DE3601874C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor, insbesondere mit Luft als Wärmeträger, mit seitlichen Isolierwänden und einer rückwärtigen Isolierwand, einem zur Vorderseite zeigenden Absorber und einem zwischen Absorber und rückwärtiger Isolierwand gebildeten aus einer Vielzahl von Einzelelementen zusammengesetzten Raum für einen strömenden Wärmeträger, wobei die Einzelelemente aneinandergereiht eine plane, zur Vorderseite zeigende Absorber-Oberfläche und zur Rückseite Kammern bilden, an deren Kammerwänden der Wärmeträger überwiegend beidseitig entlang leitbar ist.

Sonnenkollektoren sind in vielfachen Ausführungsformen bekannt. Üblicherweise ist der Absorber an seiner Vorderseite mit einer Glasplatte abgedeckt, um Wärmeverluste durch in den vorderen Luftraum abgegebene Energie zu vermindern. Diese gelingt mit einer Glasscheibe nur in sehr begrenztem Maße, und zwar auch dann, wenn die Glasscheibe als Isolierscheibe ausgebildet wird.

Der hinter dem Absorber strömende Wärmeträger soll durch die mit den Absorbern aufgenommene Sonnenenergie erwärmt werden. Der Wirkungsgrad der Erwärmung steigt an sich mit der Erhöhung der Wärmetauscherfläche an. Es sind daher Sonnenkollektoren bekannt geworden, die als Absorber metallische Gewebe oder Gewirke aufweisen, die von der Luft durchströmt werden. Die auf diese Art vergrößerte Oberfläche für den Kontakt des Wärmeträgers mit dem Absorber führt allerdings auch zu hohen Wärmeverlusten an der Vorderseite des Sonnenkollektors, da die warme Luft die transparente Abdeckung erwärmt. Ähnliches gilt für Kollektoren, deren Absorber aus einem gefalteten Zick-Zack-Profil besteht, da bei diesen Absorbern die Vergrößerung der Wärmetauscherfläche mit der Vergrößerung der zur Vorderseite zeigenden Absorber-Oberfläche erkauft wird, wodurch die Wärmeverluste hoch werden.

Ein Sonnenkollektor der eingangs erwähnten Art ist durch die DE-OS 27 06 544 bzw. DE-OS 27 45 324 bekannt. Die Absorber-Oberfläche ist dabei durch plane Flächen von nebeneinander ohne Zwischenraum anschließenden Flächen von Einzelprofilen gebildet. Diese Profile sind U-förmig ausgebildet, wobei die beiden parallelen Schenkel des U die seitlichen Begrenzungswände für die Wärmeträgerkanäle bilden. Bei der Verwendung von U-Profilen sind diese Wände doppelwandig ausgebildet, so daß ein relativ hoher Materialaufwand erforderlich ist. In den Schriften ist erwähnt, daß statt der U-Profile auch L-Profile eingesetzt werden können. Eine derartige Anordnung ist jedoch stabil nicht herstellbar.

Aus der DE-OS 27 34 889 ist ein Sonnenkollektor bekannt, dessen obere Wand hutförmig ausgebildet ist, so daß Falze einer unteren planen Wand die Enden der oberen Wand umfassen können. In den Zwischenraum ist ein dreieckig gefaltetes Eisenblech eingelegt, das als Abstandshalter zwischen der oberen und der unteren Wand dient und Kanäle für den strömenden Wärmeträger bildet. Da das gefaltete Blech nur linienförmig an der Oberwand anliegt, kommt kein merklicher Wärmeübergang zustande, so daß das dreieckig gefaltete Eisenblech im wesentlichen nicht als Wärmetauscherfläche fungiert. Die wärmetauschende Oberfläche dieses Kollektors ist daher minimal.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Sonnenkollektor der eingangs erwähnten Art so auszubilden, bei dem mit geringem Materialaufwand eine große Wärmeaustauschfläche für den strömenden Wärmeträger erreicht wird und der aus einfach zu fertigenden Teilen stabil aufzubauen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Sonnenkollektor der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Einzelelemente in Strömungsrichtung des Wärmeträgers gesehen etwa dreieckförmige Elemente sind, die kurze, senkrecht von der planen Absorber-Oberfläche abgewinkelte Wandabschnitte, mit denen die benachbarten Elemente plan aneinanderliegen, und daran anschließend wesentlich längere konisch zusammenlaufende Wandabschnitte aufweisen.

Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor verbindet die Vorteile einer planen Absorber-Oberfläche, durch die die Oberfläche eine minimale Größe aufweist und daher hinsichtlich der Wärmeverluste optimal ist, mit einer großen Wärmeaustauschfläche auf der vom Wärmeträger durchströmten Rückseite. Die dreieckförmigen Elemente werden auf der Rückseite beidseitig vom Wärmeträger umströmt, so daß beide Oberflächen der entsprechenden Kammerwände für den Wärmeaustausch wirksam sind. Dadurch gelingt es, das etwa optimale Verhältnis von 1 : 5 für die Größe der Absorberfläche zur Größe der Wärmeaustauschfläche mit einfachen Mitteln zu realisieren.

Durch die senkrecht von der planen Absorber-Oberfläche abgewinkelten kurzen Wandabschnitte, mit denen die benachbarten Elemente plan aneinanderliegen, wird ein stabiler Verbund der Elemente untereinander erzielt.

Die dreieckförmigen Elemente können aus jeweils einem mehrfach gekanteten Blech bestehen und trotz dieses einfachen Aufbaus eine gute Stabilität für den Absorber des Sonnenkollektors gewährleisten.

Dies gilt insbesondere dann, wenn die Elemente an der rückwärtigen Isolierwand mit von den konisch aufeinander zulaufenden Wänden der Elemente abgewinkelten Befestigungslaschen anliegen.

Bei dem erfindungsgemäßen Sonnenkollektor läßt sich als Wärmeträger Luft, zu gegebenem Anlaß auch Wasser einsetzen, wenn in die aneinanderliegenden Wandabschnitte benachbarter Elemente ein Leitungsrohr eingesetzt, vorzugsweise eingepreßt, ist.

Eine Vergrößerung der Wärmetauscherfläche läßt sich noch dadurch erzielen, daß zumindest die beidseitig beströmten Kammerwände der dreieckförmigen Elemente, also die konisch zulaufenden Wandteile, uneben ausgebildet sind. Dies kann durch Einbringen von Noppen oder Profilrillen in diese Wandabschnitte erfolgen.

Zur leichteren Herstellbarkeit kann es zweckmäßig sein, alle Wandteile der dreieckförmigen Elemente mit derartigen Unebenheiten zu versehen. Die relativ geringfügige Vergrößerung der wärmeabstrahlenden Absorber-Oberfläche wird dabei zugunsten der wesentlich stärkeren Vergrößerung der Wärmetauscherfläche in Kauf genommen.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Sonnenkollektor mit etwa dreieckförmigen Absorberelementen

Fig. 2 eine Detaildarstellung von zwei Absorber­ elementen im Schnitt

Fig. 3 eine Detaildarstellung von zwei Absorber­ elementen, zwischen denen ein Leitungsrohr eingepreßt ist, im Schnitt.

Fig. 1 läßt einen Sonnenkollektor erkennen, der eine rück­ wärtige Isolierwand 1 und seitliche Isolierwände 2 aufweist. Die Vorderseite des Sonnenkollektors ist durch eine transpa­ rente Scheibe 3, beispielsweise eine Glasscheibe, abgedeckt.

Der Absorber des Sonnenkollektors wird durch etwa dreieck­ förmige Elemente 4 gebildet, die aneinandergereiht eine plane, zur transparenten Scheibe 3 parallele Absorber-Ober­ fläche 5 bilden.

Fig. 2 läßt erkennen, daß die dreieckförmigen Elemente 4 von der Absorber-Oberfläche 5 rechtwinklig abgewinkelte Wandabschnitte 6 aufweisen, mit denen benachbarte Elemente 4 aneinander anliegen. Von den Wandabschnitten 6 erstrecken sich konisch zusammenlaufende Wandabschnitte 7 bis zur rück­ wärtigen Isolierwand 1, an der Befestigungslaschen 8 anlie­ gen, die von den konisch verlaufenden Wandabschnitten 7 ab­ gewinkelt sind.

Vorzugsweise sind die aneinanderliegenden Wandabschnitte 6 relativ kurz ausgeführt, damit die Wandabschnitte 7 um so länger ausgeführt sein können. Die Wandabschnitte 7 werden nämlich beidseitig von dem Wärmeträger umströmt und wirken daher mit beiden Oberflächen als Wärmetauscherfläche. Der Wärmeträger strömt nämlich sowohl in dem von dem Element gebildeten etwa dreieckförmigen (genauer: trapezförmigen) Innenraum als auch in dem dreieckförmigen Außenraum 9, der von zwei benachbarten Elementen 4 und der rückwärtigen Isolierwand 1 begrenzt ist. Die aneinanderliegenden Wandabschnitte 6 kön­ nen nur einseitig beströmt werden, so daß sie möglichst kurz ausgebildet sind.

Vorzugsweise sind die Elemente 4 zu ihrer senkrecht auf der Absorber-Oberfläche 5 stehenden Mittellinie spiegelsymme­ trisch ausgeführt.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, in der zwischen je zwei etwa dreieckförmigen Elementen 4′ ein Leitungsrohr 10 einge­ preßt ist. Die Einpassung des Leitungsrohres ist an verlän­ gerten senkrechten Wandabschnitten 6′ erfolgt. Wenn für je­ weils zwei Elemente 4′ nur ein Leitungsrohr 10 vorgesehen wird, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, entsteht eine unsymmetrische Form für die dreieckförmigen Elemente 4′ mit einem kurzen senkrechten Wandabschnitt 6 auf der einen Seite und dem verlängerten Wandabschnitt 6′ auf der anderen Seite, in den das Leitungsrohr 10 eingepreßt ist.

Das eingepreßte Leitungsrohr kann bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors mit Luft als Wärmeträger zweck­ mäßig sein, wenn in der warmen Jahreszeit die Luft an sich nicht benötigt wird, die gesammelte Sonnenenergie jedoch zur Aufheizung von dem durch das Leitungsrohr 10 geführ­ ten Wasser ausgenutzt werden kann.

Der Absorber des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors läßt sich mit einer planen Absorber-Oberfläche 5 und einer opti­ mal großen Wärmetauscherfläche aufbauen, wobei durch die An­ einanderreihung der dreieckförmigen Elemente 4, 4′ verschie­ dene Breiten realisiert werden können. Der Aufbau ist stabil und kann mit lediglich aus mehrfach gekantetem Blech beste­ henden Elemente 4, 4′ mit geringem Aufwand erstellt werden.

Claims (7)

1. Sonnenkollektor, insbesondere mit Luft als Wärmeträger, mit seitlichen Isolierwänden (2) und einer rückwärtigen Isolierwand (1), einem zur Vorderseite zeigenden Absorber und einem zwischen Absorber und rückwärtiger Isolierwand (1) gebildeten, aus einer Vielzahl von Einzelelementen zusammengesetzten Raum für einen strömenden Wärmeträger, wobei die Einzelelemente aneinandergereiht eine plane, zur Vorderseite zeigende Absorber- Oberfläche (5) und zur Rückseite Kammern bilden, an deren Kammerwänden der Wärmeträger überwiegend beidseitig entlang leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente in Strömungsrichtung des Wärmeträgers gesehen etwa dreieckförmige Elemente (4, 4′) sind, die kurze, senkrecht von der planen Absorber-Oberfläche (5) abgewinkelte Wandabschnitt (6, 6′), mit denen die benachbarten Elemente (4, 4′) plan aneinanderliegen, und daran anschließend wesentlich längere konisch zusammenlaufende Wandabschnitte (7) aufweisen.

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa dreieckförmigen Elemente (4, 4′) aus jeweils einem mehrfach gekanteten Blech bestehen.

3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa dreieckförmigen Elemente (4, 4′) an der rückwärtigen Isolierwand (1) mit von den konisch aufeinanderzulaufenden Wandabschnitten (7) der Elemente (4, 4′) abgewinkelten Befestigungslaschen (8) anliegen.

4. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die aneinanderliegenden abgewinkelten Wandabschnitte (6, 6′) benachbarter Elemente (4, 4′) ein Leitungsrohr (10) für einen flüssigen Wärmeträger eingesetzt ist.

5. Sonnenkollektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsrohr (10) in die Wandabschnitte (6′) eingepreßt ist.

6. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseitig beströmbaren Wandabschnitte (7) der etwa dreieckförmigen Elemente (4, 4′) eine durch in die Wandabschnitte (7) eingebrachte Unebenheiten vergrößerte Oberfläche aufweisen.

7. Sonnenkollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Wandungen der dreieckförmigen Elemente (4, 4′) eine durch Unebenheiten vergrößerte Oberfläche aufweisen.