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Die Erfindung betrifft eine Solarkollektoranordnung mit mindestens zwei Scheibenelementen, welche gemeinsam mit einem Rahmen einen Innenraum begrenzen, in welchem ein Absorber angeordnet ist, welcher mindestens einen Fluidströmungsraum aufweist, der mit einem wärmeaufnehmenden Fluid durchströmbar oder durchströmt ist, wobei der Fluidströmungsraum fluidwirksam mit zwei Fluidanschlüssen verbunden ist.
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Aus der
DE 10 2008 064 010 A1 ist eine Sonnenkollektoranordnung in Form eines Isolierglasaufbaus mit einem plattenförmigen Absorber bekannt. Der Absorber ist aus zwei dünnen Blechen hergestellt ist, welche berandend gasdicht abgeschlossen sind. Die Berandung des Absorbers ist von einem im Profil U-förmigen Halteelement umgriffen, welches den Absorber im Innenraum des Isolierglasaufbaus fixiert. Dabei wird zwar ein wärmbedingtes Ausgleichsspiel des Absorbers relativ zu dem Halteelement zugelassen. Es ist aber nachteilig, dass ein solches Ausgleichsspiel auch auf Teile des Rahmens des Sonnkollektors übertragen wird, was mit unerwünschten Spannungen oder Bewegungen der Rahmenteile und des Absorbers einhergeht, wodurch die Lebensdauer des Sonnenkollektors verringert wird.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sonnenkollektoranordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher eine möglichst lange Lebensdauer aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens einer der Fluidanschlüsse ein Längenausgleichselement zum Ausgleich thermisch bedingter Maßänderungen des Absorbers aufweist.
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Das erfindungsgemäße Längenausgleichselement ermöglicht es, im Bereich eines Fluidanschlusses eine Entkopplung zwischen dem Absorber und dem Rahmen der Sonnenkollektoranordnung zu schaffen. Diese Entkopplung ermöglicht es, dass sich der Absorber Temperaturänderungen entsprechend ausdehnen oder zusammenziehen kann und dass diese Bewegung nicht auf den Rahmen der Sonnenkollektoranordnung übertragen wird. Hierdurch ist ein spannungsarmer und zuverlässiger Betrieb der Sonnenkollektoranordnung gewährleistet.
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Ein besonders einfacher Aufbau des Längenausgleichselements ergibt sich, wenn dieses in zu der Strömungsrichtung des Fluids paralleler Richtung wirksam ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Fluidanschluss ein Fluidleitungselement umfasst, welches mit einem freien Ende mit einer Begrenzung des Fluidströmungsraums verbunden ist und mit einem dem freien Ende abgewandten Leitungsabschnitt zumindest mittelbar mit dem Längenausgleichselement verbunden ist. Dies ermöglicht die Verwendung einer einfachen Rohrleitung zum Anschluss an den Fluidströmungsraum und eine Umleitung der thermisch bedingten Maßänderungen von dem Absorber über das Fluidleitungselement in das Längenausgleichselement. Hierdurch ist es möglich, eine einfache und starre Rohrleitung zur Verbindung mit dem Fluidströmungsraum zu verwenden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der für den Längenausgleich wirksame Abschnitt des Längenausgleichselements zwischen dem freien Ende des Fluidleitungselements und dem Leitungsabschnitt des Fluidleitungselements angeordnet ist, welcher zumindest mittelbar mit dem Längenausgleichselement verbunden ist. Hierdurch kann eine besonders kompakte Anordnung geschaffen werden.
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Bevorzugt ist es ferner, wenn der Rahmen ein Rahmenelement zur Fixierung des Längenausgleichselements umfasst. Eine solche Fixierung kann auf Kraft-, Reib- oder Stoffschluss beruhen. Im einfachsten Fall ist das Längenausgleichselement an ein Rahmenelement angeschweißt.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn ein für den Längenausgleich wirksamer Abschnitt des Längenausgleichselements außerhalb des Rahmens angeordnet ist, um eine unerwünschte Übertragung einer Bewegung dieses Abschnitts auf den Rahmen zu verhindern.
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Bevorzugt ist es ferner, wenn das Längenausgleichselement in Form eines Wellschlauchs gebildet ist oder einen solchen umfasst. Bevorzugt ist es dabei, einen metallischen Wellschlauch zu verwenden. Ein solcher Schlauch ist mechanisch stabil und weist eine ausreichend hohe Temperaturbeständigkeit auf. Zur Vermeidung von Korrosion ist die Verwendung von Edelstahl bevorzugt.
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Bevorzugt ist es ferner, wenn der Rahmen eine Abdichtmasse umfasst, mittels welcher der Innenraum mediendicht abgedichtet ist, um ein gegebenenfalls im Innenraum der Sonnenkollektoranordnung vorhandenes Edelgas an einem Ausweichen aus dem Innenraum zu hindern.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Abdichtmasse dichtend gegen einen für den Längenausgleich nicht wirksamen Abschnitt des Längenausgleichselements anliegt, um auch im Bereich des Fluidanschlusses eine einfache Abdichtung zu erreichen.
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In entsprechender Weise ist es bevorzugt, wenn die Verbindung zwischen dem Leitungsabschnitt des Fluidleitungselements und dem Längenausgleichselement mediendicht ist. Hierfür bieten sich an sich bekannte Rohrklemm- oder Rohrschneidverbindungen an, welche gleichzeitig im Bereich der Verklemmung oder der Verschneidung eine Relativbewegung zwischen Fluidleitungselement und Längenausgleichselement verhindern und eine mediendichte Verbindung zwischen den genannten Bauteilen schaffen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Solarkollektoranordnung mit einem Absorber und mit zwei Längenausgleichselementen;
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2 eine Seitenansicht der Solarkollektoranordnung gemäß 1 und
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3 einen Längsschnitt eines Längenausgleichselements.
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Eine Ausführungsform einer Solarkollektoranordnung ist in der Zeichnung insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Solarkollektoranordnung 10 weist zwei oder drei parallel zueinander angeordnete Scheibenelemente auf. Ein erstes Scheibenelement 12 bildet eine Außenseite der Solarkollektoranordnung. Ein zweites Scheibenelement 14 ist zwischen dem ersten Scheibenelement 12 und einem optional vorhandenen dritten Scheibenelement 16 angeordnet. Das zweite Scheibenelement 14 oder das dritte Scheibenelement 16 bildet eine weitere Außenseite der Solarkollektoranordnung 10. Bei Verwendung der Solarkollektoranordnung 10 als Fassadenelement oder als Dachhautelement bildet das erste Scheibenelement 12 eine Außenscheibe und das zweite Scheibenelement 14 oder das dritte Scheibenelement 16 eine dem Gebäudeinneren zugewandte Innenscheibe.
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Die Scheibenelemente 12, 14 und gegebenenfalls 16 sind vorzugsweise als Glasscheiben ausgebildet, insbesondere aus Einscheibensicherheitsglas. Die Materialstärke der Scheibenelemente 12, 14 und 16 beträgt beispielsweise 4 mm.
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Das erste Scheibenelement 12 und das zweite Scheibenelement 14 begrenzen zwischen sich einen Innenraum 18. Falls ein drittes Scheibenelement vorhanden ist, begrenzen das zweite Scheibenelement 14 und das dritte Scheibenelement 16 zwischen sich einen Zwischenraum 20.
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In dem Innenraum 18 ist ein Absorber 22 angeordnet, welcher als Flachabsorber ausgebildet ist und insbesondere im Rollbondverfahren hergestellt ist. Der Absorber 22 weist beispielsweise zwei Plattenelemente 24 und 26 auf. Bevorzugt ist es, wenn ein erstes Plattenelement 24 eben ausgebildet ist, sodass bei Blick durch das erste Scheibenelement 12 hindurch der Absorber 22 eben erscheint. Ein zweites Plattenelement 26 weist in 1 mit strichpunktierten Linien angedeutete Fluidströmungswege 28 auf, welche über einen Fluidanschluss 30 mit wärmeaufnehmendem Fluid gespeist sind. Erwärmtes Fluid ist über einen Fluidanschluss 32 aus dem Absorber 22 abführbar.
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Zur Beabstandung des ersten Scheibenelements 12 und des zweiten Scheibenelements 14 sind Rahmenelemente 34 vorgesehen, welche sich zwischen dem ersten Scheibenelement 12 und dem zweiten Scheibenelement 14 entlang des Umfangs des Innenraums 18 erstrecken. Die Rahmenelemente 34 erstrecken sich entlang einer Unterseite 36 der Solarkollektoranordnung 10, entlang einer Oberseite 38 und entlang von seitlichen Randbereichen 40 und 42, welche sich zwischen der Unterseite 36 und der Oberseite 38 erstrecken. In den 1 und 2 sind die Rahmenelemente 34, welche sich entlang der Seitenbereiche 40 und 42 erstrecken, aus Übersichtsgründen nicht dargestellt.
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Wenn ein drittes Scheibenelement 16 vorhanden ist, sind Beabstandung des zweiten Scheibenelements 14 und des dritten Scheibenelements 16 Abstandshalter 44 vorgesehen, welche sich ebenfalls entlang der Unterseite 36, der Oberseite 38 und entlang der Seitenbereiche 40, 42 erstrecken.
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Die Rahmenelemente 34 sind als Rahmenprofile ausgebildet und weisen auf ihrer dem ersten Zwischenraum 18 zugewandten Innenseite Führungsprofile 46 zur Aufnahme von Randabschnitten des Absorbers 22 auf. Entlang der Führungsabschnitte 46 ist der Absorber 22 gleitend gelagert, sodass es bei einer Erwärmung des Absorbers 22 nicht zu Verspannungen zwischen dem Absorber 22 und den Rahmenelementen 34 kommt.
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Eine nach außen mediendichte Abdichtung des ersten Zwischenraums 18 wird mittels einer ersten Abdichteinrichtung 48 erreicht, welche sich entlang des Umfangs der Rahmenelemente 34 um den ersten Zwischenraum 18 herum erstreckt.
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Zur Abdichtung des gegebenenfalls vorhandenen Zwischenraums 20 ist eine entsprechende Abdichteinrichtung 50 vorgesehen.
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Die Abdichteinrichtungen 48 und 50 sind beispielsweise aus einer elastischen Abdichtmasse gebildet und ermöglichen es, den Innenraum 18 und den Zwischenraum 20 nach außen mediendicht abzudichten, sodass kein Gasaustausch zwischen diesen Räumen und der Umgebung des Solarkollektors 10 stattfinden kann.
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Bei einer Erwärmung des Absorbers 22 durch Sonneneinstrahlung durch das erste Scheibenelement 12 hindurch auf den Absorber 22 erwärmt sich auch ein in dem Innenraum 18 enthaltenes Gas, beispielsweise Argon. Mit zunehmender Erwärmung steigt der Druck in dem Innenraum 18. Da das in dem gegebenenfalls vorhandenen Zwischenraum enthaltene Gas 20 nicht in entsprechender Weise erwärmt wird, ist der Druck in dem Zwischenraum 20 niedriger. Um nun – falls ein drittes Scheibenelement 16 vorhanden ist – einen Gasdruckausgleich zu ermöglichen, weist das zweite Scheibenelement 14 eine Aussparung 52 in Form einer Bohrung 54 auf. Die Bohrung 54 ist die einzige Verbindung zwischen dem Innenraum 18 und dem Zwischenraum 20, welche einen Gasdruckausgleich ermöglicht. Die Bohrung 54 ist relativ klein und weist einen Durchmesser von beispielsweise höchstens ungefähr 5 mm, insbesondere höchstens ungefähr 4 mm auf.
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Bevorzugt ist es, wenn die Aussparung 52 in einem der Randbereiche 40, 42 angeordnet ist und somit außerhalb eines Hauptblickfeldes liegt. Ein Abstand 56 zwischen einer seitlichen Berandung 58 des zweiten Scheibenelements und der Aussparung selbst beträgt beispielsweise 25 mm.
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Die Aussparung 52 ist vorzugsweise bezogen auf den Abstand zwischen der Unterseite 36 und der Oberseite 38 symmetrisch, d. h. auf halber Höhe mittig angeordnet.
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Die Plattenelemente 24 und 26 des Absorbers 22 begrenzen einen Fluidströmungsraum 60 (vgl. 3), welcher auf Höhe einer Begrenzung 62 randseitig offen ist. Der Fluidströmungsraum 60 ist an jedem der Fluidanschlüsse 30, 32 mediendicht mit einem Fluidleitungselement 64 in Form einer Rohrleitung verbunden, welche zur Zuführung oder Abführung von Fluid in den Fluidströmungsraum 60 oder aus dem Fluidströmungsraum 60 dient. Das Fluidleitungselement 64 durchsetzt einen Rahmen 66, welcher die Rahmenelemente 34 und die Abdichteinrichtung 48 umfasst.
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Das Fluidleitungselement 64 weist ein freies Ende 68 auf, welches im Bereich der Begrenzung 62 fluidwirksam mit dem Fluidströmungsraum 60 verbunden ist. Dem freien Ende abgewandt weist das Fluidleitungselement 64 einen Leitungsabschnitt 70 auf, welcher mit einem Längenausgleichselement zusammenwirkt, welches insgesamt mit dem Bezugszeichen 72 bezeichnet ist.
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Das Längenausgleichselement 72 weist ein einem Rahmenelement 34 zugewandtes Ende 74 auf, welches mit dem Rahmenelement 34 verbunden ist, beispielsweise mittels einer Verschweißung. Ausgehend von dem Ende 74 weist das Längenausgleichselement 72 einen ersten, starren Abschnitt 76 auf, einen Abschnitt in Form eines Wellschlauchs 78, und einen weiteren starren Abschnitt 80, welcher mit einem Außengewinde 82 versehen ist.
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Das Außengewinde 82 wirkt mit einem Innengewinde 84 einer Mutter 86 zusammen, welche über eine Anschlagfläche 88 in zu der Erstreckungsrichtung des Fluidleitungselements 64 paralleler Richtung mit einem Klemmring 90 zusammenwirkt. Der Klemmring 90 erstreckt sich um das Fluidleitungselement 64 herum und weist an seinem der Anschlagfläche 88 abgewandten Ende eine konische Ringfläche 92 auf, welche mit einer konischen Ringfläche 94 des starren Abschnitts 80 zusammenwirkt.
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Bei einer Verschraubung der Mutter 86 mit dem Abschnitt 80 wird der Klemmring 90 mit seiner konischen Ringfläche 92 gegen die konische Ringfläche 94 gedrückt. Hierdurch verklemmt sich der Klemmring 90 mit dem Leitungsabschnitt 70 des Fluidleitungselements 64. Hierdurch wird das Fluidleitungselement 64 auf Höhe des Leitungsabschnitts 70 mit dem Fluidleitungselement 72 verbunden. Der Klemmring 90 schafft außerdem eine mediendichte Abdichtung gegen ein Entweichen von in dem Innenraum 18 der Solarkollektoranordnung 10 vorhandenen Gas, beispielsweise Argon.
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Der Wellschlauch 78 bildet einen Abschnitt 96, welcher in zu der Erstreckungsrichtung des Fluidleitungselements 64 paralleler Richtung längenvariabel ist. Wenn sich der in dem Innenraum 18 angeordnete Absorber 22 erwärmt, dehnt sich dieser in Richtung nach außen aus, so dass sich der Leitungsabschnitt 70 des Fluidleitungselements 64 weiter von dem Rahmen 66 entfernt. Hierdurch bewegen sich auch der Klemmring 90, die Mutter 86 sowie der Abschnitt 80 in eine von dem Rahmen 66 abgewandte Richtung. Da der Abschnitt 76 des Längenausgleichselements 72 starr mit dem Rahmenelement 34 verbunden ist, wird die Ausdehnung des Absorbers 22 und des Fluidleitungselements 64 mittels des Wellschlauchs 78 aufgenommen. Bei einer Abkühlung und einer entsprechenden Verkürzung des Absorbers 22 und des Fluidleitungselements 64 zieht sich der Wellschlauch 78 wieder zusammen.
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Eine Ausdehnung und Kontraktion des Absorbers 22 und des Fluidleitungselements 64 hat somit keinen Einfluss auf eine Verformung oder eine Verspannung des Rahmens 66, und zwar weder der mechanisch stabilen Rahmenelemente 34 noch auf die Abdichteinrichtung 48.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008064010 A1 [0002]
