AT514951A4 - Solarkollektor mit Belüftung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor {1), insbesondere Flachkollektor, mit einem Rahmen (2) und zumindest einem aus dem Rahmen (2) ragenden Sammelrohr (3). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Sammelrohr (3) an einer Außenseite des Solarkollektors (1) im Bereich einer Durchführung des Sammelrohres (3) zumindest eine flächig verbreiterte Stelle (4a) aufweist, um den Rahmen (2) bei Zusammenziehen des Sammelrohres (3) reversibel abzudichten. Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Solarkollektors (1).

Description

Solarkollektor mit Belüftung

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor, insbesondere Flachkollektor, mit einemRahmen und zumindest einem aus dem Rahmen ragenden Sammelrohr.

Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Solarkollektors der vorstehendgenannten Art.

Ein Flachkollektor stellt neben einem Röhrenkollektor eine besondere Ausführungsformeines Solarkollektors dar. Ein Flachkollektor ist flach ausgebildet und umfasst einenRahmen mit Boden, in welchem verschiedene Elemente übereinander angeordnet sind.Der Rahmen ist an einem oberen Ende, welches der Sonne zugewandt ist, mit einerAbdeckung abgeschlossen. Die Abdeckung hat die Aufgabe, so viel Sonnenlicht wiemöglich in das Innere des Flachkollektors zu lassen und ist üblicherweise aus extra dafürangefertigtem Glas, sogenanntem Solarglas, gebildet. Das Sonnenlicht trifft im Innerendes Flachkollektors auf einen Absorber, welcher üblicherweise als Absorberrohrausgebildet und von der Abdeckung beabstandet angeordnet ist. Im Absorberrohrbefindet sich meistens Flüssigkeit, welche vom Sonnenlicht durch Wärmeleitung desAbsorberrohres erwärmt wird, und in welchem so aufgeheizte Flüssigkeitweitertransportiert wird. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist das Absorberrohrmit einem beschichteten metallischen Absorberblech verbunden und Serpentinen- oderharfenartig im Rahmen geführt. Die Oberflächenbeschichtung ist aus einemAbsorbermaterial gebildet, welches möglichst viel Wärmestrahlung aufnimmt und welcheszugleich nur wenig Wärmestrahlung wieder reflektiert. An einer sonnenabgewandtenSeite ist eine Wärmedämmung angeordnet, welche einen Wärmeverlust möglichst geringhalten soll. Das Absorberrohr bzw. die Absorberrohre sind mit einem Sammelrohrverbunden, welches durch eine Öffnung im Kollektorrahmen aus diesem ragt. DasSammelrohr ist außerhalb des Flachkollektors entweder an ein Leitungssystemangeschlossen oder mit anderen Flachkollektoren verbunden. Üblicherweise sindmehrere Flachkollektoren schachbrettartig nebeneinander angeordnet und durch die ausden Rahmen ragenden Sammelrohre reihenartig miteinander verbunden.

Bei einer Herstellung eines Flachkollektors wird dieser bzw. dessen Bestandteilemiteinander möglichst dicht zusammengesetzt. Um Herstellungskosten jedoch nicht unverhältnismäßig hoch werden zu lassen, wird zumeist in Kauf genommen, dassFlachkollektoren nicht zu 100 % dicht sind. Durch undichte Bereiche in diesem findet einLuft- und Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Inneren des Flachkollektors und derUmgebung statt. Feuchte Luft, welche so ins Innere des Flachkollektors kommt bzw. sichdarin durch Verdampfen von eingedrungener Flüssigkeit bildet, kondensiert beiTemperaturabsenkung üblicherweise an der kälteren Abdeckung. Je mehr Kondensat sichan der Abdeckung bildet, desto weniger Sonnenlicht gelangt ins Innere desFlachkollektors. Der Wirkungsgrad des Flachkollektors wird also herabgesetzt.

Aus dem Stand der Technik sind Flachkollektoren mit mehreren Arten von Belüftungenbekannt, welche einen Abtransport von darin gesammelter feuchter Luft und Flüssigkeitermöglichen sollen. Eine einfache Methode, dies zu erreichen, ist mehrere Löcher in denRahmen zu stanzen. Dies hat sich jedoch als nicht sehr zweckmäßig herausgestellt, dadurch die zusätzlichen Löcher andauernd Luft und Flüssigkeit in das Innere desFlachkollektors gelangen können. Darüber hinaus ist oftmals ein zusätzlicher Schutz inForm eines Netzes oder dergleichen notwendig, um das Innere des Flachkollektors gegenVerschmutzungen zu schützen.

Um einem Eintritt von Flüssigkeit und Schmutz entgegenzuwirken, wurdenFlachkollektoren mit einer sogenannten Labyrinthöffnung entwickelt. Diese ist an derAustrittsstelle des Sammelrohres angeordnet und verbindet das Innere desFlachkollektors mit einer über mehrere Abwinkelungen laufenden Öffnung mit derUmgebung. Auch wenn durch die Labyrinthöffnung ein direkter Wasser- undSchmutzeintritt verhindert ist, findet immer noch ein Luftaustausch mit der Umgebungstatt.

Eine Möglichkeit sowohl Luft- als auch Flüssigkeitseintritt von außen in das Innere desFlachkollektors zu verhindern, bieten Flachkollektoren mit sogenanntenMembranöffnungen. Durch diese kann feuchte Luft nur vom Inneren des Flachkollektorsnach außen treten, aber nicht umgekehrt. Ein Nachteil dabei ist, dass die feuchte Luft nursehr langsam abgeführt wird. Oftmals erfolgt dies langsamer, als Flüssigkeit wieder in dasInnere eintritt. Folglich ist auch ein solcher Flachkollektor nicht dazu geeignet, dasProblem von kondensierter Luft in diesem effektiv und lang anhaltend zu lösen.

Aus dem Stand der Technik sind weiter Flachkollektoren mit Luftklappen zur Belüftungbekannt, welche im Bedarfsfall öffnen bzw. schließen. Die WO 2004/70289 A1 offenbarteine temperaturabhängig verstellbare Kollektoröffnung. Dabei wird eine Klappe z. B.durch eine metallische Feder geöffnet, welche sich bei Temperaturerhöhung ausdehnt.

Ein Nachteil dieser Flachkollektoren ist darin zu sehen, dass für deren Belüftung mehrerezusätzliche Bauteile notwendig sind, welche weiter eine beschränkte Lebensdaueraufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen Solarkollektor der eingangs genannten Artanzugeben, welcher eine effiziente Belüftung umfasst und welcher gleichzeitigkostengünstig herstellbar ist.

Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung eines solchen Solarkollektorsanzugeben.

Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Sammelrohr an einerAußenseite des Kollektors im Bereich einer Durchführung des Sammelrohres zumindesteine flächig verbreiterte Stelle aufweist, um den Rahmen bei Zusammenziehen desSammelrohres reversibel abzudichten.

Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass die flächigeStelle des Sammelrohres den Rahmen abdichtet, ohne dass ein zusätzliches Bauteilnotwendig ist. Dadurch sind die Herstellungskosten eines solchen Solarkollektors geringgehalten und eine Lebensdauer hinaufgesetzt, da dieser keine zusätzlichenVerschleißteile umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass ein Durchmesser der Durchführungim Rahmen, durch welche das Sammelrohr durchgeführt ist, größer ausgebildet ist als einDurchmesser des Sammelrohres. Zieht sich das Sammelrohr zusammen, ist dieseÖffnung zwischen dem Rahmen bzw. der Durchführung und dem Sammelrohr ineinfacherWeise verschlossen. Ein Luft-und Flüssigkeitseintritt sowie Schmutzeintritt kanndurch diese Stelle nicht erfolgen. Steigt hingegen die Temperatur, dehnt sich dasSammelrohr unter Freigabe der Öffnung aus, sodass feuchte Luft entweichen kann.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einer ersten Temperatur die flächigverbreiterte Stelle des Sammelrohres zum Rahmen hin abdichtet und bei einer zweiten

Temperatur vom Rahmen weg öffnet. Bevorzugt liegt die zweite Temperatur dabei höherals die erste. Ist die verbreiterte Stelle bei einer hohen Temperatur wie z. B. höher als25 °C vom Rahmen weg geöffnet, ist das Innere des Rahmens belüftet und daringesammelte Flüssigkeit bzw. feuchte Luft kann verdunsten bzw. austreten. Bei einerniedrigeren Temperatur ist die verbreiterte Stelle zum Rahmen hin abdichtendangeordnet, sodass keine Flüssigkeit wie etwa Niederschlag eintreten kann.

Erfindungsgemäß kann das Sammelrohr aus einem beliebigen Material gebildet sein,günstig ist es jedoch, wenn das Sammelrohr aus einem Metall oder einer Metalllegierungbesteht, sodass dieses selbstständig dessen Länge bei Temperaturänderung verändert.Bei Sonneneinstrahlung und dadurch hohen Temperaturen im Solarkollektor dehnt sichdas Sammelrohr aus Metall aus und der Bereich der Durchführung ist geöffnet. Bei kaltemWetter und Niederschlag zieht sich das Sammelrohr zusammen und dichtet somit denRahmen ab.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass an der Öffnung im Rahmen eine Rohrdurchführungangeordnet ist, durch welche das Sammelrohr geführt ist, wobei die Rohrdurchführungeine durchgehende Öffnung mit Abwinkelungen aufweist. Eine derartigeRohrdurchführung hat den Vorteil, dass auch bei beabstandeter Anordnung derverbreiterten Stelle des Sammelrohres keine Flüssigkeit und kein Schmutz eintretenkönnen.

Es ist günstig, wenn zumindest eine weitere flächig verbreiterte Stelle zum Anschlusseines weiteren Elementes vorgesehen ist, wobei diese von der ersten flächig verbreitertenStelle beabstandet angeordnet ist. Bei dem weiteren Element kann es sich beispielsweiseum einen Blindflansch, einen Fühler oder eine zusätzliche Leitung handeln. Die zweiteflächig verbreiterte Stelle dient dazu, dass auch bei abgedichteter Durchführung dasSammelrohr außenseitig mit zusätzlichen Elementen zusammenführbar ist.

Mit Vorteil ist ein Absorberrohr vorgesehen, welches innerhalb des Rahmens angeordnetund mit dem Sammelrohr verbunden ist, wobei vorzugsweise eine Flüssigkeit durch dasAbsorberrohr geführt ist. Bevorzugt erfolgt eine Führung des Absorberrohres serpentinen-oder harfenartig. Dadurch ist es im Vergleich zum beanspruchten Platz möglich, einegroße Menge von Flüssigkeit in einem Solarkollektor zu erwärmen. Alternativ kann durchdas Absorberrohr auch ein Gas geführt sein. Nützlich ist es, wenn innerhalb des Rahmens an einer Unterseite des Solarkollektors einDichtelement angeordnet ist, um diesen nach unten hin abzudichten bzw. einenWärmeverlust so gering wie möglich zu halten. Oberhalb des Dichtelementes kannzusätzlich ein Dämmelement vorgesehen sein. Günstig ist weiter, dass an einer Oberseite des Solarkollektors eine Abdeckungvorgesehen ist, welche den Rahmen abdichtet und vom Absorberrohr beabstandetangeordnet ist. Bei dieser Abdeckung handelt es sich bevorzugt um eine Glasabdeckung,welche aus sogenanntem Solarglas gebildet sein kann und welche möglichst vielSonnenlicht bzw. Wärme ins Innere des Solarkollektors leitet.

Eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Solarkollektors erfolgt mit Vorteil zurErwärmung einer Flüssigkeit.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus demdargestellten Ausführungsbeispiel. In den Figuren, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Solarkollektor in Draufsicht;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Solarkollektor in einemgeschlossenen Zustand;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Solarkollektor in einem geöffnetenZustand.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Solarkollektor 1 in Draufsicht, welcher alsFlachkollektor ausgebildet ist. Ein Rahmen 2, welcher auch einen Boden umfasst, bildetdabei das Grundelement des Flachkollektors und ist mit einer Abdeckung 7 nach oben hinabgedichtet. Die Abdeckung 7 ist üblicherweise eine Glasscheibe und soll so vielSonnenlicht bzw. Wärme wie möglich in das Innere des Flachkollektors eintreten lassen.Gleichzeitig soll so wenig Wärme wie möglich wieder entweichen können. Dazu istoftmals extra dafür abgestimmtes Solarglas in Verwendung. Im Inneren ist einAbsorberrohr Serpentinen- oder harfenartig angeordnet. Dieses ist mit einer Flüssigkeitoder einem Gas gefüllt, welches durch das Sonnenlicht erwärmt wird. Weiter steht dasAbsorberrohr mit einem Sammelrohr 3 in Verbindung, in welchem auch die Flüssigkeit oder das Gas weitergeführt wird. Zusätzlich sind das Absorberrohr und das Sammelrohr 3auf einer beschichteten metallischen Absorberplatte angeordnet, welche vielStrahlungsenergie aufnimmt und nur sehr wenig wieder reflektiert. An einer der Sonneabgewandter Seite umfasst der Flachkollektor ein in Fig. 1 nicht dargestelltesDichtelement 6, welches den Flachkollektor nach unten abdichtet sowie einDämmelement 11 zur Isolation. Bei einem Herstellungsprozess wird der Flachkollektordicht verbunden, insbesondere die außenseitigen Teile. Um allerdings Herstellungskostennicht unnötig ansteigen zu lassen, erfolgt dies zumeist nicht zu 100 % und es kommt stetszu einem Luft- und Flüssigkeitseintritt in das Innere des Flachkollektors. DasSammelrohr 3 ist an einer Durchführung aus dem Rahmen 2 nach außen geführt. Dort istdieses entweder mit einem Sammelrohr 3 eines anderen Flachkollektorszusammengeführt oder beispielsweise zu einem Warmwasserspeicher geführt.Erfindungsgemäß kann an der Durchführung eine zusätzliche Rohrdurchführung 5angeordnet sein.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Flachkollektor in einemgeschlossenen Zustand. Das Sammelrohr 3 weist zwei flächig verbreiterte Stellen 4a, 4bauf, wobei eine erste den Rahmen 2 abdichtend angeordnet ist. An der Durchführung ausdem Rahmen 2 ist die Rohrdurchführung 5 angeordnet, welche eine mehrmalsabgewinkelte durchgängige Öffnung aufweist, durch welche Luft bzw. Flüssigkeitaustreten kann; allerdings nur in einem geöffneten Zustand des Flachkollektors. In Fig. 2liegt die flächige Stelle 4a am Rahmen 2 bzw. der Rohrdurchführung 5 an und es findetkein Luft- bzw. Flüssigkeitsaustausch zwischen Flachkollektor und Umgebung statt. Eskann jedoch grundsätzlich immer über andere undichte Bereiche zu einemFlüssigkeitseintritt kommen. Die Rohrdurchführung 5 kann zusätzlich mit einemSicherungsring 8 am Rahmen 2 befestigt sein und mittels eines O-Rings 9 oderÄhnlichem zum Sammelrohr 3 hin abgedichtet sein. Die gezeigte zweite flächigverbreiterte Stelle 4b ist von der ersten flächig verbreiterten Stelle 4a beabstandetangeordnet. An dieser kann ein ein Blindflansch oder ein Temperaturfühlerangeschlossen sein, ohne dass die abdichtende Wirkung der ersten flächig verbreitertenStelle 4a abnimmt. Weiter kann an der zweiten flächig verbreiterten Stelle 4b derFlachkollektor mit einem weiteren Flachkollektor z. B. überein Rohr zusammengeführtwerden. Das Rohr ist dabei so ausgebildet, dass dieses genügend Platz für dieAusdehnung des Sammelrohres 3 bietet. Üblicherweise ist die flächig verbreiterte

Stelle 4a des Sammelrohres 3 bei einer bestimmten ersten Temperatur zum Rahmen 2hin abdichtend angeordnet. Bei dieser Temperatur kann es sich beispielsweise um etwa20 °C handeln. In Fig. 2 ist das Absorber- bzw. Sammelrohr 3 nicht beschichtet, sonderneine Absorberplatte 10 schließt oberhalb des Absorber- bzw. Sammelrohres 3 an und istvorzugsweise an diesen geschweißt.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Solarkollektor 1 in einemgeöffneten Zustand. Bei einer zweiten Temperatur ist die flächig verbreiterte Stelle 4adabei vom Rahmen 2 weg geöffnet angeordnet. Ist eine solare Einstrahlung hoch genug,wird es im Inneren des Flachkollektors so warm, dass darin gesammelte Flüssigkeitverdampft. Diese aufgeheizte und mit Flüssigkeit angereicherte Luft kann nun aus demFlachkollektor abfließen, wenn die flächig verbreiterte Stelle 4a vom Sammelrohr 3beabstandet angeordnet ist. In Fig. 3 ist das Abfließen der Luft über die Rohrdurchführungmit Pfeilen dargestellt. Die zweite Temperatur soll höher sein als die erste, damit sich dasSammelrohr 3 ausdehnt und ein Spalt zwischen dem Rahmen 2 und der flächigverbreiterten Stelle 4a entsteht. Erniedrigt sich die Temperatur wieder oder setzenNiederschläge ein, kühlt das Sammelrohr 3 rasch ab, zieht sich zusammen und die flächigverbreiterte Stelle 4a dichtet den Rahmen 2 ab. Da ein erfindungsgemäßerSolarkollektor 1 meistens nicht zu 100 % dicht ist, ist eine Kondensatbildung in dessenInnerem auch in einem geschlossenen Zustand nicht vermeidbar. Die im Innerengesammelte Flüssigkeit ist jedoch bei schönem, warmen Wetter selbsttätig sofortabführbar.

Prinzipiell kann das Sammelrohr 3 aus jedem beliebigen Material gebildet sein, es istjedoch von Vorteil, wenn dieses aus einem Metall oder einer Metalllegierung,insbesondere aus Kupfer oder Aluminium oder entsprechenden Legierungen gefertigt ist,da dieses sich bei Temperaturänderung ausdehnt bzw. zusammenzieht. EineMaterialwahl des übrigen Solarkollektors 1 ist aus dem Stand der Technik bekannt bzw.obliegt dem Fachmann. Die Rohrdurchführung 5 kann beispielsweise aus Kunststoff,Silicon, Spritzguss oder Metall ausgebildet sein.

Claims (9)

1. Patentansprüche 1. Solarkollektor (1), insbesondere Flachkollektor, mit einem Rahmen (2) undzumindest einem aus dem Rahmen (2) ragenden Sammelrohr (3), dadurchgekennzeichnet, dass das Sammelrohr (3) an einer Außenseite des Solarkollektors (1) imBereich einer Durchführung des Sammelrohres (3) zumindest eine flächig verbreiterteStelle (4a) aufweist, um den Rahmen (2) bei Zusammenziehen des Sammelrohres (3)reversibel abzudichten.
2. 2. Solarkollektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer erstenTemperatur die flächig verbreiterte Stelle (4a) des Sammelrohres (3) zum Rahmen (2) hinabdichtet und bei einer zweiten Temperatur vom Rahmen (2) weg öffnet.
3. 3. Solarkollektor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dasSammelrohr (3) aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht.
4. 4. Solarkollektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass an der Öffnung im Rahmen (2) eine Rohrdurchführung (5) angeordnet ist, durchwelche das Sammelrohr (3) geführt ist, wobei die Rohrdurchführung (5) einedurchgehende Öffnung mit Abwinkelungen aufweist.
5. 5. Solarkollektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass zumindest eine weitere flächig verbreiterte Stelle (4b) zum Anschluss eines weiterenElementes vorgesehen ist, wobei diese von der ersten flächig verbreiterten Stelle (4a)beabstandet angeordnet ist.
6. 6. Solarkollektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass ein Absorberrohr vorgesehen ist, welches innerhalb des Rahmens (2) angeordnetund mit dem Sammelrohr (3) verbunden ist, wobei vorzugsweise eine Flüssigkeit durchdas Absorberrohr geführt ist.
7. 7. Solarkollektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass innerhalb des Rahmens (2) an einer Unterseite des Solarkollektors (1) einDichtelement (6) angeordnet ist.
8. 8. Solarkollektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass an einer Oberseite des Solarkollektors (1) eine Abdeckung (7) vorgesehen ist,welche den Rahmen (2) abdichtet und vom Absorberrohr beabstandet angeordnet ist.
9. 9. Verwendung eines Solarkollektors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zurErwärmung einer Flüssigkeit.