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DE10307540A1 - Solar-powered heating system uses air, as the heat carrier medium, with plastic components for the absorber and absorption/collection chambers for light weight and rapid response even in weak sunlight - Google Patents

Solar-powered heating system uses air, as the heat carrier medium, with plastic components for the absorber and absorption/collection chambers for light weight and rapid response even in weak sunlight Download PDF

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Publication number
DE10307540A1
DE10307540A1 DE2003107540 DE10307540A DE10307540A1 DE 10307540 A1 DE10307540 A1 DE 10307540A1 DE 2003107540 DE2003107540 DE 2003107540 DE 10307540 A DE10307540 A DE 10307540A DE 10307540 A1 DE10307540 A1 DE 10307540A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
absorber
solar
gas
chamber
air collector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2003107540
Other languages
German (de)
Inventor
Gunther Dr. Stollwerck
Gerhard Opelka
Michael Dr. Löffler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LöFFLER, MICHAEL, DR., 76189 KARLSRUHE, DE
Covestro Deutschland AG
Original Assignee
Bayer AG
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Publication date
Application filed by Bayer AG filed Critical Bayer AG
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Publication of DE10307540A1 publication Critical patent/DE10307540A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S10/80—Solar heat collectors using working fluids comprising porous material or permeable masses directly contacting the working fluids
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

Solar-powered heating system, using heated air as the heat carrier medium, has an absorber (3) of a perforated plastic film with an absorbency of at least 80% in the visible wavelength range. An absorption chamber (4), filled with gas through an inflow opening and which can be divided into compartments, is on one side of the absorber. The solar-powered heating system, using heated air as the heat carrier medium, has an absorber (3) of a perforated plastic film with an absorbency of at least 80% in the visible wavelength range. An absorption chamber (4), filled with gas through an inflow opening and which can be divided into compartments, is on one side of the absorber, with its wall away from the absorber formed by a transparent plastic film (2). A similar gas-filled collection chamber (5), with a gas outflow opening, is on the other side of the absorber with a back wall formed by at least one plastic film. A thermal insulation chamber (14), formed by a plastic film (8), has at least one opening for a gas inflow and gas outflow.

Description

Die Erfindung betrifft einen solarbetriebenen Luftkollektor, der leicht und transportabel ist.The invention relates to a solar-powered air collector, that is light and portable.

Luftkollektoren, auch solare Lufterhitzer genannt, sind Strahlungswärmetauscher mit denen ungebündelte solare Strahlungsenergie absorbiert und zum Teil an das Wärmeträgermedium Luft oder einem anderen Gas übertragen wird. Diese An von Solarkollektoren läßt sich im Niedertemperaturbereich einsetzen. Die Vorteile von Luft als Wärmeträger gegenüber Wasser in solartechnischen Anlagen sind:Air collectors, including solar air heaters are called radiant heat exchangers with those unbundled absorbs solar radiation energy and partly to the heat transfer medium Air or other gas becomes. This type of solar collectors can be used in the low temperature range. The advantages of air as a heat transfer medium over water in solar plants:

  • – Sicherheit gegenüber Phasenwechseln: Warmluftkollektoren können weder einfrieren noch einen Siedepunkt überschreiten- Safety across from Phase change: warm air collectors can neither freeze nor exceed a boiling point
  • – geringe Korrosionsgefahr- low risk of corrosion
  • – leichte, einfache und kostengünstige Konstruktionen- light, simple and inexpensive constructions
  • – geringe thermische Masse des Absorbers, woraus sich eine geringe thermische Trägheit des Systems und damit kurze Ansprechzeiten des Kollektors auch bei niedrigen Strahlungsintensitäten ergeben- low thermal mass of the absorber, resulting in a low thermal inertia of the system and thus short response times of the collector low radiation intensities yield
  • – gut geeignet zur Kombination mit Wärmepumpen- Good suitable for combination with heat pumps

Die Nachteile von Warmluftkollektoren sind bekannt:
Für viele Anwendungen fehlen effektive Speichertechniken.The disadvantages of hot air collectors are known:
Effective storage technologies are missing for many applications.

  • – Die Leistung der Anlage hängt von der Dichtigkeit der Anlage ab.- The System performance depends on the tightness of the system.
  • – Bisher war häufig die elektrische Hilfsenergie bei Warmluftkollektoren größer als die gewonnene Wärmemenge.- So far was common the electrical auxiliary energy for warm air collectors is greater than the amount of heat gained.
  • – Die Wirkungsgrade von Warmluftkollektoren sind niedrig.- The Efficiencies of hot air collectors are low.
  • – Die geringe Dichte und Wärmekapazität von Luft macht vergleichsweise große Volumenströme erforderlich, die hohe Strömungsverluste verursachen.- The low density and heat capacity of air makes comparatively large flow rates required the high flow losses cause.

Derzeit werden Warmluftkollektoren für Solarstrahlung überwiegend mit Absorber aus Aluminium oder anderen Metallen hergestellt. Der Grund dafür liegt in der guten Leitfähigkeit von Metallen, denn die solare Wärme muss bei Warmluftkollektoren auf eine große Oberfläche verteilt werden (z.B. auf Finnen auf der Rückseite des Absorbers), da der Wärmeübergang von Luft an eine ebene Fläche sehr gering ist. Die Leitung innerhalb des Absorbers spielte also bisher eine große Rolle.Currently, hot air collectors predominantly for solar radiation made with absorber made of aluminum or other metals. The the reason for this lies in the good conductivity of metals, because the solar heat with warm air collectors must be spread over a large surface (e.g. on Finns on the back of the absorber) because the heat transfer from air to a flat surface is very low. The line inside the absorber played so far a big one Role.

Ein grundsätzlich anderes Konzept verfolgt man bei Warmluftkollektoren mit Grenzschichtabsaugung und perforierten Absorbern. Der Aufbau eines solchen Kollektors ist z.B. in DE 19 820 156 , DE 2 943 159 und EP 0 553 893 beschrieben.A fundamentally different concept is used for warm air collectors with boundary layer extraction and perforated absorbers. The structure of such a collector is, for example, in DE 19 820 156 . DE 2 943 159 and EP 0 553 893 described.

Absorber mit Perforierung und Grenzschichtabsaugung haben zweierlei Vorteile gegenüber hinterströmten Absorbern: Erstens bewirkt die Lochung eine deutliche Verbesserung des Wärmeübergangs vom Absorber zur Luft; zweitens wird durch die Absaugung die Konvektion im Kollektor verhindert, wodurch die thermischen Verluste vom Absorber an die Verglasung drastisch sinken und ein gut gekühlter Absorber (also mit hohem Wärmeübergangskoeffizienten vom Absorber an die Luft) nicht mehr zwingend erforderlich ist, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Bei Absorbern zur Grenzschichtabsaugung spielt also die Wärmeleitung im Absorber eine geringe Rolle in Bezug auf den Wirkungsgrad des Kollektors. Extrem dünne Absorber oder Absorber mit geringer Wärmeleitfähigkeit können daher verwendet werden.Absorber with perforation and boundary layer suction have two advantages over behind flocked Absorbers: First, the perforation brings about a significant improvement the heat transfer from Air absorber; secondly, convection through suction prevents in the collector, causing thermal losses from the absorber sink to the glazing drastically and a well-cooled absorber (i.e. with a high heat transfer coefficient from the absorber to the air) is no longer absolutely necessary, to achieve high efficiency. With absorbers for boundary layer suction plays so the heat conduction in the absorber a small role in terms of the efficiency of the Collector. Extremely thin Absorbers or absorbers with low thermal conductivity can therefore be used.

Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Luftkollektoren ist das verhältnismäßig hohe Gewicht des Absorbers, des Rahmens und der Abdeckung, da sie aus Metall gefertigt sind.A disadvantage of the from the prior art Technology known air collectors is the relatively high weight of the absorber, of the frame and the cover, since they are made of metal.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Luftkollektor bereitzustellen, der sich durch verhältnismäßig geringes Gewicht bei hoher Effizienz auszeichnet.The object of the invention is therefore to provide an air collector characterized by being relatively small Weight with high efficiency.

Das geringe Gewicht des Luftkollektors wird durch die Verwendung von Kunststoff-Folien für u.a. den Absorber und die transparente Abdeckung erreicht.The light weight of the air collector is achieved through the use of plastic films for the absorber and the transparent cover reached.

Gegenstand der Erfindung ist ein solarbetriebener Luftkollektor, wenigstens bestehend aus
einem Absorber aus einer perforierten Kunststoff-Folie, welche ein Absorptionsvermögen von mindestens 80 % im sichtbaren Wellenlängenbereich aufweist,
einer auf einer Seite des Absorbers angeordneten, mit Gas gefüllten und gegebenenfalls mehrfach unterteilten Absorptionskammer, wobei die dem Absorber gegenüberliegende Wand der Absorptionskammer aus einer Folie aus transparentem Kunststoff besteht und die Absorptionskammer eine Gaseintrittsöffnung aufweist,
einer auf der anderen Seite des Absorbers angeordneten, mit Gas gefüllten und gegebenenfalls mehrfach unterteilten Sammelkammer, wobei die Rückwand der Sammelkammer aus mindestens einer Kunststoff-Folie besteht und die Sammelkammer eine Gasaustrittsöffnung aufweist,
und einer an der Rückwand der Sammelkammer angeordneten, mit Gas gefüllten und gegebenenfalls mehrfach unterteilten Wärmeisolationskammer, wobei die der Rückwand gegenüberliegende Wand der Wärmeisolationskammer aus mindestens einer Kunststoff-Folie besteht und die Wärmeisolationskammer mindestens eine Öffnung für den Gaseinlass und Gasauslass aufweist.The invention relates to a solar-powered air collector, at least consisting of
an absorber made of a perforated plastic film, which has an absorption capacity of at least 80% in the visible wavelength range,
an absorption chamber arranged on one side of the absorber, filled with gas and possibly multiply divided, the wall of the absorption chamber opposite the absorber consisting of a film made of transparent plastic and the absorption chamber having a gas inlet opening,
a collecting chamber arranged on the other side of the absorber, filled with gas and possibly divided several times, the rear wall of the collecting chamber consisting of at least one plastic film and the collecting chamber having a gas outlet opening,
and a heat insulation chamber which is arranged on the rear wall of the collecting chamber and is filled with gas and optionally divided several times, the wall of the heat insulation chamber opposite the rear wall consisting of at least one plastic film and the heat insulation chamber having at least one opening for the gas inlet and gas outlet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gaseintrittsöffnung der Absorptionskammer mit einem Gebläse zur Erzeugung eines Gasstroms verbunden.In a preferred embodiment is the gas inlet the absorption chamber with a blower for generating a gas stream connected.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Luftkollektors liegen darin, dass er sehr leicht (maximal 3 kg/m2) und aufrollbar ist, so dass er sehr gut transportabel ist. Der Kollektor zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad von ca. 70 % aus.The advantages of the air piston according to the invention lectors are that it is very light (maximum 3 kg / m 2 ) and can be rolled up so that it is very easy to transport. The collector is characterized by a high efficiency of approx. 70%.

Anwendungen für den erfindungsgemäßen Luftkollektor sind z.B. die solare Trocknung (z.B. von Agrarprodukten), die solare Kühlung (z.B. in Festzelten) und die solare Erwärmung.Applications for the air collector according to the invention are e.g. solar drying (e.g. of agricultural products), solar cooling (e.g. in marquees) and solar heating.

Der Absorber besteht aus einer perforierten Kunststoff-Folie. Die Perforationen können beispielsweise Löcher oder Schlitze sein. Bevorzugt beträgt der Anteil der Lochfläche an der Gesamtfläche des Absorbers maximal 3 %, bevorzugt maximal 1 %, besonders bevorzugt von 0,1 bis 0,4 %.The absorber consists of a perforated plastic film. The perforations can for example holes or slots. The proportion of the perforated area is preferably total area of the absorber at most 3%, preferably at most 1%, particularly preferred from 0.1 to 0.4%.

Die Absorber-Folie muss Temperaturen bis ca. 130°C standhalten. Der Absorber besteht vorzugsweise aus Polycarbonat, hochtemperaturfestem Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polyimid, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), einem Blend aus ABS und Polyamid oder Polycarbonat und ABS, Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid oder anderen Fluorpolymeren.The absorber film must be at temperatures up to approx. 130 ° C withstand. The absorber is preferably made of polycarbonate, high temperature resistant polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyimide, Polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), a blend of ABS and polyamide or polycarbonate and ABS, Polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride or other fluoropolymers.

Beim bestimmungsgemäßen Betrieb des erfindungsgemäßen Luftkollektors wird der Absorber bzw. die Absorptionskammer in Richtung der Sonne ausgerichtet, d.h. der Absorber ist der Sonne zugewandt.When used as intended of the air collector according to the invention the absorber or absorption chamber is oriented towards the sun, i.e. the absorber faces the sun.

Die Absorber-Folie muss möglichst viel Sonnenlicht absorbieren können. Daher weist die Absorber-Folie ein Absorptionsvermögen im sichtbaren Wellenlängenbereich von mindestens 80 % auf. Dazu ist die Kunststoff-Folie des Absorbers beispielsweise mit einer schwarzen Verbindung gefärbt und/oder beschichtet. Eine schwarze Färbung der Absorber-Folie kann beispielsweise durch Bedrucken mit schwarzer Farbe, Beschichten mit Schwarzchrom oder Schwarzaluminium oder durch direkte Einfärbung der Kunststoffmasse mit geeigneten Farbmitteln, vorzugsweise Ruß, erreicht werden.The absorber film must if possible can absorb a lot of sunlight. The absorber film therefore has an absorption capacity in the visible wavelength range of at least 80%. This is the plastic film of the absorber for example colored with a black compound and / or coated. A black color the absorber film can be printed, for example, with black Paint, coating with black chrome or black aluminum or through direct coloring the plastic mass with suitable colorants, preferably carbon black become.

Die Teiltransparenz der Absorber-Folie von bis zu 20 % im sichtbaren Wellenlängenbereich kann durch eine Verbindung mit oder ohne hohem Reflexionsvermögen im infraroten Wellenlängenbereich erzielt werden oder in Kombination, beispielsweise in Form einer zusätzlichen Schicht, mit einer solchen Verbindung erreicht werden. Ist die Absorber-Folie mit einer absorbierenden Verbindung beschichtet ist, kann die Verbindung vollflächig oder teilflächig auf die Absorber-Folie aufgetragen sein. Bei einer nur teilweisen Beschichtung der Absorber-Folie bleiben Bereiche der Absorber-Folie unbeschichtet, die beispielsweise transparent sein können. Dadurch weist die Absorber-Folie eine Teiltransparenz auf und kann beispielsweise als teiltransparentes Verscheibungselement, z.B. in einer Gebäudehülle eingesetzt werden.The partial transparency of the absorber film of up to 20% in the visible wavelength range can be achieved by a Connection with or without high reflectivity in the infrared wavelength range can be achieved or in combination, for example in the form of a additional Layer, can be achieved with such a connection. Is the absorber film with coated with an absorbent compound, the compound can entire area or partial be applied to the absorber film. With a partial one Areas of the absorber film remain coated on the absorber film uncoated, which can be transparent, for example. Thereby the absorber film has partial transparency and can, for example as a partially transparent glazing element, e.g. used in a building envelope become.

In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Absorber-Folie auf der der Sonne zuzuwendenden Seite eine selektive Absorberschicht. Dabei ist der Absorber mit einer oder mehreren Verbindungen beschichtet, welche im infraroten Wellenlängenbereich ein Reflexionsvermögen von mindestens 70 % aufweisen. Ist die Absorber-Folie schwarz gefärbt und/oder trägt zusätzlich eine Beschichtung aus einer schwarzen Verbindung, kann die Verbindung mit hohem Reflexionsvermögen im infraroten Wellenlängenbereich für sichtbares Licht weitgehend durchlässig sein. Beispiele für solche Verbindungen sind Indium-Zinnoxid (ITO), Zinkoxid (ZnO) und Zinnoxid (SnO). Unter dem infraroten Wellenlängenbereich wird der Wellenlängenbereich oberhalb von 800 nm verstanden.In a preferred embodiment has the absorber film on the side facing the sun a selective absorber layer. The absorber is with one or several compounds coated, which are in the infrared wavelength range a reflectivity of at least 70%. Is the absorber film colored black and / or also wears one Coating from a black connection, the connection can with high reflectivity in the infrared wavelength range for visible Light largely permeable his. examples for such compounds are indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO) and Tin oxide (SnO). Under the infrared wavelength range is the wavelength range understood above 800 nm.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Absorber auf der der Sonne zuzuwendenden Seite mit einer oder mehreren Verbindungen beschichtet, welche gleichzeitig ein Absorptionsvermögen von mindestens 80 % im sichtbaren Wellenlängenbereich und ein Reflexionsvermögen von mindestens 70 % im infraroten Wellenlängenbereich aufweisen. Beispiele für solche Verbindungen sind Schwarzchrom und Schwarzaluminium. Unter dem sichtbaren Wellenlängenbereich wird der Wellenlängenbereich von 300 bis 800 nm verstanden.In a particularly preferred embodiment is the absorber on the side facing the sun with a or several compounds coated, which a simultaneously absorbance of at least 80% in the visible wavelength range and a reflectivity of have at least 70% in the infrared wavelength range. Examples for such Connections are black chrome and black aluminum. Under the visible Wavelength range becomes the wavelength range understood from 300 to 800 nm.

Der Absorber besitzt vorzugsweise eine Dicke von 20 μm bis 2000 μm, besonders bevorzugt von 150 μm bis 500 μm.The absorber preferably has a thickness of 20 μm up to 2000 μm, particularly preferably of 150 μm up to 500 μm.

Weiterhin besteht die Absorber-Folie vorzugsweise aus einem Photovoltaik-Laminat mit Dünnschicht-Solarzellen. Ein Laminat mit Dünnschicht-Solarzellen besteht aus einer hochtemperaturfesten Kunststoff- oder Metall-Trägerfolie, auf die die Solarzellen aufgedampft werden. Dieses Laminat kann perforiert werden, ohne dass die Solarzellen in ihrer Wirkungsweise beeinträchtigt werden.The absorber film also exists preferably from a photovoltaic laminate with thin-film solar cells. A laminate with thin-film solar cells consists of a high temperature resistant plastic or metal carrier foil, onto which the solar cells are evaporated. This laminate can be perforated without the solar cells in their mode of operation impaired become.

Die der Sonne zuzuwendende Fläche des Absorbers wird bei dem erfindungsgemäßen Luftkollektor mit einer Absorptionskammer bedeckt, wobei die der Sonne zuzuwendende Wand, d.h. die dem Absorber gegenüberliegende Wand, der Absorptionskammer aus einer Folie aus transparentem Kunststoff besteht. Die Absorptionskammer ist gasgefüllt bzw. wird von Gas durchströmt. Die Absorptionskammer ist gegebenenfalls mehrfach unterteilt, so dass mehrere nebeneinander liegenden Absorptionskammern die Absorber-Folie bedecken. Die Absorptionskammer bedeckt die gesamte Oberfläche des Absorbers und wird im Betrieb des Luftkollektors der Sonne zugewendet.The area of the absorber facing the sun is in the air collector according to the invention covered with an absorption chamber, the one facing the sun Wall, i.e. the wall opposite the absorber, the absorption chamber consists of a film made of transparent plastic. The absorption chamber is gas-filled or is flowed through by gas. The absorption chamber may be divided several times, see above that several absorption chambers lying side by side the absorber film cover. The absorption chamber covers the entire surface of the Absorber and is turned towards the sun during operation of the air collector.

Die Kunststoff-Folie muss hochtransparent sein; die Transmission liegt in der Größenordnung von mindestens 70%, bevorzugt mindestens 85%.The plastic film must be highly transparent; the transmission is of the order of magnitude at least 70%, preferably at least 85%.

Die Dicke der transparenten Kunststoff-Folie beträgt vorzugsweise von 50 bis 1000 μm, besonders bevorzugt von 250 bis 500 μm.The thickness of the transparent plastic film is preferably from 50 to 1000 μm, particularly preferably from 250 to 500 μm.

Darüber hinaus muss die Kunststoff-Folie der Wand der Absorptionskammer LTVstabil und mechanisch robust sein. Sie kann beispielsweise aus Polycarbonat, hochtemperaturfestem Polycarbonat Polymethylmethacrylat, Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polyvinylfluorid, Polyvinylchlorid oder anderen transparenten Fluorpolymeren bestehen, die z.B. unter den Handelsnamen Tefzel®, Flourex®, Tedlar® oder THV® bekannt sind.In addition, the plastic film on the wall of the LTV absorption chamber must be stable and mechanically robust. For example, it can be made of polycarbonate, high-temperature-resistant polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyethylene, polyethylene duck rephthalate, polyvinyl fluoride, polyvinyl chloride or other transparent fluoropolymers, which are known, for example, under the trade names Tefzel ® , Flourex ® , Tedlar ® or THV ® .

Die der Sonne zuzuwendende Absorptionskammer weist eine Gaseintrittsöffnung auf, die vorzugsweise mit einem Gebläse zur Erzeugung eines Gasstroms verbunden ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Gas um Luft. Daneben können auch andere Gase oder Gemische verschiedener Gase eingesetzt werden, beispielsweise solche, die eine höhere Wärmekapazität als Luft besitzen wie z.B. Argon.The absorption chamber facing the sun has a gas inlet opening on, preferably with a blower for generating a gas stream connected is. The gas is preferably air. Next to it other gases or mixtures of different gases can also be used, for example those that have a higher heat capacity than air, e.g. Argon.

Das Gas, welches in die Absorptionskammer einströmt, bläst die aus Kunststoff-Folie bestehende Kammer auf. Vorzugsweise strömt das Gas mit einem Überdruck von 20 bis 100 mbar in die Absorptionskammer ein. Das Gebläse kann für eine stromnetzferne Versorgung von einem Photovoltaik-Modul versorgt werden.The gas that flows into the absorption chamber blows them out Plastic film existing chamber. The gas preferably flows with an overpressure from 20 to 100 mbar into the absorption chamber. The blower can for one Remote supply from a photovoltaic module become.

Die Absorptionskammer kann allein dadurch ausgebildet sein, dass Gas mit einem Überdruck in den Raum zwischen Absorber und Kunststoff-Folie eingeblasen wird. Zusätzlich kann aber auch eine mechanische Spannvorrichtung vorgesehen sein, wie z.B. ein starrer Rahmen, mit dem die Kunststoff-Folien über den Absorber gespannt werden. Dieser Rahmen kann zerlegbar sein, so dass der Luftkollektor trotzdem transportabel ist.The absorption chamber can be used alone be formed in that gas with an overpressure in the space between Absorber and plastic film is blown. In addition can but also a mechanical clamping device can be provided, such as e.g. a rigid frame with which the plastic films over the Absorber to be tensioned. This frame can be dismantled, so that the air collector is still portable.

Die gegenüberliegende Fläche des Absorbers wird von einer Sammelkammer bedeckt, wobei die Rückwand dieser Sammelkammer ebenfalls aus mindestens einer Kunststoff-Folie besteht. Die Sammelkammer ist ebenfalls gasgefüllt bzw. wird von Gas durchströmt. Das in die sonnenbeschienene Absorptionskammer einströmende kalte Gas tritt durch die Perforationen des Absorbers in die an der Rückseite des Absorbers anliegende Sammelkammer. Beim Durchtritt durch die Perforationen erwärmt sich das Gas. Die auf der Rückseite des Absorbers anliegende Sammelkammer weist eine Gasaustrittsöffnung auf, durch die das erwärmte Gas aus dem Luftkollektor ausströmt. Die Sammelkammer ist gegebenenfalls mehrfach unterteilt, so dass mehrere nebeneinander liegende Kammern die sonnenabgewandte Seite des Absorbers bedecken.The opposite surface of the Absorbers are covered by a collection chamber, the rear wall of which Collection chamber also consists of at least one plastic film. The collection chamber is also filled with gas or gas flows through it. The cold flowing into the sunlit absorption chamber Gas enters through the perforations of the absorber in the back of the Absorber adjacent collection chamber. When passing through the perforations heated the gas. The one on the back of the absorber adjacent to the absorber has a gas outlet opening, through which the warmed Gas escapes from the air collector. The collecting chamber may be divided several times so that several side by side chambers facing away from the sun of the absorber.

Die Kunststoff-Folie für die Rückwand der Sammelkammer muss mechanisch robust sein, was durch eine Mindestdicke von 300 μm gegeben ist. Die Folie muss darüber hinaus eine gewisse Temperaturstabilität zeigen, da das abströmende heiße Gas an der Folie entlangströmt. Als Kunststoffe können beispielsweise eingesetzt werden Polycarbonat, hochtemperaturfestes Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polyimid, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), einem Blend aus ABS und Polyamid oder Polycarbonat und ABS, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylflourid.The plastic film for the rear wall of the collection chamber must be mechanically robust, which is given by a minimum thickness of 300 μm is. The film must be over it also show a certain temperature stability, because the outflowing hot gas at the The film flows along. As plastics can for example, polycarbonate, high temperature resistant are used Polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyimide, polyethylene terephthalate, Polybutylene terephthalate, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), one Blend made of ABS and polyamide or polycarbonate and ABS, polypropylene, Polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride.

An die Rückwand der Sammelkammer, d.h. an die dem Absorber auf der sonnenabzuwendenden Seite gegenüberliegende Wand, befindet sich eine Wärmeisolationskammer, welche die Rückwand der Gassammelkammer bedeckt. Diese Isolationskammer wird dadurch gebildet, dass eine Kunststoff-Folie die Rückwand der Gassammelkammer bedeckt, beispielsweise indem sie über die Rückwand gespannt ist. Die Isolationskammer ist mit einem Gas mit konstantem Überdruck gefüllt. Dazu weist die Isolationskammer mindestens eine Öffnung für den Gaseinlass und Gasauslass auf. Zusätzlich kann wiederum eine mechanische Spannvorrichtung vorgesehen sein, um die Kunststoff-Folie über die Rückwand zu spannen.On the back wall of the collection chamber, i.e. on the one opposite the absorber on the sun-away side Wall, there is a thermal insulation chamber, which is the back wall the gas collection chamber. This isolation chamber is thereby formed a plastic film the back wall of the gas collection chamber covered, for example by stretching it over the rear wall. The isolation chamber is filled with a gas with constant overpressure. To the isolation chamber has at least one opening for the gas inlet and gas outlet on. additionally a mechanical tensioning device can in turn be provided in order to the plastic film over the back wall to stretch.

Die Kunststoff-Folie der Wärmeisolationskammer besteht beispielsweise aus Polycarbonat, hochtemperaturfestes Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polyimid, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), einem Blend aus ABS und Polyamid oder Polycarbonat und ABS, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylflourid. Sie weist bevorzugt eine Dicke von 250 bis 2000 μm, besonders bevorzugt von 300 bis 1000 μm auf.The plastic film of the heat insulation chamber consists for example of polycarbonate, high temperature resistant polycarbonate, Polymethyl methacrylate, polyimide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, Acrylonitrile butadiene styrene (ABS), a blend of ABS and polyamide or polycarbonate and ABS, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride. It preferably has a thickness of 250 to 2000 μm, particularly preferably 300 up to 1000 μm.

Weiterhin bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftkollektors, bei dem die Rückwand anstelle einer einzelnen Folie aus mehreren übereinander liegenden Kunststoff-Folien besteht, welche jeweils durch einen Gasspalt voneinander getrennt sind. Der Gasspalt zwischen den Folien trägt zu der Wärmeisolation bei. Er wird durch einen konstanten Überdruck aufrechterhalten.An embodiment is also preferred the air collector according to the invention, where the back wall instead of a single foil, it consists of several superimposed plastic foils, which are separated from each other by a gas gap. The Gas gap between the foils carries to the thermal insulation at. It is maintained by a constant overpressure.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Rückwand anstelle einer oder mehrerer Kunststoff-Folien aus einer Mehrfachstegplatte z.B. aus Polycarbonat. Die stehende Luft in der Mehrfachstegplatte dient als Isolierung.In a further preferred embodiment there is the back wall instead of one or more plastic foils from a multi-wall sheet e.g. made of polycarbonate. The standing air in the multi-wall sheet serves as insulation.

In einer alternativen Ausführungsform die Isolationskammer des Luftkollektors mit einem festen Isoliermaterial anstelle eines Gases mit konstantem Überdruck gefüllt ist. Das Isoliermaterial besteht vorzugsweise aus einem Polyurethanschaum, geschäumtem Polystyrol oder aus Mineralwolle. Ist das Isoliermaterial kein Gas, sondern ein Feststoff, so weist die Isolationskammer keinen Einlass- bzw. Auslassöffnung für Gas auf.In an alternative embodiment the insulation chamber of the air collector with a solid insulation material is filled with a constant positive pressure instead of a gas. The insulating material preferably consists of a polyurethane foam, foamed Polystyrene or mineral wool. If the insulation material is not a gas, but a solid, the isolation chamber has no inlet or outlet opening for gas on.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Luftkollektors ähnelt dem einer Luftmatratze. Der Luftkollektor mit einem solchen Aufbau hat zwei wesentliche Vorteile. Erstens ist der Kollektor sehr leicht und kann, wenn er nicht in Betrieb ist, auf eine sehr geringe Größe zusammengefaltet bzw. aufgerollt werden. Zweitens wird der Absorber des Luftkollektors im Betrieb durch die strömende Luft gekühlt, so daß sehr hohe Temperaturen vermieden werden. Im Stillstand, d.h. ohne Gaszufuhr, fällt der Kollektor in sich zusammen. Dabei kann der Absorber Wärme durch Wärmeleitung an die transparente Kunststoff-Folie abgeben. Zu keinem Zeitpunkt im Betrieb oder im Stillstand erreicht der Kollektor die hohen Stillstandstemperaturen von über 220°C, wie sie bei Warmwasserkollektoren auftreten können und die den Einsatz von Kunststoffen nahezu ausschließen.The structure of the air collector according to the invention is similar to that of an air mattress. The air collector with such a structure has two major advantages. First, the collector is very light and can be folded up or rolled up to a very small size when not in use. Secondly, the absorber of the air collector is cooled by the flowing air during operation, so that very high temperatures are avoided. At standstill, ie without gas supply, the collector collapses. The absorber can transfer heat to the transparent plastic film by heat conduction. At no time during operation or at a standstill does the collector reach the high standstill temperature ren of over 220 ° C, as they can occur with hot water collectors and which almost exclude the use of plastics.

Nachfolgend wird der erfindungsgemäße Luftkollektor anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:Below is the air collector according to the invention based on the figures explained. Show it:

1 ein Ausschnitt aus einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftkollektors im Querschnitt 1 a section of a first embodiment of the air collector according to the invention in cross section

2 ein Ausschnitt aus einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftkollektors im Querschnitt 2 a section of a second embodiment of the air collector according to the invention in cross section

3 ein Ausschnitt aus einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftkollektors im Querschnitt 3 a section of a third embodiment of the air collector according to the invention in cross section

In der ersten Ausführungsform nach 1 besteht der erfindungsgemäße Luftkollektor aus einer perforierten schwarzen Absorber-Folie 3 aus Polycarbonat, welche mit einer selektiven Beschichtung beispielsweise aus Schwarzaluminium versehen ist. Auf der sonnenzugewandten Seite des Absorbers 3 befinden sich mehrere nebeneinander liegende Luftkammern 4, welche die Fläche des Absorbers 3 auf der sonnenzugewandten Seite bedecken. Die Luftkammern 4 werden durch transparente Kunststoff-Folien 2, z.B. aus Polycarbonat, gebildet. Alternativ könnte auch eine einzelne Luftkammer die gesamte sonnenzugewandte Oberfläche des Absorbers 3 bedecken. Die Folien 3 der einzelnen Luftkammern 4 sind an Verbindungsstellen 6 miteinander verbunden (beispielsweise verschweißt oder verklebt). Durch eine Eintrittsöffnung (nicht dargestellt) wird beispielsweise mittels eines Gebläses (nicht dargestellt) Luft in die Luftkammern 4 eingeblasen, wodurch sich die Luftkammern ähnlich einer Luftmatratze aufblasen.In the first embodiment according to 1 the air collector according to the invention consists of a perforated black absorber film 3 Made of polycarbonate, which is provided with a selective coating, for example made of black aluminum. On the side of the absorber facing the sun 3 there are several adjacent air chambers 4 which is the area of the absorber 3 cover on the side facing the sun. The air chambers 4 are made of transparent plastic films 2 , for example made of polycarbonate. Alternatively, a single air chamber could cover the entire surface of the absorber facing the sun 3 cover. The slides 3 of the individual air chambers 4 are at connection points 6 connected to each other (for example welded or glued). Air enters the air chambers through an inlet opening (not shown), for example by means of a blower (not shown) 4 blown in, causing the air chambers to inflate like an air mattress.

Solarstrahlung tritt durch die transparenten Folien 2 und erwärmt die Absorber-Folie 3. Die in die Luftkammern 4 eingeblasene Luft strömt durch den perforierten Absorber 3 in die Luftkammer 5 auf der sonnenabgewandten Seite des Absorbers 3. Beim Durchströmen der Perforationen des Absorbers 3 erwärmt sich die Luft. Die Temperatur der Luft in der Luftkammer 4 beträgt vor dem Erwärmen z.B. 40°C. Nach dem Erwärmen beträgt die Temperatur in der Luftkammer 5 z.B. 60°C. Die erwärmte Luft tritt durch eine Gasaustrittsöffnung (nicht dargestellt) aus der Luftkammer 5 aus.Solar radiation passes through the transparent films 2 and heats the absorber film 3 , The in the air chambers 4 blown air flows through the perforated absorber 3 in the air chamber 5 on the side of the absorber facing away from the sun 3 , When flowing through the perforations of the absorber 3 the air warms up. The temperature of the air in the air chamber 4 is, for example, 40 ° C before heating. After heating, the temperature in the air chamber is 5 e.g. 60 ° C. The heated air exits the air chamber through a gas outlet opening (not shown) 5 out.

Zusätzlich sind in der Luftkammer 5 ggf. perforierte Folien 10 vorgesehen, welche die Luftkammer 5 unterteilen. Die Folien 10 können auch eine Stützfunktion übernehmen.In addition are in the air chamber 5 perforated foils if necessary 10 provided which the air chamber 5 divide. The slides 10 can also take on a supporting function.

Die Rückwand 7 der Luftkammer 5 besteht ebenfalls aus einer Kunststoff-Folie, z.B. aus Polycarbonat. An die Luftkammer 5 schließen sich auf der sonnenabgewandten Seite weitere Luftkammern 14 an. Die Luftkammern 14 liegen nebeneinander und bedecken dabei die Fläche der Rückwand 7. Sie werden aus Kunststoff-Folien 8 gebildet. Die Luftkammern 14 werden ähnlich einer Luftmatratze durch Überdruck aufgeblasen. Dazu wird Luft durch eine Öffnung (nicht dargestellt) in die Luftkammern 14 eingeblasen. Die Luftkammern 14 zwischen den Kunststoff-Folien 7 und 8 dienen der Wärmeisolation, um den Wärmeverlust auf der sonnenabgewandten Seite zu verrringern.The back wall 7 the air chamber 5 also consists of a plastic film, such as polycarbonate. To the air chamber 5 other air chambers close on the side facing away from the sun 14 on. The air chambers 14 lie next to each other and cover the surface of the back wall 7 , They are made of plastic films 8th educated. The air chambers 14 are inflated by overpressure similar to an air mattress. To do this, air is introduced through an opening (not shown) into the air chambers 14 blown. The air chambers 14 between the plastic films 7 and 8th serve as thermal insulation to reduce heat loss on the side away from the sun.

In 2 ist eine zweite Ausführungsform des Luftkollektors gezeigt. Darin sind wiederum gleiche bzw. ähnliche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Rückwand der Luftkammer 5 wird in dieser Ausführungsform durch mehrere, vorzugsweise 2 bis 5, übereinander liegende Kunststoff-Folien 27 gebildet, welche durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Auch diese Ausführungsform verringert den Wärmeverlust durch die rückwärtige Folie 8.In 2 a second embodiment of the air collector is shown. The same or similar components are again provided with the same reference symbols. The rear wall of the air chamber 5 is preferred in this embodiment by several 2 to 5 , superimposed plastic films 27 formed, which are separated from each other by an air gap. This embodiment also reduces the heat loss through the rear film 8th ,

3 stellt eine dritte Ausführungsform dar, wobei wiederum gleiche bzw. ähnliche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Wärmeisolierung auf der sonnenabgewandten Seite wird durch eine Mehrfachstegplatte 37 erzielt, welche die Rückwand der Luftkammer 5 bildet. Gleichzeitig wird durch die Steifigkeit einer Mehrfachstegplatte 37 der Luftkollektor in Form gehalten. 3 represents a third embodiment, wherein again the same or similar components with the same reference numerals. The heat insulation on the side facing away from the sun is provided by a multi-wall sheet 37 achieved which is the rear wall of the air chamber 5 forms. At the same time, due to the rigidity of a multi-wall sheet 37 the air collector is kept in shape.

Claims (12)

Solarbetriebener Luftkollektor, wenigstens bestehend aus einem Absorber (3) aus einer perforierten Kunststoff-Folie, welche ein Absorptionsvermögen von mindestens 80 % im sichtbaren Wellenlängenbereich aufweist, einer auf einer Seite des Absorbers (3) angeordneten, mit Gas gefüllten und gegebenenfalls mehrfach unterteilten Absorptionskammer (4), wobei die dem Absorber (3) gegenüberliegende Wand der Absorptionskammer (4) aus einer Folie (2) aus transparentem Kunststoff besteht und die Absorptionskammer (4) eine Gaseintrittsöffnung aufweist, einer auf der anderen Seite des Absorbers (3) angeordneten, mit Gas gefüllten und gegebenenfalls mehrfach unterteilten Sammelkammer (5), wobei die Rückwand (7) der Sammelkammer (5) aus mindestens einer Kunststoff-Folie besteht und die Sammelkammer (5) eine Gasauntritsöffnung aufweist, und einer an der Rückwand (7) der Sammelkammer (5) angeordneten, mit Gas gefüllten und gegebenenfalls mehrfach unterteilten Wärmeisolationskammer (14), wobei die der Rückwand (7) gegenüberliegende Wand (8) der Wärmeisolationskammer (14) aus mindestens einer Kunststoff-Folie besteht und die Wärmeisolationskammer (14) mindestens eine Öffnung für den Gaseinlass und Gasauslass aufweist.Solar powered air collector, at least consisting of an absorber ( 3 ) from a perforated plastic film, which has an absorption capacity of at least 80% in the visible wavelength range, one on one side of the absorber ( 3 ) arranged, filled with gas and possibly multiply divided absorption chamber ( 4 ), where the absorber ( 3 ) opposite wall of the absorption chamber ( 4 ) from a foil ( 2 ) is made of transparent plastic and the absorption chamber ( 4 ) has a gas inlet opening, one on the other side of the absorber ( 3 ) arranged, filled with gas and possibly divided several times ( 5 ), the rear wall ( 7 ) the collection chamber ( 5 ) consists of at least one plastic film and the collection chamber ( 5 ) has a gas outlet opening and one on the rear wall ( 7 ) the collection chamber ( 5 ) arranged, gas-filled and, if necessary, multiple divided thermal insulation chamber ( 14 ), the rear wall ( 7 ) opposite wall ( 8th ) the heat insulation chamber ( 14 ) consists of at least one plastic film and the thermal insulation chamber ( 14 ) has at least one opening for the gas inlet and gas outlet. Solarbetriebener Luftkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseintrittsöffnung der Absorptionskammer (4) mit einem Gebläse zur Erzeugung eines Gasstroms verbunden ist.Solar powered air collector according to claim 1, characterized in that the gas inlet opening absorption chamber ( 4 ) is connected to a blower for generating a gas stream. Solarbetriebener Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Lochfläche an der Gesamtfläche des Absorbers (3) maximal 3 %, bevorzugt maximal 1 %, besonders bevorzugt von 0,1 bis 0,4 %, beträgt.Solar-powered air collector according to one of claims 1 or 2, characterized in that the proportion of the perforated area in the total area of the absorber ( 3 ) is at most 3%, preferably at most 1%, particularly preferably from 0.1 to 0.4%. Solarbetriebener Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (3) eine Dicke von 20 bis 2000 μm, bevorzugt von 150 bis 500 μm, aufweist.Solar-powered air collector according to one of claims 1-3, characterized in that the absorber ( 3 ) has a thickness of 20 to 2000 microns, preferably from 150 to 500 microns. Solarbetriebener Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (3) aus wenigstens einem der folgenden Kunststoffe besteht: Polycarbonat, hochtemperaturfestes Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polyimid, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), ABS-Polyamid-Blend, Polycarbonat-ABS-Blend, Polyvinylchlorid, Fluorpolymer.Solar-powered air collector according to one of claims 1-4, characterized in that the absorber ( 3 ) consists of at least one of the following plastics: polycarbonate, high-temperature resistant polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyimide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), ABS-polyamide blend, polycarbonate-ABS blend, polyvinyl chloride, fluoropolymer. Solarbetriebener Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (3) mit einer oder mehreren Verbindungen beschichtet ist, welche im infraroten Wellenlängenbereich ein Reflexionsvermögen von mindestens 70 % aufweisen.Solar-powered air collector according to one of claims 1-5, characterized in that the absorber ( 3 ) is coated with one or more compounds which have a reflectivity of at least 70% in the infrared wavelength range. Solarbetriebener Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Kunststoff-Folie (2) der Absorptionskammer (4) eine Dicke von 50 bis 1000 μm, bevorzugt von 250 bis 500 μm, aufweist.Solar-powered air collector according to one of claims 1-6, characterized in that the transparent plastic film ( 2 ) the absorption chamber ( 4 ) has a thickness of 50 to 1000 microns, preferably from 250 to 500 microns. Solarbetriebener Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Kunststoff-Folie (2) der Absorptionskammer (4) aus wenigstens einem der folgenden Kunststoffe besteht: Polycarbonat, hochtemperaturfestem Polycarbonat Polymethylmethacrylat, Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polyvinylchlorid, Fluorpolymer.Solar-powered air collector according to one of claims 1-7, characterized in that the transparent plastic film ( 2 ) the absorption chamber ( 4 ) consists of at least one of the following plastics: polycarbonate, high-temperature resistant polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, fluoropolymer. Solarbetriebener Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Folie (8) der Wärmeisolationskammer (14) eine Dicke von 250 bis 2000 μm, bevorzugt von 300 bis 1000 μm, aufweist.Solar-powered air collector according to one of claims 1-8, characterized in that the plastic film ( 8th ) the heat insulation chamber ( 14 ) has a thickness of 250 to 2000 microns, preferably from 300 to 1000 microns. Solarbetriebener Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwand (7) aus mehreren Folien (27) besteht, welche jeweils durch einen Gasspalt voneinander getrennt sind.Solar-powered air collector according to one of claims 1-9, characterized in that the rear wall ( 7 ) from several foils ( 27 ), which are separated from each other by a gas gap. Solarbetriebener Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer oder mehrerer Kunststoff-Folien die Rückwand (7) aus einer Mehrfachstegplatte (37) besteht.Solar-powered air collector according to one of claims 1-10, characterized in that instead of one or more plastic films, the rear wall ( 7 ) from a multi-wall sheet ( 37 ) consists. Solarbetriebener Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationskammer (14) anstelle eines Gases mit einem festen Isoliermaterial gefüllt ist.Solar-powered air collector according to one of claims 1-11, characterized in that the isolation chamber ( 14 ) is filled with a solid insulating material instead of a gas.
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