DE19702080A1 - Wärmerohr-Wärmeaustauscher für Sonnenlichtkollektoren - Google Patents

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.