DE2754873A1

DE2754873A1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2754873A1
Application number: DE19772754873
Authority: DE
Inventors: Franz Scherer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-14
Filing date: 1977-12-09
Publication date: 1978-06-15
Also published as: CH612495A5

Description

Sonnenkollektor
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor mit einer Platte zum Hindurchführen eines Wärmetauschmediums, mit einer über der Platte angeordneten lichtdurchlässigen Deckschicht.
Sonnenkollektoren sind bereits bekannt; sie haben jedoch praktisch keine Wärmespeichermöglichkeit.
Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Sonnenkollektor so auszubilden, dass Wärme im Kollektor selbst gespeichert werden kann, so dass nach Aufhören oder bei vorübergehendem Ausfall der Sonneneinstrahlung trotzdem während beschränkter Zeit Wärme an ein Wärmeaustauschmedium abgegeben werden kann.
Die Erfindung mit der diese Aufgabe gelöst wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Platte ganz oder überwiegend aus mineralishsm Material, vorzugsweise Beton, besteht und eine solche Masse hat, dass sie als Wärmespeicher wirksam ist.
Ein derartiger Sonnenkollektor kann verhältnismässig einfach und billig hergestellt werden und gibt Wärme ab auch nach Aufhören der Sonnenbeirahlung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Sonnenkollektor, bei genügend starker Deckplatte, begehbar ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Sonnenkollektor, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine Verbindungsstelle zweier benachbarter Sonnenkollektoren mit Verbindungsorganen, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1, Fig. 4 eine Draufsicht auf einen quadratischen Sonnenkollektor, Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsvariante eines Sonnenkollektors, Fig. 6 einen Horizontalschnitt durch zwei aneinandergefügte Sonnenkollektoren.
Der Sonnenkollektor gemäss Fig. 1 enthält eine aus mineralischem Material bestehende relativ dicke Platte 1, über der sich eine lichtdurchlässige Glasplatte 3 oder lichtdurchlässige Kunststoffplatte befindet. Auf der entgegengesetzten Seite dieser Platte 1 ist eine Wärmedämmschicht 5 vorhanden. Diese kann beispielsweise ine Korkschicht oder eine Kunststoff-Schaumschicht von ausreichender Druckfestigkeit sein. Die Wärmedämmschicht 5 kann entweder mit der Platte 1 fest verbunden, beispielsweise verklebt werden oder die Platten 1 können auf eine zuvor verlegte Wärmedämmschicht aufgelegt werden.
Die Platte 1 besteht vorzugsweise aus Beton oder Kunststein.
Ihre Oberseite ist mit Rippen 7 versehen, die untereinander parallel verlaufen und im Querschnitt vorzugsweise eine Zick-Zack-Form haben um die den Sonnenstrahlen ausgesetzte Fläche zu vergrössern. Sie könnten aber auch eine Wellenform haben.
Die Glas- oder Kunststoffplatte 3 liegt auf den Spitzen 4 der Rippen 7 auf, so dass bei einer Belastung ihre Durchbiegung beschränkt ist. Dadurch ist sie gegebenenfalls begehbar. Die Luftzwischenräume 2 wirken wärmeisolierend. Die Platte 1 enthält im Innern im Abstand voneinander mehrere - beispielsweise vier - eingegossene Durchflussöffnungen 6, die zueinander und zu einer Kante parallel verlaufen. An den beiden Stirnseiten 12 der Platte 1 sind um die Durchflussöffnungen 6 herum ringförmige Vertiefungen 11 vorhanden in welche Dichtungsringe 14 eingelegt werden, wenn eine zweite parallel zu den Rippen 7 veran laufende Platte/gefügt werden soll. Zur Befestigung einer benachbarten Platte sind gemäss Fig. 2 im Raume zwischen den Durchflussöffnungen 6 mindestens zwei Bohrungen 8 vorhanden, in welche Spannschrauben 9 eingesetzt sind. Ein eingegossenes oder sonst im Beton starr gehaltenes Rohr ist im Bereich des einen Endes mit einer Schulter 15 versehen, gegen welche der Schraubenkopf anzuliegen kommt. Am andern Ende des Rohres befindet sich eine Gewindemutter 10, so dass durch Anziehen dieser Schraube 9 zwei benachbarte Plattenl miteinander starr verbunden werden können, wobei die Dichtungsringe 14 (Fig. 3) zusammengepresst werden.
Die Platte 1 kann quadratisch sein, wie dies aus Fig. 4 hervorgeht; sie kann aber auch rechteckig ausgeführt werden.
Diese Sonnenkollektoren werden vorzugsweise in Ost-West-Richtung verlegt, so dass die Sonnenstrahlen während der meisten Zeit möglicht steil auf die Rippen auffallen können. Die Verlegung erfolgt entweder waagrecht auf den Boden oder aber sie lässt sich an Gebäuden vertikal oder geneigt aufhängen.
Die Platte 1 hat eine Dicke von mindestens 3 cm vorzugsweise etwa 7 bis 10 cm, so dass sie eine beachtliche Masse und damit ein hohes Wärmespeichervermögen hat und somit ein Wärmeaustausch auch dann stattfindet, wenn die Sonneneinstrahlung unterbrochen ist. Als Wärmeaustauschmedium wird durch die Durchflussöffnungen 6 Wasser oder eine andere Flüssigkeit hindurchgeleitet. Die Oberfläche der lichtdurchlässigen Platte 3 wird vorzugsweise aufgerauht oder gerillt, damit sie möglichst reflexfrei ist. Der mit den Rippen 7 versehene Teil der Platte 1 kann beschichtet oder mit einem dunklen Ueberzug versehen werden, damit die auftreffenden Strahlen möglichst wenig zurückgeworfen werden.
Bei Bedarf können auch an der Seite weitere gleiche Platten angefügt werden oder es kann zwischen benachbarten Reihen eine seitliche Wärmedämmschicht angeordnet werden, um Wärmeverluste zu vermeiden.
Bei einer quadratischen Platte 1 beträgt ihre Kantenlänge vorzugsweise etwa das 4-6-fache der grössten Dicke über die Rippen od. dgl. gemessen.
An Stelle von Rippen 7 könnte die Oberseite auch auf andere Weise geformt werden, damit die Oberfläche vergrössert wird, beispielsweise durch Anordnung von Höckern oder Mulden.
Die Glasplatte 3 oder lichtdurchlässige Kunststoffplatte kann auch mehrschichtig ausgebildet werden, wobei zwischen jeder Schicht ein Zwischenraum vorhanden ist. In jedem Zwischenraum befinden sich mehrere Stützstellen vorzugsweise mit Punktauflage, welche die Schichten voneinander getrennt halten.
Der Zwischenraum oder die Zwischenräume stehen unter Vakuum, um einen möglichst guten Wärmedämmwert zu erhalten.
Um einzelne Platten aus dem Verbund zu lösen oder einzusetzen ist es zweckmässig dem Schraubenschaft 9 eine nichtkreisrunde Querschnittsform zu geben, insbesondere eine Vierkant- oder Sechskantform. Das Festziehen oder Lösen dieser Schraube kann dann durch einen schmalen Schraubenschlüssel erfolgen, der in den Spalt 17 zwischen zwei Platten 1 eingeschoben wird. Zwischen dem Schraubenkopf 16 und der Schulter 15 wird vorzugsweise eine Druckfeder angeordnet. Nach dem Herausziehen eines flachen Schraubenschlüssels aus dem Spalt 17 werden die Platten 1 unter der Wirkung der Druckfeder zusammengezogen. Es könnte auch hinter dem Schraubenkopf 16 eine Feder angebracht werden, um den Eingriff in die Mutter 10 zu erleichtern.
In den Fig. 5 und 6 ist eine Ausführungsvariante dargestellt.
Die Rippen 7 sind tiefer ausgebildet und senkrecht unterhalb jedes Rippenscheitels befindet sich eine Durchflussöffnung 6.
Die Glas- oder Kunststoffplatte 3 ist mit Seitenteilen 3a versehen, die über die Seitenflächen der Platte 1 hinunterragen und vorzugsweise durch Klemmbefestigung gehalten sind.
Für die Verbindung mehrerer Kollektoren untereinander ist gemäss Fig. 6 eine andere Ausbildung vorgesehen als in Fig. 2.
Für die Zufuhr und Abfuhr des Wärmetauschmediums ist ein Sammelkanal 18 in Form je eines Vierkantrohres vorhanden, der an die äussersten Platten unter Zwischenfügung je einer Gummidichtung 20 angefügt wird. Oeffnungen 24 in der Wandung des aus Metall bestehenden Sammelkanales 18 und der Gummidichtung befinden sich an Stellen die mit den Durchflussöffnungen 6 übereinstimmen. Zwischen benachbarten Kollektoren sind ebenfalls durchlochte Gummidichtungen 20 vorhanden.
Mehrere Kollektoren werden durch Spannschrauben 9 zusammengehalten. Auf der einen Seite einer solchen Schraube 9 befindet sich ein Kopf 22 der mit einem Innengewinde versehen ist und am andern Ende ist ein Aussengewinde 23 vorhanden.
Der Sammelkanal 18 wird durch Schrauben 21, welche in den Kopf 22 eingeschraubt werden, mit der Spanneinrichtung verbunden. Die Länge der Spannschrauben 9 ist so gewählt, dass etwa die halbe Kopflänge in die benachbarte Platte 1 hineinragt. Das Aneinanderfügen und Zusammenspannen einer beliebig grossen Zahl solcher Kollektoren erfolgt in der Weise, dass jeweils in jeder Platte Spannschrauben 9 in die vorbereiteten Durchgangslöcher eingeführt und mit dem Gewinde 23 der bereits vorhandenen Schrauben 9 verbunden werden. Am andern - in Fig. 6 nicht gezeichneten Ende - wird ein weiterer Sammelkanal 18 durch Schrauben 21 befestigt, die in eine längliche Schraubenmutter eingreifen. Die zusammengefügten Kollektoren sind vorzugsweise von einem tragenden Rand umgeben. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 5 und 6 sind etwa 12 - 14 zueinander parallele Durchflussöffnungen 6 mit je einem Durchmesser von 15 - 20 mm vorhanden; die Plattendicke über die Rippenspitzen gemessen beträgt etwa 5 cm und das Gewicht einer Platte ist etwa 18 kg.
Es ist möglich, derartige Sonnenkollektoren grossflächig auszubilden, insbesondere als Fertigbaukörper, so dass sich damit Fertighäuser, Fertiggaragen, Fassaden- oder Dachelemente bauen lassen.
Derartige Sonnenkollektoren werden vorzugsweise in einem geschlossenen Sonnenheizsystem verwendet. Dabei wird das Wärmetauschmedium welches in Sonnenkollektoren erwärmt wurde durch Radiatoren hindurchgeleitet, in welchen die Wärme abgegeben wird. Solche Radiatoren sind ähnlich aufgebaut, wie die Kollektoren, mit dem Unterschied, dass keine Glasplatte 3 vorhanden ist, da ja hier Wärme abgegeben werden soll. Ein derartiger Radiator enthält somit ebenfalls eine aus Beton od. dgl. bestehende Platte, in welcher sich Durchflussöffnungen für das Wärmetauschmedium befinden.
Es ist auch möglich - sowohl bei den Kollektoren als auch bei den Radiatoren - die Durchflussöffnungen im Platteninnern gekrümmt zu giessen, so dass sie beispielsweise eine U-Form haben.
Die Anschlussöffnungen der Platten 1 können in unterschiedlichen Winkeln austreten, so dass sich auch First-, Kanten- und Kurvenelemente herstellen lassen.
Mit einem derartigen Sonnenheizsystem lassen sich beispielsweise Schwimmbäder erwärmen, indem der Boden und/oder die Seitenwände des Bassins mit Radiatoren ausgerüstet werden, die durch wärmeisolierte Leitungen mit Sonnenkollektoren, beispielsweise auf einem benachbarten Dach verbunden sind.
Ferner kann ein derartiges System zur Beheizung von Brücken verwendet werden, wobei allenfalls durch eine Pumpe eine Zwangszirkulation des flüssigen Wärmetauschmediums vorgenommen wird.
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Claims

Patentansprüche Sonnenkollektor mit einer Platte zum Hindurchführen eines Wärmetauschmediums mit einer über der Platte angeordneten lichtdurchlässigen Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (1) ganz oder überwiegend aus mineralischem Material, vorzugsweise Beton besteht und eine solche Masse hat, dass sie als Wärmespeicher wirksam ist.
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Deckschicht (3) zugewandte Plattenseite Rippen (7) oder Wellen aufweist, auf deren Spitzen (4) oder Scheiteln die Deckschicht (3) aufliegt.
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der der Deckschicht (3) gegenüberliegenden Plattenseite eine Wärmedämmschicht (5) befindet.
4. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten, stirnseitig gegeneinander gerichteten Platten (1) Dichtungen (11, 20) vorhanden sind, und parallel zu den Durchflussöffnungen (6) Spannorgane (9, 10, 22, 23) angeordnet sind.
5. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (1) eine Dicke von mindestens 3 cm, vorzugsweise etwa 5 cm, hat.
6. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtdurchlässige Deckschicht (3) eine Glas- oder Kunststoffplatte ist.
7. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur stirnseitigen Verbindung zweier benachbarter Platten Spannschrauben (9) vorhanden sind, deren Kopf in der einen Platte (1) gegen eine SchuLter (15) einer Bohrung anliegt und am andern Ende der Platte eine Gewindemutter (10) starr in die Bohrung eingesetzt ist.
B. Sonnenkollektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenschaft (9) einen nichtrunden Querschnitt hat und zwischen dem Schraubenkopf (16) und der Schulter (15) eine Druckfeder vorhanden ist.
9. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite der Platte (1) eine Mehrzahl von Höckern oder muldenförmigen Vertiefungen hat.
10. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtdurchlässige Deckschicht (3) als Mehrschichtenplatte ausgebildet ist, wobei im Zwischenraum oder in den Zwischenräumen mehrere Stützstellen mit Punkt- oder Linienauflage vorhanden sind, um die Schichten voneinander zu distanzieren und der Zwischenraum oder die Zwischenräume unter Vakuum stehen.
11. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussöffnungen (6) im Innern der Platte (1) gekrümmt verlaufen, insbesondere eine U-Form haben.
12. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtdurchlässige Deckschicht (3) entlang den Seitenflächen heruntergezogene Teile (3a) aufweist.
13. Sonnenkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussöffnungen (6) vertikal unterhalb des Scheitels der Rippen (7) angeordnet sind.
14. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass allen Durchflussöffnungen (6) je ein gemeinsamer Zuflusskanal (18) und bin gemeinsamer Abflusskanal zugeordnet ist.
15. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung benachbarter Platten (1) mittels durchgehender Spannschrauben (9) ein Innengewinde und deren abgewandtes Ende ein Aussengewinde (23) trägt.
16. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er grossflächig als Fertigbaukörper, insbesondere als Fertiggarage, Fertighaus, Fassaden- oder Dachelement ausgebildet ist.
17. Verwendung des Erzeugnisses nach Anspruch 1, in einem Sonnenheizsystem, bei dem das vom Sonnenkollektor erwärmte Wärmetauschmedium durch entfernt angeordnete Radiatoren aus mineralischem Material hindurchgeführt wird.
18. Verwendung nach Anspruch 17, zur Brückenbeheizung.