DE4308626C1 - Mehrfachverteiler für fluidische Koaxialleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrfachverteiler für fluidische Koaxialleitungen als Verbindungsanschluß von mehreren dicht nebeneinander angeordneten Kollektorröhren oder entsprechenden Wärmetauschern in einem Systemkreislauf, bei dem in einem Verbindungsstück ein Vorlauf- und ein Rücklaufkanal für die Wärmeträgerflüssigkeit so nebeneinander angeordnet sind, daß ihre Längsachsen vertikal auf der gleichen Höhe wie die Längsachsen der anzuschließenden Koaxialrohre liegen.

Bei diesen Kollektorröhren (Wärmetauschern) erfolgt die Übertragung der von den Absorberflächen aufgenommenen Wärmeenergie auf eine zirkulierende Wärmeträgerflüssigkeit bevorzugt über koaxial ineinandergefügte Rohre. Durch das Innenrohr wird die zu erwärmende Flüssigkeit zugeführt und nimmt bei Rückströmung durch die Ringfläche zwischen Innen- und Außenrohr die zugeführte Energie auf.

Der Anschluß dieser Koaxialrohre erfolgt üblicherweise derart, daß an einer Stelle das Innenrohr so durch das Außenrohr abgedichtet hindurchgeführt wird, daß sich zwei separat anschließbare Rohrenden ergeben.

Diese nun vereinzelten Rohrenden werden mit dem zu- bzw. abführenden Rohrleitungssystem der Anlage verbunden.

Bekannt sind derartige Anschlüsse von koaxialen Rohren in einer Vielfalt von Wärmetauschern oder auch Kondensatoren sowie Verdampfern. Bei Vakuumröhrenkollektoren sind solche Anschlüsse beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster DE-GM 89 13 387 und in der Offenlegungsschrift DE-OS 39 34 535 dargestellt. Kennzeichen dieser Anschlußverbindungen ist die abgedichtete Durchdringung des Außenrohres durch das innere Rohr. Dabei wird in der Regel eines der beiden Rohre gebogen oder durch eine entsprechende T-Stück- Verbindung eine Trennung der Rohranschlüsse ermöglicht.

Weiterhin bekannt sind Anschlüsse, wie sie in den Offenlegungsschriften DE-OS 32 44 496, DE-OS 41 21 301, DE-OS 37 11 545 und DE-OS 37 03 841 dargestellt sind. Auch bei diesen Anschlußmöglichkeiten sind zur Herstellung der Verbindung aufwendige Dicht- bzw. zusätzliche Befestigungselemente oder Schraub- und Klemmelemente für den Einzelanschluß erforderlich, welche die angestrebte einfache Montagmöglichkeit erschweren bzw. ein enges Aneinanderfügen mehrerer Anschlüsse in das gleiche System mit kleinstmöglichem Teilungsabstand behindern.

Die in der Offenlegungsschrift DE-OS 32 44 496 dargestellte Technik bedingt sowohl für den ausgeführten Winkel- und Längenausgleich als auch für die dichtende Klemmverbindung, daß der beschriebene Anschlußkopf zumindest an den Verbindungsstellen zum Außenrohr aus elastischem Material besteht. Ein dichtes Aneinanderreihen von Koaxialrohren ist bei diesem Stand der Technik nicht möglich, da die Klemmverbindungen eine Grenze setzen.

Obwohl bei reinen Wärmetauschern eine völlige Abdichtung zwischen der zugeführten kälteren und der abgeführten erwärmten Wärmeträgerflüssigkeit innerhalb eines geschlossenen Kreislaufes überhaupt nicht erforderlich ist, wird durch die vorbeschriebenen Arten der Verzweigung eine solche Abdichtung erforderlich.

Da man bei der Anordnung von Vakuumkollektorröhren bemüht ist, diese dicht nebeneinander anzuordnen, sind derartige Systemanbindungen sehr aufwendig und montageintensiv. Verschraubungen bzw. Lötverbindungen sind bei der gewünschten Kompaktheit nur mit erheblichem Aufwand realisierbar. Diese gewünschte kleine und gleichbleibende Teilung des Röhrenfeldes einer Anlage, aus einer Reihe von Modulen, erfordert gleichzeitig eine innerhalb der Isolation liegende Anschlußverbindung zwischen den Modulen. Diese Verbindung muß so platzsparend sein, daß sowohl die Anschlußverbindung als auch die schützenden Isoliermengen in Verbindung mit den anschließenden Modulen der gleichen Reihe eines Feldes sowohl optisch als auch funktionell nach der Montage eine Einheit bilden.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Mehrfachverteiler der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der sowohl die hydraulische Anbindung als auch die Isolierung beim Zusammenbau von kompakten Kollektorfeldern ermöglicht und weiterhin unter Beibehaltung dieser Teilung mehrere (beispielsweise aus 2 bis 10 Einzelröhren bestehende) Kollektormodule so aneinandergefügt und verbunden werden können, daß das komplett aufgebaute Kollektorfeld, einschließlich der hydraulischen Systemanbindung und der Isolation, eine geschlossene Einheit bildet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß aus der Anschlußrichtung der anzubindenden Koaxialrohre Bohrungen in das Verbindungsstück eingebracht sind, wobei die Bohrung in dem Rücklaufkanal das äußere Koaxialrohr und die kleinere Verbindungsbohrung zwischen dem Vorlauf- und dem Rücklaufkanal das innere Koaxialrohr ausnimmt und dieses innere Koaxialrohr in die Verbindungsbohrung eingepreßt ist und den Querschnitt des Rücklaufkanales durchdringt, und wobei das äußere Koaxialrohr als Steckverbindung gegenüber dem Verbindungsstück radial abgedichtet ist und axial verschiebbar bleibt.

Diese Verbindungsstücke besitzen in ihrer Längserstreckung, dicht nebeneinander angeordnet, sowohl den medienführenden Vorlauf- und den Rücklaufkanal. Durch die seitlich angebrachten Bohrungen, welche im rechten Winkel zu den beiden Kanalachsen stehen, wird jeweils die Anschlußmöglichkeit für ein koaxiales Wärmetauscherrohr geschaffen.

Die erste Bohrung in dem vorderen Kanal (= Rücklaufkanal) ermöglicht die Aufnahme des Außenrohres (= äußeres Koaxialrohr) und die kleinere Bohrung zwischen den beiden Kanälen nimmt das Innenrohr (= inneres Koaxialrohr) auf. Dabei durchdringt das Innenrohr den Querschnitt des davorliegenden Rücklaufkanales. Das Innenrohr wird in die Bohrung der Zwischenwand vorzugsweise lediglich eingepreßt und nur das Außenrohr gegenüber dem Verbindungsstück selbst abgedichtet. Da sich das Innenrohr bei dieser Verbindungsart immer innerhalb des geschlossenen Wärmeträgerkreislaufes befindet, treten praktisch außer dem Strömungswiderstand keine Druckkräfte auf, welche eine besondere Befestigung des Innenrohres erforderlich machen.

Darüberhinaus ermöglicht diese Art der hydraulischen Anbindung, daß mehrere Anschlüsse sehr dicht nebeneinander angeordnet werden können. Die Verbindungsstücke werden mittels einfach am Außenrohr dichtenden Steckverbindungen sowohl vorlauf- als auch rücklaufseitig auf die aus den Vakuumkollektorrohren herausragenden Innen- und Außenrohrendstücken des koaxialen Wärmetauschrohres aufgeschoben.

Bei Sonnenkollektoren tritt bekanntermaßen ein hoher Temperaturunterschied zwischen -20° C bis zu +250° C auf. Hierdurch und durch die dabei auftretenden Drucke ist sowohl die Verwendung metallischer Werkstoffe als auch die Kompensation der Längenausdehnungen durch die axiale Verschiebbarkeit ein wesentlicher Vorteil.

Vorzugsweise ist das Verbindungsstück von einer in ihrer Längserstreckung klappbaren Isolierschale umgeben. Diese Isolierschale fixiert mit zwei scharnierähnlich klappbaren Teilen die Hydraulikverbindungsstücke so mit den Kollektorröhren, daß die dichtenden Steckverbindungen bei auftretendem Betriebsdruck in Position bleiben und auch die Außendichtung bei Längenausdehnungen innerhalb der Steckverbindung bleibt. Der Mehrfachverteiler wird durch die Isolierschale nach der Montage gegenüber den angeschlossenen Kollektorröhren mit den Koaxialrohren fixiert.

Vorzugsweise weist der Mehrfachverteiler an den beiden Enden sowohl des Vorlauf- als auch des Rücklaufkanales Aufnahmebohrungen auf, welche in einem mit der Isolierschale montierten Zustand durch entsprechend angeordnete Durchbrüche in den Stirnseiten der Isolierschale zugänglich sind und damit zwei oder mehrere derart vormontierte Kollektormodule mittels radial dichtenden Steckverbindungsrohren so aneinander montierbar sind, daß Vor- und Rücklaufkanäle der Kollektormodule miteinander verbunden sind und auch die Verbindung innerhalb der Isolationsschale liegt, wobei die radial dichtenden Steckverbindungsrohre innerhalb der Grenzen der Aufnahmebohrungen in geringem Maße axial verschiebbar bleiben, um Längenausdehnungen zu kompensieren.

Gemäß dieser besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Enden der Hydraulikverbindungsstücke so ausgeformt, daß in Kombination mit der Isolierschale ein vormontiertes Modul direkt an ein weiteres Modul mittels einfach dichtenden Steckverbindungen aufgeschoben werden kann und dadurch ohne Teilungsänderung die Module aneinandergefügt und gleichzeitig die hydraulische Systemverbindung hergestellt ist.

Durch die beschriebene Ausbildung können, soweit erforderlich, eine geeignete Anzahl von Kollektormodulen eines Kollektorfeldes so nebeneinander angeordnet werden, daß diese sowohl funktional als auch optisch eine Einheit bilden.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Stabilisierungsrohre in den einzelnen Isolierschalen nach den Stirnseiten der Isolierschalen offen und bilden innerhalb der aneinandergeschobenen Kollektormodule in der Längserstreckung der nebeneinanderliegenden Isolierschalen wenigstens zwei Durchgangsbohrungen, in welchen mittels durchgehender Verbindungselemente die aneinandergereihten Kollektormodule im Isolierschalenbereich miteinander verbunden werden, wobei die Bohrungen an den Abschlußstirnseiten der außenliegenden Kollektormodule gleichzeitig als Befestigungsbohrungen für die Anschluß- bzw. Abschlußstücke des Vor- und Rücklaufkanales dienen.

Innerhalb der Isolierschalen sind Stabilisierungsrohre angeordnet. Diese sind so ausgebildet, daß sie über die gesamte Länge der Isolierschale reichen und die Rohröffnungen an der Stirnseite der Schale zugänglich sind. Aneinandergeschobene und mittels der beschriebenen Steckverbindung hydraulisch verbundene Kollektormodule können nun mittels entsprechender Verbindungselemente (beispielsweise Spanndrähte) so miteinander verbunden werden, daß die Hydraulikverbindungen der Kollektormodule in Bezug auf den Vor- und Rücklaufkanal gemeinsam mit ihren Isolierschalen geschlossene Einheiten bilden. Auf diese Weise ist es möglich, ein komplett montiertes Kollektorfeld in das Zirkulationssystem der Wärmeträgerflüssigkeit in geeigneter Weise einzubinden.

Mittels der vorstehend beschriebenen Verbindungs- und Stecktechnik können gleichzeitig an den Enden der so miteinander verbundenen Module geeignete Anschluß- bzw. Abschlußplatten im gleichen Arbeitsgang verbunden und befestigt werden. Dadurch ergeben sich die erforderlichen Anschlußmöglichkeiten des Hydrauliksystems des Kollektorfeldes mit dem Hydrauliksystem der Gesamtanlage.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 in Draufsicht geschnitten schematisch eine Anordnung von zwei aneinanderfügbare Kollektormodulen,

Fig. 2 den Schnitt durch den in Fig. 1 links dargestellten Kollektormodul,

Fig. 3 die Vorderseite einer Isolierstelle für die Aufnahme von mehreren Kollektorröhren und die Lage des Verteilerstücks und

Fig. 4 in Draufsicht schematisch und teilweise geschnitten mehrere nebeneinander angeordnete Kollektormodule.

Fig. 1 zeigt die beiden Kollektormodule 16 und 17 mit den jeweiligen Kollektorröhren 19 und 14. Durch das innere Koaxialrohr 6 wird die zu erwärmende Flüssigkeit aus dem Vorlaufkanal 3 in die Kollektorröhre zugeführt und nimmt bei Rückströmung über die Ringfläche zwischen dem inneren Koaxialrohr 6 und dem äußeren Koaxialrohr 5 die zugeführte Energie auf. Die Flüssigkeit strömt aus dem äußeren Koaxialrohr 5 in den Rücklaufkanal 4.

Fig. 2 zeigt den Schnitt durch die in Fig. 1 links angeordnete Kollektorröhre 19 mit der leicht aufgeklappten Isolierschale 1. Die Erfindung wird nun anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Das äußere Koaxialrohr 5 ist in das Verbindungsstück 2 eingesteckt. Dabei ist das äußere Koaxialrohr 5 in der Außenbohrung 9 des Verbindungsstückes 2 mit einem Dichtring 7 abgedichtet. Das innere Koaxialrohr 6 ist in die Verbindungsbohrung 8 eingepreßt. Diese Verbindungsbohrung 8 befindet sich zwischen dem Vorlaufkanal 3 und dem Rücklaufkanal 4. Die zu erwärmende Wärmeträgerflüssigkeit aus dem Vorlaufkanal 3 strömt über das innere Koaxialrohr 6 in den Kollektorbereich des Koaxialrohres. Über den Ringspalt zwischen dem inneren Koaxialrohr 6 und dem äußeren Koaxialrohr 5 wird die erwärmte Flüssigkeit in den abführenden Rücklaufkanal 4 des Verbindungsstückes 2 zurückgeführt.

In dem Verbindungsstück 2 ist der Vorlaufkanal 3 und der Rücklaufkanal 4 für die Wärmeträgerflüssigkeit so nebeneinander angeordnet, daß ihre Längsachsen vertikal auf der gleichen Höhe wie die Längsachsen der anzuschließenden Koaxialrohre 6 und 5 liegen. Aus der Anschlußrichtung der anzubindenden Koaxialrohre 6 und 5 sind die Bohrungen 8 und 9 in das Verbindungsstück 2 eingebracht.

Das innere Koaxialrohr 6 ist in die Verbindungsbohrung 8 eingepreßt und durchdringt den Querschnitt des Rücklaufkanales 4. Das äußere Koaxialrohr 5 ist als Steckverbindung gegenüber dem Verbindungsstück radial abgedichtet und bleibt axial verschiebbar. Die Bohrungen sind im rechten Winkel zu den Mittelachsen der beiden Kanäle eingebracht. Das äußere Koaxialrohr 5 hat keine axiale Befestigung mit dem Verbindungsstück 2.

Das Verbindungsstück 2 ist von einer in ihrer Längserstreckung klappbaren Isolierschale 1 umgeben. Diese Isolierschale 1 fixiert mit zwei scharnierähnlich klappbaren Teilen die Hydraulikverbindungsstücke 2 so mit dem Kollektorröhren 19 und 14, daß die dichtenden Steckverbindungen bei auftretendem Betriebsdruck in Position bleiben und auch die Außendichtung bei Längenausdehnungen innerhalb der Steckverbindung bleibt.

Innerhalb der Isolierschale 1 sind Stabilisierungsrohre 10 angeordnet. Diese sind so ausgebildet, daß sie über die gesamte Länge der Isolierschale reichen und die Rohröffnungen an der Stirnseite der Schale zugänglich sind. Aneinandergeschobene und mittels der beschriebenen Steckverbindungen hydraulisch verbundene Kollektormodule können nun mittels entsprechender Verbindungselemente (beispielsweise Spanndrähte) so miteinander verbunden werden, daß die Hydraulikverbindungen der Kollektormodule in Bezug auf den Vor- und Rücklaufkanal gemeinsam mit ihren Isolierschalen geschlossene Einheiten bilden. Eine derartige Einheit zeigt Fig. 3 in Vorderansicht, teilweise geschnitten und schematisch. Eine zusammengeklappte Isolierschale 1 kann sechs Kollektorröhren aufnehmen, wobei das Verbindungsstück 2 im Inneren der Isolierschale 1 angeordnet ist und die Steckverbindungsbohrungen 15 die Verbindungsrohre von Vor- und Rücklaufkanal für den Anschluß weiterer Module aufnehmen kann.

Gemäß Fig. 1 werden die Endplatte 12 und die Anschlußplatte 13 über die Verbindungselemente 11, die in den Stabilisierungsrohren 10 der Isolierschale 1 eingeschoben wurden, angeschraubt und spannen gleichzeitig die einzelnen Kollektormodule zu einer Einheit zusammen.

Fig. 4 zeigt in Draufsicht schematisch und teilweise geschnitten den in Figur beschriebenen Anschluß des Koaxialrohres im Kollektormodul. Beispielhaft und schematisch ist die Anordnung von drei Kollektormodulen 17, 16 und 18 mit jeweils zwei Kollektorröhren gezeigt.

Zwischen den Kollektormodulen 16 und 17 sind die Steckverbindungsrohre 20 und 21 mit Radialdichtringen zur Verbindung der Vor- und Rücklaufkanäle im Schnitt schematisch dargestellt. Die Anschlußplatte 13 und die Abschlußplatte 12 verbinden die Module 17, 16 und 18 über die in den Stabilisierungsrohren 10 befindlichen Verbindungselemente 11.

Claims (4)

1. Mehrfachverteiler für fluidische Koaxialleitungen als Verbindungsanschluß von mehreren dicht nebeneinander angeordneten Kollektorröhren oder entsprechenden Wärmetauschern in einem Systemkreislauf, bei dem in einem Verbindungsstück (2) ein Vorlauf- (3) und ein Rücklaufkanal (4) für die Wärmeträgerflüssigkeit so nebeneinander angeordnet sind, daß ihre Längsachsen vertikal auf der gleichen Höhe wie die Längsachsen der anzuschließenden Koaxialrohre (6, 5) liegen, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Anschlußrichtung der anzubindenden Koaxialrohre (6, 5) Bohrungen (8, 9) in das Verbindungsstück eingebracht sind, wobei die Bohrung (9) in dem Rücklaufkanal (4) das äußere Koaxialrohr (5) und die kleinere Verbindungsbohrung (8) zwischen dem Vorlauf- (3) und dem Rücklaufkanal (4) das innere Koaxialrohr (6) aufnimmt und dieses innere Koaxialrohr (6) in die Verbindungsbohrung (8) eingepreßt ist und den Querschnitt des Rücklaufkanales (4) durchdringt, und wobei das äußere Koaxialrohr (5) als Steckverbindung gegenüber dem Verbindungsstück (2) radial abgedichtet ist und axial verschiebbar bleibt.

2. Mehrfachverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (2) von einer in ihrer Längserstreckung klappbaren Isolierschale (1) umgeben ist.

3. Mehrfachverteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfachverteiler an den beiden Enden sowohl des Vorlauf- (3) als auch des Rücklaufkanales (4) Aufnahmebohrungen (15) aufweist, welche in einem mit der Isolierschale (1) montierten Zustand durch entsprechend angeordnete Durchbrüche in den Stirnseiten der Isolierschale (1) zugänglich sind und damit zwei oder mehrere derart vormontierte Kollektormodule (16, 17, 18) mittels radial dichtender Steckverbindungsrohren (20, 21) so aneinander montierbar sind, daß die Vorlaufkanäle (3) und Rücklaufkanäle (4) der Kollektormodule (16, 17, 18) miteinander verbunden sind und auch die Verbindung innerhalb der Isolationsschale (1) liegt, wobei die radial dichtenden Steckverbindungsrohre (20, 21) innerhalb der Grenzen der Aufnahmebohrungen (15) in geringem Maße axial verschiebbar bleiben, um Längenausdehnungen zu kompensieren.

4. Mehrfachverteiler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Stabilisierungsrohre (10) in den einzelnen Isolierschalen (1) nach den Stirnseiten der Isolierschalen (1) offen sind und innerhalb der aneinandergeschobenen Kollektormodule (16, 17, 18) in der Längserstreckung der nebeneinanderliegenden Isolierschalen (1) wenigstens zwei Durchgangsbohrungen bilden, in welchen mittels durchgehender Verbindungselemente die aneinandergereihten Kollektormodule (16, 17, 18) im Isolierschalenbereich miteinander verbunden werden, wobei die Bohrungen an den Abschlußstirnseiten der außenliegenden Kollektormodule gleichzeitig als Befestigungsbohrungen für die Anschluß- bzw. Abschlußstücke des Vor- und Rücklaufkanales dienen.