DE2813411A1

DE2813411A1 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2813411A1
Application number: DE19782813411
Authority: DE
Inventors: Johan Cecil De Grijs
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-04-07
Filing date: 1978-03-29
Publication date: 1978-10-12
Also published as: JPS53126531A; US4194493A; NL7703837A; AU3474878A; IT1093572B; IT7821985A0; AU518090B2; FR2386787A1; GB1573468A; SE7803748L; CA1096726A; JPS5550253B2; FR2386787B1

Description

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"Sonnenkollektor"

Die Erfindung bezieht sicli auf einen Sonnenkollektor, der mindestens einen mit mindestens einem Kanal versehenen Wärmeaustauscher enthält, mit dessen Hilfe im Betrieb aus einfallender Sonnenstrahlung erhaltene Wärme auf ein durch ein Kanal geleitetes mit einem Gas verunreinigtes flüssiges Wärmetransportmedium übertragen wird, wobei der Sonnenkollektor im Betrieb unter einem Winkel zur Waagerechten angeordnet ist und einen oberen Kanalteil aufweist, der einen Sammelbehälter für aus dem Wärmetransportmediuin ausgelöstes Gas bildet.

Sonnenkollektoren sind in vielerlei Ausführungen (Flachplatte, Rohrform, zusammengesetzte Moduln usf.) bekannt und werden hätifig auf der Schrägfläche des

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Daches eines Gebäudes, vie einer Wohnung, in einer zur Dachfläche parallelen Ebene montiert (siehe z.B. die USA-Patentschriften 3.859.98O, 3-937-208, 3.952.72*1, 3.960.136, 3.965.972, 3.97*1.822, 3.98O.O71). Wegen der schrägen Lage des Sonnenkollektors ergibt sich bei Anwendung einer Flüssigkeit als Wärmetransportmediutn häufig das Problem, dass sich in der Flüssigkeit gelöstes oder in Form von Blasen vorhandenes Gas im oberen Teil des Kollektors sammelt, wodurch der Durchfluss von Flüssigkeit gehemmt wird und sogar völlig blockiert werden kann. Dies ist insbesondere bei Anwendung von "Wasser der Fall, in dem sich immer schon etwas Luft befindet. Die Luft hemmt nicht nur einen guten Durchfluss des Wassers, sondern kann auch Karrosion der Wände der Ströniungskanäle herbeifuhren.

Das Problem der Gasanhäufung kann dadurch gelöst werden, dass ein Entlüftungsventil in dem höchsten Punkt des Sonnenkollektors angebracht wird. Dieses Ventil müsste dann nicht ein von Hand betätigtes, ■20 sondern ein automatisches Entlüftungsventil sein, weil eine Kontrolle der Luftblasenbildung in dem Sonnenkollektor nichtmöglich ist« Die Luftblasenbildung macht sich ja erst bemerkbar, wenn der Durchfluss des Wassers durch den Kollektor stockt.

. Der Montage eines automatischen Entlüfters ,auf dem Dach einer Wohnung haften aber vielerlei Nachteile an. Dei¹. Entlüfter kann unter dem Einfluss der Wetterbedingungen leicht korridieren, ist beim Auftreten von

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Schwierigkeiten, z.B. einer Verstopfung, schwer zugänglich, ausbesserbar oder ersetzbar und ist auch aus ästhetischen Erwägungen unattraktiv.

Die Erfindung bezweckt, eine verbesserte Konstruktion des Sonnenkollektors der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der Gasanhäufung im höchsten Punkt des Kollektors auf einfache und billige ¥eise vermieden wird.

Dies wird bei dem erfindungsgemässen Sonnenkollektor dadurch erreicht, dass der Gassammelbehälter über eine Gasabsäugleitung mit einer stromabwärts des Behälters in dem Kanal angebrachten Verengung in offener Verbindung steht, wobei die Strömungsquerschnittsoberfläche dieser Verengung kleiner als die des Behälters ist.

Die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Verengung ist grosser als in dem Gassammelbehälter. Demzufolge ist der Druck in der Verengung niedriger als in dem Gassammelbehälter (Bernoullisches Gesetz ). Auf Grund der erhaltenen Venturiwirkung wird nun Gas aus dem Sammelbehälter abgesaugt und von der Flüssigkeit in der Verengung mitgerissen. Gewünschtenfalls kann nun an einer leicht zugänglichen Stelle in dem an den Sonnenkollektor angeschlossenen Leitungssystem, namentlich innerhalb der Wohnung, auf deren Dach der Sonnenkollektor montiert ist, ein automatischer Entlüfter angebracht werden, der dem Einfluss der Wetter bedingungen nicht ausgesetzt ist und der das Aussehen der Wohnung

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ästhetisch nicht beeinträchtigt.

Bei einer günstigen Ausführungsform des Sonnenkollektors nach der Erfindung ist die Gasabsäugleitung innerhalb des Kanals angeordnet. Dies bietet den Vorteil einer gedrängten Konstruktion mit einer geringeren Gefahr einer Leckage bzw. Beschädigung.

Nach der Erfindung kann dabei das in die Verengung mündende Ende der Gasabsaugleitung mit einer oder mehreren Umfangsöffnungen versehen sein. Das über die Umfangsöffnungen in die Verengung eintretende angesaugte Gas wird von der entlang dieser Oeffnungen strömenden Flüssigkeit mitgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch und nichtmassstäblich ist. Es zeigen:

Fig. 1a einen Sonnenkollektor vom Flachplatten-Typ in einem Querschnitt,

Fig. 1b eine Draufsicht auf den Wärmeaustauscher des Sonnenkollektors nach Fig. 1a,

. Fig. 1c einen Schnitt längs der Linie Ic-Ic der

Fig. 1b und den darin verwendeten Gasabsaugmechanismus,

Figuren 2, 3 und 4 Abwandlungen des Gasabsaugmechanismus der Fig. 1c,

Fig. 5a perspektivisch einen anderen Yärmeaustauscher eines Sonnenkollektors vom Flachplatten-Typ,

Fig.. 5b im Querschnitt längs der Linie Vb-Vb der Fig, ^a. den Gasabsaugmechanismus, und

Figuren 6 und 7 Längsschnitte durch Ausführungs-

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formen rohrförmiger Sonnenkollektoren mit einem Gasabsaugmechanismus .

In Fig. 1a ist mit 1 ein Gehäuse bezeichnet, in dem ein z.B. aus Metall oder Kunststoff bestehender Wärmeaustauscher 2 untergebracht ist, der mit Kanälen 3 versehen ist, durch die im Betrieb ein flüssiges Wärmetransportmedium geleitet wird. Der Wärmeaustauscher 2 ist auf der Unterseite thermisch gegen die Umgebung mit Hilfe wärmeisolierenden Materials k, z.B. Steinwolle oder Glaswolle, isoliert.

Ueber dem Wärmeaustauscher 2 sind zwei Glasscheiben 5 und 6 angebracht, die ein. wärmeisolierendes Eintrittsfenster für Sonnenstrahlung bilden.

Der Wärmeaustauscher 2 kann auf seiner Oberseite auf bekannte Weise mit einer gegebenenfalls selektiven Sonnenstrahlung absorbierenden Schicht versehen sein, während auf den Scheiben 5 und 6 auf bekannte Weise für Sonnenlicht durchlässige, aber infrarotes Licht reflektierende Schichten angebracht sein können.

Zwischen den Scheiben 5 und 6 befindet sich z.B.

Luft oder Schwefelhexafluorid. Konvektionsverluste können durch das Anbringen senkrechter Zwischenwände herabgesetzt werden.

Im Betrieb wird die über die Scheiben 5 und 6 einfallende Sonnenstrahlung vom Wärmeaustauscher 2 -absorbiert und in Form von Wärme grösstenteils auf die durch die Kanäle 3 strömende Flüssigkeit, z.B. Wasser oder Glycol, übertragen. In der weiteren Beschreibung

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wird angenommen, dass Wasser als Wärmetransportmediums verwendet wird.

Fig. 1b zeigt, die die Kanäle 3 mit einem Ende an einen gemeinsamen Einlasskanal 3a und mit dem anderen Ende an einen gemeinsamen Auslasskanal ya angeschlossen sind. Die Pfeile deuten die Strömungsrichtung des Wassers an.

Ist der Sonnenkollektor nach Fig. 1a auf dem schrägen Dach einer Wohnung parallel zur Dachfläche in einer Lage (Winkel Ot zu der Waagerechten) montiert, wie in Fig. 1c dargestellt ist, so wird sich Licht, die in dem durch den Wärmeaustauscher 2 fliessenden Wasser vorhanden ist, in dem durch den höchstliegenden Kanalteil gebildeten Abtail 3c sammeln (Figuren 1b und 1c).

Um zu verhindern, dass die im Abtail 3c gesammelte Luft den Durchfluss von Wasser hemmt oder sogar blockiert, steht das Abteil 3c über ein Rohr 7 in offener Verbindung mit einer im Auslasskanal ya vorgesehenen Verengung 8, deren Strömungsquerschnitt kleiner ■ als der des Abteils 3c ist. Die Geschwindigkeit des Wassers in der Verengung 8 ist demzufolge grosser als im Abteil 3c, was . bedeutet, dass der Druck in der Verengung 8 niedriger als im Abteil 3c ist. Demzufolge wird im Abteil 3c gesammelte Luft über das Rohr 7 angesaugt und von dem Wasser, das die Oeffnung 7a passiert, mitgeführt.

Die mitgeführte Luft kann anderswo an einer leicht zugänglichen Stelle aus dem an den Sonnenkollek-

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tor angeschlossenen System entfernt werden.

Bei dem Ansaugmechanismus nach Fig. 2 ist das Rohr 7 innerhalb des Kanals 3^D angeordnet und an der Wand 8a der Verengung 8 befestigt. Das Rohr 7 ist mit einer Umfangsöffnung 9 versehen und auf der Unterseite verschlossen.

Der Absaugmechanismus nach Fig. 3 ist mit dem nach Fig. 1c nahezu identisch. Der Unterschied besteht darin, dass das Rohr 7 nun durch die Wand des Kanals 3b statt durch die Wand des Abteils 3c hindurchgeführt ist.

In Fig. k ist das Rohr 7 zentral innerhalb des Kanals 3^D und der Verengung 8 angeordnet, auf der Oberseite über einige mit Löchern 10. versehene Streifen an der Wand des Abteils 3c befestigt und auf der Unterseite verschlossen und mit Umf angs öffnungen 1:2 versehen.

Fig. 5^- zeigt einen Wärmeaustauscher eines Flachplatten-Kollektors. Auf der Unterseite .einer Metallplatte 20, z.B. aus Kupfer, ist ein zickzackförmig gebogenes Rohr 21 befestigt, das mit der Platte 20 in gut wärmeleitendem Kontakt ist. Das Rohr 21 kann z.B. auch aus Kupfer bestehen.

Innerhalb des Rohres 21 befindet sich ein Kanal 21a, durch den im Betrieb Wasser fliesst, das durch die Einlassöffnung 22 eintritt und durch die Austritts— öffnung 23 den Kanal 21a verlässt.

Im Betrieb nimmt der Wärmeaustauscher 20, 21

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z.B. die in Fig. 5a dargestellte schräge Lage ein (Winkel (^ zur Waagerechten). Der Kanaltexl 21b wirkt dann als Sammelbehälter für aus dem Wasser ausgelöste Luft..Stromabwärts des Kanalteiles 21b (Fig. 5b) ist der Kanal 21a verengt ausgeführt (Verengung 24). TJeber ein Rohr 25 wird Luft aus dem Kanaltexl 21b von dem durch die Verengung 2k- fliessenden Wasser angesaugt und an der Stelle der Oeffnung 25a von dem Wasser mitgeführt. Nach dem Passieren der Austrittsöffnung 23 (Fig. 5a) kann die Luft anderswo aus dem Wasser entfernt werden.

Der Sonnenkollektor nach Fig. 6 enthält ein gläs.ernes Innenrohr 30 und ein gläsernes Aussenrohr 31, zwischen denen ein evakuierter ringförmiger Raum 32 vorhanden ist. In das Innenrohr 30 ragt ein Rohr 33, z.B. aus Kunststoff oder Metall, hinein, wodurch ein Strömungskanal "}>h mit einem ringförmigen Kanalteil 3^-a und einem mittleren kreiszylindrischen Kanalteil 3^b gebildet wird; diese Kanalteile stehen über einen Kanalteil 3^c miteinander in Verbindung. Der Kanalteil 3^a weist einen Einlass 35 und der Kanalteil 3^b einen Auslass 36 für wärme transportierende Flüssigkeit auf. Die Aussenwand des Innenrohres 30 kann mit einer gegebenenfalls selektiven Sonnenstrahlung absorbierenden Schicht (z.B. aus Kupferoxid) versehen sein, während die Innenwand des Aussenrohres 3I mit einer für Licht durchlässigen, aber infrarotes Licht reflektierenden Schicht (z.B. aus mit Zinn dotiertes Indiumoxid)

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versehen sein kann. Auch kann der Teil der letzteren Innenwand, der im Betrieb von der Richtung, in der die Sonnenstrahlung einfällt, abgekehrt ist, mit einer reflektierenden Schicht, z.B. einem Aluminiumspiegel, versehen sein.

Im Betrieb wird die von dem Innenrohr 30 absorbierte aus Sonnenstrahlung erhaltene Wärme auf das durch, den Kanalteil 3^a fliessende Wasser übertragen. Bei einer Betriebslage des Sonnenkollektors, in der der Kanalteil 3^c auf einem höheren Pegel als der Einlass 35 bzw. der Auslass 36 liegt, bildet dieser Kanalteil den Sammelbehältei' für aus dem Wasser ausgelöste Luft. Der Luftabsaugmechanismus besteht aus einem Rohr 371 das einerseits in den Kanalteil "}kc hin- einragt und andererseits in eine Verengung 38 im Rohr 33 mündet. Durch die Verengung 38 fliessendes Wasser saugt Luft .aus dem Kanalteil "}hc über das Rohr 37 an und führt diese Luft an den Stellen der Rohröffnungen 37a mit. Das Rohr 37 ist mit Hilfe von Verbindungs- streifen 39 am Rohr 33 befestigt.

Bei dem Sonnenkollektor nach Fig. 7 sind für Teile, die denen des Sonnenk'ollektors nach Fig. 6 entsprechen, dieselben Bezugsziffern verwendet. Der Rinlass 35 für Wasser befindet sich nun am Kanalteil 3*H> und der Auslass 36 schliesst sich dem Kanalteil 34a an.

Die Verengung 38 befindet sich im Kanalteil 3^-a. Das Absaugrohr 37 ist nun ringförmig ausgebildet'

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und weist einen zylindrischen Teil.37 und einen kegeligen Teil 37 auf. Das Ansaugen von Luft aus dem Kanalteil 34c erfolgt über Oeffnungen 37a in dem Innen- und Äussenmantel des ringzylindrischen Teiles 37 · Das Absaugrohr 37 ist über ein in die ¥and des Innenrohres 30 eingeschmolzenes Verbindungselement 4o am Inneiirohr 30 befestigt.

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Leerseite

Claims

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PATENTANSPRUECHE;

Sonnenkollektor, der mindestens einen mit mindestens einem Kanal versehenen Wärmeaustauscher enthält, mit dessen Hilfe im Betrieb aus einfallender Sonnenstrahlung erhaltene ¥ärme auf ein durch den Kanal geleitetes mit einem Gas verunreinigtes flüssiges Wärmetransportmedium übertragen wird, wobei der Sonnenkollektor im Betrieb unter einem Winkel zur liaagerechten angeordnet ist und einen oberen Kanalteil aufweist, der einem Sammelbehälter für aus dem Wärmetransportmedium ausgelöstes Gas bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassammelbehälter (3c; 21b; 34c) über eine Gasabsaugleitung (7> 25; 37) in offener Verbindung mit einer stromabwärts des Behälters in dem Kanal (3b; 21a; 34) angebrachten Verengung (8j 24; 38) steht, deren Strömungsquerschnittsoberfläche kleiner als die des Behälters ist. ' '
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbsaugleitung (7; 25; 37) innerhalb des Kanals (3b; 21a; 34) angeordnet ist.
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Verengung (8; 24; 38) mündende Ende der Gasabsaugleitung (7>. 25; 37) mit einer oder mehr Umfangsöffnungen (7a; 9;12; 25a; 37a) versehen ist.

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