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Sonnenkollektor sowie Verfahren zu seiner Herstellung
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Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit mindestens einer
durch eine Grundplatte und eine im Abstand zu dieser befindlichenDeckplatte gebildeten
Kammer zur Aufnahme einer durch Sonnenbestrahlung zu erwärmenden Flüssigkeit, vorzugsweise
Wasser, sowie mit mindestens einem Zufluß- und einem Abflußstutzen und ein Verfahren
zur Herstellung eines derartigen Sonnenkollektors.
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Sonnenkollektoren sind in verschiedensten Ausführungen bekannt. Sie
besitzen mindestens eine mit einem Zufluß- und einem Abflußstutzen versehene Kammer
zur Aufnahme einer durch Sonnenbestrahlung zu erwärmenden FlUssigkeit, welche vorzugsweise
Wasser ist, das zur Wärmeabgabe einem nachgeschalteten Heizungssystem zugeleitet
wird.
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tie bekannten Sonnenkollektoren bestehen aus starrem Material, vorzugsweise
Glas und Metall, und erfordern einen hohen Herstellungs- und Verlegeaufwand, so
daß sich ihre Anwendung nur in Gegenden mit einer ausreichend großen Sonnenscheindauer
wirtschaftlich lohnt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sonnenkollektor der
eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der besonders preiswert hergestellt werden
kann, so daß sich infolge des geringeren Investitionsautwandes seine Verwendung
auch in Gegenden mit zeitlich kürzerer und weniger starker Sonnenbestrahlung lohnt.
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Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß sowohl die Grundplatte als auch die Deckplatte des Sonnenkollektors
aus einer flexiblen Materialbahn hergestellt sind und daß als Abstandshalter zwischen
den beiden Materialbahnen ein dreidimensionales Kunststoffgeflecht angeordnet ist.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Sonnenkollektors läßt sich
dieser mit preiswerten Materialien und auf einfache Weise herstellen, wobei das
dreidimensionale Kunststoffgeflecht dafür sorgt, daß die beiden flexiblen Materialbahnen
zuverlässig im Abstand voneinander gehalten werden.
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Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung sind die Materialbahnen durch
eine Kunststoff-Folie und/oder durch eine kunststoffbeschichtete Textilbahn gebildet,
wobei das dreidimensionale Kunststoffgeflecht die gesamte Fläche zwischen den Materialbahnen
ausfüllt. Die Materialbahnen können erfindungsgemäß an ihren Längs- und Querkanten
unmittelbar miteinander verbunden sein, vorzugsweise durch Verschweißen.
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Weiterhin sind gemäß der Erfindung auf der Oberseite der die Deckplatte
bildenden, dunklen Materialbahn mindestens ein Zuflußstutzen und ein Abflußstutzen
angeordnet. Die jeweils ein Loch in der Materialbahn umgebenden Zufluß- und Abflußstutzen
werden vorzugsweise aufgeklebt und einander diagonal gegenüber liegend angeordnet,
um auch bei großflächigen Sonnenkollektoren eine nahezu vollständige Durchströmung
des Sonnenkollektors durch die durch Sonnenbestrahlung zu erwärmende Flüssigkeit
ohne das Entstehen großer Toträume sicherzustellen. Die erfindungsgeäße
Verwendung
eines dreidimensionalen Kunststoffgeflechts, das beispielsweise durch Verwirbelung
von aus Spinndüsen kommenden Polyesterfäden, die sich uaregelmäßig vmlschlingen,
hergestellt wird und duroplastisch ist, hat den Vorteil, daß die flexiblen Materialbahnen
ganzflächig in einem gleichbleibenden Abstand voneinander gehalten werden und daß
trotz dieser zuverlässigen Abstandshaltung die einzelnen Fäden des Kunststoffgeflechts
einer Durchströmung des Sonnenkollektors keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzen,
so daß insbesondere Totzonen und Ausbildung örtlicher Wirbel bei der Durchströmung
des Sonnenkollektors von der aufzuwärmenden Flüssigkeit vermieden werden. Trotz
dieser Vorteile ist der erfindungsgema'ße Sonnenkollektor insgesamt flexibel, so
daß er einerseits für die Lagerhaltung und den Transport aufgerollt werden kann
und andererseits sich bei seiner Verlegung jeder Oberfläche anschmiegt. Die bei
der Durchströmung des duroplastischen Kunststoffgerlechts an den einzelnen Fäden
entstehenden Ablenkungen der Strömung ergeben schließlich ohne nennenswerte Erhöhung
des Strömungswiderstandes eine gute Durchmischung der zu erwärmenden FlUssigkeit,
so daß trotz des einfachen Aufbaues ein verhältnismaßig guter Wirkungsgrad mit dem
erfindungsgemäßen Sonnenkollektor erzielt wird.
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Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor kann in jeder beliebigen Größe
einzeln aus entsprechend zugeschnittenen Materialbahnen und Stücken des Kunststoffgeflechts
hergestellt werden. Sein erfindungsgemäßer Aufbau bietet jedoch weiterhin den Vorteil
einer besonders preisgünstigen kontinuierlichen Herstellung.
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Das zum Zwecke einer kontinuierlichen Groß-Serien-Herstellung des
erfindungsgemäßen Sonnenkollektors geschaffene Verfahren der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß auf die die Unterseite des Sonnenkollektors bildende Materialbahn
das von einer Rolle abgezogene, eine etwas geringere Breite aufweisende dreidimensionale
Kunststoffgeflecht aufgebracht wird und daß
anschließend dieses
Kunststoffgeflecht durch die die OberseIte bildende, vorzugsweise schwarze Materialbahn
abgedeckt wird, die eine größere Breite als das Kunststoffgeflecht aufweist und
die mit ihren das Kunststoffgeflecht dementsprechend seitlich überragenden Randstreifen
unmittelbar mit der die Unterseite bildenden Materialbahn verbunden wird.
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Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird es möglich, den voranstehend
beschriebenen Sonnenkollektor kontinuierlich in einfachster und damit preiswerter
Weise herzustellen, wobei gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mindestens
eine Materialbahn durch Aufbringen einer Kunststoffpaste auf eine Trägerbahn erzeugt
werden kann.
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Das Kunststoffgeflecht wird gemäß einer bevorzugten Ausführung des
erfindungsgemäßerl Verfahrens in das noch teigige Material der Materialbahn eingedrückt,
bevor diese Materialbahn mit dem Kunststoffgeflecht durch einen Wärmekanal geführt
und mit der zweiten Materialbahn abgedeckt wird. Auch die zweite Materialbahn kann
erfindungsgemäß durch Aufbringen einer Kunststoffpaste auf eine Trägerbahn erzeugt
werden, wobei in das noch teigige Material dieser Materialbahn das zuvor mit der
anderen Materialbahn verbundene Kunststoffgeflecht eingedrückt wird.
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Durch das erfindungsgemeiße Verfahren werden auf diese Weise die Materialbahnen
nicht nur preisgünstig und in der jeweils gewünschten Breite und Stärke hergestellt,
sondern zugleich während der Herstellung mit dem dreidimensionalen Kur.ststoffgeflecht
unlösbar verbunden, so daß dieses sich gegenüber den Materialbahnen nicht verlagern
kann und seinerseits für eine Lagefixierung der beiden Materialbahnen zueinander
sorgt.
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Beim Zusammenrhren der beiden durch das Kunststoffgeflecht im Abstand
voneinander gehaltenen Materialbahnen werden die das Munststoffgeflecht seitlich
überragenden Randstreifen der
Materialbahnen erfindungsgemß lu-slnittelbar
miteinander vvn -bunden, so daß kein zusitzlicher Arbeitsvorgang erforderlich wird.
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Eine bevorzugte Lurchführung des erfindungsgemd'ßen «erfahrens besteht
darin, daM die mit dem Kunststoffgeflecht versehene, zuerst erzeugte Materialbahn
nach Überführung in einen gummiartigen Zustand von der Trägerbahn getrennt und zu
einer Rolle aufgewickelt wird, die anschließend mit ihrer das Kunststoffgeflecht
tragenden Seite auf die im teigigen Zustand befindliche zweite Materialbahn aufgebracht
wird, wobei die das Kunststoffgeflecht seitlich überragenden Randstreifen der oben
liegenden Materialbahn sich auf die Randstreifen der noch im teigigen Zustand befindlichen
Materialbahn auflegen und mit dieser selbsttätig verbunden werden, bevor das schlauchförmige
Produkt von der Trägerbahn getrennt und zu einer Rolle autewickelt wird.
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Mit der Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen, mindestens der die
Unterseite des Sonnenkollektors bildenden Materialbahn ein vorzugsweise offenes
Traggewebe zuzuführen, wenn sich diese Materialbahn noch im teigigen Zustand befindet.
Dieses Traggewebe wird auf diese Weise in die Materialbahn eingebettet und vom Kunststoff
der Bahn umschlossen. Durch die Auswahl eines geeigneten Traggewebes läßt sich auf
diese Weise die Festigkeit des Sonnenkollektors auf die jeweilige Beanspruchung
abstellen, wobei es selbstverständlich ebenfalls möglich ist, auch die zweite Materialbahn
mit einem derartigen Traggewebe zu versehen.
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Das auf die voranstehend beschriebenen Arten hergestellte schlauchförmige
Produkt kann zur Herstellung einzelner Sonnenkollektoren in gewünschte Abschnitte
zerschnitten werden, wobei es erforderlich ist, die einzelnen Schnittkanten anschließend
miteinander zu verschweißen, um eine geschlossene Kammer für die zu erwärmende Flüssigkeit
zu bilden. Es ist jedoch gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung schließlich
möglich,
das schlauchförmige Produkt aus den beiden Materialbahnen mit dem dazwischen liegenden
Kunststoffgeflecht in vorbestimmten Abständen durch jeweils zwei parallel verlaufende
Querverschlüsse in einzelne Abschnitte zu unterteilen.
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In diesem Fall ist es lediglich erforderlich, das schlauchförmige
Produkt zwischen zwei parallel verlaufenden Querverschlüssen zu zerschneiden, um
einzelne Sonnenkollektoren vorgegebener Länge zu erhalten.
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Auf der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Sonnenkollektors und ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zu seiner Herstellung
dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Sonnenkollektors,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Sonnenkollektor gemäß der Schnittlinie II-II
in Fig. 1, Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung
einer ersten, mit einem Kunststoffgeflecht versehenen Materialbahn, Fig. 4 eine
der Fig. 5 entsprechende Seitenansicht der Vorrichtung beim Aufbringen der zweiten
Materialbahn und Fig. 5 einen im vergrößerten Maßstab dargestellten Querschnitt
durch die beiden Materialbahnen und das dreidimensionale Kunststoffgeflecht beim
Verbinden der Randstreifen.
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Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Sonnenkollektor besteht -
wie am besten im Querschnitt gemäß Fig. 2 zu erkennen ist -aus einer die Unterseite
bildenden flexiblen Materialbahn 1 sowie einer ebenfalls flexiblen Materialbahn
2, welche die Oberseite des Sonnenkollektors bildet und an ihren Randstreifen 2a
mit den entsprechenden Randstreifen la der anderen Materialbahn 1 verbunden ist,
vorzugsweise durch Verschweißen. Zwischen den beiden Materialbahnen 1 und 2 ist
ein dreidimensionales Kunststoffgeflecht
3 aus duroplastischen
Kunststoff-Fäden angeordnet, dessen Breite geringer ist als die der Materialbahnen
1 und 2. Durch dieses Kunststoffgeflecht 5 werden die Materialbahnen 1 und 2 auf
der gesamten mittleren Fläche des Sonnenkollektors im vorgegebenen Abstand gehalten,
so daß zwischen ihnen eine Kammer zur Aufnahme dner durch Sonnenbestrahlung zu erwärmenden
Flüssigkeit geschaffen wird. Diese Flüssigkeit ist vorzugsweise Wasser. Um dessen
Erwärmung zu verbessern, ist zumindest die die Oberseite des Sonnenkollektors bildende
Materialbahn 2 dunkel, vorzugsweise schwarz.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf der Oberseite des
Sonnenkollektors diagonal gegenüberliegend ein Zuflußstutzen 4 sowie ein Abflußstutzen
5 angeordnet, durch welche die zu erwärmende Flüssigkeit dem Sonnenkollektor zugeführt
bzw. aus diesem abgeleitet wird. Jeder Stutzen 4 bzw. 5 umgibt ein in der Zeichnung
nicht erkennbares Loch in der Materialbahn 2 und ist mit den Rändern dieser Materialbahn
2 flUssigkeitsdicht verbunden, beispielsweise durch Verkleben.
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Durch die Flexibilität der Materialbahnen 1 und 2, die beispielsweise
aus PVC oder Polyurethan hergestellt sein können, ist der Sonnenkollektor gemäß
den Figuren 1 und 2 insgesamt flexibel, da auch das Kunststoffgeflecht 5, das aus
duroplastischen Fäden besteht, diese Flexiblität nicht behindert. Der Sonnenkollektor
kann deshalb fUr die Lagerhaltung oder den Transport aufgerollt werden und paßt
sich bei seiner Verlegung der Jeweiligen Form der Auflagefläche an, die deshalb
nicht eben sein muß. Hierdurch entfallen aufwendige Tragsysteme für den Sonnenkollektor.
Außerdem besteht keine Gefahr, daß dieser durch Biegen oder seitliche Belastung
beschädigt wird.
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Das dreidimensionale Kunststoffgeflecht 5 wird durch Verwirbelung
von aus Spinndüsen austretenden Kunststoff-Fäden erzeugt, die sich durch die Verwirbelung
unregelmäßig umschlingen und trotz geringer Querschnitte für eine zuverlässige Abstandshaltung
der beiden Materialbahnen 1 und 2 sorgen. Bei einer Durchströmung
des
Sonnenkollektors bewirken die einzelnen duroplastischen Kunststoff-Fäden eine geringfügige
Wirbelbildung, ohne daß hierbei größere Totzonen oder Staubereiche innerhalb der
Kammer des Sonnenkollektors entstehen. Die geringfügige Wirbelbildung sorgt sogar
für eine zusätzliche Durchmischung der den Sonnenkollektor durchströmenden Flüssigkeit
im Sinne einer Temperaturvergleichmäßigung.
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Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Sonnenkollektor kann aus zugeschnittenen
Materialbahnen 1 und 2 sowie einem entsprechend zugeschnittenen Kunststoffgeflecht
7 einzeln hergestellt werden, indem diese Teile aufeinandergebracht und die Randstreifen
la und 2a der Materialbahnen 1 und 2 miteinander flüssigkeitsdicht verbunden werden,
beispielsweise durch Kleben oder Schweißen. Hierdurch ist es möglich, preiswerte
Sonnenkollektoren mit beliebigen Flächenabmessungen herzustellen. Andererseits ermöglicht
der voranstehend beschriebene Aufbau des Sonnenkollektors auch eine besonders preiswerte
Herstellung durch ein kontinuierliches Verfahren, das anhand der Figuren 3 bis 5
erläutert werden soll.
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Auf eine Trägerbahn 6, die beispielsweise ein silikonbehandeltes Papier
oder Gewebe ist und von einer Rolle 6a abgewickelt wird, wird mittels eines Rakels
7 eine Kunststoffpaste 8 aufgetragen, die hierdurch zu einer Materialbahn wird.
In diese im teigigen Zustand befindliche Materialbahn wird das von einer Rolle 3a
abgewickelte Kunststoffgeflecht 3 geringfügig eingedrückt, und zwar mit Hilfe einer
Walze 9. Das Kunststoffgeflecht 3 hat hierbei eine Breite zwischen 50 und 150 cm
und eine Dicke zwischen 5 und 25 mm. Die Eindringtiefe des Kunststoffgeflechts 5
in die teigige Materialbahn beträgt etwa 1 mm, so daß eine zuverlässige und haltbare
Verbindung zwischen Kunststoffgeflecht 3 und Materialbahn erfolgt.
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Bei dieser Materialbahn kann es sich beispielsweise um die die spätere
Oberseite des Sonnenkollektors bildende Materialbahn 2 handeln, wie dies beim Ausführungsbeispiel
der Figuren 3 und 4 angenommen ist. Die Darstellung in Fig. 3 deutet an, daß die
Möglichkeit
besteht, in die im teigigen Zustand vorliegende Materialbahn 2 ein Traggewebe 10
einzubetten. Dieses Traggewebe 10, welches vorzugsweise ein offenes Gewebe ist,
wird von einer Rolle 10a abgewickelt und der Materialbahn 2 vor dem Kunststoffgeflecht
5 zugeführt. Dieses offene Traggewebe 10 wird vollstandig in die Kunststoffmasse
der Materialbahn 2 eingebettet und erhöht deren Festigkeit.
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Die mit dem Kunststoffgeflecht 5 und gegebenenfalls dem Traggewebe
10 versehene Materialbahn 2 wird nunmehr durch einen Wärmekanal 11 geführt, in welchem
das teigige Material der Materialbahn 2 in einen gummiartigen Zustand überführt
wird.
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Hinter dem Wärmekanal 11 wird die Materialbahn 2 mit dem Kunststoffgeflecht
7 und gegebenenfalls dem Traggewebe 10 mittels einer Umlenkwalze 12 von der Trägerbahn
6 abgezogen, die anschließend zu einer Rolle 6b aufgewickelt wird. Auch die mit
dem Kunststoffgeflecht 3 und gegebenenfalls dem Traggewebe 10 versehene Materialbahn
2 wird zu einer Rolle 15 aufgewickelt.
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Gemäß dem in Fig. 4 dargestellten zweiten Verfahrensschritt wird die
auf der Rolle 15 aufgewickelte Materialbahn 2 erneut einer im teigigen Zustand befindlichen
Materialbahn 1 zugeführt, die wiederum auf der Trägerbahn 6 mittels des Rakels 7
aus einer Kunststoffmasse 8 erzeugt wird. Beim Ausfühuungsbeispiel bildet diese
Materialbahn 1 die spätere Unterseite des Sonnenkollektors. Obwohl dies auf der
Zeichnung nicht dargestellt ist, kann auch der Materialbahn 1 ein geeignetes Traggewebe
zugeführt werden, bevor das an der Unterseite der Materialbahn 2 angeordnete Kunststoffgeflecht
5 geringfügig in die Oberseite der Materialbahn 1 mittels der Walze 9 eingedrückt
wird.
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Die im vergrößerten Maßstab gezeichnete Querschnittsdarstellung nach
Fig. 5 zeigt, daß die Breite der Materialbahn 2 zur Bildung der späteren Randstreifen
2a nicht nur breiter als die
Breite des Kunststoffgeflechts 3 ist,
sondern auch geringfügig breiter als die im zweiten Verfahrensabschnitt hergestellte
Materialbahn 1. Die ursprüngliche Breite der Materialbahn 2 ist mit strichpunktierten
Linien in Fig. 5 angedeutet.
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Dieser überstehende Rand legt sich beim Hindurchführen der Materialbahnen
1 und 2 mit dem dazwischen liegenden Kunststoffgeflecht 5 in der mit ausgezogenen
Linien dargestellten Weise selbsttätig aufgrund ihres Gewichts auf die freien Randstreifen
la der Materialbahn 1 auf, so daß im Wärmekanal 11 automatisch eine unmittelbare
Verbindung zwischen den Randstreifen 1a und 2a der Materialbahnen 1 und 2 erfolgt,
bevor das schlauchförmige Produkt durch die Umlenkwalze 12 von der Trägerbahn 6
abgezogen und zu einer Rolle 14 aufgewickelt wird.
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Das schlauchförmlge Ausgangsprodukt kann nunmehr in der Fabrik oder
auf der Baustelle zu einzelnen Sonnenkollektoren beliebiger Länge verarbeitet werden,
indem einzelne Abschnitte von der Rolle abgetrennt werden. Nach Verschließen der
Schnittflächen, vorzugsweise durch Verschweißen, stehen Sonnenkollektoren der gewünschten
Abmessungen zur Verfügung, die lediglich noch mit den in den Figuren 1 und 2 dargestellten
Zufluß- und Abf lußstutzen 4 bzw. 5 versehen werden müssen.
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Das voranstehend beschriebene kontinuierliche Verfahren zur Herstellung
eines schlauchförmigen Ausgangsprodukts für Sonnenkollektoren kann schließlich derart
weitergebildet werden, daß durch Jeweils zwei im Abstand parallel zueinander verlaufende
Querverschlüsse eine Unterteilung des Schlauohes in einzelne Abschnitte erfolgt.
In diesem Falle ist es an der Baustelle lediglich erforderlich, die einzelnen Abschnitte
zwischen den parallel zueinander liegenden Querverschlüssen zu zerschneiden, um
Sonnenkollektoren der vorgegebenen Abmessungen zu erhalten.
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Das Anschließen und Verlegen der Sonnenkollektoren auf einem Dach
oder anderen geeigneten Flächen erfolgt in üblicher Weise, vorzugsweise auf wärmeisolierenden
Schaumstoffunterlagen. Die
Verlegung kann im Hinblick auf größmögliche
Wirtschaftlichkeit flach und ohne zusätzliche Gestelle erfolgen. Für den Wasserdurchlauf
werden an Ort und Stelle Löcher in die obere Materialbahn 2 geschnitten und vorzugsweise
aus Kunststoff bestehende Zu- und Abflußstutzen 4 und 5 aufgeklebt.
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Da der voranstehend bezüglich seines Aufbaues und seiner Herstellung
beschriebene Sonnenkollektor sowie seine Verlegung äußerst preiswert sind, kann
eine gegenüber erheblich teuereren Sonnenkollektoren mindere Warmeausbeute in Kauf
genommen werden, da es infolge des günstigen Preises des Sonnenkollektors, der bei
etwa einem Zehntel der üblichen Kollektoren liegt, ohne weiteres möglich ist, die
geringere Leistung durch eine entsprechende Vergrößerung der Fläche auszugleichen.