NO140542B

NO140542B - ENERGY CONVERTERS FOR SOLAR RADIATION.

Info

Publication number: NO140542B
Application number: NO762763A
Authority: NO
Inventors: Aage Rolf Amundsen
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1976-05-12
Filing date: 1976-08-09
Publication date: 1979-06-11
Also published as: DE2620976A1; NO140542C; NO762763L

Description

Oppfinnelsen angår en energiomformer for solstråling med The invention relates to an energy converter for solar radiation with

en absorbator som varmeveksler og med en gassformet energibærer, fortrinnsvis luft. an absorber as a heat exchanger and with a gaseous energy carrier, preferably air.

Under betegnelsen solkollektorer er der kjent innretninger som absorberer solstråler, omdanner dem til varme og transpor-terer dem ved hjelp av en energibærer. Som absorbator tjener i alminnelighet en metallisk varmeveksler som overfører den absorberte strålevarme til en energibærer, fortrinnsvis en væske eller gass. Denne energibærer kan magasinere varmen direkte eller transportere og fordele den. The term solar collectors refers to devices that absorb solar rays, convert them into heat and transport them using an energy carrier. A metallic heat exchanger that transfers the absorbed radiant heat to an energy carrier, preferably a liquid or gas, generally serves as an absorber. This energy carrier can store the heat directly or transport and distribute it.

I en energiomformer for solstråling med gassformet energibærer anvendes i alminnelighet luft til å føre den absorberte varme bort. Det er kjent at slike omformeres virkningsgrad blir vesentlig påvirket av den transporterte luftmengde og differansen mellom kollektor- og omgivelsestemperatur. Jo høyere absorbatorens temperatur er, jo lavere er omformerens virkningsgrad, da tapene tiltar omtrent proporsjonalt med differansen mellom varmevekslerens temperatur og omgivelsestemperaturen, In an energy converter for solar radiation with a gaseous energy carrier, air is generally used to conduct the absorbed heat away. It is known that the efficiency of such converters is significantly affected by the amount of air transported and the difference between collector and ambient temperature. The higher the absorber's temperature, the lower the converter's efficiency, as the losses increase roughly proportionally to the difference between the heat exchanger's temperature and the ambient temperature,

som i alminnelighet er luftens inngangstemperatur. which is generally the air inlet temperature.

Videre påvirkes omformerens virkningsgrad vesentlig av den transporterte luftmengde. Varmeveksleren befinner seg i alminnelighet i et lukket og godt varmeisolert system forsynt med en dekkskive, f.eks. av glass eller plast, som er gjennomtrengelig for solstrålene. Denne dekkskive opptar, særlig i tilfellet av liten transportert luftmengde, en del av den innstrålte varme ved emisjon fra absorbatoren og fremfor alt ved varmeledning fra luften. Denne varme blir avgitt til omgivelsene og betyr et tap for energiomformeren. Virkningsgraden blir dermed senket tilsvarende. Furthermore, the efficiency of the converter is significantly affected by the amount of air transported. The heat exchanger is generally located in a closed and well-insulated system equipped with a cover disk, e.g. of glass or plastic, which is permeable to the sun's rays. This cover disc absorbs, particularly in the case of a small amount of transported air, part of the radiated heat by emission from the absorber and above all by heat conduction from the air. This heat is emitted to the surroundings and means a loss for the energy converter. The efficiency is thus lowered accordingly.

I en kjent utførelsesform av energiomformeren blir der derfor benyttet to eller,flere dekkskiver (jfr. "Solar Heating and Cooling of Buildings" (fase 0), Vol. 11, Final Report, TRW Systems Group, 31.5.74, fra NTIS). Ved slike omformere med doppelt glasstildekning må imidlertid rommet mellom disse skiver være lukket lufttett foråt en inntrengen av luftfuktighet og dermed kondensdannelse skal forhindres. In a known embodiment of the energy converter, two or more cover discs are therefore used (cf. "Solar Heating and Cooling of Buildings" (phase 0), Vol. 11, Final Report, TRW Systems Group, 31.5.74, from NTIS). In the case of such converters with a double glass cover, however, the space between these discs must be closed airtight to prevent the ingress of humidity and thus the formation of condensation.

Det er også mulig å benytte en skive av isolerglass for tildekningen. Slike isolerglassysterner er imidlertid ømfintlige ovenfor • forskjellige varmeutvidelser og derfor ikke skikket for høye temperaturdifferanser, og de er dessuten forholdsvis dyre. It is also possible to use a sheet of insulating glass for the cover. However, such insulating glass cisterns are sensitive to various thermal expansions and therefore not suitable for high temperature differences, and they are also relatively expensive.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å skaffe en energiomformer for solstråling, hvor omformningen skjer med god virkningsgrad selv ved forholdsvis liten transportmengde av den gassformede energibærer. The invention is based on the task of providing an energy converter for solar radiation, where the conversion takes place with a good degree of efficiency even with a relatively small transport quantity of the gaseous energy carrier.

Oppfinnelsen beror på den erkjennelse at tapene i en omformer med gassformet energibærer lar seg minske vesentlig ved The invention is based on the realization that the losses in a converter with a gaseous energy carrier can be significantly reduced by

i. in.

en spesiell føring av strømningen av energibæreren, fortrinnsvis luft. a special guidance of the flow of the energy carrier, preferably air.

Denne oppgave blir ifølge oppfinnelsen løst ved at der til avbøyningen av den strømmende energibærer i motstrømning er anordnet en i og for seg kjent avbøyningsplate som strekker seg i det minste tilnærmelsesvis parallelt med en for den innfallende stråling utsatt og gjennomtrengelig dekkplate, og at innløps-åpningen og utløpsåpningen for energibæreren er anordnet ved samme ende av energiomformeren. Luften trer således inn gjennom en innløpsåpning, strømmer langs den ved ubetydelig absorbsjon av strålingen oppvarmede avbøyningsplate, forvarmes der, avbøyes ved enden av platen, strømmer i motsatt retning henover absorbatoren eller, ved spesielle utførelsesformer for omformeren, også gjennom absorbatoren og trer så ut igjen gjennom en utløpsåpning. Takket være denne motstrømning av energibæreren blir således den energi som blir ført bort fra absorbatoren til avbøyningsplaten, tatt opp igjen og utnyttet med luftstrømmen. Den tjener til for-varmning av luften, og der fås derfor en god virkningsgrad selv ved liten transportmengde. According to the invention, this task is solved in that for the deflection of the flowing energy carrier in counterflow, a deflection plate known per se is arranged which extends at least approximately parallel to a cover plate exposed to the incident radiation and permeable, and that the inlet opening and the outlet opening for the energy carrier is arranged at the same end of the energy converter. The air thus enters through an inlet opening, flows along the deflection plate heated by negligible absorption of the radiation, is preheated there, is deflected at the end of the plate, flows in the opposite direction across the absorber or, in special embodiments of the converter, also through the absorber and then exits again through an outlet opening. Thanks to this counterflow of the energy carrier, the energy that is carried away from the absorber to the deflection plate is thus taken up again and utilized with the air flow. It serves to pre-heat the air, and a good degree of efficiency is therefore obtained even with a small amount of transport.

En liten transportmengde av energibæreren betyr en høyere utgangstemperator og er for forskjellige anvendelsesformål mer verdifull og enkel å bruke. Den lille transportmengde kan tran-sporteres med liten påkostning, f.eks. til nødvendig blåsean-ordning og kanaldimensjoner. Da energiforbruket til transporten tiltar mer enn proporsjonalt med transportmengden, fås også en betraktelig innsparing av den drivenergi som må tilføres for transporten, f.eks. blåseinnretningens drivenergi. Der fås således mindre anleggsomkostninger. Videre er transport av store luftmengder alltid forbundet med støyproblemer, og man søker derfor også av den grunn å holde transportmengden liten. A small transport amount of the energy carrier means a higher output temperature and is, for various purposes, more valuable and easy to use. The small transport amount can be transported at little cost, e.g. to the necessary blowing arrangement and duct dimensions. As the energy consumption for transport increases more than proportionally with the amount of transport, there is also a considerable saving in the drive energy that must be supplied for the transport, e.g. the drive energy of the blower. This results in lower construction costs. Furthermore, the transport of large volumes of air is always associated with noise problems, and for that reason, it is also sought to keep the transport volume small.

Til ytterligere belysning av oppfinnelsen skal der henvises til tegningen, som skjematisk anskueliggjør et utførelseseksempel på en energiomformer for solstråling i samsvar med oppfinnelsen. For further elucidation of the invention, reference should be made to the drawing, which schematically illustrates an embodiment of an energy converter for solar radiation in accordance with the invention.

På fig. 1 betegner 2 en innløpsåpning for en gassformet energibærer, fortrinnsvis luft, 4 en øvre strømningskanal, 6 en nedre strømningskanal og 8 en utløpsåpning. Mellom øvre og nedre strømningskanal henholdsvis 4 og 6 ligger en avbøyningsplate 10 som er gjennomtrengelig for solstråler. De solstråler som tren-ger inn i omformeren, er antydet med piler 12. øvre del av omformerkapselen består av en dekkskive 14 som er gjennomtrengelig for solstråler. Denne skive kan f.eks. ved hjelp av en profil-ramme 16 være festet på sideveggene av omformerkapselen 18. Omformerkapselen 18 består i det minste delvis av et godt varme-isolerende materiale. Til å absorbere de solstråler 12 som trer gjennom dekkskiven 14 og avbøyningsskiven 10, kan der på enkel måte være strøket en spesiell maling på innerflaten av omformerkapselen 18. Denne maling danner der en absorbator 20. In fig. 1 denotes 2 an inlet opening for a gaseous energy carrier, preferably air, 4 an upper flow channel, 6 a lower flow channel and 8 an outlet opening. Between the upper and lower flow channels 4 and 6, respectively, is a deflection plate 10 which is permeable to solar rays. The solar rays that penetrate into the converter are indicated by arrows 12. The upper part of the converter capsule consists of a cover disk 14 which is permeable to solar rays. This disk can e.g. by means of a profile frame 16 be attached to the side walls of the converter capsule 18. The converter capsule 18 consists at least partly of a good heat-insulating material. To absorb the sun's rays 12 that pass through the covering disk 14 and the deflecting disk 10, a special paint can simply be applied to the inner surface of the converter capsule 18. This paint forms an absorber 20 there.

Luften der tjener som energibærer, suges inn gjennom inn-løpsåpningen 8, strømmer henover avbøyningsplaten 10, avbøyes ved enden av platen, strømmer i motsatt retning henover absorbatoren 20 og trer ut igjen gjennom utløpsåpningen 8, som antydet med piler på figuren. The air that serves as an energy carrier is sucked in through the inlet opening 8, flows over the deflection plate 10, is deflected at the end of the plate, flows in the opposite direction over the absorber 20 and exits again through the outlet opening 8, as indicated by arrows in the figure.

Avbøyningsskiven 10 og dekkskiven 14 kan f.eks. bestå av The deflecting disk 10 and the cover disk 14 can e.g. consist of

en og en ca. 4 mm tykk glassrute og være anordnet .innbyrdes parallelt og slik at de danner en strømningskanal med en høyde av noen cm. Den ende av avbøyningsplaten 10 som vender bort fra innløpsåpningen 2, befinner seg noen cm, fortrinnsvis ca. one and one approx. 4 mm thick pane of glass and be arranged parallel to each other and so that they form a flow channel with a height of a few cm. The end of the deflection plate 10 which faces away from the inlet opening 2 is located a few cm, preferably approx.

2-3 cm, fra sidenveggen av kapselen 18. Ved den derved frem-kommende spalte blir to strømningskanaler 4 og 6 forbundet med hverandre. 2-3 cm, from the side wall of the capsule 18. At the resulting gap, two flow channels 4 and 6 are connected to each other.

På grunn av den varme luft og ved bortstråling fra absor-batorflaten 20 varmer avbøyningsskiven 10 seg opp. Fra avbøy-ningsskiven blir varmen for størstedelen avgitt til den luft som strømmer forbi i strømningskanalen 4, og dermed igjen tilført energibæreren. De totale varmetap blir således små selv ved høy temperatur av den luft som trer ut ved utløpet 8. En høy utløpstemperatur betyr en liten transportmengde, og man kan således også i dette arbeidsområde vente en høy virkningsgrad. Due to the hot air and radiation from the absorber surface 20, the deflection disc 10 heats up. From the deflection disc, the heat is for the most part given off to the air that flows past in the flow channel 4, and thus again supplied to the energy carrier. The total heat losses are thus small even at a high temperature of the air coming out at the outlet 8. A high outlet temperature means a small amount of transport, and one can therefore also expect a high degree of efficiency in this work area.

Selv ved store luftmengder forblir oppvarmningen av denne energibærer liten, og dermed forblir også tapene ved denne omformer med en enkelt dekkskive 14 små, og der fås en tilsvarende høy virkningsgrad. Even with large amounts of air, the heating of this energy carrier remains small, and thus the losses of this converter with a single cover disc 14 also remain small, and a correspondingly high degree of efficiency is obtained.

I anordningen ifølge oppfinnelsen blir fuktigheten mellom de to skiver 10 og 14 straks revet med av luftstrømmen. Kon-densvann som ville kunne danne seg mellom avbøyningsplaten og dekkskiven, blir ført bort igjen med luftstrømmen. In the device according to the invention, the moisture between the two discs 10 and 14 is immediately carried away by the air flow. Condensation that could form between the deflection plate and the cover disc is carried away again with the air flow.

Da disse to skiver ikke er mekanisk fast forbundet med hverandre, kan de ved sterke temperaturforandringer vide seg ut hovedsakelig fritt. Faren for ødeleggelse ved høye temperaturer blir derfor tilsvarende liten. Rammen 16 blir hensiktsmessig dimensjonert slik at den tillater den nødvendige varmeutvidelse av dekkskiven 14. As these two discs are not mechanically firmly connected to each other, they can expand mainly freely during strong temperature changes. The risk of destruction at high temperatures is therefore correspondingly small. The frame 16 is suitably dimensioned so that it allows the necessary thermal expansion of the cover disc 14.

En utformning av energiomformeren i samsvar med oppfinnelsen har den fordel at innløpsåpningen 2 og utløpsåpningen 8 for energibæreren kan plaseres ved samme ende av energiomformeren. De to åpninger kan f.eks. befinne seg i samme endeflate eller, som i det viste utførelseseksempel, i forskjellige flater av kapselen ved samme ende. Videre kan de f.eks. også være anordnet i motstående smalsider ved samme ende. A design of the energy converter in accordance with the invention has the advantage that the inlet opening 2 and the outlet opening 8 for the energy carrier can be placed at the same end of the energy converter. The two openings can e.g. be in the same end surface or, as in the embodiment shown, in different surfaces of the capsule at the same end. Furthermore, they can e.g. also be arranged on opposite narrow sides at the same end.

Opp til en luftmengde på minst 30 m 3 /m 2h er virkningsgraden av denne energiomformer vesentlig høyere enn ved den kjente omformer med enkelt glasstildekning. I arbeidsområdet fra ca. 10 - 20 m 3 /m 2h har energiomformeren under samme betingelser en nytteeffekt som er ca. 30% større enn ved omformeren av kjent type. Up to an air volume of at least 30 m 3 /m 2h, the efficiency of this energy converter is significantly higher than that of the known converter with a single glass cover. In the work area from approx. 10 - 20 m 3 /m 2h, the energy converter under the same conditions has a useful effect of approx. 30% larger than with the converter of a known type.

I utførelseseksempelet er det antatt at der som absorbator 20 bare tjener en særutførelse av innerflaten av kapselen 18. Men det er også mulig å benytte andre i og for seg kjente ut-førelsesformer for absorbatorer, f.eks. metalliske ribber som luften strømmer langs, eller også innbyrdes overlappende glass-plater mellom hvilke luften strømmer igjennom, såvel som en fletning av absorberende materiale eller et porøst luftgjennom-trengende stoff. In the design example, it is assumed that only a special design of the inner surface of the capsule 18 serves as absorber 20. But it is also possible to use other designs known per se for absorbers, e.g. metallic ribs along which the air flows, or overlapping glass plates between which the air flows, as well as a braid of absorbent material or a porous air-permeable material.

Claims

Energy converter for solar radiation with an absorber as a heat exchanger and with a gaseous energy carrier, characterized in that a deflecting plate (10) known per se is arranged to deflect the flowing energy carrier in counterflow, which extends at least approximately parallel to one for the incident radiation exposed and . permeable cover plate (14), and that the inlet opening (2) and the outlet opening (8) for the energy carrier are arranged at the same end of the energy converter.