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Patent Searching and Data


Title:
SOLAR ABSORBER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/031223
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a solar absorber comprising at least one absorber channel, a delivery channel, and a discharge channel. The at least one absorber channel is sealingly connected to said delivery channel and discharge channel so as to allow a heat-absorbing medium to flow therethrough. Also disclosed are methods for operating and producing said solar absorber. The inventive solar absorber is characterized in that the at least one absorber channel, the delivery channel, and/or the discharge channel is/are embodied such that the flow rate of the heat-absorbing medium is substantially identical in all absorber channels during operation of the absorber due to an adjusted flow resistance of the at least one absorber channel in order to obtain greater efficiency.

Inventors:
SANDLER MARTIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/010659
Publication Date:
April 07, 2005
Filing Date:
September 22, 2004
Export Citation:
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Assignee:
SANDLER MARTIN (DE)
International Classes:
F24S10/50; F24S10/70; (IPC1-7): F24J2/20; F24J2/24
Foreign References:
US4093024A1978-06-06
AU517862B21981-09-03
US4099559A1978-07-11
EP0460872A11991-12-11
US4027821A1977-06-07
US4165733A1979-08-28
US4021901A1977-05-10
Attorney, Agent or Firm:
HANSMANN & VOGESER (München, DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Solarabsorber (1) mit wenigstens zwei Absorberkanälen (16) sowie einem Zulauf (7a) und einem Ablaufkanal (7b), mit denen die wenigstens zwei Absor berkanäle (16) zum Durchfluss eines Wärme aufnehmenden Mediums jeweils dicht verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Absorberkanäle (16), der Zulaufkanal (7a) und/oder der Ab laufkanal (7b) so gestaltet sind, dass im Betrieb des Absorbers (1) aufgrund eines angepassten Strömungswiderstands der wenigstens zwei Absorberkanäle (16) die Strömungsgeschwindigkeit des Wärme aufnehmenden Mediums in allen Absor berkanälen (16) im Wesentlichen gleich ist.
2. Solarabsorber (1) mit wenigstens einem Absorberkanal (16) sowie einem Zulauf (7a) und einem Ablaufkanal (7b), mit denen der wenigstens eine Absor berkanal (16) zum Durchfluss eines Wärme aufnehmenden Mediums jeweils dicht verbunden ist, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Absorberkanal (16), der Zulaufkanal (7a) und/oder der Ab laufkanal (7b) so gestaltet sind, dass im Betrieb des Absorbers (1) aufgrund eines angepassten Strömungswiderstands des wenigstens einen Absorberkanals (16) die Strömungsgeschwindigkeit des Wärme aufnehmenden Mediums im gesamten Querschnitt des Absorberkanals (16) im Wesentlichen gleich ist.
3. Solarabsorber (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeiten des Wärme aufnehmenden Mediums in den ein zelnen Absorberkanälen (16) bzw. innerhalb des Querschnitts des einen Absor berkanals (16) um nicht mehr als +/30%, insbesondere nicht mehr als +/20%, insbesondere nicht mehr als +/10%, insbesondere nicht mehr als +/5% vonein ander abweichen und/oder dass insbesondere der wenigstens eine Absorberkanal (16) von dem Wärme aufnehmenden Medium nach dem TichelmannPrinzip durchlaufen wird und/oder dass insbesondere der wenigstens eine Absorberkanal (16) durch einen Spalt (6) zwischen zwei voneinander beabstandeten Absorberplatten (3a, b) gebil det wird, die in der Absorberplattenfläche in insbesondere regelmäßigen Abstän den miteinander verbunden und randseitig abgedichtet, insbesondere durch eine RollSchweißnaht (5) abgedichtet sind.
4. Solarabsorber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Wärme aufnehmenden Mediums in den Ab sorberkanälen (16) beim Betrieb des Kollektors (1) mit einer SonneneinstrahlungsLeistung im Bereich von 100 W/m2 bis 1000 W/m2, einer Temperaturdifferenz zwischen dem zulaufenden und ablaufenden Wärme aufnehmenden Medium im Bereich von 2 Kelvin bis 90 Kelvin, insbe sondere im Bereich von 8 Kelvin bis 40 Kelvin und einer Betriebstemperatur des Wärme aufnehmenden Medium im Bereich von 20 Grad Celsius bis 110 Grad Celsius in einem Bereich von 0,005 m/s bis 0,4 m/s, insbesondere im Bereich von 0,01 m/s bis 0,2 m/s liegt.
5. Solarabsorber (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung des Strömungswiderstands des Spalts (6) in Abhängigkeit der Länge der Absorberplatten (3a, b) im Wesentlichen durch eine geeignete Auswahl der Querschnittform des Spalts (6), insbesondere des Verhältnisses dessen Breite (B) zu seiner Länge (L), erfolgt und/oder dass insbesondere bei einer Länge (T) der Absorberplatten (3a, b) im Bereich von 1000 mm bis 6000 mm das Verhältnis der Breite (B) des Spalts (6) zu seiner Länge (L) im Bereich von 0,00025 bis 0,002 liegt und/oder dass insbesondere bei einer Länge (T) der Absorberplatten (3a, b) im Bereich von 1000 mm bis 3000 mm das Verhältnis der Breite (B) des Spalts (6) zu seiner Länge (L) im Bereich von 0,00025 bis 0,00125 liegt und bei einer Länge (LA) der Absorberplatten (3a, b) im Bereich von 3000 mm bis 6000 mm das Ver hältnis der Breite (B) des Spalts (6) zu seiner Länge (L) im Bereich von 0, 00075 bis 0, 002 liegt.
6. Solarabsorber (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) des Spalts (6) im Bereich von 0,25 bis 2 mm liegt und/oder dass insbesondere die Absorberplatten (3a, b) aus einem Material mit einem Wärme leitwert k > 15W/mK bestehen, beispielsweise Metall, insbesondere Stahl, insbe sondere Edelstahl oder Aluminium und/oder dass insbesondere die Viskosität des Wärme aufnehmenden Mediums bei 20 Grad Celsius im Bereich von 1,0 bis 1,4 mm 2/sec liegt und/oder dass insbesondere es sich bei dem Wärme aufnehmenden Medium um ein WasserGlycolGemisch handelt, insbesondere in einem Mischungsverhältnis im Bereich von 4 : 1 bis 2 : 1 Gewichts%.
7. Solarabsorber (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Wärme aufnehmenden Mediums beim Eintritt in den wenigs tens einen Absorberkanal (16) im Bereich von 10 Grad Celsius bis 80 Grad Celsi us und beim Austritt aus dem wenigstens einen Absorberkanal (16) im Bereich von 20 Grad Celsius bis 110 Grad Celsius liegt und/oder dass insbesondere der Solarabsorber (1) so ausgebildet ist, dass meh rere gleichartige Solarabsorber (1) durch eine serielle Verbindung ihrer jeweiligen Zulaufkanäle (7a) bzw. Ablaufkanäle (7b) zu einem Kollektorfeld verbindbar sind, wobei das Wärme aufnehmende Medium das Kollektorfeld weiterhin nach dem TichelmannPrinzip mit in allen Absorberkanälen (16) im Wesentlichen gleicher Strömungsgeschwindigkeit durchläuft.
8. Solarabsorber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei voneinander beabstandeten Absorberplatten (3a, b) punktförmig oder linienförmig in Strömungsrichtung miteinander verbunden sind und/oder dass ! nsbesondere die Verbindungen Verschweißufigen, insbesondere Punktverschweißungen (4), sind und/oder dass insbesondere die Verbindungs bereiche, insbesondere die Schweißpunkte (4), in einem Muster gleichseitiger Dreiecke angeordnet sind und/oder dass insbesondere die Verbindungsbereiche, insbesondere die Schweißpunkte (4), jeweils einen gegenseitigen Abstand (a) von 15 bis 45 mm, insbesondere 25 bis 35 mm, insbesondere 30 mm aufweisen.
9. Solarabsorber (1) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbereiche, insbesondere die Schweißpunkte (4), jeweils einen Durchmesser (d) zwischen 2 bis 7 mm, insbesondere 3 bis 6 mm, insbesondere 4 bis 5 mm aufweisen.
10. Verfahren zum Betreiben eines Solarabsorbers (1) mit wenigstens zwei Ab sorberkanälen (16) sowie einem Zulauf (7a) und einem Ablaufkanal (7b), mit de nen die wenigstens zwei Absorberkanäle (16) zum Durchfluss eines Wärme auf nehmenden Mediums jeweils dicht verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter, insbesondere Viskosität des Wärme aufnehmenden Medi ums und/oder Betriebsdruck und/oder Betriebstemperatur und/oder die Gestaltung der Kanäle (16,7a, 7b) so gewählt werden, dass im Betrieb des Absorbers (1) die Strömungsgeschwindigkeit des Wärme aufnehmenden Mediums in allen Absor berkanälen (16) im Wesentlichen gleich ist.
11. Verfahren zum Betreiben eines Solarabsorbers (1) mit wenigstens einem Absorberkanal (16) sowie einem Zulauf (7a) und einem Ablaufkanal (7b), mit de nen der wenigstens eine Absorberkanal (16) zum Durchfluss eines Wärme auf nehmenden Mediums jeweils dicht verbunden ist, insbesondere nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter, insbesondere Viskosität des Wärme aufnehmenden Medi ums und/oder Betriebsdruck, Betriebstemperatur und/oder die Gestaltung der Ka näle (16, 7a, 7b) so gewählt werden, dass im Betrieb des Absorbers (1) die Strö mungsgeschwindigkeit des Wärme aufnehmenden Mediums im gesamten Quer schnittsbereich des wenigstens einen Absorberkanals (16) im Wesentlichen gleich ist,.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Wärme aufnehmenden Mediums auf 0,05 m/s 0, 4 m/s, insbesondere auf 0,01 m/s0, 2 m/s eingestellt wird, insbesondere bei einer SonneneinstrahlungsLeistung im Bereich von 100 W/m2 bis 1000 W/m', einer Temperaturdifferenz zwischen dem zulaufenden und ablaufenden Wärme aufnehmenden Medium im Bereich von 2 Kelvin bis 90 Kelvin, insbe sondere im Bereich von 8 Kelvin bis 40 Kelvin und einer Betriebstemperatur des Wärme aufnehmenden Medium im Bereich von 20 Grad Celsius bis 110 Grad Celsius.
13. Verfahren zum Herstellen eines Solarabsorbers (1) aus zwei im Wesentli chen ebenen Absorberplatten (3a, b), die an Punktverschweißungen (4) miteinan der verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberplatten (3a, b) plan gegeneinander gelegt, in Abständen punkt verschweißt sowie randseitig abgedichtet werden, die miteinander punktverschweißten Absorberplatten (3a, b) zwischen An schlagsflächen, deren Abstand der späteren Dicke (D) des fertigen Absor bers (1) entspricht, angeordnet werden, um die Ausdehnung der Absorber platten (3a, 3b) quer zur Hauptebene des Absorbers (1) zu begrenzen, der Spalt (6) zwischen den Absorberplatten (3a, b) mit einem Fluid druckbe aufschlagt, und die Absorberplatten (3a, b) des Absorbers (1) dabei dauerhaft zwischen den Punktverschweißungen (4) nach Außen bis zur Anlage an die Anschlagflächen ausgeformt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass die sich beim gegeneinander Anlegen der Absorberplatten innen entgegenste henden Oberflächen mit einer korrosionshemmenden, schweißbaren Schicht ü berzogen werden und/oder dass insbesondere die Schicht aus Schwarznickel besteht und/oder dass insbesondere die Schicht in einem galvanischen Nassverfahren aufgebracht wird und/oder dass insbesondere das galvanische Verfahren bei konstantem Strom mit einem sich zeitlich ändernden Spannungsprofil durchgeführt wird und/oder dass insbesondere die Schicht eine Dicke im Nanometerbereich auf weist und/oder dass insbesondere die randseitige Abdichtung der Absorberplatten (3a, b) durch ein Schweißverfahren unter Ausbildung einer Rollnaht (5) erfolgt undloder dass insbesondere das Fluid eine korrosionshemmende und/oder korro sionsschützende Wirkung hat und/oder dass insbesondere beim Beaufschlagen des Fluids mit Druck das Innere des Solarkollektors (1) mit einer Korrosionshemmenden Schicht überzogen wird und/oder dass insbesondere das Fluid mit einem Druck von 15.000 bis 40.000 hPa beaufschlagt wird.
Description:
Solarabsorber Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Solarabsorbern nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie mit Verfahren zu deren Betrieb und Herstellung.

Solarabsorber sind dem Fachmann in vielfältiger Weise bekannt, unter anderem aus der auf die Anmelderin zurückgehenden DE 102 16 604, deren Offenba- rungsgehalt in vorliegende Patentanmeldung mit aufgenommen ist.

Ein Solarabsorber umfasst hierbei üblicherweise einen Wärmeaufnahme-Bereich, der der Aufnahme der durch die Sonneneinstrahlung zugeführten Leistung dient und der zu diesem Zweck von einem Wärme aufnehmenden Medium durchflos- sen wird. Der Wärmeaufnahme-Bereich kann beispielsweise eine Vielzahl übli- cherweise in Strömungsrichtung und parallel zueinander angeordneter, voneinan- der getrennter Absorberkanäle aufweisen, er kann jedoch auch durch zwei ebene, plattenförmige und randseitig dicht verbundene Elemente gebildet werden, zwi- schen denen ein Spalt für das durch den Solarabsorber hindurchströmende Wär- me aufnehmende Medium ausgebildet ist. In diesem Fall bildet der Spalt dann einen einzigen Absorberkanal.

Um die sprachliche Ausdrucksweise einfach halten zu können, wird im Folgenden ausschließlich der Plural des Begriffs"Absorberkanal"verwendet, wobei hiermit jedoch auch der Fall eines einzigen Absorberkanals mit umfasst sein soll, sofern dies im konkreten technischen Zusammenhang möglich ist.

Ublicherweise verfügen die Absorberkanäle über geeignete Zu-und Ablaufvorrich- tungen, wie z. B. Zulauf-und Ablaufkanäle in Form randseitiger Sammelrohre o- der Anschlussstutzen, für das Wärme aufnehmende Medium, so dass dieses den

Absorber durchströmen, in einem gesch ! ossenen Kreistauf z ! rku ! ieren und die im Wärmeaufnahme-Bereich des Soiarabsorbers aufgenommene Wärme an geeig- neter Stelle wieder abgeben kann. Solarabsorber werden in Solarkollektoren z. B. auf Hausdächern verwendet, um die Strahlungs-und Wärmeenergie der Sonnen- strahlung aufzunehmen und mit einem Wärme aufnehmende Medium z. B. zu ei- nem Wärmetauscher im Haus weiterzuleiten.

Als eine vorteilhafte Art des Betriebs eines Solarabsorbers hat sich eine Durch- strömung nach dem Tichelmann-Prinzip herausgestellt. Dieses Prinzip zeichnet sich dadurch aus, dass das den Solarabsorber durchströmende, Wärme aufneh- mende Medium auf allen seinen möglichen Wegen durch den Solarabsorber im wesentlichen die gleiche Strecke zurückgelegt. Im Fall eines durch zwei Absor- berplattenförmige Elemente gebildeten Solarabsorbers würden sich die Punkte, an denen das Wärme aufnehmende Medium dem mit den Absorberkanälen ver- bundenen Zulauf-bzw. Ablaufkanal zugeführt bzw. abgeführt wird, folglich diago- nal gegenüberliegen.

Als nachteilig hat sich erwiesen, dass bei den bekannten Solarabsorbern häufig keine gleichmäßige Durchströmung der Absorberkanäle durch das Wärme auf- nehmende Medium über die gesamte Breite des Wärmeaufnahme-Bereichs er- folgt.

Durchflutungstests haben mit Hilfe von Thermobildkameras hierbei ergeben, dass im Betrieb mit niedriger Durchströmung des Solarabsorbers das durch den Zu- laufkanal zugeführte Wärme aufnehmende Medium zum überwiegenden Teil den Wärmeaufnahme-Bereich durch die z. B. im Zulaufkanal stromaufwärts am nächs- ten gelegenen Absorberkanäle durchströmt. Bei der Verwendung eines Solarab- sorbers mit einem einzigen, spaltförmigen Absorberkanal hat sich ergeben, dass auch hier bei geringer Durchflutung der Großteil des Wärme aufnehmenden Me- diums oft nur durch einen kleinen, im Zulaufkanal stromaufwärts gelegenen Teil- bereich des Spalts durch den Wärmeaufnahme-Bereich strömt.

Als Folge dieses Strömungsverhaltens kann in den Bereichen des Solarabsor- bers, die nur ungenügend von dem Wärme aufnehmenden Medium durchströmt werden, die durch die Sonneneinstrahlung zugeführten Leistung nicht oder nur unvollständig abgeführt werden. Somit kommt es zum einen in diesen Bereichen aufgrund der entstehenden hohen Temperaturen zu zusätzlichen Materialbelas- tungen und zum anderen werden durch dieses Verhalten der Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit des Solarabsorbers deutlich herabgesetzt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht folglich darin, einen Solarabsor- ber mit einem höheren Wirkungsgrad bzw. einer besseren Ausbeute der aufge- nommenen Sonneneinstrahlung bei gleichzeitiger Verringerung der Materialbean- spruchung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Solarabsorber mit den Merk- malen der Patentansprüche 1 oder 2 gelöst. Entsprechende Verfahren zu dessen Betrieb bzw. dessen Herstellung sind in den Patentansprüchen 21 bzw. 24 ange- geben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.

Demzufolge werden erfindungsgemäß die Absorberkanäle, der Zulaufkanal und/oder der Ablaufkanal des Solarabsorbers so gestaltet, dass im Betrieb des Solarabsorbers aufgrund eines angepassten Strömungswiderstandes der Absor- berkanäle die Strömungsgeschwindigkeit des Wärme aufnehmende Mediums in allen Absorberkanälen im Wesentlichen gleich ist.

Für den Fall, dass es sich um einen Solarabsorber mit nur einem einzigen Absor- berkanal handelt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Absorberkanal, den Zu- laufkanal und/oder den Ablaufkanal so zu gestalten, dass im Betrieb des Solarab- sorbers aufgrund eines angepassten Strömungswiderstands des Absorberkanals die Strömungsgeschwindigkeit des Wärme aufnehmende Mediums im gesamten Querschnitt des Absorberkanals im Wesentlichen gleich ist.

Vorzugsweise sollen hierbei die Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Absorberkarlälen bzw. innerhalb des Querschnitts des einen Absorberkanals um nicht mehr als +/-30 Prozent voneinander abweichen. Besonders bevorzugt wei- chen die Strömungsgeschwindigkeiten nicht mehr als +/-20 Prozent, insbesonde- re nicht mehr als +/-10 Prozent voneinander ab. Als Idealfall wäre eine Abwei- chung der Strömungsgeschwindigkeiten von +/-5 Prozent anzusehen.

Eine derartige Anpassung der Strömungswiderstände der einzelnen Kanäle mit der Folge, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Wärme aufnehmende Medi- ums in allen Absorberkanälen im wesentlichen gleich ist, führt dazu, dass die von dem Solarabsorber im Wärmeaufnahme-Bereich durch Sonneneinstrahlung auf- genommene Leistung bestmöglich abgeführt wird.

Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Solarabsorber unter dem Tichelmann- Prinzip betrieben, so dass das die Wärme aufnehmende Medium auf allen mögli- chen Wegen durch den Solarabsorber jeweils die gleiche Strecke zurücklegt. Auf diese Weise wird bei einer im Wesentlichen in allen Absorberkanälen. gleichen Geschwindigkeit eine im Wesentlichen gleich lange Aufenthaltsdauer des Medi- ums in Wärmeaufnahme-Bereich gewährleistet, was weiterhin zu einer besseren Leistungsausbeute führt.

Vorteilhafterweise liegt die Strömungsgeschwindigkeit in den Absorberkanälen im gesamten Bereich der üblicherweise beim Betrieb vorkommenden Betriebspara- meter des Solarabsorbers in einem festen Bereich, nämlich im Bereich von 0,005 m/s bis 0,4 m/s, insbesondere im Bereich von 0,01 m/s bis 0,2 m/s. Hierbei wer- den als übliche Parameter im Betrieb des Solarabsorbers eine Sonneneinstrah- lungs-Leistung im Bereich von 100 Watt/m2 bis 1000 WatUm2, eine Temperaturdif- ferenz zwischen dem zulaufenden und ablaufenden Wärme aufnehmende Medi- um im Bereich von 2 Kelvin bis 90 Kelvin, insbesondere im Bereich von 8 Kelvin bis 40 Kelvin und eine Betriebstemperatur des Wärme aufnehmenden Mediums im Bereich von 20 Grad Celsius bis 110 Grad Celsius angesehen.

Bei einer derart gewähren, verhältnismäßig geringen Strömungsgeschwindigkeit des Wärme aufnehmenden Mediums in den Absorberkanälen wird gewähleistet, dass keine laminare, geradlinige Strömung durch die Absorberkanäle mehr gege- ben ist. Vielmehr kann man annehmen, dass die gesamte Menge des Wärme auf- nehmenden Mediums beim Durchgang durch den Wärmeaufnahme-Bereich mit den Wänden der Absorberkanäle in Kontakt kommt, so dass auch die damit ver- bundene, verbesserte Wärmeübertragung zu einer insgesamt besseren Leis- tungsausbeute des Solarabsorbers beiträgt.

Weiterhin liegt die Temperatur des Wärme aufnehmenden Mediums im Betrieb des Solarabsorbers vorzugsweise beim Eintritt in den wenigstens einen Absorber- kanal im Bereich von 10 Grad Celsius bis 80 Grad Celsius und beim Austritt aus dem wenigstens einen Absorberkanal im Bereich von 20 Grad Celsius bis 110 Grad Celsius.

Die erfindungsgemäße Anpassung des Strömungswiderstands der Absorberkanä- le kann insbesondere durch eine Auswahl deren geometrischer Abmessungen erfolgen. Auch kann hierbei die Geometrie des Ablauf-bzw. Zulaufkanals und die damit verbundenen Strömungsverhältnisse im Inneren dieser Kanäle dazu ver- wendet werden, auf den Strömungswiderstand der Absorberkanäle einzuwirken.

Allerdings wäre auch denkbar, dass die Anpassung der Strömungswiderstands der Absorberkanäle durch die Wahl eines Wärme aufnehmenden Mediums mit einer geeigneten Viskosität erfolgt.

Vorzugsweise liegt die Viskosität des Wärme aufnehmende Mediums bei 20 Grad Celsius im Bereich von 1,0 bis 1,4 mm2/sec. Insbesondere kann es sich bei dem Wärme aufnehmende Medium um ein Gemisch aus Wasser und Glycol handeln.

Besonders bevorzugt für den Betrieb des Solarabsorbers ist hierbei eine Wasser- Glycol-Mischung in einem Mischungsverhältnis Wasser : Glycol im Bereich von 4 : 1 bis 2 : 1 Gewichtsprozent.

Bei der Verwendung von Wasser oder einem Wassergemisch a ! s Wärme aufneh- mende Medium kann es jedoch im Inneren des Solarabsorbers gegebenenfalls zu Korrosionsproblemen kommen. Demzufolge kann vorteiihafterweise dem Wärme aufnehmenden Medium auch eine Korrosionshemmende bzw. Korrosionsschüt- zende Substanz beigemischt sein.

Um die die eingestrahlte Leistung aufnehmende Fläche zu vergrößern, können vorteilhafterweise mehrere gleichartige erfindungsgemäße Solarabsorber durch eine serielle Verbindung ihrer jeweiligen Zulaufkanäle und ihrer Ablaufkanäle zu einem Kollektorfeld verbunden werden. Hierbei erfolgt die Verbindung erfindungs- gemäß derart, dass das Wärme aufnehmende Medium das gesamte Kollektorfeld weiterhin mit in allen Absorberkanälen im Wesentlichen gleichen Strömungsge- schwindigkeit durchläuft, insbesondere auch weiterhin nach dem Tichelmann- Prinzip.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Solarabsorber zwei voneinan- der beabstandete Absorberplatten, die in der Absorberplattenfläche in insbeson- dere regelmäßigen Abständen miteinander verbunden sind und randseitig abge- dichtet sind. Diese randseitige Abdichtung kann auf eine beliebige Weise erfolgen, bevorzugt wird sie jedoch durch ein besonderes Schweißverfahren, einem sog.

Rollnaht-Schweißen durchgeführt, bei dem die beiden Absorberplatten randseitig durch eine lineare Roll-Schweißnaht miteinander verbunden werden.

An den Stirnseiten der beiden Absorberplatten wird durch den zwischen ihnen gebildeten Spalt ein einzelner Absorberkanal gebildet. In diesem Fall erfolgt die Anpassung des Strömungswiderstands des Absorberkanals, also hier des Spalts, in Abhängigkeit der Länge T der Absorberplatten vorzugsweise durch eine geeig- nete Auswahl der Querschnittsform des Spalts. Insbesondere kann hier eine An- passung des Strömungswiderstands durch eine Variation des Verhältnisses von Spaltbreite B zur Spaltlänge L erfolgen, wobei der Querschnitt des Spalts vor- zugsweise eine näherungsweise rechteckige Grundform hat.

Bei einer üblicherweise verwendeten Länge T der Absorberplatten, also des Wärmeaufnahme-Bereichs des Solarabsorbers, im Bereich von einem 1000 Milli- meter bis 6000 Millimeter wird eine erfindungsgemäße Anpassung des Strö- mungswiderstandes erreicht, indem das Verhältnis der Spaltbreite B zur Spaltlän- ge L im Bereich von 0,00025 bis 0,002 liegt. Insbesondere liegt erfindungsgemäß das Verhältnis der Spaltbreite B zur Spaltlänge L im Bereich von 0,00025 bis 0,00125, falls die Länge T der Absorberplatten im Bereich von 1000 Millimeter bis 3000 Millimeter liegt. Liegt die Länge T der Absorberplatten hingegen im Bereich von 3000 Millimeter bis 6000 Millimeter, so liegt erfindungsgemäß das Verhältnis der Spaltbreite B zur Spaltlänge L im Bereich von 0,00075 bis 0,002.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt die Spaltbreite im Bereich von 0,25 mm bis 2 mm.

Das Material der die Wände des Absorberkanals bildenden Absorberplatten ist vorzugsweise ein Material mit einem hohen Wärmeleitwert, d. h. Lambda » 15 W/m-K, damit die durch die Absorption der Sonneneinstrahlung aufgenomme- ne Leistung möglichst gut an das den Absorberkanal durchlaufende, Wärme auf- nehmende Medium weitergegeben werden kann. Insbesondere wäre hier ein Me- tall wie beispielsweise Stahl, Edelstahl oder Aluminium als Material für die Absor- berplatten denkbar. Allerdings kommen auch spezielle, gut wärmeleitende Kunst- stoffe oder Keramikwerkstoffe in Betracht.

Um die Stabilität der Verbindung der beiden voneinander beabstandeten Absor- berplatten zu gewährleisten, sind diese in der Strömungsrichtung des Wärme auf- nehmenden Mediums punktförmig oder linienförmig miteinander verbunden. Ins- besondere erfolgt diese Verbindung durch Verschweißungen, vorzugsweise durch Punktschweißungen.

Zur Ausbildung einer möglichst turbulenten Strömung im Inneren des Absorberka- nals zum besseren Wärmeaustausch mit den Wänden des Kanals bei gleichzeiti- ger Schaffung möglichst gleichmäßiger Strömungsverhältnisse über die gesamte Breite des Wärmeaufnahme-Bereichs sind die Schweißpunkte, mit denen die bei-

den Absorberplatten miteinander verbunden sind, jeweils in gleichseitigen, identi- schen Dreiecken angeordnet Dies wird dadurch erreicht, dass z. B. Schweiß- punkte in zwei Sätzen zueinander paralleler Reihen angeordnet sind, wobei die beiden Sätze der Reihen jeweils'auf Lücke"zueinander versetzt sind. Somit ist ein Muster vorgegeben, das ein optimales, über den gesamten Querschnitt des Absorberkanals mit gleicher Strömungsgeschwindigkeit erfolgendes Durchströ- men ermöglicht.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die einzelnen Schweißpunkte jeweils einen gegenseitigen Abstand von 15 bis 45 mm, bevorzugt 25 bis 35 mm und besonders bevorzugt von 30 mm zueinander aufwei- sen. Das heißt die Seitenlänge eines der vorstehend beschriebenen gleichseitigen Dreiecke beträgt besonders bevorzugt 30 mm.

Zu einer optimalen Stabilität des Absorbers wird der Durchmesser der bevorzugt runden Schweißpunkte in einem Bereich zwischen 2 bis 7 mm, bevorzugt 3 bis 6 mm und besonders bevorzugt 4 bis 5 mm gewählt.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers wird vorgeschlagen, dass die beiden meist ebenen, evtl. auch gekrümmten und ursprünglich planen Absorberplatten, die im wesentlichen den späteren Wärmeaufnahme-Bereich bzw den einzigen Absorberkanal bilden, an den gewünschten Stellen, die mit geeigne- tem Abstand voneinander gewählt sind, mit Punktverschweißungen gewünschten Durchmessers miteinander verschweißt werden. Randseitig werden die beiden Absorberplatten mit den gewünschten Abdichtungen versehen. Hierbei wird vor- zugsweise ein Schweißverfahren unter Ausbildung einer Rollnaht verwendet.

Anschließend werden die miteinander punktverschweißten Absorberplatten zwi- schen zwei Anschlagsflächen angeordnet, die die spätere maximale Dicke des Solarabsorbers definieren.

Auf diese Weise kann bei einem vorgewählten Abstand zwischen den randseiti- gen Abdichtungen, was der späteren Spaltlänge entspricht, die spätere Spaltbrei-

te, die sich als Differenz der Dicke des Solarabsorbers und der Materialstärke der beiden Absorberplatten ergibt, so eingestellt werden, dass das Verhä) tnis zwi- schen Spaltlänge und Spaltbreite abhängig von der Länge der Absorberplatten in dem erfindungsgemäßen Bereich liegt.

Anschließend wird das Innere des Solarabsorbers bzw. der Spalt zwischen den Absorberplatten mit einem Fluid unter Druck beaufschlagt, so dass das Innere des Solarabsorbers unter Druck steht. Dadurch wird der Solarabsorber"aufgeblasen", wobei die Ausdehnung durch die den Absorberplatten in einem definierten Ab- stand benachbarten Anschlagsflächen begrenzt ist, an die die Absorberplatten bei der Druckbeaufschlagung anstoßen. Bei geeigneter Wahl des Absorberplattenma- terials, wie z. B. die vorstehend beschriebenen Metalle, sowie bei geeigneter Wahl der Dicke der Absorberplatten, verfügen die Absorberplatten über eine ausrei- chende Elastizität bzw. ein ausreichendes Dehnungsvermögen, um sich zwischen den Schweißpunkten, an denen sie fest miteinander verbunden sind, aufzublasen bzw. auszuformen.

Das Fluid, mit dem das Innere des Solarabsorbers beaufschlagt wird, kann hierbei vorzugsweise eine Korrosionshemmende und/oder Korrosionsschützende Wir- kung aufweisen. Dies kann beispielsweise durch das Beimischen eines entspre- chenden, gewerblich erhältlichen Korrosionsschutzmittels oder ähnlichem erreicht werden.

Aufgrund des beim Aufblasen verwendeten Drucks, der vorzugsweise im Bereich von 15.000 bis 40.000 hPa liegt, wird das Fluid und somit auch dessen Korrosi- onsschützender bzw. Korrosionshemmender Bestandteil bis in die letzten Hohl- räume im Inneren des Solarabsorbers gedrückt. Da der spätere Betriebsdruck des Solarabsorbers um mehrere Größenordnungen niedriger liegt und somit der kor- rosionsschützende bzw. korrosionshemmende Bestandteil in den schwer zugäng- lichen Hohlräumen verbleibt, legt sich gewissermaßen über das gesamte Innere des Solarabsorbers eine Schutzschicht mit korrosionsschützender bzw. korrosi- onshemmender Wirkung.

Alternativ können zum Erreichen eines besseren Korrosionsschutzes der Innen- flächen des Solarabsorbers selbige vor dem gegenseitigen Verschweißen mit ei- ner dünnen Schicht aus einem Korrosionshemmenden Material beschichtet wer- den. Hierbei muss allerdings ein Material verwendet werden, das zum einen ein Korrodieren der Oberflächen effektiv verhindern kann, zum anderen jedoch wei- terhin ein Verschweißen der Absorberplatten miteinander ermöglicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plattenabsorbers werden die innen liegenden Flächen der Absorberplatten folglich vor dem Mitein- anderverschweißen mit einer dünnen Schicht aus Schwarznickel überzogen, wo- bei das Aufbringen der Schicht in einem galvanischen Nassverfahren erfolgt.

Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die galvanische Abschei- dung bei einem konstanten Stromfluss, jedoch sich zeitlich ändernden elektri- schen Spannungsprofil durchzuführen. Die auf diese Weise erhaltene Nickel- schwarz-Schicht mit einer Dicke im Nanometer-Bereich weist verschiedene Teil- Schichten unterschiedlicher Porosität auf, welche zu den erwünschten Eigen- schaften der Verschweißbarkeit und der Korrosionsbeständigkeit beitragen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nach- folgenden Beschreibungsteil entnehmen, in dem anhand von Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher dargestellt ist. Es zeigen : Fig. 1 : eine perspektivische Aufsicht auf eine Ausführungsform eines erfin- dungsgemäßen Solarabsorbers, Fig. 2 : eine perspektivische Ansicht eines horizontalen Schnitts durch den erfindungsgemäßen Solarabsorber aus Figur 1, Fig. 3 : einen vertikalen Schnitt durch einen Zu-bzw. Ablaufkanals des er- findungsgemäßen Solarabsorbers aus Fig. 1, und

Fig. 4 : eine schematische Detail-Darstellung eines vertikalen Schnittes durch den Übergangsbereich vom Zu-bzw. Abiaufkanal in den Wärmeaufnahme-Bereich des erfindungsgemäßen Solarabsorbers aus Fig. 1.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfin- dungsgemäßen Solarabsorbers 1, während eine perspektivische Ansicht eines horizontalen Schnitts durch die Mittelebene dieses Solarabsorbers 1 in Fig. 2 dar- gestellt ist. Der Solarabsorber 1 weist einen Wärmeaufnahme-Bereich 2 auf, der im vorliegenden Fall aus zwei übereinander liegenden Absorberplatten 3a, b ge- bildet wird. Aus den schematischen Darstellungen in Fig. 1 und Fig. 2 sind die An- ordnung der Punktverschweißungen 4, mit denen die beiden den Solarabsorber 1 bildenden Absorberplatten 3a, b miteinander verbunden sind, ersichtlich.

Die Punktverschweißungen 4 sind in regelmäßigen, gleichseitigen Dreiecken an- geordnet, deren jeweiligen Seitenlänge a den gegenseitigen Abstand der Punkt- verschweißungen 4 bildet. Prinzipiell sind auch andere Muster oder Anordnungen der Punktverschweißungen 4 möglich, jedoch bietet diese Ausgestaltung den Vor- teil, dass sich dadurch gleichförmige, im wesentlichen dreieckige Ausbeulungen zwischen den Punktverschweißungen 4 beim Aufblasen des Solarabsorbers 1 ergeben, die eine hohe Stabilität des Absorbers und eine möglichst turbulenten und über die gesamte Breite des Wärmeaufnahmebereichs 2 gleichmäßige Durchströmung des Solarabsorbers 1 durch das Wärme aufnehmende Medium im Betrieb gewährleistet.

Zur Vereinfachung der Darstellung sind in den Figuren die an sich bekannten wei- teren Bestandteile des dem erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 umfassenden Solarkollektors wie Zu-und Abführleitungen, Umwälzpumpen etc. nicht abgebil- det.

Die Punktverschweißungen 4, die vom Fachmann in an sich bekannter Weise vor dem Aufblasen des Solarabsorbers 1 an den Absorberplatten 3a, b zu deren Ver-

bindung anbringbar sind, weisen bevorzugt einen Durchmesser d von 2 bis 7 mm, bevorzugt 3 bis 6 mm und besonders bevorzugt 4 bis 5 mm auf.

Randseitig sind die den Wärmebereich 2 des Solarabsorbers 1 bildenden Absor- berplatten 3a, b jeweils durch eine Rollnaht 5 abgedichtet, die bei der Herstellung der Abdichtung zwischen Absorberplatten 3a, b mittels eines Rollnaht- Schweißverfahrens entsteht.

Die beiden Absorberplatten 3a, b sind voneinander beabstandet, wodurch zwi- schen den beiden Absorberplatten 3a, b ein Spalt 6 gebildet wird, wie in den Figu- ren 3 und 4 dargestellt ist. Dieser Spalt 6 bildet in diesem Fall den einzigen Ab- sorberkanal 16 des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1.

An den beiden Stirnseiten der Absorberplatten 3a, b, zu denen sich der Spalt 6 öffnet, sind ein Zulaufkanal 7a bzw. ein Ablaufkanal 7b angeordnet, die hier je- weils durch entsprechende durch Sammelrohre gebildet werden. In der vorliegen- den Ausführungsform ist in jedes offene Ende der Kanäle 7a, b Anschlussstutzen 8 eingebracht, der zum einen zu Stabilität der Kanäle 7a, b beiträgt und es zum anderen ermöglicht, mehrere erfindungsgemäßes Solarabsorber 1 durch z. B. In- einanderstecken oder Verschrauben oder Verpressen miteinander zu verbinden.

Hierbei ist klar, dass sowohl bei der Verwendung eines einzelnen Solarabsorbers 1 als auch beim Hintereinanderschalten mehrerer erfindungsgemäßer Solarab- sorber 1 jeweils ein Ende des Zulaufkanals 7a und des Ablaufkanals 7b zum Be- trieb des Solarabsorbers 1 dicht abgeschlossen sein muss, da nur in diesem Fall das Wärme aufnehmende Medium im Tichelmann-Prinzip durch den Wärmeauf- nahme-Bereich 2 geführt wird.

Vorzugsweise stimmt hierbei die Einstecktiefe der Anschlussstutzen 8 ins Innere der Kanäle 7a, b mit dem randseitigen Abstand R zwischen der Seitenkante der Absorberplatten 3a, b und der Rollnaht 5 überein, sodass der Spalt 6 durch die Anschlussstutzen 8 nicht überdeckt wird.

In der vorliegenden Ausführungsform wird der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 nach dem Tichelmann-Prinzip betrieben, d. h. das Wärme aufnehmende Medium strömt beispielsweise in der mit Z bezeichneten Richtung in den Zulaufkanal 7a9 tritt von diesem durch den Spalt 6 in den Absorberkanal 16 des Wärmeaufnahme- Bereichs 2 ein. Nach der Durchströmung des Absorberkanals 16 tritt das Wärme aufnehmende Medium dann in den Ablaufkanal 7 b und strömt aus diesem in Richtung A wieder aus.

Unter der Annahme, dass das Wärme aufnehmende Medium den Absorberkanal 16 in einer im wesentlichen senkrecht zum Ablaufkanal 7b bzw. Zulaufkanal 7a stehenden Richtung durchströmt, ist offensichtlich, dass das Wärme aufnehmen- de Medium beim durchströmen des Solarabsorbers 1 im wesentlichen immer den- selben Weg zurückgelegt, unabhängig davon an welchem Punkt es von dem Zu- laufkanal 7a in den Wärmeaufnahme-Bereich 2 eintritt.

Die geometrischen Abmessungen des Spaltes 6 und somit des Absorberkanals 16 werden im Wesentlichen durch die Länge L und Breite B des Spalts bestimmt. In den konkreten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge L 960 mm und die Breite B beträgt 0,6 mm, 0,7 mm oder 1,0 mm, jeweils abhängig von der gewählten Länge T der Absorberplatten 3a, b bzw. des Wärmeaufnahme-Bereichs 2 von 2350 mm, 4000 mm bzw. 6000 mm.

Durch die Wahl des Verhältnisses von B zu L wird erfindungsgemäß erreicht, dass der Strömungswiderstand des Absorberkanals 16 so angepasst wird, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Wärme aufnehmenden Mediums über dem ge- samten Querschnitt des Spalts und über dem gesamten Querschnitt des Absor- berkanals 16 gleichmäßig ist.

Die oben erwähnte Verwendung mehrerer hintereinander geschalteter erfin- dungsgemäßer Solarabsorber 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem einzigen Absorberkanal 16 ist hierbei äquivalent zu einem erfindungsge- mäßen Solarabsorber mit mehreren Absorberkanälen, bei dem die Strömungsge-

schwindigkeit des Wärme aufnehmende Medium in allen Absorberkanälen im we- sentlichen gleich ist.

Als Wärme aufnehmendes Medium wird im vorliegenden Fall eine Mischung von Wasser und Glycol in einem Mischungsverhältnis von 2 : 1 Gewichtsprozent ver- wendet, wobei dieser Mischung als korrosionshemmender Bestandteil zusätzlich ein geringer Prozentsatz von unter 20% beigemischt ist.

Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Wärme auf- nehmende Mediums im Absorberkanals 16 im Betrieb unter den üblichen Be- triebsparametern des Solarabsorbers 1 in einem Bereich von 0,01 m/s bis 0,2 m/s liegt.

Zur Herstellung des Solarabsorbers 1 nach der vorliegenden Ausführungsform werden zunächst die Absorberplatten 3a, b plan aneinander gelegt und in den be- schriebenen Abständen miteinander punktförmig verschweißt und randseitig mit einer Rollnaht 5 abgedichtet. Daraufhin werden die miteinander punktverschweiß- ten Absorberplatten 3a, b zwischen Anschlagflächen gelegt, deren Abstand der späteren Dicke D des Solarabsorbers 1 in seinem Wärmeaufnahme-Bereich 2 entspricht. Nun wird der Spalt 6 zwischen den Absorberplatten 3a, b mit einem Fluid druckbeaufschlagt, wobei die Absorberplatten 3a, b dauerhaft zwischen den Punktverschweißungen 4 nach außen bis zur Anlage an den Anschlagflächen "aufgeblasen"werden.

Die weitere Ausstattung des Solarabsorbers mit randseitigen Abdichtungen, För- der-und Steuereinrichtungen für das Wärmetauscherfluid, insbesondere ange- formten Zu-und Abführeinrichtungen für das Wärmetauscherfluid etc. sowie des- sen Einsatz in einem geschlossenen Wärmetauscherkreislauf z. B. zur Beheizung eines Gebäudes ist dem Fachmann in bekannter Weise möglich.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Solarabsorber 2 Wärmeaufnahme-Bereich 3a, b Absorberplatten 4 Punktverschweißung 5 Rollnaht 6 Spalt 7a Zulaufkanal 7b Ablaufkanal 8 Anschlussstutzen 16 Absorberkanal a Abstand zwischen zwei benachbarten Punktverschweißungen d Durchmesser einer Punktverschweißung D Dicke des Solarabsorbers im Wärmeaufnahme-Bereich Z Zulaufrichtung des Wärme aufnehmende Mediums A Ablaufrichtung des Wärme aufnehmende Mediums L Länge des Spalts 6 B Breite des Spalts 6 T Länge der Absorberplatten