DE7720646U1

DE7720646U1 - Sonnenkollektor

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Publication number: DE7720646U1
Application number: DE7720646U
Authority: DE
Original assignee: ELCO OEL- und GASBRENNERWERK AG VILTERS (SCHWEIZ)
Current assignee: ELCO OEL- und GASBRENNERWERK AG VILTERS (SCHWEIZ)
Priority date: 1977-07-01
Filing date: 1977-07-01
Publication date: 1977-10-20

Description

Firif.a Elco

OeI- und Gasbrennerwerk AG

CH 7324 Vilters

Sonnenkollektor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor, der aus mehreren parallel zueinander verlaufenden und über Sammelleitungen miteinander verbundenen Kanälen gebildet ist.

Kollektoren zur Ausnutzung der als umweltfreundlich unerschöpflich und zukunftssicher anerkannten Sonnenenergie sind bereits in einer grossen Anzahl unterschiedlicher Ausgestaltungen bekannt und haben sich zur Umwandlung der Strahlungsenergie der Sonne in thermische Energie in der Praxis auch bereits bewährt« Vielfach werden dazu von einem aufheizbaren Medium durchströmte Rohre aus Metall oder korrosionsbeständigem Kunststoff verwendet, das durch die elektromagnetische Strahlung erwärmt und unmittelbar einem Verbraucher oder einem Wärmetauscher zugeführt wird.

Die bisher bekanntgewordenen Sonnenkollektoren sind jedoch sehr bauaufwendig und damit teuer, da die von dem zu erwärmenden Medium durchströmten Rohre in Glaskästen angeordnet sind. Ausser-

dem ist über den Kollektoren eine Abdeckung und unter diesen ' eine Isolierung angebracht. Vor allem aber ist der Wirkungsgrad dieser Kollektoren gering, da die zugeführte Strahlungs-

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energie nur mangelhaft ausgenutzt wird. Zunächst werden nämlich die Sonnenstrahlen in zwischen den Rohren verlaufenden Absorberplatten gesammelt, von denen die Wärmeenergie in diese und das strömende Medium übertragen werden muss. Verluste sind dabei unvermeidbar, so dass trotz des grossen Bauaufwandes ein wirtschaftlicher Einsatz vielfach nicht gegeben ist.

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, einen Sonnenkollektor der vorgenannten Art zu schaffen, der nicht nur äusserst einfach in der konstruktiven Ausgestaltung und damit wirtschaftlich herzustellen ist, sondern der auch einen hohen Wirkungsgrad bei minimaler Abstrahlung aufweist.

Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass unmittelbar in den von dem aufzuheizenden Medium durchströmten Kanälen des Kollektors ein Absorber in Form einer dünnwandigen dunklen Platte aus wärmeabsorbierendem Material angeordnet ist.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, um eine kompakte Bauweise zu erreichen, die Kanäle aus einer Stegdoppelplatte mit transparenter Oberfläche zu bilden und mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt zu versehen.

Die Absoxoer sollten zweckmässigerweise, um ebenfalls die Herstellungskosten nedrig zu halten, jeweils aus einer rechteckigen Platte bestehen, die in den Kanälen angeordnet sind, wobei eine besonders einfache und dennoch wirksame Anordnung der Absorberplatten dadm -h zu erzielen ist, in dem diese diagonal verlaufend in die Kanäle lose eingelegt werden.

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Nach einer andersartigen Ausgestaltung können die Absorberplatten auch U-förmig, V-förmig, halbkreisförmig oder mehrfach gewellt ausgebildet werden, auch können die Absorberplatten zweier benachbarter Kanäle gegeneinander versetzt angeordnet, vorzugsweise in in deren Seitenwände eingearbeitete Nuten gehalten werden odei diese sind »urch Einfärben oder Ausspritzen der Kanalinnenwandungen zu bilden.

Angebracht ist es ferner, e Stegdoppelplatte sowie die in den Kanälen angeordneten Absorberplatten aus licht- und UV-beständigem Kunststoff herzustellen.

Die beiden Sammelleitungen sollten des weiteren zur Aufnahme der Stegdoppelplatte jeweils mit einem Flanschanschluss versehen sein, in den diese flüssigkeitsdicht eingesetzt ist, wobei es zweckmässig ist, die Sammelleitungen mit einem oder mehreren wahlweise einschiebbaren Absperrschieber, um die Wasserströmung steuern zu können, zu versehen.

Die der Sonnenstrahlung zugekehrte Seite des Kollektors kann zur Steigerung des Wirkungsgrades mit einer transparenten Abdeckung, vorzugsweise aus transparentem Kunststoff, vei iehen sein. Ebenso kann der Kollektor auf der der Sonnenstrahlung abgekehrten Seite mit einer Wärmeisolierung ausgestattet werden.

Der gemäss der Erfindung ausgebildete Sonnenkollektor ist nicht nur s«. .r einfach in seinem Aufbau und damit ohne Schwierigkeiten und ohne grossen Fertigungsaufwand herstellbar, sondern auch sehr wirksam und vielseitig verwendbar. Wird nämlich untnittel-

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bar in die von dem aufzuheizenden Medium, z.B. Wasser, durchströmten Kanäle jeweils ein Absorber in Forin einer dünnwandigen dunklen Platte oder eines Streifens angeordnet, so wird die von diesen aufgefangene Sonnenenergie von dom Wasser nahezu verlustlos aufgenommen. Dabei wird trotz des geringen Bauaufwandes, da die Kanäle aus einer Stegdoppelplatte gebildet werden,können, ein äusserst hoher Wirkungsgrad erzielt.

Der hohe Wirkungsgrad erklärt sich daraus, dass die Sonnenenergie zusammengesetzt aus^irekter und diffuser Strahlung nahezu unge hindert durch das transparente Material des Sonnenkollektors hindurchtritt. Die einfallende UV-Strahlung wird dabei zum Grossteil absorbiert. Nach Passieren der Kollektoroberseite durchdringt die Sonnenstrahlung das zu erwärmende Wasser und trifft auf die schwarzen Absorberstreifen aus dünnem Kunststoff auf. Diese erwärmen sich, werden jedoch praktisch augenblicklich durch das sie umströmende Wasser gekühlt. Der Wärmeübergang von den Absorbern auf das Wasser erfolgt somit nahezu verlustlos, da keine Abstrahlverluate und keine den Wärmeübergang hindernden Metallwände vorhanden sind.

Die selektive Wirkung das erfindungsgemäss ausgebildeten Sonnenkollektors ist wie folgt erklärlich:

Die einfallende Sonnenenergie hat im Spektralbereich von 0,3 bis 0,9 /im mit ca. 70 % Energieeinfall ihren grö-.ssten Anteil. Dieser wird von den schwarzen oder dunklen Absorbern aufgenommen und bei beispielsweise 30 Absorbertemperatur in lang-

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wellige ultrarote Strahlung von ca. 9,5 um umgewandelt. Diese langwellige Strahlung wird aber vom Wasser schon nach wenigen Hundertstel Millimeter Laufzeit vollständig absorbiert, so dass keine Rückstrahlung erfolgt und demzufolge auch keine Rückstrahlverluste auftreten.

Der hohe Wärmeleitwiderstand des transparenten Kunststoffes, aus dem die Stegdoppel platte zweckmässigerweise besteht, hat in Verbindung mit der nahezu laminaren Wasserströmung zur Folge, dass die Wärmeverluste nach aussen minimal bleiben. Daraus resultiert ein mit konventionellen Methoden bisher nicht erreichter extrem hoher Wirkung sgrad, insbesondere in dem Temperaturbereich von ca. 30⁰C. Der vorschlagsgemäss ausgebildete Sonnenkollektor ist daher vor allem zur Erwärmung von Badewasser für Schwimmbäder in hervorragender Weise geeignet.

Allein durch seinen Aufbau ist der Kollektor gemäss der Erfindung im unteren Temperaturbereich mindestens ebenso wirksam wie die bekannten Metallkollektoren, die eine aufwendige Doppelverglasung und rückseitige Wärmeisolierung benötigen und z.B₀ bei Pumpenausfall oder Erreichen der gewünschten Badetemperatur, d.h. bei hohem Energieeinfall und blockierter Nutzung sind ferner keine aufwendigen Sicherheitseinrichtungen nötig. In diesem Fall werden zwar die eingelegten Absorberstreifen extrem hei~_., der Kollektor selbst erträgt jedoch 70⁰C und mehr ohne jeden Schaden. Sicherheitsventile, Expansionsgefässe u.s.w. erübrigen sich, die Installation wird einfacher und damit preisgünstiger als bei den bekannten vergleichbaren Kollektoren.

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Der erfindungsgemässe Sonnenkollektor ist demnach preisgünstig in der Herstellung, da keine Wärmetauscher, Druckbegrenzer und Expansionsgefässe benötigt werden, wirtschaftlich im betrieb, korrosionssicher und weist einen hohen Wirkungsgrad auf, so dass eine vielseitige Verwendbarkeit., insbesondere zum Aufheizen von Badewasser für Schwimmbäder gewährleistet ist.

Waitere Einzelheiten des gemäss der Erfindung ausgebildeten Sonnenkollektors sind den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, die nachfolgend im einzelnen erläutert sind, zu entnehmen.- Hierbei zeigt:

Fig. 1 einen Sonnenkollektor in perspektxvischer Darstellung mit in Kanäle eingelegten Absorbern,

Fig. 2 einen Sonnenkollektor nach Fig. 1 in einem achssenkrechten Schnitt,

Fig. 3 einen Teil des Sonnenkollektors nach Fig. 2 in Draufsicht,

Fig. 4 einen Teilschnitt durch den Sonnenkollektor nach den Fig. 2 und 3,

Fig. 5 den Sonnenkollektor nach den Fig. 2 bis 4 im Schnitt in verkleinertem Masstab und

Fig. 6 bis 10 andersartige Ausgestaltung der Absorber bei dem Sonnenkollektor nach Fig. 2.

Der in Fig. 1 in perspektivischer Darstellung gezeigte und mit 1 bezeichnete Sonnenkollektor besteht aus einer Stegdoppel-

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platte 2 aus transparentem Kunststoff, die mit mehreren, an einen Verbraucher angeschlossenen Kanälen 3, 4, 5... mit rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt versehen ist. Der Kanal 3 ist hierbei als Endkanal etwa doppelt so breit bemessen wie die Kanäle 4 und 5; es ist jedoch ohne weiteres möglich, alle Kanäle rechteckig oder quadratisch zu gestalten. Auf diese Weise ist eine optimale Ausnutzung der Stegdoppelplatte 2 gegeben.

Zur Umwandlung der durch die Pfeile 10 dargestellten Sonnenstrahlung in Wärmeenergie ist in jedem der Kanäle 3, 4, 5 ... ein Absorber 6 bzw. 7 aus einem dunklen Werkstoff, vorzugsweise schwarz eingefärbtem Kunststoff angeordnet. Die Absorber 6 und 7 sind platten- bzw. streifenförmig ausgebildet und lose diagonal in die Kanäle 3, 4, 5 ... eingelegt, so dass der Kollektor 1 lediglich durch Einschieben der zugeschnittenen Absorberstreifen

6 und 7 in die Kanäle 3, 4, 5 ... herzustellen ist.

Das zu erwärmende Wasser, das die Kanäle 3, 4, 5 ..., durch eine Pumpe gefördert, durchströmt, nimmt die von den Absorbern 6 und

7 aufgefangene Sonnenenergie 10" nahezu verlustlos auf. Dass ein Teil 10' der Sonnenstrahlen 10 durch die Stegdoppelplatte 2 rei ektiert wird ist unvermeidbar und un-erheblich, der grössere Teil der Sonnenenergie 10" wird jedoch unmittelbar dem die Absorber 6 und 7 umströmenden Wasser zugeführt, so dass diese augenblicklich gekühlt werden und der Wärmeübergang somit verlustlos erfolgt und auch keine Abstrahlverluste auftreten.

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Der in den Fig. 2 bis 5 dargestellte Sonnenkollektor 21 sowie die weiteren Ausführungsvarianten gemäss den Fig. 6 bis 10 sind in gleicher Weise aufgebaut. In eine Stegdoppelplatte 22 sind hierbei wiederum Kanäle 23, 24, 25 ... mit rechteck-igem bzw. quadratischem Querschnitt eingeformt, in denen Absorber angeordnet sind. Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 bis 5 sind die Absorber 26 und 27 aus dunklen Kunststoffstreifen gebildet, die diagonal lose in die Kanäle 23, 24, 25 ... eingelegt sind.

Die Kanäle 23, 24, 25 ... sind hierbei an zwei Sammelleitungen 28 und 29 angeschlossen, die die Stegdoppelplatte 22 seitlich begrenzen. Zu deren Verbindung mit den Samuelleitungen 28 und sind diese, wie es in Fig. 2 dargestellt ist mit Flanschanschlüssen 32 ausgestattet, in denen die Stegdoppelplatte 22 eingesteckt und gegebenenfalls eingeklebt ist. Dichtungen 33 gewährleisten dabei, dass eine flüssigkeitsdichte Verbindung gegeben ist. Mittels in den Sammelleitungen 28 und 29 angeordneten Absperrscheiben 34 kann die in Fig. 5 strichpunktiert eingezeichnete Wasserströmung 30, die über in die Sammelleitungen 28 und 29 eingearbeitete Anschlussoffinungen 31 in die Kanäle 23, 24, 25 eintreten kann, gesteuert werden.

Die von den von dem zu erwärmenden Wasser umspülten Absorberplatten 26 und 27 aufgenommene Sonnenenergie wird somit unmittelbar an das Wasser abgegeben, so dass der Wärmeübergang verlustlos erfolgt und ein hoher Wirkungsgrad gegeben ist.

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Bei den Ausführungsvarianten nach den Fig. 6 bis 10 sind die Absorber jeweils unterschiedlich ausgebildet.

Nach Fig. 6 sind die in die Kanäle 23 eingesetzten Absorber 41 U-förmig gestaltet. Gemäas den Fig. 7 und 8 können die Absorber 42 bzw. 43 aber auch als Kreisringabschnitt oder V-förmig bzw. mehrfach gewellt ausgebildet werden. Bei der Ausgestaltung nach Fig. 9 sind Absorberplatten 44 waagerecht in den Kanälen 23 der Stegdoppelplatte 22 angeordnet. Dazu sind in diese von Kanal zu Kanal versetzt zueinander Nuten 45 eingearbeitet« in denen die Absorberplatten 44 gehalten sind. Ausserdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel über dem Kollektor 41 eine Wärmeabdeckung und unter diesem eine Wärmeisolierung 47 vorgesehen. Auf diese Weise sind die AbstahlVerluste weiter zu verringern.

Gemäss Fig. 10 besteht der Absorber 48 aus einem dunklen Farbanstrich, der auf die der Sonnenstrahlung ausgesetzten Innenwände der Kanäle 23 aufgebracht ist. Die Stegdoppelplatte 22 ist dazu zweiteilig ausgebildet, wobei deren Oberteil 22* vor dem Aufbringen des Farbanstriches abgenommen werden kann.

28. 6. 1977 A 2462 e-g

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Claims

Ansprüche :

f IJ Sonnenkollektor, der aus mehreren parallel zueinander verlaufend^o und über Sammelleitungen miteinander verbundenen Kanälen gebildet ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass unmittelbar in den von dem aufzuheizenden Medium durchströmten Kanälen (3, 4, 5: 23, 24, 25). des Kollektors (Ir 21) ein Absorber (6, 7: 26, 27: 41: 42: 43' 44: 48) in Form einer dünnwandigen dunkler. Platte aus wärmeabsorbierendem Material angeordnet ist.

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

dass die Kanäle (2, 4, 5: 23, 24, 25) aus einer Stegdoppelplatte (2: 22) mit transparenter Oberfläche gebildet sind und rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen.

3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

dass die Absorber (6, 7; 26, 27: 41: 42: 43; 44: 48) jeweils aus einer rechteckigen Platte bestehen,die in den Kanälen (3, 4, 5; 23, 24, 25) angeordnet sind.

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4. Sonnenkollektor' nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass die Absorberplatten (6, 7; 2.6, 27) diagonal verlaufend in die Kanäle (3, 4, 5; 23, 24, 25) lose eingelegt sind.

5. Sonnenkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet

dass die Abaorberplatten (41T 42; 43) U-förmig, V-förmig, halbkreisförmig oder mehrfach gewellt ausgebildet sind.

6. Sonnenkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass die Absorberplatten (44) zweier benachbarter Kanäle (23) gegeneinander versetzt angeordnet, vorzugsweise in in deren Seitenwände angeordneten Nuten (45) gehalten sind.

7. Sonnenkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass die Absorberplatten (48) durch Einfärben oder Ausspritzen der Kanalinnenwandungen gebildet sind.

8. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

dass die Stegdoppelplatte (2; 21) sowie die in den Kanälen (3, 4, 5; 23, 24, 25) angeordneten Absorberplatten (6, 7; 26, 27; 41; 42; 43; 44; 48) aus licht- und UV-beständigem Kunststoff hergestellt sind.

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9. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

dass die beiden Sammelleitungen (26, 29) zur Aufnahme der Stegdoppel platte (22) jeweils mit einem Flanschanschluss (32) versehen sind, in den diese flüasigkeitsdicht eingesetzt ist.

10. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

dass die Sammelleitungen (28, kj) mit einer oder mehreren wahlweise einsetzbaren Absperrscheibe (34) versehen sind»

11. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,

dass die der Sonnenstrahlung (10) zugekehrte Seite dea Kollektors (21) mit einer transparenten Abdeckung (46) vorzugsweise aus transparentem Kunststoff versehen ist.

12.Sonnenkollektor nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,

dass der Kollektor (1, 21) auf der der Sonnenstrahlung (10) abgekehrten Seite mit einer Wärmeisolierung (47) versehen ist.

28. 6. 1977
A 2462 e-gi]

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