DE2643746C2 - Solar collector - Google Patents

Solar collector

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DE2643746C2
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Description

15.15th

20'20 '

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a solar collector according to the preamble of the claim.

Die zunehmende Verteuerung der Primärenergie zwingt dazu, für Heizzwecke billigere Quellen zu erschließen. Dabei stellt die Sonnenenergie ein 'unerschöpfliches Reservoir dar.The increasing cost of primary energy is forcing cheaper sources to be used for heating purposes. The solar energy represents an 'inexhaustible reservoir.

Es gibt bereits viele Versuche, die Sonnenenergie wirtschaftlicher zu nutzen. Neben der direkten Umwandlung in elektrischen Strom durch Sperrschicht- Photozellen spielt die Ausnutzung der Wärmeeigenschaften der Sonnenenergie *:ine aussichtsreiche Rolle, da die Strahlungsenergie mit Hufe be pnderer Flachkollektoren leicht und nahezu vollständig eingefahren werden kann. Diese absorbierte Energie kann unmittelbar zur Aufheizung von Wasser verwendet werden. Letzteres bietet gleichzeitig ein bequemes Transport- und Speichermedium.There are already many attempts to use solar energy more economically. In addition to the direct conversion into electrical current through junction Photocells play the exploitation of the thermal properties of solar energy *: a promising role, because the radiant energy can easily and almost completely be retracted with other flat-plate collectors. This absorbed energy can be immediate used to heat water. The latter also offers convenient transport and Storage medium.

Eine Reihe verschiedener Konstruktionen für Kollektoren sind bereits vorgeschlagen und verwirktlicht wor- den. Aus der US 30 22 781 ist ein Sonnenkollektor bekannt, der aus elastischen Kunststoffolien besteht, die zu einem einzigen flachen rechteckigen Stück gefaltet und am Rand zusammengeschweißt sind. Die obere Folie ist mit der unteren Folie längs Trennungslinien verbunden, die zwischen sich Strömungskanäle für das als Wärmeträgermedium dienende Wasser bilden.A number of different designs for collectors have already been proposed and implemented. the. From US 30 22 781 a solar collector is known which consists of elastic plastic films, which to folded into a single flat rectangular piece and welded together at the edge. The top slide is connected to the lower film along dividing lines that form flow channels between them for the water serving as the heat transfer medium.

Um die Absorption der auf den Sollenkollektor auftreffenden Sonnenstrahlen zu erhöhen, ist mindestens eine Kunststoffolie mit schwarzer Farbe versehen oder durch schwarze Pigmente in der Kunststoffmasse eingefärbt.In order to increase the absorption of the sun rays hitting the target collector, at least a plastic film provided with black color or colored by black pigments in the plastic mass.

Dieser Sonnenkollektor weist allerdings erhebliche Nachteile verschiedener Art auf. Zunächst ist ein aus Thermoplastfolie zu Rohrteilen zusammengeschweißter Sonnenkollektor nach dem Herstellungsvorgang nicht mehr veränderbar. Ein derartiger Sonnenkollektor kann nicht mehr unterteilt werden, da nicht ersichtlich ist, wie dann die Anschlüsse für Zu- und Ableitungen ausgeführt werden sollen. Der kalte Fluß, eine typische 6(1 Eigenschaft von Thermoplasten, läßt auch kaum eine unter Sonnenstrahlung auftretende Temperatur längere Zeit zu. Auch Drücke, wie sie etwa bei einem Pumpvorgang üblich sind, können schnell bei höheren Temperaluren zum Platzen der Folien führen. Nachteilig ist au- 6:> ßerdem, daß die Herstellung wie sie z. B. aus der Zeichnung der US 30 22 781 zu vermuten ist, nur zu einem in seiner Größe für immer festliegenden Element führt.However, this solar collector has considerable disadvantages of various kinds. First is an off Thermoplastic film welded together to form tube parts after the manufacturing process no longer changeable. Such a solar collector can no longer be subdivided because it is not visible is how the connections for inlet and outlet lines should be made. The cold river, a typical 6 (1 Property of thermoplastics, hardly allows a temperature occurring under solar radiation to last longer Time to. Pressures, such as those that are common in a pumping process, can quickly cause the foils to burst at higher temperatures. Another disadvantage is 6:> ßerdem that the production as z. B. from the drawing of US 30 22 781 is to be assumed, only to one in its size leads to a fixed element forever.

Schließlich ist noch nachteilig, daß dieser vorbekannte Sonnenkollektor nur einen verminderten Wirkungsgrad aufweisen kann, da es eine Sicherheit gegen eine Wärmeabstrahlung nach unten nicht gibt Dabei ist eine solche Wärmeabschirmung von erheblicher Bedeutung.Finally, it is also disadvantageous that this previously known solar collector only has a reduced degree of efficiency can have, since there is no security against heat radiation downwards. Such a heat shield is of considerable importance.

Aus der DE-OS 25 10321 ist ein Sollenkollektor bekannt, der aus nach Bedarf abgelängten fortlaufend extrudierten Kunststoffprofiien bestehen kann. Als Werkstoffe kommen Natur- oder Synthesekautschuk sowie PVC, PMMA u. a. Kunststoffe in Frage, die unter anderem eine ausreichende Witterungsbeständigkeit sowie Beständigkeit gegen UV-Licht aufweisen.From DE-OS 25 10 321 a nominal collector is known, which can consist of continuously extruded plastic profiles cut to length as required. Natural or synthetic rubber come as materials as well PVC, PMMA and others Plastics in question, which among other things have sufficient weather resistance as well Have resistance to UV light.

Der Kollektor kann als Ko-Extrudat aus zwei Kunststoffen — also einstückig — hergestellt sein und mehrere Kanäle für ein Wärmeträgermedium besitzen. Eine derartige Ko-Extrusion ist aber äußerst schwierig, da transparente Kunststoffe ein erheblich anderes Extrusionsverhalten zeigen, als sie bei Kautschukmischungen üblicher Art vorliegen. Auch sind extrusionsfähige und gleichzeitig lichtdurchlässige, elastische Kunststoffe nur im geringen Maße lichtbeständig.The collector can be made as a co-extrudate from two plastics - that is, in one piece - and have several channels for a heat transfer medium. One However, such co-extrusion is extremely difficult, since transparent plastics show a considerably different extrusion behavior than they do with rubber mixtures of the usual type. Also, they are only extrudable and at the same time translucent, elastic plastics to a small extent lightfast.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Sonnenkollektor zu schaffen, dessen Absorber aus einem hochflexiblen Werkstoff vielfältiger Formgebungsmöglichkeit hinsichtlich der Flächengeometrie besteht der thermische Dimensionsänderungen störungsfrei aufnehmen kann und trotzdem eine hohe Stabilität auch im Langzeiteinsatz besitzt.The object of the invention is therefore to create a solar collector whose absorber is made of a highly flexible material and can be shaped in a variety of ways with regard to the surface geometry, there is a problem-free absorption of thermal dimensional changes can and still has a high stability even in long-term use.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die den Absorber bildenden Profile als Oberteil einstückig mit einer Stützplatte verbunden sind, daß die Kanäle an den Profilenden mittels Verbindungsschläuchen miteinander verbindbar sind und der Absorber von einem isolierten Gehäuse umgeben und mit einer strahlungsdurchiässigen Folie abgedeckt ist.According to the invention, the object is achieved in that the profiles forming the absorber are used as the upper part are integrally connected to a support plate that the channels at the profile ends can be connected to one another by means of connecting hoses and the absorber of surrounded by an insulated housing and covered with a radiation-permeable film.

Nach der Vulkanisation liegt das Rohrsystem und Stützplatte als zusammenhängendes Bauelement vor.After vulcanization, the pipe system and support plate are available as a coherent component.

Wegen der im Vergleich zn den il^iallen geringen Wärmeleitfähigkeit von Elastomeren ist darauf zu achten, daß die Wandstärke des Durchflußkanals auf der sonnenzugewendeten Seite nicht überdimensioniert wird. Da es sich hier um einen nahezu drucklosen Kreislauf handelt, sollten nicht mehr als 2 bar Wasserdruck auftreten.Because of the small amount compared to the rest of the world Thermal conductivity of elastomers, care must be taken that the wall thickness of the flow channel on the the side facing the sun is not oversized. Since this is an almost pressureless circuit, the water pressure should not exceed 2 bar appear.

Es genügt daher, die Wandstärke an dieser Seite auf etwa 1 mm zu begrenzen.It is therefore sufficient to limit the wall thickness on this side to about 1 mm.

Flachkollektoren dieser Art können in große .1 Längen vorgefertigt werden. Die vorgefertigten Systeme erlauben eine vergleichsweise einfache Verlegetechnik und Anpassung an die geometrischen Verhältnisse. Es köünen auch mehrere Einheiten kombiniert werden, indem an sie durch Kupplungsstücke (z. B. aus Kunststoff), miteinander verbindet. Die mehrfache Durchströmung im Kreislauf wird durch Verbindungsschläuche zwischen nebeneinander liegenden Kanälen erreicht. In Fällen, in denen ein ganzes Vielfaches den vorgefertigten Flachkollektoren keine optimale Flächenausnutzung zuläßt, ist es möglich, diese Kollektorelemente durch Schneiden mit geeigneten Vorrichtungen auf gewünschte Maße zu kürzen.Flat-plate collectors of this type can be prefabricated in large .1 lengths. The prefabricated systems allow a comparatively simple laying technique and adaptation to the geometric conditions. It Several units can also be combined by connecting them with coupling pieces (e.g. made of plastic), connects with each other. The multiple throughflow in the circuit is achieved by connecting hoses between adjacent channels. In In cases in which a whole multiple of the prefabricated flat-plate collectors does not allow optimal use of space, it is possible to use these collector elements to be shortened to the required dimensions by cutting with suitable devices.

Die verwendeten elastomeren Werkstoffe sollen im Temperaturbereich von —30 bis +1200C gummielastisch bleiben. Im Hinblick auf die langzeitigen Betriebsbedingungen soll auch eine hohe thermo-oxidative und photochemische Resistenz in Verbindung mit Wasserbeständigkeit auch bei Zusatz von Schutzmitteln gegen Korrosion, Gefrieren, Algen- und Pilzbefall bestehen. Es sind daher Elastomere auf Basis von Kautschuken ein-The elastomeric materials used are to remain elastic in the temperature range from -30 to +120 0 C. With regard to the long-term operating conditions, there should also be a high thermo-oxidative and photochemical resistance in connection with water resistance, even with the addition of protective agents against corrosion, freezing, algae and fungal attack. There are therefore elastomers based on rubbers

H zusetzen, die in der poIymeren Hauptkette keine oderH add no or in the polymeric main chain

ά nur wenige reaktive Doppelbindungen enthalten. Ob- ά contain only a few reactive double bonds. If-

|j wohl bei dieser Zielrichtung auch ungesättigter AIl-| j probably with this goal also unsaturated AIl-

[I zweckkautschuk eingesetzt werden kann wie Natur-[I purpose rubber can be used like natural

Il kautschuk. Polybutadien, Styrol-Butadien-Mischpoly-Il rubber. Polybutadiene, styrene-butadiene mixed poly-

|| merisate. Polyisopren, Homopolymerisate des Chlorbu-|| merisate. Polyisoprene, homopolymers of chlorine

§J tadicn usw, wenn sie mit nicht wasserextrahierbaren§J tadicn etc when using non-water extractables

Jf Stabilisatoren geschützt sind, ist es doch der zu fordern-If stabilizers are protected, it is the one to demand

p den Langzeitbeständigkeit wegen sicherer, Kautschukep the long-term resistance because of safer, rubbers

I der R-Klasse nach ASTM D-1418 durch andere zu erf| setzen.I of the R-Class according to ASTM D-1418 by others to be required set.

H Eine Ausnahme bilden lediglich Butylkautschuk,H The only exceptions are butyl rubber,

äi Mischpolymerisate des isobutylens mit wenigen Pro-Äi copolymers of isobutylene with a few pro

tS zentsätzen an Isopren und dessen halogenierte Able kömmlinge Chlorbutyl- bzw. Brombutyl bzw. Brombu- tS percentages of isoprene and its halogenated derivatives chlorobutyl or bromobutyl or bromobutyl

H tylkautschuk. Neben diesen beiden SpezialkautschukenH tyl rubber. In addition to these two special rubbers

ff aus der R-Reihe bieten sich aber wegen der Gesättigt-ff from the R series, however, because of the saturated

Pheit ihrer Hauptkette und damit ihrer chemischen Indifgj ferenz vor allem Kautschuke an, die nach der Nomen-Pity of their main chain and thus their chemical indifgj especially rubbers, which according to the noun

II klatur der ASTM-D !418 in die »M-Gruppe« einzuordp nen sind. Es sind dies vor allem die MischpolymerisateII class of ASTM-D! 418 to be classified in the »M group« are. These are primarily the copolymers

|| aus Äthylen und Propylen mit geringen Mengen eines|| from ethylene and propylene with small amounts of one

i*| dienischen Monomers (Doppelbindungsgabel in deri * | dienic monomer (double bond fork in the

f| Seitenkette), die chlorsulfonierten Polyäthylene, CSSMf | Side chain), the chlorosulfonated polyethylene, CSSM

|| und u. U. die Mischpolymerisate aus Äthylen und Vinyl-|| and possibly the copolymers of ethylene and vinyl

|?| acetat (EVA-Kautschuke) sowie fluorierter Olefine|? | acetate (EVA rubbers) and fluorinated olefins

ft (CFM) und Acrylatkautschuke (ACH). Für Sonderfälle ft (CFM) and acrylate rubbers (ACH). For special cases

fi kann auch an die allerdings zumeist teueren Kautschuk- fi can also refer to the mostly expensive rubber

Γ typen gedacht werden, die gemäß ASTM-D 1408, in dieΓ types are thought to conform to ASTM-D 1408, in the

ί Klasse der CO und U-Klasse fallen, also-Hetero-atomeί Class of CO and U class fall, i.e. heteroatoms

in der polymeren Hauptkette enthalten, wie Sauerstoff 1 (O) und Stickstoff (N). Zur ersteren Gruppe gehörencontained in the polymer main chain, such as oxygen 1 (O) and nitrogen (N). Belong to the former group

beispielsweise die Polymerisate aus Proylenoxid und deren Mischpolymerisate mit Epichlorhydrin sowie Seg-Z-, mentkopolymere aus Terephthalatestern und Polybuty-for example the polymers of propylene oxide and their copolymers with epichlorohydrin and Seg-Z-, ment copolymers made from terephthalate esters and polybutyl

ienoxiden. Zur letzteren Gruppe zählt man hauptsäch-1-lieh die Elastomere aus Polyester- und ggf. Polyäther-ienoxiden. The latter group includes mainly 1-borrowed the elastomers made of polyester and possibly polyether

• urethanen. Schließlich ist als letzte Gruppe der Silikonkautschuk οι nennen, der aber wegen seines hohen Preises und wegen mangelnder Hydrolysenbeständigkeit allenfalls für den vorgesehenen Einsatzzweck eine Aus- \ nahmerolle spielen kann.• urethanes. Finally call as the last group of the silicone rubber οι, but which may play a training \ takeover role due to its high price and its lack of resistance to hydrolysis at best for the intended purpose.

Die Erfindung wird in Verbindung mit drei Abbildungen dargestellt.The invention is illustrated in connection with three figures.

Die A b b. 1 zeigt einen Querschnitt durch das Kollek- - torgehäuse. Dieses besteht aus dem Gehäuse 1 mit Boden 2 und der Folie 3 zur Abdeckung. Gehäuse und Boden zeichnen sich durch eine gute Wärmeisolierung aus und bestehen vorzugsweise aus Hartschaum auf Polyurethanbasis. Die gute Ioslierung kann durch die ge-ι schlossenporige Struktur verbessert werden. Gehäuse 1The A b b. 1 shows a cross section through the collector - gate housing. This consists of the housing 1 with base 2 and the film 3 for covering. Housing and Floors are characterized by good thermal insulation and are preferably made of rigid polyurethane-based foam. The good isolation can be improved by the closed-pore structure. Housing 1

■ und Buden 2 können mit einer Schicht aus Aluminium 4■ and booths 2 can with a layer of aluminum 4

ausgekleidet sein. Die strahlungsdurchlässige Folie 3 bewirkt, daß die Strahlungsenergie ungehindert eintreten kann. Diese Folie ist durch ein Klemmprofil 5 im Gehäuse 1 befestigt. In dem Gehäuse befindet sich der Absorber 6. Dieser besteht aus einem Profil, das an der Oberfläche rohrförmige Kanäle 7 aufweist.be lined. The radiation-permeable film 3 has the effect that the radiation energy can enter unhindered can. This film is fastened in the housing 1 by a clamping profile 5. The absorber is located in the housing 6. This consists of a profile which has tubular channels 7 on the surface.

A b b. 2 zeigt nochmals den Absorber 6 mit den Kanälen 7 aus einer anderen Sicht.A b b. 2 again shows the absorber 6 with the channels 7 from a different point of view.

Nach A b b. 3 sind die Kanäle 7 an den Profilendeii j mittels Verbindungsschläuchen 8 miteinander verbunden. According to A b b. 3 the channels 7 on the Profilendeii j are connected to one another by means of connecting hoses 8.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Sonnenkollektor, bestehend aus extrudierten, auf passende Längen eingestellten mit mehreren parallelen Kanälen versehenen Profilen aus Gummi oder elastischem Kunststoff mit erhöhter Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse und UV-Licht, wobei schwarz eingefärbte, von einem Wärmeträger durchströmte Profile den Absorber bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die den Absorber (6) bildenden Profile als Oberteil einstückig mit einer Stützplatte verbunden sind, daß die Kanäle (7) an den Profilenden mittels Verbindungsschläuche (8) miteinander verbindbar sind und der Absorber (6) von einem isolierten Gehäuse (1) umgeben und mit einer strahlungsdurchlässigen Folie (3) abgedeckt ist.Solar collector, consisting of extruded profiles made of rubber or with several parallel channels adjusted to suitable lengths elastic plastic with increased resistance to weathering and UV light, whereby Black-colored profiles through which a heat transfer medium flows form the absorber, characterized in that the profiles forming the absorber (6) are integral with it as an upper part a support plate are connected so that the channels (7) at the profile ends by means of connecting hoses (8) can be connected to one another and the absorber (6) is surrounded by an insulated housing (1) and with a radiation-permeable film (3) is covered. 10'10 '
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