[0001] Die Erfindung betrifft ein heliothermisches Sonnenkollektor-Element mit einer Aussenwand, mindestens einem Zwischenkörper aus thermisch isolierendem Material, mindestens einem im Sonnenkollektor-Element angeordneten Rohr zum Durchleiten eines Wärmeträger-Mediums, wobei das Rohr mit der Aussenwand des Sonnenkollektor-Elements wärmeleitend in Wirkverbindung steht, und mindestens einer Anschlussstelle des Rohres nach Patentanspruch 1.
[0002] Die Erfindung betrifft zudem ein Dach und eine Fassade nach Patentanspruch 16 und 15, welche aus erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen hergestellt oder mit ihnen ausgestattet ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen in einem Endlosverfahren nach Patentanspruch 17.
[0003] Es ist bekannt,
Dacheindeckungs-Elemente und Fassaden-Elemente als thermische Sonnenkollektoren auszubilden.
[0004] So zeigen und beschreiben AT 370 821 und AT 373 661 eine Dacheindeckungsplatte aus Beton oder keramischen Werkstoffen mit einer an der Plattenunterseite vorgesehenen Wärmeleitvorrichtung. Zur wärmeübertragenden seitlichen Anlage an ein Wärmeträger-Medium führendes Rohr, das in Dachneigungsrichtung verlaufend auf der Dachkonstruktion befestigt ist, weist die Wärmeleitvorrichtung in Form von Wärmeleitblechen zumindest zwei im Wesentlichen ebene Blechstreifen auf, die einander gegenüberliegend angeordnet von den Wärmeleitblechen nach unten abstehen. Der praktische Einsatz dieser vorbekannten Konstruktion scheitert an den mit der Montage verbundenen Schwierigkeiten.
[0005] AT 356 340 bezieht sich ebenfalls auf eine Dacheindeckung, die als Sonnenkollektor ausgebildet ist.
Sie besteht aus einzelnen Hohlprofilplatten mit in Längsrichtung verlaufenden Profilkammern. Diese Hohlprofilplatten weisen an ihren Längsrändern je eine Nut und am anderen Längsrand eine dazu korrespondierend ausgebildete Feder auf. In den Profilkammern sind Rohre eingezogen.
[0006] FR 2 421 348 zeigt einen rinnenförmigen Dachziegel, an dessen konvexer Oberseite eine schlangenlinienartig verlaufende Rinne eingearbeitet ist, mit endseitig nach unten gerichteten Austrittsöffnungen.
Der die Rinne aufweisende Bereich der Oberseite des Ziegels ist mit einer lichtdurchlässigen, glasartigen Abdeckung ausgestattet.
[0007] Auch FR 2 466 718 zeigt einen rinnenförmigen Dachziegel, wobei in diesem Fall das das Wärmeträger-Medium aufnehmende Rohr an der konkaven Seite des Ziegels angeordnet ist.
[0008] Aus FR 2 498 664 sind flache, hohle Dachziegel bekannt, die an ihrer Unterkante nach unten offene Anschlusskrümmer und an ihrer Oberkante nach oben gerichtete Anschlussstutzen aufweisen. Im Dachziegelverband übergreifen die Krümmer die Anschlussstutzen, wobei die sich übergreifenden Teile absatzartig ausgestaltet sind und in einer durch diese absatzartige Ausgestaltung gebildeten Ringnut eine Dichtung liegt.
Darüber hinaus sind diese flachen Hohlziegel mittels einer Haken-Schrauben-Verbindung mit der Dachkonstruktion verbunden.
[0009] WO 97/44 547 zeigt ein wasser-undurchlässiges Dacheindeckungselement, welches die Optik allgemein gebräuchlicher Dachziegel, Dachschindeln, Dachplatten oder dergleichen aufweist. Der Elementkörper ist an seiner Dachaussenseite mit einem thermischen Sonnenkollektor festhaftend bedeckt oder ummantelt, der aus lackiertem oder beschichtetem Aluminium besteht. Der Elementkörper kann dazu aus einer oder mehreren Schichten aus verschiedenen Materialien bestehen, wobei zumindest eine aus wärmedämmendem Material gebildet ist, so dass ein kältebrücken-freies Verbundelement entsteht.
Der thermische Sonnenkollektor besteht aus zwei zueinander passenden Plattenkörpern, welche miteinander dicht verschweisst, verlötet, verklebt oder anderweitig festhaftend dicht verbunden sind. Zwischen den Plattenkörpern wird ein Hohlraum gebildet, welcher von einem Wärmeträger-Medium durchströmbar ist. Am unterseitigen Plattenkörper befinden sich das mit Gewindeenden ausgestattete Zufluss- und Abflussöffnungsrohr für das Wärmeträger-Medium.
[0010] DE 10 164 670 A1 zeigt ein heliothermisches Flachkollektormodul mit einem Metallblech-Paneel, einer registerförmigen Anordnung von Röhren und einem thermoisolierenden Hartschaum-Kern, das zur Eindeckung von Dächern und zum Verkleiden von Fassaden verwendet werden kann.
Die das Wärmeträger-Medium führenden Röhren werden auf Trägerschienen befestigt, welche dann wiederum in vorgefrästen Auskehlungen des Hartschaum-Kerns eingelegt und verklebt werden.
[0011] WO 02/18 846 A2 zeigt ein analoges heliothermisches Flachkollektormodul, bei welchem eine gitterartige Anordnung von Kapillar-Röhrchen wärmeleitend mit dem Metallblech-Paneel verbunden ist. Die Befestigung der Kapillar-Röhrchen erfolgt durch Umhüllen mit einer wärmeleitenden Schicht, wie zum Beispiel durch Aufspritzen von Metallpartikeln.
[0012] Bei den relativ klein dimensionierten Ausführungsformen der obenstehend beschriebenen bekannten Sonnenkollektor-Elemente führt die Endmontage und die Wartung zu hohen Kosten, weil viele Anschlüsse an die Vorlauf- und Rücklauf-Leitungen des Wärmeträger-Mediums erstellt werden müssen.
Zudem müssen bei allen bekannten Lösungen die Sonnenkollektor-Elemente stückweise in mehreren Arbeitschritten hergestellt werden, was die Produktion erheblich verteuert.
[0013] Ziel der vorliegenden Erfindung sind deshalb heliothermische Sonnenkollektor-Elemente, die in einem kostengünstigen Endlosverfahren produzierbar sind, indem sie aus einem kontinuierlich produzierten endlosen Strang durch einen einfachen Abtrenn-Vorgang (z.B. durch Sägen) in verschiedenen Längen herstellbar sind. Damit sind auch wesentlich grössere Sonnenkollektor-Elemente als bisher herstellbar, mit einer geringeren Anzahl zu erstellender externer Anschlüsse, was den Aufwand für Montage und Wartung ebenfalls verringert.
Auch eine Anpassung von in einer Standard-Länge produzierten erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen durch einfaches Ablängen am Ort des Einbaus (z.B. auf einer Baustelle) ist möglich.
[0014] Zur Erreichung der obengenannten Ziele muss der kontinuierlich produzierte endlose Strang, und damit auch die aus ihm hergestellten Sonnenkollektor-Elemente, über einen geeigneten inneren Aufbau verfügen. Dies wird erreicht durch eine sandwichartige Struktur des endlosen Strangs und der Sonnenkollektor-Elemente, und durch eine spezielle Gestaltung des für Energieaufnahme und -transport mittels Wärmeträger-Medium notwendigen Leitungssystems. Dieses ist ein in einer Dimension endloses, über eine translatorische Symmetrie verfügendes Rohrsystem, im Gegensatz zu den im Stand der Technik verwendeten Leitungssystemen mit festen Abmessungen.
Beim Ablängen des Sonnenkollektor-Elements vom endlosen Strang werden eine oder mehrere der translatorischen Symmetrie-Einheiten des Rohrsystems zum Rohrsystem des Sonnenkollektor-Elements. Die Schnittebene wird vorteilhaft so gewählt, dass die entstehenden angeschnittenen Rohre gleich als Anschlüsse beispielsweise an Vorlauf- und Rücklauf-Leitungen verwendet werden können. Je nach Art des verwendeten Rohrsystems werden nicht alle entstandenen Anschlüsse benötigt. Diese können durch Verschweissen, Verlöten, Verkleben, Abquetschen, Verstopfen oder durch andere geeignete Methoden dicht verschlossen werden.
Mögliche Gestaltungsformen eines geeigneten Rohrsystems sind Rohrschlangen oder leiterförmige Rohrgitter, es sind aber auch andere Lösungen möglich, wie beispielsweise lineare Leitungen.
[0015] Die kontinuierliche Zuführung von vorproduzierten Blechen und Folien kann ab entsprechenden Rollen erfolgen. Ein thermisch isolierender Zwischenkörper kann ebenfalls ab einer Rolle zugeführt werden, ein mögliches Beispiel sind Matten aus Steinwolle. Der Zwischenkörper kann aber auch vor Ort produziert und kontinuierlich als endlose Platte zugeführt werden, wie zum Beispiel HD-Polyethylen-Hartschaumplatten. In einer weiteren Variante entsteht der thermisch isolierende Zwischenkörper erst während des Herstellungsprozesses des endlosen Stranges, zum Beispiel durch Aufschäumen eines Polyurethan-Vorpolymers.
Das endlose Rohrsystem kann vorproduziert ab Rollen zugeführt oder vor Ort aus einem handelsüblichen Rohr hergestellt werden.
[0016] Nachfolgend werden die erfindungsgemässen Sonnenkollektoren in ihren verschiedenen möglichen Ausführungsformen anhand von Figuren erläutert und detailliert beschrieben. Ebenso werden Dächer und Fassaden von Gebäuden besprochen, welche mit erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen ausgestattet oder aus solchen hergestellt sind. Verschiedene Ausführungsbeispiele für ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elemente werden diskutiert.
<tb>Fig. 1<sep>zeigt ein erfindungsgemässes Sonnenkollektor-Element in Parallelperspektive.
<tb>Fig. 2<sep>zeigt dasselbe erfindungsgemässe Sonnenkollektor-Element als Explosionszeichnung.
<tb>Fig. 3<sep>zeigt eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elements in Draufsicht.
<tb>Fig. 4 bis 6<sep>zeigen weitere alternative Ausführungsformen von erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen in Draufsicht.
<tb>Fig. 7<sep>zeigt einen Ausschnitt eines endlosen Strangs in Draufsicht.
<tb>Fig. 8 und 8a<sep>zeigen Ausschnitte von weiteren Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elements.
<tb>Fig. 8b<sep>zeigt einen Ausschnitt zweier verbundener, erfindungsgemässer Sonnenkollektor-Elemente in einer bevorzugten Ausführungsform.
<tb>Fig. 9 bis 12<sep>zeigen Ausschnitte von weiteren Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elements.
<tb>Fig. 13<sep>zeigt eine Fassade eines Gebäudes, ausgestattet mit erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen.
<tb>Fig. 14<sep>zeigt ein giebelförmiges Dach eines Gebäudes, ausgestattet mit erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen.
<tb>Fig. 15<sep>zeigt ein tonnenförmiges Dach eines Gebäudes, ausgestattet mit erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen.
<tb>Fig. 16<sep>zeigt schematisch eine Variante eines Verfahrens zur Herstellung von erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen.
<tb>Fig. 17<sep>zeigt schematisch eine weitere Variante eines Verfahrens zur Herstellung von erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen.
<tb>Fig. 18<sep>zeigt schematisch eine mögliche Variante für das Aufbringen eines endlosen Rohrelements.
<tb>Fig. 19<sep>zeigt schematisch eine mögliche Variante für die einstückige Fertigung der Wände eines erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elements.
[0017] Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elements 1 in Parallelperspektive mit einer Aussenwand 2, einer Innenwand 3 und einem thermisch isolierenden Zwischenkörper 4. Sichtbar sind auch zwei Anschlussstellen 6 an zwei nicht sichtbare Rohre. Die Lage der Anschlussstellen 6 kann aufgrund der konkreten Bedürfnisse verschieden gewählt werden. Fig. 2 zeigt das gleiche Sonnenkollektor-Element 1 in Explosionsdarstellung. Ein sich an der äusseren Fläche 7 des Zwischenkörpers 4 befindendes Rohr 5 ist als Rohrschlange 9 ausgebildet und ist teilweise in den Zwischenkörper 4 eingebettet. Es steht mit der Aussenwand 2 wärmeleitend in Wirkverbindung.
Ein sich an der inneren Fläche 8 des Zwischenkörpers 4 befindendes Rohr 5 ist ebenfalls als Rohrschlange 9 ausgebildet. Zur besseren Sichtbarkeit ist es in der Explosionsansicht getrennt vom Zwischenkörper dargestellt.
[0018] Die Aussenwand 2 dient der Absorption der von der Sonne abgestrahlten Energie im Bereich des sichtbaren und infraroten Lichts. Um einen möglichst hohen Absorptionsgrad zu erreichen, kann die Aussenwand 2 eine dunkle Farbe aufweisen, idealerweise schwarz. Eine solche Farbgebung ist jedoch keineswegs zwingend und kann z.B. ästhetischen Wünschen angepasst werden. Die Aussenwand 2 kann aus Metallblech, Metallfolie oder aus steifer oder flexibler Polymerfolie gefertigt sein. Vorzugsweise wird Metallblech verwendet (z.B.
Kupfer-, Aluminium-, Stahl- oder Messingblech), weil Metalle eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und gegen Witterungseinflüsse resistenter sind. Für die der Einstrahlungsrichtung abgewandte Innenwand 3 können die gleichen Materialen verwendet werden wie für die Aussenwand 2. Es können aber auch Holzplatten, Faserplatten oder Polymerplatten verwendet werden.
[0019] Der thermisch isolierende Zwischenkörper 4 dient der Wärmeisolation eines Gebäudes gegen die Umgebung. Zu diesem Zweck können für den Zwischenkörper 4 verschiedene Materialien verwendet werden, wie beispielsweise tierische oder pflanzliche Fasermaterialien (z.B. Baumwolle, Zellulosedämmstoffe (Isofloc<(RTM)>), Holzwolle) oder organische oder anorganische/mineralische Fasermaterialien (z.B.
Kunststoff-Vlies, Steinwolle, Glaswolle) oder aber auch aufgeschäumte Polymer-Materialien, wie beispielsweise Polyolefin-, Polystyrol- und Polyurethan-Schaumstoffe. Das Rohr 5 kann aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt sein, beispielsweise Kupfer, Aluminium, Stahl, Messing, Polyolefin oder PVC. Das Rohr 5 kann auch als flexibler Schlauch gestaltet sein. Der Querschnitt des Rohrs kann verschiedene Formen haben, beispielsweise rund, oval, rechteckig, dreieckig, halbrundförmig oder sonst wie abgeflacht. Ein abgeflachter Querschnitt in Richtung der Aussenwand 2 oder Innenwand 3 erhöht die Kontaktfläche mit der Aussenwand 2 bzw. Innenwand 3 und damit auch den Wärmefluss zwischen dem Wärmereservoir - der durch die Sonneneinstrahlung erhitzten Aussenwand 2 - und dem Wärmeträgermedium innerhalb des Rohres 5.
Möglich ist auch die Verwendung eines im Handel erhältlichen Rohres, welches in Längsrichtung über eine Scheidewand verfügt. Diese unterteilt das Rohr in zwei Kammern gleichen Querschnitts, durch welche das Wärmeträger-Medium in zwei einander entgegengesetzten Richtungen fliessen kann. In einem solchen Fall kann ein Ende des Rohres eine geschlossene Anschlussstelle 6a sein, bei der ein Teil der Scheidewand am Ende entfernt ist, um einen Fluss von der Vorlaufkammer in die Rücklaufkammer zu ermöglichen.
[0020] Fig. 3 zeigt das gleiche Sonnenkollektor-Element 1 wie in Fig. 1 in Draufsicht, mit transparent dargestellter Aussenwand 2, um die Lage der Rohrschlange 9 zu veranschaulichen. Im dargestellten Beispiel enthält das Rohr 5 neunzehn translatorische Symmetrie-Einheiten, welche im Falle der gezeigten Rohrschlange 9 einer halben Schlaufe entsprechen.
Fig. 4 zeigt ein analoges erfindungsgemässes Sonnenkollektor-Element 1, in welchem das Rohr 5 anstatt als Rohrschlange als Rohrgitter 10 ausgebildet ist. Im dargestellten Beispiel enthält das Rohrgitter neunzehn einzelne translatorische Symmetrie-Einheiten (hier Sprossen des Rohrgitters 10).
[0021] Von den vier Anschlussstellen sind zwei als geschlossene Anschlussstellen 6a ausgebildet, was bedeutet, dass zwei der vier beim Abtrennen vom endlosen Strang entstehenden Anschlüsse verschlossen wurden. Das Wärmeträger-Medium (in der Regel Wasser, wegen seiner hohen spezifischen Wärmekapazität, mit einem Anteil Frostschutzmittel wie z.B.
Glykol, um das Gefrieren der Leitungen zu vermeiden) fliesst von einem ersten Anschluss 6 durch die verschiedenen Sprossen zu einem zweiten Anschluss 6.
[0022] Fig. 5 zeigt eine Variante des erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elements 1, in welchem das Rohr 5 als Rohrschlange 9 ausgebildet ist, deren Schlaufen parallel zur Strangrichtung 19 verlaufen. Die Rohrschlange 9 entspricht demnach einer Symmetrieeinheit. Eine dazugehörige zweite Symmetrieeinheit ist gestrichelt dargestellt. Fig. 6 zeigt ein erfindungsgemässes Sonnenkollektor-Element 1, in welchem mehrere Rohre 5 parallel zur Strangrichtung 19 verlaufen.
[0023] Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt aus einem endlosen Strang 30, bei welchem durch einen Schnitt entlang einer Abtrennfläche 12 ein einzelnes Sonnenkollektor-Element 1 herstellbar ist.
Durch geeignete Wahl der Position der Abtrennfläche 12 entstehen beim Abtrennen die Anschlussstellen 6 an das Rohr 5, welches in diesem Fall als Rohrschlange 9 ausgebildet ist.
[0024] Die Aussenwand 2 und Innenwand 3 muss keineswegs flach gestaltet sein, wie in den bisher gezeigten Beispielen. Aus verschiedenen Gründen (z.B. Stabilität, Biegefestigkeit, vergrösserte Kontaktfläche für Wärmeaustausch mit Umgebungsluft, ästhetische Überlegungen) kann eine profilierte Gestaltung der Aussenwand 2 und/oder der Innenwand 3 gewünscht sein.
[0025] Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elements 1, bei welchem die Aussenwand 2 ein gewelltes Profil aufweist.
Mögliche Verläufe der Rohrschlange 9, welche mit der Aussenwand 2 wärmeleitend in Wirkverbindung steht, und deshalb vorteilhaft parallel zur Aussenwand 2 verläuft, sind durch gestrichelte Linien dargestellt.
[0026] Fig. 8a zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elements 1, analog zum Beispiel in Fig. 8, bei welchem jedoch das gewellte Profil in Längsrichtung verläuft. Dies führt zu einer erhöhten Steifigkeit des Sonnenkollektor-Elements in Strangrichtung.
[0027] Fig. 8b zeigt eine bevorzugte Variante eines erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elements 1, welches in Längsrichtung ein eckiges Profil aufweist. Die Rohre (nicht sichtbar) sind im gezeigten Beispiel als lineare Leitungen ausgestaltet und in Längsrichtung gefluchtet.
Der gezeigte Ausschnitt zeigt zwei Sonnenkollektor-Elemente 1, welche miteinander form- und kraftschlüssig verbunden sind. Eine erste und zweite Seitenwand 11 des Sonnenkollektor-Elements ist so ausgestaltet, dass in der Endmontage auf einem Dach oder einer Fassade zwei benachbarte Sonnenkollektor-Elemente 1 durch Verschränken der ersten bzw. zweiten Seitenwand 11 der jeweiligen Sonnenkollektor-Elemente diese miteinander form- und kraftschlüssig verbunden werden können. Die Seitenwände 11, die Aussenwand 2 und die Innenwand 3 sind einstückig gefertigt, was beispielsweise durch entsprechendes Falten eines einstückigen Bleches geschehen kann. Die zwei Ränder des Bleches sind durch Verkleben, Verschweissen, Verlöten oder eine andere Art und Weise form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden.
Der Ort dieser Verbindungsstelle zwischen den Rändern ist in Fig. 8b nicht gezeigt, liegt aber vorteilhaft an einer Seitenwand 11.
[0028] Fig. 9 zeigt einen Ausschnitt eines anderen Beispiels eines erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elements 1 mit einer profilierten Innenwand 3. Die Innenwand 3 verfügt über rippenförmige, von der Innenwand 3 her gesehen konkave Einbuchtungen 13. Der Zwischenkörper 4 ist nicht dargestellt. Ein Rohrgitter 10 ist wärmeleitend mit der Innenwand 3 verbunden, die Sprossen des Rohrgitters 10 liegen zwischen den konkaven Einbuchtungen 13.
[0029] Vorteilhafterweise wird der Zusammenhalt des Sonnenkollektor-Elements 1 über kraftschlüssige Verbindungen zwischen Innenwand 3, Zwischenkörper 4 und Aussenwand 2 gewährleistet.
Es kann jedoch wünschbar oder notwendig sein, Innenwand 3 und Aussenwand 2 durch zusätzliche Verbindungselemente kraft- und/oder formschlüssig zu verbinden.
[0030] Fig. 10 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elements 1, bei welchem der sandwichartige Aufbau des Sonnenkollektor-Elements 1 durch an der Seitenwand angebrachte Klammer-Elemente 20 zusammengehalten wird. Fig. 11 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elements 1, bei welchem zu diesem Zweck an der Seitenwand 11 ein Seitenabschlussteil 14 angebracht ist.
[0031] In bevorzugten Ausführungsformen von erfindungsgemässen Sonnekollektor-Elementen, wie sie in der Fig. 12 gezeigt ist, sind ein seitlicher Rand sowohl der Aussenwand 2 als auch der Innenwand 3 in einem rechten Winkel gebogen, liegen parallel zur Seitenwand 11 und überlappen einander teilweise.
Aussenwand 2 und Innenwand 3 können beispielsweise miteinander verklebt, verschweisst oder verlötet oder auf irgendeine andere Weise kraft- und/oder formschlüssig verbunden sein. Die Möglichkeit einer einstückigen Hülle, beinhaltend Aussenwand 2, Innenwand 3 und Seitenwände 11, wurde bereits erwähnt.
[0032] Erfindungsgemässe Sonnenkollektor-Elemente 1 können sowohl zur Verkleidung von Fassaden als auch zur Eindeckung von Dächern verwendet werden. Bei einer ausreichend steifen Gestaltung können die Sonnenkollektor-Elemente vorzugsweise auch selbsttragend verwendet werden. Insbesondere ist es damit möglich, bei Dächern die nötige Tragkonstruktion (den Dachstuhl), wie er zum Beispiel bei Ziegeldächern notwendig ist, zu reduzieren.
Bei Fassaden ist es möglich, diese direkt aus erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen aufzubauen.
[0033] Mit einem mit der Innenwand 3 des Sonnenkollektor-Elements wärmeleitend in Wirkverbindung stehenden Rohr 5 ist man in der Lage, den Innenraum eines Gebäudes zu heizen oder gegebenenfalls zu kühlen, indem die aufgenommene Wärmeenergie an einer passenden Stelle, beispielsweise an der Aussenwand, wieder abgegeben wird. Möglich ist auch die Aufnahme von Wärme an einer sonnenbestrahlten Stelle einer mit erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen ausgestatteten Fassade oder eines entsprechenden Daches und der Transport der aufgenommenen Wärmeenergie zu einer kälteren Stelle.
[0034] Fig. 13 zeigt eine Fassade 17 eines Gebäudes, ausgestattet mit erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen 1.
Das linke Sonnenkollektor-Element 1 verfügt auf der der Aussenwand 2 zugewandten Seite über ein als Rohrschlange 9 ausgebildetes Rohr 5 (Lage hinter Aussenwand 2 gestrichelt dargestellt). Das mittlere Sonnenkollektor-Element 1 verfügt über zwei Rohrschlangen 9. Das rechte Sonnenkollektor-Element 1 verfügt über ein Rohrgitter 10. Alle Sonnenkollektor-Elemente 1 sind auf der Fassadenunterseite über die Anschlussstellen 6 mit einer Vorlaufleitung 15 und auf der Fassadenoberseite mit einer Rücklaufleitung 16 verbunden. Dies entspricht der üblichen Flussrichtung des Wärmeträger-Mediums in Sonnenkollektor-Anlagen. Alternativ kann das Wärmeträger-Medium auch durch die Wirkung der Gravitation von einer obenliegenden Vorlaufleitung zu einer untenliegenden Rücklaufleitung befördert werden.
Eine Montage der Sonnenkollektor-Elemente 1 in Richtung der Falllinie einer Fassade oder eines Daches ist nicht zwingend. Ebenso können die Sonnenkollektor-Elemente 1 waagrecht oder in jedem anderen Winkel angebracht werden.
[0035] Fig. 14 zeigt ein Dach (18) eines Gebäudes in der Form eines Giebeldaches, ausgestattet mit erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen 1. Das von rechts her gesehen zweite Sonnenkollektor-Element 1 ist mit einem Rohrgitter ausgestattet. Das von rechts her gesehen vierte Sonnenkollektor-Element 1 verfügt auf der der Aussenwand 2 zugewandten Seite über eine Rohrschlange 9. An der höchsten Stelle des Daches sind die Sonnenkollektor-Elemente 1 von einem Giebelteil 21 abgedeckt. Ein Hohlraum zwischen Giebelteil 21 und Sonnenkollektor-Elementen 1 ist ausgeschäumt, um Wärmeverluste zu vermindern.
Die einzelnen Sonnenkollektor-Elemente 1 können beispielsweise über eine Verbindung analog zu der in Fig. 8b gezeigten Verbindung untereinander verbunden sein.
[0036] Fig. 15 zeigt ein tonnenförmiges Dach (18) eines Gebäudes, zum Beispiel einer Halle, ausgestattet mit erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen 1.
Die einzelnen Sonnenkollektor-Elemente 1 sind bogenförmig ausgestaltet und auf einer nicht dargestellten Tragkonstruktion montiert und reichen von der unteren Dachkante bis zum höchsten Punkt des Daches, wo im dargestellten Beispiel die Rücklaufleitung 16 angeordnet ist.
[0037] Die Herstellung eines endlosen Strangs 30, aus welchem anschliessend durch wiederholtes Ablängen erfindungsgemässe Sonnenkollektor-Elemente 1 hergestellt werden können, erfolgt wie bereits erwähnt gemäss der vorliegenden Erfindung in einem Endlosverfahren.
[0038] Fig. 16 zeigt schematisch vereinfacht eine mögliche Variante eines solchen Verfahrens zur Herstellung von erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen 1. Die dazu notwendigen weiteren Vorrichtungen, wie z.B. verschiedene Walzen und Rollen 32, sind nur vereinzelt zum besseren Verständnis dargestellt.
Eine vorproduzierte erste Bahn 22, welche im vorliegenden Beispiel zur Aussenwand 2 wird, wird ab einer Rolle (nicht gezeigt) von links unten her zugeführt und kontinuierlich von links nach rechts geführt. Aus einer Vorrichtung 26 zum Auftragen von Klebstoff wird Klebstoff 25 auf die erste Bahn 22 gebracht. Der Klebstoff 25 kann als durchgehende Schicht, streifenförmig, schlangenlinienförmig, oder in anderer Form aufgebracht werden. Das Aufbringen kann z.B. durch Streichen, Giessen oder Sprühen geschehen. Vorteilhafterweise wird ein wärmeleitender Klebstoff verwendet, um eine möglichst gute Wärmeleitung zwischen Wand und Rohr zu gewährleisten. Von links oben wird ein endloses, translatorische Symmetrie aufweisendes Rohrelement 23 zugeführt und mit der ersten Bahn 22 bündig zusammengebracht.
Anschliessend wird mittels einer Vorrichtung 27 zum Auftragen von Polymer- oder Vorpolymermasse ein geeignetes Polyurethan-Vorpolymergemisch auf die erste Bahn aufgebracht. Das anschliessend aufschäumende Polymer 24 erreicht nach einer gewissen Zeit seine maximale gewünschte Dicke. Vor oder nach Erreichen dieses Werts wird von links oben eine zweite Bahn 22 ¾ zugeführt (welche im vorliegenden Beispiel später zur Innenwand 3 wird) und mit dem entstandenen Polyurethan-Schaumstoff-Zwischenkörper 4 kraftschlüssig verbunden. Aus dem sich kontinuierlich von links nach rechts bewegenden endlosen Strang 30 wird mittels einer geeigneten Abtrennvorrichtung 28, schematisch dargestellt durch zwei schwarze Keile, entlang einer geeigneten Abtrennfläche 12 ein Sonnenkollektor-Element 1 abgelängt.
Als Abtrennvorrichtungen können beispielsweise Bandsägen, Drahtsägen, Wasserstrahlsägen, Drehfräsen oder Schneidemesser verwendet werden. Das entstandene Sonnenkollektor-Element 1 wird nach rechts weggeführt. Eventuell überzählige Anschlussstellen 6 werden verschlossen.
[0039] Die gezeigten Richtungen der Zuführung und die Anordnung der einzelnen Vorrichtungen stellen lediglich ein Beispiel einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens dar. Für den Fachmann ist klar, dass im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens die einzelnen Verfahrenschritte auch in anderer zeitlicher Abfolge möglich sind und die Vorrichtungen anders angeordnet sein können.
[0040] Anstatt auf die erste Bahn 22 kann beispielsweise der Klebstoff 25 auch auf das endlose Rohrelement 23 gebracht werden.
Ebenfalls möglich ist das kraftschlüssige Verbinden der ersten Bahn 22 und des endlosen Rohrelements 23 nach dem bündigen Zusammenführen von erster Bahn 22 und endlosem Rohrelement 23, beispielsweise durch Löten oder mittels Aufsprühen einer haftenden Schicht Metallpartikel (wie z.B. offenbart in WO 02/18 846). Vor dem Aufbringen der zweiten Bahn 22 ¾ kann auch noch ein zweites endloses Rohrelement 23 ¾ auf den Zwischenkörper 4 aufgebracht werden, welches anschliessend analog zum ersten endlosen Rohrelement 23 wärmeleitend mit der zweiten Bahn 22 ¾ verbunden wird.
[0041] Fig. 17 zeigt eine andere Variante eines Verfahrens zur Herstellung von erfindungsgemässen Sonnenkollektor-Elementen 1. Ein endloser Zwischenkörper 4, beispielsweise aus geschäumtem HD-Polyethylen, wird von links kontinuierlich nach rechts geführt.
Mittels Auftragvorrichtungen 26 für Klebstoff (hier dargestellt zwei Sprühvorrichtungen) wird Klebstoff auf beiden Seiten des Zwischenkörpers aufgebracht. Ein erstes und ein zweites endloses Rohrelement 23, 23 ¾ werden anschliessend auf die beiden Flächen des Zwischenkörpers 4 aufgebracht, wo sie durch den zuvor aufgebrachten Klebstoff mit dem Zwischenkörper 4 kraftschlüssig verbunden werden. Abschliessend werden zwecks Bildung der Innenwand 3 und Aussenwand 2 eine erste und zweite Bahn 22, 22 ¾ zugeführt und mit den endlosen Rohrelementen 23, 23 ¾ wärmeleitend verbunden.
Aus dem entstandenen endlosen Strang 30 werden wie bereits im vorhergehenden Beispiel beschrieben durch eine Abtrennvorrichtung 28 die einzelnen Sonnenkollektor-Elemente 1 abgelängt.
[0042] Die gezeigten Richtungen der Zuführung und die Anordnung der einzelnen Vorrichtungen stellen wiederum nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dar und können im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens auch anders angeordnet sein. Insbesondere können die Vorrichtungen 26 zum Aufbringen von Klebstoff auch an einer Stelle angebracht werden, an welcher die endlosen Rohrelemente 23, 23 ¾ bereits bündig zum Zwischenkörper angeordnet sind. Andere Möglichkeiten wurden schon im vorhergehenden Beispiel erwähnt.
[0043] Fig. 18 veranschaulicht das Aufbringen eines endlosen Rohrelements 23 auf eine erste Bahn 22.
Das endlose Rohrelement 23, im dargestellten Fall eine Rohrschlange, wird vorproduziert ab einer Rolle zugeführt oder in der Nähe der Anlage aus normalem Rohr hergestellt. Mittels geeigneter Zuführelemente 31, hier dargestellt ein Führungsblech, und einer Walze 32 wird das Rohrelement 23 bündig auf der ersten Bahn 22 (bzw. zweiten Bahn 22 ¾) angeordnet.
[0044] Fig. 19 zeigt schematisch eine mögliche bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, in welchem Aussenwand 2 und Innenwand 3 einstückig aus einer ersten Bahn 22 gefertigt werden. Die erste Bahn 22 mit einer ersten Kante 33 und einer zweiten Kante 33 ¾ wird zugeführt. Ein erstes endloses Rohrelement 23 und ein zweites endloses Rohrelement 23 ¾ werden auf der ersten Bahn 22 aufgebracht und mit dieser wärmeleitend in Wirkverbindung gebracht (siehe Fig. 19(A)).
Das zweite Rohrelement 23 ¾ kann auch weggelassen werden. Der endlose Zwischenkörper 4 kann vor oder nach dem Faltvorgang eingebracht werden.
[0045] Die erste Bahn 22 wird in Längsrichtung im Wesentlichen in der Mitte, entlang der gestrichelten Linie, in Längsrichtung gefaltet (siehe Fig. 19(B)). Die erste Bahn 22 wird wiederum in Längsrichtung entlang der gestrichelten Linie in Längsrichtung gefaltet (siehe Fig. 19(C)), wobei nun aus der ersten Bahn 22 eine Aussenwand 2, eine Seitenwand 11 und eine Innenwand 3 wird.
[0046] In einem weiteren Schritt (nicht dargestellt) werden die erste und zweite Kante 33, 33 ¾ entlang der gestrichelten Linie in Längsrichtung gefaltet. Die erste Kante 33 und die zweite Kante 33 ¾ werden verklebt, verschweisst, verlötet oder sonst wie kraft- und/oder formschlüssig verbunden.
Dabei bildet sich eine weitere Seitenwand 11.
[0047] Je nach den gewählten Dimensionen der verwendeten Rohre 5, der Materialeigenschaften von Aussenwand 2 und Innenwand 3 und des thermisch isolierenden Zwischenkörpers 4 kann es von Vorteil sein, das Rohr 5 bündig auf der äusseren/inneren Fläche des Zwischenkörpers 4 anzubringen (z.B. bei der Verwendung von Fasermatten als Zwischenkörper) oder ganz/teilweise im Zwischenkörper 4 einzubetten (wie in Fig. 1 dargestellt). Um das Rohr in den Zwischenkörper einzubetten, können passende Kehlungen aus dem Zwischenkörper gefräst werden, der in diesem Fall eine gewisse Festigkeit aufweisen sollte, wie z.B. HD-Polyethylen-Schaumstoff.
Möglich ist auch eine Erzeugung der nötigen Vertiefung durch Schmelzen des thermoplastischen Polymers mittels eines erhitzten Werkzeugs, oder aber die Erhitzung des Rohres selbst, vor dem Aufbringen auf den Zwischenkörper mittels einer Walze. Durch den entstehenden Anpressdruck wird das erhitzte Rohr in den thermoplastischen Zwischenkörper gedrückt, der dabei schmilzt und dem Rohr Platz macht. In diesem Fall muss das Rohr entsprechend hitzeresistent sein, was bei Metallrohren gegeben ist. Ebenfalls möglich ist das Erhitzen der Aussenwand/lnnenwand vor oder nach dem Aufbringen auf den Zwischenkörper, was zu einem partiellen Schmelzen des thermoplastischen Zwischenkörpers und nach dessen Wiedererkalten zu einer formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen Zwischenkörper 4, Rohr 5 und Aussenwand 2 bzw.
Innenwand 3 führt.
[0048] Die Art des Erhitzens des Rohres 5 oder der Aussenwand 2 bzw. Innenwand 3 ist nicht relevant. Möglich sind beispielsweise eine Erhitzung mittels Kontakt mit einem Heizelement, z.B. eine geheizte Walze 32, mittels eines Gasbrenners, oder mittels Erwärmung durch Durchleitung von Strom.
[0049] Zwischen Rohr 5 und Zwischenkörper 4 kann auch eine Lage Metall- oder Polymerfolie angeordnet werden. Dies verhindert beispielsweise das Eindringen von noch flüssiger Vorpolymermasse zwischen Rohr und Aussenwand 2 bzw. Innenwand 3 während eines Aufschäumungsvorganges wie in Fig. 16 dargestellt.
Bei Verwendung einer Metallfolie wird zudem die Wärmeleitung zwischen Wand und Rohr zusätzlich vergrössert.
Bezugszeichenliste:
[0050]
1 : Sonnenkollektor-Element
2 : Aussenwand
3 : Innenwand
4 : Zwischenkörper
5 : Rohr
6 : Anschlussstelle
6a : Geschlossene Anschlussstelle
7 : Äussere Fläche
8 : Innere Fläche
9 : Rohrschlange
10 : Rohrgitter
11 : Seitenwand
12 : Abtrennfläche
13 : Konkave Einbuchtung
14 : Seitenabschlussteil
15 : Vorlaufleitung
16 : Rücklaufleitung
17 : Fassade
18 : Dach
19 : Strangrichtung
20 : Klammer-Element
21 : Giebelteil
22 : Erste Bahn
22 ¾ : Zweite Bahn
23 : Erstes endloses Rohrelement
23 ¾ : Zweites endloses Rohrelement
24 : Aufschäumendes Polymer
25 : Klebstoff
26 : Vorrichtung zum Auftragen von Klebstoff
27 : Vorrichtung zum Auftragen von Polymer- oder Vorpolymermasse
28 : Abtrennvorrichtung
29 : Polymer- oder Vorpolymermasse
30 :
Endloser Strang
31 : Zuführelement
32 : Walze
33 : Erste Kante
33 ¾ : Zweite Kante
The invention relates to a heliothermic solar collector element having an outer wall, at least one intermediate body made of thermally insulating material, at least one arranged in the solar collector element tube for passing a heat transfer medium, wherein the tube with the outer wall of the solar collector element heat-conducting in Active connection is, and at least one connection point of the tube according to claim 1.
The invention also relates to a roof and a facade according to claim 16 and 15, which is made of inventive solar panel elements or equipped with them, and a method for producing inventive solar panel elements in a continuous process according to claim 17th
It is known
Form roofing elements and façade elements as solar thermal collectors.
Thus, AT 370 821 and AT 373 661 show and describe a roof covering plate made of concrete or ceramic materials with a heat conducting device provided on the underside of the plate. For heat-transferring lateral system to a heat transfer medium-leading pipe, which is fixed in the roof pitch direction running on the roof construction, the heat-conducting in the form of Wärmeleitblechen at least two substantially flat sheet metal strips which are arranged opposite each other from the heat conducting plates projecting downwards. The practical use of this known construction fails because of the difficulties associated with the assembly.
AT 356 340 also relates to a roof covering, which is designed as a solar collector.
It consists of individual hollow profile plates with longitudinally extending profile chambers. These hollow profile plates have at their longitudinal edges each have a groove and at the other longitudinal edge to a correspondingly formed spring. In the profile chambers pipes are retracted.
FR 2 421 348 shows a trough-shaped roof tile, on whose convex upper side a serpentine running groove is incorporated, with end faces downwardly directed outlet openings.
The trough-containing portion of the top of the brick is equipped with a translucent, glass-like cover.
Also FR 2 466 718 shows a trough-shaped tile, in which case the heat transfer medium receiving tube is arranged on the concave side of the tile.
From FR 2 498 664 flat, hollow roof tiles are known, which have at their lower edge downwardly open connection manifold and at its upper edge upwardly directed connection piece. In the tile assembly, the manifolds engage over the connecting pieces, wherein the overlapping parts are designed paragraph-like and in a formed by this paragraph-like design annular groove is a seal.
In addition, these flat hollow bricks are connected by means of a hook-screw connection with the roof structure.
WO 97/44 547 shows a water-impermeable roofing element, which has the appearance of commonly used roof tiles, shingles, roof tiles or the like. The element body is adhered to its roof outer side with a thermal solar panel or coated, which consists of painted or coated aluminum. For this purpose, the element body may consist of one or more layers of different materials, wherein at least one of thermally insulating material is formed, so that a cold bridge-free composite element is formed.
The thermal solar collector consists of two matching plate bodies, which are tightly welded together, soldered, glued or otherwise tightly connected tightly. Between the plate bodies, a cavity is formed, which can be flowed through by a heat transfer medium. On the lower side of the plate body are the threaded end equipped with inlet and outlet opening pipe for the heat transfer medium.
DE 10 164 670 A1 shows a heliothermic flat collector module with a sheet metal panel, a register-shaped arrangement of tubes and a thermo-insulating hard foam core that can be used for roofing and for cladding facades.
The heat transfer medium leading tubes are mounted on support rails, which in turn are then inserted into pre-milled grooves of the hard foam core and glued.
WO 02/18 846 A2 shows an analogous heliothermal flat collector module, in which a lattice-like arrangement of capillary tubes is thermally conductively connected to the sheet metal panel. The attachment of the capillary tubes is carried out by wrapping with a heat-conducting layer, such as by spraying metal particles.
In the relatively small-sized embodiments of the above-described known solar collector elements, the final assembly and maintenance leads to high costs, because many connections must be made to the flow and return lines of the heat transfer medium.
In addition, in all known solutions, the solar panel elements must be produced piecewise in several steps, which significantly increases the cost of production.
The aim of the present invention is therefore heliothermal solar collector elements that can be produced in a cost-effective continuous process by being produced from a continuously produced endless strand by a simple separation process (for example by sawing) in different lengths. This also significantly larger solar panel elements than previously produced, with a smaller number to create external connections, which also reduces the cost of installation and maintenance.
An adaptation of solar panel elements produced according to the invention in a standard length by simply cutting to length at the place of installation (for example on a building site) is also possible.
To achieve the above objectives, the continuously produced endless strand, and thus also the solar collector elements made from it, must have a suitable internal structure. This is achieved by a sandwich-like structure of the endless strand and the solar collector elements, and by a special design of the necessary for energy absorption and transport by means of heat transfer medium pipe system. This is a one-dimensional, endless, translationally symmetric piping system, in contrast to fixed-line piping systems used in the prior art.
When cutting the solar collector element from the endless strand one or more of the translational symmetry units of the pipe system to the pipe system of the solar collector element. The sectional plane is advantageously chosen so that the resulting truncated tubes can be used as connections, for example, at flow and return lines. Depending on the type of pipe system used, not all the connections created are required. These can be sealed by welding, soldering, gluing, squeezing, plugging or by other suitable methods.
Possible designs of a suitable pipe system are coils or ladder-shaped pipe grid, but other solutions are possible, such as linear lines.
The continuous supply of pre-produced sheets and films can be done from appropriate roles. A thermally insulating intermediate body can also be supplied from a roll, a possible example being mats made of rock wool. The intermediate body can also be produced on site and continuously fed as an endless plate, such as HD polyethylene foam boards. In a further variant, the thermally insulating intermediate body is formed only during the production process of the endless strand, for example by foaming a polyurethane prepolymer.
The endless pipe system can be prefabricated supplied from rolls or made on site from a commercial pipe.
Hereinafter, the solar panels according to the invention are explained in their various possible embodiments with reference to figures and described in detail. Similarly, roofs and facades of buildings are discussed, which are equipped with inventive solar panel elements or made of such. Various embodiments of a method for producing the inventive solar collector elements are discussed.
<Tb> FIG. 1 <sep> shows a solar collector element according to the invention in a parallel perspective.
<Tb> FIG. 2 <sep> shows the same inventive solar collector element as an exploded view.
<Tb> FIG. 3 <sep> shows an alternative embodiment of a solar collector element according to the invention in plan view.
<Tb> FIG. 4 to 6 <sep> show further alternative embodiments of inventive solar collector elements in plan view.
<Tb> FIG. 7 <sep> shows a section of an endless strand in plan view.
<Tb> FIG. 8 and 8a <sep> show sections of further embodiments of a solar collector element according to the invention.
<Tb> FIG. 8b <sep> shows a section of two connected, inventive solar collector elements in a preferred embodiment.
<Tb> FIG. 9 to 12 <sep> show sections of further embodiments of a solar collector element according to the invention.
<Tb> FIG. 13 <sep> shows a facade of a building equipped with solar collector elements according to the invention.
<Tb> FIG. 14 <sep> shows a gable-shaped roof of a building equipped with solar collector elements according to the invention.
<Tb> FIG. 15 <sep> shows a barrel-shaped roof of a building equipped with solar collector elements according to the invention.
<Tb> FIG. 16 <sep> schematically shows a variant of a method for producing solar collector elements according to the invention.
<Tb> FIG. 17 <sep> schematically shows a further variant of a method for producing solar collector elements according to the invention.
<Tb> FIG. 18 <sep> shows schematically a possible variant for the application of an endless tubular element.
<Tb> FIG. 19 <sep> shows schematically a possible variant for the one-piece production of the walls of a solar collector element according to the invention.
Fig. 1 shows an example of a solar collector element according to the invention 1 in parallel perspective with an outer wall 2, an inner wall 3 and a thermally insulating intermediate body 4. Visible are also two connection points 6 to two non-visible pipes. The location of the connection points 6 can be chosen differently due to the specific needs. Fig. 2 shows the same solar panel element 1 in an exploded view. A located on the outer surface 7 of the intermediate body 4 tube 5 is formed as a tube coil 9 and is partially embedded in the intermediate body 4. It is in operative connection with the outer wall 2 thermally conductive.
A located on the inner surface 8 of the intermediate body 4 tube 5 is also formed as a pipe coil 9. For better visibility, it is shown in the exploded view separated from the intermediate body.
The outer wall 2 serves to absorb the energy radiated by the sun in the visible and infrared light. In order to achieve the highest possible degree of absorption, the outer wall 2 may have a dark color, ideally black. However, such coloring is by no means compulsory and may e.g. be adapted to aesthetic wishes. The outer wall 2 may be made of sheet metal, metal foil or rigid or flexible polymer film. Preferably, sheet metal is used (e.g.
Copper, aluminum, steel or brass sheet), because metals have a high thermal conductivity and are more resistant to weathering. For the inner wall 3 facing away from the direction of irradiation, the same materials can be used as for the outer wall 2. However, it is also possible to use wood panels, fibreboards or polymer panels.
The thermally insulating intermediate body 4 serves the thermal insulation of a building against the environment. For this purpose, various materials can be used for the intermediate body 4, such as animal or vegetable fiber materials (for example cotton, cellulose insulation materials (Isofloc <(RTM)>), wood wool) or organic or inorganic / mineral fiber materials (e.g.
Plastic fleece, rockwool, glass wool) or foamed polymer materials such as polyolefin, polystyrene and polyurethane foams. The tube 5 can be made of metal or plastic, for example copper, aluminum, steel, brass, polyolefin or PVC. The tube 5 can also be designed as a flexible hose. The cross-section of the tube may have various shapes, for example round, oval, rectangular, triangular, semicircular or otherwise flattened. A flattened cross section in the direction of the outer wall 2 or inner wall 3 increases the contact surface with the outer wall 2 or inner wall 3 and thus also the heat flow between the heat reservoir - the outer wall 2 heated by the sunlight - and the heat transfer medium within the tube 5.
It is also possible to use a commercially available tube, which has a septum in the longitudinal direction. This subdivides the tube into two chambers of the same cross section, through which the heat transfer medium can flow in two opposite directions. In such a case, one end of the tube may be a closed junction 6a with a portion of the septum at the end removed to allow flow from the flow chamber into the return chamber.
Fig. 3 shows the same solar panel element 1 as in Fig. 1 in plan view, with transparent outer wall 2 shown to illustrate the position of the coil 9. In the example shown, the tube 5 contains nineteen translational symmetry units, which in the case of the tube coil 9 shown correspond to half a loop.
Fig. 4 shows an inventive inventive solar collector element 1, in which the tube 5 is formed instead of a pipe coil as a pipe grid 10. In the example shown, the pipe grid contains nineteen individual translational symmetry units (here rungs of the pipe grid 10).
Of the four connection points, two are formed as closed connection points 6a, which means that two of the four resulting from the separation of the endless strand connections were closed. The heat transfer medium (usually water, due to its high specific heat capacity, with a proportion of antifreeze such as e.g.
Glycol to avoid freezing of the lines) flows from a first port 6 through the various rungs to a second port 6.
Fig. 5 shows a variant of the inventive solar collector element 1, in which the tube 5 is formed as a tube coil 9, whose loops are parallel to the strand direction 19. The coil 9 accordingly corresponds to a symmetry unit. An associated second symmetry unit is shown in dashed lines. FIG. 6 shows a solar collector element 1 according to the invention, in which several tubes 5 run parallel to the strand direction 19.
Fig. 7 shows a section of an endless strand 30, wherein by a section along a separation surface 12, a single solar panel element 1 can be produced.
By suitable choice of the position of the separation surface 12, the connection points 6 are formed during the separation of the tube 5, which is formed in this case as a pipe coil 9.
The outer wall 2 and inner wall 3 need not be designed flat, as in the examples shown so far. For various reasons (e.g., stability, flexural strength, increased contact area for heat exchange with ambient air, aesthetic considerations), a profiled design of the outer wall 2 and / or the inner wall 3 may be desired.
Fig. 8 shows a section of a solar collector element 1 according to the invention, in which the outer wall 2 has a corrugated profile.
Possible courses of the tube coil 9, which is thermally conductively connected to the outer wall 2, and therefore advantageously parallel to the outer wall 2, are shown by dashed lines.
8a shows a section of a solar collector element 1 according to the invention, analogous to the example in FIG. 8, but in which the corrugated profile extends in the longitudinal direction. This leads to an increased stiffness of the solar collector element in strand direction.
FIG. 8b shows a preferred variant of a solar collector element 1 according to the invention, which has an angular profile in the longitudinal direction. The tubes (not visible) are configured in the example shown as linear lines and aligned in the longitudinal direction.
The section shown shows two solar collector elements 1, which are positively and non-positively connected. A first and second side wall 11 of the solar collector element is configured such that in the final assembly on a roof or a facade, two adjacent solar collector elements 1 by interlocking the first and second side wall 11 of the respective solar panel elements these form-fitting and non-positive can be connected. The side walls 11, the outer wall 2 and the inner wall 3 are made in one piece, which can be done for example by corresponding folding of a one-piece sheet metal. The two edges of the sheet are connected by gluing, welding, soldering or another manner positively and / or non-positively.
The location of this joint between the edges is not shown in Fig. 8b, but is advantageously on a side wall eleventh
9 shows a section of another example of a solar collector element 1 according to the invention with a profiled inner wall 3. The inner wall 3 has rib-shaped indentations 13 which are seen from the inner wall 3. The intermediate body 4 is not shown. A pipe grid 10 is thermally conductively connected to the inner wall 3, the rungs of the pipe grid 10 are located between the concave recesses 13th
Advantageously, the cohesion of the solar collector element 1 is ensured by frictional connections between the inner wall 3, intermediate body 4 and outer wall 2.
However, it may be desirable or necessary, inner wall 3 and outer wall 2 by additional connecting elements non-positively and / or positively connect.
Fig. 10 shows a section of a solar collector element 1 according to the invention, in which the sandwich-like structure of the solar collector element 1 is held together by means of clamp elements 20 mounted on the side wall. 11 shows a detail of a solar collector element 1 according to the invention, in which a side termination part 14 is attached to the side wall 11 for this purpose.
In preferred embodiments of inventive solar collector elements, as shown in FIG. 12, a lateral edge of both the outer wall 2 and the inner wall 3 are bent at a right angle, are parallel to the side wall 11 and partially overlap each other ,
Outer wall 2 and inner wall 3, for example, glued together, welded or soldered or connected in any other way non-positively and / or positively. The possibility of a one-piece shell, comprising outer wall 2, inner wall 3 and side walls 11 has already been mentioned.
Inventive solar collector elements 1 can be used both for cladding facades and for roofing roofs. With a sufficiently rigid design, the solar collector elements can preferably also be used self-supporting. In particular, it is thus possible to reduce the necessary supporting structure (roof truss) in roofs, as is necessary, for example, in tiled roofs.
For facades, it is possible to build these directly from inventive solar panel elements.
With a thermally conductive in operative connection with the inner wall 3 of the solar panel element tube 5 is able to heat the interior of a building or optionally to cool by the absorbed heat energy at a suitable location, for example on the outer wall, is discharged again. It is also possible to absorb heat at a sun-irradiated point of a facade equipped with inventive solar panel elements or a corresponding roof and the transport of the absorbed heat energy to a colder place.
FIG. 13 shows a facade 17 of a building equipped with solar collector elements 1 according to the invention.
The left solar panel element 1 has on the outer wall 2 side facing a tube formed as a pipe 9 tube 5 (shown in phantom behind the outer wall 2). The central solar panel element 1 has two pipe coils 9. The right solar panel element 1 has a pipe grid 10. All solar collector elements 1 are connected on the underside of the facade via the connection points 6 with a flow line 15 and on the facade top with a return line 16 , This corresponds to the usual flow direction of the heat transfer medium in solar collector systems. Alternatively, the heat transfer medium can also be conveyed by the action of gravity from an overhead feed line to a lower return line.
An assembly of the solar panel elements 1 in the direction of the fall line of a facade or a roof is not mandatory. Likewise, the solar collector elements 1 can be mounted horizontally or at any other angle.
Fig. 14 shows a roof (18) of a building in the form of a gable roof, equipped with solar collector elements according to the invention 1. The second solar panel element 1 seen from the right is equipped with a pipe grid. The fourth solar collector element 1 seen from the right has a pipe coil 9 on the side facing the outer wall 2. At the highest point of the roof, the solar collector elements 1 are covered by a gable part 21. A cavity between gable part 21 and solar collector elements 1 is foamed to reduce heat losses.
The individual solar collector elements 1 can be interconnected, for example, via a connection analogous to the connection shown in FIG. 8b.
FIG. 15 shows a barrel-shaped roof (18) of a building, for example a hall, equipped with solar collector elements 1 according to the invention.
The individual solar collector elements 1 are configured arcuate and mounted on a support structure, not shown, and extend from the lower edge of the roof to the highest point of the roof, where in the example shown, the return line 16 is arranged.
The production of an endless strand 30, from which subsequently can be produced by repeated cutting according to the invention solar collector elements 1, takes place as already mentioned according to the present invention in a continuous process.
16 schematically shows, in simplified form, a possible variant of such a method for producing solar collector elements 1 according to the invention. different rollers and rollers 32 are shown only occasionally for better understanding.
A pre-produced first web 22, which in the present example becomes the outer wall 2, is fed starting from a roll (not shown) from the bottom left and guided continuously from left to right. From an apparatus 26 for applying adhesive, adhesive 25 is applied to the first web 22. The adhesive 25 can be applied as a continuous layer, strip-shaped, serpentine, or in another form. The application may e.g. done by brushing, pouring or spraying. Advantageously, a thermally conductive adhesive is used to ensure the best possible heat conduction between the wall and pipe. From the top left, an endless, translational symmetry exhibiting tubular element 23 is supplied and brought together flush with the first web 22.
Subsequently, a suitable polyurethane prepolymer mixture is applied to the first web by means of a device 27 for applying polymer or prepolymer composition. The subsequently foaming polymer 24 reaches its maximum desired thickness after a certain time. Before or after reaching this value, a second web 22 ¾ is supplied from the upper left (which later becomes the inner wall 3 in the present example) and is frictionally connected to the resulting polyurethane foam intermediate body 4. From the endless strand 30 moving continuously from left to right, a solar collector element 1 is cut to length by means of a suitable separating device 28, schematically represented by two black wedges, along a suitable separation surface 12.
For example, band saws, wire saws, water jet saws, rotary milling cutters or cutting knives can be used as separating devices. The resulting solar collector element 1 is led away to the right. Any excess connection points 6 are closed.
The directions of delivery shown and the arrangement of the individual devices represent only one example of a possible embodiment of the inventive method. It is clear to the person skilled in the art that within the scope of the method according to the invention the individual method steps are also possible in a different time sequence and the Devices can be arranged differently.
Instead of the first web 22, for example, the adhesive 25 can be brought to the endless tubular element 23.
Also possible is frictional engagement of the first web 22 and the endless tubular element 23 after flush bonding of the first web 22 and endless tubular element 23, for example by brazing or by spraying an adherent layer of metal particles (such as disclosed in WO 02/18846). Before the application of the second web 22 ¾, a second endless tubular element 23 ¾ can also be applied to the intermediate body 4, which is then thermally conductively connected to the second web 22 ¾ analogous to the first endless tubular element 23.
17 shows another variant of a method for producing inventive solar collector elements 1. An endless intermediate body 4, for example made of foamed HD polyethylene, is continuously led from the left to the right.
Adhesive applicators 26 (here two sprayers) apply adhesive to both sides of the intermediate body. A first and a second endless tubular element 23, 23 ¾ are then applied to the two surfaces of the intermediate body 4, where they are frictionally connected by the previously applied adhesive with the intermediate body 4. Finally, for the purpose of forming the inner wall 3 and the outer wall 2, a first and second web 22, 22 ¾ are fed and connected in a heat-conducting manner to the endless tubular elements 23, 23 ¾.
From the resulting endless strand 30, as described in the previous example, the individual solar collector elements 1 are cut to length by a separating device 28.
The directions of delivery shown and the arrangement of the individual devices again represent only a preferred embodiment and can be arranged differently in the context of the inventive method. In particular, the devices 26 for applying adhesive can also be attached to a position at which the endless tube elements 23, 23 ¾ are already arranged flush with the intermediate body. Other possibilities have already been mentioned in the previous example.
FIG. 18 illustrates the application of an endless tubular element 23 to a first web 22.
The endless tube element 23, in the illustrated case a tube coil, is supplied pre-produced from a roll or made in the vicinity of the system of normal tube. By means of suitable feed elements 31, here represented a guide plate, and a roller 32, the tube element 23 is arranged flush on the first web 22 (or second web 22 ¾).
Fig. 19 shows schematically a possible preferred embodiment of the inventive method, in which outer wall 2 and inner wall 3 are made in one piece from a first web 22. The first web 22 with a first edge 33 and a second edge 33 ¾ is fed. A first endless tubular element 23 and a second endless tubular element 23 ¾ are applied to the first web 22 and brought into heat-conducting connection with this (see FIG. 19 (A)).
The second pipe element 23 ¾ can also be omitted. The endless intermediate body 4 can be introduced before or after the folding process.
The first web 22 is folded in the longitudinal direction substantially in the middle, along the dashed line, in the longitudinal direction (see Fig. 19 (B)). The first web 22 is again longitudinally folded along the dashed line in the longitudinal direction (see FIG. 19 (C)), wherein now from the first web 22, an outer wall 2, a side wall 11 and an inner wall 3 is.
In a further step (not shown), the first and second edges 33, 33 are ¾ folded along the dashed line in the longitudinal direction. The first edge 33 and the second edge 33 ¾ are glued, welded, soldered or otherwise connected as positive and / or positive.
In this case, a further side wall 11 forms.
Depending on the selected dimensions of the tubes 5 used, the material properties of the outer wall 2 and inner wall 3 and the thermally insulating intermediate body 4, it may be advantageous to mount the tube 5 flush on the outer / inner surface of the intermediate body 4 (eg at the use of fiber mats as an intermediate body) or completely / partially embedded in the intermediate body 4 (as shown in Fig. 1). In order to embed the tube in the intermediate body, suitable fillets can be milled from the intermediate body, which in this case should have a certain strength, e.g. HD-polyethylene foam.
It is also possible to produce the necessary depression by melting the thermoplastic polymer by means of a heated tool, or else by heating the tube itself, before applying to the intermediate body by means of a roller. Due to the resulting contact pressure, the heated tube is pressed into the thermoplastic intermediate body, which melts and makes room for the tube. In this case, the pipe must be heat resistant, which is given for metal pipes. Also possible is the heating of the outer wall / inner wall before or after application to the intermediate body, resulting in a partial melting of the thermoplastic intermediate body and after its re-cold to a positive and / or non-positive connection between the intermediate body 4, tube 5 and outer wall 2 or
Inner wall 3 leads.
The type of heating of the tube 5 or the outer wall 2 or inner wall 3 is not relevant. For example, heating by contact with a heating element, e.g. a heated roller 32, by means of a gas burner, or by heating by passage of electricity.
Between tube 5 and intermediate body 4, a layer of metal or polymer film can be arranged. This prevents, for example, the penetration of still liquid prepolymer mass between tube and outer wall 2 or inner wall 3 during a foaming process as shown in FIG. 16.
When using a metal foil, the heat conduction between wall and pipe is additionally increased.
LIST OF REFERENCE NUMBERS
[0050]
1: solar panel element
2: outer wall
3: inner wall
4: intermediate body
5: pipe
6: connection point
6a: Closed connection point
7: outer surface
8: Inner surface
9: pipe coil
10: pipe grid
11: sidewall
12: separation surface
13: concave indentation
14: side termination
15: flow line
16: return line
17: facade
18: roof
19: strand direction
20: bracket element
21: gable part
22: First track
22 ¾: second track
23: First endless tube element
23¾: second endless tube element
24: foaming polymer
25: glue
26: Device for applying adhesive
27: Device for applying polymer or prepolymer composition
28: separating device
29: polymer or prepolymer composition
30:
Endless strand
31: feeding element
32: roller
33: First edge
33¾: Second edge