CH642740A5 - Sonnenkollektor. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor mit einem innerhalb einer evakuierten transparenten Hülle angeordneten und mit mindestens einem Kanal für ein Wärmetransportmedium versehenen Absorber zum Übertragen von aus eintreffender Sonnenstrahlung erhaltener Wärme auf das Wärmetransportmedium und mit mindestens einem innerhalb der Hülle Hegenden Getter.
Ein Sonnenkollektor dieser Art ist aus der DE-OS 25 23 965 bekannt.
Es hat sich herausgestellt, dass beim bekannten Sonnenkollektor trotz eines vorhandenen Getterstoffes wie Ba, Zr, Ti u. dgl., der Druck innerhalb der Hülle im Laufe der Zeit stark zunimmt. Dies geht mit einer starken Verringerung des thermischen Wirkungsgrades des Sonnenkollektors einher, weil ein wesentlicher Teil der aus der eintreffenden Sonnenstrahlung erhaltenen Wärme durch Leitung vom Absorber zur Hülle in die Umgebung wegfliesst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen verbesserten Sonnenkollektor zu schaffen, wobei während der ganzen Lebensdauer des Kollektors ein gutes Vakuum in der Hülle beibehalten wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass innerhalb der Hülle mindestens ein Glühkörper mit einer Betriebstemperatur von 500-2000 °C zum Kracken von Restgasen vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass aus dem Absorber und der Hülle freiwerdende gasförmige Verunreinigungen, wie CO und H20, mit dem Getter reagieren können und zwar unter Bildung von Kohlenwasserstoffverbindungen, wie Methan, die durch die üblichen Getterstoffe nicht gebunden werden.
Der Glühkörper auf einer relativ hohen Temperatur sorgt nun dafür, dass die Kohlenwasserstoffverbindungen gekrackt werden, wobei der gebildete Kohlenstoff vom Glühkörper aufgenommen werden kann und der freigewordene Wasserstoff vom Getter gebunden wird.
Eine günstige Ausführungsform des erfindungsgemässen Sonnenkollektors weist das Kennzeichen auf, dass der Glühkörper mit Fokussierungsmitteln versehen ist, die im Betrieb eintreffende Sonnenstrahlung zum Erwärmen des Glühkör-5 pers auf diesen Körper konzentrieren.
Die Fokussierungsmittel können beispielsweise aus einer Linse oder einem Reflektor oder aber aus einer Kombination derselben bestehen.
Auf einfache Weise wird dadurch die eintreffende Sonnen-10 Strahlung benutzt, um den Glühkörper auf die gewünschte relativ hohe Betriebstemperatur zu bringen.
Eine andere günstige Ausführungsform des erfindungsgemässen Sonnenkollektors weist das Kennzeichen auf, dass der Glühkörper im Betrieb an eine elektrische Stromquelle ange-15 schlössen ist.
Bei einer Sonnenkollektoranlage ist bereits oft eine elektrische Energievorkehrung vorhanden für beispielsweise Regelzwecke oder zum Antreiben einer Wärmetransportmediumpumpe.
20 Nach der Erfindung kann der aus Metall bestehende Absorber als stromführendes Element mit dem Glühkörper in Reihe geschaltet sein.
Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform des erfindungsgemässen Sonnenkollektors besteht die elektrische 25 Stromquelle aus einer im Betrieb Sonnenstrahlung empfangenden lichtelektrischen Zelle.
Dies ist besonders vorteilhaft beim Gebrauch von Sonnenkollektoren in Gebieten, wo keine öffentliche Elektrizitätsversorgung verfügbar ist.
30 Vorzugsweise ist die lichtelektrische Zelle innerhalb der Hülle des Sonnenkollektors angeordnet. Die Zelle ist auf diese Weise vor Wettereinflüssen und Beschädigungen geschützt.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der 35 Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. la einen Längsschnitt durch einen Wärmerohr-Son-nenkollektor mit einem Glühkörper in der evakuierten Hülle, der durch mit Hilfe einer Linse und eines parabelförmigen 40 Reflektors fokussierte Sonnenstrahlung auf Betriebstemperatur gebracht wird,
Fig. lb einen Schnitt längs der Linie Ib-Ib in Fig. la, Fig. lc einen Schnitt längs der Linie Ic-Ic in Fig. la, Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Wärmerohr-Son-45 nenkollektor mit einem aus einer äusseren Stromquelle gespeisten Glühkörper,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Wärmerohr-Son-nenkollektor, wobei der von einer äusseren Stromquelle gespeiste Glühkörper mit dem metallenen Wärmerohr elek-50 trisch in Reihe geschaltet ist,
Fig. 4a einen Längsschnitt durch einen Sonnenkollektor mit einem Absorber in Form eines U-förmigen Rohres und mit einem Glühkörper, der aus einer ebenfalls in der evakuierten Hülle angeordneten lichtelektrischen Zelle (Sonnenzelle) 55 gespeist wird,
Fig. 4b einen Querschnitt längs der Linie IVb-IVb in Fig.
4a.
In Fig. la ist mit 1 ein flacher metallener Absorber bezeichnet, der beispielsweise aus einer Aluminiumplatte be-60 steht, die auf der Oberseite mit einer Sonnenstrahlung absorbierenden Schicht aus beispielsweise Nickel- oder Kupferoxyd, Kupfersulphid, Kobaltoxyd oder -sulphid versehen ist (nicht dargestellt).
Mit dem Absorber 1 ist beispielsweise durch Verlöten 65 bzw. Verschweissen ein geschlossenes Metallrohr 2 verbunden. Der Rohrteil 2a, der innerhalb einer evakuierten transparenten Hülle 3 aus Glas liegt, bildet den Verdampfer für ein im Rohr 2 befindliches Wärmetransportmedium 4, beispiels
3
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weise Wasser, Alkohol oder ein Kohlenwasserstoff, bekannt unter dem Handelsnamen «Freon». Der ausserhalb der Glashülle 3 liegende Rohrteil 2b bildet einen Kondensator für das Wärmetransportmedium 4. Der Rohrteil 2b ist mit Flanschen 5 zum verbesserten Wärmeaustausch mit einem im Betrieb am Rohrteil 2b entlang geführten wärmeaufnehmenden Medium, wie Luft oder Wasser, versehen.
Die Glashülle 3 ist auf der Unterseite mit einer inneren reflektierenden Schicht 6 aus beispielsweise aufgedampften Silber oder Aluminium versehen.
Innerhlab der evakuierten Glashülle 3 sind weiterhin ein Getter 7, aus beispielsweise Barium, ein Glühkörper 8 aus beispielsweise Kanthai, Wolfram, Molybdän oder Tantal,
eine Linse 9 und ein Reflektor 10 in Form eines parabelförmi-gen Körpers, in dessen Brennlinie der Glühkörper 8 angeordnet ist, vorhanden.
Die Elemente 7 bis einschliesslich 10 werden von einer starren Rahmenkonstruktion 11 getragen, deren eines Ende mit dem Ende 3a der Glashülle 3 verschmolzen und dessen anderes Ende über eine Expansionsschleife 1 la am Metallrohr 2 zur Unterstützung dieses Rohres befestigt ist. Die Expansionsschleife 10 dient zum Überbrücken einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung zwischen dem Metallrohr 2 und der Glashülle 3.
Im Betrieb ist der Kondensator 2b auf einem höheren Niveau angeordnet als der Verdampfer 2a. Aus eintreffender Sonnenstrahlung erhaltene Wärme lässt das Wärmetransportmedium 4 verdampfen. Der Dampf strömt zum Kondensator 2b und kondensiert dort unter Abgabe von Wärme. Das Kondensat strömt daraufhin zum Verdampfer 2a unter Ein-fluss der Schwerkraft zurück.
Das Getter 7 bindet die aus dem Absorber 1 dem Metallrohr 2 und der Glashülle 3 freiwerdenden Verunreinigungen, wie 02, H2,H20, C0,C02.
Der Glühkörper 8 hat eine Betriebstemperatur von beispielsweise 800 °C, die dadurch erreicht wird, dass eintreffende Sonnenstrahlung durch die Linse 9 und den Reflektor 10 darauf fokussiert wird. Der Glühkörper 8 sorgt dafür, dass die innerhalb des Glasrohres 3 gebildeten Kohlenwasserstoffe, wie CH4, gekrackt werden, wobei der freiwerdende Kohlenstoff beispielsweise durch den Glühkörper 8 aufgenommen wird, während der freiwerdende Wasserstoff vom Getter 7 gebunden wird. Auf diese Weise bleibt während der ganzen Lebensdauer des Sonnenkollektors ein gutes Vakuum (beispielsweise 10~5Torr « 133.10^5 Pa) erhalten, wodurch der Sonnenkollektor den hohen thermischen Wirkungsgrad beibehält.
Die Hülle 3 kann statt aus Glas auch aus einem anderen transparenten Werkstoff, beispielsweise Kunststoff, bestehen. Das Rohr 2 kann statt aus Metall beispielsweise aus Glas sein, während innerhalb des Rohres 2 eine Kapillarstruktur 5 vorhanden sein kann, die für eine schwerkraftunabhängige Rückfuhr des Kondensates vom Kondensator 2b zum Verdampfer 2a sorgt.
Weiterhin kann das Glasrohr 3 auf der Innenseite völlig oder teilweise mit einer lichtdurchlässigen jedoch infrarotre-io flektierenden Schicht aus beispielsweise ln203 (nicht dargestellt) versehen sein, die den thermischen Wirkungsgrad noch weiter erhöht.
Bei den Sonnenkollektoren nach den Figuren 2 bis ein-15 schliesslich 4 sind für Elemente, die denen aus Fig. 1 entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet worden.
Das Rohr 2 des Sonnenkollektors nach Fig. 2 wird nun durch eine Platte 20 unterstützt. Das Getter 7 ist am Rohr 2 befestigt. Der Glühkörper 8 ist an eine äussere Stromquelle 20 anschliessbar. Dazu sind Drähte 21 und 22 durch die Quetschstelle 3b nach aussen geführt. Die Evakuierung der Glashülle 3 erfolgt über einen Pumpstutzen 23, der nach der Evakuierung am Ende zugeschmolzen wird.
Der Sonnenkollektor nach Fig. 3 weicht von dem aus Fig. 25 2 darin ab, dass der Glühkörper 8 und der Metallabsorber 1 sowie das Metallrohr 2 eine elektrische Reihenschaltung bilden, wobei der Kondensator 2b geerdet ist.
Der Sonnenkollektor nach Fig. 4a und 4b hat einen Absorber 40 in Form eines U-förmigen Rohres mit einer Zu- und so Abfuhr 41 bzw. 42 für das Wärmetransportmedium, beispielsweise Wasser. Das U-förmige Rohr besteht beispielsweise aus Glas und kann mit einer schwarzen Oberflächenschicht aus beispielsweise Glasemaill versehen sein.
Das U-förmige Rohr 40 wird durch Platten 43 und 44, 35 beispielsweise aus Glimmer, innerhalb der Glashülle 3 am Platz gehalten.
Innerhalb der evakuierten Glashülle 3 ist eine photo-elek-trische Zelle 45 angeordnet, die über Stromleiter 46 und 47 an den Glühkörper 8 angeschlossen ist.
40 Im Betrieb wird auf die photo-elektrische Zelle 45 auftreffende Sonnenstrahlung in elektrische Energie umgewandelt, mit der der Glühkörper 8 auf eine Betriebstemperatur von 800 bis 900 °C gebracht wird.
Selbstverständlich kann die transparente Hülle auch dop-45 pelwandig ausgebildet sein.
C
2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Sonnenkollektor mit einem innerhalb einer evakuierten transparenten Hülle angeordneten und mit mindestens einem Kanal für ein Wärmetransportmedium versehenen Absorber zum Übertragen von aus eintreffender Sonnenstrahlung erhaltener Wärme auf das Wärmetransportmedium und mit mindestens einem innerhalb der Hülle liegenden Getter, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Hülle (3) mindestens ein Glühkörper (8) mit einer Betriebstemperatur von 500-2000 °C zum Kracken von Restgasen vorgesehen ist.
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühkörper (8) mit Fokussierungsmitteln (9,10) versehen ist, welche die im Betrieb eintreffende Sonnenstrahlung zum Erwärmen des Glühkörpers auf diesen konzentrieren.
2
PATENTANSPRÜCHE
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühkörper (8) an eine elektrische Stromquelle anschliessbar ist.
4. Sonnenkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Metall bestehende Absorber (1) als stromführendes Element mit dem Glühkörper (8) in Reihe geschaltet ist.
5. Sonnenkollektor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Stromquelle aus einer im Betrieb Sonnenstrahlung empfangenden lichtelektrischen Zelle (45) besteht.
6. Sonnenkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtelektrische Zelle (45) innerhalb der Hülle (3) angeordnet ist.
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