DE3909571C2 - Glasscherben-Sonnenkollektor mit Strahlenzuführung von unten - Google Patents

Glasscherben-Sonnenkollektor mit Strahlenzuführung von unten

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Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor zur Erwärmung von Luft von Umgebungstemperatur auf eine wesentlich höhere Temperatur.
Bei einer hohen Nutztemperatur steigen für gewöhnlich die Energieverluste eines Sonnenkollektors stark an, der Wirkungsgrad fällt stark ab.
Auch bei hohen Nutztemperaturen soll der Sonnenkollektor einen guten Wirkungsgrad aufweisen.
Die Kosten für den Sonnenkollektor sollen niedrig sein, die Herstellung und die Nutzung sowie die spätere Entsorgung der Bestandteile sollen die Umwelt nicht belasten.
Es sind sehr viele Bauarten von Sonnenkollektoren bekannt. Zur Vermeidung von Abstrahlungsverlusten werden manchmal mehrere wärmestrahlungsundurchlässige Abdeckungen übereinander angeordnet.
Verluste durch Konvektion und Wärmeleitung in der Luft versucht man bei manchen Kollektorbauarten dadurch zu verhindern, daß man den Zwischenraum zwischen den Abdeckungen weitgehend luftleer macht.
Bei den üblichen Bauarten werden durch eine Mehrzahl von Abdeckungen wohl die Abstrahlungsverluste gemindert, allerdings wird zugleich auch die eingestrahlte Energie vermindert, da die in den jeweiligen Abdeckungsschichten absorbierte Energiemenge nicht zur Nutzenergie beiträgt. Aus diesem Grund ist bei den meisten Bauarten bei zwei oder drei Abdeckungsschichten das Optimum bereits erreicht. Damit ist allerdings auch die Schutzwirkung begrenzt, so daß man nur mittlere Temperaturen im Kollektor erreichen kann.
Die Vorgehensweise des Luftleermachens von Zwischenräumen ist wirksam, aber sehr teuer, da die Werkstoffe dann die vollen Druckkräfte des Drucks zwischen Atmosphäre und Vakuum in Höhe von 10 hoch 5 Pascal aushalten müssen und entsprechend stabil ausgelegt werden müssen.
Durch die DE 28 28 118 A1 ist ein Sonnenkollektor bekanntgeworden, in welchem Luft durch eine Feststoffschüttung strömt und sich erwärmt, während die Feststoffschüttung durch ein Fenster von Sonnenstrahlung bestrahlt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Sonnenkollektor zu schaffen, der Umgebungsluft auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt, dabei einen guten Wirkungsgrad aufweist, Energieverluste durch Wärmeabstrahlung, Konvektion und Wärmeleitung gering hält und aus einfachen, billigen, überall verfügbaren, ungiftigen und dauerhaften Werkstoffen aufgebaut ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind:
  • 1. Verluste durch Konvektion und Wärmeleitung in der Luft werden durch die Strömung der Luft ausgeschaltet.
  • 2. Verluste durch Wärmeleitung in den Glaskörperschichten fallen weg, da diese in mehreren übereinanderliegenden Schichten angeordnet sind, die nicht miteinander in Berührung stehen. Der Zwischenraum kann wegen der Strömung der Luft nicht durch Wärmeleitung überbrückt werden.
  • 3. Die Verluste durch Wärmeabstrahlung sind sehr gering. Da die in den jeweiligen Abdeckungsschichten absorbierte Energiemenge mit Hilfe der einströmenden Luft als Nutzenergie verwertet werden kann, kann man die Zahl der Abdeckschichten gegenüber anderen Kollektorbauarten wesentlich erhöhen und somit die Abstrahlungsverluste ganz wesentlich verringern.
  • 4. Die Bausteine sind billig, überall verfügbar, sie haben eine sehr lange Lebensdauer, sie sind nicht giftig, Herstellung und Benutzung sowie die spätere Entsorgung sind nicht mit größeren Umweltbelastungen verbunden. Es können sogar Glasscherben verwendet werden. Nach dem Ende ihrer Nutzungsdauer können die Bausteine wieder eingeschmolzen und erneut zu Sonnenkollektoren verarbeitet werden. Auch hierin besteht ein Unterschied zu anderen Sonnenkollektorbauarten und zu anderen Energiegewinnungsarten.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die Bezugszeichen kennzeichnen mit:
1 Behälter mit Kollektorwandung, wärmeisoliert, luftdicht
2 Luftabsaugung
3 Hohlraum
4 Luftdurchlässige Schicht mit hohem Strömungswiderstand
5 Luftdurchlässige Glasschüttung
6 Drahtgitter
7 Weg der Luft (gestrichelt)
8 Weg der Sonnenstrahlen
9 Spiegel
10 Kleiner Hohlraum
Die Sonnenstrahlen werden vom Spiegel durch das Drahtgitter, die Glaskörperschüttung und den kleinen Hohlraum auf die Schicht mit hohem Strömungswiderstand gelenkt. Diese Schicht 4 und jeder Glaskörper absorbieren einen Teil der Strahlungsenergie. Von der Umgebung her wird Luft nachgesaugt und an der Luftabsaugstelle als Nutzenergie an den Energienutzer abgegeben. Während die Luft an den Glaskörpern und der Schicht 4 vorbeistreicht, erhitzt sie sich. Es können sehr hohe Endtemperaturen erreicht werden.

Claims (3)

1. Glasscherben-Sonnenkollektor mit Strahlenzuführung von unten zur Erhitzung von Luft von Umgebungstemperatur auf eine wesentlich höhere Temperatur, welcher aus einem Behälter (1) besteht, der an allen Seiten außer der Unterseite luftdicht abgeschlossen und wärmeisoliert ist,
wobei der Behälter (1) nach unten durch ein Drahtgitter begrenzt ist, welches als Träger für eine oder mehrere Schichten von Glaskörpern dient, die auch Glasscherben sein können, und mehr oder weniger gleichmäßig derart nebeneinander gelegt sind, daß die Fläche in der Betrachtung von oben ganz oder weitgehend mit Glas bedeckt und zugleich die ganze Schicht gut luftdurchlässig ist und wobei
über der Glaskörperschicht ein kleiner Hohlraum angeordnet ist, wobei darüber noch ein- oder mehrmals ein Drahtgitter (6) mit daraufliegender Glaskörperschicht (5) und darüberbefindlichem Hohlraum (10) angeordnet sein kann und sich auf der obersten Glaskörperschicht eine weitere Schicht (4) befindet, welche luftdurchlässig ist, aber im Vergleich zu den Glaskörperschichten (5) einen viel höheren Luftwiderstand aufweist wobei
die Sonnenstrahlen über Spiegel (9) auf die Unterseite des Behälters (1) geleitet werden, wozu sich der Behälter in passender Höhe über dem Erdboden befinden muß, so daß die Sonnenstrahlen durch das Drahtgitter und die Glaskörper hindurch auf die weitere Schicht (4) gelangen und wobei
sich oberhalb der weiteren Schicht (4) ein Hohlraum (3) befindet, der von den Wandungen des Behälters begrenzt wird, aus dem die in den Schichten erhitzte Luft abgesaugt und an einen Energienutzer abgegeben wird.
2. Glasscherben-Sonnenkollektor mit Luftzuführung von unten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Innenseiten des Behälters (1) verspiegelt sind.
3. Glasscherben-Sonnenkollektor mit Luftzuführung von unten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die weitere Schicht (4) aus kleinen Glasstücken, Metallstücken oder kleinen Steinchen gebildet wird.
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