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n Sonnenkollektor n
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Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor zur Erwärmung eines vorzugsweise
flüssigen Wärmeträgers, bestehend aus einem den Kollektor mindestens seitlich umgebenden
Gehäuse, mindestens einer oberen Abdeckplatte aus transparentem Glas, einer in einem
Abstand darunterliegenden Absorptionsplatte aus Metall,
die an ihrer
Oberseite mit schwarzem Absorptionsmaterial beschichtet und wärmeleitend mit von
dem Wärmeträger durchflossenen Leitungen verbunden ist, einer unteren wärmeisolierenden
Abschirmung sowie zwischen den einzelnen Platten angeordneten Abstandshaltern.
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Bei bekannten Sonnenkollektoren der genannten Art ist unmittelbar
unter der Absorptionsplatte eine Schicht aus wärmedämmendem Material vorgesehen,
die verhindern soll, daß die Absorptionsplatte die durch die Sonnenbestrahlung aufgenommene
Wärme in den Raum unterhalb des Kollektors abgibt. Die bekannten Sonnenkollektoren
weisen den Nachteil auf, daß ihre Leistung'bezogen auf die Größe und den Preis>
immer noch relativ gering ist.
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Zum anderen ist auch die Lebensdauer der bekannten Kollektoren begrenzt,und
zwar insbesondere dadurch, daß sich an der Unterseite der Absorptionsplatte Feuchtigkeit
niederschlägt, die die Absorptionsplatte angreift. Die niedergeschlagene Feuchtigkeit,
in der auch die Stoffe der Umgebung gelöst sind, beispielsweise Abgase aus olheizungen
usw., ist sehr aggressiv und greift selbst korroaonsgeschUtzte Stoffe an.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistung der bekannten
Sonnenkollektoren sowie deren Lebensdauer zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als untere
Abschirmung eine in einem Abstand von der Absorptionsplatte
liegende
gasundurchlässige Platte angeordnet ist, die auf der der Absorptionsplatte zugewandten
Seite mit einer Reflexionsschicht versehen ist, und daß der Raum zwischen der oberen
Abdeckplatte und der unteren Abschirmplatte gasdicht verschlossen ist.
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Die Leistung eines erfindungsgemäßen Sonnenkollektors ist im Verhältnis
zu den bekannten, unterhalb der Absorptionsplatte mit einer wärmedämmenden Schicht
versehenen Kollektoren bis etwa 30 höher. Ferner kann sich aufgrund des abgeschlossenen
Systems an der Unterseite der Absorptionsplatte keine Feuchtigkeit mehr niederschlagen,
so daß dadurch auch die Lebensdauer wesentlich erhöht werden kann.
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Vorzugsweise sind die oberhalb und unterhalb der Absorptionsplatte
liegenden freien Räume gasdicht voneinander getrennt.
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Dadurch ist es möglich, daß diese beiden Räume mit unterschiedlichen,
an ihre Aufgaben optimal angepaßten Medien gefüllt werden können. Während der obere
Raum normalerweise mit Luft gefüllt ist, ist der zwischen der Absorptionsplatte
und der unteren Abschirmplatte befindliche Raum vorzugsweise mit Schwergas gefüllt,
das im Verhältnis zur Luft eine kleine Wärmedurchgangs zahl aufweist. Das in diesem
Raum enthaltene Schwergas bietet dabei einerseits eine gute Isolation gegen konvektive
Wärmeübergang, während die von der Absorptionsplatte nach unten
abgestrahlte
Wärme mit nur geringen Verlusten zur Absorptionsplatte zurückreflektiert werden
kann.
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Die untere Abschirmplatte besteht zweckmäßig aus Glas, das auf der
der Absorptionsplatte zugewandten Seite mit einer dünnen spiegelnden Metallschicht
überzogen ist.
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Das Gehäuse kann aus einem die Außenseiten der oberen Abdeckplatte
und der unteren Abschirmplatte umgreifenden U-Profil-Rahmen bestehen, der. sich
vorzugsweise um nur drei Seiten des rechteckigen Kollektors herumerstreckt.
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Die Abstandshalter sind vorzugsweise in einem Abstand von dem äußeren
Rand angeordnet, wobei der Raum zwischen den Abstandshaltern und dem Rahmen bzw.
der Fluchtlinien zwischen den äußeren Plattenkanten mit einem temperaturbeständigen
Klebstoff dicht ausgefüllt ist.
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Die Abstandshalter sind vorzugsweise aus Blech zu einem rechteckigen
Querschnitt gebogen, wobei sich die Blechenden auf der dem Innenraum des Kollektors
zugewandten Seite über die gesamte Höhe überlappen und nicht miteinander verbunden
sind. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß sich die Platten bei mechanischer oder
thermischer Beanspruchung relativ zueinander verbiegen und verschieben können.
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Die beiden sich überlappenden Blechschenkel können in einem Abstand
voneinander angeordnet sein, während der Innenraum des Abstandshalters mit chemischen
Trockenperlen gefüllt ist. Bei dieser Konstruklion kann die Gaszirkulation bis in
den Abstandshalter hinein erfolgen, wobei aufgrund der chemischen Trockenperlen
eine völlig trockene Atmosphäre in den einzelnen Räumen des Kollektors geschaffen
werden kann. Dadurch ist ein Beschlagen der Platten mit Feuchtigkeit völlig ausgeschlossen,
so daß dadurch nicht nur die Lebensdauer der im Kollektorinneren befindlichen Metallteile
erhöht wird, sondern auch eine bleibend gute Strahlungsdurchlässigkeit der oberen
Glasplatte gewährleistet ist.
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Um sicherzustellen, daß die Gaszirkulation durch das Innere der mit
den Trockenperlen gefüllten Abstandshalter stets aufrechterhalten bleibt, können
die einander überlappenden Blechschenkel einen mit Zacken versehenen Rand aufweisen,
so daß ein Gasdurchgang auch dann möglich ist, wenn die Ränder an den Platten bzw.
der Innenseite des Abstandshalters anliegen.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht
und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig.
1 einen Schnitt durch den Rand eines Sonnenkollektors, Fig. 2 einen Schnitt durch
den Rand eines anderen AusfUhrungsbeispiels eines Sonnenkollektors und Fig. 3 einen
Schnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 1.
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Der in Fig. 1 dargestellte Sonnenkollektor setzt sich zusammen aus
aus einer oberen strahlungsdurchlässigen Abdeckplatte 2, einer in einem Abstand
darunterliegenden Absorptionsplatte 4 sowie einer in einem Abstand unterhalb der
Absorptionsplatte 4 angeordneten unteren Abschirmplatte 6.
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Die obere Abdeckplatte 2 besteht aus getempertem Glas, welches beispielsweise
eine Stärke von 5mm aufweisen kann.
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Die in der Kollektormitte angeordnete Absorptionsplatte 4 besteht
aus Metall, vorzugsweise Aluminium, und ist auf seiner Oberseite mit schwarzem Absorptionsmaterial
5 beschichtet.
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Die an sich flache Absorptionsplatte 4 ist mit mehreren über ihre
Fläche verteilt angeordneten und untereinander verbundenen kanalförmigen AusstUlpungen
8 versehen, durch die ein flUssiger
Wärmeträger 10 gepumpt wird,
der durch die Absorptionsplatte erwärmt wird.
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Die Die untere Abschirmplatte 6 besteht ebenfalls aus getempertem
Glas und weist ebenso wie die obere Abdeckplatte 2 beispielsweise eine Dicke von
5mm auf. Auf der der Absorptionsplatte 4 zugewandten Seite ist die untere Abschirmplatte
6 mit einer spiegelnden Metallschicht 12 versehen, die die von der Absorptionsplatte
4 nach unten abgestrahlte Wärme zu der Absorptionsplatte zurückreflektiert.
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Der rechteckige Kollektor wird an seinem äußeren Umfang durch einen
U-Profil-Rahmen 14 zusammengehalten, der die Oberseite der oberen Abdeckplatte 2
und die Unterseite der unteren Abschirmplatte 6 dicht umgreift. Der Rahmen 14 erstreckt
sich um drei Seiten des Kollektors.
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Die einzelnen Platten 2, 4 und 6 des Kollektors werden mit Hilfe von
Abstandshaltern 16 in dem vorgegebenen Abstand gehalten. Die Abstandshalter 16 sind
in einem Abstand von dem äußeren Rand angeordnet und liegen ohne Zwischenschaltung
einer Zwischenschicht bündig an den einzelnen Platten an. Der Raum 18 zwischen den
Abstandshaltern 16 und dem Rahmen 14 ist mit einem temperaturbeständigem Klebstoff
ausgefüllt. Dieser trägt zusätzlich dazu bei, daß das System gas- und flüssigkeitsdicht
abgeschlossen wird. An demjenigen Seitenrand des Kollektors, der nicht durch
den
Rahmen 14 abgedeckt ist, füllt der Klebstoff den freien Raum zwischen den Platten
2, 4 und 6 außerhalb der Abstandshalter 16 aus. Die Absorptionsschicht 5 der Absorptionsplatte
4 sowie die Reflexionsschicht 12 der unteren Abschirmplatte 6 reichen nur bis an
den inneren Rand der Abstandshalter 16 heran, so daß die Dichtwirkung durch diese
Zwischenschichten nicht gestört wird.
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Aufgrund dieses Konstruktionsprinzips ist der Innenraum des Kollektors
völlig nach außen geschlossen. Ferner sind aber auch die Einzelräume 20 und 22 gegeneinander
abgedichtet, so daß diese mit unterschiedlichen Gasen gefüllt werden können. Der
Raum 20 zwischen der oberen Abdeckplatte 2 und der Absorptionsplatte 4 ist mit Luft
von atmosphärischem Druck gefüllt, so daß die durch die obere Abdeckplatte 2 fallende
Wärmestrahlung ungehindert auf die Absorptionsplatte 4 treffen kann. Der untere
Raum 22, der zwischen der Absorptionsplatte 4 und der unteren Abschirmplatte 6 liegt,
ist dagegen mit einem Schwergas gefüllt, das eine möglichst kleine Wärmedurchgangszahl
aufweist, so daß dieser Raum gleichzeitig als zusätzliche Wärmeisolierung dient.
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Die Abstandshalter 16 sind so konstruiert, daß in ihnen ein freier
Raum 24 entsteht, durch den die in den Räumen 20 und 22 enthaltenen Gase zirkulieren
können. Die freien Innenräume 24
der Abstandshalter 16 sind mit
chemischen Trockenperlen 26 gefüllt, die die Feuchtigkeit der in den Räumen 20 und
22 enthaltenen Gase völlig aufnehmen.
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Die Abstandshalter 16 sind aus Blech zu einem rechteckigen Querschnitt
gebogen, wobei sich die Blechenden 28 und 30 auf der den Innenräumen 20 bzw. 22
zugewandten Seite über die gesamte Höhe überlappen. Die Uberlappung ist dabei so
gewählt, daß zwischen den beiden Blechenden 28 und 30 ein Abstand 32 bleibt, durch
den die Gase aus den Räumen 20 und 22 in das Innere der Abstandshalter 16 gelagen
können. Die freie Stirnkante des äußeren Blechendes 28 endet in einem kurzen Abstand
vor der Unterseite der oberen Abdeckplatte 2, während die freie Stirnseite des inneren
Blechendes 30 in einem kurzen Abstand vor der Innenwand des Abstandshalters 16 endet.
Diese beschriebene Konstruktion des Abstandshalters ist gleichzeitig an die mechanischen
Bedürfnisse angepaßt, wodurch Relativerschiebungen der einzelnen Platten rebe4iv
zueinander problemlos aufgenommen werden können.
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Um zu gewährleisten, daß ein Gasdurchgang zum Inneren der Abstandshalter
16 auch dann aufrechterhalten bleibt, wenn bei extrem starker Verformung die Stirnkanten
der Blechenden 28 bzw. 30 an den gegenüberliegenden Flächen anstoßen, sind die Ränder
mit vorspringenden Backen 34 versehen, die beim Auftreffen auf beispielsweise die
Unterseite der Absorptionsplatte
4 immer noch Durchgänge 36 freilassen,
wie in Fig. 3 dargestellt.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Kollektors
sind die gleichen Konstruktionsteile mit gleichen Positionszahlen versehen wie bei
dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Der einzige Unterschied dieses
Kollektors gegenüber dem Kollektor gemäß Fig. 1 besteht darin, daß zwischen der
oberen Abdeckplatte 2 und der Absorptionsplatte 4 eine zweite transparente Glasplatte
38 vorgesehen ist, die mit Hilfe von Abstandshaltern 16 auf Abstand zu den Platten
2 und 4 gehalten wird. Die freien Räume 20 und 40 zwischen den drei oberen Platten
2, 38 und 4 sind ebenso wie der Raum 20 bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
mit Luft gefüllt.