DE2508339A1

DE2508339A1 - Sonnen-collector

Info

Publication number: DE2508339A1
Application number: DE19752508339
Authority: DE
Inventors: Arnold Dr Keller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-05-06
Filing date: 1975-02-26
Publication date: 1975-11-20

Description

Sonnen-Oolleotor Die Erfindung betrifft einen Sonnen-Oolleotor (ein Gerät zur Absorption von Sonnenstrahlung), bestehend aus einem an beiden Enden geschlossenen evakuierten oder mit einem schlecht wärmeleitenden Gas gefüllten Hohlzylinder und einem etwa gleichlangen, in dem Hohlzylinder untergebrachten die Sonnenstrahlung absorbierenden Hohlkörper (Absorptionskörper), der von einem zur Wärmeabfuhr dienenden Medium durchflossen wird.
Bei einem bekannten derartigen Sonnen-Collector (vgl. z.3.
USA Pat. 3 125 091) besteht der in einem durchsichtigen Plastik-Hohlzylinder untergebrachte Absorptionkörper aus einem coaxial bzw. parallel zur Längsachse des Hohlzylinders verlaufenden, hitzebeständigen, erforderlichenfalls geschwärzten Plastikrohr (Absorptionsrohr) mit einem im Verhältnis zum Hohlzylinderdurohmesser kleinen lurohmesser. Die Innenseite des Hohlzylinders ist auf der der Sonnenstrahlung zugewandten Seite derart lichtbrechend ausgebildet, daß der größte Teil der einfallenden Sonnenstrahlung fokussiert auf die der Sonnenstrahlung zugewandte Seitenfläohe des Absorptions-Rohres fällt.
Aber auoh die das Absorptions-Rohr nichttreffende Sonnenstrahlung wird nooh wirksam ausgenutzt und zwar daduroh, daß sie von dem - in Einfallr iohtung der Sonnenstrahlung - neben oder hinter dem Absorptionsrohr gelegenen Teil der Innenseite des Hohlzylinders, der mit versetzt angeordneten Spiegelfläohen versehen ist, fokussiert ebenfalls auf das Absorptionsrohr gelenkt wird. Selbst wenn der Wirkungsgrad eines derartigen Sonnen-Colleotors gut sein sollte - Meßergebnisse liegen allerdings nicht vor - so ist dooh der konstruktive Aufbau eines derartigen Sonnen-Colleotors mit den zahlreichen erforderlichen Linsen- und Spiegelsystemen auf der Innenseite des Hohl-Zylinders sehr kompliziert und aufwendig, r kali iloht ovakulort werden.
Dengegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Sonnen-Oolleotor zu sohaffen, der einfaoh im Aufbau und in der Herstellung ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß daduroh gelöst, daß der in dem Hohlzylinder untergebrachte Absorptionskörper als flacher, mit Absorptionsmitteln versehener Glaskörper ausgebildet ist, dessen Breite nur wenig geringer ist als der Innendurohmesser des Hohlzylinders. Der Abstand zwischen dem Absorptionskörper und dem Hohlzylinder muß nur so groß sein, wie es die Vermeidung von beträchtlichen Wärmeleitungsverlusten durch Gasreste erfordert.
Ein derartiger Sonnen-Oolleotor hat somit einen sehr einfachen Aufbau, für den keinerlei komplizierte Teile benötigt werden.
Vorteilhafterweise ist als Absorptionsmittel ein die Sonnenwärme absorbierender, insbesondere selektiver Belag entweder auf oder aber in dem Absorptionskörper angebracht. Die Anbringung in dem Absorptionskörper hat den Vorteil, daß keine Gasabgabe des Absorptionsmittels in das Vakuum erfolgen kann.
Es ist aber auoh möglich, in den Absorptionskörper'einen dünnen, der liohten Weite des Absorptionskörpers weitgehend angepaßten, die Sonnenstrahlung stark absorbierenden Körper einzuschieben, der von dem die Wärme abführenden Medium umströmt wird und auoh noch mit Führungen für das zur Wärmeabfuhr dienende Medium versehen sein kann. Die Anbringung im Innern des Absorptionskörpers hat den Vorteil, daß die Wärmeübertragung auf die Flüssigkeit verbessert wird.
Es kann aber auoh vorteilhaft sein, die absorbierende Schicht erst auf eine Bolie, . aus Kupfer, aufzutragen, die dann ihrerseits auf denwAbsorptionskörper, z.B. durch Kleben, aufgebraoht wird. Es ist aber auch möglioh, die absorbierende Schioht, z.B. als Anstrich, unmittelbar auf dem Absorptionskörper anzubringen. In allen Fällen ist es vorteilhaft, wenn der Absorptionskörper auf seiner der Sonnenstrahlung zugewandten Seite eben ausgebildet ist. Damit dann die der Sonnenstrahlung sugewandte Seite des Absorptionskörpers Jeweils senkreoht zur Einfall-Richtung der Sonnenstrahlung steht, kann der mit dem Absorptionskdrper fest verbundene Hohlzylinder um seine Längsaohse schwenkbar ausgebildet werden.
Um das zur Wärmeabfuhr dienende Medium, das z.B. aus Wasser bestehen kann, unter möglichst vielen Stellen des die Sonnenstrahlung absorbierenden Belages mögliohst wirkungsvoll hindurchfließen zu lassen, kann der Absorptionskörper unter dem Belag ein Kanalsystem enthalten. Vorteilhafterweise kann dieses Kanalsystem aus dem Glas des Absorptionskörpers geformt sein; es kann aber auch z.B. aus einem zusätzlichen U-förmig gebogenen Rohr mit Querwänden bestehen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von mehreren Ausführungsbeispielen erörtert. Es zeigen: Fig. 1 und 2 einen kompletten erfindungsgemäßen Sonnen-Oollector (mit einem Absorptionskörper) in Draufsicht und im Schnitt; Fig. 3 und 4 einen erfindungsgemäßen Absorptionskörper vor Aufbringen der Absorptionssohiobt, in Draufsicht und im Schnitt; Ei£. 5 einen erfindungsgemäßen Absorptionskörper mit einem anderen Kanalsystem; Fig. 6 und 7 einen erfindungsgemäßen Absorptionskörper vor Aufbringen der Absorptionssohioht, mit einem aus einem U-förmig gebogenen Rohr gebildeten Kanalsystem, in Draufsicht und im Schnitt; Fig. 8. 9 und 10 eine Vorrichtung zum Herstellen der Querwände bei einem Absorptionskörper nach Fig. 3.
Der Sonnen-Colleotor .naoh den Fig. 1 und 2 besteht aus einem Hohlzylinder 1 aus Glas, der über einen mit Eingangs- und Ausgangsöffnungen 2, 3 versehenen Glas-Sockel 4 mit dem ebenfalls aus Glas bestehenden Absorptionskörper 5 fest verbunden ist.
Dadurch, daß diese drei Teile aus Glas bestehen, werden die sonst bei der Verwendung von Metall und Glas mögliohen Dichtungssohwierigkeiten bei der notwendigen Evakuierung des Hohlzylinders vermieden. Auf die der Sonnenstrahlung zugewandten Seite des Absorptionskörpers 5 ist der die Wärme absorbierende Belag 6 aufgebracht. Der Absorptionskörper 5 weist beispielsweise bei einer Glassteine von 1 mm und einer Zinke von 6 mm eine Länge von 200 cm bei einer Breite von 8 cm auf und ist in einem Zylinder von etwa 10 cm lurohmesser untergebracht.
An seinem dem Sookel 4 abgewandten Ende des Absorptionskörpers 5 ist zumindest eine stütze 7 zur Abstützung des freien Endes an dem Hohlzylinder 1 vorgesehen. Durch die oeffnungen 2, 3 fließt das zur Wärmeabfuhr dienende Medium z.B. von und zu einem nicht dargestellten Wärmespeicher.
Der mit dem Absorptionskörper 5 durch den Sookel 4 festverbundene Hohlzylinder 1 kann in nicht dargestellter Weise um seine Längsachse schwenkbar sein, um die der Sonnenstrahlung zugewandte Seite des Absorptionskörpers 5 jeweils senkrecht zur Einfall-Richtung der Sonnenstrahlung einstellen zu können.
Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Abscrptionskörper 8 (in Draufsicht und im Schnitt) vor dem Aufbringen des Absorptionsbelages und vor dem Verbinden mit dem zugehörigen Hohlzylinder.
In diesen beiden Figuren ist ein unter dem die Sonnenstrahlung absorbierenden Belag verlaufendes Kanalsystem für das der Wärmeabfuhr dienende Medium erkennbar. Dieses Kanalsystem wird vorteilhaft aus dem Glas des Absorptionskörpers 8 hergestellt.
Die Kanäle 9, die beispielsweise durch eine in Fig. 8 noch näher erläuterte Vorriohtung gebildet sein können, verlaufen im HinundHer-Weg von den offaungen 2, 3 etwa mäanderförmig, so daß weitgehend alle Stellen unter dem die Sonnenstrahlen absorbierenden Belag von dem die Wärme abfllhrenden Medium erreicht werden. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist die der Sonnenstrahlung zugewandte Seite des Absorptionskörpers 8 möglichst eben, wodurch das Aufbringen des Absorptionebelagee durch Aufkleben oder Aufstreiohen erleichtert wird. Die der Sonnenstrahlung abgewandte Seite des Absorptionskdrpers ist zwecks Bildung des Kanalsystems wellig ausgeformt und an den Stellen 10 mit der ebenen Seite festverbunden. An die der Sonnenstrahlung abgewandten Seite kann ferner nooh in nioht dargestellter Weise eine Schicht oder eine Folie von geringer Wärmeabstrahlung, s.B. eine Spiegelschicht oder eine spiegelnde Metallfolie, vorgesehen sein.
Das Kanalsystem in dem Absorptionskörper kann auch in anderer Weise ausgebildet sein, z.B. wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Die Ausgangsöffnung 12 kann bei dieser Ausführung etwa in der Mitte des Sockels liegen. Wesentlioh ist bei allen Ausführungen, daß die Eingangs- und Ausgangsöffnungen immer an derselben Seite des Sonnen-Colleotors liegen, um unerwünschte Spannungen im Absorptionskörper zu vermeiden.
Eine weitere beispielsweise Ausführungsform des Absorptionskörpers ist aus Fig. 6 ersichtlich. Der zugehörige Glaskörper 13 besteht aus einem U-förmig gebogenen Rohr, in dem quer zur Fließrichtung des zur Wärmeabfuhr dienenden Mediums Querwände 14 vorgesehen sind, die in ihrem oberen Teil sohmale Durohflußöffnungen 15 aufweisen. Durch diese eigen Stellen wird erreicht, daß Luftblasen, die sioh durch die Erwärmung gebildet haben könnten und in den Jeweils höhergelegenen Teil des Kanals gestiegen sind, mit der Strömung mitgerissen werden. Die PlieB-riohtung des Mediums ist wieder durch Pfeile gekennzeichnet.
Das in dem Absorptionskörper benötigte Kanalsystem läßt sioh vorteilhaft aus dem Glas des Absorptionskörpers herstellen So kann man beispielsweise bei einer Form gemäß Fig. 3 und 4 von einem Rohr 16 (Fig. 8, 9 und 10) ausgehen, das an einer Seite geschlossen ist und an der anderen Seite zwei dünnere Rohre 17, 18 als Ein- und Auslaß für das zur Wärmeabfuhr dienende Medium trägt. Dieses Rohr wird auf eIne Matrize 19 mit hervorstehenden Stahlstreifen 20 (entsprechend den Kanalwänden 10 in Fig. 3) gelegt, mit einer Platte 21 belastet, erhitzt und dann zusammengedrckt, wobei sich die bervorstehenden Streifen 20 in das Glas eindrücken und die gegenüherliegenden Wände das Glasrohres miteinander verschmelzen, woduroh die Trennwände zwischen den Kanälen gebildet werden. Um die Auswölbung der Kanäle zu fördern, schließt man während des Verformungsprozesses das Rohr zeitweise; am Schluß ist es vorteilhafterweise offen, damit sioh die Trennwände zwischen den Kanälen gut ausbilden können. Dieses zeitweise Schließen bewerkstelligt man am einfachsten, indem man einen der beiden Zuführungsrohre z.B. 17 von Anfang an schließt, das andere 18 in eine feine Kapillare aussieht. Diese Kapillare kann man bequem durch lokale Erhitzung sohllsBsn, durch Zerbrechen öffnen.
Naoh dieser Fertigung des Glasteiles des Absorptionskörpers wird der absorbierende Belag aufgebracht, wohei insbesondere eine selektiv absorbierende Schicht verwendet wird, die die Sonnenstrahlung stark absorbiert, aber infrarote Strahlung wenig emittiert. Der Belag kann innen oder außen auf den Absorptionskörper angebracht werden. Vorteilhaft ist es, die selektive Sioht zunächst auf eine Folie, z.B. aus Kupfer, aufzutragen und dann diese Folie auf den Absorptionskörper aufzubringen, z.B. aufzukleben. Es ist aber auch möglioh, die selektive Schicht, z.B. als Anstrich, unmittelbar auf den Absorptionskdrper aufzubringen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß als Absorptionsmittel in den Hohlraum des Absorptionskörpers ein dünnes, der lichten Weite des Absorptionskörpers weitgehend angepaßtes und die Sonnenstrahlung stark absorbierendes Bleich eingesohoben ist, das auf seiner der Sonnenstrahlung abgewandten Seite mit Führungen für das zur Wärmeabfuhr dienende Medium (etwa nach Art der Fig. 3 oder 5) versehen ist.
Naoh Aufbringen des absorbierenden Belages auf den Absorptionskörper wird mindestens eine Stütze (z.3. 7 gemäß Fig. 2) an dem Absorptionskörper angebracht, um diesen nur am Sockel befestiton Körper an seinem freien Ende am äußeren Hohlzylinder abstützen zu können. Dann wird der AbsorptionskOrper in den äußeren Hohlzylinder geschoben und am Sockel verschmolzen. Der Hohlzylinder, der zunächst noch an einer Seite offen ist, wird schließlich an der offenen Seite verlangt, evakuiert und abgesobmolzen.

Claims

Patentansprüche

(1. Sonnen-Collector (Gerät zur Absorption von Sonnenstrahlung), bestehend aus einem.an beiden Enden geschlossenen evakuierten oder mit einem schlecht wärmeleitenden Gas gefüllten Hohlzylinder und einem etwa gleichlangen, in dem IIohlzylinder untergebrachten die Sonnenstrahlung absorbierenden Hohlkörper (Absorptionskörper), der von einem zur Wärmeabfuhr dienenden Medium durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Hohlzylinder (1) untergebrachte Absorptionskörper (5) als flacher, mit Absorptionsmitteln versehener Glaskörper ausgebildet ist, dessen Breite (B) nur wenig geringer ist als der Innendurchmesser (D) des Hohlzylinders (z.B. B = 4/5 D).
2. Sonnen-Collector nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Absorptionsmittel ein die Sonnenwärme absorbierender Belag (6) an dem Absorptionskörper (5) angebracht ist.
3. Sonnen-Collector nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag aus einer selektiven Schicht besteht, die die Sonnenstrahlung weitgehend absorbiert, die aber infrarote Strahlung wenig emittiert.
4. Sonnen-Collector nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der absorbierende Be-lag auf der Außenwandung des Absorptionskörpers angebracht ist.
5. Sonnen-Collector nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der absorbierende Belag auf der Innenwandung eines für infrarote Strahlung gut durchlässigen Absorptionskörpers angebracht ist.
6. Sonnen-Collector nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Absorptionsmittel in den Hohlraum des Absorptionskörpers ein dünner, in seiner Breite der lichten Weite des Absorptionskörpers weitgehend angepaßter, die Sonnenstrahlung stark absorbierender Körper eingeschoben ist, der von dem die Wärme abführenden Medium umströmt wird.
7. Sonnen-Collector nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Hohlraum des Absorptionskörpers eingeschobene Körper mit Führungen für das zur Wärmeabfuhr dienende Medium versehen ist.
8. Sonnen-Collector nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Schicht auf eine Folie, z.B. aus Kupfer, aufgetragen ist, die ihrerseits auf den Absorptionskörper aufgebracht, z.B. aufgeklebt ist.
9. Sonnen-Collector nach den Patentansprüchen 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorptionskörper auf seiner der Sonnenstrahlung zugewandten Seite eben ausgebildet ist.
10. Sonnen-Collector nach den Patentansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Schicht, z.B. als Anstrich, unmittelbar auf den Absorptionskörper aufgebracht ist.
11. Sonnen-Collector nach den Patentansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (1) und der Absorptionskörper (5) je an ihrem einen Ende durch einen ebenfalls aus Glas bestehenden Verbindungskörper nach Art eines Sockels (4) miteinander verbunden sind.
12. Sonnen-Collector nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (4) Eingangs- und Ausgangsöffnungen (2, 3) für das zur Wärmeabfuhr dienende Medium aufweist und in eine Fassung einschiebbar ist.
13. Sonnen-Collector nach den Patentansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichet, daß der mit dem Absorptionskörper festverbundene Hohlzylinder um seine Längsachse schwenkbar ausgebildet ist, so daß die die Sonnenstrahlung absorbierende Fläche des Absorptionskörpers jeweils senkrecht zur Einfallrichtung der Sonnenstrahlung einstellbar ist.
14. Sonnen-Collector nach den Patentansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die der Sonnenstrahlung abgewandte Seite des Absorptionskörpers mit einer Schicht geringer Wärmeabstrahlung, z.Bo einer Verspiegelung, versehen ist.
15. Sonnen-Collector nach den Patentansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Sonnenstrahlung abgewandten Seite des Absorptionskörpers eine Folie geringer Wärmeabstrahlung, z.B. eine spiegelnde Metallfolie, angeordnet ist.
16. Sonnen-Collector nach den Patentansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Belag des Absorptionskörpers ein Kanalsystem vorgesehen ist, in dem das zur Wärmeabfuhr dienende Medium unter möglichst viele Stellen des die Sonnenwärme absorbierenden Belages fließen kann.
17. Sonnen-Collector nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalsystem aus dem Glas des Absorptionskörpers geformt ist.
18. Sonnen-Collector nach den Patentansprüchen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Wärme abfuhr dienende Medium an der in Betriebsstellung des Collectors tiefer liegenden Flanke des Absorptionskörpers in das Kanalsystem eingeleitet wird.
19. Sonnen-Collector nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichne t, daß das Kanalsystem so ausgebildet ist, daß das kühlere Medium in den nahe dem Rand des Absorptionskörpers gelegenen Kanälen strömt.
20. Sonnen-Collector nach den Patentansprüchen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kanalsystem quer zur Fließrichtung des zur Wärmeabfuhr dienenden Mediums Querwände (14) vorgesehen sind, die die Strömung im wesentlichen nur in dem oberen Teil des Kanals durchlassen (Fig. 6).
21. Verfahren zur Herstellung des Absorptionskörpers nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß ein oder mehrere Glasrohre abgeflacht werden.
22. Verfahren zur Herstellung des Absorptionskörpers nach Patentanspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in dem flachgedrückten Rohr (16) durch eine Matrize (19) die Wände zur Bildung des Kanalsystems geschaffen werden (Fig. 8, 9, 10).
23. Absorptionskörper nach Patentanspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Herstellung des Absorptionskörpers verwendete Glasrohr U-förmig gebogen ist.
24. Absorptionskörper nach Patentanspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Herstellung des Absorptionskörpers verwendete Glasrohr ein gebogenes Rohr mit mehr als je einem hin- und hergehenden Abschnitt ist.
25. Absorptionskörper nach Patentanspruch 21, d a d u r c h g e k e n -n z e i c h n e t daß das zur Herstellung des Absorptionskörpers verwendete Glasrohr an einem Ende geschlossen ist und am anderen Ende in zwei dünneren Rohren ausmündet.
26. Verfahren nach Patentanspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere der zur Herstellung des Absorptionskörpers verwendete Glasrohre während des Verformungsprozesses zeitweise vollkommen geschlossen sind.

L e e r s e i t e