DE7936020U1 - Solar-kollektor fuer heisswasser und dampferzeugung - Google Patents

Description

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Architekt-Ingenieur D-6457 MAlNTAL 2 Heins Hapke Hochstraße 9

Tel. 06194-61138

Solar-Köllektor für Meißwasser und Dampferzeugung

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor, der geeignet ist, durch Nutzbarmachung der Sonnenenergie , mithllfe des Brennglaseffektes und Pyramidenartiger Absorber-OberflMehe sehr hohe Temperaturen im Brennpunkt der Linsenartigen Giasseheibenabdeekung welcher im fciefstpunkt der Pyramiden liegt | zu erreichen/ umso Heißwasser und Dampf für die Gebrauchs- ^!\ wasserversorgung und Heizung, als auch Stromerzeugung zu erreichen. ;

Das wesentliche der Erfindung ist die mit großer Anzahl genau | nach Netzplan bestückte Linsen-Glasseheibenabdeeküng des So- % larkollektors, sowie die entsprechend zum Linsenbrennpunkt angeordneten pyramidenartigen Absorbi-rf lache ,wobei de* Pyramidenfuß jeweils zur Glasfläche gerichtet,während die Pyramidenspitze genau im brennpunkt der Linsen steht,umso die durch Bündelung der Strahlen im Brennpunkt erreichbare maxi- | male Wärmeenergie direkt auf die eingeklemmte Kupferrohr- | Heizschlange einwirken zu lassen, was die Aufheizung des Koilektorkreislaufes bewirkt.

Durch Ausnutzung des Brennglaseffektes wird zwar eine große Punktförmige Hitzebelastüng für den Kollektorkreislauf erreicht,weldhe durch stetigen Mediumdurchfluß und spannungsfreier Ausführung der Kupfersdhlange gefahrlos aufgenommen, höhere Wassertemperaturen bis über den Siedepunkt erreichen ; läßt, umso leistungsfähige und wirtschaftliche SOlar-Kollektoren auch bei geschlossenen Ausführungen mit Treibhauseffekt in unseren Breitengraden ermöglicht.

Es ist bekannt, daß Solarkollektoren in vielfacherweise und Ausführungsarten auf dem Markt angeboten werden, in einfachals auch doppelverglasung, mit Kunststoffhauben und Glasdach-

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daehpfannen,wobei die Absorberplatten im wesentlichen aue metallischen Stoffen in Free formen hergestellt / eiun Teil auoh oberseitig oder untereeitig angelötete Heizschlangen aufweisen , im wesentlichen aber eine ebene Absorberfläche bilden, wobei bei diesen Kollektortypen lediglich der Treibhaueeffekt mit sehr begrenzten Temperaturbereich noch keine bedeutsame Wirtschaftlichkeit erreichen und große Kollektorflachen erforderlieh macht.

Es ist weiter bekannt,eigene Srfindung PCT/DE79/OO139 Schallsehluekverglasungselement, was auch im Aufbau die gleiche Ausführungsart al? fertiges Solarelement für diese Erfindung sein wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mittels welcher bei geringstem Kostenaufwand, Serienfertigung und leichter montierbarkeit, langer lebensdauer und individuellen Einsatzbereichen,ein höchstmaß der Sonnenenergie Ausnutzung bei kleinen Abmessungen für die Heißwassererzeugung mittels Solar-Kollektoren zu erreichen, umso eine wirtschaftliche und wirksame Altemativ-lnergie ( Sonnen-Strahlen-Eneifgie) welche zeitlos in größen Mengen zur Verfügung steht zu nutzen«

Bei einem Sölar-Kollektor der eingangs bezeichneten Att, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mithilfe einer Vielzahl in der Glasscheibe eingebrachter Linsen eine Strahlenbündeluftgder Lichtstrahlen je Linseneinheit, deren Brennpunkt jeweils im zugeordneten Kopfteil der nadh innengeneigten pyrafflidenartig ausgebildeten Absorberplatte, unmittelbar auf der üfiterseitiö angeordneten Heizschlange liegend eine sehr hohe punktförmige Hitzewirkung erzeugt ,welche durch Wärmeleitung der Kupferrohrschlange an das durchfließende Medium übertragen ,dieses aufheizt und nutzen läßt, wobei durch Veränderung der Durchflußgeschwindigkeit die gewünschte Heißwassertemperatur regelbar ist und ein überhitzen ausschließt.

Durch die Ausführungsart der in der Glasscheibe beidseitig angeordneten Wölbspiegel,wobei der außenseitige Wölbspiegel einer Hyperbel ähnlich,die Strahlen über den Meridiankreis

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bereich der Sonne aufnimmt/ während der innenseitige Wölbepiegel einer Parabel ähnlich ausgebildet die Strahlen sammelt und im Brennpunkt wirksam werden läßt/ sind die erreiehung von DampftemperÄturen im Solarkollekter auoh in Sonnenarmen Gegenden möglich,sodaß bei entsprechender Langzeltspeicherung eine hohe Wirtschaftlichkeit gegeben ist. Die Absorberplatte setzt sich aus freitragenden prismenförfflige Leiehtprofilen,deren schenkelenden winkelförmig ausgeführt, mittels Klammer die Heizschlange aufnehmen und verbinden lassen zusammen, wobei in querrichtung prismenförmige Leicht= profile mit beidseitig über die ganze Länge versehenen drei" eckigen Ausschnitten eingelegt und befestigt/ die Untersieht eines Pyramidenfeldes über die kollektorfläche darstellen, eodaß in Verbindung mit ümfassungsrahmen,Halte-und Spann" schiene eowie Verglasungsteil ein fertiges Solar-Kollektorelement entsteht» welches von einem Tragrahmen mit Halteösen umgeben mit unterseitiger Isolierschale versehen , funktions·* tüchtig ist.

Ein dünnwandiges Kupferröhr mittels Klammern gehalten ,verläuft bei gleichbleibenden paralellen Abständen in waagerechter Lage,wobei die halbkreisförmigen Abbieguhgen jeweils in der Randzone des Kollektors vorgenommen wird von unten nach oben, ohne Unterbrechung,södaß ein langer Austauschweg erreicht wird, weicher eine ausreichende durehmischung des durchströ·^ mender Mediums gewährleistet,sowie eine maximale Aufheizung pro Durchgang erreicht von der Kaltzone bis zur Heißzone des durchfließenden Mediums.

Der besondere Vorteil eines Solar-Kollektors mit Wölbspiegelvergiasung und pyramidenartiger Absorberfläche ist die mögliche totale Ausnutzung des Brennglaseffektes zur Erreichung hoher Temperaturen über die Kollektorflache,welches die Aufheizung des Durchfließenden Mediums der Heizschlange in die Dampfzone erreichen läßt und somit kleine Bauweisen für den privaten Bedarf sowie hochleistungsfähige Solaranlagen für den Industriellen und komunai^n Bereich zur Heißwässer-Heizung sowie auch Stromerzeugung ermöglicht.

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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Diese zeigt in

Fig. 1 einen Seitensehnitt eines Se-lar-Kellektors in fix und fertig montiertem einbaufertigem Zustand gemäß der Erfindung

Pig. 2 einen Querschnitt eines Solar-Kollektors in fix und fertig montiertem einbäufertigen Zustand gemäß der Er^ findung

Fig. 3 eine draufsichfc einer Wölbspiegelverglasungsseheibe gemäß der Erfindung

Fig. 4 eine Draufsicht einer pyramidenartigen Absorberplatte mit angeklammerter Heizschlange gemäß der Erfindung

Fig. 5 einen Seitensdhnitt eines prismenförmigen Leichtprofiles einschließlich Verbindungsklammer (Tragprofil) gemäß der Erfindung

Fig. 6 einen Seitenschnitt eines prismenförmigen Leichtprofiles itlit dreieckförmigen Ausschnitten einschließlieh Verbindungsteil mit dem Tragprofil gemäß der Erfindung

Fig. 7 eine Draufsicht einer Kupferrohr-Heizschlange mit «in- und Austritts anschlußteil gemäß der Erfindung.

Bei den in Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Ausführüngsbeispiel in Längs und Querschnitt dargestellt, ist ein Solar-Kollektor - Umfassungsrahmen 1 mit angeformten Seitensteg 2 sowie Befestigungsösen 3 aus Stahl- oder Alu-Sonderprofil hergestellt ,welcher das vorgefertigte Kollektor-Element aufnimmt. Der Solar^Kollektor bestehend aus einem Wölbspiegelverglasungsteil7und dem Absorberteil mit Heizschlange 12 ,sindvon einem elastomeren Profilrahmen 6 umgeben und mithilfe einer Halte-

schiene 4 und Spannschiene 5 einbaufertig verspannt,wobei die unterseitige Wärmeisolierung 17 durch eine Isolierwanne 15 gegen Beschädigungen geschützt am Umfassungsrahmen 1 angeschraubt wird (27), und die Rohranschlüsse 24 der Heizschlange 12 von außen zugänglich angeordnet sind.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht und Schnitt einer Wölbspiegelglasscheibe 7 mit glatten Einspannrand, welche im Gußverfahren hergestellt , außenseitig einen Wölbspiegel 8 in Form eines Kreisabschnittes und innenseitig einen Wölbspiegel in Form eines Parabelbogens 9 aufweist, deren Anzahl gleichmäßig parallel und diagonal in gleichen Abständen zueinander über die Kollektorfläche angeordnet sind, und deren Brennpunkte jeweils Zentrum 26 der pyramidenartig ausgebildeten Absorberplatte liegen.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht einer pyramidenartigen Absorberfläche , welche aus Längs- und Quer- Leichtprofilen 1o und " 11 zusammengesetzt die Heizschlange 12 aus Kupferrohr aufnehmen und mittels Halteklammern 13 verbunden werden,wobei das eingeklemmte Heizschlangenrohr 12 einen Längsspalt zwischen den in Längsrichtung verlaufenden Leichtprofilen ermöglicht, welcher durch die ebenfalls prismenförmig ausgebildeten mit dreieckförmigen Ausschnitten 22 versehenden Quer-Leichtprofile 11, abständegleich und parallel verlaufend eingelegt und im Kammbereich mit den Längsprofilen verbunden 23 eine pyramidenartige Oberfläche deren Spitzen auf die Heizschlange liegen und eine kleine öffnung 26 aufweisen, wobei eine Bodenwanne 14 mit umlaufender Einspannleiste 19 gemeinsam mit den Randleisten 16 und 18 die Absorberplatte umrahmen und mit der Wölbspiegelglasscheibe 7 bei entsprechendem Abstand gemeinsam mittels eines gummiartigen Profilrahmens eingefaßt und verspannt eine vorgefertigte Kollektoreinheit bilden.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt eines Längsliegenden selbsttragenden Leichtprofiles 11 welches prismenfurmig ausgebildet und an beiden Schenkelenden V-förmige abbiepmgen 21 aufweist, wobei jeweils zwei Leiohtprofile 11 aneinandergereiht die

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Heizschlange aus Kupferrohr 12 aufnehmen und sich mittels Halteklammern 13 verbinden lassen,so das ein Spalt zwischen den Leichtprofilen verbleibt, die beidseitigen Begrenzungsoder Randleisten 16 sind z-artig abgekantet 2o,wobei das Einspannteil 19 eine Bodenwanne 14 aufnimmt und U-Fc rmig abgekantet ist.

Fig. 6 und 6.1 zeigt einen Schnitt und Seitensicht eines Querliegenden Leichtprofiles 1o , welches Prismenartig ausgebildet beidseitig in regelmäßigen Abständen jeweils gegenüberliegend dreieckförmige Ausschnitte²iufweist, derart,daß sich die Längsprofile 11 einrasten lassen und ein auf dem Kopf gestelltes Pyramidenfeld bilden, wobei die Pyramidenspitze eine kleine Spaltöffnung 26 aufweist.

Längs- und Querprofile 1o und 11 werden in der Biegezone vernietet oder gepunktet 23 und bilden die Absorberplatte,deren Randleisten entsprechend 16,18 ausgebildet sind.

Fig. 7 zeigt die Anordnung der Heizschlange 12 in Draufsicht wobei die Heizschlange 12 mittels Rohrverschraubung 24 von außen zugänglich und anschließbar von unten nach oben geführt, jeweils waagerecht verlaufend, in den Randzonen nach oben abgebogen, wie vor beschrieben geführt und geklammert wird 13 über die gesamte Breite des Absorberfeldes und am Austritt ebenfalls von außen zugänglich mit Rohrverschraubung 24 ausgeführt.

Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel in vielfacherweise abzuändern, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.

Die Absorberplatte könnte gepreßt werden und anderes Material sein, Die Wölbspiegelglasscheibe könnte auch durch einkleben von Einzellineen hergestellt werden, dae Spannsystam könnte geändert werden .

Das wesentliche ist die Ausnutzung des Brennglaseffektes um hochleistungsfähige Solar-Kollektoren zu erhalten.

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ZUSAMMENPASSUNG

Solar-Kollektor für Heißwasser und Dampferzeugung. Unter Ausnutzung des Brennglaseffektes und höchstmöglicher Nutzung der Sonnenenergie soll eine hohe Temperaturaufheizung des Kollektor-Kreislaufes erreicht werden, um eine wirtschaftlich verwertbare alternativenergie für Klein- und Großhaushalte, Industrie und Komunale Einrichtungen zu erhalten, wobei eine Langzeitspeicherung des heißen Wassers wesentlich die Wirtschaftlichkeit einer Solar-Anlage beeinflußt und gesondert zu berücksichtigen ist.

Mithilfe einer Wölbspiegelglasscheibenabdeckung und einer auf den Kopf gestellten Pyramidenfeidartig ausgebildeten Absorberplatte, aus längs-und quer angeordneten prismenartigen Leichtprofilen hergestellt, einschließlich Kupferrohr-Heizschlange mit reflektieren^ - Bodenwanne, welche gemeinsam unter Einhaltung des erforderlichen Abstandes von einem elastomeren gummiartigen Profilrahmen eingefaßt und mittels Halteschiene und Spannschiene zu einem einbauferti.gen Element verspannt, welches in einen Umfassungsrahmen mit Befestigungsösen einmontiert, über all aufstellbar nicht Dachgtbunden, jedoch sonnenabhängig, heißes Wasser und Dampf je nach Auslegung und Forderung liefert.

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Bezugszeichenliste

1 Umfassungsrahmen

2 Seitensteg am Umfassungsrahmen innenliegend

3 Befestigungsöse

4 Halteschiene

5 Spannschiene

6 elastomerer gummiartiger Profilrahmen

7 WölbspiegelglasFchexbe

8 Wölbspiegel außenseitig

9 Wölbspiegel innenseitig

10 Quer liegendes Leichtprofil

11 Längs liegendes selbsttragendes Leichtprofil

12 Heizschlange aus Kupferrohr

13 Halteklammer für 11 und

14 Bodenwanne mit reflektionsbeschichtung

15 Isolierwanne

16 Randleiste zu

17 Wärmeisolierung

18 Randleiste zu

19 Einspannrand an 16 und

20 Z-förmige Abkantung an 16 und

21 V-förmige Abkröpfung an

22 dreieckförmige Ausschnitte an

23 Schweißpunkt oder Nietverbindung 1o-11

24 Rohrverschraubung an

25 Strahlenbrennptankt auf der Heizschlange

26 Spaltöffnung im pyramidenkopfteil aus 1o und

27 Befestigung der Isolierwanne

Claims (5)

«•ff · f ■Pff: Ansprüche :

1. Solar-Kollektor für Heißwasser und Dampferzeugung unttr Ausnutzung des Brennglaseffektes und höchstmöglicher Nutzung der Sonnenenergie, dadurch gekennzeichnet, daß der rechteckig, quadratisch oder auch dreieckförmige Umfassungsrahmen (1) je nach Verwendungszweck profiliert mit innenliegendem Seitensteg(2)ausgebildet, an deren Umfang jeweils gegenüberliegend zwei Befestigungsösen(3)aufweist, während der Seitensteg(2)ein vorgefertigtes Kollektorelement bestehend aus einer Wölbspiegelglasscheibenabdeckung(7) und einer auf den Kopf gestellten Pyramidenfeldartig^·~. ausgebildeten Absorberplatte, aus Längs- und quer angeordneten Leichtprofilen (1o und 11) hergestellt einschließlich Kupferrohr-Heizschlange(12)und Bodenwanne mit reflektionsbei.ehichtung(14) ,welche gemeinsam unter Einhaltung des Abstandes von «iinem elastomere» gummiartigen Profilrahmen(6) eingefaßt und mittels Halteschiene (4) und Spannschiene(5) verspannt ist, aufnimmt, wobei der Solar-Kollektor zwar sonnenseitig im wesentlichen ortsungebunden anbringbar ist.

2. Solar-Kollektor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbspiegelglasabdeckung (7) durch Gußverfahren oder auch Einzel-Wölbspiegelaufklebung herstellbar zwei verschiedenartige Wölbspiegel je Brennstelle aufweisen, wobei der außenseitigeWölbspiegel (8) ähnlich eines Kreisabschnittes und der innenseitig achsgleich angeordnete Wölbepiegel die Krümmungslinie einer Parabel (9)ähnlich sein muß, was die Strahlenbündelung und damit die Brennleistung wesentlich beeinflußt,wobei die Wölbspiegelachsen auf die Tiefpunkte der Absorberplatte jeweils gerichtet sind und die Wölbspiegelanordnung entsprechend der Absorberplatte über die Glasfläche gleichmäßig verteilt nach Leistungsforderung bestimmbar ist.

3. Solar-Kollektor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,

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daß die selbsttragenden Leichtprofile(11)spitzwinklig abgekantet, an beiden Schenkelenden(zur Distanzierung and Aufnahme der Heizschlange 12) V-förmige Abkröpfungen

(21) lotrecht angeordnet aufweisen,, welche bei paralleler Verlegung zweier Leichtprofile (11) ein Quadrat ergeben, indem die Rohrschlange(12)eingebettet und mittels Halteklammer (13) verspannt ,ein Spalt(26^wischen den Leichtprofilträgern (11) erreichen läßt, wobei die Randleisten

(16) einseitig eine z-förmige Abkantung(2o) und Randbördelung zur Aufnahme der 3odenwanne (14) und gvmmiartigen Profilrahmen (6) aufweisen.

4. Solar-Kollektor nach Anspruchi+3dadurch gekennzeichnet, daß daß spitzwinklig abgekantete querliegende Leichtprofil (1o) in beiden Seitenschenkeln in Längsachse spitzauslaufende jeweils gegenüberliegende dreieck^ Ausschnitte

(22) aufweist,welche sich beim Auflegen formschlüssig mit den selbsttragenden Leichtprofilen (11) decken lassen und mit diesen eine pyramidenfeld-artige Oberfläche bilden, derart,daß im pyramidenkopf jeweils eine kleine Spaltöffnung (26) für den Strahlenbrennpunkt 25 auf der Heizschlange (12)verbleibt,wobei die Randzonen mit einer Randleiste (18) abschließen.

5. Solar-Kollektor nach Anspruch 1 , 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß eine aus dünnwandigem Kupferrohr bestehende Heizschlange (12) an deren Enden eine Rohrverschraubung (24) befestigt ist ,jeweils waagerechte Rohrführung über die gesamte Fläche aufweist,wobei in beiden Randzonen das Rohr (12) halbkreisförmig gebogen , sich mit dem geraden Teil in die V-förmige Abkröpfung (21) zweier selbsttragenden Leichtprofilen (11) einschmiegt und mittels Halteklammer(13) verbindet,von unterseitig angeordneter Bodenwanne mit reflektionsbeschichtung (14) mit gemeinsamen Einspannrand (19) der Randleisten (16 und 18) ein einbaufertigee Abeorberplatteneleinent bilden.