DE19953409C1 - Sonnenernergie-Kollektor - Google Patents

Abstract

Ein Sonnenenergie-Kollektor für Dachflächen in der Form eines Hohlkörpers zur Aufnahme eines flüssigen oder gasförmigen, zu erwärmenden Mediums umfaßt einen Einlaß und einen Auslaß für das Medium. Der Hohlkörper weist die Form einer Dachpfanne auf, die mit Einlässen für eine Fluidverbindung mit angrenzenden Hohlkörpern versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenenergie-Kollektor für Dachflächen in der Form einer als Hohlkörper ausgebildeten Dachpfanne zur Aufnahme eines flüs­ sigen oder gasförmigen, zu erwärmenden Mediums, mit Einlässen und Ausläs­ sen an dem Kollektor, die es gestatten, eine Fluidverbindung zwischen benach­ barten Kollektoren herzustellen.

Es ist an sich bekannt, derartige Solarwärme-Kollektoren in der Form von hoh­ len Dachpfannen auszubilden, so daß das Erscheinungsbild eines Daches weni­ ger beeinträchtigt wird als bei Verwendung von großflächigen, flachen Sonnen­ kollektoren. Eine entsprechende Lösung zeigt die FR 2 689 157 A1, die flache, schindelförmige, als Hohlkörper ausgebildete Dachpfannen zeigt, die unterein­ ander an den oberen und unteren Rändern verbunden sind. Bei einer derartigen Anordnung wird offenbar davon ausgegangen, daß das beispielsweise unten ein­ geleitete Wärmeträgerfluid nach den Regeln der Konvektion mit zunehmender Erwärmung mehr und mehr nach oben aufsteigt und oben abgeleitet werden kann. Bei einer derartigen Lösung ist jedoch die Verweilzeit des Wärmeträger­ fluids zumindest bei Dächern üblicher Größe zu gering. Ähnliche Lösungen mit nach oben und unten verbundenen Kollektor-Körpern zeigen die DE 94 10 513 U1 und DE 297 19 900 U1. Problematisch bei der aufsteigenden Anordnung der Kollektoren ist auch, daß im unteren Bereich eine erhebliche Wassersäule auf der Füllung der Kollektoren lastet, so daß es zu Leckstellen oder Beschädigun­ gen kommen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sonnenenergie-Kollektor zu schaffen, der zusammen mit Dachpfannen oder anstelle von Dachpfannen un­ mittelbar auf einer üblichen Dachstuhlkonstruktion verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Sonnenenergie-Kollektor der obigen Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Hohlkörper, bezogen auf die Dachneigung eines Daches, eine obere und eine untere Kammer aufwei­ sen, die jeweils gesonderte, korrespondierende Einlässe und Auslässe für eine Fluidverbindung zu den entsprechenden Kammern seitlich benachbarter Kollek­ toren besitzen und die durch quer zur Dachneigung verlaufende Trennwände unterteilt sind, und daß die quergerichtete Trennwand wenigstens bei einigen Kollektoren zur Verbindung der oberen und unteren Kammer entfernbar ist oder fehlt.

Die Solar-Dachpfanne wird so ausgelegt, daß ihre Masse mit Wasserfüllung im­ mer kleiner oder gleich der Masse der zu ersetzenden Ziegel-Dachpfanne ist. Dieses ist möglich, da die Solar-Dachpfanne in bezug auf ihre äußeren Konturen einer üblichen Dachpfanne übereinstimmen muß, während die Innenkontur so variiert werden kann, daß die Masse aus hohler Dachpfanne und aufgenomme­ ner Wassermasse das gewünschte Gewicht erreicht.

Das zu erwärmende Medium kann seitlich durch eine ganze Reihe von entspre­ chenden Kollektoren hindurchgeleitet werden. Als letzter Kollektor in der Reihe muß ein Hohlkörper vorgesehen sein, bei dem die Unterteilung in die obere und untere Kammer fehlt oder, so daß das Medium von der unteren Kammer-Reihe in die obere Kammer-Reihe übergehen kann. Es kann auch ein Kurzschlußstück vorgesehen sein, das die Einlässe oder Auslässe am freien Rand des letzten Kol­ lektors direkt verbindet.

Vorzugsweise sind die Einlässe und Auslässe an einem seitlichen Überlappungs­ bereich zur benachbarten Dachpfanne als von der Vorderseite eintretende Öff­ nungen und auf der anderen Seite als von der Rückseite vorspringende, ange­ formte Hülsen ausgebildet. Die angeformten Hülsen können - unter Einfügung einer geeigneten Dichtung - in die Öffnungen des benachbarten Hohlkörpers eingeschoben werden. An die Öffnungen können nach innen eintretende Hülsen angeformt sein.

Alternativ kann eine Dichtung in einem Arbeitsgang mit angespritzt werden. Die erwähnten Steckverbindungen können durch eine zusätzliche Verschraubung ergänzt werden, die sich jedoch bisher nicht als notwendig erwiesen hat.

Vorzugsweise befinden sich im Bereich des oberen Randes Befestigungslöcher innerhalb von Verbindungshülsen, die die Vorderseite und Rückseite verbinden. Die Befestigungslöcher dienen zur Aufnahme von Schrauben zur Befestigung der Dachpfannen auf den Dachlatten.

Ein erfindungsgemäßer Hohlkörper besteht vorzugsweise aus Kunststoff. Er kann aus einer vorderen und einer hinteren Schale zusammengesetzt sein. Die Schalen können durch Kleben oder durch Schweißen verbunden sein. Alternati­ ve Herstellungsmöglichkeiten sind das Blasverfahren für Hohlkörper und das Kernausschmelzverfahren.

Vorzugsweise befindet sich zwischen den beiden Kammern innerhalb des Kör­ pers eine Trennwand, die die Kammern in Bezug auf Wärmeübertragung gegen­ einander isoliert, damit das auf dem Rückweg befindliche, erwärmte Medium nicht durch ein frisch eintretendes, kühles Medium seine Wärme verliert.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines aus zwei mitein­ ander verbundenen Teilen gebildeten Hohlkörpers in der Form einer Dachpfanne;

Fig. 2 ist eine entsprechende Darstellung einer Abschlußpfanne für den Abschluß einer waagerechten und hergehend durchströmten Pfan­ nenreihe;

Fig. 3 veranschaulicht einen Ausschnitt aus einer waagerechten Pfannen­ reihe mit Abschlußpfanne gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch eine Pfannenreihe gemäß Fig. 3.

Ein erfindungsgemäßer Hohlkörper in der Form einer Dachpfanne ist zusam­ mengesetzt aus einem vorderen Teil 10 und einem hinteren Teil 12. Die Begriffe der vorderen und hinteren Seite sollen im vorliegenden Zusammenhang unter dem Gesichtspunkt verwendet werden, daß die auf der Gebäudeaußenseite be­ findliche Sichtseite als vorderes Teil und die andere Seite entsprechend als Rückseite bezeichnet wird. Dagegen sollen die Begriffe "oben" und "unten" mit Bezug auf die übliche ansteigende Anordnung auf einer Dachfläche verwendet werden. Das vordere Teil 10 hat auf der unteren Seite und das hintere Teil 12 auf der oberen Seite einen verhältnismäßig breiten, angeformten Randflansch 14, 16, der den Zwischenraum zum jeweils anderen Teil überbrückt und den inneren Hohlraum begrenzt, während auf der jeweils gegenüberliegenden Seite nur ein verhältnismäßig niedriger, aufragender Randstreifen 18 vorgesehen ist, der in der Zeichnung für das untere Teil 12 dargestellt ist. Die beiden seitlichen Ränder des als Dachpfanne ausgebildeten Hohlkörpers sind in der Form der bei Dachpfannen üblichen, zusammenwirkenden Verbindungsfalze 20, 22 ausgebil­ det.

Der dargestellte Hohlkörper ist in der Form einer Pfanne ausgebildet, die die Form von zwei nebeneinanderliegenden Hohlpfannen üblicher Art aufweist. Sie ist auf der äußeren Seite derartigen Dachpfannen in den meisten Einzelheiten genau nachgebildet. So ist auch die Wellenform im hinteren oder rückwertigen Teil 12 auf der hinteren Seite abgeflacht zur Bildung von zwei Auflagebereichen 24, 26, die eine feste Lage auf den nicht dargestellten Dachlatten eines Dach­ stuhls gewährleisten.

Der innere Hohlraum des Hohlkörpers ist in waagerechter Richtung, d. h. von links nach rechts in der Zeichnung, durch eine Trennwand 28 in eine obere Kammer 30 und eine untere Kammer 32 unterteilt. Die Trennwand 28 ist dop­ pellagig ausgebildet, bewirkt also eine zusätzliche Wärmeisolierung in den bei­ den Kammern 30, 32. Da sich das zu erwärmende Medium auf dem Hinweg in den unteren Kammern 32 und sodann auf dem Rückweg in den oberen Kam­ mern 30 zunehmend erwärmt, ist ein Wärmeaustausch zwischen dem maximal erwärmten Medium in der letzten oberen Kammer und dem frisch eintretenden kühlen Medium unerwünscht.

In dem linken Verbindungsfalz 20 befinden sich im vorderen Teil 10 beiderseits der Trennwand 28 Öffnungen 34, 36, an die in das Innere des Hohlraums des Hohlkörpers eintretende, angeformte Hülsen 38, 40 angrenzen.

Beim Zusammensetzen der beiden Teile 10, 12 treten diese Hülsen 38, 40 in seit­ liche vertiefte Taschen 42, 44 des hinteren Teils 12 ein, die mit dem Hohlraum des Hohlkörpers verbunden sind. Auf der anderen Seite befinden sich am rech­ ten Verbindungsflansch in entsprechender Position am hinteren Teil 12 zwei Öffnungen 46, 48, an die zur Rückseite vorspringende Hülsen 50, 52 angeformt sind. Beim seitlichen Verbinden von zwei Hohlkörpern werden diese Hülsen 50, 52 in die Öffnungen bzw. Hülsen 34, 36, 38, 40 eines angrenzenden Hohlkör­ pers unter Einfügen einer nicht dargestellten Dichtung eingeschoben, so daß eine fluiddichte Verbindung besteht.

Im oberen Randbereich des vorderen Teils 10 befinden sich zwei Befestigungslö­ cher 54, 56 innerhalb von Verbindungshülsen 58, 60, die das vordere Teil an dem hinteren Teil 10, 12 abstützen und an dem hinteren Teil auf der Innenseite der Auflagebereiche 24, 26 fest und dicht angebracht sind. Der Bereich der Befesti­ gungslöcher 54, 56 wird in der montierten Stellung von dem nächsthöheren Hohlkörper überlappt. Die Befestigungslöcher 54, 56 dienen zur Aufnahme von Schrauben zur Befestigung der Dachpfanne auf den Dachlatten.

Fig. 2 ist eine Darstellung wie ähnlich Fig. 1, zeigt jedoch eine Dachpfanne, die als seitlicher Abschluß für das linke Ende einer waagerechten Pfannenreihe ge­ mäß Fig. 1 verwendet werden kann. Soweit gleiche oder entsprechende Teile wie in Fig. 1 gezeigt ist, soll von einer erneuten Erläuterung abgesehen werden.

Die in Fig. 2 gezeigte Pfanne, die auch als Abschlußpfanne bezeichnet werden kann, unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 vor allem durch Fig. 2 da­ durch, daß Trennwand 24, die den Innenraum bei der Dachpfanne gemäß Fig. 1 in eine obere und eine untere Kammer unterteilt, nur über einen Teil der Breite der Pfanne verläuft. Diese Trennwand trägt daher in Fig. 2 die Bezugsziffer 62. Die Verkürzung dieser Trennwand 62 gestattet einen Austausch des flüssigen Mediums von der unteren in die obere Kammer, so daß dieses Medium, insbe­ sondere Wasser, in der Reihe der unteren Kammern bis zu der Abschlußpfanne gemäß Fig. 2 strömen und in der oberen Reihe der Kammern zurücklaufen kann. Ein weiterer Unterschied gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Pfanne besteht darin, daß der in Fig. 2 linke Rand der Pfanne ohne die Öffnungen 34, 36 und die Taschen 42, 44 in den unteren Pfannen-Teil ausgebildet ist. Dieser Rand der Pfanne ermöglicht daher einen Übergang zu herkömmlichen Ton- oder Beton- Dachziegeln.

In Fig. 3 sind nebeneinander drei Dachpfannen ohne deren oberen Teile 10 ge­ zeigt, so daß in das Innere der Dachpfannen hineingesehen werden kann. Diese drei Pfannen werden flankiert von zwei nicht bezeichneten üblichen Dachzie­ geln. Auf der linken Seite befindet sich in Fig. 3 eine Dachpfanne mit einer ver­ kürzten Trennwand 62, also eine Dachpfanne gemäß Fig. 2. Auf der rechten Sei­ te befindet sich eine weitere Sonderpfanne, und zwar eine solche, die sich für den Übergang zu einem herkömmlichen Tonziegel auf der rechten Seite eignet. In diesem Fall ist es lediglich erforderlich, die Öffnungen 46, 48 für die Zufuhr und Abfuhr des Mediums außerhalb des rechten Randflansches vorzusehen, der für das Zusammenwirken mit einem normalen Dachziegel freibleiben muß. Stattdessen sind die Öffnungen 46, 48 leicht nach innen versetzt. An diese Öff­ nungen können Leitungen angesetzt werden, die eine Verbindung zu weiteren Pfannenreihen gleicher Art oder auch zu einem Brauchwassersystem bilden können.

Fig. 4 ist ein Schritt zu der Reihe der drei in Fig. 3 gezeigten Pfannen. Die übli­ chen Dachziegel sind durch Schraffur gekennzeichnet. Es ist erkennbar, daß die erfindungsgemäße, als Hohlkörper ausgebildeten Pfannen über die seitlichen Randfalze direkt mit den Dachziegeln zusammenwirken können. Am rechten Rand der rechten Sonderpfanne, die auch als Anschlußpfanne bezeichnet wer­ den kann, befindet sich an der Unterseite unterhalb der in Fig. 3 gezeigten Öff­ nungen 64, 66, jeweils ein Anstutzstutzen 68.

Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, befinden sich die Öffnungen 46, 48 bzw. 64, 66 für die Überleitung des Heizmediums zur angrenzenden Pfanne oder zu einem son­ stigen System jeweils hinter einer parallel zu dem jeweiligen Falz verlaufenden Trennwand 70, 72, die das Wärmeträgermedium beim Eintritt in den Hauptin­ nenraum der Pfannen oder beim Austritt aus diesem zu einer labyrinthförmigen Strömungsbewegung zwingt, so daß eine bessere Durchmischung von kaltem und warmen Heizmedium gewährleistet ist. Die mit 74, 76 bezeichneten Trenn­ wände der rechten Anschlußpfanne sind entsprechend der Verschiebung der Öffnungen 64, 66 weiter nach innen in den Hauptraum des Hohlkörpers versetzt.

Claims (7)

1. Sonnenenergie-Kollektor für Dachflächen in der Form einer als Hohlkörper ausgebildeten Dachpfanne zur Aufnahme eines flüssigen oder gasförmigen, zu erwärmenden Mediums, mit Einlässen und Auslässen (34, 36, 46, 48) an dem Kol­ lektor, die es gestatten, eine Fluidverbindung zwischen benachbarten Kollekto­ ren herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper, bezogen auf die Dachneigung eines Daches, eine obere und eine untere Kammer (30, 32) auf­ weisen, die jeweils gesonderte, korrespondierende Einlässe und Auslässe (34, 36, 46, 48) für eine Fluidverbindung zu den entsprechenden Kammern seit­ lich benachbarter Kollektoren besitzen und die durch quer zur Dachneigung ver­ laufende Trennwände (28) unterteilt sind, und daß die quergerichtete Trenn­ wand (28) wenigstens bei einigen Kollektoren zur Verbindung der oberen und unteren Kammer (30, 32) entfernbar ist oder fehlt.

2. Sonnenenergie-Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe und Auslässe (34, 36, 46, 48) im Bereich eines seitlichen Verbin­ dungsfalzes (20) als Öffnungen (34, 36) mit nach innen eintretenden, angeform­ ten Hülsen (38, 40) und im Bereich des anderen Verbindungsfalzes (22) als Öff­ nungen (46, 48) mit zur Rückseite vorspringend, angeformten Hülsen (50, 52) ausgebildet sind.

3. Sonnenenergie-Kollektor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich des oberen Randes des Hohlkörpers Befestigungslö­ cher (54, 56) zur Aufnahme von Schrauben oder Nägeln zur Befestigung auf Dachlatten vorgesehen sind, welche Befestigungslöcher versenkt innerhalb von zusammenwirkenden Verbindungshülsen (58, 60) der beiden Pfannenteile liegen, die die Pfannenteile gegeneinander abstützen und um die Befestigungslöcher herum dicht miteinander verbunden sind.

4. Sonnenenergie-Kollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper aus Kunststoff besteht.

5. Sonnenenergie-Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Hohlkörper aus einem vorderen Teil (10) und einem hin­ teren Teil (12) zusammengesetzt ist.

6. Sonnenenergie-Kollektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trennwand (28) zwischen den Kammern (30,32) doppel­ lagig ausgebildet ist.

7. Sonnenenergie-Kollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Öffnungen (34, 36) in das Innere des Hohlkörpers eintretenden Hül­ sen (38, 40) in einem der Verbindungsfalze (20) in seitliche Taschen (42, 44) im Inneren des Hohlraums des Hohlkörpers eintreten.