Zulaufkanal 7, der Ableitkanal 8 und die Rippenkanäle 16 sind durch ein Formstückunterteil 18 und ein mit diesem verbundenes Form­ stückoberteil 19 begrenzt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist die Trennwand 17 zwischen dem Zulaufkanal 7 und den Rippenkanälen 16 durch einander im Bereich der Berührungs- und Verbindungs­ ebene der Formstückteile 18 bzw. 19 ergänzende Wandteile ge­ bildet. Dabei sind die Durchtrittsschlitze 10 in den Rand des Wandteils des Formstückunterteils 18 eingeformt. Stattdessen könnten diese Durchtrittsschlitze auch in den Rand des Wand­ teils des Formstückoberteils 19 eingeformt sein.

Dem Auslaß 13 ist ein Strömungskanal 20 mit einem Quer­ schnitt zugeordnet, der eine solche Geschwindigkeit des Wärme­ trägerfluids sicherstellt, die das Mitreißen von Luftblasen gewährleistet. Dieser Strömungskanal 20 weist einen über seine gesamte Länge praktisch gleichbleibenden Querschnitt auf. Der Anfang des Strömungskanals 20 im Ableitkanal 8 ist durch den äußeren Rand einer Strömungskanalwand 21 begrenzt, die sich in den Ableitkanal 8 erstreckt. Abweichend von der in Fig. 2 gezeigten Ausführung erstreckt sich die Strömungskanalwand 21 vorzugsweise über praktisch die gesamte Länge des Ableitkanals 8 bis zu einer Stelle, die etwa diagonal der Mündung des Zulaufs 12 in den Zulaufkanal 7 gegenüberliegt. Dadurch wird der bereits erwähnten Tatsache Rechnung getragen, daß beim veranschaulichten Beispiel eines Rippenabsorbers anders als beim Flachabsorber nach Fig. 1 das Wärmeträgerfluid quer zur Längsausdehnung des Absorbers geführt ist.

Der so ausgebildete Rippenabsorber zeichnet sich durch besonders einfache Herstellung aus nur zwei Formteilen, durch dennoch hohe Stabilität und durch besonders gleichmäßige Füh­ rung des Wärmeträgerfluids aus, die einen optimalen Wärmeaus­ tausch mit der Umgebungsluft gewährleistet.

Diese günstigen Eigenschaften und die vorteilhafte Herstellungsmöglichkeit ist besonders bei der weiteren Aus­ führung gemäß den Fig. 5 und 6 gegeben.

In diesen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelemente. Das Besondere dieser Ausführung ist in der Schaffung der für den Wärmeaustausch eines Rippenabsorbers wirksamen rippenartigen Kammeroberfläche durch aufeinander abgestimmte gleichförmige Wellungen 22 und 23 zu sehen, der die Kammer 1 nach oben und unten begrenzenden Bodenplatte 2 und Deckplatte 24 zu sehen. Auch bei dieser Ausführung sind zwischen Bodenplatte und Deckplatte die Leitstege 9, der Mittelsteg 3 und der Führungssteg 6 vorgesehen. In Ab­ hängigkeit von der Art der Herstellung liegen sie wie bei der ungewellten Ausführung in zueinander parallelen Ebenen, wie dargestellt. Denkbar ist auch eine Ausführung, bei der sich die Stege jeweils quer zu dem Bereich der Boden- bzw. Deckplatte erstrecken, von dem sie ausgehen.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind bei der be­ vorzugten Ausführung die Wellungen so angeordnet, daß die effektive Länge der Kammer - in Kammerlängsrichtung betrachtet - vergrößert ist.

Claims (17)

1. Absorber für den Anschluß an das von einem Wärmeträ­ gerfluid durchströmte Leitungssystem einer Sonnenkollektoran­ lage mit mindestens einer flachen Kollektorkammer (1), die eine Bodenplatte (2) und eine sich im wesentlichen parallel hierzu erstreckende Deckplatte umfaßt, oder mit mindestens einer eine Mehrzahl von durch das Wärmeträgerfluid durchström­ ten, dem Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft dienenden Rip­ penkanälen (16) umfassenden Kanalanordnung, wobei die Kollek­ torkammer (1) bzw. die Kanalanordnung jeweils einen Einlaß (12) und einen Auslaß (13) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorkammer (1) bzw. die Kanalanordnung jeweils einen vom Einlaß (12) ausgehenden Zulaufkanal (7) und einen zum Auslaß (13) führenden Ableitkanal (8) umfassen und daß zur Vergleichmäßigung der Strömungsverhältnisse in der Kammer (1) bzw. in der Kanalanordnung letzterer die Menge des durchtre­ tenden Wärmeträgerfluids bestimmende Durchtrittsschlitze (10) zugeordnet sind.

2. Absorber nach Anspruch 1, nämlich Flachabsorber, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) durch einen sich etwa längs der Mittelachse erstreckenden, sie in zwei Hälften tei­ lenden Mittelsteg (3) unterteilt ist, der vor der einen Schmalseite (4) der Kammer endet und im Bereich der anderen Schmalseite (5) der Kammer in einen den Zulaufkanal (7) vom Auslaufkanal (8) trennenden Führungssteg (6) übergeht und daß die Durchtrittsschlitze (10) durch Stegabschnitte (11) de­ finierende Unterbrechungen in den Leitstegen (9) im Zulauf- bzw. Ablaufkanalbereich gebildet sind.

3. Absorber nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß über die gesamte Kammer (1) verteilt sich jeweils zwischen der Bodenplatte (2) und der Deckplatte erstreckende Leitstege (9) vorgesehen sind, mit deren Seitenrändern sowohl die Bo­ denplatte als auch die Deckplatte verbunden, vorzugsweise verschweißt sind.

4. Flachabsorber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitstege (9) im Bereich der Ecken der einen Schmalseite (4) der Kammer (1) durch gekrümmt verlaufende Stegabschnitte, die ggfs. durch gerade verlaufende Steg­ abschnitte ergänzt sind, gebildet sind.

5. Flachabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß sich die Leitstege (9), die jeweils mit den Durchtrittsschlitzen (10) versehen sind, über den je­ weiligen Abstand zwischen Kammerlängswand und Mittelsteg (3) erstrecken.

6. Flachabsorber nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stegabschnitte (11) gestaffelt, und zwar seitlich zueinander versetzt angeordnet sind.

7. Flachabsorber nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet. daß die Durchlaßschlitzquerschnitte zwischen den Stegabschnitten (11) sowohl einlaßkanal- als auch auslaßkanal­ seitig jeweils gemeinsam einen Gesamtschlitzquerschnitt erge­ ben, der nicht größer ist als der Zulaufquerschnitt bzw. der Auslaufquerschnitt.

8. Absorber nach Anspruch 1, nämlich Rippenabsorber, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rippenkanäle (16) mit dem Zu­ laufkanal (7) über eine Serie von im Abstand voneinander an­ geordneten Durchtrittsschlitzen (10) verbunden sind, deren Querschnitt mit wachsendem Abstand vom Einlaß (12) des Zulauf­ kanals (7) jeweils derart zunimmt, daß die Rippenkanäle (16) jeweils von gleich großen Wärmeträgerfluidmengen durchströmt sind.

9. Rippenabsorber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rippenkanäle (16) von dem Zulaufkanal (7) durch eine Trennwand (17) getrennt sind und daß die Durchtritts­ schlitze (10) unterschiedlichen Querschnitts in dieser Trenn­ wand ausgebildet sind.

10. Rippenabsorber nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zulaufkanal (7), der Ableitkanal (8) und die Rippenkanäle (16) durch ein Formstückunterteil (18) und ein mit diesem verbundenes Formstückoberteil (19) begrenzt sind.

11. Rippenabsorber nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (17) zwischen dem Zulaufka­ nal (7) und den Rippenkanälen (16) durch einander im Bereich der Berührungs- und Verbindungsebene der Formstückteile (18, 19) ergänzende Wandteile gebildet ist und daß die Durchtritts­ schlitze (10) in den Rand des Wandteils eines der beiden Form­ stückteile eingeformt sind.

12. Rippenabsorber, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Auslaß (13) ein Strömungskanal mit einem Querschnitt zugeordnet ist, der eine solche Geschwindigkeit des Wärmeträgerfluids sicherstellt, die das Mitreißen von Luftblasen gewährleistet.

13. Rippenabsorber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strömungskanal (20) einen über seine gesamte Län­ ge praktisch gleichbleibenden Querschnitt aufweist.

14. Rippenabsorber nach Anspruch 12 und 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Anfang des Strömungskanals (20) im Ab­ leitkanal (8) durch den äußeren Rand einer Strömungskanalwand (21) begrenzt ist, die sich in den Ableitkanal erstreckt.

15. Rippenabsorber nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Strömungskanalwand (21) über praktisch die gesamte Länge des Ableitkanals (8) bis zu einer Stelle er­ streckt, die etwa diagonal der Mündung des Einlasses (12) in den Zulaufkanal (7) gegenüberliegt.

16. Rippenabsorber nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch Vergrößerung der effektiven Länge der Kammer (1) - in einer ihrer Richtungen betrachtet - und damit Schaffung der für den Wärmeaustausch wirksamen rippenartigen Kammeroberfläche durch aufeinander abgestimmte gleichförmige Wellungen.

17. Rippenabsorber nach Anspruch 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die effektive Länge der Kammer (1) - in Kammerlängsrichtung betrachtet - vergrößert ist.