DE2712387A1

DE2712387A1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2712387A1
Application number: DE19772712387
Authority: DE
Inventors: Juergen Dreier; Manfred Roth
Original assignee: ROTH KG METALLWERK
Current assignee: ROTH KG METALLWERK
Priority date: 1977-03-22
Filing date: 1977-03-22
Publication date: 1978-10-05
Also published as: IT1093244B; JPS53130529A; US4213449A; FR2385057A1; IT7821373A0; ES468094A1; BR7801722A

Description

Sonnenkollektor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor zum Auffangen von Strahlungswärme der Sonne und zui. Übertragung dieser Wärme auf einen flüssigen Wärmeträger, insbesondere Wasser, mit einem mindestens eine Zuleitungsmündung und eine Ableitungsmündung aufweisenden Röhrensystem für die Durchleitung des Wärmeträgers und vorzugsweise einer für Wärmestrahlung durchlässigen Abdeckung, z.B. aus Glas, wobei das Röhrensystem Bestandteil eines plattenförmigen Blasformteiles aus Kunststoff ist, bei dem benaahbarte Röhren durch thermoplastisch verschweißte Quetschnähte voneinander getrennt sind.

Die Verwendung von Sonnenkollektoren breitet sich im Zeichen der allmählich bewußt werdenden Energieprobleme immer mehr aus. Sonnenkollektoren sind insbesondere für die Haustechnik zur Erwärmung von Brauchwasser und zur Aufheizung von Wasser für Warmwasserheizungen geeignet. Allerdings ist die Wärmeausbeute, bezogen auf die Flächeneinheit eines Sonnenkollektors, nicht

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sehr groß, insbesondere in Regionen, in denen eine relativ geringe Sonnenscheindauer herrscht. Gerade in diesen gemäßigten und kälteren Regionen wird jedoch besonders viel Wärmeenergie verbraucht. Um einen nennenswerten Anteil des Energieverbrauches mit Sonnenenergie zu decken, müssen Sonnenkollektoren verhältnismäßig große Flächen haben, z.B. für ein Einfamilienhaus mehrere Quadratmeter. Die Baukosten von Wärmegewinnungsanlagen mit Sonnenkollektoren sind beträchtlich. Obwohl kaum Betriebskosten entstehen, ist die Rentabilität solcher Anlagen wegen der hohen Kapitalkosten noch gering. Für eine bessere Rentabilität kommt es wesentlich darauf an, Sonnenkollektoren möglichst billig herzustellen.

Es sind verschiedene Formen von Sonnenkollektoren bekannt, z.B. solche, die ein dunkelgefärbtes Röhrensystem aufweisen, durch das eine Flüssigkeit bewegt wird. Die Flüssigkeit wird durch die Strahlungswärme der Sonne erwärmt, wobei durch die Dunkelfärbung eine Reflektion weitgehend vermieden wird. Die genannte Abdeckung verhindert, daß vom Kollektor aufgefangene Wärme wieder zurückgestrahlt wird.

Besonders billig laßt sich ein Röhrensystem mit Hilfe eines Blasformteiles heretellen. Die Herstellung eines Röhrensystems

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aus einem Blasformteil ist aus der DT-OS 24 44 706 für einen Flachheizkörper bekannt und kann im Prinzip auch bei einem Sonnenkollektor angewendet werden.

Zur Erzielung einer weiteren Verbilligung bei der Herstellung von Sonnenkollektoren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Sonnenkollektor, bei dem das Röhrensystem durch ein Blasformteil gebildet ist, so zu gestalten, daß außer dem Blasformteil, der Abdeckung und evtl. einer Wärmeisolierung keine weiteren Bestandteile für den eigentlichen Sonnenkollektor nötig sind.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß an den Rand des plattenförmigen Blasformteiles ein mit dem Blasformteil einstückiger hohler Rahmen angeformt ist, der einen geschlossenen Querschnitt hat.

Ein so ausgebildeter Sonnenkollektor ist außerordentlich billig, da die Tragkonstruktion, in der das Röhrensystem angeordnet ist, mit diesem Röhrensystem aus einem Stück besteht und im gleichen Arbeitsgang hergestellt wird. Am Blasformteil ist lediglich eventuell noch eine Abdeckung und evtl. eine rückseitige Wärmeisolierung anzubringen. Weitere Arbeiten sind nicht erforderlich. Wegen

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der billigen Herateilungsmöglichkeit lassen sich auch große Flächen bei tragbarem Kostenaufwand belegen. Mit Hilfe der Erfindung wird wegen starker Reduzierung der Baukosten die Rentabilität von Wärmegewinnungsanlagen mit Sonnenkollektoren wesentlich verbessert. Der hohle Rahmen, der an den Rand des Blasformteiles angeformt wird, hat eine ausreichende Stabilität, um eine relativ große Kollektorfläche, z.B. eine Kollektorfläche von ca. 1 m¹, zuverlässig in seiner Form zu halten.

Vorzugsweise sind am Rahmen Falze gemäß den_# Ansprüchen 2 und 3 vorgesehen. Hierdurch kann die Abdeckplatte und/oder eine Isolierschicht bequem in ihrer richtigen Lage montiert und gehalten werden, ohne daß besondere Ausrichtarbeiten erforderlich sind. Die für Wärmestrahlung durchlässige Abdeckung hat in der Regel einen gewissen Abstand von den Röhren des Röhrensystems, weshalb die Ausfalzung eine entsprechende Lage relativ zu den Röhren hat. Die Isolierschicht hingegen kann unmittelbar an den Röhren anliegen oder auch einen gewissen Abstand davon haben. Ausfalzungen sind nicht zwingend erforderlich, da eine Abdeckung oder eine Isolierschicht z.B. an die Oberseite oder die Unterseite des Rahmens angelegt werden könnte.

Die Anordnung von Abstützvorsprüngen (Ansprüche 4 und 5) hat den Vorteil, daß der Sonnenkollektor insgesamt eine größere Steifig-

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keit erhält. Auch werden dadurch großflächige Abdeckungen am Durchhängen nach unten gehindert. Die Anordnung der Abstützvorsprünge wird man in Anpassung an die jeweilige Größe, Form und übrige Beschaffenheit des Kollektors wählen. Der Kollektor kann beliebige Grundformen haben. Meist wird man eine rechteckige Grundform wählen. Hierauf jedoch ist die Erfindung nicht beschränkt. Zur Anpassung an besondere Flächenverhältnisse können auch andere Formen zweckmäßig sein.

An den Ecken des Rahmens sind vorzugsweise Bgfestigungslöcher gemäß Anspruch 6 angebracht. Aber auch dies ist nicht zwingend. Man könnte einen Kollektor z.B. auch mit Klammern oder anderen Befestigungselementen festhalten, die den Blasformteil nicht durchgreifen, sondern lediglich übergreifen.

Das Röhrensystem kann verschieden gestaltet sein. Zweckmäßig ist z.B. ein mäanderförmig verlegter Kanal gemäß Anspruch 7.

Eine besonders vorteilhafte Herstellung eines Sonnenkollektors ist in den Verfahrensansprüchen 11 und 12 angegeben. Bei dem Herstellungsverfahren nach Anspruch 12 ergibt sich die im Anspruch 8 angegebene Form. Die Kommunikation aller Hohlräume während der Herstellung hat den Vorteil, daß Blasluft nur an einer einzigen Stelle zugeführt zu werden braucht. Es ist aber

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ohne weiteres auch möglich, mehrere Zuführungsstellen vorzusehen. Die Hohlräume brauchen dann nicht miteinander zu kommunizieren, wenn an jeden abgeschlossenen Hohlraum eine Blasluftzuführung angeschlossen wird.

Die im Anspruch 10 angegebene Form des Rahmens ergibt eine besonders große Steifigkeit quer zur Rahmenebene. Da Sonnenkollektoren im allgemeinen schräg liegend angeordnet werden, z.B. auf einer Dachfläche, ist eine Steifigkeit in dieser Richtung besonders vorteilhaft. Auch beansprucht ein schmaler hoher Rahmen wenig Fläche, so daß durch den Rahmen die für die Wärmegewinnung nutzbare Fläche nicht zu sehr reduziert wird.

Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor hat auch den Vorteil, daß er besonders leicht ist. Dies wirkt sich wiederum auf die gesamten Baukosten einer Wärmegewinnungsanlage aus, da der Sonnenkollektor eine Unterkonstruktion, z.B. die Dachkonstruktion eines Hauses, nur wenig belastet und diese Dachkonstruktion dementsprechend leicht ausgebildet werden kann.

Als Werkstoffe kommen beliebige im Blasformverfahren verarbeitbare Kunststoffe in Betracht, sofern sie genügend beständig gegen Sonnenbestrahlung sind. Gut geeignet ist schwarz eingefärbtes Polypropylen.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Sonnenkollektors und

Fig. 2 einen Teilschnitt nach Linie II-II in Fig. 1 in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab, nämlich etwa in natürlicher Größe.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, besteht der Sonnenkollektor aus einem insgesamt mit 1 bezeichneten Blasformteil, einer Abdeckung 2 und einer Isolierschicht 3. Der Kollektor hat insgesamt eine flache rechteckige Form (siehe Fig. 1). Bei dem vorliegenden Verhältnis von Ausdehnung zu Dicke kann man von einem plattenförmigen Teil sprechen.

Der Blasformteil 1 bildet ein insgesamt mit 4 bezeichnetes Röhrensystem, das einstückig mit einer Platte 5 ausgebildet ist und einen insgesamt mit 6 bezeichneten Rahmen.

Das Röhrensystem hat einen langen mäanderförmig verlaufenden Kanal 4a. Lange Abschnitte des Kanales 4a verlaufen parallel zu der kurzen Seite der Rechteckform des Kollektors, während kurze,

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die langen Abschnitte verbindenden Kanalabschnitte parallel zu den langen Rechteckseiten verlaufen. Ein Endstück 4'a des Kanales 4a ist über Verbindungen 7 mit einem Sammelrohr 8 verbunden. Der gesamte Sonnenkollektor ist zu der strichpunktierten Linie 9 symmetrisch, so daß sich also auch am anderen Ende des Kollektors ein dem Sammelrohr 8 entsprechendes Sammelrohr befindet.

Das Sammelrohr 8 mündet mit seinen beiden Enden in Durchbrüche 10 der Platte 5. Von diesen Durchbrüchen 10 gehen auch Rohransätze 11 aus, die in den Hohlraum des Rahmens 6 münden. Die Entstehung dieser Ansätze wird bei der Beschreibung des Herstellungsverfahrens noch erläutert werden.

In der durch die strichpunktierte Linie 9 definierten Längsmitte des Sonnenkollektors befinden sich drei Abstützvorsprünge 12 und 13. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, reicht der Abstützvorsprung 12 bis zu der Unterfläche 2a der Abdeckung 2, während die Abstützvorsprünge 13 bis zur Innenfläche 3a der Isolierschicht 3 reichen. Um Platz für die Abstützvorsprünge 12 und 13 zu schaffen, sind in der Mitte des Kollektors zwei benachbarte Abschnitte des Kanales 4a in einem etwas größeren Abstand angeordnet als im übrigen Bereich des Kollektors.

Der Querschnitt des Rahmens 6 ist aus Fig. 2 zu ersehen. Die Höhe h des Rahmens ist größer als seine Breite b. Dadurch erhält man

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besonders quer zur allgemeinen Ebene des Sonnenkollektors eine große Steifigkeit, An der Innenseite des Rahmens befinden sich Ausfalzungen 14 und 15. Die Ausfalzung 14 hat eine Anlagefläche 14a für den Randbereich der Unterfläche 2a der Abdeckung 2 und eine ümfangsfläche 14b, die die Abdeckung 2 an ihrer Kante 2b zentriert. Die Abdeckung kann z.B. durch Kleben oder Abdeckleiste! am Rahmen befestigt sein.

Die Ausfalzung 15 hat entsprechende Flächen 15a und 15b, die im Zusammenwirken mit der Isolierplatte 3 gleiche Aufgaben hat, wie die entsprechenden Flächen 14a und 14b der Ausfalzung 14.

Ausgehend von der durch die strichpunktierte Linie 16 angedeuteten Mittelebene des Kollektors verlaufen die Abschnitte 17a, 17b und die Flächen 14b und 15b nach außen hin konvergent um die Entformung des Blasformteiles bequem zu ermöglichen.

An jeder Ecke des Rahmens befindet sich ein Lappen 18 mit einem Befestigungsloch 19 zum Durchstecken eines Befestigungselementes, z.B. einer Schraube. Der Lappen 18 hat keinen Hohlraum und ist durch zwei aufeinandergepreßte und miteinander durch Quetschschweißung verbundene Materiallagen hergestellt, so wie auch die Platte 5. Die Lappen 18 liegen in der gleichen Ebene wie die

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Platte 5.

Der Blasformteil wird wie folgt hergestellt.

Bei geöffneter Blasform wird in diese, wie beim Blasformverfahren üblich, ein Schlauch aus Kunststoff extrudiert, vorzugsweise aus schwarz eingefärbtem Polypropylen. Nach dem Extrudieren des Schlauches wird bei noch plastischem Zustand des Schlauches die Form geschlossen, wodurch der Schlauch oben und unten abgequetscht wird. Die Teilungsebene der in der Zeichnung nicht dargestellten Form befindet sich bei der durch die strichpunktierte Linie 16 angedeuteten Ebene.

Nach dem Schließen der Form wird Blasluft eingeführt, z.B. an einer Stelle des späteren Rahmens 6. Durch die unter Druck stehende Blasluft wird die noch flexible und formbare sowie schweißbare Haut des extrudierten Schlauches an die Wände der Form angepreßt. Dort wo in der Form keine Hohlräume vorhanden sind, werden zwei Materiallagen, z.B. die Materiallagen 5a und 5b miteinander verschweißt. Dort, wo Hohlräume vorhanden sind, findet eine Verschweißung nicht statt, d.h., die Formhohlräume werden von der Haut des extrudierten Schlauches ausgekleidet. Während also dort, wo keine Hohlräume vorhanden sind, zwei

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Materiallagen miteinander verschweißt sind, ist dort, wo Hohlräume existieren, pur eine Materiallage vorhanden.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kommunizieren während der Herstellung alle Hohlräume miteinander. Während des Blasens sind die Sammelrohre 8 über in Fig. 1 strichpunktiert eingezeichnete Rohrstücke 20 mit dem Hohlraum 6a des Rahmens 6 verbunden. Es genügt deshalb eine einzige Anschlußstelle für Blasluft. Nach einer gewissen Aufenthaltszeit in der Blasform ist der Kunststoff soweit erstarrt, daß das Werkstück formstabil ist und aus der Form entnommen werden kann. Es werden nun in jedem Eckbereich Fenster 10 ausgestanzt, wobei auch die strichpunktierten Rohrstücke 20 weggeschnitten werden. Es verbleiben dann nur noch die bereits beschriebenen Ansätze 11. Hierdurch wurde der Hohlraum des Röhrensystems 4 vom Hohlraum 6a des Rahmens getrennt, so daß nun an das Röhrensystem ein Anschluß möglich ist. Es sei angenommen, daß die in Fig. 1 gezeichneten Mündungen 21 Zuführungsmündungen sind. Am unteren Ende würden sich dann Abführungsmündungen befinden, die jedoch nicht gezeigt sind.

Nachdem der Blasformteil soweit fertiggestellt ist, können die Isolierplatte 3 und die Abdeckplatte 2 angebracht werden. Ihre Montage ist bequem möglich, da sie in den Falzen 14 und 15 zentriert werden. Der Abstützvorsprung 12 erhebt sich so weit über

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die Platte 5, daß seine Endfläche 12a an der Innenseite der Platte 2a anliegt. Die Vorsprünge 13 haben eine solche Höhe, daß ihre Endflächen 13a an der Innenseite 3a der Isolierplatte zur Anlage kommen.

An die Zuflußmündungen 21 und die nicht gezeichneten Abflußmündungen werden vor dem Anbringen der Abdeckung Schläuche oder feste Rohre angeschlossen, die durch den Rahmen hindurchgeführt werden. Dadurch werden äußere Anschlußstutzen gebildet, an denen der Sonnenkollektor in ein Leitungssystem angeschlossen werden kann. Es ist auch möglich, mit einem Schlauchstück oder Rohrstück die Verbindung zu einem benachbarten Kollektor direkt herzustellen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche:

1.) Sonnenkollektor zum Auffangen von Strahlungswärme der Sonne und zur Übertragung dieser Wärme auf einen flüssigen Wärmeträger, insbesondere Wasser, mit einem mindestens eine Zuleitungsmündung und eine Ableitungsmündung aufweisenden Röhrensystem für die Durchleitung des Wärmeträgers und vorzugsweise einer für Wärmestrahlung durchlässigen Abdeckung, z.B. aus Glas, wobei das Röhrensystem Bestandteil eines plattenförmigen Blasformteiles aus Kunststoff ist, bei dem benachbarte Röhren durch thermoplastisch verschweißte Quetschnähte voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den Rand des plattenförmigen Blasformteiles (1) ein mit dem Blasformteil einstückiger hohler Rahmen (6) angeformt ist, der einen geschlossener Querschnitt hat.

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (6) an seiner Oberseite eine Ausfalzung (14) für die Aufnahme des Randes einer Abdeckung (2) aufweist, wobei vorzugsweise die Tiefe der Ausfalzung (14) ein wenig tiefer ist als die Dicke der Abdeckung (2).

3. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rückseite der Platte in an sich

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ORIGINAL INSPECTED

bekannter Weise eine Wärmeisolierschicht (3) angeordnet ist, z.B. eine Isolierplatte aus aufgeschäumtem Kunststoff, wobei der Rahmen (6) an seiner Unterseite eine Ausfalzung (15) für die Aufnahme des Randes der Isolierschicht (3)aufweist, welche Ausfalzung vorzugsweise ein wenig tiefer ist als die Dicke der Isolierschicht.

4. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Platte (5) Abstützvorsprünge (12, 13) ausgeformt sind, die bis zur Innenseite (2a, 3a) der Abdeckung (2) und/oder der Isolierschicht (3) reichen.

5. Sonnenkollektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützvorsprünge (12, 13) im mittleren Bereich der Platte (5) angeordnet sind, bei einer rechteckigen Platte vorzugsweise in der Längsmitte der Platte längs einer Linie (9), die zu einer kurzen Rechteckseite parallel ist.

6. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ecken des Rahmens (6) Befestigungslöcher (19) angeordnet sind, die sich vorzugsweise an angeformten Lappen (18) befinden, die aus zwei durch Quetschschweißung miteinander verbundenen Materiallagen bestehen, die vorzugsweise in der gleichen Ebene (16) liegen wie die Platte (5),

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7. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrensystem (4) einen mäanderförmig verlegten Kanal (4a) aufweist, an dessen einem Ende mindestens eine Zuleitungsmündung (21) und an dessen anderem Ende mindestens eine Ableitungsmündung angeordnet ist.

8. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungsmündung (21) und die Ablextungsmündung innerhalb von Plattendurchbrüchen (10) liegen, in die auch Rahmenöffnungen (11) eirimünden.

9. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Blasformteil (1) aus schwarz eingefärbtem Polypropylen besteht.

10. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) des Rahmens (6) größer ist als seine Breite (b).

11. Verfahren zur Herstellung eines Sonnenkollektors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Blasformteil (1) hergestellt wird, bei dem alle Hohlräume des Röhrensystems (4) und des Rahmens (6) miteinander

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kommunizieren und daß nach der Entnahme des Blasformteiles (1) aus einer Blasform die Hohlräume des Röhrensystems (4) von dem Hohlraum (6a) des Rahmens (6) getrennt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11 zur Herstellung eines Sonnenkollektors nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Verbindung des Röhrensystems (4) mit dem Rahmenhohlraum (6a) in der Platte (5) Durchbrüche (10) angebracht werden und gleichzeitig damit oder danach die Verbindungen zwischen Röhrensystem (4) und Rahmenhohlraum (6a)durch Heraustrennen von Leitungsstücken (20) unterbrochen wird.

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