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    • 专利摘要:
    Röhrenkollektorzur Absorption von Lichtenergie, aufweisend wenigstens ein transparentesHüllrohrund wenigstens ein Rohr im Inneren des Hüllrohrs, wobei Hüllrohr undinneres Rohr an einem Ende starr und gasdicht miteinander verbundensind, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr an beiden Enden eine starregasdichte Verbindung mit dem inneren Rohr aufweist.
    公开号:DE102004020850A1
    申请号:DE102004020850
    申请日:2004-04-28
    公开日:2005-11-24
    发明作者:Maik Schedletzky
    申请人:Schedletzky, Maik, Dr.；
    IPC主号:F24J2-04
    专利说明:
    [0001] DieErfindung geht aus von einem Röhrenkollektorentsprechend der Oberbegriffe der Ansprüche 1, 12 und 14. Ein derartigerRöhrenkollektorbesteht aus wenigstens einem transparenten Hüllrohr und wenigstens einemRohr im Inneren des Hüllrohrs miteiner gasdichten Verbindung untereinander. Man unterscheidet Heat-Pipe-Röhren – bei denensich in der Kollektorröhreein geschlossenes System befindet, das nur die Wärme nach außen an ein Wärmeträgermediumabgibt – vondirekt vom WärmeträgermediumdurchströmtenRöhren.Die direkte Durchströmungder Kollektorröhrekann dadurch erfolgen, dass in das Absorberrohr ein Wärmeleitblecheingebracht wird, das mit einem U-förmigenRohr verbunden ist, in dem das Wärmeträgermediumdie absorbierte Energie abführt.Bei einer vorteilhafteren Variante werden Wärmeübergangswiderstände vomAbsorber auf das Wärmeträgermediumdurch eine direkte Durchströmungdes Absorberrohrs mit dem Wärmeträgermediumminimiert. Derartige Kollektorröhrensind aus der Veröffentlichung "Hochleistungskollektoreneiner neuen Generation" inSonnenenergie & Wärmetechnik4/99, S. 26–30sowie DE 198 21 137A1 , DE 4318 127 A1 und DE100 33 240 C2 bekannt. Dabei befindet sich in einem transparenten Hüllrohr einAbsorbrrohr, das von einem Wärmeträgermediumdurchströmtwird und die absorbierte Energie aus der Kollektorröhre abtransportiert.Das Absorberrohr ist im Hüllrohrexzentrisch und parallel zu dessen Längsachse angeordnet. Die derSonne abgewandte Hälftedes Hüllrohrquerschnittesist ganz oder teilweise verspiegelt und fokussiert die Strahlungauf den Absorber. Absorberrohr und Hüllrohr sind jeweils an einemEnde verschlossen und am anderen Ende miteinander verbunden, sodass ein Luft evakuierbares Gefäß – ähnlich einerThermoskanne – entsteht.Zufluss und Abfluss des Wärmeträgermediumsbefinden sich am gleichen Ende der Kollektorröhre. Die vollständige Durchströmung desAbsorberrohrs wird durch ein weiteres, im Absorberrohr befindlichesRohr gewährleistet,das zusammen mit dem Absorberrohr ein Koaxialrohr bildet. Das Wärmeträgermediumströmtauf diese Weise im innersten Rohr bis zum Rohrende und an dessenAußenseite,entlang des Absorberrohrs wieder zurück.
    [0002] DaZufluss des kalten und Abfluss des warmen Wärmeträgermediums nur durch die Wandung desinnersten Rohres voneinander getrennt sind und im Gegenstrom zueinanderlaufen entsteht ein Wärmetauschereffekt,der einem hohen Temperaturgradienten zwischen Zu- und Abfluss entgegenwirkt.Zur Lösungdieses Problems wird in oben genanntem Artikel vorgeschlagen, mehrereRöhrenseriell hintereinander zu schalten, so dass sich die Temperatur desZuflusses und damit auch die des Abflusses von Röhre zu Röhre erhöht. Nachteilig wirkt sich dabei dieZunahme des Druckverlustes aus, da mit jeder seriell verschaltetenKollektorröhredie doppelte Rohrlänge(da Koaxialrohr) addiert werden muß und sich die Reibungsverlustedurch den engeren Röhrenquerschnitteines Koaxialrohrs gegenübereinem einfachen Rohr erhöhen.
    [0003] Ineiner Ausführungsformvon DE 198 21 137 A1 wirdein an beiden Seiten offenes inneres Rohr vorgeschlagen, bei demdas Wärmeträgermedium dasAbsorberrohr in einer Richtung durchströmen kann und sich ein drittesRohr zur bidirektionalen Durchströmung erübrigt. Dabei muss jedoch auch dasHüllrohroffen bleiben, so dass kein dauerhaft isolierendes Hochvakuum möglich ist.Es wird davon ausgegangen, dass durch eine starre Verbindung aufgrundder Längenausdehnungdes inneren Rohres bei hohen Betriebstemperaturen zu hohe Spannungenzwischen den Rohren auftreten. Es wird deshalb eine Verbindung mittelsGlaslot vorgeschlagen, die einen Kompromiss zwischen ausreichenderFlexibilitätund ausreichender Dichtheit darstellt.
    [0004] Bedingtdurch die selektive Beschichtung des Absorberrohrs und das Hochvakuumvon Kollektorröhrenmit hervorragenden Isolationseigenschaften treten Stillstandstemperaturen über 300°C auf. Dieskann zu erheblichen Materialbelastungen des Kollektorsystems undzur Dampfbildung von flüssigenWärmeträgermedienführen.Da Havarien nie zu 100% ausgeschlossen werden können, sind Schutzmechanismenwünschenswert,die Schädeninfolge hoher Stillstandstemperaturen verhindern.
    [0005] Dergrößte Ertrageines Kollektors wird erzielt, wenn dieser lotrecht zur Sonne ausgerichtetist. Bei den gattungsgemäßen Kollektorröhren mitteilweiser Verspiegelung des Hüllrohreskann es bei schrägerEinstrahlung zur Beschattung des Absorberrohres kommen. In der Patentschrift DE 100 33 240 C2 wirddieses Problem dadurch gelöst,dass das Absorberrohr um einen Betrag x außerhalb der verspiegelten Hüllrohrhälfte angeordnetist und somit durch die Verspiegelung weniger beschattet wird. Da sichdas Absorberrohr auf diese Weise nicht mehr im Brennpunkt des Spiegelsbefindet, wird an das Absorberrohr eine Absorberfahne angebracht,die die Energie im Brennpunkt absorbiert und an das Absorberrohr überträgt. Nachteiligbei dieser Ausführung ist,dass gegenübereinem einfachen Absorberrohr die Absorberfahne zu einer Vergrößerung derOberflächeund damit zu höherenWärmeverlustenbeiträgt.Eine solare Nachführungder Kollektoren würde Konstruktionenwie in DE 140 33 240 überflüssig machen.Alle bekannten Röhrenkollektorensind fest an einen Verteiler gekoppelt, der das Wärmeträgermediumden Röhrenzu- und abführt.Aus diesem Grund müsstezur Realisierung einer solaren Nachführung der gesamte Kollektormit Röhren,Röhrenhalterung, Verteilerund Gestell bewegt werden. Dies ist unökonomisch, da die Nachführungenfür jedeneinzelnen Kollektor sehr robust gegen widrige Witterungsverhältnisseausgeführtsein müssenund daher teuer sind. Aufgrund der benötigten Bewegungsfreiheit ist einederartige solare Nachführungbeispielsweise an Fassaden oder auf schrägen Dächern auch kaum realisierbar.
    [0006] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röhrenkollektor au schaffen,welcher einen höherensolaren Ertrag als die eingangs beschriebenen Kollektoren aufweistund zugleich eine Temperaturregulierung ermöglicht. Diese Aufgaben werdendurch einen Röhrenkollektorgemäß den Ansprüchen 1,12 bzw. 14 gelöst.Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
    [0007] SolarerErtrag: Ein Kollektor, entsprechend des Oberbegriffes des Anspruch1, ist je nach Beschaffenheit des Absorbers in der Lage, ein breites Spektrumdes sichtbaren und des nicht sichtbaren Lichtes, wie zum BeispielInfrarotstrahlung (Wärmestrahlung),zu absorbieren. Deshalb ist als Energiequelle nicht nur die Sonne,sondern es sind auch andere Energiequellen, wie beispielsweise Abwärme, denkbar.Demnach kann die folgende Beschreibung zur Nutzung der Sonnenenergieauch weitgehend auf andere Energiequellen übertragen werden.
    [0008] DerErtrag eines Sonnenkollektors ist abhängig von der Strahlungsintensität der Sonneund dem Kollektorwirkungsgrad. Erfindungsgemäß wird die Strahlungsintensität auf dieAbsorberflächedurch eine solare Nachführungentsprechend des Tagesganges der Sonne und ein höherer Wirkungsgrad des Kollektorsdurch eine unidirektionale Durchströmung des Absorberrohrs in Summemit den sich daraus ableitbaren Konsequenzen erreicht.
    [0009] DiehöchsteStrahlungsintensitätwird bei lotrecht auf den Absorber auftreffender Strahlung absorbiert.Da die Sonne in den Morgen- und Abendstunden schräg auf einenach Südenausgerichtete Kollektorflächescheint, verringert sich die Bestrahlungsstärke, weil sich das Licht aufeine größere schräg zur Sonneausgerichtete Flächeverteilt. Mit der Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, dassdie Röhrenin einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sind und sich dieAbsorberflächen aufeine größere Kollektorfläche verteilen.Bei senkrechter Sonneneinstrahlung auf den Kollektor sind die Absorberflächen derRöhrenparallel zur Kollektorebene ausgerichtet. Handelt es sich um Absorptionsrohremit einer Sammeleinrichtung zur Konzentration des Lichtes, kanndie Stellung der Röhremit Sammeleinrichtung als Absorptionsebene betrachtet werden, beider die höchsteStrahlungsintensitätauf den Absorber erreicht wird. Im Falle der oben erwähnten Veröffentlichungenergibt sich die Absorptionsebene beispielsweise, wenn am Querschnittder Röhreeine gedachte Linie durch die Spiegelenden gezogen wird (siehe 2). Mit zunehmendem Einstrahlungswinkelwerden die einzelnen Röhrenso um ihre Längsachsegedreht, dass sich die Absorptionsebenen der Röhren mit der Sonne mehr undmehr aus der Kollektorebene bewegen. Die Verspiegelung der Röhren wirftmit zunehmendem Einstrahlungswinkel einen immer größer werdendenSchatten, bis dieser auf die benachbarte Kollektorröhre trifftund sich auf diese Weise aus der Strahlungsrichtung der Sonne eineoptisch geschlossene Absorberflächebildet (siehe 3). Dabei hat jede einzelneRöhre eine optimaleAusrichtung zur Sonne und absorbiert, bezogen auf die Absorberfläche, mehrLicht als ohne Nachführung.Bei einem Einstrahlungswinkel von 70° können mit der beschriebenenTechnologie noch 91 % der direkten Strahlung absorbiert werden,währendes ohne Nachführungnur 34% sind.
    [0010] Wiebereits erwähnt,bleiben bei senkrechtem Lichteinfall (bezogen auf die Kollektorebene)die Zwischenräumeder Röhrenfür dieLichtabsorption ungenutzt. Bei einem hohen Anteil direkter Strahlung kannes vorteilhaft sein, wenn diese Strahlung durch Spiegel auf dieAbsorber der Röhrenreflektiert wird. Steht beispielsweise die Spiegelfläche desHüllrohrs zurAbsorberflächeder Röhrenin einem Verhältnis von2:1 und entspricht der Abstand zwischen den Kollektorröhren demDurchmesser einer Kollektorröhre,erhöhtsich der Konzentrationsfaktor der Lichtintensität um das Vierfache. Da diewärmeabstrahlendeAbsorberflächegleichbleibt, erhöhtsich durch die Lichtkonzentrierung der Wirkungsgrad des Kollektors.Entsprechend 4 hat der Spiegel eine rinnenförmige paraboloideBauform, deren nähreBeschreibung anhand der Zeichnung zu 4 erfolgt.
    [0011] Vorraussetzungzur solaren Nachführungder einzelnen Röhrenist die flexible Anbindung der Röhrenan den Verteiler fürdas Wärmeträgermedium.In DE 198 21 137 A1 werdenVarianten der Anbindung an den Verteiler beschrieben. Dabei sinddie Rohrenden in den Verteiler eingebettet und mit diesem verklebtoder durch O-Ringe abgedichtet, so dass durch die exzentrische Anordnungder Absorberrohre im Hüllrohrein Verdrehen und damit eine solare Nachführung der Kollektorröhren nichtmöglichist. Durch die räumlicheTrennung von Zu- und Ablauf des Wärmeträgermediums besteht eine vorteilhafteerfindungsgemäße Lösung diesesProblems in der flexiblen Anbindung der Röhren an den Verteiler beispielsweisedurch Schläuche.Diese sollten druckfest und hitzestabil und im Sinne einer längeren Lebensdauer vorteilhafterweisespiralförmiggewunden sein ( 5). Der Verteiler kann, wiein 1 dargestellt, aus einem einfachenRohr mit Schraubanschlüssen zumAnschluß derKollektorröhrenund zur Verbindung der Kollektoren untereinander bestehen. Der Verteilerkann aus verschiedenen Materialien wie beispielsweise Metall, Kunststoffoder Glas bestehen. Durch die flexible Kopplung sind unterschiedlicheAusdehnungskoeffizienten verschiedener Materialien unproblematisch.Der Verteiler samt Ankopplungsvorrichtung kann in einem isoliertenGehäuse untergebrachtwerden, in dem sich auch eine Vorrichtung zur Arretierung und drehbarenLagerung der Kollektorröhrenbefindet (siehe 5). Vorteilhafterweise solltensich Zu- und Ablauf fürdas Wärmeträgermediumjeweils an einem Ende der Röhren befinden,da sich auf diese Weise die flexible Ankopplung an den Verteilervereinfacht und eine unidirektionale Durchströmung der Kollektorröhren mitden in nachfolgenden Abschnitten näher erläuterten Vorteilen realisierenlässt.Bei einer unidirektionalen Durchströmung, bei der das innere Rohran beiden Enden offen ist, besteht die besondere Herausforderungin einer festen gasdichten und druckstabilen Verbindung mit demHüllrohr,bei der eine lange Lebensdauer ohne Einbußen des Wirkungsgrades erreicht wird.In DE 198 21 137 A1 wirdangestrebt, dieses Problem durch eine Verklebung beider Röhren über eineMetallkappe zu lösen.Eine Metall/Glas-Verbindung ist aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizientenproblematisch und hat bei den eingangs erwähnten Heat-Pipe-Röhren, dieebenfalls eine solche Verbindung unterschiedlicher Materialien aufweisen,oft zu Undichtheiten geführt.Daraus resultieren ein Verlust des Hochvakuums und Leistungsminderung.In der eingangs erwähntenVeröffentlichung „Hochleistungskollektoreneiner neuen Generation" wirddargelegt, welches Spaltmaß zwischendem exzentrisch angeordneten Absorberrohr und der Wandung des Hüllrohrshinsichtlich optischem Wirkungsgrad und Wärmeverlusten als Optimum anzusehen ist.Je nach Randbedingungen lag das Optimum des Spaltmaßes bei1 bis 2 mm. Ein größeres Spaltmaß führt zu geringerenWärmeverlustenaber auch zu höherenoptischen Verlusten, da sich das Absorberrohr im Verhältnis zurReflexionsschicht in einer zunehmend schlechteren Position befindet.Soll, wie in DE 19821 137 A1 beschrieben, die Verbindung von Absorber- undHüllrohr – beidebestehen aus Glas – über eineMetallkappe erfolgen, kommt es bei hohen Temperaturunterschiedenzwischen Hüllrohrund Absorberrohr infolge unterschiedlicher Längenausdehnung zu starken Materialbeanspruchungen.Bei einer Temperaturerhöhungum 300°C(Stillstandstemperatur z.B. im Falle einer Havarie), einem Ausdehnungskoeffizientendes Glases von 3,3 × 10–6 K–1,und einer üblichenKollektorlängevon ca. 1,5 m würdesich das Absorberrohr um rund 2 mm verlängern. Mit dem erwähnten Spaltmaß von 1bis 2 mm und einer Längenänderungvon ca. 1 mm (bei Metall/Glas-Verbindung an beiden Rohrenden) kommtes durch die Scherbewegung der Rohre an der engsten Stelle zwischenAbsorberrohr und Hüllrohrzu einer Verformung des Metalls um 30 bis 45°. Dies führt zu einer hohen Beanspruchungder Klebstellen und zu Materialermüdungen des verwendeten Metalls.Andere flexible Rohrverbindungen z.B. mittels Silikone oder O-Ringe, die die auftretendenScherkräftezwischen den Rohren besser kompensieren, haben den Nachteil, dasssie den hohen Druckunterschieden zwischen atmosphärischemLuftdruck und dem Hochvakuum (zwischen Absorberrohr und Hüllrohr)nicht standhalten oder nicht dauerhaft gasdicht sind. Dies würde zu Wärmeverlustenund vermindertem Wirkungsgrad führen.Erfindungsgemäß wird dieses Problemdadurch gelöst,dass die Röhrenso fest miteinander verbunden werden, dass an den Verbindungsstelleneine relative Bewegung der Röhrenuntereinander durch auftretende Scherkräfte weitgehend verhindert wird.Bestehen Absorber- und Hüllrohrvorteilhafterweise aus Glas, könnendiese direkt miteinander verschmolzen werden. Aber auch andere Materialienwie Kunststoffe, Metalle oder Keramiken sind zum Aufbau eines Kollektorsdieser Art möglich.Röhrenschäden infolgeunterschiedlicher Längenausdehnungvon Absorber- und Hüllrohrwerden erfindungsgemäß durchspezielle Vorrichtungen zur Kompensation unterschiedlicher Längenaus-dehnungund/oder der Verhinderung zu hoher Absorbertemperaturen erreicht.Die Verhinderung zu hoher Absorbertemperaturen wird im folgendenAbschnitt „Temperaturregulierung" näher erläutert. ZurKompensation unterschiedlicher Längenausdehnungsind mehrere Varianten möglich.Erfindungsgemäß bestehteine Variante in der Verformbarkeit des Absorberrohrs und/oder Hüllrohrs.
    [0012] EineKompensation unterschiedlicher Längenausdehnungkann durch unterschiedliche Durchmesser des Hüllrohrs bzw. des Absorberrohrsermöglichtwerden. Alternierende Durchmesser zumindest eines Teils von Hüll- und/oderAbsorberrohr ergeben eine Gestalt, die ähnlich einem Faltenbalg gestreckt odergestaucht werden kann (siehe 6a).
    [0013] Istzumindest ein Teil des Absorberrohrs spiralförmig, können Längenänderungen und die dadurch auftretendenScherkräftedurch die Federwirkung der Spirale kompensiert werden (siehe 6b).Eine weitere Möglichkeitbesteht dadurch, dass das Absorberrohr mit zunehmender Länge in einezunehmende Bogenform übergeht(6c). Auch Mischformen zwischen den genannten Variantensind möglich.Unterschiedliche Rohrgeometrien und/oder Materialstärken innerhalbeiner Kollektorröhrekönnendie Verformung der Rohre hinsichtlich Verformungswiderstand undRichtung günstigbeeinflussen. Bei Röhrenkollektorenmit Licht konzentrierenden Einrichtungen kann die Verformung beispielsweisedes Absorberrohrs vorteilhaft so erfolgen, dass mit zunehmenderVerformung gleichzeitig eine Bewegung des Absorbers in einen Bereichmit niedrigerer Strahlungsintensität verbunden ist. Auf dieseWeise reguliert sieh die Längenausdehnungrespektive Temperatur durch eine verminderte Energiezufuhr selbst.Neben der beschriebenen Längenkompensationund der Verhinderung zu hoher Temperaturen (Abschnitt „Temperaturregulierung") besteht eine dritteMöglichkeitzur Verhinderung von Röhrenschäden infolgeunterschiedlicher Längenausdehnungin einer funktionalen Trennung von Absorption und Aufrechterhaltungdes Vakuums. Dies wird dadurch erreicht, dass das innere Rohr nichtder Absorption, sondern nur der Aufrechterhaltung eines Vakuumsdient. Das innere Rohr ist transparent, so dass das Licht das innereRohr passiert und sich annäherndso wenig erwärmtwie das Hüllrohr.Auf diese Weise bilden Hüllrohrund inneres Rohr mit dem eingeschlossenen Vakuum eine äußerst effektiveIsolierung. Da das innere Rohr an beiden Enden offen ist, kann in diesesein weiteres durchgängigesRohr eingebracht werden, das der Lichtabsorption dient (siehe 7). Zwischen Absorberrohr und inneremRohr sollte vorteilhafterweise ein Spalt bestehen, um eine Wärmeübertragungvom Absorberrohr auf das innere Rohr zu minimieren. Um einen thermischbedingten Luftstrom entlang des Spaltes zwischen den Röhren zuverhindern, kann der Spalt beispielsweise an den Enden abgedichtetsein. Eine solche Abdichtung kann beispielsweise durch O-Ringe oderflexible Verklebungen erfolgen, die eine freie Beweglichkeit desAbsorberrohrs relativ zum inneren Rohr ermöglichen. Auch eine einseitigefeste Verbindung durch Verkleben oder Verschmelzen ist möglich. Alszusätzlicher Schutzdes inneren Rohres vor starker Erwärmung sind verschiedene Variantendenkbar. Durch die Abdichtung des Spaltes ist beispielsweise eineBefüllungmit schlecht wärmeleitendenGasen sinnvoll. Eine vorteilhafte Variante besteht darin, dass imNormalbetrieb der Spalt zwischen Absorber- und innerem Rohr durcheine oder mehrere Dichtungen verschlossen ist. Im Havariefall, wennzu hohe Temperaturen im Absorber auftreten, bewegen sich durch die Längenänderungdes Absorberrohrs die Dichtungen, so dass sich der Spalt öffnet undder entstehende Luftstrom überschüssige Wärme ausdem Kollektorrohr abtransportiert.
    [0014] DemNachteil dieser Kollektorvariante, dass eine zusätzliche Schicht – die Wandungdes inneren Rohres – durchdrungenwerden muss bevor es auf den Absorber trifft, stehen verschiedeneVorteile gegenüber:Durch eine drehbare Lagerung des Absorberrohres im inneren Rohr,die gleichzeitig die Funktion der Abdichtung des Spaltes zwischenbeiden Rohren übernehmenkann, ist eine solare Nachführungder Kollektorröhrenmöglich,bei dem das Absorberrohr fest mit dem Verteiler verbunden ist. Eswird nur die Vorrichtung zur Lichtbündelung, wie beispielsweisedie Verspiegelung des Hüllrohrsoder einer Linse, um die Längsachsedes Absorberrohrs bewegt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dassbei defekten oder verschlissenen Röhrenkomponenten das betreffendeTeil ausgetauscht werden kann, ohne die gesamte Röhre wechselnzu müssen.Dieser Aspekt kann besonders dann zum Tragen kommen, wenn statteiner speziellen Kollektorflüssigkeitals Wärmeträgermediumin einem geschlossenen Kreislauf aggressivere Flüssigkeiten, wie beispielsweiseSalzwasser, zur Erwärmungdirekt durch die Kollektorröhrenfließen.Ein eventuell auftretender Materialabrieb des Absorberrohrs durchdie hindurchfließenden Substanzenkann durch Austausch des Absorberrohrs kostengünstig behoben werden.
    [0015] Durchdie Trennung von Zu- und Abfluss wird neben einer solaren Nachführung derKollektorröhrenauch eine unidirektionale Durchströmung der Kollektorröhren erreicht.Dies bewirkt eine niedrigere mittlere Kollektortemperatur. Der Temperaturgradient zwischenmittlerer Kollektortemperatur und Umgebungstemperatur hat einenunmittelbaren Einfluss auf den Wirkungsgrad des Kollektors, dennhöhere Temperaturgradientenbewirken größere Wärmeverluste.Ein Rechenbeispiel verdeutlicht den Unterschied zwischen herkömmlichenSydney-Röhren, wiein DE 198 21 137 A1 , DE 43 18 127 A1 und DE 100 33 240 C2 beschriebenen,und der erfindungsgemäßen Hybrid-Röhre: Beide Varianten sollen80°C heißes Mediumerzeugen. Dazu muss der Sydney-Röhre wegendes beschriebenen Wärmetauscher-Effektesrelativ heißesMedium (z.B. 60°C)aus einem Speicher zugeführtwerden. Durch den Wärmetauschereffektbeträgtdie Austrittstemperatur aus dem innersten Rohr 70°C. Die mittlereKollektortemperatur beträgtdemnach [(70 + 80)/2] ca. 75°C.Die Hybrid-Röhrekann beispielsweise mit einer Medientemperatur von 20°C gefüllt werden.Die mittlere Kollektortemperatur der Hybrid-Röhreist dann mit 50°C 1/3niedriger.
    [0016] Temperaturregulierung:Die Temperatur der Vakuumröhreergibt sich aus der Bilanz der Energiezu- und -abflüsse. ImStagnationsfall – beieiner Havarie oder vollem Speicher – wird keine Energie mehr über dasWärmeträgermediumabgeführtund die Temperatur der Kollektorröhren nimmt zu. Erfindungsgemäß wird einezu starke Erwärmungder Röhrenauf zwei Wegen verhindert: Drosselung der Energiezufuhr und verstärkte Wärmeabgabe.Die Drosselung der Energiezufuhr erfolgt dadurch, dass die Röhren soaus der Sonne gedreht werden, dass das Absorberrohr ganz oder teilweisevon der Verspiegelung des Hüllrohresverschattet wird oder sich außerhalbdes Brennpunktes der Verspiegelung befindet. Dieser Vorgang wirdals aktiver Schutzmechanismus bezeichnet.
    [0017] Einenpassiven Schutzmechanismus stellt die Bewegung des Absorberrohrsinfolge einer Längenausdehnungdar, wie er bereits im vorhergehenden Abschnitt „Solarer Ertrag" näher erläutert wurde.
    [0018] Einenweiteren passiven Schutzmechanismus stellt die verstärkte Wärmeabstrahlungdar. Dies wird durch eine Mischung aus selektiv und nicht selektivbeschichteten Abschnitten des Absorberrohrs erreicht. In einem Ausführungsbeispielist der nicht selektiv beschichtete Abschnitt des Absorberrohrs lichtdurchlässig. ImInneren befindet sich ein lichtabsorbierendes Granulat, das vomWärmeträgermediumumspültwird. Dieses Granulat ist in der Lage, Wärme als Infrarotstrahlung abzugeben.Im Normalbetrieb kann die Wärmeabstrahlungaufgrund niedriger Temperaturen des Wärmeträgermediums vernachlässigt werden.Das Wärmeträgermediumtransportiert die Wärmeenergievom Granulatabsorber zum Röhrenabschnittmit selektiver Beschichtung, wo es sich weiter erwärmt undWärmeverlustedurch Infrarotstrahlung weitgehend unterbunden werden. Im Stagnationsfallwird die Wärmenicht mehr gerichtet vom Granulatabsorber zur selektriven Beschichtungtransportiert. Das Wärmeträgermediumerwärmt sichim gesamten Absorberrohr und der Granulatabsorber gibt mit steigendenTemperaturen zunehmend mehr Infrarotstrahlung ab, so dass sich dieBilanz von Energiezu- und -abflüssenin Richtung Energieabflüsseverschiebt und niedrigere Stillstandstemperaturen erreicht werden.
    [0019] Wirdeine Solaranlage mit Speicherbetrieb konzipiert, kann mit der Erfindungeiner Havarie, die durch einen vollen Speicher bedingt ist, vorgebeugt werden.Speicher werden vorteilhafterweise in Schichten beladen, so dasssich im Speicher kalte und warme Zonen befinden. Dies ermöglicht einen Vorratvon ausreichend erwärmtenWasser bei gleichzeitiger starker Abkühlung des Wärmeträgermediums. Auf diese Weisefließtdem Kollektor und insbesondere dem Granulatabsorber relativ kaltes Mediumzu, das, wie beschrieben, erwärmtwird. Ist der Speicher nahezu gefüllt und erreicht in fast allen Schichtenseine Maximaltemperatur, kann das Wärmeträgermedium nicht mehr so starkabgekühltwerden und erreicht den Granulatabsorber mit einer höheren Temperatur.Mit zunehmender Temperatur des Granulatabsorbers wird verstärkt Wärme abgestrahlt undder Anteil des Granulatabsorbers zur Erwärmung des Mediums nimmt ab.Auf diese Weise verlangsamt sich die weitere Beladung des Speichers mitWärme undein Stillstand der Anlage, verursacht durch einen vollen Speicher,kann verhindert oder verzögertwerden.
    [0020] Nebeneinem höherenWirkungsgrad und vorhandener passiver und aktiver Schutzmechanismenergeben sich weitere Vorteile aus der Erfindung: Das Wärmeträgermediumdurchströmtdas Absorberrohr in einer Richtung (unidirektional). Je nach Fließgeschwindigkeitdes Wärmeträgermediums können zwischenZu- und Ablauf hohe Temperaturgradienten erzeugt werden, was beibidirektionaler Durchströmungin einem Koaxialrohr nicht möglich ist.Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn ein Medium ohne Pufferspeichervon einer niedrigen auf eine hohe Temperatur erwärmt werden soll, wie dies beispielsweisebei solaren Meerwasserentsalzungsanlagen der Fall ist.
    [0021] DieErfindung sieht vor, dass vom Zufluss ausgehend ein mehr oder wenigergroßerBereich des Absorberrohrs – jenach Anwendungszweck der Röhre – nichtselektiv beschichtet wird und lichtdurchlässig bleibt. Zur Lichtabsorptiondient ein schwarzes Granulat, das sich im Inneren des Absorberrohrsbefindet und vom Wärmeträgermediumumspültwird. Im Gegensatz zu den sonst üblichenzweidimensionalen Oberflächenentsteht mit dem Granulat ein dreidimensionaler Absorptionskörper, beidem reflektierte Strahlung entweder unmittelbar vom Wärmeträgermediumabsorbiert oder ins Innere des Absorptionskörpers reflektiert und absorbiertwird (siehe 8). Auf diese Weise entstehtein Absorptionskörpermit hervorragenden Absorptionseigenschaften.
    [0022] ImZusammenhang mit den guten Absorptionseigenschaften des dreidimensionalen,nicht selektiven Absorptionskörpersbesteht die Möglichkeit, dieRöhrenbei Schnee und Vereisung abzutauen. Dazu wird warmes Medium z.B.aus einem Speicher in die Röhren gepumpt,bis sie durch Energieabgabe vom Granulatabsorber teilweise enteistsind und genug Energie liefern, um sich selber weiter abzutauen.
    [0023] Dieverwendeten Materialien der erfindungsgemäßen Hybrid-Röhren – Glas undGranulat – sind weitgehendtemperatur- und chemikalienbeständig. AggressiveMedien wie Salzwasser könnendeshalb direkt in den Hybrid-Röhrenerwärmtwerden. Dadurch entfälltein separater Kollektorkreislauf, bei dem die Energie durch Wärmetauschervom Wärmeträgermediumdes Kollektorkreislaufes auf die eigentlich zu erwärmende Substanz übertragenwerden muss. Es werden Kosten gespart und der Wirkungsgrad erhöht sich,da Energieverluste minimiert werden.
    [0024] DieTemperatur des zu erwärmendenMediums wird vorrangig durch dessen Aufenthaltsdauer in den Kollektorröhren inAbhängigkeitvon Lichtintensitätund anderen Faktoren bestimmt. Die Regulierung kann hierbei durchdie Pumpleistung erfolgen. Unter bestimmten Verhältnissen (z.B. hohe Lichtintensität und niedrigeMedientemperatur) kann es jedoch vorteilhaft sein, die Medientemperaturnicht nur durch die Fließgeschwindigkeitdes Mediums, sondern auch durch die Beweglichkeit der Röhren zuregulieren. Dabei werden die Röhrensoweit aus der Sonne gedreht, bis nur noch die notwendige Energiemenge denAbsorber der Röhrenerreicht. Ein zusätzlicher Mischerzur Temperaturregulierung kann auf diese Weise eingespart werden.Wird die Maximaltemperatur des Wärmeträgermediums(z.B. Wasser) so eingestellt, dass sie unter der Siedetemperaturliegt, wird die Dampfbildung verhindert und ein Anlagenbetrieb ohneVordruck ist möglich.
    [0025] Einhoher Wirkungsgrad von Röhrenkollektorenwird durch die guten Isolationseigenschaften des Hochvakuums inden Röhrenerreicht. Eine ideale Vakuumisolierung entsteht durch die Verminderung derGasteilchen auf einen Druck der kleiner ist als 10–3 mbar.Dieser Druck muss währendder gesamten Lebensdauer der Röhrenaufrechterhalten werden, da sonst eine Wärmeübertragung vom Absorberrohr über dieGasteilchen zum Hüllrohrerfolgt. Im Laufe der Zeit kommt es zur Gasentwicklung innerhalbder Röhre,die auf zwei Vorgängenberuht: Durch Ausgasen interner Röhrenkomponenten wie der Selektivbeschichtungund Gaspermeation, bei der Moleküleaus der äußeren Atmosphäre durchdie Glasschicht ins Röhreninneregelangen. Beide Aspekte könnenmit der Erfindung positiv beeinflusst werden. Da ein Teil des Absorberrohresaufgrund des Granulatabsorbers nicht selektiv beschichtet werden mussverringert sich die Flächean der Ausgasungen auftreten können.Die Gaspermeation kann durch die Verminderung des Druckgefälles zwischen Überdruck(2–3 bar)des Wärmeübertragungsmediumsim Absorberrohr und dem Vakuum (10–3 mbar)zwischen Absorber- und Hüllrohreingeschränktwerden. Der Überdruckdes Wärmeträgermediums istnicht notwendig, wenn durch die Temperaturregulierung eine Überschreitungdes Siedepunktes des Wärmeübertragungsmediumserfindungsgemäß verhindertwird.
    [0026] EinSonnenkollektor hat die Aufgabe, das Sonnenlicht optimal zu nutzenund das Wärmeträgermediumauf eine möglichsthohe Temperatur zu erwärmen.Die Geschwindigkeit, mit der dies erfolgt, ist neben dem Kollektorwirkungsgradabhängigvon der Lichtintensitätund dem zu erwärmendenWärmeträgervolumenim Absorber. Je kleiner das Volumen ist, desto schneller kann eserwärmtwerden, was sich besonders bei wechselhafter Bewölkung bemerkbar macht. EinerVerringerung des Absorberrohrquerschnitts zur Volumenreduzierungsind Grenzen gesetzt, da dies eine schärfere Fokussierung direkter Strahlungvoraussetzt. In der erfindungsgemäßen Hybrid-Technologie wird ein kleines Volumendurch die Verwendung des Granulatabsorbers erreicht. Je nach Körnung verringertsich das Volumen im Granulatabsorber um ca. 50% und bewirkt aufdiese Weise eine geringere thermische Trägheit.
    [0027] Durchdie Bauweise der Hybrid-Röhrenkann das System vollständig über dieVerteiler der Kollektoren entleert werden, ohne die Kollektorendemontieren zu müssen.
    [0028] Ausführungsbeispieleder Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgendenBeschreibung nähererläutert.
    [0029] Inden Zeichnungen zeigen:
    [0030] 1a Längsschnittdurch ein Kollektorrohr mit unidirektional durchströmtem Absorberrohrsowie Verteiler und 1b einen Querschnitt durch einKollektorrohr,
    [0031] 2a und 2b Querschnitteines Kollektorrohrs bei schrägerund lotrechter Energieeinstrahlung auf die Absorptionsebene derRöhre,
    [0032] 3a und 3b Vergleichder Absorptionsflächeneines Kollektors mit und ohne Nachführung der Kollektorröhren,
    [0033] 4a bis 4c Wirkungsweiseeines Parabolspiegels bei lotrechter und schräger Energieeinstrahlung,
    [0034] 5 flexibleAnbindung einer Kollektorröhrean den Verteiler mit drehbarer Lagerung der Kollektorröhre,
    [0035] 6a bis 6c Vorrichtungenzur Kompensation unterschiedlicher Längenausdehnung des Absorberrohrsim Verhältniszum Hüllrohr,
    [0036] 7a und 7b Längs- undQuerschnitt einer Kollektorröhremit innerem Rohr und Absorberrohr zur funktionalen Trennung vonVakuumrealisierung und Lichtabsorption,
    [0037] 8 Lichtabsorptionim Granulatabsorber.
    [0038] ImFolgenden werden die Figuren näherbeschrieben: Die in 1a alsLängsschnittund in 1b als Querschnitt dargestellteRöhre einesKollektors zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung. Im transparentenHüllrohr 1 miteiner Verspiegelung auf der Innenseite des Hüllrohrs 1 befindetsich eine Verspiegelung 4 zur Bündelung des Lichtes. Im Brennpunktdes Lichtes befindet sich das innere Rohr 2. Zwischen Hüllrohr 1 undinnerem Rohr 2 besteht ein Vakuum 3 oder der Raumwird mit Gasen gefüllt,die eine niedrige Wärmeleitfähigkeitaufweisen z.B. wie das Edelgas 3 Xenon. Als zweite Funktionkann das innere Rohr 2 die Funktion der Lichtabsorption übernehmen.Man kann das innere Rohr dann auch als Absorberrohr bezeichnen.Dazu ist das innere Rohr zumindest teilweise an der zum Vakuum 3 zeigenden Seitemit einer selektiven Beschichtung 6 versehen. Die selektiveBeschichtung 6 hat die Aufgabe zu verhindern, dass Infrarotstrahlungabgegeben wird. Ist nur eine teilweise selektive Beschichtung 6 vorgesehen,wird der andere Teil des inneren Rohrs mit einem nichtselektivenAbsorber 5 versehen. Dazu besteht das innere Rohr 2 vorzugsweiseaus transparentem Material wie Glas und ist im nicht selektiv beschichtetenBereich 5 mit einem Granulat gefüllt, das der Lichtabsorptiondient und vom Wärmeträgermedium 29 direktumströmtwird. Das Wärmeträgermedium 29 durchströmt die Kollektorröhre unidirektional,vorzugsweise vom nicht selektiven Bereich 5 zur selektivenBeschichtung 6. Bei der Verwendung gleicher Materialienfür inneresRohr 2 und Hüllrohr 1 dehntsich das innere Rohr 2 bei höherer Lichtabsorption stärker ausals das Hüllrohr 2.Da Hüllrohr 1 undinneres Rohr 2 an beiden Enden fest miteinander verbundensind, ist eine Vorrichtung 23 vorgesehen, die der Kompensationbzw. dem Spannungsabbau bei unterschiedlicher Längenausdehnung von Hüllrohr 1 undinnerem Rohr 2 dient. Die Kollektorröhren sind an den Enden über dieAnschlüsse 7 jeweilsmit einem Verteiler zur Zu- und Abführung des Wärmeträgermediums 8 und 9 verbunden.
    [0039] Die 2a und 2b zeigenden Unterschied zwischen schrägerund lotrechter Einstrahlung 10 auf die Absorptionsebene 14 derRöhren.Die Absorptionsebene 14 entsteht durch die Verbindung derEnden der Verspiegelung 4 des Hüllrohrs 1 im Querschnittder Röhren.Bei schrägemEinstrahlungswinkel auf die Absorptionsebene, wie in 2a dargestellt,verringert sich die Strahlungsintensität 12. Mit zunehmendemEinstrahlungswinkel bildet sich ein größer werdender Schatten 11,der das innere Rohr 2 beschattet. Mit einer solaren Nachführung derKollektorröhrekann die Absorptionsebene 14 lotrecht zur Strahlungsrichtungder Energiequelle 10, wie in 2b dargestellt,ausgerichtet werden. Die Verspiegelung 4 des Hüllrohrs 1 wirftkeinen Schatten auf das innere Rohr 2 und die Strahlungsintensität 13 kannzu 100% genutzt werden.
    [0040] Inden 3a bis 3d werdendie Absorptionsflächeneines Kollektors mit Nachführung derRöhren(3c und 3d) sowieohne Nachführungder Röhren(3a und 3b) miteinanderverglichen. Die Energiequelle 10 strahlt schräg auf dieKollektorebene, die sich – imQuerschnitt betrachtet – ausder in einer Reihe nebeneinander angeordneten Röhren ergibt. Aus 3a wirdersichtlich, dass die Absorptionsebenen der Röhren 14 schräg angestrahlt 10 werdenund sich dabei Schatten 11 durch die Verspiegelung 4 derHüllrohre 1 auf deninneren Rohren 2 bilden. In 3c wurdendie Absorptionsebenen der Kollektorröhren 14 so aus derKollektorebene gedreht und lotrecht zur Strahlungsquelle ausgerichtet,dass eine optisch geschlossene Absorptionsfläche 15 entsteht, beider die Strahlungsintensitätzu 100% genutzt werden kann, wie aus 3d ersichtlichwird. Im Gegensatz dazu werden die Absorptionsebenen ohne Nachführung Schräg angestrahltund aus der Perspektive der Strahlungsquelle 10 betrachtetbildet jede Röhreeinen separaten Absorptionsstreifen, so dass insgesamt, wie in 3b dargestellt,eine kleinere Absorptionsflächegegenüberden nachgeführtenRöhren wiein 3d resultiert. Die Absorptionsflächen bzw. Absorptionsebenen 14 sindin den 3b und 3d grauhinterlegt.
    [0041] Inden 4a bis 4c istein Spiegel zur Reflexion von direkter Strahlung dargestellt, derden Zwischenraum der Röhrenzur Erhöhungder Lichtintensitätauf den Absorber nutzt. Die Funktionsweise des Spiegels 16 wirdanhand eines Querschnittes in 4a näher erläutert. DerSpiegel 16 hat die Form eines Parabolspiegels mit einemdefinierten Brennpunkt 17 bei senkrechter Einstrahlung 19.In Längsrichtunghat der Parabolspiegel 16 die Form einer Rinne, in dersich die Kollektorröhremit Verspiegelung 4 des Hüllrohrs 1 und deminneren Rohr 2 befindet. Aus dem Brennpunkt 17 entstehtauf diese Weise eine Brennlinie, die nicht dargestellt wurde. Das Kollektorrohrist in der parabolförmigenRinne so angeordnet, dass sich das innere Rohr 2 in derBrennlinie bzw. dem Brennpunkt 17 entsprechend 4a desParabolspiegels 16 befindet. Ein Teil des Parabolspiegels 16,als gestrichelte Linie dargestellt, wurde so ausgeweitet, dass dasKollektorrohr mit einer Anordnung des inneren Rohrs 2 imBrennpunkt 17 möglichist. Die Funktion des ausgeweiteten Parabolspiegelabschnittes zurLichtbündelungwird durch die Verspiegelung 4 des Hüllrohrs 1 übernommen.Die Hüllrohrverspiegelung 4 hatstatt einer paraboloiden eine runde Form. Auf diese Weise wird erreicht,dass das Licht auch dann vollständigauf den Absorber des inneren Rohrs 2 reflektiert wird,wenn das Licht nicht genau senkrecht in den Parabolspiegel einstrahlt 18. 4b zeigtin einem Querschnitt die Anordnung mehrerer Parabolspiegel 16 ineinem Kollektor mit mehreren Kollektorröhren mit den Hüllrohren 1.Das Licht 10 trifft senkrecht oder mit geringer Abweichung vonder Senkrechten – bezogenauf den Kollektorquerschnitt – aufden Kollektor. Kollektorröhren 1 und Parabolspiegel 16 sindso angeordnet, dass bei seitlicher Einstrahlung 10, wiein 4c dargestellt, eine relative Bewegung zwischenKollektorröhren 1 und Parabolspiegel 16 entsteht,bei der die Kollektorröhren 1 ausdem Parabolspiegel 16 heraustreten und nicht durch denParabolspiegel 16 verschattet werden.
    [0042] 5 zeigtbeispielhaft eine möglicheVariante der Ankopplung von Kollektorröhren mit einem Hüllrohr 1 undeinem inneren Rohr 2 an einen Verteiler 9. DerVerteiler 9 befindet sich in einem isolierten Gehäuse 29.Die Isolierung 21 weist einen Hohlraum auf, in dem sicheine spiralförmiggewundene flexible Verbindung 20 zwischen den Anschlüssen 7 vonVerteiler 9 und Kollektorrohr 2 frei bewegen kann.Die Kollektorröhreist am Anschluss 7 des inneren Rohrs 2 im Gehäuse mitder Isolierung 21 drehbar gelagert 22 und kannauf diese Weise der Energiequelle nachgeführt werden.
    [0043] In 6a bis 6c sindvorteilhafte Varianten zur Kompensation unterschiedlicher Längenausdehnungvon Hüllrohr 1 undinnerem Rohr 2 dargestellt, die an beiden Enden fest miteinanderverbunden sind. Dabei dient das innere Rohr 2 der Lichtabsorptionund der Erwärmungdes Wärmeträgermediums.Die Erwärmungdes Hüllrohrs 1 wirddurch ein Vakuum bzw. eine Edelgasfüllung 3 minimiert.In 6a ist eine Vorrichtung zur Längenkompensation dargestellt,die ähnlicheinem Faltenbalg 23a, alternierende Durchmesser des innerenRohres 2 aufweist. In 6b isteine Vorrichtungsvariante zur Längenkompensation 23b dargestellt,bei der das innere Rohr 2 spiralförmig gewunden ist, um die auftretendenSpannungen zwischen Hüllrohr 1 undinnerem Rohr 2 bei unterschiedlicher Längenausdehnung aufzunehmen. 6c zeigteinen Längs-und einen Querschnitt einer Kollektorröhre, bei der die Enden desHüllrohrs 1 unddes inneren Rohrs 2 fest miteinander verbunden sind. ZwischenHüllrohr 1 undinnerem Rohr 2, das zur Absorption von Lichtenergie dient,befindet sich ein Vakuum bzw. eine Füllung mit einem schlecht wärmeleitendenGas 3, wie beispielsweise Xenon, zur Vermeidung von Konvektionswärmeverlusten.Ohne Lichteinstrahlung ist das innere Rohr 2 kalt und befindetsich im Bereich der stärksten Lichtbündelung 24 desSpiegels 4. Bei Lichtabsorption durch das innere Rohr 2 undausreichender Wärmeabfuhr über dasim inneren Rohr 2 strömende Wärmeträgermediumdehnt sich das innere Rohr 2 gegenüber dem Hüllrohr 1 nur wenigaus und bleibt im Bereich der stärkstenLichtbündelungdurch den Spiegel 4. Wird zu wenig Energie über dasWärmeträgermediumabtransportiert, erwärmtsich das innere Rohr 2 stärker und dehnt sich gegenüber dem Hüllrohr 1 entsprechendstärkeraus. Die Ausdehnung des inneren Rohres 2 wird durch einebogenförmigeVerformung des inneren Rohrs 23c erreicht. Dabei bewegtsich das innere Rohr 2 in Pfeilrichtung aus dem Bereichder stärkstenLichtbündelung 24 undkompensiert eine unzureichende Wärmeabfuhr durcheine niedrigere Einstrahlungsintensität auf den Absorber des innerenRohrs 2.
    [0044] 7a zeigteinen Längs-und 7b einen Querschnitt einer Kollektorröhre bestehendaus einem Hüllrohr 1,das auf der Innenseite teilweise verspiegelt 4 ist, und einem inneren Rohr 2,das an den Enden fest mit dem Hüllrohr 1 verbundenist. Zwischen Hüllrohr 1 undinnerem Rohr 2 besteht ein Vakuum oder der Raum ist miteinem schlecht Wärme leitendenGas 3 gefüllt.Das innere Rohr 2 besteht aus einem transparenten Material,so dass es sich durch Lichteinstrahlung ähnlich stark erwärmt undin seiner Längeausdehnt wie das Hüllrohr 1.Zur Lichtabsorption befindet sich innerhalb des inneren Rohrs 2 einweiteres Rohr 25, das der Lichtabsorption dient und imWeiteren als Absorberrohr bezeichnet wird. Das Absorberrohr 25 istso im inneren Rohr 2 arretiert 26, dass der Luftspaltzwischen innerem Rohr 2 und Absorberrohr 25 abgedichtetwerden kann. Die Arretierung 26 kann auch in der Art erfolgen,dass das Absorberrohr 2S relativ zum inneren Rohr 2 inseiner Längsachsedrehbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Hüllrohr 1 mitseiner Verspiegelung 4 so um das Absorberrohr 25 zudrehen, dass das Licht optimal auf das Absorberrohr 25 gebündelt wird.
    [0045] ZurAbsorption dient eine selektive Beschichtung 6 und/odereine nicht selektive Beschichtung bzw. ein Granulatabsorber 5.Im Absorberrohr 25 strömtein Wärmeträgermedium,das der Wärmeabfuhrdes Absorberrohrs dient. Vorteilhafterweise kann die Arretierung 26 desAbsorberrohrs 25 so ausgeführt sein, dass die Dichtungdes Luftspaltes zwischen innerem Rohr 2 und Absorberrohr 25 inAbhängigkeitvon der Temperatur und Längenausdehnungdes Absorberrohrs 25 geöffnetoder geschlossen wird. Im Falle einer unzureichenden Wärmeabfuhrdes Absorberrohrs 25 dehnt sich dieses durch die Erwärmung stärker ausals das innere Rohr 2, so dass die Dichtung den Spalt zwischeninnerem Rohr 2 und Absorberohr 25 öffnet. Erfolgtdie Öffnungdes Spaltes an beiden Enden der Kollektorröhre entsteht ein Luftstrom,angetrieben durch die Thermik der erwärmten Luft im Spalt zwischenden Röhren 2 und 25,und es kann auf diese Weise Wärmevom Absorberrohr abgeführtwerden.
    [0046] 8 zeigtden Aufbau und die Wirkungsweise des Granulatabsorbers. In einemtransparenten Rohr 27 befinden sich Granulatkörner 28,die von einem Wärmeträgermedium 29 umströmt werden. EinTeil der Strahlung wird direkt vom Wärmeträgermedium absorbiert. Die restlicheStrahlung trifft auf die Granulatkörner 28 und wird dortentweder absorbiert oder reflektiert. Der reflektierte Teil derStrahlung wird entweder vom Wärmeträgermedium 29 absorbiertoder trifft erneut auf ein Granulatkorn 28, so dass dergrößte Teilder Strahlung entweder direkt oder nach Reflexion ins Innere desdreidimensionalen Granulatabsorbers 28 absorbiert wird.
    1 Hüllrohr 2 InneresRohr 3 Vakuumbzw. Edelgasfüllung 4 Verspiegelung 5 Granulatabsorber 6 SelektiveBeschichtung 7 Anschluß für Verbindungzwischen Verteiler und Kollektorröhre 8 Vorlauf-Verteiler9 Rücklauf-Verteiler 10 Strahlungsrichtungder Energiequelle 11 Verschattungdurch Verspiegelung 12 Minderungder Strahlungsintensitätauf die Absorptionsebene bei schräger Einstrahlung 13 100%Strahlungsintensitätbei lotrechter Einstrahlung auf die Absorptionsebene 14 Absorptionsebeneder Kollektorröhre 15 Optischgeschlossener Absorber 16 Parabolspiegel 17 Brennpunktdes Parabolspiegels 18 Reflexionbei geringer Abweichung von senkrechter Einstrahlung 19 Reflexionbei senkrechter Einstrahlung 20 FlexibleVerbindung zwischen Kollektorröhre undVerteiler 21 Isolierung 22 DrehbareLagerung der Kollektorröhre 23 Vorrichtungzur Kompensation der Längenausdehnung 23a FaltenbalgähnlicheVorrichtung zur Längenkompensation 23b Spiralförmige Vorrichtungzur Längenkompensation 23c Bogenförmige Vorrichtungzur Längenkompensation 24 Brennpunktder Hüllrohrverspiegelung 25 Absorberrohrim inneren Rohr 26 Arretierungund Dichtung zwischen Absorberrohr und innerem Rohr 27 Innenseitedes Absorberrohrs 28 Granulatkörner 29 Strömung desWärmeträgermediums
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] Röhrenkollektorzur Absorption von Lichtenergie aufweisend wenigstens ein transparentesHüllrohr(9) und wenigstens ein Rohr (2) im Inneren des Hüllrohrs,wobei Hüllrohrund inneres Rohr (2) an einem Ende starr und gasdicht miteinanderverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (1)auch an dem anderen Ende eine starre und gasdichte Verbindung mitdem inneren Rohr (2) aufweist.
    [2] Röhrenkollektornach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohr zurLichtabsorption dient.
    [3] Röhrenkollektornach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberrohr und/oderHüllrohrmit einer Vorrichtung (23) versehen ist, die der Kompensationunterschiedlicher Längenausdehnung desAbsorberrohrs im Verhältniszum Hüllrohrdient.
    [4] Röhrenkollektornach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationunterschiedlicher Längenausdehnungdurch eine Verformung des Absorberrohrs und/oder Hüllrohrserfolgt.
    [5] Röhrenkollektornach wenigstens einem der Ansprüche2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Absorberrohrs(23a) und/oder des Hüllrohrsvariiert.
    [6] Röhrenkollektornach wenigstens einem der Ansprüche2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung des Absorberrohrsdadurch ermöglicht wird,dass zumindest ein Teil des Absorberrohrs in Form einer Spirale(23b) ausgebildet ist.
    [7] Röhrenkollektornach wenigstens einem der Ansprüche2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längenausdehnung des Absorberrohrsdurch eine bogenförmigeGestalt (23c) ausgeglichen wird.
    [8] Röhrenkollektornach wenigstens einem der Ansprüche2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsgeometriedes Absorberrohrs und/oder des Hüllrohrsinnerhalb einer Kollektorröhrevariiert.
    [9] Röhrenkollektornach wenigstens einem der Ansprüche2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstärke desAbsorberrohrs und/oder des Hüllrohrsinnerhalb einer Kollektorröhrevariiert.
    [10] Röhrenkollektornach wenigstens einem der Ansprüche2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung des Absorberrohrsbei Längenausdehnungzumindest teilweise zu einer Bewegung des Absorberrohrs aus demBereich der höchstenLichtintensitätführt (24).
    [11] Röhrenkollektornach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich im inneren Rohr(2) ein weiteres, der Lichtabsorption dienendes Rohr (25) befindet,das vom Wärmeträgermediumdurchströmt undin der Längenausdehnungfrei beweglich ist.
    [12] Röhrenkollektorzur Absorption von Lichtenergie aufweisend wenigstens ein transparentesHüllrohr(1) und wenigstens ein Absorberrohr (2, 25)im Inneren des Hüllrohrs,wobei das Absorberrohr aus einem transparenten Material bestehtund mit einer selektiven Beschichtumg (6) für eine verminderte Emissionvon Infrarotstrahlung versehen ist und vom Wärmeträgermedium unidirektional (29)durchströmt wird,dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberrohr (2, 25)zumindest im Bereich des Zuflusses des Wärmeträgermediums frei von einer selektivenAbsorberschicht ist.
    [13] Röhrenkollektornach wenigstens einem der Ansprüche2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberrohr ganz oderteilweise mit einem Granulat (28) gefüllt ist, das zur Absorptionund/oder Emission von Licht dient.
    [14] Röhrenkollektorinsbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einemHüllrohr(1), das auf der der Energiequelle abgewandten Seite zumindestteilweise verspiegelt ist und/oder eine andere, der Lichtbündelungdienende Vorrichtung aufweist und jede Kollektorröhre miteinem Verteiler fürdas Wärmeträgermediumverbunden ist, wobei wenigstens eine Kollektorröhre zumindest teilweise inihrer Längsachsedrehbar gelagert (22) ist.
    [15] Röhrenkollektornach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass wenigstens eine der Kollektorröhren flexibel (20)mit dem Verteiler verbunden ist.
    [16] Röhrenkollektornach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass wenigstens bei einer Kollektorröhre eine der Lichtbündelungdienende Einrichtung (4) vorhanden ist, die um die Längsachsedes Absorbers drehbar ist.
    [17] Röhrenkollektornach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass wenigstens eine Kollektorröhreum ihre Längsachseder Energiequelle nachgeführtwerden kann.
    [18] Röhrenkollektornach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass mehrere Röhreneines oder mehrerer Kollektoren untereinander gekoppelt werden können.
    [19] Röhrenkollektornach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich mehrere Röhren eines odermehrerer Kollektoren mit einem Stellglied parallel bewegen lassen.
    [20] Röhrenkollektornach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass eine Vorrichtung in der Lage ist, wenigstens eine Röhre einesoder mehrerer Kollektoren von der optimalen Ausrichtung zur Energiequelleabzubringen.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004020850B4|2008-03-27|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-11-24| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2008-09-25| 8364| No opposition during term of opposition|
    2014-01-02| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: LEIPZIGER SOLARGESELLSCHAFT MBH, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHEDLETZKY, MAIK, DR., 04277 LEIPZIG, DE Effective date: 20131107 |
    2014-01-02| R082| Change of representative|Representative=s name: BETTINGER SCHNEIDER SCHRAMM PATENT- UND RECHTS, DE Effective date: 20131107 |
    2014-11-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    2015-02-19| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20141101 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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