DE102011121942A1 - Liquid-cooled solar collector e.g. flat plate collector, for heat generation in liquid heat transfer medium, has heat exchanger whose lower side is fastened with thermal conductive contact on top of absorber-heat exchanger combination - Google Patents

Liquid-cooled solar collector e.g. flat plate collector, for heat generation in liquid heat transfer medium, has heat exchanger whose lower side is fastened with thermal conductive contact on top of absorber-heat exchanger combination Download PDF

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Abstract

The collector has an outer transparent cover (1) i.e. glass pane part, and an air gap for a spatial separation of below arranged absorber-heat exchanger-combination (2). The absorber heat exchanger combination consists of a glass pane (3) that is arranged on top of the absorber-heat exchanger combination. A lower side of a heat exchanger is fastened with thermal conductive contact on the top of the absorber-heat exchanger combination. The cover and glass pane of the absorber-heat exchanger combination form an insulation glass, which is laterally sealed by a gastight edge composite. The insulation glass is filled with gases e.g. argon or krypton, for reducing heat loss. The collector is bounded on rear or inner sides of a final panel that is wood or metal or a non-metallic material such as plaster or plastic material.

Description

Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor mit äußerer Glasscheibe und Luft- oder Gasspalt, bei dem die darunter liegende Absorber-Wärmeübertrager-Kombination aus einer weiteren Glasscheibe mit einem auf deren Unterseite befestigtem Wärmeübertrager oder mehreren auf deren Unterseite befestigten Wärmeübertragern besteht.Liquid-cooled solar collector with outer glass pane and air or gas gap, in which the underlying absorber-heat exchanger combination consists of a further glass pane with a mounted on the underside heat exchanger or more mounted on the underside of heat exchangers.

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor zur Erzeugung von Wärme in einem flüssigen Wärmeträger vorzugsweise im Temperaturbereich zwischen 0 K bis 80 K oberhalb der Umgebungstemperatur, der aus einer Absorber-Wärmeübertrager-Kombination und einer durch einen Luft- oder Gasspalt getrennten äußeren Glasscheibe besteht und bei dem die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination auf ihrer Oberseite eine Glasscheibe aufweist, an deren Unterseite ein Wärmeübertrager mit thermisch gut leitendem Kontakt befestigt ist bzw. mehrere Wärmeübertrager mit thermisch gut leitendem Kontakt befestigt sind. Thermisch gut leitender Kontakt zwischen Glasscheibe und Wärmeübertrager bedeutet, dass zwischen diesen beiden Komponenten der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination ein oder mehrere großflächige Kontakte bzw. mehrere linienförmige oder punktförmige Kontakte vorliegen. Ein durchgehender Luft- oder Gasspalt erfüllt diese Funktion nicht. Die Absorption der Solarstrahlung kann in der Glasscheibe bzw. auf deren Ober- oder Unterseite stattfinden, sie kann auf der Oberseite des Wärmeübertragers oder einer Zwischenschicht zwischen Glasscheibe und Wärmeübertrager erfolgen. Die Anwendung ist vorzugsweise für Module vorgesehen, bei denen die obere Glasscheibe und die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination eine Einheit bilden.The invention relates to a solar collector for generating heat in a liquid heat transfer medium, preferably in the temperature range between 0 K to 80 K above ambient temperature, which consists of an absorber-heat exchanger combination and a separated by an air or gas gap outer glass and in which the Absorber heat exchanger combination has on its upper side a glass pane, on the underside of a heat exchanger is fixed with good thermal conductivity contact or more heat exchangers are fixed with good thermal conductivity contact. Thermal good conductive contact between glass and heat exchanger means that between these two components of the absorber-heat exchanger combination one or more large-area contacts or multiple line-shaped or punctiform contacts exist. A continuous air or gas gap does not fulfill this function. The absorption of solar radiation can take place in the glass pane or on its top or bottom, it can be done on the top of the heat exchanger or an intermediate layer between glass and heat exchanger. The application is preferably intended for modules in which the upper glass pane and the absorber-heat exchanger combination form a unit.

Verbreitete Sonnenkollektoren für nichtkonzentrierte Sonnenstrahlung sind Flachkollektoren. Sie bestehen in der Regel aus einer transparenten äußeren Abdeckung, einer parallel dazu angeordneten Absorber-Wärmeübertrager-Kombination, einer rückseitigen Wärmedämmung und einem Gehäuse. Die äußere Abdeckung besteht zumeist aus einer einfachen Glasscheibe, es sind jedoch auch Kunststoffabdeckungen und Mehrscheiben-Isoliergläser möglich. Die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination übernimmt die Funktionen Wärmeerzeugung durch Sonnenstrahlungsabsorption (Absorber) und Wärmetransport an ein Wärmeträgermedium (Wärmeübertrager). Der durch den Abstand zwischen Absorber und Abdeckung resultierende gas- oder luftgefüllte, spaltförmige Hohlraum (i. F. Spalt) reduziert in Kombination mit der Glasscheibe die Wärmeverluste des Kollektors an die Umgebung.Common solar panels for non-concentrated solar radiation are flat-plate collectors. They usually consist of a transparent outer cover, a parallel arranged absorber-heat exchanger combination, a rear-side insulation and a housing. The outer cover is usually made of a simple glass, but there are also plastic covers and multi-pane insulating possible. The absorber-heat exchanger combination takes over the functions of heat generation by solar radiation absorption (absorber) and heat transfer to a heat transfer medium (heat exchanger). The gas- or air-filled, gap-shaped cavity resulting from the distance between the absorber and the cover (in the first place gap), in combination with the glass pane, reduces the heat losses of the collector to the environment.

Die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination besteht üblicherweise aus Metall, das aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit einen guten Wärmetransport von den Stellen der Absorption zu den flüssigkeitsdurchströmten Kanälen gewährleistet und Vorteile gegenüber anderen Materialien wie Kunststoffen aufweist. Da Metalle die Sonnenstrahlung, die von der äußeren Glasscheibe durchgelassen werden, nicht ausreichend absorbieren, wird auf der Oberseite der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination eine die Sonnenstrahlung besonders effizient absorbierende Beschichtung aufgebracht. Diese Beschichtung kann eine Farbbeschichtung sein. Aber auch spezielle Beschichtungen sind bekannt, die zur Steigerung der Effizienz des Sonnenkollektors eine geringe Emissivität der Wärmestrahlung aufweisen. Diese Beschichtungen bezeichnet man als selektive Beschichtungen, da sie selektiv die Sonnenstrahlung absorbieren und die langwellige Wärmestrahlung reflektieren und damit nicht emittieren. Beide Funktionen, die Absorption und die Vermeidung bzw. Reduzierung der Emission sind in dieser Beschichtung auf der Oberseite der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination untergebracht.The absorber-heat exchanger combination is usually made of metal, which ensures good heat transfer from the points of absorption to the liquid-flow channels due to its high thermal conductivity and has advantages over other materials such as plastics. Since metals do not sufficiently absorb the solar radiation that is transmitted through the outer glass pane, a coating which absorbs the solar radiation in a particularly efficient manner is applied to the upper side of the absorber / heat exchanger combination. This coating can be a color coat. But special coatings are also known, which have a low emissivity of the heat radiation to increase the efficiency of the solar collector. These coatings are referred to as selective coatings because they selectively absorb the solar radiation and reflect the long-wave heat radiation and thus do not emit. Both functions, the absorption and the avoidance or reduction of the emission are accommodated in this coating on top of the absorber-heat exchanger combination.

Die bekannten Absorber-Wärmeübertrager-Kombinationen, die üblicherweise in Flachkollektoren integriert werden, haben den Nachteil, dass sie aufgrund des Wärmetransports entweder aus gut leitenden Metallen oder mit geringen Fluidkanal-Abständen hergestellt werden müssen. Beides macht sie aufwändig und teuer. Die heute übliche hochwertige selektive Beschichtung muss auf dem Metallsubstrat erfolgen, wobei Korrosion und Schädigung durch Weiterverarbeitung vermieden werden muss.The known absorber-heat exchanger combinations, which are usually integrated in flat-plate collectors, have the disadvantage that they must be made due to the heat transfer either of highly conductive metals or with low fluid channel intervals. Both make it costly and expensive. Today's high quality selective coating must be done on the metal substrate, with corrosion and damage must be avoided by further processing.

Flachkollektoren werden heute üblicherweise in Modulen hergestellt, die auf oder an einem Gebäude befestigt werden. Eine Gebäude- oder Fassadenintegration kann daher nur mit großem Aufwand realisiert werden. Insbesondere ist es nachteilig, dass die bisher bekannten Flachkollektorkonstruktionen nicht von den in Industrie und Handwerk erprobten Verglasungs- und Fenster-Technologien einschließlich ihrer objektspezifischen Flexibilität profitieren können. So sind auch nur wenige Anwendungen bekannt, bei denen solarthermische Absorber-Wärmeübertrager-Kombinationen in Verglasungen integriert werden. Bekannt sind dazu Lösungen, bei denen ein oder mehrere metallische Absorber-Wärmeübertrager-Kombinationen in den ersten Scheibenzwischenraum einer Zwei- oder Dreifachverglasung integriert werden.Flat plate collectors are commonly manufactured today in modules that are mounted on or on a building. A building or facade integration can therefore be realized only with great effort. In particular, it is disadvantageous that the previously known flat-plate constructions can not benefit from the glazing and window technologies tested in industry and trade, including their object-specific flexibility. Thus, only a few applications are known in which solar thermal absorber heat exchanger combinations are integrated into glazing. For this purpose, solutions are known in which one or more metallic absorber-heat exchanger combinations are integrated into the first space between the panes of a double or triple glazing.

In EP 1 376 026 B1 wird beispielsweise ein kommerziell erhältlicher Sonnenkollektor beschrieben, der als Fassadenelement aktive und passive Solarenergienutzung kombiniert. Der Kollektor besteht aus einer Wärmeschutzverglasung mit einem im Scheibenzwischenraum integrierten, teiltransparenten Solarabsorber und kann damit sowohl zur Brauchwassererwärmung als auch zur Tageslichtversorgung verwendet werden. Der Durchblick bleibt eingeschränkt erhalten. Reflektoren auf der Außenseite der Innenscheibe sorgen für eine zusätzliche Überhitzungsschutzfunktion bei hoch stehender Sonne im Sommer. Aufgrund seiner Multifunktionalität sind die Leistungswerte deutlich niedriger als bei konventionellen Flachkollektoren, die Kosten dagegen höher.In EP 1 376 026 B1 For example, a commercially available solar collector is described which combines active and passive use of solar energy as a facade element. The collector consists of a thermal insulation glazing with a partially transparent solar absorber integrated in the space between the panes and can thus be used both for hot water heating and for daylighting. The view remains restricted receive. Reflectors on the outside of the inner pane provide additional protection against overheating in high summer sunshine. Due to its multi-functionality, the performance values are significantly lower than with conventional flat-plate collectors, but the costs are higher.

Aus DE 42 17 060 A1 ist ein Sonnenenergiekollektor mit einer Absorber-Wärmeübertrager-Kombination, bestehend aus einer metallischen Platte und einem mäanderförmigen Rohrregister, und einem vorderseitigen, transparenten Substrat insbesondere einer Glasscheibe bekannt, die derart kombiniert werden, dass sich ein hermetisch gasdichter Zwischenraum von vorzugsweise 8 mm ergibt. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass rückseitig ein weiteres transparentes Substrat in einem Abstand von etwa 8 mm eingesetzt wird, so dass die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination faktisch im gasdichten Scheibenzwischenraum einer Zweifachverglasung eingebaut ist und als Fassadenverkleidung oder Dachelement einsetzbar ist.Out DE 42 17 060 A1 is a solar energy collector with an absorber-heat exchanger combination, consisting of a metallic plate and a meandering tube register, and a front, transparent substrate in particular a glass disc known, which are combined so as to give a hermetically sealed gap of preferably 8 mm. In one embodiment, it is provided that a further transparent substrate is used at a distance of about 8 mm at the rear, so that the absorber-heat exchanger combination is actually installed in the gas-tight space between the panes of a double glazing and can be used as a facade cladding or roof element.

In DE 10 2006 006 718 B4 ist eine Absorber-Wärmeübertrager-Kombination beschrieben, die mit einer Klebeverbindung unter einer Glasscheibe befestigt wird. Dadurch dass die Glasscheibe seitlich über die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination hinaus steht, soll eine möglichst homogen aussehende Kollektorfläche auf oder an Gebäuden erzielt werden. Weiterhin übernimmt die Glasscheibe eine tragende Aufgabe, so dass ein Kollektorrahmen entfallen kann. Der Absorber ist parallel und in einem vorgebbaren Abstand zu der Glasscheibe angeordnet. Eine selektive Beschichtung der Glasscheibe ist nicht vorgesehen.In DE 10 2006 006 718 B4 an absorber-heat exchanger combination is described, which is fastened with a glued connection under a glass pane. Due to the fact that the glass pane protrudes laterally beyond the absorber / heat exchanger combination, the aim is to achieve as homogeneous a collector surface as possible on or on buildings. Furthermore, the glass takes over a supporting task, so that a collector frame can be omitted. The absorber is arranged in parallel and at a predeterminable distance from the glass pane. A selective coating of the glass is not provided.

In EP 2 244 031 A2 wird ein ähnlicher Solarkollektor beschrieben, der aus einem Absorber und einer planparallel gegenüberliegend angeordneten Vorderscheibe besteht, wobei der Absorber rückseitig mit einer die Wärmestrahlung reflektierenden Schicht versehen ist oder dem Absorber ein im infraroten Bereich reflektierendes Medium zugeordnet ist, das die Wärmeverluste des Kollektors reduziert. In einer Ausgestaltung ist eine rückseitige Wand insbesondere eine niedrigemittierende (low-e) Glasscheibe vorgesehen, so dass der Solarkollektor in Form eines Mehrfach-Isolierglases ausgeführt ist. Der resultierende Scheibenzwischenraum ist gegenüber der Umgebung gasdicht und die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination liegt zwischen der inneren und der äußeren Glasscheibe.In EP 2 244 031 A2 described a similar solar collector, which consists of an absorber and a plane-parallel opposite front disk, the absorber is back with a heat radiation reflecting layer is provided or the absorber is associated with an infrared reflecting medium, which reduces the heat losses of the collector. In one embodiment, a back wall, in particular a low-emitting (low-e) glass pane is provided, so that the solar collector is designed in the form of a multiple insulating glass. The resulting space between the panes is gastight with respect to the environment and the absorber-heat exchanger combination lies between the inner and the outer pane of glass.

Aus DE 10 2008 064 010 A1 ist ein Solarkollektor mit einer Absorber-Wärmeübertrager-Kombination bekannt, die Teil eines Isolierglasverbundes ist. Die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination besteht aus zwei dünnen Blechen bzw. Folien, die sich unter dem Druck eines Fluids (bei der Herstellung) ausbauchend verformen (zum Beispiel Rollbond-Absorber). Die Durchströmung erfolgt mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium. Die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination kann als rückseitige Wand eines Einscheiben- oder Mehrscheiben-Isolierglases oder im Scheibenzwischenraum eines Merhscheiben-Isolierglases integriert werden. In beiden Fällen weist die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination einen Hohlraum zu den Glasscheiben auf.Out DE 10 2008 064 010 A1 a solar collector with an absorber-heat exchanger combination is known, which is part of an insulating glass composite. The absorber-heat exchanger combination consists of two thin sheets or foils which bulge under the pressure of a fluid (during production) bulging (for example Rollbond absorber). The flow is carried out with a gaseous or liquid medium. The absorber-heat exchanger combination can be integrated as the back wall of a single-pane or multi-pane insulating glass or in the space between panes of a Merschscheiben insulating glass. In both cases, the absorber-heat exchanger combination has a cavity to the glass sheets.

Aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Metall und Glas, der komplizierten Rohrdurchführung durch einen gasdichten Randverbund und der hohen ästhetischen Ansprüche sind die bekannten Sonnenkollektoren sowohl in der Konstruktion als auch in der Fertigung sehr aufwändig und damit teuer. Insbesondere setzt die architektonische Akzeptanz voraus, dass das optische Erscheinungsbild des Absorbers sehr homogen ist, was mit metallischen Absorbern häufig nicht ausreichend gegeben ist.Due to the different expansion coefficients of metal and glass, the complicated pipe penetration through a gas-tight edge bond and the high aesthetic demands, the known solar collectors both in construction and in production are very complex and therefore expensive. In particular, the architectural acceptance requires that the optical appearance of the absorber is very homogeneous, which is often not sufficient with metallic absorbers.

Aus DE 10 2008 045 324 A1 ist zudem ein solarthermischer Flachkollektor bekannt, bestehend aus einem flachen Verbundglaskörper, der aus zwei parallelen und mit einem Abstand zueinander angeordneten Vakuumisolierglaseinheiten aufgebaut ist. Der resultierende gas- und wasserdichte Hohlraum weist eine von einem Wärmeträger durchströmte hydraulische Struktur auf und fungiert als Absorber. Nachteilig dabei sind die aufwändige Konstruktion und die entsprechend hohen Kosten sowie die bisher noch nicht gewährleistete Langzeit-Gebrauchstauglichkeit der evakuierten Glaseinheiten. Die Problematik der Ästhetik wird zudem nicht gelöst, weil die hydraulische Struktur durch die transparente Abdeckung sichtbar ist.Out DE 10 2008 045 324 A1 In addition, a solar thermal flat collector is known, consisting of a flat laminated glass body, which is composed of two parallel and spaced from each other Vakuumisolierglaseinheiten. The resulting gas-tight and watertight cavity has a hydraulic structure through which a heat transfer medium flows and acts as an absorber. Disadvantages are the complex design and the correspondingly high costs and the long-term serviceability of the evacuated glass units, which has not hitherto been guaranteed. The problem of aesthetics is also not solved because the hydraulic structure is visible through the transparent cover.

Aus der Literatur (z. B. DE 27 36 137 A1 , DE 197 22 029 A1 ) sind weiterhin Fensterkollektoren in Form von Mehrscheiben-Isoliergläsern bekannt, bei denen der Scheibenzwischenraum zwischen planparallelen Gläsern bzw. Kunststoffplatten für die Durchströmung des gasförmigen oder flüssigen Mediums verwendet wird. Nachteilig ist die Einhaltung der Dichtheit und einer gleichmäßigen Durchströmung, die sowohl die Funktionalität als auch das Erscheinungsbild des Kollektors stark beeinträchtigen kann.From the literature (eg DE 27 36 137 A1 . DE 197 22 029 A1 ) are still window collectors in the form of multi-pane insulating glasses known in which the disc space between plane-parallel glasses or plastic plates is used for the flow of the gaseous or liquid medium. A disadvantage is the maintenance of tightness and a uniform flow, which can greatly affect both the functionality and the appearance of the collector.

Alle bekannten Lösungen weisen ein großes Risiko in Bezug auf ihre Gebrauchstauglichkeit auf und verlangen aufwändige Konstruktionen. Die ästhetische Qualität ist zudem mit konventionellen Fassadenverkleidungen bzw. Fenstern nicht vergleichbar.All known solutions pose a great risk in terms of their usability and require complex constructions. The aesthetic quality is also not comparable with conventional facade cladding or windows.

Ziel des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist es daher, einen kostengünstigen, gebrauchstauglichen und flexiblen Solarkollektor bereit zu stellen, der als Fassadenelement einsetzbar ist. The aim of the solar collector according to the invention according to the preamble of claim 1 is therefore to provide a cost-effective, useable and flexible solar collector, which can be used as a facade element.

Durch die thermisch gut leitende Kombination einer Glasscheibe mit einem darunter liegenden Wärmeübertrager werden die Funktionen Absorption, Vermeidung bzw. Reduktion der Emission und Wärmeübergang an das Fluid, bestehend aus Wärmeleitung zum Fluidkanal und Wärmeabfuhr durch den flüssigen Wärmeträger, getrennt. Auf diese Weise können die einzelnen Funktionen in Bezug auf Materialauswahl, Materialeigenschaften und erforderliche Fertigungsverfahren optimiert werden. Diese Trennung der Funktionen erfolgt im Wesentlichen durch eine Glasscheibe, die ein Teil der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination ist und auf deren Oberseite angeordnet wird. Auf diese Weise können einfachere und damit kostengünstigere Lösungen hergestellt werden.Due to the thermally well conductive combination of a glass sheet with an underlying heat exchanger, the functions absorption, avoidance or reduction of the emission and heat transfer to the fluid, consisting of heat conduction to the fluid channel and heat dissipation through the liquid heat carrier separated. In this way, the individual functions can be optimized in terms of material selection, material properties and required manufacturing processes. This separation of the functions takes place essentially through a glass pane, which is part of the absorber-heat exchanger combination and is arranged on its upper side. In this way, simpler and therefore cheaper solutions can be produced.

Flachglas ist als industrielles Produkt kostengünstig herstellbar und in seinen Eigenschaften gezielt beeinflussbar. Sein Nachteil ist die geringe Wärmeleitfähigkeit, die durch den unterhalb angeordneten Wärmeübertrager kompensiert werden kann. So kann das Flachglas auf seiner Oberseite mit einer niedrig emittierenden Beschichtung ausgestattet werden, die die Verluste durch Wärmestrahlung reduziert. Auf seiner Unterseite kann für die Absorption der Sonnenstrahlung eine Farbbeschichtung angebracht werden. Diese Farbbeschichtung muss nunmehr keine selektiven Eigenschaften aufweisen. Das ermöglicht zahlreiche Vorteile wie kostengünstige Beschichtungsverfahren, einfach zu variierende Farben und eine hochwertige Beschichtungsqualität, die auch den ästhetischen Anforderungen im Bereich der Architekturverglasung gerecht wird.Flat glass can be produced inexpensively as an industrial product and can be specifically influenced in terms of its properties. Its disadvantage is the low thermal conductivity, which can be compensated by the heat exchanger located below. Thus, the flat glass can be equipped on its upper side with a low-emitting coating, which reduces the losses due to thermal radiation. On its underside, a color coating can be applied for the absorption of solar radiation. This color coat now does not have to have selective properties. This allows numerous advantages such as cost-effective coating processes, easy-to-vary colors and high-quality coating quality, which also meets the aesthetic requirements of architectural glazing.

Flachglas als oberstes Element der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination ermöglicht den Einsatz von Verbindungstechniken, die in der Isolierglasfertigung üblich sind. Auf diese Weise können kostengünstige und auf Maß angefertigte Kollektorelemente aus der äußeren Glasscheibe und der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination hergestellt werden, bei denen ein gasdichter Scheibenzwischenraum entsteht. Dieser kann zur weiteren Reduktion der Wärmeverluste beispielsweise mit Edelgasen wie Argon oder Krypton gefüllt werden.Flat glass as the top element of the absorber-heat exchanger combination enables the use of joining techniques that are common in insulating glass production. In this way, inexpensive and made to measure collector elements of the outer glass and the absorber heat exchanger combination can be made in which a gas-tight space between the panes arises. This can be filled to further reduce the heat losses, for example, with noble gases such as argon or krypton.

Die Befestigung des Wärmeübertragers auf der Unterseite der Glasscheibe ermöglicht zudem eine höhere Vielfalt in seiner Gestaltung. Der Wärmeübertrager kann aus Metall oder Kunststoff bestehen, wobei die Wärmeleitfähigkeit entscheidet, welche Abstände die Fluidkanäle voneinander aufweisen dürfen. Verschiedene Befestigungstechniken sind möglich.The attachment of the heat exchanger on the underside of the glass also allows a greater variety in its design. The heat exchanger may be made of metal or plastic, wherein the thermal conductivity decides which distances the fluid channels may have from each other. Various fastening techniques are possible.

Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung besteht daher, wie in 1 zu erkennen ist, in einem Sonnenkollektor zur Wärmeerzeugung, der nach oben mit einer transparenten Abdeckung (1) ausgestattet ist, unter der sich der Luftspalt (8) befindet. Darunter ist die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination (2) angeordnet, die aus der Glasscheibe (3) mit einem unter der Glasscheibe mittels der Klebeschicht (5) befestigten Omega-förmigen Metallprofil (6) mit eingelegten Rohren (7) besteht. Im Beispiel der 1 ist die Glasscheibe unterseitig mit einer absorbierenden Schicht (4) versehen. Das Omega-förmige Metallprofil kann entweder wie in 1 gezeigt zur Außenseite für Aufnahme der Rohre (7) offen sein, es kann aber auch zur Innenseite geöffnet sein. Das Rohr kann aus unterschiedlichem Material wie Kupfer, Aluminium, Stahl oder auch einem Kunststoff hergestellt sein. Das Rohr kann beispielsweise eingeklemmt, eingepresst, eingerollt oder spielfrei eingelegt werden. Anstelle des Omega-förmigen Metallprofils ist es auch denkbar, das Rohr direkt unter die Glasscheibe zu kleben, insbesondere wenn das Rohr eine geeignete Kontaktfläche aufweist.Claim 1 of the present invention therefore consists, as in 1 it can be seen in a solar collector for heat generation, which faces upwards with a transparent cover ( 1 ), under which the air gap ( 8th ) is located. Including the absorber heat exchanger combination ( 2 ) arranged from the glass pane ( 3 ) with one under the glass pane by means of the adhesive layer ( 5 ) attached omega-shaped metal profile ( 6 ) with inserted tubes ( 7 ) consists. In the example of 1 is the glass sheet underside with an absorbent layer ( 4 ) Mistake. The omega-shaped metal profile can either be as in 1 shown to the outside for receiving the pipes ( 7 ), but it can also be open to the inside. The tube can be made of different materials such as copper, aluminum, steel or a plastic. The tube can for example be clamped, pressed, rolled or inserted without play. Instead of the omega-shaped metal profile, it is also conceivable to glue the tube directly under the glass pane, in particular if the tube has a suitable contact surface.

Nach Anspruch 2 der Erfindung ist die obere transparente Abdeckung (1) aus Glas. So kann sie, wie in 2 gezeigt, mit der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination (2) mittels eines in der Verglasungsindustrie üblichen und für die höheren Temperaturen geeigneten Randverbunds (10) zu einem abgedichteten Paket verbunden werden, dessen Scheibenzwischenraum (8) mit einem Edelgas wie Argon oder Krypton gefüllt werden kann. In 2 ist die nach außen zeigende Oberseite der Glasscheibe (3) der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination (2) mit einer die Wärmestrahlung niedrig emittierenden Beschichtung (9), einer sogenannten low-e-Beschichtung, versehen worden. Im Fall der in 2 gezeigten Variante der Erfindung besteht der Wärmeübertrager aus einem Kunststoff und wird aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit daher mit sehr geringem Abstand der Rohre (7) ausgeführt.According to claim 2 of the invention, the upper transparent cover ( 1 ) of glass. So she can, as in 2 shown with the absorber heat exchanger combination ( 2 ) by means of a usual in the glazing industry and suitable for the higher temperatures edge bond ( 10 ) are connected to a sealed package whose interpane space ( 8th ) can be filled with a noble gas such as argon or krypton. In 2 is the outwardly facing top of the glass sheet ( 3 ) of the absorber-heat exchanger combination ( 2 ) with a heat radiation low-emitting coating ( 9 ), a so-called low-e coating. In the case of in 2 shown variant of the invention, the heat exchanger consists of a plastic and is therefore due to the low thermal conductivity at very close spacing of the pipes ( 7 ).

Im Fall der Variante der Erfindung nach 3 ist der Wärmeübertrager aus einer metallischen Platte ausgeführt, unter der metallische Rohre beispielsweise durch Schweißen oder Löten kontaktiert sind. Unter dem Wärmeübertrager befindet sich ein Wärmedämmmaterial (13), das nach unten bzw. innen von einer Glasscheibe (11) begrenzt ist. Seitlich erfolgt nach (3) die Begrenzung mit einem Randverbund (12), der gasdicht oder offen zur Atmosphäre ausgeführt werden kann.In the case of the variant of the invention according to 3 the heat exchanger is made of a metallic plate, are contacted under the metallic tubes, for example by welding or soldering. Under the heat exchanger is a thermal insulation material ( 13 ), the down or inside of a glass sheet ( 11 ) is limited. Laterally after (3) the boundary with an edge compound ( 12 ), which can be gas-tight or open to the atmosphere.

4 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei der die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination (2) in einen herkömmlichen Flachkollektorrahmen (14) mit opaker Wärmedämmung eingelegt ist. 4 shows an embodiment of the invention, in which the absorber heat exchanger Combination ( 2 ) in a conventional flat collector frame ( 14 ) is inserted with opaque thermal insulation.

5 zeigt eine Variante, die als Fassadenelement aufgebaut ist. Nach innen folgt nach der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination (2) eine opake Wärmedämmung (13). Die Innenseite wird durch eine zum Innenraum abschließende Platte (11) aus Holz oder Metall oder einem nichtmetallischen Werkstoff wie Glas, Gips oder Kunststoff begrenzt. Dieses Fassadenkollektorelement kann ähnlich wie ein Fenster in ein Rahmensystem eingesetzt werden, es stellt den vollständigen Wandaufbau dar. In 5 ist die zum Innenraum abschließende Platte eine Glasscheibe. 5 shows a variant that is constructed as a facade element. Inward after the absorber heat exchanger combination follows ( 2 ) an opaque thermal insulation ( 13 ). The inside is closed by a plate ( 11 ) of wood or metal or a non-metallic material such as glass, plaster or plastic limited. This facade collector element can be used like a window in a frame system, it represents the complete wall structure. In 5 is the final to the interior plate a glass sheet.

Weiterhin kann eine Ausführung der Erfindung darin bestehen, dass die Glasabdeckung der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination (2) aus einem photovoltaischen Modul (PV-Modul) besteht, bei dem die photovoltaischen Zellen entweder zwischen 2 Glasscheiben oder zwischen einer Glasscheibe und einer rückseitigen Kunststoffplatte oder zwischen geeigneten Kunststofffolien eingebettet sind. Die durch Absorption in den Solarzellen entstehende Wärme kann dann über den unterhalb rückseitig angebrachten Wärmeübertrager abgeführt werden. Somit entsteht ein sogenannter abgedeckter photovoltaisch-thermischer Kollektor, der neben Strom auch Wärme produziert. Nachteilig ist, dass die Betriebstemperatur der Zellen höher liegen kann als bei üblichen PV-Modulen, wodurch die photovoltaische Leistung geringer ausfallen kann.Furthermore, an embodiment of the invention may be that the glass cover of the absorber-heat exchanger combination ( 2 ) consists of a photovoltaic module (PV module), in which the photovoltaic cells are embedded either between 2 glass panes or between a glass pane and a rear plastic plate or between suitable plastic films. The heat generated by absorption in the solar cells can then be dissipated via the heat exchanger below the heat exchanger. This creates a so-called covered photovoltaic-thermal collector, which produces not only electricity but also heat. The disadvantage is that the operating temperature of the cells can be higher than in conventional PV modules, whereby the photovoltaic power can be lower.

Schließlich kann eine Ausführung der Erfindung darin bestehen, dass die Glasscheibe der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination (2) nur anteilig mit Wärmeübertragerfläche wie Omega-förmigen Metallprofilen (6) mit eingelegten Rohren (7) nach 1 belegt ist. Dadurch erhält die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination (2) eine Teiltransparenz, die in Fassaden- oder Dachelementen zur Gewährleistung des Sichtkontakts nach außen und zur Raumausleuchtung mit Tageslicht genutzt werden kann. Die absorbierende Schicht (4) ist in diesem Fall nicht vollflächig ausgeführt und kann z. B. auf dem Wärmeübertrager oder in der Klebe- oder Laminatschicht (5) integriert werden. Die Flächenaufteilung von transparenten und nichttransparenten Anteilen kann flexibel gestaltet werden und beispielsweise als zusammenhängende Flächenbereiche oder einer Abfolge aus transparenten und nichttransparenten Streifen oder nebeneinander bzw. übereinander angeordneten transparenten und nichttransparenten Bereichen erfolgen.Finally, an embodiment of the invention may consist in that the glass pane of the absorber-heat exchanger combination ( 2 ) only proportionally with heat transfer surface such as omega-shaped metal profiles ( 6 ) with inserted tubes ( 7 ) to 1 is occupied. This gives the absorber-heat exchanger combination ( 2 ) a partial transparency, which can be used in facade or roof elements to ensure the visual contact to the outside and for room lighting with natural light. The absorbent layer ( 4 ) Is not executed in this case, the entire surface and z. B. on the heat exchanger or in the adhesive or laminate layer ( 5 ) to get integrated. The area distribution of transparent and non-transparent portions can be made flexible and, for example, as a contiguous areas or a sequence of transparent and non-transparent strips or side by side or superposed transparent and non-transparent areas.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
äußere oder obere transparente Abdeckung bzw. Glasscheibeouter or upper transparent cover or glass pane
22
Absorber-Wärmeübertrager-KombinationAbsorber heat exchanger combination
33
Glasscheibe der Absorber-Wärmeübertrager-KombinationGlass pane of the absorber-heat exchanger combination
44
die Sonnenstrahlung absorbierende Beschichtung auf der Unterseite der Glasscheibe der Absorber-Wärmeübertrager-Kombinationthe solar radiation absorbing coating on the underside of the glass pane of the absorber heat exchanger combination
55
Klebeschicht oder Laminatfolienschicht zwischen der Glasscheibe und dem Wärmeübertrager der Absorber-Wärmeübertrager-KombinationAdhesive layer or laminate foil layer between the glass pane and the heat exchanger of the absorber-heat exchanger combination
66
Wärmeleitendes formschlüssiges Profil zur Herstellung des thermischen Kontakts zwischen der Glasscheibe der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination und dem FluidkanalThermally conductive form-fitting profile for producing the thermal contact between the glass pane of the absorber-heat exchanger combination and the fluid channel
77
Fluidkanal oder Rohr für die Durchströmung mit dem WärmeträgerFluid channel or pipe for the flow through the heat transfer medium
88th
Luft- oder Gasspalt zwischen der äußeren transparenten Abdeckung und der Absorber-Wärmeübertrager-KombinationAir or gas gap between the outer transparent cover and the absorber-heat exchanger combination
99
Beschichtung auf der Ober- bzw. Außenseite der Glasscheibe der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination mit geringer WärmestrahlungsemissionCoating on the top or outside of the glass pane of the absorber-heat exchanger combination with low heat radiation emission
1010
Randverbund zur Verbindung der oberen transparenten Abdeckung mit der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination und Abdichtung des ScheibenzwischenraumsEdge compound for connecting the upper transparent cover to the absorber / heat exchanger combination and sealing the space between the panes
1111
innere oder untere Abdeckung bzw. Glasscheibeinner or lower cover or glass pane
1212
Randverbund zur Verbindung der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination mit der unteren bzw. inneren AbdeckungEdge compound for connecting the absorber-heat exchanger combination with the lower or inner cover
1313
Wärmedämm-MaterialThermal insulation material
1414
Rahmen eines FlachkollektormodulsFrame of a flat collector module

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (22)

Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor zur Wärmeerzeugung mit einer äußeren transparenten Abdeckung, insbesondere einer Glasscheibe, und einem Luftspalt zur räumlichen Trennung von der unterhalb angeordneten Absorber-Wärmeübertrager-Kombination, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination aus einer oben angeordneten Glasscheibe besteht, auf deren Unterseite der Wärmeübertrager mit thermisch gut leitendem Kontakt befestigt ist.Liquid-cooled solar collector for heat generation with an outer transparent cover, in particular a glass pane, and an air gap for the spatial separation of the arranged below absorber heat exchanger combination, characterized in that the absorber-heat exchanger combination consists of a glass pane arranged above, on the underside the heat exchanger is attached with thermally well conductive contact. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere transparente Abdeckung und die Glasscheibe der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination ein Isolierglas bilden, das von einem gasdichten Randverbund seitlich abgedichtet wird.Liquid-cooled solar collector according to claim 1, characterized in that the outer transparent cover and the glass pane of the absorber-heat exchanger combination form an insulating glass, which is laterally sealed by a gas-tight edge seal. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierglas zur Reduktion des Wärmeverlusts mit geeigneten Füllgasen, vorzugsweise Argon oder Krypton, befüllt wird.Liquid-cooled solar collector according to claim 2, characterized in that the insulating glass to reduce the heat loss with suitable filling gases, preferably argon or krypton, is filled. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der unterhalb der nach innen zeigenden Seite der Glasscheibe angeordnete Wärmeübertrager aus einem oder mehren Teilen bestehen kann.Liquid-cooled solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that the arranged below the inwardly facing side of the glass sheet heat exchanger may consist of one or more parts. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des unterhalb der nach innen zeigenden Seite der Glasscheibe angeordneten Wärmeübertragers mittels Kleben, Laminieren, eines Schweiß- oder Lötverfahrens oder einer Klemmung erfolgt.Liquid-cooled solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that the fastening of the arranged below the inwardly facing side of the glass sheet heat exchanger by means of gluing, laminating, a welding or soldering process or a clamping takes place. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheibe der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination auf ihrer Oberseite bzw. nach außen zeigenden Seite eine die Wärmestrahlung niedrig emittierende Beschichtung aufweist.Liquid-cooled solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that the glass pane of the absorber-heat exchanger combination on its upper side or outwardly facing side has a heat radiation low-emitting coating. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenstrahlung maßgeblich im Substrat der Glasscheibe absorbiert wird.Liquid-cooled solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that the solar radiation is significantly absorbed in the substrate of the glass sheet. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenstrahlung maßgeblich in einer Beschichtung, die auf der Glasscheibenunterseite bzw. auf der nach innen zeigenden Seite der Glasscheibe angebracht ist, absorbiert wird.Liquid-cooled solar collector according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the solar radiation is significantly absorbed in a coating which is mounted on the glass pane underside or on the inwardly facing side of the glass pane. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenstrahlung maßgeblich in der Klebe- oder Laminatschicht zwischen Glasscheibe und Wärmeübertrager, der unter der Glasscheibe bzw. an der nach innen zeigenden Seite der Glasscheibe angebracht ist, absorbiert wird.Liquid-cooled solar collector according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the solar radiation is significantly absorbed in the adhesive or laminate layer between glass and heat exchanger, which is mounted under the glass or on the inwardly facing side of the glass. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenstrahlung maßgeblich auf dem Wärmeübertrager, der unter der Glasscheibe bzw. auf der nach innen zeigenden Seite der Glasscheibe angebracht ist, absorbiert wird.Liquid-cooled solar collector according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the solar radiation is significantly on the heat exchanger, which is mounted under the glass or on the inwardly facing side of the glass pane is absorbed. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der unter der Glasscheibe bzw. auf der nach innen zeigenden Seite der Glasscheibe angeordnete Wärmeübertrager aus Kunststoff besteht.Liquid-cooled solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that arranged under the glass sheet or on the inwardly facing side of the glass sheet heat exchanger consists of plastic. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der unter der Glasscheibe bzw. auf der nach innen zeigenden Seite der Glasscheibe angeordnete Wärmeübertrager aus einem oder mehreren Metallen besteht.Liquid-cooled solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger arranged under the glass pane or on the inwardly facing side of the glass pane consists of one or more metals. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der unter der Glasscheibe bzw. auf der nach innen zeigenden Seite der Glasscheibe angeordnete Wärmeübertrager aus einem gut wärmeleitenden metallischen Profil oder mehreren nebeneinander angeordneten gut wärmeleitenden metallischen Profilen und einem oder mehreren damit im thermischen Kontakt stehenden Rohr bzw. Rohren besteht.Liquid-cooled solar collector according to one of the preceding claims 1 to 10, characterized in that arranged under the glass pane or on the inwardly facing side of the glass heat exchanger from a good heat conducting metallic profile or more juxtaposed good heat conducting metallic profiles and one or more so in thermal contact standing pipe or tubes. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Wärmeübertragers bzw. auf der nach innen zeigenden Seite des Wärmeübertragers Material zur Wärmedämmung angebracht ist.Liquid-cooled solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that mounted below the heat exchanger or on the inwardly facing side of the heat exchanger material for thermal insulation. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor auf seiner Rückseite bzw. seiner Innenseite durch eine abschließende Platte aus Holz oder aus Metall oder aus einem nichtmetallischen Werkstoff wie Gips oder Kunststoff begrenzt ist.Liquid-cooled solar collector according to one of the preceding claims 1 to 14, characterized in that the collector is limited on its back or its inside by a final plate made of wood or metal or of a non-metallic material such as plaster or plastic. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor auf seiner Rückseite bzw. seiner Innenseite durch eine oder mehrere Glasscheiben zur Verringerung der Wärmeverluste so begrenzt ist, dass der Zwischenraum zwischen dem Wärmeübertrager und der inneren Glasscheibe mit einem Gas oder Luft gefüllt ist bzw. dass die Zwischenräume zwischen dem Wärmeübertrager und den nach innen folgenden Glasscheiben mit einem Gas oder Luft gefüllt sind.Liquid-cooled solar collector according to one of the preceding claims 1 to 13, characterized in that the collector is so limited on its back or its inside by one or more glass panes to reduce the heat losses that the gap between the heat exchanger and the inner glass pane is filled with a gas or air or that the spaces between the heat exchanger and the glass plates inwardly following are filled with a gas or air. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einen der Zwischenräume zwischen dem Wärmeübertrager und einer nach innen folgenden Glasscheibe zusätzlich Wärmedämmmaterial eingefügt wird.Liquid-cooled solar collector according to claim 16, characterized in that in addition one of the interspaces between the heat exchanger and an inwardly following glass pane thermal insulation material is inserted. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der nach innen folgenden Glasscheiben mindestens einer der Oberflächen eine die Wärmestrahlung wenig emittierende Beschichtung aufweisen.Liquid-cooled solar collector according to one of claims 16 or 17, characterized in that one or more of the inwardly following glass panes of at least one of the surfaces have a heat radiation little emitting coating. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere transparente Abdeckung, die Glasscheibe der Absorber-Wärmeübertrager-Kombination und die innere Glasscheibe bzw. die nachfolgenden Glasscheiben Scheibenzwischenräume einer Isolierverglasung begrenzen, die von je einem gasdichten Randverbund seitlich abgedichtet werden.Liquid-cooled solar collector according to one of Claims 16 to 18, characterized in that the outer transparent cover, the glass pane of the absorber / heat exchanger combination and the inner glass pane or the following glass panes delimit panes of insulating glazing which are laterally sealed by a respective gas-tight edge seal , Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Scheibenzwischenräume nicht gasdicht ausgeführt sind.Liquid-cooled solar collector according to claim 19, characterized in that individual disc gaps are not made gas-tight. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 16 und 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorber-Wärmeübertrager-Kombination einen transparenten Flächenanteil aufweist.Liquid-cooled solar collector according to one of claims 1 to 6, 16 and 18 to 20, characterized in that the absorber-heat exchanger combination has a transparent surface portion. Flüssigkeitsgekühlter Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor in einen regendichten Rahmen integriert wird und auf seiner Unterseite bzw. Innenseite ein Wärmedämmmaterial installiert wird.Liquid-cooled solar collector according to one of claims 2 to 13, characterized in that the collector is integrated into a rain-proof frame and on its underside or inside a thermal insulation material is installed.
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