DE2646174A1

DE2646174A1 - Sonnenenergiekollektor und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2646174A1
Application number: DE19762646174
Authority: DE
Inventors: Thomas Paul Engel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-10-14
Filing date: 1976-10-13
Publication date: 1977-04-28
Also published as: ES452409A1; JPS5279336A; NL7611373A; IT1074041B; FR2328167B3; BR7606864A; FR2328167A1; IL50663A0

Description

2646174 DipL-Phys. JÜRGEN WEISSE · Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG · BÖKENBUSCH 41 Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung Thomas Paul Engel, 6056 Heusenstamm/Offenbacfe

Sonnenenergiekollektor und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Sonnenenergiekollektor.

In gemäßigtem Klima ist die Sonneneinstrahlung geringer als in tropischem Klima, da der Winkel zwischen der Fortpflanzungsrichtung der Sonnenenergie und der Oberfläche, auf welche diese auftrifft, geringer ist. In den höheren Breiten tritt im Verlaufe eines Jahres ein höheres Maß von Wolkenbedeckung auf, und dementsprechend ist die ausnutzbare Sonnenenergie geringer als in niedrigeren Breiten. Außerdem sind die mittleren Temperaturen umso niedriger, je höher die geographische Breite ist, und die technischen Probleme bei der Anwendung von Sonnenenergie als Wärmequelle werden schwieriger.

In gemäßigten Klimata ist es daher erforderlich, eine wesentlich größere Fläche von Kollektoroberfläche zu verwenden, um bei Verfügbarkeit von Sonnenenergie eine nützliche Menge von Sonnenenergie aufzufangen, als dies in tropischem Klima der Fall wäre. Das bringt natürlich eine erhebliche Erhöhung an

Investitionskosten mit sich und weiterhin erhebliche Probleme hinsichtlich der räumlichen Unterbringung der Sonnenenergiekollektoren selbst.

Wenn nur wenige Sonnenenergiekollektoren verwendet zu werden brauchen, werden sie gewöhnlich auf einem Dach angeordnet. Wenn jedoch eine größere Kollektoroberfläche erforderlich wird, bildet die Sperrigkeit und das Gewicht der Kollektoren ein Problem. Außerdem führt in gemäßigtem Klima ein Sonnenenergiekollektor, bei welchem die umlaufende Flüssigkeit in Kontakt mit nur etwa 50 bis 60% der Energie auffangenden Oberfläche ist, zu einer Verminderung des Gesamtwirkungsgrades.

Ein weiterer Nachteil bekannter Sonnenenergiekollektoren besteht darin, daß, wenn die darin umlaufende Flüssigkeit wärmer wird, der wärmere Teil des Kollektors nicht nur Sonnenenergie auffängt und absorbiert sondern auch Energie von der aufgeheizten Flüssigkeit wieder abstrahlt. Der Wirkungsgrad ist als Folge dieser Wiederabstrahlung daher begrenzt. Der gesamte Wärmegewinn ist die Menge der absorbierten Energie minus die Menge der wieder abgestrahlten Energie.

Infolgedessen ist es einleuchtend, daß wenn die Wiederabstrahlung von den heißeren Teilen des Sonnenenergiekollektors gering gehalten werden kann, der Gesamtwirkungsgrad des Sonnenenergiekollektors wesentlich erhöht werden kann.

Erfindungsgemäß ist daher ein Sonnenenergiekollektor vorgesehen, der gekennzeichnet ist durch einen Mantel, der einen Hohlraum für den Umlauf eines Kühlmittels bildet und der von einem ersten Kollektoroberflächenelement und einem zweiten, rückwärtigen Kollektoroberflächenelement gebildet ist, welche längs des Umfanges zur Bildung des Hohlraumes miteinander verbunden sind und die dazwischen in Abständen voneinander Verbindungen aufweisen und zwischen diesen Verbindungen auseinandergezogen sind, so daß sie eine steppdeckenartige

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Struktur bilden, und eine Schicht oder ein überzug aus Sonnenenergie absorbierendem Material, das auf der Oberfläche des ersten Kollektoroberflächenelements vorgesehen ist.

Die Kollektoroberfläche kann eine glänzende Schicht aufweisen, die ein feinverteiltes, lichtabsorbierendes Material auf der Oberfläche eines wärmeleitenden Metalls enthällt.

Die vorliegende Erfindung gestattet somit die Herstellung eines Mantels für einen Sonnenenergiekollektor als kontinuierlichen oder endlosen Bauteil, der erforderlichenfalls in einzelne Kollektormäntel unterteilt werden kann. Dies ergibt ein preisgünstiges Verfahren zur Herstellung eines Sonnenenergiekollektors.

Der Wirkungsgrad des Sonnenenergiekollektors wird gegenüber bekannten Sonnenenergiekollektoren wesentlich verbessert, da die umlaufende Flüssigkeit den Kontakt mit mehr als 70% der Kollektoroberfläche ist, und zwar üblicherweise in der Größenordnung von 80% bis 90% der Kollektoroberfläche. Dadurch wird für einen vorgegebenen Einfall von Sonneneinstrahlung ein im wesentlichen konstanter Temperaturgradient über die Kollektoroberfläche hinweg aufrechterhalten.

Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der Mantel für das Kühlmittel mit einem Einlaß und einem Auslaß versehen, wobei der mittlere Querschnitt des Mantels zu dem Auslaß hin abnimmt und dadurch der Durchgang des Kühlmittels zu dem Auslaß hin beschleunigt wird. Wenn sich das Kühlmittel zum Auslaß hinbewegt, erhöht sich seine Temperatur. Da sich aber gleichzeitig seine Geschwindigkeit innerhalb des Mantels erhöht, wird seine wirksame Verweilzeit vermindert und dadurch die Wiederabstrahlung von dem erwärmten Kühlmittel vermindert. Dadurch wird der Wirkungsgrad des so erhaltenen Sonnenenergiekollektors weiter verbessert.

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Die dazwischenliegenden Verbindungen zwischen dem ersten Kollektoroberflächenelement und dem zweiten, rückwärtigen Kollektoroberflächenelement schaffen eine Struktur mit gegenseitiger Abstützung, welche einen leichtgewichtigen Aufbau der Kollektoroberflächenelemente gestattet.

Das wärmeleitende Metall kann als dünne Schicht auf eine Oberfläche des besagten Mantels aufgebracht sein. Sie kann aber auch das sammelnde Glied des Mantels selbst bilden. Wenigstens die Kollektoroberfläche des besagten Mantels kann regelmäßige oder unregelmäßig verteilte Wölbungen oder Vertiefungen aufweisen. Das sammelnde Glied des Mantels kann poliert und/oder zusätzlich mit einer dünnen Schicht aus Gold, Silber oder Kupfer überzogen sein, um die innere Reflexion zu erhöhen und die Wiederabstrahlung zu vermindern. Die dünne Schicht kann durch Galvanisieren oder Tauchen aufgebracht werden, über die dünne Schicht aus wärmeleitendem Metall kann eine Schicht von Sonnenenergie absorbierendem Material aufgebracht werden. Das Sonnenenergie absorbierende Material kann aus fein verteiltem Ruß, vorzugsweise mit einer Teilchengröße in der Größenordnung von 12 Millimicron, gebildet werden, welches in einem härtbaren Kunstharz verteilt ist und als Lösung oder Dispersion auf die Kollektoroberfläche aufgesprüht ist, worauf das Kunstharz anschließend gehärtet wird.

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die den Mantel des Sonnenenergiekollektors bildenden blattförmigen Kollektoroberflächenelemente in Zwischenpunkten an ihrer Anlagefläche miteinander punktverschweißt, und sie werden anschließend durch Zufuhr von Druckmittel unter Druck aufgeblasen, so daß sich eine steppdeckenartige Struktur ergibt. Die Zwischenverbindungen der Kollektoroberflächenelemente können entweder statistisch verteilt oder regelmäßig angeordnet sein. Bei einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Mantel des Sonnenenergiekollektors, ein Kühlmittel in Gas oder Dampfphase

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enthalten, und das Kühlmittel in der Gasphase kann Luft sein, die innerhalb des Mantels umläuft. Der Sonnenenergiekollektor kann einen Motor enthalten, durch welchen die Luft durch den Mantel des Sonnenenergiekollektors umgewälzt wird und die erwärmte Luft aus dem Mantel zur Zirkulation innerhalb eines zu heizenden Raumes ausgetrieben wird.

Die Oberfläche des Sonnenenergiekollektors kann von einer Mischung gebildet sein, die zu einem wesentlichen Anteil aus einem Acrylharz, das in Ethylenglykolactetat und Xylol in Lösung dispergiert ist, und 4 bis 8 Gewichtsprozent Ruß bezogen auf das Gewicht des Acrylharzes besteht, und es kann die Mischung auf die Kollektoroberfläche aufgesprüht und anschließend bei erhöhter Temperatur gehärtet sein.

Bei der Bildung der Oberfläche des Sonnenenergiekollektors selbst wird vorzugsweise der Ruß in dem Acrylharz dispergiert. Das Kunstharz enthält vorzugsweise 3 bis 12 Gewichtsprozente Ruß, und die Teilchengröße des Rußes sollte so klein wie möglich sein, sicherlich in der Größenordnung von 15 Millimicron und vorzugsweise geringer als 5 Millimicron. Das Acrylharz kann das handelsüblich unter dem Warenzeichen "LARODUR 538" durch die BASF hergestellte sein. Eine matte Oberfläche kann vorgesehen werden, in dem ein Anteil eines unter dem Handelsnamen "DEGUSSA TK 100" erhältlichen Materials, vorzugsweise in einer Menge von 3% bis 10%, zugesetzt wird. Die Kunstharzmischung wird dann homogenisiert und auf die Oberfläche aufgesprüht, wo sie langsam polymerisiert und eine Schicht von typischerweise zwei bis 12 Micron Dicke erzeugt. Die aufgesprühte Oberfläche kann erwärmt werden, oder sie kann einfach in der Sonne gelassen werden, ohne Druckmittel innerhalb des Mantels umzuwälzen, um die Polymerisation des Kunstharzes zu beschleunigen. Wenn eine Metalloberfläche als Außenwandung des Mantels des Sonnenenergiekollektors verwendet wird, wird diese vorzugsweise gebrannt, um die Polymerisation

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zu beschleunigen. Das Brennen erfolgt bei einer Temperatur in der Größenordnung von 180°. Eine Sonnenenergiekollektor-Anordnung, die nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, kann einen isolierenden Träger aufweisen, der aus einem elastischen Schaumkunststoffmaterial gebildet ist. Der Träger enthält einen Rückseitenteil mit einem am Umfang vorstehenden Rand, der einen den Sonnenenergiekollektor aufnehmenden Hohlraum bildet. Der Mantel eines erfindungsgemäßen Sonnenenergiekollektors bildet einen Druckmittelmantel für den Umlauf eines Wärmeaustausch-Druckmittels in Kontakt mit der Oberfläche des Sonnenenergiekollektors. Der Mantel des Sonnenenergiekollektors ist innerhalb des Hohlraums des Trägers angeordnet. Eine energiedurchlässige Folie ist im Abstand von der Kollektoroberfläche angeordnet, wobei der Mantel und die energiedurchlässige Folie in den besagten Träger eingerastet und in diesem durch Elastizität des Trägermaterials gehalten sein kann. Die erfindungsgemäße Kollektoranordnung kann eben oder von konkaver oder konvexer Grundform sein.

Der Träger kann durch einen überzug aus Metallfolie abgedeckt sein, der damit verklebt oder darauf aufgestrichen ist, um ihn undurchlässig für Feuchtigkeit zu machen und seine wärmeisolierenden Eigenschaften aufrechtzuerhalten und zu verbessern. Außerdem kann die Kollektoroberfläche durch eine Schicht einer energiedurchlässigen Kunststoffolie abgedeckt sein. Der Träger kann weiterhin angrenzend an den Rückseitenteil einen Speichertank für das wärmeaustauschende Druckmittel enthalten.

Der Druckmittelmantel für den Umlauf des Druckmittels in wärmeaustauschendem Kontakt mit der Kollektoroberfläche ist so, daß wenigstens 80% vorzugsweise 90% der Kollektoroberfläche in direktem wärmeaustauschenden Kontakt mit dem umlaufenden Druckmittel ist. Der Träger selbst kann aus geschäumtem Polyethylen oder Polyurethan bestehen. Das Polyethylen kann vernetzt sein. Wenn das Polyethylen vernetzt wird, enthält das

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Polyethylenmaterial bei der Herstellung des geschäumten Trägers einen Anteil an einem Vernetzungsmittel, welches durch Strahlung aktiviert werden kann. Solche vernetzten, geschäumten Polyethylenmaterialien sind allgemein bekannt.

Der Mantel des Sonnenenergiekollektors kann in ein zellförmig aufgebautes Material wie Polyurethan eingebettet sein, so daß er zusammen mit der Verglasung einen in sich geschlossenen Bauteil bildet.

Der Mantel des Sonnenenergiekollektors kann hergestellt werden, indem ein erstes und ein zweites blattförmiges Kollektoroberflächenelement längs ihres ümfanges miteinander verbunden werden, so daß sich eine im wesentlichen druckmitteldichte Verbindung ergibt, indem dazwischen zwischen dem blattförmigen Kollektoroberflächenelementen in Abständen über die Oberfläche hinweg Verbindungen hergestellt werden, indem Druckmittel wie Wasser oder Luft unter Druck zwischen die blattförmigen KollektorOberflächenelemente eingeleitet wird, um diese zu einer steppdeckenartigen Struktur aufzublasen, welche einen Hohlraum für das umlaufende Kühlmittel zwischen den Kollektoroberflächenelementen bildet.

Die blattförmigen Kollektoroberflächenelemente, welche den Mantel des Sonnenenergiekollektors bilden, können von Folien aus Kunststoff beispielsweise Polyethylen, Polyproplyen, Polyester, Polyvinylchlorid oder Polyurethan gebildet sein. Die Folien können unterschiedlich sein, wobei eine in der Lage ist, eine Sonnenenergie absorbierende Oberfläche aufzunehmen. Eine anderen Möglichkeit besteht darin, daß die Bestandteile der Sonnenenergie absorbierenden Oberfläche innerhalb des Materials der Folie selbst enthalten sind. Es ist auch eine Kombination von Blech und Kunststoffolie möglich, wobei das Blech die Sonnenenergie absorbierende Oberfläche trägt. Die andere Folie kann eine Schicht von Isoliermaterial zusätzlich zu dem des isolierenden Trägers aufweisen. Wenn zur Bildung wenigstens

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eines blattförmigen Kollektoroberflächenelements des Mantels ein Kunststoff verwendet wird, kann der Kunststoff direkt mit einem überzug oder einer Schicht von Sonnenenergie absorbierendem Material versehen sein. Das Polymer kann zusätzlich mit einem wärmeleitenden Material, beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Eisen als Füllstoff versetzt sein, um die Leitfähigkeit und die Wärmeaustauschgeschwindigkeit zwischen der Oberfläche und dem umlaufenden Druckmittel zu erhöhen und zu verbessern. Ein Mantel aus Kunststoff kann durch Blasformen oder Strangpressen hergestellt werden, und die im Abstand voneinander angeordneten Verbindungen können durch Verschweißen der Folien miteinander hergestellt werden. Bei einem Herstellungsverfahren wird der Kunststoff als Schlauch mit großem Durchmesser hergestellt, der dann flachgedrückt wird, und die Enden werden miteinander verschweißt, um einen Mantel des Sonnenenergiekollektors zu bilden. Anschließend erfolgt eine Verschweißung zwischen den gegenüberliegenden Wandungen des so gebildeten Mantels.

Im Fall von Metall können die die Kollektoroberflächenelemente bildenden Bleche aus Kupfer, Eisen oder Aluminium bestehen und außerordentlich dünn sein. Der Raum zwischen den Blechen des gebildeten und aufgeblasenen Mantels liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 1 Millimeter bis 10 Millimeter, um einen sehr dünnen Hohlraum zu schaffen. Das Blech kann zwischen Schablonen aufgeblasen werden, um eine Keilform zu erreichen mit einem abnehmenden Abstand zwischen den Blechen zum Auslaß hin, wodurch die Geschwindigkeit des Kühlmittels zum Auslaß hin beschleunigt wird. Es kann auf diese Weise auch oder zusätzlich dazu eine Gestalt erhalten werden, die eine solche Wasserströmung gestattet, daß Einlaß und Auslaß nur auf einer Seite angeordnet sind. Das ablaufende Druckmittel wird über die fachwerkartige Struktur auf einer oder beiden Seiten des Mantels zurückgeleitet. Die Metallbleche können miteinander in dazwischenliegenden Punkten punktverschweißt sein, und die Metalloberfläche kann mit einem Kunststoffilm wie Acrylharz

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beschichtet sein, der Ruß oder ein ähnliches Sonnenenergie absorbierendes Material in Teilchenform enthält.

Die äußere Schicht von energiedurchlässigem Material, die bei der erfindungsgemäßen Sonnenenergiekollektor-Anordnung verwendet wird, kann beispielsweise aus einer Folie von "TEDLAR" bestehen. Dieses Material hat den Vorteil, daß es eine Schranke gegen Druckluftkühlung bildet und dazu dient, die Kollektoroberfläche vor Beschädigung bei der Handhabung zu schützen. Die Schicht von energiedurchlässigem Material ist im Abstand von dem Mantel des Sonnenenergiekollektors angeordnet.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht eines Sonnenenergiekollektors nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt längs der Linie II-II von Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie III-III von Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine Einzelheit der Oberfläche eines Sonnenenergiekollektors.

Fig. 5 ist eine Kurve der Kollektorfläche über der Temperatur.

Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit der Temperatur von

der Zeit für eine Mehrzahl von Sonnenenergiekollektoren.

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Fig. 7 zeigt einen Teilschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform einer Kollektoroberfläche nach der vorliegenden Erfindung.

Der Kollektor von Fig. 1 enthält einen Träger 11, der aus vernetztem Polyethylenschaum besteht und eine Rückwand 12 und vorspringende Seitenwandungen 13 aufweist, die längs des Umfanges der Rückwand 12 angeordnet sind. Die besagten Seitenwandungen 13 bilden in Verbindung mit der Rückwand 12 einen offenen Kollektorhohlraum 14. Die vorstehenden Seitenwandungen 13 sind mit einem nach innen vorstehenden Flansch 15 versehen, der dazu dient, Bauteile innerhalb des Hohlraumes 14 festzuhalten.

Der Sonnenenergiekollektor ist mit einem Einlaß 50 und einem Auslaß 51 versehen, und der mittlere Querschnitt des Kollektorhohlraumes 14 nimmt von dem Einlaß 50 zu dem Auslaß 51 (siehe Fig. 3) ab.

Der Träger 11 ist aus Polyethylen hergestellt und mit einer Schicht aus Aluminiumfolie abgedeckt, die auf die Innen-und Außenflächen des Trägers aufgeklebt ist und eine Schranke für Ultraviolett und Feuchtigkeit bildet. Aluminiumfolie, die mit einer dünnen Schicht von Polyethylen auf der Oberfläche versehen ist, liegt an der Oberfläche des Trägers an, wobei die Polyethylenschicht dem vernetzten Polyethylen des Trägers gegenüberliegt. Die Einwirkung von Wärme und Druck auf die Folie führt zu einem Schmelzen der Beschichtung, so daß die Beschichtung mit dem Polyethylen des Trägers selbst verbunden wird und damit die Folie mit dem Polyethylen verklebt wird.

Der Grund des Hohlraumes 14 ist mit einer Schicht von Quarz 16 versehen, die durch eine weitere Schicht von Aluminiumfolie 17 abgedeckt ist. Ein Mantel 18 des Sonnenenergiekollektors wird

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von einem Paar von Metallblechen gebildet, die längs ihres Umfanges miteinander verbunden sind und über ihre Oberfläche hinweg in Abständen miteinander punktverschweißt sind. Der Umfang der miteinander verbundenen Bleche ist mit einem Einlaß und einem Auslaß 51 versehen. Der so gebildete Mantel des Sonnenenergiekollektors wird dann oberhalb der Aluminiumfolie 17 in den Träger 11 eingesetzt. Der Auslaß des Mantels wird abgedichtet, und es wird Wasser unter Druck auf den Einlaß gegeben, so daß sich die obere Oberfläche des Mantels zu einer Mehrzahl von konvex aufgeblasenen Abschnitten zwischen den verschiedenen im Abstand voneinander angeordneten Verschweißungspunkten ausdehnt. Das liefert ein Volumen, in welchem das umlaufende Druckmittel, in diesem Falle Wasser, zum Kühlen der aufgeblasenen Kollektoroberfläche zirkulieren kann. Die Kollektoroberfläche 19, die von der konvex aufgeblasenen oberen Oberfläche des Mantels 18 gebildet ist, ist vor dem Aufblasen an ihrer Außenfläche aufgerauht und dann mit einer Schicht oder einem überzug eines Sonnenenergie absorbierenden Materials versehen.

Bei einer typischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Acrylharz , beispielsweise das von BASF unter dem Warenzeichen LARODUR 538 hergestellte, mit Ruß versetzt, üblicherweise Gasruß der von DEGUSSA unter der Katalognummer FW 200 hergestellt wird und eine Teilchengröße von weniger als 5 Millimicron besitzt. Das Kunstharz wird mit Ruß versetzt, bis es 5 bis 12 Gewichtsprozente Ruß enthält.

Das erhaltene Gemisch wird dann gerührt und homogenisiert und wird dann auf die Metalloberfläche gesprüht, wo es langsam polymerisiert. Wenn die Ausdehnung des Mantels des Sonnenenergiekollektors vor der Montage in dem Träger 11 stattfindet statt anschließend, dann wird der Mantel bei einer Temperatur von 180° gebrannt, um die Polymerisation zu beschleunigen. Das TK 100 dient dazu, dem Kunstharz eine matte Oberfläche zu erteilen, die verbesserte Sonnenenergie-Absorptionseigenschaften besitzt.

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Nach Montage des Mantels 18 in dem Träger wird eine Schicht aus Glas über den Mantel 18 gesetzt und rastet unter dem Flansch 15 ein.

Die Kollektoranordnung wird dann im wesentlichen senkrecht oder so nahezu senkrecht wie möglich zu der einfallenden Sonneneinstrahlung angeordnet. Kühlmittel, üblicherweise Wasser, wird in den Sonnenenergiekollektor geleitet und durch die an der Oberfläche aufgefangene Energie beheizt. Das die erwärmete Druckmittel tritt aus dem Sonnenenergiekollektor aus. Man erkennt, daß für konstante Sonneneinstrahlung mit einem vorgegebenen Wert des Strahlungsflusses die Anstiegsgeschwindigkeit der Temperatur der Flüssigkeit schnell mit wachsender Fläche ansteigt. In Fig. 6 ist ein Vergleich durchgeführt für eine vorgegebene Länge des Kollektors bei einer Breite von einem Meter bei konstanten Strömungsgeschwindigkeiten des Druckmittels. Aus Fig. 5 ist erkennbar, daß die optimale Länge eines Sonnenenergiekollektors für den infragekommenden Strahlungsfluß und die vorliegende Strömungsgeschwindigkeit 1,0 Meter ist. Für wesentlich größere Längen führt eine Erhöhung der Kollektorgröße nicht zu einer wesentlich erhöhten Endtemperatur des Wassers. Es versteht sich, daß die in Fig. angegebenen Zahlen abhängig sind von einer konstanten Geschwindigkeit des Wasserumlaufs.

Fig. 4 zeigt eine spezielle Ausführungsform einer Kollektoroberfläche, die für den Mantel des erfindungsgemäßen Sonnenenergiekollektors verwendet werden kann. Eine Kollektoroberfläche 25, welche die freiliegende Wandung des Mantels 18 darstellt (dessen Rest nicht dargestellt ist) besitzt eine äußere Kollektoroberfläche 26 mit einer Mehrzahl von vorstehenden, haubenartigen Teilen 27, die jeder an dem der Kollektoroberfläche 25 abgewandten Ende eine kreisförmige öffnung 28 aufweisen. Der haubenartige Teil 27 ist mit dem absorbierenden Gemisch sowohl an der inneren als auch an der

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äußeren Oberfläche beschichtet, und die Kollektoroberfläche als solche ist auch an der Außenfläche mit dem Sonnenenergie absorbierenden Gemisch beschichtet. Auf diese Weise wird Sonnenenergie, die unter einem schrägen Winkel einfällt, aufgefangen, während die Wiederabstrahlung an der Innenfläche des sphärischen Teils 27 gefangen wird.

Fig. 6 ist ein Vergleich der Ansprechzeit gegenüber der Temperatur für 4 Sonnenenergiekollektoren. Die mit "E" markierte Kurve gilt für den erfindungsgemäßen Kollektor mit einer Schicht 21 von Kunststoffilm. Die Kurve "E2" gilt für einen erfindungsgemäßen Kollektor mit einer Schicht 21 aus Glas. Die mit "M" markierte Kurve gilt für einen unter dem Warenzeichen "MIROMET" hergestellt Sonnenenenergiekollektor, und die Kurve "H" gilt für den von Hitachi vertriebenen Sonnenenergiekollektor.

Man erkennt, daß der anfängliche Anstieg für den Sonnenenergiekollektor nach der Erfindung deutlich höher und schneller ist als für die vorbekannten Sonnenenergiekollektoren.

Eine andere Kollektoroberfläche nach der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt.

Der Sonnenenergiekollektor enthält eine Rückwand 110 und eine Kollektoroberfläche 111, die in einer steppdeckenartigen Gestalt im Abstand von der Rückwand 110 angeordnet ist, so daß ein Mantel 112 für den Umlauf gebildet wird, durch den ein Kühlmittel umgewäzlt werden kann, um alle von der Wandung 111 absorbierte und übertragene Wärme aufzunehmen. Die Wandung enthält eine Mehrzahl von Wölbungen oder konvexen Teilen und ist in Abständen 113 an der Rückwand befestigt, so daß sich die Strukturen gegenseitig verstärken. Auf diese Weise kann die Struktur mit der Wandung 111 aus Metallblech von rellativ dünner Stärke hergestellt werden. Die Außenfläche der Wandung 111 trägt eine Schicht von Sonnenenergie absorbierenden

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Material 114, welches mit weiteren Schichten von durchsichtigem Kunstharz 116 abgedichtet ist. Die Unregelmäßigkeiten und Eindrücke in der durch die absorbierende Schicht 114 gebildeten Oberfläche sind auf diese Weise ausgefüllt, so daß die Außenfläche 116 der Kunstharzschicht im wesentlichen plan ist.

Eine Kupferplattierungslösung wurde vorbereitet, enthaltend 11o Gramm pro Liter von Kupfersulphat, 110 Gramm pro Liter Schwefelsäure, 0,5 Gramm pro Liter Eisensulphat oder Zinksulphat. Alternativ, kann eine der Plattierungslösungen benutzt werden, die in "Galvano Technique" 1949, 9. Ausgabe Band 1 Seiten 7 bis 29 ff beschrieben sind. Die Außenfläche der Wandung 111 wird dieser Mischung für einen Zeitraum von bis zu 40 Sekunden ausgesetzt, um eine dünne Schicht von Kupfer im wesentlichen gleichförmig über die gesamte Oberfläche hinweg zu erhalten. Im Betrieb tritt de Sonnenenstrahlung, die auf die ebene Oberfläche 116 fällt, direkt in das Kunstharz ein und fällt von dort auf die Sonnenenergie absorbierende Schicht, wo die Sonnenenergie in Wärme umgesetzt und über die Wandung 111 auf das in dem Mantel 112 umlaufende Kühlmittel übertragen wird. Da das Kühlmittel praktisch in Kontakt mit der gesamten energieauffangenden Oberfläche ist, ist die Temperaturänderung über de Oberfläche hinweg gering. Wenn sich die Temperatur des Kühlmittels erhöht, erhöht sich die Temperatur der strahlungsauf fangenden Oberfläche proportional, und die Wiederabstrahlung von Strahlung erhöht sich. Jene Teile der Oberfläche, die im wesentlichen parallel zu der Oberfläche 116 liegen, würden dann zum Wiederabstrahlen neigen. Die abgestrahlte Energie wird dabei durch die Oberfläche hindurch und wieder in die Atmosphäre treten, obwohl die Stärke der Wiederabstrahlung durch die reflektierende Wirkung der Oberfläche 116 stark vermindert ist. Wo jedoch die Wiederabstrahlung von Oberflächen unter einem merklichen Winkel, d.h. einem Winkel größer als etwa 5 oder 10 Grad, zur Oberfläche 116 erfolgt, dort würde die Strahlung totalreflektiert und fällt wieder auf die Kollektoroberfläche zum Widerauffangen.

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Ein typisches Beispiel für eine Beschichtung nach der vorliegenden Erfindung ist folgendes:

24 Gewichtsteile Acrylharz, welches handelsüblich unter dem Warenzeichen LARODUR 538 erhältlich ist als 55 prozentige Lösung,

22 Gewichtsteile Ethylglykolacetat,

23 Gewichtsteile Xylol

18 Gewichtsteile Ruß unter dem Handelnamen "FW 200", was 6% Ruß bezogen auf das Gesamtgewicht von "LARODUR" entspricht.

Der Ruß wird vor dem Zusetzen zu dem Gemisch in einer Kugelmühle gemahlen, bis er eine Teilchengröße von 15 Millimicron besitzt. Die Bestandteile der Mischung werden in einem Homogenisator dispergiert und dann auf die Kollektoroberfläche aufgesprüht. Der überzug wird 30 Minuten lang bei 180° gehärtet.

Beim Aufsprühen auf Glas ist die Wirkung dieser Mischung die von dunklen Sonnengläsern, d.h. durchsichtig und glänzend.

Der oben beschriebene überzug hat sich als besonders wirkungsvoll erwiesen.

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Claims

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Patentansprüche

Sonnenenergiekollektor, gekennzeichnet durch einen Mantel (18), der einen Hohlraum für den Umlauf eines Kühlmittels bildet und der von einem ersten Kollektoroberflächenelement und einem zweiten rückwärtigen Kollektoroberflächenelement gebildet ist, welche längs des Umlanges zur Bildung des Hohlraumes miteinander verbunden sind und die dazwischen in Abständen voneinander Verbindungen aufweisen und zwischen diesen Verbindungen auseinandergezogen sind, so daß sie eine steppdeckenartige Struktur bilden, und eine Schicht (19) oder ein überzug aus Sonnenenergie absorbierendem Material, das auf der Oberfläche des ersten Kollektrooberflächenelements vorgesehen ist.

Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoroberfläche eine glänzende Schicht aufweist, die ein feinverteiltes lichtabsorbierendes Material auf der Oberfläche eines wärmeleitenden Metalls enthält.

Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Metall als dünne Schicht auf eine Oberfläche des Mantels aufgebracht ist.

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4. Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Kollektoroberfläche des besagten Mantels aus Metall besteht und regelmäßig oder unregelmäßig verteilte Wölbungen oder Vertiefungen aufweist.

5. Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sammelnde Glied des Mantels (18) mit einer dünnen Schicht aus Gold, Silber, Kupfer oder Kunstharz überzogen ist, um die innere Reflexion zu erhöhen, und daß das Sonnenenergie absorbierende Material in einem härtbaren Kunstharz verteilt ist.

6. Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenenerige absorbierende Material feinverteilter Ruß ist, der in einem härtbaren Kunstharz verteilt und auf die Kollektoroberfläche aufgesprüht ist.

7. Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel für das Kühlmittel mit einem Einlaß (50) und einem Auslaß (51) versehen ist, wobei der mittlere Querschnitt des Mantels zu dem Auslaß hin abnimmt und dadurch der Durchgang des Kühlmittels zu den Auslaß hin beschleunigt wird.

8. Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des Sonnenenergiekollektors von blattförmigen Kollektoroberflächenelementen gebildet ist, die in Zwischenpunkten durch Punktschweißen miteinander verbunden sind und anschließend durch Zufuhr von Druckmittel unter Druck aufgebläht werden, um die steppdeckenartige Struktur zu erzeugen.

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9. Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Sonnenenergiekollektors von einer Mischung gebildet ist, die zu einem wesentlichen Anteil aus einem Acrylharz, das in Ethylenglykolactetat und Xylol in Lösung dispergiert ist, und bis 8 Gewichtsprozent Ruß bezogen auf das Gewicht des Acrylharzes besteht, und daß die Mischung auf die Kollekttoroberfläche aufgesprüht und anschließend bei erhöhter Temperatur gehärtet ist.

10. Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (18) von einem ersten Kollektoroberflächenelement in Form eines Metallbleches und einem zweiten, rückwärtigen Kollektoroberflächenelement in Form einer Plastikfolie gebildet ist.

11. Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Erzeugung von Warmwasser für Heizzwecke oder zum Betrieb einer Wärmepumpe nach der britischen Patentanmeldung 45 051/74.

12. Verfahren zur Herstellung eines Sonnenenergiekollektors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes und ein zweites blattförmiges Kollektoroberflächenelement längs ihres Umfanges miteinander verbunden werden, daß dazwischen zwischen den blattförmigen Kollektoroberflächen elementen in Abständen über die Oberfläche hinweg Verbindungen hergestellt werden, daß Druckmittel unter Druck zwischen die blattförmigen Kollektoroberflächenelemente eingeleitet wird, um diese zu einer steppdeckenartigen Struktur aufzublasen, welche einen Mantel für umlaufendes Kühlmittel zwischen den Kollektoroberflächenelementen bildet, und daß anschließend ein Überzug von Sonnenenergie absorbierendem Material auf eines der Kollektoroberflächenelemente des Mantels aufgebracht wird, welcher eine Kollektoroberfläche bildet.