DE202007002645U1 - Vacuum solar collector tube, comprises inner and outer tube joined by glass welding - Google Patents

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Abstract

Each of the collector tubes (1) is assembled of an inner and an outer tube (3). The inner tube is coated with a heat absorbing material and is provided with threaded glass ends (2) in order to be joined to the collector with a union nut. Inner and outer tube (3) are connected with glass welding. A vacuum is created between them. The tubes (1) can be completely emptied in case of a power cut without the use of a pump. Independent claims are given for a collector unit incorporating the tubes, automatic spring-supported valves automatically opening in case of a power cut, the direct transfer from the collector into the return system of the heating unit, and a fixed value regulator for the addition of returned water.

Description

Stand der Technik:State of the art:

Glykol- WassergemischGlycol-water mixture

Herkömmliche Solaranlagen sind mit einem Wasser- Glykolgemisch versehen um das Einfrieren des Kollektors im Winter zu verhindern. Nachteil bei diesen Systemen ist, dass zum einen (aufgrund des Mischungsverhältnisses) nicht gleich viel Energie aufgenommen werden kann wie bei reinem Wasser ohne Frostschutzgemisch, zum anderen besteht die Gefahr, dass sich bei Kollektorüberhitzung das Glykol- Wassergemsich trennt und so 2 getrennte Flüssigkeiten im Kollektor entstehen. Des Weiteren kann überhitztes Glykolgemisch im Solarkreislauf verkleben.conventional Solar plants are provided with a water-glycol mixture around the Prevent freezing of the collector in winter. Disadvantage with these Systems is that on the one hand (due to the mixing ratio) not as much energy can be absorbed as in pure Water without antifreeze mixture, on the other hand there is the danger that at collector overheating the glycol-water chemistry separates and so 2 separate liquids arise in the collector. Furthermore, superheated glycol mixture in Bond solar circuit.

Die Röhrenkollektorkonstruktion verhindert das Leerlaufen des Kollektors bei Frostgefahr.The Tube collector construction prevents emptying of the collector if there is a risk of frost.

Diese Probleme werden mit dem in Schutzanspruch 1; 2 und 3 aufgeführten Merkmalen gelöst.These Problems are with the protection claim 1; 2 and 3 listed features solved.

Der Solarkreislauf bildet ein eigenständiges System mit Wärmetauscher, Regelung und Sicherheitseinrichtungen. Bei Übergabe der Energie an das Heizsystem sind meist mehrere Tauschervorgänge nötig. Bei jedem Tauschvorgang sind Verluste zu beklagen, bzw. muss die Einspeisetemperatur deutlich über der Systemtemperatur liegen. Gerade in den Wintermonaten erreichen die Kollektoren nicht ausreichend Temperaturdifferenz um die Speicher effektiv zu versorgen.Of the Solar circuit forms an independent system with heat exchanger, Regulation and safety devices. When transferring the energy to the heating system usually several exchange operations are necessary. at each exchange process is to be lamented losses, or must the feed temperature clearly over the system temperature are. Just in the winter months reach the collectors are not enough temperature difference around the memory to supply effectively.

Diese Probleme werden mit dem in Schutzanspruch 4 aufgefüherten Merkmalen gelöst.These Problems are with the auffüherten in protection claim 4 features solved.

Bestehende Reinwassersolarsysteme:Existing pure water solar systems:

Bei Drainbacksystemen wird die Solaranlage bei Frost- oder Überhitzungsgefahr in den Speicher entleert. Hierzu ist ein entsprechender technischer Aufwand erforderlich mit entsprechenden Regel- Pumpen und Umstellkomponenten. Zudem ist eine solare Heizungsunterstützung bei Außentemperaturen unter 3°C fraglich (Frostgefahr, der Kollektor wird entleert).at Drainback systems, the solar system in case of frost or overheating dumped in the store. For this purpose, a corresponding technical effort required with appropriate control pumps and changeover components. In addition, a solar heating support in outdoor temperatures below 3 ° C questionable (danger of frost, the collector is emptied).

Bei geschlossenen Reinwassersystemen ist eine entsprechende, technisch aufwendige Regelung erforderlich, aus Sicherheitsgründen für die übrige Heizungsanlage wird auch hier das Solarsystem vom Heizungssystem getrennt. Hierfür sind somit wieder Tauscherverluste zu beklagen.at closed clean water systems is a corresponding, technical complicated regulation required, for safety reasons for the rest of the heating system Here, too, the solar system is disconnected from the heating system. For this purpose are thus again to complain exchanger losses.

Bei beiden Systemen besteht erhebliche Frostschadengefahr wenn der Strom ausfällt, zumal die Kollektor- und Leitungskreise nicht entleert werden können. Die komplette Anlage kann Schaden nehmen.at both systems there is considerable risk of frost damage if the current fails, especially since the collector and circuit circles can not be emptied. The complete system can be damaged.

Die Frostschutzprobleme werden mit dem Schutzanspruch 1; 2 und 3 gelöst. Das Überhitzungsproblem wird mit dem Schutzanspruch 5 gelöst. Bei ausreichendem Solarertrag wird das Kollektorsystem überhitzen. Ein vergrößertes Ausdehnungsgefäß in der Heizungsanlage sorgt für sicheren Betrieb.The Frost protection problems are with the protection claim 1; 2 and 3 solved. The overheating problem is achieved with the protection claim 5. With sufficient solar yield the collector system will overheat. An enlarged expansion tank in the Heating system ensures safe operation.

Nachdem der Solarspeicher (z.B. Warmwasserentnahme) abgekühlt ist könnte die Solaranlage die überschüssige Energie wieder ins Heizsystem und Warmwassersystem einspeisen. Bei normalen Solarsystemen würde dies jedoch zur Sicherheitsabschaltung (Sicherheitstemperaturbegrenzung) am Energieerzeuger führen, da eventuell 200°C im Solarkreislauf herrschen und so hohe Temperaturen nicht ins Kesselsystem laufen dürfen. Bei dem verwendeten Vakuumkollektor würde die Solaranlage über Wochen wegen Überhitzung (geringer Energieverlust) blockiert sein. Das Mischsystem (8) sorgt dafür, dass ausreichend Rücklaufwasser aus dem Heizungsrücklauf mit dem Solarvorlauf gemischt wird. Das Mischsystem kann so auf jede zulässige Systemmaximaltemperatur eingestellt werden ohne eine Überhitzung sowie eventuelle Hitzeschäden an der Anlage zu verursachen. Heiße Kollektortemperaturen können somit abgebaut werden und der Kollektor kann auch bei hohen Temperaturen in das System einspeisen.After the solar storage tank (eg hot water withdrawal) has cooled down, the solar system could feed the surplus energy back into the heating system and hot water system. In normal solar systems, however, this would lead to safety shutdown (safety temperature limit) on the power generator, since possibly 200 ° C prevail in the solar circuit and so high temperatures must not run into the boiler system. With the vacuum collector used, the solar system would be blocked for weeks due to overheating (low energy loss). The mixing system ( 8th ) ensures that sufficient return water from the heating return is mixed with the solar flow. The mixing system can thus be set to any permissible system maximum temperature without causing overheating and possible heat damage to the system. Hot collector temperatures can thus be reduced and the collector can feed into the system even at high temperatures.

FigurenerklärungFigure declaration

1: Vakuum- Kollektorröhre: (auf gesondertem Blatt) zur Aufnahme der Sonnenenergie
1: Innenglasröhre deren Ende mit einem Glasgewinde (2) versehen ist
2: Glasgewinde zum Anschluß an den Kollektorsammler mittels Überwurfmutter
3: Außenglasröhre die mit der Innenröhre verschweißt wird. Zwischen der Innenröhre und der Außenröhre befindet sich das Vakuum. 1 : Vacuum Collector Tube: (on separate sheet) to absorb solar energy
1 : Inner glass tube whose end with a glass thread ( 2 ) is provided
2 : Glass thread for connection to the collector collector by means of union nut
3 : Outer glass tube which is welded to the inner tube. Between the inner tube and the outer tube is the vacuum.

2: Kollektorvorlauf- und Rücklaufsammler mit Zuluftleitung und Druckbehälter: ohne Innenleben mit starker Dämmung oder Vakuumdämmung gegen Wärmeverlust, zur Aufnahme der Kollektorröhre (1). Bei Stromausfall wird der Kollektor im Winter entleert. Bei abfallendem Druck im Kollektor öffnet das Federventil (4) im Kollektorsammler. Dadurch kann über die Leitung (6) Luft in den Kollektor strömen. Der Entleerungsvorgang kann durch einen Luftdruckbehälter (5) unterstützt werden. 2 : Collector flow and return collectors with supply air line and pressure vessel: without interior with strong insulation or vacuum insulation against heat loss, for receiving the collector tube ( 1 ). In case of power failure, the collector is emptied in winter. When the pressure in the collector drops, the spring valve ( 4 ) in the collector collector. This can be done via the line ( 6 ) Pour air into the collector. The emptying process can be controlled by an air pressure vessel ( 5 ) get supported.

3: Frostschutzventile: öffnen bei Stromausfall damit der Kollektor leer laufen kann und ein Einfrieren der Solaranlage verhindert wird. 3 : Frost protection valves: open in case of power failure so that the collector can run empty and freezing of the solar system is prevented.

4: Umstellventil: Stellt den Heizungsrücklauf auf Solarbetrieb um. Das Rücklaufwasser der Heizkreise wird nach Umstellung (7) durch den Kollektor geführt. Die Umstellung erfolgt bei Frostgefahr (Kollektor wird über Heizungsrücklaufwasser auf Mindesttemperatur erwärmt). Ist die Kollektortemperatur höher als die Heizungsrücklauftemperatur wird so der Heizungsrücklauf über den Kollektor erwärmt. 4 : Diverter valve: Sets the heater return to solar operation. The return water of the heating circuits will change after ( 7 ) through the collector. The changeover takes place in case of danger of frost (collector is heated to minimum temperature via heating return water). If the collector temperature is higher than the heating return temperature, the heating return is heated via the collector.

5: Überhitzungsschutz: Mischt dem Solarvorlauf ausreichend Rücklaufwasser bei um eine Systemüberhitzung zu verhindern (z.B. bei hohem Solarertrag im Sommer). Hierfür wird ein Festwertregler mit Mischventil (8) installiert, so kann die maximale Kollektorvorlauftemperatur gehalten werden. 5 : Overheating protection: Mixes sufficient return water with the solar flow to prevent system overheating (eg with high solar yield in summer). For this purpose, a fixed value controller with mixing valve ( 8th ) installed, the maximum collector flow temperature can be maintained.

Ziel: Aim:

Ziel der Erfindung ist es, einen Reinwasserkollektor mit Solarsystem zu bauen der diese Nachteile nicht aufweist und effektiv und sicher arbeitet.aim The invention is a pure water collector with solar system which does not have these disadvantages and effective and safe is working.

Claims (5)

Vakuum- Solarkollektorröhren mit Doppelwandigen Vakuumdoppelglasröhren ohne Innenleben damit diese leer laufen können. Zur besseren Wärmeaufnahme ist die Innenröhre mit Absorbtionsbeschichtung versehen. dadurch gekennzeichnet, dass die innere Röhre (1) an den Enden einen Glasgewindeanschluss aufweist (2) um mit einer Überwurtmutter an die Sammler angeschlossen werden zu können. Die innere und äußere Röhre werden mittels Glasverschweißung (3) verbunden, zwischen ihnen befindet sich das Vakuum. Die Konstruktion ermöglicht ein völliges Leerlaufen der Röhren bei Stromausfall ohne Unterstützung einer Pumpe oder dg. da sich keine Rohrwindungen in der Röhre befinden. Ein Frostschutzgemisch ist daher nicht nötig. Zudem kann bei Einfriergefahr das Ventil (7) umgestellt werden. Über die Heizungsrücklaufleitung kann der Kollektor so mit gemäßigter Temperatur durchströmt und so vor Frost geschützt werden.Vacuum solar collector tubes with double-walled vacuum double glass tubes without inner life so that they can run empty. For better heat absorption, the inner tube is provided with Absorbtionsbeschichtung. characterized in that the inner tube ( 1 ) has a glass thread connection at the ends ( 2 ) to be connected to the collector with a nut. The inner and outer tubes are sealed by glass welding ( 3 ), between them is the vacuum. The design allows for complete drainage of the tubes in case of power failure without the support of a pump or dg. because there are no tube turns in the tube. An antifreeze mixture is therefore not necessary. In addition, in case of freezing the valve ( 7 ) be converted. By means of the heating return line, the collector can be flowed through with a moderate temperature and thus protected from frost. Sammlerbalken zur Aufnahme der Kollektorröhren ohne Innenleben mit Dämmung dadurch gekennzeichnet, dass die Sammler über keinerlei Innenleben verfügen um das Leerlaufen bei Frostgefahr und Stromausfall zu ermöglichen. Ein federgetriebenes Großbelüftungsventil (4) (im Sammler eingebaut) öffnet bei abfallenden Druck im Kollektor. Die Entleerungsgeschwindigkeit kann durch Einsatz eines Pressluftbehälters (5) unterstützt werden. Sobald der Kollektor entleert wird, sorgt der ansonsten geringere Druck im Pressluftbehälter für das herausdrücken des Kollektorwassers. Dieser wird frostsicher im Haus installiert und ist mittels einer Zuluftleitung (6) mit dem oberen Sammler verbunden.Collector beam for receiving the collector tubes without internal life with insulation characterized in that the collectors have no inner workings to allow the emptying in case of risk of frost and power failure. A spring-driven large ventilation valve ( 4 ) (installed in the collector) opens at falling pressure in the collector. The emptying speed can be achieved by using a compressed air tank ( 5 ) get supported. As soon as the collector is emptied, the otherwise lower pressure in the compressed air tank causes the collector water to squeeze out. This is installed frost-proof in the house and is by means of a supply air line ( 6 ) connected to the upper collector. Automatische feder- oder magnetbelastete Entleerungsventile dadurch gekennzeichnet, dass diese bei Stromausfall automatisch öffnen und die Entleerung des Kollektors ohne Pumpenbetrieb ermöglichen. Dadurch wird die Kollektorsicherung bei Frostgefahr und ausgefallener Stromversorgung möglich.Automatic spring or solenoid loaded drain valves characterized in that they open automatically in case of power failure and allow the emptying of the collector without pump operation. As a result, the collector fuse at risk of frost and unusual Power supply possible. Direkte Einspeisung vom Kollektor in den Rücklauf des Heizungssystems, keine Separaten Pumpengruppen, Wärmetauscher, Sicherheitseinrichtung oder Ausdehnungsgefäße, da das Solarsystem direkt in den Heizkreislauf eingebunden ist. dadurch gekennzeichnet, dass das Heizungsrücklaufwasser bei Bedarf, über das Dreiwegeventil (7) direkt durch den Vakuumkollektor angehoben wird. So können auch geringste Solarerträge (auch bei diffuser Sonnenstrahlung) direkt und ohne Tauscherverluste zur Hausbeheizung genutzt werden.Direct feed from the collector into the return of the heating system, no Separate pump groups, heat exchangers, safety device or expansion vessels, as the solar system is integrated directly into the heating circuit. characterized in that the heating return water, if necessary, via the three-way valve ( 7 ) is lifted directly through the vacuum collector. Even the lowest solar yields (even with diffused solar radiation) can be used directly and without exchanger losses for domestic heating. Bei Kollektorüberhitzung kann die Solarenergie genutzt werden ohne das eins Systemüberhitzung entsteht. Hierfür wird eine Festwertregelung (8) zur Beimischung von Rücklaufwasser installiertWith collector overheating, the solar energy can be used without one system overheating arises. For this purpose, a fixed value system ( 8th ) installed for the addition of return water
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