DE8007169U1 - Sonnenkollektor - Google Patents

Description

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DIPL.-ING. W. MAUCHER 70774

Firma

Gesellschaft für angewandte

Solartechnik mbH

Zielmattstraße 3

7888 Rheinfelden 2 M 80 195

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 unc unter Spannung umschlingen.
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Ein derartiger Sonnenkollektor ist aus der DE-OS 27 OA 047 bereits bekannt. Dabei 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 Feder an diesen relativ dünnen Folienstreifen ausreißen können, so daß danach die Spannung dieser Folienstreifen entfällt. 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

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Folienstreifen bleiben muß, nicht ausreichen, um diese Reibung wirklich bis zur Mitte des Sonnenkollektors zu überwinden. 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.

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, 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.

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.

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

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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.

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.

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

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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.

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 Rohren, 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 Sonnenkollektor weist einen wärmeisolierten Kasten 2 mit einer transparenten Abdeckung auf. auf welche die Sonnenstrahlung auftrifft, Im Inneren des Kastens 2 sind parallele Rohre A 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.

Die Rohre A sind jeweils abwechselnd an einem Teil ihres Umfanges von nebeneinanderliegenden Absorberstreifen 7 umschiungen, wobei die einander unmittelbar benachbarten Absorberstreifen 7 die Rohre A 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.

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 A vorhanden. Dadurch können diese Absorberstreifen 7 sich allen Wärmebewegungen gut anpassen.

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.

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 A parallel zueinander in derselben Ebene angeordnet sind. Es erfolgt dann eine gleichmäßige Auslenkung aller Absorberstreifen.

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

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diesem Ausführungsbeispiel im Bereich der Rohre 4 durch parallele, quer zu den Rohren 4 verlaufende Schlitze 10 gebildet sind. In der dargestellten Ausführungsform 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.

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.

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 Figur 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.

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.

Claims (9)

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1. Sonnenkollektor mit einem insbesondere wärmeisolierten Kasten, mit einer transparenten Abdeckung, mit Rohren für das die Wärme aufnehmende und weiterleitende Medium sowie mit einem mit diesen Rohen 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 Absorberstreifen besteht und wobei die einander unmittelbar benachbarten Absorberstreifen die Rohre jeweils auf einander gegenüberliegenden Seiten teilweise und unter Spannung umschlingen, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberstreifen (7) aus federnden metallischen Streifen bestehen, die unter Eigenspannung an den Rohren (4) anliegen und in Funktionsstellung von den Rohren (A) aus ihrer ursprünglichen Form ausgelenkt sind.

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß blattfederartige Absorberstreifen (7) vorgesehen sind, die vor dem Einbau insbesondere eben sind und nach dem Einbau in den Sonnenkollektor (1) von den parallelen, vorzugsweise in einer Ebene liegenden Rohren (4) abwechselnd

nach oben und unten gegen die Rückstellkraft der ihnen innewohnenden Federkraft ausgebogen sind.

3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Absorberstreifen (7) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.

4. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberstreifen (7) jeweils mit Abstand vor den Wänden (8) des Kastens (2) des Sonnenkollektors (1) enden.

5. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis A, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (7 a) der Absorberstreifen (7) jeweils in Richtung des Umfanges der äußersten Rohre (4) gekrümmt sind.

6. Sonnenkollektor insbesondere nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Absorberstreifen (7) zwischen zumindest zwei Rohren (4) einstückig verbunden ist und daß die Absorberstreifen (7) im Bereich der Rohre (4)V%ürch parallele, quer zu den Rohren (4) laufende Schlitze (10) od.dgl. gebildet sind.

7. Sonnenkollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere alle Absorberstreifen vorzugsweise zwischen allen Rohren (4) des Kollektors (1) verbunden sind.

8. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in seinem mittleren Bereich zwischen den Rohren (4) einstückig verbundene Absorberstreifen (7) und seitlich davon Einzel-Absorberstreifen (7) vorgesehen sind.

9. Sonnenkollektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberstreifen (7) in ihrem das äußere Rohr (4) überragenden Bereich insbesondere einstückig verbunden sind.

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