AT506680B1 - Rohrförmiges absorberelement für sonnenkollektoren - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT506 680B1 2010-01-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein rohrförmiges Absorberrohr für Sonnenkollektoren, welches aus zumindest zwei ineinander liegenden mit gegenseitigem radialem Abstand angeordneten Rohren gebildet ist, wobei das eine Rohr die Zuleitung des frischen Wärmeträgermediums und das andere Rohr die Ableitung des erwärmten Wärmeträgermediums aufweist, wobei die Zuleitung in bzw. die Ableitung aus dem Absorberelement benachbart sind und an dem den Anschlüssen abgewandten Enden der Rohre das Wärmeträgermedium unter Umlenken von einem Rohr in das andere Rohr Übertritt, und wobei die beiden Rohre im Bereich des die Zuleitung bzw. die Ableitung tragenden Endes miteinander verbunden sind.

[0002] Derartige Absorberrohre sind z.B. aus DE 2536800 A1 bzw. DE 3934535 A1 oder JP 56061539 A1 bekannt. All diesen bekannten Ausbildungen ist gemeinsam, dass im Umlenkbereich ein mehr oder weniger konstant großer Spalt vorhanden ist, durch welchen die Durchflussmenge nicht beeinflussbar ist.

[0003] Auch die DE 100 02 929 und die JP 54-117949 zeigen jeweils ein röhrenförmiges Absorberelement, das aus zwei ineinander liegenden Rohren gebildet ist, wobei das eine Rohr die Zuleitung und das andere Rohr die Ableitung des Wärmeträgermediums ist. An den, den Anschlüssen abgewandten Enden der Rohre wird das Wärmeträgermedium umgelenkt, wobei im Umlenkungsbereich ein zusätzliches thermisch gesteuertes Ventil vorgesehen ist.

[0004] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde eine Ausbildung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher auf Grund der vorhandenen Sonneneinstrahlung eine direkt wirkende selbsttätige Regelung der Durchflussmenge des Wärmeträgermediums erzielt wird.

[0005] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das, das Umlenken des Wärmeträgermediums bewirkende Ende des rohrförmigen Absorberelements als Ventil ausgebildet ist, bei welchem die Mündung des inneren Rohres der Ventilsitz ist und der Abschluss des äußeren Rohres den Abschlusskörper bildet. Durch eine solche Ausbildung wird erreicht, dass je nach Intensität der Wärmeeinstrahlung der Durchfluss dadurch selbsttätig geregelt wird, dass sich das äußere Rohr auf Grund der Sonneneinstrahlung stärker dehnt als das innere Rohr. Je nach Temperaturdifferenz am äußeren und am inneren Rohr verändert sich der Spalt zwischen dem Rohrende des inneren Rohres und dem Abschluss des äußeren Rohres, d.h., dass bei stärkerer Wärmeeinstrahlung und damit größerer Wärmedehnung des äußeren Rohres der Spalt größer wird und bei Verringerung der Sonneneinstrahlung auf Grund der geringeren Temperaturdifferenz zwischen äußerem und innerem Rohr die Größe des Durchtrittspaltes verringert wird. Sobald keine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Rohren vorhanden ist, was z.B. in der Nacht sein wird, ist der Spalt komplett geschlossen, so dass die Zirkulation des Wärmeträgermediums unterbunden ist.

[0006] In einer besonders bevorzugten Ausbildung kann sich die Zuleitung am inneren Rohr und die Ableitung am äußeren Rohr befinden, wodurch das innere Rohr von frischen zugeführten Wärmeträgermedium gekühlt wird, so dass dadurch die Ansprechgenauigkeit erhöht wird. Weiters kann der Abschlusskörper im äußeren Rohr als in das Rohrende dicht eingesetztes Passstück ausgebildet sein. Dadurch ist es möglich, den Abschlusskörper materialmäßig an die gewünschte Dichtung anzupassen. Dabei kann das Passstück in dem Rohrende in zumindest axialer Richtung begrenzt verschiebbar geführt sein, wobei es zur Mündung des inneren Rohres hin durch eine Druckfeder in Anlage an einem Anschlag im äußeren Rohr gehalten ist. Dadurch wird erreicht, dass für den Fall, dass auf Grund äußerer Einflüsse das äußere Rohr stärker gekühlt ist als das innere Rohr, ein Dehnungsausgleich insofern ermöglicht ist, als das Passstück bei zu starker Längenreduktion des äußeren Rohres ausweichen kann, wodurch eine Stauchung und damit gegebenenfalls verbundene Verformungen des Innenrohres verhindert sind. Durch die Anlage des Passstückes an einem Anschlag im äußeren Rohr wird das Öffnen des Ventils bei Längendehnung des äußeren Rohres in Bezug auf das innere Rohr nicht behindert, da damit das Passstück durch die Dehnung des äußeren Rohres von der Mündung in gewünschter Weise wegbewegbar ist. 1/6 österreichisches Patentamt AT506 680 B1 2010-01-15 [0007] Um die Steuerungswirkung des Abschlussventils in Bezug auf die Einstrahlungstemperatur zu erhöhen, kann das äußere Rohr einen höheren Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen als das innere Rohr, was bewirkt, dass ein rascheres Ansprechen auf die eingestrahlte Wärmeenergie erfolgt. Weiters kann zumindest in einem an die Ableitung für das Wärmeträgermedium anschließenden Teilbereich in den Zwischenraum zwischen äußerem und innerem Rohr ein Wärme abschirmendes Rohr vorgesehen sein, wodurch eine noch stärkere thermische Isolierung zwischen innerem und äußerem Rohr erreicht wird und damit ein zu starkes Abkühlen des im äußerem Rohr strömendem Wärmeträgermediums durch das im inneren Rohr strömenden frischem Wärmeträgermediums verhindert wird. Dazu kann das die Wärme abschirmende Rohr mit seinem zur Mündung des inneren Rohres hin weisenden Ende dichtend am Außenmantel des inneren Rohres anliegen, womit der Zwischenraum zwischen innerem Rohr und Wärme abschirmendem Rohr als Isolationsraum wirkt.

[0008] Für eine verbesserte Dichtwirkung des Passkörpers in Bezug auf die Mündung des inneren Rohres kann die Passfläche des Abschlusskörpers die Mantelfläche einer im Querschnitt kreisförmigen Ausnehmung mit sich von der Mündung weg verringerndem Durchmesser sein. Damit liegt die Mantelfläche an der äußeren Begrenzung der Mündung des inneren Rohres an, wodurch gleichzeitig auch eine Zentrierung des inneren Rohres in Bezug auf die Passfläche erreicht wird.

[0009] Um eine Voreinstellung in Bezug auf das gewünschte Ansprechen des Ventils bei Wärmeeinstrahlung zu erzielen, kann das äußere Rohr, das innere Rohr und das Wärme abschirmende Rohr je in Bezug zueinander in axialer Richtung verstellbar und, vorzugsweise mittels Flansche und wenigstens eines Verbindungsstabes, gegeneinander festlegbar sein.

[0010] Das erfindungsgemäße Absorberrohr kann in vorteilhafter Weise entlang der Brennlinie eines Parabolspiegels bzw. einer Sammellinse angeordnet sein, wodurch der Wirkungsgrad des Absorberrohres erhöht ist.

[0011] Aus dem bereits genannten Stand der Technik ist es zwar bekannt, Absorberrohre entlang der Brennlinie eines im Querschnitt paraboiförmigen Rinnenspiegels anzuordnen, jedoch ist bei diesen bekannten Ausbildungen die erfindungsgemäße Regelung der Durchflussmenge nicht gegeben. Die Anordnung des erfindungsgemäßen Absorberrohres innerhalb des Spiegels erhöht auch die Ansprechgeschwindigkeit des Ventils, da aufgrund der Fokussierung ein rasches Erwärmen des äußeren Rohres erreicht ist.

[0012] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Absorberrohres im geschlossenen Zustand. Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Absorberrohr bei in Betrieb befindlicher Stellung der einzelnen Teile, wobei in Fig. 3 der Endbereich, der den Ventilabschluß darstellt, im größeren Maßstab wiedergegeben ist. Fig. 4 veranschaulicht die einzelnen Teile des Absorberrohres bei sehr niedrigen Außentemperaturen, bei welcher das äußere Rohr stärker kontrahiert ist als das innere Rohr. Fig. 5 zeigt schematisch die Anbringung des Absorberrohres innerhalb einer parabolspiegelartigen Reflektorrinne.

[0013] Das Absorberrohr 1 besteht aus einem inneren Rohr 2 und einem koaxial zu diesem angeordneten äußeren Rohr 3, das am Ende durch ein Passstück 4 abgeschlossen ist. Dem Passstück 4 gegenüber liegt die Mündung 5 des inneren Rohres 2, welche an der Mantelfläche 6 einer Ausnehmung 7 im Passstück 4 dichtend in Anlage bringbar ist. Das Passstück 4 ist in einer Führung 8 des äußeren Rohres 3 in axialer Richtung verschiebbar angeordnet und wird durch eine Feder 9 an Anschlägen 10 in Anlage gehalten.

[0014] In den Zwischenraum zwischen innerem Rohr 2 und äußerem Rohr 3 ist ein Wärme abschirmendes Rohr 11 eingesetzt, das mit seinem in dem Zwischenraum hineinragendem Ende durch eine Dichtung 12 gegen die Außenwandung des inneren Rohres 2 abgedichtet ist. In dem Zwischenraum zwischen der Außenwandung des wärmeabschirmenden Rohres 11 und der Innenwandung des äußeren Rohres 3 ist ein schraubenlinienförmig verlaufender Führungseinsatz 13 eingesetzt, durch welchen das Wärmeträgermedium entlang dieser Schraubenlinien 2/6 österreichisches Patentamt AT506 680B1 2010-01-15 an der Innenwandung des äußeren Rohres entlang geführt wird.

[0015] Der Zwischenraum zwischen dem äußeren Rohr 3 und dem Wärme abschirmenden Rohr 11 ist durch eine Ringdichtung nach außen abgedichtet. Das gesamte Absorberrohr 1 befindet sich in einem äußeren Schutzrohr 15, das wärmedurchlässig ist und über einen Verbindungsflansch 16 am äußeren Rohr angebracht ist.

[0016] Die drei konzentrisch angeordneten Rohre, nämlich inneres Rohr 2, äußeres Rohr 3 und Wärme abschirmendes Rohr 11 sind zueinander in Axialrichtung verschiebbar angeordnet, wobei zur Festlegung der Rohre zueinander Flansche 17,18,19 vorgesehen sind, die radial von Rohren abstehend an diesen angebracht sind. Die Verbindungsflansche 17, 18, 19 sind über einen Verbindungsstab 20 gegeneinander festlegbar.

[0017] Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist das Absorberrohr 1 in der Brennlinie eines rinnenförmigen Parabolspiegels 21 über eine Aufhängung 22 angeordnet.

[0018] Im Ruhezustand haben die einzelnen Teile die in Fig. 1 wiedergegebene Stellung. Das bedeutet, dass die Mündung 5 des Innenrohres 2 dichtend an der Mantelfläche 7 der Ausnehmung 6 des Passstückes 4 anliegt. Beginnt nun eine Wärmestrahlung auf das Absorberrohr einzuwirken, dann dehnt sich zunächst das äußere Absorberrohr, insbesondere aufgrund des höheren Wärmedehnungskoeffizienten, aus, womit dann das Passstück 4 über die Anschläge 8 mitgenommen und von der Mündung 5 entfernt wird. Damit wird die Mündung freigegeben, so dass über die Zufuhr 2' zugeführtes Wärmeträgermedium aus dem Innenrohr 2 unter Umlenkung in das äußere Rohr 3 übertreten kann, wobei es dann entlang der Führung 13 schraubenlinienförmig zur Entnahmeöffnung 3' für das Wärmeträgermedium geführt wird. Aufgrund des Wärme abschirmenden Rohres 11 kommt das Wärmeträgermedium ohne nennenswerte Erwärmung zur Mündung 5 des inneren Rohres, wodurch ein unerwünschtes Ausdehnen des inneren Rohres verhindert wird. Weiters wird durch das Wärme abschirmende Rohr 11 auch verhindert, dass mit niedriger Temperatur einströmende Wärmeträgermedium das bereits erwärmte Medium wieder abgekühlt wird. Die Erwärmung im Zwischenraum zwischen dem Wärme abschirmenden Rohr 11 und dem äußeren Rohr 3 kann dabei so weit erfolgen, dass im Endbereich nahe der Entnahmeöffnung 3 bereits dampfförmiges Wärmeträgermedium vorliegt.

[0019] Sobald die Wärmeeinstrahlung zurückgeht bzw. aufhört, nimmt das äußere Rohr 3 wieder die ursprüngliche Längenerstreckung ein, wobei der Passkörper 4 durch die Feder 9 in Anlage an die Mündung 5 des inneren Rohres 2 gehalten wird, und damit dann weiteren Durchfluss von Wärmeträgermedium verhindert.

[0020] Wenn aufgrund äußerer Witterungsbedingungen und aufgrund des höheren Wärmedehnungskoeffizienten des äußeren Rohres 3, dieses eine Kontraktion in Bezug auf das innere Rohr 2 ausführt, dann kann aufgrund des Dehnungsausgleiches über die Feder 9 das Passstück 4 von den Anschlägen 10 abgehoben werden, womit eine stärkere Kältekontraktion des äußeren Rohres in Bezug auf das innere Rohr ausgeglichen wird.

Patentansprüche 1. Rohrförmiges Absorberelement für Sonnenkollektoren, welches aus zumindest zwei ineinander liegenden mit gegenseitigem radialem Abstand angeordneten Rohren gebildet ist, wobei das eine Rohr die Zuleitung des frischen Wärmeträgermediums und das andere Rohr die Ableitung des erwärmten Wärmeträgermediums aufweist, wobei die Zuleitung und die Ableitung in bzw. aus dem Absorberelement benachbart angeordnet sind und an dem den Anschlüssen abgewandten Enden der Rohre das Wärmeträgermedium unter Umlenken von einem Rohr in das andere Rohr Übertritt, und wobei die beiden Rohre im Bereich des die Zuleitung bzw. die Ableitung tragenden Endes miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das, das Umlenken des Wärmeträgermediums des rohrförmigen Absorberelements bewirkende Ende als Ventil ausgebildet ist, bei welchem die Mündung (5) des inneren Rohres (2) der Ventilsitz ist und der Abschluss des äußeren Rohres (3) den Abschlusskörper (4) bildet. 3/6

Claims (10)

1. österreichisches Patentamt AT506 680 B1 2010-01-15
2. 2. Absorberelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das sich die Zuleitung (2') am inneren Rohr (2) und die Ableitung (3') am äußeren Rohr (3) befinden.
3. 3. Absorberelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschlusskörper (4) im äußeren Rohr als in das Rohrende dicht eingesetztes Passstück ausgebildet ist.
4. 4. Absorberelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Passstück (4) in dem Rohrende in zumindest axialer Richtung begrenzt verschiebbar geführt ist, wobei es zur Mündung (5) des inneren Rohres (2) hin durch zumindest eine Druckfeder (9) in Anlage an einem Anschlag (10) im äußeren Rohr (3) gehalten ist.
5. 5. Absorberelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Rohr (3) einen höheren Wärmedehnungskoeffizienten aufweist als das innere Rohr (2).
6. 6. Absorberelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass, zumindest in einem an die Ableitung (3') für das Wärmeträgermedium anschließenden Teilbereich, in den Zwischenraum zwischen äußerem (3) und innerem (2) Rohr ein Wärme abschirmendes Rohr (11) vorgesehen ist.
7. 7. Absorberelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme abschirmende Rohr (11) mit seinem zur Mündung des inneren Rohres (2) hin weisenden Ende (12) dichtend am Außenmantel des inneren Rohres (2) anliegt.
8. 8. Absorberelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Passfläche des Abschlusskörpers (4) die Mantelfläche (7) einer im Querschnitt kreisförmigen Ausnehmung (6) mit sich von der Mündung weg verringerndem Durchmesser ist.
9. 9. Absorberelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Rohr (3), das innere Rohr (2) und das Wärme abschirmende Rohr (11) je in Bezug zueinander in zumindest axialer Richtung verstell- und festlegbar sind.
10. 10. Absorberelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberrohr (1) entlang der Brennlinie eines Parabolspiegels (21) bzw. einer Sammellinse angeordnet ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 4/6