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Die
Erfindung betrifft einen Solarkollektor, insbesondere einen Flachkollektor,
zur solarthermischen Nutzung der Solarstrahlungsenergie.
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Flachkollektoren
sind die derzeit am meisten verbreiteten Kollektoren bei Anlagen
zur Brauchwassererwärmung,
Heizungsunterstützung
sowie Poolbeheizung.
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Als
wesentliche Bauteile umfassen gattungsgemäße Flachkollektoren eine transparente
Glasabdeckung, ein diese Glasabdeckung aufnehmendes Kollektorgehäuse, mehrere
mit einem Wärmeträgerfluid
beaufschlagbare Rohre sowie einen in thermischem Kontakt mit den
Rohren stehender Absorber.
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Von
der auf den Flachkollektor auftreffenden direkten oder diffusen
Solarstrahlung kann konstruktionsbedingt jedoch nur etwa 60% genutzt
werden. Etwa 10% der Solarstrahlung können auf Grund von Reflexion
und Absorption an der Glasabdeckung den innerhalb des Kollektorgehäuses platzierten
Absorber nicht erreichen. Weitere Wärmeverluste entstehen durch
Konvektion innerhalb des Kollektorgehäuses, durch Reflexion und Wärmestrahlung
des Absorbers sowie durch Wärmeleitung
durch das Kollektorgehäuse.
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Zur
Wirkungsgraderhöhung
des Kollektors werden zum einen IR-reflektierende Glasabdeckungen
eingesetzt, die hohe Transmissionswerte für sichtbares Licht, aber einen
hohen Reflexionsgrad für
infrarotes Licht aufweisen. Diese IR-Abdeckungen erhöhen die Fertigungskosten des
Flachkollektors nicht nur unempfindlich.
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Zum
anderen weisen die Flachkollektoren zur Verringerung der durch Wärmeleitung über das Kollektorgehäuse herrührenden
Verluste eine zusätzliche
rückseitige
Wärmedämmung auf.
Die dafür eingesetzten
PU-Hartschaumplatten
oder Mineralfaserplatten führen
jedoch zu einer Vergrößerung der Bautiefe
des Flachkollektors. Der dazu erforderliche größere Montageraum ist jedoch
bei speziellen Anwendungsfällen
nicht oder nur unzureichend vorhanden.
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Darüber hinaus
haftet den aus dem Stand der Technik vorbekannten Flachkollektoren
der Nachteil an, dass die Glasabdeckung nicht dauerhaft dicht mit
dem Kollektorgehäuse
abschließt.
Dies kann gegebenenfalls dazu führen,
dass die Wärmeverluste
zunehmen und der Kollektorwirkungsgrad sinkt.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, einen Solarkollektor,
insbesondere einen Flachkollektor, zur solarthermischen Nutzung
der Solarstrahlungsenergie vorzuschlagen, der kostengünstig zu
fertigen ist, bei dem der Kollektorwirkungsgrad über eine längere Nutzungsdauer stabil
gehalten werden kann und der flexibler einsetzbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Solarkollektor, insbesondere einen Flachkollektor, zur solarthermischen
Nutzung der Solarstrahlungsenergie gelöst, welcher aus einem homogen aufgebauten
Hohlkammerprofilbauteil mit mehreren, sich zwischen zwei Stirnseiten
des Hohlkammerprofilbauteils erstreckenden Hohlkammern mit offenen Enden,
von denen zumindest eine Hohlkammer mit einem Wärmeträgerfluid beaufschlagbar ausgebildet ist,
besteht. Die Stirnseiten des Hohlkammerprofilbauteils sind jeweils
unter Verwendung eines Abschlusselements fluiddicht verschlossen.
Die zur Solarstrahlung weisende Oberseite des Hohlkammerprofilbauteils
ist außerdem
zumindest teilweise transparent oder opak ausgebildet.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Hohlkammerprofilbauteil
bevorzugt als Platte von einem geometrisch beliebigen Zuschnitt,
beispielsweise rechteckig oder trapezförmig, gefertigt. Bei einem
im Querschnitt trapezförmig
ausgebildeten Hohlkammerprofilbauteil sind dessen schräge Schnittflächen durch
steckbare Abdeckungen verschlossen, welche zur Innenseite des Hohlkammerprofilbauteils
weisende Frästaschen
zur Aufnahme von an anderer Stelle beschriebenen Verbindungselementen
aufweisen.
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Die
Oberseite und die Unterseite des Hohlkammerprofilbauteils, bevorzugt
jedoch die der Solarstrahlung zugewandte Oberseite des Hohlkammerprofilbauteils,
können
zudem eben oder gekrümmt
ausgebildet sein. Dies führt
zu einer gegenüber
dem Stand der Technik größeren Gestaltungsfreiheit
bei der Platzierung des Flachkollektors innerhalb einer Gebäudefassade
oder -wand, bei der Integration des Flachkollektors in Dächer mit
besonderen Dachformen sowie bei der Verwendung des Flachkollektors
als freistehendes Zaunelement in Verbindung mit einem Trägermodul.
Obwohl der erfindungsgemäße Flachkollektor
den überwiegenden Teil
der auftreffenden Strahlungsenergie absorbiert, bleibt die Struktur
des Hohlkammerprofilbauteils infolge innerer Lichtbrechung lichtdurchlässig.
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Das
Hohlkammerprofilbauteil besteht bevorzugt aus einem extrudierten
Kunststoff. In der Praxis hat sich besonders vorteilhaft ein transparentes
Polycarbonat als Kunststoff erwiesen, da er gute Transmissionswerte,
eine gute Wärmeisolation,
eine hohe UV- und chemische Beständigkeit,
eine hohe Schlagzähigkeit
sowie eine gute Zerspanbarkeit aufweist. Die Oberseite des aus einem
Polycarbonat bestehenden Hohlkammerprofilbauteils kann zudem mit einer
selbstreinigenden Oberfläche
versiegelt werden, wodurch der Kollektorwirkungsgrad über eine längere Nutzungsdauer
stabil gehalten werden kann.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Flachkollektor aus
Polycarbonat mit versiegelter Oberfläche konnten die Vorurteile
der Fachwelt, dass sich Kunststoffe wegen ihrer größeren Anfälligkeit
gegen Witterungseinflüsse
und ihrer schlechteren Beständigkeit
gegen UV-Strahlung sich nicht als Abdeckung eines Flachkollektors
eignen, überwunden
werden.
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Das
bevorzugt im Extrusionsverfahren hergestellte Hohlkammerprofilbauteil
gestattet eine nahezu uneingeschränkte Formgebung der Hohlkammern.
Das Hohlkammerprofilbauteil hat in Extrusionsrichtung über seine
gesamte Länge
die gleiche Querschnittsform.
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Sowohl
die mit dem Wärmeträgerfluid
beaufschlagbar ausgebildeten Hohlkammern als auch die Wärmeträgerfluid
freien Hohlkammern können
eine beliebige Querschnittsform, beispielsweise ein Kreis, eine
Ellipse oder ein Vieleck, aufweisen. Zwischen den Hohlkammern befinden
sich Stege, an denen sich die Hohlkammer gegenüber den Innenseiten der Außenflächen des
Hohlkammerprofilbauteils und untereinander abstützen. Aus Gründen der
Verringerung der Wärmeverluste
umschließen
die Wärmeträgerfluid
freien Hohlkammern die mit dem Wärmeträgerfluid
beaufschlagbar ausgebildeten Hohlkammern zumindest teilweise ringförmig oder
sandwichartig und/oder sind auf der der Solarstrahlung abgewandten
Unterseite des Hohlkammerprofilbauteils platziert. Dadurch kann
auf eine zusätzliche
Wärmedämmung des
Flachkollektors verzichtet werden, was zur Reduzierung der Bautiefe
sowie zur Verringerung der Fertigungskosten des Flachkollektors
führt.
Ferner tragen die Wärmeträgerfluid
freien Hohlkammern zur Erhöhung
der mechanischen Festigkeitswerte gegenüber Wind- und Schneelasten
bei.
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Zur
Steigerung des Kollektordurchsatzes und damit zur Erhöhung der
Kollektornutzleistung können
neben der Vergrößerung des
Durchmessers der mit dem Wärmeträgerfluid
beaufschlagbar ausgebildeten Hohlkammern auch die Anzahl der Hohlkammern
erhöht
werden. Dies kann zum einen durch eine mehrreihige Anordnung der
Hohlkammern erzielt werden, wobei die Hohlkammern hierbei parallel oder
versetzt zueinander platziert sein können. Zum anderen kann der
Kollektordurchsatz gesteigert werden, indem die mit dem Wärmeträgerfluid
beaufschlagbar ausgebildeten Hohlkammern mehrflutig, z. B. zweiflutig,
ausgebildet sind.
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Im
ersten Fall strömt
das Wärmeträgerfluid nur
in einer Richtung von dem am ersten Ende des Hohlkammerprofilbauteils
angeordneten Abschlusselement durch die Hohlkammer zu dem am zweiten Ende
des Hohlkammerprofilbauteils angeordneten gegenüberliegenden Abschlusselement.
Das am ersten Ende des Hohlkammerprofilbauteils platzierte Abschlusselement
weist einen Verteiler auf, während das
am zweiten Ende des Hohlkammerprofilbauteils platzierte Abschlusselement
einen Sammler umfasst. Gegebenenfalls kann der Sammler oder der
Verteiler mit einer Sicherheitsgruppe ausgerüstet sein, die ihrerseits,
ein Überströmventil
und ein Manometer aufweist. Im zweiten Fall der mehrflutigen Ausbildung des
Hohlkammerprofilbauteils weist ein Abschlusselement eine kombinierte
Verteiler-/Sammlereinheit auf, die an einem Ende des Hohlkammerprofilbauteils
angeordnet ist. An der gegenüberliegenden
Seite des Hohlkammerprofilbauteils ist zum Zwecke der Strömungsrichtungsumkehr
des Wärmeträgerfluids ein
Abschlusselement mit einer integrierten Leiteinrichtung für das Wärmeträgerfluid,
beispielsweise ein Rohrbogen oder ein Kammerbogen, angeordnet.
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Das
Abschlusselement kann als kompaktes Bauteil gefertigt sein oder
miteinander koppelbare Steckbausteine aufweisen. Bei der mehrteiligen
bzw. modularen Ausführung
des Abschlusselements sind zumindest zwei Steckbausteine als Eckausführung mit
einem integrierten Vorlaufstutzen bzw. Rücklaufstutzen und ein dazwischen
platzierter Steckbaustein in gerader Ausführung vorgesehen. Durch Verwendung
von modular ausgebildeten Steckbausteinen können die in der Regel unvermeidbaren
Fertigungstoleranzen zwischen dem Hohlkammerprofilbauteil und den Abschlusselementen
besonders vorteilhaft ausgeglichen werden. Zusätzlich wird bei modular ausgebildeten
Steckbausteinen eine freie Wärmeausdehnung
der Steckbausteine gewährleistet,
ohne dass die Abdichtung der Steckhülsen versagt. Die Abschlusselemente
sind durch Aneinanderreihung von Steckbausteinen in gerader Ausführung in
ihrer Länge
skalierbar. Die Einschränkung
der Teilevielfalt und die Verwendung von Gleichteilen erlaubt außerdem eine
wirtschaftliche Herstellung der Abschlusselemente.
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Da
im Spritzgussverfahren nur abgewinkelte aber nicht aber U-förmige Rohrbögen herstellbar sind,
müssen
bei zweiflutigen Flachkollektoren die Steckbausteine zum Zwecke
der Strömungsrichtungsumkehr
des Wärmeträgerfluids
geteilt ausgeführt
werden. Die Steckbausteine in gerader Ausführung verbinden zum Zwecke
der Strömungsrichtungsumkehr
die mit dem Wärmeträgerfluid
beaufschlagbaren Hohlkammern einer ersten Flut bzw. Reihe mit denen
einer zweiten Flut bzw. Reihe. Die gleiche Funktion erfüllen auch
die einzeln steckbaren und als Rohrbogen bzw. Kammerbogen ausgebildeten
Rohrverbinder, wobei hier mehrere dieser Rohrverbinder zusammengefaßt sind.
Sowohl der Steckbaustein als auch der einzeln steckbare Rohrverbinder
kann mit Schnellbauschrauben an den stirnseitig platzierten Befestigungsbohrungen
des Hohlkammerprofilbauteils fixiert werden. Steckbausteine in gerader
Ausführung
mit integrierten Sammler- und Verteilerrohr verbinden die mit einem
Wärmeträgerfluid
beaufschlagbaren Hohlkammern sowohl der ersten Flut bzw. Reihe als
die der zweiten Flut bzw. Reihe miteinander.
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Das
Abschlusselement bzw. jeder Steckbaustein ist derart ausgebildet,
dass sowohl eine formschlüssige
Verbindung zum Hohlkammerprofilbauteil als auch eine formschlüssige Verbindung
zu einem benachbarten Abschlusselement bzw. Steckbaustein ermöglicht wird.
Mehrere miteinander verbundene Flachkollektoren ergeben dabei ein
Flachkollektorfeld. Zur dauerhaften Verbindung des Abschlusselements
mit dem Hohlkammerprofilbauteil sind ferner Befestigungsmittel,
z. B. Schnellbauschrauben, vorgesehen, welche in stirnseitig am
Hohlkammerprofilbauteil platzierte Befestigungsöffnungen eingreifen.
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Das
Abschlusselement weist außerdem
Verbindungselemente in Form von Steckhülsen auf, die mit den mit dem
Wärmeträgerfluid
beaufschlagbar ausgebildeten Hohlkammern in Eingriff, respektive als
Steckverbindung, stehen. Die Abdichtung der Steckverbindung kann
bevorzugt über
O-Ringe erfolgen, die in umlaufenden Nuten von passfähigen Steckhülsen aufsitzen.
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Das
an den Stirnseiten des Hohlkammerprofilbauteils befestigte Abschlusselement
ist bevorzugt als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet, welches
ein etwa vergleichbares Temperaturverhalten wie das Hohlkammerprofilbauteil
aufweist. Durch die Auswahl von identischen Kunststoffen für das Hohlkammerprofilbauteil
und für
das Abschlusselement können
Wärmespannungen,
die gegebenenfalls zu Undichtigkeiten führen, im Flachkollektor vermieden werden.
Darüber
hinaus wird das äußere Erscheinungsbild
des erfindungsgemäßen Flachkollektors – durch
Verwendung von ausschließlich
Kunststoff -nachhaltig verbessert.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Abschlusselement
als Kappe oder als Deckel mit umlaufenden Stützlippen ausgebildet ist, wobei
die Stützlippen
im montierten Zustand einige Millimeter stirnseitig in das Hohlkammerprofilbauteil
hineinragen. Die Stützlippen
sind an denjenigen Stellen, wo das Hohlkammerprofilbauteil Stege
aufweist, unterbrochen. Somit entstehen im Bereich der Trennflächen zwischen
dem Abschlusselement und dem Hohlkammerprofilbauteil schmale Öffnungen
zur kontrollierten Be- und Entlüftung
der Hohlkammern.
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Erfindungsgemäß weist
zumindest eine mit dem Wärmeträgerfluid
beaufschlagbar ausgebildete Hohlkammer einen Absorber auf, der innerhalb der Hohlkammer
formschlüssig
fixiert ist. Der Absorber ist dabei als Rohr, als Streifen oder
als beliebig geformtes Metallprofil ausgebildet und erstreckt sich longitudinal
innerhalb der mit dem Wärmeträgerfluid beaufschlagbar
ausgebildeten Hohlkammer. Es ist allgemein bekannt, dass schwarze
Materialien das Sonnenlicht besonders gut absorbieren. Deshalb werden
als Werkstoff für
den Absorber schwarz eloxierte Aluminiumprofile oder selektiv, z.
B. mit Schwarznickel oder Schwarzchrom, beschichtete Kupferbleche
eingesetzt. Unter Anwendung eines Eloxal-Verfahrens können jedoch
auch farbige Absorberschichten auf das Aluminiumprofil aufgebracht werden,
wodurch eine farbliche Gestaltung der erfindungsgemäßen Flachkollektoren
erzielt werden kann.
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Die
signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem
Stand der Technik sind im Wesentlichen:
- • das homogen
aufgebaute einteilige Hohlkammerprofilbauteil verringert die Fertigungskosten,
- • die
geometrisch nahezu beliebigen Zuschnitte des Hohlkammerprofilbauteils
mit einer ebenen oder gekrümmten
Ober- bzw. Unterseite
führen
zu einer größeren Gestaltungsfreiheit
des Flachkollektors bei seiner Aufstellung oder Integration in vorhandene
Gebäudestrukturen,
- • die
Wärmeträgerfluid
freien Hohlkammern verringern die Wärmeverluste und die Bautiefe
des Flachkollektors, da auf eine zusätzliche rückseitige Wärmedämmung des Flachkollektors verzichtet
werden kann,
- • die
montagefreundliche Steckverbindung zwischen dem modular aufgebauten
Abschlusselement und dem Hohlkammerprofilbauteil und ggf. weiteren
Abschlusselementen benachbarter Flachkollektoren sichert kurze Montagezeiten
und
alle Komponenten des Flachkollektors können aus dem
selben Kunststoff gefertigt werden, wodurch eine recyclinggerechte
Verwertung ermöglicht
wird.
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Die
Ziele und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium
der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltung
der Erfindung mit den zugehörigen
Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, von denen zeigen:
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1:
Querschnitt eines Hohlkammerprofilbauteils in einer ersten Ausgestaltung,
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2:
Querschnitt eines Hohlkammerprofilbauteils in einer zweiten Ausgestaltung,
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3:
Querschnitt eines Hohlkammerprofilbauteils in einer dritten Ausgestaltung,
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4:
Querschnitt eines Hohlkammerprofilbauteils in einer vierten Ausgestaltung,
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5:
Querschnitt eines Hohlkammerprofilbauteils in einer fünften Ausgestaltung,
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6:
Querschnitt eines Hohlkammerprofilbauteils in einer sechsten Ausgestaltung,
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7:
perspektivische Darstellung eines Flachkollektors in einer ersten
Ausgestaltung,
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8:
Querschnitt des Flachkollektors aus 7,
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9:
perspektivische Darstellung eines Flachkollektors in einer zweiten
Ausgestaltung,
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10:
Querschnitt des Flachkollektors aus 9,
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11:
perspektivische Darstellung eines Abschlusselements, Außenseite
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12:
perspektivische Darstellung eines Abschlusselements, Innenseite
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13:
perspektivische Darstellung eines Verbindungselements in einer ersten
Ausgestaltung,
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14:
schematische Darstellung des Verbindungselements aus 13,
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15:
perspektivische Darstellung eines Verbindungselements in einer zweiten
Ausgestaltung und
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16:
schematische Darstellung des Verbindungselements aus 15.
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Die 1 zeigt
den rechteckigen Querschnitt des Hohlkammerprofilbauteils 2 eines
erfindungsgemäßen zweiflutigen
Flachkollektors 1, welcher einteilig aus einem Polycarbonat
im Extrusionsverfahren gefertigt wurde. Die dargestellte Schnittebene
erstreckt sich hierbei orthogonal zur Längserstreckung des homogen
aufgebauten Hohlkammerprofilbauteils 2. Das Hohlkammerprofilbauteil 2 weist eine
zur Solarstrahlung zugewandte Oberseite 3, eine der Solarstrahlung
abgewandte Unterseite 4 sowie zwei diese Seiten 3, 4 begrenzende
Seitenflächen 5 auf.
In dem zweiflutig ausgebildeten Hohlkammerprofilbauteil 2 sind
mehrere, sich über
die Längsachse
des Hohlkammerprofilbauteils 2 erstreckende kreisförmige sowie
mehrere trapezförmige
Hohlkammern 7 ausgebildet. Alle Hohlkammern 7 sind
durch Stege 8 voneinander beabstandet. Wie des Weiteren ersichtlich,
sind die kreisförmigen
Hohlkammern 7 zweireihig übereinander platziert, von
denen die auf der der Solarstrahlung abgewandten Unterseite 4 des
Hohlkammerprofilbauteils 2 platzierten kreisförmigen Hohlkammern 7 jeweils
einen im Querschnitt ringförmigen
Absorber 9 aufweisen. Als Absorber 9 wird hierzu
eine schwarz eloxierte Aluminiumhülse verwendet, welche innen
und außen
vom Wärmeträgerfluid
umströmt
wird. Die im Querschnitt kreisförmigen
Hohlkammern 7 werden mit einem Wärmeträgerfluid beaufschlagt, wobei
das Wärmeträgerfluid
in der unteren Reihe der Hohlkammern 7 vorlaufseitig strömt und in
der oberen Reihe der Hohlkammern 7 rücklaufseitig strömt. Ein
etwaiges Vertauschen der Vor- und Rücklaufleitung am Flachkollektor 1 hat
auf die Funktion keinen und auf den Wirkungsgrad nur einen geringen
Einfluss. Die trapezförmigen
Hohlkammern 7, respektive die Wärmeträgerfluid freien Hohlkammern 7,
umgeben aus Gründen
der Verringerung der Wärmeverluste die
mit dem Wärmeträgerfluid
beaufschlagten Hohlkammern 7 zumindest teilweise ring-
oder sandwichartig. Als Wärmeträgerfluid
ist vorzugsweise solehaltiges Wasser vorgesehen. Die Salzkonzentration
verhindert bei Minusgraden das Einfrieren des Wärmeträgerfluids in den Hohlkammern 7.
Weitere, hier nicht näher
beschriebene Zusätze,
verhindern die Bildung eines Algenbelags an den Innenwänden der
Hohlkammern 7 bzw. des Absorbers 9. Ferner sind
mehrere über
die Längsachse des
Hohlkammerprofilbauteils 2 sich erstreckende Befestigungsöffnungen 10 vorgesehen,
in welche die zur Befestigung der in den 11 und 12 beschriebenen
an den Stirnseiten 6 des Hohlkammerprofilbauteils 2 platzierten
Abschlusselemente 11 vorgesehenen Schnellbauschrauben eingreifen.
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Die 2 zeigt
den rechteckigen Querschnitt des Hohlkammerprofilbauteils 2 eines
erfindungsgemäßen zweiflutigen
Flachkollektors 1. Der grundsätzliche Aufbau des Hohlkammerprofilbauteils 2 entspricht
dem der 1. Der wesentliche Unterschied
des Hohlkammerprofilbauteils 2 gemäß 2 gegenüber dem
Hohlkammerprofilbauteil 2 nach 1 besteht
darin, dass sowohl die auf der der Solarstrahlung abgewandten Unterseite 4 des
Hohlkammerprofilbauteils 2 platzierten kreisförmigen Hohlkammern 7 als
auch die auf der der Solarstrahlung zugewandten Oberseite 3 des
Hohlkammerprofilbauteils 2 platzierten kreisförmigen Hohlkammern 7 einen
im Querschnitt ringförmigen
Absorber 9 aufweisen. Die mit dem Wärmeträgerfluid beaufschlagbaren kreisförmigen Hohlkammern 7 sind
hierbei in zwei Reihen versetzt zueinander angeordnet. Jeder der
in der oberen Reihe platzierten Hohlkammer 7 ist jeweils
eine in der unteren Reihe platzierten Hohlkammer 7 zugeordnet.
Ebenso wie in 1 sind auch in dieser Ausgestaltung
mehrere über
die Längsachse
des Hohlkammerprofilbauteils 2 sich erstreckende Befestigungsöffnungen 10 zur
Befestigung der Abschlusselemente 11 vorgesehen.
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Die 3 illustriert
den rechteckigen Querschnitt des Hohlkammerprofilbauteils 2 eines
erfindungsgemäßen zweiflutigen
Flachkollektors 1 in einer dritten Ausgestaltung. Das Hohlkammerprofilbauteil 2 umfasst
in dieser Ausgestaltung mehrere sich über die Längsachse des Hohlkammerprofilbauteils 2 erstreckende
Hohlkammern 7 mit einer elliptischen Querschnittsform,
die in zwei Reihen übereinander
platziert sind. Die auf der der Solarstrahlung abgewandten Unterseite 4 des
Hohlkammerprofilbauteils 2 platzierten elliptischen Hohlkammern 7 weisen
jeweils einen abgewinkelten flachen Absorber 9 auf, der
formschlüssig
in diesen Hohlkammern 7 arretiert ist. Der Absorber 9 wird
hierbei auf seiner Vorderseite und seiner Rückseite von dem Wärmeträgerfluid
umströmt,
wodurch eine optimale Wärmeübertragung
vom Absorber 9 auf das Wärmeträgerfluid erzielt wird. Auch
in dieser Ausgestaltung sind mehrere über die Längsachse des Hohlkammerprofilbauteils 2 sich
erstreckende Befestigungsöffnungen 10 zur
Befestigung der Abschlusselemente 11 vorgesehen.
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In 4 ist
der rechteckige Querschnitt des Hohlkammerprofilbauteils 2 eines
erfindungsgemäßen zweiflutigen
Flachkollektors 1 gezeigt. Das Hohlkammerprofilbauteil 2 umfasst
Hohlkammern 7 mit der Querschnittsform eines abgerundeten
Vielecks, die in zwei Reihen übereinander
platziert sind. Die auf der der Solarstrahlung abgewandten Unterseite 4 des
Hohlkammerprofilbauteils 2 platzierten Hohlkammern 7 weisen
einen abgewinkelten flachen Absorber 9 auf, der formschlüssig in
diesen Hohlkammern 7 arretiert ist. Zwischen den Hohlkammern 7 sind
in einer geraden Linie sich über
die Querachse des Hohlkammerprofilbauteils 2 erstreckende
Befestigungsöffnungen 10 zur
Befestigung der Abschlusselemente 11 vorgesehen. Weitere,
durch Stege 8 voneinander beabstandete Hohlkammern 7 dienen
zur Verringerung der Verlustwärme
sowie zur Erzielung der erforderlichen Festigkeit des Hohlkammerprofils 2.
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Die 5 illustriert
den rechteckigen Querschnitt des Hohlkammerprofilbauteils 2 eines
erfindungsgemäßen einflutigen
Flachkollektors 1. Das Hohlkammerprofilbauteil 2 umfasst
in dieser Ausgestaltung, wiederum mehrere im Querschnitt elliptische
und im Querschnitt rechteckige Hohlkammern 7. Die auf der
der Solarstrahlung zugewandten Oberseite 3 des Hohlkammerprofilbauteils 2 platzierten
elliptischen Hohlkammern 7 weisen einen leicht abgewinkelten
Absorber 9 auf, der formschlüssig in diesen Hohlkammern 7 arretiert
ist. Auf der der Solarstrahlung zugewandten Unterseite 4 des
Hohlkammerprofilbauteils 2 sind die im Querschnitt rechteckige
Hohlkammern 7 angeordnet, die als zusätzliche Wärmedämmung dienen. Bei einflutigen
Flachkollektoren befindet sich im linken und rechten Randbereich
des Hohlkammerprofilbauteils jeweils eine kreisförmige Hohlkammer 7 zum
Transport des Wärmeträgerfluids vom
Sammlerrohr 12 im oberen Abschlusselement 13 zum
Rücklaufstutzen 16 im
unteren Abschlusselement 13. Vorzugsweise wird nur eine
der beiden kreisförmigen
Hohlkammern 7 als Verbindungsrohr genutzt.
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Die 6 zeigt
den rechteckigen Querschnitt des Hohlkammerprofilbauteils 2 eines
erfindungsgemäßen einflutigen
Flachkollektors 1. Der Aufbau des Hohlkammerprofilbauteils 2 entspricht dem
der 5, jedoch mit den Unterschieden, dass die mit
dem Wärmeträgerfluid
beaufschlagbaren Hohlkammern 7 eine elliptische Querschnittsform aufweisen
und die zugehörigen
Absorber 9 als streifenartige ebene Bleche ausgebildet
sind. Die formschlüssige
Arretierung der Absorber 9 innerhalb der Hohlkammern 7 erfolgt
derart, dass die breite Seite orthogonal zur Solarstrahlung ausgerichtet
ist.
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In
den 1 bis 6 sind die Querschnitte der
Hohlkammerprofilbauteile 2 nur als Prinzipbild mit verkürzter Breite
dargestellt, wobei der linke und rechte Randbereich des Hohlkammerprofilbauteils 2 zur
Einfassung in einen nicht dargestellten Aufnahmerahmen sowie zur
Befestigung der Steckbausteine in Eckausführung 14 vorgesehen
ist. In den Randbereichen wird keine Solarstrahlung absorbiert,
da dort das Hohlkammerprofilbauteil 2 vom Aufnahmerahmen
abgedeckt ist.
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Die 7 und 8 zeigen
ein und denselben mehrflutigen Flachkollektor 1 in einer
ersten Ausgestaltung sowohl in einer perspektivischen Darstellung
als auch im Querschnitt. Der mehrflutige Flachkollektor 1 besteht
aus einem Hohlkammerprofilbauteil 2, in Anlehnung an die
Querschnittsdarstellung gemäß 1,
sowie an seinen Stirnseiten 6 platzierte Abschlusselemente 13.
Die zur Solarstrahlung abgewandte Unterseite 4 und die
zur Solarstrahlung zugewandte Oberseite 3 des Hohlkammerprofilbauteils 2 sind
als ebene Flächen
ausgebildet. Das obere Abschlusselement 13 ist als Leiteinrichtung
für das
Wärmeträgerfluid
und das untere Abschlusselement 13 als Verteiler-/Sammlerkombination
ausgebildet. Das Wärmeträgerfluid
strömt
ausgehend von dem als Verteiler-/Sammlerkombination ausgebildeten
unteren Abschlusselement 13 aufwärts durch die in der ersten
Reihe platzierten Hohlkammern 7 zu dem als Leiteinrichtung
für das
Wärmeträgerfluid
ausgebildeten oberen Abschlusselement 13, wird dort einer Strömungsrichtungsumkehr
unterzogen und strömt anschließend abwärts durch
die in der zweiten Reihe platzierten Hohlkammern 7 zu dem
als Verteiler-/Sammlerkombination
ausgebildeten unteren Abschlusselement 13. Die beiden Abschlusselemente 13 sind
jeweils mehrteilig ausgebildet und umfassen zwei Steckbausteine
in Eckausführung 14 und
einen dazwischen platzierten Steckbaustein – beim oberen Abschlusselement
zweiteilig – in
gerader Ausführung 17.
Die Steckbausteine in gerader Ausführung 17 des unteren
und des oberen Abschlusselements 13 sowie die Steckbausteine
in Eckausführung 14 des
unteren Abschlusselements 13 weisen jeweils passfähige Steckhülsen 18 mit
O-Ringen 19 auf. Die Steckhülsen 18 greifen form-
und ggf. kraftschlüssig
in die mit dem Wärmeträgerfluid
beaufschlagbaren Hohlkammern 7 ein. Die Steckbausteine 14, 17 beider
Abschlusselemente 13 werden ebenso mittels einer Steckverbindung
miteinander gekoppelt, indem seitlich angeordnete Steckhülsen 18 in
die dafür
vorgesehen komplementäre Öffnungen
benachbarter Steckbausteine 14, 17 eingreifen.
Das untere, als Verteiler-/Sammlerkombination ausgebildete Abschlusselement 13 weist
zudem Steckbausteine in Eckausführung 14 auf,
die einen Vorlaufstutzen 15 und einen Rücklaufstutzen 16 umfassen.
Der Vorlaufstutzen 15 und der Rücklaufstutzen 16 sind
mit einer nicht dargestellten zentralen Vorlauf- bzw. Rücklaufleitung
eines durch mehrere Flachkollektoren gebildeten Kollektorfeldes
verbunden.
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Die 7 zeigt
ferner die Darstellung eines trapezförmigen zweiflutigen Flachkollektors 1 mit
einer Abschrägung
auf der rechten Seite. In der Schnittfläche der Abschrägung liegt
beispielhaft ein Paar mit dem Wärmeträgerfluid
beaufschlagbare Hohlkammern 7, die durch einen einzeln
steckbaren Rohrverbinder stirnseitig verbunden sind. Dieser sitzt in
einer Frästasche 21,
die Innerhalb der Abschrägung
seitlich eingebracht wurde und sowohl für die Wärmeträgerfluid beaufschlagbaren Hohlkammern 7 als
auch für
die Befestigungsöffnung 10 eine
orthogonale stirnseitige Abschlussfläche bildet, auf die der einzeln
steckbare Rohrverbinder gemäß der 13 und 14 befestigt
ist. Der einzeln steckbare Rohrverbinder sitzt in der Frästasche
und schließt
bündig mit
der Schnittfläche
der Abschrägung
ab. Die in der Schnittfläche
der Abschrägung
liegenden Hohlkammern 7 sind mit einer steckbaren Abdeckkappe
verschlossen, die in 7 jedoch nicht dargestellt ist.
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Die 9 und 10 zeigen
ein und denselben einflutigen Flachkollektor 1 in einer
zweiten Ausgestaltung sowohl in einer perspektivischen Darstellung
als auch im Querschnitt. Die verwendeten Bezugszeichen entsprechen
denen der Beschreibung der 7 und 8.
Der einflutige Flachkollektor 1 besteht aus einem Hohlkammerprofilbauteil 2,
in Anlehnung an die Querschnittsdarstellung gemäß 5, sowie
an seinen Stirnseiten 6 platzierte Abschlusselemente 13.
Das Hohlkammerprofilbauteil 2 ist stirnseitig von den mehrteilig
aufgebauten Abschlusselementen 13 mediendicht verschlossen. Während das
untere Abschlusselement 13 als Verteiler ausgebildet ist,
wird das obere Abschlusselement 13 als Sammler eingesetzt.
Das Wärmeträgerfluid strömt ausgehend
vom unteren Abschlusselement 13 durch die Hohlkammern 7 zum
oberen Abschlusselement 13 und wird unter Verwendung des
innerhalb des Hohlkammerprofilbauteils 2 platzierten kreisförmigen Hohlkammer 7 wieder
zum unteren Abschlusselement 13 zurückgeführt. Die Steckbausteine des
unteren Abschlusselements weisen außerdem ein Vorlaufstutzen und
einen Rücklaufstutzen zum
Zwecke der Anbindung des Flachkollektors 1 an eine Vorlauf-
bzw. Rücklaufleitung
auf. Im unteren Abschlusselement 13 befindet sich linksseitig
ein Steckbaustein in Eckausführung 14 mit
Vorlaufstutzen 15. Dieser hat zum Verteilerrohr des unteren Steckbaustein 17 eine
offene (mediendurchlässige) Steckverbindung
und zur kreisförmigen
Hohlkammer 7 im linken Randbereich des Hohlkammerprofilbauteils 2 eine
geschlossene (mediendichte) Steckverbindung. Im oberen Abschlusselement 13 befindet sich
linksseitig ein Steckbaustein in Eckausführung 14, der sowohl
eine geschlossene (mediendichte) Steckverbindung zum Sammlerrohr
des oberen Steckbaustein 17 als auch zur kreisförmigen Hohlkammer 7 im
linken Randbereich des Hohlkammerprofilbauteils 2 hat.
Im oberen Abschlusselement 13 befindet sich rechtsseitig
ein Steckbaustein in Eckausführung 14,
der sowohl eine offene (mediendurchlässige) Steckverbindung zum
Sammlerrohr des oberen Steckbaustein 17 als auch zur kreisförmigen Hohlkammer 7 im
rechten Randbereich des Hohlkammerprofilbauteils 2 hat.
Im unteren Abschlusselement 13 befindet sich rechtsseitig
ein Steckbaustein in Eckausführung 14 mit
Rücklaufstutzen 16.
Dieser hat zum Verteilerrohr des unteren Steckbausteins 17 eine
geschlossene (mediendichte) Steckverbindung und zur kreisförmigen Hohlkammer 7 im
rechten Randbereich des Hohlkammerprofilbauteils 2 eine
offene (mediendurchlässige)
Steckverbindung. Das Wärmeträgerfluid
wird vom Vorlaufstutzen 15 ins Verteilerrohr 11 transportiert,
wird von dort den Absorber 9 aufweisenden elliptischen
Hohlkammern 7 im Hohlkammerprofilbauteil 2 zugeführt, gelangt
von dort ins Sammlerrohr 12 und über die kreisförmige Hohlkammer 7 (Verbindungsrohr)
im rechten Randbereich des Hohlkammerprofilbauteils 2 zum
Rücklaufstutzen.
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Die 11 und 12 zeigen
sowohl die zum Hohlkammerprofilbauteil 2 weisende Innenseite als
auch die zur Umgebung weisende Außenseite eines mehrteilig aufgebauten
Abschlusselements 13, welches als unteres Abschlusselement 13 für mehrflutige
Flachkollektoren 1 gemäß der 7 und 8 eingesetzt
wird. Das als Kappe ausgebildete Abschlusselement 13 umfasst
vier miteinander koppelbare Steckbausteine 14, 17,
von denen zwei in Eckausführung 14 und
zwei in gerader Ausführung 17 gefertigt
sind. Die Steckbausteine in gerader Ausführung 17 weisen jeweils
auf der zum Hohlkammerprofilbauteil 2 weisenden Innenseite
zwölf Steckhülsen 18 auf,
die jeweils zwei voneinander beabstandete O-Ringe 19 umfassen.
Die O-Ringe 19 sind jeweils in passfähigen Nuten der Steckhülsen 18 platziert.
Im zusammengefügten
Zustand des unteren Abschlusselements 13 und des Hohlkammerprofilbauteils 2 gemäß der 7 und 8 greifen
die Steckhülsen 18 in
die mit dem Wärmeträgerfluid
beaufschlagten Hohlkammern 2 form- und gg. kraftschlüssig ein. Eine
erste Reihe von Steckhülsen 18 ist
dabei mit den vorlaufseitigen Hohlkammern 2 und die zweite Reihe
der Steckhülsen 18 mit
den rücklaufseitigen Hohlkammern 2 in
Anlehnung an die in den 7 und 8 beschriebene
Ausführungsform
eines mehrflutigen Flachkollektors 1 gekoppelt. Der untere dargestellte
Steckbaustein in Eckausführung 14 ist auf
seiner Innenseite mit einer ersten Reihe, d. h. mit zwölf Steckhülsen 18,
verbunden. Auf seiner zur Umgebung weisenden Außenseite weist dieser hingegen
ein Vorlaufstutzen 15 zum Anschluss an eine Vorlaufleitung
auf. Der obere Steckbaustein in Eckausführung 14 ist auf seiner
Innenseite mit einer zweiten Reihe, d. h. mit zwölf Steckhülsen 18, verbunden.
Auf seiner zur Umgebung weisenden Außenseite weist dieser hingegen
ein Rücklaufstutzen 16 zum
Anschluss an eine Rücklaufleitung
auf. Das als Kappe ausgebildete untere Abschlusselement 13 weist
außerdem
umlaufenden Stützlippen 20,
die im Montagezustand einige Millimeter stirnseitig in das Hohlkammerprofilbauteil 2 hineinragen
und dort abdichten. Die Stützlippen 20 sind
an denjenigen Stellen, wo das Hohlkammerprofilbauteil 2 Stege 8 aufweist,
unterbrochen. Somit entstehen im Bereich der Trennflächen zwischen
dem Abschlusselement 13 und dem Hohlkammerprofilbauteil 2 schmale Öffnungen
zur kontrollierten Be- und Entlüftung
der Hohlkammern 7.
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Die 13 bis 16 illustrieren
zwei verschiedene Ausgestaltungen eines Verbindungselements in Form
von Steckhülsen 18 in
perspektivischer und schematischer Darstellung. In den 13 und 14 weisen
die Steckhülsen 18 eine
Zylinderform auf. In den Kopfbereich der Steckhülsen 18 sind umlaufende
Ringnuten eingearbeitet, in welchen zwei O-Ringe platziert sind.
Die beiden O-Ringe dichten beim Fügen der Steckhülsen 18 mit
den Wärmeträgerfluid
aufweisenden Hohlkammern 7 des Hohlkammerprofilbauteils 2 kraft-
und ggf. formschlüssig ab.
Die 15 und 16 zeigen ähnliche
Steckhülsen 18 wie
die 13 und 14. Signifikant
für die Steckhülsen 18 nach 15 und 16 sind
ihre elliptischen Formen gemäß 5,
welche dem Querschnitt einer elliptisch ausgebildeten und mit dem Wärmeträgerfluid
beaufschlagbaren Hohlkammer 7 entspricht. Die Steckhülsen, respektive
steckbare Rohrverbinder, nach den 13 und 14 werden vorzugsweise
bei trapezförmigen
zweiflutigen Flachkollektoren 1 verwendet, wo im Bereich
der Abschrägung
die Wärmeträgerfluid
beaufschlagbaren Hohlkammern 7, gemäß dem in der 7 gezeigten
Ausführungsbeispiel,
miteinander verbunden werden müssen.
-
- 1
- Flachkollektor
- 2
- Hohlkammerprofilbauteil
- 3
- Oberseite
- 4
- Unterseite
- 5
- Seitenflächen
- 6
- Stirnseiten
- 7
- Hohlkammer
- 8
- Stege
- 9
- Absorber
- 10
- Befestigungsöffnung
- 11
- Verteilerrohr
- 12
- Sammlerrohr
- 13
- Abschlusselement
- 14
- Steckbaustein
in Eckausführung
- 15
- Vorlaufstutzen
- 16
- Rücklaufstutzen
- 17
- Steckbaustein
in gerader Ausführung
- 18
- Steckhülse
- 19
- O-Ringe
- 20
- Stützlippen
- 21
- Frästasche