DE3390005T1

DE3390005T1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE3390005T1
Application number: DE19833390005
Authority: DE
Inventors: Carl Robert Torekov Sundquist
Original assignee: SUN STAR SYSTEMS AB
Current assignee: SUN STAR SYSTEMS AB
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1983-05-26
Publication date: 1984-09-06
Also published as: GB2138933B; SE434186B; EP0109425B1; GB2138933A; WO1983004299A1; DE3390005C2; EP0109425A1; AU567025B2; ES272464Y; IT1167179B; ZA833444B; CA1214698A; IT8321229A0; GB8401980D0; NL8320164A; ES272464U; US4538592A; SE8203281L; AU1602883A; JPS59501020A

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit einer Trägerplatte, einer transparenten Abdeckplatte, die an ihrem Randabschnitt mit der Trägerplatte verbunden ist, und einem zwischen der Trägerplatte und der Abdeckplatte eingeschlossenen Absorberelement, wobei die Trägerplatte aus einem Fasermaterial mit einem hitzehärtbaren Bindemittel warmgepreßt ist und einen im wesentlichen ebenen Bodenteil sowie einen Randteil aufweist, der unter einem Winkel in bezug auf den Bodenteil verläuft und mit diesem einstückig ausgebildet ist.

Bisher sind mehrere Arten von Sonnenkollektoren bekannt, bei denen das Wärmetransport-Medium üblicherweise Wasser ist, dem häufig ein Frostschutzmittel zugegeben wird. Andere verwendete Medien sind Luft, öl, Freon usw.

Handelt es sich bei dem Wärmetransport-Medium um eine Flüssigkeit, so strömt diese üblicherweise in einem innerhalb der Absorberplatte ausgebildeten Kanalsystem, und in anderen Fällen erfolgt die Strömung, in mit Flanschen ausgestatteten Rohren. Das Kanalsystem für die Flüssigkeit besteht üblicherweise aus Metall oder Kunststoff. Wird als Wärmetransport^Medium Gas verwendet, so strömt es im allgemeinen oberhalb oder unterhalb der Absorberplatte, und in gewissen Fällen auf beiden Seiten der Absorberplatte. In einigen bekannten Fällen erfolgt die Strömung durch öffnungen, Schlitze oder dergleichen in der Absorberplatte. In anderen Fällen erfolgt das Durchströmen von Luft durch diagonal angeordnete Metall- oder Glasblätter, die den Absorber bilden. In einem weiteren Fall ist der Absorber ein

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schwarz getöntes Netz oder grobmaschiges Stofftuch, das in einem Rahmengestell gespannt ist, in welchem das Wärmetransport-Medium durch den Absorber strömt.

δ Ein kennzeichnendes Merkmal der meisten Ausführungsformen von Absorbern, in denen Wärme in ein gasförmiges Medium übertragen wird, besteht darin, daß das Absorberelement eine große dem Medium ausgesetzte Wärmetauscherfläche besitzt, die häufig der Fläche der Glas-Abdeckplatte gleicht oder dem bis zu 4- bis 5-fachen dieser Fläche entspricht. In Sonnenpanelen, in denen das Wärmetransport-Medium ein Gas ist, besteht das größte Problem darin, einen solchen Aufbau zu erhalten, bei dem die erforderliche Wärmeübertragung bei einer sehr geringen Übertemperatur des Absorbermaterials erhalten wird.

Wenn dies erreicht werden kann, so ist es wahrscheinlich, daß man einen hohen Wirkungsgrad erzielt.

Unabhängig von dem Wärmetransport-Medium werden die meisten Sonnenkollektoren in der Regel aus einem Metal1-blech-Kastenaufbau hergestellt, der häufig als Stabilisierungsteil einen Aluminiumrahmen besitzt, und in anderen Ausgestaltungen wird ein kanalförmiges Bauglas verwendet, welches an einem Metallblech-Kastenaufbau befestigt wird. Dann wird in diesen Kastenaufbau üblicherweise ein Isoliermaterial eingefügt, um die Wärmeverluste aus dem Sonnenkollektor zu verringern.

Ein allgemeines Merkmal dieser Bauarten besteht darin, daß sie mehrere Punkte aufweisen, an denen die Wärmeübertragung in die Umgebungsluft aufgrund sogenannter "Kältelöcher" groß ist. Ein weiteres Merkmal der Bauarten ist der große Arbeite- und Maschinenaufwand bei der Herstellung, welcher die Herstellungskapazität herabsetzt und zu hohen Produktionskosten führt. Die Kostenverteilung bei derzeit hergestellten Sonnen-

kollektoren ist so, daß von den Gesamtkosten des Sonnenkollektors die Kosten für den Absorber etwa 25 %, die für die Schutzglasabdeckung etwa 15 % und die für die Trägerplatte und die Isolierung etwa 60 % ausmachen, be-

rechnet pro m . Dies ist unabhängig davon, ob als Wärmetransport-Medium ein Gas oder eine Flüssigkeit verwendet wird.

Die Kosten pro Flächeneinheit derzeit hergestellten Sonnenkollektoren sind hoch. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Sonnenkollektor zu schaffen, bei dem die zu seiner Herstellung benötigten Material- und Arbeitskosten im Vergleich zu den derzeit verwendeten Sonnenkollektoren wesentlich verringert werden können. Diese Aufgabe wurde bei einem Sonnenkollektor der eingangs erwähnten Art gelöst, welcher erfindungsgemäß allgemein dadurch gekennzeichnet ist, daß das Maß der Verdichtung des Materials der Trägerplatte an unterschiedlichen Teilen der Trägerplatte im Hinblick auf Festigkeits- und Wärmeisolierungsanforderungen variiert, wobei das Material an Teilen mit hoher Wärmeisolierungsanforderung zu einem geringeren Maß verdichtet ist und eine größere Dichte aufweist, und an Teilen mit hoher Festxgkeitsanofrderung zu einem größeren Maß verdichtet ist und eine geringere Dicke besitzt.

Im folgenden wird die Erfindung näher beschrieben unter ,

Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, von denen 30

Fig. 1 bis 3 diagrammähnlich unterschiedliche Ausführungsformen eines Sonnenkollektors veranschaulichen, bei dem Gas als Erwärmungsmedium verwendet wird, 35

Fig. 4 und 5 Absorberteile von Gasmedium-Sonnenkollektoren zeigen,

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Fig. 6 bis 8 unterschiedliche Ausführungsformen mit

einem flüssigen Erwärmungsmedium zeigen,

Fig. 9 und 10 unterschiedliche Ausführungsformen der Trägerplatte zeigen,

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht und einen

Querschnitt entlang deren Linie A einer Anlage zeigen, in der gleiche oder ähnliehe Teile der verschiedenen Ausführungs

formen die gleichen Bezugszeichen tragen, und

Fig. 12 eine Querschnittansicht eines Teiles des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors zeigt.

Der in den Figuren 1 bis 3 im Querschnitt gezeigte Sonnenkollektor besitzt eine Glasdeckplatte 1, einen Absorber 2, eine Trägerplatte 3 und eine Rand-Klemmvorrichtung 4.

Figuren 4 und 5 sind Querschnittansichten von Absorberelementen für ein gasförmiges Erwärmungsmedium, mit einer Absorptions- und Wärmetauscherschicht 5, einem Strömungsverteilungsmaterial 6 und einer Verbindungs-Bodenschicht 7.

Die in den Figuren 6 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiele für ein flüssiges Wärmetransport-Medium enthalten eine Absorber tschicht 8, einen Flüssigkeits-Durchgang 9 und einen Wärmeübertragungsflansch 10. Alternative Ausgestaltungen sind durch gestrichelte Linien dargestellt.

Figuren 9 und 10 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen der Trägerpanele. Die Aüsführungsform nach

Figur 9 ist für ein flüssiges Medium bestimmt, die nach Figur 10 für ein Gas. Die dargestellten Ausführungsformen enthalten eine Faserhalteschicht 11, ein isolierendes Grundfasermaterial geringer Dichte 12a und hoher Dichte 12b, eine Wetterschutz-Oberflächenschicht 13 und Verbindungsöffnungen 21 für Erwärmungsmedien. Die in Figur 11 gezeigte Gasmedium-Anordnung enthält Sonnenkollektoren 14, Kantenstreifen 15, ein Rahmengestell 17, eine zusätzliche Isolierung 18, eine Bodenabdeckung 19, eine Verbindungshalterung 20 für das Außendach sowie Verbindungsöffnungen 21 für Erwärmungsmedien.

Erfindungsgemäß ist die Trägerplatte 3 des Sonnenkollektors aus einem Fasermaterial wie beispielsweise ver- streckten Fasern, Kunststoff-, Mineral- oder Naturfasern, wie z.B. Kokosfasern, die zusammen mit einem Bindemittel bei hoher Temperatur und unter Druck warmgepreßt werden können, um Bereiche hoher Dichte 12b und gleichzeitig Bereiche mit geringer Dichte 12a zu erhalten. Auf diese Weise ist es möglich, eine Trägerplatte mit harten und starken Kanten sowie Tragpunkten für Verbindungsöffnungen und dergleichen zu erhalten, und gleichzeitig Boden- und Seitenwände mit geringerer Dichte und demzufolge besseren Isoliereigenschaften zu erhalten. Auf ihrer Innenseite besitzt die Trägerplatte eine sehr dünne Halteschicht 11 aus beispielsweise Kunststofffasermaterial hoher Temperaturbeständigkeit, damit verhindert wird, daß sich die Fasern lösen und eine Verschmutzung innerhalb des Kollektors bilden.

Auf ihrer Außenseite besitzt die Trägerplatte eine Schutzschicht 13, die als Schutz gegenüber der Atmosphäre und außerdem gegenüber mechanischer Beschädigung dient. Diese Schicht kann ein Blatt aus Metall oder aus PVC oder einem anderen Harzmaterial sein, das in Verbindung mit dem Warmpressen aufgebracht wird. Die Ver-

bindungsöffnungen 21 für das Erwärmungsmedium werden
auch während dieser Verarbeitungsstufe ausgebildet.

Im Fall eines gasförmigen Wärmetransport-Mediums ist
das Absorberelement 2 des Sonnenkollektor aus einem
ähnlichen Material hergestellt. Das Element 2 enthält vorzugsweise eine absorbierende Schicht 5 aus einem
sehr fein strukturierten Material wie z.B. Glasfasern aus schwarzem Glas, schwarzen Kunststoffasern, schwarzem, fein strukturiertem Aluminiumfilz mit einer Beschichtung aus einem selektiv absorbierenden Anstrich.
Solches Material besitzt eine sehr große Wärmeübergangsfläche, wenn Luft durch die Schicht geleitet wird. Um diese Funktion zu erreichen, muß der Luftstrom gleichmäßig über die gesamte Fläche verteilt werden, und die Konstruktion muß so stabil sein, daß sie nicht zusammenfallen oder sich absetzen kann. Dies wird dadurch erreicht, daß der Körper des Absorberelements aus einem Fasermaterial derselben Art hergestellt wird wie die oben beschriebene Trägerplatte. Dieses Material besitzt einen Strömungs-Ausgleichseffekt, da der Druckabfall des Gases in Querrichtung des Materials etwa
10-mal so groß ist wie in den oberhalb und unterhalb des Absorberelements 2 gebildeten Durchgängen. Dessen ungeachtet kann der Druckabfall der gesamten Anordnung auf einem so geringen Wert wie etwa 5 bis 15 Pa gehalten werden. Auf der Unterseite des Absorberelements ist ein sehr dünnes hitzebeständiges Gewebe 7 aufgebracht, um das Ablösen von Fasern zu verhindern und einen gewissen "Sandwich-Effekt" zu erhalten.

Ein Absorberelement 2 der oben beschriebenen Art hat
die folgenden vorteilhaften Eigenschaften:

- geringes Gewicht; etwa 0,5-0,7 kg/m t

- geringe Ubertemperatur im Vergleich zur Ausgangstemperatur des Sonnenkollektors,

* 40 4.

- gleichmäßge Strömungsverteilung über der Fläche, - geringe Wärmekapazität, wodurch der Sonnenkollektor rasch auf Schwankungen der einfallenden Sonnenstrahlung reagiert.
5

Erfindungsgemäß kann die Trägerplatte 3 in Verbindung mit den meisten verschiedenen Wärmetransport-Medien verwendet werden, z.B. mit Luft, Wasser, öl, Freon, usw.

Figuren 6 bis 8 zeigen Beispiele verschiedener Arten von Absorberelementen, die in dem Sonnenkollektor verwendet werden. In sämtlichen dargestellten Fällen wird die in dem Körper des Sonnenkollektors gespeicherte Wärmemenge niedrig gehalten, aufgrund der Tatsache, daß der spezifische Wärmeinhalt des Materials niedrig und das Gesamtgewicht gering ist, und die Trägerplatte keine "Kältelöcher" besitzt.

Die Glasdeckplatte 1 kann aus gewöhnlichem Glas oder Hartglas, einfach oder doppelt, bestehen. Es können außerdem verschiedene Arten von einfachem oder doppeltem Kunststoffglas verwendet werden, da die Trägerplatte relativ elastisch ist und Bewegungen des Glases ohne Ausbildung von Spannung zu folgen vermag.

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Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor ist zu betrachten als ein Bauelement einer vollständigen Solar-Heizanlage, und die Menge von für verschiedene Anwendurigszwecke benötigter Sonderisolierung 18 bestimmt sich nach Maßgäbe der Betriebstemperatur des Systems. Im Fall von hohen Temperaturen sollte diese Schicht etwa 100-150 mm betragen, im Fall von Warmwasseraufbereitung im Haushalt kann die Schicht 0-50 mm betragen. Wenn der Sonnenkollektor in einer Schwimmbad-Heizanlage verwendet wird, ist keine Sonderisolierung notwendig, diese ist auch im Fall der Aufheizung von Belüftungsluft nicht notwendig. Die

Die Abmessungen des Träger-Rahmengestells 17 sollten dementsprechend ausgewählt werden. Der Streifen 15 und die Halterung 20 sind ebenfalls an dem Rahmengestell 17 befestigt.

Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor ist gekennzeichnet

durch geringes Gewicht, etwa 7-12 kg/m ,und er kann daher ohne technische Schwierigkeiten in Form großer Modulen produziert werden.

Die Trägerplatte 3 ist als ein einstückiges, durchgehend geformtes Element ausgebildet, an dem die Glasdeckplatte 1 mit Hilfe der Rand-Klemmvorrichtung befestigt wird, welche sich über den Umfang des Elements erstreckt.

Zwischen die Glasdeckplatte und die Trägerplatte wird eine Dichtmasse oder eine Dichtung gebracht. Das Absorberelement 2 wird an der Trägerplatte 3 mit geeigneten Mitteln befestigt, beispielsweise mit Hilfe eines Bindemittels. Die Trägerplatte kann auch mit einer ümfangsausnehmung 22 ausgestattet sein, in der die Glasdeckplatte 1 mit Hilfe eines Bindemittels befestigt wird (Figur 12).

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1/ Sonnenkollektor, mit einer Trägerplatte, einer transparenten Abdeckplatte, die an ihrem Randabschnitt mit der Trägerplatte verbunden ist, und einem zwischen der Trägerplatte und der Abdeckplatte eingeschlossenen Absorberelement, wobei die Trägerplatte aus einem

Fasermaterial mit einem hitzhärtbaren Bindemittel warmgepreßt ist und einen im wesentlichen ebenen Bodenteil sowie einen Randteil aufweist, der unter einem Winkel in bezug auf den Bodenteil verläuft und mit diesem
einstückig ausgebildet ist, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß das Maß der Verdichtung des

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Materials der Trägerplatte an unterschiedlichen Teilen der Trägerplatte im Hinblick auf Festigkeit- und Wärmeisolierungsanforderungen variiert, wobei das Material an Teilen mit hoher Wärmeisolierungsanforderung zu einem geringeren Maß verdichtet ist und eine größere Dicke besitzt, und an Teilen mit hoher Festigkeitsanforderung zu einem größeren Maß verdichtet ist und eine geringere Dicke besitzt.
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Fasermaterial der Trägerplatte in deren Bodenteil zu einem geringeren Maß komprimiert ist und eine größere Dicke besitzt, und an deren Randteil zu einem größeren Maß verdichtet ist und eine geringere Dicke besitzt.
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Fasermaterial der Trägerplatte Vlies-, Bambus-, Kokos-, Mineral- oder Kunststoffasern aufweist.
4. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte einen mit ihrer Oberfläche verbundenen feuchtigkeitsschützenden überzug aufweist.
5. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Absorberplatte aus einem Fasermaterial warmgepreßt ist, das eine Oberflächenschicht aus wärmeabsorbierendem Material besitzt.

KAIXB KLUNKER SCHMITT-NILSON.HIRSCH "· -ίΆΤΕΝΊΆΝΨΑΕΓΕ

EUROPEAN BVTENTATTORNEYs

SUN STAR SYSTEMS AB

Sturegatan 46

S-114 35 Stockholm, Schweden

Sonnenko1lektor

GEÄNDERTE PATENTANSPRÜCHE

(vom International Büro empfangen am 14. November 1983 (14.11.83), die ursprünglichen Ansprüche 1 bis 5 werden ersetzt durch die geänderten Ansprüche 1 bis 4)

■ 1. Sonnenkollektor, mit einer Trägerplattem einer transparenten Abdeckplatte, die an ihrem Randabschnitt mit der Trägerplatte verbunden ist, und einem zwischen der Trägerplatte und der Abdeckplatte eingeschlossenen Absorberelement, wobei die Trägerplatte aus einem Fasermaterial mit einem hitzehärtbaren Bindemittel wamrgepreßt ist und einen im wesentlichen ebenen Bodenteil sowie einen Randteil aufweist, der unter einem Winkel in bezug auf den Bodenteil verläuft und mit diesem einstückig ausgebildet ist, dadurch g e k e η η -

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zeichnet, daß das Maß der Verdichtung des Materials der Trägerplatte an unterschiedlichen Teilen der Trägerplatte im Hinblick auf Festigkeits- und Wärmeisolierungsanforderungen derart variiert, daß das Material an Teilen mit hoher Wärmeisolierungsanforderung, d.h. im Bodenteil der Trägerplatte, zu einem geringeren Maß verdichtet ist und eine größere Dicke aufweist, und an Teilen mit hoher Festigkeitsanforderung, d.h. in ihrem Randteil, zu einem größeren Maß verdichtet ist und eine geringere Dicke aufweist.

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß das Fasermaterial der Trägerplatte in deren Bodenteil zu einem geringeren Maß komprimiert ist und eine größere Dicke besitzt, und an deren Randteil zu einem größeren Maß verdichtet ist und eine geringere Dicke besitzt.

3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial der Trägerplatte Vlies-, Bambus-, Kokos-, Mineraloder Kunststoffasern aufweist.

4. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte einen mit ihrer Oberfläche verbundenen feuchtigkeitsschützenden überzug aufweist.