DE2826937A1

DE2826937A1 - Black-body flat heat collector - comprises hollow extruded absorber and cover plates e.g. of polycarbonate filled with aq. pigment soln. or suspension

Info

Publication number: DE2826937A1
Application number: DE19782826937
Authority: DE
Inventors: Werner Heierli
Original assignee: HELIOTHERM AG
Current assignee: HELIOTHERM AG
Priority date: 1978-06-20
Filing date: 1978-06-20
Publication date: 1980-01-03

Abstract

Solar-heat collector for heating liqs. has an absorber plate and a radiation-permeable cover plate in a casing. Absorber and cover plates are made of transparent material e.g. a polycarbonate and are designed as hollow mouldings. They are filled with a liq., pref. water, contg. organic and/or inorganic pigments, either in soluble form or extremely finely divided, so that the resulting soln. of suspension has characteristics approximating those of a 'black body'. Absorber and cover plates are made by extrusion, and have a rectangular cross-section. They are spaced 10-20 mm away from each other. Red pigment derived from Fe2O3, green pigment (obtd. by chlorophyll extraction), and/or organic blue or violet pigment are pref. used.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flachkollektor zur ErwärmungThe invention relates to a flat plate collector for heating

flüssiger Medien mit einer Absorberplatte und einer strahlungsdurchlässigen Deckplatte in einem Gehäuse. Vorrichtungen dieser Art werden auch als Sonnenkollektoren oder als Schwarzkollektoren bezeichnet. Das Licht fällt durch die strahlungsdurchlässige Deckplatte, die z.B. aus Fensterglas oder Kunststoff bestehen kann, auf die schwarze Absorberplatte und wird von dieser weitgehend absorbiert.liquid media with an absorber plate and a radiation-permeable Cover plate in a housing. Devices of this type are also called solar panels or referred to as black collectors. The light falls through the radiolucent Cover plate, which can consist of window glass or plastic, for example, onto the black Absorber plate and is largely absorbed by it.

Bei Flaclikollektoren dieser Art zur Erwärmung von FlUssigkeiten im Niedrigtemperaturbereich (bis 1500) ist es bekannt, in die Absorberplatte Rohre einzubetten, welche von dem flüssigen Medium durchströmt werden. Das erwärmte Medium transportiert die gewonnene Wärmeenergie an den Verwendungsort. Gegen Wärmeverluste trägt oder bildet der Boden des kastenförmigen Gehäuses eine Wärmedämmschicht.With flaclic collectors of this type for heating liquids in the Low temperature range (up to 1500) it is known in the absorber plate tubes embed through which the liquid medium flows. The heated medium transports the gained thermal energy to the place of use. Against heat loss the bottom of the box-shaped housing carries or forms a thermal insulation layer.

Zwischen der dem Licht zugewandten wärmsten Oberfläche des Kollektors, der Deckplatte und der rückseitigen Absorberplatte, welche warme an das Medium abgibt, besteht naturgemäß ein Temperaturgefälle, welches wirtschaftlich nicht ausgenutzt wird.Between the warmest surface of the collector facing the light, the cover plate and the rear absorber plate, which gives off warmth to the medium, There is naturally a temperature gradient which is not exploited economically will.

Ein weiterer Nachteil ist, daß der am Tage erwärmte Kollektor abends und nachts mit abnehmender Außentemperatur und fehlender Sonneneins trahlung die in ihm gespeicherte Wärine nutzlos abstrahlt. Um dieæ nächtlichen Strahlungsverluste zu vermindern, ist es bekannt, als strahlungsdurchlässige Abdeckung zwei Scheiben in paralleler Anordnung zueinander zur Rårmeisolation nach vorn, entgegen der Einfallrichtung der Sonnenstrahlung, vorzusehen. Diese doppelte Abdeckung mit den beiden sich hierdurch ergebenden, abgeschlossenen Lufträumen vermindert zwar die Verluste bei größeren Temperaturdifferenzen zwischen der ABenluft und dem zu er- wärmenden Medium, dafür treten aber Verluste in der Ausnutzung der Einstrahlung durch unerwünschte Reflektion an und unerwünachte Absorption in den Abdeckungen auf. Ein wesentlicher Nachteil sind Jedoch die Kosten der doppelten Abdeckung, deren Pflege und Ersatz. Deshalb werden Flachkollektoren meist nur mit einer Abdeckung versehen, und die sich hierdurch ergebende Verschlechterung des Wirkungsgrades wird in Kauf genommen.Another disadvantage is that the collector is heated during the day in the evening and at night when the outside temperature drops and there is no sunlight emits heat stored in it uselessly. About the nocturnal radiation losses To reduce it, it is known to use two panes as a radiation-permeable cover in parallel arrangement to each other to the arm insulation towards the front, against the direction of incidence solar radiation. This double cover with the two is thereby The resulting closed air spaces reduce the losses with larger ones Temperature differences between the exhaust air and the warming Medium, but there are losses in the utilization of the radiation due to undesired Reflection on and unwanted absorption in the covers. An essential one However, the disadvantage is the cost of double coverage, maintenance and replacement. That is why flat-plate collectors are usually only provided with a cover, and the The resulting deterioration in efficiency is accepted.

Die bekannten Flachkollektoren dieser Bauart haben insbesondere bei größeren Abmessungen, die wegen ihrer geringeren Randverluste und leichteren Anschlußmöglichkeiten bevorzugt werden, einen weiteren erheblichen Nachteil. Sie müssen, wenn die Abmessungen über 0,8 x 2,0 m hinausgehen, praktisch aus drei in sich steifen Elementen bestehen. Das bedeutet, die lichtdurchlässige Deckscheibe muß aus relativ dickem Glas oder dicken Kunststofftafeln bestehen, die schwarze Absorberplatte muß in sich hinreichend formsteif sein und das Gehäuse muß aus verhältnismäßig dickem Blech hergestellt werden. Diese Forderungen erhöhen nicht nur die Kosten, sondern auch das Gewicht. In der dicken Deckscheibe wird ein verhältnismäßig hoher Anteil Wärmeenergie absorbiert. Die Dicke der Absorberplatte wirkt sich in einem trägeren Verhalten des Kollektors aus.The known flat-plate collectors of this type have in particular at larger dimensions because of their lower edge losses and easier connection options are preferred, another significant disadvantage. You must if the dimensions go beyond 0.8 x 2.0 m, consist practically of three inherently rigid elements. This means that the transparent cover plate must be made of relatively thick glass or thick plastic panels, the black absorber plate must be sufficient in itself be dimensionally stable and the housing must be made of relatively thick sheet metal will. These requirements not only increase the cost, but also the weight. A relatively high proportion of thermal energy is absorbed in the thick cover plate. The thickness of the absorber plate has the effect of a more sluggish behavior of the collector the end.

Ein weiterer, bisher kaum erkannter Nachteil der Flachkollektoren herkömmlicher Bauart tritt überall dort auf, wo Wärme aus Sonnenenergie gewonnen werden soll, außerdem aber das Tageslicht benötigt wird. Charakteristische Beispiele hierfür sind Schwimmbäder, Reit- und Sporthallen und -anlagen, sowie Gewächshäuser, Wintergärten, Arbeits- und Lagerhallen mit Oberlichtverglasung. Um eine unerwünschte Verdunkelung zu vermeiden, müssen die Kollektoren auf Flächen aufgestellt werden, die dadurch einer anderen wirtschaftlichen Nutzung entzogen werden. Im Falle dc-r Schwimmbäder würden Liegeflä- chen, im Falle der Gewächshäuser Gartenland verlorengehen, sofern nicht die Dächer benachbarter Gebäude benutzt werden können. Aber auch dann ist es nachteilig, daß diese Dächer nicht mehr für die Beheizung oder Warmwasserversorgung dieser Gebäude verwendet werden können.Another, so far hardly recognized disadvantage of the flat plate collectors conventional design occurs wherever heat is obtained from solar energy should be, but daylight is also required. Characteristic examples these are swimming pools, riding and sports halls and facilities, as well as greenhouses, Conservatories, work and storage halls with skylight glazing. To an undesirable To avoid darkening, the collectors must be placed on surfaces which are thereby withdrawn from another economic use. In the case of dc-r Swimming pools would have loungers chen, in the case of greenhouses, garden land are lost unless the roofs of neighboring buildings can be used. But even then it is disadvantageous that these roofs are no longer used for heating or hot water supply to these buildings can be used.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese vielfältigen Nachteile bisheriger Ausführungen und Anwendungen des Flüssigmedium-Flachkollektors zur fotothermischen Energiegewinnung zu überwinden und einen Flachkollektor der eingangs genannten Art so weiter- bzw. auszubilden, daß die Energiebilanz im Tag-/Nacht-Betrieb verbessert wird, ohne die Herstellung, Montage und Wartung zu erschweren und zu verteuern. Darüber hinaus soll die Möglichkeit geschaffen werden, Kollektoren nicht nur zur Erzeugung von Wärme, sondern generell zur Klimatisierung von Gebäuden bzw. Räumen einsetzen zu können.The invention is therefore based on the task of making these diverse Disadvantages of previous designs and applications of the liquid medium flat-plate collector to overcome photothermal energy generation and a flat plate collector type mentioned at the beginning so that the energy balance in day / night operation is improved without making production, assembly and maintenance difficult and too more expensive. In addition, the option should not be created for collectors only for generating heat, but generally for air conditioning buildings or To be able to use spaces.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der Überlegung aus, daß die in den bisherigen Bauformen und Anwendungen vorhandene Trennung zwischen dem eigentlichen Absorber (der Absorberplatte im Flachkollektor), den Maßnahmen gegen Wärmeverluste im Kollektor durch Konvektion, Abstrahlung und Wärmeleitung und dem Kreislauf des dem Wärmetransport dienenden flüssigen Mediums (einschließlich Wärmepumpen,Speichern u. dgl. anderer Wärmegewinnungssysteme) nicht zwingend notwendig ist und die Funktionen auch in anderer Weise verteilt, sogar mehr oder weniger miteinander verschmolzen werden können.To solve this problem, the invention is based on the consideration, that the existing in the previous designs and applications separation between the actual absorber (the absorber plate in the flat plate collector), the measures against heat losses in the collector through convection, radiation and heat conduction and the circuit of the liquid medium used for heat transport (including Heat pumps, storage tanks and similar other heat recovery systems) are not absolutely necessary and the functions are also distributed in other ways, even more or less with one another can be merged.

Demgemaß wird die gestellte Aufgabe in der Weise gelöst, daß erfindungsgemäß die Absorberplatte und die Abdeckplatte aus einem im sichtbaren Spektralbereich der Sonnenstrahlung und seinen Randbereichen weitgehend lichtdurchlässigen Werkstoff, z.B. Polycarbonat7 hergestellt und als Hohlkörper ausgebildet sind und mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gefüllt sind, der organische und/oder anorganische Farbpigmente in loser Form oder feinster Verteilung beigegeben sind und ihr annäherungsweise die Eigenschaften eines physikalisch schwarzen Körpers verleihen.Accordingly, the object is achieved in such a way that according to the invention the absorber plate and the cover plate from one in the visible spectral range material that is largely translucent to solar radiation and its peripheral areas, e.g. Polycarbonate7 are made and designed as a hollow body and with a Liquid, preferably water, are filled, the organic and / or inorganic color pigments are added in loose form or finely distributed and you approximate the properties of a physically black body to lend.

Der erfindungsgemäße Flachkollektor zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik durch Eigenschaften aus, die den Anwendungsbereich und Wirkungsgrad der fotothermischen Energie gewinnung ganz wesentlich erweitert.The flat-plate collector according to the invention is distinguished from the prior art of technology through properties that define the scope and efficiency the generation of photothermal energy has been significantly expanded.

1. Bei der Absorberplatte des herkömmlichen Schwarzkollektors handelt es sich um einen "Oberflächenabsorbern.1. The absorber plate of the conventional black collector acts it is a "surface absorber".

Die auf die schwarze Absorberplatte fallende Strahlung wird an der Oberfläche absorbiert und dringt nur bis zu einer sehr geringen Tiefe in das Metall ein. Je nach der Struktur der Oberfläche und ir Art ihrer Schwärzung wird ein Anteil von 10 % und mehr reflektiert. The radiation falling on the black absorber plate is absorbed by the Surface absorbs and penetrates the metal only to a very small depth a. Depending on the structure of the surface and the nature of its blackening, there will be a proportion reflected by 10% and more.

Bei der erfindungsgemäßen Absorberplatte handelt es sich demgegenüber um einen "Tolumenabsorbern. Die Pigmentierung und Dicke der Flüssigkeitsschicht in der Absorberplatte werden so abgestimmt, daß die einfallende Strahlung tief, aber nur bis zur Unterseite eindringt. Findet innerhalb des Mediums eine Streuung statt, so wird der gestreute Anteil in benachbarten Volumenelementen absorbiert. Der Reflektionsfaktor ist vernachlässigbar klein, der Wirkungsgrad erheblich größer. In contrast, it is the case with the absorber plate according to the invention around a "tolumen absorber. The pigmentation and thickness of the liquid layer in the absorber plate are tuned so that the incident radiation is deep, but only penetrates to the bottom. Finds a scatter within the medium instead, the scattered portion is absorbed in neighboring volume elements. The reflection factor is negligibly small, the efficiency is considerably higher.

Zwischen dem absorbierenden und dem transportierenden Medium besteht kein Temperaturgefälle mehr, da beide identisch sind. There is between the absorbing and the transporting medium no more temperature gradient, as both are identical.

2. Durch die Ausbildung der außenseitigen Deckplatte des Flachkollektors in der gleichen Weise wie die innenseitige Absorberplatte wird ein -.'1Dopp elkollektor" geschaffen, der Je nach Beladung, d.h. Füllung, Entleerung oder Austausch des Mediums gegen ein anderes in Verbin- dung mit Speichern und Wärmepumpen erlaubt, einerseits bei fehlender oder geringer Einstrahlung der Außenluft noch Wärme zu entziehen und andererseits den Energie austausch zwischen einem Raum und der Außenluft bei Tag und bei Nacht im Sinne einer Klimatisierung zu steuern. Das Gehäuse ist dann ein einfacher Rahmen, in dem die beiden Platten mit Abstand zueinander gehalten sind und der die Anschlüsse für das äußere Leitungssystem trägt.2. Through the formation of the outer cover plate of the flat collector In the same way as the absorber plate on the inside, a -. '1 double collector " Depending on the load, i.e. filling, emptying or exchange of the medium against another related with storage tanks and heat pumps allowed, on the one hand, if there is no or little irradiation from the outside air To extract heat and on the other hand to exchange energy between a room and to control the outside air by day and by night in the sense of air conditioning. That The housing is then a simple frame in which the two panels are spaced apart are held and which carries the connections for the external pipe system.

3. Durch die Verwendung farbiger statt schwarzer Farbpigmente eröffnet sich die völlig neuartige Möglichkeit, nur Teilbereiche des Spektrums zu absorbieren und andere transmittieren zu lassen, also einen selektiv lichtdurchlässigen Flachkollektor zu schaffen und in völlig neuen Bereichen einzusetzen, wie später noch an Beispielen erläutert werden wird. Die Farbpigmente können bestehen aus einem organischen Rotfarbstoff, z.B. Bordeaux-Rot, oder aus einem anorganischen Rotfarbstoff, z.B. einem Derivat des Eisenoxids (Fe203) und/oder aus einem organischen Grünfarbstoff, z.B. einer Chlorophyll-Extraktion und/oder aus einem organischen Blaufarbstoff und/oder aus einem organischen Violettfarbstoff, deren Konzentration und Mischungsverhältnis so eingestellt ist, daß im Durchlaßbereich der beiden Platten der vorgesehene Spektralverlauf bestmöglich angenähert ist.3. Opened up by using colored instead of black pigments the completely new possibility of only absorbing parts of the spectrum and to allow others to transmit, i.e. a selectively translucent flat plate collector to create and use in completely new areas, as will be seen later with examples will be explained. The color pigments can consist of an organic red dye, e.g. Bordeaux red, or from an inorganic red dye, e.g. a derivative of iron oxide (Fe 2 O 3) and / or from an organic green dye, e.g. Chlorophyll extraction and / or from an organic blue dye and / or from an organic violet dye, its concentration and mixing ratio is set so that the intended spectral curve is in the pass band of the two plates is approximated as closely as possible.

Diese Farbpigmente müssen gegenüber der Strahlung des gesamten Spektrums lichtecht sein, dürfen keine Veränderungen durch Alterung aufweisen und nicht elektrostatisch aufladbar sein, da sie sonst an den Wandungen der Platten des Kollektors oder der Rohrleitungen haften können. In nicht löslicher Form müssen die Pigmente derart fein sein, daß sie auch bei Stillstand der Transportflüssigkeit nicht sedimentieren. Konzentration und Mischung von Farbpigmenten verschiedener Art können so eingestellt werden, daß die die Platten füllende bzw. durchströmende Flüssigkeit vorgegebene Teilbereiche des Spektrums selektiv absorbiert, in den anderen Teilbereichen aber durchlässig ist. These color pigments must face the radiation of the entire spectrum be lightfast, must not show any changes due to aging and must not be electrostatic be chargeable, otherwise they will stick to the walls of the plates of the collector or the Pipelines can stick. The pigments must be insoluble in this way be fine that they even when the transport liquid comes to a standstill not sediment. Concentration and mixture of color pigments of different types can be used be adjusted so that the liquid filling or flowing through the plates predetermined subranges of the spectrum selectively absorbed, in the other subranges but is permeable.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flachkollektors sind die Absorberplatte bzw. die Deckplatte als flacher quaderförmiger Hohlkörper ausgebildet, der in seinem Inneren durch zu einer Randseite parallel verlaufende, seine Ober- und Unterseite verbindende Stege in mehrere längliche Kammern unterteilt ist, die an seinen beiden Stirnseiten über rohrförmige Anschlußstücke miteinander kommunizieren. Auf diese Weise lassen sich Flachkollektoren in Modulbauweise herstellen und als Bauelement unmittelbar in eine Dachhaus oder allgemein in eine Überdachung einsetzen.In a preferred embodiment of the flat-plate collector according to the invention are the absorber plate or the cover plate as a flat, rectangular hollow body formed, which in its interior by running parallel to one edge side, its top and bottom connecting webs divided into several elongated chambers is connected to each other at its two end faces via tubular connecting pieces communicate. In this way, flat-plate collectors can be produced in a modular design and as a component directly in a roof house or generally in a roof insert.

In wirtschaftlicher Weise läßt sich der quaderförmige Hohlkörper aus Polykarbonat im Strangpreßverfahren herstellen, wobei die Wandstärken und die Stegstärken 0,5 - 1,0 mm betragen und die Lichtmaße der Kammern zwischen 5 und 10 mm betragen. Der Abstand zwischen den beiden P1atten kann vorteilhaft 10 - 20 mm betragen. Mit diesen Innenmaßen und üblichen Außenabmessungen der beiden Platten in einem metallenen oder Kunststoffrahmen ergibt sich ein in sich biege- und verwindungssteifes, hoch belastbares Bauelement von (im ungefüllten Zustand) geringem Gewicht, das wie übliche Flachkonvektoren verwendet und montiert werden kann.The cuboid hollow body can be removed economically Manufacture polycarbonate in the extrusion process, whereby the wall thicknesses and the web thicknesses 0.5 - 1.0 mm and the clear dimensions of the chambers are between 5 and 10 mm. The distance between the two plates can advantageously be 10-20 mm. With these inner dimensions and usual outer dimensions of the two plates in a metal or plastic frame results in an inherently bending and torsion-resistant, high resilient component of (in the unfilled state) low weight, as usual Flat convectors can be used and installed.

Im folgenden wird die Erfindung an einem AusfUhrungsbeispiel und mehreren Anwendungsbeispielen und anhand der Zeichnung naher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 schematisch einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Doppelkollektor; Fig. 2 die Kurven des für die Fotosynthese nötigen Lichtspektrums und ihre Annäherung durch einen Versuchskollektor; Fig. 3 die Kurven des dem menschlichen Auge sichtbaren Lichtspektrums und ihre Annäherung durch eine Versuchskollektor; Fig. 4 das Blockschaltbild einer Anlage zur Wärmegewinnung mit einem Doppelkollektor.In the following the invention is based on an exemplary embodiment and several Application examples and explained in more detail using the drawing. In this show 1 schematically shows a cross section through a double collector according to the invention; Fig. 2 the curves of the light spectrum necessary for photosynthesis and their approximation by an experimental collector; 3 shows the curves of that which is visible to the human eye Light spectrum and its approximation by an experimental collector; 4 shows the block diagram a system for heat recovery with a double collector.

Der Flachkollektor 10 nach Fig. 1 besteht auf seiner Unterseite aus einer scheibenförmigen hohlen Absorberplatte 1 und auf seiner Oberseite aus einer ebensolchen Deckplatte 3, die beide in einem Rahmen 4 aus einem Strangpreßprofil aus htenststoff oder Leichtmetall gehalten sind und zwischen sich einen Raum 2 einschließen, der üblicherweise mit Luft gefüllt ist, aber auch mit einem die IR-Strahlung hemmenden Gas gefüllt oder evakuiert sein kann.The flat collector 10 according to FIG. 1 consists of on its underside a disc-shaped hollow absorber plate 1 and on its top from a just such cover plate 3, both in a frame 4 made of an extruded profile are made of plastic or light metal and enclose a space 2 between them, which is usually filled with air, but also with one that inhibits IR radiation Gas can be filled or evacuated.

Die Absorberplatte 1 und die Deckplatte 3 werden aus einem strahlungsdurchlässigen, temperatur- und alterungsbeständigen, chemisch resistenten Kunststoff im Strangpreßverfahren hergestellt. Insbesondere besitzt Polykarbonat alle geforderten Eigenschaften, wie Kälte- und Hitzebeständigkeit, Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren und näheren UV-Bereich, realisierbare Oberflächengüte, extrem hohe Lebensdauer bei Kontakt mit Wasser und/oder hohen Luftfeuchtigkeiten. Gemäß Fig 1 sind die Platten als flacher, quaderförmiger Hohlkörper ausgebildet, der in seinem Inneren durch zu einer Randseite parallel verlaufende, seine Ober- und Unterseite verbindende Stege 1.1 bzw. 3.1 in mehrere längliche Kammern 1.2 bzw. 3.2 unterteilt ist, die an den beiden Stirnseiten des Hohlkörpers über rohrförmige Anschlußstücke miteinander kommunizieren; sie bestehen ebenfalls aus Kunststoff, vorzugsweise Polycarbonat, und haben die Aufgabe, die Zirkulation des Mediums über die ganze Plattenbreite derart zu verteilen, daß in der Platte über die ganze Fläche regelmäßige Strö-Llungsv-erhaltnisse herrschen. Uber die (nicht dargestellten) Anschlußstücke ist der Flachkollektor 10 an äußere Flüssigkeitskreisläufe angeschlossen (Fig. 4). Auf Schrägdächern wird der Flachkollektor 10 so eingebaut, daß die Kammern 1.2 bzw. 3.2 in der Fallinie verlaufen, um durch die Thermik der durch die Einstrahlung erwärmten Flüssigkeit in Verbindung mit dem Durchflußwiderstand eine möglichst lineare Fließgeschwindigkeit über die ganze Plattenbreite zu erreichen.The absorber plate 1 and the cover plate 3 are made of a radiation-permeable, temperature and aging resistant, chemically resistant plastic in the extrusion process manufactured. In particular, polycarbonate has all the required properties, such as Cold and heat resistance, light transmission in the visible and near UV range, realizable surface quality, extremely long service life in contact with water and / or high humidity. According to FIG. 1, the plates are more flat and cuboid Hollow body formed, which is parallel in its interior by to one side of the edge extending, its top and bottom connecting webs 1.1 and 3.1 in several elongated chambers 1.2 and 3.2 is divided, which on the two end faces of the Communicate hollow bodies with one another via tubular connecting pieces; they exist also made of plastic, preferably polycarbonate, and have the task of circulation of the medium over the entire width of the plate distribute that in the plate over the whole area regular flow ratios to rule. The flat-plate collector is via the connecting pieces (not shown) 10 connected to external fluid circuits (Fig. 4). On pitched roofs the flat collector 10 installed so that the chambers 1.2 and 3.2 in the fall line run to through the thermals of the liquid heated by the radiation in connection with the flow resistance, a flow velocity that is as linear as possible Can be reached across the entire width of the panel.

Die erfindungsgemäßen Flachkollektoren werden in Modulbauweise so hergestellt, daß sie überall leicht montierbar sind. Aus Versuchen haben sich folgende Detailmaße als vorteilhaft ergeben: Wand- und Stegstärken: 0,5 - 1,0 mm, Lichtmaße der Kammern: 5 - 10 mm; die Stege geben den Platten eine außerordentliche Steifigkeit.The flat-plate collectors according to the invention are modularly designed so made so that they can be easily mounted anywhere. Experiments have shown the following Detailed dimensions are advantageous: Wall and bar thicknesses: 0.5 - 1.0 mm, clear dimensions of the chambers: 5 - 10 mm; the webs give the plates an extraordinary rigidity.

Abstand zwischen Absorberplatte 1 und Deckplatte 3 (lichte Höhe des Luftraumes 2): 10 - 20 mm.Distance between absorber plate 1 and cover plate 3 (clear height of Air spaces 2): 10 - 20 mm.

Anhand des Blockschaltbildes der Fig. 4 werden im folgenden beispielhafte Möglichkeiten zur Betrieb eines wDoppelkollektors" in einer Verbundanlage lit Speichern und WErxepuspe erläutert.Based on the block diagram of FIG. 4, examples are given below Possibilities for the operation of a double collector "in a compound system lit storage and WErxepuspe explained.

Die Anlage enthält außer den Flachkollektor 10 einen galtwasserspeicher 11, einen Warmwasserspeicher 12, die über eine Wärmepumpe 13 niteinander verbunden sind. Zwei greisläufe 14 und 15 oit Zirkulationspumpen 16 und 17 sind lit den beiden Absorberplatten 1 und 3 verbunden und untereinander über Dreiwegeventile 18, 19, 20, 21 verknüpft, die in den Zu- und Ableitungen der Absorberplatten liegen. Die Anordnung erlaubt, die Absorberplatte nach Bedarf zu entleeren oder zu füllen und zu durchströmen. Mit 22 ist der Wärmetauscher eines äußeren, nicht dargestellten Brauchwasser-Leitungssystems bezeichnet.In addition to the flat-plate collector 10, the system also contains a cold water storage tank 11, a hot water tank 12, which are connected to one another via a heat pump 13 are. Two circuits 14 and 15 with circulation pumps 16 and 17 are lit by the two Absorber plates 1 and 3 connected and interconnected via three-way valves 18, 19, 20, 21 linked, which are in the inlet and outlet lines of the absorber plates. the arrangement allows the absorber plate to be emptied as required or to fill and flow through. With 22 the heat exchanger of an outer, Not shown domestic water pipeline system referred to.

Sind beide Absorberplatten 1 und 3 entleert, so wirken sie zusammen mit dem Luftzwischenraum 2 wie eine Dreifach-Verglasung mit einem K-Wert von etwa 1,42 kealls2/°C.If both absorber plates 1 and 3 are emptied, they work together with the air gap 2 like a triple glazing with a K-value of about 1.42 kealls2 / ° C.

Ist nur die äußere Absorberplatte (Deckplatte 3) gefüllt, so wird sie bei kräftiger Einstrahlung über den Kreislauf 15 an den Warmwasserspeicher 12 angeschlossen, wahrend sie bei bedecktem Himmel (diffuser Einstrahlung) über den Kreislauf 14 .-n den Kaltwasserspeicher 11 angeschlossen wird und auch dann noch der Außenluft (mit der Temperatur Ta) Energie entzieht, die über die Wärmepumpe 13 dem Warrwasserspeicher 12 zugefUhrt wird. In beiden Fällen dient die innere, entleerte Absorberplatte 1 als Isolation gegen den Innenraum (mit der Temperatur Tj)e Ist nur die innere Absorberplatte 1 gefüllt, so arbeitet der Doppelkollektor wie ein herkdwmricher Flachkollektor mit doppelter Abdeckung, also mit sehr guter Isolation gegen khhle Außenluft. Darüber hinaus kann der Doppelkollektor aber zur Klimatisierung des Innenraumes herangezogen werden: Die Absorberplatte 1 ist so lange tiber den Kreislauf 15 an den Warmwasserspeicher 12 angeschlossen, bis die Raumtemperatur (tag) ihren Sollwert erreicht hat; dann wird sie über die Ventile 19, 21 auf den Ealtwasser-Kreislauf 14 umgeschaltet, so daß ein Kühleffekt auftritt, wenn die Raumtemperatur über ihren Sollwert ansteigt. Aus dem Kaltwasserspeicher 11 wird die Energie mit der Wärmepumpe 13 in den Warmwasserspeicher 12 gepu pt.If only the outer absorber plate (cover plate 3) is filled, then when there is strong irradiation, it is sent to the hot water tank 12 via the circuit 15 connected, while when the sky is overcast (diffuse radiation) over the Circuit 14. -N is connected to the cold water storage tank 11 and even then extracts energy from the outside air (with the temperature Ta) via the heat pump 13 is fed to the hot water storage tank 12. In both cases the inner, emptied absorber plate 1 as insulation against the interior (with the temperature Tj) e If only the inner absorber plate 1 is filled, the double collector works like a traditional flat plate collector with double cover, so with a very good one Insulation against cool outside air. In addition, the double collector can be used for Air conditioning of the interior can be used: The absorber plate 1 is like this long connected via the circuit 15 to the hot water tank 12 until the Room temperature (day) has reached its setpoint; then she gets over the valves 19, 21 switched to the Ealtwasser circuit 14, so that a cooling effect occurs, when the room temperature rises above its setpoint. From the cold water tank 11, the energy is pumped into the hot water tank 12 with the heat pump 13.

Sind beide Absorberplatten 1 und 3 gefüllt, so ergeben sich mehrere Betriebsmöglichkeiten, die Je nach den Temperaturen des Raumes bzw. der Außenluft gefahren werden können und in dem folgcaden Schaubild zu Fig. 4 angegeben sind: Auß Außenlufttemperatur Ta niedrig Ta hoch Ti < Tßoll 3911913o 3 12 1 12 1 -/ Ik - 2 Ti > T ll 3 3--, 3 i - soll; m 312 n ?/ 11113-12 (Kühlung) (Kuhlung) Das Volumenabsorber-Prinzip erlaubt die fotothermische Energiegewinnung im Niedertemperaturbereich auch dort, wo Sonnenlicht benötigt, aber nicht vdlständig oder nicht im gesamten Spektralbereich genutzt wird.If both absorber plates 1 and 3 are filled, there are several operating options that can be operated depending on the temperatures of the room or the outside air and are shown in the following diagram for FIG. 4: Outside outside air temperature Ta low Ta high Ti <Tßoll 3911913o 3 12 1 12 1 -/ Ik - 2 Ti> T ll 3 3--, 3 i - should; m 312 n? / 11113-12 (Cooling) (cooling) The volume absorber principle allows photothermal energy to be generated in the low temperature range even where sunlight is required but is not used completely or not in the entire spectral range.

Für Gewächshäuser werden erhebliche Licht- und Wärmemengen benötigt, wobei im Tagesablauf die Energienachfrage nicht mit dem Energieangebot zusammenfällt. Wollte ian ein Gewächshaus mittels Energie aus Schwarzkollektoren heizen, würde den Pflanzen bei der üblichen Montage auf dem Dach zuviel Licht weggenommen. Die Schwarzkollektoren itißten also unter Inanspruchnahme bedeutender Nutzflächen auf dem Freiland aufgestellt werden. Andererseits ist die Temperaturhaltung in einem Gewächshaus außerordentlich schlecht An warmen bis heiBen Tagen müssen Gewächshäuser herkõmilicher Bauart mit mechanischen Mitteln beschattet werden, wodurch das gesamte Lichtspektrum reduziert wird; damit werden den Pflanzen für die Fotosynthese wichtige Teilbereiche des Spektrums entzogen.Significant amounts of light and heat are required for greenhouses, whereby in the daily routine the energy demand does not coincide with the energy supply. If I wanted to heat a greenhouse with energy from black collectors, it would Taking away too much light from the plants during the usual installation on the roof. the Black collectors therefore opened up, taking up a large amount of usable space be set up in the open air. On the other hand, the temperature maintenance is in one Greenhouse extremely bad Greenhouses have to be used on warm to hot days traditional construction can be shaded by mechanical means, whereby the entire Light spectrum is reduced; This makes plants important for photosynthesis Partial areas of the spectrum withdrawn.

Ar kühlen Tagen und in den Nächten ist die Wärmeisolation der Gewächshausverglasung ungenügend.On cool days and nights, the greenhouse glazing is thermally insulated insufficient.

Ähnliches gilt für Hallenschwimmbäder und Sporthallen; hier spielt Tageslicht mäßiger Helligkeit für das menschliche Auge und Wohlbefinden eine erhebliche Rolle.The same applies to indoor swimming pools and sports halls; plays here Daylight of moderate brightness for the human eye and a considerable well-being Role.

Freischwimmbäder können in europäischen Breiten ohne Beheizung nur einen kurzen Teil des Tages benützt werden. Würde man Schwarzkollektoren zur Sonnenernergiegewinnung aufstellen, wären auch hier erhebliche Freilandflachen dafür erforderlich.Outdoor swimming pools can only be used in European latitudes without heating can be used for a short part of the day. One would use black collectors for solar energy production set up, considerable open space would also be required here.

Hier bieten sich Möglichkeiten für den Einsatz selektiv lichtdurchlässiger wDoppelkollektorenw nach der Erfindung, und zwar wahlweise zur Energiegewinnung und/oder Beschattung. Zwei Beispiele werden anhand der Fig. 2 und 3 erläutert.Here there are possibilities for the use of selectively translucent wDoppelkollektorenw according to the invention, optionally for energy generation and / or shading. Two examples are explained with reference to FIGS. 2 and 3.

Beispiel 1 In das Diagramm der Fig. 2 ist gestrichelt die Kurve des Lichtspektrums eingetragen, das von der Pflanze für die Fotosynthese benötigt wird. Die beiden Teilspektren mit Spitzen bei 450 und 685 nm umfassen ca. 30 % des gesamten einfallenden Lichtspektrums, 70 % können also ohne wesentliche Investitionen in Wärme umgewandelt und zur Beheizung der Gewächs- und Treibhäuser nutzbar gemacht werden.Example 1 In the diagram of FIG. 2, the curve of is dashed Entered the light spectrum that is required by the plant for photosynthesis. The two partial spectra with peaks at 450 and 685 nm cover approx. 30% of the total incident light spectrum, so 70% can without significant investment in Heat is converted and used to heat the greenhouses and greenhouses will.

Die Spektralkurve läßt stch als Filterkurve einer selektiv absorbierenden Flüssigkeit in der Absorberplatte und der Deckplatte 3 des Flachkollektors 10 herstellen mittels einer MIschung aus reinen Grundfarben, z.B.The spectral curve can be used as a filter curve for a selectively absorbing one Produce liquid in the absorber plate and the cover plate 3 of the flat-plate collector 10 by means of a mixture of pure basic colors, e.g.

1 Teil eines organischen Grünfarbstoffes, z.B. als Chlorophyll-Extraktion, 4 Teile eines organischen Rctfarbstoffes, z.B. in Form von Bordeaux-Rot, 2 Teile eines organischen Blaufarbstoffes.1 part of an organic green dye, e.g. as chlorophyll extraction, 4 parts of an organic dye, e.g. in the form of Bordeaux red, 2 parts an organic blue dye.

Diese im Handel erhältlichen Farbstoffe werden in bekannter Weise feinstgemahlen und antistatisch gemacht; stark'hygroskopische Farbstoffe werden gegen Agglomeratbildung behandelt.These commercially available dyes are made in a known manner finely ground and made antistatic; strong'hygroscopic dyes are Treated against agglomeration.

- Mir;chungsverhältnis und Intensität sind zweckmaßig für die Füllungen bzw. Kreisläufe beider Platten, der Absorberplatte und der Deckplatte, gleich, können aber auch unterschiedlich gewählt werden.- The ratio and intensity are appropriate for the fillings or circuits of both plates, the absorber plate and the cover plate, the same, can but can also be chosen differently.

Die ausgezogene Kurve in Fig. 2 zeigt die spektrale DurchlEssigkeitsverteilung, die bis 700 mm in sehr guter Ubereinstimmung mit der Spektralkurve der Fotosynthese ist. Ein so praparierter Flachkollektor 10 erlaubt die Transmission aller für die Fotosynthese der Pflanzen erforderlichen Teilspektren, während alle übrigen absorbiert, fotothermisch in Wärme ungewandelt und ueber die Kollektorflüssigkeit einem Speicher zugeführt werden - wie dies zuvor erläutert wurde -, aus dem die Energie nach zeitlichem Bedarf abgerufen werden kann. Der in den Sommermonaten anfallende Überschuß kann nachts wieder über die Kollektoren abgestrahlt werden oder zur Beheizung von Freiland Verwendung finden. Die Flachkollektoren kennen mit geringstem Aufwand unter bestehende Gewächshaus-Glas dächer montiert oder als Module direkt in die Baukonstruktionen eingegliedert werden. Da sie zudem einen sehr niedrigen Wärmeleitwert haben, wird die Sonnenenergie für diesen Zweck auf wirtschaftlichste Weise genutzt.The solid curve in Fig. 2 shows the spectral transmittance distribution, those up to 700 mm in very good agreement with the spectral curve of photosynthesis is. A flat plate collector 10 prepared in this way allows the transmission of all for the Photosynthesis of the plants required partial spectra, while all the rest is absorbed, photothermally converted into heat and stored in a storage tank via the collector fluid are supplied - as previously explained -, from which the energy according to time Can be accessed as required. The surplus occurring in the summer months can be emitted again at night via the collectors or for heating outdoors Find use. The flat-plate collectors know the existing ones with the least amount of effort Greenhouse glass roofs mounted or as modules directly in the building structures be incorporated. Since they also have a very low thermal conductivity, will the solar energy used for this purpose in the most economical way.

Die Kollektorflüssigkeit kann in ihrer Dichte so eingestellt werden, daß die Transmissionskurve bereits einer Platte 1 oder 3 den in Fig. 2 (durchgezogen) eingezeichneten Verlauf hat. Sind dann beide Platten 1 und 3 zugleich gefüllt, so ergibt sich ein Beschattungseffekt (strichpunktierte Kurve).The density of the collector fluid can be adjusted so that that the transmission curve of a plate 1 or 3 already corresponds to that in Fig. 2 (solid line) has drawn course. If both plates 1 and 3 are then filled at the same time, so there is a shading effect (dash-dotted curve).

Beispiel 2 In das Diagramm der Fig. 3 ist gestrichelt das für das Auge sichtbare Teilapektrum innerhalb der Strahlung zwischen 325 und 800 nm eingetragen. Dieses Spektrum wurde in guter Annäherung bis 630 nm nachgebildet mittels einer Flüssigkeit, der Farbpigmente zugesetzt waren in einer Mischung von z.B.Example 2 In the diagram of FIG. 3, the dashed line for the Part of the spectrum visible to the eye is entered within the radiation between 325 and 800 nm. This spectrum was simulated to a good approximation up to 630 nm by means of a Liquid, The color pigments were added in a mixture from e.g.

2 Teile eines anorganischen Rotfarbstoffes, z.B. als Derivat des Eisenoxids, 4 Teile eines organischen Grünfarbstoffes, 9 Teile eines organischen Blaufarbstoffes und 5 Teile eines organischen Violettfarbstoffes.2 parts of an inorganic red dye, e.g. as a derivative of iron oxide, 4 parts of an organic green dye, 9 parts of an organic blue dye and 5 parts of an organic violet dye.

Das vom menschlichen Auge gesehene Licht überdeckt ca. 35 % des gesamten Spektrums. 65 fi können also als Wärme gewonnen werden. Sie werden im Falle eines Freischwimmbades über den Flüssigkeitskreislauf direkt oder über einen Speicher zugeführt. Die Flachkollektoren können zu diesem Zweck als freitragende Dächer über Liegeplätzen usw. aufgestellt werden.The light seen by the human eye covers about 35% of the total Spectrum. 65 fi can therefore be obtained as heat. You will in the event of one Outdoor swimming pool via the liquid circuit directly or via a storage tank fed. The flat-plate collectors can be used as cantilever roofs for this purpose Berths, etc. are set up.

Eine solche Abdeckung absorbiert die UV-Einstrahlung und reduziert die Überhitzung des Körpers und verhindert Sonnenbrand; außerdem kann der erwähnte Beschattungseffekt auch hier angewendet werden.Such a cover absorbs the UV radiation and reduces it the overheating of the body and prevents sunburn; in addition, the mentioned Shading effect can also be applied here.

Die gleichen Flachkollektoren können auch für Hallenschwimmbäder, Sporthallen u. dgl. verwendet werden.The same flat-plate collectors can also be used for indoor swimming pools, Sports halls and the like can be used.

Die Flachkollektoren können auch bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt betrieben werden, wenn der Flüssigkeit ein chemisch und ggf. spektral fotometrisch im Durchlaßbereich indifferentes Frostschutzmittel beigemischt wird.The flat plate collectors can also operate at temperatures below freezing point operated when the liquid is chemically and possibly spectrally photometric Indifferent antifreeze is added in the passage area.

Aus den Beispielen ergibt sich bereits, daß der wDoppelkollektor" nach der Erfindung den unterschiedlichsten Kl-maverhältnissen und Anwendungsbedingungen angepaßt werden kann.The examples already show that the w double collector " According to the invention, the most varied Kl-maveratierungen and application conditions can be customized.

So ist es durchaus möglich, in Anlehnung an den bekannten Stand der Technik einer der Platten 1 oder 3 des Flachkollektors 10 nach Fig. 1 zusätzlich eine Scheibe vorzuschalten, die ihrerseits wiederum mit der ihr benachbarten Platte einen geschlossenen Hohlraum ähnlich 2 bilden und Je nach Anordnung innen oder außen liegen kann. Im ersteren Fall kann sie nach einem innenarchitektonischen Konzept gestaltet, z.B.So it is quite possible, based on the known state of the Technology of one of the plates 1 or 3 of the flat-plate collector 10 according to FIG. 1 in addition a disk to be connected upstream, which in turn in turn with the disk adjacent to it Form a closed cavity similar to Figure 2 and, depending on the arrangement, inside or outside can lie. In the former case, it can be based on an interior design concept designed, e.g.

strukturiert sein und in Verbindung mit selektiv lichtdurchlässigen Kollektoren besondere Lichteffekte erzeugen. Is zweiten Falle kann sie die Integrierung der Kollektoren in das Erscheinungsbild des Gebäudes, meist also der Dachhaut unterstützen.be structured and in conjunction with selectively translucent Collectors create special lighting effects. Is the second case it may be integrating the Collectors in the appearance of the building, mostly support the roof skin.

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Claims

Flat collector for heating liquid media Pat entansp rtlche 1. Flat plate collector for heating liquid media with an absorber plate and a Radiation-permeable cover plate in a housing, characterized in that the absorber plate (1) and the cover plate (3) from one in the visible spectral range material that is largely translucent to solar radiation and its peripheral areas, e.g. polycarbonate, made and designed as a hollow body and with a Liquid, preferably water, are filled, the organic and / or inorganic Color pigments in soluble form or finest distribution are added and her give approximately the properties of a physically black body.

2. Flat collector according to claim 1, characterized in that the Absorber plate (1) or the cover plate (3) as a flat, cuboid hollow body are formed, which in its interior through to an edge page parallel webs (1.1, 3.1) connecting its top and bottom in several elongated Kaimern (1.2, 3.2) is divided, which on its two end faces communicate with each other via tubular connectors.

3. Flat collector according to claim 2, characterized in that the cuboid hollow body made of polycarbonate is produced in an extrusion process, The wall thicknesses and the web thicknesses are 0.5 - 1.0 mm and the clear dimensions of the chambers are between 5 and 10 ii.

4. Flat collector according to claim 3, characterized in that the Distance between the two plates (1, 3) is between 10 and 20 mm.

5. Flat plate collector according to one or more of the preceding claims, characterized in that for the generation of heat in selected partial areas of the spectrum of solar radiation between 325 and 800 nm wavelength the plates (1, 3) are held in a frame (4) and the color pigments consist of one organic red dye, e.g. a derivative of iron oxide (Fe203) and / or made of an organic green base, e.g. a chlorophyll extraction and / or from an organic blue dye and / or an organic violet dye, whose concentration and mixing ratio is set so that in the pass band of the two plates (1, 3) the given spectral curve is bestiaglich more approximate is.