DE19646001C2 - Solarabsorber mit Wellrohr-Anschlüssen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Solarabsorber mit einem Gehäuse, einer darin angeordneten Absorberplatte, sowie mit der Absor­ berplatte wärmeleitend verbundenen Absorberrohren, die zu aus dem Gehäuse seitlich herausragenden Sammelrohren führen, um eine Flüssigkeit durch den Solarabsorber zu zirkulieren.

Sonnenkollektoranlagen dienen insbesondere der Aufheizung von Nutz- und Brauchwasser. Sie werden in der Regel auf einem Dach oder einer anderen der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Stelle positioniert, und eine sogenannte Wärmeträgerflüssigkeit trans­ portiert die durch Absorption gewonnene Wärme von der Sonnen­ kollektoranlage üblicherweise zu einem Wärmetauscher, der das Brauch- oder Nutzwasser erwärmt.

Eine Sonnenkollektoranlage besteht meistens aus mehreren Solar­ absorbern der eingangs genannten Art. Jeder Solarabsorber ist dabei durch ein Gehäuse begrenzt, in dem die Absorberplatte, die Absorberrohre und die Sammelrohre angeordnet sind. Übli­ cherweise müssen mehrere Solarabsorber nebeneinander angeordnet werden, und die Wärmeträgerflüssigkeit strömt parallel durch die Absorberrohre aller Solarabsorber, die parallel geschaltet sind. Sind die Solarabsorber nebeneinander auf zum Beispiel einem Schrägdach angeordnet, so verläuft durch die oberen Abschnitte der Gehäuse eine gemeinsame Sammelleitung für die erwärmte Wärmeträgerflüssigkeit, die durch Verbindung der oberen Sammelrohre der einzelnen Solarabsorber entsteht, und durch die unteren Abschnitte der Gehäuse verläuft entsprechend eine Zuführ- oder Verteilerleitung für die Wärmeträgerflüssig­ keit, die durch Verbindung der unteren Sammelrohre der einzel­ nen Solarabsorber entsteht. Die Sammelrohre ragen dabei aus dem Gehäuse des zugehörigen Solarabsorbers heraus, um eine einfache Verbindung je zweier aneinanderstoßender Sammelrohre zu ermög­ lichen. Üblicherweise bestehen die genannten Sammelrohre, die im Gehäuse des Absorbers unten bzw. oben verlaufen, aus einem durchgehenden Metallrohr, das mit beiden Enden aus dem Gehäuse des Solarabsorbers herausgeführt ist. Gattungsgemäße Solarab­ sorber dieser Bauart sind beispielsweise in der DE 44 31 909 A1 erwähnt.

Die Verbindung der Sammelrohre nebeneinander angeordneter Solarabsorber birgt jedoch Probleme, denn jede dieser Verbin­ dungen muß dem Umstand Rechnung tragen, daß es je nach der Sonneneinstrahlung zu unterschiedlichen Wärmedehnungen kommen kann. Auch können Unebenheiten am Dach zu technischen Problemen bei der Montage mehrerer Solarabsorber und der Verbindung ihrer Sammelrohre sowie beim Anschluß der Sammelrohre von End-Absorbern zum Wärmetauscher führen.

Der Stand der Technik kennt unterschiedliche Möglichkeiten, ein aus dem Gehäuse herausgeführtes Sammelrohr mit dem Sammelrohr eines benachbarten Solarabsorbers zu verbinden. So gibt es zum Beispiel auf das Rohr aufgelötete Verschraubungsanschlüsse. Auch kennt der Stand der Technik glatte Rohrenden zum Aufschie­ ben einer Klemmringverschraubung. Eine weitere Lösung dieses Problems gemäß dem Stand der Technik sieht vor, daß das Rohr­ ende mit einer Schlauchtülle versehen ist, um einen Schlauch anschließen zu können. Eine weitere Lösung dieses Problems gemäß dem Stand der Technik sieht vor, daß das Rohrende (eines aus dem Gehäuse herausgeführten Sammelrohres) umgebördelt ist, wobei eine Verschraubung und Dichtmittel die Verbindung zu einem benachbarten Sammelrohr bzw. den Anschluß an eine Zu- bzw. Ableitung herstellen. Weiterhin kennt der Stand der Tech­ nik sogenannte Dehnungskompensatoren in der Verbindung zwischen zwei benachbarten Solarabsorbern, die direkt an die sich gegen­ überliegenden Sammelrohrenden angelötet oder auf sie aufge­ schraubt sind.

Der Stand der Technik ist verbesserungswürdig, da er noch mit technischen Problemen behaftet ist. Werden nämlich beim Stand der Technik die Kollektoren untereinander mit einem Schlauch, einer Klemmringverschraubung oder auch mit einem Dehnungskom­ pensator verbunden, so muß bei der Demontage auch nur eines Solarabsorbers (Kollektors) aus der Mitte eines Absorberfeldes das gesamte Absorberfeld so weit auseinandergerückt werden, daß die Verbindungsteile (Schlauchanschluß, Dehnungskompensator- Anschluß etc.) vom Sammelrohrende abgezogen werden können, wofür ein gewisses Spiel erforderlich ist. Eine andere Möglich­ keit besteht darin, die einzelnen Kollektoren so weit auseinan­ der zu montieren, daß das Entfernen eines einzelnen Kollektors ohne Verschieben der übrigen Kollektoren möglich wird. Jedoch beansprucht diese Alternative viel Platz und ist überdies aufgrund der großen Zwischenräume optisch unbefriedigend.

Bei den genannten Klemmringverschraubungen und der Verschrau­ bung mit umgebördelten Rohrenden besteht weiterhin das Problem der mangelnden Längenkompensation bei Wärmedehnung, wodurch Dichtigkeitsprobleme entstehen können. Auch ist die Montage schwierig und somit aufwendig, wenn am Dach Unebenheiten vor­ handen sind und die Sammelrohranschlüsse nicht exakt miteinan­ der fluchten.

Bei Anschlüssen gemäß dem Stand der Technik mit einer Ver­ schraubung besteht weiterhin das Problem, daß die Verschraubung wesentlich dicker ist als das Rohr selbst und deshalb nur sehr schwierig durch die Dichtungsmanschette geschoben werden kann, die die Abdichtung des Kollektorgehäuses gegenüber der Sammel­ rohrdurchführung gewährleisten soll.

Aus der bereits erwähnten DE 44 31 909 A1 ist neben der oben erläuterten Bauart eines Solarabsorbers auch eine andere Solarabsorberbauart bekannt, bei der die Verteiler- und Sammel­ leitungen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Ein­ fachheit halber nur als Sammelleitungen bezeichnet werden, vollständig außerhalb des Solarabsorbergehäuses verlaufen. Gemäß der DE 44 31 909 A1 sind spezielle Modulträger vorhanden, in denen die Sammelleitungen wärmegedämmt verlaufen. Die Modul­ träger sind unterhalb der Gehäuse der Solarabsorber angeordnet. Die Fluidverbindung zwischen den Sammelleitungen und den ein­ zelnen Solarabsorbern geschieht mittels flexibler Schläuche, die durch den Boden des Solarabsorbergehäuses nach außen ragen und die mit der entsprechenden Sammelleitung verbunden werden.

Aus der US 3 916 871 ist eine Solarkollektoranlage bekannt, bei der die einzelnen Solarabsorber Rohrstutzen aufweisen, die seitlich aus dem Solarabsorbergehäuse herausstehen. Die Verbin­ dung der Rohrstutzen zweier benachbarter Solarabsorber ge­ schieht mittels eines Wellrohrstückes, das auf die beiden Enden der sich gegenüberliegenden Rohrstutzen aufgeschoben und mit diesen verlötet wird, so daß es den Zwischenraum zwischen den beiden Rohrstutzenenden abdichtend überbrückt. Diese Verbin­ dungsstelle wird von einem weiteren, jedoch durchmessergrößeren Wellrohrstück konzentrisch umgeben, dessen beide Enden dicht mit den beiden Gehäusen der aneinandergrenzenden Solarabsorber verbunden sind. Auf diese Weise sind schlußendlich die Innen­ räume aller Solarabsorbergehäuse fluidleitend miteinander verbunden und können gemeinsam evakuiert werden.

Aus der US 4 100 914 ist ein Solarenergiekollektor bekannt, bei dem aufzuheizende Luft durch metallene Wellrohrschläuche rela­ tiv großen Durchmessers geleitet wird. Mehrere dieser Wellrohr­ schläuche sind parallel zueinander in einem transparenten Gehäuse angeordnet, in dem sich auch ein Spiegel befindet, der eingestrahltes Sonnenlicht auf die nicht direkt bestrahlte Rückseite der Wellschläuche reflektiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarabsorber so auszubilden, daß eine einfache Montage eines Absorberfeldes und insbesondere die einfache Demontage eines einzigen Absor­ bers aus einem Absorberfeld ermöglicht ist, wobei mit geringem Herstellungs- und Montageaufwand eine sichere Abdichtung der Flüssigkeitsströmung und auch der Kollektorgehäuse gewährlei­ stet sein soll. Des weiteren soll die Montage der Absorberplat­ te mit den darauf befindlichen Absorberrohren in das und aus dem Solarabsorbergehäuse vereinfacht sein.

Ausgehend von einem gattungsgemäßen Solarabsorber ist diese Aufgabe durch einen Solarabsorber gelöst, der die im Anspruch 1 angebenen Merkmale aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Ausge­ staltung sind zumindest entweder alle auf einer Seite aus dem Gehäuse des Solarabsorbers herausragenden Enden der Sammelrohre oder zwei auf verschiedenen Seiten aus dem Gehäuse herausragen­ de und sich diagonal gegenüberliegende Enden der Sammelrohre als flexible Wellrohre ausgebildet und fest mit dem zugehörigen Sammelrohr verbunden. Die Verbindung zwischen dem wellrohr­ förmig ausgeführten Ende eines Sammelrohres und dem Ende eines angrenzenden Sammelrohres braucht demnach nur gelöst zu werden, und der wellrohrförmige Endabschnitt kann dann ohne weiteres genügend weit zusammengedrückt werden, um einen einzelnen Kollektor aus einem Kollektorfeld herauszunehmen. Die erfin­ dungsgemäße Ausgestaltung gleicht darüber hinaus nicht genau fluchtende Sammelrohrenden problemlos aus.

Des weiteren beginnt erfindungsgemäß der wellrohrförmige Endab­ schnitt nicht erst außerhalb, sondern bereits innerhalb des Gehäuses des Solarabsorbers. Auf diese Weise kann der aus dem Gehäuse herausragende Teil des Sammelrohres sehr kurz gehalten werden, und es wird dennoch eine ausreichend große, längenela­ stische und auch flexible Wellrohrstrecke bereitgestellt. Die Montage der Absorberplatte und der damit wärmeleitend verbunde­ nen Absorberrohre in das Gehäuse des Solarabsorbers ist dadurch erheblich vereinfacht, da sich durch Komprimieren und ggfs. Biegen der wellrohrförmig ausgestalteten Endabschnitte der Sammelrohre die vormontierte Absorberplatte leicht in das Gehäuse einfügen läßt. Nach dem Einfügen der Absorberplatte in das Gehäuse und dem anschließenden Durchführen der Sammelrohr­ enden durch die entsprechenden Gehäuseaussparungen läßt man die wellrohrförmig ausgebildeten Endabschnitte einfach wieder expandieren. Es ist nicht mehr notwendig, eine Seitenwand des Gehäuses zunächst wegzulassen und erst nach dem Einbringen der Absorberplatte hinzuzufügen, wie dies bisher der Fall war. Weiterhin kann aufgrund dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung eine defekte Absorberplatte ausgetauscht werden, ohne daß - wie bisher üblich - der gesamte Solarabsorber ausgebaut und ausge­ tauscht werden muß.

Besonders bevorzugt sind die flexiblen Wellrohrenden der Sammelrohre quasi einstückig mit dem zugehörigen Sammelrohr verbunden. Quasi einstückig soll hier bedeuten, daß das Sammel­ rohr mit dem Wellrohr zwar nicht einstückig produziert wird, daß aber durch die Art der gewählten Verbindung nach dem Ver­ binden ein Teil erhalten wird, das sich im wesentlichen wie ein einstückig produziertes Teil verhält. Eine solche Verbindung wird vorteilhaft durch Verlöten, Verschweißen oder auch durch Verkleben erzielt. Die Quasi-Einstückigkeit hat mehrere Vortei­ le: Zum einen wird eine hervorragende Dichtigkeit erzielt, zum anderen wird der freie Rohrquerschnitt nicht oder wenigstens nicht störend reduziert. Die Strömung innerhalb des Sammel­ rohres und des damit verbundenen Wellrohres erfolgt praktisch störungsfrei und damit verlustarm durch einen nahezu gleich­ bleibenden Innendurchmesser.

Vorteilhaft ist jedes Wellrohr aus Metall hergestellt, es kann jedoch auch aus einem insbesondere UV-resistenten und ausrei­ chend flexiblen Kunststoff oder aus Gummi bestehen.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die außerhalb des Gehäuses gelegenen Enden der Wellrohre mit jeweils einer Verschraubung und Dichtmitteln versehen sind. Auf diese Weise ist die Verschraubung unverlierbar am Ende des Wellrohrabschnitts gehalten und die zu verbindenden Enden zweier Sammelrohre können einfach und dicht miteinander verbun­ den werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein aus zwei Solarabsorbern bestehendes Absorberfeld,

Fig. 2 eine Stirnansicht eines Solarabsorbers,

Fig. 3 das Ende eines Wellrohres, das mit einem Sammelrohr des Solarabsorbers verbunden ist,

Fig. 4 einen Schnitt durch das Ende eines Wellrohres, und

Fig. 5 ein abgewandeltes Ende eines Wellrohres.

Gemäß Fig. 1 sind zwei Solarabsorber 10, 10a nebeneinander schematisch dargestellt. Die Solarabsorber 10, 10a sind noch nicht fest miteinander zur Erzeugung eines Kreislaufes der Wärmeträgerflüssigkeit verbunden.

Jeder Absorber weist eine sogenannte Absorberplatte 12, 12a auf, die dazu dient, eingestrahlte Sonnenenergie zu absorbie­ ren. Gut wärmeleitend verbunden mit den Absorberplatten 12, 12a sind sogenannte Absorberrohre 14, 14a, durch die die Flüssigkeit von einem unteren Sammelrohr 16' bzw. 16a' zu ei­ nem oberen Sammelrohr 16 bzw. 16a strömt. Die Sammelrohre 16, 16', 16a, 16a' sind üblicherweise aus einem Metall, können aber auch aus Kunststoff bestehen. Die Erfindung betrifft die Führung der Flüssigkeit von den Sammelrohren aus dem Gehäuse 18 der Absorber heraus und auch in die Sammelrohre hinein.

Hierzu sind Wellrohre (Federbälge) 20, 20', 24, 24', 20a, 20a', 24a, 24a' vorgesehen. Die Wellrohre sind flexibel und längenelastisch und können somit nicht nur Wärmedehnungen und -kontraktionen aufnehmen, sondern auch Unebenheiten am Dach bei der Montage ausgleichen und ermöglichen auch ein einfa­ ches Demontieren eines einzelnen Absorbers aus einem größeren Absorberfeld, ohne daß die anderen Absorber verschoben werden müssen.

Die flexiblen Metall-Wellrohre 20, 20' etc. führen aus dem Inneren des Gehäuses 18 heraus, d. h. sie reichen von außen durch die Gehäusewandung hindurch bis zum hier ebenfalls me­ tallischen Sammelrohr 16, 16'.

Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht des Solarabsorbers 10 in Rich­ tung des Pfeiles P von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt Einzelheiten des beispielhaft dargestellten Wellrohres 20, das mit dem Sammelrohr 16 im Absorber 10 ver­ bunden ist, und zwar so, wie in Fig. 1 dargestellt ist, näm­ lich derart, daß das Wellrohr 20 beidseits der Wandung des Gehäuses 18 verläuft. Im Gehäuseinneren ist das Wellrohr 20 zum Beispiel auf das metallische Sammelrohr 16 aufgelötet, aufgeschweißt oder aufgeklebt. Außenseitig des Gehäuses 18 ist auf dem Wellrohr 20 eine Überwurfmutter 22 angeordnet. Die Fig. 1 zeigt weitere Überwurfmuttern dieser Art mit den Bezugszeichen 22', 22a, 22a'. Fig. 1 zeigt auch die Ver­ schraubungs-Gegenstücke zu den Überwurfmuttern, also mit Außengewinde versehene Schraubteile 26, 26', 24a, 24a', die mit den Überwurfmuttern verschraubt werden.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch das Wellrohrende entspre­ chend Fig. 3. Ein Dichtungsring 30 liegt stirnseitig am auf­ gebördelten Ende des Wellrohres 20 an und ein Sprengring aus zwei Sprengringhälften 32a, 32b hält die Überwurfmutter 22 auf dem Wellrohr 20, damit das Innengewinde 22i der Überwurf­ mutter 22 auf ein entsprechendes Außengewinde (nicht gezeigt) des Verschraubungs-Gegenstückes (entsprechend Bezugszeichen 26, 26', 24a, 24a') aufgeschraubt werden kann.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles mit einer besonderen Dichtung 34, die einen sich axial erstreckenden Ring 36 aufweist, der über die beiden Sprengringhälften 32a, 32b greift, um diese im Zusam­ menwirken mit der übergreifenden Überwurfmutter 22 in einem Wellental des Wellrohres 20 zu sichern. Die Dichtung 34 ist zentrisch offen, wie sich versteht.

In Abwandlung des vorstehend beschriebenen bevorzugten Aus­ führungsbeispieles kann das Wellrohr 20 auch außerhalb des Absorbergehäuses 18 am Sammelrohr 16 ansetzen, jedoch ist der beschriebene Übergang im Inneren des Gehäuses vorzuziehen, damit das aus dem Gehäuse herausstehende Wellrohrende mög­ lichst klein gehalten werden kann und dennoch eine möglichst große Wellrohrlänge zur Verfügung steht, um die Flexibilität zu erhöhen und um den Absorber durch Stauchen und/oder Ver­ biegen und anschließendes Strecken des bzw. der Wellrohrenden in das Kollektorgehäuse ein- bzw. auszubauen.

In Abwandlung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbei­ spieles kann das Wellrohrende auch mit einer aufgelöteten, aufgeschweißten oder aufgeklebten Verschraubung versehen sein, jedoch bedingt eine solche Lösung eine relativ große Dichtungsmanschette (Durchführung) im Absorbergehäuse.

In Abwandlung des oben beschriebenen Ausführungsbeispieles müssen auch nicht alle Zu- bzw. Ableitungen des Absorbers mit einem flexiblen Wellrohr ausgerüstet sein. Um die genannten Ziele weitgehend zu erreichen, genügen auch schon zwei Well­ rohre auf einer Seite des Absorbers (z. B. die Wellrohre 20, 20').

Auch wäre es möglich, die Wellrohre diagonal an nur zwei Stellen des Absorbers anzuordnen (also zum Beispiel die Well­ rohre 20 und 24'), während die übrigen Verbindungen zu den Sammelrohren 16, 16' etc. in herkömmlicher Weise gestaltet sein können.

In Abwandlung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbei­ spieles können die Sammelrohre 16, 16' oder auch das flexible Wellrohr aus Kunststoff oder Gummi bestehen.

Claims (4)

1. Solarabsorber (10) mit einem Gehäuse (18), einer darin angeordneten Absorberplatte (12), sowie mit der Absorberplatte (12) wärmeleitend verbundenen Absorberrohren (14), die zu aus dem Gehäuse (18) seitlich herausragenden Sammelrohren (16, 16') führen, um eine Flüssigkeit durch den Solarabsorber (10) zu zirkulieren, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest entweder alle auf einer Seite aus dem Gehäuse (18) herausragenden Enden der Sammelrohre (16, 16') oder zwei auf verschiedenen Seiten aus dem Gehäuse (18) herausragende und sich diagonal gegenüberliegende Enden der Sammelrohre (16, 16') einen als flexibles Wellrohr (20, 20', 24, 24') ausgebildeten Endabschnitt aufweisen, der bereits innerhalb des Gehäuses (18) des Solarabsorbers (10) beginnt und der fest mit dem zugehöri­ gen Sammelrohr (16, 16') verbunden ist.

2. Solarabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes flexible Wellrohr (20, 20', 24, 24') quasi einstückig mit dem zugehörigen Sammelrohr (16, 16') verbunden ist, insbesondere durch Verlöten, Verschweißen oder Verkleben.

3. Solarabsorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Wellrohr (20, 20', 24, 24') aus Metall besteht.

4. Solarabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die außerhalb des Gehäuses gele­ genen Enden der Wellrohre (20, 20', 24, 24') mit jeweils einer Verschraubung (22, 26, 22', 26') und Dichtmitteln (30; 34) versehen sind.