DE102021113607A1

DE102021113607A1 - Thermal solar system

Info

Publication number: DE102021113607A1
Application number: DE102021113607.5A
Authority: DE
Inventors: Rolf Meissner; Jan Neyrinck
Original assignee: Ritter Energie und Umwelttechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Ritter Energie und Umwelttechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2021-05-26
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2022-12-01

Abstract

Eine Solaranlage (1) hat ein erstes und ein zweites Kollektorteilfeld (2A, 2B), eine Solarpumpe (15), eine Ausdehnungsvorrichtung (18) für den Wärmeträger, ein Rohrleitungsnetz, welches für das erste Kollektorteilfeld (2A) eine erste Vorlaufleitung (5A) und eine erste Rücklaufleitung (6A), für das zweite Kollektorteilfeld (2B) eine zweite Vorlaufleitung (5B) und eine zweite Rücklaufleitung (6B), eine mit den Vorlaufleitungen (5A, 5B) über einen Sammler (8) verbundene Hauptvorlaufleitung (5) und eine mit den Rücklaufleitungen (6A, 6B) über einen Verteiler (12) verbundene Hauptrücklaufleitung (6). Die zweite Vorlaufleitung (5B) hat eine größere Länge als die erste Vorlaufleitung (5A) und die zweite Rücklaufleitung (6B) hat eine größere Länge als die erste Rücklaufleitung (6A). An der ersten Vorlaufleitung (5A) ist ein erster Dampfdiffusor (19) zum Zerteilen von bei einer Stagnation des ersten Kollektorteilfelds in der ersten Vorlaufleitung (5A) auftretenden Dampfblasen vorgesehen. An der ersten Rücklaufleitung (6A) ist ein zweiter Dampfdiffusor (19') zum Zerteilen von bei einer Stagnation in der ersten Rücklaufleitung (6A) auftretenden Dampfblasen vorgesehen.A solar system (1) has a first and a second partial collector field (2A, 2B), a solar pump (15), an expansion device (18) for the heat transfer medium, a pipe network which for the first partial collector field (2A) has a first flow line (5A) and a first return line (6A), a second flow line (5B) and a second return line (6B) for the second partial collector array (2B), a main flow line (5) connected to the flow lines (5A, 5B) via a collector (8) and a main return line (6) connected to the return lines (6A, 6B) via a distributor (12). The second flow line (5B) has a greater length than the first flow line (5A) and the second return line (6B) has a greater length than the first return line (6A). A first vapor diffuser (19) is provided on the first flow line (5A) for breaking up vapor bubbles occurring in the first flow line (5A) when the first partial collector array stagnates. A second vapor diffuser (19') is provided on the first return line (6A) for breaking up vapor bubbles occurring in the event of stagnation in the first return line (6A).

Description

Die Erfindung betrifft eine thermische Solaranlage, aufweisend

- ein Kollektorfeld, das zumindest ein erstes und ein zweites Kollektorteilfeld umfasst, die jeweils eine Einlass- und eine Auslassöffnung für einen flüssigen Wärmeträger aufweisen,
- mindestens eine Solarpumpe zum Fördern des Wärmeträgers durch das Kollektorfeld,
- ein Rohrleitungsnetz, welches
- - für das erste Kollektorteilfeld eine erste Vorlaufleitung und eine erste Rücklaufleitung,
- - für das zweite Kollektorteilfeld eine zweite Vorlaufleitung und eine zweite Rücklaufleitung,
- - eine mit den Vorlaufleitungen verbundene Hauptvorlaufleitung und eine mit den Rücklaufleitungen verbundene Hauptrücklaufleitung hat, wobei die zweite Vorlaufleitung eine größere Länge aufweist als die erste Vorlaufleitung und die zweite Rücklaufleitung eine größere Länge aufweist als die erste Rücklaufleitung,
- eine mit dem Rohrleitungsnetz verbundene Ausdehnungsvorrichtung, in die und/oder an der sich der Wärmeträger beim Auftreten einer Stagnation in einem Kollektorteilfeld ausdehnen kann,
- einen zwischen der Ausdehnungsvorrichtung und den Kollektorteilfeldern angeordneten Sammler, der eine Sammelkammer hat, die
- - einen über die erste Vorlaufleitung mit der Auslassöffnung des ersten Kollektorteilfelds verbundenen ersten Sammlereinlass,
- - einen über die zweite Vorlaufleitung mit der Auslassöffnung des zweiten Kollektorteilfelds verbundenen zweiten Sammlereinlass und
- - einen mit der Hauptvorlaufleitung verbundenen Sammlerauslass aufweist, und
- einen zwischen der Ausdehnungsvorrichtung und den Kollektorteilfeldern angeordneten Verteiler, der eine Verteilerkammer hat, die
- - einen mit der Hauptrücklaufleitung verbundenen Verteilereinlass,
- - einen über eine erste Rücklaufleitung mit der Einlassöffnung des ersten Kollektorteilfelds verbundenen ersten Verteilerauslass, und
- - einen über eine zweite Rücklaufleitung mit der Einlassöffnung des zweiten Kollektorteilfelds verbundenen zweiten Verteilerauslass
aufweist.

The invention relates to a solar thermal system comprising

- a collector field, which comprises at least a first and a second partial collector field, each having an inlet and an outlet opening for a liquid heat transfer medium,
- at least one solar pump to pump the heat transfer medium through the collector field,
- a pipeline network, which
- - for the first partial collector array, a first flow line and a first return line,
- - for the second partial collector array, a second flow line and a second return line,
- - has a main flow line connected to the flow lines and a main return line connected to the return lines, the second flow line having a greater length than the first flow line and the second return line having a greater length than the first return line,
- an expansion device connected to the pipe network into which and/or on which the heat transfer medium can expand if stagnation occurs in a partial collector array,
- A collector arranged between the expansion device and the collector subarrays, which collector has a collection chamber which
- - a first collector inlet connected via the first flow line to the outlet opening of the first partial collector array,
- - a second collector inlet connected via the second flow line to the outlet opening of the second partial collector array and
- - has a header outlet connected to the main delivery line, and
- A distributor arranged between the expansion device and the collector sub-arrays, which has a distribution chamber which
- - a distributor inlet connected to the main return line,
- - a first distributor outlet connected via a first return line to the inlet opening of the first partial collector array, and
- - a second distributor outlet connected via a second return line to the inlet opening of the second partial collector array
having.

Eine derartige Solaranlage ist aus der Praxis bekannt. Zum Beispiel weist die Solarthermieanlage in der Herblingerstraße 21, 78266 Büsingen am Hochrhein (z. B. https://www.solar -district-heating. eu/wp-content/uploads/2018/05/DE_D3.1_Büsingen_DE.pdf) ein Kollektorfeld mit mehreren Kollektorteilfeldern auf, nämlich ein kleineres Kollektorteilfeld südlich des Heizhauses und ein größeres Kollektorteilfeld nördlich des Heizhauses auf, die beide in eine gemeinsame Hauptleitung münden und sich in unterschiedlicher Nähe zum Heizhaus befinden. Jedes Kollektorfeld umfasst jeweils eine Mehrzahl von Kollektoren. Über ein Rohrleitungsnetz wird mittels einer Solarpumpe ein flüssiger Wärmeträger gepumpt. Der Wärmeträger wird durch Sonneneinstrahlung erwärmt und diese Wärme wird an einen Wärmeverbraucher abgegeben, der mit dem Kollektorfeld und der Solarpumpe in einen geschlossenen Solarkreislauf geschaltet ist.Such a solar system is known from practice. For example, the solar thermal system at Herblingerstraße 21, 78266 Büsingen am Hochrhein (e.g. https://www.solar-district-heating.eu/wp-content/uploads/2018/05/DE_D3.1_Büsingen_DE.pdf) Collector array with several collector sub-arrays, namely a smaller collector sub-array south of the boiler house and a larger collector sub-array north of the boiler house, both of which lead to a common main line and are in different proximity to the boiler house. Each collector array includes a plurality of collectors. A liquid heat transfer medium is pumped via a pipe network using a solar pump. The heat carrier is heated by solar radiation and this heat is given off to a heat consumer, which is connected to the collector field and the solar pump in a closed solar circuit.

Das Rohrleitungsnetz ist weit verzweigt und verbindet die Kollektorteilfelder bzw. die Kollektoren mit der Solarpumpe und mit einer Ausdehnungsvorrichtung für den Wärmeträger. Das Rohrleitungsnetz hat Hauptrücklaufleitungen, die über als Rohrverzeigungen ausgestaltete Verteiler mit Rücklaufleitungen verbunden sind, die zu Einlässen der Kollektorteilfelder und der diesen zugeordneten Kollektoren führen. An den Verteilern teilt sich jeweils der in der betreffenden Hauptrücklaufleitung geführte Wärmeträgerstrom in Wärmeträgerteilströme auf, die jeweils zu einem der an dem Verteiler angeschlossenen Kollektorteilfeld fließen. Da die an den einzelnen Verteilern angeschlossenen Kollektorteilfelder unterschiedlich weit von der Ausdehnungsvorrichtung entfernt sind, haben die Rücklaufleitungen von Kollektorteilfeldern, die weiter von der Ausdehnungsvorrichtung entfernt sind, eine größere Leitungslänge als die Rücklaufleitungen von Kollektorteilfeldern, die näher an der Ausdehnungsvorrichtung angeordnet sind.The pipe network is widely branched and connects the partial collector arrays or the collectors with the solar pump and with an expansion device for the heat transfer medium. The pipe network has main return lines which are connected via distributors designed as pipe junctions to return lines which lead to inlets of the collector subarrays and the collectors assigned to them. At the distributors, the heat transfer medium flow in the respective main return line is divided into heat transfer medium flows, each of which flows to one of the collector subarrays connected to the distributor. Since the collector sub-arrays connected to the individual distributors are at different distances from the expansion device, the return lines of collector sub-arrays that are further away from the expansion device have a longer line length than the return lines of collector sub-arrays that are arranged closer to the expansion device.

In entsprechender Weise hat das Rohrleitungsnetz Vorlaufleitungen, über die Auslässe der Kollektorteilfelder und der diesen zugeordneten Kollektoren mit an Hauptvorlaufleitungen angeschlossenen Sammlern verbunden sind, die ebenfalls als Rohrverzweigungen ausgestaltet sind. In den Sammlern fließen die Wärmeträgerteilströme der Kollektorteilfelder wieder zusammen und werden danach über die Hauptvorlaufleitung weiter transportiert. Da die an den einzelnen Sammlern angeschlossenen Kollektorteilfelder unterschiedlich weit von der Ausdehnungsvorrichtung entfernt sind, haben die Vorlaufleitungen von Kollektorteilfeldern, die weiter von der Ausdehnungsvorrichtung entfernt sind, eine größere Leitungslänge als die Vorlaufleitungen von Kollektorteilfeldern, die näher an der Ausdehnungsvorrichtung angeordnet sind.Correspondingly, the pipe network has supply lines via which the outlets of the partial collector arrays and the collectors assigned to them are connected to collectors connected to the main supply lines, which are also designed as pipe branches. In the collectors, the partial flows of heat transfer medium from the partial collector arrays flow together again and are then transported further via the main flow line. Since the collector sub-arrays connected to the individual collectors are at different distances from the expansion device, the flow lines of collector sub-arrays that are further away from the expansion device have a longer line length than the flow lines of collector sub-arrays that are arranged closer to the expansion device.

Bei Solaranlagen, welche sich bei Stagnation siedend entleeren, verdrängt der in den Kollektorteilfeldern verdampfende Wärmeträger flüssigen Wärmeträger aus den Vorlaufleitungen, den Sammlern und den Hauptvorlaufleitungen in Richtung der Ausdehnungsvorrichtung. Außerdem verdrängt der verdampfende Wärmeträger flüssigen Wärmeträger aus den Rücklaufleitungen, den Verteilern und den Hauptrücklaufleitungen in Richtung der Ausdehnungsvorrichtung.In the case of solar thermal systems, which are drained by boiling during stagnation, the heat transfer medium evaporating in the partial collector arrays displaces liquid heat transfer medium from the flow lines, the collectors and the main flow lines in the direction of the expansion device. In addition, the evaporating heat carrier displaces liquid heat carrier from the return lines, the manifolds and the main return lines towards the expansion device.

In 10 2014 000 672 B4 wird der Vorgang des Leersiedens des Kollektorfeldes bei einer Stagnation beschrieben und wie dieser Vorgang beschleunigt werden kann, indem der Druck im Kollektorfeld während des Siedens abgesenkt wird. Im Falle von Stagnation entleert sich das gesamte Kollektorfeld einschließlich seiner Hauptrohre innerhalb von 15 bis 30 Minuten. Dies geschieht dadurch, dass die meiste Wärmeträgerflüssigkeit durch die Rohre des Kollektorfeldes vor dem in den Kollektoren entstehenden Wärmeträgerdampf hergeschoben wird, bis nur noch Wärmeträgerdampf ankommt. Dabei entleeren sich näher gelegene Kollektorfeldbereiche oder Kollektorteilfelder schneller als weiter entfernt gelegene, weil bei den entfernteren Kollektorteilfeldern der Wärmeträger mit ungefähr dem gleichen spezifischen Volumenstrom pro Kollektorfläche des Kollektorteilfeldes mehr Flüssigkeit transportiert werden muss.In 10 2014 000 672 B4, the process of boiling empty of the collector field in the event of stagnation is described and how this process can be accelerated by lowering the pressure in the collector field during boiling. In the event of stagnation, the entire collector field, including its main pipes, empties within 15 to 30 minutes. This happens because most of the heat transfer liquid is pushed through the pipes of the collector array in front of the heat transfer vapor produced in the collectors until only heat transfer vapor arrives. Nearer collector array areas or collector sub-arrays empty faster than more distant ones, because the more distant collector sub-arrays of the heat transfer medium have to be transported with approximately the same specific volume flow per collector area of the collector sub-array.

Wenn ein Kollektorfeld über ein Rohrnetz entleert wird, kann aus den entfernt gelegeneren Kollektorteilfeldern noch Wärmeträgerflüssigkeit strömen, deren Temperatur besonders im Solarrücklauf noch deutlich unterhalb der Siedetemperatur liegen kann, während aus näher gelegeneren Kollektorteilfeldern bereits Wärmeträgerdampf strömt. Wenn Wärmeträgerflüssigkeit und Wärmeträgerdampf im Rohrnetz zusammentreffen, können Dampfschläge auftreten, die sich durch laute Geräusche, Druckwellen und mechanischen Stress schädlich auf die Rohre und andere Anlagenteile auswirken.If a collector array is emptied via a pipe network, heat transfer fluid can still flow from the more distant sub-arrays of the collector, the temperature of which, particularly in the solar return, can still be well below the boiling temperature, while heat transfer medium vapor is already flowing from the closer sub-arrays of the collector. When heat transfer fluid and heat transfer vapor come together in the pipe network, steam hammer can occur, which can have a damaging effect on the pipes and other parts of the system due to loud noise, pressure waves and mechanical stress.

Nach dem Stand der Technik werden vorsichtshalber getrennte Rohre verwendet, wenn Dampfströme aus dem entfernterem Kollektorteilfeld und dem näheren Kollektorteilfeld und Wärmeträgerflüssigkeitsströme aus einem anderen zusammentreffen könnten, was Aufwand, Kosten, Wärmeverluste und Platzbedarf erhöht und den Solarwirkungsgrad schmälert. Die erwähnte Solarthermieanlage in Büsingen am Hochrhein weist auch dieses Merkmal auf, denn das dritte Kollektorfeld an der Südfassade des Heizhauses hat von den ebenen Kollektorteilfeldern südlich und nördlich vom Heizhaus getrennte Rohre als Hauptleitungen. Ein weiteres Beispiel ist eine Solaranlage auf dem Dach der Messe in Wels (Österreich), die aus einem unteren, näher gelegenem Kollektorteilfeld mit ca. 3000 m² und einem auf einem anderen Dach ca. 8 m höher angeordnetem, zur Ausdehnungsvorrichtung entfernter gelegenem Kollektorteilfeld mit ca. 400 m², wobei beide Kollektorteilfelder voneinander getrennte Rohre verwenden (https://www.aee.at/zeitschrift-erneuerbareenergie?id=710).According to the prior art, separate pipes are used as a precaution when steam flows from the more distant collector subfield and the closer collector subfield and heat transfer fluid flows from another could meet, which increases complexity, costs, heat losses and space requirements and reduces solar efficiency. The aforementioned solar thermal system in Büsingen am Hochrhein also has this feature, because the third collector array on the south facade of the heating house has separate pipes as main lines from the flat collector sub-arrays south and north of the heating house. Another example is a solar system on the roof of the exhibition center in Wels (Austria), which consists of a lower, nearer collector sub-array with approx. 3000 m ² and a collector sub-array arranged on another roof approx. 8 m higher and further away from the expansion device approx. 400 m ² , with both partial collector arrays using separate pipes (https://www.aee.at/zeitschrift-erneuerbareenergie?id=710).

Es besteht deshalb die Aufgabe, eine thermische Solaranlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen und kostengünstigen Aufbau, einen geringen Platzbedarf und einen hohen Solarwirkungsgrad ermöglicht, bei der aber dennoch im Stagnationsbetrieb das Auftreten von Dampfschlägen vermieden wird. Bei den Dampfströmen in den Rohren eines Kollektorfeldes handelt es sich um Nassdampf bzw. um ein Gemisch aus Heißwasser und Wasserdampf. Vereinfachend und veranschaulichend soll beim Dampfanteil dabei der Begriff Dampfblasen verwendet werden.The object is therefore to create a solar thermal system of the type mentioned at the outset that enables a simple and inexpensive construction, requires little space and high solar efficiency, but in which the occurrence of steam hammers is avoided in stagnant operation. The steam flows in the pipes of a collector field are wet steam or a mixture of hot water and steam. For the sake of simplicity and illustration, the term vapor bubbles should be used for the vapor component.

Diese Aufgabe wird bei einer Solaranlage der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Diese sehen vor,

- dass an der ersten Vorlaufleitung ein erster Dampfdiffusor zum Zerteilen von bei einer Stagnation des ersten Kollektorteilfelds in der ersten Vorlaufleitung auftretenden Dampfblasen vorgesehen ist, dass der erste Dampfdiffusor zum Abgeben der zerteilten Dampfblasen in den in der Sammelkammer befindlichem flüssigen Wärmeträger an diese angrenzt,
- dass an der ersten Rücklaufleitung ein zweiter Dampfdiffusor zum Zerteilen von bei einer Stagnation in der ersten Rücklaufleitung auftretenden Dampfblasen vorgesehen ist, und dass der zweite Dampfdiffusor zum Abgeben der zerteilten Dampfblasen in den in der Verteilerkammer befindlichem flüssigem Wärmeträger an diese angrenzt.

This problem is solved in a solar system of the type mentioned with the features of patent claim 1 . These provide

- that a first vapor diffuser is provided on the first flow line for breaking up vapor bubbles occurring in the first flow line when the first partial collector field stagnates, that the first vapor diffuser for releasing the divided vapor bubbles into the liquid heat transfer medium in the collection chamber is adjacent to this,
- That a second vapor diffuser is provided on the first return line for dividing vapor bubbles occurring in the event of stagnation in the first return line, and that the second vapor diffusor for releasing the divided vapor bubbles into the liquid heat transfer medium located in the distribution chamber is adjacent to this.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass bei einer Solaranlage, die ein erstes, benachbart zu einem Sammler angeordnetes Teilkollektorfeld und ein zweites, weiter von dem Sammler entferntes Teilkollektorfeld aufweist, beim Auftreten von Stagnation über die zwischen dem Auslass des zweiten Teilkollektorfelds und dem zweiten Sammlereinlass angeordnete längere Vorlaufleitung länger flüssiger Wärmeträger in die Sammelkammer des Sammlers geleitet wird, als über die kürzere Vorlaufleitung, die zwischen dem Auslass des ersten Teilkollektorfelds und dem ersten Sammlereinlass angeordnet ist.The invention is based on the finding that in a solar system which has a first partial collector field arranged adjacent to a collector and a second partial collector field further away from the collector, when stagnation occurs via the outlet between the outlet of the second partial collector field and the second Collector inlet arranged longer flow line longer liquid heat transfer medium is passed into the collection chamber of the collector than on the shorter flow line, which is arranged between the outlet of the first sub-collector panel and the first collector inlet.

In entsprechender Weise gelangt beim Auftreten der Stagnation über die zwischen dem Einlass des zweiten Teilkollektorfelds und dem zweiten Verteilerauslass angeordnete längere Rücklaufleitung länger flüssiger Wärmeträger in die Verteilerkammer als über die kürzere Rücklaufleitung, die zwischen dem Einlass des ersten Teilkollektorfelds und dem ersten Verteilerauslass angeordnet ist.Correspondingly, when stagnation occurs, more liquid heat transfer medium reaches the distribution chamber via the longer return line arranged between the inlet of the second sub-collector field and the second distributor outlet than via the shorter return line located between the inlet of the first sub-collector array and the first manifold outlet.

Außerdem liegt der Erfindung die Erkenntnis zu Grunde, dass größere Dampfschläge hauptsächlich durch Implosionen von in flüssigem Wärmeträger enthaltenen größeren Dampfblasen auftreten. Erfindungsgemäß wird die Gefahr des Auftretens größerer Dampfschläge dadurch reduziert,

a) dass Dampfblasen, die bei einer Stagnation in der (kürzeren) ersten Vorlaufleitung auftreten, mittels eines ersten Dampfdiffusors zerteilt werden, bevor der Dampf mit dem über die zweite Vorlaufleitung in die Sammelkammer gelangten flüssigen Wärmeträger in Kontakt gebracht wird, und
b) dass Dampfblasen, die bei einer Stagnation in der (kürzeren) ersten Rücklaufleitung auftreten, mittels eines zweiten Dampfdiffusors zerteilt werden, bevor der Dampf mit dem über die zweite Rücklaufleitung in die Verteilerkammer gelangten flüssigen Wärmeträger in Kontakt gebracht wird.

In addition, the invention is based on the finding that larger vapor hammers occur mainly as a result of implosions of larger vapor bubbles contained in the liquid heat transfer medium. According to the invention, the risk of the occurrence of larger steam chuffs is reduced by

a) that vapor bubbles that occur in the event of stagnation in the (shorter) first flow line are broken up by means of a first vapor diffuser before the vapor is brought into contact with the liquid heat transfer medium that has reached the collection chamber via the second flow line, and
b) that vapor bubbles that occur when there is stagnation in the (shorter) first return line are broken up by means of a second vapor diffuser before the vapor is brought into contact with the liquid heat transfer medium that has reached the distribution chamber via the second return line.

Der Dampfstrom wird also in viele Teilströme aufgeteilt, wodurch große bzw. starke Dampfschläge vermieden. Somit treten im Wesentlichen nur noch sehr kleine bzw. schwache Dampfschläge, dafür aber sehr viele mehr gleichzeitig auf, wenn der Dampf mit dem kälteren flüssigen Wärmeträger in der Verteilerkammer bzw. der Sammelkammer zusammenkommt und kondensiert. Dies reduziert den bei Stagnation in der Solaranlage auftretenden mechanischen Stress erheblich. Auch die bei Stagnation auftretenden Geräusche reduzieren sich deutlich, denn anstelle von Implosionsschlägen wird das Zusammenkommen von Wasser und vielen kleinen gleichzeitig kondensierenden Dampfmengen von einem gleichmäßigen Rauschen begleitet. Die Durchtrittslöcher müssen nicht gleich groß sein. Sie können aber gleich groß sein und insbesondere gleichförmig ausgestaltet sein.The steam flow is thus divided into many partial flows, which avoids large or strong steam chuffs. Thus, essentially only very small or weak steam hammers occur, but many more at the same time when the steam comes together with the colder liquid heat transfer medium in the distribution chamber or the collection chamber and condenses. This significantly reduces the mechanical stress that occurs in the solar system during stagnation. The noises that occur during stagnation are also significantly reduced, because instead of implosion impacts, the coming together of water and many small amounts of steam condensing at the same time is accompanied by a steady hissing. The through holes do not have to be the same size. However, they can be of the same size and, in particular, can be configured uniformly.

Die Ausdehnungsvorrichtung kann beispielsweise als Ausdehnungsgefäß, als Auffang- und Vorratsbehälter, als Sicherheitsventil oder als Druckkonstant-Halteeinrichtung ausgestaltet sein.The expansion device can be designed, for example, as an expansion tank, as a collection and storage container, as a safety valve or as a constant-pressure device.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,

- dass der erste Dampfdiffusor eine mit ersten Durchtrittslöchern perforierte erste Wandung aufweist, die derart an der ersten Vorlaufleitung angeordnet ist, dass die ersten Durchtrittslöcher an die Sammelkammer angrenzen und im Falle einer Stagnation des ersten Kollektorteilfelds von in der ersten Vorlaufleitung auftretenden Dampfblasen durchströmt werden, und/oder
- dass der zweite Dampfdiffusor eine mit zweiten Durchtrittslöchern perforierte zweite Wandung aufweist, derart an der ersten Rücklaufleitung angeordnet ist, dass die zweiten Durchtrittslöcher an die Verteilerkammer angrenzen und im Falle einer Stagnation des ersten Kollektorteilfelds von in der ersten Rücklaufleitung auftretenden Dampfblasen durchströmt werden.

In an advantageous embodiment of the invention, it is provided

- that the first steam diffuser has a first wall perforated with first through-holes, which is arranged on the first flow line in such a way that the first through-holes adjoin the collection chamber and, in the event of stagnation of the first partial collector array, steam bubbles occurring in the first flow line flow through them, and /or
- that the second steam diffuser has a second wall perforated with second through-holes, is arranged on the first return line in such a way that the second through-holes adjoin the distribution chamber and, in the event of stagnation of the first partial collector array, steam bubbles occurring in the first return line flow through them.

Dies ermöglicht eine einfache Ausgestaltung des Dampfdiffusors. Dabei kann der Dampfdiffusor eine Vielzahl von Durchtrittslöchern aufweisen, beispielsweise über 50, über 100 oder sogar über tausend Stück. Die Zahl der Löcher und die Flächensumme aller Löcher richtet sich nach dem Druckverlust, der über dem Dampfdiffusor akzeptiert werden kann, bzw. der u. U. durch den Dampfdiffusor generiert werden soll, wenn die Solaranlage mit maximalem Volumenstrom in Betrieb, also nicht in der Stagnation ist.This enables a simple configuration of the steam diffuser. The vapor diffuser can have a large number of passage holes, for example more than 50, more than 100 or even more than a thousand. The number of holes and the total area of all holes depends on the pressure loss that can be accepted across the steam diffuser or that may be generated by the steam diffuser when the solar system is operating with maximum volume flow, i.e. not in the is stagnation.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,

- dass der erste Dampfdiffusor mindestens ein mit der ersten Vorlaufleitung in Reihe geschaltetes erstes Rohrstück umfasst, das an seiner Mantelfläche und/oder an einem Stirnende die ersten Durchtrittslöcher aufweist, und/oder
- dass der zweite Dampfdiffusor mindestens ein mit der ersten Rücklaufleitung in Reihe geschaltetes zweites Rohrstück umfasst, das an seiner Mantelfläche und/oder an einem Stirnende die zweiten Durchtrittslöcher aufweist.

In a preferred embodiment of the invention, it is provided

- that the first steam diffuser comprises at least one first pipe section which is connected in series with the first flow line and has the first through-holes on its lateral surface and/or on a front end, and/or
- That the second steam diffuser comprises at least one connected in series with the first return line second piece of pipe having the second passage holes on its lateral surface and / or at a front end.

Hierdurch wird eine noch größere Anzahl von Durchtrittslöchern ermöglicht. Dabei können an der ersten Vorlaufleitung sogar mehrere parallel zueinander geschaltete erste Rohrstücke nebeneinander angeordnet sein, und/oder an der ersten Rücklaufleitung sind mehrere parallel zueinander geschaltete zweite Rohrstücke nebeneinander angeordnet, um die Anzahl der Durchtrittslöchern weiter zu erhöhen.This allows an even larger number of through-holes. Several first pipe sections connected in parallel can even be arranged next to one another on the first supply line, and/or several second pipe sections connected in parallel with one another are arranged next to one another on the first return line in order to further increase the number of passage holes.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Dampfdiffusor eine Vielzahl von vorzugsweise parallel nebeneinander angeordneten, ersten Rohrleitungsabschnitten auf, die jeweils ein erstes Durchtrittsloch bilden und mit ihrem einen Ende mit der ersten Vorlaufleitung verbunden sind und mit ihrem anderen Ende an die Sammelkammer angrenzen, und/oder der zweite Dampfdiffusor weist eine Vielzahl von vorzugsweise parallel nebeneinander angeordneten, zweiten Rohrleitungsabschnitten auf, die jeweils ein zweites Durchtrittsloch bilden und mit ihrem einen Ende mit der ersten Rücklaufleitung verbunden sind und mit ihrem anderen Ende an die Verteilerkammer angrenzen. Die Rohrstücke können ähnlich wie Orgelpfeifen in einer Reihe und/oder matrixförmig in mehreren Reihen und Spalten angeordnet sein. Die Rohrstücke können auch auf zueinander konzentrischen Kreisen in vorzugsweise konstanten Winkelabständen zueinander angeordnet sein.In another embodiment of the invention, the first vapor diffuser has a plurality of first pipe sections, preferably arranged parallel to one another, each of which forms a first passage hole and is connected at one end to the first flow pipe and at the other end adjoins the collection chamber, and /or the second steam diffuser has a plurality of second pipe sections, preferably arranged parallel to one another, each forming a second passage hole and connected at one end to the first return pipe and at the other end adjoining the distribution chamber. Similar to organ pipes, the pipe sections can be arranged in a row and/or in a matrix of several be arranged in rows and columns. The pipe sections can also be arranged on mutually concentric circles at preferably constant angular distances from one another.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Durchtrittslöcher jeweils einen hydraulischen Durchmesser von mindestens 1 mm, gegebenenfalls mindestens 1,5 mm und vorzugsweise von mindestens 2 mm auf. Dabei kann der hydraulische Durchmesser der Durchtrittslöcher jeweils kleiner als 5 mm, gegebenenfalls kleiner als 4 mm und vorzugsweise kleiner als 3 mm sein. Unter dem hydraulischen Durchmesser wird bei einem Durchtrittsloch mit nicht kreisförmigem Querschnitt das Vierfache seines Lochumfanges geteilt durch seine Fläche oder der Durchmesser desjenigen Durchtrittslochs mit kreisförmigem Querschnitt verstanden, das bei gleicher Durchströmungsgeschwindigkeit des flüssigen Wärmeträgers den gleichen Druckverlust wie das Durchtrittsloch mit dem nicht kreisförmigem Querschnitt aufweist.In a preferred embodiment of the invention, the through-holes each have a hydraulic diameter of at least 1 mm, optionally at least 1.5 mm and preferably at least 2 mm. The hydraulic diameter of the through-holes can be less than 5 mm, possibly less than 4 mm and preferably less than 3 mm. In the case of a through-hole with a non-circular cross-section, the hydraulic diameter is four times its perimeter divided by its area or the diameter of that through-hole with a circular cross-section which has the same pressure loss as the through-hole with the non-circular cross-section at the same flow rate of the liquid heat transfer medium.

Vorzugsweise sind Anzahl und Querschnitt der Durchtrittslöcher derart dimensioniert und aufeinander abgestimmt, dass beim Leersieden des ersten Kollektorteilfeldes an jedem Durchtrittsloch eine maximale Kondensationsleistung von 5 Kilowatt auftreten kann. Hierdurch können Dampfschläge weiter abgeschwächt werden.The number and cross-section of the through-holes are preferably dimensioned and matched to one another in such a way that when the first partial collector array boils dry, a maximum condensation output of 5 kilowatts can occur at each through-hole. In this way, steam chuffs can be further weakened.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,

- dass der erste Dampfdiffusor mindestens eine vorzugsweise kreisrunde erste Durchtrittslochung aufweist, die zum Durchlassen von im Wärmeträger enthaltenen Schwebeteilchen einen hydraulischen Durchmesser von mindestens 10 mm aufweist, der größer ist als der hydraulische Durchmesser der ersten Durchtrittslöcher, und dass die erste Durchtrittslochung vorzugsweise weiter von der Auslassöffnung des ersten Kollektorteilfelds entfernt ist als die ersten Durchtrittslöcher, und/oder
- dass der zweite Dampfdiffusor mindestens eine vorzugsweise kreisrunde zweite Durchtrittslochung aufweist, die zum Durchlassen von im Wärmeträger enthaltenen Schwebeteilchen einen hydraulischen Durchmesser von mindestens 10 mm aufweist, der größer ist als der hydraulische Durchmesser der zweiten Durchtrittslöcher, und dass die zweite Durchtrittslochung vorzugsweise weiter von der Einlassöffnung des ersten Kollektorteilfelds entfernt ist als die zweiten Durchtrittslöcher.

In an advantageous embodiment of the invention, it is provided

- that the first vapor diffuser has at least one, preferably circular, first through-hole, which has a hydraulic diameter of at least 10 mm for the passage of suspended particles contained in the heat transfer medium, which is larger than the hydraulic diameter of the first through-holes, and that the first through-hole is preferably further from the Outlet opening of the first partial collector field is removed than the first through-holes, and/or
- that the second steam diffuser has at least one, preferably circular, second through-hole, which has a hydraulic diameter of at least 10 mm for the passage of suspended particles contained in the heat transfer medium, which is larger than the hydraulic diameter of the second through-holes, and that the second through-hole is preferably further from the Inlet opening of the first collector sub-field is removed than the second through-holes.

Hierdurch wird vermieden, dass die bei praktisch jeder thermischen Solaranlage durch Oxidation, Fertigungsrückstände oder dergleichen in dem Wärmeträgerfluid auftretenden Schwebeteilchen die Durchtrittslöcher des ersten und/oder zweiten Dampfdiffusors verstopfen können.In this way it is avoided that the floating particles occurring in practically every thermal solar system due to oxidation, production residues or the like in the heat transfer fluid can clog the passage holes of the first and/or second steam diffuser.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Anzahl der Durchtrittslöcher und/oder die Summe der Querschnittsflächen der Durchtrittslöcher der Dampfdiffusoren derart gewählt, dass der Wärmeträger-Volumenstrom, der beim Betrieb der Solaranlage durch das erste Kollektorteilfeld fließt, von dem Wärmeträger-Volumenstrom, der beim Betrieb der Solaranlage durch das zweite Kollektorteilfeld fließt, um maximal 5%, gegebenenfalls maximal 4%, insbesondere maximal 3% und bevorzugt maximal 2% abweicht. Die Kollektorteilfelder werden dann im normalen Betrieb der Solaranlage trotz der unterschiedlichen langen Vorlauf- und Rücklaufleitungen praktisch symmetrisch durchströmt, also etwa mit demselben spezifischen Volumenstrom. Da ein Dampfdiffusor im näheren Kollektorteilfeld einen zusätzlichen Druckverlust generiert, kann mit seiner Dimensionierung die Volumenstromasymmetrie verringert werden, indem sein Druckverlust über die Zahl der Durchtrittslöcher und die Flächensumme aller Durchtrittslöcher gezielt gewählt ist. Aus dem zu erwartenden Dampfmassenstrom, der sich aus sehr vielen Parametern des Kollektorfeldes und der Kollektorteilfelder berechnen lässt, ergibt sich rechnerisch eine Mindestanzahl von Durchtrittslöchern bzw. eine Mindestflächensumme aller Durchtrittslöcher bei maximalen Druckverlust. Die Dampfdissipation und -kondensation am Dampfdiffusor erfolgt umso ruhiger und gleichmäßiger, je mehr Durchtrittslöcher zur Verfügung stehen und je weiter diese auseinanderliegen. Der Rohrdampfdiffusor ist idealerweise so zu dimensionieren, dass die Mindestanzahl von Durchtrittslöchern bzw. die Mindestflächensumme aller Durchtrittslöcher gerade so überschritten wird, dass die Volumenstromasymmetrie zwischen dem (entfernteren) zweiten Kollektorteilfeld und dem (näheren) ersten Kollektorfeld verschwindet.In an advantageous development of the invention, the number of through-holes and/or the sum of the cross-sectional areas of the through-holes of the steam diffusers is selected in such a way that the heat-transfer medium volume flow that flows through the first partial collector array when the solar system is in operation differs from the heat-transfer medium volume flow that flows during operation of the solar system Operation of the solar system flows through the second partial collector array by a maximum of 5%, possibly a maximum of 4%, in particular a maximum of 3% and preferably a maximum of 2%. The flow through the partial collector arrays is then practically symmetrical in normal operation of the solar system despite the different lengths of flow and return lines, i.e. with approximately the same specific volume flow. Since a vapor diffuser generates an additional pressure loss in the nearer sub-array of the collector, the volume flow asymmetry can be reduced with its dimensioning by specifically selecting its pressure loss via the number of through-holes and the sum of the areas of all through-holes. From the steam mass flow to be expected, which can be calculated from a large number of parameters of the collector array and the collector sub-arrays, a minimum number of through-holes or a minimum total area of all through-holes with maximum pressure loss is calculated. The vapor dissipation and condensation on the vapor diffuser takes place more smoothly and evenly, the more through-holes are available and the further apart they are. The pipe steam diffuser should ideally be dimensioned in such a way that the minimum number of through-holes or the minimum total area of all through-holes is just exceeded in such a way that the volume flow asymmetry between the (more distant) second partial collector field and the (closer) first collector field disappears.

Das Kollektorfeld kann beim Sieden über seine Hauptvorlaufleitung und über seine Hauptrücklaufleitung entleert werden, was der günstigste Fall ist. Die Entleerung ist aber auch über nur eine von beiden Hauptleitungen möglich, vorzugsweise dann durch die Hauptrücklaufleitung. Wenn die Entleerung bei Stagnation nur über eine der beiden Hauptleitungen erfolgt, ist auch nur in dieser Hauptleitung ein Diffusor nötig bzw. mehrere, wenn es mehr als ein näher gelegenes Kollektorteilfeld gibt. Diffusoren in Hauptleitungen, über die keine Entleerung beim Sieden stattfindet, erübrigen sich dann. Die Hauptvorlaufleitung kann über eine erste Fluidleitung mit einem ersten Anschluss der Ausdehnungsvorrichtung und/oder die Hauptrücklaufleitung kann über eine zweite Fluidleitung mit einem zweiten Anschluss der Ausdehnungsvorrichtung verbunden sein. In der ersten und/oder zweiten Fluidleitung kann ein Absperrventil vorgesehen sein, mittels dem diejenige Fluidleitung, die an einer Hauptleitung angeschlossen ist, der ein Dampfdiffusor zugeordnet ist, bei Stagnationsbeginn geöffnet werden kann. Das entsprechende Absperrventil kann zu diesem Zweck mit einer Steuerung in Steuerverbindung stehen, die zum Detektieren der Stagnation mindestens einen Temperatursensor und/oder einen Drucksensor für den Wärmeträger aufweist.The collector array can be emptied via its main flow line and its main return line during boiling, which is the most favorable case. However, emptying is also possible via only one of the two main lines, preferably then through the main return line. If, in the event of stagnation, the drain is only via one of the two main lines, a diffuser is only required in this main line or several if there is more than one collector sub-array located nearer. Diffusers in the main lines, through which there is no emptying during boiling, are then superfluous. The main supply line can be connected to a first connection of the expansion device via a first fluid line and/or the main return line can be connected to a second connection of the expansion device via a second fluid line. In the A shut-off valve can be provided in the first and/or second fluid line, by means of which that fluid line which is connected to a main line to which a vapor diffuser is assigned can be opened when stagnation begins. For this purpose, the corresponding shut-off valve can be in control connection with a controller which has at least one temperature sensor and/or one pressure sensor for the heat transfer medium for detecting the stagnation.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.Further details, features and advantages of the present invention result from the following description of a particular exemplary embodiment with reference to the drawing.

Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer thermischen Solaranlage, die ein Kollektorfeld mit einem ersten und einen zweiten Kollektorteilfeld aufweist, das über ein Rohrleitungsnetz mit einer Solarpumpe und einem Wärmeverbraucher verbunden ist,
2 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer als Sammler bzw. Verteiler dienenden Rohrverzweigung des Rohrleitungsnetzes, wobei die an dem Sammler bzw. dem Verteiler angeschlossenen Rohrleitungen nur teilweise dargestellt sind, und
3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer als Sammler bzw. Verteiler dienenden Rohrverzweigung des Rohrleitungsnetzes, wobei die an dem Sammler bzw. dem Verteiler angeschlossenen Rohrleitungen nur teilweise dargestellt sind.

It shows:

1 a schematic representation of a thermal solar system, which has a collector array with a first and a second collector sub-array, which is connected to a solar pump and a heat consumer via a pipe network,
2 a longitudinal section through a first exemplary embodiment of a pipe branching of the pipeline network serving as a collector or distributor, the pipelines connected to the collector or the distributor being only partially shown, and
3 a longitudinal section through a second embodiment of a serving as a collector or distributor pipe branching of the pipeline network, the pipes connected to the collector or the distributor are only partially shown.

Eine in 1 im Ganzen mit 1 bezeichnete thermische Solaranlage hat ein Kollektorfeld 2, das ein erstes Kollektorteilfeld 2A und ein zweites Kollektorteilfeld 2B aufweist. Jedes Kollektorteilfeld 2A, 2B hat jeweils eine Einlassöffnung 3A, 3B und eine Auslassöffnung 4A, 4B für einen flüssigen Wärmeträger, vorzugsweise Wasser. Die Kollektorteilfelder 2A, 2B sind in 1 nur schematisch dargestellt und können eine Mehrzahl von in der Zeichnung nicht näher dargestellten Kollektoren aufweisen, die über ein Rohrleitungssystem mit gemeinsamen Vorlaufleitungen 5A, 5B bzw. gemeinsamen Rücklaufleitungen 6A, 6B für den Wärmeträger verbunden sind.one inside 1 The thermal solar system designated as a whole with 1 has a collector array 2, which has a first collector sub-array 2A and a second collector sub-array 2B. Each partial collector array 2A, 2B has an inlet opening 3A, 3B and an outlet opening 4A, 4B for a liquid heat carrier, preferably water. The collector sections 2A, 2B are in 1 shown only schematically and can have a plurality of collectors, not shown in detail in the drawing, which are connected via a pipe system with common flow lines 5A, 5B and common return lines 6A, 6B for the heat transfer medium.

In diesem Fall sind die Einlassöffnungen 3A, 3B der Kollektorteilfelder 2A, 2B jeweils an einer Stelle, an der das dem betreffenden Kollektorteilfeld 2A, 2B zugewandte Ende der Rücklaufleitung 6A, 6B mit einer Verzweigungsstelle des Rohrleitungssystems des betreffenden Kollektorteilfeld 2A, 2B verbunden ist. In entsprechender Weise sind die Auslassöffnungen 5A, 5B der Kollektorteilfelder 2A, 2B jeweils an einer Stelle, an der das dem entsprechenden Kollektorteilfeld 2A, 2B zugewandte Ende der Vorlaufleitung 5A, 5B mit einer Verzweigungsstelle des Rohrleitungssystems des betreffenden Kollektorteilfelds 2A, 2B verbunden ist.In this case, the inlet openings 3A, 3B of the collector subarrays 2A, 2B are each at a point at which the end of the return line 6A, 6B facing the relevant collector subarray 2A, 2B is connected to a branching point of the pipeline system of the relevant collector subarray 2A, 2B. In a corresponding manner, the outlet openings 5A, 5B of the collector subarrays 2A, 2B are each at a point at which the end of the flow line 5A, 5B facing the corresponding collector subarray 2A, 2B is connected to a branching point of the pipeline system of the relevant collector subarray 2A, 2B.

Es sind aber auch andere Ausgestaltungen denkbar, bei denen das erste und/oder zweite Kollektorteilfeld nur einen einzelnen Kollektor umfasst. In diesem Fall ist die Einlassöffnung 3A, 3B des Kollektorteilfelds 2A, 2B an der Stelle, an welcher der Wärmeträger in den Kollektor eintritt und die Auslassöffnung 5A, 5B befindet ist an der Stelle, an welcher der Wärmeträger aus dem Kollektor austritt.However, other configurations are also conceivable in which the first and/or second partial collector array comprises only a single collector. In this case, the inlet opening 3A, 3B of the collector subarray 2A, 2B is at the point where the heat carrier enters the collector and the outlet opening 5A, 5B is at the point at which the heat carrier exits the collector.

Die Kollektorteilfelder 2A, 2B sind an ein Rohrleitungsnetz angeschlossen, welches für das erste Kollektorteilfeld 2A eine erste Vorlaufleitung 5A und eine erste Rücklaufleitung 6A, für das zweite Kollektorteilfeld 2B eine zweite Vorlaufleitung 5B und eine zweite Rücklaufleitung 6B, eine mit den Vorlaufleitungen 5A, 5B verbundene Hauptvorlaufleitung 5 und eine mit den Rücklaufleitungen 6A, 6B verbundene Hauptrücklaufleitung 6 aufweist.The collector sub-arrays 2A, 2B are connected to a pipe network, which for the first collector sub-array 2A has a first flow line 5A and a first return line 6A, for the second collector sub-array 2B a second flow line 5B and a second return line 6B, one connected to the flow lines 5A, 5B Main supply line 5 and a main return line 6 connected to the return lines 6A, 6B.

Die Hauptvorlaufleitung 5 ist an ihrem den Kollektorteilfeldern 2A, 2B zugewandtem Ende mit dem Sammlerauslass 7 eines Sammlers 8 verbunden. Dieser hat einen ersten Sammlereinlass 9A, der über die erste Vorlaufleitung 5A mit der Auslassöffnung 4A des ersten Kollektorteilfels 2A verbunden ist, und einen zweiten Sammlereinlass 9B, der über die zweite Vorlaufleitung 5B mit der Auslassöffnung 4B des zweiten Kollektorteilfels 2B verbunden ist. Der Sammler 8 hat eine Sammelkammer 10, die an die Sammlereinlässe 9A, 9B und den Sammlerauslass 7 angrenzt.The main flow line 5 is connected to the collector outlet 7 of a collector 8 at its end facing the partial collector arrays 2A, 2B. This has a first collector inlet 9A, which is connected via the first flow line 5A to the outlet opening 4A of the first collector part 2A, and a second collector inlet 9B, which is connected via the second flow line 5B to the outlet opening 4B of the second collector part 2B. The collector 8 has a collection chamber 10 which is adjacent to the collector inlets 9A, 9B and the collector outlet 7 .

Die Hauptrücklaufleitung 6 ist an ihrem den Kollektorteilfeldern 2A, 2B zugewandtem Ende mit dem Verteilereinlass 11 eines Verteilers 12 verbunden, der mit dem Sammler 8 baugleich ist. Dieser hat einen ersten Verteilerauslass 13A, der über die erste Rücklaufleitung 6A mit der Einlassöffnung 3A des ersten Kollektorteilfels 2A verbunden ist, und einen zweiten Verteilerauslass 13B, der über die zweite Rücklaufleitung 6B mit der Einlassöffnung 3B des zweiten Kollektorteilfels 2B verbunden ist. Der Verteiler 10 hat eine Verteilerkammer 14, die an den Verteilereinlass 10 und die Verteilerauslässe 13A, 13B angrenzt.The main return line 6 is connected at its end facing the partial collector arrays 2A, 2B to the distributor inlet 11 of a distributor 12 which is structurally identical to the collector 8 . This has a first distributor outlet 13A, which is connected via the first return line 6A to the inlet opening 3A of the first collector part 2A, and a second distributor outlet 13B, which is connected via the second return line 6B to the inlet opening 3B of the second collector part 2B. The manifold 10 has a manifold chamber 14 adjacent to the manifold inlet 10 and manifold outlets 13A, 13B.

Das den Kollektorteilfeldern 2A, 2B abgewandte Ende der Hauptrücklaufleitung 6 ist mit dem Auslass einer Solarpumpe 15 verbunden, die zum Umwälzen des Wärmeträgers mit einem Wärmeverbraucher 16, der Hauptvorlaufleitung 5, den Vorlaufleitungen 5A, 5B, dem Kollektorfeld 2, den Rücklaufleitungen 6A, 6B und der Hauptrücklaufleitung 6 in einen Solarkreislauf geschaltet ist. Die Fließrichtung des Wärmeträgers ist in 1 durch den Pfeil 17 markiert.The end of the main return line 6 facing away from the partial collector arrays 2A, 2B is connected to the outlet of a solar pump 15, which is used to circulate the heat transfer medium with a heat consumer 16, the main flow line 5, the flow lines 5A, 5B, the collector array 2, the return lines 6A, 6B and the main return line 6 is connected to a solar circuit. The flow direction of the heat carrier is in 1 marked by arrow 17.

An dem Rohrleitungsnetz ist außerdem eine Ausdehnungsvorrichtung 18 für den Wärmeträger angeschlossen, die in 1 nur schematisch dargestellt ist. In die Ausdehnungsvorrichtung 18 kann sich der Wärmeträger beim Auftreten einer Stagnation ausdehnen, wenn der Wärmeträger in dem Kollektorfeld 2 siedet. Ein erster Anschluss der Ausdehnungsvorrichtung 18 ist über eine erste Rohrleitung zwischen dem Sammler 8 und dem Wärmeverbraucher 16 mit der Hauptvorlaufleitung 5 und ein zweiter Anschluss der Ausdehnungsvorrichtung 18 ist über eine zweite Rohrleitung zwischen dem Verteiler 12 und der Solarpumpe 15 mit der Hauptrücklaufleitung 6 verbunden.An expansion device 18 for the heat carrier is also connected to the pipeline network, which in 1 is shown only schematically. The heat transfer medium can expand in the expansion device 18 when stagnation occurs, when the heat transfer medium boils in the collector array 2 . A first connection of the expansion device 18 is connected to the main flow line 5 via a first pipeline between the collector 8 and the heat consumer 16, and a second connection of the expansion device 18 is connected to the main return line 6 via a second pipeline between the distributor 12 and the solar pump 15.

Wie in 2 zu sehen ist, ist an dem Sammler 8 ein erster Dampfdiffusor 19 angeordnet, der dazu dient, in der ersten Vorlaufleitung 5A bei einer Stagnation des ersten Kollektorteilfelds 2A auftretende Dampfblasen und/oder Dampfströme in eine Vielzahl von kleineren Dampfblasen bzw. Dampfströmen zu zerteilen und diese danach mit in der Sammelkammer befindlichem flüssigem Wärmeträger aus dem zweiten Kollektorteilfeld 2B in Kontakt zu bringen. Hierdurch können die Dampfblasen kondensieren, ohne dass starke Dampfschläge in dem Wärmeträger auftreten. Zu Beginn eines Stagnationsprozesses gelangen Dampfblasen normalerweis zuerst über die erste Vorlaufleitung 5A in die Sammelkammer, während über die längere zweite Vorlaufleitung 5B noch flüssiger Wärmeträger in die Sammelkammer gelangt, der von in dem ersten Kollektorteilfeld 2A gesiedetem Wärmeträge in die zur normalen Fließrichtung 17 entgegengesetzte Richtung verdrängt wird.As in 2 As can be seen, a first vapor diffuser 19 is arranged on the collector 8, which serves to split vapor bubbles and/or vapor streams occurring in the first flow line 5A when the first partial collector field 2A stagnates into a large number of smaller vapor bubbles or vapor streams and these then bring it into contact with liquid heat carrier from the second partial collector array 2B located in the collection chamber. This allows the vapor bubbles to condense without severe vapor hammer occurring in the heat transfer medium. At the beginning of a stagnation process, vapor bubbles normally reach the collection chamber first via the first flow line 5A, while heat transfer medium that is still liquid gets into the collection chamber via the longer, second flow line 5B, which displaces the heat transfer medium that has boiled in the first partial collector array 2A in the opposite direction to the normal flow direction 17 becomes.

Außerdem ist in 2 zu sehen, das an dem Verteiler 12 ein zweiter Dampfdiffusor 19' angeordnet, der dazu dient, in der ersten Rücklaufleitung 6A bei einer Stagnation des ersten Kollektorteilfelds 2A auftretende Dampfblasen und/oder Dampfströme in eine Vielzahl von kleineren Dampfblasen bzw. Dampfströmen zu zerteilen und diese danach mit in der Verteilerkammer befindlichem flüssigem Wärmeträger aus dem zweiten Kollektorteilfeld 2B in Kontakt zu bringen. Somit können auch hier die Dampfblasen kondensieren, ohne dass starke Dampfschläge in dem Wärmeträger auftreten. Zu Beginn des Stagnationsprozesses gelangen Dampfblasen normalerweis zuerst über die erste Rücklaufleitung 6A in die Verteilerkammer, während über die längere zweite Rücklaufleitung 6B noch flüssiger Wärmeträger in die Verteilerkammer fließt, der von in dem zweiten Kollektorteilfeld 2B verdampftem Wärmeträger in die zur normalen Fließrichtung 17 entgegengesetzte Richtung verdrängt wird.In addition, 2 It can be seen that a second vapor diffuser 19' is arranged on the distributor 12, which serves to divide vapor bubbles and/or vapor streams occurring in the first return line 6A in the event of stagnation of the first partial collector field 2A into a large number of smaller vapor bubbles or vapor streams and these then bring it into contact with the liquid heat carrier from the second partial collector field 2B located in the distribution chamber. The vapor bubbles can therefore also condense here without severe vapor hammer occurring in the heat transfer medium. At the beginning of the stagnation process, vapor bubbles normally reach the distribution chamber first via the first return line 6A, while heat transfer medium that is still liquid flows into the distribution chamber via the longer second return line 6B, which is displaced in the opposite direction to the normal flow direction 17 by the heat transfer medium evaporated in the second partial collector field 2B becomes.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 hat der erste Dampfdiffusor 19 eine mit ersten Durchtrittslöchern 20 perforierte Wandung 21, die derart an dem von dem ersten Kollektorteilfeld 2A entfernten Ende der ersten Vorlaufleitung 5A angeordnet ist, dass die ersten Durchtrittslöcher 20 an die Sammelkammer 10 angrenzen und die Innenhöhlung der ersten Vorlaufleitung 5A über voneinander getrennte Pfade mit der Sammelkammer 10 verbinden. Die ersten Durchtrittslöcher 20 sind so angeordnet und ausgestaltet, dass im Falle einer Stagnation des ersten Kollektorteilfelds 2A mehrere erste Durchtrittslöcher 20 von in der ersten Vorlaufleitung 5A auftretenden Dampfblasen und/oder Dampfströmen durchströmt werden.In the embodiment according to 2 the first vapor diffuser 19 has a wall 21 perforated with first through-holes 20, which is arranged at the end of the first flow line 5A remote from the first partial collector array 2A in such a way that the first through-holes 20 adjoin the collecting chamber 10 and over the inner cavity of the first flow line 5A connect separate paths to the collection chamber 10. The first through-holes 20 are arranged and configured such that in the event of stagnation in the first partial collector array 2A, steam bubbles and/or steam flows occurring in the first flow line 5A flow through a plurality of first through-holes 20 .

In entsprechender Weise hat der zweite Dampfdiffusor 19' eine mit zweiten Durchtrittslöchern 20' perforierte zweite Wandung 21', die derart an der ersten Rücklaufleitung 6A angeordnet ist, dass die zweiten Durchtrittslöcher 20' an die Verteilerkammer 14 angrenzen und die Innenhöhlung der ersten Rücklaufleitung 6A über voneinander getrennte Pfade mit der Verteilerkammer 14 verbinden. Die zweiten Durchtrittslöcher 20' sind so angeordnet und ausgestaltet, dass im Falle einer Stagnation des ersten Kollektorteilfelds 2A mehrere zweite Durchtrittslöcher 20' von in der ersten Rücklaufleitung 6A auftretenden Dampfblasen und/oder Dampfströmen durchströmt werden.Correspondingly, the second vapor diffuser 19' has a second wall 21' perforated with second through-holes 20', which is arranged on the first return line 6A in such a way that the second through-holes 20' adjoin the distribution chamber 14 and the inner cavity of the first return line 6A connect separate paths with the distribution chamber 14. The second through-holes 20' are arranged and configured such that in the event of stagnation in the first partial collector field 2A, steam bubbles and/or steam streams occurring in the first return line 6A flow through a plurality of second through-holes 20'.

Wie in 2 zu sehen ist, ist die erste Wandung 21 des ersten Dampfdiffusors 19 als Rohrstück ausgestaltet, das mit der ersten Vorlaufleitung 5A in Reihe geschaltet ist und an seinem von der ersten Vorlaufleitung 5A entfernten Ende eine erste Stirnwand aufweist. Dabei sind die ersten Durchtrittslöcher 20 in der Mantelfläche und in der ersten Stirnwand des Rohrstücks angeordnet. Die Mantelfläche des Rohrstücks ist konzentrisch zur Längsmittelachse der Hauptvorlaufleitung 5 angeordnet. Die Längsmittelachse der zweiten Vorlaufleitung 5B fluchtet in gerader Verlängerung zur Längsmittelachse der Hauptvorlaufleitung 5.As in 2 As can be seen, the first wall 21 of the first steam diffuser 19 is configured as a piece of pipe which is connected in series with the first supply line 5A and has a first end wall at its end remote from the first supply line 5A. The first passage holes 20 are arranged in the lateral surface and in the first end wall of the pipe section. The lateral surface of the piece of pipe is arranged concentrically to the longitudinal central axis of the main flow line 5 . The longitudinal center axis of the second flow line 5B is aligned in a straight extension to the longitudinal center axis of the main flow line 5.

In entsprechender Weise ist die zweite Wandung 21' des zweiten Dampfdiffusors 19' als Rohrstück ausgestaltet, das mit der ersten Rücklaufleitung 6A in Reihe geschaltet ist und an seinem von der ersten Rücklaufleitung 6A entfernten Ende eine zweite Stirnwand aufweist. Dabei sind die ersten Durchtrittslöcher 20, 20' in der Mantelfläche und in der Stirnwand des Rohrstücks angeordnet. Die Mantelfläche des Rohrstücks ist konzentrisch zur Längsmittelachse der Hauptrücklaufleitung 6 angeordnet. Die Längsmittelachse der zweiten Rücklaufleitung 6B fluchtet in gerader Verlängerung zur Längsmittelachse der Hauptrücklaufleitung 6.Correspondingly, the second wall 21' of the second steam diffuser 19' is designed as a piece of pipe which is connected in series with the first return line 6A and has a second end wall at its end remote from the first return line 6A. The first passage holes 20, 20' are arranged in the lateral surface and in the end wall of the pipe section. The lateral surface of the piece of pipe is arranged concentrically to the longitudinal central axis of the main return line 6 . The longitudinal center axis of the second return line 6B is aligned in a straight extension to the longitudinal center axis of the main return line 6.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist die erste Wandung 21 des ersten Dampfdiffusors 19 an zwei parallel zueinander beabstandeten Rohrstücken angeordnet, die mit ihren Mittelachsen parallel zur Mittelachse der ersten Vorlaufleitung 5A und quer zur Mittelachse der zweiten Vorlaufleitung 5B angeordnet sind. Die Längsmittelachse der zweiten Vorlaufleitung 5B fluchtet in gerader Verlängerung zur Längsmittelachse der Hauptvorlaufleitung 5.In the embodiment according to 3 For example, the first wall 21 of the first steam diffuser 19 is arranged on two pipe sections which are spaced parallel to one another and which are arranged with their central axes parallel to the central axis of the first flow line 5A and transverse to the central axis of the second flow line 5B. The longitudinal center axis of the second flow line 5B is aligned in a straight extension to the longitudinal center axis of the main flow line 5.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist die zweite Wandung 21' des zweiten Dampfdiffusors 19' an zwei parallel zueinander beabstandeten Rohrstücken angeordnet, die mit ihren Mittelachsen parallel zur Mittelachse der ersten Rücklaufleitung 6A und quer zur Mittelachse der zweiten Rücklaufleitung 6B angeordnet sind. Die Längsmittelachse der zweiten Rücklaufleitung 5B fluchtet in gerader Verlängerung zur Längsmittelachse der Hauptrücklaufleitung 5.In the embodiment according to 3 For example, the second wall 21' of the second steam diffuser 19' is arranged on two parallel, spaced pipe sections which are arranged with their central axes parallel to the central axis of the first return line 6A and transverse to the central axis of the second return line 6B. The longitudinal center axis of the second return line 5B is aligned in a straight extension to the longitudinal center axis of the main return line 5.

Die Durchtrittslöcher 20 des ersten Dampfdiffusors 19 haben jeweils einen Durchmesser von 2 mm. Für den Durchtritt von in dem flüssigen Wärmeträger enthaltenen Schwebstoffen hat jedes Rohrstück des ersten Dampfdiffusors 19 eine kreisrunde erste Durchtrittslochung 22, die einen Durchmesser von mindestens 10 mm hat, der größer ist als der hydraulische Durchmesser der Durchtrittslöcher 20. Die Durchtrittslöcher 20 und die Durchtrittslochungen 22 sind in den 2 und 3 nicht maßstäblich dargestellt.The passage holes 20 of the first steam diffuser 19 each have a diameter of 2 mm. For the passage of suspended matter contained in the liquid heat transfer medium, each pipe section of the first steam diffuser 19 has a circular first through-hole 22, which has a diameter of at least 10 mm, which is larger than the hydraulic diameter of the through-holes 20. The through-holes 20 and the through-holes 22 are in the 2 and 3 not shown to scale.

In entsprechender Weise haben mit die Durchtrittslöcher 20' des zweiten Dampfdiffusors 19' jeweils einen Durchmesser von 2 mm. Für den Durchtritt von in dem flüssigen Wärmeträger enthaltenen Schwebstoffen hat jedes Rohrstück des zweiten Dampfdiffusors 19' eine kreisrunde zweite Durchtrittslochung 22', die einen Durchmesser von mindestens 10 mm hat, der größer ist als der hydraulische Durchmesser der Durchtrittslöcher 20.Correspondingly, the passage holes 20' of the second steam diffuser 19' each have a diameter of 2 mm. For the passage of suspended matter contained in the liquid heat transfer medium, each pipe section of the second vapor diffuser 19' has a circular second passage hole 22', which has a diameter of at least 10 mm, which is larger than the hydraulic diameter of the passage holes 20.

Wie in 1 zu sehen ist, hat die Ausdehnungsvorrichtung 18 einen ersten und einen zweiten Anschluss. Der erste Anschluss ist über eine erste Fluidleitung mit der Hauptvorlaufleitung 5 und der zweite Anschluss über eine zweite Fluidleitung mit der Hauptrücklaufleitung 6 verbunden. In der ersten Fluidleitung ist ein erstes Absperrventil 23 und in der zweiten Fluidleitung ein zweites Absperrventil 24 angeordnet. Die Absperrventile 23, 24 sind mit Aktoren betätigbar, die mit einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Steuerung in Steuerverbindung stehen. Je nach Betriebszustand (Stagnation, Produktionsbetrieb) der Solaranlage 1 können die Absperrventile 23, 24 über die Steuerung geöffnet oder geschlossen werden.As in 1 As can be seen, the expansion device 18 has first and second ports. The first connection is connected to the main supply line 5 via a first fluid line and the second connection is connected to the main return line 6 via a second fluid line. A first shut-off valve 23 is arranged in the first fluid line and a second shut-off valve 24 is arranged in the second fluid line. The shut-off valves 23, 24 can be actuated with actuators which are in control connection with a control not shown in the drawing. Depending on the operating status (stagnation, production operation) of the solar system 1, the shut-off valves 23, 24 can be opened or closed via the controller.

Claims

Thermal solar system (1), having - a collector array (2) which comprises at least a first and a second partial collector array (2A, 2B), each having an inlet opening (3A, 3B) and an outlet opening (4A, 4B) for a liquid heat transfer medium - at least one solar pump (15) for conveying the heat transfer medium through the collector field (1), - a pipeline network, which - for the first partial collector field (2A) has a first flow line (5A) and a first return line (6A), - for the second partial collector array (2B) has a second flow line (5B) and a second return line (6B), - a main flow line (5) connected to the flow lines (5A, 5B) and a main return line (6) connected to the return lines (6A, 6B). , wherein the second flow line (5B) has a greater length than the first flow line (5A) and the second return line (6B) has a greater length than the first return line (6A), - one connected to the pipeline network e Expansion device (18) into which and/or on which the heat transfer medium can expand if stagnation occurs in a partial collector field (2A, 2B), - a collector ( 8) which has a collection chamber (10) which - a first collector inlet (9A) connected via the first flow line (5A) to the outlet opening (4A) of the first partial collector array (2A), - a first collector inlet (9A) connected via the second flow line (5B). the outlet opening (4B) of the second partial collector array (2B) and - a collector outlet (7) connected to the main flow line (5), and - one between the expansion device (18) and the partial collector arrays (2A, 2B) arranged distributor (12), which has a distribution chamber (14), - a with the main return line (6) connected distributor inlet (11), - a via a first return line (6A) with the inlet opening (3A) of the e - a first distributor outlet (13A) connected to the first partial collector array (2A), and - a second distributor outlet (13B) connected via a second return line (6B) to the inlet opening (3B) of the second partial collector array (2b), characterized in that on the first flow line (5A) a first steam diffuser (19) is provided for breaking up steam bubbles that occur in the first flow line (5A) when the first partial collector field (2A) stagnates, and that the first steam diffuser (19) for releasing the broken up steam bubbles in the Collection chamber (10) located liquid heat carrier adjacent to this.

Thermal solar system (1) after claim 1 , characterized in that the first steam diffuser (19) has a first wall (21) perforated with first passage holes (20), which is arranged on the first supply line (5A) in such a way that the first passage holes (20) adjoin the collection chamber (10 ) adjoin and, in the event of stagnation of the first partial collector array, steam bubbles occurring in the first flow line flow through them.

Thermal solar system (1) after claim 2 , characterized in that the first steam diffuser (19) comprises at least one first pipe section which is connected in series with the first flow line (5A) and has the first through-holes (20) on its lateral surface and/or on a front end.

Thermal solar system (1) after claim 1 , characterized in that the first vapor diffuser (19) has a plurality of first pipe sections, preferably arranged parallel to one another, each of which forms a first passage hole and is connected at one end to the first supply pipe (5A) and at the other end to the Adjoin collection chamber (10).

Thermal solar system (1) according to one of claim 2 until 4 , characterized in that the first steam diffuser (19) has at least one preferably circular first through hole (22) which has a hydraulic diameter of at least 10 mm for the passage of suspended particles contained in the heat carrier, which is larger than the hydraulic diameter of the first through holes ( 20), and that this through-hole (22) is preferably further away from the outlet opening (4A) of the first partial collector array (2A) than the first through-holes (20).

Thermal solar system (1), having - a collector array (2) which comprises at least a first and a second partial collector array (2A, 2B), each having an inlet opening (3A, 3B) and an outlet opening (4A, 4B) for a liquid heat transfer medium - at least one solar pump (15) for conveying the heat transfer medium through the collector field (1), - a pipeline network, which - for the first partial collector field (2A) has a first flow line (5A) and a first return line (6A), - for the second partial collector array (2B) has a second flow line (5B) and a second return line (6B), - a main flow line (5) connected to the flow lines (5A, 5B) and a main return line (6) connected to the return lines (6A, 6B). , wherein the second flow line (5B) has a greater length than the first flow line (5A) and the second return line (6B) has a greater length than the first return line (6A), - one connected to the pipeline network e Expansion device (18) into which and/or on which the heat transfer medium can expand if stagnation occurs in a partial collector field (2A, 2B), - a collector ( 8) which has a collection chamber (10) which - a first collector inlet (9A) connected via the first flow line (5A) to the outlet opening (4A) of the first partial collector array (2A), - a first collector inlet (9A) connected via the second flow line (5B). the outlet opening (4B) of the second partial collector array (2B) and - a collector outlet (7) connected to the main flow line (5), and - one between the expansion device (18) and the partial collector arrays (2A, 2B) arranged distributor (12), which has a distribution chamber (14), - a with the main return line (6) connected distributor inlet (11), - a via a first return line (6A) with the inlet opening (3A) of the e The first distributor outlet (13A) connected to the first partial collector array (2A), and - a second distributor outlet (13B) connected via a second return line (6B) to the inlet opening (3B) of the second partial collector array (2b), characterized in that on the first return line (6A) a second vapor diffuser (19') is provided for breaking up vapor bubbles occurring in the event of stagnation in the first return line (6A), and that the second vapor diffuser (19') for releasing the broken up vapor bubbles into the in the distribution chamber (11) located liquid heat transfer medium is adjacent to this.

Thermal solar system (1) after claim 6 , characterized in that the second vapor diffuser (19') has a second wall (21') perforated with second through-holes (20'), arranged on the first return line (6A) in such a way that the second through-holes (20') are attached to the Adjacent distribution chamber (14) and in the case of stagnation of the first partial collector field (2A) of the first return line (6A) occurring vapor bubbles are flowed through.

Thermal solar system (1) after claim 7 , characterized in that the second steam diffuser (19 ') comprises at least one with the first return line (6A) connected in series, the second piece of pipe which on its lateral surface and / or has the second passage holes (20') at one end.

Thermal solar system (1) after claim 6 , characterized in that the second steam diffuser (19') has a plurality of second pipe sections, which are preferably arranged parallel to one another and each form a second passage hole and are connected at one end to the first return pipe (6A) and at their other end to adjoin the distribution chamber (14).

Thermal solar system (1) according to one of claim 7 until 9 , characterized in that the second vapor diffuser (19') has at least one preferably circular second through hole (22') which has a hydraulic diameter of at least 10 mm for the passage of suspended particles contained in the heat carrier, which is larger than the hydraulic diameter of the second Through-holes (20`), and that this through-hole (22') is preferably further away from the inlet opening (3A) of the first partial collector array (2A) than the second through-holes (20').

Thermal solar system (1) according to one of Claims 1 until 5 and after one of Claims 6 until 10 .

Thermal solar system (1) according to one of claims 2 until 5 , 7 until 11 , characterized in that the passage holes (20, 20 ') each have a hydraulic diameter of at least 1 mm, optionally at least 1.5 mm and preferably at least 2 mm.

Thermal solar system (1) according to one of claims 2 until 5 , 7 until 12 , characterized in that the hydraulic diameter of the through-holes (20, 20') is in each case less than 5 mm, optionally less than 4 mm and preferably less than 3 mm.

Thermal solar system (1) according to one of claims 2 until 5 , 7 until 13 , characterized in that the number and cross-sections of the through-holes (20, 20') are dimensioned and matched to one another such that when the first partial collector field (2A) boils dry, a maximum condensation output of 5 kilowatts can occur at each through-hole (20, 20').

Thermal solar system (1) according to one of claims 2 until 5 , 7 until 14 , characterized in that the number of through-holes (20, 20') and/or the sum of the cross-sectional areas of the through-holes (20, 20') of the steam diffuser or steam diffusers (10, 19') is selected such that the heat transfer medium volume flow , which flows through the first partial collector field (2A) during operation of the solar system (1), from the heat transfer medium volume flow, which flows through the second partial collector field (2B) during operation of the solar system (1), by a maximum of 5%, possibly a maximum of 4% , in particular a maximum of 3% and preferably a maximum of 2%.

Thermal solar system (1) according to one of Claims 1 until 15 , characterized in that the heat carrier is water.