DE3236882A1 - Solar installation with heat tube collectors - Google Patents

Solar installation with heat tube collectors

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Klaus Dipl.-Phys.Dr. 3200 Hildesheim Kuhnke
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Abstract

A solar installation, consisting of a large number of heat tube collectors (1) provided with condenser heads (5) and preferably designed as vacuum tubes, and an accumulator (6; 6a; 6, 14; 6a, 14a) which absorbs the collected heat, is designed in such a manner that the condenser heads (5) are arranged directly in the lower region of the accumulator. The installation accordingly functions according to the gravitational force principle. The accumulator can consist either of a single container or of two containers arranged one above the other, these containers being arranged lying or standing. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage bestehend aus einerThe invention relates to a solar system consisting of a

Mehrzahl von mit Kondensatorköpfen versehenen, insbesondere in Vakuum-Röhrenausführung ausgebildeten Wärmerohrkollektoren und zumindest einem Speicherbehälter.Most of them are provided with condenser heads, especially in vacuum tube design trained heat pipe collectors and at least one storage tank.

Solaranlagen dieser Art sind bekannt. Die dabei verwendeten Wärmerohr-Kollektoren (Heat-Pipe-Kollektoren) besitzen einen oben-liegenden Kondensatorkopf, an den die aufgenommene Wärme abgegeben wird. Vorzugsweise werden diese Wärmerohr-Kollektoren beim praktischen Einsatz in schräggeneigter Lage montiert.Solar systems of this type are known. The heat pipe collectors used for this (Heat pipe collectors) have an overhead condenser head to which the absorbed heat is given off. These are preferably heat pipe collectors in practical use mounted in an inclined position.

Bei den bekannten Anordnungen befindet sich am Kondensatorkopf eines jeden Wärmerohr-Kollektors üblicherweise ein Verteiler, der von einem Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser, durchströmt wird, welches wiederum über einen Wärmetauscher die aufgenommene Energie in einem Solarspeicher abgibt. Da für eine Solaranlage stets eine Vielzahl derartiger Kollektoren benötigt wird, ergibt sich bei der bekannten Anordnung ein störend komplizierter Gesamtaufbau, da eine Vielzahl von Rohrleitungen benötigt wird und das gesamte System sehr gut isoliert werden muß, um Wärmeverluste zu vermeiden. Außerdem muß das Wärmeträgermedium ständig durch die verschiedenen Leitungen umgepumpt werden.In the known arrangements there is one on the condenser head each heat pipe collector usually has a distributor that carries a heat transfer medium, in particular water, is flowed through, which in turn via a heat exchanger releases the absorbed energy in a solar storage tank. As for a solar system a plurality of such collectors is always required, results in the known Arrangement an annoyingly complicated overall structure, since a large number of pipelines is required and the entire system must be very well insulated to prevent heat loss to avoid. In addition, the heat transfer medium must constantly through the various Lines are pumped around.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Solaranlage der eingangs definierten Art so auszubilden, daß sie mit im Vergleich zu bisher bekannten Anlagen wesentlich geringerem Aufwand hergestellt werden kann, geringere Anforderungen an die Isolierung gestellt werden und dennoch ein höherer Wirkungsgrad erzielt wird.The object of the present invention is to provide a solar system of the initially mentioned defined type so that they can be compared to previously known systems can be produced with much less effort, lower requirements the insulation can be made and still a higher efficiency is achieved.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kondensatorköpfe der nach dem Schwerkraftprinzip funktionierenden Anlage direkt im unteren Bereich des Speicherbehälters angeordnet sind.This object is achieved according to the invention in that the Condenser heads of the plant, which works according to the gravity principle, directly are arranged in the lower region of the storage container.

Durch die unmittelbare Integration der Kondensatorköpfe in den Speicherbehälter und die damit auch ermöglichte Vermeidung einer Umwälzpumpe wird ein extrem einfacher Aufbau erreicht, da das bisher für Verteiler benötigte Rohrsystem entfällt und auch die damit verbundenen Wärmeverluste ausgeschaltet werden.Due to the direct integration of the condenser heads into the storage tank and the avoidance of a circulation pump, which is also made possible with it, becomes extremely simple Construction achieved because the pipe system previously required for distributors is no longer necessary the associated heat losses are eliminated.

Die fur den jeweiligen Speicherbehälter in jedem Fall erforderliche Isolierung ist für das gesamte System ausreichend, da zwischen dem Ort der unmittelbaren Energiegewinnung im Bereich der Kollektoren und dem Ort der Abgabe der gewonnenen Energie an den Wärmeträger bzw. das Wasser aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung praktisch keine störenden Wärmeverluste auftreten können.The ones required in each case for the respective storage tank Isolation is sufficient for the entire system, as between the location of the immediate Energy generation in the area of the collectors and the place of delivery of the obtained Energy to the heat transfer medium or the water due to the arrangement according to the invention practically no disruptive heat losses can occur.

Die Ausnutzung der Behälterwandung zur unmittelbaren Fixierung der Kondensatorköpfe ergibt eine ausgesprochen einfache, rau=-sparende und störungsunanfällige Konstruktion, welche auch hinsichtlich der Montage erhebliche Vorteile mit sich bringt.The utilization of the container wall for the immediate fixation of the Condenser heads result in an extremely simple, rough = saving and failure-prone Construction, which also has considerable advantages in terms of assembly brings.

Bevorzugt werden die Kondensatorköpfe im bodenseit.igen, d.h.The condenser heads are preferred in the bottom, i.e.

im tiefstliegenden Bereich des Speicherbehälters angeordnet, da dort die ausnutzbaren Temperaturdifferenzen am günstigsten sind.arranged in the lowest area of the storage container, as there the exploitable temperature differences are the most favorable.

Aufgrund der bereits erwähnten Vermeidung von zusätzlichen Rohren, Bögen, Ventilen, Pumpen und dergl. für den Solarkreislauf ergibt sich der für die Erfindung charakteristische extrem einfache Gesawtaufbau, welche aber nicht durch Einbußen in der Leistung erkauft werden muß, sondern vielmehr zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades führt.Due to the already mentioned avoidance of additional pipes, Arches, valves, pumps and the like for the solar circuit results in the for the Invention characteristic extremely simple overall structure, which, however, is not through Loss in performance must be bought, but rather an increase the efficiency leads.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Particularly advantageous refinements of the invention are set out in the subclaims specified.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben; in der Zeichnung zeigt: Figur 1 eine teilweise geschnittene Ansicht -einer ersten Ausführungsform mit einem liegend. oder stehend angeordneten Speicherbehälter, und Figur 2 eine teilweise geschnittene Ansicht einer zweiten Ausführungsform mit zwei Speicherbehältern, die entweder liegend oder stehend übereinander angeordnet sein können.The invention is described below with reference to the drawing described in more detail using exemplary embodiments; in the drawing shows: Figure 1 is a partially sectioned view of a first embodiment with a lying down. or standing storage container, and Figure 2 is a partially sectioned View of a second embodiment with two storage containers that are either lying or can be arranged standing one above the other.

Nach Fig. 1 besteht eine Solaranlage aus einer Reihe von nebeneinander angeordneten Wärmerohr-Kollektoren 1, von denen nur einer in der Zeichnung zu sehen ist. Diese Wärmerohr-Kollektoren 1 arbeiten bevorzugt in schräg geneigter Lage, wobei sie von der Sonne 2 abgestrahlte. Energie aufnehmen. Die einzelnen Kollektoren bestehen aus einem zylindrischen Glasmantel 3, welcher evakuiert ist und ein Wärmerohr 4 enthält. Die aufgenommene Wärme wird inittels des Wärmerohrs 4 zu einem Kondensåtorkopf 5 geführt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, liegt jeder Kondensatorkopf 5 im unteren Bereich eines Speicherbehälters 6, welcher mit einer Isolierung 1{9versehen ist und bevorzugt zumindest im wesentlichen horizontal angeordnet ist.According to Fig. 1, a solar system consists of a number of side by side arranged heat pipe collectors 1, only one of which can be seen in the drawing is. These heat pipe collectors 1 preferably work in an inclined position, where it radiated from the sun 2. Absorb energy. The individual collectors consist of a cylindrical glass jacket 3, which is evacuated and a heat pipe 4 contains. The absorbed heat is transferred to a condenser head by means of the heat pipe 4 5 led. As can be seen from the drawing, each condenser head 5 is in the lower part Area of a storage container 6, which is provided with insulation 1 {9 and is preferably arranged at least substantially horizontally.

Der Speicherbehälter 6 kann aber auch senkrecht stehen, wie durch die gestrichelten Linien 6a angedeutet ist. Die Kondensatorköpfe 5 geben die Wärme an das sich im Speicherbehälter 6 befindende Medium, insbesondere Wasser, ab.The storage container 6 can also stand vertically, as indicated by the dashed lines 6a is indicated. The condenser heads 5 give the heat to that in the storage container 6 located medium, in particular Water, off.

Die Kondensatorköpfe 5 sind in kreisrunden Öffnungen 7 des Speicherbehälters eingedichtet, und zwar jeweils mittels eines Gummiringes 8, welcher um den jeweiligen Kondensatorkopf 5 herum angeordnet ist. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß jeder Gummiring 8 einerseits an einem festen Flansch 9 anliegt und andererseits mittels einer Spannmutter 10 und einer Scheibe 11 so axial zusammengedrückt wird, daß er sich in radialer Richtung ausdehnt und dadurch eine zuverlässige Dichtung mit der Wand des Speicherbehälters bildet.The capacitor heads 5 are in circular openings 7 of the storage container sealed, in each case by means of a rubber ring 8, which around the respective Condenser head 5 is arranged around. The arrangement is made so that each rubber ring 8 on the one hand rests against a fixed flange 9 and on the other hand is axially compressed by means of a clamping nut 10 and a washer 11, that it expands in the radial direction and thereby a reliable seal forms with the wall of the storage tank.

Die dargestellte Solaranlage funktioniert nach dem Schwerkraftprinzip, wobei sich Warmwasser im oberen Bereich des Speichers sammelt, während das Kaltwasser nach unten gelangt und dort von den Kondensatorköpfen Wärme aufnimmt.The solar system shown works on the principle of gravity, with hot water collecting in the upper area of the tank, while the cold water passes down and there absorbs heat from the condenser heads.

Im unteren Bereich des Speicherbehälters 6 ist eie Raltwasserzuleitung 12 und im oberen Bereich des Speicherbehälters eine Brauchwasserabführungsleitung 13 vorhanden.In the lower area of the storage tank 6 there is a cold water supply line 12 and in the upper area of the storage tank a service water discharge line 13 available.

Der Wirkungsgrad der Anlage kann dadurch verbessert werden, daß man zwei übereinander angeordnete Speicherbehälter vers£nce--.The efficiency of the system can be improved by two storage containers arranged one above the other vers £ nce--.

Eine derartige Ausführung ist in der Fig. 2 gezeigt, wobei für die gleichen Teile gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet sind.Such an embodiment is shown in Fig. 2, wherein for the The same parts and the same reference numerals as in FIG. 1 are used.

Die Kondensatorköpfe 5 der Wärmerohr-Kollektoren 1 sind im unteren Bereich des unteren Speicherbehälters 6 angeordnet, welcher mit einem oberen Speicherbehälter 14 durch zwei vorzugsweise als Rohrleitungen ausgebildete Passagen 15 und 16 verbunden ist. Die eine Passage dient zur Führung von aufsteigendem Warmwasser, während die zweite Passage 16 ein Abströmen von kaltem Wasser aus dem oberen Behälter 14 in den unteren Behälter 6 ermöglicht.The condenser heads 5 of the heat pipe collectors 1 are in the lower Area of the lower storage container 6 arranged, which with an upper storage container 14 connected by two passages 15 and 16, which are preferably designed as pipelines is. One passage is used to guide rising hot water, while the second passage 16, an outflow of cold water from the upper container 14 in FIG the lower container 6 allows.

Bei dieser Ausführung mündet die Kaltwasserzuführleitung 12 im unteren Bereich des unteren Behälters während die Brauchwasserabführleitung 13 im oberen Bereich des oberen Behälters liegt.In this embodiment, the cold water supply line 12 opens in the lower Area of the lower container while the domestic water discharge line 13 in the upper Area of the upper container.

Vorzugsweise ist im oberen Speicherbehälter 14 ein Elektroheizeinsatz 17 vorgesehen. Auf diese Weise läßt sich eine optimale Ausnutzung der Sonnenenergie, verbunden mit stets gewährleisteter Bereitstellung von Warmwasser erreichen.An electrical heating element is preferably located in the upper storage container 14 17 provided. In this way, an optimal use of the solar energy, in connection with the constant provision of hot water.

Fig. 2 zeigt auch die Möglichkeit, die Speicherbehälter in senx.rechter Lage aufzustellen. Bei dieser Anordnung, welche in gestrichelten Linien gezeichnet ist, bestehen die Verbindungspassagen lediglich aus gegeneinander versetzten Öffnungen (nicht gezeigt) in einer den oberen Behälter vom unteren Behälter trennenden Bodenwand 18.Fig. 2 also shows the possibility of the storage container in senx.recht Position. In this arrangement, which are drawn in dashed lines is, the connecting passages only consist of mutually offset openings (not shown) in a bottom wall separating the upper container from the lower container 18th

Bei dieser Ausführungsform sind die Wärmerohr-Kollektoren speziell ausgebildet. Wie ersichtlich liegen die Kondensatorköpfe 5 nicht in Ausrichtung zu den Kollektorrohren 4, sondern ihre Achse schließt mit diesen Rohren einen stumpfen Winkel ein, was durch eine entsprechende Krümmung der Wärme rohre 2 außerhalb des Mantels 3 erreicht wird. Auf diese Weise können die Wärmerohre2 in einer schrägen Lage arbeiten, während die Kondensatorköpfe 5 aufrecht im untersten und damit kältesten Bereich des Behälters 6 stehen.In this embodiment, the heat pipe collectors are special educated. As can be seen, the capacitor heads 5 are not in alignment to the collector tubes 4, but their axis closes with these tubes a blunt An angle, which is achieved by a corresponding curvature of the heat pipes 2 outside of the Mantle 3 is reached. In this way, the heat pipes2 can be slanted Working position while the condenser heads 5 are upright in the lowest and therefore coldest Area of the container 6.

Schließlich soll erwähnt werden, daß der Speicher ohne weiteres auch im Freien aufgestellt werden kann. Dabei werden als Wasserzuführ- und Abführleitungen vorzugsweise flexible, einfriersichre Schläuche verwendet.Finally, it should be mentioned that the memory is also readily available can be set up outdoors. Thereby are used as water supply and drainage lines flexible, freeze-proof hoses are preferred.

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Claims (12)

Solaranlage mit Wärmerohr-Kollektoren Patent ansprüche 1. Solaranlage, bestehend aus einer Mehrzahl von mit Kondensatorkopfen versehenen, insbesondere in Vakuum-Röhrenausführung ausgebildeten Wärmerohrkollektoren und zumindest einem Speicherbehälter, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kondensatorköpfe (5) der nach dem Schwerkraftprinzip funktionierenden Anlage direkt im unteren Bereich des Speicherbehälters (6; 6a) angeordnet sind. Solar system with heat pipe collectors Patent claims 1. Solar system, consisting of a plurality of condenser heads, in particular designed in vacuum tube design heat pipe collectors and at least one Storage tank, indicated by the fact that the condenser heads (5) of the system, which works according to the principle of gravity, directly in the lower area of the storage container (6; 6a) are arranged. 2. Solaranlage nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß die in den Speicherinnenraum ragenden Kondensatorköpfe (5) an der Wandung des Speicherbehälters (6; 6a) abgedichtet fixiert sind.2. Solar system according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the condenser heads (5) protruding into the storage space on the wall of the storage container (6; 6a) are fixed in a sealed manner. 3. Sòlatånlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Kondensatorköpfe (5) mittels Quetschdichtungen bezüglich der Wandung des Speicherbehält-ers (6; 6a) fixiert sind, und daß jede Quetschdichtung aus einem elastischen Ring (8), insbesondere einem Gummiring, und einer axial wirkenden Spanneinrichtung (19, 11) besteht.3. Sòlatånlage according to claim 1 or 2, characterized g e k e n n -z e i c h n e t that the capacitor heads (5) by means of pinch seals with respect to the Wall of the storage container (6; 6a) are fixed, and that each pinch seal from an elastic ring (8), in particular a rubber ring, and an axially acting one Clamping device (19, 11) consists. 4. Solaranlage nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß die Spanneinrichtung von einem am jeweiligen Kondensatorkopf (5) zumindest axial fixierten Ringanschla.g (9) und einer Spannmutter (10) gebildet ist, die auf ein kollektorseitiges Gewinde des Kondensatorkopfes (5) geschraubt ist.4. Solar system according to claim 3, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the clamping device of one at least on the respective condenser head (5) axially fixed Ringanschla.g (9) and a clamping nut (10) is formed, which on a collector-side thread of the condenser head (5) is screwed. 5. Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Achse eines jeden Kondensatorkopfes (5) mit dem Wärmerohr (4) des zugehörigen Kollektors (1) ausgerichtet ist.5. Solar system according to one of the preceding claims, characterized in that g e k e n n n n z e i c h n e t that the axis of each condenser head (5) with the The heat pipe (4) of the associated collector (1) is aligned. 6. Solaranlage nach einem der Ansprüche l bis 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Achse eines jeden Kollektorkopfes (5) mit der Achse des zugehörigen Kollektors (1) einen stumpfen Winkel einschließt, daß dieser Winkel durch eine :7r-vtung des Wärmerohrs (4) zwischen Kollektor und Kondensatorkopf gebildet ist und daß der Kondensatorkopf (5) im jeweiligen Behälter bodenseitig und im wesentlichen senkrecht stehend angeordnet ist.6. Solar system according to one of claims l to 4, characterized g e -k e n n z e i c h n e t that the axis of each collector head (5) with the axis of the associated collector (1) includes an obtuse angle that this angle formed by a: 7r-vtung of the heat pipe (4) between the collector and condenser head is and that the condenser head (5) in the respective container on the bottom and substantially Is arranged upright. 7. Solaranlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Speicher aus zwei übereinander angeordneten, in Reihe geschalteten Speicherbehältern (6, 14; 6a, 14a) besteht, wobei die Kondensatorköpfe (5) im bodenseitigen Bereich des unteren Speicherbehälters (6, 6a) angeordnet sind.7. Solar system according to one or more of the preceding claims, in that the memory consists of two superimposed, storage containers (6, 14; 6a, 14a) connected in series, the capacitor heads (5) are arranged in the bottom area of the lower storage container (6, 6a). 8. Solaranlage nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i' c h -n e t, daß die beiden Speicherbehälter (6, 14; 6a, 14a) über zwei aufsteigendes Warmwasser bzw. nach unten strömendes Kaltwasser führende Passagen (15, 16) verbunden sind. 8. Solar system according to claim 7, characterized in that g e k e n n z e i 'c h -n e t that the two storage tanks (6, 14; 6a, 14a) have two rising hot water or downwardly flowing cold water leading passages (15, 16) are connected. 9. Solaranlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß jeder Speicherbehälter aus einem im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Behälter (6, 14) besteht.9. Solar system according to one or more of the preceding claims, in that each storage container consists essentially of one cylindrically shaped container (6, 14). 10. Solaranlage nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß die Behälter liegend oder stehend übereinander angeordnet sind.10. Solar system according to claim 9, characterized g e k e n n z e i c h -n e t that the containers are arranged lying or standing one above the other. 11. Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß im oberen Speicherbehälter (14); 14a) ein Elektro-Heizeinsatz (17) vorgesehen ist.11. Solar system according to one of the preceding claims, characterized in that g e k e n n n z e i c h n e t that in the upper storage container (14); 14a) an electric heating element (17) is provided. 12. Solaranlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die einzelnen Speicherbehälter über flexible, einfriersichere Schläuche miteinander verbunden sind.12. Solar system according to one or more of the preceding claims, in that the individual storage tanks are provided with flexible, freeze-proof hoses are connected together.
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