DE3214765A1

DE3214765A1 - Solar collector for the production of hot water

Info

Publication number: DE3214765A1
Application number: DE3214765A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Ing. 4445 Neuenkirchen Waltermann
Original assignee: SOLAR DIAMANT SYST
Current assignee: SOLAR DIAMANT SYST
Priority date: 1982-04-21
Filing date: 1982-04-21
Publication date: 1983-11-03

Abstract

The solar collector consists of a trough-shaped housing (2) mounted at a fixed angle to the base, with its upper side, open to the sun, being closed by a transparent and heat-insulating cover (9) and its rear side being insulated, a reflector layer (5) on the inner walls of the housing, and an absorber tube (6) arranged longitudinally to the trough floor and provided at its front and rear end surfaces with a feed and return for the heat carrier liquid. The absorber tube (6) is constructed as a large-volume liquid storage tank and has baffle plates (8) arranged on its outer wall, parallel to the housing floor, to increase the absorption surface. The reflector layer (5) is formed of individual partial surfaces which include a fixed angle between them. <IMAGE>

Description

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I*I *

Solar collector for the production of hot water

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor zur Erzeugung von Heißwasser, bestehend aus einem v/annenföririigen Gehäuse mit festem Aufstellwinkel zur Unterlage, dessen zur Sonne hin offene Oberseite durch eine lichtdurchlässige und wärme isolierende Abdeckung verschlossen ist und dessen Rückseite isoliert ist, einer Reflektorschicht auf den Innenwänden des Gehäuses und einem längs zum Wannenbeden angeordneten Absorberrohr, das an seinen vorderen und hinteren Endfläche mit einem Zu- und einem Abfluß für die Wärmeträgerflüssigkeit versehen ist.The invention relates to a solar collector for generating hot water, consisting of a v / annenföririigen housing With a fixed installation angle to the base, the top of which is open to the sun thanks to a translucent and warmth insulating cover is closed and the rear side is insulated, a reflector layer on the inner walls of the housing and a longitudinally arranged for the tub bed absorber tube, which at its front and rear end faces is provided with an inlet and an outlet for the heat transfer fluid.

Es sind Solaranlagen bekannt, die direkt von Brauchwasser durchflossen werden, sogenannte Einkreisanlagen. Die wesentlichen Bauteile dieser Solaranlagen sind Kollektor, Verrohrung und Boiler. Der Boiler und die erforderliche Verrohrung von Kollektor und 3oiler stellen eine erhebliche Masse dar, die vom erwärmten Brauchwasser aufgeheizt wird und so zu Wärmeverlusten führt.There are known solar systems through which process water flows directly, so-called single-circuit systems. The essential The components of these solar systems are the collector, piping and boiler. The boiler and the necessary piping The collector and 3oiler represent a considerable mass that is heated by the heated domestic water and thus leads to heat losses.

Es ist bei diesen Solaranlagen auch bekannt, Kohlspielgelkollektoren zu verwenden, die die Sonnenstrahlung auf ein dünnes, wasserdurchflossenes Rohr konzentrieren. Die Kohlspiegel· werden durch einen Sonnenfühler und einen Steuermotor dorn Sonnenstand nachgeführt. Solche Nachführungseinrii-htungen sind nicht billig. Nachteilig ist ferner,It is also known in these solar systems, cabbage collectors to use, which concentrate the solar radiation on a thin, water-permeated pipe. The cabbage mirror are controlled by a sun sensor and a control motor dorn sun position tracked. Such tracking devices are not cheap. Another disadvantage is

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daß das diffuse Sonnenlicht, das bei bedecktem Himmel in _; einem Flachkollektor noch erhebliche Wärmemengen liefert, weniger gut ausgenutzt wird.that the diffuse sunlight that comes in when the sky is overcast _; a flat plate collector still supplies considerable amounts of heat, is less well utilized.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer von zu erwärmenden B-r-auchwasser- Surchflossener, . Solaranlage mit Hohlspiegelkollektor die Wärmeverluste zu verringern und den Sonnenkollektor so zu gestalten, daß auch ohne Nachführungseinrichtung ein hoher Wirkungsgrad der Anlage erreicht wird. Der Sonnenkollektor soll darüber hinaus einfach aufgebaut und wirtschaftlich herstellbar sein, wobei er über eine lange Lebensdauer verfügen und betriebssicher sein soll.The invention is therefore based on the object, in a flown by B-r-also water-flown,. Solar system with Concave mirror collector to reduce heat losses and to design the solar collector so that even without tracking device a high degree of efficiency of the system is achieved. In addition, the solar collector should be constructed and simple be economical to manufacture, with a long Have a service life and should be operationally reliable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Absorbarrohr als großvolumiger Flüssigkeitsspeicher ausgebildet ist und zur Erhöhung der Absorptionsfläche an seiner Außenwand parallel zum Gehäuseboden angeordnete Leitbleche aufweist, und die Reflektorschicht aus einzelnen Teilflächen gebildet wird, die untereinander feste Winkel einschließen.This object is achieved according to the invention in that the absorber tube is designed as a large-volume liquid reservoir and to increase the absorption area its outer wall has guide plates arranged parallel to the housing base, and the reflector layer consists of individual partial areas is formed, which include fixed angles with each other.

Bei dem erfindungsgemäßen Sonnenkollektor sind Flüssigkeitsspeicher und Absorber in einem Bauelement vereinigt. Es hat sie bei dieser Konstruktion als günstig erwiesen, das Volumen des Absorberrohrs so zu wählen, daß es 20 - 30% des Füllvolumens der Gehäusewanne beträgt, bei einer zweiten Ausführungsform beträgt dieses 'Λ/Γη'ΐΐ^π} ε 14 - 18%.In the solar collector according to the invention, liquid storage and absorber are combined in one component. It has it With this construction it has proven to be advantageous to choose the volume of the absorber tube so that it is 20-30% of the filling volume the housing trough, in a second embodiment this is' Λ / Γη'ΐΐ ^ π} ε 14-18%.

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Zur Verringerung der Massenträgheit weist das Absorberrohr eine besonders dünne Rohrwand auf. Das Material des Absorber rohres soll gut wärmeleitend und korrosionsfest sein, da das Rohr direkt von Brauchwasser durchflossen wird.To reduce the inertia, the absorber tube has a particularly thin tube wall. The material of the absorber pipe should conduct heat well and be corrosion-resistant, since the pipe is flowed through directly by service water.

Die Oberfläche des Absorberrohrs ist vorteilhaft mit einer selektiven Beschichtung versehen, die die Wärmeabstrahlung reduziert und die auftreffende Sonnenstrahlung gut absorbiert. Zur Erhöhung der Absorptionsfläche besitzt das Absorberrohr zwei Leitbleche, durch die auch das diffuse Sonnenlicht zur Wärmegewinnung gut ausgenutzt wird. Die Leitbleche sind bei einer zweiten Ausführungsform (siehe Fig. des erfindungsgemäßen Sonnenkoilektors senkrecht zum Gehäuseboden am Absorberrohr angeformt.The surface of the absorber tube is advantageously provided with a selective coating that prevents heat radiation and absorbs the incident solar radiation well. To increase the absorption area, the Absorber tube two baffles through which the diffuse sunlight is also used well to generate heat. the In a second embodiment (see Fig. Of the sun coil according to the invention), guide plates are perpendicular to the housing bottom molded onto the absorber tube.

Leitbleche und Absorberrohr sind vorteilhaft einstückig ausgebildet und weisen an ihrer Oberfläche eine wärmeabsorbieren Beschichtung auf. Auf sie wird sämtliche durch die Gehäuseabdeckung unter einem Azimutwinkel von 120 - 240° einfallende Strahlung durch die Teilflächen der Reflektorschicht reflektiert.' Dies entspricht einem Sonnenlauf von 8 Stunden pro Tag.Guide plates and absorber tube are advantageously formed in one piece and have a heat-absorbing coating on their surface. It is all through the housing cover incident at an azimuth angle of 120 - 240 ° Radiation reflected by the partial areas of the reflector layer. ' This corresponds to a course of the sun of 8 hours per day.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Sonnenkollektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Further advantageous refinements of the solar collector are listed in the subclaims.

Beim erfindun.gsgerr.äßen Sonnenkollektor ist besonders vorteilhaft, daß durch die Vereinigung von. WarmwasserspeicherIn the case of the solar collector according to the invention, it is particularly advantageous that by the union of. Hot water tank

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und Absorber zu einem Bauteil die bei üblichen Solaranlagen erforderliche Verrohrung und ein spezieller Wasserspeicher entfallen. Wärmeverluste, die sonst durch Aufheizung der Teile bzw. durch Abstrahlung an die Umgebung auftreten, werden beim Sonnenkollektor der o.g. Art vermieden.and absorber to one component, the piping required for conventional solar systems and a special water storage tank omitted. Heat losses that otherwise occur through heating of the parts or through radiation to the environment, are avoided with solar collectors of the type mentioned above.

Die Materialmasse des Absorberrohrs des erfindungsgernäßen Sonnenkollektors ist nicht höher als die eines gewöhnlichen Absorbers von Sonnenkollektoren. Durch die besondere Bauart und selektive Beschichtung des Absorberrohrs erreicht man, daß die auftreffende Wärmestrahlung das Gebrauchswasser soforerwärmt und unter dem erforderlichen Aufstellwinkel im Absorberrohr die gewünschte Temperaturschichtung des Wassers erfolgt.The material mass of the absorber tube of the inventive The solar panel is no higher than that of an ordinary solar panel absorber. Due to the special design and selective coating of the absorber pipe ensures that the incident thermal radiation immediately warms the service water and at the required angle in the absorber pipe the desired temperature stratification of the water takes place.

Der durch diese Maßnahmen erzielte hohe Wirkungsgrad des Sonnenkollektors gestattet den Anschluß ^{an das} Leistungnetz mit entsprechendem Wasserdruck. Teure Nachführungseinrichtungen sind nicht mehr erforderlich. Da durch die besondere Konstruktion des Sonnenkollektors auch Bauteile eingespart v/erden, ergeben sich niedrige Anschaffungs- und Betriebskosten. Die einfache Bauweise macht den Sonnenkollektc wenig störanfällig und garantiert eine hohe Lebensdauer, so dt man von einer gelungenen Konstruktion sprechen kann.The high efficiency of the solar collector achieved by these measures allows it to be connected ^{to the} power network with the appropriate water pressure. Expensive tracking devices are no longer required. Since the special construction of the solar collector also saves components, the acquisition and operating costs are low. Can the simple design makes the Sonnenkollektc less prone to interference and guarantees a long life, one dt of a successful construction speak.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are in the drawings and are described in more detail below.

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des Wassers unter dem erforderlichen Anstellwinkel höher liegt als der Zufluß 7. Das Absorberrohr 6 weist an beiden Seiten Leitbleche δ auf, die parallel zum Gehäuse boden angeordnet sind. Die Leitbleche 8 bilden mit ihren Kanten und den Gehäuseseitenwänden Längsspalte, durch die e Teil der einfallenden Strahlung auf den Reflektor 5 und von dort auf die Rückseite des Absorberrchrs 6 bzw. der Leitbleche 8 reflektiert wird. Absorberrohr 6 und Leitblech bestehen aus besonders dünnem, gut wärmeleitendem Material. Ihre Oberfläche weist vorzugsweise eine spezielle, selektiv! Beschichtung auf, die auf chemisch-elektrolytischem Wege in die Metalloberfläche eingebracht wird.of the water at the required angle of attack is higher than the inflow 7. The absorber tube 6 has on both sides of guide plates δ, which are arranged parallel to the housing floor. The baffles 8 form with their Edges and the housing side walls longitudinal gaps through which e part of the incident radiation on the reflector 5 and from there on the back of the absorber tube 6 or the baffles 8 is reflected. Absorber tube 6 and baffle plate are made of particularly thin, highly thermally conductive material. Your surface preferably has a special, selective! Coating, which is introduced into the metal surface by chemical-electrolytic means.

Die zur Sonne zeigende offene Gehäuseseite wird durch eine lichtdurchlässige Abdeckung 9 verschlossen. Die Abdeckung 9 kann, wie Figur 2 zeigt, aus einer Glas-Folien-Kombination bestehen, bei der parallel zu einer äußeren Glasscheibe 10 innen eine Kunststofffolie 11 auf Abstand gehalten ist. Es können auch doppelschalige Plexiglasabdeckungen oder ähnliche, dem Fachmann bekannte Anordnungen verwendet werden die eine.hohe Durchlässigkeit für Licht und gute Isoliereige schäften auf v/eisen.The open side of the housing facing the sun is closed by a transparent cover 9. The cover 9 can, as Figure 2 shows, from a glass-film combination exist, in which parallel to an outer glass pane 10 inside a plastic film 11 is kept at a distance. It is also possible to use double-shell Plexiglas covers or similar arrangements known to the person skilled in the art one, high permeability for light and good insulating batter stocks on iron.

An beiden Längskanten des Gehäuses 2 sind vorzugsweise Isoli deckel 12 angebracht, die über Scharniere zur Abdeckung 9 hi schwenkbar sind. Im zugeklappten Zustand bedecken die- Isolie deckel 12 jeweils eine Hälfte der Abdeckung 9. Die Isolier-BADORIGINAL deckel 12 verringern Wärmoverlusto -'.urch Ui:. IichtdurchlässiOn both longitudinal edges of the housing 2 Isoli cover 12 are preferably attached, which can be pivoted on hinges to the cover 9 hi. In the closed state, the insulating lids 12 each cover one half of the cover 9. The insulating BADORIGINAL lids 12 reduce heat loss . Translucent

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fes Wassers unter dem erforderlichen Anstellwinkel Lcher liegt als der Zufluß 7. Das Absorberrohr 6 weist j en beiden Seiten Leitbleche 8 auf, die parallel zum Gehäuse-! reden angeordnet sind. Die Leitbleche 8 bilden mit ihren '. £=nten und den Gehäuseseitenwänden Längsspalte, durch die ei: üeil der einfallenden Strahlung auf den Reflektor 5 und Ten dort auf die Rückseite des Absorberrohrs 6 bzw. der leitbleche 8 reflektiert wird. Absorberrohr 6 und Leitbleche bestehen aus besonders dünnem, gut wärmeleitendem Material. Zhre Oberfläche weist vorzugsweise eine spezielle, selektive Beschichtung auf, die auf chemisch-elektrolytischem Wege ±n die Metalloberfläche eingebracht wird.fes water is at the required angle of attack holes than the inflow 7. The absorber tube 6 has baffles 8 on both sides, which are parallel to the housing! speeches are arranged. The baffles 8 form with their '. £ = nten and the housing side walls longitudinal gaps through which ei: üeil of the incident radiation is reflected on the reflector 5 and Ten there on the back of the absorber tube 6 or the guide plates 8. The absorber tube 6 and baffles are made of a particularly thin, highly thermally conductive material. Its surface preferably has a special, selective coating that is applied to the metal surface by chemical-electrolytic means.

Lie zur Sonne zeigende offene Gehäuseseite wird durch eine ----- ""lichtdurchlässige Abdeckung 9 verschlossen. Die Abdeckung 9 V=-n _r wie Figur 2 zeigt, aus einer Glas-Folien-Kombination iestehen, bei der parallel zu einer äußeren Glasscheibe "Z innen eine Kunststofffolie 11 auf Abstand gehalten ist. Ξ= können auch doppelschalige Plexiglasabdeckungen oder iZirLliche, dem Fachmann bekannte Anordnungen verwendet werden die eine.hohe Durchlässigkeit für Licht und gute Isoliereige schäften aufweisen.The open side of the housing facing the sun is closed by a ----- "" transparent cover 9. The cover 9 V = -n _r, as shown in FIG. 2, consists of a glass-film combination in which a plastic film 11 is kept at a distance on the inside parallel to an outer pane of glass "Z" Arrangements known to those skilled in the art are used which have a high permeability for light and good insulating shafts.

Izi beiden Längskanten des Gehäuses 2 sind vorzugsweise Isoli deckel 12 angebracht, die über Scharniere zur Abdeckung 9 hi schwenkbar sind. Im zugeklappten Zustand bedecken die Isolie feckel 12 jeweils eine Hälfte der Abdeckung 9. Die Isolierfeckel 12 verringern Wärmeverluste durch die lichtdurchlässi Izi two longitudinal edges of the housing 2 are preferably Isoli cover 12 attached, which can be pivoted on hinges to the cover 9 hi. In the closed state, the Isolie feckel 12 each cover half of the cover 9. The Isolierfeckel 12 reduce heat loss through the translucent

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Abdeckung 9 in der Zeit, in der keine Strahlung vom Sonnenkollektor aufgenommen wird. Bei längeren Betriebspausen verhindern sie eine Übertemperatur im Solarsystem.Cover 9 in the time when there is no radiation from the solar panel is recorded. They prevent overheating in the solar system during longer breaks in operation.

Anstelle von zwei Isolierdeckeln 12 kann auch nur ein Isolierdeckel vorgesehen sein, der dann im geschlossenen Zustand die Abdeckung 9 vollständig bedeckt. Vorteilhaft weisen die Isolierdeckel 12 an ihren Innenflächen Reflektorschichten 13 auf. Im halbgeöffneten -Zustand (in Figur 2 gestrichelt angedeutet) wird durch die Reflektorschicht 13 Strahlung, die sonsnicht in den Sonnenkollektor gelangen würde, zum Kollektor hin reflektiert.Instead of two insulating covers 12, only one insulating cover can be used be provided, which then completely covers the cover 9 in the closed state. The insulating covers are advantageous 12 reflector layers 13 on their inner surfaces on. In the half-open state (indicated by dashed lines in Figure 2) radiation that would otherwise not get into the solar collector is transmitted through the reflector layer 13 to the collector reflected back.

Bei einer zweiten Ausführungsform des Sonnenkollektors 1 gemäß Figur 3 sind die Leitbleche 8 senkrecht zum Gehäuseboden am Absorberrohr angeordnet. Die Leitbleche 8 lassen zwischen ihren Kanten und dem Gehäuseboden bzw. der Abdeckung 9 schmale Spalte frei. Der veränderten Anordnung von Absorberrohr 6 und Leitblech 8 entsprechend ist die Gehäusewanne tiefer und schmaler ausgebildet. Die gestrichelten Strahlengänge lassen erkennen, daß auch bei dieser Anordnung sämtliche im Azimutwinkelbereich von 120 - 240° einfallende Strahlung durch den Reflektor 5 auf das Absorberrohr 6 bzw. die Leitbleche 8 reflektiert und zur Erwärmung des Brauchwassers benutzt werden kann.In a second embodiment of the solar collector 1 according to FIG. 3, the guide plates 8 are perpendicular to the housing base arranged on the absorber pipe. The guide plates 8 leave between their edges and the housing base or the cover 9 narrow gap free. The modified arrangement of absorber tube 6 and baffle 8 is the housing trough deeper and narrower. The dashed beam paths show that even with this arrangement all Radiation incident in the azimuth angle range of 120-240 ° through the reflector 5 onto the absorber tube 6 or the baffles 8 reflected and can be used to heat the domestic water.

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Claims

1. Consisting of a solar collector for the production of hot water from a tub-shaped housing with a fixed installation angle to the base, the top of which is open to the sun and closed by a translucent and heat-insulating cover and the back of which is insulated, a reflector layer on the inner walls of the housing and a: The absorber pipe is arranged along the bottom of the wall and has an inlet and an inlet on its front and rear end surfaces an outlet for the heat transfer fluid is provided, characterized in that the absorber tube (6) as a large volume Liquid storage is designed and to increase the absorption area on its outer wall Has guide plates (8) arranged parallel to the housing bottom, and the reflector layer (5) from individual partial areas is formed, which include fixed angles with each other.

2. Solar collector according to claim 1, characterized in that the volume of the absorber tube (6) 20-30% of the filling volume the housing pan is.

'3 ".: Solar collector according to claim 1, characterized in that that the volume of the absorber tube (6) is 14-18% of the filling volume the housing pan is. QADORIGiNAL COPY

4. Solar collector according to claims 1-3, characterized in that the absorber tube (6) has a thin Pipe wall on v / iced.

5. Solar collector according to claims 1-4, characterized characterized in that the wall of the absorber tube (6) consists of a material that conducts heat well and is corrosion-resistant.

6. Solar collector according to claims 1-5, characterized in that the surface of the absorber tube (6) has a coating that reduces heat radiation and absorbs the incident radiation well.

7. Solar collector according to claim 1, characterized in that the guide plates (8) perpendicular to the housing bottom on Absorber tube (6) are formed.

8. Solar collector according to claims 1-7, characterized characterized in that the absorber tube (6) and the guide plates (8) are in one piece.

9. Solar collector according to claim 1, characterized in that the individual partial surfaces of the reflector layer (5) the one falling at an azimuth angle of 120 - 240 ° Reflect radiation onto the absorber tube (6) or the guide plates (8).

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10. Solar collector according to claim 1, characterized in that

that the cover (9) consists of an outer pane of glass (10) j

! and an inner, parallel film layer (11) ^: which is kept at a distance from the glass pane (10).

11. Solar collector according to claim 10, characterized in that the cover (9) consists of a double-shell Plexiglas arrangement consists.

12. Solar collector according to claim 1, characterized in that at least one of the two longitudinal side edges of the housing (2) Insulating cover that can be swiveled towards the cover

(12).

13. Solar collector according to claim 12, characterized in that the inner surfaces of the insulating cover (12) with a reflective layer (13) are provided.

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