DE2721964A1

DE2721964A1 - Solar energy collector with spaced cover, absorber and insulator - in airtight housing with relative movement accommodating spacers

Info

Publication number: DE2721964A1
Application number: DE19772721964
Authority: DE
Inventors: Guenter Platz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-05-14
Filing date: 1977-05-14
Publication date: 1978-11-23

Abstract

Collector comprises a transparent cover plate spaced above a metallic absorption plate whose upper surface is coated with black absorption material and in contact with heat transfer fluid carrying paths. A heat insulating element is spaced below the absorption plate and comprises a gas impermeable plate having an upper reflective surface. The plates are enclosed on their sides by a housing.

Description

n Sonnenkollektor n n solar collector n

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor zur Erwärmung eines vorzugsweise flüssigen Wärmeträgers, bestehend aus einem den Kollektor mindestens seitlich umgebenden Gehäuse, mindestens einer oberen Abdeckplatte aus transparentem Glas, einer in einem Abstand darunterliegenden Absorptionsplatte aus Metall, die an ihrer Oberseite mit schwarzem Absorptionsmaterial beschichtet und wärmeleitend mit von dem Wärmeträger durchflossenen Leitungen verbunden ist, einer unteren wärmeisolierenden Abschirmung sowie zwischen den einzelnen Platten angeordneten Abstandshaltern.The invention relates to a solar collector for heating a preferably liquid heat transfer medium, consisting of a collector at least laterally surrounding Housing, at least one upper cover plate made of transparent glass, one in one Distance below the metal absorption plate, those on hers Upper side coated with black absorption material and thermally conductive with von the heat transfer fluid is connected to lines flowing through, a lower heat insulating Shielding as well as spacers arranged between the individual plates.

Bei bekannten Sonnenkollektoren der genannten Art ist unmittelbar unter der Absorptionsplatte eine Schicht aus wärmedämmendem Material vorgesehen, die verhindern soll, daß die Absorptionsplatte die durch die Sonnenbestrahlung aufgenommene Wärme in den Raum unterhalb des Kollektors abgibt. Die bekannten Sonnenkollektoren weisen den Nachteil auf, daß ihre Leistung'bezogen auf die Größe und den Preis> immer noch relativ gering ist.In known solar collectors of the type mentioned is immediate a layer of heat-insulating material is provided under the absorption plate, which is to prevent that the absorption plate absorbed by the solar radiation Gives off heat into the space below the collector. The well-known solar panels have the disadvantage that their performance 'related to the size and the price> is still relatively low.

Zum anderen ist auch die Lebensdauer der bekannten Kollektoren begrenzt,und zwar insbesondere dadurch, daß sich an der Unterseite der Absorptionsplatte Feuchtigkeit niederschlägt, die die Absorptionsplatte angreift. Die niedergeschlagene Feuchtigkeit, in der auch die Stoffe der Umgebung gelöst sind, beispielsweise Abgase aus olheizungen usw., ist sehr aggressiv und greift selbst korroaonsgeschUtzte Stoffe an.On the other hand, the service life of the known collectors is limited, and in particular in that there is moisture on the underside of the absorption plate precipitates, which attacks the absorption plate. The downpoured moisture in which the substances in the environment are also dissolved, for example exhaust gases from oil heating systems etc., is very aggressive and even attacks corrosion-protected substances.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistung der bekannten Sonnenkollektoren sowie deren Lebensdauer zu erhöhen.The invention is based on the performance of the known To increase solar panels as well as their service life.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als untere Abschirmung eine in einem Abstand von der Absorptionsplatte liegende gasundurchlässige Platte angeordnet ist, die auf der der Absorptionsplatte zugewandten Seite mit einer Reflexionsschicht versehen ist, und daß der Raum zwischen der oberen Abdeckplatte und der unteren Abschirmplatte gasdicht verschlossen ist.According to the invention this object is achieved in that the lower Shield one at a distance from the absorption plate lying Gas-impermeable plate is arranged, which is facing the absorption plate Side is provided with a reflective layer, and that the space between the upper Cover plate and the lower shielding plate is sealed gas-tight.

Die Leistung eines erfindungsgemäßen Sonnenkollektors ist im Verhältnis zu den bekannten, unterhalb der Absorptionsplatte mit einer wärmedämmenden Schicht versehenen Kollektoren bis etwa 30 höher. Ferner kann sich aufgrund des abgeschlossenen Systems an der Unterseite der Absorptionsplatte keine Feuchtigkeit mehr niederschlagen, so daß dadurch auch die Lebensdauer wesentlich erhöht werden kann.The performance of a solar collector according to the invention is in proportion to the known, below the absorption plate with a heat insulating layer provided collectors up to about 30 higher. Furthermore, due to the completed System no longer condense moisture on the underside of the absorption plate, so that the service life can also be increased significantly as a result.

Vorzugsweise sind die oberhalb und unterhalb der Absorptionsplatte liegenden freien Räume gasdicht voneinander getrennt.Preferably those are above and below the absorption plate lying free spaces separated from each other in a gastight manner.

Dadurch ist es möglich, daß diese beiden Räume mit unterschiedlichen, an ihre Aufgaben optimal angepaßten Medien gefüllt werden können. Während der obere Raum normalerweise mit Luft gefüllt ist, ist der zwischen der Absorptionsplatte und der unteren Abschirmplatte befindliche Raum vorzugsweise mit Schwergas gefüllt, das im Verhältnis zur Luft eine kleine Wärmedurchgangs zahl aufweist. Das in diesem Raum enthaltene Schwergas bietet dabei einerseits eine gute Isolation gegen konvektive Wärmeübergang, während die von der Absorptionsplatte nach unten abgestrahlte Wärme mit nur geringen Verlusten zur Absorptionsplatte zurückreflektiert werden kann.This makes it possible for these two rooms to have different, media that are optimally adapted to their tasks can be filled. During the upper The space normally filled with air is the one between the absorption plate and the lower shielding plate is preferably filled with heavy gas, which has a low heat transfer rate in relation to the air. That in this one Heavy gas contained in the space offers, on the one hand, good insulation against convection Heat transfer while that of the absorption plate down radiated Heat can be reflected back to the absorption plate with only minor losses can.

Die untere Abschirmplatte besteht zweckmäßig aus Glas, das auf der der Absorptionsplatte zugewandten Seite mit einer dünnen spiegelnden Metallschicht überzogen ist.The lower shielding plate is expediently made of glass on the the side facing the absorption plate with a thin reflective metal layer is covered.

Das Gehäuse kann aus einem die Außenseiten der oberen Abdeckplatte und der unteren Abschirmplatte umgreifenden U-Profil-Rahmen bestehen, der. sich vorzugsweise um nur drei Seiten des rechteckigen Kollektors herumerstreckt.The housing can consist of one of the outer sides of the top cover plate and the lower shielding plate encompassing U-profile frame, the. themselves preferably extends around only three sides of the rectangular collector.

Die Abstandshalter sind vorzugsweise in einem Abstand von dem äußeren Rand angeordnet, wobei der Raum zwischen den Abstandshaltern und dem Rahmen bzw. der Fluchtlinien zwischen den äußeren Plattenkanten mit einem temperaturbeständigen Klebstoff dicht ausgefüllt ist.The spacers are preferably at a distance from the outer one Edge arranged, the space between the spacers and the frame or the alignment lines between the outer panel edges with a temperature-resistant Adhesive is tightly filled.

Die Abstandshalter sind vorzugsweise aus Blech zu einem rechteckigen Querschnitt gebogen, wobei sich die Blechenden auf der dem Innenraum des Kollektors zugewandten Seite über die gesamte Höhe überlappen und nicht miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß sich die Platten bei mechanischer oder thermischer Beanspruchung relativ zueinander verbiegen und verschieben können.The spacers are preferably made of sheet metal to form a rectangular one Curved cross-section, with the sheet metal ends on the interior of the collector Overlap the facing side over the entire height and not connected to each other are. This ensures that the plates are mechanically or mechanically can bend and move relative to each other due to thermal stress.

Die beiden sich überlappenden Blechschenkel können in einem Abstand voneinander angeordnet sein, während der Innenraum des Abstandshalters mit chemischen Trockenperlen gefüllt ist. Bei dieser Konstruklion kann die Gaszirkulation bis in den Abstandshalter hinein erfolgen, wobei aufgrund der chemischen Trockenperlen eine völlig trockene Atmosphäre in den einzelnen Räumen des Kollektors geschaffen werden kann. Dadurch ist ein Beschlagen der Platten mit Feuchtigkeit völlig ausgeschlossen, so daß dadurch nicht nur die Lebensdauer der im Kollektorinneren befindlichen Metallteile erhöht wird, sondern auch eine bleibend gute Strahlungsdurchlässigkeit der oberen Glasplatte gewährleistet ist.The two overlapping sheet metal legs can be at a distance be arranged from each other, while the interior of the spacer with chemical Is filled with dry pearls. With this construction, the gas circulation can be up to in the spacers are made into it, being due to the chemical drying pearls a completely dry atmosphere is created in the individual rooms of the collector can be. This completely prevents the panels from fogging up with moisture, so that thereby not only the service life of the metal parts located inside the collector is increased, but also a consistently good radiation permeability of the upper one Glass plate is guaranteed.

Um sicherzustellen, daß die Gaszirkulation durch das Innere der mit den Trockenperlen gefüllten Abstandshalter stets aufrechterhalten bleibt, können die einander überlappenden Blechschenkel einen mit Zacken versehenen Rand aufweisen, so daß ein Gasdurchgang auch dann möglich ist, wenn die Ränder an den Platten bzw. der Innenseite des Abstandshalters anliegen.To ensure that gas circulation through the inside of the with the spacer filled with drying bead is always maintained the overlapping sheet metal legs have a serrated edge, so that a passage of gas is possible even if the edges on the plates resp. the inside of the spacer.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch den Rand eines Sonnenkollektors, Fig. 2 einen Schnitt durch den Rand eines anderen AusfUhrungsbeispiels eines Sonnenkollektors und Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 1.The invention is illustrated in the drawing, for example and described in detail below with reference to the drawing. Show it: Fig. 1 shows a section through the edge of a solar collector, FIG. 2 shows a section through the edge of another embodiment of a solar collector and FIG. 3 a Section along the line III-III from FIG. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Sonnenkollektor setzt sich zusammen aus aus einer oberen strahlungsdurchlässigen Abdeckplatte 2, einer in einem Abstand darunterliegenden Absorptionsplatte 4 sowie einer in einem Abstand unterhalb der Absorptionsplatte 4 angeordneten unteren Abschirmplatte 6. The solar collector shown in Fig. 1 is composed of from an upper radiation-permeable cover plate 2, one at a distance underlying absorption plate 4 and one at a distance below the Absorption plate 4 arranged lower shielding plate 6.

Die obere Abdeckplatte 2 besteht aus getempertem Glas, welches beispielsweise eine Stärke von 5mm aufweisen kann. The upper cover plate 2 consists of tempered glass, which for example can have a thickness of 5mm.

Die in der Kollektormitte angeordnete Absorptionsplatte 4 besteht aus Metall, vorzugsweise Aluminium, und ist auf seiner Oberseite mit schwarzem Absorptionsmaterial 5 beschichtet. The absorption plate 4 arranged in the center of the collector consists made of metal, preferably aluminum, and is on its top with black absorbent material 5 coated.

Die an sich flache Absorptionsplatte 4 ist mit mehreren über ihre Fläche verteilt angeordneten und untereinander verbundenen kanalförmigen AusstUlpungen 8 versehen, durch die ein flUssiger Wärmeträger 10 gepumpt wird, der durch die Absorptionsplatte erwärmt wird. The per se flat absorption plate 4 is with several over their Channel-shaped bulges arranged in a distributed manner and connected to one another 8, through which a liquid Heat transfer medium 10 is pumped, which is heated by the absorption plate.

Die Die untere Abschirmplatte 6 besteht ebenfalls aus getempertem Glas und weist ebenso wie die obere Abdeckplatte 2 beispielsweise eine Dicke von 5mm auf. Auf der der Absorptionsplatte 4 zugewandten Seite ist die untere Abschirmplatte 6 mit einer spiegelnden Metallschicht 12 versehen, die die von der Absorptionsplatte 4 nach unten abgestrahlte Wärme zu der Absorptionsplatte zurückreflektiert.The lower shielding plate 6 also consists of tempered Glass and, like the upper cover plate 2, has a thickness of, for example 5mm on. The lower shielding plate is on the side facing the absorption plate 4 6 provided with a reflective metal layer 12, which from the absorption plate 4 downwardly radiated heat is reflected back to the absorption plate.

Der rechteckige Kollektor wird an seinem äußeren Umfang durch einen U-Profil-Rahmen 14 zusammengehalten, der die Oberseite der oberen Abdeckplatte 2 und die Unterseite der unteren Abschirmplatte 6 dicht umgreift. Der Rahmen 14 erstreckt sich um drei Seiten des Kollektors.The rectangular collector is on its outer periphery by a U-profile frame 14 held together, the top of the upper cover plate 2 and tightly encompasses the underside of the lower shielding plate 6. The frame 14 extends around three sides of the collector.

Die einzelnen Platten 2, 4 und 6 des Kollektors werden mit Hilfe von Abstandshaltern 16 in dem vorgegebenen Abstand gehalten. Die Abstandshalter 16 sind in einem Abstand von dem äußeren Rand angeordnet und liegen ohne Zwischenschaltung einer Zwischenschicht bündig an den einzelnen Platten an. Der Raum 18 zwischen den Abstandshaltern 16 und dem Rahmen 14 ist mit einem temperaturbeständigem Klebstoff ausgefüllt. Dieser trägt zusätzlich dazu bei, daß das System gas- und flüssigkeitsdicht abgeschlossen wird. An demjenigen Seitenrand des Kollektors, der nicht durch den Rahmen 14 abgedeckt ist, füllt der Klebstoff den freien Raum zwischen den Platten 2, 4 und 6 außerhalb der Abstandshalter 16 aus. Die Absorptionsschicht 5 der Absorptionsplatte 4 sowie die Reflexionsschicht 12 der unteren Abschirmplatte 6 reichen nur bis an den inneren Rand der Abstandshalter 16 heran, so daß die Dichtwirkung durch diese Zwischenschichten nicht gestört wird.The individual plates 2, 4 and 6 of the collector are made using Spacers 16 held at the predetermined distance. The spacers 16 are at a distance from the outer edge and are without interposition an intermediate layer flush with the individual panels. The space 18 between the Spacers 16 and the frame 14 is coated with a temperature-resistant adhesive filled out. This also contributes to the fact that the system is gas- and liquid-tight is completed. On the side edge of the collector that does not go through the Frame 14 is covered, the adhesive fills the space between the panels 2, 4 and 6 outside the spacers 16. The absorption layer 5 of the absorption plate 4 and the reflective layer 12 of the lower shielding plate 6 only reach up to the inner edge of the spacers 16 so that the sealing effect through this Interlayers is not disturbed.

Aufgrund dieses Konstruktionsprinzips ist der Innenraum des Kollektors völlig nach außen geschlossen. Ferner sind aber auch die Einzelräume 20 und 22 gegeneinander abgedichtet, so daß diese mit unterschiedlichen Gasen gefüllt werden können. Der Raum 20 zwischen der oberen Abdeckplatte 2 und der Absorptionsplatte 4 ist mit Luft von atmosphärischem Druck gefüllt, so daß die durch die obere Abdeckplatte 2 fallende Wärmestrahlung ungehindert auf die Absorptionsplatte 4 treffen kann. Der untere Raum 22, der zwischen der Absorptionsplatte 4 und der unteren Abschirmplatte 6 liegt, ist dagegen mit einem Schwergas gefüllt, das eine möglichst kleine Wärmedurchgangszahl aufweist, so daß dieser Raum gleichzeitig als zusätzliche Wärmeisolierung dient.Due to this construction principle, the interior of the collector completely closed to the outside. Furthermore, however, the individual rooms 20 and 22 are also against one another sealed so that they can be filled with different gases. Of the Space 20 between the upper cover plate 2 and the absorption plate 4 is with air filled by atmospheric pressure, so that the falling through the upper cover plate 2 Thermal radiation can hit the absorption plate 4 unhindered. The lower Space 22, which lies between the absorption plate 4 and the lower shielding plate 6, on the other hand, is filled with a heavy gas with the lowest possible heat transfer coefficient has, so that this space also serves as additional thermal insulation.

Die Abstandshalter 16 sind so konstruiert, daß in ihnen ein freier Raum 24 entsteht, durch den die in den Räumen 20 und 22 enthaltenen Gase zirkulieren können. Die freien Innenräume 24 der Abstandshalter 16 sind mit chemischen Trockenperlen 26 gefüllt, die die Feuchtigkeit der in den Räumen 20 und 22 enthaltenen Gase völlig aufnehmen.The spacers 16 are designed so that in them a free Space 24 is created through which the gases contained in spaces 20 and 22 circulate can. The free interiors 24 the spacers 16 are with chemical drying beads 26 filled, which the moisture in the rooms 20 and 22 contained gases completely absorb.

Die Abstandshalter 16 sind aus Blech zu einem rechteckigen Querschnitt gebogen, wobei sich die Blechenden 28 und 30 auf der den Innenräumen 20 bzw. 22 zugewandten Seite über die gesamte Höhe überlappen. Die Uberlappung ist dabei so gewählt, daß zwischen den beiden Blechenden 28 und 30 ein Abstand 32 bleibt, durch den die Gase aus den Räumen 20 und 22 in das Innere der Abstandshalter 16 gelagen können. Die freie Stirnkante des äußeren Blechendes 28 endet in einem kurzen Abstand vor der Unterseite der oberen Abdeckplatte 2, während die freie Stirnseite des inneren Blechendes 30 in einem kurzen Abstand vor der Innenwand des Abstandshalters 16 endet. Diese beschriebene Konstruktion des Abstandshalters ist gleichzeitig an die mechanischen Bedürfnisse angepaßt, wodurch Relativerschiebungen der einzelnen Platten rebe4iv zueinander problemlos aufgenommen werden können.The spacers 16 are made of sheet metal with a rectangular cross section bent, the sheet metal ends 28 and 30 on the inner spaces 20 and 22, respectively Overlap the facing side over the entire height. The overlap is like this chosen that a distance 32 remains between the two sheet metal ends 28 and 30, through which the gases from the spaces 20 and 22 were in the interior of the spacers 16 can. The free front edge of the outer sheet metal end 28 ends at a short distance in front of the underside of the upper cover plate 2, while the free face of the inner The sheet metal end 30 ends a short distance from the inner wall of the spacer 16. This described construction of the spacer is at the same time to the mechanical Adjusted to needs, whereby relative displacements of the individual plates rebe4iv can be added to each other without any problems.

Um zu gewährleisten, daß ein Gasdurchgang zum Inneren der Abstandshalter 16 auch dann aufrechterhalten bleibt, wenn bei extrem starker Verformung die Stirnkanten der Blechenden 28 bzw. 30 an den gegenüberliegenden Flächen anstoßen, sind die Ränder mit vorspringenden Backen 34 versehen, die beim Auftreffen auf beispielsweise die Unterseite der Absorptionsplatte 4 immer noch Durchgänge 36 freilassen, wie in Fig. 3 dargestellt.To ensure that there is a gas passage to the interior of the spacers 16 is maintained even if the front edges are extremely deformed of the sheet metal ends 28 and 30 abut the opposite surfaces, are the edges provided with projecting jaws 34, which when encountering, for example, the Underside of the absorption plate 4 still leave passages 36 open, as shown in FIG. 3.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Kollektors sind die gleichen Konstruktionsteile mit gleichen Positionszahlen versehen wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Der einzige Unterschied dieses Kollektors gegenüber dem Kollektor gemäß Fig. 1 besteht darin, daß zwischen der oberen Abdeckplatte 2 und der Absorptionsplatte 4 eine zweite transparente Glasplatte 38 vorgesehen ist, die mit Hilfe von Abstandshaltern 16 auf Abstand zu den Platten 2 und 4 gehalten wird. Die freien Räume 20 und 40 zwischen den drei oberen Platten 2, 38 und 4 sind ebenso wie der Raum 20 bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mit Luft gefüllt.In the embodiment of the collector shown in FIG the same construction parts are provided with the same item numbers as for the embodiment shown in FIG. The only difference this one Collector compared to the collector of FIG. 1 is that between the upper cover plate 2 and the absorption plate 4 a second transparent glass plate 38 is provided, which with the help of spacers 16 at a distance from the plates 2 and 4 is held. The free spaces 20 and 40 between the three upper panels 2, 38 and 4 are just like the space 20 in the embodiment shown in FIG filled with air.

Claims

Claims solar collector for heating a preferably liquid Heat transfer medium, consisting of a housing that surrounds the collector at least on the side, at least one top cover plate made of transparent glass, one at a distance underlying metal absorption plate, which is covered with black on the top Absorbent material coated and thermally conductive with the heat transfer medium flowing through it Lines is connected, a lower heat insulating shield and between spacers arranged on the individual plates i c h n e t that as a lower shield one at a distance from the absorption plate (4) lying gas-impermeable plate (6) is arranged on the one of the absorption plate (4) facing side is provided with a reflective layer (12), and that the Space (20, 22; 20, 40, 22) between the upper cover plate (2) and the lower shielding plate (6) sealed to the outside in a gas-tight manner is.

2. Solar collector according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the free Spaces (20, 22; 20, 40, 22) are separated from one another in a gas-tight manner.

3. Solar collector according to claim 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the one between the absorption plate (4) and the lower shielding plate (6) located space (22) is filled with a heavy gas, which in relation to Air has a low heat transfer coefficient.

4. Solar collector according to one of claims 1 to 3, d a d u r c h it is not noted that the lower shielding plate (6) is made of glass, that on the side facing the absorption plate (4) with a thin reflective one Metal layer (12) is coated.

5. Solar collector according to one of claims 1 to 4, d a -d u r c h e k e k e n n n n e i n e t that the housing consists of one of the outer sides of the upper Cover plate (2) and the lower shielding plate (6) encompassing U-profile frame (14) exists.

6. Solar collector according to claim 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the frame (14) is only around three sides of the rectangular collector stretching around.

7. Solar collector according to claim 5 or 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t that the spacers (16) at a distance from the outer Edge are arranged and that the space (18) between the spacers (16) and the frame (14) or the alignment line between the outer panel edges with a temperature-resistant adhesive is tightly filled.

8. Solar collector according to one of claims 1 to 7, d a -d u r c it is noted that the spacers (16) are made of sheet aluminum are bent into a rectangular cross-section and that the sheet metal ends (28, 30) overlap over their entire height on the side facing the interior of the collector, whereby the two overlapping sheet metal legs are not connected to one another

9. Solar collector according to claim 8, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t that the two overlapping sheet metal ends (28, 30) arranged at a distance from one another are and that the interior (24) of the spacer (16) with chemical drying beads (26) is filled.

10. Solar collector according to claim 9, d a du r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the free edges of the overlapping sheet metal ends (28, 30) are provided with projecting prongs (34) in extension of the sheet metal ends.