DE2806545C2

DE2806545C2 - Sonnenenergie-Kollektor

Info

Publication number: DE2806545C2
Application number: DE2806545A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Zürich Bogatzki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-10-14
Filing date: 1978-02-16
Publication date: 1982-12-23
Also published as: AU4046478A; US4222372A; GR65658B; IT1100303B; US4279242A; IL55666A; JPS5464742A; DE2806545A1; FR2406168A1; CH626160A5; YU217078A; BR7806776A; IL55666A0; IT7828546A0; ZA785556B; AR221491A1; ES474202A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenenergie-Kollektor mit Kollektor-Elementen, die ein von einem Wärmeaustauschmedium durchströmtes Absorberrohr aufweisen, das mit allseitigem radialem Abstand von einem Mantelrohr aus transparentem Material umschlossen ist.

Durch die US-PS 18 55 815 ist ein Sonnenenergie-Kollektor dieser Art bekannt, dessen Mantelrohr auf seiner gesamten, für die Wärmeaufnahme benutzten Länge aus einem ununterbrochen durchlaufenden Glasrohr besteht. Die Herstellung solcher Glasrohre ist sehr aufwendig und teuer, da die radial gerichteten Endwände von Hand hergestellt werden müssen und hierzu ein teures Glasmaterial erforderlich ist, das spannungsfrei eine Nachbearbeitung zur Herstellung dieser Endwände zuläßt. Das fertiggestellte Rohr kann nur mit großer Sorgfalt ;ransportiert werden und ist auch nach Einbau in den Sonnenenergie-Kollektor leicht zerstörbar, so daß ein solcher Kollektor beispielsweise nicht begangen werden kann, wenn er horizontal auf einem Dach angeordnet ist und sich durch Steinwurf leicht zerstören läßt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile des bekannten Sonnenenergie-Kollektors zu vermeiden und entsprechend einen Sonnenenergie-Kollektor zu finden, der sich sehr preisgünstig herstellen läßt und eine hohe Lebensdauer hat, so daß die Sonnenenergie wirtschaftlicher zur Verfügung gestellt werden kann, als durch bekannte Sonnenenergie-Kollektoren bisher möglich war. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt aufgrund der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen des Kollektors Die Einzelrohre des

ίο Mantelrohres lassen sich außerordentlich preisgünstig nach einem Flaschenherstellungsverfahren hersteilen und sind sowohl beim Transport als auch nach ihrem Einbau außerordentlich widerstandfähig. Auch ein vorteilhafterweise nicht kreisförmiger Querschnitt der Einzelrohre führt zu keinen wesentlich höheren Herstellungskosten. Die Einzelrohre lassen sich auch sehr wirkungsvoll und dauerhaft gegeneinander abdichten, so daß der Kollekter auch unter Vakuum betrieben werden kann.

Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Sonnenenergie-Heizsystems,

Fig. 2 in Längs- und Querschnitt ein Kollektor-Element,

F i g. 3 eiiie aus mehreren Kollektor-Elementen gemäß Fig.2 und aus Rohren zusammengesetzte Kollektor-Anordnung für ein Heizsystem gemäß Fig. 1, in Draufsicht und Seitenansicht, und

Fig.4 bis 7 verschiedene Verwendungsbeispiele von Kollektor-Anordnungen gemäß F i g. 3.

Bei dem in Fig. 1 schematisch veranschaulichten Sonnenenergie-Heizsystem wird Wasser als Wärmeaustauschmedium in einer vorzugsweise auf dem Dach eines Hauses montierten Kollektor-Anordnung 10 unter der Wirkung der Sonne erwärmt und dann anschließend hier einem Verbraucher 11 in Form einer Heizung über eine Vorlaufleitung 13 zugeführt. Bei dieser Anlage wird der Wasserfluß durch eine Umwälzpumpe 12 in der Rücklaufleitung 14 des Kreislaufsystems angetrieben.

An dieser Stelle sei erwähnt, daß auf diese Art natürlich eine Mehrzahl weiterer Verbraucher im System angeschlossen sein kann, wobei die Verbraucher auch unterschiedlicher Art sein können. Als Verbraucher kommen weiter beispielsweise Warmwasserboiler und insbesondere Schwimmbäder infrage.

Wesentliches Merkmal einer solchen Kollektor-Anordnung sind Kollektor-Elemente, die hier flaschenartige Einzelrohre 15 aus Glas oder Kunststoff aufweisen, wie dies insbesondere F i g. 2 zeigt und die in beliebiger Anzahl nebeneinander auf ein Absorberrohr 16 aufschiebbar sind. Jedes dieser Einzelrohre 15 weist einen flaschenartig geformten Hals 17 auf, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Absorberrohres 16 entspricht. Der Außendurchmesser des Halses 17 hingegen entspricht der lichten Weite einer Öffnung in einer Endwand 18 des flaschenartigen Einzelrohres 15 derart, daß der Hals 17 mit genügendem Spiel in die Öffnung in der Endwand 18 eines anderen flaschenartigen Einzelrohres 15 einsteckbar ist. Für eine ausreichende Stabilität wird dabei die Endwandöffnung von einem eingezogenen Ringflansch 19 begrenzt. Sowohl in der Endwand 18 als auch am Mantel des Halses 17 sind Ringnuten 20 bzw. 21 angebracht, die der Aufnahme einer Dichtmasse oder eines Dichtungsringes dienen.

Die genannten flaschenartigen Einzelrohre 15 kissen

sich nun in beliebiger Anzahl auf ein entsprechend langes Absorberrohr 16 aufschieben und auf diesem durch beispielsweise auf die Rohrenden aufschraubbare Flanschmittel 22 (Fig.3) gegenseitig verspannen, so daß ein geschlossenes System entsteht derart, daß die Einzelrohre 15 das Absorberrohr 16 als einen durchgehenden Glasmantel umschließen, wobei der Glasmantel das Absorberrohr mit Abstand umgibt

Wie die Querschnittsdarstellung in Fig.2 weiter zeigt, ist der Mantel des flaschenförmigen Einzelrohres 15 in eine eine Rückseite 115 darstellende und in eine eine Frontseite 215 darstellende Hälfte aufgeteilt, wobei die Rückseite 115 mit einer Reflexionsschicht 23, vorzugsweise Silberschicht überzogen ist. Durch diesen Überzug wirkt die Rückseite 115 als Spiegel. Eine weitere Wirkungsgradverbesserung kann zudem durch Verspiegeln der beiden Stirnseiten erzielt werden.

Im Querschnitt gemäß Fig. 2 kann nun der Mantel des flaschenförmigen Einzelrohres 15 verschiedenste Formen aufweisen. Beispielsweise können beide Mantelflächen im Querschnitt von halbkreisförmiger Gestalt sein. Vorzugsweise wird aber die Frontseite 215 im Querschnitt eine halbkreisförmige und die Rückseite 115 im Querschnitt eine im wesentlichen oder wenigstens teilweise parabolische Form aufweisen.

Damit die Verspiegelung nicht durch Witterungseinflüsse beschädigt werden kann, wird diese zusätzlich mit einer Abdeckschicht, z. B. aus alterungs- und witterungsbeständigem Kunststoff, abgedeckt bzw. versiegelt. Diese Kunststoffschicht dient zusätzlich als Isolationsschicht.

Je nach Größe der Einzelrohre 15 und des Durchmessers des Absorberrohres 16 kann somit ein gewünschter Konzentrationsfaknir erzielt werden. Es versteht sich von selbst, daß das Absorberrohr 16 dabei annähernd in der Brennlinie der einen Spiegel bildenden Rückseite 115 angebracht sein sollte. Wegen des relativ großen Durchmessers des Absorberrohres gegenüber der Öffnungsfläche kann es allerdings relativ ungenau angebracht werden. Selbst bei der Ausführungsvariante, bei der die Rückseite 115 einfachheitshalber ebenfalls nur eine runde Oberfläche aufweist, dürfte aus diesem Grunde das Absorberrohr noch fast alle reflektierenden Strahlen auffangen.

Eine weitere Variante für die Strahlenreflexion kann in einem elastischen Schild mit einem reflektorischen Belag gesehen werden, das sich, zusammengedrückt, in die Einzelrohre 15 einführen läßt, worauf sich das Schild durch Aufspringen im betreffenden Element fixiert.

Wie insbesondere Fig.3 zeigt, wird nun eine Kollektor-Anordnung dadurch gebildet, daß eine Mehrzahl Absorberrohre 16, welche je eine Mehrzahl von Einzelrohren 15 tragen, parallel zueinander mit vorzugsweise einem Abstand, der etwa der größten Breite eines Einzelrohres 15 entspricht, angeDrdnet und benachbarte Rohrenden durch Rohrkrümmer 24 oder elastische Schläuche miteinander verbunden werden. Dieses in der Regel flächige Gebilde weist dann ein durchgehendes Rohrsystem auf mit einem Anschluß 113 für die Vorlaufleitung 13 und einem Anschluß 114 für die Rücklaufleitung 14 in Fig. 1. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, Kollektoren-Anordnungen zusammenzusetzen, die praktisch jeder beliebigen Dachform angepaßt werden können und darüber hinausgehende Anwendungsbereiche besitzen, wie das nachfolgend noch näher erläutert wird.

Nicht nur jede beliebige Größe und Anpaßbarkeit an iede Dachform kann erziel; werden. Unter architektonischen und ästhetischen Aspekten kann auch eine Vielzahl unterschiedlichster Formen von Kollektoren zusammengesetzt werden. So sind Mosaik-, Stern-, Kreisformen etc. ausführbar. Dies dürfte auch dem allgemeinen Bestreben nach individuellen Gestaltungsformen entsprechen.

Einen weiteren, großen Vorteil bietet dieses System bei Häusern, deren Dächer nicht zufällig in optimaler Lage zur Sonne stehen. In diesem Fall werden die Kollektoren zwar auch nebeneinander und flach auf das entsprechende Dach montiert, durch einfaches Drehen der öffnungsebene der Einzelrohre 15 um die Rohrachse in Richtung mittlerem Sonnenstand kann der Wirkungsgrad jedoch bedeutend erhöht werden (Fig.4). Hinzu kommt, daß durch die gewölbte Oberfläche der Einzelrohre auch schräg einfallende Strahlen sehr viel besser aufgefangen werden als z. B. bei Flachkollektoren.

Wie die Praxis zeigt, ist wegen der flachen Einfallwinkel bei Flachkollektoren der Wirkungsgrad am Morgen und am Abend relativ schlecht. Und gerade dann wird, außer auch in der Nacht, besonders viel Heizenergie benötigt.

Mit dem vorgeschlagenen System kann dieser Nachteil weitgehend ausgeschaltet werden, indem man gemäß F i g. 5 jeweils eine bestimmte Anzahl von Einzelrohren 15 mehr in die eine oder andere Richtung ausrichtet. Auch hier kommt hinzu, daß durch die gewölbten, sonnenseitigen Hälften 215 der Einzelrohre

15 schräg einfallende Strahlen sehr viel besser aufgefangen werden. Dadurch kann ein gleichmäßigerer Temperaturverlauf über den ganzen Tag hinaus erzielt werden.

Ebenfalls ein beachtlicher Vorteil des vorgeschlagenen Systems gegenüber den herkömmlichen System ist bei der Anbringung auf Flachdächern zu erzielen. Während sowohl der Flachkollektor als auch der konzentrische Kollektor von der Dachfläche abragend auf die Sonne ausgerichtet werden muß, können nach dem neuen System die einzelnen Kollektor-Elemente wie eine zusätzliche zweite Dachhaut flach auf das Dach aufgelegt werden, und nur die öffnungsebenen der einzelnen Kollektor-Elemente müßten durch Drehen um die Rohrachse auf den mittleren Sonnenstand ausgerichtet werden.

Ein weiterer Vorteil der vorbeschriebenen Anordnung liegt darin, daß diese Kollektor-Anordnung auch an senkrechten Haus- oder auch sonstigen Mauerwänden, die der Sonne zugewandt sind, nutzbringend angebracht werden kann (F i g. 6). Die Kollektor-Einheiten werden in diesem Fall vorteilhafterweise parallel zur Erdoberfläche ausgerichtet, und die Öffnungsebenen durch Drehen um die Rohrachse auf den mittleren Sonnenstand ausgerichtet. Auch hier dürfte diese Anordnung wie eine zusätzliche Wand wirken und neben allgemeinem Witterungsschutz auch noch als zusätzliche Wärmeisolation fungieren.

In einer entsprechenden Anordnung könnten diese Kollektor-Anordnungen in dieser Form zusätzlich sogar als Garteneinzäunungen oder ähnliches ausgelegt werden.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist der Fig. 7 zu entnehmen, bei welcher Kollektor-Anordnung die parallelen, die Einzelrohre 15 tragenden Absorberrohre

16 gelenkig derart miteinander verbunden sind, daß diese eine jalousieartige Anordnung bilden. Im gezeigten Beispiel dient diese Jalousie gleichzeitig der Abdeckung eines Schwimmbades 100 und kann auf

geeignete Weise in eine entsprechende Kammer 101
eingefahren bzw. aus dieser ausgefahren werden. Die
Gelenkverbindungen zwischen den einzelnen Rohren
können dabei Gelenkverschraubungen oder auch
Glieder einer Kette sein. 5

Ein entscheidender Vorteil der vorbeschriebenen
Kollektor-Anordnung liegt nun darin, daß diese sowohl
die wesentlichsten Merkmale eines Flachkollektors als
auch diejenigen eines konzentrierenden Kollektors
aufweist. So kann, je nach Verhältnis von öffnungsebe- ι ο
ne zum Durchmesser des Leistungsrohres ein vorgegebener Konzentrationsfaktor erzielt werden, so daß
höhere Temperaturen als beim Flachkollektor erreicht
werden könne. Zudem kann auch ein hoher Anteil an
diffuser Strahlenenergie aufgefangen und in Wärmee- 15
nergie umgewandelt werden.

Weiter kann eine solche Kollektor-Anordnung ais
sehr witterungs- und alterungsbeständig ausgebildet
werden. Zudem kann die Luft aus dem Hohlraum
zwischen Rohr und Hohlkörper abgesogen und ein in 20
jedem Fall vorteilhaftes Vakuum aufgebaut werden.
Ferner kann eine solche Kollektor-Anordnung jederzeit
auf einfachste Art und Weise erweitert oder abgeändert

werden. Dies erscheint besonders wichtig, da sich die Anforderungen an ein Heizsystem jederzeit ändern können. Zudem lassen sich alle Bauelemente dieser Anordnung sehr gut in vorteilhaften Normgrößen herstellen, welche auch von Nichtfachleuten im »Do-it-yourself«-Verfahren zusammengesetzt werden können. Dies dürfte von der Kostenseite her besonders für private Hauseigentümer von speziellem Interesse sein. Aber auch für Unentschlossene dürfte ein einfaches, selbst durchzuführendes Experiment die Entscheidung erleichtern, wobei, wie erwähnt, der Kostenaufwand sehr gering ist. Dies dürfte sich besonders in der Einführungsphase vorteilhaft auswirken. Die einzelnen Bauelemente könnten somit auch über »Do-it-yourself«- Ketten und Großversandhäuser vertrieben werden. Damit könnte auf Anhieb eine wesentlich größere Käuferschaft angesprochen werden. Im Falle der Verwendung von Glas für die Kollektor-Elemente können diese außerordentlich kostensparend ohne weiteres nach einem üblichen Flaschenherstellungsverfahren in einer Glashütte erfolgen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sonnenenergie-Kollektor mit Kollektorelementen, die ein von einem Wärmeaustauschmedium durchströmtes Absorberrohr aufweisen, das mit allseitigem radialem Abstand von einem Mantelrohr aus transparentem Material umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr aus mehreren in ihrer Längsrichtung hintereinander auf dem Absorberrohr (16) aufgereihten Einzelrohren (15) mit flaschenähnlichen Abmessungen besteht, wobei jedes Einzelrohr (15) über seine beiden zu dem Absorberrohr hin verlaufenden Endwände (18) abgestützt ist

2. Sonnenenergie-Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Endwände (18) der Einzelrohre (15) einen flaschenartig geformten, auf dem Absorberrohr (16) sich abstützenden Hals (17) aufweist, während an der anderen Endwand ein nach innen eingezogener Ringflansch (19) vorgesehen ist, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Halses (17), so daß der Hals (17) eines benachbarten Einzelrohres (15) in die Öffnung des Ringflansches einschiebbar ist.

3. Sonnenenergie-Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Einzelrohr (15) eine Frontseite (215) und eine Rückseite (115) hat. die einen unterschiedlichen Krümmungsradius aufweisen.

4. Sonnenenergie-Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorberrohr (16) exzentrisch zu der Mittelachse der Einzelrohre (15) verläuft.

5. Sonnenenergie-Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastisches Schild mit einem reflektorischen Belag (23) im Kollektor-Element eingesetzt und durch Verspannung fixiert ist.