DE3024129A1

DE3024129A1 - Sonnenkollektor mit waermerohr

Info

Publication number: DE3024129A1
Application number: DE19803024129
Authority: DE
Inventors: Herman Bloem
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-06-29
Filing date: 1980-06-27
Publication date: 1981-01-08
Also published as: FR2460456A1; AU538910B2; IT1132137B; NL7905057A; JPS5610656A; FR2460456B1; IT8023068A0; CA1173318A; GB2053453A; SE8004720L; AU5959080A; GB2053453B

Description

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"Sonnenkollektor mit Wärmerohr".

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor mit einem Absorber zum Auffangen von Sonnenstrahlung, welcher mit einem Verdampferteil eines als Wärmerohr ausgebildeten Wärmetransportsystems wärmeleitend verbunden ist, dessen Kondensatorteil mit einem äusseren Wärmetranspprtsystem in Wärmeaustausch gebracht werden kann, wobei sich in dem Wärmerohr ein Arbeitsmedium befindet mit einer kritischen Temperatur, die niedriger ist als die zulässige maximale Temperatur im äusseren Wärmetransportsystem.

Ein Sonnenkollektor der obengenannten Art ist aus der US PS 3.390.672 bekannt.

Bei dieser Art von Sonnenkollektoren sammelt sich im kalten Zustand das dann kondensierte Arbeitsmedium im Verdampferteil des Wärmerohres. Bei Zufuhr von Wärme von dem Absorber verdampft das Arbeitsmedium. Der Dampf strömt zu dem Kondensatorteil, wo er an das aussere Wärme transportsystem Wärme abgibt. Das Kondensat fliesst danach wieder zu dem Verdampferteil zurück.

Der Wärmetransport vom Verdampfer zum Kondensator erfolgt, solange es einen Phasenübergang in dem Arbeitsmedium geben kann. Steigt beispielsweise die Temperatur des Wärmerohres über die kritische Temperatur des Arbeitsmedium, so fällt die Bereitschaft, Wärme zu übertragen, fast weg. Dies bietet also die Möglichkeit, durch Wahl des Arbeitsmediums die maximale Temperatur, bei der die Wärmeübertragung aufhört, zu bestimmen. Dies ist von grosser Bedeutung, weil das äussere Wärmetransportsystem, dem die Wärme zugeführt wird, meistens eine bestimmte Temperatur nicht überschreiten darf.

Aus der genannten US-PS 3.390.672 sind für eine Anzahl Temperaturbereiche Arbeitsmedien bekannt, wie Äthylalkohol, Äthylather, Freon 11, Freon 113· Auch aus anderer Literatur sind Arbeitsmedien für Wärmerohranwendung

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bekannt j wie Ammoniak, Propan und eine Anzahl anderer Freone. Es sei bemerkt, dass Freon ein eingetragenes Warenzeichen ist» Ein Nachteil dieser bekannten Arbeitsmedien ist, dass sie nach gewisser Zeit zerfallen, wobei Restgase entstehen, die sich nicht mehr am Verdampfungs-Kondensationsprozess beteiligen und sich im höchsten Teil des Kondensators ansammeln. Dadurch wird ein Teil und nach längerer Zeit möglicherweise sogar der ganze Kondensator und damit also das Wärmerohr unwirksam.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, einen Sonnenkollektor der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem als Arbeitsmedium im Wärmerohr ein Medium verwendet wird, das im Laufe der Zeit nicht zerfällt und das eine mit der Temperatur ziemlich steill verlaufende Wärmeübertragungsleistung aufweist, so dass bei normaler Arbeitstemperatur noch eine grosse Wärmeübertragungsleistung vorhanden ist, die danach sehr schnell bis zum Wert Null bei der kritischen Temperatur abnimmt. Ein weiterer Wärmetransport erfolgt dann nur noch durch Wärmeleitung und Konvektion.

Die erfindungsgemässe Sonnenkollektor weist das Kennzeichen auf, dass das Arbeitsmedium Isobutan ist.

Isobutan bietet den grossen Vorteil, dass es auch bei höherer Temperatur eine sehr stabile Verbindung ist, die nicht zerfällt»

Weiterhin hat Isobutan eine kritische Temperatur von 125°CT, was für das äussere Wärmetransportsystem eine ak— zeptierbare maximale Temperatur ist.

Die Wärmeübertragungsleistung von Isobutan verläuft ziemlich steil mit der Temperatur. Das bedeutet, dass während die Wärmeübertragungsleistung bei der kritischen Temperatur Null ist, diese bei der gewünschten Betriebstemperatur von etwa 9O⁰C bereits einen beträchtlichen Wert aufweist* Eine grosse Wärmeübertragungsleistung unter Betriebsumständen ist von Bedeutung, weil die Oberfläche des

■ Kondensators kleiner werden kann, je grosser die Wärme-. Übertragungsleistung ist.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Wärmerohr, das sich insbesondere zum Gebrauch in einem Sonnen-

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kollektor eignet und dadurch, gekennzeichnet ist, dass darin als Arbeitsmedium Isobutan vorhanden ist..

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Der dargestellte Sonnenkollektor umfasst einen plattenförmigen Absorber 1, der mit dem Verdampferteil 3 eines rohrförmigen Wärmerohres 2 wärmeleitend verbunden ist. Der Absorber 1 ist auf der Oberseite mit einer die Sonnenwärme absorbierenden Schicht versehen.

Das Wärmerohr 2 ist weiterhin mit einem Kondensatorteil h versehen, der mit einer Flüssigkeit in einem nur teilweise dargestellten äusseren Wärmetransportsystem 5 iⁿ Wärmeaustausch steht. Die Absorberplatte 1 und der Verdampferteil 3 des Wärmerohres 2 befinden sich in einer Glashülle 6 mit kreisrundem Querschnitt. Diese Hülle 6 ist auf der Unterseite 7 abgeschlossen. An der Oberseite ist die Hülle durch einen Teil 8, ebenfalls aus Glas, der mit einer dünnwandigen Buchse 9 aus einem geeigneten Material, beispielsweise Chromeisen verschmolzen ist, die mit dem Wärmerohr 2 luftdicht verlötet bzw. verschweisst ist, abgeschlossen.

Durch diese Konstruktion werden Wärmespannungen zwischen dem Wärmerohr 2 und der Glashülle 6 zum grossten Teil vermieden. In der Glashülle 6 herrscht Unterdruck.

25- An den Enden des plattenförmigen Absorbers 1 sind Unterstützungsplatten 11 und 12 vorgesehen. Die Platte 12 dient gleichzeitig zum Zentrieren des Wärmerohres.

Durch Anordnung des Absorbers 1 und des Verdampferteils 3 in einer Vakuumhülle 6 werden die Wärmeverluste klein gehalten. Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht kann dadurch erhalten werden, dass die Innenseite der Glashülle 6 völlig oder teilweise mit einer selektiven wärmereflektierdenden Scliicht, beispielsweise aus zinndotiertem Indiumoxyd, versehen wird.

In dem Wärmerohr 2 befindet sich als Arbeitsmedium Isobutan, das infolge der durch die Absorberplatte 1 an den Verdampferteil 3 abgegebenen Wärme verdampft. Der Dampf strömt zum Kondensator k und kondensiert dort unter Abgabe

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dei* Verdampfungsw s. rme, die über die Kondensatorwaiid an die Flüssigkeit im System 5 abgegeben -wird.

Die Arbeitstemperatur des Sonnenkollektors wird vorzugsweise auf etwa 90°C beschränkt, wobei dabei das Iso— butan noch eine gute Wärmeübertragungsleistung aufweist.

Wenn aus irgendeinem Grund die Temperatur des Kollektors ansteigt, beispielsweise dadurch, dass das System 5 zu wenig ¥ärme entnimmt, können unter Umständen die Temperaturen sehr hoch ansteigen, sogar bis über 300°C. Es hat sich herausgestellt, dass Isobutan dabei nicht zerfällt. Die Wärmeübertragungsleistung durch den Verdampfungs-Kondensationszyklus nimmt dabei schnell ab, bis sie bei etwa 135°C, der kritischen Temperatur von Isobutan, Null geworden ist. Es wird dann nur noch durch Leitung und Konvektion Wärme zum System 5 befördert, so dass die Temperatur dieses Systems nicht zu hoch ansteigen wird.

Isobutan bietet gegenüber allen anderen bekannten Arbeitsmedien in Systemen, die bei relativ niedriger maximal zulässiger Temperatur arbeiten, den Vortel, dass es eine thermisch äusserst stabile Verbindung ist, was bedeutet, dass sich keine gasförmigen Teile abtrennen, die die Wirkung des Wärmerohres stören würden.

Ausser dieser grossen Stabilität hat Isobutan bei normaler Betriebstemperatur zugleich eine grosse Wärmeübertragungsleistung, was bedeutet, dass die Oberfläche des Kondensatorteils K relativ klein sein kann.

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Leerseife

Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

1 .J Sonnenkollektor mit einem plattenförmigen Absorber zum Auffangen von Sonnenstrahlung, der mit einem Verdampferteil eines als Wärmerohr ausgebildeten Wärmetransportsystems wärmeleitend verbunden ist, dessen Kondensatorteil mit einem äusseren Wärmetransportsystem in Wärmeaustausch gebracht werden kann, wobei sich in dem Wärmerohr ein Arbeitsmedium befindet mit einer kritischen Temperatur, die niedriger ist als die zulässige maximale Temperatur im äusseren Wärmetransportsystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium Isobutan ist.
2. Wärmerohr, insbesondere zum Gebrauch in dem Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass darin als Arbeitsmedium Isobutan vorhanden ist.

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