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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor, in dem eine oder mehrere Absorber für den Durchfluss eines Wärmeträgermediums ausgebildet ist.
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Definitionen
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Ein Sonnenkollektor oder auch Solarkollektor genannt ist eine Vorrichtung, die dafür vorgesehen ist, die im Sonnenlicht erhaltene Energie zu sammeln. Traditionell steht die Bezeichnung für einen thermischen Solarkollektor, der mit der „eingefangenen” Sonnenenergie ein Übertragungsmedium (Heizwasser) aufheizt, wobei nahezu das gesamte Strahlungsspektrum des Sonnenlichtes in thermischen Solaranlagen mit relativ hohem Wirkungsgrad ausgenutzt wird.
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Innerhalb des Sonnenkollektors ist ein Solarabsorber oder einfach „Absorber” angeordnet, der zur Aufnahme und damit zur Absorption der Energie der gesamten Spektralbreite des Sonnenlichts dient.
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Die in Sonnenkollektoren enthaltenen Solarabsorber bestehen im Regelfall aus einem oder mehreren Absorberblechen aus Aluminium oder Kupfer. Insbesondere unterstützt durch eine selektive Beschichtung erwärmt sich dieser Absorber im Sonnenlicht; diese Wärme wird durch eine den Absorber in Röhren durchströmende Wärmeträgermedium aufgenommen und zu einer Nutzeinrichtung bzw. einem Wärmespeicher transportiert. Der übrige Teil des Solarkollektors dient zur Wärmeisolierung des Absorbers (mittels Vakuum oder mittels geeigneter Isoliermaterialien), um Wärmeverluste zu vermelden und eine höhere Arbeitstemperatur zu ermöglichen.
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Der Sonnenkollektor ist sicherlich ein wesentlicher Bestandteil einer thermischen Solaranlage und wird zur Warmwasserbereitung genutzt. Insbesondere stellen sogenannte Flachkollektoren hierbei eine übliche Bauart dar, bei der ein flacher, in der Regel metallischer Absorber die Sonnenstrahlen aufnimmt und die entstehende Wärme an ein Wärmeträgermedium überträgt, wobei hierfür eine an dem Absorber angebrachte oder in ihm integrierte Kanalstruktur vorgesehen ist. In der Regel werden Flachkollektoren auf einem Bach montiert, da Sie auf der zur Sonne hingewandten Seite optisch durchlässig sind und auf der zum Dach hin gewandten Seite mit der Absorberfläche bedeckt sind.
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Neben den üblichen Installationen auf dem Dach sind auch sogenannte Fassadenkollektoren bekannt, den die Aussenhaut von Gebäuden integriert oder auf diese aufgesetzt werden. Funktionsgemäss sind diese ähnlich aufgebaut wie die Flachkollektoren, jedoch mit dem Unterschied, dass diese für die Fassadengestaltung eine erheblichere Rolle spielen, da sie dem Gesamteindruck eines Gebäudes mit beeinflussen.
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Insbesondere im Fassadenbau, besonderes bei Bürogebäuden, aber auch inzwischen bei Mehrfamilienhäusern, ist der Anteil der verglasten Flächen in Bezug auf die Fassade selbst in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen. Grund hierfür ist, dass wegen dem gestalterischen Merkmal ein höheres Tageslichtangebot innerhalb der Räume vorliegen kann. Als Nachteil hierbei ist zu nennen, dass es dadurch zu einer Überhitzung hinter den verglasten Flächen angeordneten Räumen kommen kann. Um dies zu vermeiden wird ein Sonneschutz vorgesehen, der zumindest einen Teil der Sonnenstrahlen aussen vorlässt, jedoch trotzdem zu einer guten Raumbeleuchtung führt und Blendungen möglicherweise auch vermeidet.
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Stand der Technik
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Fensterkollektoren sind Luftkollektoren mit transparenter Rückwand nach dem Kastenfenster-Prinzip. Zwischen beiden Isolierverglasungen liegt ein Zwischenraum von ca. 20 cm, in dem sich eine Jalousie befindet. Diese Jalousie hat eine strahlungsabsorbierende sowie eine -reflektierende Seite. Je nach Bedarf kann das Licht direkt in den Raum einstrahlen (bei geöffneter Jalousie), reflektiert werden, oder von der Jalousie absorbiert und die Wärme an die Speichermassen abgegeben werden. Im Gegensatz zum Luftkollektor ermöglicht der Fensterkollektor eine direkte Tageslichtnutzung. Für eine natürliche Lüftung sind separate Lüftungsflügel notwendig. Sofern diese nicht ausreicht, ist ein integrierter Lüfter vorgesehen, der die notwendige Zirkulation bereitstellt.
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Aus der
DE 36 20 285 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die die Funktion eines Sonnenkollektors mit der Funktion einer Sonnenschutzeinrichtung kombiniert. Die Vorrichtung umfasst eine Jalousie mit beweglichen Lamellen, bei der die einzelnen Lamellen als Absorber mit einem Integrierten Absorberkanal ausgebildet sind. Derartige Systeme sind sehr aufwendig und störungsanfällig, da aufgrund des Sonnenschutzes es notwendig ist, dass jede Lamelle drehbar ist und aber jede Lamelle auch mit einem entsprechenden Durchflusssystem aufgrund der Absorbereigenschaften versehen sein muss.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen Sonnenkollektor bereit zu stellen, der insbesondere für mindest einer Vielzahl von Fenster geeignet ist, aber dennoch ausreichend Raumlicht bereit stellt
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Vorteile der Erfindung
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Einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung besteht darin, dass der Sonnenkollektor in der Ausbildung eines Fensters verwendbar ist. Insbesondere aufgrund der Anordnung zwischen den Scheiben eines Fensters beziehungsweise Fensterrahmens ist der Sonnenkollektor Bestandteil des Fensters und somit auch bestimmend für die Lichtdurchlässigkeit und die Menge des Tageslichtes, welches in den Raum drängt. Dies bedeutet, dass der erfindungsgemässe Sonnenkollektor auch als Fensterelement ausgebildet werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der als Grundkörper ausgebildete Sonnenkollektor von beiden Seiten mit Glaselementen versehen ist. Unter Glaselemente werden solche Elemente verstanden, die zumindest teillichtdurchlässig sind, wie beispielsweise Plexiglas. Es ist nicht auf das Material selbst beschränkt. Insbesondere soll es geeignet sein. Wärmestrahlung eines Lichtes durchzuleiten.
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Um die Wärme innerhalb des Grundkörpers zu kollektieren, ist vorgesehen, Mittel zu verwenden, die es erlauben, ein Wärmeträgermedium durch den Grundkörper zwischen den beiden Glaselementen hindurchzuleiten, so dass die innerhalb des Grundkörpers aufgestaute Wärme aufgenommen und zu den entsprechenden Zwecken verwendet werden kann.
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Aufgrund der Ausgestaltung als Fenster ist auch der erfindungsgemässe Sonnenkollektor jederzeit nachrüstbar.
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Es ist möglich, die bauliche Kontur eines Fensters, wie es im Hausbau verwendet wird, nicht zu verändern und trotzdem diese ökologische Eigenschaft zu nutzen. Dies bedeutet, dass die herkömmlichen bekannten Masse für Fenster verwendet werden können. Um die Lichtdurchlässigkeit zu ermöglichen, sind die Absorberflächen als Lamellen, vergleichbar mit einer Jalousie, ausgebildet. Diese Lamellen sind drehbar innerhalb des Fensters ausgebildet, welches aus einem inneren und äusseren Fensterelements besteht, das innerhalb einen Hohlraum aufweist. Vorzugsweise sind die Lamellen schwenkbar und jalousienartig positionierbar innerhalb der beiden Fensterelemente. Damit die innerhalb des Fensters kollektierte Wärme abtransportiert werden kann, sind seitlich an den Fenstern düsenartig eine oder mehrere Funktionselemente vorgesehen, die ein Wärmeträgermedium in den Zwischenraum einspülen und auf der gegenüberliegenden Seite wieder herausziehen, Aufgrund dessen, dass die Lamellen von dem Wärmeträgermedium umspült werden, wird zur Aufnahme der Wärme eine wesentlich grössere Fläche bereitgestellt, die einen höheren Wirkungsgrad mit sich bringt. Die Lamellen bieten somit eine im Vergleich zum nächstliegenden Stand der Technik höhere Wärmekapazität, die geeignet ist, Wärme an das Wärmeträgermedium abzugeben.
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Das Wärmeträgermedium ist vorteilhafterweise ein Gas, das durchsichtig ist. Im Gegensatz zu Fensterkollektoren, die den Luftkollektoren zuzuordnen sind, kann dadurch ein wesentlich höherer Wirkungsgrad erzielt werden. Des Gas salbst ist für diesen Verwendungszweck speziell ausgebildet. Es ist einem Kältemittel, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, ähnlich oder identisch. Es ist vollständig durchsichtig und lässt sich rückstandsfrei verwenden. Dies bedeutet, dass der Anwender an sich von aussen überhaupt nicht erkennt, dass es sich beispielsweise um ein Fenster mit einer entsprechenden Doppelfunktion handelt. Im Vergleich zu Luftkollektoren bauen die erfindungsgemässen Kollektoren sehr viel dünner. Vorteilhafterweise können diese nahezu identisch mit den bisher bekannten mehrfachverglasten Fenstern verglichen werden.
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Zusätzlich können die Lamellen mit entsprechenden Durchströmkanälen versehen sein, die auf der Unterseite der Lamellen angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Lamellen hierzu ortsfest ausgebildet, damit eine einfache Konstruktion für die Durchströmung des Wärmeträgermediums möglich ist.
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Somit ist die Ausbildung mit dem Beschattungssystem bzw. den multifunktionalen Lamellen, die gleichzeitig Beschattungssystem und Absorberelement sind, als Weiterbildung der Basis anzusehen, die aus einem Grundkörper mit mindestens zwei Scheibenelementen besteht, durch den ein Wärmeträgermedium in der bevorzugten Ausführungsform eines Kältemittels durchgeführt wird.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist auch darin zu sehen, dass der Sonnenkollektor in der Lage ist, Wärme an bewölkten Tagen und in der Nacht aufzunehmen (vergleichbar mit einem Gewächshaus). Dies bedeutet, dass ständig Infrarotstrahlung aufgenommen wird.
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Auch eine raue Oberfläche der Lamellen vergrössert den Absorptionsfaktor der Strahlung.
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Auf die Lamellen können Dünnschichtfolien aufgebracht werden (Photovokaikmodule), die zusätzlich Strom erzeugen. Sie weisen die Eigenschaft auf, dass sie zumindest teillichtdurchlässig sind, so dass die Eigenschaft der Lamellen (Abgabe der gespeicherten Wärme an das Wärmeträgermedium) nicht verloren geht.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen hervor.
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Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 Eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Ausführung in der Ausbildung eines ersten Ausführungsbeispiels in unterschiedlichen Ansichten;
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2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Ausführung in der Ausbildung eines zweiten Ausführungsbeispiels;
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3 eine schematische Darstellung der technischen Anbindung des Sonnenkollektors an einem Fensterrahmen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In den 1 und 2 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel für einen lichtdurchlässigen Sonnenkollektor 1 dargestellt. Der dargestellte Sonnenkollektor 1 bat Teil einer Anlage, die die Eigenschaft hat, aufgrund von Sonnenlicht S entstandene Wärme zu nutzen. Hierzu ist vorgesehen, die Wärme durch den Sonnenkollektor 1 aufzunehmen, mittels eines Transportmediums T zu einem Wärmetauscher zu transportieren und anschliessend durch den Wärmetauscher an eine Heizungsanlage oder einen Warmwasserspeicher zu übergeben.
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Der Sonnenkollektor 1 ist eine Vorrichtung, die dafür vorgesehen ist, die im Sonnenlicht erhaltene Energie zu sammeln. Sie weist einen Grundkörper 2 auf, innerhalb dessen ein Absorberelement 3 angeordnet ist. Der Grundkörper 2 ist bei einem Ausführungsbeispiel ein Rahmen, der mit mindestens zwei Scheiben 4a, 4b versehen ist, die zwischen sich einen Hohlraum 5 einschliessen. Die Scheiben 4a, 4b sind bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Glasscheiben, wie sie aus dem Fensterbau bekannt sind. Alternativ können jegliche Materialien verwendet werden, die zumindest zum Teil lichtdurchlässig sind.
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Innerhalb des Hohlraums 5 sind Lamellen 6 angeordnet, die eine Absorptionsfläche bieten. Die Lamellen 6 sind vergleichbar mit einer Jalousie ausgebildet und sind daher vorzugsweise zumindest um ihre Befestigungsachse schwenkbar innerhalb des Hohlraums 5 angeordnet. Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass die einzelnen Lamellen 6 miteinander gekoppelt sind und innerhalb des Hohlraums 5 jalousieartig positionierbar sind.
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Die beispielsweise durch das Sonnenlicht S in den Hohlraum 5 eingekoppelte Wärme wird nun durch ein Transportmedium zu einem Wärmetauscher, der in den Zeichnungen nicht näher dargestellt ist, überführt. Das Transportmedium ist ein Gas, vorzugsweise ein Kältemittel, das innerhalb des Hohlraums 5 in Strömung vorhanden ist. Durch im Grundkörper 2 vorgesehene Düsen 7 strömt das über Leitungen 8 zugeführte Gas in den Hohlraum 5 ein, wird mit der innerhalb des Hohlraums 5 vorhandenen Wärme beaufschlagt und wird dann über im Grundkörper 2 vorgesehene Aufnahmeelemente 9 wieder aus dem Hohlraum 5 abgeführt und über weitere Leitungen 10 dem Wärmetauscher zugeführt. Die Düsen 7 beziehungsweise die Aufnahmeelemente 9 können auch einfache Bohrungen sein.
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Das Transportmedium ist eine Wärmetransportmittel, das ein Gas ist, wobei es sich um ein solches Mittel handelt, das zum einen die Eigenschaft besitzt, Wärme aufzunehmen, aber auch ferner zumindest zum grössten Teil durchsichtig bzw. klar ist. Damit ist es möglich, den Absorber als Fenster auszubilden, beispielsweise für ein Wohnhaus, wobei die Lamellen gleichzeitig eine Abschattungseinrichtung darstellen. Aufgrund des vorhandenen Druckes innerhalb der Leitungen 8 wird das Gas in den Hohlraum 5 des Grundkörpers 2 gedrückt. Vorzugsweise ist im Bereich der Aufnahmeelemente 9 ein zumindest geringer Unterdruck vorhanden, der bewirkt, dass das im Hohlraum 5 befindliche Gas, welches bereits Wärme aufgenommen hat, wieder abgeführt wird. Das Gas ist vorzugsweise ein Kältemittel.
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Die Lamellen 6 sind bei dem ersten Ausführungsbeispiel derart gestaltet, dass diese um ihre eigene Achse schwenkbar sind. Aufgrund des ausgewählten Materials nehmen diese die Wärme auf und können bei Umströmung durch das Gas die gespeicherte Wärme zumindest zum Teil abgeben. Vorzugsweise sind die Düsen 7 als auch die Aufnahmeelemente 9 derart angeordnet, dass diese im Bereich der Lamellen 6 positioniert sind, um so zu bewirken, dass das Gas die Lamellen 6 ausreichend umströmt.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Lamellen 6, so wie in 2A–D dargestellt, zusätzliche Kanäle 11 aufweisen, die von dem Gas durchflossen werden. Damit wird der Wirkungsgrad der Übertragung der Wärme auf das Gas erhöht. Vorzugsweise weisen die Kanäle 11 im Bereich der Lamellen mehrere Bohrungen auf, so dass die Lamellen 6 ausreichend von dem Gas umspült werden können.
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Sofern der Absorber Teil eine Fensters ist, sind am Fensterrahmen Konnektierungselemente 12 (3) vorgesehen, die die Eigenschaft aufweisen, dass bei geöffnetem Fenster zu Leitungen zu dem Absorber 1 unterbrochen sind und bei geschlossenem Fenster wieder selbsttätig bereitgestellt werden. Hierfür werden Ventile bereitgestellt, die diese Eigenschaft aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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