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Solar - Kollektor
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Die Erfindung betrifft die konstruktive Ausgestaltung eines Solar-Kollektors.
Solar-Kollektoren dienen dazu, die Sonnenenergie aufzufangen und zum Erhitzen von
Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser,zu verwenden. Da hierbei, günstige Wetterverhältnisse
vorausgesetzt, Temperaturen bis 1500 erreichbar sind, liegt auch die Erzeugung von
Niederdruckdampf im Bereich der gegebenen Möglichkeiten, Ein Solar-Kbilektor besteht
im Wesentlichen aus einem Absorber-Element, einem Gehäuse zur Aufnahme des Absorber-Elements
und einer Abdeckplatte, die das Gehäuse nach der Sonne zu abschließt. Das Absorber-Element
ist in der Regel als flacher,von der zu erhitzenden Flüssigkeit durchströmter Hohikörper
ausgebildet und em Eintrittsende sowie am Austrittsende mit dem Leitungsnetz verbunden.
Zur Erhdbung der Wärmeaufnahme ist das Absorber-Element an der der Sonne zugewandten
Oberseite geschwärzt oder mindestens in einer sehr dunklen Farbe gehalten. Um einet
Wärmeabgabe von der Unterseite des Absorber-Elements an die Aunenluft nach MöglichkFit
zu berhindern, ist der unter dem Kollektor-Element liegende Gehäuseraum mit einem
wärmedgmmenden Stoff, z.B. Glaswolle, angefüllt. Da der über dem Absorber-Element
liegende, verhältnismäßig niedrige Raum zwischen dem Absorber-Element und der Abdeckplatte
sich bei Sonneneinstrahlung stark aufheizt, tritt indessen an den Seitenwänden dieses
Raumes doch ein fühlbare Wärmeverlust auf.
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Bei der Erfindung lag somit die Aufgabe vor, die wärmeaS4 gabe des
über dem Absorber-Elementp liegenden Ahäuseraums nach Möglichkeit zu unterbinden.
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Nach der Erfindung wird bei einem Solar-Kollektor mit wannenartig
ausgebildetem unteren Gehäuseteil, über diesem Gehäuseteil angeordnetem Absorber-Element
und darüberliegender, strahlendurchlässiger Abdeckplatte der unter dem Absorber-Element
liegende, zur Wärmeisolierung dienende Raum an den Seitenwänden des das Absorber-Element
aufnehmenden Raumes bis zur Höhe der Abdeckplatte hochgezogen derart, daß der Raum
zwischen Absorber-Element und Abdeckplatte an seiner Unterseite und an den Seitenwänden
von einem Isolierraum umschlossen ist.
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Der den Innenraum rahmenförmig umschließende neue Isolierraum dämmt
den Wärmedurchgang nach der Außenwand wirkungsvoll ab und schränkt dadruch den Wärmeverlust
fühlbarJein.
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Der Raum wird zweckmäßigerweise, ebenso wie der andere, große Isolierreum
mit einem wärmedämmenden Mittel wie Glaswolle oder Schaumstoff ausgefüllt. Die Wirkung
kann noch verbessert werden wenn die Wände des Innenraumes Innen mit einer spiegelnden
Oberfläche versehen werden, weiche die Wärmestrahlen mindestens teilweise reflektiert.
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Konstruktiv läßt sich diese Bauart in der Form Verwirklichen, daß
die Seitenwände des Gehäuses bis zur Höhe der Abdeckplatte hochgezogen, dann zur
Bildung einer Auflagefläche für die Abdeckplatte nach Innen gebogen, anschließend
innerhalb der Wanne wieder nach unten gezogen und hierauf zur Bildung einer zweiten
Auflagefläche für das Absorber-Element nochmals nach innen gebogen werden. Man erhält
auf diese Weise zwei in der Höhe übereinander liegende Auflageflächen, deren Grundrisse
ineinander liegen. Der von oben nach unten laufende Teil wird normalerweise parallel
zur Außenwand verlaufend ausgebildet. Man kann ihn aber auch mit leichter Schräge
nach innen verlaufen lassen, was den
Vorteil hat, daß der Einbau
des Absorber-Elements, nbeySo wie das Ausstoßen des Ringraumes mit Wärmeisolierstoff
erleichtert wird.
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Im Allgemeinen wird für jedes Absorber-lement ein eigelles Gehäuse
vorgesehen. Dadurch wird der Zusammenbau mehrerer Solar-Kollektoren in beliebigerweise
ermöglicht (Baukastenform). Es kann indessen auch Fälle geben, in denen man mehrere
Absorber-Elemente in einem Gehäuse vereinigen will.
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In diesem Fall können die Zwischenwände zwischen den Isolierräumen
benachbarter Absorber-Zellen entfallen und durch eine Rahmenkonstruktion ersetzt
werden. Bei dieser Bauart gehen die Isolierräume benachtbarter Absorber-Elemente
direkt ineinander über.
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Die in der Regel aus Glas bestehende Abdeckplatte wird am Besten durch
einen Klebstoff mit ihrer Auflagefläche verbunden. Besonders geeignet hierfür ist
ein selbstklabendes Dichtungsmittel aus Kunststoff z.B Einkomponenten-Silikon-Kautschukmasse.
Zur Verbindung der Flanschen des Absorber-Elements mit ihrer Auflagefläche kann
man ebenfalls ein selbstklebendes Dichtungsmittel aus Kunststoff verwenden.
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In diesem Fall ist jedoch zwischen das Dichtungsmittel und die Auflagefläche
eine Schicht aus wärmeisolierendem Material einzufügen, um einen Wärmeabfluß aus
den heißen Flanschen in die gut leitende Gehäusewand und damit an die Außenluft
zu vermeiden. Um auch die Wärmeabstrahlung aus dem heißen Absorber-Element in den
Isolierraum herabzusetzen, winde die Unterseite des Absorber-Elements zweckmäßigerweise
nicht geschwärzt sondern bleibt blank.
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Die Verwendung eines elastischen Dichtungsmittels hat den Zweck verschieden
große Wärmedehnungen zwischen der Abdeckplatte und ihrer Auflageplatte auszugleichen.dm
das zu ermöglichen, muß die Abdeckplatte so bemessen werden, daß ihr Außentand gegenüber
dem Außenrand der Dichtungsfläche an allen Seiten etwas zurücksteht. Das Gleiche
gilt für die
Bemessung der Flanschen des Absorber-Elements gegenüber
der äußeren Begrenzung der zugehörigen Auflagefläche.
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Die Einstrahlung der Sonnenenergie ist naturgemäß umso höher je geringer
der Teil ist, der beim Durchgang durch die Abdeckplatte absorbiert wird. Es ist
deshalb von wesentlicher Bedeutung, daß die Abdeckplatte sowohl außen als auch innen
ständig blank ist. Auf der Außenseite kann dies durch regelmäßige Reinigung auf
einfache Weise erreicht werden. Beim Zusammenbau des Kollektors gelangt indessen
Luft in den Innenraum, die einen gewissen Feuchtigskeitgehalt hat.
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Diese Feuchtigkeit schlägt sich bei starker Außenabkühlung auf der
Innenfläche der Abdeckplatte nieder und absorbiert einen Teil der Strahlungsenergie.
Um das zu vermeiden, wird der Innenraum mit der Außenluft durch ein Röhrchen verbunden.
Die hierdurch auftretende Zirkulation der im Innenraum befindlichen Luft verhindert
ein Beschlagen der Abdeckplatte von Innen her. Man kann das Beschlagen auch dadurch
verhindern, daß in den Innenraum ein Mikro-Filter eingebaut wird, welches die Luftfeuchtigkeit
aufsaugt.
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Zum Befestigen der aus Glas bestehenden Abdeckplatte bedient man sich
in der Regel eines Metallrahmens von rechtwinkligem Querschnitt, dessen waagerechter
Schenkel die aus Glas be.
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stehende Abdeckplatte auf ihre Auflagefläche drückt, vrährend der
senkrechte Schenkel sich eng an die Außenwand des Kollektors anlegt und mit ihr
durch ein selbstklebendes Dichtungsmittel aus Kunststoff verbunden wird. Soll der
Solar-Kollektor auf einem Dach angeordnet werden, so kann der waagerechte Schenkel
des Überwurfrahmens über den senkrechten Schenkel nach außen hin verlängert und
die Verlängerung parallel zum senkrechten Schenkel hin umgebogen werden. Beim Aufsetzen
des Kollektors auf das Dach wird das Abdeckblech nach oben umgebogen, so daß es
allseitig in den Hohlraum zwischen den beiden vertikalen Schenkeln des Uberwurfrahmens
hineinragt und einen wasserdichten Abschluß ergibt.
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Zur Herstellund des zur Aufnahme des Absorber-Elementes bestimmten,
wannenartigen Gehäuseteils wird nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ein Verfahren
angewandt, welches folgende Verfahrensschritteumfaßt: a) ein rechteckiges Blech
wird zunächst an allen vier Ecken in gleiche ohe ausgeklingt.
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b) Dann wird jeder einzelne Lappen auf einer Abkantmaschine zunächst
um einen rechten Winkel nach oben abgebogen, dann wiederum rechtwinklig nach innen
abgebogen und darauf nocheinmal rechtwinklig wiederum nach oben abgebogen.
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c) Dann werden die so vergearbeiteten Seitenwände nach Abschrägung
der Auflageflächetwiederum im Abkantverfahren nach oben umgebogen und d) an den
Nahtstellen verschweißt.
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Nach einem weiterem Gedanken der Erfindung wird das Verschweißen durch
Verkleben mit einem selbstklebenden Dichtungsmittel ersetztwobei zur Verstärkung
der Ecken ein vorbereitetes Winkelstück aus dem gleichen Werkstoff wie das Gehause
eingnsetzt und mitverklebt wird.
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Das beschriebene Verfahren ist einfach und nimmt verhältnismäßig wenig
Zeit in Anspruch, Die danach hergestellten Gehäuse haben sich bei mehreren Probeausführungen
als äußerst stabil und haltbar erwiesen. Alle berbindungen sind als elastische Klebe-
und Abdichtverbindungen ausgeführt und entweder eingedrückt oder eingespritzt.
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In den Abbildungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen Figur 1 ein Gerät mit einfacher Glasscheibe und einfachem Uberwurfrahmen;
Figur
2 ein Gerät mit Verbundglasscheibe und etwas abgeändertem Überwurfrahmen; Figur
3 einen Horizontalschnitt aa durch eine Ecke des Gehäuses nach Figur 1.
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Das Gerät besteht im Wesentlichem aus einem Gehäuse 1, einer das Gehäuse
nach oben abdeckenden Glasscheibe e und einem Absorber-Element 3. Über die Glasscheibe
ist ein Überwurfrahmen 4 geschoben als zusätzliche Sicherung. Das Absorber-Element
ist im oberen Drittel des Gehäuses angeordnet. Der Raum zwischen Absorber-Element
3 und dem Boden 11 des Gehäuses dient dazu, eine Wärmeabstrahlung der unteren Absorberfläch
nach außen soweit als möglich zu verhindern und ist zu diesem Zweck mit einem wärmeisolierenden
Material, z.B. Glaswolle, gefüllt. Die Außenwände 21 und 22 des Gehäuses sind an
ihrsm oberen Ende waagerecht nach innen gebogen und ergeben dadurch eine Auflagefläche
6 für die Glasscheibe.
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Vom inneren Rand der Auflagefläche erstreckt sich ein Teil 31 etwa
patallel zu Außenwand 21 wieder nach unten und ist am unteren Ende nocheinmal waagerecht
nach innen abgebogen.
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Dadurch ergibt sich eine zweite Auflagefläche 16. Diese Auflagefläche
dient zur Aufnahme- des Absorber-Elements 3.
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Um eine Wärmeabgabe des Absorber-Elements an die Auflagefläche 16
und damit durch Leitung an die Außenwand 21 zu verhindern, ist zwischen den Rahmen
13 des Absorber-Elemerts und die Auflagefläche 16 eine Wärmeisolierung 7 geschaltet,
die an der Auflagefläche 16 festgeklebt wird. Der Rahmen 13 des Absorber-Elements
ist mit dem Isolierstreifen 7 verbunden durch eine Zwischenschicht 27 aus einer
selbstklebenden und gleichzeitig elastischen Kunststoffmasse, welche Warmedehnungen
zwischen dem Rahmen 13 und der Auflagefläche 16 zuläßt, gleichzeitig aber den Raum
10 zwischen Absorber-Element und Abdeckplatte gegenüber dem Raum 5 unter dem Absorbsr-Elemebb
luftdicht abschließt. Auflagefläche 6 eine Schicht 8 aus selbstklebendem, elastischem
Dichtungsmaterial eingebracht, das den Raum 1 staub und luftdicht nach
auBen
abschließt. Der Rand der Glasplatte ist etwas gegen die Außenkante der Auflagefläche
6 zurückgesetzt, damit sich die Glasplatte gegenüber der Auflagefläche 6 bei Erwärmung
frei dehnen kann.
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Durch die beschriebene Formgebung der Außenwand 21 an ihrem oberen
Teil wird eine Luftkammer 15 geschaffen, die ebenfalls mit Isoliermaterial gefüllt
ist und den Raum 10 gegen eine Wärmeabgabe durch seine Wand 31 nach außen abschirmt.
Da die für den Wärmedurchgang zur Verfügung stehende Mantelfläche 31 nur eine geringe
Ausdehnung hat genügt eine verhältnismäßig dünne Luftschicht, um den Wärmeverlust
in erträglichen Grenzen zu halten.
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Der obere waagerechte Teil 14 des Uberwurfrahmens ragt nach innen
etwas über die Auflagefläche 6 vor. Zwischen ihn und die Glasscheibe ist gleichfalls
eine Schicht 18 aus selbstklebendem Dichtungmaterial eingeschoben. Der senkrechte
Schenkel 24 des Rahmens ist etwas länger ausgebildet, so daß der gleiche Rahmen
sowohl für einfache Glasscheiben (Figur 1) als auch für Verbundglasscheiben (Figur
2) benutzt werden kann. Er ist mit der Außenwand 21 des Gehäuses ebenfalls durch
eine Schicht 23 aus selbstklsbendem Dichtungsmaterial verbunden. Zwischen dem oberen
Teil des Überwurfrahmens und der Auflagefläche 6 bildet sich ein kleiner Luftraum
20, welcher der Scheibe 2 eine Ausdehnung nach allen Richtungen ermöglicht.
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Im Inneren des Raumes 10 ist ein Mikro-Filter 17 angeordnet.
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Dieses Mikro-Filter dient dazu, etwaige beim Zusammenbau in den Raum
10 gelangte und bei Abkühlung aus der Luft ausgeschiedene Feuchtigkeit aufzunehmen
und dadurch ein Beschlagen der Scheibe 2 an der Innenseite, das den Durchgang der
Wärmestrahlen beeinträchtigen würde, zu verhindern. Gleichzeitig werden durch diese
Einrichtung die Absorber-Elemente und metallischen Wandungen gegen die Bildung von
Rost geschützt.
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Die Aufgabe des Mikro-Filters kann man auch einem Röhrchen 25 Übertragen,
das den Innenraum 10 mit der Außenluft verbindet und durch die entstehende Luftzirkulation
den überschüssigen Teil der Luftfeuclltiglcnit abführt. Das Röhrchen hat allerdings
den Nachteil, daß auch ein geringer Teil der. im Raum 10 enthaltenen Warmluft nach
außen abströmt, was zu einem geringfügigem Wärmeverlust führt.
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Als Werkstoff für das Gehäuse und des Uberwurfrahmens kommen sowohl
Metalle, z.B. Aluminium, als auch Kunststoff in Frage.
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Das in Figur 2 dargestellt Ausführungsbeispiel zeigt imWesentlichem
dieselben Teile wie Figur 1. Anstelle der einfachen Scheibe 2-ist jedoch hier eine
Verbundscheibe 5 getreten, was ein Höherziehen des Überwurfrahmens erforderlich
machte.
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Der Uberwurfrahmen ist über den Schenkel 15 nach außen verlängert
und dann parallel zu Schenkel 15 nach unten gebogen (34).
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Dadurch wird bei Anordnungen auf Dächern die Möglichkeit geboten,
eine Verbindung mit dem Dachblech zu gewinnen, die das Eindringen von Regenwasser
oder Schnee in das Innere des Solar-Kollektors verhindert.
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Beim Zusammenbau werden die durch ausklinken des Bodenbleches gewonnenen
Seitenwände 2£,22 (Figur 3) hochgebogen und dann an ihren Stoßkanten zusammengeschweißt.
An die Stelle der Schweißung kann auch ein Verkleben treten. Hierbei hat es sich
als günstig erwiesen, die Eckpunkte durch Je ein Winkelblech 9 zu verstärken, das
durch Klebestreifen 19 mit dem Boden durch Klebestreifen 29 mit der Wandung verbunden
wird.