DE29819819U1 - Vacuum solar collector with direct flow - Google Patents
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Description
Diese Erfindung betrifft Solarkollektoren. Solarkollektoren dienen dazu, die Strahlung des Sonnenspektrums in Wärme umzuwandeln und letztere mit dem höchstmöglichen Wirkungsgrad auf ein Wärmeübertragungsfluid zu übertragen, bei dem es sich zum Beispiel um Wasser oder Luft handelt. Einige Merkmale, die sich auf Solarkollektoren beziehen, werden im folgenden erläutert.This invention relates to solar collectors. Solar collectors serve to convert the radiation of the solar spectrum into heat and to transfer the latter with the highest possible efficiency to a heat transfer fluid, which is, for example, water or air. Some features relating to solar collectors are explained below.
Die strukturelle Zusammensetzung des Wärmeübertragungsrohrs in einem KoI-lektor ist eines der wichtigsten Bauteile des Kollektors. Man muß eine effiziente Wärmeübertragung von der Absorberplatte aus erhalten. Das Wärmeübertragungsrohr muß in einer Weise gestaltet sein, die der Oberfläche des Kollektors entspricht. Es ist außerdem erforderlich, auf spezielle Hilfsmittel zurückzugreifen, so daß man in der Kammer des Wärmeübertragungsrohrs und des Wärmeübertragungsmediums einen geringen Widerstand erhält.The structural composition of the heat transfer tube in a collector is one of the most important components of the collector. It is necessary to obtain an efficient heat transfer from the absorber plate. The heat transfer tube must be designed in a way that corresponds to the surface of the collector. It is also necessary to resort to special means so that a low resistance is obtained in the chamber of the heat transfer tube and the heat transfer medium.
Es ist weiterhin erforderlich, daß sich die Einheiten des Kollektors leicht zusammenbauen lassen und daß sie die Toleranzen aufnehmen können, die auf diesem Gebiet der Technik üblich sind. Außerdem müssen diese Bauteile leicht ersetzbar sein.It is also necessary that the collector units can be easily assembled and that they can accommodate the tolerances that are usual in this field of technology. In addition, these components must be easily replaceable.
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Die Entlüftung ist eine Anordnung, die die in der Flüssigkeit eingeschlossene Luft entweichen läßt, so daß sich in dem zirkulierenden Wasser keine unerwünschte Luftfalle bildet, die die Wärmeübertragung reduziert wird.The vent is a device that allows the air trapped in the liquid to escape so that no unwanted air trap is formed in the circulating water, which reduces heat transfer.
Zur Übertragung von Wärme von einem rohrförmigen Solarkollektor ist es üblich, eine koaxiale Rohranordnung zu verwenden, wobei das Fluid durch das innere Rohr hineinströmt und durch den Zwischenraum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren hinausströmt. Diese Anordnung schränkt den Strom in beiden Richtungen ein, insbesondere wenn die Größe des äußeren Rohrs relativ klein bleiben muß. Daher kann sie leicht Lufttaschen enthalten, was zu einer verschüchterten Zirkulation im gesamten oder einem Teil des Kollektors führt.To transfer heat from a tubular solar collector, it is common to use a coaxial tube arrangement, with the fluid flowing in through the inner tube and out through the space between the inner tube and the outer. This arrangement restricts flow in both directions, especially if the size of the outer tube must remain relatively small. Therefore, it can easily contain air pockets, resulting in shy circulation throughout all or part of the collector.
Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, einen Solarkollektor bereitzustellen, der einen hohen Wirkungsgrad hat und der kostengünstig gebaut werden kann, wobei Luftfallen im Wärmetauschersystem vermieden werden, der sich leicht zusammenbauen und warten läßt und der eine einfache Struktur hat, insbesondere in der Bereitstellung eines Solarkollektors, der die Bildung von Lufttaschen im Wärmetauschersystem vermeidet.The main object of the invention is to provide a solar collector which has a high efficiency and which can be built inexpensively, avoiding air traps in the heat exchanger system, which is easy to assemble and maintain and which has a simple structure, in particular in providing a solar collector which avoids the formation of air pockets in the heat exchanger system.
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Solarkollektor mit einer transparenten Abdeckung und einer Absorptionskammer beliebiger Konfiguration zum Absorbieren von Sonnenstrahlung, der mit wenigstens einem geschlossenen röhrenförmigen 0 Körper, der sich in Längsrichtung erstreckt und durch Metallwände begrenzt ist (Wärmeübertragungsrohr) und ein Wärmeübertragungsfluid enthält, das in dem Rohr zirkuliert werden kann, das in thermischem Kontakt mit dem Absorber steht, wobei das Wärmeübertragungsrohr in Längsrichtung eine dünne Trennwand in Form eines Streifens, insbesondere aus Metall aufweist, um das Wärmeübertra-5 gungsrohr in zwei Teile für Zustrom und Rückstrom zu unterteilen, ausgestattet ist.This invention relates to a solar collector with a transparent cover and an absorption chamber of any configuration for absorbing solar radiation, which is equipped with at least one closed tubular 0 body extending longitudinally and delimited by metal walls (heat transfer tube) and containing a heat transfer fluid that can be circulated in the tube which is in thermal contact with the absorber, the heat transfer tube having longitudinally a thin partition in the form of a strip, in particular made of metal, to divide the heat transfer tube into two parts for inflow and return flow.
Ein Ende dieses Rohrs ist geschlossen, und das andere Ende ist mit dem Einlaß- und dem Auslaßrohr verbunden. Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Gestaltung des Wärmeübertragungsrohrs und der Verbindung der Einlaß- und Aus-One end of this tube is closed and the other end is connected to the inlet and outlet pipes. The invention further relates to the design of the heat transfer tube and the connection of the inlet and outlet
laßrohre, die mit einer elastischen Dichtung dicht in den Kanal für das Wärmeübertragungsfluid eingesetzt oder befestigt werden, wobei die elastische Dichtung durch eine elastische Schnappscheibe (oder Halteklammern) gehalten oder gepreßt werden kann.outlet pipes which are tightly inserted or fastened into the channel for the heat transfer fluid with an elastic seal, whereby the elastic seal can be held or pressed by an elastic snap disk (or retaining clips).
Das Solarkollektorrohr und sein Wärmeaustauschsystem gemäß der Erfindung werden nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 10 beschrieben. The solar collector tube and its heat exchange system according to the invention will now be described in detail with reference to Figures 1 to 10.
In den Fig. 1A und 1B ist das Wärmeübertragungsrohr (1) in Längsrichtung durch einen Unterteilungsstreifeh (2) in zwei Teile unterteilt, so daß das Einströmen des &iacgr;&ogr; Wärmeübertragungsfluids in einem Teil zum äußeren Ende des Wärmeübertragungsrohrs (1) hin erfolgt, wo es durch einen Stopfen (9) verschlossen ist. Der Unterteilungsstreifen (2) endet kurz vor dem Stopfen (9), so daß das Wärmeübertragungsfluid zu der anderen Kammer des Wärmeüberträgungsrohrs zurückkehren kann.In Fig. 1A and 1B, the heat transfer tube (1) is divided longitudinally into two parts by a dividing strip (2), so that the inflow of the heat transfer fluid occurs in one part towards the outer end of the heat transfer tube (1), where it is closed by a plug (9). The dividing strip (2) ends just before the plug (9), so that the heat transfer fluid can return to the other chamber of the heat transfer tube.
Das Wärmeübertragungsrohr ist am oberen Ende mit dem Einlaßrohr (4) und dem Auslaßrohr (5) verbunden. Diese Einlaß- und Auslaßrohre weisen eine Dichtungsanordnung auf (zum Beispiel einen O-Ring oder ein Kompressionsfitting), so daß sie in Reihe miteinander oder parallel zu den Sammelrohren verbunden werden können. Mehrere dieser Rohre (zwei und mehr) können in Reihe miteinander 0 verbunden werden und als komplette Einheit parallel zum Sammelrohr in einem entsprechenden Verteiler verbunden werden. Die Unterteilungsanordnung ermöglicht einen Aufbau der Solarröhren in einer effizienteren und kosteneffektiveren Weise, und der Druckabfall in einer solchen Anordnung ist kleiner als bei der bekannten Anordnung.The heat transfer tube is connected at the top to the inlet tube (4) and the outlet tube (5). These inlet and outlet tubes have a sealing arrangement (for example an O-ring or a compression fitting) so that they can be connected in series with each other or parallel to the header tubes. Several of these tubes (two and more) can be connected in series with each other and connected as a complete unit parallel to the header in a corresponding manifold. The dividing arrangement enables the solar tubes to be constructed in a more efficient and cost-effective manner, and the pressure drop in such an arrangement is smaller than in the known arrangement.
Fig. 1A zeigt ein Vakuumkollektorrohr mit einer Steckanordnung zur Verbindung mit dem nächstbenachbarten Rohr. Das Fluid strömt vom Einlaß (4) über das Wärmeübertragungsrohr (1), das mit der Absorberplatte (11) verklebt ist. Das Wärmeübertragungsrohr (1) mit dem Unterteilungsstreifen (2) wird durch den Stopfen (9) abgedichtet, so daß die Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung aufFig. 1A shows a vacuum collector tube with a plug arrangement for connection to the next adjacent tube. The fluid flows from the inlet (4) over the heat transfer tube (1), which is glued to the absorber plate (11). The heat transfer tube (1) with the dividing strip (2) is sealed by the plug (9) so that the liquid flows in the opposite direction to
die andere Seite des Unterteilungsstreifens (2) zurück zum Auslaßrohr (5) strömen kann.the other side of the dividing strip (2) can flow back to the outlet pipe (5).
Gemäß Fig. 1B können wenigstens zwei Rohre unter Verwendung einer O-Ring-Dichtung (6) miteinander verbunden sein. ^ According to Fig. 1B, at least two tubes can be connected to each other using an O-ring seal (6). ^
Fig. 2 zeigt die Anordnung zur Verbindung von zwei Solarrohren. Zum Kompensieren der Öffnungskraft des Fluids wird eine Halteklammer (7) verwendet.Fig. 2 shows the arrangement for connecting two solar tubes. A retaining clip (7) is used to compensate for the opening force of the fluid.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der die beiden Solarrohre über einen flexiblen Balg (8) miteinander verbunden sind, der in der Lage ist, kleine Variation in allen Richtungen aufzufangen. Wiederum hält hier eine ähnliche Anordnung (siehe Fig. &iacgr;&ogr; 2) durch eine Halteklammer (7) die beiden Rohre zusammen.Fig. 3 shows an arrangement in which the two solar tubes are connected to each other via a flexible bellows (8) which is able to absorb small variations in all directions. Again, a similar arrangement (see Fig. 2) holds the two tubes together by means of a retaining clip (7).
Fig. 4 zeigt eine alternative Anordnung, bei der Einlaß- und Auslaßrohr (4) und (5) so ausgebildet sind, daß sie am Ende des Wärmeübertragungsrohrs (1) und des Unterteilungsstreifens (2) halbkreisförmig verschlossen sind. Die Einlaß- und Auslaßrohre (4, 5) sind am oberen Ende des Wärmeübertragungsrohrs (1) miteinander verbunden (zum Beispiel durch Löten) und weisen an den anderen Enden des Einlaß- (4) und des Auslaßrohrs (5) eine O-Ring-Anordnung (6) auf. Die Rohre sind über ein Verbindungsstück (20) miteinander verbunden und durch eine kreisförmige Halteklammer (21) so befestigt, daß eine thermische Dehnung eine Aufeinander-zu-Bewegung der O-Ring-Anordnung des Einlasses und des Auslas-0 ses ermöglicht, aber die Kräfte einschränkt, die die zwei Rohre, das Einlaß- und das Auslaßrohr (4) und (5) voneinander trennen könnten.Fig. 4 shows an alternative arrangement in which the inlet and outlet tubes (4) and (5) are designed to be closed in a semi-circular manner at the end of the heat transfer tube (1) and the dividing strip (2). The inlet and outlet tubes (4, 5) are connected together (for example by soldering) at the upper end of the heat transfer tube (1) and have an O-ring arrangement (6) at the other ends of the inlet (4) and outlet tubes (5). The tubes are connected together by a connector (20) and secured by a circular retaining clip (21) so that thermal expansion allows the O-ring arrangement of the inlet and outlet to move towards each other, but limits the forces which could separate the two tubes, the inlet and outlet tubes (4) and (5).
Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Gestaltung des Wärmeübertragungsrohrs, die eine automatische Entlüftungsanordnung für eingeschlossene Luft im Wärmeübertragungsrohr oder Verteiler ermöglicht, und der Verbindung der Ein-5 laß- und Auslaßrohre, die mit einer elastischen Dichtung dicht in den Kanal für das Wärmeübertragungsfluid eingesetzt oder befestigt wird, wobei die elastische Dichtung durch eine elastische Kappenanordnung gehalten oder gepreßt wird.The invention further relates to the design of the heat transfer tube, which enables an automatic venting arrangement for trapped air in the heat transfer tube or manifold, and the connection of the inlet and outlet tubes, which is tightly inserted or fastened into the channel for the heat transfer fluid with a resilient seal, the resilient seal being held or pressed by a resilient cap arrangement.
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Das Solarkollektorrohr und sein Wärmeaustauschsystem mit selbstständiger Entlüftung werden nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren 1A' sowie 5 bis 10 beschrieben.The solar collector tube and its self-venting heat exchange system will now be described in detail with reference to Figures 1A' and 5 to 10.
Fig.1A' zeigt einen Vakuum-Solarkollektor mit einem Rohr mit einer Trennwand (2) für das Ein- und Zurückströmen der Flüssigkeit in das Rohr analog Fig. 1A. Diese Wand (2) hat eine kleine Entlüftungsöffnung (23) in der Nähe des Einlasses (4) und Auslasses (5) des Kollektors, so daß sich Luftblasen von der Einlaßseite (4) der Wand zur Auslaßseite (5) der Trennwand (2) bewegen können.Fig.1A' shows a vacuum solar collector with a tube with a partition wall (2) for the inflow and backflow of the liquid into the tube analogous to Fig. 1A. This wall (2) has a small vent opening (23) near the inlet (4) and outlet (5) of the collector so that air bubbles can move from the inlet side (4) of the wall to the outlet side (5) of the partition wall (2).
Fig. 5 zeigt einen Solarkollektor, der ein Wärmeübertragungsrohr mit einer Trennwand (2) verwendet, die mit der Absorberplatte (10) verbunden ist. Die Trennwand (2) weist eine kleine Verbindung (23) zwischen der Einlaßseite (4) und der Auslaßseite (5) auf, so daß die Luftblase durch die Auslaßverbindung entweichen kann. Der Einlaß (4) und der Auslaß (5) sind über Schläuche (12) mit dem Verteiler (13) verbunden.Fig. 5 shows a solar collector using a heat transfer tube with a partition (2) connected to the absorber plate (10). The partition (2) has a small connection (23) between the inlet side (4) and the outlet side (5) so that the air bubble can escape through the outlet connection. The inlet (4) and the outlet (5) are connected to the manifold (13) via hoses (12).
Fig.6 zeigt einen Solarkollektor, bei dem das Wärmeübertragungsrohr (1) über eine entfembare Einlaß-/Auslaßelement-Anordnung (22) mit den Schläuchen (12) verbunden ist. Bei dieser Einlaß-/Auslaßelement-Anordnung ist vorgesehen, daß Luft durch eine kleine Öffnung (23) (nicht dargestellt) zwischen dem Einlaß (4) der Kammer des Elements (22) und dem Auslaß (5) des Abschnitts des Elements (22) 0 entweichen kann.Fig.6 shows a solar collector in which the heat transfer tube (1) is connected to the hoses (12) via a removable inlet/outlet element arrangement (22). In this inlet/outlet element arrangement, it is provided that air can escape through a small opening (23) (not shown) between the inlet (4) of the chamber of the element (22) and the outlet (5) of the section of the element (22) 0.
Fig. 7 zeigt die Absorberplatte (11), die mit einem U-förmigen Rohr verbunden ist, wobei der Einlaß (4) und Auslaß (5) des U-förmigen Rohrs miteinander verbunden sind und eine kleine Öffnung (23) aufweisen, die es der eingeschlossenen Luft ermöglicht, aus dem U-förmigen Rohr in den Auslaßabschnitt zu entweichen.Fig. 7 shows the absorber plate (11) connected to a U-shaped tube, wherein the inlet (4) and outlet (5) of the U-shaped tube are connected to each other and have a small opening (23) that allows the trapped air to escape from the U-shaped tube into the outlet section.
Fig. 8 zeigt die Absorberplatte (11), die mit einem äußeren koaxialen Wärmeübertragungsrohr (15) verbunden ist. Das innere Rückstromrohr (16) weist in der Nähe des Auslasses (5) eine Öffnung (23) zum äußeren Rohr (15) auf.Fig. 8 shows the absorber plate (11) connected to an outer coaxial heat transfer tube (15). The inner return flow tube (16) has an opening (23) to the outer tube (15) near the outlet (5).
Fig. 9 zeigt den Verteilerabschnitt (13) mit den Verbindungsschläuchen (12). Dieser hat eine rechteckige Form und ist durch eine horizontale Wand in zwei Kammern unterteilt, wobei die untere Kammer (17) dem Zufuhrstrom zu allen Verbindungsschläuchen (12) dient und die obere Kammer (18) mit dem Rückstrom aus den Verbindungsschläuchen (12) verbunden ist. In der Trennwand dieses^uadratischen Verteilerabschnitts ist eine kleine Öffnung (23) vorhanden, so daß die eingeschlossene Luft aus den unteren Teilen in den oberen Teil entweichen kann, was ein Entlüften der eingeschlossenen Luft ermöglicht.Fig. 9 shows the distributor section (13) with the connecting hoses (12). This has a rectangular shape and is divided into two chambers by a horizontal wall, the lower chamber (17) serving the supply flow to all connecting hoses (12) and the upper chamber (18) being connected to the return flow from the connecting hoses (12). In the partition wall of this square distributor section there is a small opening (23) so that the trapped air can escape from the lower parts into the upper part, which enables the trapped air to be vented.
Fig. 10 zeigt einen ähnlichen Verteiler wie in Figur 4, der aus zwei getrennten &iacgr;&ogr; Metallrohren (19) besteht, die an jedem Ende miteinander verbunden sind, indem die Rohre in eine D-Form (Halbkreisform) gebracht wurden, wobei die beiden Rohre über eine kleine Öffnung (23) miteinander verbunden sind, so daß eingeschlossene Luft aus dem Einlaßrohr in das Auslaßrohr entweichen kann.Fig. 10 shows a similar manifold to that in Fig. 4, consisting of two separate metal tubes (19) connected together at each end by forming the tubes into a D-shape (semi-circle shape), the two tubes being connected together via a small opening (23) so that trapped air can escape from the inlet tube into the outlet tube.
(1) Wärmeübertragungsrohr,(1) Heat transfer tube,
(2) längs verlaufender Unterteilungsstreifen, (3) Blindstück,(2) longitudinal dividing strip, (3) blind piece,
(4) Fluideinlaßrohr (Verbindung),(4) Fluid inlet pipe (connection),
(5) Fluidauslaßrohr (Verbindung),(5) Fluid outlet pipe (connection),
(6) O-Ring,(6) O-ring,
(7) Halteklammer &iacgr;&ogr; (9) Stopfen,(7) Retaining clip &iacgr;&ogr; (9) Plug,
(10) Glasrohr,(10) Glass tube,
(11) Absorberplatte (mit Fluidrohr (1) verklebt),(11) Absorber plate (glued to fluid pipe (1)),
(12) Verbindungsschlauch,(12) Connecting hose,
(13) Verteiler,(13) Distributors,
(14) U-förmiges Wärmeübertragungsrohr,(14) U-shaped heat transfer tube,
(15) koaxiales Wärmeübertragungsrohr,(15) coaxial heat transfer tube,
(16) internes Rückstrom rohr,(16) internal return pipe,
(17) untere Verteilerkammer,(17) lower distribution chamber,
I &idigr; *I &idgr; *
(18) obere Verteilerkammer,(18) upper distribution chamber,
(20) Verbindungsstück (Kompressionsolive, Dichtungsmanschette oder O-Ring),(20) Connector (compression olive, sealing sleeve or O-ring),
(21) kreisförmige Halteklammer,(21) circular retaining clip,
(22) Einlaß-/Auslaßelement,(22) Inlet/outlet element,
(23) verbindende Entlüftungsöffnung zwischen Einlaß und Auslaß,(23) connecting vent opening between inlet and outlet,
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19990304 |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20020313 |
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| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
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| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20070109 |
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| R071 | Expiry of right |