DE3305266A1

DE3305266A1 - Sonnenenergiekollektor

Info

Publication number: DE3305266A1
Application number: DE19833305266
Authority: DE
Inventors: William 85204 Mesa Ariz. Clark; Joseph 85282 Tempe Ariz. Evans; Jeffrey 85253 Scottsdale Ariz. Hatman
Original assignee: RAMADA ENERGY SYSTEMS Inc
Current assignee: RAMADA ENERGY SYSTEMS Inc
Priority date: 1982-02-18
Filing date: 1983-02-16
Publication date: 1983-08-25
Also published as: ES8400820A1; ES517782A0; GB2115136A; FR2521700A1; US4426999A; JPS58142162A

Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 430Θ ESSEN.,t ;AM RUHRSTEIN 1 · TEL.: (02 01) 4126 Seite . -X- R 119

Ramada Energy Systems, Inc. 1421 South McClintock, Tempe, Arizona 85281, V.St.A.

Sonnenenergiekollektor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenenergiekollektor, insbesondere auf einen leichtgewichtigen Sonnenenergiekollektor niedriger Herstellungskosten.

Seit langem besteht ein Bedarf an einem Solarkollektor niedriger Kosten und guter Arbeitsweise. Sonnenkollektoren wurden bisher unter Verwendung kostspieliger Materialien, wie Kupfer, korrosionsfreiem Stahl, Aluminium und getempertem Glas hergestellt. Derartige Materialien haben wesentlich zu den Gesamtherstellungskosten des Sonnenkollektors beigetragen. Weitere Kosten gingen auf die hohen Gewichte solcher Sonnenkollektoren zurück, die sich vor allem beim Transport, bei der Anbringung und dem Einbau bemerkbar machten. In einigen Fällen waren sogar bauliche Verstärkungen bei vorhandenen Installationen erforderlich.

Bekannte metallische Solarkollektoren bestehen aus einem Absorberbauteil, einer Vorrichtung zur Übertragung der absorbierten Energie zu einem Strömungsmedium, gewöhnlich Wasser, einem transparenten Überzug oder einer Glasur und einem isolierten Rahmen, der als Träger für den Absorber und die Glasur dient. Das Hauptanwendungsgebiet dieser Geräte liegt in der Wassererwärmung für häusliche, industrielle oder gewerbliche Bedarfsfälle.

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In jüngster Zeit wurden viele Solarkollektoren in der Patentliteratur beschrieben, bei denen ein oder mehrere synthetische Polymere verwendet werden. Diese Patente beschreiben eine Vielzahl von Solarkollektoren für verschiedene Anwendungsfälle. Aufgrund der verwendeten Polymere oder wegen der besonderen Konstruktion oder aus beiden Gründen sind solche bekannten Kollektoren auf Niedertemperatur-Anwendungsfälle beschränkt. Um daher Anwendungen bei höherer Temperatur zu ermöglichen, kommen auch weiterhin Kollektoren aus Metall zum Einsatz.

Typische Beispiele von Druckschriften, in denen Solarkollektoren ganz oder teilweise aus polymeren Materalien gezeigt sind, sind die US-PS'η 4 239 035; 4 221 210; 4 096 861; 3 934 323; 4 114 596; und 3 991 742. In der US-PS 4 221 210 ist ein Solarkollektor aus synthetischen Material angegeben, bei dem eine Kohlenstoffteilchen enthaltende Flüssigkeit zur Zirkulation gebracht wird. Die reflektierende Oberfläche besteht aus einer Schicht aus Aluminium oder anderem metallischem Material, das außerhalb der Rückwand angeordnet ist. Eine solche Konstruktion bewirkt eine niedrige bis mittlere Absorptionstemperatur. Die Absorptionsfähigkeit wird durch die schwarze Flüssigkeit erhöht, welche gleichzeitig die Wärme abführt. In dieser Patentschrift ist auch die Lehre enthalten, daß die Solarplatte aus Polycarbonaten, Acrylen oder Glas hergestellt werden kann.

Polycarbonate haben gewöhnlich eine UL-Nennleistung für kontinuierliche Betriebstemperaturen von weniger als 112 C, die in der Praxis den oberen Grenzwert darstellen. Eine Kommerzialisierung eines solchen Kollektors würde daher erforderlich machen, daß die Absorber-Stagnationstemperaturen 111 C nicht übersteigen, wodurch die Kollektorkonstruktion auf niedrige Temperatur und geringen Wirkungsgrad beschränkt wird. Außerdem sind Polycarbonate in heißem Wasser hydrolyse-

anfällig, wodurch ihre Brauchbarkeit und sicherlich auch ihre Lebensdauer begrenzt ist. Acryl hat eine maximale UL-Nennleistung (rating) bei einer kontinuierlichen Betriebstemperatur von nur 97 C. Glas ist für Sonnenkollektoren wegen der Bruchgefahr wenig geeignet. Außerdem ergeben sich bei einer Mehrkanalplatte aus Glas erhebliche Verarbeitungsprobleme. Andere, aber ähnliche Hinweise ergeben sich aus den US-PS·η 4 239 035 und 4 096 861.

Den bekannten Sonnenkollektorsystemen haften aber auch noch andere Probleme an. Beispielsweise neigen Teilchen, Pigmente und Farbstoffe, die dem Strömungsmedium zugesetzt sind, zum Niederschlagen an der Plattenoberfläche, wodurch die durch das Strömungsmedium durchtretende Lichtmenge vermindert wird. Die Strömungsmittelzusätze können auch im System ausfallen und dadurch Verstopfungen und Durchflußdrosseln hervorrufen. Das Strömungsmedium kann auch eine uneinheitliche Konsistenz erhalten, wodurch ebenfalls die Arbeitsweise des Systems ungünstig .beeinflußt wird.

Die US-PS 3 934 323 zeigt eine nicht-überzogene Multikanal-Solarplatte aus Polyäthylen mit hohlen Vorsatzstücken, durch die das Strömungsmedium gepumpt wird, wobei ein Wärmeaustausch zur Umgebung stattfindet. Eine solche Ausbildung beschränkt das System auf Niedertemperaturanwendungen, ζ. Β. der Wärmezufuhr zu Schwimmbädern. Eine ähnliche Konstruktion ist in der US-PS 3 991 742 gezeigt, die ebenfalls auf Niedertemperaturanwendungsfälle beschränkt ist. Die US-PS 4 114 596 beschreibt einen einheitlichen Sonnenkollektor aus Polycarbonat oder Acryl. Wie oben gesagt, können diese Ausführungen aufgrund der Materialwahl nur bei niedrigen Temperaturen arbeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstig herstellbaren Sonnenkollektor zur Verfügung zu stellen, der auch bei hohen Temperaturen eingesetzt und unter Verwen-

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dung vorhandener,leicht verfügbarer und leichtgewichtiger Materialien hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine besondere Konstruktion des Sonnenkollektors gelöst, die die Verwendung leichter Kunststoffkomponenten ermöglicht. Bei der Erfindung wird der Sonnenkollektor vorzugsweise aus polymeren Materialien hergestellt, die in Kombination mit der besonderen Konstruktion zu einer wesentlichen Gewichtsreduzierung im Vergleich zu Metallkollektoren führen. Der Sonnenkollektor besteht aus einer Mehrkanal-Strömungsmittel-Absorberplatte, in der eine durch Sonnenenergie erwärmte Flüssigkeit transportiert wird. Sammelleitungen sind an den entgegengesetzten Enden der Absorberplatte angebracht und bilden einen Einlauf und einen Auslauf für den Strömungsmitteldurchtritt. Ein transparenter Überzug, der für Licht durchlässig ist, ist direkt über der Platte angebracht. Die Absorptionsplatte ist auf einer Isolierschicht angeordnet, und der gesamte Kollektor ist entlang/seines Randes an allen Seiten von Randträgern eingefaßt. Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor kann Stagnationstemperaturen oberhalb von 150 C erreichen, während die Wärmeverluste durch seine, Oberseite minimal gehalten werden. Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor ist als Folge davon billig herzustellen, hat einen hohen thermischen Wirkungsgrad, ein geringes Gewicht und eignet sich zur Massenproduktion.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht entlang der Schnittlinie 2-2 in Figur 1;

Fig. 3 eine Teilschnittansicht entlang der Schnittlinie 3-3 in Figur 1;

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie 4-4 in Figur 1 unter Darstellung der Sammelrohranordnung; und

Fig. 5 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors.

In den Figuren 1 und 5 sind die Hauptkomponenten des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors 10 gezeigt. Der Kollektor 10 hat eine allgemein rechteckige,zentrale, Strömungsmitteldurchflossene Absorberplatte 12, an deren Enden jeweils Sammelleitungen 14 unter hermetischer Abdichtung angeschlossen sind, wobei die Sammelleitungen die Mittel zur Zufuhr und Abführung des Strömungsmittels in die und aus der Absorberplatte 12 darstellen. Die Absorberplatte 12 hat eine Vielzahl von Kanälen 16 mit· rechteckigem Querschnittsprofil, die in Längsrichtung verlaufen und das Strömungsmittel von einem Ende der Platte 12 zu deren anderem Ende transportieren. Eine solche Konfiguration der Kanäle 16 maximiert die für eine gute thermische Leistung verfügbaren benetzten Flächen.

Die Sammelleitung 14, die in den Figuren 3 und 4 zu sehen ist, besteht aus einem runden Rohr 15 mit nach außen vorspringenden Flanschen 17, die ein Plenum 18 begrenzen. Schmale Öffnungen 20 sind in gleichen Abständen verteilt und in Längsrichtung der Sammelleitung 14 angeordnet und bilden die Strömungsmittelein- und -auslasse. Ein Leitblech 22 ist direkt vor jeder Öffnung 20 angeordnet und-teilt das aus dem Rohr der Sammelleitung 14 in das Plenum 18 austretende Strömungsmedium zur Erzielung einer gleichmäßigen Strömungsverteilung durch jeden der Kanäle 16 in der Absorberplatte 12.

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Wichtig ist, daß sowohl die Strömungsmittelplatte 12 als auch die Sammelleitung 14 entweder aus derselben Materialart oder aus Materialien bestehen, die in Bezug auf die thermische Ausdehnung und die Haftfähigkeit kompatibel sind. Wichtig ist auch, daß die Materialien den Stagnationstemperaturen standhalten, gegen heißes Wasser resistent sind und gute physikalische Stabilitätseigenschaften in Bezug auf Zug- und Stoßkräfte haben und aufrechterhalten. Ein Material, das diese Forderungen erfüllt, ist Polysulfon. Dieses Harz wird durch Zusatz feinerer Kohlenstoffteilchen geschwärzt, um eine hohe Absorptionsfähigkeit und einen niedrigeren Reflexionsgrad zu erzielen. In alternativer Ausführung können diese Teile durch einen Überzug, z. B. durch einen alkylierten Überzug, Farbe oder Tusche geschwärzt werden. Andere Harze oder Kunststoffe, welche die oben angegebenen Eigenschaften haben, sind ebenfalls im Rahmen des Erfindungsgedankens verwendbar.

Die Absorberplatte 12 ist vorzugsweise gespritzt und danach auf die geeignete Länge geschnitten. Die Strömungsmittelzellen oder Kanäle 16 sind an den Ecken abgerundet, um dem Innendruck aufgrund des Flüssigkeitsstroms standhalten zu können. Die Zellenwände 24 (Figur 2) werden durch Extrudieren bzw. Spritzen in der gewünschten Konfiguration hergestellt. Außenkanäle 26 verlaufen entlang den Seiten der Platte 12 und haben einen allgemein langgestreckten Querschnitt. Die Zellenwände, welche die Kanäle 26 bilden, sind wesentlich dicker als die Wände 24, um äußeren Belastungen während des Zusammenbaus besser standhalten zu können.

Auch die Sammelleitungsrohre 14 sind durch Spritzgießen hergestellt und unter Verwendung bekannter Thermoschweißmethoden mit der Absorberplatte 12 verbunden.

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In Figur 3 ist zu sehen, daß zwei Rippen 28 an der dem Plenum 18 entgegengesetzten Seite des Sammelleitungsrohrs 14 verlaufen. Die Rippen 28 symmetrieren das Sammelleitungsrohr 14 und stabilisieren es gegen Biegebeanspruchungen, die vor allem durch ungleiche Spannungen hervorgerufen werden können. Solche Spannungen entstehen beispielsweise aufgrund ungleicher thermischer Bedingungen während des Schweißvorgangs sowie während der Phasen erhöhter Temperaturen, beispielsweise bei der Stagnation. Die Rippen 28 dienen auch zur Erleichterung und Verbesserung der Ausrichtung des Sammelleitungsrohrs 14 während der Herstellung.

Die Sammelleitungen 14 sind am oberen Ende 110 und am unteren Ende 112 des Kollektors 10 durch Endkappen 30 verbunden. Die Endkappen 30 (vgl. Figuren 1 und 5) sind mit den Sammelleitungen 14 unter dichtem Abschluß verbunden. Die Endkappen 30 haben einen erweiterten Abschnitt 32, der auf das Sammelleitungsrohr 14 aufsteckbar ist, und einen Nippelabschnitt 34, der den Anschluß der Einlaß-Auslaßrohre 114 bzw. 116 ermöglicht. Die Kappen 30 definieren eine Öffnung 36, die den Strömungsmitteldurchtritt ermöglicht.

Stopfenartige Endkappen 38 sind ebenfalls dicht mit den Sammelleitungsrohren 14 verbunden, und zwar in der gleichen Weise wie die Endkappen 30. Die Endverschlüsse 38 dienen zum Verschließen der Enden der Sammelleitungsrohre 14 derart, daß das Strömungsmedium, das an der Oberseite

110 eintritt, durch die Sammelleitungen 14 und die Platten 12 strömt und an der Unterseite 112 austritt. Wenn auch in Figur 1 drei Kollektoren 10 dargestellt sind, kann eine beliebige andere Anzahl von Kollektoren in der beschriebenen Weise zusammengeschlossen werden. Die Zahl der Kollektoren in einem Kollektorfeld wird nur durch die an der Einbaustelle zur Verfugung stehende Flächen, die Pumpenleistung und den

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Wirkungsgrad begrenzt. Die Zahl der Kollektoren in einem Kollektorfeld bestimmt sich nach den jeweiligen Erfordernissen.

Die Strömungsmittelplatte 12 und die Sammelleitung 14 ruhen auf einer Isolierplatte 42, die in den Figuren 2, 3 und 5 zu sehen ist. Die Schicht 42 kann aus einer starren Platte aus Glas-gefülltem Polyisocyanurat bestehen, um eine Isolierung zu schaffen und den Wärmeverlust von der Bodenseite des Kollektors 10 zu minimieren. Die Schicht oder Platte 42 dient auch als Träger für die anderen Elemente des Kollektors 10. Das Polyisocyanurat ist vorzugsweise an den Ober- und Unterseiten mit einer Aluminium-Schutzfolie versehen.

Im folgenden wird auf die Figuren 2 und 5 Bezug genommen, in denen eine transparente Abdeckung 44 gezeigt ist, die über der Absorberplatte 12 befestigt ist. Die Abdeckung 44 schafft eine strukturelle Stabilisierung und unterstützt den "greenhouse" Effekt auf das durch die Absorberplatte 12 fließende Strömungsmittel. Die Abdeckung 44 besteht aus einer doppelwandigen, klaren Einheit mit Internen Stützen oder Rippen 46, die rechtwinklig zu den die Ober- und Unterseiten begrenzenden Wänden verlaufen und Kanäle 48 bilden. Die transparenten vertikalen Rippen 46 stabilisieren die Abdeckung 44, während die offenen Kanäle 48 Luft oder ein anderes Strömungsmittel zu Isolationszwecken aufnehmen.,. wodurch der thermische Wirkungsgrad des Kollektors erhöht wird. Ebenso wie die Absorberplatte 12 ist die Abdeckplatte 44 als einteiliges Spritzgußformteil ausgebildet. Eine genauere Betrachtung der Abdeckung 44 in Figur 2 zeigt, daß der äußere Randabschnitt 50 tiefer liegt als der Hauptkörper der Abdeckung "44 und durch eine Rille vom Hauptkörper getrennt ist. Der äußere Randabschnitt 50 ist so ausgebildet, daß er einen

Verriegelungseingriff eines Randstreifens 54 mit der Abdeckung 44 ermöglicht.

Eine 0,0254 mm dicke Kunststoffschicht 56 ist vorzugsweise auf die Oberseite der Abdeckung 44 aufgeklebt und wirkt als UV-Filter. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt in der Möglichkeit des Ausfilterns von UV-Strahlung, die für die Kunststoffteile schädlich ware. Ein solches Material, das besonders günstig für die Zwecke des Aussiebens der UV-Strahlung ist, ist ein Polyvinylfluoridfilm, der mit einem UV-absorbierenden Klebstoff überzogen ist. Polyvinylfluorxdfilme werden unter dem Handelsnamen "TEDLAR" vertrieben und von E.I. DuPont De Nemours and Company hergestellt. Die Kombination des Films 56 und des Klebstoffs filtert die UV-Strahlung unterhalb von 350 nm aus und schützt die Abdeckung 44 und die Absorberplatte 12, während sie das brauchbare Licht weitgehend ungehindert durchläßt.

Die Abdeckung 44 wird vorzugsweise aus einem geeigneten Polymer mit bestimmten erwünschten Eigenschaften hergestellt. Zu den erforderlichen Charakteristiken der Abdeckung 44 gehören hoher Reintransmissionsgrad, Spritzbarkeit, Lichtbeständigkeit, gute physikalische Festigkeit und Stabilität und gute Stoßfestigkeit. Ein thermoplastisches Material, das diese Anforderungen für die Abdeckung 44 erfüllt, ist UV-stabilisiertes Polycarbonat.

In Figur 5 ist zu sehen, daß die einzelnen Kollektoren 10 mit Hilfe von flexiblen Kupplungsstücken 84 aus EPDM mit der Sammelleitung 14 gekuppelt sind. Die Kupplungsstücke 84 bestehen aus zwei miteinander verbundenen und konischen Abschnitten 86 und 88 und einer Ringnut 90, die zur Erhöhung der Flexibilität bei einer Verschiebebewegung benachbarter Kollektoren dient. Die Kupplungs-

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stücke 84 sind dadurch mit dem Sammelleitungsrohren 14 verbunden, daß die Sammelleitung in den ersten oder zweiten Abschnitt 86, 88 eingesetzt wird.

Die Hauptkomponenten des Kollektors 10, d. h. die Absorptionsplatte 12, die Isolationsschicht 42 und die Abdeckung 44 wurden vorstehend beschrieben. Die Art der Verbindung dieser Komponenten wird im folgenden erläutert.

In den Figuren 2 und 5, auf die im folgenden Bezug genommen wird, ist zu sehen, wie die oben erwähnten Komponenten miteinander verbunden werden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind diese Komponenten (Absorberplatte 12, Isolierplatte 42 und Abdeckung 44) zwischen Randstreifen 54 angeordnet und gehaltert. Die Randstreifen bestehen aus einer länglichen Schiene mit rippenartigen Vorsprüngen, welche die Anbringung und Befestigung erleichtern. Jeder Kantenstreifen 54 wird auf die gleiche Länge wie die drei von ihm zu halternden Komponenten gebracht und dient als Außenrahmen auf beiden Seiten des Kollektors 10. Der Streifen 54 hat fünf rippenartige Vorsprünge, die in der Längsrichtung des Streifens verlaufen. Die Isolierschicht 42 ist auf der untersten Rippe 60 abgestützt, während die Absorberplatte 12 direkt über der Isolierschicht bzw. -platte 42 angeordnet ist. Zweite und dritte Rippen 62 dienen zum Festhalten der Isolationsschicht bzw. -platte 42 und der Absorberplatte 12 und verhindern dadurch eine Seitenverschiebung der Platten 42 bzw. 12. Die Abdeckung 44 sitzt auf der Oberseite der vorspringenden Rippe 66 und ist dadurch von der Absorberplatte 12 getrennt. Die oberste Rippe 68 paßt über die Oberseite der Abdeckung und hält letztere in Stellung. Die oberen Rippen 66, 68 bilden eine federartige Passung auf den Rändern 50 der Abdeckung 44 und gewährleisten dadurch eine gute mechanische Verbindung.

Die Randstreifen 54 können aus einer Vielzahl geeigneter Materialien, z. B. Aluminium oder schwarzen,UV-resistenten Polycarbonat extrudiert bzw. spritzgegossen und danach in die gewünschte Länge geschnitten werden.

Die zusammengebauten Sonnenkollektoren sind am Installationsort an eine Basisschiene 70 (Figur 2) angeschlossen. Die Basisschiene 70 besteht aus einem länglichen Aluminiumprofil mit Nuten 72 im Bereich des Fußabschnitts 74, die so ausgebildet sind, daß sie den Streifen 54 im Bereich 60 festlegen. In typischer Anwendung ist die Basisschiene 70 mit der Dachkonstruktion 76 verbunden. In die Schenkel 74 der Basisschiene 70 sind Löcher gebohrt, so daß die Schiene 70 mit Hilfe von Schrauben o.dgl. an der Dachkonstruktion 76 befestigt werden kann. Sobald eine der Basisschienen 70 mit der Dachkonstruktion 76 verbunden ist, wird der Sonnenkollektor 10 in der Nut 72 der Schiene 70 aufgesetzt. Eine zweite Basisschiene 70 wird danach mit der entgegengesetzten Seite des Kollektors 10 verbunden, in Stellung gebracht und mit der Dachkonstruktion 76 verbunden. Zusätzliche Kollektoren können in der gleichen Weise mit der Gesamtanordnung verbunden werden.

Einzelne Kollektoren 10 werden dadurch miteinander verbunden, daß ein Kappenstreifen 78 zwischen Verriegelungsschenkeln 80 eingesetzt wird, die auf der Oberseite der Basisschiene 70 angeordnet sind. In Figur 2 sind die Einzelheiten des Verriegelungsmechanismus in den beiden Schienenteilen zu sehen. Der Schenkel 80 auf der Oberseite der Basisschiene 70 sind aus einem starren Material, vorzugsweise Aluminium hergestellt. An dem Kappenstreifen 78 angeformte Schenkel 82 werden zwischen die Schenkel 80 der Basisschiene 70 eingeführt. Nach dem Eingriff ist der Kappenstreifen 78 auf der Basisschiene 70 in Stellung gehalten, und es ergibt sich eine feste

Arretierung. Um die bauliche Einheit der verschiedenen Komponenten des Kollektors 10 aufrechtzuerhalten, hat der Streifen 78 nach außen vorspringende Arme 79, welche den Streifen 54, die Absorberplatte 12, die Isolationsplatte 42 und die Abdeckung 44 in der gewünschten Stellung halten. Die Arme 79 greifen passend in die Ausnehmung 52 der Abdeckung 44. Ein Lösen kann einfach dadurch erreicht werden, daß der Kappenstreifen 78 in einer der Längsrichtungen aus der Schiene 70 herausgeschoben wird. Der Kappenstreifen 78 ist ein aus einem geeigneten Material bestehendes Spritzgußformteil mit guten mechanischen Festigkeitseigenschaften und der erforderlichen Flexibilität. UV-geschütztes Polycarbonat kann als Material für den Kappenstreifen 78 verwendet werden.

Sobald ein Kollektor 10 zusammengebaut ist, werden dessen Enden mit Sammelschienenkappen 92 versehen. Die Sammelschienenkappe 92 dient dem Schutz der zugehörigen Sammelleitung 14 vor Wärmeverlusten. Die Kappen 92 bestehen aus UV-stabilisiertem Polycarbonat, das lichtdurchlässig ist, um das Aufheizen des Kollektors im Bereich der Sammelschienen zu unterstützen. An der Innenseite der Kappe 92 sind vorspringende Rippen 94 angeformt, die die Sammelleitung 14 in Stellung halten.

Abschlußkappen 96 und 98 sind auf die Enden der Sammelleitungskappe 92 aufgesteckt und dienen zum Abhalten von Staub. Zwei Arten von Abschlußkappen sind erforderlich, wobei der einzige Unterschied darin besteht, daß die eine Endkappe eine Öffnung 100 zur Aufnahme des vorspringenden Nippels 34 an den Einlaß- und Auslaßstellen des Kollektors 10 hat. Die Abschlußkappen 96 und 98 können aus EPDM oder einem anderen geeigneten Material hergestellt, insbesondere gespritzt werden.

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Der zusammengesetzte Sonnenkollektor 10 des bevorzugten Ausführungsbeispiels kann mit einem relativ hohen thermischen Wirkungsgrad betrieben und in Leichtbauweise ausgeführt werden, und zwar unter Verwendung von hitzebeständigen polymeren Materialien. Die beiden Hauptabschnitte des Sonnenkollektors, nämlich das durchsichtige Fenster oder die Abdeckung 44 und die Absorberplatte 12 werden durch Spritzgießen bzw. Extrudieren hergestellt und in die gewünschten Längen geschnitten. Eine UV-Filterschicht 56 wird auf die Abdeckung 44 auflaminiert. Die Absorberplatte ist an jedem Ende mit ebenfalls gespritzten Sammelleitungsrohren 14 verbunden, so daß eine durch die Sonnenstrahlung erhitzte Flüssigkeit durchtreten kann. Ein Vorteil der Erfindung liegt in der Verwendung leicher Materialien, die sich besonders für einfachen Zusammenbau eignen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Verwendung relativ billiger Materialien. Wiederum ein Vorteil der Erfindung ist die einfache Installationsmöglichkeit direkt am Einbauort, und zwar wegen der leichtgewichtigen und den Zusammenbau vereinfachenden Bauweise des Sonnenkollektors 10. Schließlich kann der beschriebene Sonnenkollektor auch auf jede gewünschte Länge vorbereitet und zugeschnitten werden.

Einzelne Sonnenkollektoren können in einem Kollektorfeld mit Hilfe der Kupplungsstücke 84 miteinander verbunden werden. Die auf die gewünschte einheitliche Länge zugeschnittenen Kollektoren 10 werden in Stellung gebracht und an der Sammelleitung 14 unter Verwendung der Kupplungsstücke 84 befestigt, wobei die Kupplungsstücke mit jeder Sammelleitung 14 in der zuvor beschriebenen Weise durch Anbringung der beiden Innen- und Außenflächen des Rohrs eingepaßt werden.

Nach dem Zusammenbau kann die Kollektoranordnung Wasser oder ein anderes geeignetes Strömungsmedium aufnehmen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird Wasser durch die Kollektoren 10 mit konstanter Geschwindigkeit unter Verwendung einer geeigneten Pumpe (nicht

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dargestellt) leitet. Der Flüssigkeitseinlaß 116 ist so angeordnet, daß die Flüssigkeit in jeden Kollektor 10 durch aufeinanderfolgende Sammelleitungsabschnitte 14 nahe des Bodens 112 eintritt. Das Strömungsmittel tritt in das Plenum 18 durch die Öffnung 20 in der Sammelleitung 14 ein, wird von den Ablenkelementen 22 zur Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung durch die Kanäle 16 umgeleitet. Die Flüssigkeit strömt durch die rohrförmige Absorberplatte 12 mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, bis sie das Plenum 18 in der Sammelleitung 14 am oberen Ende 110 des Kollektors 10 erreicht. Das beim Durchfluß durch die Absorberplatte 12 durch Sonnenstrahlung aufgeheizte Wasser tritt durch die Öffnungen 20 in die Sammelleitung 14 nahe des oberen Endes 110 des Sonnenkollektors ein und tritt durch die Sammelleitung 14 und den Auslaß 114 aus. Das aufgeheizte Strömungsmittel wird danach zu einer Quelle zurückgeführt, für die die Wärme bestimmt ist und/oder in der die Wärmeenergie einem Wärmetauschervorgang unterworfen wird. Gegebenenfalls könnte der Kollektor 10 so betrieben werden, daß das Strömungsmedium an der Oberseite 110 eintritt, abwärts strömt und an der Bodenseite 112 austritt.

Ein anderer wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, daß die Materialwahl keinen besonderen Beschränkungen unterliegt. So braucht das Polymer, das für die Absorberplatte verwendet wird, nicht notwendigerweise gegen UV-Strahlung resistent zu sein, da UV-Strahlung

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bereits zuvor ausgefiltert worden ist. Auch braucht das Polymer keine erhebliche strukturelle Stabilität und Festigkeit zu besitzen, da die Konstruktion unter Verwendung von Arretierungsschienen sowie die zuvor beschriebene Ausbildung der Abdeckplatte für ausreichende mechanische Stabilität sorgen. Das für die Abdeckplatte verwendete Material kann irgendein klares, hochstabiles Polymer sein, dessen Widerstandsfähigkeit gegen UV-Strahlung ohne Bedeutung ist, da die UV-Strahlung am Filter ausgefiltert wird. Das UV-Material wird auf die Oberseite der Abdeckung aufgebracht. Eine Vielzahl von Materialien und Überzüge mit UV-Filterungseigenschaften oder anderen Sperreigenschaften sind anwendbar, ohne daß diese Materialien eine übermässig große Festigkeit haben müssen, da die Stabilität durch die Abdeckung selbst gewährleistet ist.

Claims

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Ramada Energy Systems, Inc.

Ansprüche

f1J Sonnenkollektor mit einer oberen Abdeckschicht aus einem klaren, transparenten Material, einer zentralen, strömungsmittelführenden Absorberplatte, in der die Sonnenstrahlung absorbiert und zu dem Strömungsmittel übertragen wird, und einer unteren Schicht aus einem isolierenden Material, das eine thermische Barriere bildet, dadurch gekenn zeichnet , daß die obere Abdeckschicht (AA) aus einem für die Sonnenstrahlung durchlässigen Kunststoffmaterial besteht und mehrere in Längsrichtung verlaufende Kanäle (A8) enthält, daß die Absorberplatte (12) in Längsrichtung verlaufende Kanäle (16) enthält, die zum Transport des Strömungsmittels von einem zum anderen Ende der Platte dienen, daß ferner eine das Strömungsmittel in die Kanäle (16) der Absorberplatte (12) richtende und aus diesen abführende Sammelleitungsanordnung (IA) mit einem nach außen gerichteten Plenum (18) vorgesehen ist, das mit jedem Ende der Absorberplatte (12) im Anschluß an die Kanäle (16) verbunden ist, daß entlang der Seitenränder der Abdeckschicht (AA), der Absorberplatte (12) und der unteren Isolierschicht (A2) Befestigungsmittel (5A, 78) vorgesehen sind, welche an den Seitenrändern angreifen und die Abdeckschicht, die Absorberplatte und die Isolierschicht in einer vorgegebenen Konfiguration festhalten, und daß die Befestigungsmittel (5h, 78) zum Positionieren und Befestigen des Sonnenkollektors.(10) an einer Trägerkonstruktion (76) mit Schienenbauteilen (70) verbunden sind.

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2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der der oberen Abdeckschicht (AA) zugeordneten Kanäle größer als die Querschnittsfläche der in der Absorberplatte (12) ausgebildeten Kanäle ist.
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der oberen Abdeckschicht (AA) eine Dünnschicht (56) aus einem UV-Schutzmaterial angeordnet ist.
A. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel einen starren Materialstreifen (5A) aufweisen, von dem mehrere, an den Schichten bzw. Platten (A2, 12, AA) angreifende Rippen (60 ... 68) vorspringen.
5. Sonnenkollektor nach' Anspruch A, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schienenbauteil (70) eine längliche Nut (72) begrenzt und der Streifen (5A) in die Nut (72) eingesetzt ist.
6. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Isoliermaterial (A2) mit einer dünnen Metallschicht überzogen ist.
7. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Sonnenkollektoren (10) miteinander verbunden sind.
8. Sonnekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberplatte (12) aus im wesentlichen opakem Kunststoff besteht.
9. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Abdeckschicht (AA) und die Absorberplatte (12) aus einem extrudierten thermoplastischen Material bestehen.
10. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungsanordnung (IA) Ablenkmittel (22) zum Ablenken des Strömungsmittels bei dessen Austritt aus der Sammelleitung aufweist.
11. Sonnenkollektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkmittel (22) in dem Plenum (18) angeordnet sind.
12. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäusebauteil (92) um die Sammelleitungsanordnung (IA) herumgelegt ist und Mittel (9A) zum Ausrichten der Sammelleitung enthält.
13. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß längliche Kappenstreifen (78) in jedem Schienenbauteil (70) derart angeordnet sind, daß sie den Kollektor (10) in seiner Sollstellung zuverlässig festlegen.