DE3206866A1

DE3206866A1 - Sonnenwaermekollektor aus flexiblem material

Info

Publication number: DE3206866A1
Application number: DE19823206866
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. 1000 Berlin Frommhold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-02-26
Filing date: 1982-02-26
Publication date: 1983-11-24
Also published as: US4495936A

Abstract

Mehrere im Abstand übereinanderliegende flexible Folien (1-4) sind an ihren einander gegenüberliegenden Rändern jeweils über randparallele Stützkanten nach unten umgelenkt und werden durch Spanngewichte gespannt, die durch gefüllte Randkammern (11, 17, 20) der Folien (1-4) gebildet werden. Der gegenseitige Abstand der Folien (1-4) wird durch unterschiedliche Höhen der die Folien umlenkenden Stützkanten und/oder durch Aufrechterhaltung eines inneren Überdrucks in den zwischen den Folien (1-4) gebildeten Kammern erreicht.

Description

Dipl.-Ing. Joachim Frommhold, 61O8 Weiterstadt Sonnenwärmekollektor aus flexiblem Material

Die Erfindung betrifft einen Sonnenwärraekollektor aus flexiblem Material mit mindestens zwei im Abstand übereinanderliegenden Folien, die an ihren Rändern miteinander verbunden sind und zwischen denen eine mindestens teilweise von einem Wärmeträgermedium durchströmte Kammer gebildet ist.

Sonnenwärmekollektoren dienen dazu, das durchströmende Wasser durch die einfallenden Sonnenstrahlen zu erwärmen. Bei einem bekannten Sonnenwärmekollektor der genannten Gattung (DE-OS Zk 36 986) befinden sich über der vom Wasser durchströmten Kammer zwei durchsichtige Kunststoff-Folien. Nach unten ist die Kammer durch eine wärmeabsorbierende, dunkle Folien abgeschlossen, die auf einer wärmeisolierenden Unterlage liegt« Zwisehen den beiden durchsichtigen Folien an der Oberseite des Sonnenwärmekollektors kann ein Luftpulster aufrechterhalten werden, um eine Wärmeisolierung zu erreichen.

Solche aus flexiblem Material bestehende Sonnenwärmekollektoren können in einfacher Weise" in zusammengerolltem Zustand transportiert und sehr einfach ausgelegt werden. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil ge~ genüber aus starrem Material bestehenden Sonnenwärmekollektoren dar.

Im Gegensatz hierzu ergeben sich aber bei aus flexiblem Material bestehenden Sonnenwärmekollektoren Schwierigkeiten, die einzelnen Folien im gewünschten Abstand zueinander zu halten. Bei dem eingangs erwähnten Sonnenwärmekollektor muß die zur Aufnahme des Wassers bestimmte Kammer vollständig mit Wasser gefüllt sein, um dem Sonnenwärmekollektor die nötige Spannung zu geben, um ein Zusammenfallen zu verhindern. Nur wenn die Kammer in ausreichender Weise mit Wasser gefüllt ist, kann bei doppellagiger Ausführung der durchsichtigen Folien das Luftpolster zwischen diesen aufrechterhalten werden. Voraussetzung ist die Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Wasserdrucks in der Kammer, weil sich die Kammer bei geringerem Wasserdruck teilweise entleert, so daß der Sonnenwärmekollektor zusammenfällt, und weil sich der Sonnenwärmekollektor bei zu hohem Wasserdruck aufwölbt, wodurch die gewünschte Wirkung ebenfalls verlorengeht.

Da das als Wärmeträger dienende Wasser zugleich die Spannvorrichtung für den Sonnenivärmekollektor bildet, muß eine Druckerhöhung vermieden werden, so daß beispielsweise keine Dampferzeugung möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Sonnenwärmekollektor aus flexiblem Material der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem unabhängig von der Menge

und dem Druck des durchströmenden Mediums eine ausreichende Spannung aufrechterhalten wird, die ein Zusammenfallen verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einander gegenüberliegende Ränder mindestens einer der Folien jeweils über eine randparallele Stützkante nach unten umgelenkt und durch Spanngewichte belastet sind.

Die an den Rändern unter Schwerkrafteinfluß angreifenden Spanngewichte erzeugen nach der Umlenkung um die Stützkanten eine in Folienlängsrichtung verlaufende Zugspannung in der oder den Folien. Dabei ist es unerheblich, ob die zur Aufnahme des Mediums bestimmte Kammer ganz oder teilweise mit Wasser gefüllt ist. Deshalb ergeben sich auch keine Einschränkungen hinsichtlich der konstruktiven Ausführung des Wasserdurchlaufs; das Wasser kann frei oder in einem Rohrsystem hindurchströmen oder beispielsweise durch eine Filzschicht geleitet werden. Anstelle einer Flüssigkeit kann auch ein gasförmiges Wärmeträgermedium verwendet werden, wie Luft oder Dampf. Durch die gleichbleibende Aufrechterhaltung der Zugspannung in den Folien ist es möglich» in der an sich bekannten Weise zwischen zwei oder mehr durchsichtigen Folien an der Oberseite des Sonnenwärmekollektors ein Luftpolster aufzubauen, das die Folien im Abstand zueinander hält.

Stattdessen ist es auch möglich, parallele, im Abstand zueinander angeordnete Randleisten mit von innen nnch außen abgestuft zunehmender Höhe vorzusehen, die jeweils die Stützkante bilden, um unabhängig von dem jeweiligen

Innendruck mehrere durchsichtige Folien im Abstand übereinander zu halten.

Vorzugsweise sind die Spanngewichte in entlang dem je~ v/eiligen Folienrand verlaufenden Randkammern angeordnet. Dadurch erübrigt sich nicht nur die gesonderte Anbringung der Spanngewichte; es wird auch eine besonders gleichmäßige und daher materialschonende Krafteinleitung in die zu spannenden Folien sichergestellt. .

Die Spanngewichte können durch feste Gewichtskörper oder durch eine Füllung der Randkammern mit schüttfähigem festen Gut oder mit Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser gebildet werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt jeweils im Schnitt:

Fig. 1 einen aus mehreren Kammern bestehenden Sonnenwärmekollektor mit jeweils einem einzelnen Spanngewicht für alle Folien, Fig. 2 den Sonnenwärmekollektor nach Fig. 1 auf einer

schrägen Unterlage,
Fig. 3 einen Sonnenwärmokollektor, dessen oberste Folie über Randleisten gespannt wird, Fig. k einen Sonnenwärmekollektor, bei dem die beiden oberen Folien über Randleisten gespannt werden, 5 ©inen Sonnonwärmekollektor ähnlich der Ausführung

nach Fig. 4, wobei jedoch die untersten Folien über die Ränder einer Isolierplatte gespannt sind,

Fig. 6 einen Sonnenwärmekollektor aus einer Unterlagplatte mit treppenartig gestuften Rändern und

Fig. 7 einen anderen Sonnenwärmekollektor, ebenfalls auf einer Unterlagplatte mit treppenartig gestuften Rändern, jedoch in schräger Anordnung.

Der in Fig. 1 gezeigte Sonnenwärmekollektor aus flexiblem Material weist an seiner Oberseite zwei durchsichtige Folien 1, 2 auf, zwischen denen eine mit Luft gefüllte, isolierende Kammer 5 gebildet ist, die zur Wärmeisolierung nach oben dient. Unter der Folie 2 ist eine weitere isolierende Kammer 6 gebildet, unter der eine vom Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser in Rohrleitungen 7 , durchflossene Kammer 8 angeordnet ist, die nach oben durch eine Folie 3 und nach unten durch eine Folie h abgeschlossen ist.

An der Unterseite des Sonnenwärmelcollektors befindet sich eine Isolierplatte 9» die beispielsweise aus Kunststoff-Hartschaum besteht.

Die Folien 1-4 sind an ihren Enden an einer Naht 10 miteinander verschweißt oder in anderer Weise gasdicht verbunden, beispielsweise durch Kleben. Sie können auch zusammenhängend durch das Verfahren des Folienblasens hergestellt sein. An die Naht 10 schließt sich eine randparallele Kammer 11 an, die mit Flüssigkeit oder einem schüttfähigen Gut, beispielsweise Sand, gefüllt ist und jeweils über die Randkante 12 der Unterlagplat-

te 9 herabhängt..Diese gefüllten Randkammern 11 bilden an beiden Enden des Sonnenwärmekollektors ein die Folien 1-4 unter Spannung· haltendes Spanngewicht, das dafür sorgt, daß sich die Kammern 5 und 6 auch bei einer Erhöhung des Innendrucks nicht wesentlich aufwölben können. Zugleich halten die in den Randkammern 11 aufgenommenen Spanngewichte den flexiblen Sonnenwärmekollektor auch bei angreifender Windkraffc in seiner Lage, ohne daß er zusätzlich befestigt werden müßte. Die Randkanten d.er Unterlagplatte 9> d. h. deren äußere obere Kanten, bilden hierbei randparallele Spitzkanten, über die die von den Spanngewichten (Füllung in den Randkammern 11) ausgeübte Spannkraft als Zugkraft in die Folien 7 und umgesetzt wird.

Ein in seinem Aufbau im wesentlichen gleicher Sonnenwärmekollektor ist in Fig. 2 in schräger Anordnung gezeigt. Abweichend vom vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die gefüllten Randkammern 11 frei über die Randkanten 12 herabhingen, liegen die gefüllten Randkammern 11 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 jeweils in einer beiderseits der Unterlagplatte 9 vorgesehenen Rinne 13·

Das Wasser oder sonstige Wärmeträgermedium wird in der zwischen den Folien 3>4 gebildeten Kammer 8 vorzugsweise in Leitungen, einem porösen Material wie Filz od. dgl. geführt.

Beim Sonnenwärmokollektor nach Fig. 3 werden die gefüllten Randlcamrnorn 11 durch die über die Itandkanton 12 der Unterlagplatte 9 herabhängenden Ränder der

320686G

unteren Folien 3 und 4 selbst gebildet. Die Folie 2 ist an der Unterseite der Randkaiiimern 11 angebracht und wird durch, deren Füllung ebenfalls unter Spannung gehalten, wobei vorgesehen ist, daß die zwischen den Folien 2 und 3 gebildete Kammer 6 durch erhöhten Innendruck gehalten wird. Hierzu ist beispielsweise ein unter der einen Randkammer 11 angeordnetes Füllventil 14 vorgesehen.

Beiderseits im Abstand zur Unterlagplatte 9 und parallel zu deren Randkanten 12 sind Randleisten 1j5 vorgesehen, über deren obere äußere Kanten 16 die Folie 1 in der schon beschriebenen Weise nach unten umgelenkt wird, um durch sich dort anschließende, ebenfalls mit Spanngewichten in Form von Wasser oder Sand gefüllte Randkammern 17 unter Spannung gehalten zu werden. Da die Randleisten 15 höher sind als die Unterlagplatte 9> wird die Folie 1 unter Beibehaltung einer Kammer 5 im Abstand zur darunterliegenden Folie 2 auch ohne erhöhten Innendruck gehalten.

Dnmit der Sonnenwärmekollektor ein insgesamt gas- und flüssigkeitsdicht nach außen abgeschlossenes System bildet, ist der an die Randkammern 1? anschließende Rand der Folie 1 über ein lose herabhängendes Folienseitenstück 18 mit der darunter liegenden Folie 2 verbunden.

Beim Ausführungsboispiel nach Fig. 4 wird die oberste Folie 1 in der schon bei Fig. 3 beschriebenen Weise durch gefüllte Ranrtkninrncrn 1? unter Spannung gehalten, wobei die äußeren oberen. Kanten 1G der Randleisten 15 der Kroftumlonkung dienen.

Der Unterschied zum Beispiel nach Fig, 4 besteht darin, daß auch die nächste Folie 2 mittels gefüllter Randkammern 11 über Randleisten 19 in der schon beschriebenen Weise gespannt wird, so daß zur Aufrechterhaltung der Kammer 6 kein Innendruck notwendig ist.

Auf einer die beiden Randleisten 19 tragenden Unterlagplatte 9 liegt hierbei die vom Wasser durchströmte, zwischen den Folien 3 und 4 gebildete Kammer 8, die ihre Form durch den Innendruck des Wassers erhält.

Der Sonnenwärmekollektor nach Fig. 5 ähnelt in seinem Aufbau dem Sonnenwärmekollektor nach Fig. 4, weil hier ebenfalls die beiden, oberen Folien 1 und 2 jeweils durch als Spanngewichte !Wirkende, gefüllte Randkaramern 17 bzw. 11 über Randleisten 15 bzw. I9 gespannt werden. Da die Höhe der Randleisten 19» 15 von innen nach außen abgestuft zunimmt, wird zwischen den Folien 1 und 2 der gewünschte Abstand aufrechterhalten. Man erkennt aus Fig. 4, daß die Folien 1, 2 nicht am oberen Ende der Randkammern 17> 11 angebracht sind, sondern an deren unterem Ende, und daß die äußere Folie 1 durch erhöhten Innendruck etwas aufgewölbt ist. Dadurch läßt sich errreichen, daT3 Regenwasser nach außen abläuft und nicht in einer durch die Folie 1 gebildeten Senke stehenbleibt.

Abweichend von dom Ausf ülirungsbeispiel nach Fig. 4 werfen beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die die wasserdurchflossene Kammer 3 einschließenden Folien 3, 4, die auf der Unterlagplatte 9 liegen, durch gesonderte, ebenfalls zur Bil'lung von Spanngewichten gefüllte Randkammern 20 gespannt.. Wie schon früher beschrieben, sind auch

hierbei alle Folien 1 - 4 an ihren Rändern zur Bildung eines gas- und flüssigkeitsdichten Systems durch Folienstücke verbunden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 bilden aufeinanderliegende Platten 9a» 9b und 9c die gemeinsame Unterlagplatte 9 mit treppenartig abgestuftem Rand. Durch diese Gestaltung wird es ermöglicht, für die beiden oberen Folien 1 und 2 ohne die Verwendung gesonderter.Randleisten jeweils getrennte Füllgewichte in Form von gefüllten Randlcammern 17» 11 vorzusehen. Auch die vom Wärmeträgermedium durchflossene Matte, die bisher als zwischen Folien 3 und 4 gebildete Kammer 8 bezeichnet wurde, aber auch als einheitliche Matte ausgeführt sein kann, trägt an ihren Enden gefüllte Randkatnmern als Spanngewichte, um die Matte oder Kammer 8 über die Randkanten der oberaten Unterlegplatte 9c zu spannen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel herrscht in der Kammer 5 zwischen den Folien 1 und 2 und in der Kammer 6 unter der Folie 2 ein gewisser Überdruck, durch den die Folien T und 2 geringfügig gewölbt werden.

Einen Sonnenwärmekollektor von ähnlichem Aufbau wie nach Fig. 6 zeigt die Fig. 7· Über zwei aufeinanderliegenden Platten 9a und 9b mxt treppenartig abgestuften Rändern werden die durchsichtigen Folien 1 und unter Spannung gehalten, ebenso eine weitei-e Folie 3; die an der Oberfläche der oberen Unterlagplatte 9b anliegen kann. Jeweils in Randlcammern 11 bzw. 17 angeordnete Spanngcwichte in Form einer Füllung aus Wasser, Sand od. dgl. halten die Folien 1, 2 und 3 gespannt. Man erkennt aus Fig. 7, daß die oben liegenden Ränder

-JBL -

der Platten 9a und 9b stärker hinterschnitten sind, um bei der gezeigten, für die Sonneneinstrahlung besonders günstigen Schräganordnung des Sonnenwärmelcollektors einen guten Halt für die gefüllten Randkainmern 11, 17 zu bilden.

Vie an den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gezeigt, wird ein Aufbau eines Sonnenwärmekollektors bevorzugt, bei dem die beiden oberen, transparenten Folien 1,2 die Aufgabe haben, die Sonnenlichtstrahlen auf die Absorberfläche fallenzulassen und die Wärmeverluste an die Umgebung klein zu halten. Die beiden unteren Folien 3, k- können als Absorber dienen, wenn sie vom Wärmeträgermedium, vorzugsweise Wasser, durchflossen werden, oder sie können einen gesonderten Absorber, beispielsweise ein Rohrsystem, in der zwischen ihnen gebildeten Kammer aufnehmen.

Durch die Vorwendung flexibler Materialien, die roll- und faltbar sind, lassen sich große Kollektorflächen erzielen, die preiswert sind und sich einfach montieren la ssen.

Der erste Montageschritt besteht darin, die Isolier-Unfcerlagplatte 9 auszulegen oder als Schicht auf den Untergrund zu schäumen. Auf dem so gebildeten Isolationsuntergrund wird der Folienkollektor ausgelegt, und die zur Aufnahme der Spanngewichte vorgesehenen Randkammern werden beispielsweise mit Wasser gefüll I.. Wenn gewünscht, werden zur Aufrochtorhnlbung eines Abstands zwischen die entsprechenden Folien ein Luftpolster gebracht.

Auf diese Weise können große Kollektorflächen einfach montiert werden, die vielfach länger als breit sind. Es ist wie gezeigt auch möglich, die Sonnenwärmekollektoren auf Schrägflächen anzubringen, um sie in einem optimalen. Winkel zur Sonneneinfallsrichtung anzuordnen.

Unterschiedliche Möglichkeiten zur Bildung der Randkarnmern sind in den beiden Hälften der Fig. 1 angedeutet. Bei dem beschriebenen, rechts in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Randkammer 11 geschlossen,d.h. von der Kammer 8 getrennt. Im Gegensatz dazu ist links in Fig. gezeigt, daß die Randkammer 11* auch in die das Wärmeträge iMnedium führende Kammer 8 übergehen kann. Wenn das Wärmeträgermedium, beispielsweise Vassei-, in der Kammer 8 frei strömt, sammelt es sich auch in der über die Stützkant 12 nach unten hängenden Falte und bildet so die Randkammer 11'»

Claims

Dipl.-Ing· Joachim Frommhold, 6108 Veiterstadt Sonnenwärmekollelctor aus flexiblem Material

Pa tentansprüche :

Sonnenwärmekollektor aus flexiblem Material mit mindestens zwei im Abstand übereinanderliegenden Folien, die an ihren Rändern miteinander verbunden sind und zwischen denen eine mindestens teilweise von Wäi-meträgermedium durchströmte Kammer gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß einander gegenüberliegende Ränder mindestens einer der Folien (1, 2, 3, k) jeweils über eine randparallele Stützkante (12, 16) nach unten umgelenkt und durch Spanngewichte (11, 17) belastet sind.
2. Sonnenwärmekollelctor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spnnngewichto in entlang dem jeweiligen Folienrand verlaufenden Randkarnmern (11, 17, 20) angeordnet sind.
3. Sonnenwärmekollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanngewichte durch feste Gewichtskörper gebildet werden.
^. Sonnenwärmekollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanngewichte durch eine Füllung der Randkammern (11> 17> 20) mit schüttfähigem festem Gut oder mit Flüssigkeit, vorzugsweise ¥asser, gebildet werden.
10
5. Sonnenwärmekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die randparallelen Stützlcanten durch die äußeren oberen Kanten (12) einer Unterlagplatte (9)> vorzugsweise einer Isolierplatte, gebildet werden.
6. Sonnenwärmekollektor nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Unterlagplatte (9^ai 9b, 9c) treppenartig gestuft sind.
7. Sonnenwärmekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die randparallelen Stützkanten durch parallele, im Abstand zueinander angeordnete Randleisten (15» 19) mit von innen nach außen abgestuft zuriehmender Höhe gebildet werden.