DE29801531U1

DE29801531U1 - Glasvakuumröhrenkollektor

Info

Publication number: DE29801531U1
Application number: DE29801531U
Authority: DE
Original assignee: SCHLETTER ALEXANDER DIPL ING
Current assignee: SCHLETTER ALEXANDER DIPL ING
Priority date: 1998-01-31
Filing date: 1998-01-31
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2008-02-01

Description

Vakuum röhren kollektor

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen doppelwandigen Glasvakuumröhrenkollektor gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1-10.

Dieses System eignet sich insbesondere zur Verwendung in thermischen Solaranlagen, mit denen die Sonneneinstrahlung zur Trinkwassererwärmung und/oder Gebäudeheizung, sowie Kühlung genutzt wird.

Der Sonnenkollektor, in diesem Fall die beschriebene doppelwandige Glasvakuumröhre wandelt Solarstrahlung in Wärme um und überträgt die Energie auf eine frostsichere Solarflüssigkeit. Die Umwälzpumpe der Regelstation sorgt für den Wärmetransport vom Kollektor zum Solarspeicher. Im Ausdehnungsgefäß wird Solarflüssigkeit bevorratet. Der Solarregler schaltet die Pumpe ein, wenn der Kollektor wärmer als der Speicher ist. Falls die Wärmwassertemperätur oben im Speicher nicht ausreicht, schältet das Thermostat den Heizkessel ein. Dabei wird nur das obere Drittel des Sölärspeichers nachgeheizt.

In erster Linie werden Flachkollektoren eingesetzt, die im Bereich der Brauchwassererwärmung von Mai bis August mit annähernd 100%-igen solaren Deckungsbeiträgen aufwarten können, in der Übergangszeit fällen die zu erwartenden solaren Deckungsbeiträge auf Grund der sinkenden Umgebungstemperaturen, dem flacheren Einfallswinkel der Sonnenstrahlen sowie den höhen Konvektionsverlusten deutlich ab. Der Kollektorwirkungsgrad läßt wegen der größeren Temperaturdiffereriz zwischen Kollektorinnen- und Umgebungstemperatur deutlich nach, nicht zuletzt weil die Einfachsolarsicherheitsglasscheibe kaum isolierende Wirkung aufweist.

Die bereits existierende Alternative, der Vakuumröhrenkollektor, war bisher mit einer Reihe technischer Probleme behaftet, die sich in erster Linie in der Langzeitbeständigkeit und Aufrechterhaltung des Vakuums äußerten.

Folgende Patente sind in diesem Bereich bereits angemeldet: DE 3024475 A1,

sowie EP 0250487 A1 880107. Sie spiegeln den momentanen Stand der Technik wider.

Eine gebräuchliche Konstruktion ist in Pat.-Nr: DE 3024475 A1 beschrieben.
Bei bisherigen Konstruktionen muß das isolierende Vakuum oftmals mittels einer Vakuumpumpe aufrechterhalten werden (anfällig und teuer) öder mit einer Glas-Metall-Verbindung, einmal erzeugt und anschließend verschlossen, gehalten werden. Der Absorber befindet sich in einer evakuierten Glasrohre, die eine Metalldurchführung für das Wärrneträgerfohr enthält. Dabei führt gerade diese GlaS-Metäll-Verbindung wegen der sehr unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien, im Dauereinsatz bei hohen Temperaturdifferenzen zu Problemen in Form von Ermüdungserscheinungen der Dichtfläche und schleichendem Vertust des Vakuums. Die Lebenserwartung dieser Systeme beträgt in der Regel maximal 15 Jahre.

Eine weitere gebräuchliche Konstruktion stellt Pat.-Nr.: EP 0250487 A1 880107 dar.
Die Lösung des Problems stellt eine doppelwandige Glasvakuumröhre dar, die aus zwei ineinander geschobenen Gläsröhren besteht, deren Enden an einem Ende wie bei einem Dewar-Gefäß miteinander verschmolzen sind. Das Vakuum wird bei der Herstellung dieses Dewar-Gefäßes durch den Produktionsprozeß bedingt dauerhaft eingeschmolzen, indem zunächst die beiden Glasröhren an einem Ende verschmolzen werden und anschließend auf ein isolierendes Vakuum isoliert wird, wobei ein Absaugstutzen bleibt. Langzeitprobleme bezüglich einem Vakuumveriust können nicht auftreten. Der Spalt zwischen den beiden Glasröhren ist vakuumisoliert, es treten daher kaum Wärmeverluste an die Umgebung auf. Die absorbierende Beschichtung ist dabei auf die Außenseite der inneren Röhre aufgedampft, wobei die Wärme durch das Glas hindurch über ein Wärmeleitblech auf ein U-förmiges Rohr übertragen wird, das vom Wärmeträgermedium durchflossen wird.

Der große Nachteil dieser Konstruktion liegt darin, daß ein Wärmeübergang durch die ca. 2mm dicke innere Glasrohre hindurch auf ein im inneren der Röhre befindliches Leitblech, meist aus Aluminium oder Kupfer unumgänglich ist, welches wiederum die Wärme auf die Solarflüssigkeit überträgt. Das Leitblech liegt jedoch nicht überall ganz exakt an der inneren Wandung der Glasföhre an und es entstehen=dadurch erhebliche Wärmeübertragungsverluste.

Die hier beschriebene Erfindung kann beide oben beschriebenen Probleme lösen und über ein besseres Preis-/Leistungsverhältnis zu einer größeren Verbreitung führen.

Die Erfindung gemäß der Ansprüche 1 bis 8 vermeidet die beschriebenen Nachteile, garantiert ein dauerhaftes Vakuum und bietet deutliche konstruktive Vorteile gegenüber allen bisher gefertigten Vakuumröhrenkollektoren, indem ein Einschubhohlkörper mit Abstandhaltern (10) in die doppelwandige Röhre eingeführt wird, welche direkt vom Wärmeträgermedium gemäß Anspruch 6 und 7 durchflossen wird. Dieser durchströmte Raum (12) ist also der kleine Spalt zwischen innerer Glaswandung der inneren Röhre und dem Einschubkörper. Durch den Einschubkörper wird das Volumen des Innenraumes der Röhre und folglich der Kollektorinhalt / m² Nettoabsorberfläche deutlich gesenkt, was die Systemkosten reduziert, da ein wesentlich kleineres Ausdehnungsgefäß benötigt wird woduch auch deutlich weniger teures Frostschutzkonzentrat (Propylenglykol) benötigt wird. Der Wärmeübergang von der absorbierenden Schicht (11) auf der Außenseite der inneren Röhre, auf das direkt an der Inneseite der inneren Röhre vorbeiströmende Wärrneträgermedium ist perfekt, da ein unmittelbarer und direkter Übergang möglich ist.

Die innere Glasrohre (2) befindet sich dabei konzentrisch innerhalb der äußeren Glasrohre (1). An einem Ende (7) sind diese beiden Röhren miteinander verschmolzen, am anderen Ende der Doppelröhre befindet sich bei beiden Röhren ein Hohlboden (8), so daß zwischen den beiden Glasröhren ein geschlossener Raum entsteht, der bei der Herstellung soweit evakuiert wird, daß ein isolierendes Vakuum (9) aufgebaut und dauerhaft eingeschmolzen wird.
Diese Röhre eignet sich durch die höhere Leistungsfähigkeit vor allem in der Übergangszeit und im Winter besonders zur solaren Heizungsunterstützung.

Sie läßt sich gemäß Anspruch 8 an einem Ende mit einer speziellen Verschlußkappe (4) dicht verschließen, so daß der Vorlauf der Röhre (also das kalte vom Solarspeicher kommende Wasser) zunächst den hinteren Teil der Röhre von Verschlußkappe Richtung Hohlboden durchfließt, um dann auf der vorderen der Sonne zugewandten Seite vom Hohlboden Richtung Verschlußkappe zurück zum Speicher zu fließen.

Gemäß Anspruch 9 können die Einzelröhren auf Grund Ihres sehr geringen Druckverlustes kostengünstig in Reihe geschaltet werden und gemäß Anspruch 10 sogar ohne Frostschutzkonzentrat betrieben werden. Es ist auf Grund der optimalen Isoliereigenschaften des Vakuums und des sehr geringen Flüssigkeitinhaltes dieses Vakuumröhrenkollektors ausreichend, lediglich eine Temperaturdifferenzsteuerung vorzusehen, die bei Absinken des Röhreninhaltes auf Temperaturen unter 4°C eine geringe, vorher je nach Kollektorfläche am Solarregler einzustellende Flüssigkeitsmenge durch das Kollektormodul zirkulieren läßt.

Claims

Faterrtphprüche

1. Doppelwandige Vakuumkollektor-Röhre bestehend aus zwei konzentrisch ineinandergeschobenen
Glasröhren oder Glasgefäßen, die an einem Ende miteinander verschmolzen sind und am anderen Ende mit jeweils einem Hohlboden versehen sind, so daß im Spalt zwischen den beiden Röhren ein geschlossener Raum entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum zwischen den Röhren evakuiert ist, sowie dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wandung der inneren Röhre mit einer selektiven, lichtabsorbierenden Beschichtung versehen ist.

2. Vakuumkollektor-Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der bei
den Rohen deutlich größer ist, als ihre Durchmesser und daß der Abstand zwischen den beiden Röhren deutlich kleiner ist als der Durchmesser der inneren Röhre.

3. Vakuumkollektor-Röhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum zwischen den beiden Röhren auf ein wärmeisolierendes Vakuum evakuiert ist.

4. Vakuumkollektor-Röhre nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren oder Glasgefäße einen kreisrunden bis elliptischen bzw. annäherd ovalen Querschnitt haben.

5. Vakuumkollektor-Röhre nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere beschichtete Oberfläche der inneren ein hohes Absorptionsvermögen für sichtbares Licht und ein geringes Emissionsvermögen für infrarotes Licht besitzt.

6. Vakuumkollektor-Röhre nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß in den Innen
raum der Vakuumkollektorröhre ein Einschub eingeführt wird, der als Hohlkörper oder solider Körper ausgeführt ist und über Abstandhalter ringsum einen Mindestabstand zur inneren Glaswandung einhält, der ausreichend groß ist, daß eine Wärmeträgerflüssigkeit zwischen Glaswandung und Hohlkörper ohne großen Druckverlust strömen kann.

7. Vakuümkollektor-Röhre nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der eingeführte Hohlkörper mit den Abstandhaltern die Röhre in zwei oder mehrere hydraulische Einheiten teilt, so daß die Wärmeträgerflüssigkeit von der Vorlauföffnung bis an das mit einem Hohlboden versehene Ende strömt und von dort aus zwangsweise über die zweite oder anderen Kammern wieder zurück zur Rücklauföffnung strömt.

8. Vakuumkollektorröhre nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß

das offene Ende der doppelwandigen Vakuumröhre mit einer flüssigkeitsdichten und druckbeständigen Kappe verschlossen ist, die nur Durchlässe für die Anschlüsse für Vor- und Rücklauf hat.

9. Vakuumkollektor bestehend aus Vakuumkollektor-Röhren gemäß Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Röhren mit einseitiger Öffnung hintereinander geschaltet sind und/oder mehrere Einzelröhren oder Röhrenreihen parallel geschaltet sind, so daß der Kollektor modular aufgebaut ist.

10. Vakuumkollektorröhre nach Anspruch 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß sich in jeder Vakuumkollektorröhre bauartbedingt ein äußerst geringes Flüssigkeitsvolumen befindet, welches nach Anspruch 1 bis 3 sehr gut gegenüber der die Röhren umgebenden Außenluft isoliert ist und deshalb auf Frostschutz verzichtet werden kann, also reines Wasser als Wärmeträgermedium ausreicht.