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Bauelementensatz für Sonnenkollektoren
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Die Erfindung bezicht sich auf einen Bauelementensatz für Sonnenkollektoren
mit abschnittsweise nebeneinander angeordneten, wenigstens einen Wärmetransportmittelkanal
aufweisenden Kollektorelementen und diese oberseitig überdeckenden, Wärmes@rahlen
durchlassenden Scheiben sowie die Kollektorelemente unterseitig abdeckenden Bodenplatten.
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Sonnenkollektoren sollen durch Wärmestrahlen der Sonne aufgebeizt
werden und diese Wärme an ein Wärmetransportmittel möglichst verlustfrei abgeben.
Das Wärmemittel wird dann dazu benutzt, die Wärme direkt oder indirekt - beispielsweise
über einen Speicher -einem Verbraucher zuzuführen. Zu diesem Zweck sind die von
der Sonne bestrahlten Flächen mit einer absorbierenden Oberschicht versehen, die
zum Schutz gegen kühlende Luftströme durch Wärmestrahlen durchlassende und Reflexionen
verhindernde Scheiben abgedekt sind. Dabei ist vorzugsweise der raum zwischen Scheibe
und Kollektoroberfläche weitgehend evakuiert. Auch die Unterseite des Kollektorelementes
ist gegen Wärmeabstrahlung durch eine im Abstand zur Unterseite angeordnete Bodenplatte
abgedeckt. Die Anordnung der einzelnen Elemente zueinander und deren Befestigung
miteinander unter Wahrung der Isolation ist genauso aufwendig wie die Bildung größere
Flächengebilde, die zur Erzeugung bzw zum Auffangen größerer irmcllleng-en erforderlich
sind.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Bausatz für Sonnenkollektoren
zu schaffen, der aus wenigen Einzelelementen besteht und leicht erstellbar sowie
durch Aneinanderreihung von Bausätzen zu einem größeren Flächengebilde zusammensetzbar
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß längsseits
der Kollektorelemente Einfaßprofilstäbe mit in Profilhöhe abstandsweise angeordneten
Haltestegen verlaufen, welche ihrerseits über Isolierstücke die Kollektorelemente,
die Scheiben und die Bodenplatten haltern, und daß die Einfaßprofilstäbe mit stirnseits
der Kollektorelemente angeordneten Rahmenprofilen verbunden sind.
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Nach einem bevorzugten Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung sind die
Einfaßprofilstäbe T-förmig ausgebildet und weisen auf der Läiige ihres Steges zwei
abstandsweise übereinarl(3er- und gegenüberliegende Paare von ilaltestegen auf,
wobei das freie Ende des Steges mit einer Halteleiste versehen ist und der Steg
der Eiitfaßprofilstäbe in Profillängsrichtung verlaufende Schraubnuten aufweist.
Dadurch ist es mögliell, die Sonnenkollektoren steifenartig durch einfaches Aneinanderschieben
zu mehreren nebeneinander anzuordnen und ein mehr oder welliger großes Flächengebilde
zu erstellen.
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Zur Erhöhung des Schutzes gegen abkühlende Außenluft und damit auch
zur Verbesserung des Kollektorwirkungsgrades findet nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal
der Erfindung als Scheibe eine einen Zwischenraum aufweisende Isolierglasscheibe
Verwendung, welche auf einer der dem Kollektorelement zugekehrten Scheibenseite
mit einer von außen Wärmestrahlen durchlässigen und nach innen reflektierenden Schicht
versehen ist. Aus den gleichen Gründen ist vorzugsweise der zwischen Kollektorelement
und Bodenplatte gebildete Hohlraum mit einem Wärmedämmstoff ausgefüllt.
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Damit die das jeweilige kollektorelement abdeckende Scheibe abstandsweise
angeordnet gehaltert und gleichzeitig abgedichtet werden kann, besteht ein weiteres
Merkmal der Erfindung darin, daß außer dem Steg des Einfaßprofiles auch der Steg
des Rahmenprofiles an seinem freien Ende eine Halteleiste aufweist, an der ein die
Scheibe halterndes und abdichtendes, elastisches Abdeckprofil über eine Rastverbindung
festlegbar ist. Dabei weisen diese Halteleisten vorzugsweise einen pilzförmigen
Querschnitt auf und bilden Halteflächen, an denen Rastvorsprünge der mit Dichtlippen
versehenen Abdeckprofile verhaken.
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Der im Hohlraum oberhalb des Kollektorelementes unter der Abdeckscheibe
auftretende Treibhauseffekt läßt sich insbesondere dann gut ausnutzen, wenn - wie
nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen - große, ein Wärmetransportmittel
aufnehmende und führende Querschnitte im Kollektorelement vorhanden sind, indem
das Kollektorelement als doppelwandige, einen Freiraum einschließende Platte ausgebildet
ist, die an ihren Längsrändern mit Tragstegen versehene Längskanäle aufweist, und
daß der zwischen den Längskanälen befindliche Freiraum durch parallel dazu verlaufende
Lamellen unterteilt ist, die vor den zusammengedrückten und dicht miteinander zu
Stirnkanten verbundenen Wandteilen enden und beidendig je einen Querkanal bilden,
durch welchen die beiden das Wärmeträgermittel führenden Längskanäle diagonal miteinander
in Verbindung stehen. Um die beispielsweise im Strangpreßverfahren herstellbaren
Kollektorelemente der letztgenannten Art nach der Längenabtrennung leichter mit
stirnseitigen Durchflußkanälen durch Freischneiden der Lamellen versehen zu können,
sind die Lamellen an ihren Verbindungsstellen mit den Wänden des Kollektorelementes
mit eine Trennung erleichternden Einschnürungen versehen.
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Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung sind zur Herstellung
einer dichten Verbindung der Wärmeträgermittel führenden Hohlräume der einzelnen
Kollektorelemente mit den quer zu deren in Länsgrichtung verlaufenden Verbindungskanälen
die seitlich an den Längskanälen austretenden Tragstege tangential angeordnet und
stellen Fortsätze der zwischen den Längskanälen vorhandenen Lamellen dar.
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lis lassen sich mit wenigen, vorzugsweise durcli Strangpressen herstellbaren
Bauelementen auf einfache Weise den Erfordernissen angepaßte Sonnenkollektor-Flächengebilde
herstellen, die einen hohen Wirkungsgrad aufweisen und die auftreffende Sonnenenergie
effektiv ausnutzen Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt
und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 den Querschnitt eines Sonnenkollektors
im Bereich von aneinandergereihten Kollektorelementen, Fig. 2 einen Längsschnitt
des Sonnenkollektors im stirnseitigen Bereich eines Kollektorelementes, Fig 3 den
Querschnitt eines Kollektorelementes mit großem Wärmetransportmittel-Querschnitt,
Fig. 4 eine schematische Ansicht des Kollektorelementes nach Figur 3 in verkleinertem
Maßstab, Fig 5 einen Eckbereich des aus den Figuren 3 und 4 ersichtlichen Kollektorelementes
in perspektivischer An sicht, Fig. 6 den Anschluß der Lamellen an die Platten des
liollektorelementes der Figuren 3 bis 5 in der Einzelheit VI von Figur 3.
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Der Bauelementensatz zur Herstellung eines Sonnenkollektors wird gebildet
aus dem eigentlichen Kollektorelement 10, einer dieses oberseitig abdeckenden Scheibe
12, einer abstandsweise unter dem Kollektorelement 10 angeordneten Bodenplatte 29
und den diese Bauteile an ihren Längsseiten halternden Einfaßprofilstäben 17 sowie
den die Sclmlalsciten einfassenden und den Verbund erstellenden Italmlenprofilell
23. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das Kollektorelement 10 als relativ schmale,
rechteckige Platte ausgebildet, die mindestens einen in Längsrichtung verlaufenden
Wärmetransportmittelkanal 11 aufweist Dabei ist die von der Sonne bestrahlte Öberfläche
des Kollektorelementes 10 vorzugsweise mit einer Wärmestrahlen absorbierenden Schicht
versehen.
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Das Kollektorelement 10 ist an seinen Längsseiten von je einem streifenartigen,
H-förmigen Isolierstück 16 eingefaßt, welches eine brückenartige Verbindung mit
dem mittleren Haltesteg 19 von T-förmigen Einfaßprofilstäben 17 herstellt. Diese
Einfaßprofilstäbe 17 weisen all ihrem Steg 18 z zur Aneinanderreihung mehrerer Kollektorelemente
10 zwei abstandsweise übereinander- und gegenüberliegenden Paare von Jfaltestegen
19 auf. Es versteht sich, daß die einen äußeren Abschluß bildenden Einfaßprofilstäbe
(nicht dargestellt) keine Haltestegpaare, sondern nur entsprechend übereinander
angeordnete Ilaltestege 19 auf nur der inneren Seite des Steges 18 aufweisen. Die
quer zum Steg 18 des Einfaßprofilstabes 17 verlaufenden, unteren Kurzselienkel sind
mit je einer einschublitit 22 zur Aufnahme der l3odenplatte 29 versehen. I)ie oberen
Haltestege 19 sind mit einem winkelförmiGen Isolierstück 15 überzogen, welches neben
Isolierfunktionen auch die Abdichtung einer auf die oberen llaltestege 19 aufgelegten
Scheibe 12 übernimmt. Zur Festlegung der nebeneinander angeordneten und durch Einfaßprofilstäbe
17 miteillallder verbundenen Kollektorelemente 10 sind die Einfaßprofilstäbe 17
mit Schraubnuten 10 versehen, die der Aufnahme von Schrauben dicrlen, durch welche
die stirnseitig der hollektorelemente 10 verlaufenden Rahmenprofile 23 mit den Einfaßprofilstäben
17 verbunden werden und ein Tragrahmenwerk für die Kollektorelemente 10, die Scheiben
12 und die ßodenplatten 29 bilden.
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Der Steg 24 des Rahmenprofiles 23 ist unterseitig illit einen Schenkel
27 versehen, in welchem sich ebenfalls eine Einschubnut 28 zur stirnseitigen Aufnahme
der Bodenplatte 29 befindet. Der Steg 2]l des Rahmenprofiles 23 ist genauso hoch
wie der Steg 18 des Einfaßprofilstabes 17 Sowohl der Einfaßprofilstab 17 als auch
das Rahmenprofil 23 sind am freien Ende ihrer Stege 18 bzw.
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24 mit Halteleisten 21 bzw. 25 versehen, die pilzförmig ausgebildet
sind und auf ihrer Unterseite Halteflächen 26 aufweisen.
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Diese Halteflächen dienen der Festlegung von einem Abdeckprofil 31
aus vorzugsweise elastischem Kunststoff zugehörigen Rastvorsprüngen 33. Das Abdeckprofil
31 ist bei der Verwendung an einem mittleren Einfaßprofilstab 17 mit zwei und bei
Verwendung an einem äußeren Einfaßprofilstab sowie am Rahmenprofil 23 mit nur einer-
Diclftlippe 32 versehen. Dadurch ist die Scheibe 12 allseits einwandfrei abgedichtet
und gleichzeitig auf den oberen Tragsteg 19 des Einfaßprofilstabes 17 festgeklemmt.
Zur Unterstützung der Abdichtung ist insbesondere bei evakuierten Räumen zwischen
Kollektorelementen 10 und Scheibe 12, zwischen Stirnseite der Scheibe 12 und Rahmenprofil
23 eine Flachdichtung 48 angeordnet.
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Zur Steigerung des Treibhauseffektes zwischen Scheibe 12 und kollektorelement
10 und damit zur Wirkungsgradverbesserung wird, wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich
ist, eille Isolierglasscheibe verwendet, die zweckmäßib auf einer dem Kollektorelement
10 zugekehrten Seite mit einer von außen Wärmestrahlen durchlässigen und nach innen
reflektierenden Beschichtung 13, beispielsweise aus Indiumoxid, versehen ist. Dabei
ist der Zwischenraum 14 der Isolierglasscheibe in bekannter Weise durch ein Feuchtigkeit
absorbierendes Mit tel wie Kieselgur oder dgl. gegen Dc lagbildung von innen geschützt.
Der Wirkungsgradverbesserung dient auch die Ausfüllung des Holraumes 30 zwischen
dem Kollektorelement 10 und der Bodenplatte 29 mit einem Wärmedämmstoff.
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Die Abführung und Zirkulation des Wärmetransportmittels durch die
Wärmetransportmittelkanäle 11 der einzelnen Kollektorelemente 10 erfolgt beispielsweise,
wie aus Fig. 2 ersichtlich, über Vcrbindungskanäle 45, die in bekanrlter Weise die
durch einer Verschluß 46 in ihrer Längsrichtung verschlossenen WärmetransportmittelkanÜle
11 auf der einen Seite als Zulauf und auf <ler anderen Seite als Ablauf miteinander
verbinden. Dabei kanii insbesondere
bei geneigten Kollektorflächengebilden
die natürliche Zirkulation benutzt werden. Es versteht sich jedoch, daß mittels
einer Pumpe auch ein zwangsweiser Wärmetransportmittelumlauf bewirkt werden kalln
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Bei langsamem Wärmetransportmittelumlauf oder bei der Anwendung der
natürlichen Zirkulation werden zweckmäßigerweise Kollektorprofile 34 benutzt, die
einen großen Wärmetransportmittel führenden Querschnitt aufweisen. Die Kollektorprofile
34, die vorzugsweise aus strangpreßbaren Werkstoffen wie beispielsweise Aluminium
bestehen, sind als doppelwandige, einen Freiraum 35 einschließende Platten 3(; ausgebildet
An ihren Längsräridern sind die abgelängten Kollektorprofile 34 mit jeweils einem
das Wärmetransportmittel fillreIlden Längskiinal 37 versehen. Zwischen diesen Längskanälen
37 sind in stetig wieder#ehrender Folge Lamellen 38 angeordnet und nit den im nbstand
parallel zueinander angeordneten Wandteilen 39 und 40 des plattenartigen Kollektorprofiles
34 einstückig verbunden. M1 diesen Verbindungsstellen 43 weisen die Lamellen 38
Einschnürungen 44 auf, die eine leichtere Trennung der Lamellen 38 von den Wandteilen
39 und 40 ermöglichen Bei den abgelängten Kollektorprofilen 34 sind im oberen und
unteren Bereich der Schnittflächen die Lamellen 38 beispielsweise durch Fräsen weggeschnitten,
und zwar derart, daß auf der einen Seite die Wandung des Längskanals 37 zum Freiraum
35 hin ebenfalls offen ist, während die Wanduiig auf der anderen Seite geschlossen
bleibt (fig. 4).
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Dabei sind die jeweils einander diagonal gegenüberliegenden Wandungen
der seitlichen Längskanäle 37 jeweils zum Freiraum 35 hin offen, Durch Zusammendrücken
uiid Verschweißen der von Lamellen 38 freigeschnittenen Wandteile 39 und 40 entsteht
eine gemeinsame Stirnkante 41 der beiden Wandteile und zwischen den Stirnflächen
der Lainellen 38 und der Stirnkante 41 ist ein Querkanal 42 gebildet, durch welchen
im unteren Bereich des Kollektorprofiles 34 beispielsweise das Kärrnetransportmi
tt el zugeführt und im oberen Bereich des Kollektorprofiles 34 beispielsweise -
wie durch Pfeile 48 in Fig. 4 angedeutet - abgeführt wird. Zur Befestigung der Kollektorprofile
34 an den mittleren lfaltestegen 19 der Ellifaßprofllstäbe 17 silid die Längskanäle
37 mit aus deren Wandteilen,
wie aus den Figuren 3 und 5 ersichtlich,
mittig austretenden Trags-tegen 47 versehen Jedoch können die Tragstege 47 auch
tangential aus der Wandung eines jeden Längskanales 37 austreten und Fortsätze entweder
der einen oder der anderen Wandung des plattenartigen Kollektorprofiles 34 bilden.
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Wie bereits erwähnt, stellt die dargestellte und beschriebene Lösung
nur ein Beispiel der Erfindung dar und dicse ist keinesfalls darauf beschränkt.
Vielmehr sind noch mancherlei andere Ausführungen möglich. So können beispielsweise
die H-förmigen Isolierstücke 15 auch lediglich in Abständen stückweise nebencinander
angeordnet scin oder können auch ganz fellen, wenn die Kollektorelemente 10 mit
den Tragstegen 19 über zwischengeschaltete Isolierstreifen verschraubt sind. Auch
kann eine Festlegung und Abdichtung der Scheiben 12 auf eine andere als beschriebene
Weise an dem aus Einfaßprofilstäben 17 und Rahmenprofilen 23 gebildeten Rahmenwerk
erfolgen. Es ist z.B. denkbar, statt des Abdeckprofiles 31, mit Dichtungen versehene
Klammern oder Krallstäbe be-i entsprechender Ausbildung der Ilalteleiste 21 zu verwenden.
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Liste der Bezugszeichen 10 Kollektorelement 11 Wärmetransportmittelkanäl
12 Scheibe 13 Beschichtung 14 Zwischenraum 15 Isolierstück, winkelförmig 16 Isolierstück,
H-förmig 17 Einfaßprofilstab 18 Steg 19 Haltesteg 20 Schraubnut 21 Halteleiste 22
Einschubnut 23 Rahmenprofil 24 Steg 25 Halteleiste 26 Haltefläche 27 Schenkel 28
Einschubnut 29 Bodenplatte 30 Hohlraum 31 Abdeckprofil 32 Dichtlippe 33 Rastvorsprünge
34 Kollektorprofil 35 Freiraum 36 Platte 37 Längskanal 38 Lamelle 39 Wandteil 40
Wandteil 41 Stirnkante 42 Querkanal 43 Verbindungstelle 44 Einschnürung 45 Verbindungskanal
46 Verschluß 47 Tragsteg 48 Pfeil
L e e r s e i t e