DE3101298A1

DE3101298A1 - Evakuierbarer solarkollektor

Info

Publication number: DE3101298A1
Application number: DE3101298A
Authority: DE
Inventors: Bernd 8011 Neukeferloh Kellner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-01-16
Filing date: 1981-01-16
Publication date: 1982-09-02

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen evakuierbaren Solarkollektor mit einer einstrahlungsseitig von einer Abdeckscheibe abgedeckten evakuierbaren Kammer, einem über die Kammer im Abstand von der Abdeckscheibe angeordneten Absorber, durch welchen ein Wärmemedium leitbar ist, und mit in der Kammer über die Fläche der Abdeckscheibe hinweg verteilten Stützelementen zur Unterstützung der Abdeckscheibe zwischen ihren Rändern.

Ein solcher Solarkollektor ist bekannt (DE-OS 27 28Ό19) Bei diesem bekannten Solarkollektor befindet sich der Absorber in dem Hohlraum einer durch einen selbsttragenden Rahmen, die Abdeckscheibe und eine Bodenplatte umgrenzten Kammer. Um ein Eindrücken der Kammer und insbesondere ein Brechen der Abdeckscheibe zu verhindern, sind im Inneren der Kammer rasterförmig verteilt Stützelemente in Form von Stäben vorgesehen, die sich zwischen Bodenplatte und Abdeckscheibe durch den Absorber hindurch erstrecken. Bei der zweckmäßigen Ausgestaltung des Absorbers als Platine muß daher dem Vorhandensein der Stäbe durch entsprechende Durchbrüche in der Platine Rechnung getragen werden. Dies verkompliziert einerseits die Herstellung der Absorberplatine und andererseits ist bei der Montage des Solarkollektors erhebliche Justierarbeit notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen evakuierbaren Solarkollektor zu schaffen, der in einfacherer Weise zu montieren ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stützelemente die Wärme schlecht leitend ausgebildet sind und die Abdeckscheibe gegen den Absorber abstützen und daß weitere die Wärme schlecht leitende Stützelemente zur Abstützung des Absorbers gegen den

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Kammerboden vorgesehen sind. Auf diese Weise kann der Absorber ohne Öffnungen für den Durchtritt der Stützelemente und damit wesentlich einfacher ausgebildet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Kammer durch eine selbsttragende Wanne gebildet, deren Boden den Kammerboden bildet. Damit erreicht man eine weitere Verminderung der Bauteile des Solarkollektors, da der Raum, in dem sich der Absorber befindet, im wesentliehen nur von zwei Teilen, nämlich der Abdeckscheibe und der Wanne umgrenzt wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Kammer durch zwei übereinander angeordnete selbsttragende Wannen gebildet, der Absorber mit dem Boden der einstrahlungsseitigen Wanne als einer seiner Wände ausgebildet und bildet der Boden der anderen Wanne den Kammerboden. Hierdurch läßt sich der Solarkollektor aus den Wannen so aufbauen, daß der Absorber als eigenständiges Teil entfällt.

Bevorzugt sind die Stützelemente als von einem gegen den Absorber aufruhenden, die Einstrahlung im wesentlichen unbehindert lassenden Tragkörper abragende Stäbe ausgebildet. Ebenso sind vorzugsweise die weiteren Stützelemente als von einem gegen den Kammerboden aufruhenden Tragkörper abragende Stäbe ausgebildet. Damit erhält man hinsichtlich der Stützelemente bzw. weiteren Stützelementen jeweils ein Bauteil, daß vorgefertigt und als Einheit eingesetzt werden kann. In einer höchst zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Tragkörper als rasterförmige Traggitter ausgebildet, an deren Kreuzungspunkten die Stäbe sitzen. Die Stäbe können hierbei an den Kreuzungspunkten angeschweißt sein, oder es können dort.kurze angeschweißte Stützen vorgesehen sein, auf die die Stäbe,in röhrchenförmiger Ausbildung und aus einem die Wärme schlecht leitenden Metall oder, zur weiteren Verringerung der Wärmeleitung ,aus Keramik oder Glas, aufsteckbar sind. Zur Verbesserung der Strahlungs-

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absorption ist es zweckmäßig, einstrahlungsseitig den Absorber mit einer Strahlung besonders gut absorbierenden Beschichtung zu versehen. Hierzu ist es am einfachsten, eine entsprechende Folie auf dem Absorber vorzusehen, wobei aber die Verbindung .der Folie mit dem Absorber Schwierigkeiten bereitet; ein Aufkleben ist wegen der auftretenden hohen Absorbertemperaturen problematisch. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist daher die Absorptionsfolie zwischen dem Absorber und dem gegen ihn aufruhenden Tragkörper vorgesehen. Da der Tragkörper über die Stützelemente gegen den Absorber gedrückt wird, kommt es zu einem für einen guten Wärmeübergang ausreichenden Anpreßen der Absorptionsfolie gegen den Absorber.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine weitere Wand des Absorbers durch eine im wesentlichen parallel zum Boden der einstrahlungsseitigen Wanne angeordnete, den Strömungsverlauf im Absorber bestimmende Platte gebildet. Diese kann zur Bestimmung von Strömungskanälen beispielsweise meanderförmig geprägt sein oder entsprechende etwa aufgeschweißte Stege aufweisen, die dem Boden der einstrahlungsseitigen Wanne zugekehrt sind. Die Gestaltung des Solarkollektors mit zwei getrennten Wannen gestattet ferner, ihn als Solarkollektor auszubilden, der seine Wärme auf Luft als Wärmemedium überträgt. Hierzu ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die zweite Wanne als Luftkollektor ausgebildet ist. Sie enthält also einen Ein- und Auslaß für durchzuleitende Luft, wobei vorzugsweise vom Absorber in die zweite Wanne ragende Bleche zur Strömungsleitung und Wärmeübertragung vorgesehen sind. Diese Bleche sind vorzugsweise an der der zweiten Wanne zugekehrten Seite der Absorberplatte angeschweißt, wobei diese hierdurch auch noch versteift wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung

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ist eine Einrichtung zur Beheizung der Abdeckplatte vorgesehen/ wobei vorzugsweise die Beheizung durch in oder unter der Abdeckplatte angebrachte strombeschickte Drähte erfolgt oder aber die Stützelemente heizbar sind. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine perspektifische Explosionsansicht einer ersten

Ausführungsform des Solarkollektors gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform des Solarkollektors ge

mäß der Erfindung.

Der Solarkollektor gemäß Fig. 1 weist einstrahlungsseitig eine die Strahlung der Sonne möglichst vollständig durchlassende Abdeckscheibe 6 auf, die über eine elastische Dichtung 18 auf den Rändern einer Wanne 3 aus Metall aufliegt. Die Wanne, die quaderförmigen Aufbau mit einem Auflagerand für die Abdeckscheibe hat, kann durch Tiefziehen eines entsprechenden Metallblechs hergestellt sein,was sie selbsttragend macht. Ebenso sind kreisrunde oder für einen wabenförmigen Aufbau sechseckige Formen zweckmäßig. Auf den Boden der Wanne 3 ist ein Traggitter 11a mit kreuzförmigen Raster aufgelegt, an dessen Kreuzungspunkten die Wärme schlecht leitende Stäbe 13a sitzen, die senkrecht zum Wannenboden verlaufen und etwa bis zur halben Höhe der Wanne in diese hineinragen. Auf diesen Stützstäben liegt der Absorber 30 auf, der als eine vom Wärmemedium durchströmte Platine ausgebildet ist. Das Wärmemedium wird durch in Seitenwänden der Wanne 3 vorhandene Anschlüsse, die mit

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entsprechenden Anschlusstutzen der Platine in Verbindung stehen, durch den Absorber 30 geleitet. Auf der der Einstrahlung zugekehrten Oberfläche des Absorbers liegt eine die Strahlung besonders gut absorbierende Absorptionsfolie 12 auf, auf der wiederum ein weiteres Traggitter 11 mit kreuzförmigen Raster liegt, an dessen Kreuzungspunkten ebenfalls die Wärme schlecht leitende Stäbe 13 sitzen, die bis zur Abdeckscheibe 6 hin abragen und diese über ihre Fläche hinweg abstützen. Im Einsatz wird die von der Wanne 3 und der Abdeckscheibe 6 umgrenzte Kammer evakuiert, so daß dann auf der Abdeckscheibe 6 ein Druck von ca. 1 bar lastet, dem sie bei den in der Praxis vorkommenden Größen der Solarkollektoren ohne die Abstützung nicht standhalten würde. Im einzelnen wird also das einstrahlungsseitige Traggitter 11 mit seinen Stützstäben 13 durch die Abdeckscheibe 6 über die Absorptionsfolie 12 gegen den Absorber 30 gedrückt, der sich wiederum über das Traggitter 11a mit seinen Stützstäben 13a gegen den Boden der Wanne 3 abstützt. Durch diese Anpreßkraft wird die zwischen dem einstrahlungsseitigen Traggitter 11 und dem Absorber 30 vorhandene Absorptionsfolie fest gegen den Absorber gedrückt. Auf diese Weise ist eine Anbringung der Absorptionsfolie auf dem Absorber erreicht, die auch bei hohen Betriebstemperaturen des Kollektors unproblematisch ist. Dies ist insbesondere in Anbetracht der Tatsache wesentlich, daß es bis heute keine brauchbaren Kleber gibt, die bei den mit evakuierbaren Solarkollektoren erreichbaren hohen Temperaturen einsetzbar sind.

Zum Evakuieren und Nachevakuieren der durch die Abdeckscheibe 6 und der Wanne 3 umgrenzten Kammer ist in einer Seitenwand der Wanne 3 ein (nicht gezeigter) Absauqstutzen vorgesehen. Zur Vermeiduna von Wäxirvaverlusten ist die Wanne 3 außen von einer Wärmeisolation 20 umgeben.

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Bei der Ausführungsform des Solarkollektors gemäß Figur 2 ist die Kammer aus zwei Wannen 2, 3 aufgebaut, die ihrerseits jeweils im wesentlich gleich zu der einzigen Wanne 3 der Ausführungsform der Figur 1 aufgebaut sind. Auf dem Rand der einstrahlungsseitigen Wanne 2 liegt über die Dichtung 18 die Abdeckscheibe 6 auf und stützt sich über das hier ebenfalls vorhandene Traggitter 11 mit den davon abragenden Stäben 13 über eine Absorptionsfolie 12 auf dem Boden der Wanne 2 ab. Auf der der Einstrahlung abgekehrten Seite des Bodens der Wanne 2 ist eine Platte 8 vorgesehen, die mit dem Wannenboden bei 10 längs der Wannenunterkante so verschweißt ist, daß sich zwischen Wannenboden und Platte ein Zwischenraum ergibt, durch den ein Wärmemedium .

strömen kann. Auf diese Weise wird bei dieser Ausführungsform der Absorber mit dem Boden der einstrahlungsseitigen Wanne 2 und der Platte 8 als seinen Hauptwänden ausgebildet. Eine gesonderte Absorberplatine entfällt damit. Um im Absorber einen besonderen Strömungsverlauf zu erzielen, kann die Absorberplatte 8 meander- oder harfenförmig geprägt sein oder aber ein solches Strömungsmuster erzeugende Stege aufweisen, die auf die Absorberplatte der einstrahlungsseitigen Wanne 2 zugekehrt aufgeschweißt sind.

Die zweite Wanne 3, die wie bereits erwähnt, im wesentlichen gleich aufgebaut und auch gleich Hergestellt ist wie die einstrahlungsseitige Wanne 2, ist bei 9 längs ihres Randes mit dem Rand der Absorberplatte 8 verschweißt, so daß sich hier ebenfalls eine luftdichte Kammer ergibt.

in der Wanne 3 ist wiederum das Traggiter 11a vorgesehen, dessen Stützstäbe 13a zwischen der Absorberplatte 8 und dem Boden der Wanne 3 wirken. Beim Evakuieren der Kammer, die hier also aus zwei Unterkammern - einerseits von Abdeckplatte 6 und Wanne 2 und andererseits von Absorber-

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platte 8 und Wanne 3 umgrenzt - besteht, wirken die Stützstäbe bzw. 13a in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform der Figur 1 einer unzulässigen Belastung der Abdeckscheibe 6 und insgesamt einem Eindrücken der Kammer bzw. der beiden Unterkammern . entgegen. Die beiden Unterkatitnern tönnen wieder über Absaugstutzen, die sich in den Seitenwänden der Wannen 2 und 3 befinden, gemeinsam oder getrennt evakuiert bzw. nachevakuiert werden.

Die Wanne 3 weist darüberhinaus an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten Ein- und Ausläße 22 auf, über die Luft als Wärmemedium durch die durch die Wanne 3 und die Absorberplatte 8 gebildete Kammer geleitet werden kann, womit der Kollektor dann als Luftkollektor betreibbar wird.

An der Absorberplatte 8 sind in die Wanne 3 ragend Luftleitbleche 25 angeschweißt, die außerdem für einen guten Wärmeübergang auf die durchströmende Luft sorgen und überdies die Absorberplatte versteifen.

Auch bei dieser Ausfuhrungsform des Solarkollektors ist auf der Außenseite eine Wärmeisolation 20 aus einem schlechten Wärmeleiter vorgesehen, um die Wärmeverluste durch die Wannenwände nach außen möglichst gering zu halten.

Die Stützstäbe 13, 13a können entweder auf das Traggitter aufgeschweißt sein oder aber das Traggiter 13, 13a kann an den Kreuzungspunkten von ihm abragende Stutzen aufweisen, auf die die Stützstäbe 13, 13a als Röhrchen aus schlecht wärmeleitendem Metall oder,zur weiteren Verminderung der Wärmeleitung,aus Keramik oder Glas aufgesetzt .sind. Eine höchst zweckmäßige Ausbildung kann auch vorsehen, am Traggitter angeschweißte oder aufgesetzte Stäbe über Zwischenstücke bzw. Hütchen aus einem Wärmeisolator wie Kunststoff oder Glas an der Abdeckscheibe 6 bzw. dem Absorberboden (Unterseite des Absorbers 30 oder Absorberplatte 8) anliegen zu lassen.

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Eine Folie mit hervorragenden Absorptionseigenschaften besteht aus Cr-Ni-Stahl, ist also ferromagnetisch. Zur zusätzlichen (oder auch alleinigen) Befestigung einer solchen Folie am Absorber können bei der Ausführungsform der Fig. 2 auf der Rückseite der einstrahlungsseitigen Wanne 2 Magnete vorgesehen oder die Wanne selbst magnetisiert sein. Ebenso ist eine Magnetisierung des Absorbers 30 möglich.

Was die Traggitter 11, 11a für die Stützstäbe 13, 13a anbelangt, so wird man sie, um den Wärmeabfluß aus dem Absorber möglichst gering zu halten, wie die Stützstäbe, aus einem die Wärme schlecht leitenden Material, etwa V2A-Stahl, und, ebenfalls wie die Stützstäbe, mit möglichst geringem Materialquerschnitt und außerdem mit möglichst hoher Maschenweite herstellen, solange die an den Kreuzungspunkten der Traggitter sitzenden Stäbe ihre Stützfunktion noch erfüllen können.

Um die Abdeckscheibe 6 im Winter von einem etwaigen Schnee- oder Eisbelag befreien zu können, können in ihr oder unter ihr elektrisch beheizbare Drähte vorgesehen sein. Auch ist es möglich eine Beheizung der Abdeckscheibe 6 über eine elektrische Beheizung der Stützstäbe bzw. ihrer Zwischenstücke vorzusehen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1J Evakuierbarer Solarkollektor mit einer einstrahlungsseitig von einer Abdeckscheibe abgedeckten evakuierbaren Kammer, einem über die Kammer im Abstand von der Abdeckscheibe angeordneten Absorber, durch welchen ein Wärmemedium leitbar ist, und mit in der Kammer über die Fläche der Abdeckscheibe hinweg verteilten Stützelementen zur Unterstützung der Abdeckscheibe zwischen ihren Rändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente die Wärme schlecht leitend ausgebildet
sind und die Abdeckscheibe (6) gegen den Absorber abstützen und daß weitere die Wärme schlecht leitende
Stützelemente zur Abstützung des Absorbers gegen den

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Kammerboden vorgesehen sind.
2. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammer durch eine selbsttragende Wanne (3) gebildet wird, deren Boden den Kammerboden bildet.
3. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammer durch zwei übereinander angeordnete selbsttragende Wannen (2,3) gebildet wird, der Absorber mit dem Boden der einstrahlungsseitigen Wanne (2) als einer seiner Wände ausgebildet ist und der Boden der anderen Wanne (3) den Kammerboden bildet.
4. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Stützelemente als von einem gegen den Absorber aufruhenden, die Einstrahlung im wesentlichen unbehindert lassenden Tragkörper abragende Stäbe (13) ausgebildet sind.
5. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die weiteren Stützelemente als von einem gegen den Kammerboden aufruhenden Tragkörper abragende Stäbe (13a) ausgebildet sind.
6. Solarkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Tragkörper als ra- sterförmige Traggitter (11, 11a) ausgebildet sind, an deren Kreuzungspunkten die Stäbe (13,13a) sitzen.
7. Solarkollektor nach einem der Ansprüche

4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (13,13a) auf ihren Tragkörper aufsteckbar sind.

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8. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Absorber (30) und dem gegen ihn auf ruhenden Tragkörper eine Absorptionsfolie (12) vorgesehen ist.
9. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 3 bis 8/ dadurch gekennzeichnet , daß eine weitere Wand des Absorbers durch eine im wesentlichen parallel zum Boden der einstrahlungsseitigen Wanne (2) angeordnete, den Strömungsverlauf im Absorber bestimmende Platte (8) gebildet ist.
10. Solarkollektor nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Wanne (3) als Luftkollektor ausgebildet ist.
11. Solarkollektor nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet , daß vom Absorber in die zweite Wanne (3) ragende Bleche (25) zur Strömungsleitung und Wärmeübertragung vorgesehen sind.
12. Solarkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zur Beheizung der Abdeckplatte (6) vorgesehen ist.
13. Solarkollektor nach Anspruch 12, dadurch ge-, kennzeichnet , daß die Beheizung durch in oder unter der Abdeckplatte (6) angebrachte strombeschickte Drähte erfolgt.
14. Solarkollektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente heizbar sind.