WO1989012205A1 - Adjustable solar heat collector with absorber through which a fluid is conveyed - Google Patents

Adjustable solar heat collector with absorber through which a fluid is conveyed Download PDF

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WO1989012205A1
WO1989012205A1 PCT/DE1989/000333 DE8900333W WO8912205A1 WO 1989012205 A1 WO1989012205 A1 WO 1989012205A1 DE 8900333 W DE8900333 W DE 8900333W WO 8912205 A1 WO8912205 A1 WO 8912205A1
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lamella
fluid
tube
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Uwe Pagel
Dieter Nienstedt
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Uwe Pagel
Dieter Nienstedt
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    • F24S50/80—Arrangements for controlling solar heat collectors for controlling collection or absorption of solar radiation
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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F24S10/72—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits the tubular conduits being integrated in a block; the tubular conduits touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the invention relates to an adjustable solar collector with an absorber through which a fluid flows and at least two lamellae arranged parallel to one another and through which the fluid flows, which are provided on their upper side with a heat absorption layer and, like a louver, can be pivoted about a longitudinal axis between a closed position, in which the sheets lie flat next to each other in approximately one level, and an open position in which the slats release a maximum opening gap between them.
  • Such an embodiment can be taken from DE-OS 26 24 646.
  • This previously known solar collector also serves to protect a room from the sun's rays. In the case of completely slats, a passage of light of at least 85% is possible. In the closed position, the slats lie against each other, which can be sufficient due to the effect of a double-walled wall with a glass roof, which is heat and noise-insulating.
  • the outer slat layer is black, not Reflect the surface provided, while the inner surface can have any Fa.
  • the slats can be adjusted manually or with a motor using a push rod.
  • the lamellae are hollow and can have fluidic design in their interior ribs. The invention has for its object to provide an improved Son nenkollektor available.
  • each lamella consists of a central longitudinal tube and at least two vanes which are attached to the outer jacket and are diametrically opposite one another and which extend over the length of the lamella in constant width and have cavities for guiding the fluid and have the heat absorption layer on its top.
  • a sun collector according to the invention arranged in or in front of a wall opening thus closes this opening when the slats are in the closed position and thereby keeps daylight out, while daylight can penetrate through the opening when the slats are at least partially opened.
  • the solar collector is used for daylight regulation or shading.
  • the underside of the wing can be white or mirrored. On particularly hot days, it is advisable to turn the underside of the slats towards the sky in order to reflect a controllable portion of the heat radiation. Even at particularly low temperatures, e.g. at night, with such a slat position, the cold temperature radiation can be largely reflected.
  • the fluid flowing through the fins is preferably a liquid, e.g. deposit-free water or a special oil, which is preferably pumped in a normal cycle.
  • a plurality of lamellae can be combined to form a module, one for all lamellae common adjustment drive and a flow line and a return line.
  • an adjusting device can be provided to track the collector.
  • the new solar collector e.g. Equip roofs completely or partially.
  • the slats according to the invention behind large glazed fronts directed towards the south side (e.g. industrial halls, open-plan offices, apartment buildings, terraces or the like).
  • the embodiment according to the invention is also suitable for covering greenhouses in nurseries. In industrial halls in particular, the regulation of the incidence of daylight saves considerable costs for artificial light.
  • the slats When used as roof scaffolding, the slats are preferably attached under a glass or synthetic glass covering so that they can be turned freely. Additional glazing can be provided below the lamella, so that an air cushion is created between the two glazings, which prevents insulation from forming condensation water.
  • An otherwise usual roof construction can be dispensed with. The living quality and / or the possible uses of attics or the like. can be improved in this way. Due to the modular design, gradual retrofitting is possible. The assembly of the individual modules and / or the replacement of defective parts are particularly easy.
  • Figure 1 shows a cross section through a slat of a sun collector
  • FIG. 1A shows a detail of FIG. 1 in a modified embodiment
  • FIG. 2 shows the lamella according to FIG. 1 with a lower insulation
  • FIG. 3 shows the slat according to Figure 2 with a housing
  • FIG. 4 the lamella according to FIG. 3 with an upper glass cover
  • FIG. 5 shows the lamella according to Figure 2 installed in a translucent tube
  • Figure 6 shows a lamella according to Figure 1 in plan view
  • FIG. 7 a plurality of slats joined to form a module in the closed position and top view
  • Figure 8 shows the representation of Figure 7 in front view un
  • Figure 9 in front view two arranged side by side
  • the lamella 1 shown in Figure 1 consists of a central longitudinal tube 2, which carries on its outer jacket 3 two diametrically opposite wings 4, which extend over the length of the lamella 1 in a constant width (see also Figure 6) and cavities 5 to guide the fluid.
  • Each wing 4 and possibly also the central longitudinal tube 2 are provided on their upper side with a heat absorption layer 6.
  • the underside of the wing can be white or mirrored.
  • the central longitudinal tube 2 can serve for the feed line 28 and for the drain line 29 of the fluid, which is preferably a liquid 10 (see FIG. 6). If the lamella 1 is to be operated in a two-way system, a feed pipe 11 can be concentrically inserted into the central longitudinal pipe 2, as shown in FIG forms for the return.
  • the underside of the wing 7 can be covered by insulation which, according to the exemplary embodiment, also extends over the underside of the longitudinal tube 2.
  • Figure 3 shows that this insulation 14 can be enclosed by a housing 15 which is made of metal or plastic.
  • the longitudinal walls 16 of the housing 15 extend beyond the absorption layer 6 of the wings 4.
  • the housing 15 is closed by a translucent cover 1.
  • Figure 5 shows a modified embodiment, in which the lamella 1 is enclosed by a translucent tube 18, the lamella 1 between its wings 4 carrying two diametrically opposed transparent sun protection wings 19 on the outer tube 3 of the longitudinal tube 2.
  • - 6 -
  • FIG. 6 shows a lamella according to FIG. 1 or 2 in a top view, that is to say with a heat absorption layer 6 on top.
  • the cavities 5 for the liquid 10 are designed in the form of lines 20 which are each closed to the outside by plugs 21 and Are connected via a flow connection line 22 and a return connection line 23 to the central longitudinal pipe 2, into which - seen in the direction of flow of the liquid 10 - one behind the flow connection line 22 and one before the return flow connection line 23 Reducer 24 for operation i 5 one-way system is used.
  • the central longitudinal pipe 2 merges at its two ends into a connecting pipe piece 25, which can be connected via a sealing ring 26 and a screw connection 27 to a feed pipe 28 or a return pipe 29 (see FIGS. 7 and 8).
  • FIG. 7 shows that a plurality of fins 1 can be combined to form a module 30 which has a common adjusting drive 31 for all the fins 1 as well as the feed line 2 and the return line 29 mentioned.
  • the adjusting drive 31 is shown only schematically in the form of a toothed rack 32, i each of which has a toothed wheel or the like connected in a rotationally fixed manner to the lamella 1. intervenes.
  • the adjusting drive can also from a chain or cable drive or the like. consist.
  • the connecting pipe piece 25 of each lamella 1 also forms a rotary bearing for the lamellae 0 le 1, for which a central bearing 34 is also provided.
  • two modules 30 are schematically shown side by side in a front view, the slats 1 of the left module being in the closed position and those of the right module being in their 5 open position.
  • the incidence of light 35 is indicated by dashed lines.

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Description

Verstellbarer Sonnenkollektor mit einem von einem Fluid durchströmten Absorber
Die Erfindung betrifft einen verstellbaren Sonnenkollektor mi einem von einem Fluid durchströmten Absorber mit zumindest zw parallel nebeneinander angeordneten, von dem Fluid durchström Lamellen, die auf ihrer Oberseite mit einer Wärmeabsorptions¬ schicht versehen und jalousieähnlich um eine Längsachse ver¬ schwenkbar sind zwischen einer Schließstellung, in der die La len in angenähert einer Ebene flach nebeneinander liegen, und einer Offenstellung, in der die Lamellen zwischen sich einen maximalen Öffnungsspalt freigeben.
Eine derartige Ausführungsform läßt sich der DE-OS 26 24 646 nehmen. Dieser vorbekannte Sonnenkollektor dient zugleich auc zum Schutz einer Räumlichkeit vor Sonnenstrahlen. Bei ganz ge neten Lamellen ist ein Lichtdurchgang von zumindest 85 % mögl In geschlossener Stellung liegen die Lamellen aneinander an, durch der Effekt einer zweischaligen Wand mit einem Glasdach reicht werden kann, was sich wärme- und geräuschdämmend auswi Die äußere Lamellenschicht ist mit schwarzer, nicht reflektie der Oberfläche versehen, während die Innenfläche beliebige Fa aufweisen kann. Die Lamellenverstellung kann manuell oder mit Motor über eine Schubstange erfolgen. Die Lamellen sind insge hohl ausgebildet und können in ihrem Innenraum Führungsrippen strömungstechnischen Gestaltung aufweisen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Son nenkollektor zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede Lamelle aus einem mittigen Längsrohr und zumindest zwei an desse Außenmantel befestigten, einander diametral gegenüberliegenden Flügeln besteht, die sich über die Länge der Lamelle in konstan¬ ter Breite erstrecken und Hohlräume zur Führung des Fluids sowie auf ihrer Oberseite die Wärmeabsorptionsschicht aufweisen.
Ein in oder vor einer WandungsÖffnung angeordneter Sonnenkollek¬ tor gemäß der Erfindung verschließt also diese Öffnung bei Schließstellung der Lamellen und hält dadurch das Tageslicht fern, während bei einer zumindest teilweisen Öffnung der Lamel¬ len Tageslicht durch die Öffnung eindringen kann. Der Sonnenkol- lektor dient also zur Tageslichtregulierung bzw. Schattierung.
Die Flügelunterseite kann weiß oder verspiegelt ausgebildet sein An besonders heißen Tagen kann es sich empfehlen, die Lamellen mit ihrer Unterseite himmelwärts zu drehen, um so einen steuer- baren Anteil der Wärmestrahlung zu reflektieren. Auch bei beson ders niedrigen Temperaturen, z.B. nachts, kann bei einer derart gen Lamellenstellung die kalte Temperaturstrahlung zu einem großen Teil reflektiert werden.
Das die Lamellen durchströmende Fluid ist vorzugsweise eine Flü sigkeit, z.B. ablagerungsfreies Wasser oder ein Spezialöl, das vorzugsweise über Pumpen in einem üblichen Kreislauf geführt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform lassen sich mehrere Lame len zu einem Modul zusammenfassen, das für alle Lamellen einen gemeinsamen VerStellantrieb sowie eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung aufweist. Dabei kann eine den Kollektor den So nenstrahlen nachführende Versteileinrichtung vorgesehen werden.
Mit dem neuen Sonnenkollektor lassen sich z.B. Dächer ganz ode teilweise einrüsten. Es ist aber auch möglich, die erfindungsg mäßen Lamellen hinter zur Südseite gerichtete großflächige Gla fronten zu installieren (z.B. Industriehallen, Großraumbüros, Wohnhäuser, Terrassen o.dgl.). Als Schattierungsanlage eignet sich die erfindungsgemäße Ausführungsform auch für die Bedachu von Gewächshäusern in Gärtnereien. Insbesondere in Industrie¬ hallen werden durch die Regulierung des Tageslichteinfalls er¬ hebliche Kosten für Kunstlicht gespart.
Bei der Verwendung als Dacheinrüstung werden die Lamellen vor- zugsweise unter einer Glas- oder Kunstglaseindeckung angebrach so daß sie sich ungehindert drehen lassen. Unterhalb der Lamell kann eine weitere Verglasung vorgesehen werden, so daß zwische den beiden Verglasungen ein Luftpolster geschaffen wird, das al Isolierung eine Schwitzwasserbildung verhindert. Auf eine sonst übliche Dachkonstruktion kann verzichtet werden. Die Wohnguali und/oder die Verwendungsmöglichkeiten von Dachräumen o.dergl. lassen sich so verbessern. Aufgrund der Modulbauweise ist ein schrittweises Nachrüsten möglich. Die Montage der einzelnen Mo¬ dule und/oder das Auswechseln defekter Teile sind besonders ei fach.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, zumindest einzelne Lamel len zur Stromerzeugung mit Solarzellen zu besetzen, wobei dann das Fluid zur Kühlung, also zur Wärmeabfuhr dient.
Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüc und werden in Verbindung mit weiteren Vorteilen der Erfindung hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. - 4 -
In der Zeichnung sind einige als Beispiele dienende Ausführungs¬ formen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch eine Lamelle eines Sonne kollektors;
Figur 1A ein Detail der Figur 1 in abgewandelter Ausfüh¬ rungsform;
Figur 2 die Lamelle gemäß Figur 1 mit einer unteren Iso- lierung;
Figur 3 die Lamelle gemäß Figur 2 mit einem Gehäuse;
Figur 4 die Lamelle gemäß Figur 3 mit einer oberen Glas- abdeckung;
Figur 5 die Lamelle gemäß Figur 2 eingebaut in ein licht durchlässiges Rohr;
Figur 6 eine Lamelle gemäß Figur 1 in Draufsicht;
Figur 7 mehrere zu einem Modul zusammengeschlossene La¬ mellen in Schließstellung und Draufsicht;
Figur 8 die Darstellung gemäß Figur 7 in Stirnansicht un
Figur 9 in Stirnansicht zwei nebeneinander angeordnete
Module mit in Schließ- und Offenstellung befind¬ lichen Lamellen. Die in Figur 1 dargestellte Lamelle 1 besteht aus einem mittige Längsrohr 2, das an seinem Außenmantel 3 zwei sich diametral ge genüberliegende Flügel 4 trägt, die sich über die Länge der La¬ melle 1 in konstanter Breite erstrecken (siehe auch Figur 6) un Hohlräume 5 zur Führung des Fluids aufweisen. Jeder Flügel 4 un ggf. auch das mittige Längsrohr 2 sind auf ihrer Oberseite mit einer Wärmeabsorptionsschicht 6 versehen. Die Flügelunterseite kann weiß oder aber verspiegelt sein.
Das mittige Längsrohr 2 kann zur Zuleitung 28 sowie zur Ablei- tung 29 des Fluids dienen, das vorzugsweise eine Flüssigkeit 10 ist (siehe Figur 6) . Soll die Lamelle 1 im Zweiwegesystem be¬ trieben werden, kann gemäß Figur 1A in das mittige Längsrohr 2 konzentrisch ein Vorlaufröhr 11 eingesetzt sein, dessen Außen¬ mantel über Abstandshalter 12 einen lichten Abstand von der Innenwandung des Längsrohres 2 aufweist und mit dieser einen Ringraum 13 für den Rücklauf bildet.
Gemäß Figur 2 kann die Flügelunterseite 7 durch eine Isolation abgedeckt sein, die sich gemäß Ausführungsbeispiel auch über di Unterseite des Längsrohres 2 erstreckt. Figur 3 läßt erkennen, daß diese Isolation 14 von einem Gehäuse 15 umschlossen sein kann, das aus Metall oder Kunststoff besteht. Gemäß Figur 4 sin die Längswände 16 des Gehäuses 15 bis über die Absorptions- schicht 6 der Flügel 4 hinaus geführt. Das Gehäuse 15 ist bei dieser Ausführungsform durch eine lichtdurchlässige Abdeckung 1 verschlossen.
Figur 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei der die Lamelle 1 von einem lichtdurchlässigen Rohr 18 umschlossen ist, wobei die Lamelle 1 zwischen ihren Flügeln 4 zwei sich diametra gegenüberliegende transparente Sonnenschutzflügel 19 am Außenma tel 3 des Längsrσhres 2 trägt. - 6 -
Figur 6 zeigt eine Lamelle gemäß Figur 1 oder 2 in Draufsicht, also mit oben liegender Wärmeabsorptionsschicht 6. Die Hohlräu¬ me 5 für die Flüssigkeit 10 sind in Form von Leitungen 20 ausge¬ bildet, die nach außen jeweils über Stopfen 21 verschlossen sind 0 und über eine Vorlauf-Verbindungsleitung 22 sowie eine Rücklauf- Verbindungsleitung 23 mit dem mittigen Längsrohr 2 in Verbindung stehen, in das - in Strömungsrichtung der Flüssigkeit 10 gese¬ hen - hinter die Vorlauf-Verbindungsleitung 22 und vor die Rück¬ lauf-Verbindungsleitung 23 je ein Reduzierstück 24 zum Betrieb i 5 Einwegsystem eingesetzt ist. Das mittige Längsrohr 2 geht an seinen beiden Enden in je ein Anschlußrohrstück 25 über, das übe einen Dichtring 26 sowie eine Verschraubung 27 an eine Vorlauf- leitung 28 bzw. eine Rücklaufleitung 29 angeschlossen werden kann (siehe Figuren 7 und 8). 0
Figur 7 läßt erkennen, daß mehrere Lamellen 1 zu einem Modul 30 zusammengefaßt werden können, das für alle Lamellen 1 einen ge¬ meinsamen VerStellantrieb 31 sowie die genannte Vorlaufleitung 2 und die Rücklaufleitung 29 aufweist. Der Versteilantrieb 31 ist 5 lediglich schematisch dargestellt in Form einer Zahnstange 32, i die jeweils ein drehfest mit der Lamelle 1 verbundenes Zahnrad o.dergl. eingreift. Der Versteilantrieb kann auch aus einem Ket ten- oder Seiltrieb o.dergl. bestehen. Das Anschlußrohrstück 25 jeder Lamelle 1 bildet zugleich eine Drehlagerung für die Lamel 0 le 1, für die außerdem ein Mittellager 34 vorgesehen ist.
Gemäß Figur 9 sind zwei Module 30 nebeneinander schematisch in Stirnansicht dargestellt, wobei sich die Lamellen 1 des linken Moduls in Schließstellung und die des rechten Moduls in ihrer 5 Offenstellung befinden. Der Lichteinfall 35 ist gestrichelt an¬ gedeutet.

Claims

Schutzansprüche;
1. Verstellbarer Sonnenkollektor mit einem von einem Fluid durchströmten Absorber mit zumindest zwei parallel nebeneinander angeordneten, von dem Fluid durchströmten Lamellen (1), die auf ihrer Oberseite mit einer Wärmeab¬ sorptionsschicht (6) versehen und jalousieähnlich um ein Längsachse verschwenkbar sind zwischen einer Schließstel lung, in der die Lamellen (1) in angenähert einer Ebene flach nebeneinander liegen, und einer Offenstellung, in die Lamellen (1) zwischen sich einen maximalen Öffnungs¬ spalt freigeben, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lamell (1) aus einem mittigen Längsrohr (2) und zumindest zwei dessen Außenmantel (3) befestigten, einander diametral gegenüberliegenden Flügeln (4) besteht, die sich über di Länge der Lamelle (1) in konstanter Breite erstrecken un Hohlräume (5) zur Führung des Fluids sowie auf ihrer Obe seite die Wärmeabsorptionsschicht (6) aufweisen. (Figuren 1 und 6)
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelunterseite (7) durch eine Isolation (14) abgedeckt ist. (Figur 2) - 3 -
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, d die Isolation (14) von einem Gehäuse (15) umschlossen ist. (Figur 3)
4. Sonnenkollektor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeic net, daß die Flügelunterseite (7) oder die Isolation (14) oder das Gehäuse (15) auf ihrer der Lamelle (1) abgewandt Seite weiß oder verspiegelt ist.
5. Sonnenkollektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das genannte Gehäuse (15) sich mit zumindest seinen Längs wänden (16) bis über die Absorptionsschicht (6) der Flüge (4) hinaus erstreckt und auf seiner Oberseite durch eine lichtdurchlässige Abdeckung (17) verschlossen ist. (Fig.4)
6. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lamelle (1) von einem lichtdurchlässigen Rohr (18) umschlossen ist. (Figur 5)
7. Sonnenkollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Flügeln (4) zwei sich diametral gegenübe liegende transparente Sonnenschutzflügel (19) am Außenman tel (3) des Längsrohres (2) befestigt sind. (Figur 5)
8. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mittige Längsrohr (2) zur
Zu- und Ableitung (8,9) des Fluids dient. (Figur 6)
9. Sonnenkollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, im mittigen Längsrohr (2) konzentrisch ein Vorlaufröhr (1 eingesetzt ist, das mit der Innenwandung des Längsrohres einen Ringraum (13) für den Rücklauf bildet. (Figur 1A)
10. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, durch gekennzeichnet, daß jede Lamelle (1) um mehr als 36 drehbar ist.
11. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, durch gekennzeichnet, daß das Fluid eine Flüssigkeit ist.
12. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, durch gekennzeichnet, daß mehrere Lamellen (1) zu einem Modul (30) zusammengefaßt sind. (Figuren 7 und 9).
13. Sonnenkollektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul (30) für alle Lamellen (1) einen gemeinsame VerStellantrieb (31) aufweist. (Figuren 7 und 9)
14. Sollenkollektor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Modul (30) eine Vorlaufleitung (28) und eine Rücklaufleitung (29) aufweist. (Figuren 7 und 9)
15. Sonnenkollektor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Versteilantrieb (31) eine Zahnstange (3 aufweist, in die jeweils ein drehfest mit einer Lamelle ( verbundenes Zahnrad (33) o.dergl. eingreift.
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DEP3818327.7 1988-05-30

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