DE202008010263U1

DE202008010263U1 - Wärmedämmendes Gehäuse mit Hohlräume einschließender Kunststoffrückwand für Sonnenkollektoren

Info

Publication number: DE202008010263U1
Application number: DE202008010263U
Authority: DE
Original assignee: Beikircher Thomas Dr
Current assignee: Beikircher Thomas Dr
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2018-08-01

Abstract

Wärmeisolierendes Gehäuse für den Absorber (1) eines thermischen Sonnenkollektors, welches eine Rückwand (2) aus Kunststoff und mehrere metallische Seitenwände (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwand (2) doppelwandig oder mit innen liegenden Hohlräumen (4) ausgeführt ist.

Description

Stand der Technik, Gegenstand und Aufgabe der Erfindung
Thermische, flache Sonnenkollektoren (Flachkollektoren) bestehen üblicherweise aus einem ungefähr quader- oder wannenförmigen Gehäuse, meist aus Metallteilen, in das ein Absorber, gewöhnlich eine flächige Absorberplatte, parallel zur Rückwand des Gehäuses eingebracht ist und welches vorne mit zu Absorber und zur Rückwand parallelen, transparenten Glas- oder Kunststoffscheiben abgedeckt ist. Der Absorber dient zum Umwandeln des Sonnenlichtes in Wärme und ist heute üblicherweise mit einer selektiven Beschichtung ausgestattet (geringe thermische Abstrahlung (Emissionsgrad < 0,15 bei Temperaturen von ca. 100°C und hohe Absorption mit Absorptionsgrad 0,8 für das durch die Abdeckung transmittierte Sonnenlicht). Aber auch unselektive Absorber mit lediglich hohem Absorptionsgrad, meist aus Kunststoff, werden für Niedertemperaturanwendungen, z. B. Schwimmbaderwärmung oder Brauchwasser-Vorerwärmung verwendet Bisher können stabile und preiswerte selektive Schichten nur auf Metall realisiert werden, weshalb der Absorber höherwertiger und effizienterer Kollektoren gewöhnlich aus Metall ausgeführt ist. Auch hat ein Metallabsorber den Vorteil sehr guter Wärmeleitfähigkeit, was für die Wärmeabfuhr vom Absorber auf das Wärmeträgermedium vorteilhaft ist. Der Absorber steht üblicherweise in Wärme leitendem Kontakt zu einem solchen Wärmeabfuhrsystem, gewöhnlich bestehend aus mehreren Rohrleitungen, welches normalerweise, z. B. über Sammelrohre an zwei Stellen, den so genannten Durchführungen in das Gehäuse ein- bzw. austritt.
Zwischen Absorber und Rückwand des Gehäuses besteht gewöhnlich ein Abstand von einigen Zentimetern, meist um die 4–8 cm, der in der Regel fast vollständig oder ganz mit konventionellen Dämmstoffen wie Mineralwolle ausgefüllt ist, auf die der Absorber durch Aufliegen gelagert ist. Oft wird (z. B. stranggepresstes) Metall z. B. Aluminium, aber auch Kunststoff als Gehäusematerial verwendet und das Gehäuse wird aus meist 4 Seitenprofilen, und einer dünnen Vollmaterial-Rückwand zusammengefügt. Die konventionelle Isolation ist schwer und stellt mit Kosten von ca. 3–5 EUR/m² pro Kollektor einen nicht zu vernachlässigenden Teil der gesamten Produktionskosten eines Kollektors von typischerweise 30–50 EUR/m² dar. Ebensolches gilt für die metallische Rückwand, die an sich schon hohe Materialkosten aufweist und üblicherweise zur mechanischen Stabilität noch aufwendig strukturiert wird.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, bei vergleichbarer, im Idealfall sogar besserer Dämmung des Absorbers nach hinten als bei der üblichen Füllung des Raumes zwischen Absorber und Gehäuse-Rückwand mit konventioneller Isolation, die konventionelle innere Isolationsstärke zu vermindern und die teure metallische Rückwand durch eine preiswertere Kunststoffrückwand zu ersetzen. Letztere muss nur Temperaturen unter 75°C standhalten, da sie ja hinter der isolierenden Mineralwolle angebracht ist und kann daher aus billigem Kunststoff hergestellt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Ersatz der Rückwand durch eine preiswerte Kunststoff-Rückwand und gleichzeitiger entsprechender Verminderung der Mineralwollestärke, bleibt der Kollektor äußerlich praktisch unverändert, muss also der Produktionsprozess gegenüber der heute meist üblichen, kaum verändert werden. Insbesondere ist keine aufwendige neue Absorberlagerung notwendig, wie bei anderen alternativen Isolationen, bei denen ein Luftspalt hinter dem Absorber vorgesehen ist. Auch kann eine innen mit Hohlräumen ausgestattete Kunststoffrückwand problemlos mit den bisher verwendeten Seitenteilen verbunden werden z. B. durch Nieten
Erfindungsgemäße Aufgabenlösung
Die Erfindung besteht darin, dass die Rückwand des Gehäuses aus Kunststoff mit inneren Hohlräumen doppelwandig gefertigt wird, Anspruch 1, wobei der Abstand der zum Absorber parallelen Wände der Rückwand zwischen 10 und 30 mm liegt, Anspruch 2 und, bei Beibehaltung oder Reduktion der üblichen rückseitigen Bauhöhe, die Mineralwolleisolation entsprechend um 10–30 mm verringert wird, Anspruch 3. Damit bleibt der Absorber auf der konventionellen Isolation gelagert. Nach der (auf Luftspalte hinter dem Absorber bei Sonnenkollektoren anzuwendenden) allgemein bekannten Theorie der Konvektion zwischen ebenen geneigten Platten mit heisser Platte oben (z. B. O. G. Martynenko, P. P. Khramzsov, Free Convective Heat, Transfer Springer Verlag, Berlin, 2005) isoliert bei den im Sonnenkollektor auftretenden Bedingungen für Spaltabstände unter 30 mm eine Luftschicht besser als eine konventionelle Dämmung z. B. aus Mineralwolle, wodurch auch bei einer verringerten konventionellen Dämmstärke vergleichbare oder sogar bessere gesamte rückseitige Absorberisolationen erzielt werden können.
Um auch den, wegen der niedrigen Temperaturen ohnehin geringen Strahlungstransport in der doppelwandigen Rückwand zu reduzieren, kann eine Al-Folie zwischen die Wände der Rückwand integriert sein, oder der für die Rückwand eingesetzte Kunststoff aus niedrig emittierendem (Emissionsgrad < 0,3 bei 50°C) Material bestehen, oder mit einem solchen mindestens teilweise beschichtet sein, z. B. metallischer, insbesondere Al-Lack Anspruch 4 und 5.
Besonders vorteilhaft ist auch der Einschluss von schlecht leitenden Gasen, wie z. B. SF₆, Ar, Kr oder Xe in die durch die Doppelwandigkeit entstehenden inneren Zwischenräume der Rückwand, was die Isolationswirkung der Rückwand um bis zu 50% erhöht. Anspruch 6.
Die mechanische Stabilität der Rückwand wird vorteilhaft vergrößert, wenn die Rückwand teilweise in ihrem Inneren mit Rippen versehen ist oder eine geeignete Struktur aufweist, z. B. aus preiswerten und kommerziell erhältlichen Kunststoff-Stegplatten, z. B. Macrolon, ausgeführt wird, Anspruch 7.
Vorteilhaft ist auch die Ausgestaltung der Wände der Rückwand mit minimalem Materialaufwand, das heißt mit möglichst geringer Dicke kleiner als 4 mm. Dadurch können Materialkosten gespart werden. Allerdings sollte aus mechanischen Stabilitätsgründen (wie Vermeidung eines Durchhängens bei Erwärmung) eine Mindestdicke von 0,2 mm eingehalten werden, Anspruch 8.
Zumindest die dem Sonnenlicht ausgesetzte Oberfläche der Rückwand sollte mechanisch fest, Licht-, UV-stabil, feuchtigkeits- und witterungsstabil sein, am besten jedoch sollte der für die ganze Rückwand verwendete Kunststoff diese Eigenschaften aufweisen, Anspruch 9.
Um die Kosten niedrig zu halten, kommen einfache, robuste, bis 75°C beständige Kunststoffe aus der Massenproduktion wie PP, PVC, PUR, PE, PS, PMMA aber auch höher temperaturbeständige Massenkunststoffe wie PC (z. B. Macrolon-Doppelstegplatten) oder Polyester und PET, Polyamid in Frage, Anspruch 10.
Für ein preiswertes Endprodukt sind wirtschaftliche Fertigungsverfahren für große Stückzahlen notwendig: Am geeignetsten zur Herstellung der erfindungsgemäßen Rückwand mit Hohlräumen erscheint das Schlauchextrusionsverfahren, wie es zum Beispiel bei der Produktion doppelwandiger Schalenkoffer verwendet wird. Aber auch Spritzgussverfahren oder Rotationsformen und Blasformen sind geeignet, Anspruch 11.
Vorteilhaft wird eine einfache Verbindungstechnik von Rückwand und Seitenwänden durch einen Schnapp-, Steck- oder Klickverschluss und/oder eine Klemmvorrichtung und/oder durch Schrauben und/oder Nietung und/oder Klebung realisiert, Anspruch 12.
Schließlich kann noch das Problem der Temperaturbelastung der Rückwand an der Verbindung mit den meist metallischen Seitenwänden vorteilhaft entschärft werden. Hierzu können schlecht leitende Zwischenstücke eingesetzt werden, Anspruch 13.
Vorteilhaft zur Wärmeisolation und zur Gasfüllung ist es, wenn die Hohlräume der Rückwand luftdicht sind und dies auch an der Stelle der Verbindung von Seitenwänden und Rückwand, Anspruch 14, diese Dichtungsfunktion kann über einen Kleber und/oder ein elastisches Material erfolgen, Anspruch 15.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt 1 in einer Schnittzeichnung: Dargestellt ist das erfindungsgemäße Gehäuse für den mit Fluid-Rohren verbundenen Absorber (1) eines Sonnenkollektors, bestehend aus Seitenwänden (3), einer doppelwandigen Rückwand (2) mit zusätzlichen inneren Hohlräumen (4) nach Art einer Doppelstegplatte und einer konventionellen Isolation (5). Innerhalb der hohlen Rückwand befinden sich Gase (6) (z. B. Luft). An der Verbindung von Rückwand und Seitenwänden sind thermisch schlecht leitende Materialien (7) eingebracht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- O. G. Martynenko, P. P. Khramzsov, Free Convective Heat, Transfer Springer Verlag, Berlin, 2005 [0005]

Claims

Wärmeisolierendes Gehäuse für den Absorber (1) eines thermischen Sonnenkollektors, welches eine Rückwand (2) aus Kunststoff und mehrere metallische Seitenwände (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwand (2) doppelwandig oder mit innen liegenden Hohlräumen (4) ausgeführt ist.
Wärmeisolierendes Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der zum Absorber parallelen Wände der Rückwand zwischen 10 und 30 mm liegt.
Wärmeisolierendes Gehäuse nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen Absorber und der dem Absorber zugewandten Außenfläche der Rückwand mit einem konventionellen Festkörper-Dämmstoff (5) ganz oder teilweise gefüllt ist und der Dämmstoff dem Absorber als mechanische Auflagefläche und Halterung dient.
Wärmeisolierendes Gehäuse nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Hohlräume der Rückwand begrenzenden Wände zumindest teilweise mit einer niedrig emittierenden (thermischer Emissionsgrad < 0,3 bei 50°C) Oberfläche ausgestattet sind.
Wärmeisolierendes Gehäuse nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere metallische Folien in die Hohlräume der Rückwand integriert sind.
Wärmeisolierendes Gehäuse nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich Gas (6), wie z. B. Luft oder auch ein thermisch schlecht leitendes schweres Gas, wie z. B. SF₆, Ar, Kr oder Xe sich in den inneren Hohlräumen der Rückwand befindet.
Wärmeisolierendes Gehäuse nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwand zumindest teilweise gerippt ist oder eine mechanisch verstärkende Struktur aufweist oder in ihrem Inneren mit Rippen versehen ist oder als Kunststoff-Stegplatte ausgeführt wird.
Wärmeisolierendes Gehäuse nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Rückwand eine Dicke zwischen 0,2 und 4 mm aufweisen.
Wärmeisolierendes Gehäuse nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die dem Sonnenlicht ausgesetzte äußeren Wände der Rückwand Licht- und UV-stabil, feuchtigkeits- und witterungsstabil sind.
Wärmeisolierendes Gehäuse nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwand aus einfachen, verbreiteten und robusten, bis 75°C beständigen Kunststoffe aus der Massenproduktion wie PP, PVC, PUR, PE, PS, PMMA aber auch aus günstigen, höher-temperaturbeständigen Massenkunststoffen wie PC (z. B. Macrolon-Doppelstegplatten) oder Polyester, PET, Polyamid oder einem faserverstärktem Kunststoff besteht.
Wärmeisolierendes Gehäuse nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwand durch ein Schlauchextrusionsverfahren, Spritzgussverfahren oder Rotationsform- oder Blasformverfahren hergestellt wird
Wärmeisolierendes Gehäuse nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Verbindungstechnik von Rückwand und Seitenwänden durch einen Schnapp-, Steck- oder Klickverschluss und/oder eine Klemmvorrichtung und/oder durch Schrauben und/oder Nietung und/oder Klebung realisiert wird.
Wärmeisolierendes Gehäuse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet dass an den Verbindungsstellen Seitenwände/Rückwand thermisch schlecht leitende Materialien (7) dazwischen eingebracht werden.
Wärmeisolierendes Gehäuse nach Anspruch 12 und/oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Verbindungstechnik auch eine Dichtungstechnik) vorgesehen ist, die die Seitenteile luftdicht an die Rückwand anbringt.
Wärmeisolierendes Gehäuse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung über einen Kleber und/oder ein elastisches Material erfolgt.