DE2925151C2

DE2925151C2 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2925151C2
Application number: DE2925151A
Authority: DE
Inventors: Joseph Richard Corning N.Y. Frissora
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1978-06-26
Filing date: 1979-06-22
Publication date: 1983-12-22
Also published as: ES481870A1; ES489639A0; ES8100478A1; DE2925151A1; AU4807779A; AU512702B2; GB2023809B; IT7949466A0; IT1120434B; PH16066A; BR7904008A; ZA792766B; US4262658A; AR221243A1; JPS556196A; CA1138282A; FR2429978B1; GR73811B; FR2429978A1; PT69782A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor mit mehreren Kollektoren, von denen jeder ein an einem Ende geschlossenes Doppclrohr aus transparentem Material aufweist, dessen Zwischenraum evakuiert ist und dessen Innenrohr als Absorberrohr ausgebildet ist und von dem jeder ein mit einer ersten Wärmeträgerleitung verbundenes Leitungsrohr aufweist, das sich innerhalb des Absorberrohres annähernd über dessen gesamte Länge erstreckt und dessen dem geschlossenen Ende des Doppelrohres zugekehrtes Ende geöffnet ist, während der Innenraum des Absorberrohrs mit einer zweiten Wärmeträgerleitung verbunden ist, wobei beide Wärmcträgerlcitungen mit einem Behälter für einen flüssigen Wärmeträger verbunden sind.

Ein derartiger Sonnenkollektor ist bereits ockannt (DE-OS 26 47 045). Das Wärmeträgermedium wird über das Leitungsrohr in den Kollektor eingetragen. Im Zwischenraum zwischen Leitungsrohr und Absorberrohr befindliches Wärmeträgermedium wird erwärmt und aus dem Zwischenraum wieder abgezogen über eine Sammelleitung zu einem Behälter, in dem z. B. im Wärmeaustausch Energie an Energieverbraucher abgegeben werden kann.

Wird als Wärmeträgermedium leicht gefrierende

to Flüssigkeit verwendet, z. B. Wasser, müssen für Zeiten, in denen Außentemperaturen unter 0⁰C herrschen, die Kollektoren entleert sein. Dieses kann z. B. im Winter während der Nachtzeit erforderlich sein. Zwar ist es möglich, durch Zusätze den Gefrierpunkt des Wärmeträgermediums herabzusetzen, derartige Zusätze erhöhen jedoch zum einen den Gesamtaufwand. Zum anderen sind sie auch deshalb unerwünscht, weil nicht auszuschließen ist, daß Wärmeträgerflüssigkeit nach außen tritt und es mithin zu einem Austreten auch des

2ö Geirierschutzmiiieis kömmt.

Auch während des Betriebes eines Sonnenkollektors kann die Notwendigkeit bestehen, ihn innerhalb relativ rascher Zeit entleeren zu müssen, z. B. wenn die Temperaturen in den Kollektoren zu hoch werden. Eine rasche Entleerung der einzelnen Kollektoren ist beim bekannten Sonnenkollektor ohne zusätzliche Maßnahmen nicht möglich, weil das Wärmeträgermedium in den einzelnen Leitungsabschnitten ein durchgehendes Volumen bildet, das sich einem Abfließen, z. B. durch Schwerkraftwirkung, infolge Kohäsion widersetzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sonnenkollektor mit mehreren Kollektoren zu schaffen, bei dem durch Entlüftung eine einfache und rasche Entleerung des Wärmeträgermediums aus den Kollektoren möglich ist. ohne zusätzliche Bauteile vorzusehen.

Es ist zwar bekannt, am oberen Ende einer flachen Kollektorkammer eines Sonnenko'.lektors ein separates Entlüftungsrohr anzubringen, über das beim Füllen und Entleeren der Kollektorkammer Luft strömen kann (FR 23 67 258). Ein derartiges Be- und Entlüftungssystem muß jedoch nach dem Füllen bzw. Ablassen des Wärmeträgermediums geschlossen werden, um zu verhindern, daß Wärmeträgerflüssigkeit nach außen gelangt. Außerdem ist eine derartige Anordnung für Kollektoren in Form von transparenten Doppelrohren verhältnismäßig aufwendig.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Sonnenkollektor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Leitungsrohr als Entlüftungs- :ohr ausgebildet und mit einer Sammelleitung verbunden ist und eine Verteilerleitung über eine Querschnittsverengung mit dem Innenraum des Absorberrohrs verbunden ist. deren Strömungsquerschnitt kleiner ist als der des Entlüftungsrohrs.

Beim erfindungsgemäßen Sonnenkollektor dient das Leitungsrohr innerhalb des Absorberrohrs als Rückleitung zur Sammelleitung, wobei die Querschnittsverengung in der Zuführung zum Innenraum des Absorberrohres dafür sorgt, daß das Entliiftungsrohr zu keinem Zeitpunkt über seinen ganzen Querschnitt gefüllt ist. Auf diese Weise wird ständig im Entlüftungsrohr und demzufolge auch in der Sammelleitung ein durchgehendes Luftvolumen erhalten, wodurch wiihrend des Entleerungsvorgangs eine sofortige Entlüftung stattfinden kann, wenn das Wärmeträgermedium aus den Kollektoren entleert werden soll.

Die Erfindung erfordert gegenüber dem eingangs

beschriebenen Sonnenkollektor so gut wie keinen Mehraufwand. Dieser besteht nur darin, in der Zuführung zwischen Verteilerleitung und Absorberrohr eine Qiierschnittsverengung vorzusehen. Weitere Maßnahmen sind nicht erforderlich.

Es ist zwar bekannt. Flüssigkeit führenden Rohren über eine Querschnittsverengung die Flüssigkeit zuzuführen (US 23 10 234). Dies geschieht bei einem Wärmeaustauscher zu dem Zwecke, in die Wärmetauscherrohre einen gleichmäßigen Flüssigkeitseintritt zu gewährleisten und damit einen wirksamen Wärmeübergang. Entlüftungszwecken dienen die Querschnittsverengungen bei der bekannten Vorrichtung nicht-Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Sonnenkollektors nach der Erfindung.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach F i g. 1 entlang der Linie 2-2.

F i g. 3 zeigt die Verbindung von zwei Sonnenkollektcreinheiten.

Fig.4 zeigt die Draufsicht auf eine Sammelleitung und eine Verteilerleitung mit einer entsprechenden Anschlußmöglichkeit für einzelne Kollektoren.

F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach F i g. 4 entlang der Linie 5-5.

Fig.6 zeigt eine Anlage zur Umwandlung von Sonnen- in Wärmeenergie in Verbindung mit einem schematisch dargestellten Sonnenkollektor nach F i g. 1.

Fig.7 zeigt ein Blockschaltbild zur Steuerung der Anlage nach F i g. 6.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch das geschlossene Ende eines Kollektors in abgewandelter Bauweise.

Die F i g. I bis 5 zeigen einen entleerbaren Sonnenkollektor auf einem Dach 10 eines Gebäudes. Das Dach hat eine Neigung vom First M zur Dachrinne 12. In dem dargestellten Beispiel der Fig. 1 ist die Neigung etwa 20° (Winkel A). Der Sonnenkollektor ist vorzugsweise nach Süden gewendet (nördliche Hemisphäre) auf dem Dach 10 aufgestellt, so daß die Achse des Sammlers/ Verteilers 13 in Ost-West-Richtung liegt und die Achsen der parallel angeordneten Kollektoren 14 (von denen in F i g. 1 im Interesse der Einfachheit d"r Darstellung nur einer gezeigt ist) in der Nord-Süd-Richtung liegen. Demgemäß bewegt sich die Sonne während eines »Sonnentages« von rechts nach links in Fig. I über die Kollektoren 14. Die Koi'rktoren 14 sind zu Einheiten zusammengefaßt (von denen zwei in F i g. I gezeigt sind), bestehend aus dem Sammler/Verteiler 13. einer oberen Konsole 15. Endkappen 16 und Stangen 17. die an ihren Enden mit Gewinde versehen und mit dem Sammler/Verteiler jnd an dem anderen Ende mit der Konsole 15 verbunden sind. Die Einheit enthält außerdem eine ebene Reflektorfläche 18.

Wie in F i g. 2 gezeigt, besteht ein Kollektor 14 aus einem Doppelrohr aus Glas mit einem transparenten Außenrohr 19 und einem radial beabstandeten ein Absorberrohr 20 bildenden Innenrohr. Der Kollektor 14 hat einen Außendurchmesser von 7 mm und eine Länge von 1.2 bis 2.1 m. Die Außenfläche des Innenrohrs ist mit einem wellenlängenselektiven Überzug überzogen, und das Außenrohr 19 ist durch eine ringförmige Verschmelzung in der Nahe des offenen Endes 21 des Doppelrohres mil dem Inncnrohr verbunden. Der eingeschlossene ringförmige Zwischenraum 24 wird auf ein Vakuum in der Größenordnung von 1.3 · 10--' Pa evakuiert und in der üblichen Weise am geschlossenen Ende 22 abgeschmolzen. Das Absorberrohr 20 begrenz,.

eine innere Kammer 23, die an dem einen Ende offen ist.

Der Kollektor 14 ist durch eine Ringdichtung 25 im Flansch eines Bechers 26 im Sammler/Verteiler 13 geführt. Es ist eine Anzahl von Bechern 26 mit Längsabstand im Sammler/Verteiler 13 vorgesehen, und die Becheröffnungen sind in dieselbe Richtung gewendet Die Mittelachsen der Becher 26 sind im

ίο wesentlichen parallel. Die Becher 26 sind mit einem Rohrstutzen 27 durch Löten, Schweißen oder dergleichen verbunden. Der Rohrstutzen 27 weist einen verjüngten Abschnitt 28 auf, welcher in axialer Richtung vom Becher 26 absteht. Zur Vereinfachung der Konstruktion ist der Rohrstutzen 27 außermittig mit Bezug auf den Boden des Bechers 26 angeordnet, und zwar auf der Seite, die nach Zusammenbau (siehe F i g. 2) die höhere ist. In der Seitenwand 29 des Bechers 26 im Bereich des unteren Endes und gegenüber dem Rohrstutzen 27 ist eine zweite Öffnu.jg vorgesehen, in die ein Rohrstück 30 eingesetzt und sicher darin befestigt ist. Ein Stahlwinkel 31 weist voneinander im Abstand liegende bogenförmige Kerben (nicht geneigt) in seinem oberen Schenkel 32 auf, welche die geneigten Rohrstutzen 27 aufnehmen und sie nestartig anordnen. Die unteren Enden der Becher 26 liegen gegen die Oberseite des Schenkels 32. Dies bringt die Becher in ihre richtige Stellung. Der Abschnitt 28 wird durch Löten oder Schweißen an einer vorgeformten Öffnung in der Sammelleitung 33 befestigt. Diese erstreckt sich über die Länge des Sammler/Verteilers 13. Vorzugsweise ist die Sammelleitung 33 aus Metall, d. h. Kupfer oder Messing. In ähnlicher Weise ist eine Verteilerleitung 34, wie aus ähnlichem Material hergestellt ist, mit den beabstandeten vorgebohrten Löchern zur Aufnahme des äußeren offenen Endes des Rohrstückes 30 versehen.

Die gezeigten Teile sind in einer Isolierung 35 eingebettet. Zusätzlich enthält der Sammler/Verteiler ein m Längsrichtung führendes Rohr 36, welches elektrische Steuerdrähte 37 aufnimmt, um Steuersensoren oder dergleichen anzuschließen. Die Isolierung 35 ist ein geschäumtes Material von leichtem Gewicht, wie beispielsweise geschäumtes Polyurethan. Die Isolierung

•»5 35 paßt sich den Bechern 26 an, um die ringförmigen Öffnungen zu bilden, die jeweils durch zusammenhängende Wandabschnitte 38 (F ig. 2) und 39 begrenzt sind. Die Öffnungen öffnen sich auf einer Seite des Sammlers/Verteilers, welche den Kollektoren 14 zuge-

wendet ist. In die Öffnungen der Sammler/Verteiler werden zylindrische Hülsen 40 aus Gummi odei Kunststoff eingesetzt, in die die Mündungsflansche der Becher 26 passen. Die zylindrischen Hülsen 40 werden durch das Außenrohr 19 zusammengedrückt. Die

5^ς Hülsen 40, welche aus komprimierbarem Material bestehen, bilden eine flüssigkeitsdichte Abdichtung der Kollektoren 14 im Sammler/Verteiler 13 und halten Regen, Feuchiigkei' und dergleichen fern. Die Hülse isoliert ferner gegenüber Wärmeverlust. Die Isolierung 35 ist von einer Schale 41 abgedeckt, welche aus glasfaser·, erstarktem Blattmaterial in Form von zwei komplementären Halbschalen 42 und 43 gußgeformt ist. Eine Kante 44 der oberen Halbschale 42 ist nach außen versetzt, um eine anyenzer.de Kante 45 der unteren Halbschale zu überlappen. In ähnlicher Weise ist eins andere Kante 46 der unteren Halbschale 43 nach außen versetzt und überlappt eine Kante 47 der oberen Halbschple. Die Überlappungen der Kanten 44. 45 und

46, 47 werden beispielsweise durch Nieten aneinander befestigt.

Wie in Fi g. I ge/.eigt. haben die gegenüberliegenden Enden der Halbschalen parallele bogenförmige Lappen 48. An den Enden der Einheiten werden vorgefertigte Kappen 49 (in F i g. I in punktierten Umrißlinien gezeigt) angeordnet, und ähnliche Kappen (nicht gezeigt) sind zwischen den Ende an Ende miteinander verbundenen Einheiten befestigt. Die Verbindung der Sammelleitungen 33 und Verteilerleitungen 34 zsvisehen to den Einheiten ist in F i g. 3 gezeigt.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist der Sammler/Verteiler 13 einer Einheit durch Schrauben 50 befestigt, die sich durch die überlappenden Kanten 47, 46 durch einen Stützbalken 51 und das Dach 10 hindurch erstrecken. Der Sammler/Verteiler hat vom Ende in Richtung auf Leitungen 60, 61 ein Gefälle (Fig. 6). Bei einem Neigungswinkel von ungefähr zwei Grad zur Waagerechten kann der Kollektor völlig entleert werden. Die Konsole 15 ist mittels einer Kopfschraube 52 befestigt. die in einen oberen Stützbalken 53 hineinführt, welcher auf dem Dach 10 durch Schrauben 54 befestigt ist. Der Reflektor 18 ist an den Stützbalken 51 und 53 befestigt.

Die Kollektoren 14 werden von den Endkappen 16 gehalten, welche eine das geschlossene Ende erfassende kegelstumpfförmige Innenkappe 55 aus Kunststoff und eine .Außenkappe aus Kunststoff enthält. Die Außenklappe erstreckt sich durch eine gezahnte Öffnung 57 hindurch, die im senkrechten Schenkel der Konsole J5 gebildet ist (siehe Fig. 1). Die Außenkappe weist radiale Ansätze 56 auf. die in der Größe und Anordnung mit den keilförmigen Ausschnitten der Öffnung 57 in der Konsole 15 übereinstimmen, so daß die Außenkappe 16 und die Innenkappe 55 von der Außenseile der Konsole 15 eingebaut werden können. Beim Zusammenbau wird der Kollektor !4 durch die öffruiiv* 57 eingesetzt und das offene Ende 21 in den Becher 26 mit der Ringdichtung 25 in Anlage gebracht. Die Innenkappe 55 wird über das vorstehende geschlossene Ende 22 des Kollektors 14 in Stellung gebracht und die Außenkappe ίο konzentrisch zur Innenkappe 55 angeordnet, so daß die Ansätze 56 (F i g. 2) durch die Ausschnitte der Öffnung 57 (Fig. I) hindurchgehen. Danach wird die Außenkappe gedreht, um die Ansätze 56 an der Konsole 15 zu verriegeln. Durch Anziehen einer mittigen Schraube 59 -»5 im Gewinde einer Öffnung 58 am geschlossenen Ende der Außenkappe wird auf den Kollektor 14 über das geschlossene Ende der Innenkappe 55 eine Spannung aufgebracht. Diese Spannung hält den Kollektor 14 im Becher 26. Die Stangen 17 befestigen die Konsole 15 und den oberen Schenkel 32 des Stahlwinkels 31 miteinander.

Nachdem der Sonnenkollektor angeordnet ist. wird die Sammelleitung 33 mittels einer Klemmkupplung 62 mit einer Leitung 60 (Fig. 1) verbunden; die Verteilerleitung 34 wird in ähnlicher Weise mittels einer Kupplung 63 mit der Leitung 61 verbunden. Aufeinanderfolgende Einheiten, die in einer Linie auf dem Dach entlang angeordnet sind, sind durch eine Kupplung 62a. welche die Sammlerleitungen 33 verbindet, sowie durch so eine Kupplung 63a. welche die Verteilerleitungen 34 verbindet, miteinander verbunden (F i g. 3).

Es wird nunmehr auf die Fig.2. 4 und 5 Bezug genommen. Jeder Kollektor 14 weist ein gerades Entlüftungsrohr 64 auf. das vorzugsweise aus Glas besteht. Die Entlüftungsrohre 64 sind von gleicher Länge und ihr offenes Ende befindet sich in der Nähe des oberen Endes der Kammer 23. Das untere Ende 66 des Entlüftungsrohres 64 sitzt in einer ringförmigen Dichtung 67 im Rohrstutzen 27.

Ein Einsatz 68 ist in das innere Ende des Rohrstücks 30 eingesetzt und mittels einer rohrartigen Dichtung 69 darin gehalten. Durch den Einsatz 68 ist ein axial verlaufender eine Querschnittsverengung 70 bildender Durchgang gebohrt, um die Kammer 23 des Kollektors 14 mit der Verteilerleitung 34 zu verbinden. Es ist wünschenswert, die Einsätze 68 von Zeit zu Zeit aus Wartungsgründen zu entfernen. Daher ist es wünschenswert, einen leicht entfernbaren Einsatz vorzusehen.

In Fig. 6 wird die Installation eines Kollektors bei Verwendung von Wassersystemen als Wärmeträger schematisch ge/.eigt. Die Sammelleitung 33 ist mit der Leitung 60 in T-Form verbunden. In ähnlicher Weise ist die Verteilerleitung 34 in T-Form mit der Leitung 61 verbunden. Die AuSCnniiic cici" Summer ünu »CTICiiCT-leitungen 33, 34 auf jeder Seite der Verbindung sind leicht in Richtung auf die Leitungen 60, 61 hin geneigt. Die Leitung 60 erstreckt sich zu einem Wasserbehälter 71. Die Leitung 61 erstreckt sich zu einem Verbindungspunkt 72. von welchem aus ein Zweig 61a abgeht, der ein Ventil 73 enthält. Der Zweig 61a führt in den Wasserbehälter 71. Hinter dem Punkt 72 ist die Leitung 61 mit einem Rückschlagventil 74. einem Durchfluß-Regelverui! 75. einem Mengenmesser 76. einem Wasserdruckmesser 77 und dem Auslaß einer molorbetriebenen Zentrifugalpumpe 78 verbunden. Die Ansaugseite der Zentrifugalpumpe 78 ist an den Wasserbehälter 71 im Bodenbereich angeschlossen. Das betriebene System ist ein geschlossenes System und enthält ein Überdruckventil 80 auf dem Wasserbehälter 71 sowie ein Vakuum-Unterbrecherventil 81 in einer Rohrleiturg 82. das an die Leitung 60 in der Nähe der Kollektoren angeschlossen ist und sich in den Luftraum des Wasserbehälters 71 hineinerstreckt. Außerdem ist ein Überdruckventil 83 an der Verteilerleitung 34 angeschlossen, und ein Überdruckventil 83a ist an die Sammelleitung 33 angeschlossen. Die Ventile 80, 83 und 83a sind für den normalen Betrieb auf einen geeigneten Druck eingestellt. Es ist bevorzugt, das Überdruckventil 83 so einzustellen, daß es bei einem Druck unterhalb der Einstellung des Überdruckventils 83a auslöst. Sollte die Leitung 61 zum Wasserbehälter 71 verstopft sein, dann strömt die Flüssigkeit am Überdruckventil 83 aus. wenn der Gasdruck im Sammler/Verteiler 13 übermäßig wird. und das Ventil schließt sich wieder, wenn der Druck auf einen neutralen Wert zurückkehrt. Sollten beide Leitungen 60 und 61 zum Wasserbehälter 71 verstopft sein und das Überdruckventil 63 nicht funktionieren, dann gibt das Überdruckventil 83a den Gasüberdruck im Sammler/Verteiler 13 frei und schließt sich wieder, wenn der Druck auf einen neutralen Wert zurückkehrt. Sollten beide Leitungen 61 und 60 verstopft sein und das Überdruckventil 83 nicht funktionieren, dann entläßt das Überdruckventil 83a den übermäßigen Druck im Sammler/Verteiler 13 und schließt sich wieder, wenn der Druck auf einen neutralen Wert zurückkehrt. Stets dann, wenn der Gasdruck in dem System einen zu hohen Wert annimmt, entlastet das Überdruckventil 80. Die beschriebenen Ventile bieten dreifache Sicherheit, falls beim Lüften oder Entleeren der Anlage eine Fehlfunktion auftreten sollte.

in der dargestellten Anlage nach Fig.6 ist ein herkömmlicher Warmwasserbehälter 90 mit einer elektrischen Widerstands-Heizvorrichtung oder einer Gas-Heizvorrichtung als Reserveenergie in der Nähe

des Bodens mit der Ansaugseite einer Pumpe 91 verbunden. Der Pumpenausgang ist mit einer Wärmetauscherschlang'? 92 innerhalb des Wasserbehälters 71 und mit dem Oberteil des Warmwasserbehälters 90 durch eine Rohrleitung 93 verbunden. Das Wasser wird vom Warmwasserbehälter 90 über eine Rohrleitung 94 abgezogen, die mit einem herkömmlichen Mischventil (04 versehen ist, welches thermostatisch betätigt werden kann. Ebenso ist die Kaltwasser-Zufuhrleitung 102 mit der Ausgangsseite der Pumpe 91 verbunden, um aufbereitetes Wasser dem Warmwasserbehälter 90 zuzuführen. Sie ist ferner über eine Leitung 103 an das Mischventil 104 angeschlossen.

Fs wird nunmehr auf Fig. 7 Bezug genommen, die eine elektrische Steuerschaltung für die Anlage nach F i g. 6 zeigt, und zwar mit einer Gleichstromquelle 84 von 24 Volt, die an einen Schaltkreis 85 angeschlossen ist. der einen thermostatischen Schalter 86 enthält, welcher in der Nähe des Bodens des Wasserbehälters 71 angeordnet ist und die Wassertemperatur mißt. Der Schalter 86 spricht an auf die Temperatur des Wassers in der unteren Schicht des Wasserbehälters 71 und schließt bei Temperaturen unterhalb eines vorgegebenen Wertes von beispielsweise 82°C. Dies regelt die maximale Energie im Wasserbehälter 71. Der Schalter

87 ist ein lichtbetätigter Schalter, welcher sich bei Wahrnehmung von Tageslicht schließt und sich bei Sonnenuntergang öffnet. Dieser Schalter spricht auf einen Sonnentag an. In dem Schaltkreis 85 befindet sich außerdem ein erster thermostatischer Schalter 88, wie er beispielsweise bei der Steuerung elektrischer öfen verwendet wird, mit veränderlichen Endeinstellpunkten und einem Temperaturfühler 89 (Fig. 7). Der Schalter

88 ist so eingestellt, daß der Stromkreis sich bei Wahrnehmung von Temperaturen am Temperaturfühler 89 unterhalb des Bereichs von 115 bis 143' C schließt. Dieser Schalter ist normalerweise oberhalb der eingestellten Temperaturgrenzen offen. Jeder Sonnenkollektor sollte einen Schalter 88 einschließen, welcher die Temperatur ständig mißt. Jedoch wird vorzugsweise als eine weitere Sicherheitsmaßnahme ein weiterer Schalter in einem getrennten Kollektor 14 in jeder Einheit und in Reihenschaltung mit dem ersten Schalter 88 installiert. Sollte der erste Schalter bei hoher Temperatur außerhalb der festgelegten Temperaturgrenzen nicht öffnen, dann bietet der zweite Schalter eine Sicherheit, daß der Schaltkreis 85 geöffnet wird. Der zweite Schalter liegt mit einem Fühler in einem gesonderten Kollektor 14 der Einheit. Der Schaltkreis 85 enthält außerdem einen Einschalter für den Motor der Pumpe 78. Ein Zweig 85;i parallel zum Elektromotor enthält einen Magneten für das Ventil 73. Das Ventil 73 ist normalerweise offen und wird geschlossen, wenn der Zweig 85a erregt wird, wodurch die Zweig-Leitung 61a blockiert wird (F i g. 6)

Die Schaltkreise 85 und 85a werden jeweils erregt, wenn die Reihe der Schalter 86, 87 und 88 geschlossen wird. Die Zentrifugalpumpe 78 fördert dann Wasser als Wärmeträger vom Wasserbehälter 71 (Fig.6) in die Verteilerleitung 34 (siehe die fest ausgezogenen Pfeile längs der Leitung 61 in Fig.6). Die Pumpenleistung wird durch das Durchflußregelventil 75 und den Mengenmesser 76 geregelt

Es wird nunmehr wiederum auf die Fig.2. 4 und 5 Bezug genommen, nach denen die Zentrifugalpumpe 78 die Verteilerleitung 34 füllt, wenn

(a) Tageslicht vorhanden ist.

(b) das Wasser im Wasserbehälter 71 sich unterhalb einer vorgegebenen oberen Grenze, z. B. 82 C befindet und

(c) sich die Innenseite der Kollektoren 14 auf einer Temperatur innerhalb der Grenzen eines Temperaturbereichs befindet,

die für die Schalter 88 festgelegt sind. Die Pumpenleistung ist auf die Größe der Querschnittsverengung 70 abgestellt. Während des Pumpens entsteht ein Druckabfall an der Querschnittsverengung 70 zur Kammer 23 im Absorberrohr 20. Das Wasser füllt die Kollektoren 14 im Parallelstrom, bis der Wasserstand in der Kammer 23 einen Überlauf in das offene Ende 65 des Entlüftungsrohrs 64 gestattet, jedoch ist — und dies ist von großer Bedeutung — der Zufluß wegen der Querschnittsverengung 70 geringer, als für ein vollständiges Ausfüllen des Fntlüfiiingsmhr«; fi4 notwendig wäre. Demgemäß verbleibt ein freier Durchgang durch das Entlüftungsrohr 64 zur Sammelleitung 33 und zurück zum Wasserbehälter 71. Es ist von Bedeutung, daß auch die Sammelleitung 33 sich niemals soweit mit Wasser füllt, daß ein Luftstrom zum Wasserbehälter 71 gesperrt ist, sonst treten unerwünschte Ansaug-Bedingungen auf.

Bei einem ununterbrochenen Betrieb erfolgt eine thermale Schichtung des Wassers in den Kollektoren derart, daß stets das oberste (heißeste) Wasser abgezogen und zum Wasserbehälter 71 zurückgeführt wird.

Wenn während eines Sonnentages eine Bedingung auftritt, die einen der Schalter in dem Schaltkreis 85 veranlaßt, sich zu öffnen (Fig. 7), treten zwei Dinge gleichzeitig auf:

1. Der Motor der Pumpe kommt zum Stillstand und
2. das Ventil 73 öffnet.

Alle Kollektoren entleeren das vorhandene Wasser zum Wasserbehälter 71 über die Querschnittsverengung 70 und die Leitungen 61, 6la. Beim Entleeren folgt das Wasser dem durch gestrichelte Pfeile markierten Weg (F ig. 6).

Der Fluß in der Leitung 61 am Verbindungspunkt 72 vorbei wird durch das Rückschlagventil 74 verhindert.

Da sich die Querschnittsverengungen 70 jeweils an der Seite der Becher 26 und der Kammern 23 befinden, die bezüglich des Gefälles tief liegen (Fig. 2). strömt alle Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft aus den Kollektoren 14 heraus und in den Wasserbehälter 71. Außerdem entleert sich das gesamte System automatisch, wenn der Sonnentag endet und der Schalter 87 veranlaßt wird, sich zu öffnen. Da das gesamte Wasser in den Wasserbehälter 71 zurückgeführt wird, wird maximale gespeicherte Sonnenenergie dem Wasserbehälter zuge-

5"> führt. Wärmeverluste werden daher auf ein Minimum herabgesetzt. Hierdurch wird das Gefrieren des Wassers vermieden und die Notwendigkeit, Antifrostlösungen zu verwenden, entfällt.

Es folgt nunmehr eine Beschreibung der zweiten Ausführungsform eines Kollektors. Fig.8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kollektors, bei welchem das Entlüftungsrohr 64' an seinem offenen Ende 65' einen hochgebogenen Abschnitt 64a aufweist. Diese Konstruktion bringt das offene Ende 65' des Entlüftungsrohrs in eine größere Höhe, was einen Betrieb der Kollektoren gestattet, die mit einem kleinen Neigungswinkel A (bis nahezu Null) angeordnet sind (F i g. 2). Das Entlüftungsrohr 64' kann unter diesen Bedingunsen von

geringerer Länge sein und der Kollektor kann mit einer größeren Menge Wasser gefüllt sein. Bei Verwendung eines kleinen Winkels A für die Kollektoren gestattet diese Ausführungsfonn die Verwendung unterschiedlicher Längen de.; Entlüftungsrohres 64'.

Um den Kollektor vollständig und befriedigend zu entleeren, ist es wünschenswert, daß die Sammelleitung 33 eine Neigung (Winkel /^zurück zum Wasserbehälter

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71 aufweist. Die Verteilerleitung 34 sollte im Vergleich zum Durchmesser der Querschnittsverengung 70 von größerem Durchmesser sein. Der Innendurchmesser des Entlüftungsrohres 64 ist größer als der der Querschnittsverengung. Die Piimpenleistung ist so ausgelegt, daß kein Entlüftungsrohr 64 während des kontinuierlichen Betriebes vollständig mit Wasser gefüllt ist.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sonnenkollektor mit mehreren Kollektoren, von denen jeder ein an einem bnde geschlossenes Doppelrohr aus transparentem Material aufweist, dessen Zwischenraum evakuiert ist und dessen Innenrohr als Absorberrohr ausgebildet ist und von denen jeder ferner ein mit einer ersten Wärmeträgerleitung verbundenes Leitungsrohr aufweist, das sich innerhalb des Absorberrohres annähernd über dessen gesamte Länge erstreckt und dessen dem geschlossenen Ende des Doppelrohrs zugekehrtes Ende geöffnet ist, während der Innenraum des Absorberrohres mit einer zweiten Wärmeträgerleitung verbunden ist, wobei beide Wärmeträgerleitungen mit einem Behälter für einen flüssigen Wärmeträger verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsrohr als Entlüftun^srohr (64, 64') ausgebildet und mit einer Sarnmeiieiiung (33) verbunden ist und eine Verteilerleitung (34) über eine Querschnittsverengung (70) mit dem Innenraum des Absorberrohrs (20) verbunden ist. deren Strömungsquerschnitt kleiner ist als der des Entlüftungsrohres (64,64').

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren (14) zu der Sammelleitung (33) und der Verteilerleitung (34) hin mit Gefälle verlegt sind.

3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß der Verteilerleitung (34) im unteren Bereich des Absorberrohrs (20) liegt.

4. Sonnenkollektor nach cip?m der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Entlüftungsrohr (64, 64') außermittig im oberen Bereich des Absorberrohrs(20) angeordnet ist.

5. Sonnenkollektor nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverengung (70) von einem Einsatz (68) gebildet ist. der in ein zum Absorberrohr (20) führendes Rohrstück (30) einsetzbar ist.

6. Sonnenkollektor nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß das Entlüftungsrohr (64') zum offenen Ende (65') hin nach oben gebogen ist.

7. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche I bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Strömungsquerschniti.s des Entlüftungsrohres (64, 64') zur Querschnittsverengung (70) größer als 2.5 : I ist.