DE20021415U1 - Device for dissipating heat generated by absorption of solar radiation - Google Patents
Device for dissipating heat generated by absorption of solar radiationInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abfuhr von Wärme, die auf einem thermischen Solarabsorber durch Absorption von Solarstrahlung entsteht, entsprechend dem Anspruch 1.The invention relates to a device for dissipating heat generated on a thermal solar absorber by absorption of solar radiation, according to claim 1.
Bekanntlich werden in aktiven Solarkollektoren metallische Fluidrohre thermisch an metallische, die Sonnenstrahlung absorbierende Platten gekoppelt, um die absorbierte Solarstrahlung als Wärme mit einem flüssigen Wärmeträgermedium abzuführen. Als Material für die Fluidrohre wird hauptsächlich Kupfer verwendet. Durch seine geringe Korrosivität gegenüber üblichen Wärmeträgern und seine hohe Wärmeleitfähigkeit ist Kupfer ein ideales Material für diese Aufgabe.As is well known, in active solar collectors, metallic fluid pipes are thermally coupled to metallic plates that absorb solar radiation in order to dissipate the absorbed solar radiation as heat using a liquid heat transfer medium. Copper is mainly used as the material for the fluid pipes. Due to its low corrosiveness compared to conventional heat transfer media and its high thermal conductivity, copper is an ideal material for this task.
Die die Solarstrahlung absorbierenden Platten bestehen zumeist auch aus Kupfer, da die thermische Kopplung zwischen den Rohren und den absorbierenden Platten so einfach mittels Löten oder Schweißen erzeugt werden kann und Kupfer eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat. Platten aus Kupfer haben allerdings den Nachteil, daß Kupfer ein teures und bei der Gewinnung ökologisch nicht unbedenkliches Material ist, was nur begrenzt zur Verfügung steht.
Man kennt weiterhin Aluminiumstrangpreßprofile, in die Kupferrohre eingebracht werden. Auf diese Aluminiumprofile kann dann z.B. eine absorbierende Folie aufgebracht werden. Dies reduziert den Anteil an Kupfer im Kollektor, allerdings ist dieses Verfahren kaum geeignet, um absorbierend beschichtete Platten, bei denen die Absorberbeschichtung in einem sogenannten Band-Beschichtungsverfahren aufgebracht wird, zu verwenden. Diese beschichteten Bänder, auf einer Rolle aufgewickelt, haben in Deutschland einen hohen Marktanteil bei der Solarabsorberher-The plates that absorb solar radiation are also usually made of copper, as the thermal coupling between the pipes and the absorbing plates can be easily created by soldering or welding and copper has a high thermal conductivity. However, plates made of copper have the disadvantage that copper is an expensive material and is not ecologically safe to extract, and its availability is limited.
Aluminum extruded profiles are also known, into which copper pipes are inserted. An absorbent film can then be applied to these aluminum profiles. This reduces the amount of copper in the collector, but this process is hardly suitable for using absorbent coated panels, where the absorber coating is applied in a so-called strip coating process. These coated strips, wound on a roll, have a high market share in Germany in solar absorber production.
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Stellung. Strangpreßprofile enthalten pro Flächeneinheit viel Aluminiummaterial, wodurch das Verfahren aufwendig und teuer wird. Ferner sind die Werkzeuge zur Erstellung solcher Aluminiumstrangpreßprofile teuer.Position. Extruded profiles contain a lot of aluminum material per unit area, which makes the process complex and expensive. In addition, the tools used to produce such extruded aluminum profiles are expensive.
Weiterhin kennt man eine Konstruktion, bei der Fluidrohre aus Edelstahl zwischen zwei geprägte Aluminiumbleche eingelegt
sind. Hierbei werden in beide Platten halbrunde Vertiefungen eingebracht, in denen das Edelstahlrohr liegt. Die beiden Platten werden dann zusammen mit dem Fluidrohr zu der Absorberplatte verklebt. Dabei wird der Kleber zwischen die Platten und zwischen die halbrunden Vertiefungen und das Fluidrohr eingebracht. Nachteilig an dieser Konstruktion ist der schlechte Wärmeübergang zwischen der oberen absorbierend beschichteten Platte und dem Wärmeträgerfluid, der im wesentlichen durch die isolierende Klebeschicht zwischen den Aluminimblechen und dem Edelstahlrohr verursacht wird. Diese Klebung zwischen der
Rohrwand und den Platten ist bei der beschriebenen Konstruktion notwendig, um einen definierten thermischen Kontakt zu erzielen. Die Anforderungen an die Klebung sind sehr hoch, da Spannungen aus dem Fertigungsprozeß und durch thermische Dehnungen verursacht von der Klebeverbindung aufgenommen werden müssen.Furthermore, a construction is known in which fluid pipes made of stainless steel are inserted between two embossed aluminum sheets
are. In this case, semi-circular recesses are made in both plates, in which the stainless steel pipe is located. The two plates are then glued together with the fluid pipe to form the absorber plate. The adhesive is applied between the plates and between the semi-circular recesses and the fluid pipe. The disadvantage of this construction is the poor heat transfer between the upper absorbent coated plate and the heat transfer fluid, which is essentially caused by the insulating adhesive layer between the aluminum sheets and the stainless steel pipe. This bonding between the
In the construction described, a connection between the pipe wall and the plates is necessary in order to achieve a defined thermal contact. The requirements for the bonding are very high, since stresses from the manufacturing process and caused by thermal expansion must be absorbed by the bonded joint.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, einen Kontakt von Fluidrohren aus korrosionsarmem Material mit einer Solar-Strahlung absorbierenden Platte herzustellen, wobei sich ein geringer thermischer Widerstand zwischen der absorbierenden Platte und dem Wärmeträgerfluid ergibt, der Kupferanteil im Kollektor gering gehalten werden kann und absorbierend beschichtete
Bänder verwendet werden können.The invention is therefore based on the object of establishing a contact between fluid pipes made of low-corrosion material and a solar radiation-absorbing plate, whereby a low thermal resistance is obtained between the absorbing plate and the heat transfer fluid, the copper content in the collector can be kept low and absorbent coated
tapes can be used.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Wärmeleitblech aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, in das Rinnen einge-According to the invention, the object is achieved by a heat conducting plate made of material with high thermal conductivity, into which channels are inserted.
bracht sind, in die Fluidrohre mit thermisch gutem Kontakt zum Wärmeleitblech eingefügt werden, gelöst.are inserted into the fluid pipes with good thermal contact to the heat conducting plate.
Man erreicht dadurch, daß das Wärmeleitblech an seiner Oberseite seitlich der Rinnen eben ausgeführt ist, eine Möglichkeit, eine ebene absorbierende Platte, z.B. eine absorbierend beschichtete Aluminiumplatte von einem Band, einfach von oben an das Wärmeleitblech zu fixieren. Da eine große Fläche zur Wärmeübertragung von der absorbierenden Platte an das Wärmeleitblech zur Verfügung steht, kann Kleben als Verbindungstechnik eingesetzt werden, ohne daß dies zu einem hohen thermischen Widerstand führt. Da die obenliegende absorbierende Platte und das Wärmeleitblech aus dem gleichen Material sein können, sind auch Verbindungstechniken wie Löten oder Schweißen möglich. Weiterhin stellt das Durchsetzfügen eine geeignete Verbindungsmöglichkeit dar.The fact that the heat conducting plate is flat on its upper side at the side of the grooves makes it possible to easily fix a flat absorbing plate, e.g. an absorbing coated aluminum plate from a strip, to the heat conducting plate from above. Since a large area is available for heat transfer from the absorbing plate to the heat conducting plate, gluing can be used as a joining technique without this leading to a high thermal resistance. Since the upper absorbing plate and the heat conducting plate can be made of the same material, joining techniques such as soldering or welding are also possible. Clinching is also a suitable joining option.
Durch die in das Wärmeleitblech eingefügten Rinnen kann das Fluidrohr fest ohne Zusatzstoffe in das Wärmeleitblech eingepresst werden, wodurch ein geringer thermischer Widerstand zwischen dem Wärmeleitblech und dem Fluidrohr resultiert. Dabei sollte das einzupressende Rohr ein Übermaß im Durchmesser gegenüber der lichten Weite der Rinne im Wärmeleitblech aufweisen, damit beim Einpressen sowohl eine form- als auch eine kraftschlüssige Verbindung mit gutem thermischen Kontakt entsteht. The grooves inserted into the heat conducting plate allow the fluid pipe to be pressed firmly into the heat conducting plate without any additives, resulting in low thermal resistance between the heat conducting plate and the fluid pipe. The pipe to be pressed in should have an excess diameter compared to the clear width of the groove in the heat conducting plate so that both a positive and a force-fitting connection with good thermal contact is created when pressed in.
Das Wärmeleitblech ist aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie z.B. Aluminium gefertigt. Daher können die Abstände zwischen den einzelnen Fluidrohren deutlich größer sein als bei marktüblichen Absorberkonstruktionen. Das hat zur Folge, daß wenig Fluidrohrmaterial verwendet und gleichzeitig der .Fluidinhalt im Kollektor reduziert werden kann, was sich günstig auf mehrere solaranlanlagenspezifische Aspekte, z.B. das Stillstandverhalten der Solaranlage, auswirkt.The heat conducting plate is made of a material with high thermal conductivity, such as aluminum. Therefore, the distances between the individual fluid pipes can be significantly larger than in conventional absorber designs. This means that little fluid pipe material is used and at the same time the fluid content in the collector can be reduced, which has a positive effect on several solar system-specific aspects, e.g. the standstill behavior of the solar system.
Die hier dargestellte Erfindung ermöglicht eine kostengünstige Fertigung von Solarabsorbern in weitgehend automatisierten Fertigungsstraßen. Dabei können das Wärmeleitblech und das Kupferrohrregister bzw. der Kupferrohrmäander zusammen gepreßt werden und dann mit dem vom Band abgerollten Absorberblech auf einer kontinuierlichen Fertigungsstraße verbunden, z.B. verklebt werden.The invention presented here enables cost-effective production of solar absorbers in largely automated production lines. The heat conducting sheet and the copper pipe register or the copper pipe meander can be pressed together and then connected, e.g. glued, to the absorber sheet rolled off the belt on a continuous production line.
Nachführend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erklärt:The invention is explained in more detail below using preferred embodiments:
Fig. 1 zeigt eine Explosionszeichnung einer Ausführung der Erfindung, bei der in das Wärmeleitblech (1) Rinnen (2) eingebracht sind. Diese können durch z.B. Pressen, Tiefziehen oder Walzformen gefertigt sein. In die Rinnen (2) werden Rohre (3), vorzugsweise aus Kupfer, eingepresst. Um einen guten thermischen Kontakt zwischen den Rohren (3) und dem Wärmeleitblech (1) zu erzielen, können die Rinnen (2) im Durchmesser geringfügig kleiner als die Durchmesser der Rohre (3) ausgeführt sein. Der obere Scheitelpunkt des Rohres liegt geringfügig unterhalb der Ebene der Oberfläche des Leitblechs (1), auf die die ebene absorbierende Platte (4) mittels z.B. Klebung aufgebracht wird.Fig. 1 shows an exploded view of an embodiment of the invention in which grooves (2) are incorporated into the heat conducting plate (1). These can be manufactured by pressing, deep drawing or roll forming, for example. Pipes (3), preferably made of copper, are pressed into the grooves (2). In order to achieve good thermal contact between the pipes (3) and the heat conducting plate (1), the grooves (2) can be made slightly smaller in diameter than the diameter of the pipes (3). The upper apex of the pipe lies slightly below the plane of the surface of the conducting plate (1), to which the flat absorbing plate (4) is applied by means of gluing, for example.
Fig. 2 zeigt ein Detail der Erfindung, an dem zu erkennen ist, wie das Rohr (3) formschlüssig in der Rinne (2) des Wärmeleitblechs (1) eingepresst ist.Fig. 2 shows a detail of the invention, which shows how the tube (3) is pressed into the groove (2) of the heat conducting plate (1) in a form-fitting manner.
Fig. 3 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei der das Wärmeleitblech (1) kleiner als die absorbierende Platte (4) ist. Dadurch können die Rohrbögen (5) des hier als Mäander ausgeführten Fluidrohrs unter der absorbierend beschichteten Platte (4) angebracht werden und sind von oben somit unsichtbar.Fig. 3 shows an embodiment of the invention in which the heat conducting plate (1) is smaller than the absorbent plate (4). This means that the pipe bends (5) of the fluid pipe, which is designed here as a meander, can be installed under the absorbent-coated plate (4) and are therefore invisible from above.
Weiterhin ist es so möglich, ein in den Ausmaßen standardisiertes Wärmeleitblech (1) mit unterschiedlich großen absorbierenden Platten (4) zu kombinieren. Somit kann ein standardisiertes Wärmeleitblech (1) in unterschiedlichen bereits auf dem Markt existenten Kollektorgehäusen eingesetzt werden. Das Rohr (3) ist dabei wie in Figur 1 beschrieben in die Rinnen (2) eingepreßt.It is also possible to combine a heat conducting plate (1) of standardized dimensions with absorbing plates (4) of different sizes. This means that a standardized heat conducting plate (1) can be used in different collector housings that already exist on the market. The pipe (3) is pressed into the grooves (2) as described in Figure 1.
Fig. 4 zeigt, wie eine Ausführung der Erfindung, die wie in Fig. 3 beschrieben ist, in ein Kollektorgehäuse (6) mit frontseitiger transparenter Abdeckung (Glasscheibe) (7) und rückseitiger Wärmedämmung (8) integriert ist.Fig. 4 shows how an embodiment of the invention, as described in Fig. 3, is integrated into a collector housing (6) with a front transparent cover (glass pane) (7) and rear thermal insulation (8).
Fig. 5 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei der die rückseitige Wärmedämmung (8) direkt an die Unterseite des Wärmeleitblechs (1) angebracht ist. Ein so entstehendes Sandwichelement kann z.B. als unverglaster Kollektor zum Einsatz gelangen, aber auch wie in Fig. 4 beschrieben in ein Kollektorgehäuse mit transparenter Abdeckung integriert werden. 20Fig. 5 shows an embodiment of the invention in which the rear thermal insulation (8) is attached directly to the underside of the heat conducting plate (1). A sandwich element created in this way can be used, for example, as an unglazed collector, but can also be integrated into a collector housing with a transparent cover as described in Fig. 4. 20
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20010607 |
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| R163 | Identified publications notified |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20040210 |
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| R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20070703 |