DE2803821A1

DE2803821A1 - Sonnenwaerme-kollektor mit plattenfoermigen kollektorelementen

Info

Publication number: DE2803821A1
Application number: DE19782803821
Authority: DE
Inventors: Volkmar Heuser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-28
Filing date: 1978-01-28
Publication date: 1979-08-02

Description

Sonnenwärme-Kollektor mit plattenförmigen
Kollektorelementen Plattenförmige Kollektoren bestehen gewöhnlich aus einer isolierenden Unterlage, einer lichtdurchlässigen Abdeckung und dem dazwischengefügten eigentlichen Kollektorelement, welches von der Sonnenstrahlung aufgeheizt wird.
Während das Sammeln von Wärme in der warmen Jahreszeit kein Problem ist, bereitet es in der kalten Jahreszeit um so größere Schwierigkeiten. Jeder Verlust an Leistung zu diesem kritischen Zeitpunkt ist schmerzlich. Leider sind kastenförmige isolierende Unterlagen, z.B. aus Schaumstoff, nicht dampfdiffusionsdicht, mit der Folge, daß während der Nacht sich der eingedrungene Dampf auf der Innenseite der lichtdurchlässigen Abdeckung niederschlägt und den Wirkungsgrad des Kollektors vermindert.
Die Anwendung der Sonnenwärme-Kollektoren im breiten Maße hängt nicht zuletzt von dem Herstellungspreis einer solchen Anlage ab. Kostenverursachend ist nicht nur der eigentliche Sonnenwärme-Kollektor, sondern auch die Installation an Ort und Stelle, d.h., zumeist auf dem Dach eines Wohnhauses.
Wenn es gelingt, die Sonnenwärme-Kollektoren gleichzeitig als Dacheindeckung zu verwenden, würde sich eine entsprechende Kostenminderung von selbst einstellen. Hierbei ist zu bedenken, daß die Dachkonstruktion wegen der notwendigen Neigung (möglichst 400 und darüber) zumeist aus Holzbalken bzw. -Sparren besteht, d.h., die Kollektoren müssen eine Verschiebung gegeneinander vertragen können.
Wenn die aufgesammelte Wärme durch einen flüssigen Wärmeträger von dem aufgeheizten Kollektorelement abgeführt wird, muß dieses eine gewisse Steifigkeit besitzen, wodurch wieder das Problem der Wärmedehnung dieser Elemente bei Temperaturschwankungen auftritt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Sonnenwärme-Kollektor zu schaffen, der auch im kritischen Zeitpunkt voll funktionsfähig bleibt, mit mäßigem Aufwand herzustellen und zu installieren ist, ggf. unter Fortfall der Dacheindeckung'und der eine bewegliche Halterung der aufzuheizenden Kollektorelemente ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe wird durch folgende Ausbildung des Sonnenwärme-Kollektors mit plattenförmigen Kollektorelementen gelöst: U-förmige Metallprofilleisten, insbesondere aus Aluminium, sind an ihrer Schenkelaußenseite zur Aufnahme von Befestigungsmitteln und einer dampfdiffusionsdichten Masse, insbesondere in Bandform, ausgebildet; die U-förmigen Metallprofilleisten bilden einen geschweißten Rahmen mit dichten Stoßfugen und rahmenartig umlaufenden Abdichtbändern auf der Ober-und Unterseite; auf dem oben umlaufenden Abdichtband liegt eine Glasscheibe und auf dem unteren umlaufenden Abdichtband liegt eine Abschlußwand mit abdichtender Durchlaßöffnung auf; innerhalb des Rahmens können Schiebelager zum Halten der plattenförmigen Kollektorelemente befestigt sein.
Der Rahmen mit der Glasscheibe und der Abschlußwand bildet einen dampfdiffusionsdichten Kasten, der beschlagfrei gehalten werden kann und in welchem keine Staubablagerung vorkommt. Der Kasten eignet sich zur Aufnahme von Wärmedämmschichten. Die von der Sonne aufzuheizenden eigentlichen Kollektorelemente sind relativ frei beweglich in dem Kasten gelagert, so daß die erheblichen, vorkommenden Wärmedehnungen von dem Kasten nicht aufgefangen werden brauchen. Die Kollektorelemente sind ferner leicht zugänglich angeordnet, so daß sie leicht gewartet und ggf. repariert werden können. Ferner sind benachbarte Kästen so miteinander verbindbar, daß eine geschSossene Dachfläche entsteht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt: Fig. 1 eine Ansicht von oben auf einen Kollektor, unter Fortlassung gewisser abdeckender Teile; Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, in vergrößertem Maßstab zu Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1; Fig. 4 eine alternative Einzelheit gemäß Schnitt IV-IV in Fig. 1; und Fig. 5 eine Einzelheit gemäß Ansicht V in Fig. 2.
Auf einem schräg geneigten Dach sind mehrere Kollektoren 1, 2 nebeneinander angeordnet, die einen Systemabstand von 75 cm bei einer Länge von 3 m aufweisen können. Jeder Kollektor 1, 2 enthält beispielsweise sechs plattenförmige Kollektorelemente 3, deren Querschnitt am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist, wonach seitliche Lappen 4 und ein zentrales Rohr 5 vorgesehen sind. Die Kollektorelemente 3 sind als Strangpreßprofile hergestellt und bestehen aus einer Aluminiumlegierung. Die nach außen gekehrte Oberfläche der Lappen 4 ist mit einem passenden dunklen Lack versehen, der die Sonnenstrahlen besonders gut einfängt. Die Wandstärke der Lappen beträgt 1 bis 1,5 mm, und das Rohr 5 hat einen Innendurchmesser von 10 mm und eine Wandstärke von 1,5 bis 2 mm.
Die Enden der Rohre 5 sind mit einem Verteilerrohr 6 und einem Sammlerrohr 7 gitterartig verschweißt. Die Verteiler- und Sammlerrohre 6, 7 weisen hierzu Bohrungen zum Durchtritt des Wärmeträgers in die Rohre 5 auf. Der Bohrungsdurchmesser braucht nicht dem Innendurchmesser der Rohre 5 entsprechen, vielmehr kann durch Abstufung des Bohrungsdurchmessers eine gewünschte Verteilung der Strömung des Wärmeübertragungsmittels durch die einzelnen Kollektorelemente erzielt werden. Die Verteiler- und Sammlerrohre 6 bzw. 7 weisen jeweils ein Zuführungs- bzw. Abführungsrohr 8 auf, welche auf die Innenseite des Daches führen und über Schlauchstücke mit einem Verteiler- bzw. Sammlersystem des Wärmeübertragungsmittels in Verbindung stehen.
Die plattenförmigenKollektorelemente 3 sind von einem Kasten in dampfdiffusionsdichter Weise umschlossen, der von einem geschweißten Rahmen 10 (Fig. 1)> einer Glasscheibe 11 und einer Bodenwand 12 gebildet wird. Der Rahmen 10 ist aus U-förmigen Metallprofilleisten 13 hergestellt, die auf Gehrung geschnitten sind und deren Stoßfugen geschweißt sind. Die U-förmigen Metallprofilleisten 13 weisen an ihrer oberen Schenkelaußenseite einen geschlitzten Steg 14 und einen trogförmigen Bereich 15 auf, dem ein entsprechender Bereich 16 auf der unteren Außenseite entspricht, an welcher außerdem ein iührungsartiges Profilteil 17 vorgesehen ist. In den Bereichen 15 und 16 ist ein Butylband 18bzw. 18bals jeweils rahmenförmig umlaufende Dampfsperre eingelegt, gegen die die Glasscheibe 11 bzw. die Bodenwand 12 mit einem gewissen Anpreßdruck gehalten werden. Hierzu dient eine Keildichtung 19 bzw. 20, die von einer Halteleiste 21 bzw. 22 getragen werden. Die Halteleiste 21 ist als Winkelprofil ausgebildet und weist einen nach oben reichenden Schenkel 21a, zwei Anschlagslappen 21b und 21c sowie einen Andrücklappen 21d für die Keildichtung 19 auf. Die Halteleiste 21 wird mit ihren Anschlagslappen 21b, 21c auf den geschlitzten Steg 14 gesteckt und dort mittels einer Reihe von Schrauben 23 befestigt. Die Halteleiste 22 ist am Profilteil 17 aufgesteckt und ausgebildet, um einen passenden Anpreßdruck für die Keildichtung 20 zu liefern. Die Metallprofilleiste 13 liegt mit dem führungsartigen Profilteil 17 auf dem Dach auf und ist an diesem mittels eines Winkelprofils 24 befestigt.
Zu diesem Zweck ist in das führungsartige Profilteil 17 eine Widerlagerleiste 25 eingeschoben, die mit Schraubbohrungen zum Eingriff von Schrauben 26 versehen ist, mit denen die Widerlagerleiste 25 und damit die Metallprofilleisten 13 gegen den aufragenden Schenkel des Winkelprofils 24 gezogen werden.
Je nachdem, ob an den betrachteten Rand des Kollektors ein benachbarter Kollektor angrenzt oder nicht, ist die Lücke 27 zu diesem benachbarten Kollektor zu überbrücken oder es ist eine wetterfeste Abdeckung und Verbindung zum Dach zu schaffen.
Ein Überdeckungsprofil 30 überbrückt die Lücke zwischen zwei benachbarten Kollektoren 1, 2 (Fig. 2) und liegt dabei auf dem Schenkel 21a der Leiste sowie auf einem mittleren Bereich dieser Leiste 21 auf. Dabei werden die Köpfe der Schrauben 23 abgedeckt und das Eindringen von Wasser in den Zwischenraum der Kollektoren verhindert. Die Uberbrückungsprofile 30 werden mit Schrauben 31 am Kollektor 2 befestigt.
Wenn kein benachbarter Kollektor vorgesehen ist, wird eine abgewandelte Halteleiste 32 (Fig. 4) benutzt, die statt eines aufragenden Schenkels einen hakenartig ausgebildeten, nach unten reichenden Schenkel 32a besitzt, an welchem Abdeckelemente des Daches angeschlossen werden können.
Im Inneren des geschweißten Rahmens 10, in der Nähe der Ecken, sind Laschen 35 (Fig. 2) eingeschweißt, an denen jeweils ein Schiebelager 36 angeschraubt ist. Wie sich aus Fig. 2 und 5 ergibt, ist das Schiebelager 36 zweiteilig ausgebildet, d.h., es weist ein Unterteil 37 und ein Oberteil 38 auf, die mittels Schrauben 39 zusammengehalten werden und zwischen denen ein Langloch 40 gebildet ist. In dem Langloch 40 ist ein zylindrischer Verschlußstopfen 41 gefangen, der in einem zugehörigen Ende des Verteilerrohres 6 bzw. des Sammlerrohres 7 eingeschweißt ist und dieses sowohl verschließt als auch trägt. Die zapfenartigen Verschlußstopfen 41 durchdringen das Schiebelager 36 je nach der Wärmedehnung der Rohre 6, 7 mehr oder weniger weit, die zapfenartigen Verschluß stopfen 41 können aber auch in Längsrichtung des Langloches 40 ausweichen, wenn dies durch die Wärmedehnungen der Kollektorelemente veranlasst wird.
Die Bodenwand 12 weist im Bereich der Durchtritte 42 der Rohre 8 einen Flanschkragen 43 auf, um dauerelastische Versiegelungsmasse 44 rund um das Rohr 8 festzuhalten. Dadurch ist ein weiterer unschädlicher Ausgleich von Wärmedehnungen möglich.
Wie ersichtlich, ist das Innere des Kastens 10, 11, 12 über die dauerelastischen Versiegelungsmassen, gebildet durch die Butylbänder 18a, 18b und die Masse 44, dampfdiffusionsdicht abgeschlossen, und zur Trocknung des Kasteninneren kann in diesem ein Trocknungsmittel deponiert sein. Soweit das geräumige Innere des Kastens 10, 11, 12 unterhalb der plattenförmigen Kollektorelemente 3 frei ist, kann dieser Raum von einem Wärmedammmittel erfüllt sein, beispielsweise Glaswollstreifen 45 und 46 (Fig. 2 links). Auch der Zwischenraum 27 zwischen den Eollektoren kann mit diesem Wärmedämmittel gefüllt sein.
Anstelle der dargestellten Kollektorelemente 3 können auch andere Arten von Kollektorelementen innerhalb des dampfdiffusionsdicht ausgebildeten Kastens 10, 11, 12 untergebracht werden0 Beispielsweise können plattenförmige Kollektorelemente aus retikultiertem Schaum gebildet werden, der von Luft als Wärmeübertragungsmittel durchströmt wird.

Claims

Patentansprüche y Sonnenwärme-Kollektor mit plattenförmigen Kollektorelementen, gekennzeichnet durch folgende Ausbildung: U-förmige Metallprofilleisten (13), insbesondere aus Aluminiumlegierung, sind an ihrer Schenkelaußenseite zur Aufnahme von Befestigungsmitteln (23, 25) und einer dampfdiffusionsdichten Masse, insbesondere in Bandform, ausgebildet; die U-förmigen Metallprofilleisten (13) bilden einen geschweißten Rahmen (io) mit dichten Stoßfugen und rahmenartig umlaufenden Abdichtbändern (18a, 18b) auf der Ober-und Unterseite; auf dem oberen Abdichtband (18a) liegt eine lichtdurchlässige Scheibe (11) und auf dem unteren Abdichtband (18b) eine Bodenwand (12), ggf. mit abgedichteter Durchführungsöffnung (42, 43, 44).
2. Sonnenwärme-Kollektor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß innerhalb des Rahmens (10) ein Schiebelager (36) zum Halten von metallischen Kollektorelementen (3) vorgesehen ist.
3. Sonnenwärme-Kollektor nach Anspruch 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das Schiebelager (36) aus zwei Teilen (37, 38) besteht, zwischen denen ein Langloch (40) angeordnet ist.
4. Sonnenwärme-Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die metallischen, plattenförmigen Kollektorelemente (3) aus einzelnen Profilplatten (4) mit jeweils angeformtem Rohr (5) aufgebaut sind, wobei die angeformten Rohre (5) in je ein sich quer erstreckendes Verteiler- und Sammelrohr (6, 7) einmünden, welche mit ihren verschlossenen Enden (bei 41) in den Schiebelagern (36) gehalten sind.
5. Sonnenwärme-Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich n et, daß die U-förmigen Metallprofile (13) an ihrer Oberseite je einen Steg (14) zur Aufnahme jeweils einer Halteleiste (21 bzw. 32) aufweisen, die eine Dichtung (19) an ihrem äußeren Ende (21d) gegen die lichtdurchlässige Scheibe (11) geklemmt hält.
6. Sonnenwärme-Kollektor nach Anspruch 5, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Halteleisten (21, 32) winkelartig ausgebildet sind.
7. Sonnenwärme-Kollektor nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß zwei Arten von winkelartig ausgebildeten Halteleisten (21, 32) vorgesehen sind, und zwar eine erste Art (21) mit nach oben ragendem Schenkel (21a) zur Auflage eines überdeckungsprofils (30) und eine zweite Art (32) mit nach unten ragendem Schenkel (32a) zum Anschließen an ein Dach oder dergleichen.
8. Sonnenwärme-Kollektor nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das tfberdeckungsprofil (30) den Spalt zwischen zwei benachbarten Kollektoren (1, 2) überbrückt und an dem Dach oder dergleichen festschraubbar ist.
9. Sonnenwärme-Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die U-förmigen Metallprofile (13) an ihrer Unterseite einen führungsartigen Steg (17) aufweisen, der zum Eingriff eines Schraubwiderlagers (25) für Befestigungszwecke dient.
10. Sonnenwärme-Kollektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der führungsartige Steg (17) ein Profilteil zum Aufstecken einer Halteleiste (22) aufweist, die eine Dichtung (20) an ihrem äußeren Ende gegen die Bodenwand (12) geklemmt hält.
11. Sonnenwärme-Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h gekennzeichnet, daß mehrere, nebeneinander angeordnete Kollektorelemente (3) vorgesehen sind, die seitliche Lappen (4) und ein zentrales Rohr (5) aufweisen, deren Enden mit einem Verteilerrohr (6) bzw. einem Sammlerrohr (7) gitterartig verschweißt sind.
12. Sonnenwärme-Kollektor nach Anspruch 11, d a d u r c h gekennzeichnet, daß sechs plattenförmige Kollektorelemente (3) mit jeweils etwa 10 cm Breite und 3 m Länge in jedem Kollektor (1, 2) vorgesehen sind.