DE4318127A1 - Solarzylinder für eine Solarenergieanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Solarzylinder für eine Solarenergieanlage mit einem Glaszylinder, in dem ein hoher Unterdruck aufbaubar ist, einer katakausti­ schen Verspiegelung, die auf einem Mantelabschnitt des Glaszylinders ausgebildet ist, und einem Lamellenrohr, das parallel zum und innerhalb des Glaszylinders ange­ ordnet ist.

Derartige Solarzylinder werden bereits verbreitet einge­ setzt, wobei brauchbare Ergebnisse erzielt wurden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsge­ mäßen Solarzylinder für eine Solarenergieanlage derart wei­ terzubilden, daß er besser an unterschiedliche Bestrahlungs­ verhältnisse anpaßbar ist und einen höheren Wirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Längsachse des Lamellenrohrs zur Längsachse des Glaszylin­ ders in einem Vertikalabstand angeordnet ist und daß sich der die katakaustische Verspiegelung aufweisende Mantelab­ schnitt über diejenige Mantelhälfte des Glaszylinders, in die das Lamellenrohr versetzt ist, und über zwei sich beid­ seitig an diese Mantelhälfte anschließende Umfangsabschnit­ te erstreckt. Durch diese Ausgestaltung des Solarzylinders ergibt sich eine bessere Fokussierung der Sonneneinstrahlung und, daraus resultierend, ein höherer Wirkungsgrad des So­ larzylinders. Mit dem erfindungsgemäßen Solarzylinder sind spezifische Leistungen von 1500 bis 2000 Watt je m2 Absorp­ tionsfläche des Lamellenrohrs erreichbar.

Vorteilhaft ist das Lamellenrohr als Kupferlamellenrohr aus­ gebildet. Eine besonders vorteilhafte Wirkung hinsichtlich des Wirkungsgrads ergibt sich, wenn das Lamellenrohr eine schwarze Keramikbeschichtung aufweist.

Der Unterdruck innerhalb des das Lamellenrohr exzentrisch umgebenden Glaszylinders des Solarzylinders sollte zwischen 10-3 und 10-10 mbar betragen.

Sofern der Glaszylinder des Solarzylinders zumindest einen­ dig einen eingezogenen Endabschnitt mit einem konischen An­ schlußflansch aufweist, können mehrere Glaszylinder dieser Bauart in einfacher Weise und schnell zu einer Solaranlage zusammengestellt und montiert werden.

Eine mit wenig Aufwand durchführbare räumliche Fixierung des Lamellenrohrs in der dafür vorgesehenen, von der Anordnung der katakaustischen Verspiegelung abhängigen Position ist erreichbar, sofern auf der Innenumfangsfläche jedes einge­ zogenen Endabschnitts eine Ringnut ausgebildet ist, in der eine das Lamellenrohr halternde Lagerung aufnehmbar ist. Hierdurch kann der Solarzylinder senkrecht, flach oder schräg verlegt werden. Hierdurch ist eine hohe Anpaßbarkeit des So­ larzylinders gewährleistet, wenn die Anordnung seiner kata­ kaustischen Verspiegelung in Abhängigkeit von dem Sonnen­ stand des betreff enden geografischen Ortes positioniert wer­ den muß.

Vorteilhaft sind die Endabschnitte derjenigen Glaszylinder, die an Anschlußkanäle angeschlossen sind, als angeschliffene Endabschnitte ausgebildet, die abgedichtet und in Axialrich­ tung verschiebbar in an den Anschlußkanälen bzw. "Kästen" vorgesehenen Loslagern aufnehmbar sind. Hierdurch kann eine sich aus Temperaturänderungen ergebende Längenänderung eines aus mehreren Solarzylindern bestehenden Strangs kompensiert werden.

Mittels Solarzylindern, bei denen vorteilhaft die Längsachsen des Glaszylinders und des Lamellenrohrs an zumindest einer Stelle gekrümmt bzw. abgeknickt sind, lassen sich aus mehreren Solarzylindern bestehende Stränge in einfacher Weise an bau­ liche Unregelmäßigkeiten derjenigen Fläche anpassen, auf der die betreffende Solaranlage installiert werden soll, wobei dennoch die jeweils optimale Stellung der katakaustischen Verspiegelung erreichbar ist. Somit sind auch für solche Solaranlagen nur zwei Anschluß- bzw. Unterdruckkanäle er­ forderlich, die sich über unterschiedliche Wände, über Aus­ nehmungen bzw. Rezesse im Mauerwerk od. dgl. erstrecken.

Eine Solaranlage aus mehreren vorstehend beschriebenen Solar­ zylindern ist in einfacher Weise zusammenstellbar, wenn ein­ ander benachbarte Enden der Glaszylinder jeweils einen einge­ zogenen Endabschnitt mit einem konischen Anschlußflansch auf­ weisen, wobei die einander benachbarten konischen Anschluß­ flansche mittels eines die Konusflächen beider Anschluß­ flansche erfassenden Kupplungsteils aneinander fixierbar sind. Bei dieser Ausgestaltung und bei Verwendung von So­ larzylindern mit erforderungsgemäß abgeknickter Längsachse läßt sich in einfacher Weise eine Solaranlage auch bei bau­ lich bzw. architektonisch ungünstigen Verhältnissen erstel­ len, wobei darüber hinaus eine optimale Positionierung der katakaustischen Verspiegelung möglich ist.

Um das Eindringen von Fremdkörpern an den Kupplungsteilen des Solarzylinderstrangs zu verhindern, ist vorteilhaft zwischen der Innenfläche des Kupplungsteils und den Außen­ flächen der konischen Anschlußflansche eine Staublasche angeordnet.

Um an jeder Kupplungsstelle zweier Glaszylinder zu gewähr­ leisten, daß die Kupplung mechanisch gleichmäßig auf die beiden Anschlußflansche der an der Kupplungsstelle mitein­ ander verbundenen Glaszylinder einwirkt, ist es vorteilhaft, wenn zwischen den konischen Anschlußflanschen benachbarter Glaszylinder ein Stütz- und Profilring angeordnet ist, der mit seiner Außenfläche gegen die Innenumfangsflächen der Anschlußflansche anliegt und der einen radial vorstehenden mittigen Kragenring aufweist, dessen beide Radialflächen gegen die Endflächen der Anschlußflansche anliegen. Hier­ durch wird sichergestellt, daß die Anschlußflansche bereits vor Aufbringen von Kraft auf die Kupplung bzw. auf das Kupp­ lungsteil korrekt zueinander ausgerichtet sind, so daß die von dem Kupplungsteil auf die Anschlußflansche übertragene Kraft sich gleichmäßig auf die beiden Anschlußflansche ver­ teilt.

Zur Verbesserung der Abdichtung an den Kupplungsstellen ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Außenfläche des Kragen­ rings und der Staublasche eine O-Ringdichtung angeordnet ist.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Solarzylinder;

Fig. 2 eine Ansicht einer Ausführungsform eines Glaszy­ linders des erfindungsgemäßen Solarzylinders;

Fig. 3 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Glaszylinders des erfindungsgemäßen Solar­ zylinders

Fig. 4 eine Verbindung zwischen erfindungsgemäßen Solar­ zylindern;

Fig. 5 eine Verbindung zwischen der zweiten Ausführungs­ form des Glaszylinders des erfindungsgemäßen Solar­ zylinders mit einem an einem Unterdruckkanal vorge­ sehenen Loslager;

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Glaszylinders des erfindungsgemäßen Solarzylinders; und

Fig. 7 eine rechtwinklig abgeknickte Ausführungsform des Glaszylinders des erfindungsgemäßen Solarzylinders.

Ein in Fig. 1 im Querschnitt dargestellter Solarzylinder 1 hat einen Glaszylinder 2, in dessen Innenraum 3 ein ver­ gleichsweise hoher Unterdruck, z. B. zwischen 10-3 und 10-10 mbar aufbaubar ist. Um einen Abstand X aus der Mittelachse Y des Glaszylinders 2 in Vertikalrichtung abwärts ver­ setzt ist die Längsachse Z eines Kupferlamellenrohrs 4 an­ geordnet, dessen Lamellen 5 und dessen übrige Außenfläche eine schwarze Keramikbeschichtung aufweisen. Im Kupferla­ mellenrohr, welches als Absorptionsrohr dient, strömt das die Sonnenwärme aufnehmende Medium.

Der Glaszylinder 2 ist über den gesamten Halbmantel, in den das Kupferlamellenrohr 4 in Vertikalrichtung versetzt ist, mit einer katakaustischen Verspiegelung 6 versehen. Die ka­ takaustische Verspiegelung 6 erstreckt sich nicht nur über denjenigen Halbmantel, in den das Kupferlamellenrohr 4 in Vertikalrichtung versetzt ist, sondern sie weist zwei wei­ tere Umfangsabschnitte 7, 8 auf, um die sie sich bis über die Längsachse y des Glaszylinders 2 erstreckt. Durch die mehr als halbschalige katakaustische Verspiegelung 6 in Verbindung mit der Vertikalversetzung des Kupferlamellen­ rohrs 4 ergibt sich eine höhere Beaufschlagung des Kupfer­ lamellenrohrs mit Sonnenenergie, was zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads des Solarzylinders führt. Die Abmessun­ gen der Umfangsabschnitte 7, 8, um die sich die katakausti­ sche Verspiegelung bis über die Längsachse Y des Glaszylin­ ders erstreckt, hängen insbesondere auch davon ab, wie groß der Vertikalabstand x zwischen der Längsachse Y des Glaszy­ linders 2 und der Längsachse z des Kupferlamellenrohrs 4 ist. In jedem Fall soll gewährleistet sein, daß sich das Kupferlamellenrohr 4 im Brennpunkt der katakaustischen Ver­ spiegelung 6 befindet.

Der in Fig. 2 dargestellte Glaszylinder 2 gliedert sich in einen zylindrischen Mittelabschnitt 9 und zwei eingezogene Endabschnitte 10, 11. Die Endabschnitte 10, 11 enden in ko­ nischen Anschlußflanschen 12, 13. Die konischen Anschluß­ flansche 12, 13 der Glaszylinder 2 haben den gleichen Durch­ messer und sind mit jeweils einer ringförmigen Konusfläche 14 ausgestaltet. Die Anschlußflansche 12, 13 dienen zur An­ bringung eines Glaszylinders 2 an dem ihm benachbarten Glas­ zylinder 2, worauf im folgenden noch näher eingegangen wer­ den wird.

Auf der Innenumfangsfläche jedes eingezogenen Endabschnitts 11, 12 ist eine Ringnut 15 ausgebildet. Die Ringnut 15 dient zur Aufnahme einer Lagerung 16, mittels der das Kupferlamel­ lenrohr 4 in gewünschter Weise innerhalb des Glaszylinders 2 gehaltert wird, wie sich insbesondere aus Fig. 4 ergibt. Mittels dieser Halterungen 16 ist es möglich, die mit ent­ sprechenden Anschlußabschnitten 17 versehenen Kupferlamellen­ rohre in den Mittelabschnitten 9 der Glaszylinder 2 auf der exzentrisch zur Längsmittelachse der Glaszylinder 2 ange­ ordneten Achse Z zu positionieren.

Die Kupferlamellenrohre 4 unterschiedlicher Solarzylinder werden mittels einer bekannten Verbindungseinrichtung 18 an­ einander angeschlossen.

Zur Verbindung zweier mit eingezogenen Endabschnitten 10, 11 und konischen Anschlußflanschen 12, 13 versehener Glas­ zylinder 2 dient ein Kupplungsteil 19. Das Kupplungsteil 19 ist ringförmig ausgestaltet und hat zwei etwa in Radial­ richtung verlaufende Schenkel 20, 21, deren Innenflächen etwa so geneigt sind, wie die Konusflächen 14 der konischen Anschlußflansche 12, 13. Das Kupplungsteil 19 wird mit den schrägen Innenflächen seiner Schenkel 20, 21 auf die Konus­ flächen 14 der konischen Anschlußflansche 12, 13 aufgeschoben und dann mittels einer Schraube od. dgl. zur Ringform ge­ schlossen und zusammengezogen. Hierdurch ergibt sich eine feste Fixierung der konischen Anschlußflansche 12, 13 zweier benachbarter Glaszylinder 2.

Um das Eindringen von Fremdkörpern in jedem Fall zu verhin­ dern, ist zwischen der Innenfläche 22 des Kupplungsteils 19 und der Außenfläche 23 der konischen Anschlußflansche 12, 13 eine Staublasche 24 vorgesehen, die die konischen Anschluß­ flansche 12, 13 sowie einen zwischen ihnen vorgesehenen ringförmigen Zwischenraum 25 bedeckt.

Zur Ausrichtung der konischen Anschlußflansche 12, 13 mit­ einander verbundener Glaszylinder 2 vor deren Verbindung mittels des Kupplungsteils 19 ist ein Stütz- und Profil­ ring 26 vorgesehen. Der Stütz- und Profilring 26 sitzt mit seiner Außenmantelfläche auf der Innenumfangsfläche 28 der beiden konischen Anschlußflansche 12, 13 und hat im Mittel­ abschnitt seiner Außenmantelfläche einen Kragenring 27, der von der Außenmantelfläche des Stütz- und Profilrings radial auswärts in den Zwischenraum 25, der zwischen den Endflächen 29, 30 der konischen Anschlußflansche 12, 13 ausgebildet ist, vorsteht. Mit seinen beiden Radialflächen 31 liegt der Kra­ genring 27 gegen die radial inneren Bereiche der Endflächen 29, 30 der konischen Anschlußflansche 12, 13 flächig an. Zwischen der Außenumfangsfläche 32 des Kragenrings 27 und der Staublasche 24 ist zur Verbesserung der Dichtigkeits­ eigenschaften eine O-Ringdichtung 33 angeordnet, die mit ihrem Innenumfang gegen die Außenumfangsfläche 32 des Kra­ genrings 27 anliegt.

Mittels des Stütz- und Profilrings 26 wird eine Ausrichtung der beiden mittels des Kupplungsteils 19 zu verbindenden konischen Anschlußflansche 12, 13 erzielt, was dazu führt, daß die beim Zusammenziehen und Fixieren des Kupplungsteils 19 aufgebrachten Kräfte gleichmäßig auf die Anschlußflansche 12, 13 verteilt werden.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform eines Glas­ zylinders 2 ist nur ein Endabschnitt als eingezogener End­ abschnitt 10, 11 ausgebildet, während der andere Endabschnitt als angeschliffener Endabschnitt 34 ausgestaltet ist. Der an­ geschliffene Endabschnitt 34 ist in einem mit entsprechenden Dichtungseinrichtungen versehenen Loslager 35, welches an einem Unterdruckkanal 36 vorgesehen ist, der dem Anschluß eines Solarzylinderstrangs dient. In dem Loslager 35 ist der entsprechend angeschliffene Endabschnitt 34 des betreffenden Glaszylinders 2 längsverschieblich aufgenommen, so daß sich aufgrund von Temperaturdifferenzen od. dgl. ergebende Längen­ schwankungen eines Solarzylinderstrangs ausgeglichen werden können.

Für den bei Temperaturschwankungen erforderlichen Längenaus­ gleich bzw. die erforderliche Längenkompensation ist es aus­ reichend, wenn der an einem Ende des Solarzylinderstrangs vorgesehene Unterdruckkanal 36 mit einem derartigen Losla­ ger 35 ausgestaltet ist. Ein am anderen Ende des Solarzylin­ derstrangs vorgesehener Unterdruckkanal 37 kann Anschlußele­ mente 38 aufweisen, die ihrerseits mit einem konischen An­ schlußflansch 39 ausgestaltet und demgemäß in der im Zusammen­ hang mit Fig. 4 dargestellten Weise mit dem konischen An­ schlußflansch 12, 13 des zugeordneten Glaszylinders 2 verbun­ den werden können.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsform des Solarzylinders 1 dar­ gestellt, bei dem dieser eine Knick- bzw. Krümmstelle 40 auf­ weist. An dieser Krümmstelle 40 schließen die beiden in unterschiedlichen Richtungen sich erstreckenden Abschnitte des Solarzylinders 1 einen Winkel von 150 Grad ein. Dieser Winkel kann auch eine andere Größe aufweisen. In Fig. 7 ist eine Ausführungsform des Solarzylinders dargestellt, bei der dieser Winkel 90 Grad beträgt. Hierdurch können rechtwinkli­ ge Abknickungen eines Solarzylinderstrangs in einfacher Wei­ se bewerkstelligt werden.

Claims (13)

1. Solarzylinder für eine Solarenergieanlage mit einem Glaszylinder (2), in dem ein hoher Unterdruck aufbaubar ist, einer katakaustischen Verspiegelung (6), die auf einem Mantelabschnitt des Glaszylinders (2) ausgebildet ist, und einem Lamellenrohr (4), das parallel zum und innerhalb des Glaszylinders (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (Z) des Lamellenrohrs (4) zur Längsachse des Glaszylinders (Y) in einem Vertikalabstand (X) angeord­ net ist und daß sich der die katakaustische Verspiegelung (6) aufweisende Mantelabschnitt über diejenige Mantelhälfte des Glaszylinders (2), in die das Lamellenrohr (4) versetzt ist, und über zwei sich beidseitig an diese Mantelhälfte an­ schließende Umfangsabschnitte (7, 8) erstreckt.

2. Solarzylinder nach Anspruch 1, bei dem das Lamellenrohr (4) als Kupferlamellenrohr ausgebildet ist.

3. Solarzylinder nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Lamellenrohr (4) eine schwarze Keramikbeschichtung auf­ weist.

4. Solarzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem im Glaszylinder (2) ein Unterdruck zwischen 10-3 und 10-10 mbar einstellbar ist.

5. Solarzylinder, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Glaszylinder (2) zumindest einendig einen ein­ gezogenen Endabschnitt (10, 11) mit einem vorzugsweise ko­ nischen Anschlußflansch (12, 13) aufweist.

6. Solarzylinder nach Anspruch 5, bei dem auf der Innenum­ fangsfläche jedes eingezogenen Endabschnitts (10, 11) eine Ringnut (15) ausgebildet ist, in der eine das Lamellenrohr (4) halternde Lagerung (16) aufnehmbar ist.

7. Solarzylinder nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem ein Ende des Glaszylinders (2) als angeschliffener Endab­ schnitt (34) ausgebildet ist, der abgedichtet und in Axial­ richtung verschiebbar in einem Loslager (35) aufnehmbar ist.

8. Solarzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Längsachsen des Glaszylinders (2) und des Lamellenrohrs (4) an zumindest einer Stelle (40) gekrümmt bzw. abgeknickt sind.

9. Solarzylinder nach Anspruch 8, bei dem der von den zuein­ ander gekrümmten bzw. abgeknickten Abschnitten der Längsachse des Glaszylinders (2) bzw. des Lamellenrohrs (4) eingeschlos­ sene Winkel zwischen 0 und 90 Grad beträgt.

10. Solaranlage mit Solarzylindern gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, bei der einander benachbarte Enden der Glaszylinder (2) jeweils einen eingezogenen Endabschnitt (10, 11) mit einem konischen Anschlußflansch (12, 13) aufweisen, wobei die ein­ ander benachbarten konischen Anschlußflansche (12, 13) mit­ tels eines die Konusflächen (14) beider Anschlußflansche (12, 13) erfassenden Kupplungsteils (19) aneinander fixierbar sind.

11. Solaranlage nach Anspruch 10, bei der zwischen der Innen­ fläche (22) des Kupplungsteils (19) und den Außenflächen (23) der konischen Anschlußflansche (12, 13) eine Staublasche (24) angeordnet ist.

12. Solaranlage nach Anspruch 10 oder 11, bei der zwischen den konischen Anschlußflanschen (12, 13) benachbarter Glas­ zylinder (2) ein Stütz- und Profilring (26) angeordnet ist, der mit seiner Außenfläche gegen die Innenumfangsflächen (28) der Anschlußflansche (12, 13) anliegt und der einen radial vorstehenden mittigen Kragenring (27) aufweist, des­ sen beide Radialflächen (31) gegen die Endflächen (29, 30) der Anschlußflansche (12, 13) anliegen.

13. Solaranlage nach Anspruch 12, bei der zwischen der Außen­ umfangsfläche (32) des Kragenrings (27) und der Staubla­ sche (24) eine O-Ringdichtung (33) angeordnet ist.