AT514951B1 - 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

Beschreibung

SOLARKOLLEKTOR MIT BELÜFTUNG

[0001] Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor, insbesondere Flachkollektor, mit einem Rah¬men und zumindest einem aus dem Rahmen ragenden Sammelrohr.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Solarkollektors der vorstehendgenannten Art.

[0003] Ein Flachkollektor stellt neben einem Röhrenkollektor eine besondere Ausführungsformeines Solarkollektors dar. Ein Flachkollektor ist flach ausgebildet und umfasst einen Rahmenmit Boden, in welchem verschiedene Elemente übereinander angeordnet sind. Der Rahmen istan einem oberen Ende, welches der Sonne zugewandt ist, mit einer Abdeckung abgeschlossen.Die Abdeckung hat die Aufgabe, so viel Sonnenlicht wie möglich in das Innere des Flachkollek¬tors zu lassen und ist üblicherweise aus extra dafür angefertigtem Glas, sogenanntem Solar¬glas, gebildet. Das Sonnenlicht trifft im Inneren des Flachkollektors auf einen Absorber, welcherüblicherweise als Absorberrohr ausgebildet und von der Abdeckung beabstandet angeordnetist. Im Absorberrohr befindet sich meistens Flüssigkeit, welche vom Sonnenlicht durch Wärme¬leitung des Absorberrohres erwärmt wird, und in welchem so aufgeheizte Flüssigkeit weiter¬transportiert wird. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist das Absorberrohr mit einembeschichteten metallischen Absorberblech verbunden und Serpentinen- oder harfenartig imRahmen geführt. Die Oberflächenbeschichtung ist aus einem Absorbermaterial gebildet, wel¬ches möglichst viel Wärmestrahlung aufnimmt und welches zugleich nur wenig Wärmestrahlungwieder reflektiert. An einer sonnenabgewandten Seite ist eine Wärmedämmung angeordnet,welche einen Wärmeverlust möglichst gering halten soll. Das Absorberrohr bzw. die Absorber¬rohre sind mit einem Sammelrohr verbunden, welches durch eine Öffnung im Kollektorrahmenaus diesem ragt. Das Sammelrohr ist außerhalb des Flachkollektors entweder an ein Leitungs¬system angeschlossen oder mit anderen Flachkollektoren verbunden. Üblicherweise sind meh¬rere Flachkollektoren schachbrettartig nebeneinander angeordnet und durch die aus den Rah¬men ragenden Sammelrohre reihenartig miteinander verbunden.

[0004] Bei einer Herstellung eines Flachkollektors wird dieser bzw. dessen Bestandteile mitei¬nander möglichst dicht zusammengesetzt. Um Herstellungskosten jedoch nicht unverhältnis¬mäßig hoch werden zu lassen, wird zumeist in Kauf genommen, dass Flachkollektoren nicht zu100 % dicht sind. Durch undichte Bereiche in diesem findet ein Luft- und Flüssigkeitsaustauschzwischen dem Inneren des Flachkollektors und der Umgebung statt. Feuchte Luft, welche so insInnere des Flachkollektors kommt bzw. sich darin durch Verdampfen von eingedrungener Flüs¬sigkeit bildet, kondensiert bei Temperaturabsenkung üblicherweise an der kälteren Abdeckung.Je mehr Kondensat sich an der Abdeckung bildet, desto weniger Sonnenlicht gelangt ins Inneredes Flachkollektors. Der Wirkungsgrad des Flachkollektors wird also herabgesetzt.

[0005] Aus dem Stand der Technik sind Flachkollektoren mit mehreren Arten von Belüftungenbekannt, welche einen Abtransport von darin gesammelter feuchter Luft und Flüssigkeit ermög¬lichen sollen. Eine einfache Methode, dies zu erreichen, ist mehrere Löcher in den Rahmen zustanzen. Dies hat sich jedoch als nicht sehr zweckmäßig herausgestellt, da durch die zusätzli¬chen Löcher andauernd Luft und Flüssigkeit in das Innere des Flachkollektors gelangen kön¬nen. Darüber hinaus ist oftmals ein zusätzlicher Schutz in Form eines Netzes oder dergleichennotwendig, um das Innere des Flachkollektors gegen Verschmutzungen zu schützen.

[0006] Um einem Eintritt von Flüssigkeit und Schmutz entgegenzuwirken, wurden Flachkollekt¬oren mit einer sogenannten Labyrinthöffnung entwickelt. Diese ist an der Austrittsstelle desSammelrohres angeordnet und verbindet das Innere des Flachkollektors mit einer über mehrereAbwinkelungen laufenden Öffnung mit der Umgebung. Auch wenn durch die Labyrinthöffnungein direkter Wasser- und Schmutzeintritt verhindert ist, findet immer noch ein Luftaustausch mitder Umgebung statt.

[0007] Eine Möglichkeit sowohl Luft- als auch Flüssigkeitseintritt von außen in das Innere des

Flachkollektors zu verhindern, bieten Flachkollektoren mit sogenannten Membranöffnungen.Durch diese kann feuchte Luft nur vom Inneren des Flachkollektors nach außen treten, abernicht umgekehrt. Ein Nachteil dabei ist, dass die feuchte Luft nur sehr langsam abgeführt wird.Oftmals erfolgt dies langsamer, als Flüssigkeit wieder in das Innere eintritt. Folglich ist auch einsolcher Flachkollektor nicht dazu geeignet, das Problem von kondensierter Luft in diesem effek¬tiv und lang anhaltend zu lösen.

[0008] Aus dem Stand der Technik sind weiter Flachkollektoren mit Luftklappen zur Belüftungbekannt, welche im Bedarfsfall öffnen bzw. schließen. Die WO 2004/70289 A1 offenbart einetemperaturabhängig verstellbare Kollektoröffnung. Dabei wird eine Klappe z. B. durch einemetallische Feder geöffnet, welche sich bei Temperaturerhöhung ausdehnt.

[0009] Ein Nachteil dieser Flachkollektoren ist darin zu sehen, dass für deren Belüftung mehre¬re zusätzliche Bauteile notwendig sind, welche weiter eine beschränkte Lebensdauer aufwei¬sen.

[0010] Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen Solarkollektor der eingangs genannten Artanzugeben, welcher eine effiziente Belüftung umfasst und welcher gleichzeitig kostengünstigherstellbar ist.

[0011] Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung eines solchen Solarkollektorsanzugeben.

[0012] Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Sammelrohr an einerAußenseite des Kollektors im Bereich einer Durchführung des Sammelrohres zumindest eineflächig verbreiterte Stelle aufweist, um den Rahmen bei Zusammenziehen des Sammelrohresreversibel abzudichten.

[0013] Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass die flächigeStelle des Sammelrohres den Rahmen abdichtet, ohne dass ein zusätzliches Bauteil notwendigist. Dadurch sind die Herstellungskosten eines solchen Solarkollektors gering gehalten und eineLebensdauer hinaufgesetzt, da dieser keine zusätzlichen Verschleißteile umfasst. Dabei istvorgesehen, dass ein Durchmesser der Durchführung im Rahmen, durch welche das Sammel¬rohr durchgeführt ist, größer ausgebildet ist als ein Durchmesser des Sammelrohres. Zieht sichdas Sammelrohr zusammen, ist diese Öffnung zwischen dem Rahmen bzw. der Durchführungund dem Sammelrohr in einfacher Weise verschlossen. Ein Luft- und Flüssigkeitseintritt sowieSchmutzeintritt kann durch diese Stelle nicht erfolgen. Steigt hingegen die Temperatur, dehntsich das Sammelrohr unter Freigabe der Öffnung aus, sodass feuchte Luft entweichen kann.

[0014] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einer ersten Temperatur die flächig verbrei¬terte Stelle des Sammelrohres zum Rahmen hin abdichtet und bei einer zweiten Temperaturvom Rahmen weg öffnet. Bevorzugt liegt die zweite Temperatur dabei höher als die erste. Istdie verbreiterte Stelle bei einer hohen Temperatur wie z. B. höher als 25 °C vom Rahmen weggeöffnet, ist das Innere des Rahmens belüftet und darin gesammelte Flüssigkeit bzw. feuchteLuft kann verdunsten bzw. austreten. Bei einer niedrigeren Temperatur ist die verbreiterte Stellezum Rahmen hin abdichtend angeordnet, sodass keine Flüssigkeit wie etwa Niederschlageintreten kann.

[0015] Erfindungsgemäß kann das Sammelrohr aus einem beliebigen Material gebildet sein,günstig ist es jedoch, wenn das Sammelrohr aus einem Metall oder einer Metalllegierung be¬steht, sodass dieses selbstständig dessen Länge bei Temperaturänderung verändert. Bei Son¬neneinstrahlung und dadurch hohen Temperaturen im Solarkollektor dehnt sich das Sammel¬rohr aus Metall aus und der Bereich der Durchführung ist geöffnet. Bei kaltem Wetter und Nie¬derschlag zieht sich das Sammelrohr zusammen und dichtet somit den Rahmen ab.

[0016] Vorteilhaft ist vorgesehen, dass an der Öffnung im Rahmen eine Rohrdurchführungangeordnet ist, durch welche das Sammelrohr geführt ist, wobei die Rohrdurchführung einedurchgehende Öffnung mit Abwinkelungen aufweist. Eine derartige Rohrdurchführung hat denVorteil, dass auch bei beabstandeter Anordnung der verbreiterten Stelle des Sammelrohres keine Flüssigkeit und kein Schmutz eintreten können.

[0017] 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 beispielsweise umeinen Blindflansch, einen Fühler oder eine zusätzliche Leitung handeln. Die zweite flächig ver¬breiterte Stelle dient dazu, dass auch bei abgedichteter Durchführung das Sammelrohr außen¬seitig mit zusätzlichen Elementen zusammenführbar ist.

[0018] Mit Vorteil ist ein Absorberrohr vorgesehen, welches innerhalb des Rahmens angeordnetund mit dem Sammelrohr verbunden ist, wobei vorzugsweise eine Flüssigkeit durch das Absor¬berrohr geführt ist. Bevorzugt erfolgt eine Führung des Absorberrohres Serpentinen- oder har¬fenartig. Dadurch ist es im Vergleich zum beanspruchten Platz möglich, eine große Menge vonFlüssigkeit in einem Solarkollektor zu erwärmen. Alternativ kann durch das Absorberrohr auchein Gas geführt sein.

[0019] Nützlich ist es, wenn innerhalb des Rahmens an einer Unterseite des Solarkollektors einDichtelement angeordnet ist, um diesen nach unten hin abzudichten bzw. einen Wärmeverlustso gering wie möglich zu halten. Oberhalb des Dichtelementes kann zusätzlich ein Dämmele¬ment vorgesehen sein.

[0020] Günstig ist weiter, dass an einer Oberseite des Solarkollektors eine Abdeckung vorge¬sehen ist, welche den Rahmen abdichtet und vom Absorberrohr beabstandet angeordnet ist.Bei dieser Abdeckung handelt es sich bevorzugt um eine Glasabdeckung, welche aus soge¬nanntem Solarglas gebildet sein kann und welche möglichst viel Sonnenlicht bzw. Wärme insInnere des Solarkollektors leitet.

[0021] Eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Solarkollektors erfolgt mit Vorteil zur Er¬wärmung einer Flüssigkeit.

[0022] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus dem darge¬stellten Ausführungsbeispiel. In den Figuren, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen: [0023] Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Solarkollektor in Draufsicht; [0024] Fig. 2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Solarkollektor in einem geschlos¬ senen Zustand; [0025] Fig. 3 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Solarkollektor in einem geöffneten

Zustand.

[0026] Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Solarkollektor 1 in Draufsicht, welcher als Flach¬kollektor ausgebildet ist. Ein Rahmen 2, welcher auch einen Boden umfasst, bildet dabei dasGrundelement des Flachkollektors und ist mit einer Abdeckung 7 nach oben hin abgedichtet.Die Abdeckung 7 ist üblicherweise eine Glasscheibe und soll so viel Sonnenlicht bzw. Wärmewie möglich in das Innere des Flachkollektors eintreten lassen. Gleichzeitig soll so wenig Wär¬me wie möglich wieder entweichen können. Dazu ist oftmals extra dafür abgestimmtes Solar¬glas in Verwendung. Im Inneren ist ein Absorberrohr Serpentinen- oder harfenartig angeordnet.Dieses ist mit einer Flüssigkeit oder einem Gas gefüllt, welches durch das Sonnenlicht erwärmtwird. Weiter steht das Absorberrohr mit einem Sammelrohr 3 in Verbindung, in welchem auchdie Flüssigkeit oder das Gas weitergeführt wird. Zusätzlich sind das Absorberrohr und dasSammelrohr 3 auf einer beschichteten metallischen Absorberplatte angeordnet, welche vielStrahlungsenergie aufnimmt und nur sehr wenig wieder reflektiert. An einer der Sonne abge¬wandter Seite umfasst der Flachkollektor ein in Fig. 1 nicht dargestelltes Dichtelement 6, wel¬ches den Flachkollektor nach unten abdichtet sowie ein Dämmelement 11 zur Isolation. Beieinem Herstellungsprozess wird der Flachkollektor dicht verbunden, insbesondere die außen¬seitigen Teile. Um allerdings Herstellungskosten nicht unnötig ansteigen zu lassen, erfolgt dieszumeist nicht zu 100 % und es kommt stets zu einem Luft- und Flüssigkeitseintritt in das Inneredes Flachkollektors. Das Sammelrohr 3 ist an einer Durchführung aus dem Rahmen 2 nachaußen geführt. Dort ist dieses entweder mit einem Sammelrohr 3 eines anderen Flachkollektors zusammengeführt oder beispielsweise zu einem Warmwasserspeicher geführt. Erfindungsge¬mäß kann an der Durchführung eine zusätzliche Rohrdurchführung 5 angeordnet sein.

[0027] Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Flachkollektor in einem ge¬schlossenen Zustand. Das Sammelrohr 3 weist zwei flächig verbreiterte Stellen 4a, 4b auf,wobei eine erste den Rahmen 2 abdichtend angeordnet ist. An der Durchführung aus demRahmen 2 ist die Rohrdurchführung 5 angeordnet, welche eine mehrmals abgewinkelte durch¬gängige Öffnung aufweist, durch welche Luft bzw. Flüssigkeit austreten kann; allerdings nur ineinem geöffneten Zustand des Flachkollektors. In Fig. 2 liegt die flächige Stelle 4a am Rahmen2 bzw. der Rohrdurchführung 5 an und es findet kein Luft- bzw. Flüssigkeitsaustausch zwischenFlachkollektor und Umgebung statt. Es kann jedoch grundsätzlich immer über andere undichteBereiche zu einem Flüssigkeitseintritt kommen. Die Rohrdurchführung 5 kann zusätzlich miteinem Sicherungsring 8 am Rahmen 2 befestigt sein und mittels eines O-Rings 9 oder Ähnli¬chem zum Sammelrohr 3 hin abgedichtet sein. Die gezeigte zweite flächig verbreiterte Stelle 4bist von der ersten flächig verbreiterten Stelle 4a beabstandet angeordnet. An dieser kann ein einBlindflansch oder ein Temperaturfühler angeschlossen sein, ohne dass die abdichtende Wir¬kung der ersten flächig verbreiterten Stelle 4a abnimmt. Weiter kann an der zweiten flächigverbreiterten Stelle 4b der Flachkollektor mit einem weiteren Flachkollektor z. B. über ein Rohrzusammengeführt werden. Das Rohr ist dabei so ausgebildet, dass dieses genügend Platz fürdie Ausdehnung des Sammelrohres 3 bietet. Üblicherweise ist die flächig verbreiterte Stelle 4ades Sammelrohres 3 bei einer bestimmten ersten Temperatur zum Rahmen 2 hin abdichtendangeordnet. Bei dieser Temperatur kann es sich beispielsweise um etwa 20 °C handeln. In Fig.2 ist das Absorber- bzw. Sammelrohr 3 nicht beschichtet, sondern eine Absorberplatte 10schließt oberhalb des Absorber- bzw. Sammelrohres 3 an und ist vorzugsweise an diesengeschweißt.

[0028] Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Solarkollektor 1 in einem geöff¬neten Zustand. Bei einer zweiten Temperatur ist die flächig verbreiterte Stelle 4a dabei vomRahmen 2 weg geöffnet angeordnet. Ist eine solare Einstrahlung hoch genug, wird es im Inne¬ren des Flachkollektors so warm, dass darin gesammelte Flüssigkeit verdampft. Diese aufge¬heizte und mit Flüssigkeit angereicherte Luft kann nun aus dem Flachkollektor abfließen, wenndie flächig verbreiterte Stelle 4a vom Sammelrohr 3 beabstandet angeordnet ist. In Fig. 3 ist dasAbfließen der Luft über die Rohrdurchführung mit Pfeilen dargestellt. Die zweite Temperatur sollhöher sein als die erste, damit sich das Sammelrohr 3 ausdehnt und ein Spalt zwischen demRahmen 2 und der flächig verbreiterten Stelle 4a entsteht. Erniedrigt sich die Temperatur wiederoder setzen Niederschläge ein, kühlt das Sammelrohr 3 rasch ab, zieht sich zusammen und dieflächig verbreiterte Stelle 4a dichtet den Rahmen 2 ab. Da ein erfindungsgemäßer Solarkollek¬tor 1 meistens nicht zu 100 % dicht ist, ist eine Kondensatbildung in dessen Innerem auch ineinem geschlossenen Zustand nicht vermeidbar. Die im Inneren gesammelte Flüssigkeit istjedoch bei schönem, warmen Wetter selbsttätig sofort abführbar.

[0029] Prinzipiell kann das Sammelrohr 3 aus jedem beliebigen Material gebildet sein, es istjedoch von Vorteil, wenn dieses aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere ausKupfer oder Aluminium oder entsprechenden Legierungen gefertigt ist, da dieses sich bei Tem¬peraturänderung ausdehnt bzw. zusammenzieht. Eine Materialwahl des übrigen Solarkollektors1 ist aus dem Stand der Technik bekannt bzw. obliegt dem Fachmann. Die Rohrdurchführung 5kann beispielsweise aus Kunststoff, Silicon, Spritzguss oder Metall ausgebildet sein.

Claims (9)

1. Patentansprüche 1. Solarkollektor (1), insbesondere Flachkollektor, mit einem Rahmen (2) und zumindesteinem aus dem Rahmen (2) ragenden Sammelrohr (3), dadurch gekennzeichnet, dassdas Sammelrohr (3) an einer Außenseite des Solarkollektors (1) im Bereich einer Durch¬führung des Sammelrohres (3) zumindest eine flächig verbreiterte Stelle (4a) aufweist, umden Rahmen (2) bei Zusammenziehen des Sammelrohres (3) reversibel abzudichten.
2. 2. Solarkollektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten Tem¬peratur die flächig verbreiterte Stelle (4a) des Sammelrohres (3) zum Rahmen (2) hin ab¬dichtet und bei einer zweiten Temperatur vom Rahmen (2) weg öffnet.
3. 3. Solarkollektor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammel¬rohr (3) aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht.
4. 4. Solarkollektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ander Öffnung im Rahmen (2) eine Rohrdurchführung (5) angeordnet ist, durch welche dasSammelrohr (3) geführt ist, wobei die Rohrdurchführung (5) eine durchgehende Öffnungmit Abwinkelungen aufweist.
5. 5. Solarkollektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dasszumindest eine weitere flächig verbreiterte Stelle (4b) zum Anschluss eines weiteren Ele¬mentes vorgesehen ist, wobei diese von der ersten flächig verbreiterten Stelle (4a) beab-standet angeordnet ist.
6. 6. Solarkollektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass einAbsorberrohr vorgesehen ist, welches innerhalb des Rahmens (2) angeordnet und mit demSammelrohr (3) verbunden ist, wobei vorzugsweise eine Flüssigkeit durch das Absorber¬rohr geführt ist.
7. 7. Solarkollektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dassinnerhalb des Rahmens (2) an einer Unterseite des Solarkollektors (1) ein Dichtelement (6)angeordnet ist.
8. 8. Solarkollektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass aneiner Oberseite des Solarkollektors (1) eine Abdeckung (7) vorgesehen ist, welche denRahmen (2) abdichtet und vom Absorberrohr beabstandet angeordnet ist.
9. 9. Verwendung eines Solarkollektors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Erwärmungeiner Flüssigkeit. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen