CH637201A5

CH637201A5 - System for generating hot water by means of solar power

Info

Publication number: CH637201A5
Application number: CH1054178A
Authority: CH
Inventors: Friedrich Dipl Ing Hochleitner
Original assignee: Hochleitner Friedrich
Priority date: 1977-10-12
Filing date: 1978-10-11
Publication date: 1983-07-15
Also published as: ATA728377A; FR2406167A1; DE2844256A1; AT365766B

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Warmwassererzeugung durch Sonnenenergie gemäss dem Oberbegriff des Patentan- 40 spruches 1. The invention relates to a system for hot water generation by solar energy according to the preamble of claim 40.

Da bekannte derartige Anlagen durch die hohen Wärmedifferenzen, die in den zwischen den Verteiler- und Sammlerrohren angeordneten Röhren entstehen, sehr grossen Wärmedehnungen unterliegen, können sie, um Beschädigungen ausschliessen zu können, nur mit relativ geringen Abmessungen hergestellt werden. Es ist dabei zu berücksichtigen, dass im Jahresablauf Temperaturdifferenzen im Wert bis zu 150° C eintreten können, welcher Wert sich aus Temperaturen im Winter bis zu —30° C und eingestrahlter Sonnenwärme im Sommer bis zu 120° C ergibt. Since known systems of this type are subject to very large thermal expansions due to the high heat differences which arise in the tubes arranged between the distributor and collector tubes, in order to be able to rule out damage, they can only be produced with relatively small dimensions. It must be taken into account that temperature differences of up to 150 ° C can occur in the course of the year, which value results from temperatures in winter down to -30 ° C and solar radiation in summer up to 120 ° C.

Aus der US-PS 3 339 629 ist eine Anlage bekannt geworden, bei der die zwischen den Sammlerrohren vorgesehenen Kollektorrohre mit U-förmig gekrümmten Umkehrbögen ausgebildet sind. Hierdurch können die Kollektorrohre beliebig grosse Ausmasse aufweisen, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung der 55 Anlage infolge von Wärmedehnungen besteht. Bei dieser bekannten Anlage sind jedoch keine Massnahmen getroffen, A system has become known from US Pat. No. 3,339,629 in which the collector tubes provided between the collector tubes are designed with U-shaped curved bends. As a result, the collector tubes can have dimensions of any size without there being any risk of damage to the system as a result of thermal expansion. However, no measures have been taken in this known system,

durch die ein optimaler Wärmeübergang von den die Wärme aufnehmenden Platten auf die Kollektorrohre gewährleistet wird. which ensures optimal heat transfer from the heat-absorbing plates to the collector tubes.

Durch die Erfindung soll somit die Aufgabe gelöst werden, The object of the invention is thus to be achieved

einen optimalen Wärmeübergang von den Platten auf die Kollektorrohre zu ermöglichen. to enable optimal heat transfer from the plates to the collector tubes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Merkmale gelöst. Für den Fall, dass auch die Platten Wärmedehnungen unterliegen, können also auch diese so befestigt sein, dass Verschiebungen möglich sind. This object is achieved according to the invention by the features mentioned in the characterizing part of patent claim 1. In the event that the plates are also subject to thermal expansion, they can also be attached so that displacements are possible.

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Vorzugsweise sind die Kollektorrohre mit den Platten in an sich bekannterWeise, z. B. mittels einer Wärmeleitpaste, gut wärmeleitend verbunden. Preferably, the collector tubes with the plates are in a manner known per se, e.g. B. connected by means of a thermal paste, good thermal conductivity.

Sofern die Kollektorrohre an die Verteilerrohre und bzw. oder die Sammlerrohre unter Zwischenlage von Reduzier- und bzw. oder Absperrventilen angeschlossen sind, ist es mölglich, einzelne der Kollektorrohre für Wartungs- und Reparaturzwecke abzuschalten, ohne dass hierdurch die Anlage stillgesetzt zu werden braucht. Zudem kann hierdurch der Durchflusswiderstand in den einzelnen Kollektorrohren so beeinflusst werden, dass in allen Kollektorrohren gleiche Durchflusswiderstände auftreten. If the collector pipes are connected to the distributor pipes and / or the collector pipes with the interposition of reducing and / or shut-off valves, it is possible to switch off some of the collector pipes for maintenance and repair purposes without having to shut down the system. In addition, the flow resistance in the individual collector tubes can be influenced in such a way that the same flow resistances occur in all collector tubes.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die einander zugeordneten Verteilerrohre und Sammlerrohre am oberen Ende der in einer zur Horiozontalen schrägen Fläche montierten U-förmig gekrümmten Kollektorrohre angeordnet. Hierdurch werden Lufteinschlüsse, die eine Wasserzirkulation be- oder verhindern können, ausgeschlossen. According to a preferred exemplary embodiment, the mutually assigned distributor pipes and collector pipes are arranged at the upper end of the U-shaped collector pipes which are mounted in a surface which is inclined to the horizontal. This excludes air pockets that can hinder or prevent water circulation.

Eine Anlage gemäss der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. A system according to the invention is explained below with reference to an embodiment shown in the drawing.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch eine mit einer erfindungs-gemässen Anlage versehene Dachfläche; 1 shows a vertical section through a roof surface provided with a system according to the invention;

Fig. 2 die Anordnung der Rohre in perspektivischer Darstellung; Figure 2 shows the arrangement of the tubes in perspective.

Fig. 3 die Befestigung der Rohre in perspektivischer Darstellung, und Fig. 3 shows the attachment of the tubes in perspective, and

Fig. 4 ein Leitungsschema einer erfindungsgemässen Anlage. Fig. 4 is a wiring diagram of a system according to the invention.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist auf Dachsparren 1 eines Daches eine Bretterverschalung2, die mit Teerpappe 3 als Dampfsperre bzw. zweite Dachhaut belegt ist, befestigt. Darauf liegen eine sogenannte Konterlattung4 sowie eine Dachlattung 5. Auf der Dachlattung 5 sind Platten 7 aus Kupferblech, Aluminiumblech od. dgl. befestigt, die eine schwarze oder dgl. Oberfläche besitzen, die Wärmestrahlung aufnimmt. Hierfür können auch eloxierte oder z.B. mit Pulver beschichtete Aluminiumplatten herangezogen werden. As can be seen from FIG. 1, a board cladding 2, which is covered with tar cardboard 3 as a vapor barrier or second roof skin, is fastened to rafters 1 of a roof. There is a so-called counter battens 4 and roof battens 5. On the roof battens 5, plates 7 made of copper sheet, aluminum sheet or the like are fastened, which have a black or the like surface that absorbs heat radiation. Anodized or e.g. aluminum plates coated with powder can be used.

Diese Platten 7 können z. B. in Grössen von etwa 1 m x 2 m verwendet werden. Sie sind auf der Dachlattung 5 so befestigt, dass sie begrenzte Verschiebungen, wie sie durch Wärmedehnungen entstehen, ausführen können. Dies wird z. B. durch Anordnung von Langschlitzen 6 (siehe Fig. 3), welche von Befestigungsschrauben 6' durchsetzt sind, ermöglicht. Zwischen den Stosskanten der Platten 7 sind entsprechende Abstände eingehalten, um deren Bewegungen nicht zu behindern. Die Platten 7 können auch an ihren Rändern sich überlappend ausgebildet sein. Zwischen der Teerpappe 3 und den Platten 7 ist eine Wärmedämmschicht 5' vorgesehen. These plates 7 can, for. B. used in sizes of about 1 m x 2 m. They are attached to the roof battens 5 in such a way that they can carry out limited displacements such as those caused by thermal expansion. This is e.g. B. by arranging long slots 6 (see Fig. 3), which are penetrated by fastening screws 6 '. Appropriate distances are maintained between the abutting edges of the plates 7 so as not to impede their movements. The plates 7 can also be designed to overlap at their edges. A heat insulation layer 5 'is provided between the tar board 3 and the plates 7.

Auf den Platten 7 sind U-förmig gebogene, die Wärme von den Platten 7 aufnehmende Rohre 8 befestigt , die zwischen Verteilerund Sammlerrohren 14,15 verlaufen. Die Rohre 8, die z. B. als Vierkantkupferrohre ausgebildet sind, sind an den Platten 7 mit Hilfe von metallischen Bügeln 9 befestigt, durch die sie gegen die Platten 7 gedrückt werden, wobei zwar ein gut wärmeleitender Kontakt gewährleistet ist, j edoch die Längsbewegung der Rohre 8 nicht behindert wird. Zwischen den Rohren 8 und den Platten 7 ist zweckmässigerweise eine Wärmeleitpaste, z. B. eine Silikonpaste, vorgesehen. Die Befestigungsbügel 9 weisen einen nach innen ausgebogenen Teil 10 auf, der sich an die Rohre 8 federnd anlegt und diese an die Platten 7 andrückt. Die Bügel 9 können an den Platten 7 durch Verschraubung befestigt sein. Der Vorteil der Verschraubung liegt in der Lösbarkeit dieser Befestigung. On the plates 7 are bent U-shaped tubes 8 which absorb heat from the plates 7 and which run between the distributor and collector tubes 14, 15. The tubes 8, the z. B. are formed as square copper tubes are attached to the plates 7 with the help of metal brackets 9, by which they are pressed against the plates 7, although a good heat-conducting contact is guaranteed, but the longitudinal movement of the tubes 8 is not hindered. Between the tubes 8 and the plates 7 is a thermal paste, z. B. a silicone paste provided. The mounting brackets 9 have an inwardly bent part 10, which rests against the pipes 8 and presses them against the plates 7. The bracket 9 can be attached to the plates 7 by screwing. The advantage of the screw connection is that it can be removed.

Oberhalb des Rohrsystems ist die eigentliche Dachdeckung 11 angebracht, die z. B. aus Wellplatten aus Asbestzement bestehen kann. Zweckmässigerweise ist sie lichtdurchlässig. Sie kann hierfür aus Polyesterplatten bzw. anderen Kunstglasplatten oder auch aus normalen Glasplatten gefertigt sein. Above the pipe system, the actual roof covering 11 is attached, which, for. B. may consist of corrugated sheets of asbestos cement. It is expediently translucent. For this purpose, it can be made from polyester plates or other synthetic glass plates or from normal glass plates.

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Wie erwähnt wurde, sind die auf den Blechen 7 montierten Rohre 8 U-förmig ausgebildet. Die Enden der Schenkel schlies-sen an die Verteilerrohre 14 bzw. die Sammlerrohre 15 an. Da die Kollektorrohre U-förmig sind und beide Schenkel der Rohre an nebeneinanderliegende Sammler- bzw. Verteilerrohre anschlies-sen, bewirkt die Wärmedehnung nur eine Verlängerung dieser Rohre, wodurch keine Spannungen infolge von Wärmedehnungen auftreten. Insbesondere können sich die Rohre 8, z. B. infolge von Schattenbildungen durch einen Rauchfang, unterschiedlich denen, ohne hierdurch Nachteile zu bewirken. As has been mentioned, the tubes 8 mounted on the metal sheets 7 are U-shaped. The ends of the legs connect to the distributor pipes 14 or the collector pipes 15. Since the collector tubes are U-shaped and both legs of the tubes connect to adjacent collector or distributor tubes, the thermal expansion only extends these tubes, which means that no stresses occur as a result of thermal expansion. In particular, the tubes 8, z. B. due to the formation of shadows through a chimney, different from those without causing disadvantages.

Der Zufluss zu den Verteilerrohren 14 erfolgt auf der einen Seite und der Abfluss von den Sammlerrohren 15 auf der anderen Seite. Wenn demgegenüber die Zu- und Abflussrohre auf der gleichen Seite lägen, wäre der Durchflusswiderstand durch die einzelnen Rohre verschieden gross. Durch das wechselseitige Zu- und Abfliessen bleibt somit der Widerstand in jedem Rohrzweig gleich. The inflow to the distributor pipes 14 takes place on one side and the outflow from the collector pipes 15 on the other side. In contrast, if the inlet and outlet pipes were on the same side, the flow resistance through the individual pipes would be different. Due to the alternating inflow and outflow, the resistance in each pipe branch remains the same.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, bilden die Verteiler- und Sammlerrohre ein in sich geschlossenes Umlaufsystem, in dem eine Pumpe 16 und ein Wärmetauscher 17, der sich in einem Wasserbehälter 18 befindet, dessen Inhalt erhitzt wird, vorgesehen wird. As can be seen from FIG. 4, the distributor and collector pipes form a self-contained circulation system in which a pump 16 and a heat exchanger 17, which is located in a water tank 18, the contents of which are heated, are provided.

Da infolge der verschiedenen Dachformen vielfach nicht alle Rohre 8 gleich lang ausgeführt werden können, können die Durchflusswiderstände in den einzelnen U-Bögen verschieden gross sein. Um dies zu vermeiden und um eine gleichmässige Since, due to the different roof shapes, it is often not possible for all pipes 8 to be of the same length, the flow resistances in the individual U-bends can be of different sizes. To avoid this and to ensure an even

Durchflussgeschwindigkeit und Erwärmung zu erreichen, werden zweckmässigerweise an den Anschlussstellen Reduzier- und bzw. oder Absperrventile 19 angebracht. Durch Änderung der Durchflussquerschnitte kann hierbei der Durchflusswiderstand 5 nach Bedarf geändert werden. Diese Absperrungen können auch dazu herangezogen werden, einzelne leckgewordene Rohre abzuschalten, ohne dass der restliche Teil der Anlage in seiner Funktion behindert wird. To achieve flow rate and heating, reducing and / or shut-off valves 19 are expediently attached to the connection points. By changing the flow cross-sections, the flow resistance 5 can be changed as required. These barriers can also be used to switch off individual pipes that have leaked, without impairing the function of the rest of the system.

Da in einer erfindungsgemässen Anlage Spannungen weitge-io hend vermieden werden, kann diese in einer beliebigen Grösse unterthalb der Dachhaut montiert werden. Hierdurch ist sie gegenüber der Witterung geschützt. Since tensions are largely avoided in a system according to the invention, it can be installed in any size below the roof skin. This protects it from the weather.

Um zu gewährleisten, dass die Rohre 8 an die Platten 7 gut anliegen und so ein optimaler Wärmeübergang von den Platten 7 15 auf die Rohre 8 erzielt wird, sind die Rohre 8 an der an die Platten In order to ensure that the tubes 8 lie well against the plates 7 and thus an optimal heat transfer from the plates 7 15 to the tubes 8 is achieved, the tubes 8 are against the plates

7 anliegenden Seite ebenflächig ausgebildet. Die Rohre 8 können dabei einen rechteckigen oder einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Die Rohre 8 können aber auch im Bereich, in dem sie an den Platten 7 anliegen, ein den Auflageflächen der 7 adjacent side formed flat. The tubes 8 can have a rectangular or a semicircular cross section. The tubes 8 can also in the area in which they rest on the plates 7, the contact surfaces of the

20 Platten 7 gegengleiches Profil aufweisen. 20 plates 7 have the same profile.

Da die Verteilerrohre 14,15 gegenüber den Kollektorrohren 8 an höchster Stelle angeordnet sind, steigt in den Kollektorrohren! Since the distributor pipes 14, 15 are arranged at the highest point relative to the collector pipes 8, the collector pipes rise!

8 befindliche Luft in die Sammlerrohre auf und wird hierdurch eine Behinderung der Strömung in den Kollektorrohren infolge 8 located air in the collector tubes and is thereby a hindrance to the flow in the collector tubes as a result

25 Lufteinschlüssen ausgeschlossen. 25 air pockets excluded.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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PATENT CLAIMS

1. Plant for the production of hot water by solar energy, in which plant the radiated heat from thermally conductive,

plates made of metal are taken up and discharged via the collector plates held by the 5 plates and filled with a heat transfer medium, which together with distributor pipes and collector pipes as well as with a pump and a heat exchanger form a closed circulation system,

characterized in that the collector pipes (8) provided between the distributor pipes 10 (14) and the collector pipes (15) lying approximately parallel next to one another are designed with an approximately U-shaped reversing curve that the collector pipes (8) are on their plates ( 7) facing sides have 15 profiles adapted to the bearing surfaces of the plates and that the collector tubes (8) are spring-supported by the plates (7) in order to enable the collector tubes (8) to be displaced relative to the plates (7).

2. Plant according to claim 1, characterized in that the plates (7) are fastened to the supporting structure in such a way that they are displaceable 20 relative to the latter due to thermal expansion.

3. Installation according to one of claims 1 and 2, characterized in that the collector tubes (8) are held by the plates (7) by resilient brackets (9).

4. Plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the collector tubes (8) with the plates (7) are thermally connected.

5. Plant according to one of claims 1 to 4, characterized in that the collector pipes (8) to the distributor pipes (14) and / or the collector pipes (15) with the involvement of reducing and / or shut-off valves (19) connected are.

6. Installation according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mutually assigned distributor pipes (14) and collector pipes (15) are arranged at the upper end of the 35-collector pipes (8), which are mounted in a U-shaped manner and are inclined to the horizontal .

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