DE2925272A1

DE2925272A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE2925272A1
Application number: DE19792925272
Authority: DE
Inventors: Charles A Kleine; Verne L Middleton
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1978-06-22
Filing date: 1979-06-22
Publication date: 1980-01-17
Also published as: US4210127A; AU530709B2; MX146190A; FR2429393A1; FR2429393B1; AU4769179A; IT1117241B; YU138679A; IT7949499A0; GB2023795B; GB2023795A; NO791765L; JPS633238B2; CA1119495A; ES481759A1; YU40222B; JPS556189A; TR21082A; NO150013B; BR7903826A

Description

22. Juni 1978, V.St.Α., Anmelde-Nr. 917 815

Die Erfindung bezieht sich auf einen platten- oder tafelförmigen Körper eines Wärmetauschers, insbesondere für ein Sonnenenergiekollektorsystem, mit einer Vielzahl im Abstand

parallel angeordneter, innerer rohrförmiger Durchlässe zur Verbindung gegenüberliegender Sammelleitungen mit zahlreichen inselartigen Verbundbereichen, die durch eine Vielzahl dazwischen hindurchgehender, rohrförmiger Kanäle verbunden sind, wobei die Sammelleitungen ungefähr eine dreieckige Form haben und Ein- und Auslaßbereiche zum Körper aufweisen.

Die Erfindung betrifft auch metallische platten- oder tafelförmige Körper mit einem Syst:er. innerer rohrfertiger Durch-

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lasse bzw. Kanäle, die zwischen im Abstand über die Stärke des plattenförmigen Körpers angeordneten Abschnitten vorgesehen sind. Die Körper werden vorteilhafterweise bei Wärmeaustausch-Anwendungen verwendet, bei denen ein Wärmeaustauschmedium durch die Durchlässe bzw. Kanäle zirkuliert. Eine besondere Anwendung der Körper liegt bei Einrichtungen zur Nutzung von Sonnenenergie und speziell bei Sonnenenergie absorbierenden Einrichtungen zur" Temperaturerhöhung eines Fluids.

Bekanntlich kann die Sonneneinstrahlung gesammelt werden und als Energiequelle zum Erhitzen oder Abkühlen oder für eine direkte Umwandlung in Elektrizität benutzt werden. Das Erhitzen oder Abkühlen hängt von dem Sammeln von eingestrahlter Solarenergie in einem fluiderwärmenden Übertragungssystem ab. Das erwärmte Fluid wird zu einer Stelle gepumpt oder strömen gelassen, wo die aufgenommene thermische Energie genutzt wird.

In bestimmten Regionen der Welt ist die Solarenergie die Energieform, die am reichlichsten verfügbar ist, wenn sie wirtschaftlich nutzbar gemacht v/erden könnte. Auch in höher entwickelten Gegenden der Welt würde die wirtschaftliche Nutzbarmachung von Solarenergie eine vorteilhafte Alternative zur Verwendung fossiler Brennstoffe für die Energieerzeugung bedeuten.

Eines der Probleme, die mit der Entwicklung eines wirksamen

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Systems zur Umwandlung von Solarenergie verbunden sind, beruht auf der Struktur und dem Aufbau einer Solarenergie absorbierenden Einrichtung oder eines Solarkollektors. Dieser Solar- bzw. Sonnenenergiekollektor weist im allgemeinen einen rechteckigen plattenartigen Aufbau auf, mit Kanälen oder Durchlässen für die Zirkulation des Energie absorbierenden Fluidmediums. Herkömmlicherweise wiesen diese plattenförmigen Körper ein Paar gegenüberliegender erweiterter, als Sammler bzw. Verteiler bekannte Durchlässe auf, die an gegenüberliegenden Enden des Körpers angeordnet sind und die durch eine Vielzahl häufig parallel zueinander liegender' rohrförmiger Durchlässe verbunden sind. Diese Durchlässe wurden ebenso wie die Verteiler bzw. Sammler selbst im allgemeinen in rechten Winkeln zueinander bzw. parallel hinsichtlich der horizontalen und vertikalen bzw. Quer- und Längsabmessungen des Körpers angeordnet.

Die vorher erwähnte Konfiguration weist bestimmte Mangel auf, indem Fluidströmung dazu neigt, auf Stautaschen bzw. Still⁴-standszonen zu treffen, die die wirksame Zirkulation der Solarenergie herabsetzen. Weiterhin neigen verschiedene mitgerissene Gase als teilweises Ergebnis von Turbulenz-Betriebsverhältnissen, die mit Wärmeaustauschanwendungen verbunden sind, dazu, sich in den Durchlässen au sammeln, mit dem Ergebnis, daß Luftverschlüsse, welche die Strömung stark behindern und die maximale Fluidzirkulationskapazität des Körpers herabsetzen, oft gebildet werden.

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Zusätzlich traten verschiebene Probleme bei der Anordnung der Körper auf, da es vom Körper selbst her nicht bekannt war, welches Ende bzw. welcher Rand bei Verbindungen dieser Körper zu einem Wärmeaustauschersystem in einer bestimmten Art angeordnet werden sollte. Darüber hinaus wurde bei den rohrförmigen Durchlässen, die in früheren Wärmeaustauschkörpern benutzt wurden, die durch den benachbart zu den rohrförmigen Durchlässen liegenden Randbereich des Körpers.verursachte Wärmestrahlung nicht vollständig berücksichtigt. Es wurde auch festgestellt, daß eine Verbesserung in der Strömungsaufteilung über den Körper nicht nur durch Änderung der Verteiler- bzw. Saramelleitungskonfiguratxon, sondern auch durch Änderung der die Verteiler- bzw. Sammelleitungen im Körper verbindenden rohrförmigen Durchlässe erreicht werden kann. Für diese Zwecke wurden die in der Erfindung verkörperten Verbesserungen erfunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Körper für Wärmeaustauschanwendungen zu schaffen, der ökonomisch und

mit gutem Wirkungsgrad eine Wärmeenergieübertragung ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Körper der eingangs genannten Art erfindungsgemäß so gestaltet, wie in den Merkmalen der kennzeichnenden Teile des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs angegeben ist.

Die Erfindung ermöglicht einen Wärmeaustauscher mit signifikant verbessertem Wirkungsgrad und besonders guter Nutzung

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in Solarenergieanwendungen. Der erfindungsgemäße plattenartige Körper, insbesondere Flachkörper, weist ein System rohrförmiger Durchlässe für ein Wärmeaustauschmedium auf,- die gegenüberliegende Verteilungs- bzw. Sammelleitungen begrenzen, welche durch sich dazwischen erstreckende Verbindungsbereiche der Durchlässe verbunden sind. Die Durchlässe bzw. Kanäle weisen sich von den Verteilungs- bzw. Sammelleitungen aus erstreckende Eintritts- und Austrittsbereiche für Ein- und Ausgangsöffnungen des Wärmeaustauschnediums auf, wobei die Verteilungs- bzw. Sammelleitungen ein Fluidverteilungsmuster aufweisen, das zahlreiche, inselartige Verbund-Bereiche bzw. Abschnitte hat, die durch eine Vielzahl rohrförmiger, dazwischen hindurchgehender Kanäle verbunden sind, um eine gleichmäßige Strömungsverteilung des Wärmeaustauschmediums durch die Verteilungs- bzw. Sammelleitungen zu unterstützen.

Der erfindungsgemäße Körper sieht auch als Teil des ux^sprünglichen, zur Bildung der rohrförmigen Durchlässe bzw. Kanäleverwendeten Musters den Einschluß alphanumerischer Markierungen vor, die einmal zur Bestimmung der Anordnung des Körpers dienen, wenn dieser als Teil eines vollständigen Wärmeübertragungssystems verwendet wird, und die andererseits auch zusammen mit den inselartigen Verbundbereichen zusammenwirken, um die Strömung des Wärmeübertragungsmediums durch/über den Verteilerbzw. Sammlerbereich des Körpers gleichmäßig zu verteilen.

Die rohrförmigen Durchlässe, die die Sammlerbereiche im erfindungsgemäßen Körper verbinden, nutzen auch mehrere Neuerun-

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gen aus, um zum Ausgleichen sowohl der Pluidströmung als auch der Wärmeströmung des Wärmeübertragungsmediums durch den Körper beizutragen. Insbesondere wird im erfindungsgemäßen Körper eine Reihe rohrförmiger Durchlässe genutzt, die abhängig davon, ob die rohrförmigen Durchlässe benachbart zu den Längsrändern des Körpers oder im Mittelbereich des Körpers angeordnet sind, in der Größe, insbesondere in Strömungsquerschnitt, unterschiedlich sind. Diese rohrförmigen Durchlässe nutzen auch Zwischenverbindungsbereiche zwischen jedem Durchlaß, die weiterhin dazu beitragen, sowohl die Fluidströmung als auch den Wärmefluß, der vom Fluid durch den Körper getragen bzw. geleitet wird j zu vergleichmäßigen.

Wie oben angeführt kann die bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung einen metallischen Körper mit einem System innerer Fluiddurchlässe bzw. Kanäle nutzen, der im einzelnen wie nachstehend beschrieben in herkömmlicher Weise schwarz gestrichen ist. Die Konzepte der Erfindung können jedoch auch yorteilhafterweise in Wärmeübertragern im allgemeinen genutzt werden, wie solchen, bei denen z.B. Ziehprofile verwendet werden. Da die erfindungsgemäßen Konzepte besonders vorteilhaft bei Metallplatten mit einem System innerer Fluidkanäle sind, wird die Erfindung unter* Bezugnahme auf diesen Systemtyp nachfolgend speziell beschrieben.

Weitere Ziele der Erfindung sind_s einen metallischen Körper wie oben erwähnt su schalJ\;n, de?· rasch die richtige Installationsrichtung des Körpers anzeigt, wenn dieser als Teil

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eines ganzen Wärmeaustauschersystems benutzt wird. Des weiteren soll ein metallischer Körper geschaffen werden, der besonders zur Verwendung in einem Sonnen.energie-Kollektorsystem geeignet ist. Weiterhin soll ein erfindungsgemäßer metallischer Körper effizient aufgebaut sein, um eine maximale Nutzung innerer Durchflußsysteme in einem Sonnenenergiekollektor zu ermöglichen.

« Die Erfindung ist nachfolgend anhand teilweise schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Darstellung einer Verwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen plattenförmigen Körper;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Metallblechs mit einem auf eine Fläche aufgebrachten Muster aus ein Verschweißen verhinderndem Trennmittel;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines zusammengesetzten Metallkörperrohlings, bei welchem ein zweites Metallblech auf das in Fig. 2 gezeigte Metallblech aufgelegt ist, wobei das Muster des das Verschweißen hindernden Trennmittels dazwischen eingeschlossen ist;

Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht der Bleche aus Fig. 3 bei ihrem Zusammenschweißen, während sie durch ein Paar von Walzwerkwalzen hindurchgehen;

Fig. 5 eine Draufsicht nuf den plattenförmiger. Körper mit

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inneren rohrförmigen Kanälen, die zwischen über der Stärke des Körpers im Abstand angeordneten Abschnitten in den Bereichen des schweißhindernden Trennmittels angeordnet sind;

Fig. 6 einen Schnitt eines repräsentativen rohrförmigen Kanals im plattenförmigen Körper aus Fig. 5;

Fig. 7 eine alternative Ansicht,* die _feine Änderung in der rohrförmigen Konfiguration, ähnlich der Ansicht aus Fig- 6, zeigt;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht des plattenförmigen Körpers, die die in der Erfindung verwendete Kennzeichnung in ihrer richtigen Lage zeigt;

Fig. 9 eine stückartige perspektivische Ansieht der innez"*en rohrförmigen Kanäle im Schnitt; und

Fig. 10 eine stückartige perspektivische Ansicht der inselartigen Verbundbereiche und der rohrförmigen Durchlässe, die diese Bereiche im Verteiler- bzw. Sammlerbereich des Körpers verbinden.

Die erfindungsgemäßen tafel- oder plattenförmigen Körper sind mit einem Strömungs-Verteilungsinuster in der Verteilungs- und Sammelleitung, im weiteren als Sammelleitung bezeichnet, versehen, die einen Teil der Durchlässe bzw. Kanäle der Körper aufweisen und in denen Flnid.^f;trömuig in diskrete Kanäle aufgeteilt wird, wodurch es dem Fluid möglich ist, mit höherer Geschwin-

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digkeit bzw. höheren Geschwindigkeitsstufen durch den Körper hindurchzugehen.

Die Erfindung ist auf das Problem zur Verhinderung von Fluidblockierung ausgerichtet, das aus den Turbulenzbedingungen, unter denen die Körper betrieben werden, resultiert. Insbesondere sind die plattenförmigen Körper herkömmlicherweise in einer vertikalen Ebene angeordnet, so daß die Einlaßöffnung am oberen Rand davon vorgesehen ist. Fluid strömt mit einem Geschwindigkeitsbetrag, beschleunigt durch Schwerkraft, in diese Öffnung ein und wird danach in eine Vielzahl von Kanälen aufgeteilt, um durch den Körper zu fließen. Ein Problem, das in dieser Anordnung entstand, betrifft die Turbulenz der Fluidbewegung durch den Einlaß, die einen Druckverlust bzw. Druckabfall ergibt, wenn das Fluid den Einlaß verläßt und in die erweiterte Kammer des Verteilers eintritt. Dieser Druckverlust verursacht die Bildung von Luftblasen bzw. Lufteinschlüssen und neigt zur Be- bzw. Verhinderung der Fluidbewegung. Zu diesem Zweck sieht das Strömungs-Verteilungsmuster der Erfindung die Vergleichmäßigung bezüglich Volumen und Strömungswiderstand vor, was die Entwicklung des nachteiligen Druckunterschiedes verhindert.

Die erfindungsgemäßen plattenförmigen Körper werden vorzugsweise in einem solaren Heizsystem verwendet, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Bei diesem System äst eine Vielzahl von plattenförmigen Körpern 10 auf einem Dnoh 11 eines Gebäudes 12 installiert, wobei Leitungen 13 und 1«4 in beliebiger herkörnmli-

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eher'Weise mit den Installationen im Gebäude verbunden sind. Diese Verbindungen sind nicht gezeigt. So kann beispielsweise kaltes Wasser aus dem Gebäude 12 mittels einer herkömmlichen Pumpe o.dgl. in die Leitung 13 strömen. Das Wasser strömt längs der gemeinsamen Hauptleitung Ij5a und wird auf die plattenförmigen Körper 10 verteilt. Das Wasser strömt dann durch die Körper 10, wird von der Sonnenenergie erwärmt, in der gemeinsamen Hauptleitung l4a gesammelt und fließt dann in die Leitung 14. Das erwärmte Wasser wird dann in einem Wärmetauschersystem innerhalb des Gebäudes in bekannter Weise gespeichert oder genutzt. Geviünschtenfalls kann natürlich das Wasser umgekehrt strömen, wobei das kalte Wasser durch die Leitung 14 eintritt und durch die Leitung 13 gesammelt wird. Alternativ kann die solare Heizeinheit in jeder geeigneten Umgebung verwendet oder angeordnet werden, beispielsweise am Boden, wobei geeignete Befestigungseinrichtungen vorge~ sehen werden, um eine Verschiebung durch Windkräfte oder die Schwerkraft zu verhindern.

Die solare Heizeinheit kann für Heizzwecke in Wohnungen verwendet werden, beispielsweise zur Erzeugung von heißem Wasser in Wohnbezirken. Drei plattenförmige Körper mit Abmessungen von ca. 2,4 m χ 1,2 m (8 ft, χ 4 ft.) könnten einen mittleren Haushalt von vier Personen mit heißem Wasser für Haushaltszwecke wirksam versorgen. Die plattenförmigen Körper zur Nutzung der solaren Energie können alternativ auch vorteilhaft für das Erwärmen von Wasser für Schwimmbäder oder Vorwäi-men von Wasser für Warmwatsserheisungen in Haushalten ver-

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wendet werden, die einen Gas- oder Ölofen benutzen. Das i*'luid wird vorzugsweise in einem geschlossenen System gehalten, wo-

(den) bei das Wasser des Systems in dem/die solare Energie nutzenden Körper(n) erhitzt und in einen isolierten Speicher oder Behälter transportiert wird, so daß das erhitzte Fluid, während die Sonne scheint, für eine Nutzung an kühlen, bewölkten Tagen oder in der Nacht gespeichert werden kann, wenn die Erwärmung des Fluids in dem plattenförmigen Körper nicht ausreicht, um die erforderliche Wärme an der Nutzungsstelle zu erzeugen.

Gewünschtenfalls kann ein nicht gezeigter Thermostat an der Oberseite der solaren Heizeinrichtung installiert werden. Dieser Thermostat kann so eingestellt werden, daß er eine Umwälzpumpe immer dann einschaltet, wenn die Temperatur eine vorher festgestellte Größe erreicht. Die Pumpe pumpt dann das Wasser durch das System, wie es oben allgemein erläutert wurde.

Wie oben angeführt, wird erfindungsgemäß eine besonders bevorzugte Konstruktion des plattenförmigen Körpers zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades in einem solaren Heizsystem, wie es oben "beschrieben ist, verwendet. Erfindungsgemäß wird der metallische plattenförmige Körper oder der plattenförmige Körper wie gewünscht durch das ROLL-BOND -Verfahren gemäß der US-PS 2 69O 002 hergestellt. Fig. 2 zeigt ein einzelnes metallisches Blech 20 aus Aluminium, Kupfer oder einer Legierung davon, auf dessen gereinigter Oberfläche 21 ein Muster eines versehweißurjgshindernden Trenninittels 22 aufgebracht ist, das dem späteren gewünschten Kanalsystem entspricht.

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Pig. 3 zeigt, daß auf das Blech 20 ein zweites Blech 23 gelegt wird, wobei das Muster aus verschweißungshinderndem Trennmittel 22 zwischen den beiden Blechen eingeschlossen wird. Die Einheiten 20 und 23 werden dann durch Halteschweißungen 24 aneinandergeheftet, um eine relative Bewegung der Bleche zu verhindern, wenn sie - v/ie in Fig. 4 - dadurch verschweißt werden, daß sie durch ein Paar von Walzwerkswalzen 25 bzw. Spaltwalzen geführt werden, um einen geschweißten Rohling 26 zu bilden. Normalerweise ist es erforderlich, daß die Bleche 20 und 23 erhitzt werden, bevor sie durch die Walzen hindurchgeführt werden, um zu gewährleisten, daß sie miteinander verschweißen, um es Verfahren, die in der Walzwerktechnik gut bekannt sind, gleichtun zu wollen.

Der sich ergebende Rohling 26 ist dadurch charakterisiert, daß die Bleche 20 und 23 mit Ausnahme des Bereichs des verschweißungshindernden Trennmittels 22 miteinander verschweißt sind. Der Rohling 26 mit dem unverbundenen inneren Abschnitt, der dem Muster aus verschwexßungshinderndem Trennmittel 22 entspricht, kann dann auf jede geeignete Weise, wie beispielsweise durch Glühbehandlung, weichgemacht werden und kann danach kaltgewalzt werden, um eine gleichmäßige Stärke zu erhalten, worauf er erneut glühbehandelt werden kann. Die Abschnitte bzw. Bereiche des plattenförmigen Körpers angrenzend an das verschweißungsverhindernde Trennmittel 22 werden dann durch Zuführen eines Fluids unter einem Aufblähdruck, beispielsweise durch Zuführen von Luft oder Wasser, in bekannter

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Weise aufgebläht, um ein System innerer rohrförmiger Kanäle entsprechend dem Muster des verschweißungshindernden Trennmittels (Fig. 5) zu bilden. Die Kanäle 30 erstrecken sich im Inneren des plattenförmigen Körpers 10 und sind zv/ischen im Abstand angeordneten Abschnitten von der Stärke des plattenförmigen Körpers angeordnet. Der plattenförmige Körper 10 weist somit eine hohle metallische Blechtafel oder -platte auf mit einem- sich im Inneren erstreckenden System von Kanälen 30 für ein Wärmeübertragungsmittel bzw. Fluid. Wenn die Kanäle durch Anlegen des aufblähenden Fluiddrucks zwischen flachen Formplatten aufgebläht werden, haben die erhaltenen Kanäle eine flache Form 31 auf der Oberseite, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Wenn andererseits die Kanäle 30 ohne darüberliegende Hemmplatten hergestellt werden, haben die erhaltenen Kanäle halbkreisförmige Form 32, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.

Die Kanäle 30 haben, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht, gegenüberliegende Verteiler- bzw. Sammelleitungen 33, die durch Verbindungsabschnitte 34 bzw. Verbindungsbereiche der Kanäle verbunden sind, die sich im wesentlichen in Längsrichtung in

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dem Körper/zwischen den Sammelleitungen 33 erstrecken und diese verbinden, wobei die gegenüberliegenden Sammelleitungen sich in einer Richtung im wesentlichen quer zu den längs verlaufenden Kanälen erstrecken. Vorzugsweise sind die gegenüberliegenden Sammelleitungen durch eine Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten, pary'JJ.elon, einzelnen Verbindungsabschnitten 3^ der Kanäle, die sich zwischen den Sammel-

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leitungen erstrecken, verbunden. Die Kanäle 30 weisen auch einen Eintrittsbereich 35 und einen Austrittsbereich 36 auf, die sich von den Sammelleitungen 33 aus erstrecken, um Einlaß- und Auslaßöffnungen für das Wärmeaustauschmedium vorzusehen.

Wie in Fig. 8 dargestellt sind die Sammelleitungen 33 erfindungsgemäß mit einem Fluid-Verteilungsmuster vorgesehen, das inselartige Verbundabschnitte 37 bzw. Bereiche aufweist, die mit rohrförmigen Durchlässen 38 miteinander verbunden sind, um die gleichmäßige Strömungsverteilung des Wärmeaustauschmediums, das in dem plattenförmigen Köi°per verwendet wird, zu unterstützen. Alphanumerische Verbundbereiche 39 weisen auch einen Teil der Verbundbereiche der Sammelleitung 33 auf; in Fig. 8 ist dies die oben angeordnete Verteilerleitung. Die alphanumerischen Bereiche 39 unterstützen nicht nur die gleichmäßige Verteilung des Wärmeaustauschmediums, sondern dienen auch zur korrekten Anordnung des plattenförmigen Körpers in einer Gesamt-■Wärmeaustausch-Anordnung. Die Grenzen der Verteiler- bzw. Sammelleitung 33 werden durch eine im allgemeinen dreieckige Konfiguration gebildet, deren engster Bereich vom Eintrittsbereich 35 näherungsweise un die gesamte Breite des mit Muster versehenen Bereichs entfernt ist. Der weitere Bereich des dreieckigen Bereichs steht, wo er nicht mit innelartigen Verbundbereichen 37 versehen ist, tatsächlich in einer direkten Verbindungslinie mit dem in den plattenförmigen Körper am Eintrittsbereich einströmenden Wärmeaustauschmedium. Die besondere dreieckartige

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Anordnung jedes Verteilers bzw. Sammlers und die Positionierung von Verbundabschnitten 37, insbesondere hinsichtlich des Eintrittsbereichs 35 j erleichtern die proportionale Aufteilung der einfließenden Strömung des Wärmeaustauschmediums in zahlreiche diskrete Pluidkanäle. Diese Verbundbereiche dienen dazu, in jedem Kanal einen einheitlichen bzw. gleichmäßigen Druck aufrechtzuerhalten, was dazu beiträgt, das vorher erwähnte Problem des Druckabfalls innerhalb des plattenförmigen Körpers zu überwinden. Das den Bereich der Verteilerleitung 33 verlassende Wärmeaustauschmediuni kann deshalb gleichmäßig und schnell in entsprechende Verbindungsabschnitte 34 fließen. Die Anordnung ähnlicher VerbundabschnJtte 3 7 in der Nähe des Austrittsbereichs J>6 verhindert die Entwicklung eines Druckabfalls, wenn das Pluidmaterial das entgegengesetzte Ende des plattenförmigen Körpers 10 erreicht hat.

Die Erfindung macht sich auch Verbindungsbereichc; 40 zwischen den im Abstand voneinander parallel angeordneten einzelnen Verbindungsabschnitten 34 zunutze, um eine gleichmäßige Strömung des Wärmeaustauschmediums über die gesamte Länge des plattenförmigen Körpers vorzusehen. Diese zwischengeschalteten Bereiche der Gesamtverbindungsabschnitte 2>4 sind von der Verteilungsleitung 33 so entfernt, daß jederandere Verbindungsbereich in einer bestimmten Entfernung vom jeweiligen Endpunkt innerhalb der Verteilungsleitung 33 angeordnet ist und daß dazwischenliegende Verbindungsabschnitte in einer anderen Entfernung vom jeweiligen Endpunkt innerhalb der Verteilung^- leitung 33 angeordnet, sind, die gewöhnlich etwas langer als

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die erste Entfernung ist. Dies dient dazu, eine äußerst gleichmäßige Verteilung des Wärmeaustauschmediums über die Verbindungsröhren t)k zu erreichen, da das Fluid nach dem Verlassen der Verteilungsleitung 33 über die gleiche Strecke strömt, bevor es in die zwischengeschalteten Durchlässe ^O eintritt. Diese Verbindungsabschnitte 40 sind in etwas vergrößerter Form in Fig. 9 dargestellt.

Beispielsweise kann der plattenförmige Körper mit seinen Verteilungs- und Sammelleitungen sowie mit Verbindungsabschnitten und Strömungskanäleri so gestaltet sein, daß an der Hypotenuse der dreieckförmigen Verteilungsleitung 33 die verbundenen Abschnitte in Vierergruppen eingeteilt sind. Die jeweiligen Vierergruppen beginnen auf gleicher Höhe und sind wie in Fig. 8 gezeigt gruppenweise gegeneinander abgestuft, so daß sich von links oben nach rechts eine treppenförmige Abstufung ergibt. Die längs verlaufenden verbundenen Abschnitte des plattenförmigen Körpers können etwa in drei Bereiche eingeteilt werden_s von denen der oberste Bereich z.B. etwa ein Fünftel der Gesamtlänge der verbundenen Abschnitte aufweist. Nach unten gesehen schließt sich,getrennt durch die Verbindungsbereiche 40_rder mittlere Bereich an, der verbundene Abschnitte mit etwa drei Fünftel der Gesamtlänge aufweist. Diesem folgt nach unten, erneut getrennt durch Verbindungsbereiche ¹JO, ein weiterer kleinerer Verbindungsabschnitt von etwa einem Fünftel der Gesamtlänge der längs verlaufenden Verbindungsabschnitte. Diese unteren Verbindungsabschnitte können erneut in Gruppen von vier Abschnitten

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zusammengefaßt werden, die wiederum stufenartig die Hypotenuse der unteren Sammelleitung 33 bilden. Die oberen und unteren Verbindungsabschnitte weisen keine einheitliche Länge auf, sondern haben innerhalb einer Vierergruppe zwei kürzere und zwei längere Abschnitte, wobei jeweils ein kürzerer Abschnitt mit einem längeren Abschnitt wechselt. In der Gesamtanordnung der Verbindungsabschnitte ergibt sich somit ein über die Breite des plattenförmigen Körpers 10 von links nach rechts leicht geneigtes, zickzackförmiges Verbindungsband, das durch die Verbindungsbereiche 40 gebildet ist. Die Zickzackform resultiert daraus, daß die mittleren Verbindungabschnitte etwa gleiche Länge haben, aber etwas versetzt und beabstandet durch die Verbindungsbereiche 40 an die oberen bzw. unteren kleiner verbundenen Abschnitte anschließen.

Es ist erfindungsgemäß auch wichtig, daß die äußersten Verbindungsröhren 41 der im Abstand voneinander angeordneten Röhren 34 etwas größer sind als die entweder direkt benachbarten dazu oder die mehr in Richtung zur Mitte des plattenförmigen Körpers liegenden Röhren.Dieser Unterschied wird in Fig. 9 nicht klar genug gezeigt, da der einzige gewöhnliche Unterschied zwischen Röhren, die normalerweise z.B. eine Vielte bzw. stärke von 1,27 mm (0,05 inch) haben, nur näherungsweise etwa 1,5875 mm (1/16 inch) beträgt. Deshalb sind Röhren, die im erfindungsgemäßen plattenförmigen Körper verwendet werden, mit einer inneren Weite bzw. einem inneren Durchmesser von 12,7 mm (1/2 inch) an den Rändern des Röhrenbereichs des plattenförmigen Körpers angeordnet, während Röhren, die normalerweise eine innere V/ei te

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von etwa 11,1125 mm (7/l6 inch) haben, beginnend benachbart zu den äußeren Röhren und zur Mitte des plattenförmigen Körpers

,sind
hin,angeordnet( Die größeren Röhren ¹H des Körpers werden für eine größere Strömung des Wärmeaustauschmediums durch diesen Bereich des Körpers benutzt, da der Wärmeabstrahlungseffekt, der durch nach dem erwähnten Verfahren hergestellten Körper gebildeten,· längsverlaufenden Rippen 42 bewirkt wird, einen Wärmegewinn bzw. eine Wärmeverstärkung über bzw. durch die Randröhren des Röhrenaufbaus vorsieht. Dieser Wärmegewinn muß durch vergrößerte Strömung des Wärmeaustauschmediums durch diese Röhren 41 zur Erzeugung eines Wärmegleichgewichts über den plattenförmigen Körper kompensiert werden.

Fig. 10 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs der Verteilungs- bzw. Sammelleitung 33 und zeigt klarer die inselartigen verbundenen Abschnitte 37» die durch Röhren 38 versorgt bzw. umgeben und verbunden werden, welche eine Strömung des Wärmeaustauschmediums durch den Verteiler- bzw. Sammlerbereich des plattenförmigen Körpers vorsehen. Inselartige Bereiche werden auch von den alphanumerischen Markierungen, wie sie in Fig. 8 bei 39 gezeigt sind, benutzt. Diese alphanumerischen Bereiche sind in der gleichen Art und Weise gebildet wie die inselartigen Bereiche bei 37 in den Fig. 8 und 10. Diese Bereiche sind Teil des Musters, das durch ein verschweißungsverhinderndes Material gebildet ist, wie es im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben ist, und stellt solche Bereiche dar, die das schweißungüverhindernde Material nicht enthalten. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die alpha-

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numerischen Kennzeichnungen bzw. die Markierungen dazu benutzt, das Wort "TOP" buchstabenweise darzustellen, um anzuzeigen, in welche Richtung der plattenförmige Körper bei einer richtigen Installation des Körpers in einer Wärmeaustauschanordnung zeigen sollte. Zusätzlich würde der einen solchen plattenförmigen Körper Einbauende auf einen BiIick wissen, ob die richtige vordere Oberfläche zur Sonne zeigt oder ob die rückwärtige Fläche zur Sonne- zeigt. Dies wird einfach dadurch festgestellt, ob die buchstabenmäßig ausgeschriebene Markierung des Wortes "TOP" in der richtigen Weise oder in umgekehrter Weise zu sehen ist. Die alphanumerischen Verhunäbereiche 37 der Verteilungsleitung 33 wirken deshalb auf zv.cl wichtige Arten. Einerseits tragen sie zur Verteilung des Uörmeaustausahmediums über die Verteilungsleitung bei und andererseits helfen sie dem Installateur eines derartigen plattenförmigen Körpers, um diesen in der richtigen Art und V/eise bei einem Zusammenbau anzuordnen.

Obwohl das nachstehende: Merkmal in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, zielt die Erfindung darauf ab, Verbindungsabschnitte im Hinblick auf die Richtung der Fluidströmungj die bezüglich der Mittelachse des entsprechenden Austrittsbzw. Einlaßbereichs der- plattenförmigen Körpers definiert ist, und wie es in den Fig. Jj und 8 vorausgehend erläutert wurde, unter einem Winkel von mindestens 1° anzuordnen. Diese Mittelachsen können als sich in Richtung; der Verbindungsabschnitte 3<^!J erstreckend betrachtet v/^r du π, t,·. -:-.'üi> ei\ Schnitt nut, einer dei' Verbindungabschnitv-o die D:-f iiiiti on des. vorausgehend, er-

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wähnten Winkels ergibt. Dieses besondere Merkmal ist in der deutschen Patentanmeldung P 26 19 372.6 (US-Patentanmeldung Nr. 632 502 vom 17· November 1975) offenbart-, wobei diese Offenbarung ausdrücklich in diese Anmeldung einbezogen wird«

Die Erfindung kann auch mit anderen Formen ausgeführt oder auf andere Heise durchgeführt verden, ohne daß vom Kerngedanken oder vorn wesentlichen Merkmal der Erfindung abgegangen wird. Die dargestellte Ausführung.'"form der Erfindung wird deshalb in jeder Hinsicht als erläuternd und nicht als beschränkend angesehen. Der Umfang der Erfindung ist durch die angefügten Ansprüche bestimmt. Alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und dos Äquivalenzbereichs liegen, werden als von der Erfindung umfaßt angesehen«

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Claims

292527, Λ η :; ρ r ü c h e

1. Plattenförtrop;ei Kfivpor eines Wärmetauschers, insbesondere für ein Sonnenenergie~Ko.'i Xektor'&ystern, mit einer Vielzahl im Abstand, voneinander angeordneter, paralleler, innerer, rohrförmiger Durchlässe κυχ* Verbindung gegenüberliegender Verteiler/Sararalerleitunitcn nit zahlreichen inselartigen Verbundabschnitten_f die durch eine Vielzahl dazwischen hindurchgehender , rohrförmiger Kanäle verbunden sind, v.'obei die Vertex] er/Sainmlcrleitungen ungefähr dreieckige. Form haben und Einlaß- und Auslaßabschnitte zum Körper aufweisen,

dadurch gekennzeichnet ,

daß die Einlaß- und Auslaßabschnitte (35» 36) von der Mitte des Körpers (10) seitlich versetzt sind, um da3 Einfließen eines Wärmeaustauschmediums in den Körper und durch die Verteiler/Sammlerleitungen (33) zu ermöglichen, so daß das Wärme™ austauschmedium durch jeden der Vielzahl der voneinander im Abstand angeordneten, parallelen, einzelnen, inneren, rohrförmigen Durchlässe (34,41) fließt, die die Verteiler/Sammler leitungen verbinden; und

daß mindestens eine der Verteiler/Sammlerleitungen (33) als Teil der Verbunclp.bschn.it U? (37) .alphanumerische Markierungen (39) auf v/eist, um die richtige Anordnung des Körpers in

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dem Kollektorsystem zu bezeichnen und zu unterstützen.

2. Plattenförmiger Körper eines Wärmetauschers, insbesondere für ein Sonne'nenergie-Kollektorsystem, mit einer Vielzahl im Abstand voneinander angeordneter, paralleler, innerer, rohrförmiger Durchlässe zur Verbindung gegenüberliegender Verteiler/Sammlerleitungen mit zahlreichen inselartigen Verbundabschnitten, die durch eine Vielzahl dazwischen hindurchgehender, rohrförmiger Kanäle verbunden sind, wobei die Verteiler/Sammlerleitungen ungefähr dreieckige Form haben und Einlaß- und Auslaßabschnitte zuri Körper auf v/eisen,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Einlaß- und Auslaßabschnitte (35, 36) von der Mitte des Körpers (10) seitlich versetzt sind, um das Einfließen eines Wärmeaustauschmediums in den Körper und durch die Verteiler /Sammlerleitungen (33) zu ermöglichen, so daß das Wärmeaustauschmedium durch jeden der Vielzahl der voneinander im Abstand angeordneten, parallelen, einzelnen, inneren, rohrförmigen Durchlässe (34,41) fließt, die die Verteiler/Samralerleitungen verbinden; und

daß die einzelnen parallelen, verbindenden, rohrförmigen Durchlässe (34,41) durch weitere rohrförmige Kanäle (40) miteinander verbunden sind, die so im Abstand von den Verteiler/iSammlerleitungen (33) angeordnet sind, daß die verbindenden Kanäle (40) ungefähr im gleichen Abstand von dein Randbereich der Verteiler/ Sammlerleitungen (33) angeordnet r.ind» vco die Durchlässe (34,41) mit den Verteiler/Sammlerleitungeri (33) verbunden sind.

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3· Körper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dreieckige Form der Verteiler/Sammlerleitungen (33) im allgemeinen ein rechtwinkliges Dreieck istj in dem die rechtwinklige Ecke die Einlaß- und Auslaßabschnitte (35j 36) zu den Verteiler/Sammlerleitungen (33) aufweist.

4. Körper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die längere Abmessung des rechten Winkels in dem die Verteiler/ Sammlerleitung bildenden Dreieck sich über die Breite des Körpers (10) erstreckt, der durch eine Vielzahl im Abstand voneinander angeordneter, paralleler, einzelner, rohrförmiger Durchlässe (38; ¹JO, 41) gekennzeichnet ist, die ein Strömungsmuster des Wärmeaustauschmediums bilden.

5· Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abstand voneinander angeordneten, parallelen, einzelnen, rohrförmigen Durchlässe (34,41) mit der Verteiler/Sammlerleitung (33) so verbunden sind, daß die Hypotenuse des Dreiecks von den Verbindungen zwischen den Durchlässen (34,41) und der Verteiler/Sammlerleitung (33) gebildet ist.

6. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die breiteste Spitze in der im allgemeinen dreieckige Form aufweisenden Verteiler/Sommlerleitung (33) direkt gegenüber den Einlaß- und Auslaßabschnitten (35> 36) in dem Körper (30) angeordnet ist.

7. Körper nach einsir. der Ansprüche t_P 3 bi.'j 6_? dadurch

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gekennzeichnet, daß die alphanumerischen Verbundbereichc (39) innerhalb der Verteiler/Sammlerleitung (33) so angeordnet sind, daß die richtige Anordnung der B&reiche (39) in einer im wesentlichen quer zur Richtung der im Abstand voneinander angeordneten, parallelen, einzelnen, rohrförmigen Durchlässe (34,41) verlaufenden Richtung liegt.

8. Körper nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die alphanumerischen Verbundbereiche (39) direkt benachbart zum lateralen Begrenzungsbereich der Verteiler/Sammlerleitung (33) im Abstand von den Zwischenverbindungen mit den im Abstand voneinander angeordneten, parallelen, einzelnen , rohrförmigen Durchlässen (34,41) angeordnet sind.

9. Körper nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß abgesehen von den alphanumerischen Verbundbereiche (39) die inselartigen Verbundbereiche (37). innerhalb der Verteiler/Sammlerleitungen (33) im allgemeinen kreisförmige oder elliptische Form aufweisen.

10. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die direkt benachbart zu den längs verlaufenden Randbereichen (42) des Körpers (10) angeordneten, im Abstand voneinander vorgesehenen, parallelen, einzelnen, rohrförmigen Durchlässe (41) einen größeren Strömungsquerschnitt aufweisen als die anderen rohrförmigen Durchlässe (34), die zusammen die Vielzahl der parallelen, rohrförmigen Durchlässe

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(34,41) bilden.

11. Körper nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die die einzelnen rohrförmigen Durchlässe (34,41) zwischenverbindenden Kanäle (40) in einem solchen Abstand von den Verteiler/Sainmlerleitungen (33) angeordnet sind, daß die direkt benachbart zu den 'Längsbegrenzungen der im Abstand voneinander angeordneten, parallelen Durchlässe (34,41) vorgesehenen ersten zwischenverbindenden Kanäle (40) in einem ersten Abstand von den Verteiler/Sammlerleitungen (33) angeordnet sind und jeder andere erste Kanal (40) innerhalb der Durchlässe ebenso in diesem ersten Abstand von den Vertexler/Sammlerleitungen angeordnet ist; und daß verbleibende zwischenverbindende Kanäle (40) in einem zweiten, vom ersten Abstand verschiedenen Abstand von den Verteiler/Sammlerleitungen angeordnet sind.

12. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abstand voneinander angeordneten, parallelen, einzelnen, rohrförmigen Durchlässe (41) in einem Winkel von mindestens 1° bezüglich der durch die Zentralachse des entsprechenden Auslaß- und Einlaßbereiches (35, 36) des Körpers (10) bestimmten Fluidströmungsrichtung angeordnet sind.

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