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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kollektorelement eines Sonnenkollektors,
wobei der Sonnenkollektor aus einem flächigen Absorber, einer mit
Abstand über
dem Absorber angeordneten transparenten Abdeckung, einem Gehäuse oder
Rahmen und einer thermischen Isolierung besteht. Die vorliegende
Erfindung betrifft außerdem
einen Sonnenkollektor.
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Bisher
werden für
die thermische Nutzung vorgesehene Sonnenkollektoren aus vier Hauptbauteilen zusammengebaut,
nämlich
a) aus einem Absorber, der in der Regel aus Metall, vorzugsweise
Stahl, Kupfer oder Aluminium, besteht und dessen Oberfläche mit
einer selektiven Beschichtung zur Umwandlung des einstrahlenden
kurzwelligen Sonnenlichtes in Wärme
versehen ist, b) aus einer geeigneten transparenten Abdeckung, vorzugsweise
aus speziellem Solarglas, c) aus einem Gehäuse aus Metall, Holz oder Kunststoff
und d) aus einer geeigneten ausgasungsfreien Isolierung.
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Bei
heute üblichen
Konstruktionen sind die Einzelkomponenten ohne feste Verbindung
zueinander angeordnet. Vor allem der Absorber und seine Befestigung
machen dabei in der Praxis Schwierigkeiten. Auf der einen Seite
sollte sich der Absorber ohne große Probleme im Gehäuse ausdehnen
können,
um Spannungen durch die verschieden hohen Temperaturen vermeiden
bzw. abbauen zu können.
Auf der anderen Seite ist es bei einer "schwimmenden" Lagerung des Absorbers im Kollektorgehäuse schwierig,
ein Verrutschen des Absorbers zu verhindern. Durch das Verrutschen
des Absorbers können
optische Probleme durch Verschieben und Sichtbarwerden der im Kollektor
befindlichen Isolierungen entstehen, aber auch funktionstechnische
Probleme durch Belastung des Absorbers sowie seiner Anschlüsse, die
sich durch das Verschieben verdrehen oder verschieben können und
damit undicht werden können.
Bisher werden Absorber durch Halter von einem Boden des Gehäuses oder
von einem umlaufenden Gehäuserahmen
und an den Leitungsanschlüssen
für das Wärmetransportmedium
gehalten. Diese Halter sind kompliziert in der Herstellung und Anbringung,
da sie wenig Wärme
leiten sollen, um Wärmeabflüsse zu verhindern,
auf der anderen Seite aber stabil genug sein müssen, um die besonderen Belastungen
durch Temperaturwechsel und die dadurch verursachte Ausdehnung und
Schrumpfung des Absorbers aushalten zu können. Häufig kommt es zum Bruch oder
Abscheren von Haltern oder zu anderen Problemen im Betrieb. Die
Halter können
den Absorber dann nicht mehr in der optimalen Platzierung im Gehäuse halten
und der Absorber verrutscht. Durch das Verrutschen des Absorbers
werden Dämmmaterialien
und andere Bauteile im Inneren des Kollektors sichtbar. Dies führt zu Reklamationen
durch die Betreiber der Solaranlage. Da in der Regel der Absorber
nicht vor Ort wieder richtig platziert werden kann, ist der Ausbau
des Kollektors und Umtausch gegen einen neuen Kollektor notwenig.
Die Kosten für
einen solchen Austausch übertreffen
den Nutzen, den die Kollektorhersteller und -händler aus dem Verkauf der Produkte
erzielen können.
Erhebliche finanzielle Beeinträchtigungen
sind die Folge. Die demontierten Kollekto ren können zudem in der Regel nur
noch verschrottet werden, da die Reparatur sehr teuer werden würde und
die Kosten eines neuen Kollektors in der Produktion übersteigen
kann und weil am Markt heute praktisch keine Nachfrage nach gebrauchten
Kollektoren besteht.
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Die
heute üblichen
Kollektoren sind als offene Konstruktionen ausgeführt, d.
h. Innenluft und Außenluft gleichen
sich durch eine gezielte oder auch ungewollte Undichtigkeit an.
Bei dem täglichen
Aufwärm-
und Abkühlvorgang
werden Luftmengen in verschiedenen Volumina in den Kollektor hineingesogen
oder aus ihm herausgedrückt.
Bei diesem Vorgang werden Luftbestandteile oder mit der Luft mitgeführte Substanzen
in den Kollektor eingeschleppt, die sich negativ auf die Funktion
des Bauelementes auswirken können.
Dazu zählt insbesondere
die in der Luft vorhandene Feuchtigkeit, die sich im Kollektor anreichern
kann und bei ungünstigen
Umgebungsbedingungen zu einem Beschlag unter der Abdeckscheibe führen kann.
Dazu zählen
weiter Stäube,
Luftverunreinigungen und auch Kleistlebewesen. In der Nähe von Meeresküsten kommen
zusätzliche Belastungen
durch salzhaltige Luft und in trockenen Regionen sogenannte Feinstäube hinzu,
die auch durch heute verwendete Filter nicht aus dem Kollektor herausgehalten
werden können.
Das gleiche gilt für
Feinstäube,
wie sie in Ballungszentren auftreten können.
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Zusätzlich können aus
den zum Bau von Kollektoren verwendeten Materialien bei hohen Temperaturen
Bestandteile ausgasen, die sich unter der transparenten Abdeckung
an kältester
Stelle niederschlagen und die Abdeckung trüben. Glasabdeckungen können durch
Ausgasungen oder Stäube
in Verbindung mit Feuchtigkeit blind werden. Absorberbeschichtungen
können
unter Einwirkung von salzhaltiger Seeluft oder anderen aggressiven
Luftbestandteilen altern oder korrodieren.
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All
diese Effekte und Einwirkungen führen
zu teils erheblichen Leistungsminderungen bis hin zu Totalausfällen der
Kollektoren.
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Für die vorliegende
Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Kollektorelement
der eingangs genanten Art zu schaffen, mit dem die vorstehend dargelegten
Nachteile vermieden werden und mit dem ein langlebiger Sonnenkollektor
mit dauerhaft guter Leistung wirtschaftlich herstellbar ist. Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines entsprechenden
Sonnenkollektors.
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Die
Lösung
des ersten Teils dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem
Kollektorelement der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet
ist, dass das Kollektorelement den Absorber und die transparente
Abdeckung umfasst, die miteinander umlaufend randseitig elastisch
verbunden eine vorgefertigte Einheit bilden, welche mit dem Gehäuse oder
Rahmen zu dem Sonnenkollektor verbindbar ist
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Mit
der Erfindung wird ein Kollektorelement als Vorprodukt oder "Halbzeug" für Hersteller
von Sonnenkollektoren zur Verfügung
gestellt. Die Fertigung des Kollektorelementes kann vorteilhaft
unter industriellen Fertigungsbedingungen rationell erfolgen, was
eine hohe Wirtschaftlichkeit und ein hohes und konstantes Qualitätsniveau
gewährleistet.
Zudem kann die Fertigung weitgehend automatisiert werden, was eine
weitere Steigerung der Qualität
und Wirtschaftlichkeit ermöglicht.
Besonders wirtschaftlich ist die Herstellung von relativ wenigen
Standardgrößen des
Kollektorelementes. Alternativ kann das Kollek torelement auch entsprechend
den Wünschen
und Bedürfnissen
der Kollektorhersteller in individuellen Ausführungen und Größen vorgefertigt
werden, sodass praktisch alle Anwendungsfälle abgedeckt werden können. Das
vorgefertigte Kollektorelement wird dann von den Sonnenkollektorherstellern,
die in der Regel nicht mit dem Kollektorelementhersteller identisch
sind, sondern z. B. Handwerksbetriebe sein können, in deren eigene oder
an anderer Stelle gefertigte und zugekaufte Gehäuse oder Rahmen eingebaut,
womit auch in dieser zweiten Fertigungsstufe eine rationelle Herstellung
mit dennoch individueller Gestaltungsmöglichkeit der Gehäuse oder
Rahmen erreicht wird. Die erfindungsgemäße Lösung vermeidet dabei vorteilhaft
die vorstehend dargelegten Probleme, weil in dem neuen Kollektorelement
der Absorber an der Abdeckung fixiert ist. Diese dauerhafte Verbindung der
transparenten Abdeckung mit dem Absorber ist in der Lage, sowohl
die Temperaturbelastung als auch die mechanischen Kräfte infolge
von Wärmeausdehnung
und -schrumpfung dauerhaft aufzunehmen. Für die Funktion und das Aussehen
des Kollektors schädliche
Verschiebungen des Absorbers bei Transport und Montage und im Betrieb
können
nicht mehr auftreten. Die Sonnenkollektorhersteller werden somit
von Reklamationsfällen
und den damit verbundenen Kosten entlastet und können sogar längere Garantiezeiten
als bisher üblich
für ihre
Sonnenkollektoren gewähren.
Zudem werden die Sonnenkollektorhersteller in die Lage versetzt, mit
dem erfindungsgemäßen Kollektorelement
auf einfache Art und Weise Sonnenkollektoren mit geringen thermischen
Verlusten, d. h. mit hohem Wirkungsgrad, zu fertigen, was wesentlich
zu einer hohen Jahresleistung der Sonnenkollektoren und damit zu
einer erhöhten
Zufriedenheit bei den Nutzern der Solarkollektoren beiträgt.
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Eine
erste Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Absorber und
die Abdeckung gasdicht miteinander verbunden sind und einen gegen
die Umgebung abgeschlossenen Raum einschließen. Mit einem solchen Kollektorelement
wird es möglich,
leistungsstarke Sonnenkollektoren herzustellen, die an allen denkbaren
Standorten auf der Welt, auch an problematischen Standorten, z.
B. in Küstennähe oder
in staub- oder sandbelasteten Regionen, eingesetzt werden können. In
das geschlossene Kollektorelement können keine Verunreinigungen
mehr eindringen und das Innenklima im Kollektorelement bleibt getrennt
vom Außenklima. Die
Lebensdauer des Sonnenkollektors wird durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Kollektorelementes
verlängert
und das sowohl in Problemregionen, wie an Küsten und in Wüsten, als
auch in Regionen mit üblichen
Belastungen durch Witterungseinwirkung und Staub sowie sonstige
Luftverunreinigungen. Das Kollektorelement, das das Herzstück des Kollektors
bildet, ist langlebig und leistungsfähig, denn schädliche Umwelteinflüsse, wie
wechselnde Feuchte, Salzgehalte, feiner Sand oder Ungeziefer, können nicht
in den Zwischenraum zwischen Abdeckung und Absorber gelangen und
diese deshalb im Bereich des Zwischenraums nicht verschmutzen oder
beschädigen.
Vorteilhaft ist dabei weiter, dass das Kollektorelement die maßlichen Veränderungen
und Belastungen bei Aufheiz- und Abkühlvorgängen ohne Schaden aufnehmen
kann, weil der Absorber nach Art einer Membran in der Lage ist,
Ausdehnungen des Gasvolumens zwischen den beiden Bauteilen schadenfrei
aufzunehmen und auszugleichen; bei Aufheizvorgängen vergrößert sich der Abstand des Absorbers
zur Abdeckung, bei Abkühlvorgängen verringert
sich der Abstand des Absorbers zur Abdeckung, wobei konvexe und
konkave Wölbungen
des Absorber auftreten können.
Diese Wölbungen
sind aber in der Praxis aufgrund ihres begrenzten Ausmaßes für den Absorber
nicht schädlich.
Da die transparente Abdeckung wegen ihrer Transparenz geringeren
Temperaturschwankungen unterliegt als der Absorber, treten membranartige
Verformungen an der transparenten Abdeckung nicht oder nur in geringem
Maße auf.
Daher bietet die transparente Abdeckung einen günstigen Bereich für die Verbindung
des Kollektorelementes mit dem Gehäuse oder Rahmen des Sonnenkollektors,
während
der Absorber zweckmäßig möglichst
frei im Gehäuse
oder Rahmen liegt.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Absorber und der Abdeckung
randseitig umlaufend ein gasdichtes Abstandshaltebauteil angeordnet
ist, das einerseits mit dem Absorber und andererseits mit der Abdeckung
gasdicht verbunden ist. Mit einem derartigen Profil lassen sich
der Absorber und die Abdeckung technisch relativ einfach dicht sowie
sicher und dauerhaft verbinden. Das Abstandshaltebauteil ist dabei zweckmäßig so ausgebildet,
dass es eine geringe Wärmeleitfähigkeit
hat, um Wärmeverluste
gering zu halten.
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Eine
alternative Ausführung
des Kollektorelementes sieht vor, dass der Absorber und die Abdeckung gasdurchlässig miteinander
verbunden sind und einen mit der Umgebung über mindestens ein Filtermittel
verbundenen Raum einschließen.
Hier ist eine Be- und Entlüftung
des Raumes zwischen Absorber und Abdeckung möglich, was ein Beschlagen der
Abdeckung sowie Druckschwankungen in dem Raum zwischen Absorber
und Abdeckung vermeidet. Ein Eintreten von Staub und Lebewesen in
den belüfteten
Raum wird durch das Filtermittel verhindert, dessen Filterfeinheit
zweckmäßig entsprechend
den Einsatzbedingungen ausgewählt
wird.
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Auch
bei dem Kollektorelement mit belüftetem
Raum zwischen Absorber und Abdeckung ist bevorzugt zwischen dem Absorber
und der Abdeckung randseitig umlaufend ein Abstandshaltebauteil
mit mindestens einem mit dem Filtermittel ausgestatteten Gasdurchlass
angeordnet, wobei das Abstandshaltebauteil einerseits mit dem Absorber
und andererseits mit der Abdeckung verbunden ist.
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Um
bei dem Belüften
des Raumes zwischen Absorber und Abdeckung möglichst nur reine Luft in den Raum
einzulassen, ist vorgesehen, dass das Filtermittel durch mindestens
ein Mikroporenfilter gebildet ist.
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Um
eine besonders gute Formbeständigkeit
und dauerhafte Maßhaltigkeit
des Kollektorelementes zu gewährleisten,
wird vorgeschlagen, dass das Abstandshaltebauteil insgesamt elastisch
ist und den Absorber relativ zu der Abdeckung fixiert. Zusammen
bilden der Absorber, die Abdeckung und das Abstandshaltebauteil in
ihrem miteinander verbundenen Zustand einen sehr steifen, starren
Körper,
der auch als Sandwichelememt bezeichnet werden kann und der auch
bei thermischen Wechselbelastungen seine Länge und Breite nicht wesentlich ändert. Dies
vermeidet schädliche
Relativbewegungen zwischen dem Absorber und dem diesen aufnehmenden
Gehäuse
oder Rahmen. Die thermischen Wechselbelastungen führen im
Wesentlichen nur zu sich ändernden
Wölbungen
des Absorbers aufgrund seines membranartigen Verhaltens.
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Um
einen schnellen Fertigungsablauf zu erzielen, ist bevorzugt vorgesehen,
dass das Abstandshaltebauteil mit dem Absorber und mit der Abdeckung
verklebt ist, vorzugsweise mittels eines Zweikomponentensilikonklebers.
Mittels des Klebers wird eine dauerhafte Verbindung der transparenten
Abdeckung mit dem Absorber hergestellt, wobei selbstverständlich der
Kleber in der Lage ist, sowohl die Temperaturbelastung als auch
die Kräfte
durch Wärmeausdehnung dauerhaft
aufzunehmen. Diese Anforderungen erfüllt z. B. ein Zweikomponentensilikonkleber.
Ein solcher Kleber erfüllt
auch die Anforderung, dass er die im Kollektorbau üblichen
Beschichtungen nicht angreift. Es ist zudem darauf zu achten, dass
die Haftfähigkeit
von verwendeten Beschichtungen so stark ist, dass Ablösungen des
Klebers infolge sich ablösender
Beschichtungen im Betrieb des Sonnenkollektors nicht auftreten können.
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Um
das Abstandshaltebauteil bei geringer Wärmeleitfähigkeit leicht und gasdicht
zu machen, wird vorgeschlagen, dass das Abstandshaltebauteil aus
einem starren gasdichten Profilteil und einem damit verbundenen
elastischen Profilteil besteht, wobei die Profilteile mittels mindestens
einer gasdichten Dichtung zu einem gasdichten Verbundbauteil gestaltet
sind.
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Bevorzugt
ist weiter vorgesehen, dass bezogen auf den Raum zwischen dem Absorber
und der Abdeckung der starre und gasdichte Profilteil mit den gasdichten
Dichtungen innen und der elastische Profilteil außen liegt.
Auf diese Weise ist der starre Profilteil gegen schädliche äußere physikalische
und chemische Einflüsse
gut geschützt.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass der elastische Profilteil unmittelbar an
den starren Profilteil angeklebt oder angeschweißt oder angespritzt oder angegossen
ist. In dieser Ausführung
ist der Verbund zwischen den Profilteilen besonders fest und sicher.
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Aus
Gründen
einer hohen Stabilität
und langen Haltbarkeit besteht der starre Profilteil zweckmäßig aus
Metall, vorzugsweise Edelstahl, oder aus Kunststoff. Eine Korrosion
kann bei Edelstahl oder Kunststoff vorteilhaft nicht auftreten.
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Ein
besonders gut geeignetes Material für den elastischen Profilteil
ist Zweikomponentensilikon. Dieses Material bleibt auch auf lange
Dauer elastisch und behält
dauerhaft eine sichere Verbindung zu benachbarten Teilen des Kollektorelementes.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Absorber
und dem starren Profilteil sowie zwischen dem starren Profilteil
und der Abdeckung jeweils eine der gasdichten Dichtungen, vorzugsweise
aus Butylkautschuk, angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung ist
der starre und gasdichte Profilteil in seinen Verbindungsbereichen
an die benachbarten Teile des Kollektorelementes sicher dichtend
angeschlossen.
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In
einer einfachen, kostengünstigen
Ausführung
ist die Abdeckung durch eine Einfachscheibe gebildet. Das Kollektorelement
kann hier relativ dünn
gehalten werden, was eine platzsparende Bauweise ergibt und die
Unterbringung in einem Gehäuse
oder Rahmen einfach hält.
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Alternativ
ist die Abdeckung durch eine Mehrfachscheibe, insbesondere eine
Doppelscheibe gebildet, deren Scheiben Abstand zueinander haben
und randseitig gasdicht miteinander verbunden sind. Es können dabei
zwei oder mehr Scheiben gleichen oder unterschiedlichen Materials
verwendet werden. Hiermit werden thermische Verluste durch die Abdeckung
hindurch vermindert, was den Wirkungsgrad des Kollektorelementes und
des damit hergestellten Sonnenkollektors erhöht. Dadurch kann das Kollektorelement
auch zur solaren Kälteerzeugung
und zur Erzeugung von Prozessdampf im industriellen Bereich eingesetzt
werden. Auch in diesem Temperaturbereich behält das Kollektorele ment seine
Vorteile gegenüber
vorbekannten Kollektorkonstruktionen.
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Je
nach Einsatzzweck können
z. B. klare oder weiße
Gläser,
als gehärtete
Gläser
oder Standardgläser,
als Abdeckung verarbeitet und eingesetzt werden.
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Eine
weitere Steigerung des Wirkungsgrades kann dadurch erreicht werden,
dass der abgeschlossene Raum zwischen Absorber und Abdeckung evakuiert
oder teilevakuiert oder mit einem Gas, vorzugsweise Edelgas, gefüllt ist.
Durch das Einfüllen
von Edelgasen in den geschlossenen Raum kann der Verlustfaktor des thermischen
Sonnenkollektors je nach Wunsch veränderbar, insbesondere sehr
niedrig, gestaltet werden. Dadurch kann das Kollektorelement nicht
nur in bisher problematischen Einsatzregionen verwendet werden,
sondern bietet darüber
hinaus die Möglichkeit,
durch schadlos erreichbare höhere
Leerlauftemperaturen und höhere
Jahreserntemengen an thermischer Energie auch neue Anwendungen zu
erschließen.
Vorteilhaft kann dabei das Evakuieren oder das Einfüllen von
Gas auch schon bei der Fertigung des Kollektorelementes erfolgen,
sodass dieser relativ schwierige Herstellungsschritt nicht mehr
bei dem Sonnenkollektorhersteller durchgeführt werden muss.
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Bei
einem Sonnenkollektor treten Wärmeverluste
auch durch Wärmeableitung
zur Rückseite
auf. Um solche Verluste wirksam zu vermeiden und einen hohen Wirkungsgrad
sicherzustellen, umfasst das Kollektorelement zweckmäßig auch
die thermischen Isolierung oder zumindest einen Teil der thermischen
Isolierung. Auch das Anbringen der Isolierung kann nun unter industriellen
Bedingungen mit gleichbleibend hoher Qualität erfolgen. Den Wirkungsgrad
mindernde Isolationsfehler oder -mängel, die bei handwerklich
indi viduell angebrachten Isolierungen erfahrungsgemäß relativ
häufig
auftreten, werden so vermieden.
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Eine
konkrete Weiterbildung sieht vor, dass die thermische Isolierung
durch einen an der von der Abdeckung abgewandten Rückseite
des Absorbers angeordneten Dämmstoffkörper oder
Infrarotreflektor gebildet ist. Ein Dämmstoffkörper bietet bei geeignetem
Material und entsprechender Schichtdicke eine besonders hohe Dämmwirkung;
ein Infrarotreflektor ist besonders platzsparend, weil er sehr dünn gehalten
werden kann.
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Zwecks
schneller und einfacher Fertigung des Kollektorelementes wird weiter
vorgeschlagen, dass der die thermische Isolierung bildende Dämmstoffkörper oder
Infrarotreflektor rückseitig
mit dem Absorber und/oder mit dem Abstandshaltebauteil verbunden,
vorzugsweise verklebt, ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Kollektorelementes sieht
vor, dass es eine die Rückseite des
Absorbers oder der thermischen Isolierung überdeckende Rückwand umfasst.
Die Rückwand
schützt
den Absorber an dessen Rückseite
und die ggf. dort angeordnete thermische Isolierung gegen schädliche äußere Einwirkungen.
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Bevorzugt
bildet die Rückwand
mit dem Absorber einen gasdicht abgeschlossenen oder mit der Umgebung
gasdurchlässig
verbundenen zweiten Raum. Der zweite Raum kann bei geschlossener
Ausführung, wie
bei dem ersten Raum zwischen transparenter Abdeckung und Absorber
auf der anderen Seite des Absorbers möglich, mit Luft oder geeigneten
Gasen gefüllt
werden. Alternativ und anders als der erste Raum kann der zweite
Raum mit geeignetem Dämmstoff
gefüllt
werden, da eine Lichtdurchlässigkeit
hier nicht nötig
ist. Der zweite Raum ist mindestens so hoch wie der Absorber, damit
er diesen aufnehmen kann. Der Raum kann aber auch größer gestaltet
sein, wobei dann der sich ergebende Hohlraum zu Isolierzwecken,
aber auch als Schutz für
den Absorber, verwendet werden kann. Diese Funktion kann besonders
wichtig werden, wenn der Absorber in Zukunft statt aus dem üblichen
Kupfer oder Aluminium aus anderen Materialien hergestellt wird, die
einen besseren Schutz gegen äußere Einflüsse benötigen. Damit
ist die Konstruktion des Kollektorelementes zukunftssicher und es
kann eine lange Nutzungsdauer der Konstruktion erwartet werden.
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Insbesondere
bei Kollektorelementen mit großer
Fläche
und mit einem gasdichten Raum zwischen Absorber und Abdeckung und/oder
zwischen Absorber und Rückwand
kann es zur Vermeidung eines störenden
unmittelbaren Kontaktes in randfernen Bereichen zwischen dem Absorber
einerseits und der Abdeckung oder der Rückwand andererseits sinnvoll
sein, zwischen dem Absorber und der Abdeckung und/oder zwischen dem
Absorber und der Rückwand
von deren Randbereich nach innen hin beabstandet Abstandshalter
vorzusehen.
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Zur
Vermeidung von Schäden
an den Rändern
und Kanten des Kollektorelementes, insbesondere bei dessen Transport
und bei dessen Einbau in ein Gehäuse
oder einen Rahmen, umfasst das Kollektorelement zweckmäßig ein
außen
randseitig umlaufendes Einfass- und Kantenschutzprofil.
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Dabei
ist bevorzugt das Einfass- und Kantenschutzprofil im Querschnitt
gesehen C-förmig,
wobei ein erster C-Schenkel
oberseitig an der Abdeckung liegt und ein zweiter C-Schenkel unterseitig
am Absorber oder an der Rückwand
anliegt. Das Einfass- und Kantenschutzprofil deckt die beschädigungsempfindlichen
Bereiche des Kollektorelementes gut ab und ist nach seinem Anbringen,
z. B. durch Verkleben oder einfach durch Schließen zu einem umlaufenden Ring,
unverlierbar mit dem Kollektorelement verbunden. Es kann auch vorgesehen
sein, dass das Einfass- und Kantenschutzprofil nur bis zum Einbauen
des Kollektorelementes in ein Gehäuse oder einen Rahmen am Kollektorelement
verbleibt und vor dem Einbauen entfernt wird. In diesem Fall ist
das Einfass- und Kantenschutzprofil so angebracht und ausgeführt, dass
es leicht und für
das Kollektorelement schadlos entfernbar ist.
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Für ein dauerhaft
an dem Kollektorelement verbleibendes Einfass- und Kantenschutzprofil
ist weiter vorgesehen, dass es Mittel zum Verbinden des Kollektorelementes
mit dem Gehäuse
oder Rahmen des Sonnenkollektors aufweist. In dieser Ausführung hat
das Einfass- und Kantenschutzprofil eine weitere Funktion, wodurch
die Zahl der Einzelteile und Montageschritte klein gehalten wird.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Abdeckung und der
damit verbundene Absorber deckungsgleich ausgeführt sind. Sie haben dann eine
Gestaltung, die mit einer Doppelglasscheibe vergleichbar ist, was
Montagetechniken aus dem Bereich von Fensterverglasungen ermöglicht.
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Alternativ
kann die Abdeckung an einer oder mehreren ihrer Kanten einen Überstand über den
damit verbundenen Absorber aufweisen. In dieser Ausführung ist
das Kollektorelement z. B. gut für
Dacheindeckungen oder Fassadenverkleidungen verwendbar, bei denen
die transparenten Abdeckungen einer Vielzahl von Sonnenkollektoren
die äußere Fläche bilden.
In den unter bzw. hinter der äußeren Fläche verbleibenden
Zwischenräumen
zwischen den Absorbern können
dann tragende Elemente der Dacheindeckungen oder Fassadenverkleidungen
verlaufen, an denen die Sonnenkol lektoren gehaltert sind. Zusätzlich kann
in dieser Ausgestaltung das Kollektorelement mittels des Überstandes
in handelsübliche
Kollektorrahmenkonstruktionen eingehängt werden.
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Zwecks
eines ansprechenden äußeren Erscheinungsbildes
und zur Erzielung möglichst
kurzer Leitungswege ist vorgesehen, dass Leitungsanschlüsse für ein den
Absorber durchströmendes
Wärmetransportmedium
an der von der transparenten Abdeckung abgewandten Rückseite
des Kollektorelementes angeordnet sind.
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Die
Lösung
des zweiten Teils der Aufgabe, betreffend einen Sonnenkollektor,
gelingt erfindungsgemäß mit einem
Sonnenkollektor, der gekennzeichnet ist durch ein Kollektorelement
nach einem der Ansprüche
1 bis 29. Ein solcher Sonnenkollektor weist die vorstehend dargelegten
Vorteile ebenso wie das Kollektorelement auf.
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Besonders
günstig
herstellbar ist ein Sonnenkollektor der vorstehend angegebenen Art,
wenn er ein Gehäuse
oder einen Rahmen mit einem Gehäuse-
oder Rahmenprofil umfasst, welches das Kollektorelement nach Art
einer Einfach- oder Mehrfachscheibe einer Fenster- oder Fassadenverglasung
aufnimmt und trägt.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung
zeigen:
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1 ein
Kollektorelement in einer ersten Ausführung im Querschnitt,
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2 das
Kollektorelement in einer zweiten Ausführung im Querschnitt,
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3 das
Kollektorelement in einer dritten Ausführung im Querschnitt,
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4 das
Kollektorelement in einer vierten Ausführung im Querschnitt,
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5 das
Kollektorelement in einer fünften
Ausführung
im Querschnitt,
-
6 das
Kollektorelement in einer sechsten Ausführung im Querschnitt,
-
7 das
Kollektorelement in einer siebten Ausführung im Querschnitt und
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8 das
Kollektorelement in einer achten Ausführung im Querschnitt.
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In 1 ist
ein Kollektorelement 1 in einer ersten Ausführung im
Querschnitt gezeigt. Unten in 1 liegt
ein Absorber 2, der aus einem Metallblech mit daran angebrachten
oder darin eingeformten Rohren oder Kanälen für ein Wärmetransportmedium ausgeführt ist.
Oberhalb des Absorbers 2 liegt mit Abstand und parallel
zu diesem eine transparente Abdeckung 3, hier in Form einer
einzelnen Scheibe 31, z. B. aus Glas.
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Randseitig
sind der Absorber 2 und die transparente Abdeckung 3,
wie links und rechts in 1 im Schnitt sichtbar ist, über ein
in sich elastisches sowie gasdichtes Abstandshaltebauteil 5 miteinander
fest verbunden. Das Abstandshaltebauteil 5 besteht hier
aus vier Teilen, nämlich
aus einem starren Profilteil 51, der beispielsweise aus
Metall, wie Edelstahl, oder einem stabilen Kunststoff besteht, aus
einem elastischen Profilteil 52, der aus einem geeigneten
Elastomermaterial, vorzugsweise Zweikomponentensilikon, besteht,
und aus zwei Dichtungen 10, die vorzugsweise aus Butylkautschuk
bestehen.
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Zwischen
dem Absorber 2, der transparenten Abdeckung 3 und
dem umlaufend angeordneten, dichten Abstandstandshaltebauteil 5 wird
ein geschlossener Raum 4 gebildet, der evakuiert oder teilevakuiert
oder mit einem Gas, vorzugsweise einem Edelgas, gefüllt sein
kann.
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Zur
sicheren Positionierung und weiteren Abdichtung ist der starre Profilteil 51 über die
gasdichten Dichtungen 10 mit einerseits dem Absorber 2 und
andererseits der transparenten Abdeckung 3 verbunden. Diese
Dichtungen 10 bestehen ebenfalls aus einem geeigneten Elastomermaterial,
vorzugsweise Butylkautschuk. Die Gasdichtheit wird so durch die
Verbindung der Abdeckung 3 über die eine Dichtung 10 mit
dem Profilteil 51 sowie durch die Verbindung des Absorbers 2 über die
andere Dichtung 10 mit dem Profilteil 51 erreicht. Der
Profilteil 52 dient in erster Linie der mechanischen Verbindung
von Absorber 2 und Abdeckung 3 und muss deshalb
nicht absolut gasdicht sein.
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In
seiner in 1 gezeigten Form bildet das
Kollektorelement 1 ein vorgefertigtes Bauteil, das industriell
und somit in einer gleichbleibend hohen Qualität und mit einem hohen Wirkungsgrad
und guter Dauerhaltbarkeit herstellbar ist. Dieses vorgefertigte
Kollektorelement 1 wird dann Sonnenkollektorherstellern
zur Verfügung
gestellt, die das Kollektorelement 1 in Rahmen oder Gehäuse einbauen,
die dann auf einem Dach oder an einer Fassade eines Gebäudes angebracht
werden können.
Da das Kollektorelement 1 ein vorgefertigtes Bauteil darstellt,
werden handwerkliche Fehler bei der Verbindung von Kollektor 2 und
transparenter Abdeckung 3, die die Funktionstüchtigkeit
oder Lebensdauer eines Sonnenkollektors beeinträchtigen könnten, vermieden.
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2 der
Zeichnung zeigt ebenfalls im Querschnitt eine zweite Ausführung des
Kollektorelementes 1, für
die charakteristisch ist, dass die transparente Abdeckung 3 aus
zwei parallelen, mit Abstand zueinander angeordneten Scheiben 31 und 32 besteht.
Unten in 2 ist der Absorber 2 sichtbar,
der randseitig umlaufend über
das Abstandshaltebauteil 5 elastisch und gasdicht mit der
unteren Scheibe 32 verbunden ist. Die untere Scheibe 32 ist
ihrerseits an ihrer vom Absorber 2 abgewandten Seite über ein
weiteres umlaufendes Abstandshaltebauteil 5 in gleicher
Weise mit der oberen Scheibe 31 verbunden. Zwischen dem
Absorber 2 und der unteren Scheibe 32 wird wieder
ein gasdichter Raum 4 gebildet, der auch hier evakuiert
oder teilevakuiert oder mit einem Gas, wie Edelgas, gefüllt sein
kann. Ebenso kann der gasdichte Raum zwischen den beiden Scheiben 31 und 32 in
gleicher Weise evakuiert oder teilevakuiert oder mit einem Edelgas
gefüllt
sein, um den Wirkungsgrad des Kollektorelementes 1 zu vergrößern.
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Die
Konstruktion des Abstandshaltebauteils 5 zwischen dem Absorber 2 und
der unteren Scheibe 32 sowie des Abstandshaltebauteils 5 zwischen
der oberen Scheibe 31 und der unteren Scheibe 32 entspricht der
in 1 schon beschriebenen Ausführung.
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Weiterhin
ist bei dem Kollektorelement 1 gemäß 2 ein randseitig
umlaufendes Einfass- und Kantenschutzprofil 7 vorgesehen,
das die beschädigungsempfindlichen äußeren Kanten
des Absorbers 2 und der Scheiben 31 und 32 gegen äußere Einwirkungen
beim Transport und beim Einbau des Kollektorelements 1 in ein
Gehäuse
oder einen Rahmen schützt.
Das Einfass- und Kantenschutzprofil 7 ist im Querschnitt
C-förmig, wobei
die beiden C-Schenkel 71 und 72 einen Abstand
voneinander aufweisen, der der Höhe
des Kollektorelementes 1 zwischen der Rückseite des Absorbers 2 und
der Vorderseite der oberen Scheibe 31 entspricht. Zur Fixierung
des Einfass- und Kantenschutzprofils 7 kann dieses mit
dem übrigen
Kollektorelement 1 verklebt oder anderweitig verbunden
werden.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
des Kollektorelementes 1 dargestellt. Auch dieses Kollektorelement 1 besitzt
einen Absorber 2 und eine parallel dazu mit Abstand angeordnete
transparente Abdeckung 3, hier wieder in Form einer einzelnen
Scheibe 31. Randseitig umlaufend sind auch hier der Absorber 2 und
die transparente Abdeckung 3 mittels des Abstandshaltebauteils 5 elastisch
und gasdicht verbunden.
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Zusätzlich ist
hier an der Rückseite
des Absorbers 2 eine Rückwand 8 angeordnet,
die Abstand zum Absorber 2 aufweist. Hierdurch wird zwischen
dem Absorber 2 und der Rückwand 8 ein Raum 9 gebildet,
in dem eine thermische Isolierung 6, zum Beispiel in Form
einer Dämmmaterialschicht,
untergebracht ist. Bei einer gasdichten Ausführung und Anbringung der Rückwand 8 an
der Rückseite
des Absorbers 2 kann der Raum 9 zwischen dem Absorber 2 und
der Rückwand 8 auch
evakuiert oder teilevakuiert oder mit einem Edelgas gefüllt werden,
womit ebenfalls eine Isolationswirkung erzielt werden kann. Auch
kann die Rückwand 8 als
an sich bekannter Infrarotspiegel ausgebildet sein, um eine Wärmeabstrahlung
aus dem Kollektorelement 1 nach hinten zu vermeiden.
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Zum
Schutz der Kanten des Kollektorelementes 1 gemäß 3 ist
auch an diesem ein Einfass- und Kantenschutzprofil 7 umlaufend
angebracht, das auch hier im Querschnitt C-förmig mit zwei C-Schenkeln 71 und 72 ausgebildet
ist. Der Abstand der Schenkel 71, 72 ist auch
hier an die Höhe
oder Dicke des Kollektorelements 1 angepasst.
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Der
Raum 4 zwischen dem Absorber 2 und der transparenten
Abdeckung 3 ist hier ebenfalls nach außen hin gasdicht abgeschlossen
und kann deshalb wie bei den vorherigen Beispielen evakuiert oder
teilevakuiert oder mit einem Gas oder anderem Dämmmaterial gefüllt sein.
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4 zeigt
als viertes Ausführungsbeispiel
ein Kollektorelement 1, das die Merkmale der Beispiele
der 2 und 3 miteinander kombiniert. Das
Kollektorelement 1 gemäß 4 besitzt
also neben dem Absorber 2 eine transparente Abdeckung 3 in
Form von zwei parallel zueinander mit Abstand angeordneten Scheiben 31 und 32 sowie
eine an der Rückseite
des Absorbers 2 angeordnete Rückwand 8 mit einer
zwischen letzteren liegenden thermischen Isolierung 6.
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Der
Absorber 2 und die untere Scheibe 32 sind wieder über das
untere Abstandshaltebauteil 5 starr und dicht miteinander
verbunden. In gleicher Weise sind die untere Scheibe 32 und
die obere Scheibe 31 über ein
weiteres, gleichartiges Abstandshaltebauteil 5 miteinander
verbunden. Der Raum 4 zwischen Absorber 2 und
unterer Scheibe 32 kann evakuiert oder teilevakuiert oder
mit Gas gefüllt
sein, ebenso wie der Raum zwischen den beiden Scheiben 31 und 32.
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Der
Raum 4 und/oder der Raum zwischen den Scheiben 31 und 32 kann
alternativ auch mit der Umgebungsatmosphäre ver bunden sein, wobei dann
zur Vermeidung eines Eindringens von Staub oder anderen Schadstoffen
in den betreffenden Raum die Verbindung zur äußeren Atmosphäre über ein
entsprechend feines Filterelement oder Filtermedium erfolgt. Auf
diese Weise ergib sicht ein stetiger Druckausgleich zwischen den betreffenden
Räumen
und der äußeren Umgebung.
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Bei
einer gasdichten Ausführung
des Raumes 4 und, sofern zwei Scheiben 31, 32 vorhanden
sind, des Raumes zwischen diesen Scheiben 31, 32 treten
infolge von Temperaturschwankungen auch Druckschwankungen auf, die
zu einer Verformung insbesondere des Absorbers 2 führen. Diese
Verformungen treten in Form von konkaven oder konvexen Durchbiegungen
oder Wölbungen
auf, die nur den Abstand des Absorbers 2 von der transparenten
Abdeckung 3 verändern,
die feste Verbindung des Absorbers 2 mit der transparenten
Abdeckung 3 aber nicht beeinflussen, da die Verbindung
ausreichend flexibel und elastisch ist.
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Alle
in den Zeichnungsfiguren 1 bis 4 dargestellten
Ausführungsbeispiele
des Kollektorelementes 1 werden als vorgefertigte Bauteile
Herstellern von Sonnenkollektoren zur Verfügung gestellt, die dann das
Kollektorelement 1 in einer gewünschten Ausführung mit
einem Gehäuse
oder einem Rahmen verbinden. Vorteilhaft kann dabei das Gehäuse oder
der Rahmen in seinem Verbindungsbereich mit dem Kollektorelement 1 entsprechend
an sich bekannten Fensterprofilen gestaltet sein, da das Kollektorelement 1 an
seinem umlaufenden Rand ähnlich
wie eine Mehrfachglasscheibe einer Fensterverglasung ausgebildet
ist und dann auch entsprechend wie eine Mehrscheiben-Fensterverglasung
in einem passenden Profil für
eine Dacheindeckung, einen Fassadeneinbau oder sonstige Kollektorkonstruktionen
aufgenommen werden kann. Damit ist das Anfertigen und Ver wenden
von teuren Spezialprofilen in vielen Fällen nicht mehr nötig, was
einen weiteren Beitrag zu einer kostengünstigen Fertigung von Sonnenkollektoren
darstellt.
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Die 5 bis 8 der
Zeichnung zeigen Ausführungen
des Kollektorelementes 1 mit einer über den Absorber 2 hinausragenden
Abdeckung 3, die also einen Überstand 3' über den
Absorber 2 aufweist. Die Abdeckung 3 kann mit
beliebigen Maßen
an einer oder mehreren oder allen Seiten über den Absorber 2 hinausragen.
Die weiteren Merkmale der Beispiele der Kollektorelemente 1 gemäß den 5 bis 8,
insbesondere die Art und Weise des Aufbaus und die Funktion der
Abstandshaltebauteile 5, bleiben gegenüber den Beispielen in den 1 bis 4 gleich.
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Mit
dem Überstand
3' der Abdeckung
3 kann
das Kollektorelement
1 in alle für eine Einscheibenverglasung
geeigneten Rahmen- oder Gehäusekonstruktionen
für Dacheindeckungen
oder für
Fassadenverkleidungen oder für
einzelne Sonnenkollektoren eingebaut werden. Damit ist auch für die Ausführungen
des Kollektorelementes
1 mit einem Überstand
3' der Abdeckung
3 keine
Anfertigung von Spezialprofilen zur Integration, insbesondere zur
Montage und Halterung, des Kollektorelementes
1 notwendig. Bezugszeichenliste:
| Zeichen | Bezeichnung |
| 1 | Kollektorelement |
| 2 | Absorber |
| 3 | Abdeckung |
| 3' | Überstand |
| 31, 32 | Scheiben |
| 4 | Raum
zwischen 2 und 3 |
| 5 | Abstandshaltebauteil |
| 51 | starrer
Profilteil |
| 52 | elastischer
Profilteil |
| 6 | thermische
Isolierung |
| 7 | Einfass-
und Kantenschutzprofil |
| 71, 72 | Schenkel
von 7 |
| 8 | Rückwand |
| 9 | Raum
zwischen 2 und 8 |
| 10 | Dichtungen |