DE10308993A1 - Heat pipe heat exchanger construction for heat pipe solar collectors comprises a corrugated sheet steel absorber surrounded by a sealing plate and a pipe crossing channels while maintaining closed inner chambers - Google Patents

Heat pipe heat exchanger construction for heat pipe solar collectors comprises a corrugated sheet steel absorber surrounded by a sealing plate and a pipe crossing channels while maintaining closed inner chambers Download PDF

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Abstract

Heat pipe heat exchanger construction comprises a corrugated sheet steel absorber of a sealing plate, and a pipe (5) suitable for transporting a flowing working medium. The absorber is surrounded by the sealing plate with the formation of parallel channels under a closed inner chamber. The pipe crosses the channels while maintaining the closed inner chamber and saturated vapor is located within the closed inner chamber. Preferred Features: The saturated vapor is the vapor of a liquid with a low boiling point or steam at low pressure.

Description

Bei der üblich angewendeten Ausführung von Flach-Sonnenlichtkollektoren befindet sich unter einer Sonnenstrahl durchlässigen Deckplatte, welche Strahlen mit einer Wellenlänge von mehr als 3 Micrometer reflektiert, eine Sonnenstrahlen absorbierende Oberfläche, von der Strahlen mit einer Wellenlänge von weniger als 3 Micrometer absorbiert und in Wärme umgewandelt werden und die zur Wärmeabstrahlung weniger geneigt ist. Von der Absorpionsoberfläche wird die Wärme durch ein damit unmittelbar oder über eine Rohrleitung verbunden strömendes Arbeitsmedium abtransportiert. Der unter Anschluß der Absorptionsfläche und des strömenden Arbeitsmediums gebaute Wärmeaustauscher ist von der Umgebung unten durch eine Feststoffwärmeisolation, oben an der sonnenbestrahlten Seite durch eine Luftschicht separiert. Es sind zahlreiche Lösungen bekannt, die auf eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Wärmeaustauschers abzielen. Die Konstruktion eines solchen Wärmeaustauschers wird mit dem deutschen Gebrauchsmuster-Nr. G 9313124 beschrieben. Wird der Wärmeaustauscher von seiner Umgebung durch ein Vakuum abgeschirmt, kann ein besserer Wirkungsgrad erreicht werden, da der Wärmeverlust geringer ist. Die Konstruktion eines Vakuum-Flachkollektors wird in der Patentbeschreibung Nr. DE 3611764 beschrieben, der den Nachteil besitzt, daß er zwecks entsprechender Druckbeständigkeit und mechanischer Festigkeit zahlreicher Stützstangen bedarf. Die Konstruktion eines anderen Vakuum-Flachkollektors wird in der Patentbeschreibung Nr. DE 4007839 , 8, beschrieben. Wesen dieser Lösung ist es, daß die absorbierende Oberfläche mit einer doppelwandigen, Sonnenlicht durchlässigen, in mehrere Kammern unterteilte Verkleidung ausgerüstet wird. In den Kammern wird Vakuum hergestellt. Die mechanische Festigkeit und Druckbeständigkeit wird durch die entsprechend kleinen Abmessungen der Kammern sowie durch eine bogenförmige Gestaltung ihrer Innenwände gewährleistet. Der Nachteil dieser Lösungen besteht in der Abhängigkeit von der wetterbedingten Sonneneinstrahlung und demzufolge darin, daß die Temperatur des Arbeitsmediums gering ist und innerhalb eines breiten Intervalls variiert. Dies wird durch den Wärmerohr-Wärmeaustauscher-Sonnenlichtkollektor mit Vakuumrohren vermieden. Bei dieser Konstruktion wird das im Wärmeaustauscher strömende Arbeitsmedium durch die Kondensationswärme von Wärmerohren erwärmt, die an eine Absorberoberfläche anschließen, die sich im Innern von Sonnenlicht durchlässigen Vakuumrohren befindet. Eine aus derartigen separaten Rohren bestehende Konstruktion ist im Vergleich zu Flachkollektoren kompliziert, die Fertigung kostenaufwendig, zum Erzielen der entsprechenden mechanischen Festigkeit sind zusätzliche Komponenten erforderlich.In the commonly used design of flat solar collectors, a sunbeam-permeable cover plate, which reflects rays with a wavelength of more than 3 micrometers, has a surface that absorbs sun rays, from which rays with a wavelength of less than 3 micrometers are absorbed and converted into heat and which is less inclined to radiate heat. The heat is transported away from the absorption surface by a working medium flowing directly with it or connected via a pipeline. The heat exchanger built by connecting the absorption surface and the flowing working medium is separated from the environment below by a solid heat insulation, at the top by an air layer on the sun-exposed side. Numerous solutions are known which aim to improve the efficiency of the heat exchanger. The construction of such a heat exchanger is with the German utility model no. G 9313124. If the heat exchanger is shielded from its surroundings by a vacuum, better efficiency can be achieved since the heat loss is less. The construction of a vacuum flat plate collector is described in patent specification no. DE 3611764 described, which has the disadvantage that it requires numerous support rods for the purpose of appropriate pressure resistance and mechanical strength. The construction of another vacuum flat plate collector is described in patent specification no. DE 4007839 . 8th , described. The essence of this solution is that the absorbent surface is equipped with a double-walled, sunlight-permeable, divided into several compartments. Vacuum is created in the chambers. The mechanical strength and pressure resistance is guaranteed by the correspondingly small dimensions of the chambers and by an arched design of their inner walls. The disadvantage of these solutions is the dependence on the weather-related solar radiation and consequently in the fact that the temperature of the working medium is low and varies within a wide interval. This is avoided by the heat pipe heat exchanger sunlight collector with vacuum pipes. In this construction, the working medium flowing in the heat exchanger is heated by the heat of condensation from heat pipes which connect to an absorber surface which is located in the interior of sunlight-permeable vacuum pipes. A construction consisting of such separate pipes is complicated in comparison to flat plate collectors, the production is expensive, additional components are required to achieve the corresponding mechanical strength.

Meine Lösung zielt auf die Vermeidung dieses Nachteiles ab. Als Ziel setzte ich mir den Bau einer Wärmeaustauscherkonstruktion, die in Wärmerohr-Sonnenlichtkollektoren bei gegebener Betriebstemperatur eingesetzt werden kann, einen einfachen Aufbau besitzt, kostenschonend angefertigt werden kann, in sich selbst eine entsprechende mechanische Festigkeit besitzt und in üblichen Sonnenlichtkollektoren eingesetzt werden kann. Ich erkannte, daß mit einer entsprechenden geometrischen Gestaltung der in Flachkollektoren überlicherweise eingesetzten Absorberplatten eine Wärmerohrbildende Konstruktion errichtet werden kann, und nach Anschluß eines zum Transport strömenden Arbeitsmediums geeigneten Rohres an diese Konstruktion ein bei gegebener Temperatur erfolgender Kondensationswärme- Wärmeaustausch ermöglicht wird.My solution is to avoid it this disadvantage. My goal is to build a heat exchanger construction, those in heat pipe sunlight collectors can be used at a given operating temperature, a simple structure owns, can be made cost-effectively, in itself has an appropriate mechanical strength and in usual Sunlight collectors can be used. I realized that with one corresponding geometric design of the flat collectors usually absorber plates used a heat pipe-forming construction can be erected, and after connecting a working medium flowing for transport suitable pipe to this construction at a given temperature condensation heat heat exchange allows becomes.

Die erfindungsgemäße Wärmeaustauscherkonstruktion beinhaltet einen Wellblech-Absorber, eine Schließplatte und ein durchgeführtes, zum Transport eines strömenden Arbeitsmediums geeignetes Rohr. Der Wellblech-Absorber schließt sich der Schließplatte an, in dem er parallele Kanäle bildet und einen geschlossenen Innenraum umfaßt. Das zum Transport des strömenden Arbeitsmediums geeignete Rohr quert die Kanäle ohne die Geschlossenheit des Innenraumes zu unterbrechen und im geschlossenen Innenraum befindet sich gesättigter Dampf. Der gesättigte Dampf kann der einer Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt, z.B. Alkohol sein, oder Wasserdampf bei niedrigem Druck. Das zum Transport des strömenden Arbeitsmediums geeignete Rohr kann die Kanäle innerhalb oder außerhalb des Innenraumes queren.The heat exchanger construction according to the invention includes a corrugated iron absorber, a locking plate and a carried out for transport one pouring Pipe suitable for the working medium. The corrugated iron absorber closes the locking plate where he has parallel channels forms and includes a closed interior. That for the transport of the flowing working medium suitable pipe crosses the channels without interrupting the closed interior and in closed interior is saturated steam. The saturated steam can be a liquid with a low boiling point, e.g. Be alcohol, or water vapor low pressure. The pipe suitable for transporting the flowing working medium can the channels inside or outside cross the interior.

Die Wärmeaustauscherkonstruktion mit solchem Aufbau ist einfach, leicht und billig herzustellen, mechanisch fest und kann in Flachkollektoren eingesetzt, werden.The heat exchanger construction with such a structure is simple, easy and inexpensive to manufacture, mechanically fixed and can be used in flat plate collectors.

Die Erfindung wird detailliert an einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel anhand der Abbildungen dargelegt.The invention will be described in detail an advantageous embodiment illustrated with the illustrations.

1 ist die Ansichtenzeichung der Wärmeaustauscherkonstruktion. 1 is the view drawing of the heat exchanger construction.

2 ist ein Anschnitt der Seitenansicht der Wärmeaustauscherkonstruktion. 2 Fig. 3 is a side elevation view of the heat exchanger construction.

3 ist ein Schnitt der Wärmeaustauscherkonstruktion. 3 is a section of the heat exchanger construction.

Der Absorber (1) des für dieses Beispiel dienenden Wärmeaustauschers ist ein durch Pressen angefertigtes, zweckmäßigerweise mit ebenen Rändern gerahmtes Wellblech mit Kupfer oder einer Aluminiumlegierung als Material.The absorber ( 1 ) of the heat exchanger used for this example is a corrugated sheet made by pressing, expediently framed with flat edges, with copper or an aluminum alloy as the material.

Die Schließplatte (2) ist mit dem Absorber (1) durch eine Rollschweißnaht verbunden und umschließt mit einer dessen Oberflächen den Innenraum (3) mit den darin enthaltenden parallelen Kanälen (4). Im Innenraum (3) wird unter Beibehaltung der Geschlossenheit des Innenraumes durch Schweißen ein herausgeführtes, zum Transport des strömenden Arbeitsmediums geeignetes gerades Rohr (5) befestigt, welches die parallelen Kanäle (4) zweckmäßigerweise in der Nähe eines ihrer Enden waagrecht quert. Im Innenraum (3) wird mit üblichen Methoden ein Vakuum erstellt, wodurch im Innenraum (3) gesättigter Wasserdampf mit niedrigem Druck befindet. Vorteilhaft ist am Innenraum (3) von außen ein Druckmesser (6) angeschlossen.The locking plate ( 2 ) is with the absorber ( 1 ) connected by a roll weld seam and encloses the interior with one of its surfaces ( 3 ) with the parallel channels contained therein ( 4 ). In the interior ( 3 ) a welded straight pipe suitable for transporting the flowing working medium is maintained by welding while keeping the interior closed ( 5 ) attached, which the parallel channels ( 4 ) expediently crosses horizontally near one of its ends. In the interior ( 3 ) a vacuum is created using standard methods, which means that 3 ) saturated water vapor is located at low pressure. The interior is advantageous ( 3 ) a pressure gauge from outside ( 6 ) connected.

Bei Betreiben der nicht waagrecht angeordneten Wärmeaustauscherkonstruktion fungieren die im geschlossenen Innenraum befindlichen Kanäle (4) infolge der Sonneneinstrahlung als Wärmerohr, der aufsteigende Dampf wird in dem im oberen Teil der Wärmeaustauscherkonstruktion befindlichen, das Arbeitsmedium transportierende Rohr (5) laufend kondensiert und gibt dabei bei einer von der Intensität der Sonneneinstrahlung in einem breiten Intervall unabhängigen Temperatur die Kondensationswärme ab. Mit Einstellen des Arbeitsmediumstromes erlangt das Arbeitsmedium infolge des Wärmeaustauschers die gewünschte Temperatur. Mit dem Druckmesser (6) kann der Druck des Innenraumes (3) laufend überwacht werden.When the heat exchanger construction that is not arranged horizontally is operated, the channels located in the closed interior function ( 4 ) due to the solar radiation as a heat pipe, the rising steam is in the pipe located in the upper part of the heat exchanger construction and transporting the working medium ( 5 ) condenses continuously and releases the heat of condensation at a temperature that is independent of the intensity of the sun's radiation over a wide interval. When the working medium flow is set, the working medium reaches the desired temperature as a result of the heat exchanger. With the pressure gauge ( 6 ) the pressure of the interior ( 3 ) are continuously monitored.

Bei Ausführungsformen für andere Beispiele ist die Schließplatte durch Pressen und/oder durch Verkleben mit dem Absorber verbunden.In embodiments for others Examples are the locking plate connected to the absorber by pressing and / or by gluing.

Bei Ausführungsformen für andere Beispiele ist der gesättigte Dampf im geschlossenen Innenraum der eines Alkohols mit niedrigem Siedepunkt, vorteilhafterweise von Methanol.In embodiments for others Examples is the saturated one Vapor in the closed interior of that of a low alcohol Boiling point, advantageously methanol.

Die Erfindungsgemäße Wärmeaustauscherkonstruktion besitzt einen einfachen Aufbau, ist in sich mechanisch stabil, kann kostenschonend hergestellt und vorteilhaft in Flachkollektoren eingesetzt werden. Ihr Wirkungsgrad ist besser als der von übrigen Flachkollektoren, die Funktionsweise schließt eine Überhitzung des Arbeitsmediums aus. Ist auch bei niedriger Umgebungstemperatur und schwacher Sonneneinstrahlung in der Lage, Wärmeaustausch von gegebener Temperatur zu realisieren.The heat exchanger construction according to the invention has a simple structure, is mechanically stable in itself, can Manufactured in a cost-effective manner and used advantageously in flat collectors. Their efficiency is better than that of other flat plate collectors It works by overheating of the working medium. Is even at low ambient temperatures and weak solar radiation able to exchange heat from a given Realize temperature.

Claims (4)

Wärmerohr-Wärmeaustauscherkonstruktion, die mit einem Wellblech-Absorber (1) einer Schließplatte (2) und ein zum Transport eines strömenden Arbeitsmediums geeignetes Rohr (5) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellblech-Absorber (1) unter Bildung von parallelen Kanälen (4) unter einen geschlossenen Innenraum (3) umschließend mit der Schließplatte (2) verbunden ist und das zum Transport des strömenden Arbeitsmediums geeignete Rohr (5) die Kanäle (4) unter Aufrechterhaltung der Geschlossenheit des Innenraumes (3) quert und sich im geschlossenen Innenraum (3) gesättigter Dampf befindet.Heat pipe heat exchanger construction using a corrugated iron absorber ( 1 ) a locking plate ( 2 ) and a pipe suitable for transporting a flowing working medium ( 5 ), characterized in that the corrugated iron absorber ( 1 ) with the formation of parallel channels ( 4 ) under a closed interior ( 3 ) with the locking plate ( 2 ) is connected and the pipe suitable for transporting the flowing working medium ( 5 ) the channels ( 4 ) while maintaining the unity of the interior ( 3 ) crosses and in the closed interior ( 3 ) saturated steam. Konstruktion gemäß Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der gesättigte Dampf der einer Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt ist.Construction according to claim 1. characterized in that the saturated Vapor of a liquid with a low boiling point. Konstruktion gemäß Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der gesättigte Dampf Wasserdampf bei niedrigem Druck ist.Construction according to claim 1. characterized in that the saturated Steam is water vapor at low pressure. Konstruktion gemäß einer der Ansprüche 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß das zum Transport des strömenden Arbeitsmediums dienende Rohr (5) die Kanäle (4) im geschlossenen Innenraum (3) quert.Construction according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pipe () for transporting the flowing working medium ( 5 ) the channels ( 4 ) in the closed interior ( 3 ) crosses.
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