DE20108682U1

DE20108682U1 - Röhrenkollektor

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Publication number: DE20108682U1
Application number: DE20108682U
Authority: DE
Original assignee: GEYSOL AG
Current assignee: Fuhrlaender Aktiengesellschaft De
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2011-05-24

Description

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DATUM / DATE

G4551-092/br

21.05.2001

Anmelderin: GEYSOL SOLARTECHNIK AG
BAHNHOFSTRASSE 6
56424 MOSCHHEIM

Röhrenkollektor

GRÜNECKER KINKELDEY

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GERMANY

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Röhrenkollektor

Die vorliegende betrifft einen Röhrenkollektor mit mehreren im wesentlichen parallel zueinander angeordneten, an einer Endseite verschlossenen doppelwandigen Vakuumröhren, deren Innenrohr mit einem Absorber versehen ist und in denen ein ein Wärmetransportfluid führendes Wärmeleitrohr enthalten ist.

Ein derartiger Röhrenkollektor ist beispielsweise aus dem auf die Anmelderin der vorliegenden Erfindung zurückgehende DE-U-299 20 618.2

Sonnenkollektoren sollen insbesondere in Mitteleuropa die einfallende Sonnenenergie möglichst vollständig in nutzbare Wärmeenergie umsetzen. Dementsprechend werden den einzelnen Röhren von Röhrenkollektoren regelmäßig Parabolspiegel zugeordnet, welche das pro Flächenelement einfallende Sonnenlicht auf die Vakuumröhre fokussieren sollen. Dadurch entsteht an besonders heißen Tagen das Problem einer übermäßigen Erhitzung des Wärmetransportfluids. Dieses Problem wird dann besonders auftreten, wenn die in dem Röhrenkollektor gesammelte Sonnenenergie nicht abgeführt wird, d.h. kein Verbraucher angeschaltet wird, der die gesammelte Energie verbraucht.

Darüber hinaus wird bei intensiver Sonnenbestrahlung, für den Fall dass ein Verbraucher angeschaltet ist, die gesammelte Sonnenenergie nur mit Verzögerung von dem Wärmetransportfluid aufgenommen und an einen Soiarflüssigkeitskreislauf weiter gegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen Röhrenkollektor anzugeben, der die obigen Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll eine Überhitzung des Wärmetransportfluids bei übermäßiger Sonnenstrahlung vermieden werden. Auch soll die einfallende Sonnenenergie möglichst umgehend an den Soiarflüssigkeitskreislauf übertragen werden.

Zur Lösung des obigen Problems wird mit der vorliegenden Erfindung der eingangs genannte Röhrenkollektor dadurch weitergebildet, dass das Wärmeleitrohr ein endseitig jeweils verschlossenes Wärmerohr ist, in dem das Wärmetransportfluid bei Erwärmung

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verdampft, wobei ein Ende des Wärmerohres in der Vakuumröhre aufgenommen ist und das andere Ende das offene Ende der Vakuumröhre endseitig überragt und wärmeleitend mit einem Solarflüssigkeitskreislauf gekoppelt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Röhrenkollektor ist das Wärmeleitrohr durch ein Wärmerohr gebildet. Dieses Wärmerohr, welches allgemein bekannt ist und auch als &ldquor;heat pipe" bezeichnet wird, hat ein Wärmetransportfluid, welches in dem Wärmerohr bei Erwärmung verdampft und sich an dem kalten Ende niederschlägt. Dementsprechend wird der Röhrenkollektor derart angeordnet, dass das in der jeweiligen Vakuumröhre aufgenommene Ende des Wärmerohres tiefer als das andere, mit dem Wärmetauscher zu dem Solarflüssigkeitskreislauf in Verbindung stehende Ende des Wärmerohres ist. Das Wärmetransportfluid findet sich danach im kalten Zustand zunächst in den Vakuumröhren. Es verdampft bei Erwärmung von hieraus und kondensiert unter Abgabe der Wärme. Die hierbei ablaufenden Wärmeübertragungsvorgänge zwischen dem inneren Teil der Vakuumröhre und dem Wärmetransportfluid sind effektiver als bei der Verwendung von glycolhaltigem Wasser als Wärmetransportfluid.

Die Wärmeübertragung und darüber hinaus die Herstellung des erfindungsgemäßen Röhrenkollektors kann dadurch weiter verbessert werden, dass gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung das Wärmeleitblech mit dem Wärmerohr mittels Ultraschweißen verschweißt ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass zum einen das sich erwärmende Wärmeleitblech direkten Kontakt mit dem Wärmerohr hat. Zum anderen können Wärmeleitblech und Wärmerohr bei der Montage als Einheit in die Vakuumröhre eingeschoben werden. Alternativ kann das Wärmeleitblech in konventioneller Weise eine Einsackung aufweisen, in welche das Wärmerohr eingelegt ist. Diese aus dem Stand der Technik bekannte Alternative führt jedoch zu einer verschlechterten Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Wärmerohr und dem Wärmeleitblech.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Röhrenkollektors lässt sich dadurch weiter verbessern, dass das Wärmeleitblech ein einteiliges Bauteil ist, welches nach dem Schweißen zu einem Bauteil mit kreisrundem Querschnitt umbogen wird.

Praktische Versuche haben gezeigt, dass der Röhrenkollektor einerseits bestmöglich

gegen Überhitzung geschützt ist, andererseits aber auch bei geringen Erwärmungen schon eine gute Wärmeausbeute hat, wenn die Füllmenge und der Innendruck des Wärmetransportfluids in dem Wärmerohr derart eingestellt ist, dass das Wärmetransportfluid erst ab einer Temperatur von zwischen 25 und 45 °C an einer beliebigen Stelle in dem Wärmerohr verdampft und bei Erreichen einer Temperatur von zwischen 170 und 19O⁰C an jeder Stelle des Wärmerohres das gesamte Wärmetransportfluid verdampft ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:

Figur 1 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Röhrenkollektors und

Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Vakuumröhre zu dem in Figur 1 gezeigten Röhrenkollektor.

Der in Figur 1 gezeigte Röhrenkollektor hat einen unteren Röhrensupport 1 und einen oberen Sammelkasten 2. Zwischen diesen Bauteilen 1, 2 erstrecken sich eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Vakuumröhren 3. In jeder Vakuumröhre 3 ist ein Wärmeleitrohr 4 vorgesehen, welches an seinen beiden Enden verschlossen ist. Das eine Ende des Wärmerohres 4 befindet sich in der Vakuumröhre 3, etwa auf Höhe des Röhrensupports 1. Das andere Ende des Wärmerohres 4 überragt die Vakuumröhre 3 und ist mit seinem die Vakuumröhre überragenden Längenabschnitt in einem Wärmetauscher 5 aufgenommen. Dieser Wärmetauscher 5 befindet sich in dem Sammelkasten 2 und weist zwei parallele Rohrstränge 6a, 6b auf, welche über mehrere Rohrabschnitte 7 miteinander verbunden sind, die jeweils das die Vakuumröhre 3 überragende Ende eines Wärmeleitrohres 4 aufnehmen.

Am Austritt der Vakuumröhre 3 ist das Wärmerohr 4 durch eine von dem Wärmerohr 4 durchsetzte Dichtung abgedichtet, so dass in den Rohrsträngen 6 bzw. in den Rohrabschnitten 7 strömende Solarflüssigkeit nicht in die Vakuumröhre 3 gelangen kann.

In den Wärmerohren befindet sich jeweils ein Wärmetransportfluid. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wurde Wasser gewählt. Es sind jedoch auch Wasser-Alkohol-Gemische oder Kältemittel-Gemische möglich. Dieses Wärmetransportfluid ist zunächst im flüssigen Zustand in dem Wärmerohr 4 enthalten, und zwar in dem unteren Bereich, welcher von der Vakuumröhre 3 umgeben ist. Aufgrund von Sonneneinstrahlung erwärmt sich das Wärmetransportfluid in dem Wärmerohr 4 und verdampft.

Sofern über den Solarflüssigkeitskreislauf 6, 7 keine Wärme abgeführt wird, steigt die Temperatur in dem gesamten Wärmerohr 4 allmählich an. Zunächst steigt die Temperatur des unteren Längenabschnittes des Wärmerohres 4, welcher in der Vakuumröhre 3 aufgenommen ist. Mit zunehmender Erwärmung des Wärmetransportfluids steigt auch die Temperatur des in dem Rohrabschnitt 7 aufgenommen Längenabschnitts des Wärmeleitrohres 4. Dort kondensiert zunächst das verdampfte Wärmetransportfluid unter Abgabe von Wärme. Dieser Wärmetransportmechanismus kommt zum Erliegen und einstrahlende Sonnenenergie führt im wesentlichen zu keiner weiteren Erwärmung in dem Wärmeleitrohr, wenn das gesamte Wärmetransportfluid verdampft ist. Diese Bedingung lässt sich durch geeignete Auswahl der Füllmenge und des Innendruckes des Wärmetransportfluids in dem Wärmerohr 4 steuern. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Füllmenge und der Innendruck des Wärmetransportfluids derart gewählt, dass dieses vollständig bei einer Temperatur von 180⁰C an jeder beliebigen Stelle des Wärmerohres verdampft ist. Das Wärmerohr 4 kann damit auch bei übermäßiger Sonneneinstrahlung und bei fehlender Wärmeabfuhr durch den Solarflüssigkeitskreislauf 6, 7 nicht zu einer Überhitzung desselben führen.

Details der Vakuumröhre zu dem in Figur 1 gezeigten Röhrenkollektor sind der Darstellung in Figur 2 zu entnehmen. Die Vakuumröhre 3 ist doppelwandig und weist eine innere Glasröhre 3a und eine äußere Glasröhre 3b auf. Die innere Glasröhre 3a ist mit einem Absorber 3c beschichtet, welcher die einfallende Sonnenstrahlung möglichst vollständig absorbieren soll.

Vorzugsweise die innere Röhre 3a innenseitig berührend ist in der inneren Glasröhre 3a ein Wärmeleitblech 8 aufgenommen. Dieses Wärmeleitblech wird als flaches Blech im

mittleren Bereich mit dem Wärmerohr 4 mittels Ultraschweißen verschweißt (Schweißnaht mit Bezugszeichen 9). Das Wärmeleitblech wird danach zu einem Bauteil kreisrunder Kontur umbogen. Die freien Enden 8a des Wärmeleitblechs sind nach innen umbogen und liegen gegenüberliegend zu dem Wärmeleitrohr 4 vorzugsweise zur radialen Wärmeübertragung durch das Wärmeleitblech 8 aneinander an.

Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass auf das Umbiegen der freien Enden 8a des Wärmeleitbleches verzichtet werden kann. Die freien Enden können auf Stoß, voneinander geringfügig beabstandet oder einander überlappend enden.

1	Röhrensupport
2	Sammelkasten
3	Vakuumröhren
3a	Innenrohr
4	Wärmeleitrohr
5	Wärmetauscher
6a	Rohrstrang
6b	Rohrstrang
7	Rohrabschnitt
8	Wärmeleitblech
9	Schweißnaht

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Bezugszeichenliste

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Claims

1. Röhrenkollektor mit mehreren im wesentlich parallel zueinander angeordneten, an einer Endseite verschlossenen doppelwandigen Vakuumröhren (3), deren Innenrohr (3a) mit einem Absorber versehen ist und in denen ein ein Wärmetransportfluid führendes Wärmeleitrohr enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitrohr ein endseitig jeweils verschlossenes Wärmerohr (4) ist, in dem das Wärmetransportfluid bei Erwärmung verdampft und wobei das eine Ende des Wärmerohres (4) in der Vakuumröhre (3) aufgenommen ist und das andere Ende des Wärmerohres (4) das offene Ende der Vakuumröhre (3) endseitig überragt und wärmeleitend mit einem Solarflüssigkeitskreislauf gekoppelt ist

2. Röhrenkollektor nach Anspruch 1 mit einem in jeder Vakuumröhre enthaltenen, mit dem Wärmerohr wärmeleitend gekoppelten Wärmeleitblech (8), dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitblech (8) mit dem Wärmerohr (4) mittels Ultraschweißen verschweißt ist.

3. Röhrenkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitblech (8) ein einteiliges Bauteil ist, welches nach dem Schweißen zu einem Bauteil mit kreisrundem Querschnitt umbogen wird.

4. Röhrenkollektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmenge und der Innendruck des Wärmetransportfluids in dem Wärmerohr (4) derart eingestellt ist, dass das Wärmetransportfluid erst ab einer Temperatur von zwischen 25 und 45°C an einer beliebigen Stelle in dem Wärmerohr (4) verdampft und bei Erreichen einer Temperatur von zwischen 170 und 190°C an jeder Stelle des Wärmerohres (4) das gesamte Wärmetransportfluid verdampft ist.