DE102008015337B4

DE102008015337B4 - Absorberrohr eines Solarkollektors und Solarkollektor

Info

Publication number: DE102008015337B4
Application number: DE102008015337.0A
Authority: DE
Inventors: Axel Müller; Stefan Heinz; Wolfgang Wölki
Original assignee: Joma Polytec GmbH
Current assignee: Joma Polytec GmbH
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: DE102008015337A1

Abstract

Absorberrohr (18) eines Solarkollektors (10) zur Führung von Wärmemittel, wobei in Längsrichtung des Absorberrohrs (18) abwechselnd aufeinander folgend Aufweitungsabschnitte (20) und Einschnürabschnitte (22) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitungsabschnitte (20) und/oder die Einschnürabschnitte (22) an der Innenoberfläche des Absorberrohrs wenigstens abschnittsweise konusförmig ausgebildet sind, wobei ein Aufweitungswinkel (α), den ein Aufweitungsabschnitt (20) mit der Mittellängsachse (24) des Absorberrohrs (18) einschließt, größer oder kleiner ist als ein Einschnürwinkel (β), den ein Einschnürabschnitt (22) mit der Mittellängsachse (24) des Absorberrohrs (18) einschließt und wobei die jeweilige Längserstreckung (a) der Aufweitungsabschnitte (20) kürzer oder länger ausgebildet ist als die jeweilige Längserstreckung (b) der Einschnürabschnitte (22).

Description

Die Erfindung betrifft ein Absorberrohr eines Solarkollektors zur Führung von Wärmemittel. Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Solarkollektor, der solche Absorberrohre aufweist.
Aus dem Stand der Technik sind Solarkollektoren mit zugehörigen Absorberrohren in vielfältiger Art und Weise bekannt. Die Absorberrohre sind dabei als zylindrische Rohre mit konstantem Querschnitt ausgebildet. Die Absorberrohre werden im Solarkollektor so angeordnet, dass das von Ihnen geführte Wärmemittel aufgrund von Sonneneinstrahlung erwärmt wird.
Aus der DE 81 28 174 U1 , der DE 25 39 971 A1 , der WO 84/02176 A1 , der US 6 637 427 B1 und der DE 80 33 345 U1 sind verschieden ausgebildete Rohrabsorber vorbekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Absorberrohr beziehungsweise einen Solarkollektor mit wenigstens einem Absorberrohr vorzuschlagen, der einen besseren Wirkungsgrad erzielt.
Diese Aufgabe wird durch ein Absorberrohr mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dies hat den Vorteil, dass das Wärmemittel beim Durchströmen des Absorberrohrs besser durchmischt wird, wodurch eine homogenere Wärmeverteilung im Wärmemittel eintritt. Insbesondere können die Aufweitungsabschnitte und die Einschnürabschnitte so ausgebildet sein, dass die Grenzschichten an der Oberfläche des Absorberrohrs aufgrund den Aufweitungsabschnitten und Einschnürabschnitten aufreißen. Zudem ergeben sich vorteilhafte Übergänge zwischen der maximalen Einschnürung und der maximalen Aufweitung der jeweiligen Abschnitte. Dadurch, dass der Aufweitungswinkel, den ein Aufweitungsabschnitt mit der Mittellängsachse des Absorberrohrs einschließt, größer ist als ein Einschnürwinkel, den ein Einschnürabschnitt mit einer Mittellängsachse des Absorberrohrs einschließt wird erreicht, dass beim Durchströmen des Wärmemittels aufgrund des vergleichsweise großen Aufweitungswinkels die Strömgeschwindigkeit des Wärmemittels verringert wird. Aufgrund des geringeren Einschnürwinkels wird die Strömgeschwindigkeit des Wärmemittels anschließend erhöht. Hierdurch können turbulente Strömungsverhältnisse im Absorberrohr erreicht werden, welche zu einer vorteilhaften Durchmischung des Wärmemittels führen.
Es hat sich gezeigt, dass bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Längserstreckung der Einschnürabschnitte das 1,5-fache bis 6-fache und insbesondere das 2-fache bis 4-fache der Längserstreckung der Aufweitungsabschnitte beträgt. Entsprechend kann die Längserstreckung der Aufweitungsabschnitte das 1,5fache bis 6fache und insbesondere das 2fache bis 4fache der Längserstreckung der Einschnürabschnitte betragen.
Insgesamt ist vorteilhaft, wenn die Aufweitungsabschnitte und/oder die Einschnürabschnitte rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass unabhängig von der relative Lage des Absorberrohrs im Raum und von der Art des Wärmemittels eine vorteilhafte Vermischung des Wärmemittels im Absorberrohr erreicht wird.
Der Aufweitungswinkel kann insbesondere im Bereich von 20° bis 60° und vorzugsweise im Bereich von 30° bis 40° liegen. Der Einschnürwinkel kann insbesondere im Bereich von 5° bis 25° und vorzugsweise im Bereich von 10° bis 15° liegen. Ebenso kann der Einschnürwinkel im Bereich von 30° bis 60° und vorzugsweise im Bereich von 40° bis 50° liegen. Der Aufweitungswinkel kann dann insbesondere im Bereich von 5° bis 25° und vorzugsweise im Bereich von 10° bis 15° liegen.
Vorzugsweise sind sämtliche Aufweitungsabschnitte und sämtliche Einschnürabschnitte identisch ausgebildet. Dabei sind dann die Längserstreckungen der jeweiligen Einschnürabschnitte und die jeweiligen Einschnürwinkel gleich groß. Entsprechend sind die Längserstreckungen der Aufweitungsabschnitte und die zugehörigen Aufweitungswinkel bei sämtlichen Aufweitungsabschnitten gleich.
Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen Absorberrohre aus extrudiertem Kunststoff hergestellt.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch einen Solarkollektor gelöst, der ein Gehäuse aufweist, in dem vorzugsweise mehrere erfindungsgemäße Absorberrohre untergerbacht sind. Insbesondere können die Absorberrohre parallel zueinander angeordnet vorgesehen sein, wobei ein Wärmemittelverteiler zur Versorgung der Absorberrohre mit Wärmemittel den Absorberrohren vorgeschaltet ist und ein Wärmemittelsammler zum Sammeln des Wärmemittels den Absorberrohren nachgeschaltet ist.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert und beschrieben wird.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Draufsicht auf einen Solarkollektor;
2 einen Längsschnitt durch ein Absorberrohr; und
3 einen vergrößerten Ausschnitt der 2.
In der 1 ist ein Solarkollektor 10 dargestellt, der ein Gehäuse 12 umfasst, in dem ein Wärmemittelverteiler 14 sowie ein Wärmemittelsammler 16 untergebracht ist. Zwischen dem Wärmemittelverteiler 14 und dem Wärmemittelverteiler 16 sind parallel zueinander angeordnete Absorberrohre 18 vorgesehen. Im Betrieb des Solarkollektors sind die Absorberrohre 18 mit einem Solarglas abgedeckt. Bei Sonneneinstrahlung erwärmt sich das in den Absorberrohren 18 geführte Wärmemittel.
Wie insbesondere aus 2 und 3 deutlich wird, weisen die Absorberrohre abwechselnd aufeinander folgende Aufweitungsabschnitte 20 und Einschnürabschnitte 22 auf. Wie aus der 3 deutlich wird, beträgt die Längserstreckung der Aufweitungsabschnitte den Wert a und die Längserstreckung der Einschnürabschnitte den Wert b, wobei a kleiner ist als b. Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Längserstreckung b den 2- bis 2,5-fachen Wert der Längserstreckung a. Die Aufweitungsabschnitte 20 und Einschnürabschnitte 22 sind wellenartig, weitgehend tangential ineinander übergehend angeordnet.
Wie insbesondere aus 3 deutlich wird, sind die Aufweitungsabschnitte 20 und die Einschnürabschnitte 22 in den Abschnitten 28 und 30 konusförmig ausgebildet, wobei ein Aufweitungswinkel α, der den Aufweitungsabschnitt 20 mit der Mittellängsachse 24 des Absorberrohrs 18 einschließt, größer ist als der Einschnürwinkel β, den der Einschnürabschnitt 22 mit der Mittellängsachse 24 einschließt. Gemäß der 4 beträgt der Aufweitungswinkel α ungefähr 30° und der Einschnürwinkel β ungefähr 10°.
Durch die Aufweitungsabschnitte 20 und die sich unmittelbar daran anschließenden Einschnürabschnitte 22 wird erreicht, dass das Wärmemittel beim Durchströmen der Absorberrohre 18 vorteilhaft durchmischt wird, wie in den Absorberrohren in 2 durch Pfeile 26 angedeutet, wodurch insgesamt der Wirkungsgrad des Solarkollektors 10 gesteigert werden kann.
Wie insbesondere aus 2 deutlich wird, sind sämtliche Aufweitungsabschnitte 20 und sämtliche Einschnürabschnitte 22 rotationssymmetrisch und einander entsprechend gleich ausgebildet. Die Absorberrohre 18 sind dabei aus extrudiertem Kunststoff hergestellt.
Die Aufweitungsabschnitte 20 und die Einschnürabschnitte 22 sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass die sich an der Innenoberfläche des Absorberrohrs ergebenden Grenzschichten des Wärmemittels beim Überströmen der Aufweitungsabschnitte 20 und Einschnürabschnitte 22 abreißen, so dass turbulente, eine gute Durchmischung des Wärmemittels bewirkende Strömungsverhältnisse im Absorberrohr 18 entstehen.

Claims

Absorberrohr (18) eines Solarkollektors (10) zur Führung von Wärmemittel, wobei in Längsrichtung des Absorberrohrs (18) abwechselnd aufeinander folgend Aufweitungsabschnitte (20) und Einschnürabschnitte (22) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitungsabschnitte (20) und/oder die Einschnürabschnitte (22) an der Innenoberfläche des Absorberrohrs wenigstens abschnittsweise konusförmig ausgebildet sind, wobei ein Aufweitungswinkel (α), den ein Aufweitungsabschnitt (20) mit der Mittellängsachse (24) des Absorberrohrs (18) einschließt, größer oder kleiner ist als ein Einschnürwinkel (β), den ein Einschnürabschnitt (22) mit der Mittellängsachse (24) des Absorberrohrs (18) einschließt und wobei die jeweilige Längserstreckung (a) der Aufweitungsabschnitte (20) kürzer oder länger ausgebildet ist als die jeweilige Längserstreckung (b) der Einschnürabschnitte (22).
Absorberrohr (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckung (b) der Einschnürabschnitte (22) bzw. die Längserstreckung (a) der Aufweitungsabschnitte (20) das 1,5-fache bis 6-fache und insbesondere das 2-fache bis 4-fache der Längserstreckung (a) der Aufweitungsabschnitte (20) bzw. der Längserstreckung (b) der Einschnürabschnitte (22) beträgt.
Absorberrohr (18) nach Anspruch 1 oder 2, dass die Aufweitungsabschnitte (20) und/oder die Einschnürabschnitte (22) rotationssymmetrisch oder zyklischsymmetrisch ausgebildet sind.
Absorberrohr (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufweitungswinkel (α) bzw. der Einschnürwinkel (β) im Bereich von 30° bis 60° und insbesondere im Bereich von 40° bis 50° liegt und/oder dass der Einschnürwinkel (β) bzw. der Aufweitungswinkel (α) im Bereich von 5° bis 25° und insbesondere im Bereich von 10° bis 15° liegt.
Absorberrohr (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Aufweitungsabschnitte (20) und sämtliche Einschnürabschnitte (22) identisch ausgebildet sind.
Absorberrohr (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus extrudiertem Kunststoff hergestellt sind.
Solarkollektor (10) umfassend ein Gehäuse (12) und wenigstens abschnittsweise im Gehäuse unterbrachte Absorberrohre (18) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Solarkollektor (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, parallel zueinander angeordnete Absorberrohre (18) vorgesehen sind, welchen ein Wärmemittelverteiler (14) zur Versorgung der Absorberrohre (18) mit Wärmemittel vorgeschaltet ist und welchen ein Wärmemittelsammler (16) zum Sammeln des Wärmemittels nachgeschaltet ist.