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Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor zur Erwärmung eines flüssigen Mediums, an dessen Vorderseite eine Vakuumkammer angeordnet ist, in der sich ein von einem flüssigen, wärmeübertragenden Medium durchströmter Absorber befindet, und die von einer transparenten Scheibe abgedeckt ist, die auf der oberen, unteren und seitlichen Abschlusswand der Vakuumkammer aufliegt und zusätzlich im Bereich des Absorbers abgestützt ist.
Sonnenkollektoren sind in den verschiedensten Ausführungen, überwiegend als absorbierende Kollektoren oder als Spiegelreflektoren mit im Brennpunkt liegenden Röhren bekannt und weisen folgende Eigenschaften auf.
Kollektoren, die nur aus einem Absorber bestehen, der überwiegend aus Kunststoff gefertigt ist, nützen die auftreffende Strahlung nur minimal, da die nicht wärmegedämmten Abkühlungsflächen des Absorbers den grössten Teil der Wärme an die Umgebungsluft abgeben.
Kollektoren, deren Absorber in einer Kammer liegt, deren Rückseite wärmegedämmt ist und an deren Vorderseite sich eine Glas- oder Kunststoffscheibe befindet, haben vielfach eine luftdurchlässige Kammer, in der es zu einem Luftaustausch mit der umgebenden Atmosphäre kommt, wodurch immer wieder Feuchtigkeit in den Kollektor gelangt. Dadurch entsteht bei Abkühlung des Kollektors, die immer bei Abnahme des Sonnenstandes eintritt, Kondenswasserbildung, die sowohl die Wirksamkeit der Wärmedämmung herabsetzt, als auch wegen des Feuchtigkeitsniederschlages an der Scheibe eine Absorption der eintretenden Wärmestrahlung bewirkt, so dass nur noch ein Teil der Energie den leistungserbringenden Absorber trifft.
Weiters führt die in der Kammer befindliche Luft zu einer konvektiven Wärmeabgabe an den Aussenflächen des Kollektors, am stärksten an der Vorderseite an der Scheibe beim Strahlungseintritt.
Kollektoren mit Spiegelreflektoren und im Brennpunkt liegenden Röhren sind in ihrem Aufbau und in ihrer Abstützung sehr aufwendig, da die Spiegelflächen mit grosser Präzision gefertigt sein müssen, um über die ganze Länge eine vollkommen gerade Brennlinie zu haben. Auch müssen die Abstützungen allen Windkräften widerstehen können. Darüber hinaus müssen diese Kollektoren ununterbrochen dem Sonnenstand durch eine zusätzliche mechanische Einrichtung nachgeführt werden, da sie nur, wenn die Brennlinie die vom wärmeübertragenden Medium durchflossene Röhre trifft, Leistung erbringen. Weiters können diese Kollektoren nur direkte Sonneneinstrahlung verwerten.
Bekannt ist die Verwendung von Isolierglasscheiben, welche aber den Nachteil haben, dass durch die beiden Scheiben, sowie die eingeschlossene Trockenluft teilweise eine Absorption der Wärmestrahlung auftritt. Ausserdem findet ein Luftaustausch zwischen der Kollektorkammer und der Atmosphäre nach wie vor statt. Weiters erhöht die Isolierglasscheibe das Gewicht des Kollektors, und die Abdichtung an der Dichtstelle ist dadurch aufwendiger. Nicht zuletzt werden auch die Kosten des Kollektors durch die Isolierglasscheiben erhöht.
Kollektoren, deren Absorber in einer Vakuumkammer liegt, sind nur mit grossem technischen Aufwand herzustellen, bedingt durch den hohen Aufwand für die Bohrungen im Absorber, durch die die Distanzierungsbolzen geführt sind, die die Abstützung der Kammer gegen den Vakuumdruck bewirken, durch die Präzision, mit der die Distanzierungsbolzen an den Verbreiterungen an der Ober- und Unterseite gefertigt sein müssen, durch die Präzision, mit der diese Bolzen an der Rückund Vorderseite des Kollektors zu setzen sind und durch den hohen Produktionsaufwand bei der Herstellung der verspiegelten Rückseite der Vakuumkammer.
Insbesondere die Aufrechterhaltung einer einwandfreien Dichtung bringt technische Schwierigkeiten und hohe Kosten mit sich. Die ebenflächig umlaufende Dichtung zwischen Vorder-und Rückseite des Kollektors bedingt hohen technischen Aufwand, die Dichtung der Durchbrüche der Vakuumkammer beim Vor- und Rücklauf des Kollektors ist durch die Wärme- und Kältedehnungen der Rohre ständig gefährdet, die Verankerung am Aufstellungsort ist aufwendig, um Rüttelbewegungen, bedingt durch Wind und Wetter, entgegenzuwirken, damit die Vakuumdichte nicht in Kürze zur Gänze verloren geht.
Durch die komplizierte Konstruktion und den hohen technischen Aufwand ergeben sich zahlreiche Fehlerquellen, die zum Lufteintritt führen können, wodurch der Kollektor im Wirkungsgrad stark abfällt, nicht zuletzt, da die Wärmedämmung durch Verspiegelung nur im Vakuum funktioniert. Nach Verlust des Vakuums tritt extreme Kondenswasserbildung und konvektive Wärmeabgabe auf.
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Bei bekannten Kollektoren, deren Absorber in einer Vakuumkammer liegt, ist weiters der Zusammenschluss mehrerer Kollektoren und deren Verbindung zu einer gemeinsamen Vakuumpumpe nachteilig. Durch die Verbindung vieler Unterdruckkammern summieren sich auch die Mängel, und so kann nach Auftreten mehrerer Undichtigkeiten die Vakuumpumpe oft das Vakuum nicht mehr herstellen oder aufrechterhalten, wodurch das ganze System an Wirkung verliert. Darüber hinaus bringt die Vakuumpumpe hohe Anschaffungs- und ständige Betriebskosten mit sich.
Aufgabenstellung für die Erfindung ist es, einen Sonnenkollektor mit Absorber zu entwickeln, der die Vorteile eines Vakuums zwischen energiedurchlässiger Vorderseite und Absorber besitzt und gleichzeitig einen einfachen Aufbau für die Vakuumkammer, die Befestigung am Einsatzort, sowie die Wärmedämmung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung bei einem Sonnenkollektor der eingangs angeführten Art dadurch gelöst, dass der Absorber den tragenden Teil des Sonnenkollektors bildet und aus zwei mit Rippen oder Sicken versehenen, spiegelbildlich zueinander zusammengefügten Blechen besteht und zentrale Röhren oder einen aus Profilen gebildeten kastenförmigen Querschnitt aufweist, dessen Randrippen die Vakuumkammer seitlich begrenzen, wobei die obere, untere und hintere Abschlusswand der Vakuumkammer aus einer an den Rippen des Absorbers angeschweissten, reflektierenden Blechplatte bestehen und auf der Vorderseite durch eine Glasscheibe abgedeckt sind, die von einem Rahmen, bestehend aus Rahmenteilen getragen ist, der an die Blechplatten der oberen und unteren Abschlusswand der Vakuumkammer und an die beiden Randrippen des Absorbers angeschweisst ist,
wobei Blechplatte und Rahmenteile den Absorber versteifen, und dass sich die transparente Glasscheibe über wärmedämmende Distanzleisten auf den Rippen abstützt, die Blechplatten auf der Aussenseite der Vakuumkammer und die Randrippen des Absorbers an ihrer Aussenseite eine hitzebeständige Trennfolie und eine darauf angeordnete Wärmedämmung aus Isolierschaum aufweisen, dass die Anschlüsse des Absorbers für den Vorlauf und den Rücklauf sich an zwei diametral gegenüberliegenden Ecken des Absorbers befinden, und dass in den andern Ecken des Absorbers Blindanschlüsse vorgesehen sind, die ausserhalb der Vakuumkammer liegen, wobei die Anschlüsse für den Vorlauf, den Rücklauf und die beiden Blindanschlüsse mit elastischen Halterungen versehen sind.
Die besonderen Vorteile des erfindungsgemässen Aufbaus liegen in der Möglichkeit, billige und herkömmliche Materialien zu verwenden, sowie in der einfachen Anwendung herkömmlicher Produktionstechniken und Produktionstoleranzen, wodurch die Kosten nur unwesentlich über jenen eines Kollektors liegen, dessen Absorber in einer luftdurchlässigen Kammer angeordnet ist. Die Leistung des erfindungsgemässen Sonnenkollektors entspricht dabei aber der Leistung eines Kollektors, dessen Absorber in einer verspiegelten Vakuumkammer liegt. Es entfallen darüber hinaus aufwendige Einrichtungen zur Nachführung des Kollektors nach dem Sonnenstand.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt. Diese zeigen in Fig. l einen erfindungsgemässen Sonnenkollektor in Draufsicht mit einem Absorber und dessen Rippen, in Fig. la eine abgewandelte Ausführung des Sonnenkollektors mit Absorber in Form eines Kastens aus gepressten und abgekanteten Profilen im Vertikalschnitt, in Fig. 2 den Sonnenkollektor nach Fig. l im Vertikalschnitt nach Linie B-B in Fig. l, in Fig. 3 den Kollektor im Vertikalschnitt nach Linie A-A in Fig. l, in Fig. 4 ein Detail gemäss Horizontalschnitt C-C in Fig. l, der die Distanzierung der transparenten Scheibe mittels Distanzleisten erkennen lässt, in Fig. 5 ein Detail gemäss Horizontalschnitt C-C in Fig. l, das die Abdichtung zwischen Scheibe und Rahmen des Sonnenkollektors erkennen lässt, und in Fig. 6 ein Detail, gemäss Vertikalschnitt A-A in Fig.
l, des erfindungsgemässen verschlossenen Rohres zur Vakuumbildung.
Die Oberfläche des in Fig. l dargestellten Absorbers --1--, der von aufheizbarem, flüssigem Medium durchflossen wird, ist durch Wellungen und Einkerbungen vergrössert und mit intensiv schwarzer, wärmeleitender Beschichtung versehen. Die obere, untere und hintere Abschlusswand - 2, 3, 4-- der Vakuumkammer besteht aus verzinktem oder mit reflektierender Farbe gestrichenem Blech, welches einfallende Strahlung auf den Absorber-l-reflektiert und welches an die sich im Absorber --1-- über dessen volle Länge erstreckenden und ihn auch seitlich begrenzenden Rippen vakuumdicht angeschweisst ist.
Ausserdem sind alle Blechplatten zur Erhöhung der Steifigkeit an Rippen des Absorbers --1-- angepunktet. An der Vorderseite des Absorbers-l-sind längs
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der Rippen --9-- die Rahmenteile --10-- vakuumdicht angeschweisst, die ihrerseits in den Ecken mit den Rahmenteilen --8-- auf Gehrung vakuumdicht verschweisst sind. Der Rahmen, der sich aus den Rahmenteilen-8 und 10--, gefertigt aus verzinktem Blech, zusammensetzt, steht über den obersten Punkt der Rippen --9-- und der andern Rippen des Absorbers-l-hinaus und bildet eine weitere Begrenzung der Vakuumkammer. Durch seine Winkelkonstruktion wirkt es als zusätzliche Versteifung des Absorbers-l-. Weiters trägt der Rahmen, bestehend aus den Teilen --8 und 10-, die beschichtete transparente Glasscheibe --40--, die aus Spezialglas bestehen kann.
Seine Höhe und damit die Distanzierung der Glasscheibe --40-- von den Rippen des Absorbers ist so gewählt, dass die Beschichtung gut nach innen reflektieren kann, somit die Abstrahlung des Absorbers nach vorne gering ist, wobei die Distanzierung der Glasscheibe -40-- mit Distanzleisten --46-- noch einfach zu erreichen und die Steifigkeit des Systems gewährleistet ist.
An den Ecken --4-- des Absorbers --1-- sind Scheiben --15-- mit Gewinde eingepresst oder eingeschweisst, in welche ausserhalb der Vakuumkammer an diagonal gegenüberliegenden Ecken des Absorbers-lunten der kühle Rücklauf --5-- und oben der von der Sonnenenergie aufgeheizte Vorlauf --6-- des wärmeübertragenden Mediums dicht eingeschraubt ist, wogegen an den beiden andern einander diagonal gegenüberliegenden Ecken in die Scheiben --15-- zwei Blindanschlüsse --7-- dicht eingeschraubt sind. An Vorlauf-6--, Rücklauf-5-- und den beiden Blindanschlüssen --7-- erfolgt mit elastischen Halterungen --16-- die Verankerung des Sonnenkollektors.
Der Absorber-l-ist in Rippenform ausgebildet, damit bei Abstrahlung jeder Punkt einer Rippe zum überwiegenden Teil den jeweils gegenüberliegenden andern Punkt des Absorbers --1-- anstrahlt, so dass die Abstrahlung nach aussen von der Konstruktion her gering gehalten wird. Die Verteilung des wärmeübertragenden Mediums im Absorber-l-erfolgt auf Grund der Form der Rippen entweder über zwei zentrale Röhren --11-- oder über zwei kastenförmige Profile --12-- des in Fig. la dargestellten Absorbers - lia--. Bei Verwendung abgekanteter Profile in Blechbauweise werden die Vertikalrippen --13-in Blechaufbörtelungen --14-- gesetzt und verschweisst oder geklebt, oder der gesamte Körper wird aus einem Stück gepresst.
Das obere sowie das untere Profil --12-- bilden zugleich die obere und untere Begrenzung des Absorbers --la--, wie sie auch die horizontalen Rahmenteile --8-- ersetzen.
Die vertikalen Rahmenteile -10a-- werden entweder stumpf an den beiden äusseren Rippen --9a-eingeschweisst oder durch die Blechpressform gebildet. Der Absorber-la-ist an der Vorderseite intensiv schwarz beschichtet. Am zweckmässigsten werden die Vertikalrippen --13-- möglichst schmal ausgeführt, damit die Wärmeabgabe vom Metall an das Medium optimal ist. Der Absorber --la-bildet dann gleichzeitig die Rückseite und mit den Rahmenteilen --10a-- die Seitenteile der Vakuumkammer des Sonnenkollektors. Der erfindungsgemässe Abschluss zwischen Sonnenkollektor und Vakuumeinrichtung befindet sich im Rahmenteil --10a--. In die Profile --12-- sind diagonal Rücklauf - 5a-- und Vorlauf-6a--, sowie die beiden Blindanschlüsse --7a-- eingeschweisst.
Die beiden Randrippen --9-- des in Fig. 2 dargestellten Absorbers-l-haben sowohl oben
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enthält, in das in herkömmlicher Weise der Rücklauf --5--, der Vorlauf --6-- und die beiden Blind- anschlüsse -7-- eingeschraubt sind. Diese Konstruktion ist bekannt, sie ist leicht zu dichten und anderseits stabil genug, um gleichzeitig die elastische Halterung --16-- des Kollektors aufzunehmen. Die Glasscheibe --40-- ist mit an den Rippen --9-- vorgesehenen Distanzleisten --46-- distan-
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beständigen Material besteht und welche bewirkt, dass sich die Wärmedämmung --50-- aus Isolierschaum nicht durch Einwirken höherer Temperaturen, z. B. über 100 C, während längerer Zeit verformt.
Der Dichtanstrich --52-- schützt die Wärmedämmung --50-- gegen Regen und Spritzwasser.
Die obere, untere und hintere Abschlusswand --2, 3, 4-- des in Fig. 3 dargestellten Absorbers-l-bilden einen Teil der Vakuumkammer und sind als ganze Blechplatten an den Absorber angepasst und an den seitlichen Rippen --9-- vakuumdicht durchgeschweisst. In der oberen Ab- schlusswand --2-- ist der Vakuumanschluss eingeschweisst. Die Vorderseite der Vakuumkammer ist von der Glasscheibe --40--, z. B. aus beschichtetem Quarzglas, gebildet, die gegen die Rahmenteile-8 und 10-- durch einen umlaufenden O-'Ring--41-- aus Spezialgummi abgedichtet ist. Die Glasscheibe --40-- wird durch Stahlklammern --44-- an den O-Ring --41-- angepresst.
Durch Distanz-
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sätzliche Sicherheitsmassnahme gegen Feuchtwerden des Schaums sind die Aussenflächen der Wärme- dämmung --50-- mit einem Dichtanstrich --52-- versehen. Die Anschlüsse zum Vor- und Rücklauf - 5, 6-und die Blindanschlüsse --7-- sind mittels einer Dichtmanschette --53-- gegen Eindringen von Regenwasser geschützt.
Die Abstützung, dargestellt in Fig. 4, zeigt im Detail die Glasscheibe --40--, die über Distanz- leisten --46-- gegen den Absorber-l bzw. la-distanziert ist. Das Material der Distanzleisten - -46- muss gegen Temperaturen von 150 C widerstandsfähig, druckfest und schlecht wärmeleitend sein. Gegen das Verschieben dieser Distanzleisten --46-- während des Einbaues sind Stahlkammern - vorgesehen, mit denen die Leisten am Absorber festgeklemmt werden. Beim Absorber --la-können diese Klammern durch Klebung oder Anpunkten der Distanzleisten ersetzt werden.
Die Abdichtung des Kollektors, dargestellt in Fig. 5, zeigt im Detail die Glasscheibe --40--, die durch eine O-Ring --41-- aus Spezialgummi gegen den Rahmen, bestehend aus den Rahmenteilen --8 und 10--, abgedichtet ist. Als Anschlag und gegen das Einziehen des O-Rings --41-- durch den Unterdruck ist ein Flachrahmen --42-- aus verzinktem Flacheisen auf die Rahmenteile - 8 und 10-- mit Schweisspunkten --48-- angepunktet. Dieser Flachrahmen --42-- dient auch einer zusätzlichen Versteifung des Rahmens. Die zum O-Ring --41-- hin gerichtete Kante des Flachrahmens --52-- ist abgerundet, um den O-Ring --41-- beim Zusammendrücken nicht zu verletzen.
Als zusätzliche Dichtungsmassnahme wird nach Herstellung des Unterdrucks der Spalt zwischen den Rahmenteilen --8, 10--, der Scheibe --40-- und dem O-Ring --41-- mit einer dauerelastischen Dichtmasse --41a-- ausgespritzt. Zum Schutz für den O-Ring --41-- und die Dichtmasse --41a-- gegen die Sonnenstrahlung ist die Scheibe --40-- über die gesamte Aussenkante mit einem reflektierenden Streifen --43-- beschichtet. Die Glasscheibe --40-- ist durch stählerne Stahlklammern --44-- an den O-Ring --41-- angepresst. Der Rahmen weist an seiner Unterseite an den Stellen, wo die Stahl- klammern --41-- aufgesteckt werden, Blechkeile --45-- auf, die ein Abgleiten der Klammern --44-verhindern.
An der Seite der linken und rechten äusseren Absorberrippe --9-- wird der Rahmenteil --1-- durch Schweisspunkte --48a-- und eine Dichtschweissnaht --49-- aufgeschweisst. An den Rippen --9-- ist die hitzebeständige Trennfolie --51-- aufgebracht, die die Wärmedämmung --50-- mit Dichtanstrich --52-- trägt.
Der Abschluss, dargestellt im Detail in Fig. 6, weist zwischen Sonnenkollektor und Vakuumeinrichtung an der oberen Abschlusswand --2-- der Vakuumkammer einen aufgeschweissten Halterungsring --20-- auf, der eine Ausdrehung mit Nut --21-- enthält, in die ein Rohr --22-- mit der Naht - eingelötet oder eingeklebt ist. Mit bekannten Mitteln wird über dieses Rohr --22-- das Vakuum hergestellt. Nach Herstellung des Unterdrucks wird das Rohr --22-- vakuumdicht abgequetscht, oberhalb der Quetschstelle --30-- abgeschnitten und zur Sicherung gegen Lufteintritt an der Oberseite der Quetschstelle --30-- abgelötet oder verklebt. Die Quetschstelle-30-- des Rohres liegt so nahe an der Vakuumkammer, dass sie fast zur Gänze innerhalb der Wärmedämmung - des Kollektors Platz findet.
Als Schutz gegen eindringendes Oberflächenwasser ist das abgequetschte Rohr --22--, sowie die Quetschstelle --30--, durch eine Dichtmanschette --53-- sowie einen dauerelastischen Kittabschluss --54-- gegen die Wärmedämmung --50-- hin abgedichtet.
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