DE2804411C2

DE2804411C2 - Sonnenkollektor mit einem Wärmerohr

Info

Publication number: DE2804411C2
Application number: DE2804411A
Authority: DE
Inventors: George Albert Apolonia Dipl.-Ing. Eindhoven Asselmann; Johan Cecil de Waalre Grijs; Faramarz Dipl.-Phys. Dr. Bergamo Mahdjuri
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1978-02-02
Filing date: 1978-02-02
Publication date: 1984-02-23
Also published as: IT1109882B; JPS54109638A; FR2416431A1; US4270520A; AU4370479A; NL7900708A; SE7900777L; IT7919725A0; DE2804411A1; GB2013870A

Description

Die Erfindung bezieht Sich auf einen Sonnenkollektor riili einem ebenen metallenen Absorber für Sonnenstrahlung und mindestens einem einen verdampfbaren Wärmeträger enthaltenden Wärmerohr ohne Kaplllarstruklur, das einen mil dem Absorber in Wärmekontakt stehenden Verdampfungsbereich mit einer Anzahl über seine Länge verteilter Mulden zum Auffangen des unter dem Einfluß der Schwerkraft zum Verdampfungsbereich zurückfließenden kondensierten Wärmeträgers sowie einen Im Betrieb räumlich höher liegenden Kondensalorberelch besitzt.

Der Im kalten Zustand flüssige Wärmeträger sammelt sich normalerweise Im Verdampfungsbereich des Wärmerohres. Wenn dieser über den Sonnenenergieabsorber erhitzt wird, erwärmt sich der Wärmeträger und steigt im Wärmerohr in Form von Dampf nach oben in den Kondensatorbereich, wo er kondensiert und damit seine Verdampfungswärme abgibt, wonach er in flüssiger Form wieder in den Verdampfungsbereich zurückfließt.

Bei einem bekannten Sonnenkollektor dieser Art (vgl. DE-Z »BWK«, Bd. 28 (1976) Jan. S 25) steht eine geschwärzte Absorberplatte über ihre gesamte Länge mit einem Wärmerohr in Wärmekontakt, das In seinem Innern mit einer Kapillarstruktur versehen ist. welche zum Rücktransport des kondensierten Wärmeträgers dient.

Wärmerohre mit einer inneren Kapillarstruktur sind jedoch teuer und umständlich in der Herstellung, Man hat daher auch schon Verdampfungs-K.ondensations-Systeme für Sonnenkollektoren mit einem Kanal oht<e Kapillarstruktur hergestellt (US 40 38 966). Hierbei fließt der im Kondensatorbereich kondensierte Wärmeträger In diesem Fall Wasser - aufgrund der Schwerkraft wieder In den Verdampfungsbereich zurück. Um den Wärmeträger gleichmäßig über den gesamten Kanal zu verteilen, ist dieser auf seiner Rückseite mit einer Vielzahl von eingedrückten Mulden zum Auffangen des herabfileßenden Wärmeträgers versehen. Der normalerweise evakuierte Kanal ist mit einem Ventil versehen, das bei Überdruck anspricht. Anschließend muß der Kanal wieder evakuiert werden. Unabhängig von der Frage, ob ein solches mil Wasser gefülltes Vakuumsystem überhaupt arbeitet, Ist es wegen der Voraussetzung einer mehrfachen Evakuierung für die Praxis nicht geeignet.

Es sei noch erwähnt, daß aus der US 37 71 590 ein Wärmerohrsystem mit einer Anzahl über seine Länge mit Abstund voneinander verteilter Ausbuchtungen zum Auffangen des zurückfließenden Wärmeträgers bekannt '.st.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sonnenkollektor mit über den gesamten Verdampferbereich des Würmerohrs verteiltem Wärmeträger zu schaffen, bei dem die Gefahr einer Überhitzung des Wärmeträgers und damit der mit dem Sonnenkollektor zusammenarbeitenden Heizanlage mit einfachen Mitteln verhindert wird

Diese Aufgabe wird bei einem Sonnenkollektor eingangs erwähnter Art gemäß der Erf'ndung dadurch gelöst. da/J der Wärmeträger eine kritische Temperatur (T_A) besitzt, die der maximalen Betriebstemperatur der mit dem Kondensatorberelch zusammenwirkenden Heizanlage entspricht, und einen kritischen Druck (P_A) kleiner als 60 bar aufweist.

Hierdurch wird erreicht, daß beim Überschreiten der kritischen Temperatur Im Wärmerohr - bei Leerlauf der Heizanlage oder bei Überangebot von Sonnenenergie der Kreislauf von Wärmcträgerdampf und zurückfließendem kondensiertem Wärmeträger unterbrochen wird, wodurch ein Temperaturbegrenzungseffekt der Heizanlage auftritt u'id somit eine Überhitzung derselben in einfacher Weise vermieden wird. Nach Abkühlung des Wärmeträgers unter seine kritische Temperatur setzt der Wärmetransporl wieder ein.

Wird in der Heizanlage als Wärmetransportmilte) wie üblich Wasser oder ein Wasser-Glykoi-Gemlsch verwendet, so sollte die kritische Temperatur des Wärmeträger im Wärmerohr den Wert von 120 C nicht überschreiten. Einige geeignete Wärmeträger dieser Art sind in nachstehender Tabelle aufgeführt (Freon ist ein durch Warenzeichen geschützter Handelsname).

Wärmeträger	krit.	krit.
	Temp. (T_k)	Druck (P₁₁)
	⁰C	bar
Freon 12(CF₂Cl₂)	112	41,2
Freon 22 (CHF₂Cl)	96	49,8
Freon 500 (CF₂C1₂/CH₃CHF₂)	106	44,2
Freon 502 (CHF₂Ci/CClF₂-CF₃)	82	40,7
Freon 13Bl (CBrF₃)	67	39,6
Freun C 318 (C₄F₈)	115	27,8
Propan C₃H₈)	96,8	43,3

Vorzugswelse sind der Absorber und der Verdampferbereich des Wärmerohres in einem evakuierten Abdeckrohr aus durchsichtigem Material untergebracht. Hierdurch werden die Wärmeverluste des Sonnenkollektor auf ein Minimum herabgesetzt.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Flg. 1 eine Ansicht von unten auf einen Sonnenkollektor mit einer Absorberplatte und einem Wärmerohr.

Flg. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II durch den Sonnenkollektor nach F i g. 1.

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie IH-III durch den Sonnenkollektor nach Fig. 1.

Flg. 4 eine Ansicht von unten auf einen Sonnenkollektor mit einer Absorberplatte und zwei Würmerohren.

Mg. 5 einen Schr.lt! lungs der Linie V-V durch den Sonnenkollektor mich Hg. 4.

Hg. 6 einen Seitenschnlil durch einen weiteren Sonnenkollektor mich der brflnüung

Hg 7 einen Schnitt längs der Linie VH-VII des Sonnent.olleklors nuch I ig. 6.

Hg. 8 eine andere Ausführungsform eines Sonnenkollektor» nach der Erfindung in auseinandergezogenem Zustand.

Hg. 9 einen Schnitt durch den Sonnenkollektor nach Flg. 8 nach dem Zusammenbau.

Hg. 10 einen Längsschnitt durch einen in einer Vakuumhülle untergebrachten Sonnenkollektor nach FIg. I.

Der Sonnenkollektor nach den Flg. I bis 3 besitzt einen ebenen metallenen Absorber I, der /. B. aus einer an ihrer überseile mit Nickel- oder Kupferoxid bzw. -sul fid berchlchleien Aluminlumplatle besteht. Mit dem ■* "Absorber 1 Ist, z. B. durch Löten oder Schweiften, ein """geschlossenes Würmerohr 2 aus Metall verbunden, das " im Bereich des Absorbers 1 seinen Verdampferbereich 3 hat und mit seinem über den Absorber 1 hinausragenden <· Kondensatorbereich 4 für einen im Wärmerohr 2 befindlichen Wärmeträger 5 wirkt. Im Kondensatorbereich 4 ist das Wärmerohr 2 mit einer Anzahl flanschartiger Wär-' meauslauscher 6 versehen, die von dem Wärmetransporlmillel, z. B. Wasser, einer mit dem Sonnenkollektor zusammenwirkenden, nicht dargestellten Heizanlage umspült werden.

Im Betrieb wird der Sonnenkollektor so angeordnet, daß der Kondensalorberefch 4 räumlich höher liegt als der Verdampferbereich 3, so daß sich der flüssige Wärmeträger 5 normalerweise unten Im Verdampferbereich 3 sammelt. Wird der Absorber I und damit der Verdampferbereich 3 des Wärmeronres 2 durch Sonnenstrahlung erhitzt, entsteht ein Kreislauf von Wärmeträgerdampf, der im Kondensalorbcreich 4 kondensiert, und flüssigem Wärmeträger 5, der aufgrund seiner Schwerkraft entlang der glatten Innenwand des Warmerohres 2 wieder In den Verdampferbercich 3 zurückfließt. Hierbei gibt der Dampf seine Wärme im Kondcnsalorbereich 4 an die Wärmeaustauscher ή ab, wo sie für Nutzzwecke verwendet werden kann.

Damit für diesen Wärmekreislauf über den gesamten Verdampferbereich 3 des Wärmerohres 2 genügend Wärmeträger 5 zur Verfügung steht, ist eier Verdampferbereich 3 des Warmerohres 2 mil einer Anzahl über seine Länge mit Abstand voneinander verteilter Mulden 7 zum Auffangen des unter dem Einfluß der Schwerkraft zurückfließenden kondensierten Wärmeträgers Sa versehen. Die Mulden 7 erstreckten sich in diesem Fall parallel zur Ebene des Absorbers i.

Der Sonnenkollektor nach den Flg. 4 und 5 unterscheidet sich von dem nach den Fig. I bis 3 lediglich dadurch, duß der ebene metallene Absorber I mit zwei Wärmerohren 2 versehen lsi, die beide Mulden 7 zum Auffangen des kondensierten Warmeträgers aufweisen.

Bei dem Sonnenkollektor nach den Flg. 6 und 7 sind die Mulden 7 zum Auffangen des zurückfließenden WHrmeträgers an der Unterseite des Warmerohres 2 im Verdampferbereich 3 angeordnet.

Gemäß den Flg. 8 und 9 ist der platienförnilge Absorber I mit Aussparungen 8 zum Einsetzen der nach unten ragenden Mulden 7 des Warmerohres 2 versehei,. Nach dem Zusammenbau ragen die Mulden 7 In den plattenförmigen Absorber 1 hinein.

Gemüß Fig. 10 ist der Sonnenkollektor nach Hg. I mit seinem selektiven plattenförmigen Absorber I und dem Vei'damplerbereich 3 des Warmerohres 2, das In seinem Kondensatorbereich 4 die Wärmeaustauscher 6 aulwelsl, in einem Abdeckrohr 14 aus Weichglas uniergebracht. Das Abdeckrohr 14 besitzt einen runden Querschnitt und Ist an seiner vorderen Stirnlläche IS verschlossen. Seine hintere Stirnlläche in besteht aus Bleiglas und ist mit einem um das Wärmerohr 2 liegenden zylindrischen Metallstütze!! 18 aus z. B. Kupfer oder einer Nickel-Eisen-Legierung vakuumdicht verbunden. Der Melallslutzen 18 geht in eine dünnwandige Melallhülse 19, z. B. aus Messing oder EdeLslahl, über, welche mit dem Wärmerohr 2 vakuumdicht verbunden ist. Durch diese Konstruktion werden Wärmespannungen zwischen dem metallenen Wärmerohr 2 und dem gläsernen Abdeckrohr 14 vermieden. Das Abdeckrohr 14 ist auf einen Restgasdruck von weniger als 1 mbar evakuiert. Zwecks Verbesserung des Vakuums ist im Abdeckrohr 14 ein Geller 2(1 vorgesehen.

An den Enden des plattenförmigen Absorbers I sind Reflektoren 22 und 23 vorgesehen, die sich quer zur Achse des Wärmerolircs 2 erstrecken und aus mil Aluminium bedampften Glimmer bestehen können. Der äußere Reflektor 23 dient gleichzeitig zur mechanischen Halterung des Absorbers I im Abdeckrohr 14. Durch die Unterbringung des Sonnenkoilektors im evakuierten Abdeckrohr 14 werden die Wärmeverlusie verringert. Eine weitere diesbezügliche Verbesserung läßt sich erzielen, wenn die Innenseite des Abdeckrohres 14 ganz oder teilweise mit einer selektiven wärnierefleklierenden Schicht bedeckt wird, die z. B. aus mit Zink dotiertem Indiumoxid bestehen kann.

In der Praxis werden mehrere dieser Sonnenkollektoren nebeneinanderliegend an eine vom flüssigen Wärmet/ansportmittel einer Heizanlage durchflossene Wärmeaustauschleitung angeschlossen, indem ihre Wärmeaustauscher in die Leitung hineinragen. Auf diese Welse erhält man eine großflächige Sonnenkollektoranlage.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sonnenkollektor mit einem ebenen metallenen Absorber für Sonnenstrahlung und mindestens einem einen verdampfbaren Wärmeträger enthaltenden Wärmerohr ohne Kapillarstruktur, das einen mit dem Absorber In Wärmekcnlakt stehenden Verdampferbereich mit einer Anzahl über seine LSnge verteilter Mulden zum Auffangen des unter dem Einfluß der Schwerkraft zum Verdampferbereich zurückfließenden kondensierten Wärmeträgers sowie einen Im Betrieb räumlich höher liegenden Kondensatorbereich besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger (S) eine kritische Temperatur (T\) besitzt, die der maximalen Betriebstemperatur der mit dem Kondensaiorberelch (4> zusammenwirkenden Heizanlage entspricht, und einen kritischen Druck (PJ kleiner als 60 bar aufweist.

2. Sonnenkollektor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (1) und der Verdampferbereich (3) des Wärnierohres (2) in einem evakuierten Abdeckrohr (Ϊ4) aus durchsichtigem Material untergebracht sind.

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