DE2530152A1 - Kollektorelemente zur ausnutzung der sonnenwaerme - Google Patents

Description

• Kollektorelemente zur Ausnutzung der Sonnenwärme Die Erfindung betrifft Kollektorelemente zur Ausnutzung der Sonnenwärme, von denen jedes ein Rohr zur Ableitung der Wärme mittels eines flüssigen Mediums aufweist, das mit Netallflächenteilen zum Auffangen der Sonnenwärme verbunden ist.
• Derartige Kollektorelemente, welche die Sonnenwärme zur Gewinnung von Energie oder für IIeizzwecke ausnutzen, sind bereits bekannt geworden. Um Wärmeverluste durch Konvektion, z.B. Wind, zu vermeiden, müssen solche Kollektoren durch Glas oder wärmedurchlässige Folien abgedeckt werden. Der Zusammenbau solcher Kollektoren mit Abdeckung muß dem jeweiligen Aufstellungsort der Anlage angepaßt werden, was zu Schwierigkeiten führt, wenn die Abdeckung zu einer zusätzlichen Baukonstruktion zwingt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und einbaufertige Kollektorelemente zu schaffen, die einer zusätzlichen Baukonstruktion für die Abdeckung nicht bedürfen und die darüber hinaus einen verbesserten Wirkungsgrad besitzen und auch weitgehend sicher gegen Bruch durch Hagel, Steinwurf oder Schneelast sind.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes einzelne Kollektorelement mindestens auf seiner Außenseite eine das Rohr und die damit verbundenen Metallflächenteile mit Abstand überdeckende, Wärmestrahlen durch lässige Abdeckung aufweist.
• Über die genannten Merkmale hinausgehende Einzelheiten zur Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kollektors dargestellt, die nachfolgend näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 nebeneinander angeordnete und miteinander verbundene Kollektorelemente; Fig. 2 die Verbindung zweier benachbarter Kollektorelemente; Fig. 3 ebenfalls die Verbindung zweier benachbarter Kollektorelemente unter Zwischenschaltung eines das flüssige Medium führende Rohres in der Trennfuge; Fig. 4 die Verbindung eines Rohres mit einem Metallflächenteil zur Bildung eines Kollektorelementes; Fig. 5 ein Kollektorelement, bei dem das Rohr über eine Lasche mit dem Metallflächenteil verbunden ist, wobei die Endbereiche des Kollelctorelementes auf verschiedene Weise mit dem benachbarten Kollektorelement verbunden sind; Fig. 6 die Verbindungsstelle zweier benachbarter Kollektorelemente mit in der Trennfuge angeordnetem Rohr zur Führung des flüssigen Mediums; Fig. 7 ein Kollektorelement, dessen Hohlraum zwischen der Abdeckung und dem Metallflächenteil evakuiert wurde und bei dem das Metallflächenteil über einen Zuganker in seiner Form stabilisiert wird; Fig. 8 ein weiteres Kollektorelement, dessen Hohlraum evakuiert wurde und der mit zwei Abdeckungen versehen ist; Fig. 9 den Randbereich eines Kollektorelementes, der aus einem Kunststoffprofil besteht; Fig. 10 ein Kollektorelement, bei dem das Metallflächenteil zusammen mit dem Rohr von einer unteren und einer oberen Schale überdeckt wird; Fig. 11 den Verschluß der Enden eines nach Fig. 10 gebildeten Kollektorelementes; Fig. 12 ein weiteres Kollektorelement, in dessen Hohlraum das Metallflächenteil zusammen mit dem Rohr angeordnet ist; Fig. 13 ein das Rohr einschließende Metallflächenteil in einem aus zwei llalbschalen gebildeten Hohlraum; Fig. 74 die Befestigung des Metallflächenteiles nach Fig. 13 in einer Draufsicht.
• Aus einem durch Strangpressen verformbaren Material, vorzugsweise Aluminium, sind flache und breite, an den Kanten besonders profilierte Kollektorelemente 1 als Strangpreß-Profile i Fabrikationslängen, z.B. 6 m, gepreßt (Fig. 1 und 2). In dieses Profil einbezogen ist das für das dem Wärmetransport dienende flüssige Medium (z.B. Wasser) erforderliche Rohr 2. Der Querschnitt des Metallflächenteiles 3 ist so bemessen, daß der Wärmetransport von den äußeren Kanten bis zu dem oder den Rohren 2 unter Berücksichtigung des Profilgewichtes (Kosten) optimal ist. Die Kollektorelemente 1 werden in bekannter Weise horizontal oder geneigt auf eine stabile Unterlage aufgelegt und befestigt und mit Isoliertsücken 13 unterfüttert. Die Oberfläche ist geschwärzt, wofür entweder eine Lackschicht oder Eloxierung mit nachfolgender Einfärbung und Verdichtung dienen kann.
• Für die Abdeckung jedes Kollektorelementes 1 zur Vermeidung von Wärmeverlusten durch Konvektion sind vorzugsweise gewölbte, für Wärmestrahlung durchlässige Abdeckungen 4 aus Kunststoff, ggf. auch solche aus Spezialglas vorgesehen, die reergndicht in die Kollektorelemente 1 eingeklemmt werden.
• Zu diesem Zweck sind die Kanten der Metallflächenteile 3 so ausgebildet, daß die Kollektorelemente 1 einerseits mit den benachbarten schlüssig verbunden werden können und anderseits mit einer vorugsweise aus Kunststoff herzu -stellenden Überfangleiste 9 miteinander verklammert werden, indem die Uberfangleiste 9 die Oberseiten 8 der Schenkel 5 übergreift. Diese Überfangleiste 9 dient sowohl der Verklammerung als auch der Wärmeisolierung der Kanten der Metallflächenteile 3 gegen die umgebende Luft. Eine weitere Funktion der Überfangleiste 9 ist die regendichte Aufnahme der Längskanten der Abdeckung 4 aus elastischem und für Wärmestrahlen optimal durchlässigem Material.
• Eine zusätzliche Verklammerung benachbarter Kollektorelemente 1 kann durch Klammern 11 aus verzinktem Stahl oder aus Aluminium-Legierung erfolgen. Dabei können die Längskanten über in ihren Schenkeln 5 angeordneter Nut 6 und Feder 7 zentriert werden. Stått der Klammern 11 können die Schenkel 5 der Metallflächenteile 3 mittels Laschen 12 verbunden sein. Die Rohrverbindung der einzelnen Kollektorelemente 1 erfolgt durch an den Enden derselben eingeschraubte, eingetriebene, angeschweißte oder eingeklebte Rohrstutzen, wobei diese wiederum in üblicher Weise durch Verschraubung 21 oder dgl. mit den Sammelleitungen verbunden sind. Die notwendige Isolierung aller dieser, dem freien Luftstrom ausgesetzten wärmeführenden Teile erfolgt in bekannter Weise mittels Kunststoffschaumes oder dgl.
• Eine dem Prinzip nach gleiche, aber in der Herstellungsart andersartige Bauweise der Kollektorelemente besteht darin, daß dieselben aus Metallbändern, der Wärmeleitfähigkeit wegen vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer, durch Walzen, Rollen, Abkanten oder Formziehen gemäß Abb. 3 - 12 bestehen.
• Der Ableitung der von der Sonne aufgenommenen Wärme dienen auch hierbei Rohre 2, die fest und mit bestmöglichem Wärmekontakt mit dem Metallband, beispielsweise durch Rollschweißung verbunden sind. Sowohl das Metallflächenteil 3 als auch das Rohr 2 können hierfür eine Formgebung gemäß Fig. 3 - 8 und 12 aufweisen, um den Wärmekontakt und die lagerichtige Befestigung zu ermöglichen. Zur Versteifung des Metallflächenteiles 3 in Querrichtung dienen ggf. Sicken. Dem Verschluß der beiden Enden jedes Kollektorelementes dienen Deckel 16, vorzugsweise aus Kunststoff gemäß Fig. 11.
• Eine weitere Ausführung eines Kollektorelementes 1 zeigen die Fig. 10 - 12. Bei diesen ist das gegen Ableitung von Wärme durch Konvektion oder Kontakt zu schützende, an der Oberfläche geschwärzte Metallflächenteil 3 in einem IIohlraum 15, beispielsweise auf isolierenden Abstandshaltern 22, eingeschlossen, der evakuiert werden kann. Die I1erabsetzung des Luftdrucks innerhalb des IIohlraumes vermindert einerseits Wärmeverluste durch Konvektion und unterstützt den Verschlußzustand infolge des äußeren Luftdrucks. Fig. 10 zeigt ein beispielsweise 5 m langes und 40 cm breites, rinnenförmig gebogenes Fe- oder Al-Blech mit teilweise eingerollten Rändern als Gehäuseschale 18, ähnlich dem Profil einer Auto-Felge. Zugankerstäbe 20 gemäß Fig. 10 verhindern erforderlichenfalls ein Flachwerden der Gehäuseschale 18 im Falle der Evakuierung. Die Gehäuseschale 18 ist iiberwölbt geschlossen durch einen ftir Wärmestrahlen durchlässigen Abdeckstreifen 17, der unter Spannung in die Randrille der Gehäuseschale 18 eingelegt ist, wobei zur Abdichtung Dichtleisten 23 dienen. Zum Einsetzen des Abdeckstreifens 17 dient eine Montagevorrichtung, die ein ebenes Band in seiner ganzen Länge konvex wölbt, indem die Mittenzone durch zahlreiche Saugnäpfe festgehalten wird und die Ränder auf beiden Seiten zugleich durch vertikal geführte Längsschienen mittels Spindeln oder IIydraulik heruntergedrückt werden.
• Die Deckel 16 sind wiederum Formstücke aus Kunststoff gemäß Fig. 11. Nach dem Festziehen der Verschraubung 21 erfolgt ggf. eine Evakuierung, die dann die Abdichtung durch den Außendruck verstärkt. Die Evakuierung vermindert ganz wesentlich unerwünschte Wärmeverluste und verhindert die Bildung von Kondenswasser und Trübung der Abdeckung 4 an deren Innenseite. Zum mechanischen Ausgleich der stärkeren Wärmedehnung der Innenteile gegenüber den Außenteilen-dient ggf. eine kurze starke Spiralfeder zwischen Verschraubung 21 unl Deckel 16.
• Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Gehäuseschale 18 aus zwei Preßprofilen besteht. Dies ist ggf. aus Fertigungsgründen erwünscht, Die in der Fig. 12 schraffierten Formteile bestehen aus Kunststoff.
• Eine weitere Ausführungsform ist in den Fig. 13 und 14 gezeigt. Hierbei können beide, sowohl der Abdeckstreifen 17 als auch die Gehäuseschale 18 gleichgeformt sein und aus Kunststoff bestehen, wobei nur der Abdeckstreifen 17 eine Qualität aufweisen muß, die höchstmögliche Durchlässigkeit für Wärmestrahlen und Witterungsbeständigkeit gewährleistet. Die Gehäuseschale 18 kann aus anderem Material bestehen. Beide Hälften werden nach dem Einhängen des Kollektorelementes 1 miteinander zum Einrasten gebracht und in bekannter Weise verschweißt. Diese Konstruktion hat den Vorteil, außer den Deckeln 16 und den Einhängegliedern 24 nur aus zwei verschiedenen Formteilen zu bestehen. Auch bei dieser Ausführung bestehen Varianten darin, daß die Gehäuseschale 18 aus einem Aluminium-Preßprofil bestehen kann, wobei dann für die seitliche Verklammerung und Abdichtung eine entsprechende Formgebung zu wählen ist. Auch hier kann das Kollektorelement 1 anstelle eines Preßprofils aus Blech bzw. Band mit angeschweißtem oder eingeklemmtem Rohr 2 bestehen.
• Die Befestigung der die Sonnenwärme aufnehmenden Metallfläche innerhalb der beiden Gehäuseschalen muß zur Vermeidung von Wärmeableitungen und damit Verlusten isolierend bzw.
• schlecht wärmeleitend erfolgen, da die Temperatur mehr als 100 °C betragen kann. Bei Verwendung einer Kunststoff- oder Glassorte, die solche Temperaturen ohne Nachteile vertragen, kann die Befestigung auch durch Fangschlitze in den Gehäuseschalen und T-förmige Formgebung der Kanten der Metallfläche erfolgen, wobei zwecks besserer Isolierung zahlreiche Ausnehmungen in der Kante vorzusehen sind. Die Befestigung muß auf Zug beanspruchbar sein.

Claims (8)

Patent ansprüche:

1. Kollektorelemente zur Ausnutzung der Sonnenwärme, von denen jedes ein Hohr zur Ableitung der Wärme mittels eines flüssigen Mediums aufweist, das mit Metallflächenteilen zum Auffangen der Sonnenwärme verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jedes einzelne Kollektorelement (1) mindestens auf seiner Außenseite eine das Rohr (2) und die damit verbundenen Metallflächenteile (3) mit Abstand überdeckende, Wärmestrahlen durchlässige Abdeckung (4) aufweist.

2. Kollektorelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Längskanten der Metallflächenteile (3) mit Schenkeln (5) versehen sind, welche über Nut (6) und Feder (7) zentrierbar, von die Oberseiten (8) der Schenkel (5) Ubergreifenden und die Abdeckung (4) halternden, elastischen und dichtenden Überfangleiste (9) und die Schenk elenden (10) umfassenden Klammern (11) miteinander verbindbar sind.

3. Kollektorelement nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schenkel (5) an den Längskanten der Metallflächenteile (3) mit einwärts gebogenen, halbkreisförmigen Ausnehmungen (14) für die Aufnahme eines flüssigen Mediums führenden Rohres (2) in der Trennfuge zwischen den Kollektorelementen (1) versehen sind.

4. Kollektorelement nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r c h g é k e n n z e i c h n e t , daß mehrere Abdeckungen (4) übereinander auf der Außenseite eines jeden Kollektorelementes (1) angeordnet sind, die zwischen sich Hohlräume (15) einschließen.

5. Kollektorelement nach Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jedes Kollektorelement (1) mehrere nebeneinander angeordnete und parallel zueinander verlaufende Rohre (2) aufweist, die mit den Metallflächenteilen (3) wärmeleitend verbunden sind, wobei die Rohre (2) für die Zu-und Ableitung des flüssigen Mediums miteinander über Sammelrohre in parallelgeschalteter Verbindung stehen.

6. Kollektorelement nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Metallflächenteil (3) eines jeden Kollektorelementes (1) zusammen mit seinen das flüssige Medium führenden Rohren (2) in dem durch die Gehäuseschale (18) und den Abdeckstreifen (17) gebildeten Hohlraum (15) angeordnet ist, wobei der als obere Gehäuseschale wirkende Abdeckstreifen (17) aus einem die Wärmestrahlung optimal durchlassenden Werkstoff besteht.

7. Kollektorelement nach den Ansprechen 1, 4 und 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß deren Hohlräume (15) zwischen dem Metallflächenteil (3) und der Abdeckung (4) bzw. zwischen der Gehäuseschale (18) und dem Abdeckstreifen (17) evakuiert sind.

8. Kollektorelement nach den Ansprüchen 1, 4, 6 und 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Trockenhaltung der Hohlräume (15) auswechselbare, ein Trockenmittel (Chlorkalzium, Silikagel u.a.) enthaltende Patronen Verwendung finden.