DE20121707U1

DE20121707U1 - Device to heat or cool fluid, especially solar collector; has absorber or radiator element with feed and receiver lines and has passage to allow some fluid to bypass absorber or radiator element

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Publication number: DE20121707U1
Application number: DE20121707U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Mueller Friedrich Udo De
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2011-06-13

Abstract

The device has at least one absorber or radiator element (20,24), a feed conductor (14,18) to deliver fluid and a receiver line (16,20) to receive the fluid. A passage is provided between the feed and receiving lines, whose cross-section is such that a given proportion of the fluid is conducted directly from the feed to the receiver line without passing through the absorber or radiator element. An independent claim is included for an arrangement of a row of several devices connected together.

Description

Müller, FriedrichMüller, Friedrich

Vorrichtung zum Erwärmen oder Kühlen eines fluiden Mediums,Device for heating or cooling a fluid medium,

insbesondere Sonnenkollektorespecially solar collector

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen oder Kühlen eines fluiden Mediums, insbesondere einen Sonnenkollektor, mit mindestens einem Absorber-/Radiatorelement, einer Einspeiseleitung zum Einspeisen des fluiden Mediums in das mindestens eine Absorber-/Radiatorelement und einer stromabwärts hinter dem mindestens einen Absorber-/Radiatorelement angeordneten Aufnahmeleitung zum Aufnehmen des durch das mindestens eine Absorber-/Radiatorelement geleiteten fluiden Mediums. The invention relates to a device for heating or cooling a fluid medium, in particular a solar collector, with at least one absorber/radiator element, a feed line for feeding the fluid medium into the at least one absorber/radiator element and a receiving line arranged downstream behind the at least one absorber/radiator element for receiving the fluid medium passed through the at least one absorber/radiator element.

Bei Sonnenkollektoren wird eine Flüssigkeit dadurch erwärmt, daß sie durch Absorberelemente geleitet wird, die die Strahlung der Sonne absorbieren und die Wärme auf die durch sie fließende Flüssigkeit übertragen.In solar collectors, a liquid is heated by passing it through absorber elements that absorb the sun's radiation and transfer the heat to the liquid flowing through them.

Gebräuchlich sind Sonnenkollektoren mit vier Flüssigkeitsanschlüssen, nämlich zwei Eintrittsöffnungen und zwei Austrittsöffnungen .Solar collectors with four liquid connections are common, namely two inlet openings and two outlet openings.

Bekannt sind aber auch Sonnenkollektoren, die nur zwei Flüssigkeitsanschlüsse aufweisen, nämlich eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung. Ein derartiger Sonnenkollektor ist in Figur 1 dargestellt:However, solar collectors are also known that have only two liquid connections, namely an inlet opening and an outlet opening. Such a solar collector is shown in Figure 1:

In einem Gehäuse 10 ist oben eine Verteilerleitung 12 (ein Rohr) angeordnet, die das Gehäuse 10 an zwei Stellen durchdringt, wodurch eine Eintrittsöffnung 14 und eine Austrittsöffnung 16 gebildet werden. Eine Flüssigkeit (z. B. Wasser), die durch die Eintrittsöffnung 14 in die Verteilerleitung 12 eintritt, gelangt zunächst in einen Flüssigkeitsabgabebereich Eintrittsöffnung 14 und Flüssigkeitsabgabebereich 18 bilden eine Einspeiseleitung des Sonnenkollektors. Der Flüssigkeitsab-A distribution line 12 (a pipe) is arranged at the top of a housing 10, which penetrates the housing 10 at two points, forming an inlet opening 14 and an outlet opening 16. A liquid (e.g. water) that enters the distribution line 12 through the inlet opening 14 first reaches a liquid discharge area. The inlet opening 14 and the liquid discharge area 18 form a feed line of the solar collector. The liquid discharge

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gabebereich 18 weist Öffnungen auf, die die Verteilerleitung mit Rohren 2 0 verbinden (in Fig. 1 sind dies fünf Stück), auf die Absorberbleche aufgeschweißt sind. Die Flüssigkeit fließt durch die Rohre 20 zu einer Umlenkleitung 22, die sich im unteren Teil des Sonnenkollektors befindet. Von dieser Umlenkleitung 22 führen Rohre 24 weg (in Fig. 1 sind dies ebenfalls fünf Stück), die mit einem Flüssigkeitsaufnahmebereich 2 6 der Verteilerleitung 12 verbunden sind. Die Flüssigkeit fließt also über die Umlenkleitung 22 durch die Rohre 24 zu der Verteilerleitung 12 zurück. Schließlich tritt sie aus der Austrittsöffnung 16 des Sonnenkollektors aus. Flüssigkeitsaufnahmebereich 2 6 und Austrittsöffnung 16 bilden eine Flüssigkeitsaufnahmeleitung des Sonnenkollektors.The delivery area 18 has openings which connect the distribution line to pipes 20 (there are five of them in Fig. 1) onto which absorber sheets are welded. The liquid flows through the pipes 20 to a diversion line 22 which is located in the lower part of the solar collector. Pipes 24 lead away from this diversion line 22 (there are also five of them in Fig. 1) which are connected to a liquid receiving area 26 of the distribution line 12. The liquid therefore flows via the diversion line 22 through the pipes 24 back to the distribution line 12. Finally, it exits from the outlet opening 16 of the solar collector. The liquid receiving area 26 and the outlet opening 16 form a liquid receiving line of the solar collector.

Damit die Flüssigkeit vollständig durch die Absorberelemente, d. h. die Rohre 20 und 24 fließt, ist der Abgabebereich (18) vom Aufnahmebereich (26) getrennt. Zum Beispiel kann das Rohr eingepreßt (verengt), getrennt ausgeführt oder mit einer Dichtung (einem Verschluß) versehen sein. Diese Dichtung 28 trennt den Flüssigkeitsabgabebereich 18 von dem Flüssigkeitsaufnahmebereich 2 6 vollständig ab. Die Dichtung weist gelegentlich eine kleine Öffnung auf. Die kleine Öffnung in der Dichtung 28 ermöglicht es, daß in der Verteilerleitung 12 befindliche Luft von einer Seite der Verteilerleitung 12 in die andere Seite gelangen kann. Sie erlaubt es jedoch nicht, daß nennenswert Wasser bzw. Fluid durch sie tritt.In order for the liquid to flow completely through the absorber elements, i.e. the tubes 20 and 24, the discharge area (18) is separated from the receiving area (26). For example, the tube can be pressed in (narrowed), made separate or provided with a seal (closure). This seal 28 completely separates the liquid discharge area 18 from the liquid receiving area 26. The seal sometimes has a small opening. The small opening in the seal 28 allows air in the distribution line 12 to pass from one side of the distribution line 12 to the other side. However, it does not allow any significant amount of water or fluid to pass through it.

Der in Fig. 1 dargestellte Sonnenkollektor hat gegenüber Sonnenkollektoren mit vier Flüssigkeitsanschlüssen den Vorteil, daß die Kosten bei der Herstellung reduziert werden, der Montageaufwand vereinfacht wird, und daß die Gefahr der Undichtigkeit der Anschlüsse um die Hälfte reduziert wird.The solar collector shown in Fig. 1 has the advantage over solar collectors with four liquid connections that the costs of production are reduced, the assembly effort is simplified and the risk of leakage of the connections is reduced by half.

Als nachteilig erweist sich dieser Sonnenkollektor jedoch, wenn mehrere Sonnenkollektoren in Reihe geschaltet werden. Da die Flüssigkeit in jedem Sonnenkollektor durch eines der Rohre 2 0 und anschließend durch eines der Rohre 24 fließen muß, vervielfacht sich die Zahl der durchflossenen Rohre mit der Zahl derHowever, this solar collector proves to be disadvantageous when several solar collectors are connected in series. Since the liquid in each solar collector has to flow through one of the pipes 2 0 and then through one of the pipes 24, the number of pipes through which the liquid flows multiplies with the number of

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Sonnenkollektoren. Beispielsweise durchfließt die Flüssigkeit bei zwei hintereinandergeschalteten Sonnenkollektoren, wie sie in Figur 2 gezeigt sind, insgesamt vier Rohre. Bei drei hintereinandergeschalteten Sonnenkollektoren sind dies sechs Rohre, bei vier hintereinandergeschalteten Sonnenkollektoren acht Rohre. Wegen der hohen Zahl der durchflossenen Rohre muß daher die Durchströmungsgeschwindigkeit und damit die Leistung der Pumpe, die das Wasser durch die Rohre treibt, erheblich erhöht werden. Auch die Rohrquerschnitte müssen im Vergleich zu anderen Sonnenkollektoren vergrößert werden. Die Gesamtleistung des Kollektorfeldes aus mehreren Sonnenkollektoren sinkt, da die Flüssigkeit bei der Durchströmung durch jeden einzelnen Kollektor Wärme aufnimmt, so daß mit jedem zusätzlichen Kollektor immer weniger Wärme aufgenommen werden kann. Insgesamt können wesentlich weniger Kollektoren in Serie geschaltet werden als bei Sonnenkollektoren mit vier Anschlüssen.Solar collectors. For example, with two solar collectors connected in series, as shown in Figure 2, the liquid flows through a total of four pipes. With three solar collectors connected in series, this is six pipes, and with four solar collectors connected in series, eight pipes. Because of the large number of pipes flowing through, the flow rate and thus the power of the pump that drives the water through the pipes must be increased considerably. The pipe cross-sections must also be larger compared to other solar collectors. The total power of the collector field made up of several solar collectors decreases because the liquid absorbs heat as it flows through each individual collector, so that less and less heat can be absorbed with each additional collector. Overall, significantly fewer collectors can be connected in series than with solar collectors with four connections.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung, insbesondere einen Sonnenkollektor mit nur zwei Flüssigkeitsanschlüssen bereitzustellen, bei dem die oben genannten Probleme nicht oder in nur geringerem Maße auftreten.It is an object of the present invention to provide a device of the type mentioned at the outset, in particular a solar collector with only two liquid connections, in which the above-mentioned problems do not occur or only occur to a lesser extent.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, zwischen der Einspeiseleitung und der Aufnahmeleitung einem Durchfluß vorzusehen mit einem Querschnitt derart, daß ein bestimmter Anteil des fluiden Mediums (z.B. einer Flüssigkeit oder eines Gases) direkt ohne den Umweg über ein Absorberelement zur Aufnahme von Wärme oder ein Radiatorelement zur Abgabe von Wärme von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung fließen kann.To solve this problem, the invention proposes to provide a flow between the feed line and the receiving line with a cross-section such that a certain portion of the fluid medium (e.g. a liquid or a gas) can flow directly from the inlet opening to the outlet opening without the detour via an absorber element for absorbing heat or a radiator element for dissipating heat.

Im Falle von Fig. 1 fließt dieser bestimmte Anteil des fließenden Mediums demzufolge nicht durch die Rohre 20 und 24, sondern er wird im Flüssigkeitsaufnahmebereich 2 6 mit dem Wasser vermischt, das die Rohre 2 0 und 24 durchflossen hat. Dadurch verringert sich der Anteil der Flüssigkeit, die durch die Rohre 20 und 24 fließt, und die Probleme der hohen Durchströmungsge-In the case of Fig. 1, this particular portion of the flowing medium does not flow through the pipes 20 and 24, but is mixed in the liquid receiving area 26 with the water that has flowed through the pipes 20 and 24. This reduces the portion of the liquid that flows through the pipes 20 and 24 and eliminates the problems of high flow rates.

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schwindigkeit und der damit erforderlichen höheren Pumpenleistung sowie des erforderlichen größeren Rohrquerschnitts treten nicht oder zumindest in deutlich geringerem Maße auf.speed and the resulting higher pump output and the required larger pipe cross-section do not occur or at least occur to a much lesser extent.

Je größer der Querschnitt des Durchflusses ist, desto weniger Wasser fließt durch die Rohre 20 und 24. Der Durchfluß kann beispielsweise auch einen Querschnitt von wenigstens 10 %, wenigstens 20 %, wenigstens 30 % oder sogar wenigstens 40 % des durchschnittlichen Querschnitts der Einspeiseleitung und/oder der Aufnahmeleitung aufweisen.The larger the cross-section of the flow, the less water flows through the pipes 20 and 24. The flow can, for example, also have a cross-section of at least 10%, at least 20%, at least 30% or even at least 40% of the average cross-section of the feed line and/or the receiving line.

Der durchschnittliche Querschnitt ist hier der Durchschnitt der Einspeiseleitung oder der Aufnahmeleitung über deren wesentlichen Bereich, d. h. im Falle von Figur 1 über den Flüssigkeitsabgabebereich und über den Flüssigkeitsaufnahmebereich. Der Durchschnitt kann auch über die Gesamtheit von Einspeiseleitung und Aufnahmeleitung ermittelt werden. Im bevorzugten Fall bilden die Einspeiseleitung und die Aufnahmeleitung gemeinsam die Verteilerleitung 12, die z.B. ein Rohr mit im wesentlichen konstantem Querschnitt ist, so daß das Ermitteln des Durchschnitts des Querschnitts vereinfacht wird.The average cross-section here is the average of the feed line or the receiving line over its essential area, i.e. in the case of Figure 1 over the liquid delivery area and over the liquid receiving area. The average can also be determined over the entire feed line and the receiving line. In the preferred case, the feed line and the receiving line together form the distribution line 12, which is e.g. a pipe with a substantially constant cross-section, so that the determination of the average of the cross-section is simplified.

Sollen genau zwei Vorrichtungen hintereinander geschaltet werden, so ist es günstig, wenn der Durchfluß einen Querschnitt von ungefähr 50 % des durchschnittlichen Querschnitts der Verteilerleitung aufweist. In diesem Fall fließt genau die Hälfte des Wassers durch die Rohre 20, 24 der ersten Vorrichtung, und die andere Hälfte fließt direkt weiter zu der zweiten Vorrichtung. Die Durchflußgeschwindigkeit des Wassers erreicht dann wieder den Wert, den sie bei einer einzelnen Vorrichtung hätte.If exactly two devices are to be connected in series, it is advantageous if the flow has a cross-section of approximately 50% of the average cross-section of the distribution line. In this case, exactly half of the water flows through the pipes 20, 24 of the first device and the other half flows directly to the second device. The flow rate of the water then returns to the value it would have with a single device.

Dasselbe tritt ein, wenn im Falle, daß z.B. drei Sonnenkollektoren hintereinander geschaltet werden, der Durchfluß einen Querschnitt von ungefähr zwei Dritteln des durchschnittlichen Querschnitts der Verteilerleitung aufweist. Im Falle von vier hintereinander geschalteten Sonnenkollektoren ist es günstig, wenn der Durchfluß einen Querschnitt von ungefähr drei ViertelnThe same applies if, for example, three solar collectors are connected in series and the flow has a cross-section of approximately two thirds of the average cross-section of the distribution line. In the case of four solar collectors connected in series, it is advantageous if the flow has a cross-section of approximately three quarters

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des durchschnittlichen Querschnitts der Verteilerleitung aufweist. Bei &eegr; hintereinander geschalteten Sonnenkollektoren ist es günstig, wenn der Durchfluß einen Querschnitt von ungefähr (n-1)/n des durchschnittlichen Querschnitts der Verteilerleitung aufweist.of the average cross-section of the distribution line. For solar collectors connected in series, it is advantageous if the flow has a cross-section of approximately (n-1)/n of the average cross-section of the distribution line.

Wie die vorstehenden Betrachtungen zeigen, wird hier der Begriff "Querschnitt des Durchflusses" bevorzugt so verstanden, daß er die Aufteilung der Wasserströmung auf zwei Strömungswege definiert: Zum einen strömt ein Anteil des Wassers durch die Absorberröhre und zum anderen strömt ein Teil des Wassers direkt durch die Vorrichtung zur nächsten Vorrichtung (Kollektor) . Die vorstehend abgehandelten Prozentangaben und die Angaben über Anteile der Strömung betreffen nicht notwendig den Querschnitt des Durchflusses in Quadratmillimeter sondern die Wirkung des Querschnittes auf die Strömungsverteilung.As the above considerations show, the term "cross-section of the flow" is preferably understood here to mean that it defines the division of the water flow into two flow paths: On the one hand, a portion of the water flows through the absorber tube and on the other hand, a portion of the water flows directly through the device to the next device (collector). The percentages and the information on flow proportions discussed above do not necessarily refer to the cross-section of the flow in square millimeters but rather to the effect of the cross-section on the flow distribution.

Es kann vorgesehen sein, daß der Durchfluß fest eingestellt ist. Beispielsweise kann der Durchfluß durch ein in der Verteilerleitung angeordnetes Innenrohr gebildet sein, das mittels einer Dichtung in der Verteilerleitung befestigt ist, so daß der Querschnitt des Innenrohrs den Querschnitt des Durchflusses bestimmt. Es ist auch möglich, den Querschnitt durch Eindrücken des Rohres zwischen dem Abgabebereich 18 und dem Aufnahmebereich 26 zu bestimmen (zu definieren).It can be provided that the flow is fixed. For example, the flow can be formed by an inner pipe arranged in the distribution line, which is fastened in the distribution line by means of a seal, so that the cross section of the inner pipe determines the cross section of the flow. It is also possible to determine (define) the cross section by pressing the pipe between the discharge area 18 and the receiving area 26.

Da der Durchfluß bevorzugt je nachdem variieren sollte, wie viele Sonnenkollektoren hintereinander geschaltet werden, wie oben ausgeführt, ist es vorteilhaft, wenn der Durchfluß variabei ist. Er kann insbesondere vorteilhafterweise mittels eines Ventils zumindest teilweise geöffnet und geschlossen werden, und am besten wird der Querschnitt des Durchflusses mittels des Ventils in Stufen oder stufenlos gesteuert.Since the flow should preferably vary depending on how many solar collectors are connected in series, as explained above, it is advantageous if the flow is variable. It can particularly advantageously be opened and closed at least partially by means of a valve, and the cross-section of the flow is best controlled in stages or continuously by means of the valve.

Als Ventil kann ein von außen betätigbares Ventil vorgesehen sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform reguliert sich das Ventil aufgrund des Flüssigkeitsdrucks in der Durchlaßöffnung selbst. Ein solches Ventil kann beispielsweise federbela-The valve can be a valve that can be operated from the outside. According to a preferred embodiment, the valve regulates itself based on the fluid pressure in the passage opening. Such a valve can, for example, be spring-loaded.

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stet sein, und die Feder gibt je nach Durchstromungsdruck, menge und -geschwindigkeit entsprechend nach. Der optimale Querschnitt des Durchflusses stellt sich dann von Kollektor zu Kollektor selbst ein.be constant and the spring gives way depending on the flow pressure, quantity and speed. The optimal cross-section of the flow then adjusts itself from collector to collector.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung muß nicht in jedem Detail aufgebaut sein wie der in Figur 1 gezeigte Sonnenkollektor des Standes der Technik. Das Absorberelement kann auch aus zwei zueinander parallelen Flächen bestehen, die am Rand und in der Mitte so dichtend verschweißt sind, daß die Einspeiseleitung und die Aufnahmeleitung und zwei miteinander verbundene Kammern gebildet werden, wobei die erste Kammer mit der Einspeiseleitung und die zweite Kammer mit der Aufnahmeleitung verbunden ist.The device according to the invention does not have to be constructed in every detail like the prior art solar collector shown in Figure 1. The absorber element can also consist of two parallel surfaces which are welded together at the edge and in the middle in such a sealing manner that the feed line and the receiving line and two interconnected chambers are formed, the first chamber being connected to the feed line and the second chamber being connected to the receiving line.

Die häufiger gewählte Lösung wird jedoch die sein, bei der wie in Fig. 1 eine Mehrzahl von Rohren mit aufgeschweißtem Blech als Absorberelement dienen. Diese Rohre müssen nicht unbedingt wie bei der Ausführungsform aus Fig. 1 zu einer Umlenkleitung führen, sondern sie können direkt die Einspeiseleitung zur Aufnahmeleitung führen.The most frequently chosen solution, however, will be one in which a plurality of pipes with welded sheet metal serve as absorber elements, as in Fig. 1. These pipes do not necessarily have to lead to a diversion line, as in the embodiment in Fig. 1, but can lead directly from the feed line to the intake line.

Ähnlich wie in Fig. 1 kann aber auch eine erste Anzahl von Rohren von der Einspeiseleitung zu einer Umlenkleitung führen, und eine zweite Anzahl von Rohren von der Umlenkleitung zu der Aufnahmeleitung führen. Nicht immer sind jedoch die erste und die zweite Anzahl identisch. So kann die erste Anzahl eine geringere Anzahl als die zweite sein. In diesem Falle würden die Rohre der ersten Gruppe bevorzugt einen größeren Querschnitt als die Rohre der zweiten Gruppe haben. Beispielsweise kann die erste Anzahl auch gleich eins sein, d. h. die Einspeiseleitung ist nur mit einem einzigen Rohr besonders großen Querschnitts verbunden. Dieses Rohr kann mäanderförmig gewunden sein, um eine möglichst große Fläche zu überdecken und somit möglichst viel Wärme aufzunehmen.Similarly to Fig. 1, a first number of pipes can lead from the feed line to a diversion line, and a second number of pipes can lead from the diversion line to the intake line. However, the first and second numbers are not always identical. For example, the first number can be fewer than the second. In this case, the pipes in the first group would preferably have a larger cross-section than the pipes in the second group. For example, the first number can be one, i.e. the feed line is only connected to a single pipe with a particularly large cross-section. This pipe can be wound in a meandering shape in order to cover as large an area as possible and thus absorb as much heat as possible.

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Es kann auch die zweite Anzahl gleich eins sein, und dieses Rohr der zweiten Gruppe kann ebenfalls mäanderförmig gewunden sein.The second number can also be one, and this pipe of the second group can also be wound in a meandering shape.

Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsformen besser ersichtlich, die nachfolgend unter Bezug auf die schematischen Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:The invention will become more apparent from preferred embodiments described below with reference to the schematic drawings.

Figur 1 einen Sonnenkollektor gemäß dem Stand der Technik, 10Figure 1 shows a solar collector according to the state of the art, 10

Figur 2 zwei hintereinander geschaltete Sonnenkollektoren gemäß dem Stand der Technik,Figure 2 two solar collectors connected in series according to the state of the art,

Figur 3 einen Sonnenkollektor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung undFigure 3 shows a solar collector according to a first embodiment of the invention and

Figur 4 zwei hintereinander geschaltete Sonnenkollektoren gemäß der ersten bevorzugten AusführungsformFigure 4 two solar collectors connected in series according to the first preferred embodiment

Figur 5 zwei hintereinander geschaltete Sonnenkollektoren gemäß einer zweiten und einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,Figure 5 shows two solar collectors connected in series according to a second and a third preferred embodiment of the invention,

Figur 6 einen Sonnenkollektor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,Figure 6 shows a solar collector according to a fourth embodiment of the invention,

Figur 7 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchlasses, undFigure 7 shows an embodiment of the passage according to the invention, and

Figur 8 ein Sonnenkollektorenfeld aus 4 erfindungsgemäßenFigure 8 shows a solar collector field made up of 4 inventive

Sonnenkollektoren mit einem Entleerungs- bzw. Entlüftungsanschluß Solar collectors with a drain or vent connection

Ein erfindungsgemäßer Sonnenkollektor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Figur 3 dargestellt ist, weist im wesentlichen dieselben Bauteile wie der Sonnenkollektor des oben unter Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Standes der Technik auf. Diese Bauteile sind daher auch mit denselbenA solar collector according to the invention according to a first embodiment of the invention, as shown in Figure 3, has essentially the same components as the solar collector of the prior art described above with reference to Figure 1. These components are therefore also provided with the same

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Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 1. Der entscheidende Unterschied besteht darin, daß nicht wie in Figur 1 eine Dichtung 28 vorgesehen ist, sondern ein Ventil 30, das hier geöffnet ist und einen Durchfluß 32 in der Verteilerleitung 12 freiläßt, so daß Flüssigkeit direkt von dem Flüssigkeitsabgabebereich 18 zu dem Flüssigkeitsaufnahmebereich 26 fließen kann, ohne den Umweg über die als Absorberelemente dienenden Rohre und die als Absorberelemente dienenden Rohre 24. Eine Einspeiseleitung, die den in Figur 3 linken Teil der Verteilerleitung 12 mit der Eintrittsöffnung 14 und dem Flüssigkeitsabgabebereich 18 bildet, ist also über den Durchfluß 32 mit einer Aufnahmeleitung verbunden, die den in Figur 3 rechten Teil der Verteilerleitung 12 mit dem Flüssigkeitsaufnahmebereich 26 und der Austrittsöffnung 16 bildet.Reference numerals as in Fig. 1. The crucial difference is that, instead of a seal 28 as in Figure 1, there is a valve 30 which is open here and leaves a flow 32 free in the distributor line 12 so that liquid can flow directly from the liquid discharge area 18 to the liquid receiving area 26 without the detour via the pipes serving as absorber elements and the pipes 24 serving as absorber elements. A feed line which forms the left-hand part of the distributor line 12 in Figure 3 with the inlet opening 14 and the liquid discharge area 18 is therefore connected via the flow 32 to a receiving line which forms the right-hand part of the distributor line 12 in Figure 3 with the liquid receiving area 26 and the outlet opening 16.

Das Ventil 30 ist in Figur 3 so dargestellt, daß es ca. 50 % des Querschnitts der ein Rohr mit konstantem Querschnitt bildenden Verteilerleitung 12 freiläßt. Diese Stellung des Ventils ist für den in Figur 4 dargestellten Fall gedacht, daß zwei Sonnenkollektoren der in Figur 3 gezeigten Art hintereinander geschaltet werden. Dann fließt die Flüssigkeit nämlich zur Hälfte durch die Rohre 20 und 24 und zur Hälfte durch die Durchlässe 32. Die Durchflußgeschwindigkeit durch die Rohre 20 und 24 wird also nicht dadurch erhöht, daß zwei Sonnenkollektoren zu einem Kollektorenfeld verbunden und hintereinander geschaltet werden.The valve 30 is shown in Figure 3 in such a way that it leaves approximately 50% of the cross-section of the distribution line 12, which forms a pipe with a constant cross-section, free. This position of the valve is intended for the case shown in Figure 4, in which two solar collectors of the type shown in Figure 3 are connected in series. In this case, half of the liquid flows through the pipes 20 and 24 and half through the passages 32. The flow rate through the pipes 20 and 24 is therefore not increased by connecting two solar collectors to form a collector field and connecting them in series.

Die erfindungsgemäßen Sonnenkollektoren müssen nicht, wie in Fig. 3 dargestellt, symmetrisch sein. Eine nicht symmetrische zweite Ausführungsform ist in Figur 5 auf der linken Seite gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist anstelle von fünf Rohren 20, die zu der Umlenkleitung 2 2 führen und fünf Rohren 24, die von der Umlenkleitung 22 wegführen vorgesehen, daß der Flüssigkeitsabgabebereich verkürzt wird und daß nur drei Rohre 34 zur Umlenkleitung 22 führen und sieben Rohre 3 6 von dieser weg. Die Trennung zwischen Flüssigkeitsabgabebereich und Flüssigkeitsaufnahmebereich der Verteilerleitung erfolgt also nichtThe solar collectors according to the invention do not have to be symmetrical, as shown in Fig. 3. A non-symmetrical second embodiment is shown on the left-hand side in Fig. 5. In this embodiment, instead of five pipes 20 leading to the diversion line 22 and five pipes 24 leading away from the diversion line 22, the liquid discharge area is shortened and only three pipes 34 lead to the diversion line 22 and seven pipes 36 lead away from it. The separation between the liquid discharge area and the liquid intake area of the distribution line is therefore not

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in der Mitte. Das Ventil 38 befindet sich näher an der Eintrittsöffnung 14 als an der Austrittsöffnung 16.in the middle. The valve 38 is located closer to the inlet opening 14 than to the outlet opening 16.

Man kann sogar soweit gehen, nur ein einziges zur Umlenkleitung 22 führendes Rohr 40 vorzusehen, wie dies als dritte Ausführungsform auf der rechten Seite von Figur 5 dargestellt ist. Gleichzeitig sind in Figur 5 neun von der Umlenkleitung wegführende Rohre 42 vorgesehen. Ein Ventil 44 trennt wieder den Flüssigkeitsabgabebereich, der nur eine Öffnung zu dem Rohr hin hat, von dem Flussigkeitsaufnahmebereich. Um das Ungleichgewicht, das sich aus der unterschiedlichen Zahl der Rohre ergibt, auszugleichen, weist das Rohr 40 einen deutlich größeren Querschnitt auf als die Rohre 42.One can even go so far as to provide only a single pipe 40 leading to the diversion line 22, as shown as the third embodiment on the right-hand side of Figure 5. At the same time, nine pipes 42 leading away from the diversion line are provided in Figure 5. A valve 44 again separates the liquid discharge area, which has only one opening to the pipe, from the liquid intake area. In order to compensate for the imbalance resulting from the different number of pipes, the pipe 40 has a significantly larger cross-section than the pipes 42.

Das einzige zur Umlenkleitung führende Rohr kann, wie entsprechend einer vierten Ausführungsform in Figur 6 gezeigt, auch ein mäanderförmig ausgebildetes Rohr 4 6 sein. Die Mäanderform erhöht die Wirkfläche und damit die aufgenommene Wärme. Es sind hier fünf von der Umlenkleitung wegführende Rohre 50 vorgesehen. Auch in diesem Fall überbrückt ein Ventil 48 den zu dem Rohr 46 führenden Flüssigkeitsabgabebereich und den Flussigkeitsaufnahmebereich der Verteilerleitung 12.The only pipe leading to the diversion line can also be a meander-shaped pipe 46, as shown in a fourth embodiment in Figure 6. The meander shape increases the effective area and thus the heat absorbed. Five pipes 50 leading away from the diversion line are provided here. In this case too, a valve 48 bridges the liquid discharge area leading to the pipe 46 and the liquid intake area of the distribution line 12.

Gemäß einer nicht gezeigten weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, daß nur ein einziges von der Umlenkleitung wegführendes Rohr vorgesehen ist, das dann ebenfalls mäanderförmig gewunden sein kann.According to a further embodiment not shown, it is also possible that only a single pipe leading away from the diversion line is provided, which can then also be wound in a meandering manner.

Bisher wurde davon ausgegangen, daß in der Verteilerleitung erfindungsgemäß ein Ventil vorgesehen ist. Dieses Ventil kann vorteilhaft stufenlos geöffnet und geschlossen werden, so daß nicht verschiedene Sonnenkollektoren gebaut werden müssen, je nachdem ob der Sonnenkollektor alleine oder in Hintereinanderschaltung mit einem, zweien oder mehreren Sonnenkollektoren verwendet werden soll. Das Ventil kann dann je nach Bedarf entsprechend verstellt werden, so daß der Durchfluß für die vorgesehene Verwendung optimal eingestellt ist. Das VentilUp to now, it has been assumed that a valve is provided in the distribution line according to the invention. This valve can advantageously be opened and closed continuously, so that different solar collectors do not have to be built, depending on whether the solar collector is to be used alone or in series with one, two or more solar collectors. The valve can then be adjusted accordingly as required, so that the flow is optimally adjusted for the intended use. The valve

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ermöglicht vorteilhaft nicht nur ein Fließen der Flüssigkeit in eine Richtung, sondern auch in die Rückrichtung.Advantageously, it allows the liquid to flow not only in one direction, but also in the opposite direction.

Einfacher als ein Ventil läßt sich jedoch ein Durchfluß bilden, wie ihn Fig. 7 zeigt, bei dem in der als Rohr gestalteten Verteilerleitung 12 ein Innenrohr 52 vorgesehen ist, das mittels einer Dichtung 54 in dem Rohr angeordnet ist. Der Querschnitt des Innenrohrs 5 2 bestimmt dann den Querschnitt des Durchflusses. Das Innenrohr 52 kann sehr kurz sein, wie in Figur 7 gezeigt, kann sich jedoch auch über die gesamte Länge der Verteilerleitung 12 erstrecken. Diese Ausführungsform ist gegenüber der Ausführungsform mit einem Ventil einfacher, dafür ist der Querschnitt des Durchflusses festgelegt, und damit auch vorherbestimmt, wieviele Sonnenkollektoren mit so gestaltetem Durchfluß hintereinander angeordnet werden sollten, damit sich ein optimales Durchflußverhalten der Flüssigkeit ergibt.However, a flow can be formed more easily than a valve, as shown in Fig. 7, in which an inner pipe 52 is provided in the distributor line 12 designed as a pipe, which is arranged in the pipe by means of a seal 54. The cross section of the inner pipe 52 then determines the cross section of the flow. The inner pipe 52 can be very short, as shown in Figure 7, but can also extend over the entire length of the distributor line 12. This embodiment is simpler than the embodiment with a valve, but the cross section of the flow is fixed, and thus it is also predetermined how many solar collectors with this type of flow should be arranged one behind the other to achieve optimal flow behavior of the liquid.

In den in Figur 1 bis 6 gezeigten Ausführungsformen war die Verteilerleitung 12 immer oben angeordnet und die Umlenkleitung 2 2 immer unten angeordnet. Dies ist keine notwendige Eigenschaft der Erfindung, die obere und untere Leitungen könnten auch vertauscht sein. Beide Leitungen könnten auch oben angeordnet sein. In diesem Fall müssen die Rohre einen Bogen machen, also eine U-Form aufweisen. Die Verteilerleitung und die Umlenkleitung könnten außerdem auch seitlich angeordnet sein.In the embodiments shown in Figures 1 to 6, the distribution line 12 was always arranged at the top and the diversion line 2 2 was always arranged at the bottom. This is not a necessary feature of the invention; the upper and lower lines could also be swapped. Both lines could also be arranged at the top. In this case, the pipes must make a curve, i.e. have a U-shape. The distribution line and the diversion line could also be arranged at the side.

In Figur 8 ist ein Sonnenkollektorenfeld aus vier erfindungsgemäßen Sonnenkollektoren dargestellt. Wie oben bereits erwähnt sind dann die in den Verteilerleitungen 12 befindlichen Ventile so weit geöffnet, daß sich ein Durchfluß mit einem Querschnitt von etwa 3/4 des Rohrquerschnitts der Verteilerleitung 12 ergibt. In diesem Falle fließt durch die Rohre 20 und 24 der Sonnenkollektoren jeweils genauso viel Flüssigkeit wie bei einem einzelnen Sonnenkollektor des Stands der Technik gemäß Figur 1.Figure 8 shows a solar collector field made up of four solar collectors according to the invention. As already mentioned above, the valves in the distribution lines 12 are then opened so wide that a flow with a cross section of approximately 3/4 of the pipe cross section of the distribution line 12 results. In this case, the same amount of liquid flows through the pipes 20 and 24 of the solar collectors as in a single solar collector of the prior art according to Figure 1.

In Figur 8 gezeigt sind jeweils zwei Sonnenkollektoren übereinander. Zur optimalen Führung der Verteilerleitungen 12 sind dieIn Figure 8 two solar collectors are shown one above the other. For optimal routing of the distribution lines 12, the

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Müller, FriedricliMüller, Friedrich

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oberen Kollektoren um 180° gedreht. Die hier gezeigten Sonnenkollektoren weisen als Besonderheit Anschlüsse 58 auf. In diesen befindet sich ein Schraubventil. Wird dieses geöffnet, dienen bei den unteren Sonnenkollektoren die Anschlüsse 58 als Flüssigkeitsentleerungsanschluß. Die Anschlüsse 58 der oberen Sonnenkollektoren dienen hingegen als Entlüftungsanschluß.upper collectors rotated by 180°. The solar collectors shown here have a special feature: connections 58. These contain a screw valve. If this is opened, connections 58 on the lower solar collectors serve as liquid drain connections. The connections 58 on the upper solar collectors, on the other hand, serve as vent connections.

In den Figuren 1 bis 6 und 8 hatte die Verteilerleitung 12 immer einen konstanten Querschnitt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Verteilerleitung an der Stelle des Ventils etwas aufgeweitet ist, an dieser Stelle also einen höheren Rohrquerschnitt hat. Werden bei verschiedenen Sonnenkollektoren Verteilerleitungen mit verschiedenem Querschnitt verwendet, so kann dann immer dasselbe Ventil verwendet werden, wenn die Verteilerleitungen an der Stelle des Ventils immer auf denselben Querschnitt aufgeweitet werden.In Figures 1 to 6 and 8, the distribution line 12 always had a constant cross-section. However, it can also be provided that the distribution line is slightly widened at the location of the valve, i.e. has a larger pipe cross-section at this point. If distribution lines with different cross-sections are used for different solar collectors, the same valve can always be used if the distribution lines are always widened to the same cross-section at the location of the valve.

Die Erfindung kann auch bei einem sog. Vollflächenabsorber eingesetzt werden. Diese Konstruktion besteht aus zwei miteinander in regelmäßigen Abständen verschweißten Flächen. An den Rändern sind die beiden Bleche miteinander dichtend verschweißt, wobei eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung vorgesehen sind. Unten und oben wird der Absorber etwas aufgeweitet, und dieser aufgeweitete Bereich entspricht der Verteilerleitung 12 bzw. der Umlenkleitung 2 2 der oben beschriebenen Ausführungsformen. Bei diesem Vollflächenabsorber ist es ebenfalls möglich, eine Teilung in zwei Hälften zu erreichen, indem eine dichte Verschweißung in der Mitte senkrecht verlaufend vorgesehen wird, so daß zwei Kammern abgeteilt werden, von denen eine Kammer als Eingangsabsorberelement und die andere als Ausgangsabsorberelement dient. Auch hier kann die Durchströmung optimiert werden, indem in dem aufgeweiteten Bereich, der die Rolle der Verteilerleitung 12 ausübt, ein Ventil vorgesehen wird, über das gesteuert werden kann, wieviel Flüssigkeit durch die beiden Kammern und wieviel Flüssigkeit direkt von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung fließt.The invention can also be used in a so-called full-surface absorber. This construction consists of two surfaces welded together at regular intervals. The two sheets are welded together at the edges to form a seal, with an inlet opening and an outlet opening being provided. The absorber is slightly widened at the bottom and top, and this widened area corresponds to the distribution line 12 or the diversion line 2 2 of the embodiments described above. With this full-surface absorber, it is also possible to divide it into two halves by providing a tight weld in the middle running vertically, so that two chambers are divided, one of which serves as an inlet absorber element and the other as an outlet absorber element. Here too, the flow can be optimized by providing a valve in the widened area, which performs the role of the distribution line 12, which can be used to control how much liquid flows through the two chambers and how much liquid flows directly from the inlet opening to the outlet opening.

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Müller, FriedrichMüller, Friedrich

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Die Erfindung kann anstelle als Sonnenkollektor auch als System zum Kühlen eines fluiden Mediums z.B. von Dämpfen eingesetzt werden. Der Aufbau unterscheidet sich in diesem Fall nicht wesentlich von den oben beschriebenen Ausführungsformen. Die Absorberelemente fungieren jedoch dann als Radiatorelemente zur Abstrahlung von Wärme.Instead of being used as a solar collector, the invention can also be used as a system for cooling a fluid medium, e.g. vapors. In this case, the structure does not differ significantly from the embodiments described above. However, the absorber elements then function as radiator elements for radiating heat.

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Claims

1. Device for heating or cooling a fluid medium, in particular a solar collector, with

a) at least one absorber/radiator element ( 20 , 24 ),

b) a feed line ( 14 , 18 ) for feeding the fluid medium into the at least one absorber/radiator element ( 20 , 24 ) and

c) a receiving line ( 26 , 16 ) arranged downstream of the at least one absorber/radiator element ( 20 , 24 ) for receiving the fluid medium passed through the at least one absorber/radiator element,

characterized in that
between the feed line ( 14 , 18 ) and the receiving line ( 26 , 16 ) there is a flow with a cross-section such that a certain proportion of the fluid medium is conducted directly from the feed line ( 14 , 18 ) to the receiving line ( 14 , 18 ) without the detour via the absorber/radiator element ( 20 , 24 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the flow has a cross section of at least 10%, preferably of at least 20%, more preferably of at least 30%, more preferably of at least 40% of the average cross section of the feed line ( 14 , 18 ) and/or the receiving line ( 26 , 16 ).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the flow ( 32 ) has a cross-section of approximately 50% of the average cross-section of the feed line ( 14 , 18 ) and/or the receiving line ( 26 , 16 ) ( 12 ).

4. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the flow has a cross-section of approximately 66.7% of the average cross-section of the feed line ( 14 , 18 ) and/or the receiving line ( 26 , 16 ) ( 12 ).

5. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the flow has a cross-section of approximately 75% of the average cross-section of the feed line ( 14 , 18 ) and/or the receiving line ( 26 , 16 ) ( 12 ).

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the feed line ( 14 , 18 ) and/or the receiving line ( 26 , 16 ) are a continuous pipe ( 12 ) with a substantially constant pipe cross-section.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a valve ( 30 ) is arranged in the region of the flow ( 32 ).

8. Device according to claim 7, characterized in that the cross-section of the flow ( 32 ) can be controlled in stages or continuously by means of the valve ( 30 ).

9. Device according to claim 7 or 8, characterized in that the valve is designed to be controlled by the pressure of the liquid.

10. Device according to one of the preceding claims 6, characterized in that the flow is formed by an inner tube ( 52 ) arranged in the continuous tube ( 12 ) and surrounded by a seal ( 54 ).

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of tubes ( 20 , 24 ) with welded sheet metal serve as absorber/radiator elements.

12. Device according to claim 11, characterized in that the pipes lead directly from the feed line ( 14 , 18 ) to the receiving line ( 16 , 26 ).

13. Device according to claim 11, characterized in that a first number of pipes ( 20 ) lead from the feed line ( 14 , 18 ) to a diversion line ( 22 ), and that a second number of pipes ( 24 ) lead from the diversion line ( 22 ) to the receiving line ( 26 , 16 ).

14. Device according to claim 13, characterized in that the first and second numbers are identical.

15. Device according to claim 13, characterized in that one number is a smaller number than the second number, the absorber/radiator elements ( 34 , 40 ) of the first number having a larger cross-section than the absorber/radiator elements ( 36 , 42 ) of the second number.

16. Device according to claim 13 or 15, characterized in that said number is equal to one.

17. Device according to claim 16, characterized in that the tube ( 46 ) of the first number is wound in a meandering manner.

18. Device according to one of claims 13 to 17, characterized in that the second number is equal to one.

19. Device according to claim 18, characterized in that the tube which serves as absorber/radiator element is wound in a meandering manner.

20. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the absorber/radiator element consists of two surfaces which are connected to one another in a sealing manner at the edge and in the middle so that the feed line and the receiving line and two interconnected chambers are formed, the first chamber being connected to the liquid discharge region of the distribution line and the second chamber being connected to the liquid receiving region of the distribution line.

21. An arrangement comprising a plurality of devices connected in series according to one of claims 1 to 20, in which the receiving line of a preceding device is connected to the feed line of a subsequent device.

22. An arrangement according to claim 21, wherein n devices are arranged in series and the flow in each device has a cross-section of approximately n/n - 1 of the average cross-section of the associated feed line and/or the associated receiving line.