DE3041622C2 - Aus- und einrollbarer Absorber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen aus- und einrollbaren Absorber gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Praxis sind zahlreiche Ausführungsformen von Radiatoren und KolleKtoren zur Wärmeabstrahlung und für die Gewinnung von Sonnenenergie und anderen Verwendungszwecken bekannt. Zum Beispiel ist aus der DE-OS 26 15 584 ein Sonnenkollektor mit einem mit einer transparenten Abdeckung versehenen Gehäuse und einem darin angeordneten, von dem zu erwärmenden Fluid durchströmten Kollektorelement bekannt, bei dem das Kollektorelement aus zwei miteinander verbundenen Platten besteht, die zwischen sich einen Kanal einschließen, der sich zwischen Ein- und Auslauf schlangenlinienförmig über die Plattenfläche erstreckt Dabei ist wenigstens eine Platte zur Ausbildung des Kanals mit einer dem Verlauf des Kanals entsprechenden Vertiefung oder Erhöhung versehen.
Eine aus der DE-OS 25 52 559 bekannte Isoliermaue dient zur Abdeckung von Flüssigkeiten. Hierbei sind mindestens zwei Folien oder folienähnliche Bahnen derart übereinander angeordnet, daß sich diese in einem angemessenen, fixierten Abstand zueinander befinden,

ίο wobei mindestens eine dieser Foiien schwarz oder dunkel, oder andere hell und lichtdurchlässig ist. Aus der DE-OS 25 28 966 ist ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Hereingewinnung von Sonnenenergie bekannt, bei der zur Aufnahme von Sonnenenergie gliederartige aneinander gereihte Sonnenkollektoren verwendet werden, die nach Art einer Rollade von Hand und/oder motorisch zusammen- und ausgerollt werden können.

Aufgrund ihres Aufbaues eignen sich derartige Radiatoren, Kollektoren und Matten lediglich als reine Emissions- oder Absorptionsflächen von Wärme oder Sonnenenergie oder als Abdeckung von zu schützenden Flüssigkeiten oder ähnlichen, bei denen die mit Röhren oder Kanälen durchsetzten Radiatoren und Kollektorflächen mit einer Flüssigkeit voll durchströmt werden oder die Matten bzw. Abdeckung von gasgefüllten Kammern bzw. Hohlräumen durchsetzt sind. Letztere dienen insbesondere zum Schutz vor Sonneneinstrahlung und Verunreinigungen. Diese Radiatoren, Kollektoren und Abdeckmatten sind je nach Einsatzzweck als starre, flexible oder aufrollbare Gebilde ausgelegt, wobei letztere entweder manuell oder motorisch aus- und eingerollt werden und wobei das Aus- und Einrollen um eine Achse erfolgt, die parallel zu den Röhren, Kanälen oder Kammern bzw. Hohlräumen liegt.

Ein selbsttätiges Aus- und Einrollen solcher Kollektorflächen oder Matten ist schon wegen der mit einer Flüssigkeit voll durchströmten Röhren und Kanälen oder durch den vorhandenen Überdruck von Luft oder einem Gas bei den Matten bzw. Abdeckungen nur bcdingt oder nur mit größerem konstruktiven Aufwand möglich.

Aus der DE-AS 25 40 497 ist weiter eine Vorrichtung zur Gewinnung nutzbarer Wärme aus Sonneneinstrahlung mit flexiblen, gewundenen, schwarzen Leitungen für ein strömungsfähiges Wärmeträgermedium bekannt. Die Leitungen sind mit Abstand nebeneinander angeordnet und durch zusammenhängende Längenbereiche einer biegsamen Schlauchlänge gebildet. Dabei ist die Lage der Längenbereiche zueinander durch ein die Abstände zwischen den Längenbereichen überbrükkendes Haltemittel fixiert. Zur Erfassung der dort einfallenden Strahlung zur Wärmegewinnung sind ausgebildete, sich flächenartig erstreckende Teile vorgesehen. Hierbei sind als Haltemittel starre stangenartige, paral-IeI zueinander und senkrecht zur Aufrollrichtung der Schlauchschlange verlaufende Bänder vorgesehen. Die flächenartigen Teile sind durch eine sich unterhalb der Schlauchschlange flächenartig erstreckende schwar/c oder reflektierende Unterlage gebildet. Schließlich ist noch aus der deutschen Zeitschrift Brennstoff-Wärme-Kraft 28 (1976) Nr. 1, Januar, Seiten 24 bis 25 ein HcM-Pipe-Kollektor mit starren Wärmerohren in Verbindung mit ebenfalls starr angeordneten Wärmeübertrugungsflächen bekannt.

Während bei der Vorrichtung nach der DE-AS 25 40 497 das Zusammenrollen des Absorbers lediglich zu Transportzwecken dient und eine Anpassung an die Wärmeübertragung ausscheidet, ist bei dem Heat-Pipe-

Kollektor nach der Zeitschrift die starre Anordnung nicht an unterschiedliche Wärmeausiauschzustände anpaßbar.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Absorber eines Solarkollektors zu schaffen, der zwisehen zwei extremen Stellungen selbsttägig aus- und einrollbar ist und der sich je nach der von ihm absorbierten oder emittierten Wärmemenge automatisch auf eine darauf abgestimmte Größe seiner Absorptions- und/ oder Emissionsfläche einstellt bzw. einregelt

Erfindungagemäß sind zur Lösung der gestellten Aufgabe die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, duß sich je nach der auf der Absorptions- und/oder Emissionsfläche eingestrahlten und von ihr absorbierten und/oder emittierten Energie der Absorber selbsttätig aus- oder einrollt und dadurch die Größe seiner Absorptions- und/oder Emissionsfläche automatisch selbst regelt. Diese automatische Selbstregelung der Größe der Absorberfläche wird verursacht durch die zwischen den den Absorber bildenden Metallfolien oder -bahnen angeordneten wärmerohrähnlichen und als Wärmerohr wirksamen, mit Kapillaren versehenen und mit einem flüssigen Arbeitsmedium als Wärmeträger gefüllten längs zur Rollrichtung ausgerichteten Hohlräumen. Durch die von der an der Heizzone vorgegebenen Absorptionsfläche absorbierten Energie (z. B. durch Sonneneinstrahlung) wird das in den Hohlräumen befindliehe Arbeitsmedium aufgeheizt und verdampft. Der dabei entstehende Druck des verdampften Mediums bewirkt ein Aufblähen des oder der längs der Rollrichtung verlaufend angeordneten Hohlräume, wodurch diese, je nach dem vorherrschenden Druck, den Absorber bzw. dessen Absorptions- und/oder Emissionsflächen mehr oder weniger ausrollen bzw. vergrößern. Sinkt der Druck in den Hohlräumen, so bewirkt eine den dünnwandigen Metallfolien oder -bahnen vorgegebene Vorzugsrollspannung ein automatisches Einrollen bzw. Verkleinern des Absorbers bzw. der Absorptions- und/oder Emissionsfläche. Dabei strömt das kondensierte Medium in den seitlich in dem von den Metallfolien oder -bahnen gebildeten Hohlraum angeordneten Kapillaren zurück in die Heizzone des Absorbers. Die Kühlzone des Absorbers ist von einem weiteren Wärmeträger umgeben, der die aufgenommene Wärme abführt.

Der sich hierbei abspielende Vorgang von Verdampfung und Kondensation sowie des damit verbundenen Würmetransportes vom flachen Teil der Heizzone zum aus- und einrollbaren Teil des Absorbers, ist mit der Funktionsweise eines Wärmerohres vergleichbar.

Ausführungsbeispiele sind folgend beschrieben und durch Skizzen erläutert.

Es zeigt

Fig. la den Querschnitt eines Absorbers mit flachen drucklosen Hohlräumen,

Fig. 1b den Querschnitt eines Absorbers gemäß F i g. 1 mil zwischen den Absorberflächen unter Druck aufgeblähten Hohlräumen,

F i g. 2 den Querschnitt eines Absorbers mit zu beiden Seilen der Hohlräume angeordneten Kapillaren,

F i g. 3a, b einen Absorber in seitlicher u id in der Ansicht von oben teilweise ausgerollt,

Fig.4a. b einen Absorber in seitlicher und in der Ansicht von oben vollständig ausgerollt.

In Fig. la ist ein Querschnitt eines Absorbers 1 dargestellt, bei dem zwei übereinander angeordnete und an ihren Seiten z. B. durch Verschweißen miteinander innig verbundene dünnwandige Metallfolien 2,2' /u einander seitlichen Abständen a in sich geschlossene relativ flache röhrenförmige Hohlräume 3 bilden bzw. umschließen. Die Hohlräume 3 sind teilweise mit einem flüssigen Medium hohen Dampfdruckes gefüllt. Die den oder die Hohlräume 3 seitlich abschließenden und einander berührenden Innenflächen 4,4' der Metallfolien 2, ?' bilden Kapillaren 5,5', 5", 5'", durch welche das Kondensat des in den Hohlräumen 3 enthaltenen Mediums von der Kühlzone KZ zur Heizzone HZ zurückströmt (siehe auch F i g. 3a, b und 4a, b). Die Hohlräume 3 sind in relativ flachem Zustand, wenn der Absorber 1 außer Betrieb ist (Fig. la); das heißt, daß seine Absorberbzw. Absorptions-Emissionsfläche 6 in der Heizzone HZ(Fig.3a, b und 4a, b) keine Temperaturbeaufschlagung z. B. durch Sonneneinstrahlung erfährt (Druck = Po). Liegt dagegen eine Temperaturbeaufschlagung an der Absorberfläche 6 und insbesondere an dessen Heizzone HZ vor, so werden die Hohlräume 3 durch den dabei entstehenden erhöhten Druck (Druck = Pi > Po) des verdampfenden Mediums erweitert bzw. aufgebläht (Fig. Ib). Die in der Heizzone HZ aufgenommene Wärme wird an der Kühlzone KZ ζ. Β von einem sie umgebenden weiteren Wärmeträger abgeführt.

In Fig.2 s'nd die Hohlräume 3 zu beiden Seiten mit Kapillaren 7, 7', z. B. in der Struktur eines Dochtes oder eines Gazegeflechtes aus Gewebe oder Metall ausgelegt. Selbstverständlich können anstelle einer Kapillarstruktur die Innenflächen 4, 4' der Metallfolien 2, 2' mit Kapillaren 8,8' in Form von Rillen versehen sein (F i g. 2 rechts).

In Fig.3a ist ein Absorber 1 in seitlicher und teilweise ausgerollter Ansicht dargestellt. Die Absorber- bzw. Absorptions-Emissionsfläche 6 teilt sich in die eben bzw. flach verbleibende Heizzone HZ und in die aus- und aufrollbare Kühlzone KZ. F i g. 3b zeigt den F i g. 3a gemäßen Absorber 1 in der Ansicht von oben, wobei zwei in den F i g. 1 a bis 2 beschriebene Hohlräume 3 sichtbar sind. Der flachen Heizzone HZ schließt sich die zum Teil ausgerollte Kühlzone KZ an. Das Aus- und Einrollen des Absorbers 1 bzw. seiner Absorptions-Emissionsfläche 6 erfolgt um eine Achse 9, die senkrecht zu den Hohlräumen 3 ausgerichtet ist. F i g. 4a und b zeigen den Absorber 1 mit vollständig ausgerollter Absorber- bzw. Absorptions-Emissionsfläche 6. Je nach Temperaturanstieg in der Heizzone HZ und Teilen der Absorptions-Emissionsfläche 6 und dem dabei entstehenden Druck des in den Hohlräumen 3 dabei verdampften Mediums wird der Absorber 1 mehr oder weniger (F i g. 3a, b und 4a, b) aus- oder eingerollt. Das Einrollen des Absorbers 1 ist dabei von der den Metallfolien 2, 2' vorgegebenen Vorzugsrollspannung abhängig; sie muß so bemessen sein, daß sie den Druck in den Hohlräumen bei Extremstellung der Absorptions-Emissionsfläche 6 nicht unterschreitet. Die Regelung erfolgt entweder durch Vergrößerung der Emissionsfläche bei höherer Wärmezufuhr oder durch Verringerung des Leistungsvermögens der wärmerohrähnlichen und als solche wirksamen Hohlräume durch Verbreiterung der seitlich angeordneten Kapillaren unter steigendem Druck.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Aus- und einrollbarer Absorber eines Solarkollektors zur Gewinnung von Wärme aus der Sonneneinstrahlung und/oder aus der Umgebung, bestehend aus zwei übereinander angeordneten und an den Seiten miteinander innig verbundenen Folien oder folienähnlichen Bahnen und einem daraus gebildeten mit einem flüssigen, einen hohen Dampfdruck aufweisenden Wärmeträger teilweise gefüllten rohrförmigen Hohlraum, wobei das Aus- und Einrollen um eine Achse erfolgt, welche in der Ebene des Absorbers rechtwinklig zum Hohlraum ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Metallfolien oder -bahnen (2, 2') gebildete Absorber (1) wenigstens einen in sich geschlossenen ovalen in Rollrichtung verlaufenden als Wärmerohr dienenden Hohlraum (3) besitzt, in welchem seitlich, im Bereich der miteinander verbundenen Innenflächen (4,4') der Metallfolien oder -bahnen (2,2') Kapillaren (5,5', 5", 5'", 7,7', 8,8') vorgesehen sind, und daß das Ausrollen des Absorbers (1) durch die von dessen Heizzone (HZ) absorbierte Energie und den dabei entstehenden Dampfdruck des sich bei Wärmezufuhr bildenden Dampfes des Wärmeträgers in dem längs zur Rollrichtung ausgerichteten Hohlraum (3) vor sich geht und das Einrollen des Absorbers (t) bei im Hohlraum (3) sinkenden Dampfdruck durch eine den Metallfolien oder -bahnen (2,2') vorgegebene Vorzugsspannung erfolgt.

2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Teil des Wärmeträgers in dem der Heizzone (HZ)zugewandten Teil des Hohlraums (3) gelagert ist.

3. Absorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Kühlzone (KZ) kondensierte Wärmeträger über die Kapillaren (5, 5', 5", 5'", 7, 7', 8,8') in die Heizzone (HZ) des Hohlraums (3) zurückfließt.

4. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen (4,4') der Metallfolien oder -bahnen (2,2') an ihren Berührungsstellen mit Kapillaren (5,5', 5", 5'", 7, T) versehen sind.

5. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlraum (3) an den zu dem Hohlraum (3) hin sich berührenden Innenflächen (4, 4') der Metallfolien oder -bahnen (2, 2') mit Kapillaren (8,8') in Form von Rillen versehen ist.