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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Solar-Flachkollektor und eine thermische Solaranlage.
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DE 20 2009 017 830 U1 zeigt einen Solar-Flachkollektor mit einer Mehrzahl von Wärmeträgerrohren in Form von Heatpipes und einen Wärmetauscher, wobei erste Enden der Heatpipes mit den Kondensatoren im Bereich des Wärmetauschers vorgesehen sind. Der Wärmetauscher wird von einem Nutzwärmemedium (Nutzwärmewasser) durchströmt. Beim Durchströmen des Nutzwärmemediums durch den Wärmetauscher entzieht das Wärmemedium den Kondensatoren der Heatpipes einen Teil der Nutzwärme. Der Wärmetauscher weist einen Zulauf und einen Ablauf auf. Die Heatpipes und der Wärmetauscher sind in einem Rahmen angeordnet.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Solar-Flachkollektor und eine thermische Solaranlage vorzusehen, welche über einen verbesserten Frostschutz verfügt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Solar-Flachkollektor gemäß Anspruch 1 und eine thermische Solaranlage gemäß Anspruch 6 gelöst.
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Somit wird ein Solar-Flachkollektor vorgesehen, der eine Sammelrohreinheit mit einem ersten und zweiten Ende und eine Mehrzahl von Hülsen quer zu einer Längsrichtung der Sammelrohreinheit aufweist. Der Solar-Flachkollektor weist ferner eine Vielzahl von Heatpipe-Einheiten jeweils mit einem Rohr und einem Kondensator auf, wobei die Hülsen dazu ausgestaltet sind, die Kondensatoren aufzunehmen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Sammelrohreinheit einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Hülsen weisen eine Länge und eine Breite auf, wobei die Länge der Hülsen größer ist als der Durchmesser der Sammelrohreinheit, und die Breite der Hülse kleiner ist als der Durchmesser der Sammelrohreinheit.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Hülsen zumindest an einem Ende offen, so dass die Kondensatoren in die Hülsen eingeführt werden können. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Mehrzahl der Heatpipe-Einheiten auf einem Blech vorgesehen. Alternativ dazu kann jeder Heatpipe-Einheit ein Blech zugeordnet sein. Die Erfindung betrifft ebenfalls thermische Solaranlagen mit mindestens einem oben beschriebenen Solar-Flachkollektor, einer Umwälzpumpe, einem Rohr- oder Kanalsystem. Das Kanalsystem verbindet zumindest die Umwälzpumpe mit den Solar-Flachkollektoren. Die Solaranlage weist ferner einen frostsicheren Behälter zur Aufnahme des sich in dem Rohr- oder Kanalsystem und in den Sammelrohreinheiten des Solar-Flachkollektors befindlichen Wärmeträgermediums auf.
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Die Erfindung betrifft den Gedanken, dass als Wärmeträgermedium in einer thermischen Solaranlage und einem Solar-Flachkollektor Wasser anstatt einer Kombination aus Wasser und Frostschutzmittel verwendet werden soll. Hierbei muss jedoch darauf geachtet werden, dass die thermische Solaranlage sowie der Solar-Flachkollektor sowohl frost- als auch winterfest ausgestaltet ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die thermische Solaranlage als eine Drain-Back-Anlage ausgestaltet ist. Diese Anlage weist typischerweise eine Umwälzpumpe auf, welche dazu ausgestaltet ist, das Wärmeträgermedium (Wasser) durch die Solar-Flachkollektoren zu pumpen. Wenn die Umwälzpumpe deaktiviert ist, dann soll das komplette Wärmeträgermedium (Wasser) innerhalb der Solar-Flachkollektoren in einen frostsicheren Behälter fließen. Wenn die Anlage wieder anlaufen soll, dann kann eine weitere Pumpe (Befüll-Pumpe) das Wasser aus dem frostsicheren Behälter in das Rohr- und Kollektorvolumen befördern, und die Umwälzpumpe kann den Wärmeträgermedium-Kreislauf aufrecht erhalten.
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Bei der Ausgestaltung einer Drain-Back-Anlage sollte darauf geachtet werden, dass das Wärmeträgermedium (Wasser) bei Stillstand der Umwälzpumpe komplett aus dem Kollektor- und Rohrvolumen entfernt worden ist und dass bei einer Reaktivierung der Anlage das Kollektor- und Rohrvolumen komplett mit dem Wärmeträgermedium geflutet ist, ohne dass Luftblasen darin vorhanden sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Solar-Flachkollektor eine Mehrzahl von Heatpipes auf. Die Heatpipes weisen an ihrem ersten Ende einen Kondensator auf. Die Heatpipes sind als rohrförmige geschlossene Wärmeüberträger ausgestaltet. Ein Wärmeträgermedium ist in der Heatpipe eingeschlossen und liegt dort teilweise in gasförmiger und teilweise in flüssiger Phase vor. Das Rohr der Heatpipe mündet in den Kondensator. Beispielsweise unter Solaranstrahlung verdampft das Wärmeträgermedium in dem Rohr und der Dampf steigt in den Kondensator auf. Im Bereich des Kondensators wird die in dem Dampf enthaltene Wärme abgegeben, so dass der Dampf abkühlt und sich kondensiert und wieder in das Rohr der Heatpipe fließt.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht auf einen Solar-Flachkollektor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Solar-Flachkollektor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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3 zeigt eine Schnittzeichnung eines Ausschnittes des Solar-Flachkollektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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4 zeigt einen schematischen Querschnitt eines weiteren Ausschnitts des Solar-Flachkollektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Sammelrohres des Solar-Flachkollektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Flachkollektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht auf einen Solar-Flachkollektor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
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8 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Solar-Flachkollektor gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
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9 zeigt eine Schnittzeichnung eines Ausschnittes des Solar-Flachkollektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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10 zeigt einen schematischen Querschnitt eines weiteren Ausschnitts des Solar-Flachkollektors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
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11 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Ausschnittes des Solar-Flachkollektors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, und
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12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Sammelrohres des Solar-Flachkollektors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht auf einen Solar-Flachkollektor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Solar-Flachkollektor 100 weist einen Rahmen mit vier Rahmenteilen 111–114 auf. Ferner weist der Solar-Flachkollektor einen Sammelrohrabschnitt 120 mit einem Sammelrohr und einem ersten Ende auf.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Solar-Flachkollektor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Solar-Flachkollektor 100 weist einen Rahmen aus vier Teilen 111–114, eine Sammelrohreinheit 120 sowie eine Mehrzahl von Heatpipes 130 auf. Die Heatpipes 130 weisen ein erstes Ende 131 und ein zweites Ende 132 mit einem Kondensator 140 auf. Die Kondensatoren 140 sind im Bereich der Sammelrohreinheit 120 vorgesehen. Die Sammelrohreinheit 120 weist ein Sammelrohr 120a mit einem ersten und zweiten Ende 121, 122 und einer Mehrzahl von Hülsen 125 zur Aufnahme der Kondensatoren 140 auf. Das erste und zweite Ende 121, 122 der Sammelrohreinheit 120 sind jeweils derart ausgestaltet, dass es mit einem weiteren Solar-Flachkollektor und insbesondere der entsprechenden Sammelrohreinheit verbunden werden kann, so dass eine Mehrzahl von Solar-Flachkollektoren 100 in Reihe geschaltet werden kann, wenn die Sammelrohreinheiten 120 entsprechend verbunden sind.
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3 zeigt eine Schnittzeichnung eines Ausschnittes des Solar-Flachkollektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In 3 ist ein Ausschnitt der oberen rechten Ecke des Solar-Flachkollektors von 2 gezeigt. Hierbei ist insbesondere das erste und zweite Rahmenteil 111, 112, eine Heatpipe 130 mit ihrem Kondensator 140 und die Sammelrohreinheit 120 mit ihrem ersten Ende 121 und einer Hülse 125 zur Aufnahme der Kondensatoren gezeigt. Zwischen dem Kondensator 140 und der Heatpipe 130 kann ein Abschnitt 133 vorgesehen sein.
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4 zeigt einen schematischen Querschnitt eines weiteren Ausschnitts des Solar-Flachkollektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In 4 ist eine weitere Schnittansicht des oberen rechten Endes des Solar-Flachkollektors von 2 gezeigt. Hierbei ist das erste und zweite Rahmenteil 111, 112, eine Heatpipe 130 mit dem Kondensator 140 und die Sammelrohreinheit 120 mit einer Hülse 125 für den Kondensator 140 gezeigt. Die Kondensatoren 140 der Heatpipes 130 sind im Bereich der Sammelrohreinheit vorgesehen. Die Kondensatoren 140 können zylinderförmig ausgestaltet sein. Die Sammelrohreinheit 120 kann insbesondere als ein Rohr mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgestaltet sein.
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Die Kondensatoren 140 können mit einer Abdeckung 134 versehen sein, welche mit dem Heatpipe-Rohr 130 verbunden sind.
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Die Breite der Hülse 125 für den Kondensator 140 kann kleiner als der Durchmesser des Sammelrohres 120a sein und die Länge des Kondensators 140 kann größer als der Durchmesser des Sammelrohres sein.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Sammelrohres des Solar-Flachkollektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In 5 ist die Sammelrohreinheit 120 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Sammelrohr 120 weist vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf. Ferner weist das Sammelrohr 120 eine Mehrzahl von Hülsen 123 auf, in welche die Kondensatoren 140 platziert werden können. Das Sammelrohr 120 dient dazu, ein Wärmeträgermedium wie beispielsweise Wasser durchzuleiten, so dass das Wärmeträgerrohr als ein Wärmeübertrager ausgestaltet sein kann. Hierbei kann Wärme in den Kondensatoren 140 auf das durch das Sammelrohr 120 fließende Wärmeträgermedium übertragen werden.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Solar-Flachkollektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Flachkollektor 100 weist eine Mehrzahl von Heatpipes 130 jeweils mit einem Kondensator 140 sowie ein Sammelrohr 120 auf, welches mit einem Rohr- oder Kanalsystem 600 mit einer Pumpe 500 verbunden ist. Bei Aktivierung der Pumpe wird das Wärmeträgermedium durch einen ersten Abschnitt 610 in das Sammelrohr 120 gepumpt. Das Wärmeträgermedium tritt dann, nachdem es Wärme von den Kondensatoren 140 aufgenommen hat, am zweiten Abschnitt 620 aus dem Sammelrohr heraus und kann dann innerhalb einer thermischen Solaranlage beispielsweise zur Warmwasserbereitung verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße thermische Solaranlage kann als eine Drain-Back-Anlage mit Solar-Flachkollektoren ausgestaltet sein. Die Solar-Flachkollektoren weisen ein Sammelrohr und eine Mehrzahl von Heatpipes jeweils mit einem Kondensator 140 auf, wobei die Kondensatoren 140 im Sammelrohr vorgesehen sind. Das Sammelrohr weist ein erstes Ende 121 und ein zweites Ende 122 auf. Die ersten und zweiten Enden sind dabei derart ausgestaltet, dass sie durch Anflanschen oder Überwurfgewinde an erste oder zweite Enden 121, 122 von weiteren Solar-Flachkollektoren verbunden und somit in Reihe geschaltet werden können. Das Sammelrohr weist eine Mehrzahl von Hülsen 125 quer zur Durchströmungsrichtung auf. Diese Hülsen 125 dienen dazu, die Kondensatoren 140 aufzunehmen. Der Innendurchmesser des Sammelrohres 120 ist dabei größer als die Breite der Hülsen 125.
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Vorteilhafterweise weist das Sammelrohr einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist so ausgestaltet, dass ein vollständiges Fluten und Entleeren von dem Wärmeträgermedium ohne Weiteres möglich ist.
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7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht auf einen Solar-Flachkollektor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Solar-Flachkollektor 200 weist einen Rahmen mit vier Rahmenteilen 211–214 auf. Ferner weist der Solar-Flachkollektor einen Sammelrohrabschnitt 220 mit einem Sammelrohr und einem ersten Ende 221 auf.
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8 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Solar-Flachkollektor gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Der Solar-Flachkollektor 200 weist einen Rahmen aus vier Teilen 211–214, eine Sammelrohreinheit 220 sowie eine Mehrzahl von Heatpipes 230 auf. Die Heatpipes 230 weisen ein erstes Ende 231 und ein zweites Ende 232 mit einem Kondensator 240 auf. Die Kondensatoren 240 sind im Bereich der Sammelrohreinheit 220 vorgesehen. Die Sammelrohreinheit 220 weist ein Sammelrohr 220a mit einem ersten und zweiten Ende 221, 222 und einer Mehrzahl von Hülsen 225 zur Aufnahme der Kondensatoren 240 auf. Das erste und zweite Ende 221, 222 der Sammelrohreinheit 220 sind jeweils derart ausgestaltet, dass es mit einem weiteren Solar-Flachkollektor und insbesondere der entsprechenden Sammelrohreinheit verbunden werden kann, so dass eine Mehrzahl von Solar-Flachkollektoren 200 in Reihe geschaltet werden kann, wenn die Sammelrohreinheiten 220 entsprechend verbunden sind.
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9 zeigt eine Schnittzeichnung eines Ausschnittes des Solar-Flachkollektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In 9 ist ein Ausschnitt der oberen rechten Ecke des Solar-Flachkollektors von 8 gezeigt. Hierbei ist insbesondere das erste und zweite Rahmenteil 211, 212, eine Heatpipe 230 mit ihrem Kondensator 240 und die Sammelrohreinheit 220 mit ihrem ersten Ende 221 und einer Hülse 225 zur Aufnahme der Kondensatoren gezeigt. Zwischen dem Kondensator 240 und der Heatpipe 230 kann ein Abschnitt 133 vorgesehen sein.
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Die Sammelrohreinheit 220 mündet in einen ersten Abschnitt 221a und dann in einen zweiten Abschnitt 221b. An dem Ende 221 kann ein Überwurfgewinde 221c vorgesehen sein.
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10 zeigt einen schematischen Querschnitt eines weiteren Ausschnitts des Solar-Flachkollektors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. In 10 ist eine weitere Schnittansicht des oberen rechten Endes des Solar-Flachkollektors von 8 gezeigt. Hierbei ist das erste und zweite Rahmenteil 211, 212, eine Heatpipe 230 mit dem Kondensator 240 und die Sammelrohreinheit 220 mit einer Hülse 225 für den Kondensator 240 gezeigt. Die Kondensatoren 240 der Heatpipes 230 sind im Bereich der Sammelrohreinheit 220 vorgesehen. Die Kondensatoren 240 können zylinderförmig ausgestaltet sein. Die Sammelrohreinheit 120 kann insbesondere als ein Rohr mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt ausgestaltet sein.
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Die Kondensatoren 240 können mit einer Abdeckung 234 versehen sein.
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Die Breite der Hülse 225 für den Kondensator 240 kann kleiner als die Breite des Sammelrohres 120a sein und die Länge des Kondensators 140 kann größer als die Länge des Sammelrohres sein.
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11 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Ausschnittes des Solar-Flachkollektors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Der Solar-Flachkollektor weist mehrere Heatpipes 230 mit einem Kondensator 240 und einer Sammelrohreinheit 220 auf, welche mehrere Hülsen 225 zur Aufnahme der Kondensatoren 240 aufweist. Die Länge der Hülse 225 kann länger als die Länge des Kondensators 240 sein. Ferner kann die Länge der Hülse größer sein als die Länge des im Wesentlichen rechteckförmigen Sammelrohres. Ferner kann die Breite der Hülse 225 kleiner als die Breite des rechteckförmigen Sammelrohres sein.
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12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Sammelrohres des Solar-Flachkollektors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. In 12 ist die Sammelrohreinheit 220 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Sammelrohr 220 weist vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt auf. Ferner weist das Sammelrohr 220 eine Mehrzahl von Hülsen 225 auf, in welche die Kondensatoren 240 platziert werden können. Das Sammelrohr 220 dient dazu, ein Wärmeträgermedium wie beispielsweise Wasser durchzuleiten, so dass das Wärmeträgerrohr als ein Wärmeübertrager ausgestaltet sein kann. Hierbei kann Wärme in den Kondensatoren 140 auf das durch das Sammelrohr 120 fließende Wärmeträgermedium übertragen werden.
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Das Sammelrohr 220 kann als ein rechteckiges Rohr ausgestaltet sein und kann eine Mehrzahl von Hülsen 225 zur Aufnahme der Kondensatoren 240 aufweisen. Ferner kann die Sammeleinheit 220 ein Blech 226 aufweisen.
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Gemäß der Erfindung kann jede der Heatpipes 130 auf einem separaten Blech 130a vorgesehen sein. Alternativ dazu können mehrere Heatpipes 130 auf einem einzigen Blech 130b vorgesehen sein. Das Vorsehen von mehreren Heatpipes auf einem einzigen Blech ist vorteilhaft, weil somit die Herstellung vereinfacht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009017830 U1 [0002]
