DE8806127U1

DE8806127U1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE8806127U1
Application number: DE8806127U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-05-09
Filing date: 1988-05-09
Publication date: 1988-07-07
Also published as: DE3815751C2; DE3815751A1

Description

Die Neuerung betrifft einen Sonnenkollektor, mit einem weitgehend als schwarzer Körper ausgebildeten Absorber, der in einem langgestreckten Absorbergehäuse aufgenommen ist, das mit in Längsrichtung strömender Kollektorflüssigkeit gefüllt ist und das wenigstens sonnenseitig verlustarm strahlendurchlässig ausgebildet ist sowie mit wenigstens sonnenseitig vorgesehenen, gegen WärmeLeitungs- sowie Strahlungsverluste isolierendem Abdeckgehäuse.

Bei Sonnenkollektoren der eingangs genannten Art treten Verluste verschiedener Ursache auf, die ihren Wirkungsgrad so beeinträchtigen, daß ihr Einsatz in Gegenden mit kühlem Wetter, also kühlen bzw. niedrigen Lufttemperaturen und häufig bedecktem Himmel, in Frage gestellt ist, weil es kaum noch oder über längere Zeiträume gar nicht mehr gelingt, so viel Wärme zu sammeln, daß etwa warmes Brauchwasser aufbereitet oder der Betrieb einer Wärmepumpe wirtschaftlich wäre.

Es gibt zwar viele Vorschläge, die genannten Verluste zu verringern und so den Wirkungsgrad zu erl.öhen, dafür müssen aber teuere Maßnahmen und Werkstoffe eingesetzt werden, und es muß häufig auch in Kauf genommen werden, daß die Sonnenkollektoren extrem schwer werden. Ein hohes Gewicht von Sonnenkollektoren verhindert oft deren Einsatz, wenn bspw. die Anordnung auf Dächern vorgesehen ist, deren Tragfähigkeit aber für das hohe Gewicht der Sonnenkollektoren geeignet ist. Teuere Werkstoffe und andere teueren Maßnahmen führen zu hohen Anschaffungspreisen, bzw. Investitionskosten, so daß

insbesondere in den Gegenden, in denen die Energieausbeute sowieso gering ist, eine Kostenamortisation in Frage gestellt wird.

Ein großer Teil der erwähnte Verluste tritt bei den bekannten Sonnenkollektoren dadurch ein, daß mit der angestrebten und erzielten Temperaturerhöhung der Kollektorflüssigkeit oder des Absorbers zwischen diesen und der Umgebung eine Temperaturdifferenz geschaffen wird. Es fließt durch unmittelbare Wärmeleitung bzw. Konvektion Wärme vom Ort höherer Temperatur in Richtung der Orte niedrigerer Temperatur ab. Diese Wärmeleitung bzw. Konvektion wirkt wie ein Leck, durch welches in Wärme umgewandelte Sonnenenergie ständig abfließt. Durch Wärmeisolierungsmaßnahmen seitlich und auf der Rückseite des Sonnenkollektors können diese Verluste zwar eingedämmt werden, jedoch wird dadurch das Bauvolumen und auch das Gewicht des Sonnenkollektors vergrößert. Sonnenseitig wird die Wärmeisolierung jedoch schwieriger, weil von dem ungehinderten, möglichst verLustarmen Eintritt des Sonnenlichtes in das Absorbergehäuse die Energieausbeute abhängt. Daher werden Abdeckgehäuse verwendet, die nach dem Prizip der Doppelglasfenster konstruiert sind. Am wirksamsten sind solche Abdeckgehäuse dann, wenn zwischen ihren beiden durchsichtigen Platten ein Vakuum herrscht; solche Abdeckgehäuse sind aber naturgemäß sehr teuer und haben ein hohes Gewicht.

Ein weiterer Verlustfaktor ist die Wärmeabgabe durch Strahlung. Jeder warme Körper verliert auch ohne Wärmeleitung Wärme durch Strahlung, d.h. Emission, die im Infrarot-Bereich liegt. Auch Gase und F lüssikeiten strahlen Wärme ab. Solche AbstrahIungswärme ist der

Grund dafür, daß sich auch Isolierungen der vorstehend erwähnten Art bei SonnenkoLLektoren erwärmen, so daß bereits in Wärme umgewandelte Sonnenenergie verloren geht.

Da das Abdeckgehäuse strahLendurchLässig sein muß, damit der Sonnenkollektor arbeiten kann, treten durch das Abdeckgehäuse die größten Abstrah lungsver luste e^n. Ss sind zwar bereits Lösungen bekannt, am Abdeckgehäuse selektiv strahlendurchlässige Gläser oder Schichten zu verwenden, um diese Abstrah lungsverLuste zu verminden, jedoch sind derartige Techniken sehr teuer. Nicht selten tritt aber durch derartige selektive Strahlendurchlässigkeit im Abdeckgehäuse aber auch ein gewisser Verlust an Strahlendurchlässigkeit in der gewünschten Richtung ein, so daß weniger Sonnenenergie am Absorber bzw. in der Ko I Lektorf lüssigkeit ankommt als ohne diese selektiv durchlässigen Schichten.

Die dritte Verlustursache entsteht am Absorber selbst. Der Begriff des schwarzen Körpers oder der schwarzen Oberfläche ist eine physikalische Ideal-Vorstellung, die es in der Praxis nicht gibt. Der schwarze Körper bzw. die schwarze Oberfläche soll nämlich jegliche auftreffende Strahlung absorbieren, ohne Reflektion. Praktisch herstellbare Absorber reflektieren aber unvermeidbar, mehr oder weniger große Anteile auftreff enden Sonnenlichtes. Derart reflektieres Sonnenlicht kann aber nicht in Wärme umgewandelt werden.

Ein Sonnenkollektor der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 28 26 937 offenbart. Dieser bekannte Sonnenkollektor weist ein Abdeckgehäuse in

Doppe Lg lastechnik und, im Abstand darunter angeordnet, ein Absorbergehäuse auf. ALs KoLLektorfLüssigkeit wird im wesentLichen Wasser verwendet, und der den Bedingungen eines physikaLisehen, schwarzen Körpers angenäherte Absorber soLL von der KoLLektorfLüssigkeit gebiLdet werden. Zu diesem Zweck ist diese mit organischen oder anorganischen Farbpigmenten in LösLicher Form unter feinster VerteiLung versetzt.

Für eine Verminderung der genannten drei Arten von VerLusten ist dieser bekannte FLach-KoL Lektor weder gedacht noch geeignet. Da beide Gehäuse nämLich sowohL das Absorbergehäuse wie das Abdeckgehäuse gesteuert von KoLLektorfLüssigkeit durchströmbar sein soLLen, kann das Abdeckgehäuse infoLge dieser Benutzung nicht gegen VerLuste durch Wärmeströmung und -AbstrahLung dienen. Die üb Lieherweise auftretenden Verluste durch Wärmeabstrah lung und WärmeLeitung auf der Rückseite der Sonnenseite sind bei diesem bekannten FlachkoLLektor gewissermaßen erwünscht, weiL er aLs DacheLement zur Klimatisierung von Hallen, Gewächshäusern, Sporthallen und dergleichen dienen soll. Da diese Absorber als Dach- oder DeckeneLement für Gewächsthäuser, Sporthallen usw., aber zugleich auch Tageslicht durchlassen soLL, versteht es sich von selbst, daß die Kollektorflüssigkeit mit den aufgenommenen, fein verteilten Pigmenten von der Wirkung als physikalisch schwarzer Körper sehr weit entfernt sein muß, weil sie sonst kein Tageslicht durchlassen könnte. Der bekannte FlachkoLLektor mag daher zur Klimatisierung von Hallen und Häusern zur Abschattung gegenüber grellem Sonnenlicht gute Dienste Leisten, gis Sonnenkollektor hat er jedoch einen recht unbefriedigenden Wi rkungsgrad.

Ausgehend von diesem Stand der Technik Liegt der Neuerung die Aufgabe zugrunde, einen SonnenkoLIektor der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß durch kostengünstige, raum- und gewichtssparende Minderung der geschilderten Verluste ein so hoher Wirkungsgrad erreicht wird, daß auch bei schlechterem Wetter Temperaturen der Ko I I ektorfIüssigkeit erreicht werden, die entweder eine direkte Wärmenutzung für Brauchwasser oder dergleichen oder für den wirtschaftlichen Betrieb einer Wärmepumpe geeignet si"d.

Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich der eingangs genannte Sonnenkollektor neuerungsgemäß dadurch, daß der Absorber ein rolien- oder blechartiger, fester Körper ist, der parallel zur Länge des Absorbergehäuses ziehharmonikaartig gefaltet ist, wobei die Falten sonnenseitig einander zugewandte, schwach konkav gekrümmte Flanken haben, daß der Absorber sonnenseitig und rückseitig schwarz ist, daß ei r. ungefalteter, flacher Absorber quer über die rückseitigen Spitzen des gefalteten Absorbers verläuft und wenigstens rückseitig schwarz ist, daß rückseitig hinter dem gefalteten Absorber eine spiegelnde bzw. strahlenreflektierende Fläche angeordnet ist, und daß hinter der spiegelnden Fläche ein wärmeisolierender Körper vorgesehen ist.

Die Maßnahmen der Neuerung zielen primär darauf ab, die Absorbtion des Sonnenlichtes zu optimieren. Ein folien- oder blechartiger, fester Körper als Absorber kann so dünn ausgebildet werden, daß der übliche, als Nachteil bewertete Temperaturunterschied zwischen Absorberoberfläche und Absorberkern vernachlässigbar wird, weil die Dicke vernachlässigbar ist. Dadurch, daß

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unmittelbar und sofort an die strömende Kollektor flüssigkeit abgegeben.

Ra die Kollektorflüssigkeit auch die Sonnenseite als;&ogr; die einander zugekehrten konkav gekrümmten Flanken Umspült, erfolgen Reflektionen durch Kollektorflüssigkeit hindurch und haben den weiteren Iffekt, daß auch die Kollektorflüssigkeit zu einem gewissen Prozentsatz erwärmt wird.

Oa auch ein schwarzer Körper emittiert, d.h. Wärme durch Strahlung verliert, und zwar um so stärker, je· wärmer er ist, wird von den Oberflächen des 1iehharmonikaartig gefalteten Absorbers sowohl •onnenseitig, wie rückseitig Wärme abgestrahlt. Bei diesen Abstrahlungsvorgängen hält die konkave Krümmung der einander zugekehrten sonnenseitigen Faltenflanken •Is Wellensumpf oder Wellenfalle einen großen Teil dieser Abstrahlung zurück. Rückseitig wird aber auch Härme abgestrahlt. Deshalb ist über die Spitzen der Rückseite des gefalteten Absorbers zusätzlich ein weiterer flacher, also &eegr;ichtgefa 11eter Absorber •usgebreitet, der wenigstens rückseitig schwarz ist.

Diese Maßnahme führt dazu, daß die von den Rückseiten Abgestrahlte Wärme an dem flachen Absorber entweder •bsorbiert oder gegen die Rückseiten des gefalteten Absorbers reflektiert und dort erneut absorbiert wird, also nicht verloren gehen kann. Die schwarz ausgebildete Rückseite des flachen Absorbers schafft die Möglichkeit, diejenigen Wärmeanteile soweit wie möglich zurückzugewinnen, die sich aus der Erwärmung des Absorbergehäuses der Kollektorflüssigkeit usw. ergeben könnten und die durch Strahlung verloren gehen wü rden.

Besonder¹ s wirksam wird die schwarze Rückseite des flachen Absorbers dann, wenn zwischen ihr und zwischen einem wärmeiso I ierenden Körper hinter dem Äbsorbergehäuse, welch Letzterer gegen IC ä rme I e i t ung s ve r L u s t e isoliert, eine spiegelnde Fläche Vorgesehen ist. Dadurch wird alles das an Wärmeenergie, das durch Strahlung in Richtung wärmeisolierenden Körper verloren gehen könnte, optimal gegen den flachen Absorber reflektiert und in Wärme umgewandelt, die der Kollektorflüssigkeit mitgeteilt wird.

Somit ergibt sich, daß die Wirkungsgradverluste bekannter Sonnenkollektoren auf verblüffend einfache Und wirksame Weise wesentlich verringert werden. Die geringe Ausbeute infolge der Reft.Aktion des Sonnenlichtes wird durch die geschaffenen Wellenfallen bzw. Wellensümpfe vermieden. Die Verluste durch Abstrahlung werden durch Reflektion und die zugleich rückseitig schwarzen Oberflächen des Absorbers sehr gering gehalten. Das Ergebnis ist, daß der Wirkungsgrad der Umwandlung von Sonnenlicht in Wärmeenergie außerordentlich groß ist, und zwar ohne daß das Abdeckgehäuse selektivstrahlendurchlässig ausgebildet sein muß, also teuer ist. Es können sogar preiswerte Materialien wie z.B, Plexiglas für Abdeckgehäuse und das Absnrbergehäuse verwendet werden. Dadurch wird der Preis eines Sonnenkollektors wesentlich reduziert, und es sinkt auch das Gewicht, worauf es bei vielen Anwendungsfällen sehr wesentlich ankommen.

Einen &zgr;ick-zack-förmigen Absorber offenbart die US-PS 46 49 902. Es ist jedoch nicht näher bsrr.hr-: ben, ob es sich dabei um einen Wendel oder um einen gefalteten, flachen Körper handeln soll, und es liegt

nur eine entfernte Anwendung vor, weil durch diesen Absorber als Kollektormedium verdampfte Flüssigkeit, also Dampf hindurchgeführt wird. Unabhängig davon, ob als Wärmeträgermedium Dampf oder Flüssigkeit verwendet wird, bietet einen zick-zack-förmig gefaltete Oberfläche zwar den Vorteil einer Flächenvergrößerung, sie vermag aber die nicht unerheblichen Verluste durch Reflektion nicht zu vermeiden, so daß der Wirkungsgrad trotz ziehharmonikaartig gefalteter Flächen unbefriedigend bleibt. Da diese Druckschrift nichts über Strahlungsverluste nach hinten aussagt und auch keine Offenbarungen enthält, wie derartige WärmeLeitungsoder Strahlungsverluste vermieden werden sollen, vermag die Verwendung eines ?.ick-zack-förmigen Absorbers, der eher als Heizwendel angesehen werden kann, keine Lösungshilfe für die der Neuerung zugrundeliegende Aufgabe zu schaffen.

Nach einem weiteren Merkmal der Neuerung sind die konkav gekrümmten Oberflächen des gefalteten Absorbers schwarz und glänzend als "nichtLambert sehe" Flächen ausgebi Idetet.

Mit dieser Maßnahme wird eine weitere, wesentliche Steigerung des Wirkungsgrades erreicht. Diese Maßnahme erlaubt eine weitgehende Vermeidung derjenigen Verluste, die durch Abstrahlung als emittierte Wärmestrahlung von der Oberfläche des Absorbers entstehen wurden. Die erfinderische Maßnahme, mit der dieser Erfolg erreicht wird, erscheint auf den ersten Blick unvernünftig und falsch, denn eine glänzende Fläche reflektiert stärker als eine matte Fläche, und zwar auch dann, wenn sie schwarz ist. Wäre der gefaltete Absorber nicht so ausgestaltet, daß die

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Flanken, die sonnenseitig einander zugekehrt sind konkav gekrümmt sind, so könnte die Oberfläche auch nicht schwarz-glänzend ausgebildet werden, denn dann wurden erhebliche Verluste durch Reflektiert entstehen. Dadurch, daß aber der Raum zwischen zwei einander zugekehrten, konkav gekrümmten Flanken als Wellensumpf oder -Falle wirkt, spielt es keine Rolle, wie häufig das eingefangene Sonnenlicht zwischen den einanderzugekehrten Flanken hin und her reflektiert wird. Die Energie des Lichtes wird auf jeden Fall in Wärme umgewandelt.

Um die Verluste zu vermeiden, die durch Uärmeabstrah lung des erwärmten Absorbers entstehen, ist

es jedoch von erheblicher Bedeutung, daß die sonnenseitigen Oberflächen der konkav gekrümmten

Flanken schwarz-glänzend ausgebildet sind. Der Grund

dafür basiert zunächst auf dem Kirchhoffsehen

Strahlungsgesetz, nach dem das Verhältnis zwischen Emissionsvermögen und Absorbtionsvermögen eines Körpers

für jede Wellenlänge und Temperatur gleich ist.

Bezüglich der Oberflächen eines Körpers wird aber für

die Abstrahlung bei einer matten Oberfläche das lambertsche Gesetz wirksam. Bei einer Lambert sehen

Fläche ergibt sich eine Kugel, wenn die Lichtstärken

als entsprechend lange Pfeile von einem !-missionspunkt aus in den verschiedenen Richtungen aufgetragen werden.

Die Spitzen der Pfeile liegen auf der Oberfläche einer Kugel, die das Flächenelement, welches ausstrahlt,

tangiert. Anders verhält sich eine sogenannte

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sondern glänzende Fläche. Bei einer solchen f

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Kugel, sondern ein etwa eLLipsoidähnLi eher Körper. Die größten AbstrahLungsstärken verlaufen rechtwinkLig zur abstrahLenden OberfLäche oder näherungsweise rechtwinkLig während die AbstrahLungsLeistung in kleineren WinkeLbereich erheblich reduziert ist.

Werden nun neuerungsgemäß die sonnensei ti gen Oberflächen,· d.h. die konkav gekrümmten Flächen des gefalteten Absorbers als nicht lambertsche Flächen ausgebildet, so geben Sie auch Strahlungswärme ab. Aber die Hauptmenge oder Hauptenergie, die aus der eigenen Wärmestrahlung entsteht, wird im wesentlichen im rechten Winkel zur Oberfläche abgestrahlt. Das bedeutet

• ber, daß diese Abstrahlung auf die gegenüberliegende Flanke trifft, dort zum Teil absorbiert und zum Teil reflektiert wird. Auch für diese Wärmestrahlen gilt

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Natürlich treten auch neuerungsgemäß noch Verluste durch Emissionen des Absorbers ein. Sie betragen jedoch nur Bruchteile derjenigen Verluste, die bei bekannten tonnenko I Lektoren auftreten.

Kombiniert man den Sonnenkollektor gemäß Anspruch 1 mit der weiteren erfinderischen Ausgestaltung, so ergibt Sich ein bisher unerreichbarer, fast utopischer Wirkungsgrad. Verlustwärme durch Leitung wird durch das Abdeckgehäuse in Grenzen gehalten. Die tiehharmonikafa Ltung des Absorbers vervielfacht die Absorberobe rf Lache. Die konkav gekrümmte Ausgestaltung der sonnenseitigen Flanken des gefalteten Absorbers

schafft einen We LLensumpf, mit der Folge, daß kaum noch Verluste durch Reflektion des eingestrahlten Lichtes auftreten. Die Verluste durch Wärmeabstrah lung in Richtung Sonnenseite werden durch die Ausgestaltung der konkav gekrümmten Oberflächen als nichtLambert sehe Flächen auf Bruchteile des bisher üblichen reduziert. Der Effekt all dieser Maßnahmen hat zur Folge, daß sich die Sonnenseite des neuerungsgemäß ausgebildeten Sonnenkollektors erheblich weiter dem theoretischen schwarzen Körper annähert, als alle bisher bekannten Sonnenkollektoren. Dieser besondere Effekt wird darüber hinaus noch wertvoller dadurch, daß keine teueren Techniken oder hochwertigen Werkstoffe oder Volumen und 6ewicht vergrößernde Maßnahmen erforderlich sind. Vielmehr erlaubt der hohe Absorbtionswirkungsgrad Zugeständnisse bei der Materialwahl und Ausgestaltungsart für das Absorbergehäuse bzw. das Abdeckgehäuse. Solche Zugeständnisse können der Volumenverkleinerung und der Gewichtsreduzierung vorteilhaft dienen. Der Erhaltung der gewonnen Wärme dienen die Maßnahmen, die Abstrahlung und Verluste nach hinten verhindern. Dazu g· hört die schwarze Rückseite des gefalteten Absorbers, die schwarze Rückseite des flachen Absorbers, die spiegelnde Fläche und wärmeiso Iicrende Körper.

Gem-»ß Anspruch 3 sind die sonnense i t i gen Faltenspitzen des gefalteten Absorbers quer zu ihrer Länge schwach wellenförmig profiliert.

Aufgrund dieser Profilierung entstehen in der strömenden Ko I lektorf I üssigke&idigr;t Wirbel, die den Wärmeübergang vom Absorber an die Kollektorflüssigkeit begünstigen.

Gemäß Anspruch 4 ist vorgesehen, daß dünne, bzw. feine schwarze Metallnetze, stumpfwi&eegr;kLiger a Ls der Absorber gefaLtet beidseitig zwischen die FaLten des Absorbers mit zur Rückseite weisenden FaLtenspitzen eingesetzt sind, und daß sin ebenes, schwarzes MetaLLnetz scnnenseitig über Spitzen der FaLten des Absorbers ve r L auf t.

Wie schon erwähnt wurde, können auch sogenannte &eegr;ichtLambertsche FLächen alle Abstrah LungsverL uste verhindern. Werden daher diu schwarzen MetaLlnetze gemäß Anspruch 4 eingebaut, so wirken diese aufgrund ihrer Feinheit insbesondere im oberen weiten, spitzen Bereich des gefaLteten Absorbens in gewissem Umfange aLs HiLfsabsorber für die refLektierten LichtstrahL en und die refLektierten Wärmestrahlungen. Das flache, feine Metallnetz, das sonnenseitig über die Spitzen de FaLten des Absorbers gespannt ist, wirkt gewissermaßen als letzte HiLfsabsorberfLäche für Reflektions- und StrahLungsverLuste. Die gefalteten, feinen Metallnetze an den Rückseiten haben für die reflektierte Wärmestrahlung in diesem Bereich den gleichen Effekt. Da sich die feinen, schwarzen Metallnetze durch die Absorbtion erwärmen, helfen sie infolge ihrer großen Oberfläche mit, den Wärmeübergang zwischen Absorber ur KoLLektorfLüssigkeit zu verbessern.

Gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, daß die Ko I lektorf I üssigkeit mit suspendiertem, schwarzen Farbstoff vermischt ist.

An sich könnte wegen des sehr hohen Wirkungsgrades des neuerungsgemäß ausgebildeten Sonnenkollektors auf diese, aus der eingangs zitierten DE-OS 28 26 937

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bereits an sich bekannte Maßnahme verzichtet werden, jedoch vermag diese Maßnahme dann, wenn die Witterungsbedingungen außerordentlich schlecht sind, auch dann noc'i zum wirtschaftlichen Betrieb eines Sonnenkollektors zu verhelfen, wenn es mit den bereits genannten Maßnahmen nicht mehr befriedigend gelingen würde. Das Vermischen der Ko I I ekt&ogr; rf I ussigkeit mit schwarzem Farbstoff hat den Vorteil, daß dadurch weder ein hoher Preis entsteht, noch Gewicht oder Volumen des SonnenkoI Iekt&ogr;rs vergrößert wurden.

Der neuerungsgemäß ausgebildete Sonnenkollektor läßt sich in verschiedenen Bauvarianten verwirklichen und dabei gegebenen Bedingungen ideal anpassen.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 6 sind Abdeckgehäuse und wärmeiso I ierende Körper als gemeinsames, im Querschnitt kreisförmiges P Ie &khgr;ig las rohr ausgebildet und das Absorbergehäuse ist mittig im P lexig lasrohr angeordnet. Solche rohrförmigen SonnenkoI Iektoren sind überall da von Nutzen, wo keine großen Flächen zur Verfügung stehen, sondern nur schmale, langgestreckte Bereiche. Zwischen zwei koaxialen Rohren kann auch bei Verwendung von Plexiglas ein Vakuum erzeugt werden. Aber infolge des enorm hohen Wirkungsgrades des neuerungsgemäß ausgebildeten Sonnenkollektors kann auch ohne Vakuumtechnik mit Lu^t als isolierendem Medium gearbeitet werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer solchen Ausführung kennzeichnet Anspruch 7 dadurch, daß das Absorbergehäuse als im Querschnitt kreisförmiges, inneres P lexig las rohr ausgebildet ist, daß das Absorbergehäuse im äußeren P lexig lasrohr konzentrisch

angeordnet ist, daß der fLache Absorber die
sonnenabgewandte Seite des inneren PlexigLasrohres
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gefalteten Absorber zugekehrte Seite spiegeLnd
Ausgebildet ist, und daß das äußere Plexiglasrohr auf Her sonnenabgewandter, Querschnittshälfte innen,
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Sei dieser Ausgestaltung ist. uät. innere Plexiglasrohr Zugleich Absorbergehäuse, der flache Absorber verläuft halbschalenartig über die untere Hälfte und das äußere P I e&khgr;ig I asrohr ist innen halbschalenartig verspiegelt, babei kann die Sonnenseite des flachen Absorbers im
Absorbergehäuse sonnenseitig verspiegelt und die
Rückseite zwecks Steigerung der Absorbtionswirkung
Schwarz ausgebildet sein.

Eine andere Ausgestaltung dieser Art ist gemäß Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß das Absorbergehäuse als flach quaderförmiger Plexiglas-Hohlkörper ausgebildet ist und im äußeren P lexig las rohr diametral angeordnet ist, daß die untere Wand des P lexig lasHoh I körpers ~nnen verspiegelt ist, und daß der gefaltete Absorber mit den Oberen Faltenspitzen im Abstand von der oberen, mit den unteren Faltenspitzen im Abstand von der unteren Wand des Plexiglas-Hohlkörpers angeordnet ist. Bei dieser
Ausgestaltung ist das Absorbergehäuse ein flach
quaderförmiger Plexiglas-Hohlkörper, und es ist dafür gesorgt, daß sowohl der gefaltete wie der flache
Absorber Abstand von der oberen bzw.untere&eegr; Wand des

: Plexiglas-Hohlkörpers haben, der vorzugsweise mittels

wärmeiso I ierender Stützen oder dergleichen
gewährleistet wird. Diese Maßnahme sichert eine
einwandfreie, allseitige Umspülung des Absorbers mit

K &ogr; L I '..· ^ } ;· f" ^r ' ;i 3 &tgr; &tgr; 'j'' c i t und verhindert zugleich, d a 3 Wärme durch Leitung in das Plexiglasrohr übertragen wird.

Wie schon erwähnt, kann bei der Rohrtechnik- wegen der fünstigen Form des Rohres -unabhängig davon, ob in der Plitte ein Rohr oder ein Flachkörper als Absorbergehäuse Ingeordnet ist, die Vakuumtechnik angewandt werden, uir Karmever I uste durch Wärmeleitung nach außen zu y &rgr; r in &rgr; i rl &ogr; &rgr;. &Dgr; 11 "f &iacgr; orlon F³^ L 3 k ^ö &Ggr; h 3 k S &Ggr;&idigr; 3&thgr;&Ggr;&idigr;&Ggr;&idiagr;°&Ggr;&idiagr;&Kgr;'"*' LcktCfCri nach den Ansprüchen 6 bis 9 ein geringes Gewicht, feringe Abmessungen, aufgrund der benötigten Paterialien einen geringen Preis aber einen hohen Wirkungsgrad.

line andere Ausgestaltung des neuerungsgemäß

• usgebi Ideten Sonnenkollektors offenbart Anspruch 10. liese Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß tine Mehrzahl flach, qraderförmiger Absorbergehäuse parallel nebeneinander verlaufend und an den Enden Ii te inander kommunizierend in einer Plexiglasloppe I stegp latte einstückig zusammengefaßt sind, daß die gefalteten und flachen Absorber jeweils mit Abstand Von der unteren sowie oberen Wand der Doppelstegplatte 1n deren Hohlräume eingesetzt sind, da(3 die spiegelnde fläche an der Außenseite der unteren Wand der loppe I stegp la11e angeordnet ist, daß der

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a.B. Styroporplatte ausgebildet und an der Rückseite der spiegelnden Fläche anliegend angeordnet ist, daß die Doppe I stegp latte und die Kunststoffiso I ierp I a11e von einem rechteckförmigen, aus nach innen offenen U-Profilen bestehenden Rahmen umschlossen und zusammengehalten sind, und daß der Rahmen an si ■·■,., beiden Stirnseiten, einander diagonal gegenüberliegend, je einen Anschlußstutzen für die strömende Ko I lektorf lüssigkei aufweist.

Diese Ausgestaltung dürfte als wirtschaftlichste,' preisgünstigste Ausführung angesehen werden können, denn die sogenannten Plexiglas-Doppelstegplatten sind als stranggepreßte Artikel als Meterware im Handel erhältlich. Sie haben Formate, mit denen sich geeignete, Flachkollektoren im Sinne von Anspruch 10 verwirklichen lassen. Man braucht lediglich das Abdeckgehäuse zu verwenden und als Absorbergehäuse im mittleren Bereich die Stege so weit zu entfernen, daß die einzelnen Kanäle oder parallelen Hohlräume miteinander kommunizieren, um den Durchlauf der Kollektorflüssigkeit zu gestatten. Entsprechende Anschlußvorrichtungen an den beiden Stirnenden müssen natürlich vorgesehen werden. Man braucht alsdann lediglich die Absorber in die Hohlräume einzuschieben. Die spiegelnde Fläche wird auf der Außenrückseite des Absorbergehäuses aufgebracht und als wärmeisolierender Körper eine Kunst stoffiso Iierplatte, z.B. eine Styroporp latte, dagegengesetzt. Der gesamte Aufbau wird in einem Rahmen aus U-Profilen unter Zwischenschaltung von Distanzelementen zwischen Abdeckgehäuse und Absorbergehäuse und durch Anwendung von Dichtungsmaßnahmen zu einem Element zusammengefaßt.

Siehe auch Anspruch 11!

Aufgrund des sehr hohen, bisher nie erreichten Wirkungsgrades kann man nämlich bei einem Absorber gem. Anspruch 10 auch ohne Abdeckgehäuse arbeiten und noch befriedigende Ergebnisse erzielen, wenn es auf extrem flache Bauweise ankommt. Eine solche extrem flache Aufbauweise kann z.B. dann gewünscht werden, wenn Dachluken oder Dachfenster durch Sonnenkollektoren dieser Art ersetzt werden sollen. Wo keine Raumnot

besteht, wird die Bauweise gem. Anspruch 11 mit Abdeckgehäuse verwendet, die naturgemäß den besseren Wirkungsgrad aufweist.

Witterungsbeständigkeit und Schutz gegen Wärmeiso Lierung bringt die WeiterbiLdung gemäß Anspruch 12 dadurch, daß der KunststoffisoLierkörper bzw. Kunststoffiso Lierplatte auf ihrer Rückseite mit wärmeiso Lierender und Witterungsschutz bietender Kunst stoff&ogr; Lie bedeckt, bspw. beklebt ist.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 13 nützt die in der DoppeLstegp latte bereits vorhandene Hohlraumbildung dazu aus, diejenigen Ränder des Absorbergehäuses, die im U-Rahmen Kontakt mit demselben haben, als IsoLierkammern zu nutzen, so daß WärmeLeitungsverLuste in den Rahmen hinein unterbunden werden. Bei aufwendigen Ausgestaltungen können diese Kammern auch mit einem Vakuum versehen werden.

Besonders preiswert wird der neuerungsgemäß ausgebildete Sonnenkollektor -gleich welcher spezifischen Ausgestaltung- dadurch, daß alle spiegelnden Flächen als ALuminiumfolien ausgebildet sind -Anspruch 14-. Aluminiumfolien sind einseitig hochglänzend, auf der Rückseite matt und sind im Handel für geringen Preis erhältlich.

Für die Absorber- den gefalteten und den flachen Absorber- können gut Wärme leitende und leicht schwärzbare Werkstoffe verwendet werden. Gemäß Anspruch 15 ist vorgesehen, daß der gefaltete und der flache Absorber aus höchstens 1 mm vorEugsweise 0,1 bis 0,3 mm dickem Metallblech mit geschwärzter, ggfs.

schwarz glänzender Oberfläche bestehen, wobei wenigstens der gefaltete Absorber in seiner Form elastisch federnd ausgebildet ist.

Für den gefalteten Absorber ist es wesentlich, daß er in seiner Form elastisch federnd ist, denn er kann sich erheblich erwärmen und aufgrund der großen Fläche, die in den Falten untergebracht wird, auch entsprechend susdehnen. Damit er bei derartigen Wärmedehnungen Form und damit auch Wirkung behält, ist die elastisch federnde Ausbildung wichtig.

Zweckmäßig ist gemäß Anspruch 16 die Ausgestaltung der Absorber aus Kupfer. Kupfer läßt sich besonders leicht schwärzen, auch mit einer schwarzglänzenden Oberfläche versehen und hat den Vorteil, ein guter Wärmeleiter zu sein.

Alternativ zur Verwendung mit Kupfer kann gemäß Anspruch 17 auch Aluminium für die Absorber benutzt werden. Aluminium hat den Vorteil, daß es erheblich leichter als Kupfer ist. Kupfer und Aluminium zeichnen sich durch Korrosionsbeständigkeit aus, wenn entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, so daß auch Lebensdauer und Wartungsfreiheit der Sonnenkollektoren gesichert sind.

Ausführungs- und Erläuterungsbeispiele des neuerungsgemäß ausgebildeten Sonnenkollektor sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 - eine Schemaschnittansicht des prinzipiellen Aufbaues,

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Fig. 2 - eine Schnittansicht einer möglichen Ausgestaltung des SonnenkoI Lektors,

Fig. 3 - eine Schemaschnittansicht einer weiteren Ausgesta Ltung.

Fig. 4

+ 5 - grafische DarsteL Lungen zum RückstrahLungsverhaLten der AbsoröerfLanken bei Ausgestaltung als Lambertsche Fläche gemäß Fig. 4 und nichtLambert scher Fläche gemäß Fig. 5,

Fig. 6 - ein Erläuterungsschema für die Ausgestaltung der Ziehharmonikaflanken des Absorbers als Wellensumpf oder -falle,

Fig. 7 - eine Schnittansicht einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung eines Flachkollektors,

Fig. 8 - eine Schemadraufsicht auf das Absorbergehäuse des Flachkollektors gemäß Fig. 7 und

Fig. 9 - eine perspektifisehe Schema-Teilansicht des ziehharmonikaartig ausgestalteten Absorbers.

Die Fig. 1 zeigt einen Sonnenkollektor 1, der die Grundelemente der erfinderischen AusgestaLtung aufweist. Sonnenseitig ist ein Abtieckgehäuse 2 vorgesehen, das in Doppe Lg la stechnik ausgebildet ist. Dahinter liegt ein Absorbergehäusr 3, welches von KoL lektorfLüssigkeit 4 in Längsrichtung durchströmt ist. Im Absorbergehäuse 3 ist ein &zgr;iehharmonikajrtig

gefalteter Absorber 5 aufgenommen, dessen Falten in Längsrichtung des Absorbergehäuses 3 und damit der Richtung der Strömung der Ko I I ekt&ogr;rf I üssigkeit 4 verlaufen. Die Besonderheit dieses gefalteten Absorbers 5 besteht darin, daß die einander zuqewandten, sonnenseitigen Flanken konkave Krümmungen 6 haben, so dart sie gem. Fig. 6 einfallende Lichtstrahlen nach Art eines We I 'ensumpfes oder -falle in sich festhalten können, wobei Verluste durch Reflektion einfallenden Lic l· (.es auf ein Minimum reduziert werden können.

Wie die Fig. 6 mit einem wahlweise angedeuteten Lichtstrahl 7 andeutet, wird dieser von einer konkav gekrümmten Fläche 6 reflektiert, der gegenüberliegenden konkav gekrümmten Fläche 6 entgegengerichtet, von dieser erneut reflektiert usw. Da mit jeder Reflektion aber auch eine Absorbtion verbunden ist und Energie in den Absorber 5 übergeht, wirkt der ziehharmonikaartig gefaltete Absorber 5 mit den konkaven Flächen 6 als weitgehend reflaktionsfreier Sonnenabsorber mit sehr hohem Wi rkungsgrad.

Da sich der Absorber 5 durch die Sonnen I ichtabsorbtion erwärmt, strahlt er auch Wärme ab, insbesondere auch an den Rückseiten, die jedoch ebenfalls von Kollektorflüssigkeit umspült sind. Damit die Energie, die rückseitig als Wärme abgestrahlt wird nicht verlorengeht, ist gegen die Spitzen des gefalteten Absorbers 5 ein flacher Absorber 8 in ungefalteter Ausführung gegengesetzt, welcher wenigstens auf seiner sonnenabgewandten oder Rückseite als schwarze Fläche ausgebildet ist. Nach dem bereits geschilderten Prinzip werden Wärmestrahlungen auch vom flachen Absorber 8 reflektiert und ein Hauptteil resorbiert. Der

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reflektierte Teil trifft die konvexen Seiten des gefalteten Absorbers 5 , wird absorbiert und zu einem Teil reflektiert. Ein Abstrahlungsverlust aus dem vom flachen Absorber 8 und den Flanken des gefalteten Absorbers 5 begrenzten Raum ist nicht möglich.

Da auch Ko I I ekt&ogr;rf I üssigkeit erwärmt. Wärme abstrahlt und da sich mit der Kollektorflüssigkeit 4 auch das Absorbergehäuse 3 erwärmt, vermag letzteres ebenfalls Wärme unerwünscht abzustrahlen. Um solche Verluste zu

verhindern, kann auf der Innenseite einer unteren |

Wand 9 -siehe strichpunktierte Linie in Fig. 1- oder »

auf der Außenseite einer solchen unteren Wand 9 eine

spiegelnde Fläche 10 vorgesehen sein, welche ^!

Strah I ungsver I uste dadurch weitgehend vermeidet, daß sie Wärmestrahlungen reflektiert. Wird die spiegelnde Fläche 10 auf der Innenseite der unteren Wand 9

angeordnet, so muß die Wärmeabstrahlung des ^J

miterwärmten Absorbergehäuses in Kauf genommen werden.

Wird dagegen die spiegelnde Fläche 10 außen angeordnet, so wird auch die vom Absorbergehäuse 3 ausgehende, nach j

hinten gerichtete Wärmeabstrahlung weitgehend fr

vermieden. 1

Hinter dem Absorbergehäuse 3, und zwar entweder hinter der unteren Wand 9 oder der spiegelnden Fläche 10, befindet sich grundsätzlich ein isolierender Körper 11, der Wärmever luste durch Wärmeleitung vermeiden soll.

tin wesentlicher Gesichtspunkt für die Erzielung eines hohen Wirkungsgrades des Sonnenkollektors ist, wie bereits erwähnt, die Maßnahme, den gefalteten Absorber 5 mit den konkav gekrümmten, einander tugewandten Flächen zu versehen. Diese Maßnahme

verhindert Energieverluste durch Reflektion des eintretenden Lichtes, weil die einander zugekehrten konkav gekrümmten Flächen 6 als Wellensumpf oder -falle h irken.

la sich der Absorber 5 aber selbst zum Teil let räch11ich erwärmt, strahlt er selbst Wärme ab. Nach Hern Kirchhoffschen Strahlungsgesetz ist das Verhältnis !wischen dieser Abstrahlung oder Emission und der Absorbtion bei einem gegebenen Körper für jede Kellenlänge und Temperatur gleich. Das bedeutet, daß •an also durch den Körper selbst keinen Einfluß auf die tröße der Emission oder Verluste erzeugenden Darmeabstrah lung nehmen kann.

Andererseits gibt es aber das lambertsche Gesetz, Welches auf die Oberfläche des Wärme abstrahlenden körpers Rücksicht nimmt. Trägt man die Lichtstärken •der Strahlungsstärken, die ein lambertsches flächenelement in die verschiedenen möglichen Richtungen ausstrahlt mit Pfeilen in den entsprechenden Richtungen derart auf, daß die Länge der Pfeile der Strahlungsstärke entspricht, so liegen die Spitzen • Her derart gezogenen Pfeile auf e-ner Kugelschale, Kenn es sich um eine lambertsche, also matte Fläche handelt. Siehe Fig. 4. Dieses Abstrah lungsverha 11en hätte zur Folge, daß die Emission des gefalteten Absorbers 5 im Bereich zwischen den konkav gekrümmten Flächen in Richtung Sonne unerwünscht große Energiemengen abgibt.

Andererseits lehrt aber die Physik, daß die Emission einer nicht lambertsehen, also glänzenden Fläche ein anderes Verhalten aufweist. Die nach dem gleichen

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Prinzip aur ein nichtlambertsches Flächenelement, aufgetragenen Pfeile liegen mit ihren Spitzen nuf einem Rotatione I I ipsoid, das mit der Spitze auf dem Flächenelement steht. Das bedeutet, daß die Hauptmenge der emitierten Enerie rechtwinklig zur ri i c h 11 ambe r t s c hen Fläche ausgestrahlt wird und die Hauptenergien in Richtungen, die dem rechten Winkel nahe sind. Siehe Fig. 5! Andererseits ist die Abstrahlung in Richtungen, die sehr weit von der Lotrichtung abweichen, wesentlich verkleinert. Aus diesem Grunde sind die sonnenseitigen, konkav gekrümmten Oberflächen des Absorbers 5 als nicht lambertsche , also glänzende Flächen ausgebildet, jedoch schwarz. Beim flachen Absorber 8 kann die sonnenseitige Oberfläche gegebenenfalls als nicht lambertsche Fläche, die Rückseite als lainbertsche Fläche ausgebildet werden.

Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß der Hauptanteil der Emission, d.h., der Wärmeabstrah Iung, die sich durch die Aufheizung des Absorbers 5 bzw. 8 ergibt, insbesondere beim gefalteten Absorber 5 wiederum zwischen den konkav gekrümmten Flächen 6 hin und he' reflektiert wird. Da jedes Auftrfrffen eines Strahles auf eine Oberfläche mit einer Absorbtion von Strahlunqsenergie verbunden ist und nur ein Teil der auftreffenden Energie reflektiert wird, naben die konkav gekrümmten Flächen den Vorteil, auch die tr-issionsver Lüste in Verbindung mit ihren t\ i c h t I ambe rt s c hen Oberflächen oder schwarz-glänzenden Oberflächen der Werte zu reduzieren, die mit anderen Absorbern in Kauf genommen werden müssen.

Zur weiteren Steigerung des Wirkungsgrades ist zwischen die Spitzen des ziehharmonikaartig gefalteten

Absorbers 5 jeweils ein dünnes bzw. feines schwarzes MetaLLnetz 12, das stumpfwinkliger als der Absorber 5 gefaltet ist, mit nach unten weisender Faltenspitze zwischen die Flanken des gefalteten Absorbers 5 eingesetzt. Zusätzlich ist noch ein weiteres, ebenes, schwarzes Metallnetz 13 sonnenseitig über die Spitzen des gefalteten Absorbers ausgebreitet.

Der Effekt dieser Maßnahmen besteht darin, daß das ebene Metallnetz 13 noch einen wesentlichen Anteil derjenigen emitierten oder restlichen, geringen reflektierten Strahlungen auffängt, die zwischen den konkav gekrümmten Flächen 6 entweichen können, während die gefalteten Metallnetze 12 in der Bahn der Strah lenref lektion sowohl des einfallenden Lichtes wie des emitierten Lichtes des gefaltenen Absorbers 5 sowie des ebenen Absorbers 8 liegen und damit Strahlung in Wärmeenergie umwandeln.

Da jeder Strah lungsdurchgang zwischen dem gefaltenen Absorber 5 und dem flachen Absorber 8 durch KoI lektorflüssigkeit A führt, wird diese sowohl durch Strahlung, insbesondere aber durch den Kontakt mit den aufgeheizten Flächen, den Absorbern 5 und 8 sowie den Metallnetzen 12 und 13 intensiv erwärmt. Da sowohl die Absorber 5 und 6 sehr dünn sind und vorzugsweise aus-Metallblech, wie Kupfer oder Aluminium, bestehen, welche eine gute Wärmeleitfähigkeit haben, ergibt sich eine gute Wärmeübertragung zwischen Absorbern 5, 8 bzw. absorbierenden Metallnetzen 12, 13 und Ko 11 ektorflüssigkeit 5.

Der Wirkungsgrad dieses Absorbergehäuses 3 ist extrem hoch, weil kaum noch reflektierte Strahlung und kaum noch emitiert'? Strahlung verlorengehen kann.

Eine zusätzliche Verbesserung des Wirkungsgrades kann dadurch erreicht werden, daß der KoLLektorfLüssigkeit 4 schwarze, feinstverteilte, in Suspension gehaltene Farbpigmente (nicht dargestellt) beigegeben werden. Durch diese Maßnahme wird bei jedem Strahlendurchgang durch die KoL lektorfLüssigkeit 4 zusätzlich eine Absorbtionswirkung durch die Pigmente erzielt und eine unmittelbare Aufheizung erreicht.

Um Form und StabiLität des gefalteten Absorbers 5 auch dann zu gewährleisten, wenn er sich auf höhere Temperaturen erwärmt, ist es sinnvoll, dafür zu sorgen, daß die ziehharmonikaartig gefaltete Form in sich elastisch nachgiebig ist, weil sich dann Wärmedehnungen leicht kompensieren lassen.

Der Wärmeübergang vom Absorber 5, 8 auf die Ko I Lektorf lüssigkeit 4 wird durch die extreme Dünne der Absorber 5,8 besonders begünstigt. Deswegen sollen diese, soweit möglich, Dicken um 0,1 bis 0,3 mm haben. Zusätzlich kann der übergang an die Kollektorflüssigkeit noch dadurch verbessert werden, daß die Spitzen der Sonnenseite des gefalteten Absorbers 5 gemäß Fig. 9 quer zu ihrer Länge ein schwaches Wellenprofil 14 haben. Ein WeLlenprofil an der Spitze verursacht in der in Richtung des Pfeiles 15 in Fig. 9 strömenden Ko I lektf lüssigkeit Wirbelbildungen, die den Wä&igr;meübergang optimieren. Praktisch läßt sich der in der Fig. 1 im Prinzip dargestellte und erläuterte Sonnenkollektor 1 auf unterschiedliche Weise, je nach Bedarf, kostengünstig verwirklichen.

Die Fig. 2 zeigt einen Sonnenkollektor 1, bei dem ein äußeres P Ie &khgr;ig I asrohr 16 und ein koaxial innen

angeordnetes PLexigLas rohr 17 vorgesehen sind. Beide sind koaxiaL ineinander und im Abstand gehaLten. Zwischen beiden kann Luft als wärmeiso Lierender Stoff vorhanden sein. Es kann aber auch ein Luftleerer Raum vorgesehen sein. In beiden Fällen bildet aber das innere Plexiglasrohr 17 zugleich das Absorbergehäuse Zusammen mit dem äußeren P lexigLasrohr bildet es das Abdeckgehäuse 2 , und beide gemeinsam bilden im rückseitigen Bereich das Äquivalent eines wärmeisolierenden Körpers 11. Der gefaltete Absorber 5 ist in diesem FaIL in das innere P lexigLas rohr 17, d.h. das Absorbergehäuse 3, querschnittsfü I Lend eingesetzt, und der flarhe Absorber 8 bedeckt die Innenseite des inneren PlexigLasrohres 17 im unteren, rückseitigen Bereich halbschalenförmig. Er ist auf der Sonnenseite verspiegelt, auf der Rückseite schwarz, so daß er alLe von der Rückseite kommenden Wärmestrahlungen durch Absorbtion i~. nutzbare Wärmeenergie umwandeln kann. Um diese Wirkung zu vergrößern, ist das äußere PLexig lasrohr 18 auf der rückwärtigen Hälfte mit einer halbschalenartigen, spiegelnden Fläche 18 versehen.

Wegen der sehr hohen Wirkung der bereits beschriebenen Absorber 5 und 8, kann bei dieser Ausgestaltung auf die Metallnetze 12, 13 verzichtet werden.

Die Fig. 3 zeigt einen Sonnenkollektor 1 mit dem bereits erwähnten, äußeren P Lexig lasrohr 16, das den Platz des Abdeckgehäuses 2 einnimmt. Bei diesem ist diametral in der Mitte ein Absorbergehäuse 3 eingebaut, dessen Aufbau dem Prinzip gem. Fig. 1 einspricht, wenn der Wärmeiso Lierende Körper 11 weggelassen wird. Dieser wärmeisolierende Körper 11 wird durch den Abstand des Absorbergehäuses 3 vom P LexigLas rohr 16 ersetzt. Auch

in diesem FaLL kann der Raum zwischen Absorbergehäuse und äußerem PLexigLas rohr 16 evakuiert werden.

ALs besonders praktisch und preiswert erweist es sich, wenn aLle spiegelnden Flächen 18, 10 aus Aluminiumfolie bestehen.

Die Fig. 7 und 8 zeigen einen besonders preiswerte Ausgestaltung eines Sonnenko I Lektors 1 in EinzeLheiten. Cemäß Fig. 8 ist zu erkennen, daß als Absorbe.gehäuse ein Abschnitt geeigneter Länge einer hande IsübLichen, eis Meterware käuflichen P lexigLas-Doppe IstegpLatte ]9 verwendet wird. Durch die Do^peLstegpLatte bzw. ihre Stege 20 wird die DoppeLstegp latte 19 in eine Mehrzahl parallel zueinander verlaufender Langgestreckter flachquaderförmiger Hohlräume 21 aufgegliedert. Wenn der Abschnitt der Doppe I stegpLatte 19 an den Enden so behandelt wird, daß die mittleren Stege 20 an den Enden entfernt und die Stirnseiten der Doppe lstegpLatte 19 verschlossen werden und die verschlossenen Enden mit Anschlußstutzen 22 für das Hindurchtreten von KoL Lektorf lüssigkeit 4 versehen werden, dann Liegt gewissermaßen eine Mehrfach-AbsorbergehäusepLatte vor. In die Hohlräume 21 werden nun gefaltete Absorber 5, flache Absorber 8, ggfs. auch Netze 12, 13, von den Stirnenden her eingeschoben und mittels wä rn^ei so L i e rende r Distanzstücke 23 im Abstand von der oberen Wand 24 und der unteren Wand 9 des Absorbergeh.äuses bzw. der Doppelstegplatte 19 gehalten. ALs Kollektorflüssigkeit kann klare Flüssigkeit oder schwarz pigmentierte Flüssigkeit verwendet werden. Gegen die Rückseite der unteren Wand 9 wird außen eine ALuminiumf&ogr; L ie dLs spiegelnde Fläche 10 aufgelegt und dahinter eine isolierende Kunst st off&rgr; La11e 11, bspw.

eine Styroporp I a11e , gesetzt, die auf ihrer Rück- oder Außenseite mit witterungsschutzgewährender und zugleich wärmeiso I ierender Kunststoffolie 25 bedeckt, bzw. beklebt ist. Auf die Oberseite des Absorbergehäuses 3 bzw. die Doppelstegplatt, e wird randsei tig ein vorzugsweise elastischer, wärmeiso I ierender Randstreifen 26 außen ringsherum aufgelegt und ein endseitig verschlossener, gleichgroßer Abschnitt einer weiteren Doppe I stegp I a11e 27 aufgesetzt, dessen Hohlräume ggfs. luftleer sein können. Die Kunststoffisolierplatte 11, die als Absorbergehäuse 3 dienende Doppe I stegp la11e 19, die als Abdeckgehäuse 2 dienende weit"re Absorberplatte 27 einschließlich des Distan &zgr;streifens 26 und eines zusätzlichen auf die Oberseite des Abdeckgehäuses 2 aufgelegten weiteren gleichartigen Distanzstreifens 28, werden in »inem Rahmen 29 zusammengefaßt, der aus nach innen offenen U-Profilen, bspw. aus Aluminium, besteht und der so bemessen ist, daß er alle genannten Bauteile des Sonnenkollektors 1 zusammenhalt. Zusätzlich kann an den Enden der U-Schenkel Dichtungsmasse 30 gegen Witterungsfeuchte eingebracht sein.

Um WärmeverIuste des Absorbergehäuses 3, d.h. der mittleren Doppelstegplatte 19 an den metallischen Rahmen 29 zu verhindern, sind die jeweils links und rechts äußersten Stege 20 nicht, wie die mittleren, ausgespart, so daß der jeweils äußere Hohlraum 20 auf beiden Seiten der Doppelstegplatte 19 bzw. des Absorbergehäuses 3 -soweit er in oder unter dem Rahmen 29 liegt- frei von Absorbern und Ko I lektorf lüssigkeit ist und so -entweder mit Luft gefüllt oder evakuiertder Wärmeisolation als Wärmeisolierkammer 31 dient.

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Der Sonnenkollektor 1 gem. Fig. 7 kann sehr flach sein,
er ist preiswert und sehr leicht. Da er aufgrund der
bereits beschriebenen Eigenschaften einen hohen
yirkungsgrad hat, kann in Sonderfällen auf das
Abdeckgehäuse 2 verzichtet werden. Diese Maßnahme ist
dann von Vorteil, wenn es auf besonders geringe Bauhöhe
inkommt, d.h. wenn etwa Dachfenster, Luken o.dgl. durch
lonnenkol Lektoren 1 ersetzt werden sollen. Die hohe
Wirksamkeit des Sonnenkollektors gestattet dieses
Keglassen des Abdeckgehäuses in vielen Fällen.

Wo es besonders auf preissparende Ausgestaltung
inkommt, kann auch der flache Absorber 8 weggelassen
werden, denn die spiegelnde Fläche 10 führt
abgestrahlte Wärme gegen die Rückseiten der konkav
fekrümmten Flächen 6 des gefalteten Absorbers 5 und
hält damit Abstrah I ungsverI uste nach hinten in Grenzen.
Allerdings ist mit dem Weglassen des flachen
Absorbers 8 eine Verringerung der wärmeübertragenden
flächen verbunden, so daß das Temperaturgefälle
twi sehen Absorbertemperatur und Ko I lektorf I üssigkeits-

Temperatur etwas größer wird.

ts ist aufgrund der geschilderten Ausgestaltungen des .j fieuerungsgemäß ausgebildeten Sonne nkol Lektors 1

Bog I ich, mit verhältnismäßig geringem finanziellen '

Aufwand leistungsfähige SonnenkoU. ektoren zu bauen-, '

Wird der Aufwand etwas ve\größert, aber eben immer noch ■ J

im Rahmen wirtschaftlicher Amortisierbarkeit, so |

besteht die Möglichkeit, in Klimazonen, für die ein &Iacgr;

Sonnenkollektor 1 bisher undenkbar war, auf diese Weise I

Wärmeenergie zu gewinnen. Außerdem bietet die Neuerung |

die Möglichkeit, mit geringem Gewicht und mit extrem <

kleinen Abmessungen Sonnenenergie in Wärme umzuwandeln. ]

Il ' ■ I · · 4 -

ALLe in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Zeichnungen dargestellten Einzel- und Kombinationsmerkmaie werden aLs erfindungswesentlich angesehen.

ler Schutzumfang der Neuerung erstreckt sich nicht nur •uf die Merkmale der einzelnen Ansprüche, sondern auch iuf deren Kombination.

Is versteht sich von selbst, daß die Neuerung nicht auf lie dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispie I e beschränkt soll. Vielmehr stellen Oiese nur vorteilhafte Ausgestaltungsformen des trfindungsgedankens dar.

Claims

Dipl.-lng. P.

HohMW>HMmtr. 21, T*L 02 «1 ·*«» KOBLENZ

Schutzansprüche:

1. Sonnenkollektor, mit einem weitgehend aLs schwarzer Körper ausgebiLdeten Absorber, der in einem Langgestreckten Absorbergehäuse aufgenommen ist, das mit in Längsrichtung strömender KoLLektorfLüssigkeit gefüLLt ist und das wenigstens sonnenseitig verLustarm strahLendurchLässig ausgebiLdet ist sowie mit wenigstens sonnenseitig vorgesehenen, gegen WärmeLeitungs- sowie StrahLungsverLüste isoLierendem Abdeckgehäuse, dadurch gekennzeichnet,

daß der Absorber (5) ein foLien- oder bLechartiger, fester Körper ist, der paraLleL zur Länge des Absorbergehäuses ziehharmonikaartig gefaLtet ist, wobei die FaLten sonnenseitig einander zugewandte, schwach konkav gekrümmte FLanken (6) haben, daß der Absorber (5) sonnenseitig und rückseitig schwarz ist,

daß ein ungefa Lteter, flacher Absorber (8) quer über die rückseitigen Spitzen des gefalteten Absorbers (5) verläuft und wenigstens rückseitig schwa rz ist,

daß rückseitig hinter dem gefalteten Absorber eine spiegelnde bzw. strahlenreflektierende Fläche (10) angeordnet ist,

und daß hinter der spiegelnden Fläche ein wärmeisolierender Körper (11) vorgesehen ist.

Z. Sonnenkollektor insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die konkav gekrümmten Oberflächen (6) des gefalteten Absorbers (5) schwarz und glänzend als "nicht lambertsehe" Flächen ausgebildet sind.

3. SonnenkoL Lektor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sonnenseitigen FaLtenspitzen des gefalteten Absorbers (5) quer zu ihrer Länge schwach wellenförmig profiliert sind. (Pos.14)

4. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dünne, bzw. feine, schwarze Metallnetze (12), stumpfwinkliger als der Absorber gefaltet, beidseitig zwischen die Falten des Absorbers (5) mit zur Rückseite weisenden Faltenspitzen eingesetzt sind, und daß ein ebenes, schwarzes Metallnetz (13) sonnenseitig über Spitzen der Falten des

Absorbers (5) verläuft.

5. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorflüssigkeit (4) mit suspendiertem, schwarzen Farbstoff vermischt ist.

6. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckgehäuse (2) und der wärmeisolierende Körper (11) als gemeinsames, im Querschnitt kreisförmiges P lexiglas rohr (16) ausgebildet sind, und daß das Absorbergehäuse (3) mittig im Plexiglasrohr (16) angeordnet '.st.

7. Sonnenkollektor nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet,

daß das Absorbergehäuse (3) als im Querschnitt kreisförmige';,, inneres Plexiglas rohr (17) ausgebildet ist,

daß das Absorbergehäuse (3, 17) im äußeren P I e&khgr;ig I asrohr (16) konzentrisch angeordnet ist, uäu der fische Absorber (B) die sonnenabge^andtp Seite des inneren P Ie &khgr;ig I asroh res (17) innen halbschalenartig bedeckt,

daß seine, dem gefalteten Absorber (5) zugekehrte Seite spiegelnd ausgebildet ist, und daß das äußere PIe&khgr;ig I asrohr (16) auf der sonnenabgewandten Querschnittshälfte innen, halbschalenartig verspiegelt ist. (Pos. 18)

8. Sonnenkollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß das Absorbergehäuse (3) als flach quaderförmiger Plexiglas-Hohlkörper ausgebildet ist und im äußeren P I e&khgr;ig lasrohr (16) diametral angeordnet ist,

daß die untere Wand (9) des Plexiglas-Hohlkörpers innen verspiegelt ist,

und daß der gefaltete Absorber (5) mit den oberen Faltenspitzen im Abstand von der oberen, mit den unteren Faltenspitzen im Abstand von der unteren Wand (9) des Plexiglas-Hohlkörpers angeordnet ist.

9. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Raum zwischen dem Absorbergehäuse (3) und dem äußeren P lexig las rohr (16) luftleer ist.

10. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 ,

dadurch gekennzeichnet,

iaß eine Mehrzahl flach, quaderförmiger Absorbergehäuse (3) parallel nebeneinander Verlaufend und an den Enden miteinander kommunizierend in einer Plexiglas-Doppelstegplatte

(19) einstückig zusammengefaßt sind, iaß die gefalteten und flachen Absorber (5, 8) Jeweils mit Abstand von der unteren sowie oberen Hand (9, 19) der Doppe I stegpIa11e (19) in deren Hohlräume (20) eingesetzt sind, Haß die spiegelnde Fläche (10) an der Außenseite ler unteren Wand (9) der Doppelstegplatte (19) Angeordnet ist,

Daß der wärmeiso I ierende Körper als Runststoffiso Iierpla11e (11), z.B. Styroporp I a11e, •usgebildet und an der Rückseite der spiegelnden Hache (10) anliegend angeordnet ist, daß die Doppe I stegplatte (19) und die Runstst&ogr;ffiso IierpIa11e (11) von einem fechteckförmigen, aus nach innen offenen U-Profilen bestehenden Rahmen (29) umschlossen und tusammengehalten sind,

Und daß der Rahmen (29) an seinen beiden Stirnseiten, einander diagonal gegenüberliegend, je &diams;inen Anschlußstutzen (22) für die strömende Kollektorflüssigkeit (4) aufweist.

11. Sonnenkollektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß im Rahmen (29) sonnenseitig im Abstand von der Doppe I stegplatte (19) eine weitere, obere Doppe I stegp latte (29) als Abdeckgehäuse (2) aufgenommen ist.

12. SonnenkoLLekt&ogr;r nach Anspruch 10 und/oder 11, dadurch gekennzeichnet,

daß die Außen- bzw. Rückseite der Kunststoffisolierplatte (11) mit einer Witterungsschutz gewährleistenden und wärmeiso Lierenden Kunststoffolie (25) bedeckt ist.

13. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12,

dadurch gekennzeichnet,

daß die beiden unter, bzw. teilweise in den U-Profilen des Rahmens (29) liegenden, äußeren Hohlräume (20) der als Mehrfachabsorbergehäuse (3) ausgebildeten Doppe I stegp latte (19) als Wärmeisolierkammern (31) gegen die strömende Kollektorflüssigkeit (A) abgeschottet und frei von Absorbern (5, 8) ausgebildet sind.

14. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet,

daß die spiegelnden Flächen (10) als Aluminiumfolien ausgebildet sind.

15. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14,

dadurch gekennzeichnet,

daß der gefaltete und der flache Absorber (5, 8) aus höchstens 1 mm vorzugsweise 0,1 bis 0,3 mm dickem Metallblech mit geschwärzter, ggfs. schwarz glänzender Oberfläche bestehen, wobei wenigstens der gefaltete Absorber (5) in seiner Form elastisch federnd ausgebildet ist.

I I t * B « ₉

16. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren eier Ansprüche 1 bis 15,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Absorber (5, 8) aus Kupfer bestehen.

17. Sonnenkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Absorber (5, 8) aus Aluminium bestehen