DE7831151U1

DE7831151U1 - Absorptionssegment fuer solarkollektoren

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Publication number: DE7831151U1
Application number: DE19787831151U
Authority: DE
Original assignee: Akuba France Sa Kembs Ste; ELF UNION COURBEVOIE Ste
Current assignee: Akuba France Sa Kembs Ste; ELF UNION COURBEVOIE Ste
Priority date: 1977-10-27
Filing date: 1978-10-19
Publication date: 1979-02-15
Also published as: ES474613A1; IT7829157A0; IT1192280B; BR7807077A; CH626710A5

Description

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PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 43 112 m Anmelder: Societe ELF UNION

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16. Oktober 1978 92 400 Courbevoie

Frankreich

Societe AKUBA FRANCE SA 68 680 Kembs Frankreich

Beschreibung
Absorptionssegment für Solarkollektoren

Die Neuerung betrifft ein Absorptionssegment für Solarkollektoren zur photothermischen Umwandlung von Sonnenenergie mit profilierten Verbindungselementen.

Es gibt zahlreiche Veröffentlichungen, die sich mit dem Aufbau und der Betriebsweise von Sonnenenergie-Kollektoren befassen. Was die theoretischen Prinzipien anbelangt, wird ver- 1 wiesen auf "Elektrizitätsverwertung", Zürich, 3 (1975) 65 - 72. \

In der FR-PS 23 11 999 ist ein Segment für einen Solarkollek- I

tor beschrieben, dessen Absorptionsfläche von zahlreichen, ge- |

krümmten Lamellen gebildet ist, die der Verbesserung der Ab- I

sorptionskapazität des Kollektors dienen. Bei diesem Segment {

besteht die wärmeübertragende Leitung aus einem Leitungsrohr, j die ein Teil eines extrudierten Profils ist. Diese Art von Kollektoren weist zwei Hauptnachteile auf, die einer praktischen Anwendung Grenzen setzen. Vor allem ist das Segment

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kostspielig, denn die gebogenen Lamellen sind ebenfalls aus Aluminium. Es ist infolgedessen ein zusätzlicher Aufwand an Aluminium erforderlich. Außerdem erhöht sich hierdurch das Gewicht des Segments. Schließlich zirkuliert das wärmeübertragende Medium direkt in den Leitungsrohren, was eine erhebliche Korrosionsgefahr mit sich bringt, und zwar insbesondere dann, wenn es sich um eine wässrige Flüssigkeit handelt.

Es ist Aufgabe der Neuerung, ein Absorptionssegment für Sonnenenergie-Kollektoren vorzuschlagen, welches mit den geschilderten Mängeln ir'.cht behaftet ist.

Die Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbindungselemente des Absorptionssegments als männliche und weibliche Teile ausgestaltet sind, die in zusammengefügtem Zustand einen Raum zur Aufnahme eines von einem wärmeübertragenden Medium durchflossenen Rohres umschließen.

Bei der praktischen Verwirklichung der Neuerung weist das Absorptionssegment eine Absorptionsfläche auf, die an ihren Längsrändern mit den männlichen und weiblichen Verbindungselementen versehen ist. Beim Einfügen des männlichen Teils eines Segments in den weiblichen Teil eines benachbarten Segments entsteht ein geschlossener Raum, in dem das wärmeübertragende Medium zirkulieren kann. Durch Zusammenfügen mehrerer profilierter Absorptionssegmente entsteht ein großflächiger Solarkollektor.

Das neuerungsgemäße Absorptionssegment für einen Aufnehmer von Sonnenenergie hat vorzugsweise die Form eines pressextrudierten Profils mit geringer Dicke und einer Breite bis zu etwa 20 cm. Das Segment kann aus extrudierbarem Material jeder Art bestehen, beispielsweise aus Aluminium oder aus Kunststoff, insbesondere PVC.

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Die eigentliche Absorptionsfläche des Segments kann in einfacher Weise eine ebene Fläche sein oder auch eine Fläche, die eine mehrfache Reflexion gestattet, beispielsweise derart, wie in der FR-PS 16 01 101 beschrieben. Insbesondere kann die Absorptionsfläche mit längs verlaufenden Nuten oder Rillen versehen sein, die einen V-förmigen Querschnitt aufweisen können.

Wenn das neuerungsgemäße Absorptionssegment aus Aluminium besteht, kann es sich dabei entweder um schwarz gestrichenes Rohaluminium, um mit einem anderen, dunklen Farbanstrich versehenes Aluminium oder auch um Aluminium handeln, welches einer geeigneten Oberflächenbehandlung unterzogen wurde, beispielsweise einer Anodisierung, Eloxierung, Satinierung oder auch einer selektiven "Schwärζchrom"-Behandlung, so daß die Oberfläche einen größeren Absorptionskoeffizienten und einen kleineren Emissionskoeffizienten im Infrarotbereich erhält.

Die neuerungsgemäß ermöglichte Verbindung der einzelnen Segmente an ihren Längsrändern oder Mantellinien gestattet es, in den von den männlichen und weiblichen Teilen jedes Segments gebildeten, geschlossenen Raum Rohre einzubringen, die der Zirkulation eines wärmeübertragenden Mediums dienen. Diese Rohre können aus Kunststoff oder aus einem Metall bestehen, welches gegenüber Wasser oder dem wärmeübertragenden Medium nicht korrosionsgefährdet ist. Vorzugsweise werden die Rohre aus Kupfer hergestellt, dessen thermische Leitfähigkeit sehr hoch ist, was einen guten thermischen Übergang zwischen einem aus Aluminium bestehenden Absorber und dem wärmeübertragenden Medium gewährleistet. Diese Rohre stehen in innigem Kontakt mit den beiden benachbarten Absorptionssegmenten, die es vollständig umschließen.

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Falls ein Aufnehmer für Sonnenenergie, welcher aus solchen Absorptionssegmenten aufgebaut ist, für die Aufheizung von warmem Sanitärwasser eingesetzt wird, kann man dieses Wasser direkt durch den Solarkollektor leiten, wodurch sich ein besserer Wirkungsgrad des Systems ergibt, und zwar aufgrund der Einsparung eines Wärmetauschers im Warmwasserballon.

Es besteht keine Korrosionsgefahr, da die Berührung zwischen Kupfer und Aluminium nicht in feuchter Atmosphäre erfolgt und man darüber hinaus durch die Verwendung anodisierten oder eloxierten Aluminiums eine zusätzliche Garantie gegenüber Korrosion erhält.

Die einzelnen Segmente werden miteinander verbunden und bilden alsdann den Absorber eines Aufnehmers von Sonnenenergie.

Dieser Absorber kann variable Dimensionen besitzen, weil die

extrudierten oder durch Walzverformung gewonnenen Segmente auf die gewünschte Längenabmessung zugeschnitten werden kön~· nen, beispielsweise zwischen eins und fünf Meter. Andererseits kann die Gesamtbreite des Absorbers einem Vielfachen der Einheitsbreite eines Segments entsprechen.

Ein solcher Absorber kann in eine Verkleidung eingeschlossen werden, die auf ihrer Rückseite mit einer Isolierung versehen ist und auf der Vorderseite eine oder mehrere, transparente Abdeckungen aufweist. Auf diese Weise entsteht ein ebener Aufnehmer für Sonnenenergie.

Die Zirkulationsrohre werden untereinander jeweils an ihren Enden durch Sammelleitungen miteinander verbunden, welche die Eingangs- und Ausgangsleitungen des Solarkollektors bilden.

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Die Verkleidung kann an den Seiten vorteilhafterweise aus Blech, beispielsweise Aluminiumblech oder galvanisch veredeltes Stahlblech, oder aus Aluminiumprofil bestehen; die Rückseite der Verkleidung kann" ebenfalls aus Blech gefertigt werden.

Derartige plane oder ebene Solarkollektoren können der Erhitzung warmen Sanitärwassers oder der Beheizung von Wohnungen dienen. Zu die:sem Zweck werden die Kollektoren auf der Terrasse einer Wohnung oder eines Hauses angeordnet oder in einen Dachbelag integriert. »

Besonders vorteilhaft ist es, die aus neuerungsgemäßen Absorptionssegmenten gebildeten Sonnenkollektoren in vorgehängte Fassaden oder Fassadenplatten zu integrieren, und zwar anstelle von Isolierplatten und jedesmal dann, wenn eine nichttransparente Fläche in geeigneter Weise der Sonnenstrahlung ausgesetzt, d.h. vorzugsweise nach Süden gerichtet ist.

Wenn die Sonnenkollektoren in eine Fassade integriert sind, spielen sie gleichzeitig die Rolle eines Sonnenenergie-Aufnehmers und einer Isolierung der Wohnung. Man macht sich auf diese Weise bereits in der Fassade vorhandene Elemente zunutze: die äußere Verglasung und die Isolierplatte.

Eine andere Art, in vorteilhafter Weise die neuerungsgemäßen Absorptionssegmente auszunutzen besteht darin, in einer Bedachung einen Absorber mit sehr großen Abmessungen zu realisieren, indem man zahlreiche Einzelsegmente zusammenfügt. Die rückwärtige Isolierung des Sonnenenergie-Aufnehmers ist dabei diejenige des Hauses und der Abdichteffekt (vordere Isolation)

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wird mit Hilfe einer Verglasung erzielt, die als Absorber die ganze Bedachung oder einen Teil derselben überdeckt.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausfuhrungsformen der Neuerung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht zweier zusammengefügter AbsorptionsSegmente gemäß der Neuerung;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Absorptionssegments;

Fig. 3 eine Schnittansicht in vergrößertem Maßstab des weiblichen Randes des Segments und

Fig. 4 eine Schnittansicht in vergrößertem Maßstab des männlichen Randes des Segments.

Das aus Fig„ 2 ersichtliche Absorptionssegment weist eine Absorptionsfläche 1 auf, die gegebenenfalls mit Nuten oder Kerben 2 versehen sein kann. An den Rändern der Absorptionsfläche 1 befinden sich zwei Verbindungselemente 3, 4, die einen Zusammenbau mehrerer Einzelsegmente ermöglichen. Die erwähnten Nuten oder Kerben 2 dienen dazu, eine mindestens zweifache Reflexion der nicht absorbierten Strahlen zu ermöglichen, wodurch der Absorptionskoeffizient der Oberfläche erhöht wird.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Verbindungselements 3. Dieses Element ist ein profiliertes Teil, welches an der Rückseite der Absorptionsfläche 1 liegt.

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Der Rand 5 des Profils stellt an seiner Innenseite einen halbkreiszylindrischen Hohlraum 6 dar, der nach außen gekehrt ist und dessen Achse parallel zur Absorptionsfläche 1 verläuft.

Dieser Hohlraum endet an seinem der Absorptionsfläche 1 abgekehrten Ende in einer ebenen Fläche 7, die parallel zur Absorptionsfläche 1 verläuft. An seinem der Absorptionsfläche zugekehrten Ende weist der Hohlraum 6 eine ausgeprägte, scharfe Kante 8 auf. Diese Kante wird auf ihrer einen Seite durch den halbkreiszylindrischen Hohlraum 6 und auf ihrer anderen Seite durch eine Schrägfläche 9 bestimmt, welche mit der Absorptionsfläche 1 einen Winkel von 30° einschließt und bezüglich der Ebene der Fläche 7 auf der anderen Seite der Fläche 1 liegt.

Diese Schrägfläche 9 ist an ihrem Ende 10 durch eine weitere Fläche 11 verlängert, die parallel zur Ebene der Absorptionsfläche 1 verläuft. Der Winkel zwischen den beiden Fläche 9 und 11 beträgt 150°. Diese Fläche 11 verlängert sich an ihrem anderen Ende 12 zu einem halbkreiszylindrischen Hohlraum 13, dessen konkave Seite zum Außenrand des Absorptionssegments hin gerichtet ist und dessen Achse wiederum parallel zur Ebene der Absorptionsfläche 1 verläuft. Schließlich verlängert sich der Hohlraum 13 an seinem anderen Ende 14 in einen konvexen Abschnitt 15, dessen Oberfläche stetig in die Außenseite der Absorptionsfläche 1 übergeht. Die äußere Seite des Randes 5 des Profils stellt einen Teil der konvexen, zylindrischen Oberfläche 16 dar und endet an dem der Absorptionsfläche 1 abgekehrten Rand in der ebenen Fläche 7 und am anderen Rand in einer ebenen Fläche 17, die parallel zur Absorptionsfläche 1 verläuft. Diese Fläche 17 verlängert sich hinter ihrem Rand in einen weiteren konvexen, zylindrischen Abschnitt 18, der mit der Innenseite der Absorptionsfläche 1 durch einen Teil

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einer konkavzylindrischen Fläche 19 verbunden ist, die zur
Außenseite des Segments hin gerichtet ist. Die beiden Enden
.oder Ränder 33 und 12 liegen in derselben, senkrecht zur Absorptionsfläche 1 gerichteten Ebene.

Fig. 4 zeigt vergrößert das Verbindungselement 4. Dieses Verbindungselement hat ebenfalls die Gestalt eines profilierten
Teils, dessen Außenseite 20 in der Verlängerung der Absorptionsf fläche 1 liegt. Die Innenfläche 24 liegt hinter der Ebene der

Absorptions fläche.

Die Außenseite 20, die in der Verlängerung der Absorptions- | fläche 1 liegt, verlängert sich an ihrem Rand in einen konka- | ven Hohlraum, der nach außen gerichtet ist und die Gestalt g eines Kreiszylinderteils 21 besitzt, dessen Achse parallel zur 5 Absorptionsfläche 1 verläuft. Der schräg abgeschnittene Teil \ des Hohlraums ist an einer Kante 22 mit der Außenseite 20 ver- f. bunden. j

Der Zylinderteil 21 verlängert sich an seinem anderen Ende in | eine konvexe, haibkreiszylindrische Nase 23, deren Achse parallel

zur Absorptionsfläche verläuft. Diese Nase verlängert sich in f

eine ebene Fläche 25, die parallel zur Absorptionsfläche 1 ?■

verläuft und an ihrem anderen Ende 26 in einer Schrägfläche 27 i

endet. Die Schrägfläche 27 schließt mit der Senkrechten zur |

Absorptionsfläche 1 einen Winkel von 60° ein. Die zweite Kante f

28 der Schrägfläche 27 verlängert sich in einen halbkreiszy- |

lindrischen Hohlraum 29, der nach außen gekehrt ist und dessen J

Achse parallel zur Absorptionsfläche 1 verläuft. Der Hohlraum |

ft 21 verlängert sich an seinem anderen Rand 30 in eine ebene f

ί Fläche 31, die parallel zurAbsorptionsflache 1 verläuft. Die f

ebene Fläche 31 ist ihrerseits wieder über eine ausgeprägte |

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Kante 32 von 90° mit der Innenseite der Absorptionsfläche 1 verbunden.

Wenn man zwei Absorptionssegmente miteinander verbindet (Fig. 1 )| gelangt die ein männliches Teil bildende Nase 23 in den als Hohlraum 13 ausgebildeten,weiblichen Teil, wobei die beiden Hohlräume 6 und 29 einen kreiszylindrischen Raum umschließen. Dieser Raum nimmt ein Rohr auf, in dem ein wärmeübertragendes Medium fließen kann.

Wie erwähnt, können die neuerungsgemäßen Absorptionssegmente durch Preßextrusion hergestellt werden, und zwar insbesondere dann, wenn sie aus Aluminium bestehen. Es wurde jedoch auch gefunden, daß man die neuerungsgemäßen Absorptionssegmente mit Vorteil aus Bandmaterial herstellen kann, welches auf einer mit Profilrollen oder Profilwalzen versehenen Maschine entsprechend profiliert, d. h. verformt wird.

Diese Verformungstechnik ist dem Fachmann wohl bekannt. Man kann besonders bequem beispielsweise ein band- oder blattförmiges Material aus Kupfer oder Kupferlegierung (zum Beispiel Messing etc.) verformen und zu einem neuerungsgemäßen Absorptionssegment profilieren. Auch bandförmiges Aluminiummaterial eignet sich für diesen Herstellungsvorgang.

Einer der Vorteile dieser Herstellungsart gegenüber einer Extrusion liegt darin, daß man die erforderliche Oberflächenbehandlung des Materials sowohl vor als auch nach der Profilierung des Bandmaterials vornehmen kann, während bei Anwendung der Extrusionstechnik diese Oberflächenbehandlung nur nach der Extrusion erfolgen kann.

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Auch bei einer Verformung der Oberfläche des Absorptionssegmentes durch Walzen kann diese Oberfläche eben oder gerieft ausgebildet werden. Im Falle einer ebenen Fläche kann es erforderlich sein, wenigstens einige längs verlaufende Riefen oder Rippen anzubringen, um dem Segment die erforderliche Steifheit zu erteilen.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Konzeption der beschriebenen Absorptionssegmente, bei denen die männlichen und weiblichen Verbindungselemente in der Verlängerung der Absorptionsfläche angeordnet sinä, ist es möglich, einerseits einen Solarkollektor um bereits vorher zusammengefügte Zirkulationsrohre herum aufzubauen und andererseits ohne Zerstörung des übrigen Sonnenenergie-Aufnehmers ein Segment auszutauschen und zu ersetzen, welches beispielsweise durch Korrosion beschädigt ist.

Claims

Schutzansprüche

Absorptionssegment für' Solarkollektoren zur photothermischen Umwandlung von Sonnenenergie mit profilierten Verbindungselementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (3, 4) als männliche und weibliche Teile (23 bzw. 13) ausgestaltet sind, die in zusammengefügtem Zustand einen Raum zur Aufnahme eines von einem wärmeübertragenden Medium durchflossenen Rohres umschließen.

Absorptionssegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Segment einschließlich seiner Verbindungselemente (3, 4) aus einem extrudierbaren oder verformbaren Material mit guter thermischer Leitfähigkeit, insbesondere aus Aluminium, Kupfer, Kupferlegierung oder Kunststoff besteht.

Absorptionssegment nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Aluminium besteht und mit einem Anstrich oder einem anodisch aufgebrachten überzug versehen ist.

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4. Absorptionssegment nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß seine Absorptionsfläche eben und gleichmäßig glatt ausgebildet ist.

5. Absorptionssegment nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß seine Absorptionsfläche mit V-förmigen Rillen versehen ist.

6. Absorptionssegment nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der männliche Teil (23) einen konkaven Abschnitt (29) und eine Nase (23) und der weibliche Teil einen konkaven Abschnitt (6) sowie einen Hohlraum (13) zur Aufnahme der Nase (23) umfassen.

7. Absorptionssegment nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es von einer Verkleidung umschlossen und mit einer transparenten Abdeckung, insbesondere Verglasung versehen ist.

8. Absorptionssegment nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Teil einer vorgehängten oder aus Platten bestehenden Fassade ausgestaltet ist.

9. Absorptionssegment nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es als Teil einer Bedachung ausgestaltet ist.

10. Absorptionssegment nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem vor seiner Verformung oberflächenbehandelten, bandförmigen Material besteht.

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11. Absorptionssegment nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem nach seiner Profilierung oberflächenbehandelten Material besteht.

12. Absorptionssegment nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seine ebene Oberfläche mit längs verlaufenden Versteifungsriefen versehen ist.