DE2738667A1 - Light trap for solar energy absorber - has adjacent reflectors with base surfaces at acute angles to incidence of rays - Google Patents

Abstract

The absorber consists of a body in heat-conductive contact with a heat carrier. It has an associated light trap, which consists of a heat insulating material, and has a reflecting surface. The trap is positioned in front of the absorber (28) in the path of the solar rays, and has an aperture (31) to allow their passage. Reflective surfaces (34) and apertures are arranged so that the rays which reach the surfaces are conducted onto the absorber. The light trap may consist of several reflectors positioned next to each other. Each has a base surface directed towards the absorber, and positioned at an acute angle to the direction of incidence of the solar rays.

Description

Absorber zur Aufnahme von Strahlungsenergie Absorber for absorbing radiation energy

und deren Umwandlung in Wärmeenergie Die Erfindung bezieht sich auf einen Absorber zur Aufnahme von Strahlungsenergie und deren Umwandlung in Wärmeenergie und zur Weiterleitung der Wärmeenergie an einen Wärmeträger, bestehend aus einem in wärmeleitendem Kontakt mit dem Wärmeträger stehenden und den Strahlen aussetzbaren Absorberträger. and its conversion into thermal energy. The invention relates to an absorber to absorb radiation energy and convert it into thermal energy and for forwarding the thermal energy to a heat transfer medium, consisting of a standing in thermally conductive contact with the heat carrier and exposable to the rays Absorber carrier.

Ein wichtiges Anwendungsgebiet derartiger Absorber sind die Sonnenkollektoren zur Speicherung und Nutzung der Sonnenenergie. Diese Kollektoren bestehen im allgemeinen aus einem gleichzeitig den Träger für ein durchströmendes Wärmeübertragungsmedium bildenden Absorber, der zumindest teilw.iso mit einer lichtdurchlässigen Hülle abgedeckt ist.Solar collectors are an important field of application for such absorbers for storing and using solar energy. These collectors generally exist from one at the same time the carrier for a heat transfer medium flowing through forming absorber, which is at least partially covered with a translucent shell is.

Bei den sogenannten Flachkollektoren besteht diese Hülle aus einer Glasscheibe, die auf einen wannenförmigen Träger aufgelegt ist, in dem ein plattenförmiger Absorber angeordnet ist.In the case of the so-called flat-plate collectors, this shell consists of one Glass pane that is placed on a trough-shaped support in which a plate-shaped Absorber is arranged.

Ein anderer Typ von Kollektoren sind die Hochleistungskollektoren mit Sonnenstrahlen bündelnden Vorrichtungen, sowie Linsen-oder Reflektorsystemen. Ein bekannter Kollektor dieses Types ist der sogenannte Parabol-Sonnenkollektor, der einen als Parabolzylinderspiegel ausgebildeten Reflektor hat, in dessen Brennlinie ein rohrförmiger Absorber angeordnet ist, in dem der Warmeträger fließt und der im allgemeinen von einem lichtdurchlässigen zweiten Rohr umgeben ist.Another type of collector is the high-performance collector devices that focus the sun's rays, as well as lens or reflector systems. A well-known collector of this type is the so-called parabolic solar collector, which has a reflector designed as a parabolic cylinder mirror, in its focal line a tubular absorber is arranged, in which the heat carrier flows and the is generally surrounded by a translucent second tube.

In beiden Fällen dient der Absorber dazu, die Sonnenstrahlen aufzunehmen, in Wärmeenergie umzuwandeln und an den Warmeträger weiterzuleiten, der dann über Leitungssysteme zum Bestimmungsort, wie z.B. Wohnungsheizung oder mit der Wärmeenergie anzutreibende Kraftwerke weitergeleitet wird.In both cases, the absorber is used to absorb the sun's rays, to convert it into thermal energy and to pass it on to the heat carrier, which is then transferred to Line systems to the destination, such as apartment heating or with the thermal energy to be driven power plants is passed on.

In der Praxis jedoch erfüllen die Absorber ihre Funktion nicht verlustfrei. Das liegt im wesentlichen daran, daß die Schicht des Absorberkörpers, auf die die Strahlen auftreffen und in der die Umwandlung von Strahlungsenergie in Wärme stattfindet, in der Regel eine erheblich über der Umgebungstemperatur liegende Oberflächentemperatur hat. Dadurch werden Wärmeverluste durch Wärmeabstrahlung an die Umgebung und bei Vorhandensein eines Fluids außerhalb des Absorbers (z.B. Luft) auch durch konvektive Wärmeabgabe an dieses Fluid bewirkt.In practice, however, the absorbers do not perform their function without loss. This is essentially because the layer of the absorber body on which the Rays impinge and in which the conversion of radiant energy into heat takes place, usually a surface temperature that is considerably higher than the ambient temperature Has. This will cause heat losses by heat radiation to the Environment and in the presence of a fluid outside the absorber (e.g. air) also caused by convective heat transfer to this fluid.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch fertigungstechnisch einfache Maßnahmen den Wirkungsgrad eines Absorbers der eingangs genannten Art zur Optimierung der Energienutzung der auf den Absorber gerichteten Strahlen zu verbessern.The invention is based on the object by manufacturing technology simple measures to increase the efficiency of an absorber of the type mentioned above Optimization of the energy use of the rays directed at the absorber to improve.

Gemäß einer ersten Ausführung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Absorber eine aus wärmeisolierendem Material bestehende, verspiegelte Oberflächen aufweisende Lichtfalle zugeordnet ist, die im Strahlengang vor dem Absorberkörper angeordnet ist und die mindestens eine Blende für den Durchtritt der Strahlen aufweist, und daß die Spiegelflächen und Blende so gerichtet sind, daß die auf die Spiegelflächen einfallende Strahlung auf den Absorberkörper gelenkt werden.According to a first embodiment, the object is achieved according to the invention solved that the absorber made of a heat insulating material, mirrored Light trap having surfaces is assigned that is in the beam path in front of the absorber body is arranged and which has at least one diaphragm for the passage of the rays, and that the mirror surfaces and diaphragm are directed so that the on the mirror surfaces incident radiation are directed onto the absorber body.

Dadurch wird erreicht, daß die auf den Absorber gerichtete Strahlung durch die Blende eintreten kann, daß aber die von der heißen Oberfläche des Absorberskörpers ausgehende diffuse Wärmestrahlung zum größten Teil nicht entweichen kann. Nur ein geringer Anteil kann durch die Blende an die Umgebung verloren gehen. Die erfindungsgemäße Ausführung gestattet es also, die energieumwandelnde Fläche des Absorberkörpers groß zu gestalten, ohne daß dadurch große Wärmeverluste entstehen, so daß gleichzeitig der Wärmetransport vom Absorberkörper an den Wärmeträger auch mit geringerer Temperaturspanne vollzogen wird. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß gestreute Strahlung durch die Spiegelfächen ebenfalls eingefangen wird.This ensures that the radiation directed onto the absorber can enter through the diaphragm, but that of the hot surface of the absorber body outgoing diffuse heat radiation cannot escape for the most part. Just one a small portion can be lost to the environment through the aperture. The inventive Execution therefore allows the energy-converting surface of the absorber body to be made large without causing large heat losses, so that at the same time the heat transport from the absorber body to the heat carrier also with lower temperature range is carried out. Another advantage of the device is that scattered radiation is also captured by the mirror surfaces will.

Die Lichtfalle kann in einer einfachen Ausführung mit einer einzigen Blende versehen sein, die durch eine Verengung im Mittelbereich der Lichtfallenöffnung gebildet ist, wobei sich die Oeffnung zu beiden Seiten erweiternd, weite Mündungen bildend, geformt ist, in der Art von zwei Trichtern, wenn die Lichtfalle rund ausgebildet ist. Diese Ausführung eignet sich insbesondere bei der Verwendung von zu punkt- oder linienförmigem Brennpunkt gebündelten Strahlen. The light trap can be in a simple design with a single Aperture should be provided by a narrowing in the central area of the light trap opening is formed, the opening widening on both sides, wide mouths forming, is shaped, in the manner of two funnels, if the light trap is round is. This version is particularly suitable when using point-to-point or line-shaped focal point of bundled rays.

Die Lichtfalle kann aber auch mit mehreren Blenden ausgebildet werden, um breite Strahlenbündel aufzufangen. Eine vorteilhafte Ausführung hierzu besteht darin, daß die Lichtfalle aus mehreren nebeneinander angeordneten Spiegelkdrpern besteht, die je eine zum Absorberkörper gerichtete Basisfläche aufweisen und entgegen der Einfallrichtung der Strahlen annähernd spitz auslaufen, wobei zwischen den nebeneinander stehenden Basisflächen blendenbildende Spalte vorgesehen sind. The light trap can also be designed with several apertures, to capture broad bundles of rays. There is an advantageous embodiment for this in that the light trap consists of several mirror bodies arranged next to one another exists, each having a base surface directed towards the absorber body and opposite the direction of incidence of the rays tapering approximately to a point, between the side by side standing base surfaces aperture-forming column are provided.

Der größte Teil der einfallenden Strahlen wird hierdurch auf die Absorberfläche gelenkt. Ein kleiner Teil wird in den Spiegelkörpern in Form von Wärme absorbiert und bewirkt deren Aufheizung auf erhöhte Temperaturen. Dadurch wird aber erreicht, daß die diffuse Wärmeabstrahlung von der Absorberkörper-Oberfläche auf ein Minimum reduziert bleibt, da nur die durch die Blenden austretende Wärme strahlung den Absorber verlassen kann. The major part of the incident rays is thereby on the Directed absorber surface. A small part is in the form of mirror bodies Absorbs heat and causes it Heating up to elevated temperatures. However, this ensures that the diffuse heat radiation from the absorber body surface remains reduced to a minimum, as only the heat escaping through the panels radiation can leave the absorber.

Die Spiegelkörper können miteinander durch dünne Spanten festgehalten werden. Die Oberfläche der Spanten sind vorteilhaft verspiegelt, um die auf sie einfallenden Strahlen ebenfalls auf den Kollektorkörper lenken zu können.The mirror bodies can be held together by thin frames will. The surface of the ribs are advantageously mirrored to the ones on them to be able to direct incident rays onto the collector body as well.

Durch direktes Aufsetzen der Spiegelkörper auf den Absorberkörper wird die Umwandlungsfläche und damit die Wärmeverluste abstrahlende Oberfläche reduziert. Der Absorber hat also in diesem Fall eine gezahnte Oberfläche, wobei die Zähne entweder durch entsprechende Formgebung des Absorbers entstehen oder durch Aufsetzen der vorgenannten Spiegelkörper zustandekommen kann. In beiden Fällen sind die Zähne flanken vorzugsweise verspiegelt, so daß sie die Strahlen auf den Zahngrund gerichtet reflektieren. Der Zahngrund bildet die Umwandlungsschicht.By placing the mirror body directly on the absorber body the conversion area and thus the surface radiating heat loss is reduced. In this case, the absorber has a toothed surface, with the teeth either arise by appropriate shaping of the absorber or by placing the aforementioned mirror body can come about. In both cases the teeth are flanks are preferably mirrored so that they direct the rays onto the tooth base reflect. The tooth base forms the conversion layer.

Hiermit wird erreicht, daß gegebenenfalls mit einem Primärsystem gebündelte Strahlen nochmals gebündelt werden und somit die Strahlung mit erhöhter Konzentration auf die energieumwandelnde Oberfläche auftrifft. Diese Ausführung eignet sich insbesondere für Anlagen, bei denen eine Energieumwandlung mit hohen Temperaturen erzielt wird.This ensures that, if necessary, bundled with a primary system Rays are bundled again and thus the radiation with increased concentration hits the energy-converting surface. This design is particularly suitable for systems in which energy conversion is achieved at high temperatures.

Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades eines Absorbers kann dadurch erreicht werden, daß der oder mehrere Absorberkörper in einem Isolierkörper eingebettet sind, der an der Strahleneinfallseite gezahnt ist. Die Zahnflanken sind ähnlich wie im vorigen Fall verspiegelt. Die Absorberkörper sind hierbei bis auf eine geringe Umwandlungs-Oberflache, die zwischen den Zähnen hervorragt, mit Isolierung umgeben.A further improvement in the efficiency of an absorber can can be achieved in that the or more absorber body in an insulating body are embedded, which is toothed on the radiation incidence side. The tooth flanks are mirrored similar to the previous case. The absorber bodies are here up to a small conversion surface that protrudes between the teeth, with insulation surround.

Die obengenannte Aufgabe kann gemäß einer weiteren Ausführungsform erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß der Absorberkörper von dem in einem lichtdurchlässigen Träger geführten Wärmeträger vollständig umspült ist.The above object can according to a further embodiment be achieved according to the invention in that the absorber body of the in a translucent Carrier-led heat transfer medium is completely washed around.

Eine Verringerung der Wärmeabstrahlungsverluste wird bei dieser Ausführung dadurch hervorgerufen, daß der Absorberkörper durch entsprechende Formgebung mit einer sehr großen wärmeabgebenden Oberfläche ausgebildet werden kann. Vorteilhafte Ausführungen hierzu sind wellblechartige oder als Metall-oder andere Späne ausgebildete Absorberkörper. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform erreicht man eine gute Wärmeabfuhr vom Absorberkörper an den ihn umgebenden Wärmeträger, so daß eine Wärmeabstrahlung an die Umgebung nur im geringen Maße erfolgt.A reduction in heat radiation losses is achieved with this design caused by the fact that the absorber body by appropriate shaping with a very large exothermic surface can be formed. Beneficial Versions for this are in the form of corrugated sheet metal or in the form of metal or other chips Absorber body. In this embodiment according to the invention, a good one is achieved Heat dissipation from the absorber body to the heat transfer medium surrounding it, so that heat is radiated to the environment occurs only to a small extent.

Es ist ferner möglich, Wärmeverluste des Absorbers mit einem Isolierkörper zu verringern, der die den einfallenden Strahlen abgekehrten Absorberkörper-Seiten umgibt und dessen Flächen, die an den Bereich der Einfallstrahlen angrenzen, verspiegelt sind.It is also possible to prevent heat losses from the absorber with an insulating body to reduce the amount of the incident rays turned away absorber body sides surrounds and its surfaces, which border on the area of the incident rays, mirrored are.

Hierdurch wird erreicht, daß die nicht an der Strahlenabsorption beteiligte Absorber-Oberfläche nicht mehr in ungehindertem Wärmeaustausch mit der erheblich kälteren Umgebung steht. Der Isolierkörper nimmt im Betrieb an der dem Absorberrohr zugewandten Oberfläche hohe Temperaturwerte an, wodurch eine Wärmeabstrahlung der Oberfläche des Absorberkörpers stark herabgesetzt wird. Außerdem werden durch die Verspiegelung des Isolierkörpers Streustrahlen zusätzlich eingefangen.This ensures that the did not participate in the radiation absorption The absorber surface is no longer in unhindered heat exchange with the considerably colder environment. The insulating body takes on the absorber tube during operation facing surface to high temperature values, whereby a heat radiation of the Surface of the absorber body is greatly reduced. In addition, the Mirroring of the insulating body, scattered rays are also captured.

Vorteilhaft ist es, wenn der Isolierkörper mit Spiel um den Absorberkörper angeordnet und dieser Raum mit der Umgebung weitestgehend abgeschlossen ist. Eine Fluidströmung zwischen dem Absorberkörper und dem Isolierkörper wird hierdurch weitgehend verhindert, so daß eine konvektive Wärmeabgabe des Absorbers in dieser Umgebung nahezu ganz vermieden wird. Der Wärmestau in diesem Zwischenraum wird entsprechend der Wärmeleitfähigkeit des Isolierkörpers hervorgerufen. Geeignete Werkstoffe für den Isolierkörper sind keramische, mineralische oder künstliche Baustoffe, in Form von Schaum, Granulat, Fasern oder Folien sowie deren Kombination.It is advantageous if the insulating body with play around the absorber body arranged and this room is largely closed off with the environment. One Fluid flow between the absorber body and the insulating body is largely reduced as a result prevented, so that a convective heat dissipation of the absorber in this environment is almost completely avoided. The heat build-up in this space becomes accordingly caused by the thermal conductivity of the insulating body. Suitable materials for The insulating bodies are ceramic, mineral or artificial building materials, in the form of foam, granules, fibers or foils as well as their combination.

Bei sehr hohen Anforderungen ist es selbstverständlich auch möglich, die verschiedenen erfindungsgemäßen Maßnahmen zu kombinieren, um somit eine optimale Lösung zu erreichen, die einen minimalen Wärmeenergieverlust und einen maximalen Wirkungsgrad erlaubt. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen ferner einzeln oder in Kombination eine freie Gestaltung des Absorberkörpers, so daß dieser den verschiedenen Anforderungen und Anwendungszwecken optimal angepaßt werden kann. So kann beispielsweise der Absorberkörper ein Metallrohr sein, in dem der Wärmeträger fließt. Dieses Rohr kann entweder zylindrisch oder aber auch in Längsrichtung abgeflacht ausgebildet sein oder aber auch mit einem beispielsweise wellenartig gefalteten Wandsektor versehen sein.If the requirements are very high, it goes without saying possible, to combine the various measures according to the invention in order to thus achieve an optimal one Solution to achieve a minimum heat energy loss and a maximum Efficiency allowed. The measures according to the invention also make it possible individually or in combination a free design of the absorber body, so that this the can be optimally adapted to various requirements and purposes. For example, the absorber body can be a metal tube in which the heat transfer medium flows. This tube can either be cylindrical or flattened in the longitudinal direction be designed or also with a, for example, wave-like folded Wall sector.

Es ist aber auch möglich, das Rohr aus lichtdurchlässigem Material herzustellen und eine halbe Innenoberfläche mit einer Absorptionsschicht zu versehen, die die Energieumwandlung herstellt.But it is also possible for the tube to be made of translucent material to produce and to provide half of the inner surface with an absorption layer, which produces the energy conversion.

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 die Anordnung eines Absorbers in einem Sonnenkollektor und Fig. 2 - 11 je ein Ausführungsbeispiel.Embodiments according to the invention are shown schematically in the drawing shown. 1 shows the arrangement of an absorber in a solar collector and FIGS. 2-11 each show an exemplary embodiment.

In Fig. 1 ist ein Absorber 10 zur Nutzung der Sonnenenergie in einem Parabolkollektor gezeigt. Ein als Rohr ausgebildeter Absorberkorper 11 ist zu diesem Zweck in die Brennlinie eines halbzylindrischen Parabolspiegels 12 angeordnet. Die durch den Spiegel 12 reflektierten Sonnenstrahlen 13 konzentrieren sich im Bereich des Absorberrohres 11, der die Strahlenenergie in Wärmeenergie umwandelt und an einen innerhalb des Absorberrohres 11 fließenden Wärmeträgers 14 abgibt. Das Absorberrohr 11 ist von einer Glashülle 15 umgeben.In Fig. 1, an absorber 10 for using solar energy is in one Parabolic collector shown. An absorber body 11 designed as a tube is attached to this Purpose arranged in the focal line of a semi-cylindrical parabolic mirror 12. the Sun rays 13 reflected by the mirror 12 concentrate in the area of the absorber tube 11, which converts the radiation energy into thermal energy and on a heat transfer medium 14 flowing inside the absorber tube 11 emits. The absorber pipe 11 is surrounded by a glass envelope 15.

Ein vergroßerter Querschnitt des Absorbers 10 ist in Fig. 2 näher dargestellt. Im Bereich der einfallenden Reflexionsstrahlen ist eine Lichtfalle bestehend aus mehreren konischen Spiegelleisten 19 im Ringraum zwischen der Glashülle 15 und dem Absorberrohr 11 angeordnet. Die mit der Basis dem Absorberrohr zugekehrten konischen Leisten sind mit Spanten 20 entweder an der Glasgalle oder an dem Absorberrohr befestigt.An enlarged cross section of the absorber 10 is shown in greater detail in FIG shown. There is a light trap in the area of the incident reflection rays consisting of several conical mirror strips 19 in the annular space between the glass envelope 15 and the absorber tube 11 are arranged. The ones with the base facing the absorber tube conical strips are with frames 20 either on the glass gall or on the absorber tube attached.

Die Spanten haben ebenfalls einen dreieckigen Querschnitt, wie es aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, die je einen Schnitt gemäß der Linie III - III bzw. IV - IV darstellen. Die Flanken 21 der Spiegelleisten sowie der Santen sind versPieqelt.The ribs also have a triangular cross-section, like it from Fig. 3 and 4 can be seen, which each have a section along the line III - III or IV - IV represent. The flanks 21 of the mirror strips as well as the santen are mirrored.

um Streustrahlunaen auf den Absorber 11 umzulenken. Spalte zwischen den konischen Leisten sind als Blenden 22 für den Eintritt der Lichtstrahlen vorgesehen.in order to deflect scattered radiation onto the absorber 11. Gap between the conical strips are provided as apertures 22 for the entry of the light rays.

Die gebündelt durch das Hüllrohr 15 eintretende Lichtstrahlung trifft zum Teil auf die konischen Leisten 19 und zum Teil durch die Schlitzblenden 22 auf die Absorberoberflache 23 auf. An dieser Oberfläche, der sogenannten Umwandlungsschicht findet die Umwandlung von Strahlungsenergie in Wärme statt, die dann über die Rohrwand an den Wärmeträger 14 übertragen wird. Der bedingt durch die auftretenden Temperaturen und das Material des Absorbers 11 sich einstellende Wärmefluß reicht in vielen Fällen nicht aus, um die Temperatur an der Umwandlungsschicht 23 ausreichend zu senken, so daß eine Wärmeabstrahlung an die Umgebung erfolgen kann. Diese diffuse Wärmestrahlung wird jedoch durch die aus einem wärmeisolierendem Material bestehenden Leisten 19 zurückgehalten, weil diese ebenfalls durch die einfallenden Strahlen aufgeheizt sind. Nur ein geringer Anteil entweicht durch die Schlitz spalte 22 an die Umgebung. Die Leisten 19 und die Spanten 20 bzw. 20' sind aus wärmeisolierendem Material hergestellt, um die Wärmeleitströme in ihnen klein zu halten.The bundled light radiation entering through the cladding tube 15 meets partly on the conical strips 19 and partly through the slit diaphragms 22 the absorber surface 23. On this surface, the so-called conversion layer the conversion of radiant energy into heat takes place, which then takes place over the pipe wall is transferred to the heat carrier 14. Due to the temperatures that occur and the heat flow established by the material of the absorber 11 is sufficient in many cases not enough to lower the temperature at the conversion layer 23 sufficiently, so that heat can be radiated to the environment. This diffuse thermal radiation however, the strips 19 made of a heat-insulating material held back because these are also heated up by the incident rays are. Only a small proportion escapes through the slot gap 22 to the environment. The strips 19 and the frames 20 and 20 'are made of heat-insulating material, to keep the heat conduction in them small.

Die Licht falle für den Absorber kann beispielsweise auch aus einer Blende bestehen, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist.The light fall for the absorber can, for example, also come from a Diaphragm exist, as shown in Fig. 5.

Der Absorberkörper ist in diesem Fall als ein abgeflachtes Rohr 28 ausgebildet und im Querschnitt gezeigt. Für die Lichtfalle ist ein langer Isolierkörper 29 vorgesehen, der entlang des Absorberkörpers 28 mit diesem verbunden ist und im Bereich 30 des Strahlenganges einen ebenfalls entlang des Absorberkörpers 28 geführten Schlitzspalt zur Bildung einer Blende 31 hat. Von der Blende 31 aus erweitert sich der Spalt in eine Öffnung 32, die am Absorberkörper 28 die gesamte Breite dieses Körpers einnimmt. Auch die zu den Strahlen gerichtete Seite ist im Querschnitt zu einer trichterförmigen Öffnung 33 ausgebildet.The absorber body is in this case as a flattened tube 28 formed and shown in cross section. There is a long insulating body for the light trap 29 is provided, which is connected to the absorber body 28 and in the Area 30 of the beam path also runs along the Absorber body 28 guided slot gap to form a diaphragm 31 has. From aperture 31 the gap widens into an opening 32, which on the absorber body 28 is the entire Width this body occupies. The side facing the rays is also im Cross-section formed into a funnel-shaped opening 33.

Diese Ausführung eignet sich insbesondere für einen Fall, in dem die Strahlen einseitig und durch Reflektoren oder Linsen konzentriert auf den Absorber 28 einfallen, wobei der linienförmige Brennfleck auf die Blende 31 fällt. This design is particularly suitable for a case in which the rays are one-sided and concentrated on the absorber through reflectors or lenses 28, the line-shaped focal point falling on the diaphragm 31.

Streustrahlen können bei dieser Ausführung ebenfalls eingefangen werden, indem die Flanken des Isolierkörpers 29 um die Öffnung 32, 33 verspiegelt sind, so daß darauf einfallende Strahlungen auf den Absorber 28 umgelenkt werden können. Scattered rays can also be captured in this design by mirroring the flanks of the insulating body 29 around the opening 32, 33 are, so that radiation incident thereon is deflected onto the absorber 28 can.

Auch in diesem Fall können die Wärmeverluste, die durch eine Abstrahlung von der gegebenenfalls stark erhitzten Umwandlungsschicht 35 des Absorbers stark reduziert werden. Die nicht durch Strahlung berührten Flächen des Absorbers 28 sind von einem Isolierkörper 36 umgeben, um auch hier eine Wärmeabgabe an die Umgebung, sei es durch Strahlung oder Konvektion, weitestgehend zu vermeiden. In der Ausführung gemäß Fig. 5 läßt sich der Isolierkörper 36 für die Rückseite des Absorberkörpers 28 und die Elemente 29 für die Lichtfalle vorteilhaft aus einem Bauelement herstellen. In this case, too, the heat losses caused by radiation from the conversion layer 35 of the absorber, which may be strongly heated be reduced. The surfaces of the absorber 28 that are not in contact with radiation are surrounded by an insulating body 36 in order to dissipate heat to the surroundings, be it by radiation or convection, to be avoided as far as possible. In execution According to FIG. 5, the insulating body 36 can be used for the rear side of the absorber body 28 and the elements 29 for the light trap are advantageously made from one component.

Die oben beschriebenen Ausführungen sind nur ein Beispiel von einer Vielzahl von Ausführungsmöglichkeiten, die je nach Formgebung des Absorbers und nach Bedarf den Anforderungen angepaßt werden können. Beispielsweise kann die Lichtfalle gemäß hergestellt werden, bei dem der Wärmeträger in einem lichtdurchlässigen Körper geführt wird und der Absorberkörper in der Fluidströmung angeordnet ist. Ein Beispiel hierzu ist in Fig. 6 gezeigt, in dem der Wärmeträger 14 in einem aus durchlässigen Material, z.B. Glas, hergestellten Rohr 40 geführt ist.The embodiments described above are just one example of one Variety of design options, depending on the shape of the absorber and can be adapted to requirements as required. For example, the light trap be manufactured according to, in which the heat carrier in a translucent body is performed and the absorber body is arranged in the fluid flow. An example this is shown in Fig. 6, in which the heat transfer medium 14 in a permeable Material, e.g. glass, made tube 40 is guided.

Die Spiegelleisten 19' können hier in einer einfachen Weise direkt auf das lichtdurchlässige Rohr 40 aufgebracht, z.B.The mirror strips 19 'can be here in a simple manner directly applied to the translucent tube 40, e.g.

aufgeklebt werden, oder aber direkt aus dem Rohr 40 geformt sein, wie es in der linken Hälfte der Fig. 6 gezeigt ist.be glued on, or be formed directly from the tube 40, as shown in the left half of FIG.

Der Strömungsquerschnitt des Fluids 14 kann entweder durch entsprechende Formgebung des Rohres oder bei einem Rohr 40 mit kreisförmigem Querschnitt durch einen Füllkörper 42 optimiert werden.The flow cross section of the fluid 14 can either by corresponding Shaping the tube or in the case of a tube 40 with a circular cross-section a filler body 42 can be optimized.

Bei den bisher beschriebenen Ausfuhrungsformen wird ein Energieverlust durch Maßnahmen reduziert, die einen Wärmeaustausch zwischen der energieumwandelnden Schicht mit der Umgebung verhindert. Es ist aber auch möglich, einen Energieverlust durch erhöhten Wärmetransport zwischen Absorber und Wärmeträger zu verringern. In diesen Fällen wird der Wärmeträger in einen lichtdurchlässigen Körper geführt und innerhalb dieses Körpers mit dem Absorberkörper in Kontakt gesetzt. Der Vorteil in dieser Ausführung besteht darin, daß der Absorberkörper mit sehr großer Wärmeübertragungsoberfläche ausgebildet und außerdem vollständig vom Wärmeträger umspült werden kann. Der Absorberkörper kann als Späne 43 eines gut wärmeleitendem Materials, z.B. Metall, ausgebildet sein, wie es in Fig. 6 auf der linken Hälfte gezeigt ist. Durch entsprechende Formgebung oder mehrfaches Falten läßt sich ein einstückiger oder mehrstückiger Absorberkörper mit geringem Einstrahlungsquerschnitt jedoch großer Wärmeübertragungsfläche ausbilden. Als Beispiel ist in Fig. 6, rechte Hälfte, ein zickzackartig gefaltetes Metallblech 44 gezeigt.In the embodiments described so far, there is a loss of energy Reduced by measures that heat exchange between the energy converting Layer with the environment prevented. But it is also possible to lose energy due to increased heat transport between absorber and heat transfer medium. In In these cases, the heat transfer medium is fed into a translucent body and within that body put in contact with the absorber body. The advantage of this design is that the absorber body with very large heat transfer surface and also completely from the heat transfer medium can be washed around. The absorber body can be used as chips 43 of a highly thermally conductive Material, e.g. metal, as shown in Fig. 6 on the left half is shown. By appropriate shaping or multiple folding can be one-piece or multi-piece absorber body with a small irradiation cross-section but form a large heat transfer surface. As an example is in Fig. 6, right Half, a zigzag folded sheet metal 44 is shown.

Ein lichtdurchlässiges Rohr für den Wärmeträger bietet auch die Möglichkeit, die Energieumwandlungsschicht durch eine auf eine Seite der Innenwand des Rohres 50 aufgetragene Absorptionsschicht 51 zu bilden, Fig. 7. Die schlecht wärmeleitende Rohrwand, auf der die Umwandlungsschicht 51 aufgebracht ist, dient gleichzeitig als Isolierung gegenüber der Umgebung. Eine hinzukommende gute Wärmeübertragung von der Umwandlungsschicht 51 an den Wärmeträger bietet bei dieser Ausführung einen verbesserten Wirkungsgrad. Sie eignet sich insbesondere für sehr flache Absorber, wie sie z.B. für Sonnen-Flachkollektoren verwendet werden.A translucent pipe for the heat transfer medium also offers the possibility of the energy conversion layer by one on one side of the inner wall of the pipe 50 applied absorption layer 51 to form, FIG. 7. The poorly thermally conductive Pipe wall on which the conversion layer 51 is applied serves at the same time as isolation from the environment. An additional good heat transfer from the conversion layer 51 to the heat transfer medium offers one in this embodiment improved efficiency. It is particularly suitable for very flat absorbers, as they are used e.g. for solar flat-plate collectors.

Es ist selbstverständlich auch möglich, mit lichtundurchlässigen Absorberrohren durch entsprechende Formgebung eine möglichst große Kontakt fläche mit dem Wärmeträger bei gleichbleibender Einstrahlungsfläche zu erzeugen. Ein Beispiel hierzu ist in Fig. 8 gezeigt, bei dem die der Strahlung zugekehrte Wand 52 eines flachen Absorberrohres 53 wellig ausgebildet ist.It is of course also possible with opaque ones Absorber tubes the largest possible contact area with the heat transfer medium through appropriate shaping to be generated with the same irradiation area. An example of this is in Fig. 8 shown, in which the radiation facing wall 52 of a flat absorber tube 53 is wavy.

Das in Fig. 1 gezeigte Beispiel eines sogenannten Parabol-Kollektors ist so ausgebildet, daß die Lichtstrahlen allseitig auf den Absorber 10 auftreffen, sei es direkt oder durch Reflexion vom Spiegel 12. Es gibt aber andere Fälle, bei denen die Strahlung entweder parallel (direkte Sonnenstrahlung) oder durch Linsen gebündelt nur von einer Richtung einfallen können. In diesen Fällen sieht die Erfindung eine Maßnahme vor, die für sich oder in Kombination mit dem vorhergehend beschriebenen Maßnahmen zum Einsatz gebracht werden kann. Diese Maßnahme besteht darin, durch einen wärmeisolierenden Körper einen Wärmestau an den Seiten des Absorbers zu erzeugen, die nicht der Strahlung ausgesetzt sind. Der Isolierkörper kann entweder, wie in Fig. 5, im direkten Kontakt mit dem Absorberkörper stehen, oder noch besser unter Bildung eines Zwischenraumes, wie es Fig. 6 gezeigt ist, um die besagte Fläche des Absorbers angeordnet werden. In beiden Fällen wird durch die geringe Wärmeleitfähigkeit ein Wärmestau um den Absorber hervorgerufen, der im zweiten Fall eine Konvektionsströmung der Luft im Spalt 55 nahezu unterbindet. Vorteilhaft ist es, wenn dieser Raum 55 gegenüber der Atmosphäre vollständig abgeschlossen ist, wie es im Beispiel der Fig. 6 erreicht wird.The example shown in Fig. 1 of a so-called parabolic collector is designed so that the light rays strike the absorber 10 on all sides, be it directly or by reflection from the mirror 12. There are other cases when which radiation is either parallel (direct solar radiation) or through lenses can only come in bundled from one direction. In these cases the invention provides a measure before, on its own or in combination with the one previously described Measures can be brought into use. This measure consists in getting through a heat-insulating body to generate a build-up of heat on the sides of the absorber, that are not exposed to radiation. The insulating body can either, as in Fig. 5, are in direct contact with the absorber body, or even better below Formation of a space, as shown in FIG. 6, around said surface of the Absorbers are arranged. In both cases this is due to the low thermal conductivity a heat build-up around the absorber caused, which in the second case a convection flow the air in the gap 55 is almost prevented. It is advantageous if this space 55 is completely sealed off from the atmosphere, as shown in the example in Fig. 6 is achieved.

Damit wird eine Luftströmung im Raum 55 nahezu vollständig zum Stillstand gebracht, so daß an diesen Stellen des Absorbers ein Wärmeaustausch mit der Umgebung optimal unterbunden werden kann. Die Endflächen 56 des Isolierkörpers 57, die an den Strahlenbereich angrenzen, können vorteilhaft verspiegelt sein, um die darauf einfallenden Strahlen auf den Absorber umzulenken.In this way, an air flow in the space 55 comes to a standstill almost completely brought so that a heat exchange with the environment at these points of the absorber can be optimally prevented. The end surfaces 56 of the insulating body 57, which at Adjacent the radiation area can advantageously be mirrored in order to protect the areas on it redirect incident rays onto the absorber.

In Fig. 9 - 11 sind Ausführungsbeispiele gezeigt, bei denen eine Sekundärreflexion zur Verstärkung der Strahlenbündelung und zur Reduzierung der wärmeabstrahlenden Absorberoberfläche bewirkt wird. In Fig. 9 ist ein mit Zähnen 60 bzw. 61 verbundenes Absorberrohr 62 gezeigt. Die Zähne haben verspiegelte Flanken 63 bzw. 64 und wirken in ähnlicher Weise wie die aus den Spiegelkörpern 19 gebildete Lichtfalle in Fig. 2. Im Gegen satz zu dem vorhergehenden Fall ist hier die Energieumwandlungsschicht des Absorbers auf die Spaltflächen 65 bzw. 66 zwischen den Zähnen eigeschränkt. Die Ausführung mit den aufgeklebten Zähnen 65 in der linken Zeichnungshälfte hat den Vorteil, daß die Zähne aus wärmeisolierendem Material hergestellt werden können, und damit die Wärmeverluste-Abstrahlfläche an der Lichteinfall-Seite fast nur auf die Spaltflächen 65 reduziert ist.In FIGS. 9-11, exemplary embodiments are shown in which a secondary reflection to strengthen the bundling of rays and to reduce the heat emitting Absorber surface is effected. In Fig. 9, one is connected to teeth 60 and 61, respectively Absorber tube 62 shown. The teeth have mirrored flanks 63 and 64 and act in a manner similar to the light trap formed from the mirror bodies 19 in Fig. 2. In contrast to the previous case, here is the energy conversion layer of the absorber is restricted to the gap surfaces 65 and 66 between the teeth. The version with the glued-on teeth 65 in the left half of the drawing has the advantage that the teeth can be made of heat-insulating material, and thus the heat loss radiating surface on the light incidence side almost only the gap areas 65 is reduced.

In der rechten Zeichnungshälfte ist eine fertigungstechnisch vereinfachte Form dargestellt, bei der das Absorberrohr 62 direkt mit einem Zahnprofil ausgebildet ist.In the right half of the drawing is a simplified one from a manufacturing point of view Shown form in which the absorber tube 62 is formed directly with a tooth profile is.

In Fig. 10 und 11 sind Varianten gezeigt, bei denen mehrere Absorberrohre 70 in einem Isolierkörper 71 bzw. 72 mit verspiegelten Zähnen 73 bzw. 74 eingebettet sind derart, daß jeweils eine vorbestimmte Absorberoberfläche 75 zwischen den Zähnen hervorragt. Diese Ausführung ist eine wirkungsvolle und fertigungstechnisch einfache Kombination der verschiedenen, oben beschriebenen Maßnahmen zur Verminderung von Wärmeverlusten.In Fig. 10 and 11 variants are shown in which several absorber tubes 70 embedded in an insulating body 71 and 72 with mirrored teeth 73 and 74, respectively are such that in each case a predetermined absorber surface 75 between the teeth stands out. This design is effective and simple in terms of production technology Combination of the various measures described above to reduce Heat losses.

Der Unterschied der beiden Ausführungsformen in den Fig. 10 und 11 liegt lediglich darin, daß in Fig. 10 eine gemeinsame Glashülle 76 vorhanden ist, während in Fig. 11 individuelle Glashüllen 77 für die einzelnen Absorberrohre 70 vorgesehen sind.The difference between the two embodiments in FIGS. 10 and 11 lies only in the fact that a common glass envelope 76 is present in FIG. 10, while in FIG. 11 individual glass envelopes 77 for the individual absorber tubes 70 are provided.

Je nach Anwendungsfall wird die eine oder die andere Maßnahme oder eine entsprechende Kombination zwischen ihnen zur Optimierung des Wirkungsgrades führen, d.h., die Vielfalt und die Flexibilität in den Ausgestaltungsmöglichkeiten geben die Möglichkeit, in jedem Anwendungsfall die durch die Strahlen auf den Absorber einfallende Energie nahezu vollständig zu nutzen.Depending on the application, one or the other measure or an appropriate combination between them to optimize the efficiency lead, i.e. the diversity and flexibility in the design options give the possibility, in each case of application, by the rays on the absorber to use almost all of the incident energy.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (17)

Patentansprüche S Absorber zur Aufnahme von Strahlungsenergie und deren Umwandlung in Wärmeenergie und zur Weiterleitung der Wärmeenergie an einen Wärmeträger, bestehend aus einem in wärmeleitendem Kontakt mit dem Wärmeträger stehenden und den Strahlen aussetzbaren Absorberkörper, dadurch gekennzeichnet, daß dem Absorber eine aus wärmeisolierendem Material bestehende, verspiegelte Oberflächen aufweisende Lichtfalle zugeordnet ist, die im Strahlengang vor dem Absorberkörper (28) angeordnet ist und die mindestens eine Blende (31) für den Durchtritt der Strahlen hat, und daß die Spiegelflächen (34) und die Blende so gerichtet sind, daß die auf die Spiegelflächen einfallende Strahlung auf den Absorberkörper gelenkt wird. Claims S absorber for absorbing radiation energy and converting it into thermal energy and transferring the thermal energy to you Heat transfer medium, consisting of one in thermally conductive contact with the heat transfer medium and absorber bodies which can be exposed to radiation, characterized in that the absorber one made of heat-insulating material, having mirrored surfaces Light trap is assigned, which is arranged in the beam path in front of the absorber body (28) and which has at least one diaphragm (31) for the passage of the rays, and that the mirror surfaces (34) and the diaphragm are directed so that the on the mirror surfaces incident radiation is directed onto the absorber body. 2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfallenöffnung (31) im Mittelbereich der Strahlenrichtung eine die Blende (31) bildende Verengung aufweist, und zu beiden Seiten sich kontinuierlich erweiternd öffnet. 2. Absorber according to claim 1, characterized in that the light trap opening (31) in the middle of the Direction of rays one the diaphragm (31) forming constriction, and expanding continuously on both sides opens. 3. Absorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht falle aus mehreren nebeneinander angeordneten Spiegelkörpern (19) ausgebildet ist, die je eine zum Absorberkörper (11) gerichtete Basisfläche (56) aufweisen und entgegen der Einfallrichtung der Strahlen annähernd spitz auslaufen, und daß zwischen den nebeneinander stehenden Basisflächen Blenden (22) bildende Spalte vorgesehen sind.3. Absorber according to claim 1 or 2, characterized in that the Light falls formed from a plurality of mirror bodies (19) arranged next to one another each having a base surface (56) directed towards the absorber body (11) and against the direction of incidence of the rays run out approximately pointed, and that between the adjacent base surfaces panels (22) forming column is provided are. 4. Absorber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelkörper (19) mit dünnen Spanten (20) festgehalten sind, deren Oberfläche mindestens teilweise verspiegelt ist.4. Absorber according to claim 3, characterized in that the mirror body (19) are held in place with thin frames (20), the surface of which is at least partially is mirrored. 5. Absorber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelkörper (60) am Absorberkörper aufgebracht sind.5. Absorber according to claim 3, characterized in that the mirror body (60) are applied to the absorber body. 6. Absorber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelkörper (73) Bestandteile eines Isolierkörpers (71) sind, und daß der Absorberkörper (70) im Isolierkörper eingebettet ist.6. Absorber according to claim 3, characterized in that the mirror body (73) are components of an insulating body (71), and that the absorber body (70) is embedded in the insulator. 7. Absorber zur Aufnahme von Strahlenenergie und deren Umwandlung in Wärmeenergie und zur Weiterleitung der Wärmeenergie an einen Wärmeträger, bestehend aus einem in wärmeleitendem Kontakt mit dem Wärmeträger stehenden und den Strahlen aussetzbaren Absorberkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorberkörper (44) von dem in einem lichtdurchlässigen Träger (40) geführten Wärikieträger (14) vollständig umspült ist.7. Absorber for absorbing radiation energy and converting it in thermal energy and for forwarding the thermal energy to a heat transfer medium from a standing in thermally conductive contact with the heat carrier and the rays removable absorber body, characterized in that the absorber body (44) from the heat carrier (14) guided in a transparent carrier (40) completely is washed around. 8. Absorber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorberkörper (44) ein gewelltes Blech ist.8. Absorber according to claim 7, characterized in that the absorber body (44) is a corrugated sheet metal. 9. Absorber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorberkörper (43) in Form von Spänen oder von mehreren flächigen Teilen ausgebildet ist.9. Absorber according to claim 7, characterized in that the absorber body (43) is designed in the form of chips or of several flat parts. 10. Absorber zur Aufnahme von Strahlenenergie und deren Umwandlung in Wärmeenergie und zur Weiterleitung der Wärmeenergie an einen Wärmeträger, bestehend aus einem in wärmeleitenden Kontakt mit dem Wärmeträger stehenden und den Strahlen aussetzbaren Absorberkorper, dadurch gekennzeichnet, daß die den einfallenden Strahlen abgekehrten Seiten des Absorberkörpers (28) mit einem Isolierkörper (36) umgeben ist, dessen den Bereich (30) der Einfallstrahlen angrenzenden Flächen (34) verspiegelt sind.10. Absorber for absorbing radiation energy and converting it in thermal energy and for forwarding the thermal energy to a heat transfer medium from a standing in thermally conductive contact with the heat carrier and the rays exposable absorber body, characterized in that the incident rays surrounded remote sides of the absorber body (28) with an insulating body (36) whose surfaces (34) adjoining the region (30) of the incident rays are mirrored are. 11. Absorber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Isolierkörper (57) und dem Absorberkörper ein Gasraum (55) vorgeseehen ist, der von der Umgebung möglichst weitgehend abgeschlossen ist.11. Absorber according to claim 10, characterized in that between a gas space (55) is provided for the insulating body (57) and the absorber body, which is as far as possible closed off from the environment. 12. Absorber nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (57) aus Keramik besteht.12. Absorber according to claim 10 or 11, characterized in that the insulating body (57) is made of ceramic. 13. Absorber nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (57) aus Kunststoff besteht.13. Absorber according to claim 10 or 11, characterized in that the insulating body (57) is made of plastic. 14. Absorber nach einem der Ansprüche 10 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß die den einfallenden Strahlen zugekehrte Seite des Absorberkörpers (28) mit einer Lichtfalle (29, 31 - 33) gemäß Anspruch 1 versehen ist.14. Absorber according to one of claims 10-13, characterized in that that the side of the absorber body (28) facing the incident rays with a light trap (29, 31-33) according to claim 1 is provided. 15. Absorber nach einem der Ansprüche 10 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorberkörper (44) vollständig von dem Wärmeträger (14) umspült ist.15. Absorber according to one of claims 10-14, characterized in that that the absorber body (44) is completely surrounded by the heat transfer medium (14). 16. Absorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorberkörper (53) rohrartig mit mindestens einem Wandstück (52) gewellt ausgebildet ist, und daß in dem Rohr der Wärmeträger fließt.16. Absorber according to one of the preceding claims, characterized in that that the absorber body (53) corrugated tubular with at least one wall piece (52) is formed, and that the heat carrier flows in the tube. 17. Absorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung des Absorbers bei einem Sonnenkollektor zur Energiegewinnung aus Sonnenstrahlen.17. Absorber according to one of the preceding claims, characterized by using the absorber in a solar collector to generate energy from sun rays.