DE19702080A1 - Wärmerohr-Wärmeaustauscher für Sonnenlichtkollektoren - Google Patents
Wärmerohr-Wärmeaustauscher für SonnenlichtkollektorenInfo
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- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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- F24S10/90—Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation
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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 Absorptionsoberfläche 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 36 11 764 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 40 07 839, Abb. 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.
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.
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.
Die Wärmeaustauscherkonstruktion mit solchem Aufbau ist einfach, leicht und
billig herzustellen, mechanisch fest und kann in Flachkollektoren eingesetzt
werden.
Die Erfindung wird detailliert an einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
anhand der Abbildungen dargelegt.
Abb. 1 ist die Ansichtenzeichnung der Wärmeaustauscherkonstruktion.
Abb. 2 ist ein Ausschnitt der Seitenansicht der Wärmeaustauscher
konstruktion.
Abb. 3 ist ein Schnitt der Wärmeaustauscherkonstruktion.
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.
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.
Bei Betreiben der nicht waagrecht angeordneten Wärmeaustauscher
konstruktion 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.
Bei Ausführungsformen für andere Beispiele ist die Schließplatte durch
Pressen und/oder durch Verkleben mit dem Absorber verbunden.
Bei Ausführungsformen für andere Beispiele ist der gesättigte Dampf im
geschlossenen Innenraum der eines Alkohols mit niedrigem Siedepunkt,
vorteilhafterweise von 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.
Claims (4)
1. 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.
2. Konstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
gesättigte Dampf der einer Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt ist.
3. Konstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
gesättigte Dampf Wasserdampf bei niedrigem Druck ist.
4. 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.
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1998
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Legal Events
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