DE102020005037A1

DE102020005037A1 - Kollektor zur Erwärmung von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE102020005037A1
Application number: DE102020005037.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2022-02-24
Also published as: WO2022037957A1

Abstract

Es wird ein Kollektor zur Erwärmung von Flüssigkeiten beschrieben. Der Kollektor besitzt ein flaches Gehäuse mit einer ersten und zweiten Materialscheibe, die in ihren Randbereichen luftundurchlässig miteinander verbunden sind. Im Inneren weist der Kollektor eine schlangenförmige Bahn für die zu erwärmende Flüssigkeit auf, welche eine Vielzahl von Stegen zwischen den beiden Scheiben umfasst, die sich abwechselnd von den beiden entgegengesetzten Seitenrändern der Scheiben aus erstrecken und an ihren freien Enden Durchgänge für die Bahn bilden. Diese Stege sind unter einem Winkel von 1°-5° geringfügig schräg zur Horizontalen nach oben angeordnet. Auf diese Weise wird das Festsetzen von Luftblasen verhindert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kollektor zur Erwärmung von Flüssigkeiten.
Derartige Kollektoren weisen in der Regel ein schlangenförmig ausgebildetes Rohrsystem auf, das von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchströmt wird. Während ihres Weges durch den Kollektor wird die Flüssigkeit erwärmt, beispielsweise durch Solarstrahlung oder andere Formen der Wärmeenergie. Am Auslass verlässt die erwärmte Flüssigkeit den Kollektor und kann entsprechenden Verbrauchsstellen zugeführt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kollektor der angegebenen Art zu schaffen, der bei einer einfachen Bauart einen guten Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kollektor zur Erwärmung von Flüssigkeiten mit einem flachen Gehäuse mit einer ersten Materialscheibe und einer gegenüberliegenden zweiten Materialscheibe, die in ihren Randbereichen luftundurchlässig miteinander verbunden sind und in ihrem Inneren eine schlangenförmige Bahn für die zu erwärmende Flüssigkeit bilden, welche Bahn eine Vielzahl von Stegen zwischen den beiden Scheiben umfasst, die sich abwechselnd von den beiden entgegengesetzten Seitenrändern der Scheiben aus erstrecken und an ihren freien Enden Durchgänge für die Bahn bilden, und mit einem unteren Einlass und einem oberen Auslass für die zu erwärmende Flüssigkeit, wobei sich die Stege in Richtung auf ihr freies Ende unter einem Winkel von 1°-5° geringfügig schräg zur Horizontalen nach oben erstrecken.
Die Erfindung geht einen anderen Weg als der vorstehend genannte Stand der Technik und benutzt, bis auf den Einlass und Auslass der zu erwärmenden Flüssigkeit, ein geschlossenes Gehäuse, das von der Flüssigkeit schlangenartig durchströmt wird. Die schlangenförmige Bahn der Flüssigkeit wird dabei durch Stege gebildet, die sich abwechselnd von den beiden entgegengesetzten Seitenrändern der Scheiben des Gehäuses aus erstrecken und an ihren freien Enden Durchgänge für die Bahn bilden. Dabei erstrecken sich hierbei die Stege nicht horizontal bzw. unter einem Winkel von 90° zu den Seitenrändern des Gehäuses, sondern erstrecken sich ausgehend von den Seitenrändern geringfügig schräg nach oben, und zwar unter einem Winkel von 1°-5° zur Horizontalen bzw. 85°-89° zum Seitenrand des Gehäuses, wenn dieses in der Draufsicht rechteckig ausgebildet ist.
Durch die schräge Anordnung der Stege wird erreicht, dass sich beim Aufstieg der Flüssigkeit keine Luftblasen an der Unterseite der Stege festsetzen können. Diese lösen sich vielmehr von der Unterseite der Stege und werden mit der Flüssigkeit im Kollektor nach oben geführt.
Die Steigung bzw. Neigung der Stege ist auf einen geringen Winkel begrenzt, der vorzugsweise 1° zur Horizontalen beträgt. Damit wird einerseits die Entfernung von Luftblasen erreicht, andererseits jedoch die Durchflussgeschwindigkeit der Flüssigkeit nicht so weit erhöht, dass eine entsprechende Erwärmung in Mitleidenschaft gezogen wird.
Im einfachsten Fall kann der Kollektor zwei Materialscheiben aufweisen, zwischen denen eine schlangenförmige Durchflussbahn mit den einzelnen Stegen ausgebildet ist. Die beiden Materialscheiben, die die Durchflussbahn begrenzen, können jedoch jeweils auch einen Zwischenraum aufweisen, um beispielsweise das Isolationsvermögen zu erhöhen. Der Zwischenraum kann dabei einen Unterdruck aufweisen oder mit Luft oder irgendwelchen Gasen gefüllt sein, beispielsweise mit Argongas.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Scheiben aus durchsichtigem Material, insbesondere Glas, speziell Floatglas, bestehen. Der Kollektor lässt sich daher auf relativ einfache und kostengünstige Weise herstellen. Die Verbindungsstellen in den beiden durchsichtigen Scheiben können generell mit Flüssigglas oder anderen Dichtungsmitteln, beispielsweise Kunstharzen, abgedichtet sein.
Generell können die Scheiben aus beliebigen Materialien bestehen, die ein gutes Wärmeübertragungsvermögen auf die zu erwärmende Flüssigkeit besitzen, beispielsweise auch aus geeigneten Kunststoffen. So können auch farbige Materialien Verwendung finden.
Noch eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Kollektor mindestens einen Temperatursensor aufweist, der die Temperatur mindestens einer Scheibe und/oder der den Kollektor durchströmenden Flüssigkeit misst und ein Signal an eine Steuereinrichtung abgibt, die eine Betätigungseinrichtung für eine Abdeckvorrichtung des Kollektors ansteuert. Insbesondere kann hierbei die Steuereinrichtung den Kollektor bei Erfassung einer oberen Grenztemperatur abdecken, um eine Überhitzung des Systems zu verhindern.
Wenn beispielsweise von der Steuereinrichtung eine Grenztemperatur von 60 °C programmiert ist und der Sensor eine diese Grenztemperatur überschreitende Temperatur misst, führt der von der Steuereinrichtung durchgeführte Vergleich zu einem Wärmeüberschuss, so dass die Steuereinrichtung die vorgesehene Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Abdeckvorrichtung ansteuert. Bei der Betätigungseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Antriebsmotor mit Welle handeln, um die die Abdeckvorrichtung als Rollo gewickelt ist.
Bei der zu erwärmenden Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um eine Spezialflüssigkeit (Solarflüssigkeit) für derartige Zwecke handeln. Es kann aber auch Wasser Verwendung finden. Jedenfalls umfasst die Erfindung sämtliche Flüssigkeiten, die für den hier beschriebenen Anwendungszweck geeignet sind.
Mit dem Kollektor wird ein besonders guter Wirkungsgrad erreicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 eine Vorderansicht eines Kollektors;
2 einen Teilhorizontalschnitt durch den Kollektor der 1;
3 einen weiteren Teilhorizontalschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Kollektors; und
4 eine Ansicht eines mit einer Abdeckeinrichtung versehenen Kollektors.

Der in 1 dargestellte Kollektor 1 zum Erwärmen einer Flüssigkeit besitzt ein flaches Gehäuse, dessen Vorderseite in 1 dargestellt ist. Die Vorderseite wird von einer ersten Scheibe 2 gebildet, die in ihrem Randbereich luftundurchlässig mit einer rückwärtigen zweiten Scheibe über ein geeignetes Abdichtungsmittel (beispielsweise Flüssigglas) verbunden ist. Beide Scheiben 2 bestehen aus Floatglas.
Das Innere des Gehäuses weist eine Vielzahl von Stegen 5 auf, die sich abwechselnd vom jeweiligen seitlichen Randbereich zur Gegenseite erstrecken. Die Stege 5 lassen am Ende Durchlässe 22 offen, so dass von unten nach oben eine schlangenförmige Bahn für den Durchfluss der zu erwärmenden Flüssigkeit gebildet wird. Hierbei tritt die Flüssigkeit bei einem Einlass 3 unten in den Kollektor ein, durchläuft die erwähnte schlangenförmige Bahn und tritt oben bei einem Auslass 4 wieder aus dem Kollektor aus.
Die jeweiligen Stege 5 sind hierbei nicht horizontal, d.h. parallel zur Unterseite und senkrecht zu den Seitenwänden bei einem rechteckigen Kollektor, ausgebildet, sondern erstrecken sich unter einem geringen Winkel abweichend von der Horizontalen schräg nach oben. Dieser Winkel beträgt hier 1° zur Horizontalen bzw. 89° zur Seitenwand des Kollektors. Der entsprechende Schrägwinkel ist bei 6 dargestellt.
Der Kollektor weist eine einfache Bauform auf, da seine gegenüberliegenden beiden Scheiben 2 aus Floatglas hergestellt und über geeignete Abdichtungsmassen an den Rändern miteinander luftdicht verbunden sind. Die Stege 5 können aus entsprechenden Materialien oder anderen geeigneten Materialien hergestellt sein. Da sie leicht geneigt ausgebildet sind, wird das Festsetzen von Luftblasen an den Stegen verhindert, gleichzeitig aber die schlangenförmige Bahn der zu erwärmenden Flüssigkeit nicht wesentlich beeinträchtigt.
2 zeigt einen schematischen Teilhorizontalschnitt durch den Kollektor der 1. Man erkennt hierbei die erste und zweite Scheibe 2, die aus Floatglas bestehen. Beide Scheiben sind über die Stege 5 miteinander verbunden.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform weisen die beiden Scheiben 2 jeweils einen Zwischenraum 7 auf, der beispielsweise mit einem geeigneten Isoliergas, wie Argon, gefüllt sein kann. Auch hier verbinden entsprechende Stege 5 die beiden Scheiben 2. Bei dieser Ausführungsform ist daher der Raum der schlangenförmigen Bahn 20 zur Außenseite hin besonders stark isoliert.
Der in 4 dargestellte Kollektor 1 ist mit einer Abdeckeinrichtung 10 versehen, mit der der Kollektor 1 oder Teile desselben abgedeckt werden können. Hierzu besitzt der Kollektor in seinem unteren Bereich einen geeigneten Temperatursensor 9, der beispielsweise die Temperatur der Scheibe 2 oder die Temperatur der durch den Kollektor fließenden Flüssigkeit misst. Das entsprechende Temperatursignal des Sensors 9 wird an eine Steuereinrichtung 11 gegeben, die die gemessene Temperatur mit einer oberen Grenztemperatur vergleicht. Übersteigt die gemessene Temperatur die einprogrammierte Grenztemperatur, sendet die Steuereinrichtung ein Signal an eine Betätigungseinrichtung für die Abdeckeinrichtung 10, die auf diese Weise ganz nach unten oder nur eine bestimmte Strecke nach unten ausgefahren wird. Die Betätigungseinrichtung 12 kann hierbei ein Antriebsmotor mit Welle sein, um die die Abdeckeinrichtung in Form eines Rollos gewickelt ist. Ist die Temperatur hinreichend gesunken und hat die Grenztemperatur unterschritten, steuert die Steuereinrichtung 11 die Antriebseinrichtung 12 wieder an, so dass diese ein Aufwärtsrollen des Rollos bis in seine gewickelte Endstellung bewirkt. Auf diese Weise wird eine Überhitzung des Kollektors verhindert.

Claims

Kollektor (1) zur Erwärmung von Flüssigkeiten mit einem flachen Gehäuse mit einer ersten Materialscheibe (2) und einer gegenüberliegenden zweiten Materialscheibe (2), die in ihren Randbereichen luftundurchlässig miteinander verbunden sind und in ihrem Inneren eine schlangenförmige Bahn (20) für die zu erwärmende Flüssigkeit bilden, welche Bahn (20) eine Vielzahl von Stegen (5) zwischen den beiden Scheiben (2) umfasst, die sich abwechseln von den beiden entgegengesetzten Seitenrändern (21) der Scheiben (2) aus erstrecken und an ihren freien Enden Durchgänge (22) für die Bahn (20) bilden, und mit einem unteren Einlass (3) und einem oberen Auslass (4) für die zu erwärmende Flüssigkeit, wobei sich die Stege (5) in Richtung auf ihr freies Ende unter einem Winkel von 1°-5° geringfügig schräg zur Horizontalen nach oben erstrecken.
Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stege (5) unter einem Winkel von 1° schräg zur Horizontelan nach oben erstrecken.
Kollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Materialscheiben (2) jeweils einen Zwischenraum (7) aufweisen.
Kollektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialscheiben (2) aus durchsichtigem Material bestehen.
Kollektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialscheiben (2) aus Glas, insbesondere Floatglas, bestehen.
Kollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (7) in einer Scheibe (2) gasgefüllt ist.
Kollektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens einen Temperatursensor (9) aufweist, der die Temperatur mindestens einer Scheibe (2) und/oder der den Kollektor (1) durchströmenden Flüssigkeit misst und ein Signal an eine Steuereinrichtung (11) abgibt, die eine Betätigungseinrichtung (12) für eine Abdeckvorrichtung (10) des Kollektors (1) ansteuert.
Kollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (11) den Kollektor (1) bei Erfassung einer oberen Grenztemperatur abdeckt.