DE3015061A1 - SOLAR COLLECTOR WITH OVERHEATING PROTECTION - Google Patents
SOLAR COLLECTOR WITH OVERHEATING PROTECTIONInfo
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Description
E 1321-DE 1321-D
Anmelder:Applicant:
Exxon Research and Engineering Comp.Exxon Research and Engineering Comp.
Florham Park, New Jersey 079 32, V.St.A.Florham Park, New Jersey 079 32, V.St.A.
Sonnenkollektor mit ÜberhitzungsschutzSolar collector with overheating protection
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E 1321-DE 1321-D
Anmelder:Applicant:
Exxon Research and Engineering Comp.Exxon Research and Engineering Comp.
Florham Park,Florham Park,
New Jersey 07932, V.St.A.New Jersey 07932, V.St.A.
Sonnenkollektor mit ÜberhitzungsschutzSolar collector with overheating protection
Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit Überhitzungsschutz gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs .The invention relates to a solar collector with overheating protection according to the preamble of the main claim .
Die Erfindung befaßt sich mit Sonnen-Wärmekollektoren, insbesondere mit einem Schutz derartiger Kollektoren gegen eine thermische Schädigung des in ihnen verwendeten primären Wärmeübertragungsfluids, welche bei überhöhten Temperaturen auftreten kann und zu einer Beschädigung und Betriebsstörung des Kollektors führt.The invention is concerned with solar heat collectors, in particular with the protection of such collectors against thermal damage to the primary heat transfer fluid used in them, which can occur at excessive temperatures and damage and malfunction of the collector leads.
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Es gibt unzähliche Vorrichtungen, welche dazu dienen, die Sonnenenergie als Wärmequelle, insbesondere für Heizungszwecke im häuslichen Bereich auszunutzen. Einen kommerziellen Einsatz dieser Geräte standen bisher die typischerweise hohen Erstellungskosten für die erhältlichen Solarheizungssysteme entgegen. So sind beispielsweise Sonnen-Wärmekollektoren typischerweise aus teueren Materialien gefertigt, die nicht nur in der Lage sind die normalen Arbeitstemperaturen und Drücke des Kollektors auszuhalten, sondern darüber hinaus auch Temperaturen und Drücke, die auftreten, wenn der Kollektor nicht durchströmt ist oder sich in einem stagnierenden Betriebszustand befindet. Bei Sonnenkollektoren, in denen selektiv wirkende Überzüge auf der Absorberplatte verwendet werden, liegen die Arbeitstemperaturen höher als bei Kollektoren mit nicht selektiv wirkenden Absorberflächen. Dies bewirkt, daß bei einer Stagnation in derartigen Anlagen die Temperaturen im System über etwa 2O4°C (400° F) ansteigen können. Bei diesen hohen Temperaturen kommt es zu einer chemischen Zersetzung der verwendeten primären Wärmeübertragungsfluide, wie von Glycol, die damit korrodierend werden, was letztlich zu einer Beschädigung der Anlage führen kann.There are innumerable devices that serve to use solar energy as a heat source, especially for To exploit heating purposes in the home. A commercial use of these devices were available up to now the typically high construction costs for the available solar heating systems counteracted. For example, solar heat collectors are typically made of expensive materials, which are not only able to withstand the normal working temperatures and pressures of the collector, but also temperatures and pressures that occur when there is no flow through the collector is or is in a stagnant operating state. In the case of solar panels where selective effective coatings are used on the absorber plate, the working temperatures are higher than for collectors with non-selective absorber surfaces. This has the effect of stagnation in such systems, the temperatures in the system can rise above approximately 400 ° F (204 ° C). With these high temperatures lead to chemical decomposition of the primary heat transfer fluids used, like glycol, which becomes corrosive, ultimately damaging the system can lead.
Es wurde daher vorgeschlagen, zum Schutz von Sonnenkollektoren von Beschädigungen, die auf überhöhte Temperaturen im Kollektor über längere Zeiträume zurückzuführen sind, die Kollektoren mittels der ■Umgebungsluft und thermisch betätigter Ventile zu durchlüften. In den US-Patentschriften 4 043 317 und 4 046 134 sind Beispiele von derartigen Durchlüftungssystemen beschrieben.It has therefore been suggested to protect solar panels from damage caused by excessive Temperatures in the collector over longer periods of time are due to the collectors by means of the ■ Ambient air and thermally operated valves ventilate. U.S. Patents 4,043,317 and 4,046,134 are examples of such ventilation systems described.
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Eine andere, zum Schutz von Sonnenkollektoren gegen thermische Beschädigungen verwendete Technik ist in der US-Patentschrift 4 102 325 beschrieben. Dieses System schafft eine Wärmeaustauschschleife für die Abfuhr von überschüssiger Wärme an die Atmosphäre, wobei diese Schleife von dem in dem Kollektor verwendeten regulären Wärmeaustauschtluidsystem völlig unabhängig ist. Dieses System eignet sich besonders zum Schutz von Kollektormaterialien mit relativ niedriger thermischer Stabilität, wie beispielsweise von kunststoffbehandelten Wärmeauffangvorrichtungen gegen auf Überhitzung zurückzuführende Beschädigungen. Another technique used to protect solar panels against thermal damage is in U.S. Patent 4,102,325. This system creates a heat exchange loop for the Removal of excess heat to the atmosphere, this loop being used in the collector regular heat exchange fluid system entirely is independent. This system is particularly suitable for protecting collector materials with relative low thermal stability, such as that of plastic-treated heat traps against damage due to overheating.
Trotz der vorstehenden Fortschritte besteht noch immer ein Bedürfnis nach einem verlässlichen Sonnen-Wärmekollektor, der einfach in seinem Aufbau, billig herzustellen, und bei. Betriebstemperatur formstabil und verläßlich ist. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Ilauptanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Despite the above advances, there is still a need for a reliable solar heat collector that which is simple in its construction, cheap to manufacture, and at. Dimensionally stable at operating temperature and is reliable. This problem is solved by the subject matter of the main claim. Preferred Further developments are described in the subclaims.
Mit der Erfindung wird ein plattenförmiger Flach-Sonnenkollektor geschaffen, der ein thermisch betätigtes By-pass-System enthält,so daß dasWärmeaustauschfluid im Kollektor automatisch zu einer externen Vorrichtung zur Wärmeabfuhr fließt, wenn die Temperatur im Inneren des Kollektors ein vorbestimm tes Niveau überschreitet, so daß das Fluid Wärme an die umgebende Atmosphäre abgibt. Das auf diese Weise gekühlte Fluid wird anschließend dem Kollektor wieder zugeführt, so daß die in diesem herrschende Temperatur geändert wird. Bei einem Betriebszustand erfolgt die Zirkulation des Kollektorfluids über die externe Vorrichtung zur Wärmeabführung aufgrund desThe invention provides a plate-shaped flat solar collector which includes a thermally actuated by-pass system so that the heat exchange fluid in the collector automatically flows to an external device for heat dissipation when the The temperature inside the collector exceeds a predetermined level, so that the fluid heats up the surrounding atmosphere gives off. The fluid cooled in this way is then returned to the collector supplied so that the temperature prevailing in this is changed. In one operating state the circulation of the collector fluid takes place via the external device for heat dissipation due to the
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Thermosyphon-Effekts. Bei einem anderen Betriebszustand erfolgt die Zirkulation, wenn dies notwendig ist, durch das gleichzeitige Pumpen des Kollektorfluids durch den Kollektor und durch die externe Vorrichtung zur Wärmeabführung.Thermosyphon effect. In another operating condition If necessary, the circulation is carried out by pumping the collector fluid at the same time through the collector and through the external device for heat dissipation.
Die beiliegenden Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.The accompanying drawings serve to further explain the invention.
IQ Fig. 1 zeigt in teilgeschnittener Vorderansicht einen erfindungsgemäßen Sonnenkollektor. IQ Fig. 1 shows a partially sectioned front view of a solar collector according to the invention.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linien 2-2 von Fig. 1.FIG. 2 shows a section along lines 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 zeigt eine teilgeschnittene SeitenansichtFig. 3 shows a partially sectioned side view
des thermisch betätigten By-pass-Systems.the thermally actuated by-pass system.
Fig. 4 zeigt eine Teilansicht von einer weiteren Einrichtung zur Verbindung des thermischFig. 4 shows a partial view of a further device for connecting the thermal
betätigten By-pass-Systems mit dem Einlaßverteilerrohrbereich des Sonnenkollektors.operated by-pass system to the inlet manifold section of the solar collector.
Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung die Strömungsrichtung in dem SonnenkollektorFig. 5 shows a schematic representation of the direction of flow in the solar collector
während einer Betriebsart.during an operating mode.
Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung die Strömungsrichtung des Sonnenkollektors bei einer anderen Betriebsart.Fig. 6 shows a schematic representation of the flow direction of the solar collector in another operating mode.
Fig. 7 zeigt in schematischer Darstellung dieFig. 7 shows a schematic representation of the
Strömungsrichtungen in dem Sonnenkollektor während einer dritten Betriebsart. 35Flow directions in the solar collector during a third mode of operation. 35
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BADBATH
Der in den Zeichnungen dargestellte Platten-Sonnenkollektor 10 enthält einen allgemein rechteckförmigen Rahmen 12 mit sich nach oben erstreckenden Seitenwandungen 14 und Endwandungen 15. Für die Herstellung des rechteckförmigen Rahmens kann jedes Material verwendet werden. Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird der rechteckförmige Rahmen jedoch vorzugsweise aus einem leichten Material, wie ein Metallblech, einem Aluminiumblech usw., hergestellt.The panel solar collector 10 shown in the drawings includes a generally rectangular shape Frame 12 with upwardly extending side walls 14 and end walls 15. For manufacture Any material can be used for the rectangular frame. In the practical implementation of the In the invention, however, the rectangular frame is preferably made of a lightweight material, such as a Sheet metal, an aluminum sheet, etc.
Selbstverständlich kann der Rahmen 12 in alternativer Ausgestaltung auch von Glasfaser verstärkten Kunststoffen gebildet sein, welche die benötigte strukturelle Festigkeit und thermischen Isolationseigenschaften aufweisen. Des weiteren können viele andere Materialien ebenfalls verwendet werden.Of course, in an alternative embodiment, the frame 12 can also be made of glass fiber reinforced plastics be formed that have the required structural strength and thermal insulation properties exhibit. In addition, many other materials can also be used.
Der Sonnenkollektor 10 enthält eine Abdeckplatte 16, die eine Kammer zwischen der Abdeckplatte 16 und der Basis des Rahmens 12 festlegt. Die Abdeckplatte ist aus irgendeinem Material gefertigt, das allgemein bezüglich der Sonnenstrahlung durchsichtigt ist und das vorzugsweise des weiteren ein Material ist, das den Durchgang langwelliger Strahlungsenergie und von Konvektionswäre aus der Kammer ins Äußere derselben unterbindet, so daß ein Treibhauseffekt entsteht. Die Abdeckplatte 16 besteht typischerweise aus Glas, das fakultativ einen IR-reflektierenden Überzug enthalten kann oder aus Kunststoffen, wie beispielsweise Polymethylmethacrylaten, Polycarbonaten Und glasfaserverstärkte Polyesterfolien.The solar collector 10 includes a cover plate 16, which is a chamber between the cover plate 16 and the base of the frame 12 defines. The cover plate is made of any material that is generally is transparent with respect to solar radiation and which is preferably also a material is that the passage of long-wave radiant energy and convection from the chamber to the outside the same prevents, so that a greenhouse effect occurs. The cover plate 16 is typically made made of glass, which optionally has an IR-reflective Can contain coating or made of plastics, such as polymethyl methacrylates, polycarbonates And glass fiber reinforced polyester films.
Die Abdeckplatte 16 wird in ihrer Lage durch falz- bzw. U-profilartige Aufnahmen 17 und falz- bzw. U-profilartige seitliche Aufnahmen 18 gehaltert, welehe auf der Oberseite der Endwandungen 15 und Seitenwandungen 14 befestigt sind.The cover plate 16 is in its position by folded or U-profile-like receptacles 17 and folded or U-profile-like lateral receptacles 18 supported, welehe on the top of the end walls 15 and side walls 14 are attached.
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Die Basis und die Wandungen des SonnenkollektorsThe base and walls of the solar collector
10 sind mit einem geeigneten Isolationsmaterial· 19,
wie beispielsweise einer Polyurethanschaumisolation oder ähnlichem, isoliert.
510 are insulated with a suitable insulation material 19, such as, for example, polyurethane foam insulation or the like.
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Eine Sonnenenergie absorbierende Oberfläche 20 ist im Inneren der Kammer des Platten-Sonnenkollektors 10 angebracht. Die absorbierende Oberfläche 20 trägt eine schwarze Oberflächenschicht, um die durch die Platte 16 eintretende Sonnenenergie zu absorbieren. Bei der praktischen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung eines selektiv wirkenden Überzugs auf der Absorberoberfläche 20 bevorzugt. Absorberüberzüge für Kollektoren sind derartige Überzüge, die einen großen Absorptionsgrad, ol> , über den Großteil des Sonnenspektrums und einen hohen Refletionsgrad im nahen Infrarot aufweisen, um Abstrahlungsverluste zu minimieren. Selektive Absorberüberzüge haben große. Verhältnisse von et/ B , wobei B der Emissionsgrad ist. Es ist eine Vielzahl von selektiv wirkenden Überzügen bekannt. Diese bilden jedoch keinen Teil der vorliegenden Erfindung.A solar energy absorbing surface 20 is mounted inside the chamber of the panel solar collector 10. The absorbent surface 20 carries a black surface layer to absorb the solar energy entering through the plate 16. In the practical embodiment of the present invention, the use of a selectively acting coating on the absorber surface 20 is preferred. Absorber coatings for collectors are coatings that have a high degree of absorption, oil>, over the majority of the solar spectrum and a high degree of reflection in the near infrared in order to minimize radiation losses. Selective absorber covers have large ones. Ratios of et / B , where B is the emissivity. A large number of selectively acting coatings are known. However, these do not form part of the present invention.
Eine Vielzahl von parallelen Leitungen 21 ist in Wärmeübertragungskontakt auf der Wärmeabsorberplatte 20 befestigt. Die Leitungen 21 können beispielsweise Kupferröhren sein, die an die Bodenfläche der Absorberplatte 20 angelötet sind. Die Leitungen 21 sind mit ihren entgegengesetzten Enden an Verteilerrohre 22 und 23 angeschlossen, welche durch die Seitenwandungen 14 des Kollektors hindurchreichen, und parallel zu den Endwandungen 15 verlaufen. Das Verteilerrohr 22 hat beispielsweise einen Einlaßbereich 25, durch den eine Flüssigkeit, wie WasserA plurality of parallel lines 21 are in heat transfer contact on the heat absorbing plate 20 attached. The lines 21 can be, for example, copper tubes which are attached to the bottom surface of the absorber plate 20 are soldered on. The lines 21 are at their opposite ends to distribution pipes 22 and 23 connected, which extend through the side walls 14 of the collector, and run parallel to the end walls 15. The manifold 22 has, for example, an inlet area 25 through which a liquid such as water
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oder eine Äthylenglycol-Wasserlösung mit einer ersten Temperatur in das Verteilerrohr 22 eingeleitet wird. Das Verteilerrohr 22 hat auch einen Auslaßbereich 24, der mit einer Kappe verschlossen ist oder dazu dienen kann, eine Anzahl weiterer Kollektoren in Reihe zu schalten. In ähnlicher Weise enthält das Verteilerrohr 2 3 Teile 26 und 27, die dazu dienen, Kollektoren in Reihe zu schalten und eine Abführungsleitung für die Flüssigkeit zu bilden, die nach dem Durchgang durch den Kollektor auf einem zweiten, höheren Temperaturniveau ist. Der Bereich 27 kann beispielsweise mit einer Kappe verschlossen oder zum Anschluß von weiteren Kollektoren in Reihe vorgesehen sein. Der Öffnungsbereich 26 kann als Leitung für eine Verbindung mit einem Verbraucher für die auf das zweite und höhere Temperaturniveau erhitzte Flüssigkeit dienen.or an ethylene glycol-water solution with a first Temperature is introduced into the manifold 22. The manifold 22 also has an outlet area 24, which is closed with a cap or can be used to connect a number of other collectors in series switch. Similarly, the manifold 2 includes 3 parts 26 and 27 which serve to collectors to be connected in series and to form a discharge line for the liquid, which is after the passage is at a second, higher temperature level through the collector. The area 27 can, for example closed with a cap or provided for connection of further collectors in series. The opening area 26 can be used as a line for a connection with a consumer for the second and higher temperature level of heated liquid are used.
Außerhalb der Kammer des Sonnenkollektors 10 und parallel zu der Seitenwandung 14 desselben ist eine Vorrichtung zur Wärmeabfuhr oder ein Radiator 28 angeschlossen. Der Radiator 28 kann in einfacher Ausgestaltung ein mit Lamellen versehenes Teil eines Kupferrohres sein.Outside the chamber of the solar collector 10 and parallel to the side wall 14 of the same is a Device for heat dissipation or a radiator 28 connected. The radiator 28 can have a simple design be a part of a copper pipe provided with fins.
Man erkennt speziell aus Fig. 1 , daß an dem im eingebauten Zustand oberen Ende des Radiators 2 8 ein Temperatursteuerventil 29 angebracht ist, das einen Temperaturfühler 34 enthält, der,wie aus Fig. 3 ersichtlich, in die Leitung 26 ragt und dazu dient, die Temperatur des Fluids in der Leitung 2 3 zu messen. An dem entgegengesetzten, beim eingebauten Zustand unteren Ende des Radiators 28 ist eine geeignete Leitung 33 angebracht, die das untere Ende des Radiators 2 8 mit der Leitung 25 verbindet, in alternativer Ausgestal-It can be seen specifically from Fig. 1 that a temperature control valve at the upper end of the radiator 28 in the installed state 29 is attached which contains a temperature sensor 34 which, as can be seen from Fig. 3, protrudes into line 26 and serves to measure the temperature of the fluid in line 2 3. On the opposite in the installed state, the lower end of the radiator 28 is a suitable line 33 attached, which connects the lower end of the radiator 2 8 with the line 25, in an alternative Ausgestal-
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tung können selbstverständlich Armaturen wie herkömmliche Rohrarmaturen, die nicht dargestellt sind, für den Anschluß des Radiators 28 mit den Leitungen 25 und 26 verwendet werden, welche eine leichte Entfernung des Radiators 2 8 ermöglichen, wenn dies für Reparaturzwecke und ähnliches erwünscht ist.It goes without saying that fittings such as conventional pipe fittings, which are not shown, can be used. can be used for connecting the radiator 28 to the lines 25 and 26, which is a light Allow removal of the radiator 28 if this is desired for repair purposes and the like.
Man erkennt aus Fig. 4, daß das den Radiator 28 mit der Leitung 25 verbundene Rohrstück 33a sich geradlinig nach unten in die Oberseite der Leitung erstreckt. Wie man speziell aus Fig. 1 erkennt, verläuft dagegen die Leitung 33, welche das untere Endes des Radiators 28 mit dem Einlaßbereich 25 des Verteilerrohres' 22 verbindet, sich nach unten bis unterhalb den Einlaßbereich 25 erstreckt und von dort wieder nach oben, um in den Einlaßbereich 25 so einzumünden, daß ein Teil der Leitung 33 unterhalb der Leitung 25 liegt. Aus im folgenden noch näher erläuterten Gründen stellt dies eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung dar.It can be seen from Fig. 4 that the pipe section 33a connected to the radiator 28 with the line 25 is rectilinear extends down into the top of the conduit. As can be seen specifically from FIG. 1, it runs on the other hand, the line 33, which connects the lower end of the radiator 28 to the inlet region 25 of the Manifold '22 connects, extends down to below the inlet region 25 and from up there again to open into the inlet area 25 so that part of the line 33 is below the line 25 is located. For reasons explained in more detail below, this represents a special one preferred embodiment of the invention.
Das thermisch betätigte Ventil 29 ist so ausgestaltet, daß dies öffnet, wenn die von dem Temperaturfühler 34 ermittelte Temperatur über einer vorbestimmten Temperatur liegt, während es ansonsten geschlossen bleibt.The thermally actuated valve 29 is designed so that it opens when the temperature sensor 34 determined temperature is above a predetermined temperature, while it is otherwise closed remain.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen enthält somit das thermische By-pass-System eine Vorrichtung zur Wärmeabführung, die außerhalb der Kammer des Platten-Sonnenkollektors angebracht ist, jedoch mit dieser Wirkverbindung steht, so daß das Fluid im Kollektor automatisch zu der außen angebrachten Vorrichtung zur Wärmeabfuhr fließt, wenn die Temperatur im Kollektor ein vorbestimmtes Niveau überschreitet.In the embodiments described above Thus, the thermal by-pass system contains a device for heat dissipation which is outside the chamber of the plate solar collector is attached, but with this operative connection, so that the Fluid in the collector automatically flows to the externally mounted device for heat dissipation when the temperature in the collector exceeds a predetermined level.
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Es versteht sich ohne weiteres, daß der plattenförmige Flachkollektor 10 bei seinem Einbau eine Schräglage einnimmt, während die Verteilerrohre 22 und 2 3 horizontal verlaufen, so daß das Verteilerrohr 23 - bezogen auf den Boden über dem Verteilerrohr 22 liegt.It goes without saying that the plate-shaped Flat-plate collector 10 assumes an inclined position when it is installed, while the distribution pipes 22 and 2 3 run horizontally so that the distributor pipe 23 lies above the distributor pipe 22 relative to the ground.
Selbstverständlich kann, wie bereits vorstehend erwähnt, eine Mehrzahl derartiger Kollektoren montiert und in Reihe miteinander verbunden sein. Für die folgenden Erläuterungen des Betriebs der Vorrichtung soll jedoch aus Gründen der Vereinfachung lediglich auf einen einzelnen Kollektor Bezug genommen werden. In einem derartigen System ist der Teil 27 des Verteilerrohres 23 beispielsweise durch einen geeigneten Stöpsel verschlossen. Gleiches gilt für den Auslaßbereich 24 des Verteilerrohrs 22. Beim ersten Betriebszustand wird daher das Fluid, so lange die Temperatur desselben in dem Kollektor ein vorbestimmtes Niveau nicht überschreitet, durch den.Of course, as already mentioned above, a plurality of such collectors can be mounted and connected in series. For the following explanations of the operation of the device however, for the sake of simplicity, reference should only be made to a single collector. In such a system the part 27 of the manifold 23 is for example by a suitable one Stopper closed. The same applies to the outlet region 24 of the manifold 22. In the first The operating state is therefore the fluid as long as the temperature of the same in the collector is a predetermined one Level does not exceed by the.
Kollektor mittels einer nicht gezeigten Pumpeinrichtung umgepumpt, im Kollektor erhitzt und dem Verbraucher zugeführt. Dieser Betriebszustand ist schematisch in Fig. 5 dargestellt.Collector pumped around by means of a pumping device, not shown, heated in the collector and the consumer fed. This operating state is shown schematically in FIG.
Es sollte an dieser Stelle erwähnt werden, daß die Temperatur des durch das Verteilerrohr 22 über den Einlaßbereich 25 eintretenden Arbeitsfluids bei der ersten Betriebsart unter bestimmten Bedingungen eine höhere Temperatur aufweisen kann als das Fluid in dem Radiator 28. Man fand, daß in diesen Fällen , wenn die Leitung 33 in dem oberen Bereich des Einlaßbereichs 25 einmündet, daß kühlere, im Radiator 2 8 unterhalb des geschlossenen thermisch betätigten Ventils 29 befindliche Flüssigkeit das Bestreben zeigt, nach unten längs der Peripherie des rohrarti-It should be mentioned at this point that the temperature of the through the manifold 22 above the Inlet area 25 entering working fluid in the first operating mode under certain conditions a may have a higher temperature than the fluid in the radiator 28. It has been found that in these cases, when the line 33 opens into the upper region of the inlet region 25, that cooler, in the radiator 2 8 located below the closed thermally actuated valve 29 liquid the endeavor pointing downwards along the periphery of the tubular
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gen Radiators und in den Einlaßbereich 25 einzuströmen, während ein Teil des wärmeren, in den Einlaßbereich 25 eintretenden Fluids das Bestreben zeigt, durch die Mitte des Radiators 28 bis zu dem geschlossenen Ventil aufzusteigen und dann im Kreislauf an der Peripherie des Radiators 28 wieder nach unten zu fließen. Diese Thermosyphon- bzw. Thermosaughebestromung ist auf die Dichte-Unterschiede zwischen dem kühleren Fluid im Radiator 2 8 und dem wärmeren in den Einlaßbereich 25 eintretenden Fluid zurückzuführen. Das schwerere und kühlere Fluid fließt dabei nach unten, während das wärmere und leichtere Fluid aufsteigt. Dieser im vorstehenden stark vereinfacht dargestellte Vorgang bewirkt letztlieh eine Verminderung der von dem primären Arbeitsfluid für Arbeitszwecke abziehbaren Sonnenenergie unter denjenigen Betrag, der abgezogen werden könnte, wenn die Temperatur des Fluids im Einlaßbereich 25 nicht durch die von dem Thermosyphoneffekt bewirkte Strömung eines Teils des Fluids durch den Radiator 28 teilweise reduziert wäre. Der Thermosyphon-Effekt führt somit zu einer unnötigen Wärmeabfuhr in die umgebende Atmosphäre. Bei der speziell bevorzugten in den Fig. 1 und 3 dargestellten Ausführungsform ist ein Teil der Leitung 33 unter den Einlaßbereich 25 hinabgeführt und mündet in diesem im wesentlich unterhalb der horizontalen Achse des Einlaßbereichs 25. Wenn daher die Temperatur des in den Einlaßbereich 25 eintretenden Fluids über der Temperatur des Fluids im Radiator 28 liegt, befindet sich das wärmere und leichtere Fluid über dem kühleren und schwereren Fluid, so daß ein Thermosyphoneffekt nicht einsetzen kann. Aus diesem Grunde zeigt diese Ausführungsform einen größeren Wirkungsgrad als die vorstehend beschriebene.gene radiators and to flow into the inlet area 25, while part of the warmer, in the Inlet area 25 entering fluid shows the tendency through the center of the radiator 28 up to the closed valve to rise and then in the circuit at the periphery of the radiator 28 again to flow downwards. This Thermosyphon- or Thermosughebestromung is due to the density differences between the cooler fluid in the radiator 28 and the warmer fluid entering the inlet region 25 Fluid. The heavier and cooler fluid flows downwards, while the warmer one and lighter fluid rises. This process, shown in a greatly simplified manner above, ultimately has the effect a reduction in solar energy that can be drawn from the primary working fluid for work purposes below that which could be deducted if the temperature of the fluid in the inlet area 25 not by the flow of part of the fluid through the radiator caused by the thermosyphon effect 28 would be partially reduced. The thermosyphon effect thus leads to unnecessary heat dissipation into the surrounding atmosphere. In the particularly preferred embodiment shown in Figs part of the line 33 is led down under the inlet region 25 and essentially opens into it below the horizontal axis of the inlet area 25. Therefore, if the temperature of the inlet area 25 entering fluid is above the temperature of the fluid in radiator 28, the warmer one is located and lighter fluid above the cooler and heavier fluid, so that a thermosyphon effect does not set in can. For this reason, this embodiment shows a higher efficiency than the above described.
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Beim zweiten Betriebszustand, insbesondere zu ZeitenIn the second operating state, especially at times
eines sehr geringen Wärmeverbrauchs, kann die Temperatur des in den Kollektor gepumpten Fluids bis zu einem Punkt zunehmen, bei dem das Fluid nach dem Durchgang durch den Kollektor heißer ist als ein vorbestimmtes höheres Temperaturniveau, d.h. bei dem die Temperatur beispielsweise höher liegt als etwa 11O°C (225°F). In einem derartigen Falle öffnet das thermisch betätigte Ventil 29. Dies bewirkt, daß ein Teil des Fluidstroms nach oben durch den außen angebrachten Radiator 28 strömt, wobei es einen Teil der Wärme an die umgebende Atmosphäre abgibt. Anschließend wird das abgekühlte Fluid dem Fluid beigemischt, das vom Kollektor kommt, so daß die Temperatur des vom Kollektor abgezogenen Fluids insgesamt verringert wird. Dieser Strömungszustand ist schematisch in Fig. 6 dargestellt. Wenn somit die Temperatur des in den Kollektor eintretenden Fluids beispielsweise bei etwa 1O1°C (215°F) liegt, könnte die. Temperatur des den Kollektor verlassenen Fluids, falls die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht eingebaut ist, bei ca. 116°C (24O°F) oder darüber liegen. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung könnte jedoch die Temperatur in einem erwünschteren Bereich gehalten werden. Wenn beispielsweise die aus dem Radiator 28 austretende Strömung bei einer Temperatur von etwa 82 C (18O°F) liegt, erhält man nach der Beimischung mit dem Kollektorstrom eine Gesamttemperatur des den Kollektor verlassenden Fluids von etwa 110°C (23O°F).a very low heat consumption, the temperature of the fluid pumped into the collector can be up to increase to a point where the fluid after passing through the collector is hotter than a predetermined higher temperature level, i.e. at which the temperature is, for example, higher than about 110 ° C (225 ° F). In such a case it opens the thermally actuated valve 29. This causes some of the fluid flow to be up through the outside attached radiator 28 flows, whereby it gives off part of the heat to the surrounding atmosphere. Afterward the cooled fluid is mixed with the fluid coming from the collector, so that the temperature of the fluid withdrawn from the collector is reduced overall. This flow condition is schematic shown in FIG. 6. Thus, if the temperature of the fluid entering the collector is for example is around 1O1 ° C (215 ° F), the. Temperature of the fluid leaving the collector, if the apparatus of the present invention is not installed is about 116 ° C (240 ° F) or above. By however, the use of the device according to the invention could reduce the temperature in a more desirable manner Area to be kept. For example, if the flow exiting the radiator 28 at a If the temperature is around 82 C (180 ° F), a total temperature is obtained after admixture with the collector current of fluid exiting the collector of about 110 ° C (230 ° F).
Ein dritter und extrem wichtiger Betriebszustand ist schematisch in Fig. 7 dargestellt. In diesem Falle wird beispielsweise durch einen Netzausfall, durch ein Ausschalten oder durch einen ähnlichenA third and extremely important operating state is shown schematically in FIG. 7. In this Trap is caused, for example, by a power failure, by switching off or by a similar one
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Vorgang das Fluid nicht durch den Kollektor gepumpt. Dies bewirkt, daß wenn das Fluid im Kollektor eine
vorbestimmte Temperatur von beispielsweise etwa 1O8°C
(225°F) erreicht, das Ventil 29 aufmacht. Aufgrund der auf die Temperaturdifferenz zurückzuführenden
Dichteunterschiede zwischen der Flüssigkeit im Sonnenkollektor 10 und der Flüssigkeit in dem Radiator
28 setzt eine Zirkulation ein, so daß die auf einer höheren Temperatur befindliche Flüssigkeit
in dem oberen Bereich des Radiators 28 eintritt und Flüssigkeit mit einer niedrigeren Temperatur
über die Leitung 33 in den Einlaßbereich 25 und von dort in das Verteilerrohr 22 gelangt. Es entsteht
daher aufgrund des Thermosyphoneffekts eine Schwerkraftströmung,
mit der Wärme zu dem Radiator 28 geführt und über diesen abgegeben wird. Sobald eine
ausreichende Wärme an die Atmosphäre abgegeben ist, so daß die Temperatur des Fluids im Kollektor 10
im Bereich des Verteilerrohrs 23 und des Teiles 26 unter das vorbestimmte höhere Temperaturniveau
abfällt, beispielsweise
schließt das Ventil 29.Operation, the fluid is not pumped through the collector. This causes when the fluid in the collector reaches a predetermined temperature, for example about 108 ° C (225 ° F), valve 29 opens. Due to the difference in density between the liquid in the solar collector 10 and the liquid in the radiator 28 due to the temperature difference, a circulation begins, so that the liquid at a higher temperature enters the upper region of the radiator 28 and liquid with a lower temperature above the Line 33 passes into the inlet region 25 and from there into the distributor pipe 22. Due to the thermosyphon effect, there is therefore a gravity flow with which heat is conducted to the radiator 28 and given off via it. As soon as sufficient heat is released into the atmosphere, so that the temperature of the fluid in the collector 10 in the region of the distributor pipe 23 and of the part 26 falls below the predetermined higher temperature level, for example
closes valve 29.
abfällt, beispielsweise unter etwa 1O8°C (225°F),drops, for example below about 1O8 ° C (225 ° F),
Typische Wärmeübertragungsfluide, die bei thermischen Sonnenkollektoren verwendet werden, wie Glycole, beginnen bekanntermaßen eine Zersetzung bei Temperaturen im Bereich von etwa 168°C (325°F) bis etwa 177°C (35O°F), wobei sie acidisch werden. Aus diesem Grunde war es in der Vergangenheit notwendig, die Acidität derartiger Fluide häufig zu überprüfen.Typical heat transfer fluids used in thermal Solar panels used, like glycols, are known to start decomposing at temperatures in the range of about 168 ° C (325 ° F) to about 177 ° C (350 ° F), becoming acidic. For this In the past, it was basically necessary to check the acidity of such fluids frequently.
Die vorliegende Erfindung vermeidet diesen Nachteil, indem sie die gesamte Vorrichtung gegen eine Überhitzung schützt. Der Überhitzungsschutz wird sowohl bei einer Zwangsumwälzung des Fluids durch die Kollektoren, als auch bei einer Stagnation oder bei stehen-The present invention avoids this disadvantage by preventing the entire device from overheating protects. The overheating protection is activated both when the fluid is forced to circulate through the collectors, as well as in the event of stagnation or
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dem Fluid wirksam. Ein weiterer Vorteil besteht da rin, daß die Vorrichtung einfach und preiswert zu verwirklichen ist.the fluid effective. Another advantage is that the device is simple and inexpensive too realize is.
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