DE2651738A1 - Solar energy collector in rectangular housing - with pressed glass cover lens-shaped outside and faceted on the underside - Google Patents
Solar energy collector in rectangular housing - with pressed glass cover lens-shaped outside and faceted on the undersideInfo
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Abstract
Description
Sonnenkollektor in Bausteinform Block solar collector
Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor in Baueteinform, bestehend aus einem rechteckigen, allseitig geschlossenen Gehäuse sowie einem in diesem Gehäuse im Bereich der einfallenden Wärmestrahlung angeordneten und von einem flüssigen Wärmeträger durchströmten Absorber.The invention relates to a solar collector in modular form, consisting from a rectangular housing closed on all sides as well as one in this housing arranged in the area of the incident thermal radiation and from a liquid Heat transfer medium flowed through the absorber.
Sonnenkollektoren dieser Art sind bekannt und bestehen im allgemeinen aus einem isolierten, relativ flachen Gehäuse, in dem gewöhnlich geschwärzte Rohrschlangen zur Führung des Wärmeträgers angeordnet sind. Nachteilig bei diesen bekannten Sonnenkollektoren ist vor allem, daß sie nur während einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne des Tages, d.h.Solar panels of this type are known and generally exist from an insulated, relatively flat housing, in which usually blackened coils are arranged to guide the heat transfer medium. A disadvantage of these known solar collectors is above all that during a comparatively short period of the day, i.e.
im allgemeinen während des Sonnenhöchststandes, die angestrebte Temperaturerhöhung des Wärmeträgers gewährleisten können und daß die maximal erreichbaren Temperaturen, auf die der Wärmeträger erhitzt werden kann, relativ niedrig liegen und kaum 700 übersteigen können. Dies hat einerseits zur Folge, daß aufgrund der unterschiedlichen Einstrahlbedingungen im Verlaufe eines Tages an sich vorhandene Wärmestrahlungsenergie nicht genutzt werden kann, da ein Nachstellen der Kollektoren entsprechend dem jeweiligen Sonnenstand unwirtschaftlich wäre, und macht es andererseits erforderlich, daß im Falle der Verwendung derartiger Sonnenkollektoren im Zusammenhang mit Warmwasserheizungen relativ große Speicherbehälter benötigt werden, um bei den sich ergebenden relativ niedrigen Temperaturen eine ausreichende Wärmemenge speichern zu können.generally during the highest point of the sun, the Desired temperature increase of the heat carrier can ensure and that the maximum achievable temperatures to which the heat transfer medium can be heated, are relatively low and can hardly exceed 700. On the one hand, this has to Consequence that due to the different irradiation conditions in the course of a Day in itself existing thermal radiation energy can not be used because a Adjusting the collectors according to the respective position of the sun is uneconomical would, and on the other hand makes it necessary that in the case of use of such Solar panels in connection with hot water heating systems have relatively large storage tanks are required at the resulting relatively low temperatures a to be able to store sufficient heat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sonnenkollektor der eingangs definierten Gattung so auszugestalten, daß er unter gleichzeitiger Gewährleistung einer einfachen Herstellung bei stationärem Einbau eine wesentlich bessere Ausnützung des sich im Verlauf eines Tages ergebenden Dargebots an Sonnenwärmeenergie ermöglicht und gleichzeitig eine optimale Anhebung der Temperatur des Wärmeträgers im Absorber sicherstellt.The object of the present invention is to provide a solar collector initially defined in such a way that it is under simultaneous guarantee a simple production with stationary installation a much better utilization the resulting supply of solar thermal energy in the course of a day and at the same time an optimal increase in the temperature of the heat transfer medium in the absorber ensures.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die der einfallenden Wärmestrahlung ausgesetzte Deckwand des Gehäuses aus einer strahlungsbündelnden, mittensymmetrisch ausgebildeten Facettenscheibe besteht, daß sich die einzelnen, unmittelbar aneinandergrenzenden und Jeweils gegeneinander geneigte Flächen besitz-enden Facetten parallel zu einer Seitenwandung des Gehäuses erstrecken, daß die in das Gehäuseinnere gerichteten Spitzen der Facetten zumindest im wesentlichen auf einem Kreisbogen liegen und die Winkel zwischen den an diesen Spitzen zusammenstoßenden Facettenflächen von der Scheibenmitte nach außen zunehmend größer werden, und daß der Absorber im Bereich der Brennebene der Facettenscheibe angeordnet ist.This object is achieved according to the invention in that the the top wall of the housing, which is exposed to incident thermal radiation, consists of a radiation-bundling, symmetrically formed facet disc consists that the individual, surfaces that are directly adjacent to one another and are inclined towards one another Facets extend parallel to a side wall of the housing that the Inner housing directed tips of the facets at least substantially on one Circular arc lie and the angles between those at these tips butting facet surfaces from the center of the pane to the outside become increasingly larger and that the absorber is arranged in the area of the focal plane of the facet disk is.
Durch die Verwendung einer ganz charakteristisch ausgebildeten Facettenscheibe in Verbindung mit dem relativ zur Facettenscheibe optimal angeordneten Absorber wird es möglich, einerseits den Tagesausnutzungsgrad ganz beträchtlich zu erhöhen und andererseits aufgrund des sich ergebenden Fokussierungseffekts eine Anhebung der Temperatur des Wärmeträgers im Absorber auf ein Mehrfaches der Außentemperatur zu erreichen.By using a very characteristic facet disc in connection with the absorber, which is optimally arranged relative to the facet disk it becomes possible on the one hand to increase the daily utilization rate quite considerably and on the other hand, an increase due to the resulting focusing effect the temperature of the heat transfer medium in the absorber to a multiple of the outside temperature to reach.
Die Erhöhung des Tagesausnutzungsgrades bedeutet praktisch, daß nicht nur im Mittagsbereich eine beträchtliche Wärmegewinnung erfolgt, sondern daß bereits in den Vormittagsstunden und auch in den Nachmittagsstunden noch ein vergleichsweise hoher Anteil der vorliegenden Wärmestrahlung ausgenützt werden kann.The increase in the daily utilization rate practically means that not only in the midday area there is a considerable gain of heat, but that already in the morning hours and also in the afternoon hours a comparative one high proportion of the existing thermal radiation can be used.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung nimmt die Breite der Facetten ausgehend von der Mitte der symmetrisch ausgebildeten Facettenscheibe nach außen zu, wobei die Breite der Randfacetten zweckmäßigerweise etwa dem 1,5-fachen Wert der Breite der Mittelfacette entspricht.In an advantageous embodiment of the invention, the width increases of the facets starting from the center of the symmetrically formed facet disk towards the outside, the width of the edge facets expediently about 1.5 times Value corresponds to the width of the central facet.
Die Neigung der Jeweils der Mitte der Facettenscheibe näherliegenden Fläche jeder Facette bezüglich der Deckenfläche der Facettenscheibe ist kleiner als die entsprechende Neigung der ihr zugeordneten Fläche, wobei bevorzugt die Unterschiede in der Neigung der beiden Flächen einer Facette von der Mitte der Facettenscheibe nach außen hin abnehmen.The inclination of the each closer to the center of the facet disk The area of each facet with respect to the ceiling area of the facet disk is smaller than the corresponding inclination of the surface assigned to it, the differences being preferred in the inclination of the two faces of a facet from the center of the facet disk decrease towards the outside.
Diese Gestaltungs- und DimessionierurZgsmaPJnsMmen der Facettenscheibe stellen sicher, daß unter starker Reduzierung unerwunschter Reflexionen auch bei schräg einfallender Wärmestrahlung eine vergleichsweise starke Konzentrierung der Infrarotstrahlung an der Absorberoberfläche ermöglicht wird.These design and dimensioning parameters of the facet disc make sure that with a strong reduction of unwanted reflections also with inclined thermal radiation a comparatively strong concentration of the Infrared radiation is made possible on the absorber surface.
Besonders vorteilhaft ist es, auf der außenliegenden Fläche der Facettenscheibe eine Vielzahl von im Querschnitt teilkreisförmigen, sich in gleicher Richtung wie die Facetten erstreckenden, unmittelbar aneinandergrenzenden Stablinsen vorzusehen.It is particularly advantageous on the outer surface of the facet disk a multitude of partially circular in cross-section, extending in the same direction as to provide the facets extending, directly adjoining rod lenses.
Diese Stablinsen deren Brennweite bevorzugt etwa 2 bis 3 mm beträgt, erbringen eine Verglechmäßigung der Leistungsverteilung iiber den gesamten Tag, d. h. sie ermöglichen es, am Vormittag und am Nachmittag mehr Leistung zu gewinnen, wobei dieser Leistungsgewinn den sich bei senkrechtem Strahlungseinfall ergebenden Abfall in der Gesamtbilanz überwiegt.These rod lenses whose focal length is preferably about 2 to 3 mm, provide a comparison of the power distribution over the entire day, d. H. they make it possible to gain more power in the morning and in the afternoon, this gain in performance is the result of normal incidence of radiation Waste predominates in the overall balance.
Da die gemäß der Erfindung verwendete Facettenscheibe aus Glas gepreßt oder strangförmig gezogen werden kann, bereitet es nach einmal erfolgter Anfertigung der Form oder Matrize keine weiteren Schwierigkeiten oder Kosten, die Facettenscheiben gleichzeitig auf ihrer freien Oberfläche mit den Stablinsen zu versehen.Since the facet disk used according to the invention is pressed from glass or can be drawn in the form of a string, it prepares it once it has been produced the mold or die no further difficulty or expense, the facet discs at the same time to provide on their free surface with the rod lenses.
Eine sich insbesondere zur Verwendung im Zusammenhang mit Warmwasser-Heizungen oder zur Brauchwasserbereitung eignende Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der flächig ausgebildete Absorber in der vertikalen Mittenebene des Gehäuses angeordnet ist und sich im wesentlichen über die gesamte Höhe des Gehäuses erstreckt.One particularly suitable for use in connection with hot water heating systems or embodiment of the invention which is suitable for domestic water preparation is characterized characterized in that the flat absorber in the vertical central plane of the housing is arranged and extends substantially over the entire height of the housing extends.
Durch diese Anordnung des Absorbers und die Ausgestaltung der Facettenscheibe wird der ausnutzbare Anteil des infraroten Lichtes beidseitig an die Absorberfläche geschickt, wodurch sich eine Verdoppelung des Wärmeanteils ergibt.This arrangement of the absorber and the design of the facet disk the usable portion of the infrared light is applied to both sides of the absorber surface clever, which results in a doubling of the heat share.
Bezogen auf die Grundfläche kann ohne Berücksichtigung der entsprechenden Verluste eine Wärmekonzentrierung im Bereich von 1:25an der Absorberoberfläche erhalten werden.In relation to the base area can be without taking into account the corresponding Losses get a heat concentration in the range of 1:25 on the absorber surface will.
Beiderseits des Absorbers ist dabei jeweils eine vorzugsweise unter einem Winkel von 450 bezüglich des Gehäusebodens verlaufende Spiegelfläche angeordnet, die sich vom facettenseitigen Bereich des Gehäuses bis etwa in den Bereich der Bodenmitte des Gehäuses erstreckt. Diese beiden Schrägspiegel leiten die durch Streuung und Brechung auf die Spiegelflächen gelangenden Strahlungsanteile an den Absorber weiter.On both sides of the absorber, one is preferably below each arranged at an angle of 450 with respect to the bottom of the housing, which extends from the facet-side area of the housing to approximately the area of the bottom center of the housing extends. These two oblique mirrors guide the through scattering and Refraction of the radiation components reaching the mirror surfaces to the absorber.
Durch die beidseitige Aufheizung des Absorbers ist es möglich, ein schnelleres Anspringen des Systems zu erreichen und eine höhere Durchflußgeschwindigkeit zuzulassen.Because the absorber is heated on both sides, it is possible to use a to achieve a faster start-up of the system and a higher flow rate to allow.
Bei einer weiteren ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Absorber im Bereich der Brennebene der Facettenscheibe und im wesentlichen parallel zur Bodenfläche des Gehäuses angeordnet. Durch diese Querlage des Absorbers kann der volle Linseneffekt der Facettenscheibe ausgenutzt werden, wobei im Wärmeträger hohe Temperaturen erreicht werden können und im Falle der Verwendung von Wasser als Wärmeträger Wasserdampfbildung auftreten kann.In a further particularly advantageous embodiment of the Invention is the absorber in the area of the focal plane of the facet disk and in arranged substantially parallel to the bottom surface of the housing. Because of this lateral position of the absorber, the full lens effect of the facet disc can be used, wherein high temperatures can be reached in the heat carrier and in the case of use water vapor formation can occur from water as a heat transfer medium.
In diesem Zusammehang verdient besondere Beachtung, daß diese hohen Temperaturen wiederum bedingt durch die spezielle Ausgestaltung der Facettenscheibe nicht nur bei senkrechtem Strahlungseinfall, sondern auch bei schräg einfallenden Wärmestrahlen und damit über einen vergleichsweise großen Abschnitt eines Tages erhalten werden. Dies ermöglicht einen vorteilhaften Einsatz dieser Bausteine auch im Zusammenhang mit Sühl- bzw. Klimaanlagen in südlichen Ländern, da die hohen Temperaturen des Wärmeträgers, der beispielsweise auch aus einem Ilochtemperaturöl mit einem Verdampfungspunkt im Bereich von 300 bis 3500 C bestehen kann, über einen relativ langen Zeitraum eines Tages zur Verfügung stehen. Gerade dann, wenn die Energieeinstrahlung sehr hoch ist und demgemäß auch der Wärmeträger auf eine relativ hohe Temperatur gebracht werden kann, ist bei diesem geschilderten Anwendungsfall auch die über die nachgeschalteten Kreise erreichbare Kühlleistung besonderes hoch, so daß sich ein optimales Zusammenwirken der erfindungsgenäßen Kollektoren mit den entsprechenden Eühl- oder Klimaanlagen erreichen läßt. Natürlich kann diese Anordnung bei entsprechender Umschaltung auch zum Zwecke der Heizung oder Brauchwasserbereitung eingesetzt werden.In this context it deserves special attention that these high Temperatures, in turn, are due to the special design of the facet disc not only with perpendicular incidence of radiation, but also with oblique incidence Heat rays and thus over a comparatively large one section one day will be received. This enables them to be used advantageously Components also in connection with cooling or air conditioning systems in southern countries, because of the high temperatures of the heat transfer medium, which for example also consists of an Iloch temperature oil with an evaporation point in the range of 300 to 3500 C can exist, about a are available for a relatively long period of time. Especially when the Energy radiation is very high and accordingly also the heat transfer medium on a relative can be brought high temperature, is in this case of application the cooling capacity achievable via the downstream circuits is also particularly high, so that an optimal interaction of the collectors according to the invention with the can achieve appropriate Eühl- or air conditioning. Of course, this arrangement can with appropriate switchover also for the purpose of heating or domestic water preparation can be used.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, das Gehäuse des Sonnenkollektors in der Art eines Hohlblocksteines auszubilden und beispielsweise eine lichtdurchlässige Bodenwand vorzusehen. Auf diese Weise kann zum Beispiel in Gärtnereien, eine Dach- oder Wandungskonstruktion geschaffen werden, die einerseits den benötigten Lichteinfall gewährleistet, andererseits aber auch gleichzeitig zu Heizungazwecken dient.Another useful embodiment of the invention consists in to form the housing of the solar collector in the manner of a hollow block and for example to provide a translucent bottom wall. That way you can For example, a roof or wall structure is created in gardening centers, which on the one hand ensures the required incidence of light, but on the other hand also serves at the same time for heating purposes.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines in der Art eines Bausteins ausgebildeten Sonnenkollektors nach der Erfindung.The invention is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment explained; the single figure of the drawing shows a schematic cross-sectional view a designed in the manner of a building block solar collector according to the invention.
Ein Sonnenkollektor-Baustein besteht aus einem trogförmigen, rechteckigen Gehäuse 1 mit einer Bodenwand 2, das mittels einer Facettenscheibe 3 abgedeckt ist. In der vertikalen Mittenebene des Gehäuses und in Richtung der einzelnen Facetten der Scheibe 3 verlaufend ist ein Absorber 4 angeordnet, der sich quer durch das Gehäuse erstreckt und prinzipiell in beliebiger Weise ausgebildet sein kann. Bevorzugt wird jedoch eine Bauart verwendet, bei der die zwischen den einzelnen, den Wärmeträger führenden Kanälen oder Leitungen vorgesehenen Stege flächig ausgebildet sind, da diese Flächen im praktischen Betrieb von der Wärmestrahlung getroffen werden unddamnt ein zusätzlicher Aufheizeffekt erzielt werden kann.A solar collector module consists of a trough-shaped, rectangular one Housing 1 with a bottom wall 2, that by means of a facet disc 3 is covered. In the vertical center plane of the housing and in the direction of the An absorber 4 is arranged running individual facets of the disk 3, which extends across the housing and in principle formed in any way can be. However, a type is preferably used in which the between the individual, the heat carrier leading channels or lines provided webs flat are formed, since these surfaces in practical operation from the thermal radiation and then an additional heating effect can be achieved.
Beiderseits des Absorbers 4 ist jeweils eine unter einem Winkel von 450 bezüglich des Gehäusebodens 2 verlaufende Spiegelfläche 5 angeordnet, die sich vom facettenseitigen Bereich des Gehäuses bis etwa in den Bereich der Bodenmitte des Gehäuses erstreckt. Diese Spiegelfläche kann beispielsweise auch durch eine bedampfte Folie realisiert werden.On both sides of the absorber 4 there is one at an angle of 450 with respect to the housing bottom 2 extending mirror surface 5 arranged, which from the facet-side area of the housing to approximately the area of the bottom center of the housing extends. This mirror surface can, for example, also by a vapor-coated film can be realized.
Die Innenwandung des Gehäuses 1 ist vorzugsweise mit einer Wärmeisolierung 6 versehen.The inner wall of the housing 1 is preferably provided with thermal insulation 6 provided.
Die nach außen gerichtete Fläche der Facettenscheibe 3 ist vorzugsweise leicht gewölbt. Die nach innen gerichteten einzelnen Facetten 7 besitzen jeweils zwei unterschiedlich große, gegeneinander geneigte und in einer Spitze zusammenlaufende Flächen 8, 9. Die Spitzen dieser Facetten liegen bevorzugt auf einem Kreis bzw. bilden Mantellinien eines gedachten Zylinders. Der Kriiinmungsradius ist dabei kleiner als der Krümmungsradius der äußeren gewölbten Fläche der Facettenscheibe.The outwardly directed surface of the facet disk 3 is preferably slightly arched. The inwardly directed individual facets 7 each have two different sizes, inclined towards each other and converging in a point Areas 8, 9. The tips of these facets are preferably located on a circle or form surface lines of an imaginary cylinder. The radius of curvature is smaller as the radius of curvature of the outer curved surface of the facet disk.
Bevorzugte Werte der Neigungswinkel der Facettenflächen der mittensymmetrisch ausgebildeten Scheibe sind in der Zeichnung angegeben.Preferred values of the angles of inclination of the facet surfaces are centrally symmetrical formed disc are indicated in the drawing.
Auf der außenliegenden Fläche der Facettenscheibe 3 ist eine Vielzahl von im Querschnitt teilkreisförmigen, sich in gleicher Richtung wie die Facetten 7 erstreckenden, unmittelbar aneinandergrenzenden Stablinsen 10 vorgesehen. Diese Stablinsen 10, deren Brennweite geringer ist als der Abstand zu den darunterliegenden Facettenflächen, erbringen eine wesentliche Vergrößerung der Oberfläche und eine gleichmäßigere Leistungsverteilung über den gesamten Tag.On the outer surface of the facet disk 3 is a plurality of partially circular in cross-section, extending in the same direction as the facets 7 extending, directly adjoining rod lenses 10 are provided. These Rod lenses 10, the focal length of which is less than the distance to the underlying Facet surfaces, bring about a substantial increase in the surface area and a more even distribution of power throughout the day.
Der in der Zeichnung dargestellte Baustein mit mittig und senkrecht angeordnetem Absorber 4 und Spiegelflächen 5 eignet sich speziell für die Brauchwasserbereitung bei Temperaturen des Wärmeträgers unter 1000 C.The block shown in the drawing with centered and vertical arranged absorber 4 and mirror surfaces 5 is particularly suitable for domestic water preparation at temperatures of the heat transfer medium below 1000 C.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden keine Spiegel 5 vorgesehen,und der Absorber wird im Bereich der Brennebene der Facettenscheibe im wesentlichen prallel zur Bodenwand 2 verlaufend angeordnet. Dies ist in der Zeichnung strichliert dargestellt, und der in dieser Weise angeordnete Absorber trägt das Bezugszeichen 4'.In a preferred embodiment, no mirrors 5 are provided, and the absorber is essentially in the area of the focal plane of the facet disk arranged running parallel to the bottom wall 2. This is dashed in the drawing shown, and the absorber arranged in this way bears the reference numeral 4 '.
Bei dieser besonders vorteilhaften Ausführungsform des Sonnenkollektors nach der Erfindung wird es möglich, über einen vergleichsweise langen Zeitraum eines Tages im Wärmeträger hohe und deutlich über 1000 C liegende Temperaturen zu erreichen. Dies ermöglicht den Einsatz eines derartigen Bausteins im Zusammenhang mit den entsprechenden nachgeschalteten Geräten zu Kühlzwecken und damit-für Klimaanlagen. Gerade dieser Anwendungsfall ist in den Ländern mit starker und konstanter Sonneneinstrahlung von besonderer Bedeutung.In this particularly advantageous embodiment of the solar collector According to the invention, it is possible over a comparatively long period of time To reach high temperatures well above 1000 C in the heat transfer medium during the day. This enables such a module to be used in conjunction with the corresponding downstream devices for cooling purposes and thus-for air conditioning systems. Just this one Use case is in the countries with strong and constant solar radiation really important.
Wenn dabei als Wärmeträger Fluide mit hohen Verdampfungstemperaturen verwendet werden, so ist es möglich, die bei Verwendung von Wasser als Wärmeträger bestehende Verkalkungsgefahr ganz auszuschalten und außerdem störende hohe Drücke im Leitungssystem zu vermeiden.If the heat transfer medium is fluids with high evaporation temperatures are used, so it is possible that when using water as a heat transfer medium to completely eliminate the risk of calcification and also disruptive high pressures to be avoided in the pipe system.
Patentansprüche:Patent claims:
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OD | Request for examination | ||
| OHJ | Non-payment of the annual fee |