Rohrförmiges Absorberelement für Sonnenkollektoren

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.

Derartige Absorberrohre sind z.B. aus DE 2536800 Al bzw. DE 3934535 Al oder JP 56061539 Al 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.

Der Erfindung liegt nun die Aufgäbe zu Grunde eine Ausbildung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher auf Grund der vorhandenen Sonneneinstrahlung eine selbsttätige Regelung der Durchflußmenge des Wärmeträgermediums erzielt wird.

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.

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 gefuhrt 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.

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. 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.

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 j e in Bezug zueinander in axialer Richtung verstell- und festlegbar sein.

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

Aus dem bereits genannten Stand der Technik ist es zwar bekannt, Absorberrohre entlang der Brennlinie eines im Querschnitt parabolförmigen Rinnenspiegels anzuordnen, jedoch ist bei diesen bekannten Ausbildungen die erfϊndungsgemäße Regelung der Durchflußmenge nicht gegeben. Die Anordnung des erfindungsgemäßen Absorberrohres innerhalb des Spiegels erhöht auch die Ansprechgeschwindigkeit des Ventils, da aufgrund der Fokusierung ein rasches Erwärmen des äußeren Rohres erreicht ist. In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsbeispiel 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.

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.

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. m 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 an der Innenwandung des äußeren Rohres entlang geführt wird.

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.

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.

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

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 schraubenlinienformig zur Entnahmeöffhung 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 Entnahmeöffhung 3 bereits dampfförmiges Wärmeträgermedium vorliegt.

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.

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.