DE102008033837B4

DE102008033837B4 - Solarabsorber mit Absorberrohr und Wendelstreifen, sowie dazugehöriger Solarkollektor

Info

Publication number: DE102008033837B4
Application number: DE102008033837.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Heinz; Wolfgang Wölki; Dr. Müller Axel
Original assignee: Joma Polytec GmbH
Current assignee: Joma Polytec GmbH
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-07-19
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2028-07-20
Also published as: DE102008033837A1

Abstract

Solarabsorber (10, 20) mit einem Absorberrohr (12) und wenigstens einen im Absorberohr (12) vorgesehenen, als koaxial zum Absorberrohr (12) verlaufendes Innenrohr ausgebildeten Innenkörper (14), wobei zwischen dem Innenrohr (14) und dem Absorberrohr (12) mehrere parallel zueinander verlaufende, um die Mittellängsachse gewendelte Wendelstreifen (16) zur Durchmischung eines zwischen dem Absorberrohr (12) und dem Innenkörper (12) hindurchströmenden Wärmeträgers vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkörper (14), die Wendelstreifen (16) und das Absorberrohr (12) einstückig aus Kunststoff im Extrusionsverfahren und durch Verdrehen des extrudierten Materials um seine Mittellängsachse hergestellt sind, wobei die Wandungsstärken des Innenkörpers (14), des Absorberrohrs (12) und der Wendelstreifen (16) gleich sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Solarabsorber sowie einen Solarkollektor mit derartigen Solarabsorbern.
Aus dem Stand der Technik sind Solarabsorber bekannt, die Wärmemittel führende Absorberrohre umfassen. Das Wärmemittel wird dabei in den Absorberrohren aufgrund von Sonneneinstrahlung erwärmt.
Aus der DE 25 42 989 C2 ist Sonnenkollektor mit einem mittleren Rohr und einem Innenrohr aus Glas bekannt geworden, wobei zwischen den beiden Rohren eine schraubenlinienförmig verlaufende Leitwand aus Metall oder Kunststoff vorgesehen ist. Aus der DE 103 38 483 A1 ist ein anderer Sonnenkollektor bekannt geworden, der an einer Außenmantelfläche eine Verwirbelungseinrichtung in Form einer spiralförmigen Rille aufweist. Aus der DE 78 34 482 U1 ist ein Rohr zur Verwendung in einer Solarheizeinrichtung bekannt, die ein Innenrohr und ein Außenrohr umfasst, wobei Wärmemittel im Innenrohr fließt. Aus der US 4,452,233 A ist ein Solarkollektor bekannt, bei dem das Wärmemittel zwischen einem Innenrohr und einem Außenrohr hindurch strömt, wobei zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr gewendelte Wendelstreifen vorgesehen sind. Aus der DE 31 45 887 C2 ist bekannt, gewendelte Strangpressprofile herzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarabsorber mit einem Absorberrohr beziehungsweise einen Solarkollektor mit zugehörigen Solarabsorbern vorzuschlagen, der einen besseren Wirkungsgrad erzielt und auf einfache Art und Weise herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Solarabsorber mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch Vorsehen der um die Mittellängsachse gewendelten Wendelstreifen wird eine bessere Durchmischung des Wärmemittels erreicht als bei herkömmlichen Solarabsorbern, die lediglich ein Absorberrohr, in dem das Wärmemittel geführt wird, aufweisen. Aufgrund der Durchmischung wird eine homogenere Verteilung der Wärme im Wärmemittel erzielt. Insgesamt wird dadurch der Wirkungsgrad des Solarabsorbers erhöht. Durch die Verwendung von Wendelstreifen kann insbesondere erreicht werden, dass eine gute Durchmischung bei vergleichsweise homogenem Strömungsprofil des Wärmemittels im Absorberrohr erreicht werden kann. Dabei sind der Innenkörper, die Wendelstreifen und das Absorberrohr einstückig ausgebildet. Der Solarabsorber ist dabei aus einem Kunststoff und im Extrusionsverfahren hergestellt. Zur Erzielung der Wendelung wird der Solarabsorber direkt nach Verlassen der Extrusionsmatrize derart um seine Mittellängsachse verdreht, dass der um die Mittellängsachse gewendelte Verlauf der Wendelstreifen entsteht. Weiterhin sind die Wandungsstärken eines als Innenrohr ausgebildeten Innenkörpers, des Absorberrohrs und der Wendelstreifen wenigstens weitgehend gleich. Auch hierdurch ergibt sich eine vergleichsweise homogene Wärmeverteilung im Solarabsorber.
Vorzugsweise erstreckt sich der Innenkörper über die gesamte Länge des Absorberrohrs. Dabei ist denkbar, dass, falls mehrere Innenkörper vorgesehen sein sollten, diese sich dann vorzugsweise über die gesamte Länge des Absorberrohrs erstrecken.
Die Wendelstreifen als solche sind vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass sie zwischen dem Innenkörper und dem Absorberrohr in radialer Richtung verlaufend angeordnet sind.
Ferner ist denkbar, dass der wenigstens eine Wendelstreifen Durchbrüche oder Aussparungen zum Durchtritt für den Wärmeträger aufweist. Hierdurch kann ein Wärmeträgeraustausch zwischen den durch die Wendelstreifen abgetrennten Wendelsegmenten erfolgen.
Zudem ist vorteilhaft, wenn der Kunststoff Additive zur verbesserten Absorptionsfähigkeit von Sonneneinstrahlungen und/oder Wärmeleitfähigkeit aufweist.
An den freien Enden des Innenkörpers können konusartige Anströmabschnitte, die insbesondere als separate Bauteile ausgebildet sind, vorhanden sein. Hierdurch ergibt sich ein günstiges Anströmverhalten beziehungsweise der Wärmeträger wird hierdurch auf günstige Art und Weise in den Spalt zwischen dem Außenrohr und dem Innenkörper geleitet.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch einen Solarkollektor gelöst, der ein Gehäuse umfasst und wenigstens abschnittsweise im Gehäuse untergebrachte erfindungsgemäße Solarabsorber vorsieht. Ferner wird die Aufgabe durch ein entsprechendes Herstellungsverfahren gelöst.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen ersten Solarabsorber (nicht erfindungsgemäß;
2 einen zweiten, erfindungsgemäßen Solarabsorber in perspektivischer Ansicht;
3 das freie Ende des Solarabsorbers gemäß 2 in vergrößerter Ansicht; und
4 das freie Ende des Solarabsorbers gemäß 3 ohne einen aufgesetzten Endabschnitt.
Der in der 1 dargestellte Solarabsorber 10, der nicht erfindungsgemäß ausgebildet ist, umfasst ein Absorberrohr 12 und einen im Absorberrohr 12 vorgesehenen Innenkörper 14. Zwischen dem Innenkörper 14 und dem Absorberrohr 12 ist ein in die Mittellängsachse gewendelter Wendelstreifen 16 vorgesehen. Der vergleichsweise dünn ausgebildete Wendelstreifen 16 weist eine geschlossene Oberfläche auf. Ein zwischen dem Innenkörper 14 und dem Absorberrohr 12 hindurchströmender Wärmeträger wird folglich vom Wendelstreifen 16 abgelenkt, was zu einer Durchmischung des Wärmeträgers führt. Der Innenkörper 14 samt Wendelstreifen 16 kann bei der 1 als eine Baugruppe ausgebildet sein, die in das als separates Bauteil ausgebildetes Absorberrohr 12 einschiebbar ist. Dabei liegt dann die dem Innenkörper 14 abgewandte Außenoberfläche des Wendelstreifens 16 an der Innenwandung des Absorberrohrs 12 an.
Bei dem in den 2 bis 4 dargestellten Solarabsorber 20 gemäß der Erfindung ist der Innenkörper 14 rohrartig ausgebildet. Zwischen dem Innenkörper 14 und dem Absorberrohr 12 sind insgesamt vier Wendelstreifen 16 vorgesehen, die weitgehend parallel zueinander um die Mittellängsachse gewendelt verlaufen. Die Wendelstreifen 16 sind dabei zwischen dem Innenkörper 14 und dem Absorberrohr 12 in radialer Richtung verlaufend angeordnet. Wie insbesondere aus 3 und 4 deutlich wird, sind jeweils zwei Wendelstreifen 16 einander gegenüberliegend angeordnet; zwei benachbarte Wendelstreifen schließen jeweils einen Winkel von 90° ein.
An den freien Enden sieht der Solarabsorber 20 auf den Innenkörper 14 aufsetzbare, konusartig ausgebildete Endabschnitte 22 vor. Entlang der Oberfläche dieser Endabschnitte 22 kann der Wärmeträger in den Ringspalt zwischen Innenkörper 14 und Absorberrohr 12 einströmen. Aufgrund der insgesamt vier vorgesehenen Wendelstreifen 16, wird der Ringspalt zwischen Innenkörper 14 und Absorberrohr 12 in vier Strömungssegmente unterteilt.
Wie insbesondere aus 4 deutlich wird, sind der Innenkörper 14, die Wendelstreifen 16 und das Absorberrohr 12 einstückig aus dem gleichen Kunststoff-Material hergestellt. Als Kunststoff kann insbesondere ein Kunststoff gewählt werden, der Additive zur verbesserten Absorptionsfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Herstellung erfolgt insbesondere im Extrusionsverfahren, wobei unmittelbar nach Austritt des extrudierten Materials aus der Matrize das Rohr um seine Mittellängsachse zur Herstellung der Wendel verdreht wird. Insbesondere sind die Wandstärken des Innenkörpers 14, der Wendelstreifen 16 und des Absorberrohrs 12 gleich dick.
Wird der Solarabsorber 20 von einem Wärmeträger durchströmt, so findet eine vorteilhafte Durchmischung des Wärmeträgers aufgrund des Vorhandenseins der Wendelstreifen 16 statt. Die Steigung der Wendelstreifen 16 kann dabei an die Rohrlänge beziehungsweise an die Geometrie der Strömungssegmente angepasst sein.

Claims

Solarabsorber (10, 20) mit einem Absorberrohr (12) und wenigstens einen im Absorberohr (12) vorgesehenen, als koaxial zum Absorberrohr (12) verlaufendes Innenrohr ausgebildeten Innenkörper (14), wobei zwischen dem Innenrohr (14) und dem Absorberrohr (12) mehrere parallel zueinander verlaufende, um die Mittellängsachse gewendelte Wendelstreifen (16) zur Durchmischung eines zwischen dem Absorberrohr (12) und dem Innenkörper (12) hindurchströmenden Wärmeträgers vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkörper (14), die Wendelstreifen (16) und das Absorberrohr (12) einstückig aus Kunststoff im Extrusionsverfahren und durch Verdrehen des extrudierten Materials um seine Mittellängsachse hergestellt sind, wobei die Wandungsstärken des Innenkörpers (14), des Absorberrohrs (12) und der Wendelstreifen (16) gleich sind.
Solarabsorber (10, 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Innenkörper (14) über die gesamte Länge des Absorberrohrs (12) erstreckt.
Solarabsorber (10, 20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendelstreifen (16) zwischen dem Innenkörper (14) und dem Absorberrohr (12) in radialer Richtung verlaufend angeordnet sind.
Solarabsorber (10, 20) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendelstreifen (16) Durchbrüche oder Aussparungen zum Durchtritt für den Wärmeträger aufweist.
Solarabsorber (10, 20) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberrohr (12) und/oder der Innenkörper (14) und/oder die Wendelstreifen (16) aus einem Kunststoff enthaltend Additive zur verbesserten Absorptionsfähigkeit und/oder Wärmeleitfähigkeit gebildet sind.
Solarabsorber (10, 20) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den freien Enden des Innenkörpers (14) konusartig ausgebildete Endabschnitte (22) derart vorgesehen sind, dass der Wärmeträger entlang deren Oberfläche in den Ringspalt zwischen Innenkörper (14) und Absorberrohr (12) einströmen kann.
Solarkollektor umfassend ein Gehäuse und wenigstens abschnittsweise im Gehäuse untergebrachte Solarabsorber (10, 20) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung eines Solarabsorber (10, 20) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkörper (14), die Wendelstreifen und das Absorberrohr (12) aus einem Kunststoff und im Extrusionsverfahren hergestellt wird, wobei zur Erzielung der Wendelung der Solarabsorber direkt nach Verlassen der Extrusionsmatrize derart um seine Mittellängsachse verdreht wird, dass der um die Mittellängsachse gewendelte Verlauf der Wendelstreifen entsteht.