DE2604684A1

DE2604684A1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2604684A1
Application number: DE19762604684
Authority: DE
Inventors: Fritz Feller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-02-10
Filing date: 1976-02-06
Publication date: 1976-08-19
Also published as: CH591662A5; FR2300302A1; FR2300302B1; DE2604684C2

Description

Fritz Feller, Bern

Sonnenko11ektor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit einer absorbierenden und den Wärmeträger-Kreislauf enthaltenden, unteren Schicht und einer lichtdurchlässigen, wärmeisolierenden Deckschicht. Solche Sonnenkollektoren dienen zur Warmwasserbereitung und weisen im allgemeinen absorbierende und den Wärmeträger-Kreislauf enthaltende untere Schichten aus Metall auf. Diese Ausführung ist mit verschiedenen Nachteilen verbunden. Die verwendeten Metalle sind entweder teuer, umständlich in der Verarbeitung oder korrosionsanfällig, oder sie weisen sogar mehr als einen dieser Nachteile auf. Bei der Erwärmung des Sonnenkollektors zu Beginn der Sonneneinstrahlung sind bei Verwendung von

MS/ek/19^29 Fall 17, .

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metallischen Teilen starke Geräusche infolge der Wärmedehnung kaum zu vermeiden.

Es ist das Ziel vorliegender Erfindung, einen Sonnenkollektor zu schaffen, welcher ohne metallische Teile auskommen kann und damit die mit solchen verbundenen Nachteile zu vermeiden gestattet. Der erfindungsgemässe Sonnenkollektor ist dadurch gekennzeichnet, dass die untere Schicht flache, absorbierende Kunststoff-Hohlprofile aufweist, in welchen der Wärmeträger zirkuliert, und dass die Deckschicht hohle Glaselemente aufweist. Die verwendeten flachen Kunststoffhohlprofile sind verglichen mit entsprechenden absorbierenden und den Wärmeträgerkreislauf enthaltenden Zellen aus Metall einfach und billig in der Herstellung und völlig korrosionsbeständig. Durch Verwendung geeigneter Kunststoffe kann eine sehr hohe Absorption des Sonnenlichtes erfolgen, ohne dass eine besondere Oberflächenbehandlung erforderlich wäre, wie dies bei metallischen Absorptionsflächen der Fall ist. Falls der verwendete Kunststoff und die darauf liegenden Glaselemente stark unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen, entstehen keine störenden Geräusche, auch wenn die beiden Schichten aufeinander gleiten. Es ist jedoch besonders bei einer geeigneten Wahl eines Kunststoffes und von Glas mit ähnlichen Wärmedehnungskoeffizienten auch möglich, die Glaselemente mittels eines dehnbaren Kittes dicht mit den Kunststoffhohlprofilen zu verbinden. In diesem

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Falle könnte der Hohlraum der Glaselemente auch evakuiert werden, um eine besonders hohe Wärmeisolation zu erzielen.

Anhand der Zeichnung sind im folgenden einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Sonnenkollektors beschrieben.

Figur 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch die erste Ausführungsform,

Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil des ersten Ausführungsbeispiels ,

Figur 3 zeigt ein Detail im Horizontalschnitt,

Figur 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel und

Figur 5 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel .

Die in den Figuren 1-3 dargestellte Sonnenzelle ist aufgebaut aus flachen Kunststoff-Hohlprofilen 1, die durch eine mittlere horizontale Wand 2 und eine Anzahl von Querwänden in eine Anzahl von oberen Kanälen 4 und unteren Kanälen 5 unterteilt sind. Wie Figur 1 zeigt, sind die Hohlprofile 1

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mittels seitlicher Flansche und Schrauben 6 miteinander verbunden. Jedes Hohlprofil 1 erstreckt sich über die ganze Länge der Sonnenzelle und ist an beiden Enden mit einem flachen fächerartigen Anschlusselement 7 dicht verbunden. Zwischen die Stirnseite jedes Hohlprofils 1 und das zugehörige Anschlusselement 7 ist eine Schikane 8 eingesetzt, welche die unteren Kanäle 5 des Hohlprofils 1 dicht abschliesst und Drosselöffnungen 9 aufweist, welche die Durchflussmenge eines Wärmeträgers zwischen dem Anschlusselement 7 und den einzelnen oberen Kanälen 4 der Hohlprofile 1 regeln. Die Anschlusselemente 7 sind mittels elastisch verformbarer Schlauchbogen 10, die vorzugsweise ebenfalls aus Kunststoff bestehen können, mit einer Vorlauf-, bzw. Rücklaufleitung 11 verbunden.

Die Hohlprofile 1 bilden eine untere Schicht des Sonnenkollektors, welche Schicht die eingestrahlte Energie absorbiert und an den Wärmeträger überträgt, üeber dieser Schicht liegt eine Deckschicht aus Glasziegeln 12. Die Fugen zwischen den einzelnen Glasziegeln 12 sind mit Kitt 13 verschlossen, so dass die Glasziegel zu einer dichten, für die Sonnenstrahlung durchlässigen Deckschicht verbunden sind. Die Ränder der Glasziegel 12 sind mit Nuten 14 versehen, welche Verbindungskanäle zwischen benachbarten Glasziegeln ergeben. Diese Verbindungskanäle können dem Austausch von Gas oder Dampf zwischen benachbarten Hohlräumen von Glasziegeln 12

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oder zum Durchsickern von Kondenswasser dienen. Ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Hohlräumen ist besonders dann erforderlich, wenn diese Hohlräume mindestens teilweise evakuiert werden sollen. In diesem Falle werden die äusseren Ränder der Glasziegel am Umfang des Sonnenkollektors mittels eines dehnbaren Kittes vollständig dicht mit den Hohlprofilen 1 verbunden, so dass der gesamte zwischen der unteren Schicht aus Hohlprofilen 1 und der Deckschicht aus Glasziegeln 12 eingeschlossene Raum abgedichtet ist und von einer Stelle aus evakuiert werden kann. Ist der Sonnenkollektor geneigt, so kann Kondenswasser, das sich in den Hohlräumen der Ziegel bildet, durch die Kanäle 14 nach einer Seite hin abfliessen und kann dort gesammelt und weggeleitet werden.

Sowohl die Glasziegel 12, als auch die durch die Vertikalwände 3 versteiften Hohlprofile können so stark ausgeführt werden, dass der Sonnenkollektor begehbar oder sogar mit Fahrzeugen befahrbar ist. Der Sonnenkollektor kann also vorzugsweise als Garageeinfahrt, Gartenplatz oder dergleichen ausgebildet sein und ersetzt in diesem Falle einen anderen Belag. Die Hohlelemente 1 ruhen in diesem Falle auf einem Sandbett 15, auf dem sie auch leicht gleiten können, wenn sie sich bei der Erwärmung ausdehnen,bzw. beim Abkalten zusammenziehen. Die Anschlussorgane 7, 10 und 11 liegen unter einer geeigneten, gegebenenfalls auch begehbaren oder be-

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fahrbaren Abdeckung, die beispielsweise auf einen Rahmen 16 abgestützt sein kann.

Im Betrieb gelangt die Sonnenstrahlung durch die Glasziegel 12 auf die Oberseite der Kunststoff-Hohlprofile 1, wo die Strahlung weitgehend absorbiert wird. Die dabei entstehende Wärme wird von dem in den oberen Kanälen 4 zirkulierenden Wärmeträger abgeführt und einem Warmereservoir zugeführt. Die unteren Kanäle 5 der Kunststoff-Hohlprofile 1 dienen dabei der Isolation nach unten, während die zwischen den Glasziegeln und den Hohlprofilen 1 eingeschlossenen Hohlräume der Wärmeisolation nach aussen dienen. Diese Wärmeisolation nach aussen ist selbstverständlich dann besonders wirksam, wenn diese Hohlräume evakuiert sind.

In Figur 4 sind entsprechende Teile gleich bezeichnet wie in Figur 1 und sie haben auch die gleiche Funktion. Die Ausführungsform gemäss Figur 4 unterscheidet sich im wesentlichen von derjenigen nach Figur 1 dadurch, dass die Dimensionen der Glasziegel und der Kunststoffhohlprofile so aufeinander abgestimmt sind, dass je eine Reihe von Glasziegeln über einem Kunststoff-Hohlprofil liegt. In diesem Falle ist zwischen je zwei benachbarte Hohlprofile 1 ein I-Metallprofil 17 als Stützorgan eingesetzt, dessen unterer Flansch sich auf tragende Querprofile 18 abstützt und deren oberer

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Flansch je zwei Ränder benachbarter Glasziegel 12 stützt. In diesem Falle wird eine auf die Glasziegel 12 wirkende Last direkt durch die Profile 17 auf die Profile 18 der Tragkonstruktion übertragen, in welchem Falle eine besonders hohe Belastbarkeit des Sonnenkollektors erzielt wird. Wie Figur 4 zeigt,können die unteren Kanäle 5 der Kunststoff-Hohlprofile mit einem Kunststoffschaum 19 gefüllt sein, um die Wärmeisolation nach unten zu verbessern.

In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, welche sich von den bisher beschriebenen dadurch unterscheidet, dass die Kunststoff-Hohlelemente I¹ durch ineinandergreifende seitliche Fortsätze 20 miteinander verbunden sind. Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass die Glasziegel 12' als Hohlelemente mit einem gegebenenfalls evakuierten, dicht verschlossenen Hohlraum 21 ausgebildet sind. Damit kann die Isolationswirkung der Ziegel selbst wesentlich verbessert werden. Schliesslich zeigt Figur 5 die Möglichkeit, in die Verkittung 13 zwischen benachbarten Glasziegeln einen Heizleiter 22 einzulegen, welcher dazu dienen kann, die Glasziegel elektrisch zu heizen, um eine Schnee- oder Reifschicht von denselben zu entfernen. Bei der Ausführungsform gemäss Figur 5 stützen sich die einzelnen Glasziegel mit verbreiterten Fussleisten 23 im Bereiche der massiven, druckfesten Verbindung zwischen benachbarten Kunststoffhohlprofilen I¹ ab, so dass auch in diesem Falle eine besonders hohe Belastbarkeit und damit eine Verwendbarkeit des Sonnenkollektors als begeh-

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barer und befahrbarer Belag gegeben ist.

Wenn auch der erfindungsgemässe Sonnenkollektor besonders geeignet ist zur Verwendung als begehbarer oder befahrbarer Belag kann er selbstverständlich auch in der üblichen Weise als Abdeckung ausgebildet sein und dabei ohne weiteres einen Dachbelag ersetzen. Der Sonnenkollektor kann beispielsweise auch als Schwimmbadabdeckung dienen und in diesem Falle auf Schienen vom Schwimmbecken wegfahrbar ausgeführt sein, in welchem Falle der Wärmeträger-Kreislauf über flexible Schläuche mit der Vor- und Rücklaufleitung verbunden ist. Der Sonnenkollektor kann in diesem Falle sowohl zur Heizung des Schwimmbades als auch zur Warmwasserbereitung für ein benachbartes Haus dienen. Ist der Sonnenkollektor vom Schwimmbad weggefahren, so kann er dort als begehbarer Gartenplatz dienen.

Die Verwendung des Sonnenkollektors als dichter und begehbarer Belag von Einfahrten, Gartenplätzen, flachen Balkonböden und dergleichen hat den wesentlichen Vorteil, dass der Sonnenkollektor leicht gereinigt, beispielsweise mit dem Schlauch abgespritzt und dass Schnee leicht vom Kollektor geräumt werden kann. Die in Figur 5 angedeutete Möglichkeit zum elektrischen Abtauen bezieht sich also nicht auf das Abtauen dicker Schneeschichten, sondern lediglich das Abtauen von mechanisch schwer entfernbaren Schneeresten und

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Reifschichten.

Wie bereits eingangs erwähnt, können die beiden Schichten des Sonnenkollektors entweder mittels dehnbaren Kittes miteinander verbunden sein, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient der Glasziegel und der Kunststoff-Hohlelemente ähnlich ist, oder aber die beiden Schichten können gegenseitig verschiebbar aufeinander liegen. In keinem dieser Fälle können durch die Dehnung und Kontraktion der beiden Schichten störende Geräusche entstehen.

Zur Verhinderung der Kondensation in den Hohlräumen der Glasziegel kann ein feuchtigkeitsabsorbierendes Mittel, z.B. Silikon-Pulver in diese Hohlräume eingebracht werden. Rinnen oder sonstige Vertiefungen zum Einbringen dieses Mittels können entweder an den Glasziegeln oder im Falle der Verkittung der Glasziegel mit den Kunststoff-Hohlprofilen in den Kittleisten vorgesehen werden.

Ist der Sonnenkollektor auf eine Betonunterlagen, z.B. ein Flachdach zu verlegen, so wird zwischen die Unterlage und die Kunststoff-Hohlprofile eine Dachpappe und eine feuchtigkeitsdichte Isolation verlegt.

Die Kunststoff-Hohlprofile können auch nur eine Etage von Kanälen aufweisen, in welchen der Wärmeträger zirkuliert,

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in welchem Falle unter die Hohlprofile eine besondere Isolierschicht verlegt wird.

Der Sonnenkollektor kann auch an einer Gebäudefassade angebracht werden.

Die quer zur Oberfläche des Sonnenkollektors stehenden Innenflächen der Glasziegel 12 können verspiegelt sein, damit schief auf dieselben einfallendes Licht auf die Aussenfläche der Hohlprofile 1 reflektiert und dort in Wärme umgesetzt wird. Die verspiegelten Innenflächen der Ziegel können auch leicht einwärts geneigt sein, d.h., die Umfangswände der Ziegel können sich nach innen verdicken.

Anstelle einer Verkittung 13 kann zwischen benachbarte Glasziegel 12 ein T-Profil aus weissem Kunststoff eingesetzt sein, dessen Steg zwischen die Ziegel greift und dessen beide Flansche zwischen den Umfangswänden der Ziegel und den Hohlprofilen 1 liegen. Diese weissen, reflektierenden Kunststoffprofile verhindern, dass die Verkittung zwischen den Ziegeln zu stark erhitzt und erweicht wird.

Die Innenfläche der Glasziegel kann Erhöhungen mit einer gewünschten Linsenwirkung oder eine sonstige, beispielsweise die Blendung herabsetzende Strukturierung aufweisen.

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Während in den dargestellten Ausführungsbeispielen die Ziegel flach auf den Hohlprofilen 1 liegen, können sie auch geneigt auf den Hohlprofilen stehen, wobei je zwei benachbarte Ziegel durch ein wärmeisolierendes, ebenfalls geneigt stehendes Verbindungselement verbunden sind. Die Verbindungselemente sind beidseitig verspiegelt, so dass die Sonnenstrahlung von ihrer Aussenseite durch den benachbarten Ziegel nach innen und von ihrer Innenseite auf die Hohlelemente reflektiert wird. Die zwischen den geneigten Ziegeln und Verbindungselementen liegenden Hohlräume sind an ihren Enden mittels Wandteilen abgeschlossen.

Es kann eine fest installierte, automatisch oder manuell steuerbare Waschanlage vorhanden sein, um z.B. in regelmässigen Abständen Wasser über die Aussenfläche des Sonnenkollektors zu sprühen und Verunreinigungen zu entfernen. Der Waschanlage kann auch automatisch Wasser zugeführt werden, wenn die Temperatur im Sonnenkollektor und / oder in dem damit verbundenen Wärmespeicher eine bestimmte obere Grenze erreicht, um eine gewisse Kühlung und Reduzierung der Einstrahlung zu erreichen. Die Waschanlage kann gegebenenfalls auch verwendet werden, um Schnee, insbesondere Schneereste nach vorangegangener mechanischer Räumung, zu entfernen.

Das Abtauen von Schnee und Eis kann aber auch durch Zufuhr

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von warmem Wasser in die Hohlprofile 1 erfolgen.

Der Sonnenkollektor kann, wie erwähnt, in praktisch beliebig vielen Anwendungsfällen als feste Bedachung oder wegfahrbare Abdeckung verwendet werden, z.B. auf Schwimmbecken, Klärbecken und dergleichen.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Sonnenkollektors besteht darin, dass die in ihm enthaltene Wassermenge leicht in weiten Grenzen, beispielsweise zwischen

2 und 12 Liter/m gewählt werden kann, um den Kollektor mit geeigneter thermischer Trägheit bzw. geeigneten Temperatuen betreiben zu können.

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Claims

PATENTANSPRUECHE:

I)J Sonnenkollektor mit einer absorbierenden und den Wärmeträger-Kreislauf enthaltenden, unteren Schicht und einer lichtdurchlässigen, wärmeisolierenden Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Schicht flache, absorbierenden Kunststoff-Hohlprofile aufweist, in welchen der Wärmeträger zirkuliert, und dass die Deckschicht hohle, druckfeste Glaselemente aufweist.
2) Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaselemente Glasziegel sind, die mit ihren Rändern auf den Kunststoff-Hohlprofilen aufliegen.
3) Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaselemente, z.B. Glasziegel, durch Verkittung der Fugen zu einem dichten Belag verbunden sind.
4) Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht verschiebbar auf der unteren Schicht aufliegt.
5) Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum der Glaselemente evakuiert ist.

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6) Sonnenkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet/ dass jedes Glaselement einen geschlossenen Hohlraum aufweist, der evakuiert ist.
7) Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1-6/ dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Hohlprofile obere Kanäle, in welchen der Wärmeträger zirkuliert, und untere, der Isolation gegen die Unterlagen dienende Kanäle aufweisen.
8) Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Hohlprofile flachen Querschnitt aufweisen und durch Querwände in einzelne Kanäle aufgeteilt sind.
9) Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Fugen zwischen Kunststoff-Hohlelementen Stützelemente für die Glaselemente vorgesehen sind.
10) Sonnenkollektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente, z.B. Schrauben, als Verbindungsorgane benachbarter Kunststoff-Hohlelemente dienen.
11) Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass Heizdrähte in die Fugenverkittung zwischen Glaselementen eingelegt sind.

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12) Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Kunststoff-Hohlprofile mittels flexibler Anschlussschläuche mit der Vorlauf- und Rücklaufleitung verbunden sind.
13) Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1-12, ausgebildet als begehbarer oder befahrbarer Bodenbelag, z.B. Garageeinfahrt, Gartenplatz oder dergleichen.
14) Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Oberfläche des Sonnenkollektors stehenden Innenflächen der Glaselemente verspiegelt sind.
15) Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Glaselementen ein Profil, z.B. T-Profil aus einem reflektierenden Material eingesetzt ist.
16) Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche der Glaselemente blendungshemmende und / oder linsenartig wirkende Unebenheiten aufweist.
17) Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaselemente geneigt auf den Hohlelementen angeordnet sind, und dass Verbindungselemente zwischen.benachbarten Glaselementen vorgesehen sind. .

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18) Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Waschanlage für die Aussenseite der Glaselemente vorgesehen ist.
19) Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1-12 oder 14 - 18/ ausgebildet als wegfahrbare Abdeckung eines Schwimmbeckens/ Klärbeckens oder dergleichen.

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