DE2734709A1

DE2734709A1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2734709A1
Application number: DE19772734709
Authority: DE
Inventors: Hans Spakowski; Otto Dipl Phys Dr Stehl
Original assignee: BFG Glassgroup GIE
Current assignee: BFG Glassgroup GIE
Priority date: 1977-08-02
Filing date: 1977-08-02
Publication date: 1979-02-15
Also published as: US4282856A; BE869444A; FR2399632A1

Description

Patentanmeldung
BFG Glassgroup
43, Rue Caumartin
F-75OO9 Paris

"Sonnenkollektor"

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf einen Sonnenkollektor mit Strömungsmittelkammer, sonneneinfallseitig vorgeschaltetem, gasgefülltem Wärmedämmraum und sonnenabgewandt angeschlossener Isolierschicht, wobei der Wärmedämmraum zumindest eine äußere Abdeckglasscheibe besitzt und die Strömungsmittelkammer eine sonneneinfallseitige sowie eine sonnenabgewandte Glasscheibe aufweist und mit Anschlußeinrichtungen- für die Strömungsmitte!zuführung und

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-abführung versehen Lst. Die Gasfüllung in dem Wärmedänunraum besteht aus Luft oder aus einem anderen Gas oder auch aus einer Gasmischung und steht zumeist unter Normaldruck oder Unterdruck. Das Strömungsmittel ist ein Wärmetausmedium. Es kann so ausgewählt sein, daß es selbst in starkem Maße absorbiert. Die Strömungsmittelkammer funktioniert also als Wärmetauscher, in dem das Strömungsmittel die eingestrahlte Sonnenenergie aufnimmt. - Glasscheibe bezeichnet im Rahmen der Erfindung auch Scheiben aus Kunststoff.

Bei den bekannten gattungsgemäßen Sonnenkollektoren (US. Department of Commerce, NationaL Technical Information Service, PB-253 150, 1976, S. 64), die im allgemeinen in der Strömungsmitte Ikammer auch Strömungskanäle aufweisen, ist die Strömungsmittelkammer eine Sonderkonstruktion, die besonders aufwendiger Fertigung bedarf. In anderen Bereichen der Technik, nämlich für Schalldämm- und/oder Wärmedämmzwecke kennt man Isolierglaseinheiten aus Innenscheibe, Außenscheibe und Zwischenraum, wobei ein AlistandshaIterrahmen den Zwischenraum definiert und der Zwischenraum eine Luftfüllung oder eine andere Gasfüllung aufweist. Der Ab.standsha lter rahmen ist ein besonderes Bauteil oder von der Innenscheibo und/oder Außenscheibe durch Abbiegen gebildet. - In der Glas Industrie existieren umfangreiche Erfahrungen und Fortigungseinrichtungen für den Hau solcher IsoliergLaseinheiten. Die Prob lerne um den Aufbau von SonnenkolLektoren sind dadurch bisher nicht beoinflußt worden.

Im übrigen weiß man r.v. i t langem, daß es für Sonnenkol Lektoren auf hohes Absorptionsvermögen einerseits, geringes l-iniissions-

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verneigen andererseits c.nkommt. Geringes Emissionsvermögen dushc>lb, damit cite Abctrnhlung aufgenommener nonnene.no.ryie iuc'c: 1 i cl·. Ft gerirc. l«?t .Pa*.!.' arbeitet v.ui. zumeist, mit zwei euEeinancur nnge ore' nc ton ichlcbten, deren sonneneinfa ] lse j L i cc, das geringe biniss icnsverii.ögen und derer nnohgescha 1tete , das hohe Absorptionsvermögen aufweist. So verfährt man sowohl bei Ponr.enkollektcren, die eine aus Birch bestehende Kollektorplatte aufweiten , v.elche se nnr nc inf v. 11 re i t ic; die Lttüriiuncj£.mlttelkc'iu: er begrenzt (DT-O^ 26 15 686) als nucr Lei c liii cc'htti!, die ei. ti: ι recherici zusammengesetzt und cjestultel i'inc! (üT-OS 25 .)') ⁽Jf>5). Aucl: diene Maßnahmen sind jedoch tier KrLtil· offen, c'a die t Kscapt ion der .Sonnenenergie in der / r sori-Lic nrych ich t erfolgt uiui folc;lic:ti die ciufgenorTenc ..η*. Lcjiu /v.KÜclrh ir. lecf der l^-.^:'rn e. Ic i t urg an.'; der Absorpt Loni.ijciiic-ht in die Viand der r-trömuncjsiri ttell· c.ii.ne r einflitit, c;lie sie von den. ot rij· ungMi.i t.tel aufgenomnen verdc.r lern, [ic'.lei bringt audi vvi l'.'ii nc la erge-ng von einer .'"hiebt ;nt i'.nderen J z\i. von der ΛΙ :;ot [ t i «.nrsch ich t zur V.and f'ro} lerne. Ander;; I legen die Verhältnisse bei Sonnenkol lektor<- η piit ί tier Lim].· ι L tt e i\ απ'η ern ">uf Metall, c'iF jnicc h einer i.ncerer Cat tu ng ,in,» 1 ΐ ■ t * κ.

I er l.r ί i i.ilunu lLtcjt die Au£<jabe zugrunde·, einen qdttimg.vgemr, fk-n i'ciirn nkc L 1 el·, tr r r i t einer ir fertigung= techrii scher Hinsicht besrr¹ (IeLf cii.I .c·! Li : ti ( r unij.^c:n.i ttelkiinnier auszurüsten.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Ltron ui.gs-Ii i tt t Ikt nii et ib V.w. Ll cl.v. ilenisol ier glaseinhe i t ausige fi.hrt ist, vclei ii., Abst. ncistaf men oder im Bereich des Abstandst ahn ens ciie Ansei liilieinr ic \ t ungen fill die Sttomungsmittelzuf ύί ruiuj und -abfübruiic. .'liC.ti rdnet sirul,

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und daß die sonneneinfallseitige Glasscheibe der Zweischeibenisolierglaseinheit sonnenseitig eine Beschichtung mit geringem Emissionsvermögen aufweist, während die sonnenabgewandte Glasscheibe hohes Absorptionsvermögen besitzt. - Erfindungsgemäß kann ohne weiteres auf die Erfahrungen und die Fertigungseinrichtungen bei der Herstellung von Isolierglaseinheiten zurückgegriffen werden. Tatsächlich werden erfindungsgemäß grundsätzlich Zweischeibenisolierglaseinheiten für einen neuen Zweck eingesetzt, wenn auch dazu weiterausgebildet.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die sonnenabgewandte Glasscheibe der Zweischeibenisolierglaseinheit mit angeformten Profilierungen versehen, welche zusammen mit der sonneneinfallseitigen Glasscheibe Strömungskanäle bilden. Dabei sind solche Profilierungen, die durch einen üblichen Walzvorgang erzeugt werden können, ausreichend. - Die Beschichtung mit geringem Emissionsvermögen kann bei der sonneneinfallseitigen Glasscheibe in bekannter Weise aus einem Stoff der Gruppe Zinndioxid, Indiumoxid, Cadmiumstannat oder Mischungen davon sowie aus Mehrschichtsystemen, z. B. Titandioxid, Silber, Titandioxid, bestehen. Diese sonneneinfallseitige Beschichtung kann auf die genannte Glasscheibe aufgedampft sein. Damit die Glasmasse der sonnenabgewandten Glasscheibe der Zweischeibenisolierglaseinheit insgesamt ausreichendes Absorptionsvermögen besitzt, genügt es, sie dunkel oder schwarz zu färben oder eine entsprechende Beschichtung vorzusehen. Die Glasmasse der sonnenabgewandten Glasscheibe kann aber zum Zwecke der Erzielung eines ausreichenden Absorptionsvermögens, einschließlich der Profilierungen, auch Einbettungen aus entsprechenden Substanzen aufweisen.

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Wenn es sich darum handelt, die Strömungsmittelkammer eines erfindungsgemäßen Sonnenkollektors zur Aufnahme hoher Drücke des Strömungsmittels besonders geeignet zu machen, so lehrt die Erfindung, daß die Profilierungen der sonnenabgewandten Glasscheibe der Zweischeibenisolierglaseinheit als kanalbildende Trennwände ausgeführt sind, welche die gesamte Kanaltiefe oder Kanalhöhe bestimmen, und die mit einer unprofilierten, sonneneinfallseitigen Glasscheibe vereinigt sind. Das kann ohne Schwierigkeiten durch Verschweißen oder Verkleben erreicht werden. Von besonderer Bedeutung für den Wirkungsgrad ist eine Ausführungsform, die in Kombination zu den vorbeschriebenen Maßnahmen dadurch gekennzeichnet ist, daß in den Strömungskanälen Strömungsturbulenz erzeugende Gitter, vorzugsweise in Strömungsrichtung gewellt, angeordnet sind. Diese können aus Drähten, Gitterblech, Streckmetall oder dergleichen bestehen, wobei selbstverständlich solche Werkstoffe eingesetzt werden, die hinreichend korrosionsfest in bezug auf das Strömungsmittel sind. Sie können, was auch fertigungsmäßig einfach ist, in die Strömungskanäle einfach eingelegt werden. Hier nutzt die Erfindung die Tatsache, daß dünne Drähte, die in der beschriebenen Weise in einem gewellten Gitter (Drahtgewebe oder Drahtgeflecht) angeordnet sind, in bezug auf die einfallende Sonnenenergie gleichsam eine geschlossene Fläche darstellen, daher in starkem Maße absorbieren, wenn ihre Oberfläche entsprechend eingerichtet, z. B. schwarz gefärbt oder mit einer entsprechenden Oxidschicht versehen ist. Andererseits erfolgt aber auch ein intensiver Wärmeübergang an das Strömungsmittel, weil infolge der Turbulenzbildung die aufgenommene Wärme unmittelbar und mit hohem Wirkungsgrad

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an das Strömungsmittel abgegeben wird. Hinzu kommt, daß die erzeugte Turbulenz auch den Wärmeübergang von den Glasscheiben bzw. den Profilierungen an das Strömungsmittel verbessert. Obwohl in bezug auf die einfallende Sonnenenergie derartige Strömungsturbulenz erzeugende Gitter praktisch eine geschlossene Fläche darstellen, ist der Strömungswiderstand gering, da für die Strömung die Maschen- oder Gitteröffnungen voll geöffnet bleiben.

Die erreichten Vorteile sind zusammengefaßt darin zu sehen, daß die in der Glasindustrie existierenden Verfahren und Einrichtungen zur Herstellung von Isolierglaseinheiten für die Herstellung erfindungsgemäßer Sonnenkollektoren bzw. deren Strömungsmittelkammern eingesetzt werden können. Dabei kann man leicht an zwei gegenüberliegenden Seiten im Grundriß der Zweischeibenisolierglaseinheit die Einrichtungen für die Strömungsmittelzuführung bzw. für die Strömungsmittelabführung anordnen. Nach bevorzugter Ausfuhrungsform der Erfindung ist in diesem Zusammenhang die Anordnung so getroffen, daß der Abstandsrahmen an zwei gegenüberliegenden Seiten mit Randelementen ausgerüstet ist, die zugleich als Verteiler bzw. Sammler für die Strömungsmittelzuführung zu den Strömungskanälen bzw. für die Strömungsmittelabführung des aus den Strömungskanälen austretenden Strömungsmittels ausgebildet sind. Die beiden übrigen Ränder können in üblicher Weise über Abstandshalter oder auch unmittelbar unter Abbiegung miteinander vereinigt sein. Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine solche Ausführungsform der Zweischeibenisolierglaseinheiten, bei der der Abstandsrahmen durch randseitiges Abbiegen und Verschweißen der Glas-

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rahmen gebildet ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 die Ansicht eines erfindungsgemäßen Sonnenkollektors, Fig. 2 den Schnitt A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1, Fig. 3 den Schnitt B-B durch den Gegenstand nach Fig. 2,

Fig. 4 den vergrößerten Ausschnitt C aus dem Gegenstand nach Fig. 2 und

Fig. 5 den vergrößerten Ausschnitt D aus dem Gegenstand nach Fig. 3.

Der in den Figuren dargestellte Sonnenkollektor ist zunächst in üblicher Weise mit einer Strömungsmittelkammer 1 ausgerüstet, der sonneneinfallseitig ein gasgefüllter Wärmedämmraum 2 vorgeschaltet ist, während sonnenabgewandt eine Isolierschicht 3 angeschlossen ist. Die Isolierschicht 3 mag aus Glaswolle oder dergleichen bestehen. Der Wärmedämmraum 2 besitzt im Ausführungsbeispiel eine äußere Abdeckglasscheibe 4. Die Strömungsmittelkammer 1 ist aus einer sonneneinfallseitigen sowie einer sonnenabgewandten Glasscheibe 5, 6 aufgebaut und mit Anschlußeinrichtungen 7 für die Strömungsmittelzuführung sowie für die Strömungsmittelabführung versehen. Der Sonnenkollektor weist einen umfassenden

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Kasten oder Rahmen 18 auf. - Als Strömungsmittelkarraner ist eine Zweischeibenisolierglaseinheit eingesetzt, die im Ausführungsbeispiel aus den Glasscheiben 5, 6 und dem Abstandsrahmen 8 besteht.

Insbesondere aus den Fig. 4 und 5 entnimmt man, daß die sonneneinfallseitige Glasscheibe 5 der Zweischeibenisolierglaseinheit 1 sonneneinfallseitig eine Beschichtung 9 aufweist. Es handelt sich um eine Beschichtung 9 mit geringem Emissionsvermögen. Sie mag z. B. aus Zinndioxid, Indiumoxid oder dergleichen bestehen. Die sonnenabgewandte Glasscheibe 6 besitzt hohes Absorptionsvermögen. Das kann durch bloße Färbung der Glasmasse oder durch Einbettung geeigneter Substanzen erreicht sein.

Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die sonnenabgewandte Glasscheibe 6 zur Strömungsmittelkammer 1 hin mit angeformten Profilierungen versehen, die zusammen mit der sonneneinfallseitigen Glasscheibe 5 Strömungskanäle 11 für das Strömungsmittel bilden. Im Ausführungsbeispiel ist die sonneneinfallseitige Glasscheibe 5 eine ebene Glasscheibe, die Profilierungen 10 funktionieren also vollständig als kanalbildende Trennwände. Die ebene Glasscheibe 5 könnte mit den kanalbildenden Trennwänden 10 vereinigt sein.

Von besonderer Bedeutung sind die insbesondere in Fig. 4 und 5 erkennbaren, in den Strömungskanälen 11 Strömungsturbulenz erzeugenden Gitter 12, die im Ausführungsbeispiel und nach

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bevorzugter Ausführungsform der Erfindung in Strömungsrichtung 13 gewellt sind. Sie mögen als Drahtgewirke oder Drahtgeflecht aus Drähten guter Wärmeleitung bestehen, die ausreichend korrosionsfest sind und beispielsweise eine dunkle oxidische Oberfläche besitzen. Man verdeutlicht sich anhand er Fig. 4 und 5, daß in bezug auf die einfallende Sonnenenergie diese Strömungsturbulenz erzeugenden Gitter 12 in ihren schrägen Bereichen praktisch eine weitgehend geschlossene Fläche darstellen, die daher hohes Absorptionsvermögen aufweist, während umgekehrt die Strömung die Gitteröffnungen oder Maschen 14 frei passieren kann. Das verbessert insgesamt beachtlich den Wärmeübergang. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die sonnenabgewandte Begrenzungswand der Strömungsmittelkaircrier 1 aus anderen Materialien als aus Glas herzustellen.

Im übrigen ist bei der Zweischeibenisolierglaseinheit 1 die Anordnung so getroffen, daß im Bereich der beiden gegenüberliegenden Seiten 15 Rahmenelemente angeordnet sind, die zugleich als Verteiler 16 bzw. Sammler 17 für die Strömungsmittelzuführung zu den Strömungskanälen 11 bzw. die Strömungsmittelabführung aus den Strömungskanälen 11 ausgebildet sind. Handelt es sich um eine Zweischeibenisolierglaseinheit 1, bei der im Sinne der obigen Ausführungen der Abstandsrahmen 8 durch randseitiges Abbiegen und Verschweißen der Glasscheiben 5, 6 gebildet ist, so wird man die Anschlußeinrichtungen für die Strömungsmittelzu- und -abführung nicht im Abstandsrahmen 8, sondern in einer der Glasscheiben 5 bzw. 6 anordnen, die dazu mit einer entsprechenden Bohrung oder einem entsprechenden Ausschnitt auszurüsten sind, in die ein Anschlußstutzen, ggf. unter Beigabe von Dichtungsmitteln, einzukleben oder einzupressen ist.

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Claims

Patentansprüche :

1.) Sonnenkollektor mit Strömungsmittelkammer, sonneneinfallseitig vorgeschaltetem, gasgefülltem Wärmedämmraum und sonnenabgewandt angeschlossener Isolierschicht, wobei der Wärmedämmraum zumindest eine äußere Abdeckglasscheibe besitzt und die Strömungsmittelkammer eine sonneneinfallseitige sowie eine sonnenabgewandte Glasscheibe aufweist und mit Anschlußeinrichtungen für die Strömungsmittelzuführung und -abführung versehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Strömungsmittelkamirer als Zweischeibenisolierglaseinheit (1) ausgeführt ist, wobei im Abstandsrahmen (8) oder im Bereich des Abstandsrahmens (8) die Anschlußeinrichtungen (7) für die Strömungsmittelzuführung und -abführung angeordnet sind, und daß die sonneneinfallseitige Glasscheibe (5) der Zweischeibenisolierglaseinheit (1) sonneneinfallseitig eine Beschichtung (9) mit geringem Emissionsvermögen aufweist, während die sonnenabgewandte Glasscheibe (6) hohes Absorptionsvermögen besitzt.

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die sonnenabgewandte Glasscheibe (6) der Zweischeibenisolierglaseinheit (1) innenseitig, d. h. zur Strömungsmittelkammer (1) hin, mit Profilierungen (10) versehen ist, welche zusammen mit der sonneneinfallseitigen Glasscheibe (5) Strömungskanäle (11) bilden.

3. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (9) mit geringem

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Emissionsvermögen auf der sonneneinfallseitigen Glasscheibe (5) der Strömungsmittelkammer (1) in bekannter Weise aus einem Stoff der Gruppe Zinndioxid, Indiumoxid, Cadmiumstannat oder dergleichen besteht.

4. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (9) mit geringem Emissionsvermögen auf die sonneneinfallseitige Glasscheibe (5) der Strömungsmittelkammer (1) aufgedampft ist.

5. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasmasse der sonnenabgewandten Glasscheibe (6) der Zweischeibenisolierglaseinheit (1) zum Zwecke der Erhöhung des Absorptionsvermögens dunkel bis schwarz gefärbt oder mit einer entsprechenden Beschichtung versehen ist.

6. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Glasmasse der sonnenabgewandten Glasscheibe (6) der Strömungsmittelkammer (1) absorbierende Einbettungen aufweist.

7. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungen (10) der sonnenabgewandten Glasscheibe (6) der Zweischeibenisolierglaseinheit (1) als kanalbildende Trennwände (10) ausgeführt sind, die mit einer unprofilierten, sonneneinfallseitigen Glasscheibe (5) vereinigt sind.

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8. Sonnenkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination dazu in den Strömungskanälen (11)
Strömungsturbulenzen erzeugende Gitter (12) vorzugsweise in Strömungsrichtung (13) gewellt, angeordnet sind.

9. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei gegenüberliegenden Seiten der Zweischeibenisolierglaseinheit (1) der Abstandsrahmeη

(8) die Anschlußeinrichtungen (7) für die Strömungsmittelzuführung bzw. die Strömungsmittelabführung aufweist.

10. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandsrahmen (8) an zwei gegenüberliegenden Seiten mit Verteilern (16) bzw. Sammlern (17) für die Strömungsmittelzuführung zu den Strömungskanälen (11) bzw. die Strömungsmittelabführung von den Strömungskanälen (11) ausgerüstet ist.

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