AT506680B1 - TUBULAR ABSORBER ELEMENT FOR SUN COLLECTORS - Google Patents
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Description
österreichisches Patentamt AT506 680B1 2010-01-15Austrian Patent Office AT506 680B1 2010-01-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein rohrförmiges Absorberrohr für Sonnenkollektoren, welches aus zumindest zwei ineinander liegenden mit gegenseitigem radialem Abstand angeordneten Rohren gebildet ist, wobei das eine Rohr die Zuleitung des frischen Wärmeträgermediums und das andere Rohr die Ableitung des erwärmten Wärmeträgermediums aufweist, wobei die Zuleitung in bzw. die Ableitung aus dem Absorberelement benachbart sind und an dem den Anschlüssen abgewandten Enden der Rohre das Wärmeträgermedium unter Umlenken von einem Rohr in das andere Rohr Übertritt, und wobei die beiden Rohre im Bereich des die Zuleitung bzw. die Ableitung tragenden Endes miteinander verbunden sind.Description: The invention relates to a tubular absorber tube for solar collectors, which is formed from at least two nested tubes arranged at a mutual radial distance, one tube having the feed line of the fresh heat transfer medium and the other tube having the discharge of the heated heat transfer medium. wherein the supply line in or the discharge from the absorber element are adjacent and at the ends remote from the terminals of the tubes, the heat transfer medium while deflecting from a pipe into the other tube, and wherein the two tubes in the region of the supply line or the discharge bearing Ended together.
[0002] Derartige Absorberrohre sind z.B. aus DE 2536800 A1 bzw. DE 3934535 A1 oder JP 56061539 A1 bekannt. All diesen bekannten Ausbildungen ist gemeinsam, dass im Umlenkbereich ein mehr oder weniger konstant großer Spalt vorhanden ist, durch welchen die Durchflussmenge nicht beeinflussbar ist.Such absorber tubes are e.g. from DE 2536800 A1 or DE 3934535 A1 or JP 56061539 A1. All these known embodiments have in common that in the deflection a more or less constant large gap is present, through which the flow rate can not be influenced.
[0003] Auch die DE 100 02 929 und die JP 54-117949 zeigen jeweils ein röhrenförmiges Absorberelement, das aus zwei ineinander liegenden Rohren gebildet ist, wobei das eine Rohr die Zuleitung und das andere Rohr die Ableitung des Wärmeträgermediums ist. An den, den Anschlüssen abgewandten Enden der Rohre wird das Wärmeträgermedium umgelenkt, wobei im Umlenkungsbereich ein zusätzliches thermisch gesteuertes Ventil vorgesehen ist.Also, DE 100 02 929 and JP 54-117949 each show a tubular absorber element, which is formed of two nested tubes, wherein the one tube is the supply line and the other tube is the derivative of the heat transfer medium. At the, remote from the terminals ends of the tubes, the heat transfer medium is deflected, wherein an additional thermally controlled valve is provided in the deflection area.
[0004] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde eine Ausbildung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher auf Grund der vorhandenen Sonneneinstrahlung eine direkt wirkende selbsttätige Regelung der Durchflussmenge des Wärmeträgermediums erzielt wird.The invention is based on the object to provide an embodiment of the type mentioned, in which due to the existing solar radiation directly acting automatic control of the flow rate of the heat transfer medium is achieved.
[0005] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das, das Umlenken des Wärmeträgermediums bewirkende Ende des rohrförmigen Absorberelements als Ventil ausgebildet ist, bei welchem die Mündung des inneren Rohres der Ventilsitz ist und der Abschluss des äußeren Rohres den Abschlusskörper bildet. Durch eine solche Ausbildung wird erreicht, dass je nach Intensität der Wärmeeinstrahlung der Durchfluss dadurch selbsttätig geregelt wird, dass sich das äußere Rohr auf Grund der Sonneneinstrahlung stärker dehnt als das innere Rohr. Je nach Temperaturdifferenz am äußeren und am inneren Rohr verändert sich der Spalt zwischen dem Rohrende des inneren Rohres und dem Abschluss des äußeren Rohres, d.h., dass bei stärkerer Wärmeeinstrahlung und damit größerer Wärmedehnung des äußeren Rohres der Spalt größer wird und bei Verringerung der Sonneneinstrahlung auf Grund der geringeren Temperaturdifferenz zwischen äußerem und innerem Rohr die Größe des Durchtrittspaltes verringert wird. Sobald keine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Rohren vorhanden ist, was z.B. in der Nacht sein wird, ist der Spalt komplett geschlossen, so dass die Zirkulation des Wärmeträgermediums unterbunden ist.According to the invention this is achieved in that the deflecting the heat transfer medium causing the end of the tubular absorber element is formed as a valve, wherein the mouth of the inner tube of the valve seat and the conclusion of the outer tube forms the closing body. Such a design ensures that, depending on the intensity of the heat radiation, the flow is automatically regulated by the fact that the outer tube expands more strongly than the inner tube due to the solar radiation. Depending on the temperature difference at the outer and inner tube, the gap between the tube end of the inner tube and the end of the outer tube changes, ie, that at higher heat radiation and thus greater thermal expansion of the outer tube, the gap is greater and reduce the sunlight on the ground the smaller temperature difference between the outer and inner tube, the size of the passage gap is reduced. As soon as there is no temperature difference between the two tubes, e.g. will be at night, the gap is completely closed, so that the circulation of the heat transfer medium is prevented.
[0006] In einer besonders bevorzugten Ausbildung kann sich die Zuleitung am inneren Rohr und die Ableitung am äußeren Rohr befinden, wodurch das innere Rohr von frischen zugeführten Wärmeträgermedium gekühlt wird, so dass dadurch die Ansprechgenauigkeit erhöht wird. Weiters kann der Abschlusskörper im äußeren Rohr als in das Rohrende dicht eingesetztes Passstück ausgebildet sein. Dadurch ist es möglich, den Abschlusskörper materialmäßig an die gewünschte Dichtung anzupassen. Dabei kann das Passstück in dem Rohrende in zumindest axialer Richtung begrenzt verschiebbar geführt sein, wobei es zur Mündung des inneren Rohres hin durch eine Druckfeder in Anlage an einem Anschlag im äußeren Rohr gehalten ist. Dadurch wird erreicht, dass für den Fall, dass auf Grund äußerer Einflüsse das äußere Rohr stärker gekühlt ist als das innere Rohr, ein Dehnungsausgleich insofern ermöglicht ist, als das Passstück bei zu starker Längenreduktion des äußeren Rohres ausweichen kann, wodurch eine Stauchung und damit gegebenenfalls verbundene Verformungen des Innenrohres verhindert sind. Durch die Anlage des Passstückes an einem Anschlag im äußeren Rohr wird das Öffnen des Ventils bei Längendehnung des äußeren Rohres in Bezug auf das innere Rohr nicht behindert, da damit das Passstück durch die Dehnung des äußeren Rohres von der Mündung in gewünschter Weise wegbewegbar ist. 1/6 österreichisches Patentamt AT506 680 B1 2010-01-15 [0007] Um die Steuerungswirkung des Abschlussventils in Bezug auf die Einstrahlungstemperatur zu erhöhen, kann das äußere Rohr einen höheren Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen als das innere Rohr, was bewirkt, dass ein rascheres Ansprechen auf die eingestrahlte Wärmeenergie erfolgt. Weiters kann zumindest in einem an die Ableitung für das Wärmeträgermedium anschließenden Teilbereich in den Zwischenraum zwischen äußerem und innerem Rohr ein Wärme abschirmendes Rohr vorgesehen sein, wodurch eine noch stärkere thermische Isolierung zwischen innerem und äußerem Rohr erreicht wird und damit ein zu starkes Abkühlen des im äußerem Rohr strömendem Wärmeträgermediums durch das im inneren Rohr strömenden frischem Wärmeträgermediums verhindert wird. Dazu kann das die Wärme abschirmende Rohr mit seinem zur Mündung des inneren Rohres hin weisenden Ende dichtend am Außenmantel des inneren Rohres anliegen, womit der Zwischenraum zwischen innerem Rohr und Wärme abschirmendem Rohr als Isolationsraum wirkt.In a particularly preferred embodiment, the supply line to the inner tube and the discharge can be located on the outer tube, whereby the inner tube is cooled by fresh supplied heat transfer medium, thereby increasing the response accuracy is increased. Furthermore, the closing body in the outer tube may be designed as a fitting piece tightly inserted into the pipe end. This makes it possible to adjust the closing body material to the desired seal. In this case, the fitting piece in the tube end in at least axial direction can be guided limitedly displaceable, wherein it is held to the mouth of the inner tube out by a compression spring into contact with a stop in the outer tube. This ensures that, in the event that due to external influences, the outer tube is cooled more than the inner tube, a strain compensation is possible insofar as the fitting can yield to excessive length reduction of the outer tube, causing a compression and thus, where appropriate Connected deformations of the inner tube are prevented. By the installation of the fitting piece to a stop in the outer tube, the opening of the valve in the longitudinal expansion of the outer tube with respect to the inner tube is not hindered because it allows the fitting is moved away by the expansion of the outer tube of the mouth in the desired manner. In order to increase the control effect of the shut-off valve with respect to the irradiation temperature, the outer tube may have a higher coefficient of thermal expansion than the inner tube, which causes a more rapid response the irradiated heat energy takes place. Furthermore, at least in a subsequent to the discharge for the heat transfer medium portion in the space between the outer and inner tube, a heat-shielding tube can be provided, whereby an even stronger thermal insulation between the inner and outer tube is achieved and thus excessive cooling of the outside Pipe flowing heat transfer medium is prevented by flowing in the inner tube fresh heat transfer medium. For this purpose, the heat-shielding tube with its mouth facing the inner tube end facing sealingly abut the outer shell of the inner tube, whereby the gap between the inner tube and heat shielding tube acts as an isolation space.
[0008] Für eine verbesserte Dichtwirkung des Passkörpers in Bezug auf die Mündung des inneren Rohres kann die Passfläche des Abschlusskörpers die Mantelfläche einer im Querschnitt kreisförmigen Ausnehmung mit sich von der Mündung weg verringerndem Durchmesser sein. Damit liegt die Mantelfläche an der äußeren Begrenzung der Mündung des inneren Rohres an, wodurch gleichzeitig auch eine Zentrierung des inneren Rohres in Bezug auf die Passfläche erreicht wird.For an improved sealing effect of the fitting body with respect to the mouth of the inner tube, the mating surface of the closing body may be the lateral surface of a circular cross-section recess with decreasing diameter away from the mouth. Thus, the lateral surface is located at the outer boundary of the mouth of the inner tube, whereby at the same time a centering of the inner tube is achieved with respect to the mating surface.
[0009] Um eine Voreinstellung in Bezug auf das gewünschte Ansprechen des Ventils bei Wärmeeinstrahlung zu erzielen, kann das äußere Rohr, das innere Rohr und das Wärme abschirmende Rohr je in Bezug zueinander in axialer Richtung verstellbar und, vorzugsweise mittels Flansche und wenigstens eines Verbindungsstabes, gegeneinander festlegbar sein.In order to achieve a preset in relation to the desired response of the valve when exposed to heat, the outer tube, the inner tube and the heat-shielding tube can each be adjusted relative to each other in the axial direction and, preferably by means of flanges and at least one connecting rod, be fixable against each other.
[0010] Das erfindungsgemäße Absorberrohr kann in vorteilhafter Weise entlang der Brennlinie eines Parabolspiegels bzw. einer Sammellinse angeordnet sein, wodurch der Wirkungsgrad des Absorberrohres erhöht ist.The absorber tube according to the invention can be arranged in an advantageous manner along the focal line of a parabolic mirror or a converging lens, whereby the efficiency of the absorber tube is increased.
[0011] Aus dem bereits genannten Stand der Technik ist es zwar bekannt, Absorberrohre entlang der Brennlinie eines im Querschnitt paraboiförmigen Rinnenspiegels anzuordnen, jedoch ist bei diesen bekannten Ausbildungen die erfindungsgemäße Regelung der Durchflussmenge nicht gegeben. Die Anordnung des erfindungsgemäßen Absorberrohres innerhalb des Spiegels erhöht auch die Ansprechgeschwindigkeit des Ventils, da aufgrund der Fokussierung ein rasches Erwärmen des äußeren Rohres erreicht ist.Although it is known from the aforementioned prior art to arrange absorber tubes along the focal line of a cross-sectionally parabola-shaped channel mirror, however, in these known embodiments, the inventive regulation of the flow rate is not given. The arrangement of the absorber tube according to the invention within the mirror also increases the response speed of the valve, since due to the focusing a rapid heating of the outer tube is achieved.
[0012] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Absorberrohres im geschlossenen Zustand. Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Absorberrohr bei in Betrieb befindlicher Stellung der einzelnen Teile, wobei in Fig. 3 der Endbereich, der den Ventilabschluß darstellt, im größeren Maßstab wiedergegeben ist. Fig. 4 veranschaulicht die einzelnen Teile des Absorberrohres bei sehr niedrigen Außentemperaturen, bei welcher das äußere Rohr stärker kontrahiert ist als das innere Rohr. Fig. 5 zeigt schematisch die Anbringung des Absorberrohres innerhalb einer parabolspiegelartigen Reflektorrinne.In the drawing, an embodiment of the subject invention is shown. Fig. 1 shows a longitudinal section of the absorber tube according to the invention in the closed state. Fig. 2 shows the absorber tube according to the invention in operating position of the individual parts, in Fig. 3, the end portion, which represents the valve closure, is reproduced on a larger scale. Fig. 4 illustrates the individual parts of the absorber tube at very low outside temperatures at which the outer tube is more contracted than the inner tube. Fig. 5 shows schematically the attachment of the absorber tube within a parabolic mirror-like reflector channel.
[0013] Das Absorberrohr 1 besteht aus einem inneren Rohr 2 und einem koaxial zu diesem angeordneten äußeren Rohr 3, das am Ende durch ein Passstück 4 abgeschlossen ist. Dem Passstück 4 gegenüber liegt die Mündung 5 des inneren Rohres 2, welche an der Mantelfläche 6 einer Ausnehmung 7 im Passstück 4 dichtend in Anlage bringbar ist. Das Passstück 4 ist in einer Führung 8 des äußeren Rohres 3 in axialer Richtung verschiebbar angeordnet und wird durch eine Feder 9 an Anschlägen 10 in Anlage gehalten.The absorber tube 1 consists of an inner tube 2 and a coaxially arranged on this outer tube 3, which is completed at the end by a fitting 4. The fitting 4 opposite the mouth 5 of the inner tube 2, which is sealingly engageable on the lateral surface 6 of a recess 7 in the fitting 4 in abutment. The fitting 4 is slidably disposed in a guide 8 of the outer tube 3 in the axial direction and is held by a spring 9 to stops 10 in Appendix.
[0014] In den Zwischenraum zwischen innerem Rohr 2 und äußerem Rohr 3 ist ein Wärme abschirmendes Rohr 11 eingesetzt, das mit seinem in dem Zwischenraum hineinragendem Ende durch eine Dichtung 12 gegen die Außenwandung des inneren Rohres 2 abgedichtet ist. In dem Zwischenraum zwischen der Außenwandung des wärmeabschirmenden Rohres 11 und der Innenwandung des äußeren Rohres 3 ist ein schraubenlinienförmig verlaufender Führungseinsatz 13 eingesetzt, durch welchen das Wärmeträgermedium entlang dieser Schraubenlinien 2/6 österreichisches Patentamt AT506 680B1 2010-01-15 an der Innenwandung des äußeren Rohres entlang geführt wird.In the space between the inner tube 2 and outer tube 3, a heat-shielding tube 11 is inserted, which is sealed by its projecting into the gap end by a seal 12 against the outer wall of the inner tube 2. In the intermediate space between the outer wall of the heat-shielding tube 11 and the inner wall of the outer tube 3, a helically extending guide insert 13 is inserted, through which the heat transfer medium along these helixes AT506 680B1 2010-01-15 on the inner wall of the outer tube is guided along.
[0015] Der Zwischenraum zwischen dem äußeren Rohr 3 und dem Wärme abschirmenden Rohr 11 ist durch eine Ringdichtung nach außen abgedichtet. Das gesamte Absorberrohr 1 befindet sich in einem äußeren Schutzrohr 15, das wärmedurchlässig ist und über einen Verbindungsflansch 16 am äußeren Rohr angebracht ist.The space between the outer tube 3 and the heat-shielding tube 11 is sealed by a ring seal to the outside. The entire absorber tube 1 is located in an outer protective tube 15, which is heat-permeable and is attached via a connecting flange 16 on the outer tube.
[0016] Die drei konzentrisch angeordneten Rohre, nämlich inneres Rohr 2, äußeres Rohr 3 und Wärme abschirmendes Rohr 11 sind zueinander in Axialrichtung verschiebbar angeordnet, wobei zur Festlegung der Rohre zueinander Flansche 17,18,19 vorgesehen sind, die radial von Rohren abstehend an diesen angebracht sind. Die Verbindungsflansche 17, 18, 19 sind über einen Verbindungsstab 20 gegeneinander festlegbar.The three concentrically arranged tubes, namely inner tube 2, outer tube 3 and heat-shielding tube 11 are mutually slidably disposed in the axial direction, wherein for fixing the tubes to each other flanges 17,18,19 are provided, projecting radially from tubes to these are attached. The connecting flanges 17, 18, 19 can be fixed relative to one another via a connecting rod 20.
[0017] Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist das Absorberrohr 1 in der Brennlinie eines rinnenförmigen Parabolspiegels 21 über eine Aufhängung 22 angeordnet.As can be seen from FIG. 2, the absorber tube 1 is arranged in the focal line of a channel-shaped parabolic mirror 21 via a suspension 22.
[0018] Im Ruhezustand haben die einzelnen Teile die in Fig. 1 wiedergegebene Stellung. Das bedeutet, dass die Mündung 5 des Innenrohres 2 dichtend an der Mantelfläche 7 der Ausnehmung 6 des Passstückes 4 anliegt. Beginnt nun eine Wärmestrahlung auf das Absorberrohr einzuwirken, dann dehnt sich zunächst das äußere Absorberrohr, insbesondere aufgrund des höheren Wärmedehnungskoeffizienten, aus, womit dann das Passstück 4 über die Anschläge 8 mitgenommen und von der Mündung 5 entfernt wird. Damit wird die Mündung freigegeben, so dass über die Zufuhr 2' zugeführtes Wärmeträgermedium aus dem Innenrohr 2 unter Umlenkung in das äußere Rohr 3 übertreten kann, wobei es dann entlang der Führung 13 schraubenlinienförmig zur Entnahmeöffnung 3' für das Wärmeträgermedium geführt wird. Aufgrund des Wärme abschirmenden Rohres 11 kommt das Wärmeträgermedium ohne nennenswerte Erwärmung zur Mündung 5 des inneren Rohres, wodurch ein unerwünschtes Ausdehnen des inneren Rohres verhindert wird. Weiters wird durch das Wärme abschirmende Rohr 11 auch verhindert, dass mit niedriger Temperatur einströmende Wärmeträgermedium das bereits erwärmte Medium wieder abgekühlt wird. Die Erwärmung im Zwischenraum zwischen dem Wärme abschirmenden Rohr 11 und dem äußeren Rohr 3 kann dabei so weit erfolgen, dass im Endbereich nahe der Entnahmeöffnung 3 bereits dampfförmiges Wärmeträgermedium vorliegt.At rest, the individual parts have the reproduced in Fig. 1 position. This means that the mouth 5 of the inner tube 2 bears sealingly against the lateral surface 7 of the recess 6 of the fitting 4. Now begins to act on the absorber tube heat radiation, then initially expands the outer absorber tube, in particular due to the higher thermal expansion coefficient, which then the fitting 4 is taken over the stops 8 and removed from the mouth 5. Thus, the mouth is released, so that via the supply 2 'supplied heat transfer medium from the inner tube 2 can deflect under deflection in the outer tube 3, wherein it is then guided along the guide 13 helically to the removal opening 3' for the heat transfer medium. Due to the heat-shielding tube 11, the heat transfer medium comes without significant heating to the mouth 5 of the inner tube, whereby an undesirable expansion of the inner tube is prevented. Furthermore, it is also prevented by the heat-shielding tube 11 that low-temperature inflowing heat transfer medium, the already heated medium is cooled again. The heating in the space between the heat-shielding tube 11 and the outer tube 3 can be carried out so far that in the end near the removal opening 3 already vaporous heat transfer medium is present.
[0019] Sobald die Wärmeeinstrahlung zurückgeht bzw. aufhört, nimmt das äußere Rohr 3 wieder die ursprüngliche Längenerstreckung ein, wobei der Passkörper 4 durch die Feder 9 in Anlage an die Mündung 5 des inneren Rohres 2 gehalten wird, und damit dann weiteren Durchfluss von Wärmeträgermedium verhindert.Once the heat radiation decreases or ceases, the outer tube 3 again assumes the original length extension, wherein the fitting body 4 is held by the spring 9 in contact with the mouth 5 of the inner tube 2, and thus then further flow of heat transfer medium prevented.
[0020] Wenn aufgrund äußerer Witterungsbedingungen und aufgrund des höheren Wärmedehnungskoeffizienten des äußeren Rohres 3, dieses eine Kontraktion in Bezug auf das innere Rohr 2 ausführt, dann kann aufgrund des Dehnungsausgleiches über die Feder 9 das Passstück 4 von den Anschlägen 10 abgehoben werden, womit eine stärkere Kältekontraktion des äußeren Rohres in Bezug auf das innere Rohr ausgeglichen wird.If due to external weather conditions and due to the higher thermal expansion coefficient of the outer tube 3, this performs a contraction with respect to the inner tube 2, then the fitment 4 can be lifted off the stops 10 due to the expansion compensation on the spring 9, whereby a stronger cold contraction of the outer tube is balanced with respect to the inner tube.
Patentansprüche 1. Rohrförmiges Absorberelement für Sonnenkollektoren, welches aus zumindest zwei ineinander liegenden mit gegenseitigem radialem Abstand angeordneten Rohren gebildet ist, wobei das eine Rohr die Zuleitung des frischen Wärmeträgermediums und das andere Rohr die Ableitung des erwärmten Wärmeträgermediums aufweist, wobei die Zuleitung und die Ableitung in bzw. aus dem Absorberelement benachbart angeordnet sind und an dem den Anschlüssen abgewandten Enden der Rohre das Wärmeträgermedium unter Umlenken von einem Rohr in das andere Rohr Übertritt, und wobei die beiden Rohre im Bereich des die Zuleitung bzw. die Ableitung tragenden Endes miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das, das Umlenken des Wärmeträgermediums des rohrförmigen Absorberelements bewirkende Ende als Ventil ausgebildet ist, bei welchem die Mündung (5) des inneren Rohres (2) der Ventilsitz ist und der Abschluss des äußeren Rohres (3) den Abschlusskörper (4) bildet. 3/61. Tubular absorber element for solar collectors, which is formed from at least two nested tubes arranged at a mutual radial distance, wherein the one tube, the supply of fresh heat transfer medium and the other tube has the derivative of the heated heat transfer medium, wherein the supply line and the discharge in or are arranged adjacent to the absorber element and at the ends of the tubes facing away from the terminals, the heat transfer medium by deflecting from one tube into the other tube, and wherein the two tubes are connected to each other in the region of the end carrying the supply line or the discharge, characterized in that the deflecting of the heat transfer medium of the tubular absorber element causing the end is formed as a valve, wherein the mouth (5) of the inner tube (2) is the valve seat and the completion of the outer tube (3) the closing body (4) forms. 3.6
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM01 | Lapse because of not paying annual fees |
Effective date: 20130430 |