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PATENTANSPRÜCHE
1. Flachkollektor für Sonnenenergie, mit mindestens einem Hohlraum für den Durchfluss eines zu erwärmenden Mediums, welcher Flachkollektor auf der einen Seite mit einer Sonnenenergie absorbierenden Schicht und auf der anderen Seite mit einer Wärmeisolation versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens ein mit der absorbierenden Schicht versehenes Profilblech (3, 4) aufweist, welches in nur einer Richtung profiliert ist.
2. Flachkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum zwischen zwei Profilblechen (3, 4) angeordnet ist und die Profilbleche grösstenteils einen gegenseitigen Abstand von weniger als 4 mm aufweisen, wobei die Profilblechlänge ein Mehrfaches der Profilblechbreite ist.
3. Flachkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenseitige Abstand weniger als 2 mm beträgt.
4. Flachkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenseitige Abstand weniger als 1 mm beträgt.
5. Flachkollektor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er Befestigungsmittel (20) für die Befestigung am Baukörper aufweist, welche die Profilbleche (3, 4) durchdringen.
6. Flachkollektor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Profilblechen (3, 4) eine transparente Abdeckung mindestens teilweise angeordnet ist.
7. Flachkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor im wesentlichen aus Profilblechen (3, 4) zusammengesetzt ist, die im wesentlichen nur in Längsrichtung profiliert sind, in der Weise, dass in Abständen Rippen (3', 4') angeordnet sind, mit im wesentlichen ebenen Flächen (3", 4") dazwischen.
8. Flachkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Blechprofilierung treppenförmig ist.
9. Flachkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolation (9) im wesentlichen dieselbe Profilierung wie das Profilblech (3) aufweist und mit kleinen Vor- sprüngen (5) versehen ist zwecks Vorbestimmung eines Hohlraumes (25) zwischen Wärmeisolation (9) und Profilblech (3).
Die Erfindung betrifft einen Flachkollektor für Sonpen- energie. Die Bezeichnung Flachkollektor trifft auch für einen Kollektor mit profilierter Oberfläche oder mit gebogener Oberfläche zu. Er unterscheidet sich von anderen Kollektoren dadurch, dass er die Sonnenbestrahlung nicht kopzentricrt sondern lediglich absorbiert.
Bekannte Flachkollektoren für Gebäudeheizung benützen den sogenannten Treibhauseffekt. Auf der Sonnenseite eines Kastens befinden sich eine oder mehrere Glastafe]n mit Luftzwischenraum. Im Kasteninnern sind schwarz gefärbte Rohrschlangen oder Kollektorbleche angeordnet. Die der Sonnenseite abgewandte Seite des Kastens ist wärmeisoliert. Mit Sonnenseite ist diejenige Seite des Kollektors bezeichnet, die bei Sonnenschein der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist.
Solche bekannte Anordnungen haben Nachteile:
1. Glasgedeckte Kollektoren reflektieren und absorbieren einen erheblichen Anteil der Sonnenstrahlen, etwa 10 o/o bei rechtwinkligem Auftreffen, z. B. bei Morgen- und Abendsonne.
2. Die Glastafeln können durch den Knall von Überschallgeschwindigkeit fliegenden Flugzeugen sowie durch Steinwurf und Hagel zerstört werden.
3. Ein grosser Teil des Publikums empfindet verglaste Kollektoren unschön und verunstaltend.
In unseren Breitengraden werden Flachkollektoren nach Süden orientiert, auf der südlichen Halbkugel der Erde nach Norden orientiert und in den Äquatorialgegenden horizontal angeordnet. Sie werden nicht dem Sonnenstand nachgeführt.
Leistungsmessungen von Kollektoren werden oft unzweckmässig angeordnet. Es werden nur die Leistungsdaten bei günstigem Sonnenstand angeführt. Für die Praxis massgebend sind jedoch die Kollektorleistungen während eines ganzen Sonnentages, das heisst, die Summe der Kollektorleistung von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang. Es erstaunt nicht, dass solcherart gemessene Kollektorenleistungen bekannter Konstruktion nur 26 bis ca. 50 o/o der Einstrahlung erreichen.
Es ist Ziel der Erfindung, den Wirkungsgrad von Flachkollektoren zu verbessern und zugleich die Herstellungskosten zu senken, die Einsatzdauer der Kollektoren zu verlängern und die Verwendungsmöglichkeiten zu erweitern.
Dies wird dadurch erreicht, dass der Flachkollektor mit mindestens einem Hohlraum für den Durchfluss eines zu erwärmenden Mediums versehen ist, der Flachkollektor auf der einen Seite mit einer Sonnenenergie absorbierenden Schicht und auf der andern Seite mit einer Wärmeisolation versehen ist, wobei er mindestens ein mit der absorbierenden Schicht versehenes Profilblech aufweist, welches in nur einer Richtung profiliert ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt. Weitere Lösungen ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 8. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Kollektor, der als Dachdeckung dient;
Fig 2 einen ähnlichen Schnitt, mit einer Regenrinne;
Fig. 3 einen Schnitt durch einen Stoss von Profilblechen, schematisch dargestellt;
Fig. 4 einen Schnitt durch ein Ortsblech. nach I--T in Fig. 1;
Fig. 5 einen Schnitt durch einen Kollektor einer weiteren erfindungsgemässen Konstruktion;
Fig. 6 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 5;
Fig. 7 einen Schnitt durch den Kollektor in Dachfirstnähe;
Fig. 8 einen Schnitt durch den Kollektor, mit Regenrinne.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Kollektor 1, der als Dachdeckung 2 dient. Der Kollektor 1 setzt sich aus Profilblechen 3 und 4 zusammen, welche mit geringem Abstand, z. B. 1 mm, übereinander montiert sind. Das obere Profilblech 3 ist auf der Aussenseite Sonnenstrahlung absorbierend behandelt und ist innen blank. Mit blank ist hier optisch blank, glänzend gemeint. Es kann also ein Aluminiumblech, walzblank oder poliert sein, oder auch ein verzinktes Stahlblech. Vorteilhaft ist im letzteren Fall die Zinkschicht mit einem Korrosionsschutz zu versehen solange diese noch frischglänzend und noch nicht grau korrodiert ist.
Das Profilblech 4 besteht vorteilhaft aus demselben Material wie das Profilblech 3, um elektrolytischerKorrosion vorzubeugen.
Um die Profilbleche in zweckmässigem Abstand 25 zu halten, ist das untere Profilblech 4 mit Eindellungen 5 versehen, welche schon beim Walzen der Profilbleche erzeugt werden können. Die Profilbleche 3 und 4 sind zusammen mittels Schrauben, Schiessbolzen oder anderen Befestigungsmitteln auf den Pfetten 6 befestigt. Dabei ist darauf zu achten, dass die Profilbleche an dieser Stelle dicht aufeinander gepresst sind, damit später das zwischen den Profilblechen fliessende Medium an dieser Stelle nicht austreten kann. Balken 6' tragen die Pfetten 6.
In Fig. 1 ist ferner ein Einlaufrohr 7 für das zu erwärmende Medium, z. B. Wasser, mit Perforationen 8 gezeigt, wobei die Perforationen 8 in einer Linie angeordnet sind und gegen das obere Profilblech 3 gerichtet sind. Das untere Profilblech 4 ist in der Nähe des Einlaufrohres 7 nach oben ab
gewinkelt und das obere Profilblech 3 nach unten, so dass ein Abschluss gebildet wird, welcher das Einlaufrohr 7 umhüllt.
Zwischen oder über den Pfetten ist eine Wärmeisolation 9 vorgesehen, welche gleichzeitig als Dachisolation dient.
In Fig. 2 ist die untere Partie des Daches mit dem Kollektor und der Regenrinne 11 gezeigt. Das Profilblech 4 ist hier bei 23 nach unten abgewinkelt und mit einer Rinne 10 verbunden. Ebenso ist das Profilblech 3 mit der Rinne 10 verbunden, wobei hier noch eine dichtende Zwischenlage gegen herabfliessendes Warmwasser nützlich sein kann. Unter der Rinne 10 ist die übliche Regenrinne 11 für das Auffangen von Regenwasser angeordnet.
Fig. 3 zeigt schematisch wie die Profilbleche 3 und 4 mit einem weiteren Profilblechpaar 3' und 4' zusammengefügt sind. Der Stoss ist derart ausgebildet, dass erwärmtes Wasser zwischen dem letzteren weiterfliesst. Ein Eindringen von Regenwasser oder Staub wird durch eine Dichtung 27 verhindert. Geeignete Dichtungsmittel sind im Fensterbau bekannt.
Fig. 4 zeigt einen seitlichenAbschluss des Daches mit dem Ortblech 12, nach der Schnittlinie I-I gemäss Fig. 1. Es ist die Pfette 6 und die Wärmeisolation 9 zu erkennen. Die Profilbleche 3 und 4 sind auf einer Breite von 4 bis 6 cm am Rand zusammengepresst, eventuell verklebt, und mittels Schrauben auf der Pfette 6 befestigt. Ein Ortblech 12 bildet bei 13 einen dem Profil vom Profilblech 3 angepassten Steg, überdeckt den Rand der Profilbleche 3, 4, deckt seitlich die Pfette 6 und endet unten mit einer Regennase 14. Der Raum 13' ist mit Polyurethanschaum dichtend ausgeschäumt.
Die Wirkungsweise des Flachkollektors ist folgende:
In das Einlassrohr 7 wird beispielsweise Wasser gepumpt, welches durch Perforationen 8 an die Unterseite des Profilbleches 3 gespritzt wird. Darnach rinnt es, grösstenteils beide Profilbleche 3, 4, berührend, bis in die Rinne 10, von wo es seitlich oder innerhalb der Isolation 9 durch einen Ablaufstutzen 15 abgezogen wird. Bei Sonnenschein wird das Wasser erwärmt. Lässt man nur eine kleine Wassermenge durchlaufen, so nimmt es eine höhere Temperatur an, als beim Durchlauf einer grossen Wassermenge. Zur Erzielung einer grossen Wattleistung ist es vorteilhaft, die Durchlaufmenge derart zu regulieren, dass der Zwischenraum zwischen den Profilblechen annähernd ausgefüllt ist. Man erhält dann eine hohe Kalorienausbeute, jedoch eine relativ kleine Temperaturdifferenz zwischen Einlauf und Auslauf, z. B. 5 bis 100 C.
Die optimale Durchflussmenge kann leicht ermittelt werden, indem man bei der ersten Betriebsaufnahme so viel Wasser durchlaufen lässt, dass irgendwo eine kleine Menge austritt. Darnach verringert man die Durchlaufmenge entsprechend.
Bei Regen wirkt der Flachkollektor wie ein gewöhnliches Blechdach. Das Regenwasser läuft an der Oberfläche ab, reinigt sie von allfälligem Staub und sammelt sich in der Regenrinne 11.
Weitere Ausführungsbeispiele:
Ist es erwünscht oder vorgeschrieben, dass die Dachfläche Schneefänger trägt, so kann man Blechstreifen 16 auf das Profilblech 3 aufkleben, auflöten, oder gleich mit den Befestigungsschrauben 17 befestigen. Diese Schneefänger sollen das gleichzeitige und vorzeitige Abrutschen einer Schneemasse verhindern.
Man kann ferner solche als Schneefänger dienende Blechstreifen 16 derart umbiegen, dass sie als Halter für Glastafeln 24 oder transparente Kunststoffprofile dienen, welche als Abdeckung über das Profilblech 3 gelegt werden. Diese Massnahme bewirkt eine gewisse Wärmeisolation gegen Wind und Abstrahlung vom Kollektor.
Überdeckt man die ganze Dachfläche mit einer transparenten Abdeckung, so erreicht man damit höhere Wasscrtem peraturen, muss aber eine geringere Leistung in Watt in Kauf nehmen.
Ohne eine solche Abdeckung auf dem Kollektor ist im Sommer eine hohe Leistung bei Wasser-Abnahmetemperaturen von 400 möglich. Wird auch im Winter eine Wassertem peratur von 400 C gewünscht, kann eine nur teilweise Abdekkung der Kollektorfläche am wirtschaftlichsten sein. Man bedeckt nur etwa das untere Drittel der Kollektorfläche mit Glastafeln oder transparenten Kunststoffprofilen, d. h. dasjenige Drittel der Dachfläche, welches der Regenrinne nahe liegt. Dies hat zur Folge, dass vorerst kaltes Wasser durch das Einlaufrohr 7 in den Kollektor einfliesst und sich beim Durchfliessen über eine Strecke von 2/3 der Distanz First Regenrinne immer mehr erwärmt. Darnach erreicht es den Bereich des glasüberdeckten Kollektors und erwärmt sich hier noch höher als sonst, z. B. um 10 bis 150 höher.
Die Vorwärmung kann im Sommer bis 750 C und die Nachwärmung bis 900 C erreichen, im Winter etwa eine solche von 600 und eine Nachwärmung auf 750. Das Optimum des Flächenverhältnisses von unbedeckter zu bedeckter Dachfläche hängt von der Einlauftemperatur, von der Distanz vom Dachfirst zur Dachrinne, von der Dachneigung, wie auch von klimatischen Bedingungen wie Windrichtung/Windstärke und Höhenlage über Meer ab.
Ein unüberdeckter Kollektor kann im Sommer in unseren Breitengraden eine Leerlauftemperatur von 800 C erreichen.
Leerlauftemperatur bezeichnet den Zustand des Kollektors, bei dem sich die Sonneneinstrahlung und die ungenutzte Wärmeabgabe (Verluste) die Waage halten. Dieser Zustand kann bei Aufladung des Speichers, bei Stromausfall usw., leicht eintreten. In diesem Fall können noch sehr preiswerte Wärmeisolierstoffe als Kollektorisolation dienen, z. B. Polystirol und Polyurethanschaum. Der mit Glas gedeckte Kollektorteil kann sich bis zu 1500 erhitzen. Deshalb ist hier eine wärmefestere Isolation notwendig, z. B. eine Reflexionsschicht auf Glasfaser- oder Steinwolle-Isolation, eventuell mit geschlossenzelligem Schaumstoff hinterlegt.
Fig. 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele mit treppenförmig profilierten Blechprofilen, welche für durchschnittliche Dachneigungen zweckmässig sind. Für steilere Dächer oder Fassaden kann auch Wellblech verwendet werden. Die horizontalen Stösse der Blechbahnen sind in Fig. 3 schematisch dargestellt. Insbesondere bei wenig geneigten Dächern ist das Anbringen einer Folie unter den Profilblechen ratsam. Einerseits kann sie, als Reflexionsfolie ausgebildet, die Abstrahlung von Wärme bedeutend verringern und andererseits bildet sie ein Unterdach.
Eine weitere erfindungsgemässe Ausführung eines Flachkollektors ist in den Fig. 5 bis 8 dargestellt. Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen Kollektor 1, der als Dachdeckung dient. Hier ist die Profilierung nicht horizontal angeordnet, sondern der Dachneigung folgend. Fig. 6 zeigt im Schnitt nach II-II in Fig. 5 das Profil der Profilbleche 3 und 4.
In Fig. 5 und 6 ist wiederum die Wärmeisolierung 9 und ein Dachbalken 6' dargestellt. Bei 18 erkennt man einen Stoss der Profilbleche, wobei Zwischenlagen 19 vorgesehen sind, welche einerseits die Schraubenlöcher dichten und andererseits den Abstand zwischen den Profilblechen bestimmen. Die Zwischenlagen 19 werden mit Vorteil vor der Montage angeklebt, wobei diese Stellen auf dem Profilblech 3 aussen markiert werden, um sie beim Bohren leichter aufzufinden.
Die Profilbleche sind in bekannter Weise mittels Schrauben 20 und Dichtungen 20' an den Balken 6' befestigt. Bei Verwendung von sehr weichen Wärmeisoliermaterialien 9 kann man Distanzhülsen 21 verwenden, um ein Zusammendrücken derselben zu verhindern. Diese Befestigungsart lässt erhebliche Wärmedehnungen der Profilbleche zu.
Fig. 7 zeigt das obere Ende des Kollektors mit dem Ein laufrohr 7. Um dieses einfügen zu können, sind die Profilbleche 3 und 4 etwas voneinander abgehoben. Das Einlaufrohr 7 kann dem Blechprofil entsprechend vorgebogen sein.
Vorteilhafterweise wird ein flexibles, aber nicht zusammen drückbares Rohr verwendet, im Handel Spiralrohr genannt.
Die Funktionsweise ist ähnlich wie für Fig. 1 beschrieben.
Fig. 8 zeigt den Schnitt durch das untere Ende des Kollektordaches mit dem Profilblech 3 und 4, sowie der Rinne 10. Das erwärmte Wasser sammelt sich in der Rinne 10 und das Regenwasser in der Regenrinne 11.
In Fig. 6 ist mit strichpunktierten Linien über dem Profilblech 3 des Kollektors noch ein transparentes Kunststoffprofil 24 dargestellt Dabei ist dieselbe Profilform für Kunststoff und Blech vorteilhaft. Sowohl bei profilierten wie auch bei flachen Abdeckungen muss der Wärmedehnung Rechnung getragen werden. Das Kunststoffprofil 24 kann auch umgekehrt (also anders als dargestellt) befestigt sein, muss dann aber einen Zwischenraum von 2 bis 3 cm zum Profilblech 3 aufweisen. Um eine unerwünschte Luftzirkulation zwischen Profilblech 3 und dem Kunststoffprofil 24 zu verringern, kann eine Schikane 24' oder Dichtung eingesetzt werden (Fig. 8).
Für Dächer und Fassaden, welche besonders billig sein sollen, kann auch das Blech 4 weggelassen werden. In diesem Fall gibt man dem Isoliermaterial 9 ebenfalls die Profilform des Bleches und belegt es gegebenenfalls mit einer dünnen Aluminiumfolie. Auch hier muss ein geringer Zwischenraum zwischen dem Profilblech 3 und der Isolation 9 vorgesehen sein zwecks Durchlass des zu erwärmenden Wassers. Diese Ausführungsart kann besonders für kleine Kollektoren günstig sind.
Fig. 6: Es genügt, wenn das zu erwärmende Wasser nur die Profiltiefe zwischen den Profilblechen 3, 4 und zwischen den Stegen ausfüllt. Es braucht nicht auch noch in den schmalen Stegen zu laufen. Es hat sich gezeigt, dass diese Stege ihre Wärme infolge der Wärmeleitung des Metalls an das vorbeiströmende Wasser abgeben.
Zum Begriff Abstand ist noch zu definieren: Der Abstand 25 in Fig. 6, zwischen den Profilblechen 3 und 4, wie in den Patentansprüchen zur Kennzeichnung verwendet, bezieht sich auf den Hohlraum, wo das zu erwärmende Medium fliesst. Es ist offensichtlich, dass der Blechabstand beim Einlaufrohr 7 grösser ist und in den Rippen kleiner.
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PATENT CLAIMS
1. Flat plate collector for solar energy, with at least one cavity for the flow of a medium to be heated, which flat plate collector is provided on one side with a solar energy absorbing layer and on the other side with thermal insulation, characterized in that it has at least one with the absorbing Has a layer provided profiled sheet (3, 4) which is profiled in only one direction.
2. Flat-plate collector according to claim 1, characterized in that the cavity is arranged between two profiled sheets (3, 4) and the profiled sheets for the most part have a mutual distance of less than 4 mm, the profiled sheet length being a multiple of the profiled sheet width.
3. Flat collector according to claim 2, characterized in that the mutual distance is less than 2 mm.
4. Flat collector according to claim 2, characterized in that the mutual distance is less than 1 mm.
5. Flat-plate collector according to one of claims 2 to 4, characterized in that it has fastening means (20) for fastening to the structure which penetrate the profiled sheets (3, 4).
6. Flat collector according to one of claims 2 to 4, characterized in that a transparent cover is at least partially arranged in front of the profiled sheets (3, 4).
7. Flat collector according to claim 1, characterized in that the collector is composed essentially of profiled sheets (3, 4) which are essentially profiled only in the longitudinal direction, in such a way that ribs (3 ', 4') are arranged at intervals are, with substantially flat surfaces (3 ", 4") in between.
8. Flat collector according to claim 1, characterized in that the cross section of the sheet metal profile is step-shaped.
9. Flat-plate collector according to claim 1, characterized in that the thermal insulation (9) has essentially the same profile as the profiled sheet (3) and is provided with small projections (5) for the purpose of predetermining a cavity (25) between the thermal insulation (9) and profile sheet (3).
The invention relates to a flat plate collector for solar energy. The term flat-plate collector also applies to a collector with a profiled surface or a curved surface. It differs from other collectors in that it does not copy-center solar radiation, but only absorbs it.
Well-known flat-plate collectors for heating buildings use the so-called greenhouse effect. On the sunny side of a box there are one or more glass shelves with an air gap. Inside the box, there are black-colored pipe coils or collector plates. The side of the box facing away from the sunny side is thermally insulated. The side of the collector that is exposed to solar radiation when the sun is shining is called the sunny side.
Such known arrangements have disadvantages:
1. Glass-covered collectors reflect and absorb a significant proportion of the sun's rays, about 10 o / o when they strike at right angles, e.g. B. in morning and evening sun.
2. The glass panels can be destroyed by the bang of aircraft flying at supersonic speeds, as well as by stones and hail.
3. A large part of the public finds glazed collectors unattractive and defaced.
In our latitudes, flat-plate collectors are oriented to the south, in the southern hemisphere to the north and arranged horizontally in the equatorial regions. They are not tracked to the position of the sun.
Power measurements from collectors are often arranged inappropriately. Only the performance data with a favorable position of the sun are given. In practice, however, the collector outputs during an entire sunny day are decisive, i.e. the sum of the collector outputs from sunrise to sunset. It is not surprising that collector outputs of known construction measured in this way only achieve 26 to approx. 50 o / o of the irradiation.
The aim of the invention is to improve the efficiency of flat-plate collectors and at the same time to reduce the production costs, to extend the service life of the collectors and to expand the possible uses.
This is achieved in that the flat-plate collector is provided with at least one cavity for the flow of a medium to be heated, the flat-plate collector is provided on one side with a solar energy-absorbing layer and on the other side with thermal insulation, whereby it has at least one with the has absorbent layer provided profiled sheet, which is profiled in only one direction.
Embodiments of the invention are shown in the accompanying drawings. Further solutions result from claims 2 to 8. They show:
1 shows a section through a collector which serves as a roof covering;
2 shows a similar section, with a rain gutter;
3 shows a section through a joint of profiled sheets, shown schematically;
4 shows a section through a location plate. after I - T in Fig. 1;
5 shows a section through a collector of a further construction according to the invention;
6 shows a section along line II-II in FIG. 5;
7 shows a section through the collector near the roof ridge;
8 shows a section through the collector, with a rain gutter.
1 shows a section through a collector 1 which serves as a roof covering 2. The collector 1 is composed of profiled sheets 3 and 4, which with a small distance, z. B. 1 mm, are mounted one above the other. The upper profile sheet 3 is treated to absorb solar radiation on the outside and is bare on the inside. Here, blank means optically blank, shiny. It can therefore be an aluminum sheet, bright-rolled or polished, or a galvanized steel sheet. In the latter case, it is advantageous to provide the zinc layer with corrosion protection as long as it is still shiny and not yet corroded gray.
The profiled sheet 4 is advantageously made of the same material as the profiled sheet 3 in order to prevent electrolytic corrosion.
In order to keep the profiled sheets at an appropriate distance 25, the lower profiled sheet 4 is provided with indentations 5, which can already be produced when the profiled sheets are rolled. The profiled sheets 3 and 4 are fastened together on the purlins 6 by means of screws, shooting bolts or other fastening means. It must be ensured that the profile sheets are pressed tightly against one another at this point so that the medium flowing between the profile sheets cannot escape at this point later. Beams 6 'carry the purlins 6.
In Fig. 1 is also an inlet pipe 7 for the medium to be heated, for. B. water, shown with perforations 8, wherein the perforations 8 are arranged in a line and are directed against the upper profiled sheet 3. The lower profile sheet 4 is in the vicinity of the inlet pipe 7 upwards
angled and the upper profiled sheet 3 downwards, so that a closure is formed which surrounds the inlet pipe 7.
A thermal insulation 9 is provided between or above the purlins, which also serves as roof insulation.
In Fig. 2 the lower part of the roof with the collector and the rain gutter 11 is shown. The profile sheet 4 is angled down here at 23 and connected to a channel 10. Likewise, the profiled sheet 3 is connected to the channel 10, a sealing intermediate layer against hot water flowing down can be useful here. The usual rain gutter 11 for collecting rainwater is arranged under the gutter 10.
Fig. 3 shows schematically how the profile sheets 3 and 4 are joined together with a further pair of profile sheets 3 'and 4'. The joint is designed in such a way that heated water continues to flow between the latter. Penetration of rainwater or dust is prevented by a seal 27. Suitable sealants are known in window construction.
Fig. 4 shows a lateral closure of the roof with the chape 12, according to the section line I-I according to Fig. 1. The purlin 6 and the thermal insulation 9 can be seen. The profile sheets 3 and 4 are pressed together over a width of 4 to 6 cm at the edge, possibly glued, and fastened to the purlin 6 by means of screws. A chape 12 forms at 13 a web adapted to the profile of the profiled sheet 3, covers the edge of the profiled sheets 3, 4, laterally covers the purlin 6 and ends at the bottom with a rain nose 14. The space 13 'is sealed with polyurethane foam.
The mode of operation of the flat-plate collector is as follows:
For example, water is pumped into the inlet pipe 7 and is sprayed through perforations 8 on the underside of the profiled sheet 3. It then runs, for the most part in contact with both profile sheets 3, 4, into the channel 10, from where it is drawn off laterally or within the insulation 9 through a drainage connection 15. When the sun is shining, the water is heated. If only a small amount of water is allowed to run through, it takes on a higher temperature than when a large amount of water is run through. To achieve a high wattage, it is advantageous to regulate the flow rate in such a way that the space between the profiled sheets is almost filled. You then get a high calorie yield, but a relatively small temperature difference between inlet and outlet, z. B. 5 to 100 C.
The optimum flow rate can easily be determined by allowing enough water to flow through when starting operation for the first time that a small amount escapes somewhere. Then the throughput quantity is reduced accordingly.
When it rains, the flat-plate collector acts like an ordinary sheet metal roof. The rainwater runs off the surface, cleans it of any dust and collects in the rain gutter 11.
Further embodiments:
If it is desired or prescribed that the roof surface carry a snow guard, sheet metal strips 16 can be glued, soldered or fastened with the fastening screws 17 on the profiled sheet metal 3. These snow catchers are intended to prevent the simultaneous and premature slipping of a mass of snow.
Such sheet metal strips 16 serving as snow catchers can also be bent over in such a way that they serve as holders for glass panels 24 or transparent plastic profiles which are placed over the profile sheet 3 as a cover. This measure causes a certain heat insulation against wind and radiation from the collector.
If you cover the entire roof surface with a transparent cover, you can achieve higher water temperatures, but you have to accept a lower output in watts.
Without such a cover on the collector, high output is possible in summer with water consumption temperatures of 400. If a water temperature of 400 C is also desired in winter, only partial cover of the collector surface can be most economical. Only about the lower third of the collector surface is covered with glass panels or transparent plastic profiles, i. H. the third of the roof area that is close to the rain gutter. As a result, cold water initially flows through the inlet pipe 7 into the collector and warms up more and more as it flows through over a distance of 2/3 the distance of the first gutter. It then reaches the area of the glass-covered collector and heats up even more than usual, e.g. B. 10 to 150 higher.
Preheating can reach 750 C in summer and 900 C reheating, around 600 C in winter and 750 C reheating , on the roof pitch, as well as on climatic conditions such as wind direction / wind strength and altitude above sea level.
An uncovered collector can reach an idle temperature of 800 C in our latitudes in summer.
Idle temperature describes the condition of the collector in which solar radiation and unused heat dissipation (losses) are balanced. This state can easily occur when the storage tank is being charged, in the event of a power failure, etc. In this case, very inexpensive heat insulation materials can still serve as collector insulation, e.g. B. polystyrene and polyurethane foam. The collector part covered with glass can heat up to 1500. Therefore, a more heat-resistant insulation is necessary here, e.g. B. a reflective layer on fiberglass or rock wool insulation, possibly backed with closed-cell foam.
Fig. 1 and 2 show embodiments with stepped profiled sheet metal profiles, which are useful for average roof slopes. Corrugated iron can also be used for steeper roofs or facades. The horizontal joints of the sheet metal webs are shown schematically in FIG. It is advisable to attach a foil under the profile sheets, especially on slightly sloping roofs. On the one hand, designed as a reflective film, it can significantly reduce the radiation of heat and, on the other hand, it forms a sub-roof.
Another embodiment of a flat-plate collector according to the invention is shown in FIGS. Fig. 5 shows a section through a collector 1, which serves as a roof covering. Here the profiling is not arranged horizontally, but following the roof slope. FIG. 6 shows, in section II-II in FIG. 5, the profile of the profile sheets 3 and 4.
In Fig. 5 and 6, the thermal insulation 9 and a roof beam 6 'is again shown. At 18 one recognizes a joint of the profile sheets, intermediate layers 19 being provided which on the one hand seal the screw holes and on the other hand determine the distance between the profile sheets. The intermediate layers 19 are advantageously glued on before assembly, these points being marked on the outside of the profiled sheet 3 in order to find them more easily when drilling.
The profile sheets are fastened in a known manner to the beams 6 'by means of screws 20 and seals 20'. If very soft thermal insulation materials 9 are used, spacer sleeves 21 can be used to prevent them from being compressed. This type of fastening allows considerable thermal expansion of the profile sheets.
Fig. 7 shows the upper end of the collector with the A running pipe 7. To be able to insert this, the profiled sheets 3 and 4 are slightly raised from each other. The inlet pipe 7 can be pre-bent according to the sheet metal profile.
Advantageously, a flexible but not compressible tube is used, called a spiral tube in the trade.
The mode of operation is similar to that described for FIG. 1.
8 shows the section through the lower end of the collector roof with the profiled sheet metal 3 and 4, as well as the gutter 10. The heated water collects in the gutter 10 and the rainwater in the rain gutter 11.
In Fig. 6, a transparent plastic profile 24 is shown with dash-dotted lines above the profiled sheet 3 of the collector. The same profile shape is advantageous for plastic and sheet metal. Thermal expansion must be taken into account for both profiled and flat covers. The plastic profile 24 can also be fastened the other way round (that is, differently than shown), but must then have a gap of 2 to 3 cm from the profile sheet 3. In order to reduce undesired air circulation between the profiled sheet metal 3 and the plastic profile 24, a baffle 24 'or seal can be used (FIG. 8).
For roofs and facades, which should be particularly cheap, the sheet metal 4 can also be omitted. In this case, the insulating material 9 is also given the profile shape of the sheet and is optionally covered with a thin aluminum foil. Here, too, a small gap must be provided between the profiled sheet metal 3 and the insulation 9 in order to allow the water to be heated to pass through. This type of design can be particularly advantageous for small collectors.
Fig. 6: It is sufficient if the water to be heated only fills the profile depth between the profile sheets 3, 4 and between the webs. It doesn't have to run in the narrow walkways as well. It has been shown that these webs give off their heat to the water flowing past due to the thermal conduction of the metal.
With regard to the term distance, the following has to be defined: The distance 25 in FIG. 6, between the profiled sheets 3 and 4, as used for characterization in the claims, relates to the cavity where the medium to be heated flows. It is obvious that the sheet metal spacing is larger in the inlet pipe 7 and smaller in the ribs.