EP2111521A2 - Röhrenkollektor mit variabler wärmeleitfähigkeit der koaxialrohre - Google Patents

Röhrenkollektor mit variabler wärmeleitfähigkeit der koaxialrohre

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Publication number
EP2111521A2
EP2111521A2 EP07857896A EP07857896A EP2111521A2 EP 2111521 A2 EP2111521 A2 EP 2111521A2 EP 07857896 A EP07857896 A EP 07857896A EP 07857896 A EP07857896 A EP 07857896A EP 2111521 A2 EP2111521 A2 EP 2111521A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
collector
heat transfer
transfer medium
collector tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07857896A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Maik Schedletzky
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leipziger Solargesellschaft Mbh
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
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Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2111521A2 publication Critical patent/EP2111521A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/12—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S10/40—Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors
    • F24S10/45—Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors the enclosure being cylindrical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/90—Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation
    • F24S10/95—Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation having evaporator sections and condenser sections, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/12—Shape memory
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F24S10/75—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits with enlarged surfaces, e.g. with protrusions or corrugations
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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F2013/005—Thermal joints
    • F28F2013/008—Variable conductance materials; Thermal switches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/04—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes comprising shape memory alloys or bimetallic elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the present invention relates to a collector tube, a collector tube for a collector tube and a tube collector.
  • Fig. 15a, b shows such a collector tube of the prior art.
  • Cladding tube 1 and absorber tube 2 are closed at one end and fused together at the other end.
  • Between the tubes 1, 2 is vacuum or a gas with low thermal conductivity, so that a structure - similar to a thermos - with a cavity 3 is formed.
  • the absorber tube 2 is used for light absorption and is provided for this purpose with an absorber layer.
  • the light 29 passes through the transparent cladding tube 1 located on the vacuum from Ab sorber layer 2.
  • the resulting heat in the Ab absorber layer is transferred to a heat conducting 33, which rests against the inside of the absorber tube 2 and the cavity 3 of the collector tube lined.
  • the heat conducting plate 33 is connected to a U-shaped bent tube 35 in which the heat transfer medium to be heated 4, 4a flows. Air gaps or oxidation layers between trench or oxidation layers between trench or oxidation layers between trench or oxidation layers between trench or oxidation layers between trench or oxidation layers between trench 33 and U-shaped bent tube 35 and absorber tube lead to heat transfer resistance and deteriorate the collector efficiency.
  • the amount of heat transfer medium should not be too large, so that the heat transfer medium can heat up quickly and the collector does not react too slow. Reflectors are used because there is less light on the side of the collector that faces away from the light than on the front.
  • the object of the invention is therefore to provide elements for a solar collector which make it possible to limit the maximum temperature and in particular also the use of materials with low temperature resistance in order to achieve a reduction in the variety of components with new production methods. Furthermore, a high efficiency should be achieved.
  • This object is achieved by the collector tube having the features of claim 1, by the distributor segment having the features of claim 20, or by a tube collimator.
  • Lektor solved with the features of claim 24.
  • the invention proposes a collector tube which brings about a reduction in the standstill temperature.
  • the heat transfer medium does not flow through a U-shaped bent tube, but directly along the inner wall of the absorber tube.
  • heat transfer resistances between absorber tube, heat conducting sheet and U-shaped bent tube are eliminated and the efficiency of the collector is increased.
  • the volume of the heat transfer medium to be heated is minimized to reduce the reaction time of the collector.
  • a coaxial tube is inserted into the cavity of each collector tube. The coaxial tube separates the inflowing cold heat transfer medium from the heated heat transfer medium.
  • the cold heat transfer medium flows inside the coaxial tube to the lower end of the cavity of the collector tube and flows back for heat absorption between the outside of the coaxial tube and the inside of the absorber tube.
  • the coaxial tube is arranged eccentrically in the cross section of the cavity of the collector tube.
  • the eccentricity of the coaxial tube is oriented to the light side of the collector tube. This reduces the volume of the heat transfer medium to be heated on the side facing away from the light and at the same time increases on the side facing the light. In this way, the heat transfer medium on the side facing away from the light, despite lower light irradiation, heated just as fast as on the light-facing side.
  • the reflector can be made smaller in relation to the tube diameter. In diffuse light conditions, the smaller reflector has only a negligible effect, but ensures that the standstill temperature increases less in the case of direct vertical irradiation.
  • the coaxial tube is displaced laterally in the collector tube.
  • the heat transfer medium to be heated for example, at southeast radiation on the opposite side - namely in the northwest direction - the lowest and on the directly irradiated side, the largest volume of the heat transfer medium to be heated.
  • the lateral displacement of the coaxial tube is carried out according to the respective position of the sun.
  • components made of materials are used, which change their shape and / or their volume when the temperature changes.
  • these components are locked between the absorber tube and the coaxial tube in such a way that they are heated simultaneously with the heat transfer medium. If there is a different degree of heating of the heat transfer medium, for example, between the east and west side due to lateral solar radiation, the component is deformed more on the warmer side than on the dark side. With the deformation of the component, the coaxial tube is displaced laterally, until the different volumes of the heat transfer medium to be heated result in compensation for the different radiation and temperature equalization.
  • the coaxial tube is variable in its thermal conductivity. Since hot and cold heat transfer medium - separated by the coaxial pipe - flow past each other in countercurrent, the thermal conductivity of the coaxial tube should be as low as possible in normal operation, to prevent heat from the hot is transferred to the cold heat transfer medium. In the case of an accident, however, it is advantageous if the thermal conductivity of the coaxial tube is as large as possible, so that the heat is transferred unhindered to the incoming cold water, which in this case represents a cold reservoir, and the standstill temperature is lowered. Realized is the variable thermal conductivity of the Koaxialrohrs advantageously through a double-walled glass tube in which there is a small amount of liquid and a gas or gas mixture. This type of coaxial tube is referred to below as a convection balloon.
  • variable thermal conductivity of the coaxial tube can also be achieved in a further embodiment of the invention that materials such as bimetals or shape memory materials change their shape and thereby form thermal bridges in the double-walled coaxial tube. Even materials in which a variable thermal conductivity is caused by a change in the molecular structure, are possible.
  • a further variant according to the invention consists in that a double-walled coaxial tube is used, which is equipped with special layers for the emission and absorption of thermal radiation.
  • the outer tube of the double-walled coaxial tube is provided on the inside with a variable selective layer. This layer emits little or no thermal radiation at low temperatures, as they prevail in normal operation of the collector.
  • variable-selective layer is able to radiate heat.
  • the outer side of the inner coaxial tube can be provided with an absorption layer. The heat is transferred to the cold reservoir after absorption by the inner coaxial tube.
  • Inner and outer coaxial tube are preferably connected together at the ends, so that a cavity is formed. Since the emission and absorption layers are located in the cavity of the coaxial tube, they do not come into contact with the heat transfer medium and are protected against abrasion, deposits and chemical changes.
  • the location of the inner coaxial tube in the outer coaxial tube may be concentric or eccentric.
  • Particularly suitable for the absorbent layer of the inner coaxial tube are ceramic layers having an absorption maximum in the infrared range of the light spectrum.
  • the cavity of the coaxial tube can be evacuated.
  • the convection balloon consists of a double-walled coaxial tube with the ends of the tubes joined together to create a cavity between the inner and outer tubes in which convection can take place.
  • the cavity is filled with a small amount of a medium which evaporates at a certain temperature.
  • This medium is called convection medium.
  • the cold and the warm heat transfer medium are separated by the coaxial tube or the convection balloon.
  • the heat transfer medium rises along the absorber wall and heats up.
  • the heat transfer medium is still cold, so that the convection medium in the convection balloon is in the liquid state of aggregation.
  • the upper portion of the convection balloon contains a gas or gas mixture with low thermal conductivity.
  • various noble gases are particularly suitable. Even a low pressure reduces the thermal conductivity.
  • the relatively low thermal conductivity of the gas ensures that little heat is transferred to the cold heat transfer medium inside.
  • the heat transfer medium between the absorber tube and the convection balloon is heated along the entire length to the lower area, where the convection medium is located in the convection balloon. If the temperature of the heat transfer medium exceeds the boiling point of the convection medium, it changes to the vaporous state of matter. The resulting vapor rises on the outer wall of the convection balloon and continues to absorb heat from the heat transfer medium. The convection medium condenses on the inside of the convection balloon, transferring heat to the cold heat transfer medium. The condensed convection medium flows down. The convection of the convection medium creates a cycle in which heat is transferred from the absorber layer to the inside of the convection balloon to the cold reservoir.
  • the heat transfer medium on the outside of the convection balloon is prevented from overheating and causing damage.
  • the collector yield is increased because the heat radiation is minimized to the outside by a low collector temperature and the heat transported into the interior is not lost.
  • the convection fluid used such as ethanol, water or a mixture of substances and the prevailing pressures in the convection balloon, the boiling point and thus the start of the heat transfer can be defined.
  • the sealing substance should advantageously not be miscible with the convection medium, have a higher boiling point and have a lower specific gravity.
  • water can be used as convection medium and oil or paraffin for sealing.
  • a further variant according to the invention of the coaxial tube with variable heat capacity consists in that the coaxial tube is made up of at least two nested tubes.
  • a coaxial tube with several "layers" is formed, the tubes are open at both ends, and the openings of the tubes located further inwards are preferably smaller on the inflow side of the cold heat transfer medium than the opening of the outer tube cold heat transfer medium in the outer layer of the coaxial tube, between the outer tube and the nearest inner tube, heat transferred through the wall of the outer tube to the cold heat transfer medium is drawn to the outflow side of the coaxial tube. transported alrohrs. Thereafter, the heat transfer medium flows in the gap between the inside of the absorber tube and the outside of the coaxial tube back up, where it is further heated.
  • the heat transfer can be further reduced by further similar layers of the coaxial tube.
  • the ratio of the volume flows of the heat transfer medium through the layers of the coaxial tube is determined by the ratio of the tube openings between the layers.
  • the standstill temperature is the ratio of the absorber surface to the volume of the heat transfer medium.
  • the non-removed heat is stored for the most part in the collector. It is released slowly to the environment and is also available after sunset.
  • the heat transfer medium in the gap between the coaxial tube and the absorber tube gradually cools down without further supply of light - depending on the quality of the selective coating and the vacuum.
  • the release of the heat stored in the cold reservoir is carried out according to the invention via the coaxial tube.
  • the Heat dissipation fast since the coaxial tube has a high thermal conductivity. It results in the convection balloon from a convection in the reverse direction in which heat is transported from the inside out. With increasing cooling, the convection fluid condenses more and more and the thermal conductivity of the convection balloon decreases. The residual heat from the cold reservoir is released increasingly slowly to the environment. This has the advantage that on the one hand this heat can be used over a longer period of time.
  • the period of one night is long enough for the heat transfer medium to cool down to such an extent that it also provides a sufficiently large cold reservoir on the following day in order to be able to limit the standstill temperature.
  • the heat transfer medium for large volumes and warm nights not fully cooled ensures a device that the heat not only through the coaxial tube to the Environment is given, but the convection of the heat transfer medium itself gets going.
  • a connection with a valve is created between the headers for the hot and cold heat transfer medium. The valve opens and closes a circuit between cold and warm heat transfer medium. If the valve opens, the warm heat transfer medium rises from the interior of the coaxial tube.
  • the coaxial tube On the outside of the coaxial tube or via an intermediate cooler, it is cooled, sinks down and flows from below into the interior of the coaxial tube. In this way, the high heat transfer resistance of the coaxial tube is bypassed and also a large heat transfer volume can be completely cooled so that it can absorb a corresponding amount of energy on the following day.
  • the large diameter of the coaxial tubes offers advantages for easy venting of the collector system, as air bubbles in the coaxial tube can rise without being entrained by the heat carrier flow.
  • the unproblematic way of venting offers the possibility of coupling the collector to a drain-back system in which the heat transfer medium is at a standstill is drained. This offers another possibility to cool the heat transfer medium overnight.
  • it also has the advantage that at very low temperatures in winter the heat transfer medium already reaches the collector at a relatively high temperature level (room temperature) and no energy is required to bring the heat transfer medium from minus temperatures to this temperature level.
  • a transparent cover of the collector for example in the form of a glass sheet, which is arranged so that it comes in the sun in the summer at noon for reflection.
  • the direct light is reflected so that it does not reach the collector. In the remaining times, the light can reach the collector largely unhindered.
  • the collectors of the invention When filled, the collectors of the invention have a much higher weight than conventional, which in freestanding assembly -. on flat roofs - is advantageous in terms of wind loads, because there is no need to provide additional weights.
  • the collector mounting device By limiting the standstill temperatures, it is possible to completely dispense with the construction of the collector on expensive metals such as aluminum or copper and instead advantageously to use plastic.
  • plastic On the one hand, the use of plastic enables new less expensive production techniques, such as injection molding.
  • the functions of several collector components, such as the distributor of the inflowing cold heat carrier medium or the effluent hot heat transfer medium and the thermal insulation, locking the collector tubes, the manifold housing and the collector mounting device can be integrated into a single component.
  • integrating different functions in a component poses problems when there are hot and cold zones are that expand differently and lead to the deformation of the component. This is the case, for example, if the distributors for cold and hot heat transfer medium are provided in one component.
  • the solution to this problem is a segmentation of the distributor.
  • Each segment has the same or similar functions, with different length expansions within a segment being compensated by flexible elements between the segments.
  • the size of a segment is determined by how large the expected maximum temperature differences within a segment are and which length differences can be tolerated.
  • the distributor segment according to the invention can receive one or more collector tubes.
  • the distributor segment In the distributor segment according to the invention are channels for the heat transfer medium.
  • the collector tube In the upper channel flows the cold and in the lower the warm heat transfer medium.
  • the collector tube is fixed from below in an opening of the channel for the warm heat transfer medium and sealed with seals.
  • the coaxial tube which is located in the collector tube, is fixed in an opening of the channel for the cold heat transfer medium and also sealed with seals. In this way, the cold heat transfer medium from the channel of the distributor can flow into the coaxial tube, leave the inside of the coaxial tube at the bottom, flow up between the absorber tube and the outside of the coaxial tube and open in the manifold in the channel for the warm heat transfer medium.
  • any tube collector arrangement can be formed with one type of distributor segments.
  • the arrangement can be changed by inserting or removing distributor segments (and collector tubes connected thereto), if, for example, it should turn out that the system is incorrectly positioned. was dimensioned.
  • Several distributor segments are held together by fasteners.
  • connecting elements are, for example, mounting frames, brackets or threaded rods. For endless assembly, threaded rods are preferably used, on which the distributor segments are lined up with corresponding holes. Between the distributor segments seals are arranged as flexible elements to compensate for the thermal expansion and for sealing.
  • a particularly advantageous embodiment of a segment for a collector tube and coaxial tube is made of heat-resistant plastic by injection molding. This type of production allows low unit costs, makes moreover the segmentation of the manifold advantage, since in this way the difference in thermal expansion within a component can be compensated easiest.
  • the openings for the collector tube and for the coaxial tube are offset from each other so that this results in the correct eccentric position of the coaxial tube in the cavity of the collector tube.
  • Hollow chambers which can be arranged around the heat transfer channels, serve for thermal insulation. These can also be filled with heat-insulating materials.
  • connections for inflow and outflow of the heat transfer medium are located on a collector side, it is provided in an advantageous development of the invention to integrate into the distributor housing another channel to achieve a uniform distribution of pressure losses within a collector by a so-called Tichelmannverscnies , It is advantageous to dimension the channel cross sections of a distributor segment for inflow and outflow of the heat transfer medium into or out of the collector tubes so that the pressure losses of inflow and outflow of the heat transfer medium including the pressure losses in the tubes are the same. In this way it is possible to line up any number of distributor segments and to vary the collector size variably. stallten.
  • an advantageous development of the distributor segment is that between the channels for cold and hot heat transfer medium a valve is integrated.
  • the valve creates a connection between the cold and hot heat transfer medium, creating a gravity driven cycle.
  • the circuit may serve to transfer heat from the absorber layer into the cold reservoir to avoid high standstill temperatures or to transfer heat in the reverse direction from the heated cold reservoir to the absorber layer where it is gradually radiated at night.
  • the distributor segments can be designed so that a veneer can be used as a design element or as UV and weather protection.
  • the distributor segment with the connecting elements and sealing elements thus forms a kind of modular system with a minimum number of different components, from which almost any tube collector systems can be assembled and changed. Especially the small number of different components is attractive for use in the area, where warehousing and procurement are a significant factor.
  • the invention also includes a tube collector having at least one of the components according to the invention.
  • FIG. 1 shows a cross section of a Sydneyrschreibe with eccentrically mounted coaxial tube.
  • Figure 2 is a side view of a Sydneyrschreibe with eccentrically mounted coaxial tube.
  • 3 shows a side view of a sideline tube with eccentrically mounted convection balloon and liquid convection medium in normal operation;
  • FIG. 4 shows a side view of a sideline tube with an eccentrically mounted convection balloon and vaporized convection medium at a standstill
  • Figure 6 shows the heat release from the heated cold reservoir via the convection of the heat transfer medium
  • Figure 7 is a longitudinal section of a distributor segment with a Sydneyrschreibe and coaxial tube.
  • Fig. 8 is a cross-section of a distributor segment with a sydney tube and coaxial tube;
  • FIG. 9 shows the flow of the heat transfer medium in a longitudinal section through a collector consisting of several distributor segments with sydney tubes;
  • 10a a collector consisting of four distributor segments
  • Fig. 10b the endless assembly of a collector of distribution segments
  • connection elements 10c shows the arrangement of connecting elements of an endless mounted collector
  • FIG. 12 shows the heat transfer to the cold reservoir by means of heat radiation
  • FIG. 13 shows the displacement of the coaxial tube in the collector tube
  • FIG. 14a shows the regulation of heat transfer to the cold reservoir via thermal bridges of shape memory materials in the cold state
  • Fig. 15a shows a Sydney tube in cross-section according to the prior art
  • Fig. 15b shows the Sydney tube according to the prior art in longitudinal section
  • 17 shows the connection to a drain-back system when the collectors are emptied; 18 shows the construction and the function of a coaxial tube of several layers in normal operation. and
  • Fig. 19 shows the function of the coaxial tube of several layers at a standstill.
  • FIG. 1 the cross section of a collector tube consisting of a cladding tube 1 and an absorber tube 2 is shown with eccentrically mounted coaxial 6.
  • Heat transfer medium 4 absorbs the heat of the absorber tube 2, in which it flows in a gap with different width between absorber tube and coaxial along.
  • the cold incoming heat transfer medium 5 is located inside the coaxial tube and forms a cold reservoir 5.
  • a reflector 10 On the sun-facing side of the collector is a reflector 10. This reflects the
  • Figure 2 shows the longitudinal section of the collector tube consisting of a cladding tube 1 and an absorber tube 2 with eccentrically mounted coaxial 6.
  • the cold incoming heat transfer medium 5 flows according to the arrows
  • the coaxial tube 6 can also be designed as a double-walled tube, so that a convection balloon 6a is formed.
  • the convection balloon 6a forms a closed system containing a convection medium 7.
  • the convection balloon 6a may be filled with gases 38 having a low thermal conductivity.
  • the convection medium 7 is liquid and collects at the lower end in the cold region of the heat transfer medium 5, 4a of the collector tube 1, 2.
  • the convection medium 7 may be compared to the gas chamber 38 sealed with a sealing substance 37, so that the convection 7 only in larger Scope evaporates when its boiling point is reached.
  • Figure 4 shows a state in which the convection medium 7, 7a is evaporated. This state is reached when the removal of the warm heat transfer medium 4 is hindered, so that the lower region of the collector tube 1, 2, 4 5a also heats up.
  • the evaporating convection medium 7a rises upward. It continues to absorb heat from the heat transfer medium 4 via the outer wall of the convection balloon 6a. This heat is transmitted to the cold reservoir 5 on the inside of the convection balloon.
  • the convection 11 in the convection balloon 6a according to the arrow direction continues until the temperatures between the heat transfer medium 4 and the cold reservoir 5 are balanced or are below the boiling temperature of the convection medium 7, 7a.
  • FIG. 5 shows the process of heat release from the cold reservoir 5a.
  • the heat transfer medium 4, 4 a cools gradually, since heat is radiated to the environment 12. If the temperature in the cold reservoir 5a is above the boiling temperature of the convection medium 7, 7a, the convection flow direction in the convection balloon reverses. Evaporated convection medium 7a rises on the inside of the convection balloon 6a upwards, thereby absorbs heat from the cold reservoir 5a and transfers the heat to the heat transfer medium 4, 4a. The more the cooling reservoir 5a cools, the less heat is given to the environment via the convection balloon 6a.
  • the heat release decreases sharply when the temperature in the cold reservoir 5a falls below the boiling temperature of the convection medium 7, 7a. If the heat release from the cold reservoir 5a is accelerated independently of the convection balloon 6a, which may be the case when large volumes of the cold reservoir 5a have to be cooled, the convection of the heat transfer medium 5, 5a, 4, 4a as in FIG shown used.
  • a valve 22 is opened, so that the heat transfer medium 5, 5a, 4, 4a can circulate.
  • the heat transfer medium 4, 4a cools between the absorber tube 2 and the outer wall of the convection balloon 6a by hillsab radiation 13 or via a separate consumer. As a consumer, for example, cooler or memory, which are arranged in a suitable position to the collector. During cooling, the density of the heat transfer medium 4, 4a increases so that it sinks down and warm heat transfer medium 5a flows from the cold reservoir 5a into the gap between the absorber tube 2 and outer wall of the convection balloon 6a or into a separate consumer.
  • FIG. 7 shows the structure of a distributor segment 18 in longitudinal section.
  • the collector tube 1, 2 is locked by an opening 4 d in the distributor segment 18 that it opens in the distribution channel 4 c.
  • the coaxial tube 6, 6a opens in the distributor channel 4b through an opening 4e in the distributor segment 18.
  • the opening 4e represents the inflow of the (cold) heat carrier medium from the distributor segment 18 into the coaxial tube 6.
  • the opening 4d represents the outflow of the (FIG.
  • the cold heat transfer medium 4a flows from a distribution channel 4b in the coaxial tube 6 and moves according to the flow direction 9 between the coaxial tube 6 and absorber tube 2 again in the direction of distributor, where it in a Distribution channel 4c opens.
  • Distribution channel 15 serves to transport the heat transfer medium to the end of the collector field, so that the sum of the distance from inflow and outflow of the heat transfer medium for each collector tube is the same size.
  • the distribution channels 16 provided, which can also be filled with suitable materials.
  • a distribution valve 22a can be integrated to analogous to the valve 22 in Fig. 6 a circulation of the heat transfer medium 5, 5a, 4, 4a to ermögli- chen.
  • FIG. 8 shows a cross-section of a distributor segment 18 with a vacuum tube 1, 2 and a coaxial tube 6.
  • a reflector 10 marks the back of the collector tube 1, 2.
  • the collector tube 1, 2 and the coaxial tube 6 are fixed and sealed by tube seals 17 in the openings 4d, 4e.
  • corresponding bores 21 are provided, into which connecting elements 20, such as threaded rods, can be inserted.
  • the bores 21 can advantageously be mounted in pairs in order to allow the construction of an arbitrarily long collector field.
  • a mounting device 36 allows the attachment of the collector to a frame or an elevation.
  • Figure 9 shows the structure of a collector array consisting of a plurality of distributor segments 18, each with a collector tube 19. By juxtaposing a plurality of distributor segments channels 4b, 4c, 15, which are flowed through by the heat transfer medium 4, 4a corresponding to the arrows 9.
  • FIGS. 10a to 10c show how the individual distributor segments 18 can be joined together to form a collector field.
  • FIG. 10 a shows a field of cooperation of four distributor segments 18.
  • the distributor segments 18 are connected to one another by connecting elements 20.
  • FIG. 10b shows by way of example how further distributor segments 18 can be added to a collector array comprising four distributor segments 18.
  • further connecting elements 20 are fastened in the parallel openings 21 of the last distributor segment.
  • On these connecting elements 20 alternately seals 17b and distributor segments 18 are plugged and hydraulically sealed.
  • FIG. 10 c shows how an arbitrarily long collector field can be built up by alternating use of the pairwise bores 21 for the connecting elements 20.
  • FIG. 11 shows how the collector according to the invention can be adapted to a curved mounting surface.
  • the collector field is shown from above.
  • conical seals 17a or special cones are used in the assembly of the collector field. Due to different material thicknesses of the seals 17a, the curvature can be adapted to the requirements.
  • FIG. 12 shows the heat transfer from the warm heat transfer medium 4 to the cold reservoir 5.
  • a variable selective layer 23 which is located on the inside of the outer coaxial tube, is heated by the warm heat transfer medium 4.
  • the variably selective layer 23 does not emit heat radiation 25.
  • the outer side of the inner coaxial tube can advantageously be provided with an absorber layer 24, which absorbs the heat radiation 25 and transfers it to the cold reservoir 5.
  • the coaxial tube can be evacuated.
  • FIG. 1 Components or components of a component 27, 28, which change their shape and / or their volume when heated, are located between absorber tube 2 and coaxial tube 6. If one of these components or components 27, 28 is heated more strongly by the irradiation of the sun 29 as the other 27, it moves the coaxial tube laterally and thereby increases the gap between the absorber tube 2 and Coaxial tube 6. On the side facing the sun, a gap is formed with the largest volume of the heat transfer medium 30 to be heated. On the side facing away from the sun, a gap with the smallest heat transfer volume 31 arises.
  • FIGS. 14a and 14b show how the heat transfer in the coaxial tube 6 from the warm heat transfer medium 4 to the cold reservoir 5 takes place.
  • the heat transfer medium 4 is not warm enough to change the shape of the shape memory material 32 so much that a thermal bridge is formed.
  • the shape memory material abuts only on the side of the passing heat transfer medium 4, while the inside of the coaxial tube 6 is not touched to the cold reservoir 5. This condition is shown in Fig. 14a. If the heat transfer medium 4 heats up beyond the normal operating temperature, the shape memory material 32a deforms to such an extent that, as shown in FIG. 14b, it also bears against the inside of the coaxial tube 6 and transfers heat from the heat transfer medium 4 to the heat transfer medium 4 Cold reservoir 5a transfers.
  • FIG. 15 a shows a Sydney tube according to the prior art with heat-conducting laminates in cross-section and in FIG. 15 b in a longitudinal section.
  • the incident light 29 is absorbed in the absorber tube 2.
  • the resulting heat must be transferred to a townleitblech 33 and then to a U-shaped bent tube 35.
  • the occurring heat transfer resistors 34 have a negative effect on the collector efficiency.
  • Fig. 16 the coupling of the collector 18, 19 according to the invention is shown to a drain-back system in the normal operation of the solar system.
  • the heat transfer medium 4a to be heated flows out of the heat accumulator 39 via the valve 42 into the collector.
  • the valve 42 is opened according to the indicated arrows.
  • the branch to the drain-back tank 40 is closed.
  • After flowing through the collector 18, 19, the warm heat transfer medium flows over the valve 41 back into the heat accumulator 39.
  • the valve 41 is opened according to the indicated arrows.
  • the branch to the drain-back tank 40 is closed.
  • Fig. 17 the coupling of the collector 18, 19 according to the invention to a drain-back system after emptying of the collector 18, 19 is shown.
  • the valve 41 is brought into a position in which the heat transfer medium from the collector 18, 19 flows according to the arrow in the drain-back tank 40.
  • the connection of the valve 41 to the heat accumulator 39 is closed. If the drain-back container 40 is located below the collectors 18, 19, the heat transfer medium can flow independently by gravity into the drain-back container 40. If this is not the case, the heat transfer medium is pumped out by the pump 43.
  • the valve 42 is brought into a position in which air from the drain-back container 40 passes into the collector in the direction of the arrow.
  • the connection of the valve 42 to the heat accumulator 39 is closed. An emptying of the collector tubes 19 is possible up to the level 46, is sucked in the air.
  • the escaping from the collector 18, 19 air is passed through the valve 42 into the drain-back tank 40.
  • the valves 41, 42 are brought into a position in which the drain-back container 40 is closed and the heat transfer medium 4, 4a between the collector 18, 19 and heat accumulator 39 can circulate.
  • the function of the drain-back container 40 can be integrated into the heat accumulator 39.
  • FIG. 18 shows a coaxial tube which consists of several layers through which the inflowing cold heat transfer medium 5 flows.
  • the majority of the inflowing cold heat transfer medium 5 since the opening 54 of the outer tube 49th is greater than the opening 55 of the second tube of the coaxial tube 51.
  • the heat transfer medium flows according to the indicated arrows to the other end of the coaxial tube and takes the heat transmitted through the outer tube 49 with.
  • a second tube of the coaxial tube 52 is formed with a third tube of the coaxial tube 53.
  • FIG. 19 shows the heat transfer through the coaxial tube consisting of several layers 50, 52 at standstill. Since no heat with the volume flow of the heat transfer medium 5 from the layers 50, 52 and other, not shown layers is removed, heat from the absorber layer corresponding to the thermal conductivity of the heat transfer medium and the tubes 49, 51, 53 and other not shown pipes in Inside the coaxial tube transferred to the cold reservoir 5a.
  • the invention further comprises a distributor or a distributor element for a collector tube, the sole characterizing feature of which is that it is made of plastic, preferably by injection molding. List of reference numbers used

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Abstract

Kollektorröhre für Sonnenkollektor, aufweisend ein Hüllrohr, ein Absorberrohr, welches innerhalb des Hüllrohrs angeordnet ist und in dessen Innern ein Wärmeträgermedium führbar ist, gekennzeichnet durch ein Innenrohrelement, das innerhalb des Absorberrohrs angeordnet ist und eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, welche veränderlich ist. Verteilersegment für zumindest eine Kollektorröhre, die insbesondere gemäß einem der vorherigen Ansprüche ausgestaltet ist, aufweiend: zumindest eine erste Öffnung zur Zuleitung eines Wärmeträgermediums in die zumindest eine Kollektorröhre, zumindest eine zweite Öffnung zur Ableitung des Wärmeträgermediums von der zumindest einen Kollektorröhre, einen Kanal zur Zuleitung des Wärmeträgermediums von außerhalb der zumindest einen Kollektorröhre in die zumindest eine Kollektorröhre, einen Kanal zur Ableitung des Wärmeträgermediums von der Kollektorröhre nach außerhalb der zumindest einen Kollektorröhre, wobei der Zuleitungskanal und der Ableitungskanal derart angeordnet sind, dass das Verteilersegment mit zumindest einem weiteren gleichartigen Verteilersegment in einem Wärmeträgermedium-Kreislauf direkt verkoppelbar ist.

Description

Röhrenkollektor mit variabler Wärmeleitfähigkeit der Koaxialrohre
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kollektorröhre, ein Verteilersegment für eine Kollektorröhre sowie einen Röhrenkollektor.
Es sind Röhrenkollektoren zur Absorption von Sonnenlicht bekannt, bei denen die Kollektorröhren jeweils ein transparentes Hüllrohr und ein Absorberrohr umfassen. Fig. 15a, b zeigt eine derartige Kollektorröhre des Standes der Technik. Hüllrohr 1 und Absorberrohr 2 sind jeweils an einem Ende geschlossen und am anderen Ende miteinander verschmolzen. Zwischen den Röhren 1, 2 befindet sich Vakuum oder ein Gas mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, so dass ein Gebilde - ähnlich einer Thermoskanne - mit einem Hohlraum 3 entsteht. Das Absorberrohr 2 dient zur Lichtabsorption und ist zu diesem Zweck mit einer Absorberschicht versehen. Das Licht 29 gelangt durch das transparente Hüllrohr 1 auf die im Vakuum befindliche Ab sorber Schicht 2. Die in der Ab sorber Schicht entstehende Wärme wird auf ein Wärmeleitblech 33 übertragen, welches an der Innenseite des Absorberrohrs 2 anliegt und den Hohlraum 3 der Kollektorröhre auskleidet. Zur Übertragung der Wärme auf das Wärmeträgermedium 4, 4a ist das Wärmeleitblech 33 mit einem u-förmig gebogenen Rohr 35 verbunden, in dem das zu erwärmende Wärmeträgermedium 4, 4a fließt. Luftspalten oder Oxidationsschichten zwischen Wärmeleitblech 33 und u-förmig gebogenen Rohr 35 bzw. Absorberrohr führen zu Wärmeübergangswiderständen und verschlechtern den Kollektorwirkungsgrad. Im Verhältnis zur Absorberfläche sollte die Menge des Wärmeträgermediums nicht zu groß sein, damit das Wärmeträgermedium sich schnell erwärmen kann und der Kollektor nicht zu träge reagiert. Da auf die lichtabgewandte Seite des Kollektors weniger Licht einstrahlt als auf die Vorderseite, werden Reflektoren eingesetzt. Diese reflektieren Strahlung, die zwischen den Röhren auf den Reflek- tor trifft, auf die lichtabgewandte Seite der Kollektorröhren. Bei senkrechter direkter Sonneneinstrahlung und einer Reflektorbreite, die dem doppelten Röhrendurchmesser entspricht, erhalten die Rückseiten der Kollektorröhren annähernd so viel Licht wie die Vorderseiten. Bei diffusen Lichtverhältnissen beschatten die Röhren teilweise den Reflektor, so dass wesentlich weniger Licht auf die Rückseite der Röhren reflektiert werden kann. In Deutschland beträgt beispielsweise der jährliche Anteil des diffusen Lichtes ca. 50% der Globalstrahlung. Die Konsequenz daraus ist, dass der Reflektor bei diffusem Licht nicht wesentlich zur Ertragssteigerung beiträgt. Bei direktem Licht bewirkt der Reflektor eine Leistungs- Steigerung des Kollektors. Im Stagnationsfall, z.B. bei vollem Speicher oder Pumpendefekt, wenn die Wärme aus dem Kollektor nicht abtransportiert werden kann, wirkt sich die zusätzliche Strahlung durch den Reflektor negativ auf die Betriebssicherheit aus. Denn bei Temperaturen zwischen 250 bis 3000C kann die Dampfbildung zu Anlagenschäden und zur Alterung des Frostschutzmittels führen. Ver- teuer, die das Wärmeträgermedium den Kollektorröhren zuführen bzw. abführen, werden deshalb meist aus Kupfer gefertigt, die diesen Temperaturen standhalten. Zur Verminderung von Wärmeverlusten werden die Verteiler mit hochtemperatur- festen Dämmstoffen umhüllt. Um die Kollektorröhren sowie alle weiteren Kollektorkomponenten zu fixieren, werden in der Regel Gehäuse aus Aluminium ver- wendet. Durch die Vielzahl der Kollektorbauteile ist der Montageaufwand groß und verursacht im Zusammenhang mit den verwendeten Materialien hohe Herstellungskosten.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Elemente für einen Sonnenkollektor bereitzu- stellen, die eine Begrenzung der Maximaltemperatur und insbesondere auch den Einsatz von Materialien mit niedriger Temperaturbeständigkeit ermöglichen, um mit neuen Herstellungsverfahren eine Reduzierung der B auteil Vielfalt zu erreichen. Weiterhin soll ein hoher Wirkungsgrad erzielbar sein. Diese Aufgabe wird durch die Kollektorröhre mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch das Vertei- lersegment mit den Merkmalen des Anspruchs 20, bzw. durch einen Röhrenkol- lektor mit den Merkmalen gemäß Anspruch 24 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen definiert.
Unter Berücksichtigung der Aspekte eines hohen Wirkungsgrades wird mit der Erfindung, entsprechend dem Anspruch 1, eine Kollektorröhre vorgeschlagen, die eine Verringerung der Stillstandstemperatur mit sich bringt. Erfindungsgemäß fließt das Wärmeträgermedium nicht durch ein u-förmig gebogenes Rohr, sondern direkt an der Innenwand des Absorberrohrs entlang. Dadurch werden Wärmeübergangswiderstände zwischen Absorberrohr, Wärmeleitblech und u-förmig ge- bogenem Rohr eliminiert und der Wirkungsgrad des Kollektors gesteigert. Zusätzlich wird das Volumen des zu erwärmenden Wärmeträgermediums minimiert, um die Reaktionszeit des Kollektors zu verringern. Dazu ist in den Hohlraum eines jeden Kollektor-Rohres ein Koaxialrohr eingebracht. Das Koaxialrohr trennt das zufließende kalte Wärmeträgermedium vom erwärmten Wärmeträgermedium. Das kalte Wärmeträgermedium fließt im Inneren des Koaxialrohrs zum unteren Ende des Hohlraumes der Kollektor-Röhre und fließt zur Wärmeaufnahme zwischen der Außenseite des Koaxialrohrs und der Innenseite des Absorberrohres zurück. Das Koaxialrohr ist im Querschnitt des Hohlraums des Kollektor-Rohrs exzentrisch angeordnet. Die Exzentrizität des Koaxialrohrs ist zur lichtabgewandten Sei- te des Kollektorrohrs orientiert. Dadurch verringert sich das Volumen des zu erwärmenden Wärmeträgermediums auf der lichtabgewandten Seite und es vergrößert sich gleichzeitig auf der lichtzugewandten Seite. Auf diese Weise wird das Wärmeträgermedium auf der lichtabgewandten Seite, trotz geringerer Lichteinstrahlung, genau so schnell erwärmt wie auf der lichtzugewandten Seite. Der Re- flektor kann im Verhältnis zum Röhrendurchmesser kleiner dimensioniert werden. Bei diffusen Lichtverhältnissen wirkt sich der kleinere Reflektor nur unwesentlich aus, sorgt aber dafür, dass die Stillstandstemperatur bei direkter senkrechter Einstrahlung weniger stark steigt.
Ist ein Kollektor nach Süden ausgerichtet, so befindet sich bei dieser Anordnung der größte Teil des zu erwärmenden Wärmeträgermediums auf der Südseite der - A -
Kollektorröhren und wird direkt von der Sonne bestrahlt. Scheint die Sonne in den Morgen- oder Abendstunden schräg auf den Kollektor, ist es vorteilhaft, wenn sich dann auch die größte Menge des zu erwärmenden Wärmeträgermediums an den Stellen der höchsten Lichtintensität befindet. Dazu wird das Koaxialrohr im Kollektorrohr zeitlich veränderbar seitlich verschoben. Auf diese Weise hat das zu erwärmende Wärmeträgermedium beispielsweise bei südöstlicher Einstrahlung auf der gegenüberliegenden Seite - nämlich in nordwestlicher Richtung - das geringste und auf der direkt bestrahlten Seite das größte Volumen des zu erwärmenden Wärmeträgermediums. Die seitliche Verschiebung des Koaxialrohrs erfolgt entsprechend dem jeweiligen Sonnenstand. Zur Realisierung der seitlichen Verschiebung des Koaxialrohrs im Kollektorrohr kommen vorzugsweise Bauteile aus Materialien zum Einsatz, die bei Temperaturänderung ihre Form und/oder ihr Volumen ändern. Diese Bauteile sind beispielsweise so zwischen Absorberrohr und Koaxialrohr arretiert, dass sie gleichzeitig mit dem Wärmeträgermedium erwärmt werden. Kommt es infolge seitlicher Sonneneinstrahlung zu einer unterschiedlich starken Erwärmung des Wärmeträgermediums beispielsweise zwischen Ost- und Westseite, wird das Bauteil auf der wärmeren Seite stärker verformt als auf der Schattenseite. Mit der Verformung des Bauteils wird das Koaxialrohr seitlich verschoben, bis es durch die unterschiedlichen Volumina des zu erwärmenden Wär- meträgermediums zur Kompensation der unterschiedlichen Strahlung und zu einer Temperaturangleichung kommt.
Erfindungsgemäß ist das Koaxialrohr in seiner Wärmeleitfähigkeit variabel. Da heißes und kaltes Wärmeträgermedium - getrennt durch das Koaxialrohr - im Gegenstrom aneinander vorbei fließen, sollte die Wärmeleitfähigkeit des Koaxialrohrs im Normalbetrieb möglichst gering sein, um zu verhindern, dass Wärme vom heißen auf das kalte Wärmeträgermedium übertragen wird. Im Falle einer Havarie ist es hingegen vorteilhaft, wenn die Wärmeleitfähigkeit des Koaxialrohrs möglichst groß ist, damit die Wärme ungehindert auf das zufließende kalte Was- ser, das in diesem Fall ein Kältereservoir darstellt, übertragen und die Stillstandstemperatur gesenkt wird. Realisiert wird die veränderliche Wärmeleitfähigkeit des Koaxialrohrs vorteilhafterweise durch ein doppelwandiges Glasrohr, in dem sich eine geringe Flüssigkeitsmenge und ein Gas bzw. Gasgemisch befindet. Diese Art des Koaxialrohrs wird im Folgenden als Konvektions-Ballon bezeichnet.
Die veränderliche Wärmeleitfähigkeit des Koaxialrohrs kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch dadurch erreicht werden, dass Materialien wie beispielsweise Bimetalle oder Materialien mit Formgedächtnis ihre Form ändern und dadurch Wärmebrücken im doppelwandigen Koaxialrohr bilden. Auch Materialien, bei denen eine variable Wärmeleitfähigkeit durch eine Veränderung der mo- lekularen Struktur hervorgerufen wird, sind möglich. Eine weitere erfindungsgemäße Variante besteht darin, dass ein doppelwandiges Koaxialrohr verwendet wird, das mit besonderen Schichten zur Emission und Absorption von Wärmestrahlung ausgestattet ist. Das äußere Rohr des doppelwandigen Koaxialrohrs wird dazu auf der Innenseite mit einer variabel selektiven Schicht versehen. Diese Schicht emittiert bei niedrigen Temperaturen, wie sie im Normalbetrieb des Kollektors herrschen, keine oder nur geringe Wärmestrahlung. Erst bei hohen Temperaturen, wie sie im Stagnationsfall auftreten, oder bei Überschreitung einer Schwellentemperatur ist die variabel selektive Schicht in der Lage, Wärme abzustrahlen. Um Reflexionen des inneren Koaxialrohrs zu vermeiden, kann die Au- ßenseite des inneren Koaxialrohrs mit einer Absorptionsschicht versehen werden. Die Wärme wird nach Absorption durch das innere Koaxialrohr auf das Kältereservoir übertragen. Inneres und äußeres Koaxialrohr sind vorzugsweise an den Enden miteinander verbunden, so dass ein Hohlraum entsteht. Da sich die Emissions- und Absorptionsschichten im Hohlraum des Koaxialrohrs befinden, kommen sie nicht in Kontakt mit dem Wärmeträgermedium und sind vor Abrieb, Ablagerungen und chemischen Veränderungen geschützt. Die Lage des inneren Koaxialrohrs im äußeren Koaxialrohr kann konzentrisch oder exzentrisch sein. Besonders geeignet für die absorbierende Schicht des inneren Koaxialrohrs sind keramische Schichten mit einem Absorptionsmaximum im Infrarotbereich des Lichtspekt- rums. Um zu verhindern, dass eine Wärmeübertragung im Koaxialrohr auch bei niedrigen Temperaturen durch Wärmeleitung erfolgt, kann der Hohlraum des Koaxialrohrs evakuiert werden.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Koaxialrohrs mit veränderlicher Wärmeleitfähigkeit soll anhand des Konvektions-Ballons näher erläutert werden.
Der Konvektions-Ballon besteht aus einem doppelwandigen Koaxialrohr, wobei die Enden der Rohre so miteinander verbunden sind, dass ein Hohlraum zwischen innerem und äußerem Rohr entsteht, in dem eine Konvektion stattfinden kann.
Der Hohlraum wird mit einer geringen Menge eines Mediums gefüllt, das bei ei- ner bestimmten Temperatur verdampft. Dieses Medium wird als Konvektionsme- dium bezeichnet.
Im Normalbetrieb sind das kalte und das warme Wärmeträgermedium durch das Koaxialrohr bzw. den Konvektions-Ballon voneinander getrennt. Das Wärmeträ- germedium steigt entlang der Absorberwand nach oben und erwärmt sich dabei. Im unteren Röhrenbereich ist das Wärmeträgermedium noch kalt, so dass sich das Konvektionsmedium im Konvektions-Ballon im flüssigen Aggregatzustand befindet. Der obere Bereich des Konvektions-Ballons enthält ein Gas oder Gasgemisch mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Besonders geeignet sind beispielsweise ver- schiedene Edelgase. Auch ein niedriger Druck vermindert die Wärmeleitfähigkeit. Die relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit des Gases sorgt dafür, dass wenig Wärme auf das kalte Wärmeträgermedium im Inneren übertragen wird. Im Stillstand erwärmt sich das Wärmeträgermedium zwischen Absorberrohr und Konvektions- Ballon auf der gesamten Länge bis in den unteren Bereich, wo sich das Konvekti- onsmedium im Konvektions-Ballon befindet. Überschreitet die Temperatur des Wärmeträgermediums die Siedetemperatur des Konvektionsmediums, geht dieses in den dampfförmigen Aggregatzustand über. Der entstehende Dampf steigt an der Außenwand des Konvektions-Ballons nach oben und nimmt dabei weiter Wärme vom Wärmeträgermedium auf. Auf der Innenseite des Konvektions- Ballons kondensiert das Konvektionsmedium und gibt dabei Wärme an das kalte Wärmeträgermedium ab. Das kondensierte Konvektionsmedium fließt nach unten. Durch die Konvektion des Konvektionsmediums entsteht ein Kreislauf, bei dem Wärme von der Ab sorber Schicht auf die Innenseite des Konvektions-Ballons zum Kältereservoir übertragen wird. Auf diese Weise wird zum einen verhindert, dass sich das Wärmeträgermedium auf der Außenseite des Konvektions-Ballons zu stark erwärmt und Schäden verursacht. Zum anderen wird der Kollektorertrag gesteigert, da die Wärmeab Strahlung nach außen durch eine niedrige Kollektortemperatur minimiert wird und die ins Innere transportierte Wärme nicht verloren geht. Je nach verwendeter Konvektions-Flüssigkeit, wie beispielsweise Ethanol, Wasser oder ein Stoffgemisch und den herrschenden Drücken im Konvektions- Ballon kann die Siedetemperatur und damit der Start der Wärmeübertragung definiert werden. Um einen möglichst sprunghaften Anstieg der Wärmeübertragung durch die Konvektion zu erreichen, ist es vorteilhaft, das Konvektionsmedium mit einer zweiten Substanz gegenüber dem darüber liegenden Gasraum des Konvekti- onsballons abzudichten. Damit wird erreicht, dass ein Verdampfen des Konvekti- onsmediums und damit eine Konvektion erst dann im nennenswerten Umfang einsetzt, wenn das Konvektionsmedium bis zum Siedepunkt erhitzt wurde. Die zur Abdichtung dienende Substanz sollte vorteilhafterweise nicht mit dem Konvektionsmedium mischbar sein, einen höheren Siedepunkt haben und ein geringeres spezifisches Gewicht aufweisen. Beispielhaft können Wasser als Konvekti- onsmedium und Öl bzw. Parafin zur Abdichtung verwendet werden.
Eine weitere erfindungsgemäße Variante des Koaxialrohrs mit veränderlicher Wärmefähigkeit besteht darin, dass das Koaxialrohr aus mindestens zwei ineinander geschachtelten Rohren aufgebaut ist. Es entsteht ein Koaxialrohr mit mehreren „Schichten". Die Rohre sind jeweils an beiden Enden offen. Die Öffnungen der weiter innen liegenden Rohre sind vorzugsweise an der Zuflussseite des kalten Wärmeträgermediums kleiner als die Öffnung des äußeren Rohrs. Auf diese Weise strömt der überwiegende Teil des kalten Wärme trägermediums in der äußeren Schicht des Koaxialrohrs, zwischen äußerem Rohr und dem nächsten weiter innen liegenden Rohr, nach unten. Wärme, die durch die Wand des äußeren Rohrs auf das kalte Wärmeträgermedium übertragen wird, wird zur Abflussseite des Koaxi- alrohrs transportiert. Danach strömt das Wärmeträgermedium im Spalt zwischen der Innenseite des Absorberrohrs und der Außenseite des Koaxialrohrs wieder nach oben, wo es weiter erwärmt wird. Da die Wärme aus der äußeren Koaxialrohrschicht abtransportiert wird, gelangt im Normalbetrieb nur wenig Wärme zum Kältereservoir im Inneren des Koaxialrohrs. Die Wärmeübertagung kann durch weitere gleichartige Schichten des Koaxialrohrs weiter verringert werden. Das Verhältnis der Volumenströme des Wärmeträgermediums durch die Schichten des Koaxialrohrs wird durch das Verhältnis der Rohröffnungen zwischen den Schichten festgelegt.
Im Stillstand, wenn kein Wärmeträgermedium im Kollektor zirkuliert, ist auch der Abtransport der Wärme aus der äußeren und den weiter innen angeordneten Koaxialrohrschichten unterbrochen. Wärme wird dann durch die Wände des Koaxialrohrs von Schicht zu Schicht bis ins Innere des Koaxialrohrs, dem Kältereservoir, übertragen. Durch die Ableitung der Wärme vom Absorberrohr zum Kältereservoir wird eine Überhitzung verhindert.
Von Bedeutung für die Stillstandstemperatur ist das Verhältnis der Absorberfläche zum Volumen des Wärmeträgermediums. Je größer das Volumen im Verhältnis zur Absorberfläche wird, desto geringer ist die Stillstandstemperatur, da die Lichtintensität und Sonnenscheindauer eines Tages begrenzt ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sonnenkollektoren, bei denen auf dem Niveau der Stillstandstemperatur genau so viel Wärme an die Umgebung abgestrahlt wird wie Lichtenergie einstrahlt, wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die nicht abtransportierte Wärme zum großen Teil im Kollektor gespeichert. Sie wird nur langsam an die Umgebung abgegeben und steht auch nach Sonnenuntergang zu Verfügung. Das Wärmeträgermedium im Spalt zwischen Koaxialrohr und Absorberrohr kühlt sich ohne weitere Lichtzufuhr allmählich ab - je nach Güte der selektiven Beschich- tung und des Vakuums. Die Abgabe der im Kältereservoir gespeicherten Wärme erfolgt erfindungsgemäß über das Koaxialrohr. Bei Temperaturen im Kältereservoir, die über der Siedetemperatur des Konvektionsmediums liegen, erfolgt die Wärmeabgabe schnell, da das Koaxialrohr eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Sie resultiert beim Konvektions-Ballon aus einer Konvektion in umgekehrter Richtung bei der Wärme von innen nach außen transportiert wird. Mit zunehmender Abkühlung kondensiert die Konvektionsflüssigkeit mehr und mehr und die Wärmeleitfähigkeit des Konvektions-Ballons verringert sich. Die Restwärme aus dem Kältereservoir wird zunehmend langsamer an die Umgebung abgegeben. Das hat den Vorteil, dass diese Wärme einerseits noch über einen längeren Zeitraum genutzt werden kann. Andererseits ist die Zeitspanne einer Nacht lang genug, um das Wärmeträgermedium soweit abzukühlen, dass es auch am Folgetag ein ausrei- chend großes Kältereservoir darstellt, um die Stillstandstemperatur begrenzen zu können. Bei anderen Varianten des Koaxialrohrs oder ist damit zu rechnen, dass sich das Wärmeträgermedium bei großen Volumina und warmen Nächten nicht vollständig abgekühlt, wie es in südlicheren Ländern der Fall sein kann, sorgt eine Vorrichtung dafür, dass die Wärme nicht nur durch das Koaxialrohr an die Umge- bung abgegeben wird, sondern die Konvektion des Wärmeträgermediums selbst in Gang kommt. Dazu wird zwischen den Sammelrohren für das warme und kalte Wärmeträgermedium eine Verbindung mit einem Ventil geschaffen. Das Ventil öffnet und schließt einen Kreislauf zwischen kaltem und warmem Wärmeträgermedium. Öffnet sich das Ventil, so steigt das warme Wärmeträgermedium aus dem Innenraum des Koaxialrohrs nach oben. Auf der Außenseite des Koaxialrohrs oder über einen zwischengeschalteten Kühler wird es abgekühlt, sinkt nach unten und strömt von unten in das Innere des Koaxialrohrs. Auf diese Weise wird der hohe Wärmeübergangswiderstand des Koaxialrohrs umgangen und auch ein großes Wärmeträgervolumen kann vollständig abgekühlt werden, damit es am Folge- tag eine entsprechende Energiemenge aufnehmen kann.
Der große Durchmesser der Koaxialröhren bietet Vorteile für eine einfache Entlüftung des Kollektorsystems, da Luftblasen im Koaxialrohr nach oben steigen können, ohne vom Wärmeträgerstrom mitgerissen zu werden. Die unproblemati- sehe Art der Entlüftung bietet die Möglichkeit, den Kollektor an ein Drain-Back- System anzukoppeln, bei dem das Wärmeträgermedium im Stillstand der Anlage abgelassen wird. Damit bietet sich eine weitere Möglichkeit, das Wärmeträgermedium über Nacht abzukühlen. Es hat aber auch den Vorteil, das bei sehr tiefen Temperaturen im Winter das Wärmeträgermedium bereits mit einem relativ hohen Temperaturniveau (Zimmertemperatur) in den Kollektor gelangt und keine Ener- gie benötigt wird, um das Wärmeträgermedium von Minustemperaturen auf dieses Temperaturniveau zu bringen.
Vorrichtungen, die den Kollektor im Sommer zur Mittagszeit ganz oder teilweise beschatten, tragen mit dazu bei, die Stillstandstemperatur zu begrenzen. Vorteil- haft ist eine transparente Abdeckung des Kollektors, beispielsweise in Form einer Glasscheibe, die so angeordnet ist, dass es beim Sonnenstand im Sommer zur Mittagszeit zur Reflexion kommt. Das direkte Licht wird so reflektiert, dass es den Kollektor nicht erreicht. In den übrigen Zeiten kann das Licht weitgehend ungehindert auf den Kollektor gelangen.
Im gefüllten Zustand besitzen die erfindungsgemäßen Kollektoren ein wesentlich höheres Gewicht als herkömmliche, was bei freistehender Montage - z.B. auf Flachdächern - bezüglich Windlasten vorteilhaft ist, denn es müssen keine zusätzlichen Gewichte vorgesehen werden.
Durch die Begrenzung der Stillstandstemperaturen ist es möglich, bei der Konstruktion des Kollektors komplett auf teure Metalle wie Aluminium oder Kupfer zu verzichten und stattdessen vorteilhafterweise Kunststoff zu verwenden. Die Verwendung von Kunststoff ermöglicht einerseits neue preiswertere Fertigungs- techniken, wie beispielsweise den Spritzguss. Andererseits können die Funktionen mehrerer Kollektorbauteile, wie beispielsweise der Verteiler des zufließenden kalten Wärme trägermediums bzw. des abfließenden heißen Wärmeträgermediums sowie die Wärmedämmung, Arretierung der Kollektorröhren, das Verteilergehäuse und die Befestigungsvorrichtung für die Kollektormontage in einem einzigen Bauteil integriert werden. Die Integration verschiedner Funktionen in einem Bauteil bringt jedoch Probleme mit sich, wenn warme und kalte Zonen vorhanden sind, die sich unterschiedlich stark ausdehnen und zur Verformung des Bauteils führen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Verteiler für kaltes und heißes Wärmeträgermedium in einem Bauteil vorgesehen sind. Die Lösung dieses Problems liegt in einer Segmentierung des Verteilers. Jedes Segment hat die gleichen oder ähnlichen Funktionen, wobei unterschiedliche Längenausdehnungen innerhalb eines Segments durch flexible Elemente zwischen den Segmenten ausgeglichen werden. Die Größe eines Segments wird dadurch bestimmt, wie groß die zu erwartenden maximalen Temperaturunterschiede innerhalb eines Segments sind und welche Längenunterschiede toleriert werden können.
Das erfindungsgemäße Verteilersegment kann eine oder mehrere Kollektorröhren aufnehmen.
Im Verteilersegment gemäß der Erfindung befinden sich Kanäle für das Wärme- trägermedium. Im oberen Kanal fließt das kalte und im unteren das warme Wärmeträgermedium. Die Kollektorröhre wird von unten in einer Öffnung des Kanals für das warme Wärmeträgermedium fixiert und mit Dichtungen abgedichtet. Das Koaxialrohr, welches sich in der Kollektorröhre befindet, wird in einer Öffnung des Kanals für das kalte Wärmeträgermedium fixiert und ebenfalls mit Dichtun- gen abgedichtet. Auf diese Weise kann das kalte Wärmeträgermedium aus dem Kanal des Verteilers in das Koaxialrohr strömen, das Innere des Koaxialrohrs am unteren Ende verlassen, zwischen Absorberrohr und Außenseite des Koaxialrohrs nach oben fließen und im Verteiler in den Kanal für das warme Wärmeträgermedium münden. Erfindungsgemäß sind die Zu- und Ableitungskanäle derart ange- ordnet, dass mehrere Verteilersegmente in einem Wärmeträgermedium-Kreislauf direkt, d.h. ohne Schläuche, Rohrstücke oder dergleichen, miteinander verkoppelt werden können. Auf diese Weise kann mit einer Art von Verteilersegmenten eine beliebige Röhrenkollektor-Anordnung gebildet werden. Überdies kann direkt am Einsatzort des Röhrenkollektors noch die Anordnung durch Einfügen oder He- rausnehmen von Verteilersegmenten (und daran angeschlossene Kollektorröhren) verändert werden, wenn sich etwa herausstellen sollte, dass die Anlage falsch di- mensioniert war. Mehrere Verteilersegmente werden durch Verbindungselemente zusammengehalten. Als Verbindungselemente eignen sich beispielsweise Montagegestelle, Klammern oder Gewindestangen. Zur Endlosmontage werden vorzugsweise Gewindestangen verwendet, auf die die Verteilersegmente mit entspre- chenden Bohrungen aufgereiht werden. Zwischen den Verteilersegmenten werden jeweils Dichtungen als flexible Elemente zum Ausgleich der Wärmeausdehnung und zur Abdichtung angeordnet.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung eines Segments für eine Kollektorröhre sowie Koaxialröhre ist aus hitzebeständigem Kunststoff in Spritzgusstechnik hergestellt. Diese Art der Herstellung ermöglicht geringe Stückkosten, macht sich überdies die Segmentierung der Verteiler zunutze, da auf diese Weise die unterschiedliche Wärmeausdehnung innerhalb eines Bauteils am einfachsten kompensiert werden kann.
Die Öffnungen für das Kollektorrohr und für das Koaxialrohr sind so gegeneinander versetzt, dass sich daraus die richtige exzentrische Position des Koaxialrohrs im Hohlraum des Kollektorrohrs ergibt. Hohlkammern, die um die Wärmeträgerkanäle angeordnet sein können, dienen der Wärmedämmung. Diese können zu- sätzlich mit wärmedämmenden Materialien gefüllt werden.
Sollen sich die Anschlüsse für Zu- bzw. Abfluss des Wärmeträgermediums an einer Kollektorseite befinden, ist es bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, in das Verteilergehäuse einen weiteren Kanal zu integrieren, um eine Gleichverteilung der Druckverluste innerhalb eines Kollektors durch eine sogenannte Tichelmannverschaltung zu erreichen. Es ist vorteilhaft, die Kanalquerschnitte eines Verteilersegmentes für Zu- und Abfluss des Wärmeträgermediums in bzw. aus den Kollektorröhren so zu bemessen, dass die Druckverluste von Zu- und Abfluss des Wärmeträgermediums inklusive der Druckverluste in den Röhren jeweils gleich groß sind. Auf diese Weise ist es möglich, beliebig viele Verteilersegmente aneinander zu reihen und die Kollektorgröße variabel zu ge- stallten. Werden Kollektorröhren verwendet, bei denen das zu erwärmende Wärmeträgermedium vom kalten zufließenden Wärmeträgermedium getrennt ist, wie es beispielsweise bei der Verwendung von Koaxialrohren der Fall ist, besteht eine vorteilhafte Weiterbildung des Verteilersegments darin, dass zwischen den Kanä- len für kaltes und heißes Wärmeträgermedium ein Ventil integriert wird. Das Ventil schafft eine Verbindung zwischen kaltem und heißem Wärmeträgermedium, so dass ein durch Schwerkraft angetriebener Kreislauf entsteht. Der Kreislauf kann dazu dienen, Wärme von der Absorberschicht in das Kältereservoir zu transportieren, um hohe Stillstandstemperaturen zu vermeiden oder um in umgekehrter Richtung Wärme aus dem erhitzten Kältereservoir zur Ab sorber Schicht zu transportieren, wo sie nachts allmählich abgestrahlt wird. Die Verteilersegmente können so gestaltet sein, dass eine Verblendung als gestalterisches Element oder als UV- und Witterungsschutzangebracht werden kann.
Das Verteilersegment mit den Verbindungselementen und Dichtelementen bildet also eine Art Baukastensystem mit einer Minimalzahl verschiedener Komponenten, aus welchem nahezu beliebige Röhrenkollektoranlagen zusammengestellt und verändert werden können. Gerade die kleine Anzahl verschiedener Komponenten ist attraktiv für den Einsatz in der Fläche, wo Lagerhaltung und Beschaffung einen bedeutenden Faktor darstellen.
Die Erfindung umfasst auch einen Röhrenkollektor, der zumindest eines der erfindungsgemäßen Bestandteile aufweist.
In der Zeichnung werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt einer Sydneyröhre mit exzentrisch gelagertem Koaxialrohr; Fig. 2 eine Seitenansicht einer Sydneyröhre mit exzentrisch gelagertem Koaxialrohr; Fig. 3 eine Seitenansicht einer Sydneyröhre mit exzentrisch gelagertem Kon- vektions-Ballon und flüssigem Konvektionsmedium im Normalbetrieb;
Fig. 4 eine Seitenansicht einer Sydneyröhre mit exzentrisch gelagertem Kon- vektions-Ballon und verdampften Konvektionsmedium im Stillstand;
Fig. 5 die Wärmeabgabe aus dem erwärmten Kältereservoir über den Kon- vektions-Ballon;
Fig. 6 die Wärmeabgabe aus dem erwärmten Kältereservoir über die Konvek- tion des Wärmeträgermediums; Fig. 7 einen Längsschnitt eines Verteilersegments mit einer Sydneyröhre und Koaxialrohr;
Fig. 8 einen Querschnitt eines Verteilersegments mit einer Sydneyröhre und Koaxialrohr;
Fig. 9 die Strömung des Wärmeträgermediums in einem Längsschnitt durch einen Kollektor bestehend aus mehreren Verteilersegmenten mit Sydneyröhren;
Fig. 10a eine Kollektor bestehend aus vier Verteilersegmenten;
Fig. 10b die Endlosmontage eines Kollektors aus Verteilersegmenten mit
Verbindung selementen ; Fig. 10c die Anordnung von Verbindungselementen eines endlos montierten Kollektors;
Fig. 11 den Aufbau eines gewölbten Kollektorfeldes;
Fig. 12 die Wärmeübertragung auf das Kältereservoir mittels Wärmestrahlung;
Fig. 13 die Verschiebung des Koaxialrohrs im Kollektorrohr; Fig. 14a die Regulierung der Wärmeübertragung auf das Kältereservoir über Wärmebrücken von Materialien mit Formgedächtnis im kalten Zustand;
Fig. 14b die Regulierung der Wärmeübertragung auf das Kältereservoir über Wärmebrücken von Materialien mit Formgedächtnis im warmen Zu- stand;
Fig. 15a eine Sydney-Röhre im Querschnitt gemäß dem Stand der Technik; Fig. 15b die Sydney-Röhre gemäß dem Stand der Technik im Längsschnitt;
Fig. 16 die Ankopplung an ein Drain-Back-System im normalen Betrieb;
Fig. 17 die Ankopplung an ein Drain-Back-System, wenn die Kollektoren entleert sind; Fig. 18 den Aufbau und die Funktion eines Koaxialrohrs aus mehreren Schichten im Normalbetrieb; und
Fig. 19 die Funktion des Koaxialrohrs aus mehreren Schichten im Stillstand.
In Figur 1 ist der Querschnitt einer Kollektorröhre bestehend aus einem Hüllrohr 1 und einem Absorberrohr 2 mit exzentrisch gelagertem Koaxialrohr 6 dargestellt.
Zwischen dem Hüllrohr 1 und dem Absorberrohr 2 befindet sich Vakuum 3. Das
Wärmeträgermedium 4 nimmt die Wärme des Absorberrohrs 2 auf, in dem es in einem Spalt mit unterschiedlicher Breite zwischen Absorberrohr und Koaxialrohr entlang strömt. Das kalte zufließende Wärmeträgermedium 5 befindet sich im Inneren des Koaxialrohrs und bildet ein Kältereservoir 5. Auf der sonnenabge- wandten Seite des Kollektors befindet sich ein Reflektor 10. Dieser reflektiert das
Licht auf die sonnenabgewandte Seite der Kollektorröhre 1, 2.
Figur 2 zeigt den Längsschnitt der Kollektorröhre bestehend aus einem Hüllrohr 1 und einem Absorberrohr 2 mit exzentrisch gelagertem Koaxialrohr 6. Das kalte zufließende Wärmeträgermedium 5 strömt entsprechend den angegebenen Pfeilen
9 nach unten. Zwischen Absorberrohr 2 und Koaxialrohr 6 strömt es anschließend nach oben. Wird Licht vom Absorberrohr 2 absorbiert, erwärmt sich das noch kalte Wärmeträgermedium 4a allmählich und verlässt die Röhre als warmes Wärmeträgermedium 4 am oberen Ende der Kollektorröhre 1, 2.
Wie in Figur 3 zu sehen ist, kann das Koaxialrohr 6 auch als doppelwandiges Rohr ausgebildet sein, so dass ein Konvektions-Ballon 6a entsteht. Der Konvekti- ons-Ballon 6a bildet ein geschlossenes System, das ein Konvektionsmedium 7 enthält. Zusätzlich kann der Konvektions-Ballon 6a mit Gasen 38 gefüllt sein, die eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Im Normalbetrieb bei relativ niedri- gen Temperaturen ist das Konvektionsmedium 7 flüssig und sammelt sich am unteren Ende im kalten Bereich des Wärmeträgermediums 5, 4a der Kollektorröhre 1, 2. Das Konvektionsmedium 7 kann gegenüber dem Gasraum 38 mit einer Abdichtungssubstanz 37 abgedichtet sein, damit das Konvektionsmedium 7 erst dann in größerem Umfang verdampft, wenn sein Siedepunkt erreicht ist.
Dagegen zeigt Figur 4 einen Zustand, bei dem das Konvektionsmedium 7, 7a verdampft ist. Dieser Zustand wird erreicht, wenn der Abtransport des warmen Wärmeträgermediums 4 behindert ist, so dass sich auch der untere Bereich der Kollek- torröhre 1, 2, 4 5a erwärmt. Das verdampfende Konvektionsmedium 7a steigt nach oben. Dabei nimmt es weiter Wärme vom Wärmeträgermedium 4 über die Außenwand des Konvektions-Ballons 6a auf. Diese Wärme wird an der Innenseite des Konvektions-Ballons auf das Kältereservoir 5 übertragen. Die Konvektion 11 im Konvektions-Ballon 6a entsprechend der Pfeilrichtung hält so lange an, bis die Temperaturen zwischen dem Wärmeträgermedium 4 und dem Kältereservoir 5 ausgeglichen sind bzw. unter der Siedetemperatur des Konvektionsmediums 7, 7a liegen.
Figur 5 zeigt den Vorgang der Wärmeabgabe aus dem Kältereservoir 5a. Bei Dunkelheit wird keine Wärme mehr vom Absorberrohr 2 auf das Wärmeträgermedium 4, 4a übertragen. Das Wärmeträgermedium 4, 4a kühlt sich allmählich ab, da Wärme an die Umgebung 12 abgestrahlt wird. Liegt die Temperatur im Kältereservoir 5a über der Siedetemperatur des Konvektionsmediums 7, 7a, kehrt sich die Strömungsrichtung der Konvektion im Konvektions-Ballon um. Ver- dampftes Konvektionsmedium 7a steigt an der Innenseite des Konvektions- Ballons 6a nach oben, nimmt dabei Wärme vom Kältereservoir 5a auf und gibt die Wärme an das Wärmeträgermedium 4, 4a ab. Je mehr sich das Kältereservoir 5a abkühlt, desto weniger Wärme wird über den Konvektions-Ballon 6a an die Umgebung abgegeben. Die Wärmeabgabe lässt stark nach, wenn die Temperatur im Kältereservoir 5a unter die Siedetemperatur des Konvektionsmediums 7, 7a sinkt. SoIl die Wärmeabgabe aus dem Kältereservoir 5a unabhängig vom Konvektions- Ballon 6a beschleunigt werden, was der Fall sein kann, wenn große Volumina des Kältereservoirs 5a abgekühlt werden müssen, so kann dazu die Konvektion des Wärmeträgermediums 5, 5a, 4, 4a wie in Figur 6 dargestellt, genutzt werden. Da- zu wird ein Ventil 22 geöffnet, so dass das Wärmeträgermedium 5, 5a, 4, 4a zirkulieren kann. Das Wärmeträgermedium 4, 4a kühlt sich zwischen Absorberrohr 2 und Außenwand des Konvektions-Ballons 6a durch Wärmeab Strahlung 13 bzw. über einen separaten Verbraucher ab. Als Verbraucher eignen sich beispielsweise Kühler oder Speicher, die in geeigneter Position zum Kollektor angeordnet sind. Bei der Abkühlung erhöht sich die Dichte des Wärmeträgermediums 4, 4a, so dass es nach unten sinkt und dabei warmes Wärmeträgermedium 5a aus dem Kältereservoir 5a in den Spalt zwischen Absorberrohr 2 und Außenwand des Konvektions-Ballons 6a bzw. in einen separaten Verbraucher nachströmt.
Figur 7 zeigt den Aufbau eines Verteilersegments 18 im Längsschnitt. Die Kollektorröhre 1, 2 wird durch eine Öffnung 4d so im Verteiler segment 18 arretiert, dass sie im Verteilerkanal 4c mündet. Das Koaxialrohr 6, 6a mündet im Verteilerkanal 4b durch eine Öffnung 4e im Verteilersegment 18. Die Öffnung 4e stellt den Zu- fluss des (kalten) Wärmeträgermediums aus dem Verteilersegment 18 in das Ko- axialrohr 6 dar. Die Öffnung 4d stellt den Abfluss des (erhitzten) Wärmeträgermediums aus der Kollektorröhre 1, 2 in das Verteilersegment 18 dar. Das kalte Wärmeträgermedium 4a strömt aus einem Verteilerkanal 4b in das Koaxialrohr 6 und bewegt sich entsprechend der Strömungsrichtung 9 zwischen Koaxialrohr 6 und Absorberrohr 2 wieder in Richtung Verteiler, wo es in einem Verteilerkanal 4c mündet. Um eine gleichmäßige Durchströmung der Kollektorröhren 1, 2 und einem Koaxialrohr 6 mit dem Wärmeträgermedium 4, 4a zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Druckverluste innerhalb eines Kollektorfeldes durch eine Ti- chelmannverschaltung gleichmäßig zu verteilen. Verteilerkanal 15 dient dazu, das Wärmeträgermedium an das Ende des Kollektorfeldes zu transportieren, damit die Summe der Wegstrecke aus Zu- und Abfluss des Wärmeträgermediums für jede Kollektorröhre gleich groß ist. Zur Wärmedämmung sind die Verteilerkanäle 16 vorgesehen, die auch mit geeigneten Materialien gefüllt werden können. Zwischen dem Verteilerkanal 4b für kaltes Wärmeträgermedium und 4c für warmes Wärmeträgermedium kann ein Verteilerventil 22a integriert werden, um analog zum Ventil 22 in Fig. 6 eine Zirkulation des Wärmeträgermediums 5, 5a, 4, 4a zu ermögli- chen.
In Figur 8 ist ein Querschnitt eines Verteilersegmentes 18 mit einer Vakuumröhre 1, 2 und einem Koaxialrohr 6 dargestellt. Ein Reflektor 10 kennzeichnet die Rückseite der Kollektorröhre 1, 2. Die Kollektorröhre 1, 2 bzw. das Koaxialrohr 6 werden durch Röhrendichtungen 17 in den Öffnungen 4d, 4e fixiert und abgedichtet. Um mehrere Verteilersegmente 18 miteinander zu verbinden, sind entsprechende Bohrungen 21 vorgesehen, in die Verbindungselemente 20, wie zum Beispiel Gewindestangen, gesteckt werden können. Die Bohrungen 21 können vorteilhafterweise paarweise angebracht werden, um den Aufbau eines beliebig lan- gen Kollektorfeldes zu ermöglichen. Eine Montagevorrichtung 36 ermöglicht die Befestigung des Kollektors an einem Gestell oder einer Aufständerung.
Figur 9 zeigt den Aufbau eines Kollektorfeldes bestehend aus mehreren Verteilersegmenten 18 mit jeweils einer Kollektorröhre 19. Durch die Aneinanderreihung mehrerer Verteilersegmente entstehen Kanäle 4b, 4c, 15, die vom Wärmeträgermedium 4, 4a entsprechend den Pfeilen 9 durchströmt werden.
In den Figuren 10a bis 10c wird gezeigt, wie die einzelnen Verteilersegmente 18 zu einem Kollektorfeld zusammengefügt werden können. In Figur 10a ist ein KoI- lektorfeld aus vier Verteilersegmenten 18 dargestellt. Die Verteilersegmente 18 werden durch Verbindungselemente 20 miteinander verbunden. Figur 10b zeigt beispielhaft, wie an ein Kollektorfeld bestehend aus vier Verteilersegmenten 18 weitere Verteiler segmente 18 angefügt werden können. Dabei werden in den Parallelöffnungen 21 des letzten Verteilersegmentes weitere Verbindungselemente 20 befestigt. Auf diese Verbindungselemente 20 werden abwechselnd Dichtungen 17b und Verteilersegmente 18 aufgesteckt und hydraulisch dicht verbunden. In Figur 10c wird gezeigt wie durch alternierende Nutzung der paarweisen Bohrungen 21 für die Verbindungselemente 20 ein beliebig langes Kollektorfeld aufgebaut werden kann.
Figur 11 zeigt, wie der erfindungsgemäße Kollektor einer gewölbten Montagefläche angepasst werden kann. Das Kollektorfeld ist von oben dargestellt. Um eine Wölbung des Kollektorfeldes zu erzielen, werden bei der Montage des Kollektorfeldes konische Dichtungen 17a oder spezielle Konusse verwendet. Durch unterschiedliche Materialstärken der Dichtungen 17a kann die Wölbung den Erforder- nissen angepasst werden.
In Figur 12 ist die Wärmeübertragung vom warmen Wärmeträgermedium 4 auf das Kältereservoir 5 dargestellt. Dabei wird eine variable selektive Schicht 23, die sich auf der Innenseite des äußeren Koaxialrohrs befindet, durch das warme Wärmeträgermedium 4 erwärmt. Bei niedrigen Temperaturen, wie sie im Normalbetrieb des Kollektors herrschen, gibt die variabel selektive Schicht 23 keine Wärmestrahlung 25 ab. Erst bei hohen Temperaturen, wie sie im Stagnationsfall auftreten, oder bei Überschreitung einer Schwellentemperatur ist die variabel selektive Schicht 23 in der Lage, Wärme 25 abzustrahlen. Die Außenseite des inne- ren Koaxialrohrs kann vorteilhaft mit einer Absorberschicht 24 versehen werden, die die Wärmestrahlung 25 absorbiert und an das Kältereservoir 5 überträgt. Um zu verhindern, dass eine Wärmeübertragung im Koaxialrohr auch bei niedrigen Temperaturen durch Wärmeleitung erfolgt, kann das Koaxialrohr evakuiert 26 werden.
Die Verschiebung des Koaxialrohrs im Kollektorrohr wird in Fig. 13 dargestellt. Bauteile oder Komponenten eines Bauteils 27, 28, die bei Erwärmung ihre Form und/oder ihr Volumen ändern, befinden sich zwischen Absorberrohr 2 und Koaxialrohr 6. Wird eines dieser Bauteile oder Komponenten 27, 28 durch die Einstrah- lung der Sonne 29 stärker erwärmt 28 als die anderen 27, verschiebt es das Koaxialrohr seitlich und vergrößert dadurch den Spalt zwischen Absorberrohr 2 und Koaxialrohr 6. Auf der der Sonne zugewandten Seite entsteht ein Spalt mit dem größten Volumen des zu erwärmenden Wärmeträgermediums 30. Auf der der Sonne abgewandten Seite entsteht ein Spalt mit dem kleinsten Wärmeträgervolumen 31.
In den Fig. 14a und 14b ist dargestellt, wie die Wärmeübertragung im Koaxialrohr 6 vom warmen Wärmeträgermedium 4 auf das Kältereservoir 5 erfolgt. Im Normalbetrieb ist das Wärmeträgermedium 4 nicht warm genug um die Form des Materials mit Formgedächtnis 32 so stark zu verändern, dass eine Wärmebrücke gebildet wird. Das Material mit Formgedächtnis liegt nur an der Seite des vorbeiströmenden Wärmeträgermediums 4 an, während die Innenseite des Koaxialrohrs 6 zum Kältereservoir 5 nicht berührt wird. Dieser Zustand wird in Fig. 14a dargestellt. Erwärmt sich das Wärmeträgermedium 4 über die normale Betriebstemperatur hinaus, verformt sich das Material mit Formgedächtnis 32a so weit, dass es, wie in Fig. 14b dargestellt, auch an der Innenseite des Koaxialrohrs 6 anliegt und über die entstehende Wärmebrücke Wärme vom Wärmeträgermedium 4 auf das Kältereservoir 5a überträgt.
In Fig. 15a ist eine Sydney-Röhre gemäß dem Stand der Technik mit Wärmeleit- blechen im Querschnitt und in Fig. 15b im Längsschnitt dargestellt. Dabei wird das auftreffende Licht 29 im Absorberrohr 2 absorbiert. Die entstehende Wärme muss auf ein Wärmeleitblech 33 und anschließend auf ein u-förmig gebogenes Rohr 35 übertragen werden. Die auftretenden Wärmeübergangswiderstände 34 wirken sich negativ auf den Kollektor- Wirkungsgrad aus.
In Fig. 16 ist die Ankopplung des erfindungsgemäßen Kollektors 18, 19 an ein Drain-Back-System im normalen Betrieb der Solaranlage dargestellt. Das zu erwärmende Wärmeträgermedium 4a fließt aus dem Wärmespeicher 39 über das Ventil 42 in den Kollektor. Das Ventil 42 ist entsprechend den angegebenen Pfei- len geöffnet. Der Abzweig zum Drain-Back-Behälter 40 ist geschlossen. Nach Durchströmung des Kollektors 18, 19 fließt das warme Wärmeträgermedium über das Ventil 41 in den Wärmespeicher 39 zurück. Das Ventil 41 ist entsprechend der angegebenen Pfeile geöffnet. Der Abzweig zum Drain-Back-Behälter 40 ist geschlossen.
In Fig. 17 ist die Ankopplung des erfindungsgemäßen Kollektors 18, 19 an ein Drain-Back-System im nach Entleerung des Kollektors 18, 19 dargestellt. Dabei wird das Ventil 41 in eine Stellung gebracht, bei der das Wärmeträgermedium aus dem Kollektor 18, 19 entsprechend der Pfeilrichtung in den Drain-Back-Behälter 40 fließt. Die Verbindung des Ventils 41 zum Wärmespeicher 39 ist geschlossen. Befindet sich der Drain-Back-Behälter 40 unterhalb der Kollektoren 18, 19, kann das Wärmeträgermedium selbständig durch die Schwerkraft in den Drain-Back- Behälter 40 fließen. Ist dies nicht der Fall wird das Wärmeträgermedium durch die Pumpe 43 abgepumpt. Zur Belüftung der Kollektoren 18, 19 wird das Ventil 42 in eine Stellung gebracht, bei der Luft aus dem Drain-Back-Behälter 40 entspre- chend der Pfeilrichtung in den Kollektor gelangt. Die Verbindung des Ventils 42 zum Wärmespeicher 39 ist geschlossen. Eine Entleerung der Kollektorröhren 19 ist bis zum Füllstand 46 möglich, bei dem Luft angesaugt wird. Die Befüllung des Kollektors 18, 19 erfolgt mittels Pumpe 43, die das Wärmeträgermedium aus dem Drain-Back-Behälter 40 über das Ventil 41in den Kollektor 18, 19 pumpt. Die aus dem Kollektor 18, 19 entweichende Luft wird über das Ventil 42 in den Drain- Back-Behälter 40 geleitet. Nach der Befüllung des Kollektors 18, 19 werden die Ventile 41, 42 in eine Stellung gebracht, bei der der Drain-Back-Behälter 40 verschlossen ist und das Wärmeträgermedium 4, 4a zwischen Kollektor 18, 19 und Wärmespeicher 39 zirkulieren kann. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestal- tung kann die Funktion des Drain-Back-Behälters 40 in den Wärmespeicher 39 integriert werden.
In Figur 18 ist ein Koaxialrohr dargestellt, das aus mehreren Schichten besteht, die vom zufließenden kalten Wärmeträgermedium 5 durchströmt werden. Durch die äußere Schicht des Koaxialrohrs 50 fließt der überwiegende Teil des zufließenden kalten Wärmeträgermediums 5, da die Öffnung 54 des äußeren Rohrs 49 größer ist als die Öffnung 55 des zweiten Rohrs des Koaxialrohrs 51. Das Wärmeträgermedium fließt entsprechend der angegeben Pfeile zum anderen Ende des Koaxialrohrs und nimmt die durch das äußere Rohr 49 übertragene Wärme mit. Das Wärmeträgermedium mündet in einem Spalt zwischen Absorberrohr 2 und äußerem Rohr des Koaxialrohrs 49. Mit einem dritten Rohr des Koaxialrohrs 53 entsteht eine zweite Schicht des Koaxialrohrs 52. Durch die zweite Schicht des Koaxialrohrs 52 fließt weniger Wärmeträgermedium 5 als durch die äußere Schicht des Koaxialrohrs 50, aber mehr als ins Innere des dritten Rohrs des Koaxialrohrs 53 gelangt, weil nur ein Teil des in das Rohr 51 gelangten Wärmeträ- germediums durch die Öffnung 56 des Rohrs 53 strömt. Das Wärmeträgermedium gelangt durch die Öffnungen 54, 55, 56 - eventuell über weitere gleichartige, nicht dargestellte Schichten - mit zunehmend kleineren Volumenströmen immer weiter in das Innere des Koaxialrohrs zum Kältereservoir 5. Auch in der Schicht 52 und jeder weiteren, nicht dargestellten Schicht des Koaxialrohrs wird Wärme, die durch die Wände der Rohre 49, 51, 53 und weitere nicht dargestellte Rohre übertragen wurde, an das andere Ende des Koaxialrohrs transportiert. Die Öffnungen 54, 55, 56 dienen gleichzeitig der Be- und Entlüftung der Koaxialrohrschichten 50, 52, des Kältereservoirs 5 sowie weiterer, nicht dargestellte Schichten des Koaxialrohrs.
In Figur 19 ist die Wärmeübertragung durch das aus mehreren Schichten 50, 52 bestehende Koaxialrohr im Stillstand dargestellt. Da keine Wärme mit dem Volumenstrom des Wärmeträgermediums 5 aus den Schichten 50, 52 und weiterer, nicht dargestellter Schichten abtransportiert wird, wird Wärme von der Absorber- schicht entsprechend der Wärmeleitfähigkeit des Wärmeträgermediums und der Rohre 49, 51, 53 und weiterer nicht dargestellter Rohre in Innere des Koaxialrohrs auf das Kältereservoir 5a übertragen 57.
Die Erfindung umfasst ferner einen Verteiler oder ein Verteilerelement für eine Kollektorröhre, dessen einziges kennzeichnendes Merkmal ist, dass er bzw. es aus Kunststoff gefertigt ist, vorzugsweise in Spritzgusstechnik. Liste der verwendeten Bezugszeichen
1 Hüllrohr
2 Absorberrohr
3 Vakuum
4 warmes Wärmeträgermedium
4a zu erwärmendes kaltes Wärmeträgermedium 4b Verteilerkanal für kaltes Wärmeträgermedium
4c Verteilerkanal für warmes Wärmeträgermedium
4d zweite Öffnung (Abfluss)
4e erste Öffnung (Zufluss)
5 zufließendes kaltes Wärmeträgermedium, Kältereservoir 5a erwärmtes Wärmeträgermedium im Kältereservoir
6 Koaxialrohr
6a Konvektions-Ballon
7 flüssiges Konvektionsmedium
7a verdampftes Konvektionsmedium 8 Schutzkappe
9 Strömungsrichtung des Wärme trägermediums
10 Reflektor
11 Konfektion im Konvektions-Ballon
12 Wärmeabgabe über Konvektions-Ballon 13 Wärmeabgabe durch Konvektion des Wärmeträgermediums
14 Konvektion des Wärmeträgermediums
15 Verteilerkanal für Tichelmannverschaltung
16 Hohlraum zur Wärmedämmung
17 Röhrendichtung 17a konische Dichtung
17b Verteilerdichtung 18 Verteilersegment
19 Kollektor-Röhre mit Koaxialrohr
20 Verbindungselement für Verteilersegmente
21 Bohrung für Verbindungselement
22 Ventil
22a Verteilerventil
23 variable selektive Schicht des äußeren Koaxialrohrs
24 Ab sorber schicht des inneren Koaxialrohrs
25 Wärme Strahlung
26 Vakuum des Koaxialrohrs
27 kaltes Bauteil zur Verschiebung des Koaxialrohrs
28 warmes Bauteil zur Verschiebung des Koaxialrohrs
29 Bestrahlungsrichtung der Sonne
30 Stelle des größten Wärmeträgervolumens
31 Stelle des kleinsten Wärmeträgervolumens
32 Material mit Formgedächtnis kalter Zustand
32a Material mit Formgedächtnis warmer Zustand
33 Wärmeleitblech
34 Wärmeübergangswiderstände
35 U-förmiges Rohr für Wärmeträgermedium
36 Montagevorrichtung
37 Abdichtung s sub stanz
38 Gas im Konvektions-Ballon
39 Wärme Speicher
40 Drain-B ack-B ehälter
41 Ventil zum entleeren und befüllen der Kollektorröhren mit Wärmeträgermedium
42 Ventil zum be- und entlüften der Kollektorröhren
43 Pumpe zum befüllen der Kollektorröhren
44 Füllstand im Drain-Back-Behälter beim Betrieb der Solaranlage
45 Füllstand im Drain-Back-Behälter, wenn Kollektoren entleert sind 46 Füllstand der Kollektorröhren nach Entleerung
47 Fließrichtung des Wärmeträgermediums bei Entleerung der Kollektoren
48 Luftströmung bei Belüftung der Kollektoren
49 äußeres Rohr des Koaxialrohrs 50 äußere Schicht des Koaxialrohrs
51 zweites Rohr des Koaxialrohrs
52 zweite Schicht des Koaxialrohrs
53 drittes Rohr des Koaxialrohrs
54 Öffnung des äußeren Rohrs 55 Öffnung des zweiten Rohrs
56 Öffnung des dritten Rohrs
57 Wärmeübertragung durch die Schichten des Koaxialrohrs im Stillstand

Claims

Ansprüche
1. Kollektorröhre für Sonnenkollektor, aufweisend: ein Hüllrohr (1), ein Absorberrohr (2), welches innerhalb des Hüllrohrs (1) angeordnet ist und in dessen Innern ein Wärmeträgermedium (4, 5) führbar ist,
gekennzeichnet durch ein Innenrohrelement (6, 6a; 49, 51, 53), das innerhalb des Absorberrohrs
(2) angeordnet ist und eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, welche veränderlich ist.
2. Kollektorröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit strömungsabhängig veränderlich ist.
3. Kollektorröhre gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohrelement (49, 51) als doppelwandiges Rohr ausgebildet ist.
4. Kollektorröhre gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohrelement (49, 51, 53) zumindest ein weiteres Rohr (53) aufweist, welches konzentrisch zum Innenrohrelement (49, 51) angeordnet ist.
5. Kollektorröhre gemäß Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungen in dem Innenrohrelement (49, 51, 53) unterschiedlich sind, insbesondere in einem äußeren Rohr (49) größer ist als in einem inneren Rohr (51, 53).
6. Kollektorröhre gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeich- net, dass das Innenrohrelement (49, 51, 53) an beiden Seiten Öffnungen
(55, 56) aufweist.
7. Kollektorröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit temperaturabhängig veränderlich ist.
8. Kollektorröhre gemäß Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium (4, 5) durch das Innere des Innenrohrelement- elements (6, 6a) zuführbar und an der Außenseite des Innenrohrelements (6, 6a) abführbar ist.
9. Kollektorröhre gemäß einem der Ansprüche 1, 7 oder 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Innenrohrelement (6, 6a) als doppelwandiges Rohr (6,
6a) ausgebildet ist, in welchem ein Medium (7, 7a) eingeschlossen ist, das die temperaturabhängig veränderliche Wärmeleitfähigkeit bewirkt.
10. Kollektorröhre gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ver- änderliche Wärmeleitfähigkeit durch Verdampfen des Mediums (7, 7a) beim Erwärmen bewirkt wird.
11. Kollektorröhre gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem doppelwandigen Rohr (6, 6a) eine Substanz (37) vorhanden ist, welche das Verdampfen des Mediums (7, 7a) unterhalb des Siedepunkts des Mediums
(7, 7a) im Wesentlichen verhindert.
12. Kollektorröhre gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (37) einen höheren Siedepunkt als das Medium (7, 7a) aufweist und/oder ein geringeres spezifisches Gewicht als das Medium (7, 7a) und/oder nicht mit dem Medium (7, 7a) mischbar ist.
13. Kollektorröhre gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohrelement (6, 6a) doppelwandig ausgebildet ist und Teile (32, 32a) mit Formgedächtnis aufweist, welche in Abhängigkeit der Tempera- tur durch Bildung von Wärmebrücken die Wärmeleitfähigkeit des Innen- rohrelements (6,6a) verändert.
14. Kollektorröhre gemäß Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohrelement (6, 6a) aus einem Material besteht, welches mit einer temperaturbedingten Veränderung der Molekularstruktur seine Wärmeleitfähigkeit ändert.
15. Kollektorröhre gemäß Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohrelement (6) als doppelwandiges Rohr (6) ausgebildet ist, bei welchem das äußere Rohr auf der Innenseite mit einer selektiven Be- schichtung (23) versehen ist, die bei höheren Temperaturen der Lichtemission (25) dient und bei der das innere Rohr auf der Außenseite mit einer selektiven Beschichtung (24) versehen ist, die der Lichtabsorption dient.
16. Kollektorröhre gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohrelement (6, 6a; 49, 51, 53) exzentrisch zum Absorberrohr (1) angeordnet ist, vorzugsweise in Richtung der lichtein- strahlungsabge wandten Seite.
17. Kollektorröhre gemäß Anspruch 16, gekennzeichnet durch Mittel, welche die Exzentrizität des Innenrohrelements (6, 6a; 49, 51, 53) verstellbar machen.
18. Kollektorröhre gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtungen vorgesehen sind, welche die Kollektorröhre zumindest teilweise abschatten.
19. Kollektorröhre gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschattung durch Reflexion des einstrahlenden Lichts bewirkt wird.
20. Verteilersegment für zumindest eine Kollektorröhre, die insbesondere gemäß einem der vorherigen Ansprüche ausgestaltet ist, aufweisend: zumindest eine erste Öffnung (4e) zur Zuleitung eines Wärmeträgermediums in die zumindest eine Kollektorröhre, zumindest eine zweite Öffnung (4d) zur Ableitung des Wärmeträgermediums von der zumindest einen Kollektorröhre, einen Kanal (4b) zur Zuleitung des Wärmeträgermediums von außerhalb der zumindest einen Kollektorröhre in die zumindest eine Kollektorröhre, einen Kanal (4c) zur Ableitung des Wärmeträgermediums von der
Kollektorröhre nach außerhalb der zumindest einen Kollektorröhre, wobei der Zuleitungskanal (4b) und der Ableitungskanal (4c) derart angeordnet sind, dass das Verteilersegment mit zumindest einem weiteren gleichartigen Verteilersegment in einem Wärmeträgermedium-Kreislauf direkt verkoppelbar ist.
21. Verteilersegment gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Kunststoff gefertigt ist.
22. Verteilersegment gemäß Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Öffnung (4e) und die zweite Öffnung (4d) so angeordnet sind, dass sie mit den exzentrischen Röhren (6, 6a) einer Kollektorröhre (1, 2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 verbindbar sind.
23. Verteilersegment gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass Vorkehrungen (16) zur thermischen Dämmung des Wärmeträgermediums aufweist.
24. Verteilersegment gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekenn- zeichnet, dass es einstückig ist.
25. Verteilersegment gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass es Einrichtungen zum Fixieren der Kollektorröhre aufweist.
26. Verteilersegment gemäß einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekenn- zeichnet, dass es Einrichtungen (20, 21) zum Verkoppeln einer Mehrzahl von Verteilersegmenten aneinander aufweist.
27. Verteilersegment gemäß einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass es Einrichtungen zum Fixieren einer Mahrzahl von Vertei- lersegmenten aneinander aufweist.
28. Verteilersegment gemäß einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Kanal (15) zur Realisierung einer Tichelmann- Verschaltung mehrerer Kollektorröhren aufweist.
29. Verteilersegment gemäß einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Verteilersegmenten und/oder an einem Ende eines Verteilersegments Dichtungen (17b) vorhanden sind.
30. Verteilersegment gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (17a) konisch sind.
31. Verteilersegment gemäß einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilersegment mit einer Verblendung versehen wer- den kann.
32. Verteilersegment gemäß einem der einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilmittel (22) vorgesehen ist, über welches das Wärmeträgermedium (4, 4a) über einen separaten Kühler abkühlbar ist.
33. Verteilersegment gemäß einem der einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass es Haltemittel für eine Befestigungsvorrichtung des Verteilersegments aufweist.
34. Röhrenkollektor mit zumindest einer Kollektorröhre gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19.
35. Röhrenkollektor gemäß Anspruch 34 mit zumindest einem Verteilersegment gemäß einem der Ansprüche 20 bis 33.
36. Röhrenkollektor gemäß Anspruch 34 oder 35 mit einer Anschlussmöglichkeit an ein Drain-Back-System.
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