DE4202202A1 - Mehrscheiben-gegenstrom-hochtemperatur-kasten-sonnenkollektor - Google Patents
Mehrscheiben-gegenstrom-hochtemperatur-kasten-sonnenkollektorInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
- F24S10/25—Solar heat collectors using working fluids having two or more passages for the same working fluid layered in direction of solar-rays, e.g. having upper circulation channels connected with lower circulation channels
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/44—Heat exchange systems
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Description
Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor zur
Luftanwärmung.
Mit Hilfe der Sonnenstrahlen soll Luft erhitzt werden.
Dabei werden die Sonnenstrahlen nicht auf einer einzigen
Ebene absorbiert, sondern sie treffen auf eine teilweise
lichtdurchlässige Einrichtung.
Es gibt eine sehr große Anzahl von Sonnenkollektorbauarten.
Die herkömmlichen Sonnenkollektorbauarten sind von der
Konstruktion oder von den Kosten für die Bauteile her zu
teuer für den letztlich doch sehr einfachen
Anwendungszweck, die Erzeugung von heißer Luft. Oder aber
die Wärmeübertragungsfläche ist zu gering oder der Schutz
gegen Wärmeverluste ist zu gering.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen,
robusten Sonnenkollektor zur Luftanwärmung zu schaffen mit
großer Wärmeübertragungsfläche vom Absorber an das
Wärmeträgermedium Luft und mit geringen Wärmeverlusten an
die Umgebung und das Ganze bei niedrigen Kosten.
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß
mehrere übereinanderliegende Schichten von Glasscheiben
verwendet werden. Zwischen den Scheiben entstehen
lufterfüllte Hohlräume. An den Rändern sind diese Hohlräume
abgeschlossen. Untereinander stehen sie derart in
Verbindung, daß die in den obersten Hohlraum von außen
eintretende Luft diesen ganz durchströmen muß, dann in den
nächst tieferen Hohlraum eintritt, diesen ganz durchströmt
und sodann in den nächsttieferen Hohlraum gelangt und so
fort.
Unter der untersten Glasscheibe befindet sich ein weiterer
Hohlraum, dann folgt ein Absorber, darauf ein weiterer
Hohlraum und ganz unten befindet sich eine
Wärmedämmschicht.
Nachdem die Luft den untersten Hohlraum durchströmt hat,
wird sie mittels eines Gebläses abgesaugt und als Heißluft
ihrer Verwendung zugeführt.
Die Sonnenstrahlen treffen oben auf den Kollektor. Sie
werden von den Glasscheiben teils absorbiert, teils
durchgelassen. Der durchgelassene Anteil wird schließlich
vom Absorber absorbiert. Die einströmende Luft nimmt
zunächst von den äußeren Glasscheiben auf niedrigem und von
den nächsten Glasscheiben auf mittlerem Temperaturniveau
Energie auf und schließlich vom Absorber auf hohem
Temperaturniveau. Die erhitzte Luft wird auf einem hohen
Temperaturniveau aus dem Kollektor weggeführt.
Die Unterseite der obersten Scheibe sowie Ober- und
Unterseite aller weiteren Scheiben stehen als
Wärmeübertragungsfläche zur Verfügung ebenso wie die
Oberseite und die Unterseite des Absorbers, der selbst auch
noch oberflächenvergrößert sein kann, so daß die
Wärmeübertragungsfläche insgesamt sehr groß ist.
Dadurch, daß insgesamt mehrere übereinanderliegende
Scheiben zur Verfügung stehen, wird das heiße
Kollektorinnere sehr gut gegen Energieverluste durch
Wärmestrahlung oder Wärmeleitung geschützt.
Auch die Energieanteile, die aus dem heißen
Kollektorinneren durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung in
den Bereich der äußeren Scheiben gelangen, werden durch die
im Gegenstrom einfließende Luft zum großen Teil wieder in
das Kollektorinnere hineingetragen, so daß die
Energieverluste des Kollektors sehr gering sind.
Gleiches gilt für diejenigen Energieanteile des
Sonnenlichtes, die in den Glasscheiben auf dem Weg von der
äußeren Glasscheibe zum Absorber hin absorbiert werden.
Es muß darauf geachtet werden, daß der Luftstrom in der
Breite gleichmäßig ist. Der Lufteinlaß in den Kollektor
hinein, die Übergänge von einem Hohlraum zum nächsten und
der Luftauslaß aus dem Kollektor heraus sollten deshalb so
gestaltet sein, daß die Luft breitflächig, ungefähr
gleichmäßig über die ganze Kollektorbreite, hindurchtritt.
Die Durchlässe sollten deshalb praktisch die gesamte Breite
des Kollektors einnehmen. Eine weitere Möglichkeit ist es,
einen langen schmalen Streifen mit vielen kleinen Löchern
neben der Glasscheibe anzubringen. Die Luft tritt durch die
Löcher breit verteilt in den nächsttieferen Hohlraum nach
unten hindurch.
Der Luftdurchlaß in und aus dem Kollektor und zwischen den
einzelnen Hohlräumen hat einen über die Breite
gleichmäßigen Strömungswiderstand.
Dieser Strömungswiderstand ist erheblich größer als der
Strömungswiderstand im Hohlraum selbst. So ist die
gleichmäßige Breitverteilung der Luft gewährleistet.
Der Absorber kann unterschiedlich ausgeführt sein,
oberflächenvergrößert, insbesondere gewellt, als
rotierender, luftdurchströmter Hohlkörper, oder als
winkelverstellbare Streifen.
Nach Möglichkeit wird der Absorber sowohl an der Oberseite
als auch an der Unterseite von der vorbeiströmenden Luft
umspült.
Die Glasscheiben können ganz oder teilweise durch
Kunststoffolien ersetzt werden.
Die oberste Glasscheibe kann in den Abmessungen etwas
größer als die anderen Scheiben gewählt werden, um den
Kollektor vor Regen zu schützen.
Der Absorber kann auch flüssigkeitsgekühlt sein, so daß ein
Teil der Energiemenge als heiße Flüssigkeit abgeführt
werden kann, ein anderer Teil wie bisher als Heißluft.
Für manche Zwecke (Heißwasserbereitung in Kombination mit
Luftheizung) kann dies vorteilhaft sein.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß man mit billigen Werkstoffen einen
Kollektor bauen kann, der Luft auf eine hohe Temperatur
erhitzt.
Durch das Zusammenwirken von mehrfacher
Glasscheibenabdeckung und Gegenstromführung der Luft werden
die Energieverluste, auch bei hoher Endtemperatur der Luft,
gering gehalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
im Querschnitt dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben.
Abfolge der Schichten von unten nach oben:
1. Untergrund
2. Wärmedämmschicht
3. Hohlraum
4. Absorber (z. B. gewellte Pappe)
5. Hohlraum
6. untere Glasscheibe
7. Hohlraum
8. mittlere Glasscheibe
9. Hohlraum
10. obere Glasscheibe.
1. Untergrund
2. Wärmedämmschicht
3. Hohlraum
4. Absorber (z. B. gewellte Pappe)
5. Hohlraum
6. untere Glasscheibe
7. Hohlraum
8. mittlere Glasscheibe
9. Hohlraum
10. obere Glasscheibe.
Die weiteren Bezeichnungen:
11. Sonnenstrahlen
12. Rahmen, Seite 1
13. Rahmen, Seite 2
14. Luftführungskanal
15. Löcher
16. Schlitz.
11. Sonnenstrahlen
12. Rahmen, Seite 1
13. Rahmen, Seite 2
14. Luftführungskanal
15. Löcher
16. Schlitz.
Die Pfeile geben die Bewegungsrichtung der Luft an.
Seitlich ist der Kollektor in einen Holzrahmen einfaßt.
Die unteren Scheiben und der Absorber stecken in Nuten im
Holzrahmen.
Die obere Scheibe liegt auf dem Holzrahmen auf und überragt
ihn nach allen Seiten etwas. Sie ist gleichzeitig mit ihren
anderen Funktionen auch der Wetterschutz für den Kollektor.
Die Luft tritt durch viele kleine Bohrungen, die an einer
Seite des Kollektor-Holzrahmens im Bereich des obersten
Hohlraumes angebracht sind, in den Kollektor ein (dies ist
Seite 1). Sie durchströmt den Hohlraum der Länge nach. Die
mittlere Scheibe liegt an drei Seiten weitgehend luftdicht
in Nuten. An der gegenüberliegenden Seite (diese wird Seite
2 genannt) ist ein kleiner Schlitz zwischen Glasscheibe und
Holzwand freigelassen. Hier kann die Luft in den zweiten
Hohlraum eintreten. Sie durchströmt auch diesen Hohlraum.
Auf der gegenüberliegenden Seite (Seite 1) ist bei der
unteren Scheibe ein Spalt zwischen Holzwand und Scheibe
freigelassen. Hier kann die Luft in den darunterliegenden
Hohlraum gelangen. Dort befindet sich der
oberflächenvergrößerte Absorber. Die
Oberflächenvergrößerung bewirkt einen besseren
Wärmeübergang.
Die Luft strömt am Absorber entlang auch durch diesen
Hohlraum hindurch. Auf der gegenüberliegenden Seite (Seite
2) gelangt die Luft durch einen kleinen Spalt zwischen
Absorber und Holzrahmen in den darunterliegenden Hohlraum.
Sie durchströmt auch diesen der Länge nach und berührt den
Wellpappenabsorber an dessen Unterseite. Die Luft gelangt
an die gegenüberliegende Seite (Seite 1) und dort tritt die
Luft durch viele kleine Bohrungen im Holz, die über die
ganze Kollektorbreite verteilt sind, aus dem Kollektor aus
und in einen Luftführungskanal hinein, von wo aus sie
mittels eines Sauggebläses abgeführt wird.
Die Sonnenstrahlen treffen oben auf den Kollektor auf. Sie
werden von den Glasscheiben teils absorbiert, teils
durchgelassen. Der durchgelassene Anteil wird schließlich
vom Absorber absorbiert. Die einströmende Luft nimmt
zunächst von den Glasscheiben auf niedrigem und mittlerem
Temperaturniveau Energie auf und schließlich vom Absorber
auf hohem Temperaturniveau. Die erhitzte Luft wird auf
einem hohen Temperaturniveau aus dem Kollektor weggeführt.
Auch die Energieanteile, die aus dem heißen
Kollektorinneren durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung in
den Bereich der äußeren Scheiben gelangen, werden durch die
im Gegenstrom einfließende Luft zum großen Teil wieder in
das Kollektorinnere hineingetragen, so daß die
Energieverluste des Kollektors sehr gering sind.
Claims (7)
1. Mehrscheiben-Gegenstrom-Hochtemperatur-Kasten-
Sonnenkollektor,
dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich des Kollektors aus mehreren in geringem Abstand übereinanderliegenden Glasscheiben besteht,
und daß die dadurch entstehenden Hohlräume zwischen den Scheiben oben und unten durch die Scheiben, und an zwei gegenüberliegenden von den insgesamt vier restlichen Seiten durch ein Randstück luftdicht abgeschlossen sind,
und daß die Hohlräume des weiteren so verbunden sind, daß die Umgebungsluft in den obersten Hohlraum eintreten kann, diesen durchströmt, an der gegenüberliegenden Seite ist der oberste Hohlraum mit dem nächsttieferen so verbunden, daß die Luft in diesen unteren Hohlraum eintreten kann, aber nicht in die Umgebung austreten kann, daß die Luft auch diesen Hohlraum durchströmt und am Ende in den nächsttieferen Hohlraum eintritt,
und daß sich unterhalb der untersten Scheibe ein weiterer Hohlraum befindet, der oben durch die Scheibe, unten durch eine Wärmedämmschicht und an zwei gegenüberliegenden Seiten durch ein Randstück luftdicht abgeschlossen ist, und daß sich in diesem unteren Hohlraum ein Absorber befindet,
und daß dieser unterste Hohlraum zuletzt von der einfließenden Luft durchströmt wird, und daß an der dem Lufteinlaß gegenüberliegenden Seite über die ganze Breite ein Luftauslaß vorhanden ist, der in einen Luftführungskanal mündet, von dem aus die Luft mittels eines Sauggebläses abgesaugt wird
und daß die Sonnenstrahlen von oben nacheinander auf die Glasscheiben auftreffen und in jeder Glasscheibe teilweise absorbiert und teilweise durchgelassen werden und der Rest der Sonnenstrahlen vom Absorber im untersten Hohlraum absorbiert wird,
und daß die einströmende Luft die Wärmeenergie von den Glasplatten und dem Absorber weitgehend entzieht und mit der erhitzten Luft wird diese Energie als Nutzenergie aus dem Kollektor abgeführt.
dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich des Kollektors aus mehreren in geringem Abstand übereinanderliegenden Glasscheiben besteht,
und daß die dadurch entstehenden Hohlräume zwischen den Scheiben oben und unten durch die Scheiben, und an zwei gegenüberliegenden von den insgesamt vier restlichen Seiten durch ein Randstück luftdicht abgeschlossen sind,
und daß die Hohlräume des weiteren so verbunden sind, daß die Umgebungsluft in den obersten Hohlraum eintreten kann, diesen durchströmt, an der gegenüberliegenden Seite ist der oberste Hohlraum mit dem nächsttieferen so verbunden, daß die Luft in diesen unteren Hohlraum eintreten kann, aber nicht in die Umgebung austreten kann, daß die Luft auch diesen Hohlraum durchströmt und am Ende in den nächsttieferen Hohlraum eintritt,
und daß sich unterhalb der untersten Scheibe ein weiterer Hohlraum befindet, der oben durch die Scheibe, unten durch eine Wärmedämmschicht und an zwei gegenüberliegenden Seiten durch ein Randstück luftdicht abgeschlossen ist, und daß sich in diesem unteren Hohlraum ein Absorber befindet,
und daß dieser unterste Hohlraum zuletzt von der einfließenden Luft durchströmt wird, und daß an der dem Lufteinlaß gegenüberliegenden Seite über die ganze Breite ein Luftauslaß vorhanden ist, der in einen Luftführungskanal mündet, von dem aus die Luft mittels eines Sauggebläses abgesaugt wird
und daß die Sonnenstrahlen von oben nacheinander auf die Glasscheiben auftreffen und in jeder Glasscheibe teilweise absorbiert und teilweise durchgelassen werden und der Rest der Sonnenstrahlen vom Absorber im untersten Hohlraum absorbiert wird,
und daß die einströmende Luft die Wärmeenergie von den Glasplatten und dem Absorber weitgehend entzieht und mit der erhitzten Luft wird diese Energie als Nutzenergie aus dem Kollektor abgeführt.
2. Mehrscheiben-Gegenstrom-Hochtemperatur-Kasten-
Sonnenkollektor
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß im untersten Hohlraum sich ein
flüssigkeitsdurchströmter Absorber befindet, insbesondere
flüssigkeitsdurchflossene Platten oder Rohre, so daß ein
Teil der Energie nicht als Heißluft, sondern als heiße
Flüssigkeit aus dem Kollektor abgezogen wird.
Dieser Absorber kann oberflächenvergößert sein, um von der
vorbeiströmenden Heißluft verstärkt Wärmeenergie abziehen
zu können.
3. Mehrscheiben-Gegenstrom-Hochtemperatur-Kasten-
Sonnenkollektor
nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der flüssigkeitsdurchströmte
Absorber oberflächenvergrößert ist, so daß der Wärmeübergang
von der Heißluft verbessert ist und ein größerer Anteil
der Energie als heiße Flüssigkeit entzogen werden kann.
4. Mehrscheiben-Gegenstrom-Hochtemperatur-Kasten-
Sonnenkollektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Abschluß der Hohlräume durch einen gemeinsamen vierseitigen Rahmen erfolgt, und daß der Lufteinlaß in die obersten Hohlraum durch eine Vielzahl von kleinen Löchern erfolgt, die über die ganze Breite einer Rahmenseite im Bereich des Hohlraums verteilt sind,
und daß die Verbindung zum darunterliegenden Hohlraum durch einen kleinen Spalt geschieht zwischen der trennenden Glasscheibe und dem Rahmen auf der Seite, die dem Lufteinlaß gegenüberliegt,
und daß der Luftauslaß aus dem untersten Hohlraum ebenfalls durch eine Vielzahl von kleinen Löchern erfolgt, die an einer Seite über die ganze Breite des Rahmens im Bereich des Hohlraums verteilt sind.
dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Abschluß der Hohlräume durch einen gemeinsamen vierseitigen Rahmen erfolgt, und daß der Lufteinlaß in die obersten Hohlraum durch eine Vielzahl von kleinen Löchern erfolgt, die über die ganze Breite einer Rahmenseite im Bereich des Hohlraums verteilt sind,
und daß die Verbindung zum darunterliegenden Hohlraum durch einen kleinen Spalt geschieht zwischen der trennenden Glasscheibe und dem Rahmen auf der Seite, die dem Lufteinlaß gegenüberliegt,
und daß der Luftauslaß aus dem untersten Hohlraum ebenfalls durch eine Vielzahl von kleinen Löchern erfolgt, die an einer Seite über die ganze Breite des Rahmens im Bereich des Hohlraums verteilt sind.
5. Mehrscheiben-Gegenstrom-Hochtemperatur-Kasten-
Sonnenkollektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinlässe,
Luftdurchlässe und Luftauslässe über die ganze Breite oder
zumindest fast die ganze Breite des Kollektors gehen und
einen über die Breite gleichmäßigen und gegenüber den
Hohlräumen deutlich höheren Strömungswiderstand aufweisen,
so daß gewährleistet ist, daß die durch das Sauggebläse
verursachte Luftströmung in der Breite gleichmäßig ist und
jede Stelle der Glasscheiben und des Absorbers gleichmäßig
mit Luft bestrichen wird.
6. Mehrscheiben-Gegenstrom-Hochtemperatur-Kasten-
Sonnenkollektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche luftdichte
Abschluß der Scheiben durch Randstreifen erfolgt,
insbesondere Streifen aus wärmedämmenden Material (z. B.
Pappe), die am seitlichen Rand zwischen die Scheiben gelegt
werden.
7. Mehrscheiben-Gegenstrom-Hochtemperatur-Kasten-
Sonnenkollektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Luftabsaugung nicht
kontinuierlich erfolgt, sondern pulsierend.
Ehe sich die Konvektion innerhalb der Hohlräume ausbilden
kann, und somit die Energieverluste ansteigen, wird die
Luft in sehr kurzer Zeit aus einem Hohlraum vollständig
abgesaugt und gelangt in den nächsttieferen Hohlraum.
Darauf erfolgt dann wieder eine kurze Pause in der
Luftabsaugung. Deshalb die pulsierende Luftabsaugung.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4202202A DE4202202A1 (de) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | Mehrscheiben-gegenstrom-hochtemperatur-kasten-sonnenkollektor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4202202A DE4202202A1 (de) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | Mehrscheiben-gegenstrom-hochtemperatur-kasten-sonnenkollektor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4202202A1 true DE4202202A1 (de) | 1993-07-29 |
Family
ID=6450361
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4202202A Withdrawn DE4202202A1 (de) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | Mehrscheiben-gegenstrom-hochtemperatur-kasten-sonnenkollektor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4202202A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19753380A1 (de) * | 1997-12-02 | 1999-06-17 | Karl Dipl Ing Konieczny | Schichtspeichersolarkollektor aus Hohlkammerstegplatten zur Gewinnung von Strom und/oder Wärme |
WO2008095502A2 (en) * | 2007-02-05 | 2008-08-14 | Paul Riis Arndt | Solar air heater for heating air flow |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4155344A (en) * | 1976-07-15 | 1979-05-22 | Halm Instrument Co., Inc. | Air-heating solar collector |
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-
1992
- 1992-01-28 DE DE4202202A patent/DE4202202A1/de not_active Withdrawn
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WO2008095502A3 (en) * | 2007-02-05 | 2009-05-14 | Paul Riis Arndt | Solar air heater for heating air flow |
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Legal Events
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8130 | Withdrawal |