DE2804746A1 - Solar collector comprising bonded top and bottom tray-shaped shells - pref. made of transparent acrylic! resin on acrylic! resin and mirror-lined metal - Google Patents
Solar collector comprising bonded top and bottom tray-shaped shells - pref. made of transparent acrylic! resin on acrylic! resin and mirror-lined metalInfo
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Abstract
Description
SonnenkollektorSolar collector
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor, bestehend aus einem von einer lichtdurchlässigen Deckplatte verschlossenen Bodenteil, in dem ein Absorber untergebracht ist.The invention relates to a solar collector consisting of a bottom part closed by a transparent cover plate in which a Absorber is housed.
Sonnenkollektoren dienen zur Umwandlung von Sonnenenergie in andere Energieformen, z.B. Wärme zur Warmwassergewinnung bzw. zur Energieerzeugung. Es sind bereits vielfältige Versuche unternommen worden, Sonnenkollektoren so auszubilden, daß sie mit zufriedenstellendem Wirkunasgrad gedrängte Bauform erhalten, so daß sie als Energiequelle für Wohnhäuser geeignet sind. Dies hat jedoch bisher nicht zu dem gewünschten Erfolg geführt. Bekannte Sonnenkollektoren bestehen aus einem als kastenförmiges Blechgehäuse ausgebildeten Bodenteil, dessen obere Öffnung durch eine Glasplatte verschlossen ist.Solar panels are used to convert solar energy into others Forms of energy, e.g. heat for hot water or energy generation. It Various attempts have already been made to train solar collectors in such a way that that they get compact design with a satisfactory degree of efficiency, so that they are suitable as an energy source for residential buildings. However, this has not yet been done led to the desired success. Well-known solar panels consist of one designed as a box-shaped sheet metal housing bottom part, the upper opening through a glass plate is closed.
In das Blechgehäuse ist ein Absorber eingesetzt und zwischen Absorber und Boden des Blechgehäuses befindet sich Isolationsmaterial, z.B. Styropor, Glaswolle od.dgl.An absorber is inserted into the sheet metal housing and between the absorber and the bottom of the sheet metal housing is insulating material, e.g. Styrofoam, glass wool or the like.
Derartige Kollektoren werden als Einscheiben-Einfachkollektoren bezeichnet. Für die Verwendung auf Wohnhäusern u.dgl. sind sie ungeeignet, weil ihre Bauhöhe aufgrund der Isolationspackungen, die eine Wärmeableitung nach unten verhindern sollen, recht hoch ist und sich ohne Einbuße an Isolation auch nicht verringern läßt.Such collectors are referred to as single-disk single collectors. They are unsuitable for use on houses and the like because of their overall height due to the insulation packing that prevents heat from being dissipated downwards should, is quite high and does not decrease without loss of insulation leaves.
Ein weiterer Mangel ist das verhältnismäßig hohe Gewicht derartiger Einscheiben-Einfachkollektoren. Außerdem ist ihre Leistung unzureichend, weil bei schrägem Einfall des Sonnenlichts der hochstehende Rand des kastenförmigen Blechgehäuses einen großen Teil des Absorbers innerhalb des Blechgehäuses überschattet und seinen Wirkungsgrad mindert. Nur bei verhältnismäßig senkrechtem Sonnenlichteinfall wird die Sonnenenergie in Wärme ausgenutzt, wobei sich allerdings die fehlende Isolation auf der Oberseite des Kollektors einschränkend bemerkbar macht.Another shortcoming is the relatively high weight of such Single-disc single collectors. In addition, their performance is inadequate because of oblique incidence of sunlight, the raised edge of the box-shaped sheet metal housing a large part of the absorber overshadowed within the sheet metal housing and reduces its efficiency. Only with relatively vertical incidence of sunlight the solar energy is used in heat, but the lack of insulation on the upper side of the collector.
Ein weiterer unter dem Namen Zweischeibenkollektor bekannter Sonnenkollektor ist hinsichtlich des kastenförmigen Blechgehäuses und der erforderlichen dicken Isolationspackung entsprechend dem Einscheiben-Einfachkollektor aufgebaut, jedoch mit zwei gläsernen Deckplatten versehen.Another solar collector known as the two-disc collector is in terms of the box-shaped sheet metal housing and the required thicknesses Insulation packing constructed according to the single-disc single collector, however provided with two glass cover plates.
Die beiden Deckplatten sind mit Abstand übereinander angebracht und das zwischen ihnen vorhandene Luftpolster soll den Grad des Wärmeverlustes vom Absorber nach oben verringern, um eine bessere Wärmespeicherung im Absorber zu erzielen, wenn die Sonneneinstrahlung nachläßt. Dieser Zweischeibenkollektor hat die gleichen Nachteile wie der Einscheiben-Einfachkollektor.The two cover plates are attached and spaced one above the other the air cushion between them should measure the degree of heat loss from the absorber decrease upwards in order to achieve better heat storage in the absorber, when the sunlight subsides. This two-disc collector has the same ones Disadvantages like the single-disc single collector.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kollektor zu schaffen, der sich durch flache Bauweise auszeichnet, so daß er gegebenenfalls in die Dachhaut eines Gebäudes integrierbar ist, der keine Leistungsminderung durch Randüberschattungen erfährt und dessen Isolation in Anpassung an die jeweiligen Wärmestrahlungsverhältnisse regelbar ist.The invention is based on the object of creating a collector which is characterized by its flat design, so that it can be inserted into the roof cladding if necessary can be integrated into a building that does not reduce performance due to overshadowing experiences and its insulation in adaptation to the respective heat radiation conditions is adjustable.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Bodenteil und die Deckplatte jeweils schalenförmig gewölbt ausgebildet und miteinander vakkumdicht verbunden sind und daß an diesen Doppelschalenkörper eine Vakuumpumpe angeschlossen ist.This object is achieved in that the bottom part and the cover plate each cup-shaped arched and connected to one another in a vacuum-tight manner are and that a vacuum pump is connected to this double shell body.
Ein in dieser Weise ausgebildeter Sonnenkollektor hat den Vorteil, daß er frei ist von jeglichem isolierenden Packungs- material, weil das in dem Behälter aufgebaute Vakuum allseitige Isolationswirkung für den Absorber hat.A solar collector designed in this way has the advantage of that it is free from any insulating packing material because the vacuum built up in the container all-round insulation effect for the absorber Has.
Der Wegfall von isolierendem Packungsmaterial macht es möglich, daß der Doppelschalenkörper des Kollektors bei ausreichender Isolation sehr flach ausgebildet sein kann, so daß er gegebenenfalls in die Dachhaut eines Wohngebäudes integrierbar ist. Die Möglichkeit der flachen Ausbildung des Doppelschalenkörpers bringt außerdem mit sich, daß der Bodenteil von hochstehenden Rändern frei ist, so daß der in dem Doppelschalenkörper untergebrachte Absorber auch bei sehr schrägem Einfall der Sonnenstrahlen an jeder Stelle seiner Oberfläche von den Sonnenstrahlen voll getroffen wird und keine Uberschattungen und Rückspiegelungen stattfinden. Die Leistung des Absorbers ist daher immer optimal. Praktische Erprobungen haben gezeigt, daß der Wirkungsgrad des Sol7ektors etwa um das Doppelte besser ist als bei den bekannten Kollektoren. Der Transport und die Handhabung des Kollektors bei der Montage oder Reparatur sznd BiEfach und ungefährlich. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Vakuumpumpe immer an den Kollektor angeschlossen ist, so daß dieser bei jeder Art eines Eingriffs beluftet und anschltießend wieder evakuiert werden kann. Der Doppelschalenkörper wird als luftgefülltes Bauteil angeliefert und erst im Betrieb leer gepumpt, weshalb keine Implosionsgefahr besteht. Ein weiterer Vorteil der dauernd angeschlossenen Vakuumpumpe besteht darin, daß das Vakuum im Doppelschalenkörper jederzeit bis zur vollständigen Aufhebung verändert werden kann, so daß der Wirkungsgrad des Sonnenkollektors steuerbar ist.The elimination of insulating packing material makes it possible that the double shell body of the collector is very flat with sufficient insulation can be, so that it can optionally be integrated into the roof skin of a residential building is. The possibility of the flat design of the double shell body also brings with it that the bottom part is free of upstanding edges, so that in the Double shell housed absorber even when the sun's rays are very slanted is fully hit by the sun's rays at every point on its surface and no overshadowing or rear-view reflections take place. The performance of the absorber is therefore always optimal. Practical tests have shown that the efficiency of the sol7ector is about twice as good as that of the known collectors. Transport and handling of the collector during assembly or repair Simple and harmless. This is due to the fact that the vacuum pump always is connected to the collector so that it can be used with any type of intervention can be ventilated and then evacuated again. The double shell body is delivered as an air-filled component and only pumped empty during operation, which is why there is no risk of implosion. Another advantage of being permanently connected Vacuum pump consists in that the vacuum in the double shell body at any time up to complete cancellation can be changed, so that the efficiency of the solar panel is controllable.
Wenn beispielsweise bei starker Sonneneinstrahlung im Sommer Überschußwärme im Absorber auftritt, kann der Doppelschalenkörper belüftet werden, die Isolationswirkung des Vakuums ist aufgehoben und die Überschußwärme wird an die Außenluft abgegeben. Sobald wegen verringerter Sonneneinstrahlung wieder eine bessere Isolation erforderlich ist, wird die Pumpe in Betrieb gesetzt und der Doppelschalenkörper auf den gewünschten Wert evakuiert. Durch die Möglichkeit der abrupten Änderung der Charakteristika des Sonnenkollektors sind die Betriebsverluste außerordentlich gering. In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist die Schalenkrümmung des Bodenteils und der Deckplatte flach aehalten, wodurch einmal der erwähnte Einbau in die Dachhaut eines Wohngebäudes möglich ist und zum anderen das angelegte Vakuum gut ausgenützt wird. Wichtig ist lediglich, daß eine gewisse Wölbung immer erhalten bleibt, damit bei evakuiertem Doppelschalenkörper der von außen auf ihn wirkende Druck aufgefangen wird, selbst wenn die Schalen verhältnismäßig dünnwandig aufgebaut sind. Vorteilhaft sind der Bodenteil und die Deckplatte auf der Innenfläche mit mehreren Verstärkungsrippen ausgerüstet.For example, if there is excess heat in strong sunlight in summer occurs in the absorber, the double-shell body can be ventilated, the insulating effect the vacuum is released and the excess heat is released to the outside air. Better insulation again as soon as there is less exposure to the sun necessary the pump is put into operation and the double shell body is set to the desired Value evacuated. Due to the possibility of abrupt changes in the characteristics of the solar collector, the operating losses are extremely low. In more expedient An embodiment of the invention is the curvature of the shell of the bottom part and the cover plate keep flat, which means the aforementioned installation in the roof cladding of a residential building is possible and, on the other hand, the vacuum applied is well utilized. Important is only that a certain curvature is always retained, so when evacuated Double shell body absorbs the pressure acting on it from outside, itself when the shells are relatively thin-walled. Are advantageous Bottom part and the cover plate on the inner surface with several reinforcing ribs equipped.
Der Bodenteil und die Deckplatte können aus Glas, insbesondere Acrylglas, bestehen. Ferner ist es möglich, den Bodenteil aus Metall zu fertigen. Bei Ausbildung des Bodenteiles aus Glas wird zweckmäßig seine Innenfläche verspiegelt. Bei einer metallischen Bodenplatte genügt das Reflexionsvermögen eines Glattschliffes.The bottom part and the cover plate can be made of glass, in particular acrylic glass, exist. It is also possible to manufacture the bottom part from metal. During training of the bottom part made of glass, its inner surface is expediently mirrored. At a metallic base plate, the reflectivity of a smooth finish is sufficient.
Vorteilhaft weist der etwa rechteckig gestaltete Bodenteil an beiden Enden je eine Öffnung für den Zu- und Ablauf des Absorbers sowie neben der Zulauföffnung eine weitere öffnung zum Anschluß der Vakuumpumpe auf. Diese Öffnungen können in verstärkten Zonen des Bodenteiles ausgebildet sein.The approximately rectangular bottom part advantageously has both Each end has an opening for the inlet and outlet of the absorber and next to the inlet opening another opening for connecting the vacuum pump. These openings can be in reinforced zones of the bottom part be formed.
Im Rand des Bodenteiles ist eine nach oben offene Nut ausgebildet, in die eine Umfangsrippe am Rand der Deckenplatte vakuumabgedichtet eingreift. Durch geeignete Ver- klebung wird die dichte Verbindung der beiden Schalenteile fixiert.In the edge of the bottom part there is an upwardly open groove, into which a circumferential rib on the edge of the ceiling plate engages in a vacuum-sealed manner. By suitable Gluing is the tight connection between the two shell parts fixed.
Die Unterseite des Randes des Bodenteils ist zur Bildung einer Auflagekante krümmungsfrei gerade gestaltet. Hierdurch vereinfacht sich die Montage des Kollektors auf einem Untergestell od.dgl.The underside of the edge of the bottom part is to form a support edge Curvature-free straight design. This simplifies the assembly of the collector on an underframe or the like.
Es zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht der schalenförmigen Bodenplatte.It shows: FIG. 1 a plan view of the bowl-shaped base plate.
Fig. 2 eine Draufsicht der ebenfalls schalenförmigen Deckplatte.Fig. 2 is a plan view of the cover plate, which is also bowl-shaped.
Fig. 3 einen Längsschnitt des aus schalenförmiger Bodenplatte und schalenförmiger Deckplatte zusammeesetzten Sonnenkollektors.Fig. 3 is a longitudinal section of the shell-shaped base plate and shell-shaped cover plate assembled solar collector.
Fig. 4 einen Querschnitt des Sonnenkollektors nach Fig. 3 längs der Linie IV-IV und Fig. 5 einen Querschnitt der Bodenplatte längs der Linie V-V in Fig. 3.Fig. 4 shows a cross section of the solar collector according to Fig. 3 along the Line IV-IV and FIG. 5 shows a cross section of the floor panel along the line V-V in FIG Fig. 3.
Eine Bodenplatte 1 aus Glas, vorzugsweise Acrylglas, oder aus Metall ist im wesentlichen rechteckig gestaltet und schalenförmig ausgebildet. Die Schalenform ist flach gehalten. In dem Rand der Bodenplatte 1 ist eine Umfangsnut 2 ausgebildet. Ferner weist der Rand eine Auflagekante 3 auf, die an den Ecken 4 zur Erleichterung der Montage des Sonnenkollektors herausgezogen ist. Auf der Unterseite ist der Auflagerand zur Bildung einer Auflagekante 5 krümmungsfrei gerade ausgebildet (Fig. 3 bis 5). Zur Ermöglichung der Verwendung einer möglichst dünnwandigen Schale für die Bodenplatte ist diese zweckmäßig auf der Innenfläche durch querverlaufende Rippen 6 verstärkt. An dem einen Ende der Bodenplatte ist in einem verdickten Teil 7 eine Öffnung 8 ausgebildet, während am anderen Ende der Bodenplatte in einem breiteren verdickten Teil 9 zwei öffnungen 1o und 11 vorgesehen sind. Durch die Öffnung 8 ist der Ablauf eines in die schalenförmige Bodenplatte 1 eingesetzten Absorbers 12 herausgeführt.A base plate 1 made of glass, preferably acrylic glass, or made of metal is designed essentially rectangular and cup-shaped. The shell shape is kept flat. A circumferential groove 2 is formed in the edge of the base plate 1. Furthermore, the edge has a support edge 3, which is at the corners 4 for ease the assembly of the solar collector is pulled out. The support edge is on the underside to form a support edge 5 straight without bending (Fig. 3 to 5). To enable using the thinnest possible shell for the base plate, this is useful on the inner surface by transverse Ribs 6 reinforced. At one end of the bottom plate is in a thickened part 7 an opening 8 is formed, while at the other end of the bottom plate in a wider one thickened part 9 two openings 1o and 11 are provided. Through the opening 8 is the flow of an absorber inserted into the bowl-shaped base plate 1 12 led out.
Die Öffnung 1o dient dem Durchlaß eines Zulaufes zu dem Absorber 12. An die Öffnung 11 ist eine der Deutlichkeit halber nicht gezeigte Vakuumpumpe angeschlossen.The opening 1o serves for the passage of an inlet to the absorber 12. A vacuum pump, not shown for the sake of clarity, is connected to the opening 11.
Bei Herstellung der Bodenplatte 1 aus Glas oder Acrylglas ist es zur Erhöhung des Reflexionsvermögens zweckmäßig, sie auf der Innenfläche mit einer Verspiegelung 17 zu versehen (Fig. 3 bis 5). Bei Ausbildung der Bodenplatte 1 aus Metall genügt es, die Innenfläche glatt zu schleifen.When producing the base plate 1 from glass or acrylic glass, it is for It is advisable to increase the reflectivity, with a mirror coating on the inner surface 17 to be provided (Fig. 3 to 5). If the base plate 1 is made of metal, it is sufficient it is to sand the inner surface smooth.
Die Deckplatte 13 ist gemäß Fig. 2 entsprechend der Bodenplatte 1 geformt. Auch sie ist rechteckig, flach schalenförmig und durch Querrippen 14 verstärkt. An ihrem Rand 15 befindet sich eine durchgehende Umfangsrippe 16, die in die Umfangsnut 2 der Bodenplatte 1 paßt.According to FIG. 2, the cover plate 13 corresponds to the base plate 1 shaped. It is also rectangular, flat, bowl-shaped and reinforced by transverse ribs 14. At its edge 15 there is a continuous circumferential rib 16 which is inserted into the circumferential groove 2 of the base plate 1 fits.
Beim Zusammenfügen der beiden Platten 1 und 13 greift die Umfangsrippe 16 in die Umfangsnut 2 ein. Zur Erzielung einer vakuumdichten Verbindung der beiden Platten 1 und 13 können die zusammengreifenden Umfangsteile 2 und 16 miteinander verklebt sein.When the two plates 1 and 13 are joined together, the circumferential rib engages 16 into the circumferential groove 2. To achieve a vacuum-tight connection between the two Plates 1 and 13 can intermesh the peripheral parts 2 and 16 with one another be glued.
Der als flacher Hohlkörper gestaltete Sonnenkollektor wird im belüfteten Zustand angeliefert und montiert.The solar collector, designed as a flat hollow body, is ventilated in the Condition delivered and assembled.
Nach Anschluß der Vakuumpumpe an den Vakuumanschluß 11 ist eine beliebige Evakuierung des Sonnenkollektors zu jeder gewünschten Zeit möglich. Durch Aufheben oder Anlegen des Vakuums ist daher der Wirkungsgrad des Sonnenkollektors steuerbar und Implosionsgefahr besteht praktisch nicht.After connecting the vacuum pump to the vacuum connection 11, any The solar collector can be evacuated at any time. By picking up or applying the vacuum, the efficiency of the solar collector can therefore be controlled and there is practically no risk of implosion.
Das Vakuum in dem vakuumdicht verschlossenen Behälter umgibt den Absorber 12 im wesentlichen allseitig und isoliert ihn allseitig. Weder nach oben noch nach unten oder nach den Seiten treten Wärmeverluste des Absorbers 12 ein.The vacuum in the vacuum-tight container surrounds the absorber 12 essentially on all sides and isolates it on all sides. Neither up nor down Heat losses from the absorber 12 occur at the bottom or to the sides.
Sein Wirkungsgrad wird hierdurch erheblich verbessert, zumal durch den flachen Aufbau des Kollektors keinerlei Randüberschattungen des Absorbers auch bei schrägem Einfall der Sonnenstrahlen auftreten. Wenn die Erwärmung des Absorbers 12 aufgrund seines guten Wirkungsgrades zu groß wird, z.B. im Sommer, wird das Kollektorgehäuse belüftet, die Isolation des Absorbers entfällt und seine überschußwärme wird an die Atmosphäre abgegeben.Its efficiency is thereby considerably improved, especially by The flat design of the collector also has no edge overshadowing of the absorber occur with oblique incidence of the sun's rays. When the heating of the absorber 12 becomes too large due to its high efficiency, e.g. in summer, the collector housing becomes ventilated, the insulation of the absorber is omitted and its excess heat is on released the atmosphere.
Claims (9)
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