DE7630353U1

DE7630353U1 - Kollektor fuer sonnenenergie

Info

Publication number: DE7630353U1
Application number: DE19767630353
Authority: DE
Original assignee: Phoenix AG
Current assignee: Phoenix AG
Priority date: 1976-09-29
Filing date: 1976-09-29
Publication date: 1981-09-17

Description

Kollektor für Sonnenenergie

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor,
der einen vereinfachten Aufbau besitzt und gleichzeitig im Gebrauch eine Reihe robuster Eigenschaften zeigt.

Die zunehmende Verteuerung der Primärenergie zwingt

dazu, für Heizzwecke billigere Quellen zu erschliessen.

Dabei stellt die Sonnenenergie ein unerschöpfliches Resevoir dar.

Es gibt bereits viele Versuche, die Sonnenenergie
wirtschaftlicher z\i nutzen. Neben der direkten Umwandlung in elektrischen Strom durch Sperrschicht-Photozellen spielt die Ausnützung der Wärmeeigenschaften der Sonnenenergie eine aussichtsreiche Rolle, da die Strahlungsenergie mit Hilfe besonderer Flachkollektoren leicht und nahezu vollständig eingefangen werden kann. Diese
absorbierte Energie kann unmittelbar zur Aufheizung von Wasser verwendet werden. Letzteres bietet gleichzeitig ein bequemes Transport- und Speichermedium.

Eine Reihe verschiedener Konstruktionen für Kollektoren sind bereits vorgeschlagen und verwirklicht worden. Dabei besteht der Strahlungsabsorber aus einem dünnen Blech, das mit Röhren versehen ist, in denen das zirkulierende Wasser durch die absorbierte Sonnenstrahlung aufgeheizt wird.

Die Konstrutktion der Kollektorplatte aus Metall zeigt
eine Reihe von Nachteilen. Die Fertigung ist aufwendig und teuer und nur in fest vorgegebenen Größenabstufungen

mö glich.

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Es ist preislich kaum realisierbar, das Material korrosionsbeständig auszulegen. Der Kollektor kann beim Einfrieren des Zirkulationsinediums zurstört werden. Die geringe Wärmekapazität und der hohe Ausdehnungskoeffizient bewirken eine ständige Dimensionsänderung bei wechselnder Einstrahlung.

Korrosions- und frostgeschütztes Kreislaufwasser kann einige dieser Nachteile mindern. Dies bedingt aber, daß nur indirekt über Wärmetauscher gearbeitet werden kann idererseits ist es aber vorteilhafter mit direkter Wa^sererwärmung zu fahren, wie z. B, bei Schwimm bädern. Diese enthalten jedoch in der Regel korrosive Zusätze.

Weiterhin ist bei Verwendung metallischer Rohrsysteme nicht auszuschliessen, daß sie aufgrund ihrer hohen akkustischen Leitfähigkeit, Geräusche übertragen wie sie etwa als Folge thermischer Spannungszustände oder äußerer mechanischer Belastungen auftreten können.

Aue den vorgenannten Gründen werden auch Rohrsysteme aus Kunststoff erwogen, die keine solchen Nachteile aufweisen sollen. Jedoch geht aus den bisher bekannten Ausführungen hervor, daß als Rohrmaterial harte Kunststoffe verwendet werden, bei denen allenfalls flexible Schlauchverbindungen zum Einsatz kommen. Wenn Kunststoff und Einbettungsmaterial unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen , müssen aber elastische Verbindungskitte die Relativbewegung auffangen oder von vornherein durch entsprechende Materialauswahl eine akzeptable Angleichung der Ausdehungskoeffizienten angestrebt werden. Sind diese Voraussetzungen nicht erfüllt, müssen wiederum schädigende Spannungszustände einschließlich Geräuschentwicklung befürchtet werden.

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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Plattenkollektor zu schaffen, dessen eigentliches Funktionsteil aus einem hochflexiblen Werkstoff vielfältiger Formgebungsmöglichkeit hinsichtlich der Flächengeometrie besteht. Er muß thermische Dimensionsänderungen störungsfrei aufnehmen und sich wegen der Betriebsverhältnisse durch eine hohe 'thermo«oxidative und phototchemische Stabilität auch im Langzeiteiiisatz auszeichnen.

Erfindungsgemäfl wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der eigentliche Plattenkollektor aus einem elastomeren Material besteht und als einheitliches Element aus einer geeigneten Kautschukmisdung im Extrusionsverfahren hergestellt wird.

Nach der Vulkanisation liegt das Rohrsystem und Stützplatte als zusammenhängendes Bauelement vor.

Wegen der im Vergleich zu den Metallen geringen Wärmeleitfähigkeit von Elastomeren ist darauf zu achten, daß die Wandstärke des Durchflußkanals auf der sonnenzugewendeten Seite nicht überdienicnsioniert wird. Da es sich hier um einen nahezu drucklosen Kreislauf handelt, sollten nicht mehr als 2 bar Wasserdruck auftreten. Es genügt daher die Wandstärke an dieser Seite auf etwa 1 mm zu begrenzen.

Flachkollektoren dieser Art können in großen Längen vorgefertigt werden. Die vorgefertigten Systeme erlauben sine vergleichsweise einfache Verlegetechnik und Anpassung an die geometrischen Verhältnisse. E_s können auch mehrere Einheiten kombiniert werden, indem man sie durch Kupplungsstücke (z. B. aus Kunststoff), miteinander verbindet.

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Die mehrfache Durchströmung im Kreislauf wird durch Verbindungsschläuche zwischen nebeneinander liegenden Kanälen erreicht. In Fällen, in denen ein ganzes Vielfaches den vorgefertigten Flachkollektoren keine optimale Flächenausnützung zuläßt, ist es möglich, diese Kollektorelemente durch Schneiden mit geeigneten Vorrichtungen auf gewünschte Maße zu kürzSn.

Die verwendeten elastomeren Werkstoffe sollen im Temperaturbereich von -30 bis + 120 C gummielastisch bleiben. Im Hinblick auf die langzeitigen Betriebsbedingungen soll auch eine hohe thermo-oxidative und phototehemische Risistenz in Verbindung mit wasserbeständigkeit auch bei Zusatz von Schutzmitteln gegen Korrosion, Gefrieren, f Algen- und Pilzbefall bestehen. Es sind daher Elastomere

|, auf Basis von Kautschuken einzusetzten, die in der poly-

meren Hauptkette keine oder nur wenige i-eaktive Doppel-

ν bindungen enthalten und/oder keine hydrolyl» anfälligen

'"■ Struktureinheiten enthalten. Obwohl bei dieser Ziel —

■;: richtung auch ungesättigter-. Allzweckkautschuk einge-

i) setzt werden kann wie Naturkautschuk, Polybutadien,

Styrol-Butadien-Mischpolymerisate, Polyisopren, Homo —

-: polymerisate des Chlorbutadien usf., wenn sie mit nicht

■ wasserextrahierbaren Stabilisatoren geschützt sind, ist

i;^: es doch der zu fordernden Langzeitbeständigkeit wegen

p sicherer, Kautschuke der K—Klasse nach ASTM D~lAl8 durch

t andere zu ersetzen. Eine Ausnahme bilden lediglich Butyl-

|> kautschuk, Mischpolymerisate des Isobutylens mit wenigen

j Prozentsätzen an Isopren und dessen halogenierte Abkömmlinge Chlorbutyl- bzw. Brombutyl bzw. Brombutyl-

; kautschuk. Neben diesen beiden Spezialkautschuken aus

der R-Reihe bieten sich aber wegen der Gesättigtheit ihrer Hauptkette und damit ihrer chemsischen Indifferenz vor allem Kautschuke an, die nach der Nomenklatur der ASTM-D I4l8 in die "M~Gruppe" einzuordnen sind.

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Es sind dies vor allem die Mischpolymerisate aus Äthylen und Propylen mit geringen Mengen eines dienischen Monomers (Doppelbindungsgabel in der Seitenkette} die chlorsulfonierte Polyäthylene CSSM■ und u. U. die Mischpolymerisate aus Äthylen und Vinyl-acetat (EVA-Kautschuke) sowie fluorierter Olefine (CFM) und Acrylatkautschuke (ACH) . Für Sonderfalle kann auch an die allerdings zumeist teueren Kautschuktypen gedacht werden, die gemiiß ASTM-D l408, in die Klasse der CO und U-Klasse fallen, also Heteroatome in der polymeren Hauptkite enthalten, wie Sauerstoff (ü) und Stickstoff (N). Zur ersteren Gruppe gehören beispielsweise die Polymerisate aus Proylenoxid und deren Mischpolymerisate mit Epichlorhydrin sowie Segmentkopolymere aus Terephthalatestern und Polybutylenoxiden. Zur letzteren Gruppe zählt man hauptsächlich die Elastomere aus Polyester- und ggf. Polyätherurethanen. Schließlich ist als letzte Gruppe der Silikonkautschuk zu nennen, der aber wegen seines hohen Preises und wegen raan^Lnder Hydrolysenbeständigkeit allenfalls für den vorgesehenen Einsatzzweck eine Ausnahmerolle spielen kann.

Die Erfindung wird in Verbindung mit drei Abbildungen dargestellt.

Die Abb. 1 zeigt einen Querschnitt durch das Kollektorgehäuse. Dieses besteht aus dem Rahmen 1 mit Boden 2 und der Abdeckungsfolie 3- Rahmen und Boden zeichnen sich durch eine gute Wärmeisolierung aus und bestehen vorzugsweise aus Ilartschaum auf Polyurethanbasis. Die gute Isolierung kann durch die geschlossenporige Struktur verbessert werden. Rahmen und Boden können mit einer Schicht aus Aluminium ¹I ausgekleidet sein. Die strahlungsdurchlässige Folie 3 bewirkt, daß die Strahlungsenergie ungehindert eintreten kann.

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Diese Folie ist durch ein Klemmprofil 5 im Nahmen 1 befestigt. In dem Gehäuse befindet sich der Kollektor 6. Dieser besteht aus einem Profil, dna an der Oberfläche rohrfb'nirige Kanäle aufweist. Abb. 2 zeigt verschiedene Ausführungen 6 und 7 dieses Kollektors. In Abb. 3 ist dargestellt, vie die im Kollektor enthaltenen Kanäle durch Schlauchstücke miteinander verbunden sind.

Claims

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1.) Vorgefertigtes Flachkollektorelement für Sonnenenergie, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Schwarzpigmente enthaltenden, elastomeren Werkstoff besteht und Durchflußkanäle und Aufnahmeplatte eine Einheit bilden.

2.) Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Kanäle an der sonnenzugewendeten Seite 1,5 + 0,5 mra beträgt.

3.) Kollektor nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Werkstoff maximal 5 Mol % ungesättigter Struktureinheiten in der polymeren Kette enthält, vorzugsweise jedoch diese f, völlig gesättigt ist.

4.) Kollektor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kautschukbasis für das Elastomer Ko- bzw. Terpolymerisate d s Äthylens und Propylene ist.