DE10047823B4

DE10047823B4 - Absorber für Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE10047823B4
Application number: DE10047823A
Authority: DE
Inventors: Jörg Hasenmaier
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: DE10047823A1

Abstract

Absorber für geneigt zu einer Horizontalebene angeordnete Sonnenkollektoren mit einer Vielzahl von im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten und/oder mäanderförmig angeordneten Verteilrohren zur Führung eines flüssigen Wärmeträgers, sowie mit Sammelleitungen zum Verbinden der Verteilerkanäle mit Zu- und/oder Ablaufanschlüssen, wobei alle Verteilrohre und Sammelleitungen (3, 3', 7; 1, 8, 9) in der Einbauorientierung des Absorbers nach unten geneigt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein an die seitliche Sammelleitung (7, 10) anschließender Abschnitt der oberen Sammelleitung (9) bzw. des oberen Verteilrohrs (3'') einen, eine erhöhte Durchflussgeschwindigkeit bewirkenden, verringerten Querschnitt vor dem höchsten Punkt (6) des Absorbers aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Absorber für geneigt zu einer Horizontalebene angeordnete Sonnenkollektoren mit einer Vielzahl von im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Verteilrohren zur Führung eines flüssigen Wärmeträgers, sowie mit Sammelleitungen zum Verbinden der Verteilkanäle mit Zu- und/oder Ablaufanschlüssen.

Bei leistungsfähigen Kollektoren wie sie in Mitteleuropa eingesetzt werden, sind die Absorber generell so aufgebaut, dass auf einem selektiv beschichteten Kupferblech Verteilrohre (Registerrohre) aufgeschweißt bzw. aufgelötet sind.

Unabhängig davon wie die Rohrführung und damit die Fluidführung im Kollektor im Einzelnen ausgebildet ist, wird als Wärmeträgermedium im Kollektorkreis üblicherweise ein Wasser-Glykol-Gemisch mit einem Druck von ca. 3 bis 6 bar eingesetzt. An der höchsten Stelle des Absorbers bzw. der angeschlossenen Rohrleitungen befindet sich ein Entlüftungsventil. Über dieses Ventil kann das System, d.h. Absorber, Rohrleitungen und Wärmetauscher, entlüftet werden. Bei Ausgasen des Wärmeträgers bzw. nicht vollständiger Entlüftung bei Inbetriebnahme muss dieser Vorgang oft mehrmals wiederholt werden.

Wird bei einer hohen Einstrahlung im Sommer (z.B. während der Urlaubszeit) keine Wärme aus dem System entnommen, erreicht der Absorber Temperaturen bis 200°C. Das Wärmeträgermedium bzw. Dampf-Gemisch wird in die Rohrleitungen gedrückt. Dadurch werden die Rohrleitungen und die umschließende Wärmedämmung thermisch stark belastet und es kann zur Kristallisation von Bestandteilen bzw. starke Alterung des Wärmetauschermediums kommen. Daher wird von den Herstellern der Wärmeträgermedien eine Überprüfung im Abstand von 2 Jahren vorgeschrieben.

Vor diesem Hintergrund wurde die sogenannte Drainback-Technik entwickelt. Bei dieser Technik wird der Kollektorkreis über die Solarkreispumpe befüllt, wenn der Kollektor Wärme liefern kann. Schaltet die Pumpe ab, wird der gesamte Kollektorkreis entleert. D.h., der Absorber wird nur im Betrieb durchströmt, im Stillstand läuft das Wärmeträgermedium aus dem Kollektor heraus. Durch diese Technik kann als Wärmeträgermedium reines Wasser eingesetzt werden, wenn sichergestellt ist, dass das Wasser vollständig aus dem Absorber und den im Frostbereich verlegten Rohrleitungen läuft.

Diese Technik wird in den Niederlanden, den USA und teilweise auch in Deutschland eingesetzt. In den am Markt befindlichen Anlagen werden Standardkollektoren in der zuvor beschriebenen Bauweise eingesetzt. D.h., die Kollektoren müssen so montiert werden, dass aus den waagrechten Sammelrohren das Wasser herausläuft. Bei Montagefehlern kann es zu Frostschäden kommen. Bekannt ist bereits ein Absorber, bei dem die im Wesentlichen vertikal verlaufenden Verteilrohre unten und oben durch geneigte Sammelleitungen verbunden sind, wobei die untere Sammelleitung an ihrem unteren Ende mit einem Zulaufanschluss und die obere Sammelleitung an ihrem oberen Ende mit einem Ablaufanschluss verbunden sind. Dabei ergibt sich aber das Problem, dass sich im höchsten Punkt des Rohrleitungssystems Luft oder andere Gase als Blase sammeln, was zu einem Abreißen der Strömung führen kann.

Aus der Offenlegungsschrift DE 28 13 411 A1 ist ein Sonnenkollektor bekannt, der mindestens einen mit mindestens einem Kanal versehenen Wärmetauscher enthält und einen Gassammelbehälter aus dem ein Luft/Gasgemisch durch die damit gewählte Anordnung nach dem Prinzip der Wasserstrahlpumpe abgesaugt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Absorber der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass problemlos und ohne die Gefahr eines Einfrierens im Winter ein Betrieb der Sonnenkollektoranlage mit reinem Wasser möglich ist, wobei Zulauf und Ablauf jeweils unten angeordnet sind.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Absorber mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit werden etwaige an dieser Stelle ankommende Gasbläschen verstärkt mitgerissen, so dass ein Zusammenwachsen zu einer in Rohrquerschnitt ausfüllenden Gasblase überhaupt nicht mehr möglich ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung sollen die zur Horizontalen leicht geneigten Verteilrohre eine zusammenhängende Mäanderschlange bilden, deren unteres Ende mit einem Wasserzulauf und dessen oberes Ende, vorzugsweise über eine seitliche Sammelleitung mit einem unten liegenden Wasserablauf verbunden sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Absorbers mit mäanderförmiger Führung der Verteilrohre, und
2 einen erfindungsgemäßen Absorber mit zueinander parallelen von oben nach unten verlaufenden Verteilrohren.
Bei dem Kollektor mit mäanderförmiger Ausbildung der Verteilrohre nach 1 – wobei der übliche Aufnahmekasten mit der Trägerplatte für die Rohrleitungen im Einzelnen nicht dargestellt ist – sind die durch gerundete Abschnitte 2 miteinander verbundenen Rohrleitungsabschnitte 3 jeweils entgegengesetzt zueinander leicht geneigt zu einer Horizontalen angeordnet, so dass der flüssige Wärmeträger im Bedarfsfall vollständig und allein aufgrund der Schwerkraft über den Zulaufabschluss 4 bzw. den Ablaufanschluss 5 ablaufen kann. Dies verhindert sowohl ein Vergasen bei der sogenannten Drainback-Technik als auch ein Stehenbleiben der Flüssigkeit im Winter und damit eines Einfrierens der Rohrleitungen. Ein solcher Absorber kann daher problemlos einfach mit Wasser betrieben werden und benötigt kein Wasser-Glykol-Gemisch, das sowohl teuer ist als auch zu Funktionsstörungen neigt, wie sie eingangs bereits angesprochen worden sind.
Vor dem höchsten Punkt 6 des Verteilrohrs, also im Übergangsbereich zwischen dem oberen Verteilrohr 3' und einer im Seitenbereich der Mäanderschlange nach unten führenden Sammelleitung 7 zur Verbindung des oberen Verteilrohrs 3' mit dem Wasserablauf 5 ist der Rohrleitungsabschnitt 3a und die gesamte Sammelleitung 7 mit einem eine erhöhte Durchflussgeschwindigkeit bewirkenden verringerten Querschnitt versehen. Durch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit wird verhindert, dass sich Luftblasen am höchsten Punkt 6 des Rohrleitungssystems absetzen und dort eine zusammenhängende den Rohrquerschnitt ausfüllende Gasblase bilden, was zu einem Abreißen der Strömung führen würde.
Die 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Absorbers, wobei auch hier wiederum im Wesentlichen nur die Rohrleitungsführung dargestellt ist. Dabei sind die parallel zueinander verlaufenden Verteilrohre (Registerrohre) 1 von oben nach unten verlaufend angeordnet und durch zur Horizontalen geneigte Sammelleitungen 8 und 9 miteinander verbunden. Der tiefste Punkt der unteren Sammelleitung ist mit dem Wasserzulauf 4 verbunden, während der höchste Punkt der Sammelleitung 9 über ein seitlich neben den Verteilrohren 1 angeordnete Sammelleitung 10 mit dem Wasserablauf 5 verbunden ist. Auch in diesem Fall ist wiederum eine Querschnittsverringerung der Sammelleitungen 9 im Bereich 9a und 10 über die gesamte Länge bis zum Ablaufanschluss 5 vorgesehen, um durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit Gasblasen sofort mitzureißen, ohne dass sie einen Strömungsabriss bewirken können.