Absorber zur Aufnahme von Strahlungsenergie Absorber for absorbing radiation energy
und deren Umwandlung in Wärmeenergie Die Erfindung bezieht sich aufeinen Absorber zur Aufnahme von Strahlungsenergie und deren Umwandlung in Wärmeenergieund zur Weiterleitung der Wärmeenergie an einen Wärmeträger, bestehend aus einemin wärmeleitendem Kontakt mit dem Wärmeträger stehenden und den Strahlen aussetzbarenAbsorberträger. and its conversion into thermal energy. The invention relates toan absorber to absorb radiation energy and convert it into thermal energyand for forwarding the thermal energy to a heat transfer medium, consisting of astanding in thermally conductive contact with the heat carrier and exposable to the raysAbsorber carrier.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet derartiger Absorber sind die Sonnenkollektorenzur Speicherung und Nutzung der Sonnenenergie. Diese Kollektoren bestehen im allgemeinenaus einem gleichzeitig den Träger für ein durchströmendes Wärmeübertragungsmediumbildenden Absorber, der zumindest teilw.iso mit einer lichtdurchlässigen Hülle abgedecktist.Solar collectors are an important field of application for such absorbersfor storing and using solar energy. These collectors generally existfrom one at the same time the carrier for a heat transfer medium flowing throughforming absorber, which is at least partially covered with a translucent shellis.
Bei den sogenannten Flachkollektoren besteht diese Hülle aus einerGlasscheibe, die auf einen wannenförmigen Träger aufgelegt ist, in dem ein plattenförmigerAbsorber angeordnet ist.In the case of the so-called flat-plate collectors, this shell consists of oneGlass pane that is placed on a trough-shaped support in which a plate-shapedAbsorber is arranged.
Ein anderer Typ von Kollektoren sind die Hochleistungskollektorenmit 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 Brennlinieein rohrförmiger Absorber angeordnet ist, in dem der Warmeträger fließt und derim allgemeinen von einem lichtdurchlässigen zweiten Rohr umgeben ist.Another type of collector is the high-performance collectordevices 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 linea tubular absorber is arranged, in which the heat carrier flows and theis 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 überLeitungssysteme zum Bestimmungsort, wie z.B. Wohnungsheizung oder mit der Wärmeenergieanzutreibende 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 toLine systems to the destination, such as apartment heating or with the thermal energyto 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 dieStrahlen auftreffen und in der die Umwandlung von Strahlungsenergie in Wärme stattfindet,in der Regel eine erheblich über der Umgebungstemperatur liegende Oberflächentemperaturhat. Dadurch werden Wärmeverlustedurch Wärmeabstrahlung an dieUmgebung 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 theRays impinge and in which the conversion of radiant energy into heat takes place,usually a surface temperature that is considerably higher than the ambient temperatureHas. This will cause heat lossesby heat radiation to theEnvironment 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 fertigungstechnischeinfache Maßnahmen den Wirkungsgrad eines Absorbers der eingangs genannten Art zurOptimierung der Energienutzung der auf den Absorber gerichteten Strahlen zu verbessern.The invention is based on the object by manufacturing technologysimple measures to increase the efficiency of an absorber of the type mentioned aboveOptimization of the energy use of the rays directed at the absorber to improve.
Gemäß einer ersten Ausführung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurchgelöst, daß dem Absorber eine aus wärmeisolierendem Material bestehende, verspiegelteOberflächen aufweisende Lichtfalle zugeordnet ist, die im Strahlengang vor dem Absorberkörperangeordnet 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 Spiegelflächeneinfallende Strahlung auf den Absorberkörper gelenkt werden.According to a first embodiment, the object is achieved according to the inventionsolved that the absorber made of a heat insulating material, mirroredLight trap having surfaces is assigned that is in the beam path in front of the absorber bodyis 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 surfacesincident radiation are directed onto the absorber body.
Dadurch wird erreicht, daß die auf den Absorber gerichtete Strahlungdurch die Blende eintreten kann, daß aber die von der heißen Oberfläche des Absorberskörpersausgehende diffuse Wärmestrahlung zum größten Teil nicht entweichen kann. Nur eingeringer Anteil kann durch die Blende an die Umgebung verloren gehen. Die erfindungsgemäßeAusführung gestattet es also, die energieumwandelnde Fläche des Absorberkörpersgroß zu gestalten, ohne daß dadurch große Wärmeverluste entstehen,sodaß gleichzeitig der Wärmetransport vom Absorberkörper an den Wärmeträger auch mitgeringerer Temperaturspanne vollzogen wird. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtungbesteht darin, daß gestreute Strahlung durch die Spiegelfächen ebenfalls eingefangenwird.This ensures that the radiation directed onto the absorbercan enter through the diaphragm, but that of the hot surface of the absorber bodyoutgoing diffuse heat radiation cannot escape for the most part. Just onea small portion can be lost to the environment through the aperture. The inventiveExecution therefore allows the energy-converting surface of the absorber bodyto be made large without causing large heat losses,sothat at the same time the heat transport from the absorber body to the heat carrier also withlower temperature range is carried out. Another advantage of the deviceis that scattered radiation is also captured by the mirror surfaceswill.
Die Lichtfalle kann in einer einfachen Ausführung mit einer einzigenBlende versehen sein, die durch eine Verengung im Mittelbereich der Lichtfallenöffnunggebildet ist, wobei sich die Oeffnung zu beiden Seiten erweiternd, weite Mündungenbildend, geformt ist, in der Art von zwei Trichtern, wenn die Lichtfalle rund ausgebildetist. 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 singleAperture should be provided by a narrowing in the central area of the light trap openingis formed, the opening widening on both sides, wide mouthsforming, is shaped, in the manner of two funnels, if the light trap is roundis. This version is particularly suitable when using point-to-pointor 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 bestehtdarin, daß die Lichtfalle aus mehreren nebeneinander angeordneten Spiegelkdrpernbesteht, die je eine zum Absorberkörper gerichtete Basisfläche aufweisen und entgegender Einfallrichtung der Strahlen annähernd spitz auslaufen, wobei zwischen den nebeneinanderstehenden 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 thisin that the light trap consists of several mirror bodies arranged next to one anotherexists, each having a base surface directed towards the absorber body and oppositethe direction of incidence of the rays tapering approximately to a point, between the side by sidestanding base surfaces aperture-forming column are provided.
Der größte Teil der einfallenden Strahlen wird hierdurch auf dieAbsorberfläche gelenkt. Ein kleiner Teil wird in den Spiegelkörpern in Form vonWärme absorbiert und bewirkt derenAufheizung auf erhöhte Temperaturen.Dadurch wird aber erreicht, daß die diffuse Wärmeabstrahlung von der Absorberkörper-Oberflächeauf ein Minimum reduziert bleibt, da nur die durch die Blenden austretende Wärmestrahlung den Absorber verlassen kann. The major part of the incident rays is thereby on theDirected absorber surface. A small part is in the form of mirror bodiesAbsorbs heat and causes itHeating up to elevated temperatures.However, this ensures that the diffuse heat radiation from the absorber body surfaceremains reduced to a minimum, as only the heat escaping through the panelsradiation can leave the absorber.
Die Spiegelkörper können miteinander durch dünne Spanten festgehaltenwerden. Die Oberfläche der Spanten sind vorteilhaft verspiegelt, um die auf sieeinfallenden Strahlen ebenfalls auf den Kollektorkörper lenken zu können.The mirror bodies can be held together by thin frameswill. The surface of the ribs are advantageously mirrored to the ones on themto be able to direct incident rays onto the collector body as well.
Durch direktes Aufsetzen der Spiegelkörper auf den Absorberkörperwird die Umwandlungsfläche und damit die Wärmeverluste abstrahlende Oberfläche reduziert.Der Absorber hat also in diesem Fall eine gezahnte Oberfläche, wobei die Zähne entwederdurch entsprechende Formgebung des Absorbers entstehen oder durch Aufsetzen dervorgenannten Spiegelkörper zustandekommen kann. In beiden Fällen sind die Zähneflanken vorzugsweise verspiegelt, so daß sie die Strahlen auf den Zahngrund gerichtetreflektieren. Der Zahngrund bildet die Umwandlungsschicht.By placing the mirror body directly on the absorber bodythe conversion area and thus the surface radiating heat loss is reduced.In this case, the absorber has a toothed surface, with the teeth eitherarise by appropriate shaping of the absorber or by placing theaforementioned mirror body can come about. In both cases the teeth areflanks are preferably mirrored so that they direct the rays onto the tooth basereflect. The tooth base forms the conversion layer.
Hiermit wird erreicht, daß gegebenenfalls mit einem Primärsystem gebündelteStrahlen nochmals gebündelt werden und somit die Strahlung mit erhöhter Konzentrationauf die energieumwandelnde Oberfläche auftrifft. Diese Ausführung eignet sich insbesonderefür Anlagen, bei denen eine Energieumwandlung mit hohen Temperaturen erzielt wird.This ensures that, if necessary, bundled with a primary systemRays are bundled again and thus the radiation with increased concentrationhits the energy-converting surface. This design is particularly suitablefor systems in which energy conversion is achieved at high temperatures.
Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades eines Absorbers kanndadurch erreicht werden, daß der oder mehrere Absorberkörper in einem Isolierkörpereingebettet sind, der an der Strahleneinfallseite gezahnt ist. Die Zahnflanken sindähnlich wie im vorigen Fall verspiegelt. Die Absorberkörper sind hierbei bis aufeine geringe Umwandlungs-Oberflache, die zwischen den Zähnen hervorragt, mit Isolierungumgeben.A further improvement in the efficiency of an absorber cancan be achieved in that the or more absorber body in an insulating bodyare embedded, which is toothed on the radiation incidence side. The tooth flanks aremirrored similar to the previous case. The absorber bodies are here up toa small conversion surface that protrudes between the teeth, with insulationsurround.
Die obengenannte Aufgabe kann gemäß einer weiteren Ausführungsformerfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß der Absorberkörper von dem in einem lichtdurchlässigenTräger geführten Wärmeträger vollständig umspült ist.The above object can according to a further embodimentbe achieved according to the invention in that the absorber body of the in a translucentCarrier-led heat transfer medium is completely washed around.
Eine Verringerung der Wärmeabstrahlungsverluste wird bei dieser Ausführungdadurch hervorgerufen, daß der Absorberkörper durch entsprechende Formgebung miteiner sehr großen wärmeabgebenden Oberfläche ausgebildet werden kann. VorteilhafteAusführungen hierzu sind wellblechartige oder als Metall-oder andere Späne ausgebildeteAbsorberkörper. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform erreicht man eine guteWärmeabfuhr vom Absorberkörper an den ihn umgebenden Wärmeträger, so daß eine Wärmeabstrahlungan die Umgebung nur im geringen Maße erfolgt.A reduction in heat radiation losses is achieved with this designcaused by the fact that the absorber body by appropriate shaping witha very large exothermic surface can be formed. BeneficialVersions for this are in the form of corrugated sheet metal or in the form of metal or other chipsAbsorber body. In this embodiment according to the invention, a good one is achievedHeat dissipation from the absorber body to the heat transfer medium surrounding it, so that heat is radiatedto the environment occurs only to a small extent.
Es ist ferner möglich, Wärmeverluste des Absorbers mit einem Isolierkörperzu verringern, der die den einfallenden Strahlenabgekehrten Absorberkörper-Seitenumgibt und dessen Flächen, die an den Bereich der Einfallstrahlen angrenzen, verspiegeltsind.It is also possible to prevent heat losses from the absorber with an insulating bodyto reduce the amount of the incident raysturned away absorber body sidessurrounds and its surfaces, which border on the area of the incident rays, mirroredare.
Hierdurch wird erreicht, daß die nicht an der Strahlenabsorption beteiligteAbsorber-Oberfläche nicht mehr in ungehindertem Wärmeaustausch mit der erheblichkälteren Umgebung steht. Der Isolierkörper nimmt im Betrieb an der dem Absorberrohrzugewandten Oberfläche hohe Temperaturwerte an, wodurch eine Wärmeabstrahlung derOberfläche des Absorberkörpers stark herabgesetzt wird. Außerdem werden durch dieVerspiegelung des Isolierkörpers Streustrahlen zusätzlich eingefangen.This ensures that the did not participate in the radiation absorptionThe absorber surface is no longer in unhindered heat exchange with the considerablycolder environment. The insulating body takes on the absorber tube during operationfacing surface to high temperature values, whereby a heat radiation of theSurface of the absorber body is greatly reduced. In addition, theMirroring of the insulating body, scattered rays are also captured.
Vorteilhaft ist es, wenn der Isolierkörper mit Spiel um den Absorberkörperangeordnet und dieser Raum mit der Umgebung weitestgehend abgeschlossen ist. EineFluidströmung zwischen dem Absorberkörper und dem Isolierkörper wird hierdurch weitgehendverhindert, so daß eine konvektive Wärmeabgabe des Absorbers in dieser Umgebungnahezu ganz vermieden wird. Der Wärmestau in diesem Zwischenraum wird entsprechendder Wärmeleitfähigkeit des Isolierkörpers hervorgerufen. Geeignete Werkstoffe fürden Isolierkörper sind keramische, mineralische oder künstliche Baustoffe, in Formvon Schaum, Granulat, Fasern oder Folien sowie deren Kombination.It is advantageous if the insulating body with play around the absorber bodyarranged and this room is largely closed off with the environment. OneFluid flow between the absorber body and the insulating body is largely reduced as a resultprevented, so that a convective heat dissipation of the absorber in this environmentis almost completely avoided. The heat build-up in this space becomes accordinglycaused by the thermal conductivity of the insulating body. Suitable materials forThe insulating bodies are ceramic, mineral or artificial building materials, in the formof foam, granules, fibers or foils as well as their combination.
Bei sehr hohen Anforderungen ist es selbstverständlich auchmöglich,die verschiedenen erfindungsgemäßen Maßnahmen zu kombinieren, um somit eine optimaleLösung zu erreichen, die einen minimalen Wärmeenergieverlust und einen maximalenWirkungsgrad erlaubt. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen ferner einzelnoder in Kombination eine freie Gestaltung des Absorberkörpers, so daß dieser denverschiedenen Anforderungen und Anwendungszwecken optimal angepaßt werden kann.So kann beispielsweise der Absorberkörper ein Metallrohr sein, in dem der Wärmeträgerfließt. Dieses Rohr kann entweder zylindrisch oder aber auch in Längsrichtung abgeflachtausgebildet sein oder aber auch mit einem beispielsweise wellenartig gefaltetenWandsektor versehen sein.If the requirements are very high, it goes without sayingpossible,to combine the various measures according to the invention in order to thus achieve an optimal oneSolution to achieve a minimum heat energy loss and a maximumEfficiency allowed. The measures according to the invention also make it possible individuallyor in combination a free design of the absorber body, so that this thecan be optimally adapted to various requirements and purposes.For example, the absorber body can be a metal tube in which the heat transfer mediumflows. This tube can either be cylindrical or flattened in the longitudinal directionbe designed or also with a, for example, wave-like foldedWall sector.
Es ist aber auch möglich, das Rohr aus lichtdurchlässigem Materialherzustellen 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 materialto 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 schematischdargestellt. Es zeigen: Fig. 1 die Anordnung eines Absorbers in einem Sonnenkollektorund Fig. 2 - 11 je ein Ausführungsbeispiel.Embodiments according to the invention are shown schematically in the drawingshown. 1 shows the arrangement of an absorber in a solar collectorand FIGS. 2-11 each show an exemplary embodiment.
In Fig. 1 ist ein Absorber 10 zur Nutzung der Sonnenenergie in einemParabolkollektor gezeigt. Ein als Rohr ausgebildeter Absorberkorper 11 ist zu diesemZweck in die Brennlinie eines halbzylindrischen Parabolspiegels 12 angeordnet. Diedurch den Spiegel 12 reflektierten Sonnenstrahlen 13 konzentrieren sich im Bereichdes Absorberrohres 11, der die Strahlenenergie in Wärmeenergie umwandelt und aneinen innerhalb des Absorberrohres 11 fließenden Wärmeträgers 14 abgibt. Das Absorberrohr11 ist von einer Glashülle 15 umgeben.In Fig. 1, an absorber 10 for using solar energy is in oneParabolic collector shown. An absorber body 11 designed as a tube is attached to thisPurpose arranged in the focal line of a semi-cylindrical parabolic mirror 12. theSun rays 13 reflected by the mirror 12 concentrate in the areaof the absorber tube 11, which converts the radiation energy into thermal energy and ona heat transfer medium 14 flowing inside the absorber tube 11 emits. The absorber pipe11 is surrounded by a glass envelope 15.
Ein vergroßerter Querschnitt des Absorbers 10 ist in Fig. 2 näherdargestellt. Im Bereich der einfallenden Reflexionsstrahlen ist eine Lichtfallebestehend aus mehreren konischen Spiegelleisten 19 im Ringraum zwischen der Glashülle15 und dem Absorberrohr 11 angeordnet. Die mit der Basis dem Absorberrohr zugekehrtenkonischen Leisten sind mit Spanten 20 entweder an der Glasgalle oder an dem Absorberrohrbefestigt.An enlarged cross section of the absorber 10 is shown in greater detail in FIGshown. There is a light trap in the area of the incident reflection raysconsisting of several conical mirror strips 19 in the annular space between the glass envelope15 and the absorber tube 11 are arranged. The ones with the base facing the absorber tubeconical strips are with frames 20 either on the glass gall or on the absorber tubeattached.
Die Spanten haben ebenfalls einen dreieckigen Querschnitt, wie esaus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, die je einen Schnitt gemäß der Linie III - IIIbzw. IV - IV darstellen. Die Flanken 21 der Spiegelleisten sowie der Santen sindversPieqelt.The ribs also have a triangular cross-section, like itfrom Fig. 3 and 4 can be seen, which each have a section along the line III - IIIor IV - IV represent. The flanks 21 of the mirror strips as well as the santen aremirrored.
um Streustrahlunaen auf den Absorber 11 umzulenken. Spalte zwischenden konischen Leisten sind als Blenden 22 für den Eintritt der Lichtstrahlen vorgesehen.in order to deflect scattered radiation onto the absorber 11. Gap betweenthe conical strips are provided as apertures 22 for the entry of the light rays.
Die gebündelt durch das Hüllrohr 15 eintretende Lichtstrahlungtrifftzum Teil auf die konischen Leisten 19 und zum Teil durch die Schlitzblenden 22 aufdie Absorberoberflache 23 auf. An dieser Oberfläche, der sogenannten Umwandlungsschichtfindet die Umwandlung von Strahlungsenergie in Wärme statt, die dann über die Rohrwandan den Wärmeträger 14 übertragen wird. Der bedingt durch die auftretenden Temperaturenund das Material des Absorbers 11 sich einstellende Wärmefluß reicht in vielen Fällennicht aus, um die Temperatur an der Umwandlungsschicht 23 ausreichend zu senken,so daß eine Wärmeabstrahlung an die Umgebung erfolgen kann. Diese diffuse Wärmestrahlungwird jedoch durch die aus einem wärmeisolierendem Material bestehenden Leisten 19zurückgehalten, weil diese ebenfalls durch die einfallenden Strahlen aufgeheiztsind. 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 15meetspartly on the conical strips 19 and partly through the slit diaphragms 22the absorber surface 23. On this surface, the so-called conversion layerthe conversion of radiant energy into heat takes place, which then takes place over the pipe wallis transferred to the heat carrier 14. Due to the temperatures that occurand the heat flow established by the material of the absorber 11 is sufficient in many casesnot enough to lower the temperature at the conversion layer 23 sufficiently,so that heat can be radiated to the environment. This diffuse thermal radiationhowever, the strips 19 made of a heat-insulating materialheld back because these are also heated up by the incident raysare. 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 einerBlende bestehen, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist.The light fall for the absorber can, for example, also come from aDiaphragm exist, as shown in Fig. 5.
Der Absorberkörper ist in diesem Fall als ein abgeflachtes Rohr 28ausgebildet und im Querschnitt gezeigt. Für die Lichtfalle ist ein langer Isolierkörper29 vorgesehen, der entlang des Absorberkörpers 28 mit diesem verbunden ist und imBereich 30 des Strahlenganges einen ebenfalls entlang desAbsorberkörpers28 geführten Schlitzspalt zur Bildung einer Blende 31 hat. Von der Blende 31 auserweitert sich der Spalt in eine Öffnung 32, die am Absorberkörper 28 die gesamteBreite dieses Körpers einnimmt. Auch die zu den Strahlen gerichtete Seite ist imQuerschnitt zu einer trichterförmigen Öffnung 33 ausgebildet.The absorber body is in this case as a flattened tube 28formed and shown in cross section. There is a long insulating body for the light trap29 is provided, which is connected to the absorber body 28 and in theArea 30 of the beam path also runs along theAbsorber body28 guided slot gap to form a diaphragm 31 has. From aperture 31the gap widens into an opening 32, which on the absorber body 28 is the entireWidth this body occupies. The side facing the rays is also imCross-section formed into a funnel-shaped opening 33.
Diese Ausführung eignet sich insbesondere für einen Fall, in demdie Strahlen einseitig und durch Reflektoren oder Linsen konzentriert auf den Absorber28 einfallen, wobei der linienförmige Brennfleck auf die Blende 31 fällt. This design is particularly suitable for a case in whichthe rays are one-sided and concentrated on the absorber through reflectors or lenses28, the line-shaped focal point falling on the diaphragm 31.
Streustrahlen können bei dieser Ausführung ebenfalls eingefangenwerden, indem die Flanken des Isolierkörpers 29 um die Öffnung 32, 33 verspiegeltsind, so daß darauf einfallende Strahlungen auf den Absorber 28 umgelenkt werdenkönnen. Scattered rays can also be captured in this designby mirroring the flanks of the insulating body 29 around the opening 32, 33are, so that radiation incident thereon is deflected onto the absorber 28can.
Auch in diesem Fall können die Wärmeverluste, die durch eine Abstrahlungvon der gegebenenfalls stark erhitzten Umwandlungsschicht 35 des Absorbers starkreduziert werden. Die nicht durch Strahlung berührten Flächen des Absorbers 28 sindvon einem Isolierkörper 36 umgeben, um auch hier eine Wärmeabgabe an die Umgebung,sei es durch Strahlung oder Konvektion, weitestgehend zu vermeiden. In der Ausführunggemäß Fig. 5 läßt sich der Isolierkörper 36 für die Rückseite des Absorberkörpers28 und die Elemente 29 für die Lichtfalle vorteilhaft aus einem Bauelement herstellen. In this case, too, the heat losses caused by radiationfrom the conversion layer 35 of the absorber, which may be strongly heatedbe reduced. The surfaces of the absorber 28 that are not in contact with radiation aresurrounded 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 executionAccording to FIG. 5, the insulating body 36 can be used for the rear side of the absorber body28 and the elements 29 for the light trap are advantageously made from one component.
Die oben beschriebenen Ausführungen sind nur ein Beispiel von einerVielzahl von Ausführungsmöglichkeiten, die je nach Formgebung des Absorbers undnach Bedarf den Anforderungen angepaßt werden können. Beispielsweise kann die Lichtfallegemäß hergestellt werden, bei dem der Wärmeträger in einem lichtdurchlässigen Körpergeführt wird und der Absorberkörper in der Fluidströmung angeordnet ist. Ein Beispielhierzu ist in Fig. 6 gezeigt, in dem der Wärmeträger 14 in einem aus durchlässigenMaterial, z.B. Glas, hergestellten Rohr 40 geführt ist.The embodiments described above are just one example of oneVariety of design options, depending on the shape of the absorber andcan be adapted to requirements as required. For example, the light trapbe manufactured according to, in which the heat carrier in a translucent bodyis performed and the absorber body is arranged in the fluid flow. An examplethis is shown in Fig. 6, in which the heat transfer medium 14 in a permeableMaterial, e.g. glass, made tube 40 is guided.
Die Spiegelleisten 19' können hier in einer einfachen Weise direktauf das lichtdurchlässige Rohr 40 aufgebracht, z.B.The mirror strips 19 'can be here in a simple manner directlyapplied 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 entsprechendeFormgebung des Rohres oder bei einem Rohr 40 mit kreisförmigem Querschnitt durcheinen Füllkörper 42 optimiert werden.The flow cross section of the fluid 14 can either by correspondingShaping the tube or in the case of a tube 40 with a circular cross-sectiona filler body 42 can be optimized.
Bei den bisher beschriebenen Ausfuhrungsformen wird ein Energieverlustdurch Maßnahmen reduziert, die einen Wärmeaustausch zwischen der energieumwandelndenSchicht mit der Umgebung verhindert. Es ist aber auch möglich, einen Energieverlustdurch erhöhten Wärmetransport zwischen Absorber und Wärmeträger zu verringern. Indiesen Fällen wird der Wärmeträger in einen lichtdurchlässigen Körper geführt undinnerhalb dieses Körpersmit dem Absorberkörper in Kontakt gesetzt.Der Vorteil in dieser Ausführung besteht darin, daß der Absorberkörper mit sehrgroßer Wärmeübertragungsoberfläche ausgebildet und außerdem vollständig vom Wärmeträgerumspült werden kann. Der Absorberkörper kann als Späne 43 eines gut wärmeleitendemMaterials, z.B. Metall, ausgebildet sein, wie es in Fig. 6 auf der linken Hälftegezeigt ist. Durch entsprechende Formgebung oder mehrfaches Falten läßt sich eineinstückiger oder mehrstückiger Absorberkörper mit geringem Einstrahlungsquerschnittjedoch großer Wärmeübertragungsfläche ausbilden. Als Beispiel ist in Fig. 6, rechteHälfte, ein zickzackartig gefaltetes Metallblech 44 gezeigt.In the embodiments described so far, there is a loss of energyReduced by measures that heat exchange between the energy convertingLayer with the environment prevented. But it is also possible to lose energydue to increased heat transport between absorber and heat transfer medium. InIn these cases, the heat transfer medium is fed into a translucent body andwithin that bodyput in contact with the absorber body.The advantage of this design is that the absorber body with verylarge heat transfer surface and also completely from the heat transfer mediumcan be washed around. The absorber body can be used as chips 43 of a highly thermally conductiveMaterial, e.g. metal, as shown in Fig. 6 on the left halfis shown. By appropriate shaping or multiple folding can beone-piece or multi-piece absorber body with a small irradiation cross-sectionbut form a large heat transfer surface. As an example is in Fig. 6, rightHalf, 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 Rohres50 aufgetragene Absorptionsschicht 51 zu bilden, Fig. 7. Die schlecht wärmeleitendeRohrwand, auf der die Umwandlungsschicht 51 aufgebracht ist, dient gleichzeitigals Isolierung gegenüber der Umgebung. Eine hinzukommende gute Wärmeübertragungvon der Umwandlungsschicht 51 an den Wärmeträger bietet bei dieser Ausführung einenverbesserten 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 ofthe energy conversion layer by one on one side of the inner wall of the pipe50 applied absorption layer 51 to form, FIG. 7. The poorly thermally conductivePipe wall on which the conversion layer 51 is applied serves at the same timeas isolation from the environment. An additional good heat transferfrom the conversion layer 51 to the heat transfer medium offers one in this embodimentimproved 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 lichtundurchlässigenAbsorberrohrendurch entsprechende Formgebung eine möglichst große Kontakt fläche mit dem Wärmeträgerbei gleichbleibender Einstrahlungsfläche zu erzeugen. Ein Beispiel hierzu ist inFig. 8 gezeigt, bei dem die der Strahlung zugekehrte Wand 52 eines flachen Absorberrohres53 wellig ausgebildet ist.It is of course also possible with opaque onesAbsorber tubesthe largest possible contact area with the heat transfer medium through appropriate shapingto be generated with the same irradiation area. An example of this is inFig. 8 shown, in which the radiation facing wall 52 of a flat absorber tube53 is wavy.
Das in Fig. 1 gezeigte Beispiel eines sogenannten Parabol-Kollektorsist 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, beidenen die Strahlung entweder parallel (direkte Sonnenstrahlung) oder durch Linsengebündelt nur von einer Richtung einfallen können. In diesen Fällen sieht die Erfindungeine Maßnahme vor, die für sich oder in Kombination mit dem vorhergehend beschriebenenMaßnahmen zum Einsatz gebracht werden kann. Diese Maßnahme besteht darin, durcheinen wärmeisolierenden Körper einen Wärmestau an den Seiten des Absorbers zu erzeugen,die nicht der Strahlung ausgesetzt sind. Der Isolierkörper kann entweder, wie inFig. 5, im direkten Kontakt mit dem Absorberkörper stehen, oder noch besser unterBildung eines Zwischenraumes, wie es Fig. 6 gezeigt ist, um die besagte Fläche desAbsorbers angeordnet werden. In beiden Fällen wird durch die geringe Wärmeleitfähigkeitein Wärmestau um den Absorber hervorgerufen, der im zweiten Fall eine Konvektionsströmungder Luft im Spalt 55 nahezu unterbindet. Vorteilhaft ist es, wenn dieser Raum 55gegenüber 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 collectoris 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 whenwhich radiation is either parallel (direct solar radiation) or through lensescan only come in bundled from one direction. In these cases the invention providesa measure before, on its own or in combination with the one previously describedMeasures can be brought into use. This measure consists in getting througha 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 inFig. 5, are in direct contact with the absorber body, or even better belowFormation of a space, as shown in FIG. 6, around said surface of theAbsorbers are arranged. In both cases this is due to the low thermal conductivitya heat build-up around the absorber caused, which in the second case a convection flowthe air in the gap 55 is almost prevented. It is advantageous if this space 55is 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 Stillstandgebracht, so daß an diesen Stellen des Absorbers ein Wärmeaustausch mit der Umgebungoptimal unterbunden werden kann. Die Endflächen 56 des Isolierkörpers 57, die anden Strahlenbereich angrenzen, können vorteilhaft verspiegelt sein, um die daraufeinfallenden Strahlen auf den Absorber umzulenken.In this way, an air flow in the space 55 comes to a standstill almost completelybrought so that a heat exchange with the environment at these points of the absorbercan be optimally prevented. The end surfaces 56 of the insulating body 57, which atAdjacent the radiation area can advantageously be mirrored in order to protect the areas on itredirect incident rays onto the absorber.
In Fig. 9 - 11 sind Ausführungsbeispiele gezeigt, bei denen eine Sekundärreflexionzur Verstärkung der Strahlenbündelung und zur Reduzierung der wärmeabstrahlendenAbsorberoberfläche bewirkt wird. In Fig. 9 ist ein mit Zähnen 60 bzw. 61 verbundenesAbsorberrohr 62 gezeigt. Die Zähne haben verspiegelte Flanken 63 bzw. 64 und wirkenin ähnlicher Weise wie die aus den Spiegelkörpern 19 gebildete Lichtfalle in Fig.2. Im Gegen satz zu dem vorhergehenden Fall ist hier die Energieumwandlungsschichtdes Absorbers auf die Spaltflächen 65 bzw. 66 zwischen den Zähnen eigeschränkt.Die Ausführung mit den aufgeklebten Zähnen 65 in der linken Zeichnungshälfte hatden Vorteil, daß die Zähne aus wärmeisolierendem Material hergestellt werden können,und damit die Wärmeverluste-Abstrahlfläche an der Lichteinfall-Seite fast nur aufdie Spaltflächen 65 reduziert ist.In FIGS. 9-11, exemplary embodiments are shown in which a secondary reflectionto strengthen the bundling of rays and to reduce the heat emittingAbsorber surface is effected. In Fig. 9, one is connected to teeth 60 and 61, respectivelyAbsorber tube 62 shown. The teeth have mirrored flanks 63 and 64 and actin 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 layerof 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 hasthe advantage that the teeth can be made of heat-insulating material,and thus the heat loss radiating surface on the light incidence side almost onlythe gap areas 65 is reduced.
In der rechten Zeichnungshälfte ist eine fertigungstechnisch vereinfachteForm dargestellt, bei der das Absorberrohr 62 direkt mit einem Zahnprofil ausgebildetist.In the right half of the drawing is a simplified one from a manufacturing point of viewShown form in which the absorber tube 62 is formed directly with a tooth profileis.
In Fig. 10 und 11 sind Varianten gezeigt, bei denen mehrere Absorberrohre70 in einem Isolierkörper 71 bzw. 72 mit verspiegelten Zähnen 73 bzw. 74 eingebettetsind derart, daß jeweils eine vorbestimmte Absorberoberfläche 75 zwischen den Zähnenhervorragt. Diese Ausführung ist eine wirkungsvolle und fertigungstechnisch einfacheKombination der verschiedenen, oben beschriebenen Maßnahmen zur Verminderung vonWärmeverlusten.In Fig. 10 and 11 variants are shown in which several absorber tubes70 embedded in an insulating body 71 and 72 with mirrored teeth 73 and 74, respectivelyare such that in each case a predetermined absorber surface 75 between the teethstands out. This design is effective and simple in terms of production technologyCombination of the various measures described above to reduceHeat losses.
Der Unterschied der beiden Ausführungsformen in den Fig. 10 und 11liegt lediglich darin, daß in Fig. 10 eine gemeinsame Glashülle 76 vorhanden ist,während in Fig. 11 individuelle Glashüllen 77 für die einzelnen Absorberrohre 70vorgesehen sind.The difference between the two embodiments in FIGS. 10 and 11lies 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 70are provided.
Je nach Anwendungsfall wird die eine oder die andere Maßnahme odereine entsprechende Kombination zwischen ihnen zur Optimierung des Wirkungsgradesführen, d.h., die Vielfalt und die Flexibilität in den Ausgestaltungsmöglichkeitengeben die Möglichkeit, in jedem Anwendungsfall die durch die Strahlen auf den Absorbereinfallende Energie nahezu vollständig zu nutzen.Depending on the application, one or the other measure oran appropriate combination between them to optimize the efficiencylead, i.e. the diversity and flexibility in the design optionsgive the possibility, in each case of application, by the rays on the absorberto use almost all of the incident energy.
L e e r s e i t eL e r s e i t e
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| Date | Code | Title | Description |
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| 8127 | New person/name/address of the applicant | Owner name:M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NUERNBERG AG, 8000 | |
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |