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Diese Patent- und Gebauchsmusterschutzanmeldung hat zur Grund=
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lage die Entwicklung eines Absorbers welcher sowohl im Kollektorwie
im Gewächshausbau zur Wärmeenergiegewinnung eingesetzt werden kann.
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Der Absorber ( Fig.1 ) ist dadurch gekennzeichnet,daß er von einer
Wärmeträgerflüssigkeit ( nachfolgend WTF genannt ) durch= flossen wird,die aus Glykol
besteht dessen Siedepunkt höher als 130 Grad Celsius und dessen Stockpunkt niedriger
als minus 30 Grad Celsius beträgt.
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Um mindestens 60 ß der einfallenden Sonnen- bzw. Globalstrahlung in
Wärmeenergie umzuwandeln, ist der WTF ein aus Aluminium-Partikeln bestehender Zusatz
als absorbierendes Mittel für die einfallende Globalstrahlung beigefügt.Die Partikelgröße
ist kleiner als 4 Mikrometer für den Basiszusatz, und kann,wie noch zu beschreiben
ist,durch andere Größen angereichert werden.Die Zusatzmenge beträgt mindestens 4
Volumenprozente.
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Zur Verhinderung von Korrosion und chemischen Reaktionen durch di
Alu-Partikel mit Wasser,welches in die WTF eindringen kann,ist de WTF ein Inhibitor
von mindestens 2 Volumenprozente zugesetzt.
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Kollektoren deren Absorber aus mindestens einer,der Sonnenseite zugewandten
Seite,durchsichtigen flachen Fläche bestehen, sind mehrfach auf dem Markt erschienen.
Jedoch in keinen der bekannt gewordenen Veröffentlichungen,waren diese Absorber
sowohl für den Einsatz im Kollektor- wie auch Gewächshausbau einsetzbar.Kollek=
toren deren Absorberelemente beidseitig aus Glas bestehen,sind in der Literatur
beschrieben ( Fachhochschule Bübeck ) aber aufgrund der durch die Erwärmung der
WTF auftretenden mechanische Spannugen in den Glasflächen,konnte die Seitenlänge
eines Ab= sorbers 15 cm nicht überschreiten.Für den Gewächshausbau waren auch diese
Absorber nicht einsetzbar.
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Die vorliegende Patent- und Gebrauchsmusterschutzanmeldung behebt
diese Mängel.Die Abmessungen der Absorber finden nur ihre Be= grenzung in die für
den Gewächshausbau vorgegebene Normaße.
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Soweit als durchsichtiges Material Glas verwendet wird, wird,in der
hier vorliegenden Patent- und Gebrachsmusterschutzanmeldung, Floatglas verwendet.Floatglas
wird in anderen Kollektoren nur als lichtdurchlässige Abdeckung verwendet,nicht
jedoch für den Absor= ber selbst,wenn sie in dem für den Gewächshausbau notwendigen
IIaBe bzw. Abmessungen sein sollen.
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Die Verwendung von durchsichtigem Material als Absorber hat den Vorteil,daß
mindestens 8 ç mehr an Sonnen- bzw. Global strahlung zur Umwandlung in Wärmeenergie
zur Verfügung steht,weil an jeder optischen Oberfläche 4 J der Einstrahlung als
Reflexion verloren geht.Reflexionsverluste innerhalb des durchsichtigen Materials
sind hierbei noch nicht berücksichtigt.
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Durch den Einsatz von Glykol als WTF mit mindestens 4 %iger Anreicherung
von Alu-Partikel,wird der Brechungsindex dieser WTF derart beeinflußt, daß eine
Reflexion von Wärmestrahlungen, in Verbindung mit der der Sonnenseite zugewandten
lichtdurch= lässigen Scheibe,weitestgehend verhindert wird.Eine zusätz= liche isolierende
lichtdurchlässige Scheibe oder Folie,der Sonnenseite zugewandten Seite, ist somit
nicht erforderlich.
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Eine Vorführung unter Beobachtung von wissenschaftlichen Mitarbeitern
des Institutes für Technik im Gartenbau und Landwirtschaft Der Universität Hannover
bestätigt die Richtigkeit der o.a. Behauptung.Der Absorber war ( wie in Fig. 1 aufgezeichnet
) auf freiem Feld,auf einem Holz= gestell,bei einer mittleren Höhe von Im aufgestellt.
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Aufstellort: Hamburg-Bergedorf,Auf der Böge 40 Aufstelltag: 1. Nov.
1983 Aufstellwlnkel des Absorber: ca. 30 Grad Außentemperatur: 80 C um 11,00 Uhr
Windstärke: 5 Windgeschwindigk.: 8 m/sec.
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Globalstrahlung: 690 Watt/m2 WTF: 10 ltr.
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Absorber wie auch WTF waren nicht isoliert untergebracht! Somit Temperatur
der WTF bei Beginn der Vorführung ebenfalls 8 Grad Celsius.
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Erwärmung der WTF nach 15 min Umlauf: 17°C Erwärmung der WTF nach
30 min Umlauf: 25 C danach nicht weiter ansteigend.
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Ein weiterer Vorteil dieser WTF ist ihre hohe Energieabgabe im Wärmetauscher.Sie
liegt,gemessen zwischen Vor- und Rücklauf am Wärmetauscher, zwischen hT 6 K bis
35 K.Die mittlere Temperaturdifferenz beträgt 12 K. Sie hängt ab von der umgewan;
delten Wärmeenergie,dem Temperaturgefälle zu der dem Wärme= tauscher umgebenden
Temperatur des Speichermediums (in der Rgel Wasser) und die Durchsatzmenge der WTF.
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Beim Einsatz des Absorbers zur Wärmegewinnung im Gewächshausbau, müssen
folgende Punkte beachtet werden und die von dem hier vorliegenden Gegenstand der
Patent- und Gebrauchsmusterschutz= anmeldung erfüllt werden Die beiden durchsichtigen
Scheiben des Absorbers ( Fig.1 ) müsse: wenn sie im Gewächshausbau eingesetzt werden,aus
Gründen der hohen Temperaturbelastung,aus Floatglas sein.
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Die Klebe- und Dichtmaterialien müssen W-beständig sein.
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Die W2F,wenn sie im Gewächshausbau zur Wärmegewinnung eingesetzt wird,muß
folgende Eigenschaften aufweisen: Hohe Strahlungsdurchlässigkeit bei der photosynthetischen
aktiven Strahlun (im Bereich von 4on~7no Nanometerß
Hohes Absorptionsvermögen
im Nahen Infrarot ( im Bereich von 700-3000 Nanometer ).
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Niedrige Oberflächenspannung der WTF,um keine Rückstände bzw.
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Schlieren durch die WTF auf der unteren Scheibe des Absorbers zu hinterlassen,wenn
die Pumpe für die WTF abgeschaltet wird und die restliche WTF im Absorber nach unten
abfließt.Rück= stände auf der unteren Scheibe würde die Durchlässigkeit im photosynthetischen
Spektralbereich vermindern.
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Die WTF muß auch einen hohen Siedepunkt haben ( über 1300C ), um Dampfbildung
durch Erwärmung zu vermeiden und so ein Beschlagen der oberen,d.h. der der Sonne
zugewandten Scheibe, zu verhindern.Das würde sonst wiederum eine Herabsetzung der
Durchlässigkeit im photosynthetischen Spektralbereich zur Folge haben und damit
eine Behinderung des Pflanzenwachstums hervor= rufen.
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Somit muß die WTF für den Einsatz im Gewächshausbau in der Anreicherung
durch Alu-Partikel abweichen von dem für den Ein= satz in normalen Kollektoren.
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Für den Einsatz der WTF im Gewächshausbau muß die WTF wie folgt zusammengesetzt
sein: Glykol: 94 Volumenprozente Alu-Partikel kleiner als 4-Mikrometer t- 2 Alu-Partikel
20;40 Mikrometer: 2 Inhibitor: 2 Die Angaben für die Alu-Partikel sind Idindestmengen
und können sich abhängig vom Standort des Gewächshauses wegen der unter= schiedlichen
durchschnittlichen Jahres-Globalstrahlung noch erhöhen.Eine höhere Globalstrahlung
im Jahresdurchschnitt er= laubt auch eine höhere Anreicherung mit Alu-Partikel.
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Für den Einsatz im Kollektor muß die WTF wie folgt zusammen= gesetzt
sein: Glykol: 94 Volumenprozente Alu-Partikel kleiner als 4 Slikrometer: 4 Inhibitor:
2 Da der Absorber seine WTF von oben eingefüllt erhält,läuft diese leer,wenn die
Pumpe für die WTF abgeschaltet wird.Deshalb kann bei Einsatz dieses Systems auf
Ausdehnungsgefäße ver= zichtet werden.Ein Überhitzen der WTF ist bei Ausfall der
Pumpe ebenfalls nicht möglich,da auch hierbei der Absorber leer läuft.
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Patentbeschreibung.
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Nachbesserung Seite 4 Fig.1 zeigt den Absorber,der aus einem Aluminiumrahmen
besteht, auf dem sandwichartig zwei Scheiben ( Fig.1 Pkt. 2 ) aus durch= sichtizem
Material,mittels einer W-beständigen Dicht-und Klebe= masse ( Fig.1 Pkt 3 ) miteinander
verbunden,aufgebracht sind.
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Wird der Absorber zur Wärmeenergiegewinnung im Gewächshaus ein= gesetzt,so
bestehen beide Scheiben aus Floatglas.Wird der Absorber im Kollektor eingebaut,so
bestehen beide Scheiben aus durch= sichtigem Material mit gleichem Ausdehnungskoeffizienten.
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In jeder 3reit- bzw. Stirnseite des Absorbers sind mindestens je zwei
Einlauf- bzw. Auslaufbuchsen ( Fig.1 Pkt 4 ) angebracht, wobei die Buchsen aus einem
elektrisch hochohmigen Kunststoff bestehen müssen,um eventuelle Kontaktkorrosion
zwischen den An= schlußstücken ( Fig. 1 Pkt. 5+6 ) die aus Metall sind, und dem
Aluminiumrahmen zu vermeiden. Die Anschlußstücke ( Fig.1 Pkt 5+6 ) werden in die
Kunststoffbuchsen eingesetzt.
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Der Zulauf für die Wärmeträgerflüssigkeit befindet sich im oberen
Teil des absorbers ( Fig.1 Pkt 7 ).Um ein gleichmäßiges Verteilen der Wärmeträgerflüssigkeit
auf der unteren Fläche zu erreichen, sind eine Anzahl kleiner Bohrungen Fig.1 Rrt
8 ) in den Rahmenteil ( Fig.1 Pkt 7 ) angebracht.
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Fig 2 zeigt noch einmal den oberen Rahmenteil der Fig.1 Pkt 7 in der
Schnittzeichnung ( Fig.2 Pkt 7) mit einer Bohrung ( Fig.2 Pkt 8 ) und das eingeklebte
Kunststoffrohr ( Fig.2 Pkt 4 ) wie schon unter Fig.1 Pkt. 4 als Einlauf- bzw. Auslaufbuchsen
bezeichnet sind.
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Fig.2 Pkt. 9 zeigt den unteren Teil des Rahmens in der Schnitt= zeichnung
für den Abfluß der Wärmeträgerflüssigkeit,wobei die Kunststoffbuchse ( Fig.2 Pkt.
4 ) durch den Rahmen durchgehend eingesetzt ist.
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Fig. 3 zeigt in der auseinandergezogenen Zeichnung ( Explosions= zeichnung
) die Einzelteile des Kollektors.
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Die Wanne ( Fig.3 Pkt. 10 ) ist ;s nichtrostendem material gefertigt.In
die Wanne wird eine wärmeisolierende Matte ( Fig.3 Pkt. 11) eingelegt,das auf seiner,dem
Absorber zugewandten Seite, eine Aluminium-Folie ( Fig.3 Pkt 12 ) aufgetragen erhält.Die
Aluminium-Folie ist in Grobkornausführung der Reflexion des gesam= ten Spektralbereiches.Auf
diese,mit der Aluminium-Folie versehenen Isolationsmatte,wird der Absorber ( Fig.3
Pkt 13 ) gelegt,und der dann noch freigeblieb ene Raum zwischen Isolationsmatte
und der Wanne wird mit zusätzlichem Isolationsmaterial ausgefüllt.
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Zum Schluß wird die Endabdeckung ( Fig.3 Pkt. 14 ) die aus dem gleichen
Material wie die Wanne( Fig.3 Pkt.10 ) besteht aufgesetzt und durch Verkleben, Verschweißen,Verlöten
oder Vernieten mit der Wanne verbunden.
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Der Schurz ( Fig.3 Pkt. 15 ) dient der Wasserableitung,wenn der Kollektor
integriert mit der Dachabdeckung auf dem Dach ange= bracht wird. Die seitliche Wasserableitung
an den äußeren Kollektoren einer Kollektorgruppe,sowie auch die Wasserableitung
an den Kopfenden aller Kollektoren,wird in üblicher Weise durch ableitbleche vorgenommen.
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Fig.4 zeigt einen Kollektor von der Untenansicht mit seinen Be= festigungswinkeln
(Fig.4 Pkt.16 ) zum Einhängen an Dachlatten oder sonstige dafür angebrachte Verstrebungen.
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Fig.4 Pkt. 17 zeigt einen Blechstreifen,der in der Mitte des Blechstreifens
mit der Wanne befestigt ist.Das erlaubt eine höhere Variabilität bei der Montage
und der Befestigung des Kollektors an seinem unteren Teil.
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Das Blech könnte einmal so gebogen sein wie es das Beispiel ( Fig.4
Pkt. 18) zeigt. Eine andere Möglichkeit der Befestigung wäre mit dem oberen Teil
des Blechstreifens ( Fig.4 Pkt. 17+18 ) oder in der Mitte des Blechstreifens,wo
sich die Befestigung des Blechstreifens mit der Wanne befindet.
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Die Öffnungen ( Fig.4 Pkt. 19 ) sind die Bohreungen für die Leitungsanschlüße.
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Somit zeigt Fig. 4 in seiner Gesamtheit eine von mehreren Mög= lichkeiten
der l ichten,schnellen und damit kostengünstiger Befestigung.
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Fig.5 zeigt mit seiner Prinzipzeichnung die Montagemöglichkeiten von
mehreren Kollektoren.
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Um den Eintritt von Regen- und Schmelzwasser zwischen den Kollek=
toren zu verhindern,wird ein Dichtungsband ( Fig.5 Pkt. 20 ) zwischen den Kollektoren
gelegt.Außerdem hat das Dichtungsband die Aufgabe posetive und negative Ausdehnungen
der Kollektoren= gehäuse auszugleichen.
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Eine wetterbeständige Dichtungsmasse ( Fig.5 Pkt. 21 ) gibt zusätzliche
Sicherheit gegen das Eindrigen von Feuchtigkeit.