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Sonnenkollektor Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit
einem wärmeisolierten Kasten, mit einer transparenten Abdeckung, mit Rohren für
das die Wärme aufnehmende und weiterleitende Medium sowie mit einem mit diesen Rohren
in Kontakt befindlichen, vorzugsweise geschwärzten, flächenhaften, metallischen,
die Sonnenstrahlen aufnehmenden Absorber, der die eingestrahlte Wärmeenergie zu
den Rohren und deren Inhalt leitet, wobei der Absorber aus mehreren parallelen und
jeweils nebeneinanderliegenden Streifen besteht und wobei die einander unmittelbar
benachbarten Absorberstreifen die Rohre jeweils auf einander gegenüberliegenden
Seiten teilweise und unter Spannung umschlingen.
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Ein derartiger Sonnenkollektor ist aus der DE-OS 27 04 047 bereits
bekannt. Dabe.i werden die Absorberstreifen von Folienstreifen gebildet, deren Spannung
durch Zugfedern erzeugt wird. Dabei besteht die Gefahr, daß insbesondere unter der
Einwirkung von Wärmebewegungen die Befestigung der Federn an diesen relativ dünnen
Folienstreifen ausreißen können, so daß danach die Spannung dieser Folienstreifen
entfällt.
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Eine weitere Schwierigkeit kann darin bestehen, daß insbesondere bei
einer an sich erwünschten großen Zahl paralleler Rohre die Reibung im Umschlingungsbereich
so groß wird, daß die Zugfedern, deren Zugkraft unter der Reißfestigkeit der
Folienstreifen
bleiben muß, nicht ausreichen, um diese Reibung wirklich bis zur Mitte des Sonnenkollektors
zu überwinden.
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Es ergibt sich dann unter Umständen eine zu geringe oder gegebenenfalls
sogar gar keine Anlage der Folienstreifen an den Rohren im mittleren Bereich des
Sonnenkollektors und somit eine nur geringe Wärmeausbeute.
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Aus der US-PS 3 985 817 ist ein Sonnenkollektor bekannt, bei welchem
der Absorber von einer einzigen Bahn gebildet ist, die die Rohre abwechselnd von
der einen und anderen Seite umschlingt.
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Wenn dabei eine für einen guten Wärmeübergang ausreichende Andruckkraft
zwischen Absorber und Rohren erreicht werden soll, besteht die Gefahr, daß die Rohre
unter der Einwirkung dieser über ihre gesamte Länge wirkenden Kraft jeweils voneinander
weggebogen werden, was zu unerwünschten Verformungen im Sonnenkollektor und demgemäß
zu Verschlechterungen des Wirkungsgrades führt. Diese Gefahr wird durch die zwangsläufigen
Wärmebewegungen vergrößert. Entsprechend stabil und dickwandig müssen die Rohre
sein, was ebenfalls zu einer Wirkungsgradverschlechterung führt und die Erwärmung
unnützer Masse notwendig macht. Bei Verwendung von Aluminium für die Herstellung
des Absorbers, wie es bei diesem bekannten Sonnenkollektor gemäß der genannten Druckschrift
vorgesehen ist, ist ohne Hilfsmittel eine ausreichende Andruckkraft auch nicht erzielbar.
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Es besteht deshalb die Aufgabe, einen Sonnenkollektor der eingangs
erwähnten Art zu schaffen, bei welchem einerseits ein Auseinanderbiegen der nebeneinanderliegenden
Rohre vermieden wird, andererseits eine gute Andruckkraft der Absorberstreifen an
allen nebeneinanderliegenden Rohren erfolgt und dennoch die Gefahr eines Abreißens
der Streifen und damit einer Beendigung der Andruckkraft vermieden wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht im wesentlichen darin, daß die Absorberstreifen
aus federnden metallischen Streifen bestehen, die unter Eigenspannung an den Rohren
anliegen und in
Funktonsstellung von den Rohren aus ihrer ursprünglichen
Form ausgelenkt sind.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn blattfederartige Absorberstreifen
vorgesehen sind, die vor dem Einbau insbesondere eben sind und nach dem Einbau von
den parallelen, vorzugsweise in einer Ebene liegenden Rohren abwechselnd nach oben
und unten gegen die Rückstellkraft der ihnen innewohnenden Federkraft ausgebogen
sind. Sie erhalten dann eine Wellenlinienform, der aber ihre Federkraft entgegenwirkt,
so daß jeder Wellenberg bzw. jedes Wellental unter dieser Federkraft und Spannung
das jeweilige Rohr teilweise umschlingt. Durch das abwechselnde Umschlingen von
der einen oder anderen Seite durch einander benachbarte Absorberstreifen wird dabei
eine auf die Rohre ausgeübte Auslenkkraft immer wieder aufgehoben, so daß die Rohre
nicht gegeneinander ausgelenkt werden. Dies hat zur Folge, daß die Rohre in vorteilhafter
Weise nicht unnötig stark ausgebildet werden müssen. Entsprechend wenig Eigenmasse
am Sonnenkollektor muß erwärmt werden und entsprechend gut ist auch der Wärmeübergang
durch die Rohrwandungen zu dem Medium.
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Besonders vorteilhaft ist es für eine gute Wärmeleitung, wenn die
Absorberstreifen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen. Auf diese Weise
läßt sich einerseits eine gute Wärmeleitung erzielen, andererseits aber auch die
gewünschte Federkraft erzeugen.
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Um eine ungehinderte Wärmebewegung innerhalb des häufig großen Temperaturschwankungen
unterworfenen Sonnenkollektors zu ermöglichen, kann es zweckmäßig sein, wenn die
Absorberstreifen jeweils mit Abstand vor den Wänden des Kastens enden. Insgesamt
ergibt sich ein Sonnenkollektor, der einfach herstellbar ist und dennoch eine gute
Lebensdauer hat, weil sich die Absorberstreifen trotz ihrer Anlage an den Rohren
unter Spannung den verschiedenen Wärmebewegungen gut anpassen können. Durch
die
Befestigung unter ihrer Eigenspannung an den Rohren sind auch keine zusätzlichen
aufwendigen Befestigungselemente und -vorrichtungen erforderlich. Es wird also nicht
nur die Lebensdauer und der Wärmeübergang verbessert, sondern auch die ganze Konstruktion
vereinfacht und verbilligt.
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Nachstehend ist die Erfindung mit ihren ihr als wesentlich zugehörenden
Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher beschrieben. Es zeigt in etwas schematisierter
Darstellung: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Sonnenkollektor
mit mehreren parallelen Rphren, die von Absorberstreifen abwechselnd von der einen
und der anderen Seite über- bzw. untergriffen sind, und Fig. 2 eine Draufsicht des
Sonnenkollektors gemäß Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt eines abgewandelten Sonnenkollektors
gemäß der Erfindung, bei welchem nach einem Merkmal von eigener erfinderischer Bedeutung
die Absorberstreifen zwischen den Rohren einstückig verbunden sind, sowie Fig. 4
eine Draufsicht des Sonnenkollektors gemäß Fig. 3 Ein im ganzen mit 1 bezeichneter
Sonnenkolektor weist einen wärmeisolierten Kasten 2 mit einer transparenten Abdeckung
3 auf, auf welche die Sonnenstrahlung auftrifft. Im Inneren des Kastens 2 sind parallele
Rohre 4 angeordnet, die jeweils mit dem einen Ende in eine Zuleitung 5 und mit dem
anderen Ende in eine Ableitung 6 für das die Wärme aufnehmende und transportierende
Medium münden. Es wäre auch denkbar, eine durchgehende Rohrschlange mit jeweils
parallelen Abschnitten vorzusehen.
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Die Rohre 4 sind jeweils abwechselnd an einem Teil ihres Umfanges
von nebeneinanderliegenden Absorberstreifen 7 umschlungen, wobei die einander unmittelbar
benachbarten Absorberstreifen 7 die Rohre 4 jeweils auf einander gegenüberliegenden
Seiten
umschlingen. Praktisch sind die Absorberstreifen 7 wie die Fäden eines Gewebes angeordnet.
Dabei stehen die Absorberstreifen 7 unter Spannung und erfindungsgemäß ist die Spannung
dadurch erzeugt, daß die Absorberstreifen 7 blattfederartig ausgebildet und gegen
ihre Federkraft ausgelenkt sind. Besondere Zugelemente zur Erzeugung einer Spannung
in den Absorberstreifen 7 werden also vermieden.
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Man erkennt deutlich, daß die Absorberstreifen 7 jeweils mit Abstand
vor den Wänden 8 des Kastens 2 enden. Es ist lediglich noch die Berührung mit dem
jeweils äußersten Rohr 4 vorhanden.
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Dadurch können diese Absorberstreifen 7 sich allen Wärmebewegungen
gut anpassen.
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Es wäre denkbar, daß die Enden 7 a der Absorberstreifen 7 jeweils
etwa in Richtung des Umfanges des letzten Rohres 4 gekrümmt sind, um dort noch eine
etwas vergrößerte Auflagefläche zu erzielen. Auch könnten dann die Enden 7 a der
Absorberstreifen noch etwas über den Rohrbereich hinaus verlängert sein, um auch
im Zwischenraum zwischen den äußersten Rohren und der Wand 8 des Kastens 2 einfallende
Sonnenstrahlen auffangen zu können.
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Da die Absorberstreifen 7 die Rohre abwechselnd von der einen und
der anderen Seite umschlingen, heben sich von den Absorberstreifen auf die Rohre
ausgeübte Auslenkkräfte gegeneinander auf. Außerdem ist es in einem derartigen Falle
besonders zweckmäßig, wenn alle Rohre 4 parallel zueinander in derselben Ebene angeordnet
sind. Es erfolgt dann eine gleichmäßige Auslenkung aller Absorberstreifen.
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In den Figuren 3 und 4 ist ein Sonnenkollektor 1 dargestellt, bei
welchem die Ausbildung der Absorberstreifen in einer Weise durchgeführt ist, der
eine eigene erfinderische Bedeutung beigemessen wird. Es ist nämlich vorgesehen,
daß wenigstens ein Teil der Absorberstreifen 7 zwischen zumindest zwei Rohren 4
einstückig verbunden ist und daß die Absorberstreifen 7 in
diesem
Ausführungsbeispiel im Bereich der Rohre 4 durch parallele, quer zu den Rohren 4
verlaufende Schlitze 10 gebildet sind. In der dargestelltenAusfuhrungsform sind
dabei alle Absorberstreifen 7 zwischen allen Rohren 4 des Kollektors 1 miteinander
verbunden. Es ist aber auch möglich, daß im mittleren Bereich des Kollektors zwischen
den Rohren 4 einstückig verbundene Absorberstreifen 7 und seitlich davon Einzelabsorberstreifen
7 vorgesehen sind, wenn die Montage oder die Fertigung dies erforderlich erscheinen
lassen.
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In Figur 3 und 4 erkennt man außerdem, daß die Absorberstreifen 4
auch in ihrem das äußere Rohr 4 jeweils überragenden Bereich einstückig verbunden
sein können.
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Diese Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 mit den neben den Rohren
jeweils einstückig verbundenen Absorberstreifen hat den Vorteil, daß eine einfache
Fertigung durch Schlitzen einer durchgehenden Absorber-Platte möglich ist. Außerdem
ergibt sich so eine möglichst wenig unterbrochene Fläche zum Auffangen der Wärmestrahlen.
Auch das Einstecken der Rohre mit abwechselnd nach der einen und nach der anderen
Seite ausgebogenen Absorberstreifenstücken ist einfach durchzuführen. Es kann schon
ausreichen, jeweils jeden zweiten Absorberstreifen maschinell niederzudrücken, wodurch
ein ausreichender Zwischenraum für das Einstecken eines Rohres entsteht, welches
dann aufgrund der Spannung der losgelassenen Absorberstreifen in eine Mittellage
mit Auslenkung der gegenüberliegenden Absorberstreifen gelangt, wie es in Pigur
3 dargestellt ist. Da die eigentlichen Absorberstreifen wesentlich kürzer sind,
wird auch jedes Rohr über einen größeren Winkel umschlungen und es kann eine genügend
große Eigenspannung in diesen Absorberstreifenstücken entstehen, selbst wenn das
Streifenmaterial relativ dünn ist.
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Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten
Merkmale und Konstruktionsdetails können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination
miteinander wesentliche Bedeutung haben.
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