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Sonnenkollektor
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor, der aus mehreren
parallel zueinander verlaufenden und über Sammelleitungen miteinander verbundenen
Kanälen gebildet ist.
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Kollektoren zur Ausnutzung der als umweltfreundlich,unerschöpflich
und zukunftssicher anerkannten Sonnenenergie sind bereits in einer grossen Anzahl
unterschiedlicher Ausgestaltungen bekannt und haben sich zur Umwandlung der Strahlungsenergie
der Sonne in thermische Energie in der Praxis auch bereits bewährt.
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Vielfach werden dazu von einem aufheizbaren Medium durchströmte rohre
aus Metall ode korrosionsbeständigem Kunststoff verwendet,das durch die elektromagnetische
Strahluny erwärmt und unmittelbar einen Verbraucher oder einem Wärmetauscher zugeführt
wird.
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Die bisher bekanntgewordenen Sonnenkullektoren sind jedoch sehr bauaufwendj
, und damit teuer, da die von dem zu erwärmenden Medium durchströmten Rohre in Glaskästen
angeordnet sind. Ausserdem ist über den Kollektoren eine Abdeckung und unter diesen
eirle Isolierung angebracht. Vor allem aber ist der Wirkungsgrad diese Kollektoren
gering, da die zugeführte Strahlungsenergie
nur mangelhaft ausgenutzt
wird. Zunächst werden nämlich die Sonnenstrahlen in zwischen den Rotoren verlaufenden
Absorberplatten gesammelt, von denen die Wärmeenergie in diese und das strömende
Medium übertragen werden muss. Verluste sind dabei unvermeidbar, so dass trotz des
grossen Bauaufwandes ein wirtschaftlicher Einsatz vielfach nicht gegeben iot.
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Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, einen Sonnenkollektor der vorgenannten
Art zu schaffen, der nicht nur auriserst einfach in der konstruktiven Ausgestaltung
und damit wirtschaftlich herzustellen ist, sondern der auch einen hohen Wirkungsgrad
bei minimaler Abstrahlung aufweist.
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Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass unmittelbar
in den von dem aufzuheizenden Medium durchströmten Kanälen des Kollektors ein Absorber
in Form einer dünnwandigen dunklen Platte aus wärmeabsorbierendem Material angeordnet
ist.
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Besonders vorteilhaft ist es hierbei, um eine kompakte Bauweise zu
erreichen, die Kanäle aus einer Stegdoppelplatte mit transparenter Oberfläche zu
bilden und mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt zu versehen.
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Die Absorber sollten zweckmässigerweise, um ebenfalls die Herstellungskosten
niedrig zu halten, jeweils aus einer rechteckigen Platte bestehen, die in den Kanälen
angeordnet sind, wobei eine besonders einfache und dennoch wirksame Anordnung der
Absorberplatten dadurch zu erzielen ist, in dem diese diagonal verlaufend in die
Kanäle lose eingelegt werden.
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Nach einer andersartigen Ausgestaltung können die Absorberplatten
auch U-förmig, V-förmig, halbkreisförmig oder mehrfach gewellt ausgebildet werden,
nach können die Absorberplatten zweier benachbarter Kanäle gegeneinander versetzt
angeordnet, vorzugsweise in in deren Seitenwände eingearbeitete Nuten gehalten werden
oder diese sind durch Einfärben oder Ausspritzen djr Kanalinnenwandungen zzl bilden.
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Arlyebracht ist es ferner, die Stegdoppelplatte sowie die in den Kanälen
angeordneten Absorberplatten aus licht- und UV-beständigern Kunststoff herzustellen.
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Die beiden Sammelleitungen sollten des weiteren zur Aufnahme der Stegdoppelplatte
jeweils mit einem Flanschanschluss versehen sein, in den diese flüssigkeitsdicht
eingesetzt ist, wobei es zweckmässig ist, die Sammelleitungen mit einem oder mehreren
wahlweise einschiebbaren Absperrschieber, um die Wasserströmung steuern zu können,
zu verstehen.
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Die der Sonnenstrahlung zugekehrte Seite des Kollektors kann zur Steigerung
des Wirkungsgrades mit einer transparenten Abdeckung, vorzugsweise aus transparentem
Kunststoff, versehen sein. Ebenso kann der Kollektor auf der der Sonneiistrahlung
abgekehrten Seite mit eiiier Wärmeisolierung ausgestattet werden.
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Der gemäss der Erfindung ausgebiLdete Sonnenkollektor ist nicht nur
sehr einfach in seinem Aufbau und damit oiine Schwierigkeiten und ohne grossen Fertigungsaufwand
herstellbar, sondern auch sehr wirksam und vielseitig verwendbar. Wird nämlich urimittelbar
in
die von dem aufzuheizenden Medium, z.b. Wasser, durchströmten Kanäle jeweils ein
Absorber in Form einer djinnwandigen dunklen Platte oder eines Streifens angeordnet,
so wird die von diesen aufgefangene Sonnenenergie von dem Wasser nahezu verlustlow
autgenognen. Dabei wird trotz des gelingen Bauaufwandes, da die Kanäle aus einer
Stegdoppelplatte gebildet werden können, ein äusserst homer Wirkungsgrad erzielt.
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Der hohe Wirkungsgrad erklärt sich daraus, ddss die Sonnenenergie,
zusammengesetzt aus direkter und dif#user Strahlung, nahezu ungehindert durch das
transparente Material des Sonnenkollektors hindurchtritt. Die einfallende Uv-Strahluiig
wird dabei zum Grossteil absorbiert. Nach Passieren der Kollektoroberseite durchdringt
die Sonnenstraiiiung das zu erwärmende Wasser und trifft auf die schwarzen Absorberstreifen
aus dünnem Kunststoff auf.
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Diese erwärmen sich, werden jedoch praktisch augenblicklich durch
das sie umströmende Wasser gekiihlt. Der Wärmeiibergang von den Absorbern auf das
Wasser erfolgt somit naliezu verlustlos, da keine Abstrahlverluste und keine den
wärmeübergang hindernden Metallwande vorhanden sind.
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Die selektive Wirkung das erfindungsgemäss ausgebildeten Sonnenkollektors
ist wie folgt erklärlich: Die einfallende Sonnenenergie hat iii Spektralbereich
von 0,3 bis 0,9 µm mit ca. 70 % Energieeinfall ihren grö-ssten Anteil.
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Dieser wird von den schwarzen oder dunklen Absorbern aufgenommen und
bei beispielsweise 300 Absorbertemperatur in langwellige
ultrarote
Strahlung von ca. 9,5 µm umgewandelt. Diese langwellige Strahlung wird aber vom
Wasser schon nach wenigen Hundertstel Millimeter Laufzeit vollständig absorbiert,
so dass keine Riickstrdhlung erfolgt und demzufolge auch keine lüGkstrahlverluste
auftreten.
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Der hohe Wärmeleitwiderstand des transparenten Kunststoffes, aus dem
die Stegdoppelplatte zweckmässigerweise besteht, hat in Verbindung mit der nahezu
laminaren Wasserströmung zur Folge, dass die Wärmeverluste nacii aussen minimal
bleiben.
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Daraus resultiert ein mit konventionellen Methoden bisher nicht erreichter
extrem hoher Wirkuw sgrad, insbesondere in dem Temperaturbereich von ca. 300C. Der
torschlagsgemäss ausgebildete Sonnenkollektor ist daher vor allem zur Erwärmung
von Badewasser für Schwimmbäder in hervorragender Weise geeignet.
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Allein durch seinen Autbau ist der Kollektor gemäss der Erfindung
im unteren Temperaturbereich mindestens ebenso wirksam wio die bekannten Metallkollektoroll,
die eine aufwendigo Doppelverglasung und rückseitige Wärmeisolierung benötigen und
z.B. bei Pumpenausfall oder Erreichen der gewünschten Badetemperatur, d.h. bei hohem
Energieeinfall und blockierter Nutzung sind ferner keine aufwendigen Sicherheitseinrichtungen
nötig.
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In diesem Fall werden zwar die eingelegten Absorberstreifen extrem
heiss, der Kollektor Selbst erträgt jedoch 700C und mehr ohne jeden Schaden. Sicherheitsventile,
Expansionsgefässe u.s.w.
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erübrigen sich, die Installation wird einfacher und damit preisgünstiger
als bei den bekannten vergleichbaren Kollektoren.
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Der erfindungsgemässe Sonnenkollektor ist demnach preisgünstig in
der Herstellung, da keine Wärmetauscher, Druckbegrenzer und Expansionsgefässe benötigt
werden, wirtschaftlich im Betrieb, korrosionssicher und weist einen hoben Wirkungsgrad
auf £ so dass eine vielseitige Verwendbarkeit, insbesondere zum Aufheizen von Badewasser
fiir Schwimmbäder,gewährleistet ist.
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Weitere Einzelheiten des gemäss der Erfindung ausgebildeten Sonnenkollektors
siiid den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, die nachfolgend
im einzelnen erläutert sind.
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zu entnehmen. ijierbei zeigt: Fig, 1 einen Sonnenkollektor in perspektivischer
Darstellung mit in Kanäle eingelegten Absorbern, Fig. 2 einen Sonnenkollektor nach
Fig. 1 in einem achssenkrechten Schnitt, Fig. 3 einen Teil des Sonnenkollektors
jiach Fig. 2 in Draufsicht, Fig. 4 einen Teilschnitt durch den Sonnenkollektor nach
den Fig. 2 und 3, Fig. 5 den SonnenkoLlektor nach den Fig. 2 bis 4 im Schnitt in
verkleinertem Masstab und Fig. 6 bis 10 andersartige Ausgestaltung der Absorber
bei dem Sonnenkollektor nach Fig. 2.
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Der in Fig. 1 in perspektivischer Darstellung gezeigte und mit 1 bezeichnete
Sonnenkollektor besteht aus einer Stegdoppelplatte
2 aus transparentem
Kunststoff. die mit mehreren, an einen Verbraucher angeschlossenen Kanälen 3, 4,
5... mit reclteckigem bzw. quadratischem Querschnitt versehen ist. Der Kanal 3 ist
hierbei als Endkanal etwa dooppelt so breit bemessen wie die Kanäle 4 und 5; ist
es jedoch ohne weiteres möglich, alle Kanäle rechteckig oder quadratisch zu gestalten.
Auf diese Weise ist eine optimale Ausnutzung der Stegdoppelplatte 2 gegeben.
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Zur Umwandlung der durch die Pfeile 1() dargestellten Sonnenstrahlung
in Wärmeenergie ist in jedem der Kanäle 3, 4, 5 ...
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ein Absorber 6 bzw. 7 aus einem dunklen Werkstoff, vorzugsweise schwarz
eingefärbtem Kunststoff angeordnet. Die Absorber 6 und 7 sind platten- bzw. streifenförmig
ausgebildet uiid lose diagonal in die Kanäle 3, 4, 5 ... eingelegt. so dass der
Kollektor 1 lediglich durch Einschieben der ziigesciiiiLttenen Absorberstreifen
6 und 7 in die Kanäle 3, 4, 5 ... herzustellen ist Das zu erwärmende Wasser, das
die Kanäle 3, 4 5 ..., durch eine Pumpe gefördert, durchströmt, iiiinrnt die voii
dn Absorbern 6 und 7 aufgefangene Sonnenenergie 10" nahezu verlustlos auf. Dass
ein Teil 10' der Sonnenstrahlen 10 durch die Stegdoppelplatte 2 reflektiert wird
ist unvermeidbar und un-erheblich, der grössere Teil der Sonnenenergie 10" wird
jedoch unmittelbar dem die Absorber 6 und 7 umströmenden Wasser zugeführt, so dass
diese augenblicklich gekühlt werden und der Wärmeübergang somit verlustlos erfolgt
und auch keine Abstrahlverluste austreten.
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Der iii dell Fig. 2 bis 5 dorgestellte Sonnenkollektor 21 sowie die
weiteren Ausführungsvarianten gemäss den Fig. 6 bis 10 sind in gleicher Weise ourgebaut.
In eint Stegdoppelplatte 22 sind hierbei wiederum Kanäle 23, 24, 25 ... mit rechteck-igem
bzw. quadratischem Querschnitt eingeformt, in denen Absorber angeordnet sind. bei
dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 bis 5 sind die Absorber 26 und 27 aus dunklen
Kunststoffstreifen gebildet, die diagonal lose in die Kanäle 23, 24, 25 ... eingelegt
sind.
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Die Kanäle 23, 24, 25 ... sind hierbei an zwei Sancelleitungen 28
und 29 angeschlossen, die die Stegdopielplatte 22 seitlich begrenzen. Zu deren Verbindung
mit den Sammelleitungen 28 und 29 sind diese, wie es in Fig. 2 dargestellt ist,mit
Flanschanschlüssen 32 ausgestattet, in denen die Stegdoppelplatte 22 eingesteckt
und gegebenenfalls eingeklebt iat. Dichtungen 33 gewährleisten dabei, dass eine
flüssigkeitsdichte Verbindung gegeben ist. Mittels in den Sammelleitungen 2i3 und
29 angeordneten Absperrscheiben 34 kann die in Fig. 5 strichpunktiert eingezeichnete
Wasserströmung 3O, die über in die Sammelleitungen 28 und 29 eingearbeitete Anschlussöffnungen
31 in die Kanäle 23, 24, 25 eintreten kann, gesteuert werden.
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Die von den von dem zu erwärmenden Wasser umspülten Absorberplatten
26 und 27 aufgenommene Sonnenenergie wird somit unmittelbar an das Wasser abgegeben,
so dass der Wärmeübergang verlustlos erfolgt und ein hoher Wirkungsgrad gegeben
ist.
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Bei den Ausfehrungsvarianten nach den Fig. 6 bis 10 sind die Absorber
jeweils unterschiedlich ausgebildet.
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Nach Fig. 6 sind die in die Kanäle 2@ eingesetzten Absorber 41 U-förmig
gestaltet. Gemäss den Fig. 7 und 8 können die Absorber 42 bzw. 43 aber auch als
Kreisringabschnitt oder V-förmig bzw.
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mehrfach gewellt ausgebildet werden. Bei der Ausgestaltung nach Fig.
9 sind Absorberplatten 44 waagerecht in den Kanälen 23 der Stegdoppelplatte 22 angeordnet.
Dazu sind in diese von Kanal zu Kanal versetzt zueinander Nuten 45 eingearbeitet,
in denen die Absorberplatten 41 gehalten sind. Ausserdem ist bei disem Ausführungsbeispiel
uber dem Kollektor 41 eine Wärmeabdeckung 46 und unter diesem eine Wärmeisolierung
47 vorgesehen. Auf diese Weise sind die Abstrahlverluste weiter zu verlingern.
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Gemäss Fig. 10 besteht der Absorber 48 aus einem dunklen Farbanstlich,
der auf die der Sonnenstrahlung usgesetzten Innenwände der Kanäle 23 aufgebracht
ist. Die Stegdoppelplatte 22 ist dazu zweiteilig ausgebildet, wobei deren Oberteil
22' vor dem Aufbringen des Farbenstriches abgenommen werden kann.
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L e e r s e i t e