DE2925151A1

DE2925151A1 - Drainierbare sonnenenergie-kollektor-vorrichtung

Info

Publication number: DE2925151A1
Application number: DE19792925151
Authority: DE
Inventors: Joseph Richard Frissora
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1978-06-26
Filing date: 1979-06-22
Publication date: 1980-01-03
Also published as: AU512702B2; AR221243A1; ZA792766B; JPS5644332B2; GR73811B; ES8100478A1; GB2023809A; AU4807779A; IT1120434B; IT7949466A0; US4262658A; FR2429978A1; PT69782A; PH16066A; ES481870A1; GB2023809B; DE2925151C2; BR7904008A; JPS556196A; CA1138282A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf das Sammeln solarer Strahlungsenergie und ihre Umwandlung in Wärme in einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, insbesondere auf eine evakuierte rohrförmige Kollektorvorrichtung zur Verwendung in einem Kreislauf, durch welche der Kollektor aufgrund der Dränierbarkeit wirksam und sicher in dem Kreislauf betrieben werden kann«

Es sind gegenwärtig leistungsfähige Sonnenkollektoren einer höheren Entwicklungsstufe der in den US-Patenten 3,952,724, ^»043,318, 4,018,215 und 4,033,327 offenbarten Type im Gebrauch. Die Kollektoren bestehen aus konzentrischen Glasröhren, die ineinander angeordnet und miteinander versiegelt sind, um zwischen sich einen Ringraum zu bilden, der auf ein hartes

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Vakuum, d.h. 10 Torr evakuiert wird. Das äußere "Deckrohr·" ist transparent, und das innere "Abscaherrohr" ist selektiv über seiner Oberfläche, die sich in dem Vakuumraum befindet, abgedeckt. Diese Rohre werden in flüssigkeitsdichten Verbindungen in ein Sammelrohr eingesetzt und auf den gegenüberliegenden Seiten des Sammelrohres entlang angeordnet, welches die Rohre in einer Querverbindung miteinander und die Rohre reihenweise längs dem Sammelrohr verbindet, so daß eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, in jedes der Absorberrohre hineingepumpt wird, um sie zu füllen, und durch die Rohre der Reihe nach hindurchgepumpt wird, um die Wärme der von den Absorberrohren absorbierten Sonnenstrahlung abzuziehen und zu sammeln.

Die Kollektoren sind außerdem mit verschiedenen Reflektoren

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ausgestattet, wie in dem US-Patent 4,002,160 erläutert, so daß sowohl zerstreutes als auch direktes Sonnenlicht die Afcίorberrohre der Vorrichtung erreicht.

Es ist iür viele Verwendungszwecke und aus vielen Gründen von größter Bedeutung, Wasser als das Wärmeentzugsmedium zu benutzen; zu diesen Gründen gehört die Wirtschaftlichkeit und Verfügbarkeit von Wasser, seine wünschenswerten thermischen Koeffizienten als Wärmeentzugsmedium, sowie seine Ungiftigkeitseigenschaften. Andererseits gefriert Wasser bei relativ unerwünscht hohen Temperaturen im Außenbetrieb und während Ruhezeiten in kaltem Klima, wie beispielsweise im Winter in den nördlichen Bereichen der Vereinigten Staaten von Nordamerika, so daß Schutzvorkehrungen gegenüber einem Gefrieren in der Anlage erforderlich sind. Vor Bekanntwerden dieser Erfindung wurden Frostschutzmittel in dem Wasser verwendet, um auf diese Weise dieser Schwierigkeit Herr zu werden, jedoch bringen derartige Maßnahmen Giftigkeitseigenschaften in die Wärmeentzugsmedien ein*

Auch bei den bekannten Anlagen, in denen Wasser mit oder ohne Frostschutzmittel im Gemisch verwendet wird, muß die Kollektoranlage ununterbrochen betrieben werden, um die Wärme der gesammelten Sonnenenergie abzuziehen, um so den Aufbau übermäßiger Betriebstemperaturen auf den Rohren zu verhindern. Demgemäß gibt es beispielsweise beim Warmwasserbedarf eines Hauc-'ialic oder dessen Heiz- oder Kühlbedarf oder einer Kombination dieser beiden in einer solarbotriebenen Installation

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Zeitspannen, wie beispielsweise im Frühling oder Herbst, wo übermäßige Sonnenenergie von dem Kollektor der Anlage absorbiert wird, was über den Bedarf oder die Anforderungen der Anlage an ¥ärmeenergie hinausgeht.

Diese überschüssige gesammelte Wärme verlangt einen Schnellablaß ("dumping") eines Teils der Energie, d.h. der Überschuß muß an bestimmte Lufthandhabungseinrichtungen oder Kühltürme umgelenkt werden, was zu unproduktiven Energiekosten und Ausrüstungskosten der Anlage führt.

Die vorliegende Erfindung schafft eine dränierbare Kollektorvorrichtung zur Verwendung in einer Anlage, die eine Vielfalt an Betriebsmethoden im Entzug von Wärme aus absorbierter Sonnenstrahlung zuläßt; es ist eine vollständige Dränierbarkeit der Flüssigkeit auf Anforderung oder bei einem Energieausfall vorgesehen; es kann reines Hasser in der Anlage benutzt werden, ohne daß die Gefahr eines Gefrierens bestünde, und zwar aufgrund der Fähigkeit, die Kollektoren, d.h. die Absorberrohre vollständig zu dränieren. Der dränierbare Kollektor enthält ein langgestrecktes Sammelrohr, welches eine Anzahl der evakuierten Kollektorrohre speist, die auf der höher gelegenen Seite des Sammelrohres angeschlossen sind, so daß das Sammelrohr an der geringeren Höhe in einer Reihe von Rohren besteht. Die Flüssigkeit wird in jedes Rohr von dem Sammelrohr aus über eine Mündung eingespeist, die so ausgelegt is·⁴:, daß sie die Einströmgeschwindigkeit in jedes Rohr hinein begrenzt, und die Rohre sind alle parallel auf dem SammeIrohr verbunden. Die eingeschnürte Öffnung

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liefert einen Druckabfall an sich beim Eintritt der Flüssigkeit in das Rohr, und dieser ist erheblich größer als der Druckabfall über die Länge des Sammelrohres, das die verschiedenen Rohre miteinander verbindet, plus irgendeinem Unterschied in der Höhe des Auslasses der Kollektorrohre auf dem Sammelrohr entlang, d,h. das Sammelrohr sollte von seinem Abflußende zum entfernten Ende hin leicht nach oben geneigt sein. Das Kollektorrohr enthält ein in Längsrichtung verlaufendes Rohr von kleinem Durchmesser, welches sich von dem Sammelrohr bis in die Nähe des spitzen oberen Endes seines Absorberrohres erstreckt. Das in Längsrichtung verlaufende Rohr "hat einen ausreichenden Durchmesser, so daß während des Füllens jedes Rohres jegliche Flüssigkeit, die die Neigung hat, in das Rohr überzuströmen, es nicht füllt und dadurch die Luft im Absorberrohr ständig ventiliert.

Das grundlegende Element in dem Kollektor ist die einschnürende Öffnung, die an der Unterseite des Kollektorrohres und in dem Saminelrohr angeordnet ist. Die kombinierten Parameter der Größe der Einschnürung, die durch die Mündung in der Grundfläche des Rohres und die Größe des Lüftungsrohres vorgesehen sind, gestatten den Kollektoren einen Betrieb ohne Absaugen.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner einen rohrförmigen Kollektor, in welchem die Rohre parallel unter Überwachung gefüllt werden können, wobei ein ausreichender Druckabfall in der Mündung zwischen dem Hauptstrom in dem Sammelrohr und in dem Inneren des Absorberrohres vorhanden ist, um Abweichungen in der Füllhöhe der Absorberrohre aufgrund einer gewissen Ab-

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weiclrung in der Länge der Lüftungsrohre als Folge einer Schwankung in der Höhe des offenen Spitzenendes innerhalb der Absorberrohrkammer zu ermöglichen. Dies Merkmal vermeidet auch ein Absaugen und Differentialkochen der Flüssigkeit in einigen Rohren der Anordnung sowie Überströmen in anderen Ein Absaugen kann jederzeit auftreten, wenn das Lüftungsrohr verstopft ist, wie beispielsweise bei einem Überströmen von ¥asser in ausreichendem Maße, um das Rohr zu füllen und eine Wassersäule zurückzubehalten. Die Erfindung schließt die Entdeckung ein, daß eine Beziehung zwischen dem Durchmesser (i.D.) des Lüftungsrohres und dem Durchmesser der einschnürenden Mündung aufrechterhalten werden sollte, um ein Füllen in einem solchen Maße zu verhindern, daß das Lüftungsrohr sich durch Überströmung vollständig füllt oder ein Wassersäulenzustand erlangt wird. Dies wird am besten ausgedrückt durch ein begrenztes Verhältnis vom Lüftungsrohr-Innendurchmesser zum Innendurchmesser der Mündung von einer Zahl erheblich größer als 1, nämlich ein Verhältnis von annähernd 2,5 oder größer; vorzugsweise ein Verhältnis über 5,0. Die Verwendung der Einschnürungsmündung in dem Flüssigkeitssystem steuert die Flußgeschwindigkeit der Flüssigkeit in Gallonen je Minute, so daß das Lüftungsrohr sich beim Betrieb der Pumpe niemals vollständig füllt. Theoretisch kann jedoch als Ersatz das Pumpen in der Fördergeschwindigkeit genau gesteuert werden; und daher schafft die Einschnürungsöffnung bei der Einspeisung von Flüssigkeit in jedes der Kollektorrohrö die praktische Steuerung, um dies zu erreichen, und die Pumpenförderleistung, d.h. die Pumpe selbst braucht nicht so genau gesteuert zu werden, sondern lediglich auf eine vorgegebene Menge in Gallonen je Minute eingestellt zu werden.

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Die Erfindung schafft auch eine strukturelle Anordnung zur Erleichterung der Herstellung, Fabrikation, Installation, sowie im Interesse einer leichten Wartung der Kollektoranordnung} ferner kann die Anordnung der Kollektoren aus verschiedenen Modulareinheiten von Kollektoren in einer Reihe gefertigt werden, beispielsweise durch Verbindung der Einspeise- und Belüftungshauptrohre in den modularen Abschnitten des Sammelrohres Ende an Ende. Die Kollektorrohre sind an ihren offenen Enden in eine vorgefertigte becherartige Kappe oder Aufnahmeeinrichtung eingesetzt, die zur Aufnahme von Lötfittings für das Belüftungsrohr vorgebohrt ist, die sie mit dem Belüftungsrohr längs dem Sammelrohr verbinden, sowie zur Aufnahme eines Einsatzes, der vor dem Zusammenbau maschinenbearbeitet wurde, um die genaue Einschnürungsmündung in der Strömungsmittelverbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeiserohr in dem Sammelrohr und der inneren Kammer des Absorberrohres vorzusehen. Die Struktur des Sammelrohres, der Rohre und Lagerhalterungen sind in einer Modulareinheit vorgefertigt, und die Modulareinheiten sind miteinander verbunden, um den gesamten Kollektor der Installation zu bilden. Somit benötigt die Einheit nur ein Mindestmaß an Montagearbeiten am Aufstellungsort.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen hervor, welche eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, die als die beste Art zur Ausführung der hier beanspruchten Erfindung angesehen wird.

Es zeigern

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Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des dränierbaren, evakuierten rohrförmigen Sonnenkollektors gemäß der Erfindung in Arbeitsstellung auf dem geneigten Dach eines Gebäudes,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilansicht der Verbindung zwischen den Modulen oder Abschnitten des in Fig. 1 gezeigten Kollektors,

Fig. k eine Seitenansicht der Aufnahmevorrichtung für die evakuierten Kollektorrohre und die Verbindung jedes einzelnen mit einem Flüssigkeitsspeiserohr und einem Belüftungsrohr in Längsrichtung des Sammelrohres, wie es in der Fig. 1 zur Anwendung kommt, ohne die Isolierung des Sammelrohres und andere Konstruktionsteile zur Lagerung des Sammelrohres,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4,

Fig. 6 eine schematische Darstellung des dränierbaren Sonnenkollektors nac¹! Fig. 1, angeschlossen zur Verwendung in einem System zur Erzeugung solarerwärmten Wassers,

Fig. 7 ein elektrisches Schaltschema zur Steuerung des Betriebes in Fig. 6 gezeigten Anlage, und

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Fig. 8 einen Teilschnitt des oberen Abschnitts des Sonnenrohres, ähnlich einem Teil der geschnitten Darstellung der Fig. 2, zeigt jedoch eine zweite Ausrührungsform der Erfindung,

Es folgt nunmehr eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform. Die Figuren 1 bis 5 zeigen den dränierbaren Sonnenkollektor in seiner Installation zum Betrieb auf einem Dach 10 eines Gebäudes. Das Dach hat eine Neigung von dem oberen First 11 zu den Dachrinnen 12. In dem dargestellten Beispiel der Fig. 1 komnite eine Neigung von etwa 20 (der Winkel A) über der Horizontalen zur Anwendung. (Der Kollektorneigungswinkel A ist veränderlich von einem Wert in größter Nähe von 0 bis etwa 80 .) Der Sonnenkollektor wird vorzugsweise nach Süden gewendet (nördliche Hemisphäre) auf dem Gebäude aufgestellt, so daß die Achse des Sammelrohres 13 in der Ost-West-Richtung liegt und die Achsen der parallelen Anordnung der Mehrfachsonnenkollektorrohre lh (von denen in Fig. 1 im Interesse der Einfachheit der Darstellung _nur eines gezeigt ist) in der Nord-Süd-Richtung liegen. Demgemäß bewegt sich die Sonne während eines"Sonnentages" von rechts nach links in Fig. 1 über die Rohre 14. Die Rohre 14 sind in einer Modulareinheit oder Modulareinheiten zusammengebaut (von denen zwei in Fig. 1 gezeigt sind),bestehend aus dem Sammelrohr 13» dem oberen Konsolenkanal 15» Rohrendkappen 16 und den Verankerungsstangen 17» die an ihren Enden mit Gewinde versehen und an einem Ende mittels Bolzen in das Sammelrohr eingesetzt sind (wie im folgenden beschrieben) und an dem anderen Ende mittels Bolzen an der Kanalkonsole 15 befestigt sind. Die Modulareinheit enthält außerdem einen Rückseitenreflektor in einer bestimmten

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Form, der in der dargestellten Form eine planare Zerstreuungsreflektorfläche 18 bildet, wie in dem US-Patent K 002 offenbart, oder geformte Reflektoren enthalten kann, wie in dem US-Patent k 091 796 oder US-Patent h 002 k99 offenbart.

Wie in Fig. 2 gezeigt, besteht das Sonnenkollektorrohr 14 aus einem doppelwandigen hohlen Glaselement in Form eines Testrohres mit einer transparenten Glasaußenwand 19 und einer radial beabstandeten Innenwand 20. Das Rohr 14 ist vorzugsweise in der Größenordnung von 2 1/2 Zoll Außendurchmesser und h bi.s 7 Fuß Länge. Die Außenfläche der Innenwand 20 ist mit einem wellenlängenselektiven Überzug überzogen, und die Außenwand 19 ist durch eine ringförmige Verschmelzung in der Nähe des offenen Endes 21 des doppelwandigen Glasrohres mit der Innenwand 20 versiegelt. Der eingeschlossene Ringraum 2h zwischen den ¥änden 19 und 20, der das Rohr umgibt, wird auf

-h ein hartes Vakuum in der Größenordnung von 10 Torr evakuiert und in der üblichen Weise bei einer Tabellarisierung auf dem geschlossenen Ende 22 des Rohres abgeschmolzen. Die Innenwand 20 begrenzt eine innere Kammer 23« die an dem einen Ende offen ist. Das Rohr 14 ist in seiner Konstruktion ausführlicher beschrieben in dem oben erwähnten Patent von Pei, Nr. 4 0^3 318· Es umfaßt ein evakuiertes rohrförmiges Sonnenkollektorelement aus Glas einer höheren Entwicklungsstufe, welches äußerst wirksam ist in der Umwandlung von Sonnenstrahlung in Wärmeenergie an der Rohrgrenzfläche auf der Wand 20. Die Energieumwandlung von Sonnenenergie in Wärmeenergie wird durchgeführt durch den Überzug auf der Wand 20, und bei Verwendung selektiver

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• · ./ IO

Überzüge ist diese Umwandlung relativ hochgradig wirksam (in der Größenordnung von 70$ Leistung).

Das Sonnenrohr 14 ist durch eine Ringdichtung oder einen Augenring 25 in dem Flansch oder der ringförmigen Aufnahmeeinrichtun^· oder Becherform 26 des S amme Ir ohr es mit dem Sammelrohr 13 verbunden. Es ist eine Anzahl Becherformen 26 mit Längsabständen auf einer Seite des Sammelrohres I3 entlang vorgesehen, und jede Becheröffnung ist in dieselbe Richtung gewendet. Die Mittelachsen der Becherformen 26 sind im wesentlichen parallel. In einer bevorzugten Konstruktion sind eine Becherform 26 und ein Rohrfitting 27 durch Löten, Schweißen oder dergleichen in dem Boden der Becherform zusammengebaut. Das Rohrfitting 27 weist ein unteres verjüngtes Endrohr 28 auf, welches in axialer Richtung von der Becherform 26 herunterhängt. Zur Vereinfachung der Konstruktion ist das Rohrfitting 27 außermittig mit Bezug auf den Boden der Becherform 26 angeordnet, und zwar auf der Seite, die schließlich nach Zusammenbau zum Betrieb (siehe Fig. 2) die Seite mit der höheren Anhebung ist. Auf der verjüngten Seitenwand 29 der Becherform entlang und gegenüber dom Rohrfitting 27 ist eine zweite Öffnung im Bereiche des unteren Endes der Becherkappe 26 vorgesehen, in die ein Rohrstumpf 30 eingesetzt und sicher darin befestigt ist. Die Achse des Rohrstumpfes 30 liegt an der Seite geringerer Anhebung -.'er Becherform in dem Sammelrohr nach Zusammenbau desselben zum Betrieb (siehe Fig. 2).

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Beim Zusammenbau der Teile des Sammelrohres weist ein WiiikeX-eisenkörper oder Baustahlwinkelkörper 3*1 voneinander auf Abstand gehaltene bogenförmige Kerben (nicht gezeigt) auf seinem oberen Flansch 32 auf, welche die herabhängenden Rohrfittings 27 aufnehmen und sie nestartig an ihrem Platz anordnen. Die unteren Enden der Becherformen 26 stoßen gegen die Oberseite des Flansches 3²· Dieses bringt die Becherformen in ihre richtige Arbeitsstellung, was aus dem folgenden klarer hervortritt, und die Fertigung des Sammelrohres wird fortgesetzt durch Anordnen zweier Hauptrohre großen Durchmessers an ihrem Platz und Befestigung der Verbindungen an den Becherformen, wie folgt. Das Ende 28 des Rohrfittings 27 wird sicher (beispielsweise durch Löten oder Schweißen) an einer vorgeformten Öffnung in dem Luftsammelrohr 33 befestigt. Das Rohr 33 erstreckt sich über die Lange des Sammelrohrs 13· Vorzugsweise ist das LuftsammeIrohr 33 aus Metall, d.h. Kupfer oder Messing, welches ein geeignetes Material passend zur Becherform 26 und dem Rohrfitting 27 ist. Die Löcher zur Verbindung der Enden 28 der Reihen von Fittings und Becherformen sind auf der Länge des Rohres 33 entlang gebildet. In ähnlicher Weise ist das zweite Rohr, nämlich das Wassersammelrohr 3^» das aus ähnlichem Material hergestellt ist, mit den beabstandeten vorgebohrten löchern zur Aufnahme des äußeren offenen Endes des Rohrstumpfes 30 versehen, welches ebenfalls sicher auf dem Rohr 3^t nämlich durch Schweißen oder Löten befestigt ist und dadurch jeweils zum Eintritt in σas Rohr ^k angeschlossen ist.

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Die Sammelrohrisolierung 35 ist um die soeben beschriebene Metallstruktur herum gußgeformt, um das Sammelrohr gemäß der Darstellung in den Figuren 1 und 2 zu bilden. Zusätzlich enthält das Sammelrohr eine in Längsrichtung führende Leitung 36» welche elektrische Steuerdrähte 37 nach Bedarf aufnimmt, um die Steuersensoren oder dergleichen anzuschließen. Dies vird zusätzlich in die Sammelrohrstruktur eingebracht, so daß die elektrischen Komponenten, die mit jedem beliebigen der Rohre 14 eines Kollektor-Moduls oder einer Reihe von Modulen verwendet werden, zweckmäßig in dex' Anlage untergebracht und installiert werden können. Die Sammelrohrisolierung 35 ist vorzugsweise ein geschäumtes Material von leichtem Gewicht, wie beispielsweise geschäumtes Polyurethan

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von etwa 3 Ib J^e Fuß Dichte. Die Form bei der Herstellung der Isolierung 35 paßt zu den Oberseiten der Becherformen 26, um die ringförmigen Öffnungen zu bilden, die jeweils durch eine zusammenhängende Seite 38 (Fig. 2) und ein Ende 39 begrenzt sind. Diese Öffnungen öffnen sich auf einer Seite des Sammelrohrs entlang, welche nach dem Zusammenbau der Sonnenrohre lh der höheren Anhebung des Sammelrohres I3 zugewendet ist. In die Öffnungen des Sammelrohres werden Schaumeinsätze (Gummi oder Kunststoff) eingesetzt, die als zylindrische Hülsen kO vorgefertigt sind und in den Bereich des Mündungsflansches der Becherformen Z6 passen. Die Zylinderhülsen kO werden durch die Glaswand Λ^ jedes Rohres 14 beim Einsetzen desselben in eine Becherform 26 in Einbaustellung zusammengedx'ückv. Die Hülle kO, welche aus dem genannten komprimierbaren Material besteht, stellt eine flüssigkeitsdichte Abdichtung jedes Rohres 1k in dem Sammelrohr 13 sicher und hält Regen, Feuchtigkeit und dergleichen von ihm afßVfU Q¹^f ä^i·^³ i^s°li^er* ferner gegenüber

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Wärmeverlust oder Wärmeübertragung an der Verbindung des Sonnenrohrs in dem Sammelrohr. Das Äußere der Isolierung 35 ist mit einer geformten Schale 41 abgedeckt, welche vorzugsweise aus Glasfaser-verstärktem Harz-Blattmaterial in Form von zwei komplementären Halbschalen 42 und 43 gußgeformt ist. Die Kante 44 des oberen Segments 42 ist nach außen versetzt, um die angrenzende Kante 45 des unteren Segments 43 zu überlappen. In ähnlicher Weise ist die andere Kante 46 des unteren Segments 43 nach außen versetzt und überlappt die Kante 47 des oberen Segments. Die Überlappungen bei 44, 45 und bei 46, 47 werden beispielsweise durch Nieten aneinander befestigt, um das Sammelrohr fertigzustellen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, schließen die gegenüberliegenden Enden der Schale für Modularabschnitte des Sammelrohrs parallele bogenförmige Lappen 48 ein. An den Enden der Module werden vorgefertigte Halbschalen-Einsätze 49 (in Fig. 1 in punktierten Umrißlinien gezeigt) angeordnet, und ähnliche Einsätze (nicht gezeigt) sind an ihrem Platz zwischen den Ende an Ende miteinander verbundenen Modulen befestigt. Die Verbindung der Rohre 33 und 34 zwischen den Modulen wird in Fig. 3 gezeigt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist das Sammelrohr 13 eines Moduls durch Befestiger 40 in Form von Muttern und Bolzen befestigt, die siel' durch die überlappten Schichten 47, 46 der Sammelrohrschale 41, durch einen Kettenkörper 41 und das Dach 10 hindure'n erstrecken und es so an seinem Platz befestigen. Es ist wichtig, daß das Sammelrohr von s^eiiieaipEiide. in ,Richtung auf die Rohrver-

bindungen für die Rohrkreisläufe 50 und 41 der Anlage nach unten

ist.
geneigt/ Bei Verwendung eines Neigungswinkels von ungefähr zwei Grad zur Waagerechten wird der Kollektor völlig drainiert. An dem oberen Ende des Moduls ist der Konsolenkanal I5 mittels einer Kopfschraube 53 befestigt, die in einen oberen Efettenkörper 53 hineinführt, welcher an dem Dach 10 durch Befestiger 43 in Form von Muttern und Bolzen befestigt ist. Der Reflektor, wie beispielsweise eine weiße Platte 18, ist zur Lagerung durch die Ffettenkörper 4i und 53 befestigt.

Die Rohre Ik werden in den Becherformen 26 durch eine Endkappeneinrichtung im Sitz gehalten, welche eins sein geschlossenes Ende erfassende kegelstumpfförmige innere Becherform 55 aus Kunststoff und eine äußere kegelstumpfförmige Becherform 16 aus Kunststoff enthält. Die äußere Becherform erstreckt sich durch eine kerbverzahnte Öffnung 57 hindurch, die in dem senkrechten Band der Kanalkonsole I5 gebildet ist (siehe Fig. 1). Die Kante des Bechers 16 an seinem weiten offenen Ende weist radial verlaufende beabstandete Angüsse 56 auf, die in der Größe und Anordnung mit den keilförmigen Ausschnitten der Öffnung 57 in der Konsole I5 übereinstimmen, so daß der äußere Becher 16 und der innere Becher 55 von der Seite der Konsole I5 gegenüber dem Sammelrohr her zusammengebaut werden können. Beim Zusammenbau wird das Rohr 14 durch die Öfiaung 57 eingesetzt und das offenä Ende 21 in dem Sammelrohr-Becherkdrper 26 in der Dichtung 25 zum Aufsitz gebracht. Der

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innere Becherkörper 55 wird über dem vorstehenden geschlossenen Ende 22 des Rohres i4 in Stellung gebracht und der äußere Becherkörper konzentrisch über dem Becherkörper 55 angeordnet, so daß die nach außen geflanschten Ansätze 56 derselben (Fig. 2) durch die kerbverzahnten Ausschnitte der Öffnung 57 (Fig, 1) hindurchgehen. Nachdem die Angüsse 56 durch die Öffnung 57 hindurchgegangen sind, wird die äußere Becherform 16 verdreht (gedreht), um die Ansätze 56 ^auf der Sammelrohrseite der Konsole I5 zu verriegeln. Es wird auf das axial belastete Pohr 14 in der Sammelrohr-Becherform 26 durch Anziehen der mittleren Schraube 59 in den Gewinden der Zapfenöffnung 58 am geschlossenen Ende der Becherform 16 gegen das geschlossene Ende der inneren Kappe 55 Spannung aufgebracht. Diese Spannung durch Anziehen der Schraube 59 hält das Rohr 14 in der Sammelrohrbecherform 26. Die mit Endbolzen versehenen Verankerungsstangen 17» die mit Abständen auf dem Modul entlang angeordnet sind, befestigen die Konsole 15 und den ¥inkeleisen-Körper 32 in dem Sammelrohr mechanisch aneinander, um ein Ausbuckeln des Sammelrohrs zu verhindern; mit anderen Worten wird das Sammelrohr 13 durch die Reihe Stangen 17 starr an dem Konsolenkanal I5 befestigt. Die Stangen 17 sind längs der Konsole bzw. dem Sammelrohr mit Abständen zwischen bestimmten der Rohre '4 angeordnet.

Nachdem die Sonnenkollektoren wie beschrieben an il>.rem Platz angeordnet sind, wird das eine Hauptrohr 33 durch eine J.ydraulische

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Klemmkupplung 62 mit einem Rohr/(Fig_s 1) des Sonnentanksystems

verbunden; das andere Hauptrohr 34 wird in ähnlicher ¥eise durch

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..,/2k

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eine Kupplung 63 gleicher Art mit einem Rohr 61 des Sonnentanksystoms verbunden. Die aufeinanderfolgenden Module, die in einer Linie auf dem Dach entlang angeordnet sind, sind durch eine hydraulische Kupplung 62 a miteinander verbunden (Fig. 3), welche die Längen des Hauptrohres 33 miteinander verbindet, sowie durch eine hydraulische Kupplung 63 a, welche die Längen des Hauptrohres 3h miteinander verbindet. Die Rohre 33 bzw.3^ der entfernt gelegenen Enden des letzten Moduls in der Installation sind mit Kappen versehen und abgedichtet, um das Ende dieses Rohres zu schließen. ·*

Es wird nunmehr das wichtigste Merkmal der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 2, h und 5 beschrieben. Als ein Schlüsselteil der Anordnung des rohrförmigen Kollektors und Sammelrohres in der geschlossenen Anlage des drainierbaren Kollektors gemäß der Erfindung nimmt das Rohrfitting in jedem Becherkörper 2.6 ein Belüftungsrohr 6h auf. Vorzugsweise besteht das Rohr 6h aus Glas, wie beispielsweise ein Laboratoriumsrohr oder ein Rohr für chemische Vorgänge. Die Lüftungsrohre 6h sind wünschenswerterweise von gleicher Länge und erstrecken sich, derart, daß sich ihr offenes oberes Ende in der Nähe der Oberseite der Kammer 23 innerhalb des Rohres lh befindet. Dies wird in einer Ausführungsform in Fig. 2 gezeigt, und zwar bei Vorwendung einer geraden Länge Glasrohr. Das untere Ende 66 des Rohres 6h sitzt in einer ringförmigen Dichtung 67, die in dein großen Abschnitt des Rohrfittings 27 gehalten wird.

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Ein weiterer Schlüsselteil dieses Einbaus für jedes Rohr ist der Mündungseinsatζ 68, der in das innere Ende des Rohrstumpfes 30 in die ¥asserleitung eingesetzt und durch eine rohrartige Dichtung 69 darin gehalten wird. Durch den Einsatz 68 ist ein axial verlaufender Durchgang ¹JO von genau gemessener Größe gebohrt, um das Wasser in den Rohren 3^j 30 mit der Kammer 23 innerhalb des Sonnenrohres 14 zu verbinden. Der Einsatz 68 kann eine andere Form annehmen, wie beispielsweise durch Einschrauben oder Einhämmern desselben in das Rohr 30 usw.; jedoch ist es wünschenswert, die Einsätze 68 von Zeit zu Zeit aus betrieblichen oder Wartungsgründen zu entfernen. Daher ist es wünschenswert, einen leicht entfernbaren Einsatz in dem Rohr 30 vorzusehen.

Es wird nunmehr der Betrieb des Kollektors beschrieben. In Fig. 6 wird eine Installation eines Kollektors bei Verwendung in einem Hexßwassersystem schematisch gezeigt. Das Hauptrohr 33 ist in einer wahlweise möglichen Anordnung der Kollektor-Module gezeigt, in der die Rohrleitung 60 in T-Form mit dem Hauptrohr 33 an einem Zwischenpunkt zwischen den Modulen verbunden ist. In ähnlicher Weise ist das Wasserhauptrohr 3h in T-Form mit der Rohrleitung 61 verbunden. In einer solchen Installation sind die Sammelrohre auf jeder Seite der T-Verbindungen leicht in Richtung auf ihr Abflußende in die Rohre 60, 61 hinein geneigt. Das Rohr 60 erstrec-lct sich in den oberen Pegel des solaren Wassertanks 7I hinein, vorzugsweise in den Verschlußabstand dieses Tanks. B&13 Rohr 6l

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erstreckt sich zu einem Verbindungspunlct 72, von welchem aus ein Schenkel des Rohres 61 a mit einem solenoid-betätigten Ventil 73 verbunden ist. An der gegenüberliegenden Seite dieses Ventils erstreckt sich das Rohr in den oberen Abschnitt des Tanks 71 hinein. Hinter der Rohrverbindung 72 ist die Rohrleitung 6i in Reihenanordnung mit einem Einweg-Rückschlagventil Jk, einem Durclifluß-Regelventil 751 einem Flußmesser j6, einem Wasserdruckmesser 77 und der Auslaßseite einer motorbetriebenen Zentrifugalpumpe 78 verbunden. Das Rohr 61 ist an der Einlaßseite der Pumpe 78 an die Bodenschicht des solaren Wassertanks 71 angeschlossen. Der Kreislauf des soeben beschriebenen Systems ist ein geschlossenes System und enthält ein Druckentlastungsventil 80 auf dem Tank 71» sowie ein Vakuum-Unterbrecherventil 81 in einem Rohr 82, das in der Leitung 60 in der Nähe der Kollektoren angeschlossen ist und sich in den Luftraum (Verschlußabstand) in den Tank 71 hineinerstreckt. Außerdem ist ein Entlastungsventil 83 auf dem Füllrohr 3k befestigt und ein Entlastungsventil 83 a auf dem Lüftungsrohr 33 befestigt. Die Entlastungsventile 80, 83 und 83 a sind für den normalen Betrieb der Anlage auf einen geeigneten Druck eingestellt! z. B. löst das Ventil 80 bei 25 psi aus, das Ventil 83 bei 28 psi und das Ventil 83 a bei 30 psi. In der Erfindung ist es zu bevorzugen, das Entlastungsventil 83 so einzustellen, daß es bei einem Druck unterhalb der Einstellung des Entlastungsventils 83 a auslöst. Sollte die Fülleitung 61 zum

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!NSPECTED

Taiik verstopft sein, dann strömt die Flüssigkeit an dem Ventil 83 aus, wenn der Gasdruck in den Rohren 14 übermäßig wird, und das Ventil schließt sich wieder, wenn der Druck in den Rohren auf einen neutralen ¥ert zurückkehrt. Sollten beide Leitungen 60 und 61 zum Tank verstopft sein und das Entlastungsventil 63 nicht funktionieren, dann gibt das Sicherheitsventil 83 a den übermäßigen Gasdruck in den Rohren lh frei und schließt sich wieder, wenn der Druck in den Rohren auf einen neutralen Wert zurückkehrt. Sollten beide Leitungen 61 und 60 zum Tank verstopft sein und das Sicherheitsventil 83 nicht funktionieren, dann entläßt das Sicherheitsventil 83 a den übermäßigen Gasdruck in den Rohren 1*l· und schließt sich wieder, wenn der Druck in den Rohren auf einen neutralen ¥ert zurückkehrt. Stets dann, wenn der Gasdruck in dem System einschließlich des Drucks in dem Verschlußraum des Tanks Ti einen übermäßigen ¥ert annimmt, entlastet das Sicherheitsventil 80 auf einen neutralen 'Druck. Die Sicherheitsventile bieten einen dreifachen Sicherheitsfaktor, falls beim Lüften oder Drainieren in der Anlage eine Fehlfunktion auftreten sollte.

In der dargestellten Heißwasseranlage nach Fig. 6 ist ein herkömmlicher Heißwassertank 90 mit einer elektrischen ¥iderstands-Heizvorrichtung oder einer Gas-Heizvorrichtung als Reserveenergie in der Nähe ties Bodens mit dem Einlaß der Pumpe 9I verbunden. Der Pumpenauslaß ist mit einer ¥ärmeaustauscherspule 92 innerhalb des

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Sonnentanks 71 und mit dem Oberteil des Tanks 90 verbunden. Das heiße Wasser wird von dem Tank 90 über ein Rohr 9^ abgezogen, das mit einem herkömmlichen Mischventil 104 verbunden ist, welches thermostatisch betätigt werden kann. Ebenso ist die Kaltwasser-Zufuhrleitung 102 T-förmig mit dem Pumpenkreislauf 91-93 verbunden, um aufbereitetes Wasser dem Tank 90 zuzuführen, und ist in einer T-Verbindung durch das Rohr 103 an das Mischventil 10^ angeschlossen.

Es wird nunmehr auf Fig. 7 Bezug genommen, die ein elektrisches Steuerschema für die Einheit der Fig. 6 zeigt, und zwar mit einer Gleichstrom-Energiequelle 8h von 2k Volt, die an einen Reihenschaltkreis 85 angeschlossen ist, der einen thermostatischen Schnappschalter 86 enthält, welcher in der Nähe des Bodens des solaren Wassertanks 71 angeordnet ist und die Wassertemperatur mißt. Der Schalter 86 spricht an auf die Temperatur des Wassers in der unteren Schicht des solaren Wassertanks 7I» um sich bei Temperaturen unterhalb eines vorgegebenen Wertes von beispielsweise 180 Grad Fahrenheit zu schließen. Dies regelt den maximalen Wert der Energie in dem solaren Tank 71. Der Schalter 8 ist ein sonnenzellen- oder lichtbetätigter Schalter,welcher sich bei Wahrnehmung von Tageslicht schließt und sich bei Sonnenuntergang öffnet. Dieser Schalter spricht an auf den Sonnentag. Ein solcher Schalter ist beispielsweise im Handel erhältlich bei Lumitrol als Schaltermodell T-15, NO. In dem Schaltkreis 85 befindet sich außerdem ein erster thermostatischer Schalter 88, wie er beispielsweise bei der Steuerung elektrischer Öfen verwendet wird,

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mit veränderlichen Endeinstellpunkten zum Schließen des Schalters zwischen einem Bereich von Temperaturen» Ein Beispiel hierfür ist der Teraperaturgrenzschalter Nr, WB 21 χ 178 der General Electric mit einer Temperatursonde von 48 Zoll (89 in. Fig. 7) und einer zusätzlichen Stopfbuchsenpackung. Der Schalter 88 ist so eingestellt, daß der Stromkreis sich bei Wahrnehmung von Temperaturen an seinem Sondenelement 89 unterhalb des Bereichs von 240-290 ° Fahrenheit schließt. Dieser Schalter ist normalerweise oberhalb der eingestellten Temperaturgrenzen offen. Jede Kollektoranordnung der Installation sollte einen Schalter 88 einschließen, welcher Temperaturbedingungen (durch 89) ständig in einem der Rohre lh mißt*, Jedoch wird vorzugsweise als eine weitere Sicherheitsmaßnahme ein überflüssiger Schalter 88." in einem getrennten Rohr lh in jeder Anordnung von Modulen und in Reihenschaltung mit dem ersten derartigen Schalter 88 installiert,' der von derselben Art ist wie der Schalter 88, Sollte der erste Schalter bei Eintritt hoher Temperaturen in den Rohren außerhalb der festgelegten Temperaturgrenzen nicht öffnen, dann bietet der zweite Schalter 88' eine Sicherheit, daß der Kreislauf 85 geöffnet wird. Der zweite Schalter 88' liegt mit seinem Sondenelement 89' in einem gesonderten Rohr lh des Moduls, wie gezeigt. Der Kreislauf 85 enthält außerdem ein Startersolenoid für den Pumpenmotor M zum Antrieb der Wasserpumpe 78. Der Motor M der Pumpe enthält ihre Anlassersteuerung in dem Kraftleitungskreis von 110 Volt Wechselstrom als Kraft sum Betreiben des Motors und zum Antrieb der Pumpe« Ein Kreislauf 85 a in Parallelschaltung

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mit dem Anlassersolenoid für den Elektromotor M enthä3 ΐ das Solenoid des Ventils 73· Das Ventil 73 ist normalerweise offen und wird geschlossen, wenn der Stromkreis 85 a erregt wird, was die Rohrleitung 61 a blockiert (Fig. 6).

Die Stromkreise 85 und 85 a werden jeweils erregt, wenn die Reihe der Schalter 86, 87, 88 und 88' geschlossen wird. Dies schließt einen Pumpkreis für solares Wasser von dem solaren Tank 71 (Fig. 6) über die Pumpe 78 und in die Wasserhauptleitung 3k der Kollektoren hinein, (siehe die fest ausgezogenen Pfeile längs dem Rohr 61 in Fig. 6). Der Pumpendurchfluß und die Leistung werden in Leitung 61 durch das Durchflußventil 75 und die Durchflußmeßeinrichtung 76 auf die gewünschte Anzahl Gallonen je Minute geregelt, was im Anschluß hieran erläutert wird.

Es wird nunmehr wiederum auf die Figuren 2, k und 5 Bezug genommen, in denen die Pumpe die Wasserhauptleitung 3^ füllt, wenn (a) Tageslicht vorhanden ist, (b) das Wasser in dem Sonnentank sich unterhalb einer vorgegebenen oberen Grenze, z. B. 180°F befindet und (c) sich die Innenseite der Rohre 14 bei einer Temperatur innerhalb der Grenzen des Temperaturbereichs befindet, die für die Temperatur-Grezschalter 88 festgelegt sind. Die Pumpenleistung in Gallonen je Minute ist vorzugsweise für eine gewählte Größe (Durchmesser) des Durchgangswegs 70 in dem Mündungseir^atz und den Innendurchmesser des Lüftungsrohres 6k eingestellt. Während des Pumpens besteht ein Druckabfall an dem Kanal 70 von dem Rohr Jh zu dem Inneren der Kammer 23 des Becherkörpers jedes Sonnenrohres in der Anlage. Das Wasser füllt die Sonnenrohre

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1^ im Parallelstrom, bis der Wasserstand in der Kollektor-Rohrkammer 23 einen Überlauf des Wassers über das offene Ende 65 des Lüftungsrohrs 6k gestattet, jedoch ist - und dies ist von großer Bedeutung - die Pumpenleistung geringer als ein Durchfluß von Wasser durch den Kanal 70 und ein Überströmen in das Lüftungsrohr 6k hinein, was das Lüftungsrohr vollständig füllt. Demgemäß verbleibt ein offener Lüftungskanal durch das Rohr 6k zum Hauptrohr 33 tmd zurück zum Sonnentank 71» AuOerdem erfolgt der Durchfluß oder gegebenenfalls das Überströmen von Wasser aus dem Rohr 6k in das Hauptrohr 33» das so ausgelegt ist, daß eine ausreichende Größe (Durchmesser) hat, um einen Durchfluß von sowohl Wasser als auch Luft zum Sonnentank aufrecht zu erhalten. Es ist von Bedeutung, daß das Rohr 33 sich niemals soweit mit Wasser füllt, daß der Luftstrom zum Tank gesperrt ist; sonst treten unerwünschte Ansaug-Bedingungen auf.

Das Verfahren zum Betrieb des beschriebenen Kollektors besteht in einem "vollkontinuierlichen Durchfluß"-Betrieb, bei welchem die Pumpe während des Sonnentages in Abhängigkeit von Bedingungen ununterbrochen arbeitet, welche die Reihenschalter des Steuerkreises geschlossen halten. Der Betrieb bei ununterbrochenem Durchfluß bedient sich eines Prinzips der thermalen Schichtung des* Wassers in der Sonnenrohrkammer derart, daß das oberste (heißes .^-e) Wasser in der Sonnenrohrkammer abgezogen und zum Sonnentank zurückgeführt wird.

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Wenn das Sonnentankwasser eine thermale Energie enthält, die aus absorbierter Sonnenstrahlung umgewandelt wurde,und das System diese Energie "zu verwenden wünscht, dann wird das dadurch zu erwärmende Wasser (oder Medium) von der unteren Schicht eines herkömmlichen Heißwassertanks 90 für den Hausgebrauch abgepumpt und durch die Pampe 91 über die Wärmeaustauscherschlangen 92 in dem solaren Wassertank umgewälzt, dann zurück zur Oberseite des Wassertanks 90 über das Abgaberohr 93· Das heiße Wasser wird bei Bedarf durch die Wasserleitung 9^ für warmes Wasser für den Hausgebrauch oder dergleichen Verwendungszweck abgezogen.

Betrachtet man wiederum das obige Verfahren des vollkontinuierlichen Durchflusses gemäß der Erfindung, dann treten, wenn während eines Sonnentagbetriebes eine Bedingung auftritt, die einen der Schalter in dem Reihenschaltkreis 85 veranlaßt,sich zu öffnen (Fig. 7)» zwei Dinge gleichzeitig auf: 1. Der Motor M der Pumpe kommt zum Stillstand und 2 das Solenoidventil 73 öffnet. Das gesamte Kollektorsystem läuft nunmehr aus und entleert das gesamte in den Sonnenrohren vorhandene Wasser zum Sonnentank über die verschiedenen Kanäle 70, das Hauptrohr und den Rohrkreislauf 61, 6ia. Beim Entleeren folgt das Wasser dem durch Pfeile markierten Weg (Fig. 6).

Der Durchfluß in dem Rohr 61 an dem Verbindungspunkt 72 vorbei wird verhindert durch ein L'inwe^rückschlagventil 7^· Da sich die DurchganjTrskanäle 70 jeweils an der Seite des Rohrbecherkörpers 26 und der Rohrkammer 23 mit der geringeren Erhebung

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befinden (Fig. 2), strömt alle Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft aus den Sonnenrohren heraus und in den Sonnentank hinein. Außerdem entleert sich das gesamte System automatisch, wenn der Sonnentag endet und der Sonnenzellenschalter 87 veranlaßt wird, sich zu öffnen, und führt das gesamte Wasser in den Sonnentank zurück. Da das gesamte Wasser am Ende des Sonnentages in den Sonnentank 71 zurückgeführt wird, werden maximale Mengen der gesammelten Sonnenenergie in dem Sonnentank gehalten und Wärmeverluste auf ein Minimum herabgesetzt. Die gesamte gesammelte Energie abzüglich der Leitungsverluste - wenn überhaupt gegeben wird in den Sonnentank eingebracht. Hierdurch wird das beim Wasser gegebene Gefrierproblem vermieden und die Notwendigkeit der Verwendung von Antifrostlösungen umgangen.

Es folgt nunmehr eine Beschreibung der zweiten Ausführungsform eines Kollektors. Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Sonnenkollektors, bei welchem eine Schnorchelform des Lüftungsrohrs 6k¹ an seinem offenen Ende 65· einen hochgebogenen Abahnitt 6ka aufweist. Diese Konstruktion ordnet die Lüftungsrohröffnung in einer größeren Höhenlage in der Sonnenrohrkammer und in der Nähe ihres oberen Endes an, was einen Betrieb der Rohre unter Bedingungen gestattet, die einen flachen Neigungswinkel A (bis nahezu Null) verlangen (Fig. 2). Das Schnorchellüftungsrohr kann unter diesen Bedingungen von geringerer Länge als zuvor sein und das Sonnenrohr bis zu einem größeren Volumen mit Wasser gefüllt sein. Bei Verwendung eines flachen Steigungswinkels A für die Kollektoren, gestattet diese Ausführungsform die Verwendung unterschiedlicher Längen des Lüftungsrohres 64'

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- 3h -

in der Soimenkollektorkammer 23»

Beispiel 1

Bei Verwendung der Struktur des dränierbaren Kollektors im wesentlichen gemäß der Beschreibung wurden vier Kollektormodule mit je acht Rohren Ende an Ende verbunden. Jedes der Sonnenrohre 14 in den Kollektoren war mit einem Mündungseinsat ζ ausgestattet, wie in dieser Anmeldung gezeigt und beschrieben. Der Durchgangskanal 70 durch den Einsatz hindurch war auf einen Durchmesser von 0,093 Zoll (3/32") kalibriert. Es kam in jedem der Kollektorrohre ein Glaslüftungsrohr (6k) von 10 mm Größe -zur Anwendung, Der durchschnittliche Innendurchmesser des Glasrohres von 10 mm beträgt annähernd 8 mm (O,314 Zoll), Es wurde Leitungswasser von dem Sonnentank zum Sammelrohrhauptrohr (3*0 aus einzölligem Kupferrohr und einem Raum von etwa ■ 12 Fuß über der Pumpe bei einer Flußgeschwindigkeit von 0,075 Gallonen je Minute je Modul gepumpt (4 χ 0,075 Gallonen je Minute insgesamt). Bei einer Sonneneinstrahlung in Corning, N.Y, im Winter, d.h. von Dezember bis März, arbeitete der Kollektor bei annehmbaren und zufriedenstellenden Betriebsbedingungen in leitungsfähiger Weise in dem vollkontinuierlichen Betrieb wie oben beschrieben. Das Auftreten einer öaugheberartigen Wirkung wurde vermieden. Füllen und Dränieren der Kollektoren waren jeweils befriedigend.

Beispiel 2

Dasselbe System wie in Beispiel 1 beschrieben wurde bei einer Pump enf örderleistung von 0,35 Gallonen je Minute je Modul

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(k χ 0,35 Gallonen je Minute insgesamt) betrieben, und es wurden die gleichen befriedigenden Ergebnisse erzielt. Saughebern wurde vermieden, und Füllen sowie Dränieren waren jeweils befriedigend,

Beispiel 3

Es wurde das gleiche System wie in Beispiel 1 benutzt mit der Ausnahme, daß der Mündungsdurchgangskanal in den Einsätzen in jedem der Kollektorrohre einen Durchmesser von 1/16 (θ,θ62 Zoll) hatte. Die Pumpenförderleistung wurde auf 0,05 Gallonen je Minute je Modul (insgesamt 0,15 Gallonen je Minute) gehalten. Die Ergebnisse beim Füllen und Dränieren der Kollektoren waren wiederum befriediegend; Saughebern wurde vermieden,

Beispiel h

Es wurde dasselbe System benutzt wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß die Mündungsdurchgangskanäle in den EinsSzen in jedem der Kollektorrohre einen Durchmesser von i/8 Zoll (0,125 Zoll) hatten. Die Pumpenförderleistung betrug 0,25 Gallonen je Minute je Modul (4 χ 0,25 insgesamt). Das System arbeitete zufriedenstellend beim Füllen und Dränieren der Kollektoren; und der Saughebereffekt wurde vermieden.

Es ist notwendig, daß in der Installation eine gewisse Neigung des Sammelrohres zurück zum Abfluß zum Tank (längs dem Rohr 3^-) vorhanden ist, um den Kollektor vollständig und befriedigend zu entleeren. Die Kollektorrohre der Module werden mit. einer gewissen Neigung (Winkel A) nach unten zum Sammelrohr installiert. Das Wasserhauptrohr Jk zum Dränieren des Wassers und zum Ein-

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speisen des Wassers in die Kollektoren sollte im Vergleich zum Durchmesser des eingeschnürten Durchgangskanals 70 in jede Becherform und jede Kanuner der Kollektorrohre hinein von relativ größerem Durchmesser sein. Der Innendurchmesser des Lüftungsrohres hat eine definitive Beziehung zu dem eingeschnürten Durchgangskanal 70, indem er größer sein muß als der Durchgangskanal der Mündung. Die Pumpenförderleistung je Modul einer gegebenen Anzahl Kollektorrohre muß so festgelegt sein, daß jedes der Lüftungsrohre in den Kollektoren daran gehindert wird, sich während des vollkontinuierlichen Verfahrens mit Wasser zu füllen, wie bereits im vorhergehenden beschrieben. Die Auslegung der hydraulischen Anlage ist ferner abhängig von der Größe des Systems, das heißt von der Anzahl der Module. Die gegebenen Daten ziehen eine Konstruktion von bis zu zehn Modulen mit je acht Kollektorrohren in Betracht bei Verwendung üblicher Glasrohre von 10 mm als Lüftungsrohr in jedem der Sonnenkollektorrohre. Das Wasserhauptrohr Jk und das Lufthauptrohr 33 sind aus üblichem Kupferrohr von 1 Zoll Durciamesser.

Die hier beschriebene Erfindung zeigt einen Sonnenkollektor, bestehend aus einer Anzahl entleerter Rohre in einem Sammelrohr, das in der Lage ist, die Innenkammer aller Rohre parallel zueinander und gesteuert und mit ausreichendem Druckabfall in der Mündung zwischen dem Hauptwassersammelrohr und dem Inneren des Sonnenrohres zu beschicken, um jegliche Abweichungen in der Höhe der Durchflußgeschwindigkeiten in dem Rückführkreiclauf der Lüftungsrohranlage zu überwinden;, Im anderen Pail kann die Anlage einem Saughebern unterliegen oder das Wasser in einigen

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der Rohre zum Kochen kommen und in andere Rohre abströmen lassen. Die Erfindung schafft das Merkmal einer unmittelbaren Dränierbarkeit auf Befehl. Die Steuerung kann daher leicht für eine SonnenenergieSammlung und-verwendung guter Qualität ausgelegt werden. Darüber hinaus besteht nicht mehr die Sorge hinsichtlich eines Gefrierene eines Kollektors bei Verwendung von Wasser als Energieübertragungsmedium, und bei Stillstandszeiten oder zwischen den einzelnen Sonnenperioden (Tagen), an denen Energie verfügbar ist, wird die gesammelte Energie in äußerst leistungsfähiger ¥eise in der Anlage zurückgehalten, d.h. die gesammelte Energie wird insgesamt in eine Speichereinrichtung übergeführt, in diesem Fall der Sonnentank.

Obwohl hier Wasser als bevorzugtes Beispiel für das Arbeitsströmungsmittel angegeben wurde, ist doch darauf hinzuweisen, daß andere Flüssigkeiten oder Mischungen innerhalb des Gedankens und Bereichs der Erfindung benutzt werden können.

Während bestimmte spezifische Ausführungsformen und Einzelheiten der Erfindung zur Erläuterung hier beschrieben wurden und die vom Erfinder für die beste gehaltene Form hier niedergelegt wurde, liegt doch auf der Hand, daß verschiedene Veränderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche schließen alle Veränderungen und Abwandlungen für die hier gegebenen Lösungen, die im Bereiche des Erfindungsgedankens liegen, als Teil der Erfindung mit ein.

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Claims

Ρ4ΓΕΝΧΥ Λ1 \VJ> IXE Dit.-l\-'7 TI DIPL1-INg1ILHATJCK · dipl:-phys. W. SCHMITZ · dipl.-ing. E. GRAALPS Dipl.-ing. W. WEHNERT · dipl.-1'hys. W. CARSTENS ■ dring. W. DÖRING HAAIBURG - MÜNCHEN ■ DÜSSELDORF "PATENTANWÄLTE · NEUER WALL 41 · SOOO BAMRVBG 36 · SCHMITZ'GRAALFS NEUER WALL 41 · 20OO HAMBURG 3β· TElEFON + TELECOPIER (040) 36 67 55 O¥ENS- ILLINOIS, INC . . telex 0211 τββ inpat d CABLENEGEDAPATENTHAMBURG ■", HAUCK- CARSTENS Toledo, Ohio k3 666 mozartstrasse 23-sooo München TELEFON + TELECOPIERiOSO) 53 92 3β CABLE NEGEDAPATENT MÜNCHEN WEHNERT-DÖRING K.-WILir.-RING 41-4000 DÜSSELDORF TELEFON (0211)57 50 27'88 TELEX 08 584 380 DYNA D CABLE NEGEDAPATENT DÜSSELDORF ZUSTELLUNGSANSCHRIFT/PLEASE REPLY TO: HAMBURG, 21. Juni 1979 Drainierbare Sonnenenergie-Kollektor- Vorrichtung Ansprüche

1.} Drainierbare Sonnenenergiekollektor-Vorrichtung, gekennzeichnet durch einen doppeIwandigen rohrförmigen Sonnenkollektorkörper, in welchem die ¥ände einen bei einem unteratmosphärischen Druck abgedichteten ringförmigen Raum zwischen sich einschließen, und der an einem Ende geschlossen und an dem anderen Ende offen ist und auf seiner Innenwand eine Energie-absorbierende Oberfläche aufweist, während die Außenwand transparent ist und die Innenwand eine sich zwischen seinen Enden erstreckende Kammer begrenzt, ein Becherelement, welches eine MündungsÖffnung zur Aufnahme des offenen Endes des Sonnenkollektorkörpers

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ZtIOELASSENE VERTRETEK HEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT AUMITTIiII IUiPItESKNTATIVIiS UEIOItU THE EUROPEAN PATKNT OFFICE

begrenzt und Einrichtungen zur Bildung einer ringförmigen Flüssigkeitsdichtung zwischen dem Becher und dem rohrförmigen Sonnerikollektorkörper aufweist, ein langgestrecktes hohles Lüftungsrohr, welches sich in das Becherelement und die Kammer hinein erstreckt und einen axialen Durchgang aufweist, der an seinem einen Ende innerhalb der Kammer offen und mit dieser in Verbindung ist, eine Strömungsmittelverbindung, die in das Becherelement an einem von dem Lüftungsrohr entfernten Ort hineinführt und eine Durchflußeinschnürung für das in die Kammer einströmende Strömungsmittel erheblich geringer als der von dem Lüftungsrohrdurchgang zugelassene Durchfluß vorsieht, Strömungsmittelleitungen, die mit der Strömungsmittelverbindung außerhalb des Becherelements zum Hindurchleiten von Strömungsmittel dorthindurch verbunden sind, sowie getrennte Strömungsmittelleitungen, die außerhalb des Becherelements an das Lüftungsrohr angeschlossen sind«

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mehrfach-Becherelemente, die durch einen langgestreckten starren Verstärkungskörper miteinander verbunfen sind, wobei die Mündung jedes der Beeherelemente in eine gemeinsame Richtung gewendet ist und ihre mittleren Achsen parallel zueinander verlaufen, eine Anzahl Sonnenkollektorkörper, von denen einer in Dicht verbindung um sein offenes Ende ho rum mit der Mündung jedes der Beeherelemente verbunden ist, wobei die Lüftungsrohre in jedem der Becherelemente außerhalb jedes Becherelements mit einem ersten Rohr verbunden sind und die

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genannte eingeschnürte Strömungsmittelverbindung mit jedem der Beeherelemente auf ihrer Außenseite mit einem zweiten Rohr verbunden ist und die Becherelemente, die Lüftungsrohre, die eingeschnürte Strömungsmittelverbindung, die ersten und zweiten Rohre, ein Sammelrohr zur Umwälzung der Flüssigkeit innerhalb des Sonnenkollektorkörpers in einem parallelen Stromkreis bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelrohr eine Isolierung aus einem geschäumten Polymerisat geringer Dihte enthält, die den langgestreckten ■Verstärkungskörper, daß Äußere der Becherelemente, die Strömungsmittelverbindungs-Einrichtung für diese, die Verbindung der Lüftungsrohre, die auf der Außenseite der Becherelemente herabhängen, sowie die ersten und zweiten Rohre umgibt.

h. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelrohr eine Schicht aus Glasfaser-verstärktem Kunststoff über der Außenseite der geschäumten Polymerisat-Isolierung geringer Dichte enthält.

5· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeschnürte Strömungsmittelverbindung eine Öffnung enthält, die durch eine Seite des Becherelements hindurchführt, eine an dieser Öffnung r>n das Becherelement angeschlossene Leitung, sowie ein Mündungscinsatzelement in der Öffnung,,

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welches einen axial eingeschnürten Durchgang für den Flüssigkeitsstrom zu dem Becherelement enthält.

6, Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Mündungseinsatzelement lösbar mittels eines ringförmigen, nachgiebigen Dichtungskörpers in der Öffnung gelagert ist,

7· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das langgestreckte Lüftungsrohr axial zu der Sonnenkollektorkammer erstreckt und einen geraden Abschnitt sowie einen gebogenen Abschnitt aufweist, der an der Endöffnung innerhalb der Kammer endet,

8, Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Becherelement ein ringförmiges Rohrfitting enthält, das gegenüber seiner Mündung an ihm befestigt ist und sich an einem Ende innerhalb des Becherelements öffnet, während das andere Ende außerhalb des Becherelements herabhängt und mit dem ersten Rohr des Sammelrohres verbunden ist, wobei das Lüftungsrohr dieses Becherelements eine Länge Glasrohr umfaßt, das an seinen Enden offen und in das Rohrfitting eingesetzt ist.

9, Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte Verstärkungskörper nestartig mit den Rohrfitting3 bei im wesentlichen gleichen Abständen auf dem Verstärkungskörper in dem Sammelrohr zusammenwirkt,

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10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Glasrohres durch eine ringförmige Dichtung in das Rohrfitting eingesetzt ist.

11. Sonnenenergiekollektor-Einrichtung mit einem doppelwandigen, evakuierten, rohrförmigen Glaskollektor, der an einem Ende geschlossen und an dem gegenüberliegenden Ende offen ist und eine an dem genannten gegenüberliegenden Ende offene Kammer begrenzt, eine becherförmige Mehrfach-Aufnähme einrichtung, die dichtend mit dem offenen Ende des rohrförmigen Kollektors verbunden ist und das gegenüberliegende Ende der Kammer schließt, gekennzeichnet durch, ein axial verlaufendes hohles Lüftungsrohr, das einen ersten Durchgang zu der Kammer angrenzend an das geschlossene Ende des rohrförmigen Kollektors bildet und sich zur Außenseite der Aufnahme-Einrichtung erstreckt, sowie eine Mündung in der Aufnahme-Einrichtung, die einen zweiten Durchgang zu der Kammer bildet, wobei der erste Durchgang in seiner Querschnittsabmessung erheblich größer ist als der zweite Durchgang und der letztgenannte den Durchfluß der Flüssigkeit in die Kammer hinein auf ein geringeres Ausmaß als den durch den ersten Durchgangskanal zugelassenen vollen Strom der Flüssigkeit einschnürt, wodurch der erste Durchgangskanal beim Überströmen von Flüssigkeit in die Kammer auch ein Lüftungsventil für die Kammer während des Einströmens von Flüssigkeit in die Kammer durch den zweiten Durchgangskanal hindurch vorsieht.

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12. Drainierbare Sonnenenergiekollektor-Einrichtung mit einem langgestreckten Flüssigkeitsammelrohr zur "Verbindung von rohrförmigen Mehrfach-Sonnenenergiekollektoren miteinander in einem parallelen Flüssigkeitstrom, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelrohr Folgendes enthält: eine Anzahl Becher, die jeweils eine ringförmige Seitenwand zur Bildung einer Mündungsöffnung an einem Ende für die Aufnahme eines rohrförmigen Sonnenenergiekollektors der Vorrichtung enthalten, sowie eine Endwand gegenüber der Mündung, wobei die Mündungsöffnung der Becher in eine gemeinsame Richtung weist und die Achsen der Becher parallel zueinander liegen, eine axial verlaufende längliche Rohrvorrichtung, die durch die Becherendwand getragen wird und von ihr nach außen herabhängt, eine Öffnung in der Becherwand für eingeschnürten Durchfluß mit Abstand von der Rohreinrichtung, wobei diese Öffnung im Schnitt erheblich kleiner ist als der innere Schnitt der langgestreckten Rohreinrichtung, eine erste Leitung, die sich in Längsrichtung des langgestreckten Sammelrohrs erstreckt, eine Einrichtung zur Verbindung jeder der eingeschnürten Durchflußöffnungen der Becher mit der ersten Leitung, eine zweite Leitung getrennt von der ersten, die sich in Längsrichtung des langgestreckten Sammelrohres erstreckt, sowie Einrichtungen zur Verbindung jeder der langgeatreckten Rohreinrichtungen an dem außen herabhängenden Ende mit der zweiten Leitung, wobei die ersten und zweiten Leitungen in dem Sammelrohr für einen Flüssigkeitsstrom zwischen ihnen durch die eingeschnürte Larchflußöffnung und die langgestreckte Rühreinrichtung jedes der Mahrfachbecher hindurch miteinander in Verbindung stehen. 809881/0824

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13. Vorrichtung nach Anspruch. 12, dadurch gekennzeichnet, daß die axial verlaufenden, in Längsrichtung gestreckten Rohreinrichtungen ein Rohrfitting enthalten, das an der Becherendwand an einer darin befindlichen Öffnung befestigt ist, an der Außenseite

des Bechers herabhängt und an seinem äußeren herabhängenden
Ende mit der zweiten Leitung verbunden ist, sowie eine Länge
Glasrohr, die an ihren gegenüberliegenden Enden offen ist und mit einem Ende in dem Rohrfitting einsitzt,

14. Vorrichtung nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Flüssigkextssammelrohr ein in Längsrichtung gestreckter, gerader, starrer Körper in Längsrichtung in dem Flussigkeits-Sammelrohr angeordnet ist und alle Becher längs dem Sammelrohr an ihren Endwänden ausrichtet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
das Glasrohr mittels einer umfassenden elastischen Dichtung
in das Rohrfitting eingesetzt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrfittings, die von der Endwand der Becher herabhängen, den langgestreckten Körper bei Zwischenräumen nestartig erfassen» die im wesentlichen gleiche Abstände der Becher auf dem Körper entlang bilden und dadurch die Lage der Becher in dem Sammelrohr festlegen.

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17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelrohr außen um die ringförmige Seitenwand und die Endwand der Becher, den langgestreckten Körper, die herabhängenden Rohrfittings und die ersten und zweiten in Längsrichtung verlaufenden Leitungen herum eine Isolierschicht aus zelluarera polymeren Material von geringer Dichte enthält.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17» gekennzeichnet durch eine Schicht aus Glasfaser-verstärktem Kunststoff, das die zellulare Isolierung des SammeIrohres überlagert und im wesentlich en einschließt.

19· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckte Rohreinrichtung in einer Länge Rohrmaterial besteht, welches einen axialen geraden Abschnitt enthält, der durch die Becherendwand gestützt wird, sowie einen abschließenden gekrümmten Abschnitt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine dritte Leitung in Längsrichtung in dem Sammelrohr, die in die Isolierung eingeschlossen und geeignet ist, elektrische Verdrahtungen oder dergleichen aufzunehmen.

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