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Die Erfindung betrifft einen thermischen Sonnenkollektor sowie einen Absorber für einen thermischen Sonnenkollektor in Flachbauweise mit einem eine absorbierende Oberfläche aufweisenden mehreckigen Träger und einer daran angebrachten Rohrleitungsanordnung, die zur Wärmeabfuhr von einer Flüssigkeit durchströmt wird.
Absorber der einleitend bezeichneten Art sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt geworden. Übliche Absorber weisen eine Rohrleitungsanordnung auf, die ein Vorlauf-Sammelrohr und ein Rücklauf-Sammelrohr auf gegenüberliegenden Randbereichen eines Trägers des Absorbers besitzen. Bei der Verrohrung dieser Ausführungsformen sind, um eine gleichmässige Durchströmung des Absorbers zu gewährleisten, Vor- und Rücklauf-Leitungen im Allgemeinen an diagonal gegenüberliegenden Ecken des Absorbertr gers angeschlossen, so dass der Absorber diagonal durchströmt wird. Um die
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Absorber nicht der Witterung auszusetzen und den Wirkungsgrad durch eine zusätzliche Isolation zu verbessern, werden sie in einem Gehäuse gekapselt, dass über der absorbierenden Oberfläche transparent ist.
Die gesamte Anordnung wird als Sonnenkollektor bezeichnet.
Für die Einbindung eines Kollektors mit einem diagonal durchströmten Absorber in die Solaranlage ist es jedoch notwendig eine Vorlaufleitung in einen Eckbereich des Kollektors zu führen und eine Rücklaufleitung in den diagonal gegenüberliegenden Eckbereich. Dies erfordert eine aufwendige Leitungsführung. Für den Fall, dass mehrere Kollektoren miteinander verbunden werden, ist zwischen den Kollektoren jeweils eine Verbindungsleitung zwischen einem oder beiden Sammelrohren der Kollektoren notwendig, wobei eine Rücklaufleitung in einem aussenliegenden Eckbereich des ersten Kollektors und eine Vorlaufleitung in einem aussenliegenden Eckbereich des letzten Kollektors geführt werden muss.
Durch die aufwendige Verrohrung zur Verbindung von mehreren Sonnenkollektoren besteht darüber hinaus die Problematik, dass die Durchströmung von nachgeordneten Sonnenkollektoren sich gegebenenfalls verschlechtert. Ausserdem sind derartige Verrohrungen mit einer ausgedehnten Führung von Einzelleitungen mit unerwünschten Wärmeverlusten behaftet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, thermische Sonnenkollektoren sowie Absorber für thermische Sonnenkollektoren bereit zu stellen, die sowohl bei einer Einzelverrohrung als auch bei einer Anordnung von mehreren Kollektoren eine einfache Verrohrung gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 9 gelöst.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung geht von einem Absorber für thermische Kollektoren in Flachbauweise mit einem eine absorbierende Oberfläche aufweisenden mehreckigen Träger und einer daran angebrachten Rohrleitungsanordnung aus, die zur Wärmeabfuhr von einer Flüssigkeit durchströmt wird. Der Kern der Erfindung liegt nun darin, dass die Rohrleitungsanordnung erste Anschlussöffnungen für einen Vor-und Rücklauf aufweist, die auf einer Seitenkante des Trägers im Bereich eines Punktes angeordnet sind. Hierunter soll auch eine Anordnung der ersten Anschlussöffnungen fallen, wenn diese entlang einer Seitenkante in einem bezogen auf deren Gesamtlänge vergleichsweise kurzen Kantenabschnitt angeordnet sind, dessen Länge z. B. 20 % der Gesamtlänge der Seitenkante beträgt.
Durch diese Vorgehensweise lässt sich die Führung von Vor- und Rücklaufleitungen wesentlich vereinfachten, da die Leitungen lediglich an einer Randseite zu einem Punkt geführt werden müssen. Auf diese Weise können beispielsweise Vor- und Rücklaufleitungen parallel gegebenenfalls innerhalb einer gemeinsamen Isolationsummantlung zu dieser Stelle geführt werden. Damit werden Wärmeverluste beim Transport der Flüssigkeit zu einem Speicher reduziert.
Vorzugsweise sind in einer weiteren Ausführungsform die ersten Anschlussöffnungen für einen Vor-und Rücklauf in einem Eckbereich des Trägers untergebracht. Durch diese Massnahme kann eine vorteilhafte Rohrführung der Rohrleitungsanordnung am Träger des Absorbers erreicht werden.
Um in besonders einfacher Weise mehrere Sonnenkollektoren mit erfindungsgemässen Absorbern verbinden zu können, wird überdies vorgeschlagen, dass an einer Seitenkante des
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Trägers, die der Seitenkante mit den ersten Anschlussöffnungen gegenüberliegt, im Bereich eines Punktes zweite Anschlussöffnungen für einen Vor-und Rücklauf angeordnet sind. In diesem Zusammenhang ist es ausserdem von Vorteil, wenn sich die zweiten Anschlussöffnungen für einen Vor-und Rücklauf in einem Eckbereich des Trägers befinden.
Auf diese Weise kann die Verrohrung von mehreren miteinander verbundenen Sonnenkollektoren, die einen derartigen Absorber enthalten, darauf reduziert werden, dass der Montageabstand
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Kollektoren untereinander verbinden, auf ein Minimum reduzieren. Dies gilt insbesondere dann, wenn parallel geführte Verbindungsleitungen in einer Isolationsummantelung untergebracht sind. Denn hierdurch wird die Kontaktoberfläche des Isloationsmaterials zur Umgebung im Vergleich zu getrennt geführten Leitungen reduziert.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Rohrleitungsanordnung auf dem Träger ein VorlaufSammelrohr und ein Rücklauf-Sammelrohr, das im Bereich eines Seitenrandes des Trägers, vorzugsweise parallel geführt ist, wobei zur Ausbildung der ersten Anschlussöffnungen an einer Seitenkante in einem Winkel zu der Seitenkante, an welcher das Vorlauf-und Rücklauf-Sammelrohr laufen, bei einem rechteckigen oder quadratischen Träger senkrecht zu dieser Seitenkante, das Rücklauf-Sammelrohr eine Anschlussöffnung für eine Rücklaufleitung und das Vorlauf-Sammelrohr eine Anschlussöffnung für eine Vorlaufleitung besitzt.
Damit wird eine vorteilhafte Ausgangsbasis geschaffen, um weitere Rohrleitungsabschnitte zwischen dem Vorlauf-Sammelrohr und dem Rücklauf-Sammelrohr anordnen zu können sowie das Vorlaufund Rücklauf-Sammelrohr mit einer parallel geführten Vorlaufleitung bzw. Rücklaufleitung verbinden zu können.
Alternativ können die Anschlussöffnungen des Rücklauf-und Vorlauf-Sammelrohres auch an der gleichen Seitenkante
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herausgeführt werden, entlang welcher die beiden Rohre verlaufen. Sofern weitere Anschlussöffnungen von Vorlauf- und Rücklauf-Sammelrohr an dieser Seitenkante oder einer winklig dazu angeordneten Seitenkante vorhanden sind, kann eine solche Positionierung insbesondere Vorteile beim Aufbau von grösseren Kollektorfeldern mit sich bringen.
Ausserdem vorteilhaft ist es, wenn zur Ausbildung der zweiten Anschlussöffnungen das Vorlauf- und das Rücklauf-Sammelrohr jeweils am gegenüberliegenden Ende vorzugsweise auf der gegenüberliegenden Seitenkante des Trägers jeweils eine weitere Anschlussöffnung aufweisen. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, in besonders einfacher Weise eine grössere Anzahl von Sonnenkollektoren, die einen derartig aufgebauten Absorber aufweisen, miteinander zu verbinden, in dem lediglich alle Vorlauf-und Rücklauf-Sammelrohre der Absorber miteinander verbunden werden. Hierzu ist es nur erforderlich z. B. zweite Anschlussöffnungen an einer oberen rechten Ecke eines ersten Kollektors mit ersten Anschlussöffnungen in der linken oberen Ecke eines daneben angeordneten zweiten Kollektors zu verbinden.
Das heisst, die Verrohrung beschränkt sich auf einen kurzen Montageabstand der exakt gegenüberliegenden ersten und zweiten
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Absorbern mit geringstem Verrohrungsaufwand miteinander verbunden werden.
In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen dem Vorlauf- und dem Rücklauf-Sammelrohr eines jeden Absorbers eine oder mehrere Rohrschleifen angeordnet, die sich in einer Richtung winklig, vorzugsweise senkrecht zu den Rohren ein-oder mehrfach gewunden, dann z. B. mäanderförmig, auf dem Träger erstrecken.
Um sicherzustellen, dass alle Rohrschleifen zwischen einem
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Vorlauf-und Rücklauf-Sammelrohr im Wesentlichen gleichmässig mit Flüssigkeit durchströmt werden, insbesondere, wenn mehrere Sonnenkollektoren mit solchen Absorbern hintereinander geschaltet werden, wird weiterhin vorgeschlagen, dass das Vorlauf- und das Rücklauf-Sammelrohr im Vergleich zu den dazwischen angeschlossenen Rohrschleifen derart ausgelegt sind, dass der Druckverlust der durchströmenden Flüssigkeit im Vorlauf-und RücklaufSammelrohr zum Druckverlust in den Rohrschleifen deutlich geringer ist. Dies basiert auf der Erkenntnis, dass bei einer solchen Dimensionierung der Absorber das jeweilige Vorlaufund Rücklauf-Sammelrohr auch von hintereinander geschalteten Kollektoren hinsichtlich des Strömungsverhaltens im Wesentlichen vernachlässigt werden kann.
Denn dann ist der Druckverlust einer Flüssigkeit, die das Vorlauf- und Rücklauf-Sammelrohr durchströmt von Anschlussstelle zu Anschlussstelle einer Rohrschleife so gering, dass parallel dazwischen angeordnete Rohrschleifen unabhängig von der Position entlang der Sammelrohre mit der gleichen Menge an Flüssigkeit versorgt werden. Erst bei einer grösseren Zahl an hintereinander geschalteten Kollektoren mit erfindungsgemässen Absorbern wird sich der Druckverlust in den Sammelrohren bemerkbar machen. Bei der Auslegung der Rohrleitungsanordnung können die Sammelrohre auf die dazwischen angeordneten Rohrschleifen so abgestimmt werden, dass die gleichmässige Durchströmung der Rohrschleifen bis zu einer vorgegebenen Zahl an hintereinander geschalteten Kollektoren in guter Nährung erfüllt ist.
Die Vorgaben im Hinblick auf den Druckverlust in den Sammelrohren und den dazwischen geschalteten Rohrschleifen lassen sich insbesondere bei einem System, bei welchem die Sammelrohre mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit durchströmt werden, erfüllen (System mit Low-FlowKollektoren).
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen
Fig. la-c drei unterschiedliche
Rohrleitungsanordnungen für einen beispielsweise rechteckförmigen
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Bereich eines Seitenrandes eines eine absorbierende Oberfläche aufweisenden Trägers des Absorbers parallel geführt werden, in einer schematischen Draufsicht,
Fig. 2 eine Hintereinanderschaltung von 4
Kollektoren mit Absorbern gemäss Fig.
1c und
Fig. 3 eine aus dem Stand der Technik bekannte Rohrleitungsanorndnung für einen rechteckförmigen Absorber in einer schematischen Draufsicht.
In den Figuren la bis c sind drei unterschiedliche Rohrleitungsanordnungen 1, 2,3 für einen Absorber für thermische Sonnenkollektoren in Flachbauweise mit einem eine absorbierende Oberfläche aufweisenden rechteckförmigen Träger 4 dargestellt. Eine solche Anordnung wird regelmässig in einem Gehäuse mit einer zur absorbierenden Oberfläche des Trägers lichtdurchlässigen Wandung gekapselt, um einen in der Praxis
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zuverlässig funktionierenden witterungsbeständigen Sonnenkollektor zu erhalten.
Die Leitungsanordnungen 1, 2,3 umfassen jeweils ein Rücklauf-Sammelrohr 5 und ein Vorlauf-Sammelrohr 6, welche an einer Seite des rechteckförmigen Trägers 4 parallel geführt sind. Das Rücklauf-Sammelrohr 5 sowie das Vorlauf-Sammelrohr 6 jeder Rohrleitungsanorndnung 1, 2,3 weist an gegenüberliegenden Seitenkanten 7,8, die sich senkrecht zu der Seitenkante erstrecken, entlang welcher die Sammelrohre 5,6 verlaufen, jeweils eine Anschlussöffnung 9, 9a bzw. 10, 10a auf.
Die Anschlussöffnung 9 stellt beispielhaft eine Anschlussmöglichkeit für eine Rücklaufleitung 18 dar, die Anschlussöffnung 10 für eine Vorlaufleitung 19 (vgl. hierzu Fig. 2). Sofern mehrere Kollektoren mit derartigen Absorbern in einem System betrieben werden, wird die Anschlussöffnung 9a mit einer entsprechenden Anschlussöffnung 9 für den Rücklauf eines daneben liegenden Kollektors verbunden und die Anschlussöffnung 10a des Kollektors mit der Anschlussöffnung 10 für den Vorlauf des daneben liegenden Kollektors (siehe Fig.
2). Das heisst, die Leitung für den Vorlauf als auch für den Rücklauf wird gewissermassen im Randbereich an einer Seitenkante des Trägers weitergeführt und steht im entsprechenden Eckbereich eines Kollektors für den Anschluss einer weiteren"Verlängerungsleitung"als Vorlauf-und Rücklaufleitung zum nächsten Kollektor bereit.
Zwischen derart angeordneten Sammelrohren 5,6 sind eine oder mehrere Rohrschleifen 11, 12,13, bei mehreren Rohrschleifen 12 gewissermassen wie bei einer Parallelschaltung, angeschlossen.
Beispielhaft besteht die Rohrschleife 11 aus einem einzigen Bogen, der sich über die Fläche des Trägers 4 des Absorbers
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erstreckt. In der Rohrleitungsanordnung 2 sind fünf Schleifen 12 parallel geschaltet. In der Rohrleitungsanordnung 3 hingegen ist eine Schleife 13 mäanderförmig auf den Träger 4 des Absorbers 4 geführt.
Um in mehreren parallel geschalteten Schleifen eines Absorbers oder sofern nur eine Schleife vorhanden ist bei mehreren hintereinander geschalteten Absorbern eine gleichmässige Durchströmung der Schleifen mit Flüssigkeit zu erhalten, sind Sammelrohre 5,6 im Vergleich zu den Rohrschleifen derart auszubilden, dass der Druckabfall der Flüssigkeit in den Sammelrohren 5,6 im Vergleich zu den Rohrschleifen vernachlässigt werden kann.
Diese Bedingung ist umso leichter zu erfüllen, je geringer die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in den Zuleitungen sowie in den Sammelrohren im Vergleich in den Rohrschleifen ist.
Für Kollektorfelder bis zu vier Kollektoren seien beispielhaft die folgenden Dimensionierungsdaten genannt : Sofern jeder Kollektor beispielsweise eine Absorberfläche in der Grössenordnung von 1, 8 m2 aufweist und auf jedem Kollektor ein Mäander im Sinne von Figur 1 c) angeordnet ist, kann der Volumenstrom durch den Mäander 18 bis 27 Liter pro Stunde betragen. Bei einem Innendurchmesser des Mäanders von 5 mm ergibt sich eine Strömungsgeschwindigkeit von 0, 064 bis 0, 096 m/sec im Mander. Sofern bei der Dimensionierung der Solaranlage der Volumenstrom bezogen auf die Absorberfläche 10 bis 15 Liter pro m2/h betragen soll, sind diese Werte unabhängig von der Grösse des Kollektorfeldes.
Die Strömungsgeschwindigkeit durch das jeweilige Vorlauf- und Rücklauf-Sammelrohr der Kollektoren ist vom Ort, d. h. von der Abzweigung der Mäander abhängig. Bei einem Mäander pro Absorber erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit in den
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Sammelrohren des ersten Kollektors um einen Faktor, der sich aus der Gesamtzahl der Kollektoren ergibt.
Um eine gleichmässige Durchströmung jedes Mäanders von hintereinander geschalteten Kollektoren zu erhalten, muss der Druckverlust in den Sammelrohren im Vergleich zum Druckverlust in den Mäandern vernachlässigbar klein sein.
Der Druckverlust ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit und zur Rohrlänge sowie umgekehrt proportional zum Rohrquerschnitt.
In Anbetracht dieser Gesetzmässigkeit ergeben sich bei einem Innendurchmesser der Sammelrohre in der Grössenordnung von 10 mm und der eines Mäanders von 5 mm bereits akzeptable Verhältnisse für eine Hintereinanderschaltung bis zu vier Kollektoren. Entsprechend kann die Kalkulation jedoch auch für Felder bis zu 10 und mehr Kollektoren vorgenommen werden.
In Fig. 3 ist eine Rohrleitungsanordnung 14 dargestellt, die aus dem Stand der Technik bekannt ist. Bei dieser Rohrleitungsanordnung 14 ist das Rücklauf-Sammelrohr 5 und das Vorlauf-Sammelrohr 6 entlang gegenüberliegender Seitenkanten des Trägers 4 des Absorbers geführt. Die Sammelrohre 5,6 werden harfenartig mit Rohrleitungsabschnitten 17 verbunden. Um eine gleichmässige Durchströmung der dazwischen liegenden Rohrabschnitte 17 zu erhalten, liegt die Anschlussöffnung 15 für eine Vorlaufleitung im diagonal gegenüberliegenden Eckbereich zur Anschlussöffnung 16 für eine Rücklaufleitung. Dies erfordert sowohl für die Verrohrung eines einzelnen Kollektors als auch bei einer Verbindung von mehreren Kollektoren eine deutlich aufwendigere Leitungsführung ausserhalb der Kollektoren.