LU81567A1

LU81567A1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: LU81567A1
Application number: LU81567A
Authority: LU
Inventors: H Roeser
Original assignee: H Roeser
Priority date: 1978-08-08
Filing date: 1979-08-01
Publication date: 1980-04-21
Also published as: GB2027873A; DE2834632A1; FR2433163A1; BE878099A; IT7924993A0; IT1122736B

Description

-0—1~ ε—Λ—|μ GRAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG L 2^25

Brevet N°............................................ü. W

du .................0.1.-..0..8..-.19,.7.9....... Monsieur le Ministre de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes

Titre délivré : ........................................ Aiâ'frv . . .

Service de la Propriété Industrielle

T,. 7 LUXEMBOURG

(Kf m ^ , % m Demande de Breyet d’invention 11 . <fo I. Requête

Hans Peter Roser, Hinterbackhaus9/D-5444 Polch/(1) Allemagne FêdéraïeV représenté par Jean Waxweiler/ 21-25 Allée Scheffer,Luxembourg,agissant en qualité de................................(2) mandataire dépose ce premier août mil.....neuf.....cent... soixante.....dix-huit.....(3) à ,,1^.00......heures, au Ministère de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes, à Luxembourg : 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant : .......................................................................................................................................................................................................................................................................................(4)

< SONNENKOLLEKTOR

déclare, en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeur(s) est (sont) : .................................................................................................................................................................................................................................................... (5)

Hans Peter Rôser_, Hinterbackhaus 9 f D-5444 Polch_______________________________________________________ ο , a a <- a Poich . 6 juillet 1979 3. la description en langue.............al lemande............................... de l’invention en deux exemplaires ; 4.....................2.________ planches de dessin, en deux exemplaires ; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le .....p.remi©r.--aoû-t.--iail -.-neuf ---Gen-t·-^-.soixante ....dix""huit.............................................................................

revendique pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de (6)______________________brevet...............................................déposée® en (7)..................Allemagne Fédérale________________________________ , huit août mil neuf cent soixante dix-huit le .............. (Bj ....................sous.....l.e.....n.Q..,.....P.....2.8.....3.4......6.3..2.,,..9_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Hans Peter Roser au nom de ............................................................................................................... (9) élit domicile pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg _______________________________________ ........Jean.....Waxweiler.., 2.1-25.....All.ée.....Schef.£er.,.L.uxemhour.g.............................................. (10) sollicite la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les annexes susmentionnées, — avec ajournement de cette délivrance à ...................6.....................—· mois.

Le____________mandataire.............................

** ^ Π. Procès-verbal de Dépôt t .La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes, Service de la Propriété Industrielle à Luxembourg, en date du : 01-08-1979 15.00 Pr. le Ministre à heures / de l’Économie National^ et dès Classes Moyennes, /// Mi V\ -, · [Xifnf 31 l / • - U vis s$l Ç

PRlOBITlTS-BEIWSPflüCHUMG

der Patent-Anmeldung {fl Deutschland

Vom 8.August 1978 unter h|r, P 28 34 632.9

BESCHREIBUNG

ZU EINER PATENTANMELDUNG IM

GROSSHERZOGTUM LUXEMBURG

HANS PETER ROESER

SONNENKOLLEKTOR

t - 1 -

Sonnenkollektor

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit einem Gehäuse, in dem ein Absorber in Form eines von einem Strömungs-* medium durchflossenen Rohrsystems angeordnet ist und das an mindestens einer VJand mit einer strahlungsdurchlässigen Ab-5 deckung versehen ist.

Bekannte Sonnenkollektoren dieser Art bestehen aus einem im wesentlichen abgeschlossenem Gehäuse, das mit einer Glasabdeckung versehen ist, Die Glasabdeckung läßt die kurzwellige und energiereiche Sonnenstrahlung ohne größere Verluste 1o in das Gehäuse eindringen, bildet aber eine Sperre für die im Kollektor entstandene langwellige Wärmestrahlung. Auf diese Weise wird das Rohrsystem im Innern des Gehäuses durch Wärmeabsorption erwärmt. Das Prinzip der Sonnenkollektoren basiert darauf, daß bei der Absorption der Sonnen-15 Strahlung in einem schwarzen Körper dieser erwärmt wird und seinerseits Strahlung in Form von Wärme aussendet. Als Abdeckung werden Spezial-Solargläser verwandt, die im gesamtem Wellenlängenbereich der Solarstrahluny eine Durchlässigkeit von mehr als 90 % und für die langwelligere Würme-2o Strahlung eine Durchlässigkeit von weniger als 2 % aufwei-sen. Auf diese Weise entsteht im Kollektor bei guter Wärmeisolierung nach außen eine Leerlauftemperatur von 13ü°C.

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Der Absorber besteht bei den bekannten Sonnenkollektoren aus einem Rohrsystem mit Flachprofil. Diese Flachrohre haben eine der Abdeckung zugewandte ebene Oberseite und eine einem Reflektor zugewandte ebene Unterseite. Die höchsten 5 Absorptionswerte für die Energie der Solarstrahlung erhält man, wenn die Strahlung senkrecht auf die absorbierende Fläche trifft. Diese Bedingung ist bei günstigster Ausrichtung des Sonnenkollektors nur einmal am Tag, und zwar mittags, wenn die Sonne im Süden steht, erfüllt. Je flacher „ 1o der Sonnenstrahl auf die absorbierende Fläche füllt, um so * weniger Strahlung wird absorbiert und um so mehr Strahlung wird reflektiert. Dies bedeutet, daß bei flachem Auftreffwinkel ein großer Teil der Sonnenstrahlung aus dem Kollektor herausreflektiert wird, noch bevor die Strahlung in 15 Wärme umgewandelt wurde. Bei einem flachen Absorberelement ist die effektive Oberfläche nur etwa so groß wie die der Abdeckung zugewandte (ebene) Rohrfläche.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sonnenkoll.ektor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dom bei unter- 2o schiedlichen Auftreffrichtungen der Strahlung das Absorptionsvermögen gegenüber den bekannten Kollektoren vergrößert ist und der insbesondere bei diffuser Strahlung (bewölktem Himmel) noch ein großes Maß an kurzwolliger * Strahlung in Wärme umsetzt.

25 Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Rohrsystem mindestens ein Rohr mit im wesentlichem rundem Querschnitt aufweist.

Bei einem runden Rohr ergeben sich über einen längeren Zeitraum des Tages bei wandernder Sonne günstigere Auf- . -:3- treffwinkel für die Sonnenstrahlung als bei einem Flaqh-rohr. Obwohl das Flachrohr, wenn es zur Sonne ausgerichtet ist, also im Idealzustand, höhere Absorptionswerte ergibt als ein Rohr mit rundem Querschnitt, er-5 weist sich ein rundes Rohr bei diffuser Strahlung oder bei schräg auf den Sonnenkollektor auftreffender Strahlung als günstiger, weil stets ein Teil der Strahlung senkrecht, oder nahezu senkrecht, auf einen Teil der Rohrfläche trifft. Die absorptionsfähigkeit eines Rundrohres 10 ist daher gegenüber dem Flachrohr in stärkerem Maße unabhängig vom Auftreffwinkel der Strahlung und ermöglicht eine zeitlich gleichmäßigere Energieausbeute.

Zur weiteren Verbesserung des Absorptionsvorganges sind vorteilhaft die Rohre des Rohrsystems in einer Ebene mit 15 Abstand nebeneinander angeordnet.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist das Rohrsystem mit einem Reflektor unterlegt. Der Reflektor leitet die zwischen den Rohren hindurchdringende Strahlung zu den Unterseiten der Rohre, wo sie nahezu 20 senkrecht auf die Rohrfläche auftrifft und daher in starkem Maße absorbiert wird.

Der Reflektor kann aus einer ebenen reflektierenden t Schicht bestehen, die auf die Innenfläche der Gehäuse rückwand aufliegen oder mit Abstand oberhalb dieser 25 Innenfläche angeordnet sein kann. Das Rohrsystem kann in bezug auf die reflektierende Schicht mit Abstand über dieser oder mit ihr körperlich verbunden vorgesehen sein. Durch die körperliche Verbindung des Rohrsystems mit dem Reflektor wird die Wärmeabführung von 30 dem Reflektor verbessert.

* - 4 -

In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Reflektor im Querschnitt im wesentlichen zick-- zackförmig gestaltet,und es ist je ein Rohrstrang des

Rohrsystems auf einem oberen Grat des Reflektors zu 5 diesem parallelverlaufend befestigt. Durch die Zickzack form wird die Oberfläche des Reflektors vergrößert.

Die schrägen Winkel des Reflektors ermöglichen auch bei schrägem Sonnenlichteinfall eine gute Ausnutzung 10 und Wärmeübertragung auf das Rohrsystem.

Der zickzackförmige Reflektor kann wenigstens in einer - seiner beiden Ebenen spitzwinkelig oder abgerundet oder abgeflacht ausgebildet sein.

Das Rohrsystem besteht vorzugsweise aus Kupfer, dessen 15 gute Wärmeleitfähigkeit bekannt ist. Das Rohrsystem kann beispielsweise als Rohrschlange ausgebildet sein, deren eines Ende an eine Zulaufleitung für ein Wärmeübertragungsmedium und deren anderes Ende an eine Ablaufleitung angeschlossen ist.

20 Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den Sonnenkollektor mit ebener Reflektorschicht, «

Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung der Wirkung 25 schräg auftreffender Sonnenstrahlen und der Wirkung von

Streustrahlung,

Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Sonnenkollektor mit zickzackförmigem Reflektor,und

Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt eines wei-30 teren Ausführungsbeispiels mit ebener Reflektorschicht.

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Der in Figur 1 ira Querschnitt dargestellte Sonnenkollektor besteht aus einem Gehäuse 10, dessen Rahmen 11 aus witterungsbeständigem Bauholz mit tiefschwarzer matter Imprägnierung hergestellt ist. Die Rückseite des Gehäuses wird 5 von einer wasserfesten Spanplatte 12 gebildet, die eine hochtemperaturbeständige Isolierung aus Polyurethanschaum i trägt. Das gesamte Gehäuse 10 ist mit einem eloxierten

Aluminiumprofil 13 eingefaßt.

Die Oberseite des als flacher Kasten ausgebildeten Gehäu-10 ses 10 ist mit einer Platte 14 aus Spezial-Solarglas abge deckt. Das Metallprofil 13, das den Gehäuserahmen 11 umschließt, übergreift die Ränder der Glasplatte 14, so daß diese fest mit dem Gehäuserahmen verbunden ist. Die Unterseite der Glasplatte 14 liegt über Dichtungsstreifen 15 15 auf einem im Innern des Gehäuses 10 umlaufenden Vorsprung 16 auf.

Die Bodenplatte 12 ist mit einer ebenen Reflektorschicht 17 aus Aluminium bedeckt. Über der Reflektorschicht 17 befin-* det sich das Rohrsystem 18, das beispielsweise aus einer

Rohrschlange besteht. Das schlangenlinienförmig gebogene Rohr 19 hat im vorliegenden Fall kreisrunden Querschnitt.

Es besteht aus Kupfer und hat eine dünne Rohrwandung. Die Rohrenden sind an (nicht dargestellte) Anschlußstücke angeschlossen, die aus dem Gehäuse 10 herausführen. Als 25 Ileizmedium kann ein Gemisch aus Kasser und einem Frostschutz mittel durch das Rohr hindurchgeleitet werden.

In Figur 2 sind die Reflexions- und Absorptionsverhältnisse 3 _ - 6 - ί.

des Absorbers 19 schematisch dargestellt. Bei Sonnenschein * (in Figur 2 links) trifft ein Teil der Sonnenstrahlung stets senkrecht auf die Rohrwandungen, und zwar unabhängig c von dem Einfallswinkel der Sonne. Daher ist die Energieaus- 5 beute dieses Kollektors bei Sonnenschein weitgehend unabhängig von der Auftreffrichtung.

Bei diffusem Strahlungseinfall (in Figur 2 rechts) treffen Strahlen aus unterschiedlichen Richtungen auf das Rohr 19 bzw. zwischen die Rohrabschnitte. Die Strahlen werden zum - 1o Teil von der Rohrwand reflektiert und treffen dann irgend wann auf ein anderes Rohr und ein Teil der Strahlung wird an dem Reflektor 17 reflektiert und gelangt von dort an die Rohrrückseite. Insgesamt bietet der Absorber mit rundem (oder wenigstens annäherend rundem) Querschnitt bei diffu-15 sem Strahlungseinfall eine weit größere Absorptions!lâche als ein flacher Absorber. Dies ist gerade für die Anwendung in gemäßigten Klimazonen mit häufiger Bewölkung für eine möglichst gleichmäßige Energieausbeute von großer Wichtigkeit.

20 Gemäß Fig. 3 ist ein Gehäuse 10 im wesentlichen entsprechend dem Beispiel der Figur 1 ausgebildet. Es ist lediglich zur Auflage der Ränder der Glasplatte 14 eine à umlaufende Schulter 21 an dem Rahmen 11 ausgebildet, die den Vorsprung 16 ersetzt. Zwischen dem Rand der 25 Glasplatte 14 und der Schulter 21 ist ein Dichtungsstreifen 15 eingelegt.

Im Inneren des Gehäuses ist das Rohrsystem 18, das beispielsweise aus einer Rohrschlange besteht, fest verbunden mit einem Reflektor 20 aus Kupferprofil. Dieser # i - 7 - i e>

Reflektor 20 hat im Querschnitt im wesentlichen zick-, zackförmigen Verlauf,und je ein Rohrsträng 19 des Rohr systems 18 ist auf einem oberen Grat des Reflektors 20 zu diesem parallelverlaufend befestigt, z.B. aufgelötet.

5 Bei dem Beispiel der Fig. 3 sind die unteren Zacken 23 des Reflektors 20 spitzwinkelig gestaltet, während die oberen Zacken abgeflacht,vorzugsweise zur passenden Aufnahme der Rohre 19 etwas konkav gewölbt sind.

Die unteren Zacken 23 sind an der Innenfläche der Gehäu-10 serückwand 12 befestigt. Die Winkel des Reflektors 20 u sind so gewählt, daß jeweils freie Zwischenräume zwischen * den parallelen Rohrsträngen 19 verbleiben, so daß die

Sonnenlichteinstrahlung auf die Schrägflächen des Reflektors auftrifft und diese die Wärme an die Rohre 15 19 abf(ihren.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Figur 4. In diesem Fall ist eine ebene Reflektorschicht 22 aus Kupfer mit Abstand oberhalb der Innenfläche der Gehäuserückwand 12 angeordnet,und die 20 Rohre 19 des Rohrsystems 18 sind mit der Oberfläche dieses Reflektors 22 ebenfalls körperlich verbunden, z.B. verlötet. Die zu den Rohrsträngen 19 parallelen äußeren Ränder 24 des Reflektors 22 sind in Anpassung an den “ Krümmungsradius der Rohrstränge 19 nach oben gebogen.

‘ 25 Durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Rohr strängen fällt das Sonnenlicht auf den Reflektor 22, und die aufgenommene Wärme wird von diesem gegen das Rohrsystem 18 reflektiert.

ï

Claims

1. Sonnenkollektor mit einem Gehäuse, in dem ein Absorber in Form eines von einem Strömungsmedium durchflossenen Rohrsystems angeordnet ist und das an mindestens einer Wand mit einer strahlungsdurchlässigen Abdeckung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das RohrSystem (18) mindestens ein Rohr (19) mit im wesentlichen rundem Querschnitt aufweist.

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß die Rohre (19) des RohrSystems (18) in einer Ebene mit Abstand nebeneinander angeordnet sind.

3. Sonnenkollektor'nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem (18) mit einem Reflektor (17;20;22) unterlegt ist. &

4. Sonnenkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus einer ebenen reflektierenden Schicht (17;22) besteht.

5. Sonnenkollektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene reflektierende Schicht (17) auf der Innenfläche der Gehäuserückwand (12) aufliegt. ; 1 -2-

6. Sonnenkollektor nach Anspruch 4, dadurch * gekennzeichnet, daß die ebene reflek tierende Schicht (22) mit Abstand oberhalb der Innenfläche der Gehäuserückwand (12) angeordnet ist.

7. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das RohrSystem (18) mit Abstand über der reflektierenden Schicht (17) angeordnet ist.

* 8. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem (18) mit der reflektierenden Schicht (22) körperlich verbunden ist.

9. Sonnenkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (20) im Querschnitt im wesentlichen zickzackförmig gestaltet ist und je ein Rohrstrang (19) des Rohrsystems (18) auf einem oberen Grat des Reflektors (20) zu diesem parallelverlaufend befestigt ist.

10. Sonnenkollektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (20) wenigstens in einer seiner beiden Ebenen spitzwinkelig ausgebildet ist.

11. Sonnenkollektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (20) wenigstens in einer seiner beiden Ebenen abgerundet ausgebildet ist. -3-

12. Sonnenkollektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (20) fr wenigstens in einer seiner beiden Ebenen abgeflacht ausgebildet ist.

13. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem (18) aus Kupfer besteht. 1 u «