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Die
Erfindung betrifft die Ausgestaltung eines Röhrenkollektors für eine thermische
Solaranlage.
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Röhrenkollektoren
werden regelmäßig dafür eingesetzt,
um Sonnenenergie zur Erwärmung
eines Wärmeträgermediums
zu nutzen. So wird beispielsweise in den Schriften
DE 298 08 532 U1 und
DE 10 2004 020 850
A1 vorgeschlagen, das Wärmeträgermedium
direkt mit den die Lichtenergie absorbierenden Bauteilen in Kontakt
zu bringen. Damit ist ein geschlossenes System vorhanden, das bei
Undichtheiten zu einem Totalverlust des Wärmeträgermediums führt. Deshalb
wird der dem Wärmegewinn
dienende Kreislauf auch unterteilt, wie das in der Schrift
US 4,523,578 beschrieben
ist. Hier weist die Röhre
eines Röhrenkollektors
ein Einschubteil auf, sodass ein mit Wärmeträgermedium gefüllter geschlossener
Körper entsteht,
von dessen freiem Kopfteil die entstandene Nutzwärme abgeleitet wird. Hier lässt sich
bei einem Defekt die komplette Röhre
als ein einzelnes Bauteil auswechseln. Unter Hinweis auf die Konstruktion
der Röhre
an sich sind Wärmeverluste
vorhanden, die aus der einfachen unisolierten Bauweise entstehen.
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Nach
der Schrift
US 4,262,658 ist
vorgesehen, durch eine zentrale Schraube und über eine mehrteilige Kappe
die Doppelröhre
eines Röhrenkollektors
zu spannen. Die Doppelröhre
ist in den Kreis des Wärmeträgermediums
eingebunden und wird ständig
von diesem durchströmt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, einen Röhrenkollektor vorzuschlagen,
der bei hohem Wirkungsgrad der Absorption eine Kontrolle der sicheren Funktion
und im Reparaturfall einen günstigen
Wechsel einzelner defekter Bauteile ermöglicht. Die Aufgabe wird gelöst durch
eine Ausgestaltung eines Röhrenkollektors
gemäß Anspruch
1.
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Damit
ein Defekt der beschriebenen Doppelröhre, die auch unter dem Begriff „Sydneyröhre" bekannt ist, erkannt
wird, ist die äußere der
beiden Röhren
mindestens im unteren Teil innen mit einem Material belegt, das
bei Luftzutritt oxidiert und bei dem durch die Oxidation ein Farbumschlag
eintritt. Vorzugsweise ist dieses Material Silber.
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Jede
der Doppelröhren
ist im oberen Teil durch den Sammelkasten gehalten. Die am unteren Ende
jeder Doppelröhre
als Bestandteil einer dort angeordneten Schelle vorhandene einschraubbare Kappe
weist zum Zweck der optischen Kontrolle der äußeren Glasröhre Ausnehmungen auf, um einen eventuell
eingetretenen Farbumschlag, der auf eine Undichtheit hindeutet,
wahrnehmen zu können.
Diese Ausnehmungen sind zweckmäßigerweise
größer als
eine mögliche
Abtropfgröße ausgeführt. Durch diese
Ausnehmungen tritt ein Sammeln von an den Röhren herablaufenden Wassers,
z. B. bei Niederschlägen,
nicht ein und eventuell in ungünstigen
Breitengraden nichtauszuschließende
Frostschäden werden
vermieden. Durch die einschraubbare Kappe ist ebenfalls ein Längenausgleich
bei geringfügigen Längendifferenzen
der Doppelröhren
möglich.
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Zum
Zweck der Halterung der einzelnen Doppelröhren weist eine als Fußhalteleiste
bezeichnete Quertraverse Ausnehmungen auf, in die die Schellen mit
ihren Füßen eingeklipst
sind. Aus diesen Gründen
weist jeder Fuß 2
L-förmig
ausgebildete Füße auf,
die jeweils paarweise seitenverkehrt zueinandergewandt ausgebildet
sind, sodass diese zum Zweck des Einklipsens in die Fußhalteleiste
zusammen- oder auseinandergedrückt
werden müssen.
Die Klemmbreite der L-förmigen
Ausbildung ist deshalb größer als
jede freie Aussparung der Fußhalteleiste ausgeführt. Als
Widerlager fungiert zweckmäßigerweise
der die Doppelröhre
umfassende Teil jeder Schelle, soweit er der Fußhalteleiste zugewandt ist. Es
ist ebenso möglich
in diesem Bereich auf der Aussenseite der Schelle einen Anlagesteg
auszubilden. Des weiteren kann der Anlagesteg eine weitere in eine
Ausnehmung der Fußhalteleiste
eingreifende Erhebung aufweisen, sodass in axialer Richtung der Doppelröhre wirkende
Kräfte
nicht über
die L-förmigen
Ausbildungen in die Fußhalteleiste
eingetragen werden.
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Der
geschlossene Körper
besteht aus Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit.
Vorzugsweise ist hier Kupfer verwendet. Als Wärmeträgermedium ist ein Teil des
geschlossenen Körpers
mit einem verdampfungsfähigen
und bei Abkühlung
kondensierenden Medium befüllt.
Vorzugsweise ist das Wasser. Dieses kondensiert in der an deren
oberen Ende im Sammelkasten ausgebildeten Erweiterung des geschlossenen
Körpers
nach Abgabe der Wärme
bei Abkühlung. Das
Kondensat läuft
der Schwerkraft folgend wieder in den unteren Teil des geschlossenen
Körpers,
sodass es für
neuen Wärmetransport
in die Erweiterung hinein wieder zur Verfügung steht.
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Jede
Doppelröhre
ist mit einer den gewölbten
Rand der Doppelröhre
abdeckenden und mit einem zylindrischen Teil in die Doppelröhre hineinreichenden
und auf der äußeren Fläche mit
einer Labyrinthdichtung versehenen Dichtungsteil im Sinne einer
Abdeckung verschlossen. Des weiteren ist ein zweiter kappenartig
ausgebildeter flexibler Dichtungsteil vorhanden, der die Doppelröhre sowie
die Abdeckung außen
umfassend und diese gegenüber der
Anlagefläche
im Sammelkasten flexibel abstützend
ausgebildet ist. Zum Zweck der kraftschlüssigen Verteilung eingeleiteter
relativ hoher Kräfte
ist zwischen beiden Teilen befindlich eine diese Kraft verteilende
Scheibe eingelegt, die vorzugsweise metallisch und topfartig ausgebildet
sein kann.
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Alle
Teile weisen den geschlossenen Körper mittig
führend
Aussparungen auf. Dieser ist vorzugsweise rohrförmig ausgeführt.
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Damit
dieser sich nicht unzulässigerweise
in die innere Glasröhre
hinein verschieben kann, ist ein den geschlossenen Körper abstützender
Distanzring vorhanden, der sich zum einen an der am oberen Ende
im Sammelkasten ausgebildeten Erweiterung und auf der metallischen
Scheibe abstützt.
Der innere lichte Durchmesser des kappenartig ausgebildeten flexiblen
Dichtungsteils ist dem äußeren Durchmesser
des Distanzringes angepasst, da dieser durch den kappenartig ausgebildeten
flexiblen Dichtungsteil hindurchführend ausgebildet ist. Damit
erfolgt nicht nur eine thermische Deckelung der Doppelröhren, sondern
ebenso ein Abbau von Wärmespannungen.
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Im
Sammelkasten sind für
jeden der geschlossenen Körper
Einschubelemente vorhanden, die nach oben zur freien Atmosphäre hin offen
gestaltet sind, damit sich jeder geschlossene Körper ohne Aufbau einer das
Einführen
verhindernden Luftblase in diese einschieben lässt. Über die kappenartige flexible
Dichtung erfolgt eine Fixierung der Doppelröhre in einer entsprechend gestalteten
Aussparung im Sammelkasten.
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Jedes
der im Sammelkasten ausgebildeten Einschubelemente für den geschlossenen
Körper
ist auf der dem geschlossenen Körper
zugewandten Fläche
und vor deren Einschieben mit einem wärmeleitenden antikorrosiv wirkenden
Trennmittel versehen.
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Damit
sich der Röhrenkollektor
bei einer Aufdachbefestigung der den Tragrahmen bildenden Komponenten
schnell befestigen lässt,
weist dieser in Richtung der Schwerkraft wirkend nach unten offene
krallenartige Ausbildungen zum Einhängen auf. Der Röhrenkollektor
in seiner Gesamtheit besitzt, bezogen auf die entstehenden statischen
Kräfte,
oben quer den Sammelkasten als verbindendes Element der einzelnen
Doppleröhren
und unten quer eine Fußhalteleiste
auf, in die die Halteschellen eingeklipst sind. Damit ist der gesamte
Röhrenkollektor nicht
nur als komplexes statisches selbsttragendes System ausgeführt, vielmehr
hat er dadurch im Vergleich zu anderen Konstruktionen deutlich an
Gewicht verloren und ist leichter geworden.
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Die
Verbindung zwischen Sammelkasten und Fußhalteleiste erfolgt durch
Profile, in die die nach unten offenen krallenartigen Ausbildungen
in dort vorhandene Aussparungen eingehangen werden. Diese Profile
sind erfindungsgemäß vorzugsweise
sogenannte C-Schienen, die ebenso vorzugsweise mit ihrer offenen
Seite zur tragenden Fläche hin
montiert sind, damit über
eine lösbare
Klemmverbindung eine Anpassung an die auf der Montagefläche vorhandenen
Befestigungspunkte erfolgen kann. Zum Einschub der krallenartigen
Aussparungen sind die bereits erwähnten Aussparungen in einer
der geschlossenen Seiten eingebracht.
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Die
im Sammelkasten angeordneten Einschubelemente sind durch eine für das zur
Wärmefortleitung
nötigen
Wärmeträgermediums
führenden Rohrleitung
und aus dem Sammelkasten heraus- beziehungsweise hineinführend miteinander
verbunden. Insoweit stellt diese Ausbildung ein autarkes System
dar. Mindestens eines der Einschubelemente weist vorzugsweise seitlich
angeordnet eine Befestigungsmöglichkeit
für eine
Temperaturmesseinrichtung auf, damit hierüber ebenfalls aus der Distanz heraus
eine Überwachung
möglich
ist. Zum Erreichen einer guten Isolation sind alle wärmeführenden Bauteile
im Sammelkasten mittels eines Mineralwollpressteiles abgedeckt.
Aus Zweckmäßigkeitsgründen bei
der Montage ist dieses Mineralwollepressteil in Längsrichtung
zweigeteilt ausgeführt.
Zwischen Mineralwollepressteil und umfassendem Sammelkasten vorhandene
Freiräume
sind mit einem nichtschmelzendem Isolierstoff ausgeschäumt, sodass zusätzlich Grenzflächen vorhanden
sind, die eine Wärmeableitung
verhindern.
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Die
vorgeschlagene Konstruktion für
einen Solarkollektor weist einen hohen Vorfertigungsgrad auf. Sie
ist leicht auf ihren Betriebszustand hin kontrollierbar und kann
im Defektfall schnell repariert werden, da eine Aufteilung des Wärmeträgermediums
in mehrere in sich geschlossene Kreise Vorteile schafft. Wärmegewinnung
und -weiterleitung sind mit hoher Effizienz gestaltet. Ebenso sind,
bezogen auf die Baulänge
der Doppelröhren,
ohne weitere konstruktive Änderungen
Variationen der Länge
mög lich.
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Die
Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben
werden. In der zugehörigen
Zeichnung zeigt
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1 den
Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgestaltete
mit dem Sammelkasten komplettierte Doppelröhre,
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2 eine
Schelle mit einschraubbarer Kappe in der Seitenansicht,
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3 den
Schnitt durch eine Schelle mit einschraubbarer Kappe,
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4 den
Schnitt durch eine Dichtung,
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5 den
Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Sammelkasten,
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6 eine
Schelle in einer Variante mit Anlagesteg und Erhebung in der Seiten-
und in der Queransicht sowie in
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7 eine
Fußhalteleiste
für den
Gebrauch einer Schelle nach 6.
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Ein
Röhrenkollektor
für eine
thermische Solaranlage besteht aus einer Vielzahl von parallel zueinander
erwünschten
Grundabmessungen des Röhrenkollektors
entsprechend angeordneten Doppelröhren 1, deren jede
bekanntermaßen
aus zwei konzen trisch zueinander angeordneten Glasöhren 3; 4 unterschiedlichen
Durchmessers besteht, die nach Art eines Isoliergefäßes U-förmig ausgebildet
und ineinandergeschoben einen geschlossenen Hohlraum bildend auf
einer Seite miteinander verbunden sind. In der Praxis wird diese
Ausführungsform
häufig
als „Sidneyröhre" bezeichnet. Die äußere Glasröhre 3 weist
zum Zweck des Evakuierens einen unlösbaren Verschluss 2 auf.
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Während die
innere Glasröhre 4 vorzugsweise
außen
eine Absorptionsschicht aufweist, ist in die äußere Glasröhre 3 vor dem Evakuieren
Silber eingelegt. Dieses verdampft bei senkrechten Lagerung der äußeren Glasröhre 3 und
bildet im unteren Bereich bekanntermaßen eine Silberschicht, die
bei nichtauszuschließendem
Luftzutritt, beispielsweise infolge eines Transportschadens, in
Silberoxid übergeht
und sich weiß verfärbt. Damit
ist ein Schaden der Doppelröhre
schnell visuell wahrnehm- und
durch die Ausnehmungen 10 kontrollierbar.
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Die
innere Glasröhre 4 ist
bekanntermaßen mit
einem die Sonnenstrahlen absorpierenden nicht erfindungsrelevanten
Belag versehen.
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Alle
Doppelröhren 1 sind
so angeordnet, dass der Röhrenkollektor
mit den Öffnungen
der Doppelröhren
von der Waagerechten abweichend nach oben weisend gelagert wird. Über diesen Öffnungen
befindet sich ein Sammelkasten 5.
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Jede
der Doppelröhren 1 ist
durch das Einschieben in den Sammelkasten 5 gegen seitliches Verlagern
gesichert, jedoch so, dass eine axiale Verschiebung möglich ist.
In dem die Doppelröhre 1 nach
unten hin abschliessenden aber noch zylindrischen Bereich ist eine
Schelle 7 angeordnet. Diese Schelle 7 besitzt
auf der der Doppelröhre 1 zugewandten
Fläche
ein Innengewinde. In dieses Innengewinde ist eine Kappe 8 eingeschraubt,
die der äußeren abschließenden Positivform
der Doppelröhre 1 entsprechend
geformt ist und den Endteil der Doppelröhre 1 umfasst. Diese
schraubbare Kappe 8 besitzt zum Zweck der optischen Kontrolle
der äußeren Glasröhre 3 Ausnehmungen 10,
um einen eventuell eingetretenen Farbumschlag, der auf eine Undichtheit
hindeutet, schnell wahrnehmen zu können. Diese Ausnehmungen 10 sind
zweckmäßigerweise
größer als
eine mögliche
Abtropfgröße ausgeführt, denn auch
an der Doppelröhre 1 herablaufendes
Niederschlagswasser staut sich nicht, und Frostschäden werden
vermieden. Über
die schraubbare Kappe 8 ist ebenso ein Längenausgleich
bei fertigungsbedingten geringfügigen
Längenunterschieden
der Doppelröhren 1 möglich.
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In
der Doppelröhre 1 eingeschoben
und in der inneren Glasröhre über bekannte
Mittel zentriert ist des weiteren ein geschlossener Körper 9 über die gesamte
Länge führend eingeschoben,
der zu einem Teil seines Volumens ein Wärmeträgermedium beinhaltet. Hierbei
handelt es sich vorzugsweise um Wasser. Der geschlossene Körper 9 ist
eine sogenannte „heat-pipe" sowie vorzugsweise
in Kupferrohr ausgeführt
und überragt
nach oben hin die Doppelröhre 1 bis
in den darüber
befindlichen Sammelkasten 5 hinein. In diesem Bereich weist
der geschlossene Körper 9 eine
als Kondensationsraum dienende Erweiterung 11 auf.
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Des
weiteren ist im Bereich der Öffnung
jeder Doppelröhre 1 eine
diese verschliessende flexible und den geschlossenen Körper 9 im
Bereich der Öffnung
der Doppelröhre 1 zentrierende
Dichtung 12 vorhanden. Diese ist mehrteilig ausgeführt, indem ein Teil 12' mit einer den
gewölbten
Rand der Doppelröhre
abdeckenden und mit einem zylindrischen Teil in die Doppelröhre hineinreichenden
und auf der äußeren Fläche mit
einer Labyrinthdichtung versehene Form aufweist. Beispielhaft ist
diese topfartig ausgeführt.
Des weiteren ist ein zweiter kappenartig ausgebildeter flexibler
Teil 12'' vorhanden,
der die Doppelröhre
sowie die Abdeckung außen
umfassend und diese gegenüber
den Anlageflächen
im Sammelkasten 5 flexibel abstützend ausgebildet ist. Zum
Zweck der kraftschlüssigen
Verteilung eingeleiteter relativ hoher Kräfte, da jede Doppelröhre 1 durch
die schraubbare Kappe 8 nach oben gedrückt wird, ist zwischen beiden
Teilen 12' und 12'' befindlich eine diese Kraft verteilende
vorzugsweise metallische Scheibe 12''' eingelegt,
die beispielhaft topfartig dem freien Innendurchmesser des topfartigen
Dichtungsteiles 12' angepasst
und in das Dichtungsteil 12' hineingedrückt ist.
Die Dichtungsteile 12'und 12'' weisen wie das Dichtungsteil 12'' den geschlossenen Körper 9 mittig
führend
Aussparungen auf und sind aus flexiblem Silikon gefertigt. Damit
der geschlossene Körper 9 nicht
nach unten abrutscht und eine Deckelung der Doppelröhre 1 sicher
erfolgt, ist ein den geschlossenen Körper 9 umfassender
Distanzring 20 ausgebildet, der sich nach oben hin auf
die Erweiterung 11 und nach unten hin auf die metallische
Scheibe 12'' abstützt.
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Der
Sammelkasten 5 ist so ausgebildet, dass der kappenartige
ausgebildete flexible Teil 12'' hinsichtlich
seiner oberen Abschlussfläche
und eines wesentlichen Teiles seiner sich anschließenden Umfangsfläche in diesem
fixiert ist.
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Die
Halteelemente der Schelle 7 auf der Fußhalteleiste 13 sind
L-förmige
Ausbildungen 19, die jeweils paarweise vorhanden sind,
aber innerhalb der Paarung sei tenverkehrt angeordnet sind. Damit
weisen beide, bezogen auf die von ihnen umfasste Doppelröhre 1,
hakenförmig
nach außen
oder nach innen. In der beispielhaften Darstellung weisen beide nach
außen.
Als Widerlager gegenüber
der Fußhalteleiste 13 dient
das Äußere der
Schelle 7. Der Abstand der oberen Fläche der kurzen Schenkel der L-förmigen Ausbildung 19 zu
einer parallel dazu verlaufenden, das Äußere jeder Schelle 7 gedachten tangierenden
Linie entspricht der Materialstärke
der Fußhalteleiste 13.
Hier sind die L-förmigen
Ausbildungen 19 in der Klemmbreite entsprechende Aussparungen
der Fußhalteleiste 13 eingeklipst
und hintergreifen das Material der Aussparung.
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Eine
Variation der Fußhalteleiste 13 zeigt 7.
Hierzu gehört
eine Variante einer Schelle 7, wie in 6 dargestellt,
die auf ihrer Außenseite
einen Anlagesteg 20 aufweist. Des weiteren ist eine in eine
Ausnehmung der Fußhalteleiste 13 eingreifende Erhebung 21 vorhanden.
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Im
Sammelkasten 5 sind für
jeden der geschlossenen Körper 9 Einschubelemente 14 vorhanden.
Diese weisen nach oben zur freien Atmosphäre hin eine Öffnung 17 auf,
damit der geschlossene Körper
ohne Störung
durch eine Luftblase einschiebbar ist. Hier ist die Isolierung luftdurchlässig gestaltet.
Es versteht sich von selbst, dass Außendurchmesser des geschlossenen
Körpers 9 und
Innendurchmesser des Einschubelements 14 so aufeinander
abgestimmt sind, dass der geschlossene Körper 9 möglichst
spielfrei in das Einschubelement 14 eingeschoben werden
kann. Eine Vorzugsvariante sieht vor, mindestens eine der beiden
miteinander kontaktierenden Flächen
mit einem wärmeleitenden
antikorrosiv wirkenden Trennmittel zu versehen. Damit ist im Reparaturfall
ebenso ein leichtes Lösen
gegeben.
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Die
im Sammelkasten 5 angeordneten Einschubelemente 14 sind
durch eine das zur Wärmefortleitung
nötigen
Wärmeträgermediums
führende Rohrleitung
und aus dem Sammelkasten 5 heraus- beziehungsweise hineinführend miteinander
verbunden. Insoweit stellt diese Ausbildung ein autarkes System
dar. Mindestens eines der Einschubelemente 14 weist vorzugsweise
seitlich angeordnet eine nichtdargestellte Befestigungsmöglichkeit
für eine
bekannte Temperaturmesseinrichtung auf, damit aus der Distanz heraus
eine Überwachung
wenigstens einer Doppelröhre
möglich
ist. Zum Erreichen einer guten Isolation sind alle wärmeführenden
Bauteile im Sammelkasten mittels eines Mineralwollpressteiles 15 abgedeckt.
Da Teile hinein- und herausführen,
ist dieses in Längsrichtung
zweigeteilt ausgeführt.
Um den vorhandenen Hohlraum zwischen äußerem Mantel des Sammelkastens 5 und
Mineralwollepressteil 15 auszufüllen, werden vorhandene Freiräume 16 mit
einem nichtschmelzenden Isolierstoff ausgeschäumt. Als Zusatzeffekt tritt
ein, dass Grenzflächen
mit zusätzlich
isolierender Wirkung entstanden sind.
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Sammelkasten 5 und
Fußhalteleiste 13 weisen
bei einer Aufdachbefestigung in Richtung der Schwerkraft wirkend
nach unten offene krallenartige Ausbildungen 18 zum Einhängen in
auf dem als Montagefläche
wirkenden Dach befestigten C-Schienen auf, die mit ihrer offenen
Seite zur tragenden Fläche hin
gerichtet sind.
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Über die
Fixierung der Doppelröhren 1 im Sammelkasten 5, über die
in der Fußhalteleiste 13 fixierten
Schellen 7 mit der einschraubbaren Kappe 8, durch
die die Doppelröhren 1 verspannt
sind, ist der gesamte Röhrenkollektor
als komplexes statisches selbstragendes System ausgeführt und
vorteilhaft transportier- und montierbar.
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- 1
- Doppelröhre
- 2
- Verschluss
- 3,
4
- Glasröhren
- 5
- Sammelkasten
- 6
- Distanzring
- 7
- Schelle
- 8
- Kappe
- 9
- geschlossener
Körper
- 10
- Ausnehmungen
- 11
- Erweiterung
- 12,
12', 12'', 12'''
- Dichtung
- 13
- Fußhalteleiste
- 14
- Einschubelemente
- 15
- Mineralwollepressteil
- 16
- Freiräume
- 17
- Öffnung
- 18
- krallenartige
Ausbildung
- 19
- L-förmige Ausbildung
- 20
- Anlagesteg
- 21
- Erhebung