DE3025623A1 - Heat pump absorber esp. for solar roof - has corrugated tubes to provide increased heat transfer area - Google Patents
Heat pump absorber esp. for solar roof - has corrugated tubes to provide increased heat transfer areaInfo
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Abstract
Description
Wärmeabsorber Heat absorber
Die Erfindung betrifft einen Wärmeabsorber mit mindestens einem Rohr, zum Entziehen von Wärmeenergie aus der Umgebung und/oder aus der Sonnenstrahlung zum Betreiben cn eizucsanlagen unter Verwendung einer Wärmepumpe, in welchem eine Wärmeträgerflüssigkeit zum Transport der Wärmeenergie zur Wärmepumpe zirkuliert und das am Umfang den Rohrmantel umschließende Rippen aufweist.The invention relates to a heat absorber with at least one tube, for extracting thermal energy from the environment and / or from solar radiation to operate cn eizucsanlagen using a heat pump in which a Circulating heat transfer fluid to transport the thermal energy to the heat pump and which has ribs surrounding the pipe jacket on the circumference.
Ein Wärmeabsorber der vorsteheden Art ist bereits bekannt und bildet eine Komponente für sogenannte Energie-Dächer oder -Fasaden.A heat absorber of the above type is already known and forms a component for so-called energy roofs or facades.
Die den Rohrmantel am Umfang umschließenden Rippen sind durch eine auf diesen aufgebrachte Metallspirale gebildet. Durch sie wird die Wärmeaustauschfläche vergrößert. Außerdem dient sie als Verbindungselement zur festen Anordnung eines plattenförmigen Absorbers auf dem Umfang des rohrförmigen Absorbers, indem der plattenförmige Absorber mit hohem Druck formschlüssig in die Metallspirale hineingepresst wird. Durch diesen Absorber rd eine weitere erhebliche Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche erzielt.The ribs surrounding the pipe jacket on the circumference are through a formed on these applied metal spiral. Through them becomes the heat exchange surface enlarged. It also serves as a connecting element for the fixed arrangement of a plate-shaped absorber on the circumference of the tubular absorber by placing the plate-shaped The absorber is pressed positively into the metal spiral with high pressure. This absorber is another significant increase in the heat exchange surface achieved.
Solche Wärmeabsorber bieten gegenüber Sonnenkollektoren den wesentlichen Vorteil einer erheblich größeren Wärmeausbeute, da der Umgebung Tag und Nacht Wärme entzogen werden kann. Es werden also keine Sonnenstrahlen benötigt, um ein Wärmetransportmedium aufzuheizen, sondern es wird die kontinuierlich der Umgebung entzogen Wärme mit Hilfe einer Wärmepumpe aufgewertet.Such heat absorbers offer the essentials compared to solar collectors Advantage of a considerably greater heat yield, since the environment is warm day and night can be withdrawn. So no sun rays are needed to be a heat transport medium heat up but it will be the continuously the Deprived of surroundings Heat upgraded with the help of a heat pump.
Die Herstellung solcher Wärmeabsorber gestaltet sich jedoch aufwendig und ist entsprechend teuer. Außerdem lassen sie sich nur umständlich und zeitraubend installieren.However, the production of such heat absorbers is complex and is correspondingly expensive. Plus, they can be just awkward and time consuming to install.
Zur Fertigung dieser Absorber werden korrosionsfeste zylirdrische Rohre benötigt, die aus Stabilitätsgründen eine verhältnismäßig dicke Wandung haben müssen. Hinzu kommt die Anordnung der Spirale auf dem Rohrinantel, die separate Fertigung der plattenförmigen Absorber, sowie deren Verbindung mit dem Rohrmantel, wobei zur Erzielung eines günstigen Wärmeübergangs vom plattenförmigen zum rohrförmigen Teil des Absorbers die gegenseitige Verbindung dieser Teile nur mittels eines Spezialverfahrens zum Ineinanderpressen des plattenförmigen Teils mit der Rohrspirale möglich ist.For the production of these absorbers, corrosion-resistant cylindrical Required pipes that have a relatively thick wall for reasons of stability have to. In addition, there is the arrangement of the spiral on the pipe jacket, which is separate Manufacture of the plate-shaped absorber, as well as their connection with the pipe jacket, whereby to achieve a favorable heat transfer from the plate-shaped to the tubular Part of the absorber the mutual connection of these parts only by means of a special process for pressing the plate-shaped part into one another with the pipe spiral is possible.
Solche, aus mehreren Komponenten bestehenden Absorber sind dabei biegesteif, so daß sie nur in einer Ebene verlegt werden konnen.Such absorbers, which consist of several components, are rigid, so that they can only be laid in one plane.
Es sind deshalb zu deren Montage Lötbögen und Biegevorrichtungen notwendig, um deren Verlegerichtung ändern zu können.It is therefore necessary to assemble them with soldering arches and bending devices. in order to be able to change their laying direction.
Aufgrund der Abdeckung der Rohre durch die plattenförmigen Teile, die in verlegtem Zustand z.B. auf einem Dach eine weitgehend geschlossene Dachschale bilden, befinden sich die Rohre unterhalb dieser Dachschale. Dies hat zur Folge, daß die Rohre selbst zum Zwecke des Wärmeentzugs aus der Luft von dieser nur ungenügend bestrichen werden.Due to the covering of the tubes by the plate-shaped parts, which, when installed, e.g. on a roof, is a largely closed roof shell form, the pipes are located below this roof shell. As a consequence, that the tubes themselves are insufficient for the purpose of extracting heat from the air be coated.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeabsorber der eingangs erläuterten Art so zu verbessern, daß ein optimaler Wärmeentzug aus der Umgebung erreicht wird, ohne hierzu dessen Rohr mit zusätzlichen Elementen zur Vergrößerung der wärmeaufnehmenden Oberfläche ausstatten zu müssen.The invention is therefore based on the object of a heat absorber to improve the type explained above so that an optimal heat extraction from the environment is achieved without this its pipe with additional elements for enlargement to equip the heat-absorbing surface.
Außerdem soll die Herstellung im Vergleich zum bekannten Absorber um ein Vielfaches billiger, dessen Montage problemlos und dessen Verlegung in verschiedenen Verlegeebenen bzw.In addition, the production should be compared to the known absorber Many times cheaper, its assembly without problems and its laying in different Laying levels or
Richtungen ohne besondere Hilfsmittel möglich sein.Directions without special aids may be possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Absorber als Wellrohr ausgebildet ist.According to the invention, this object is achieved in that the absorber is designed as a corrugated pipe.
Aus der Profilierung des Wellrohres resultiert eine Oberflächenvergrößerung desRohrmantels bis zu max. dem dreifachen Wert des urprünglichen Rohres gleichen Durchmessers. Die Rohrwellung bewirkt sowohl eine intensive Verwirbelung der Luft am Rohraußenumfang als auch eine solche Verwirbelung des Wärmetransportmediums im Rohrinnern, so daß für den Wärmeentzug und den Wärmetransport günstigste Voraussetzungen vorliegen.The profiling of the corrugated pipe results in an increase in surface area of the pipe jacket up to a maximum of three times the value of the original pipe Diameter. The tube corrugation causes both an intensive turbulence in the air on the outer circumference of the pipe as well as such a turbulence of the heat transport medium in the Inside the pipe, so that the most favorable conditions for heat extraction and heat transport are present.
Bedingt durch seine Profilierung zeichnet sich das Wellrohr in radialer Richtung durch ein großes Widerstandsmoment aus, so daß es eine extrem dünne Wandstärke besitzen kann, was den Wärmeübergang aus der Umgebung des Wellrohres in das Wärmetransportmedium weiter begünstigt.Due to its profiling, the corrugated pipe is characterized in a radial way Direction by a large section modulus, so that there is an extremely thin wall thickness may have what the heat transfer from the environment of the corrugated pipe in the heat transport medium further favored.
Ein weiterer gravierender Vorteil der Erfindung besteht in der Flexibilität und Dehnungsfähigkeit des Wellrohres. Es ist in allen Richtungen biegsam und kann somit in einstückiger Ausbildung in verschiedene Richtungen und unterschiedlichen Ebenen verlegt werden.Another major advantage of the invention is flexibility and expandability of the corrugated pipe. It is flexible in all directions and can thus in one-piece training in different directions and different Laying levels.
Bei einer Montage auf Dächern wird dabei auch die Strahlungswärme des Daches voll ausgenutzt, wobei zum Beispiel das Aussehen eines konventionellen Ziegeldaches durch den Aufbau erfindungsgemäßer Absorber praktisch nicht verändert wird, weil diese nicht störend ins Blickfeld treten.When installed on roofs, the radiant heat is also reduced of the roof fully exploited, taking for example the appearance one conventional tiled roof due to the structure of the inventive absorber practically is not changed because they do not interfere with the field of vision.
Die Montage selbst ist bequem auszuführen, wobei im Falle einer AusrüStung eines Altbaudaches mit Absorbern am Gebäude selbst keine Umrüstungen notwendig sind.The assembly itself is easy to carry out, although in the case of equipment an old building roof with absorbers on the building itself, no retrofitting is necessary.
Wellrohre können hierbei einstückig, z.B. über beide DachLlächen sowie den First von Giebeldächern geführt werden,wobei auftretende Materialdehnungen vom Wellrohr kompensiert werden, sodaß seine Spannung stets gleich bleibt.. Die Montage kann dabei leicht in eiaefler Regie durchgeführt werden.Corrugated pipes can be made in one piece, e.g. over both roof surfaces as well as the ridge are guided by gable roofs, with material expansions occurring from Corrugated pipe are compensated so that its tension always remains the same .. The assembly can easily be carried out in one direction.
Es ist klar, daß der erfindungsgemäße Absorber überall dort eingesetzt werden kann, wo Energiequellen vorhanden sind, die ständig ein wirtschaftlich nutzbares Temperaturniveau anbieten, wie beispielsweise Grundwasser oder Erdwärme.It is clear that the absorber according to the invention is used everywhere there where there are energy sources that are constantly economically viable Offer temperature level, such as groundwater or geothermal energy.
Ebensogut eignet sich der erfindungsgemäße Absorber mit Vorteil zur Herstellung sogenannter Energiepakete. Es handelt sich hierbei um Konstruktionen, bei denen in mehreren Etagen rohrförmige Absorber übereinander angeordnet werden. Solche Energiepakete können auf Dächern installiert sein. Desweiteren ist es möglich, den erfindungsgemäßen Absorber zur Herstellung eines sogenannten Energiezauns zu verwenden. Bei Energiepaketen bzw.The absorber according to the invention is just as suitable with advantage for Production of so-called energy packages. These are constructions in which tubular absorbers are arranged one above the other in several floors. Such energy packages can be installed on roofs. It is also possible the absorber according to the invention for the production of a so-called energy fence use. For energy packages or
Energiezäunen kann der Wind die Luft nach allen Seiten zwischen den rohrförmigen Absorbern hindurchblasen, so daß die in ihnen geführte Wärmeträgerflüssigkeit in kürzester Zeit Wärme aufzunehmen vermag.Energy fences can wind the air in all directions between the Blow through tubular absorbers so that the heat transfer fluid guided in them able to absorb heat in a very short time.
Es ist klar, dass auch die ronstruktion eines Wärmeabsorbers unter die Erfindung fallend betrachtet wird, dessen Rohr lediglich abschnittweise als Wellrohr ausgebildet ist oder das als Wellrohr einen festen Bestandteil eines Aggregats einer Heizungsanlage bildet. Ein solches Aggregat kann beispielsweise ein in die Erde eingegrabener Latentspeicher bilden.It is clear that the construction of a heat absorber is also under the invention is considered falling, the tube only in sections as Corrugated pipe is formed or as a corrugated pipe is an integral part of an assembly a heating system. Such a unit can, for example, be used in the Form earth buried latent storage.
Desweiteren wird ein Wärmeabsorber als von der Erfindung erfasst betrachtet, der mehrere Wellrohre aufweist, die in Art eines Registers zusammengefasst und miteinander verbunden sind.Furthermore, a heat absorber is considered to be covered by the invention, which has several corrugated pipes, which are combined in the manner of a register and with one another are connected.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Wärmeabsorbers sind die innerhalb der Wellen des Rrtrmantels liegenden Mantelwandteile zueinander im wesentlichen parallel und die Länge und Tiefe der Wellen des Rohrmantels sind i wesentlichen gleich gross. Die Wandstärke des Rohrmantels beträgt zwischen 0,1 und 0,5 mm, insbesondere 0,3 mm in Metallausführung.In a preferred embodiment of the heat absorber according to the invention are the shell wall parts lying within the corrugations of the Rrtrmantels to each other substantially parallel and are the length and depth of the corrugations of the pipe shell i essentially the same size. The wall thickness of the pipe jacket is between 0.1 and 0.5 mm, especially 0.3 mm in metal.
Der Wärmeabsorber kann aus verschiedenen korrosionsbeständigen Materialien hergestellt sein. Es ist denkbar, diesen als Wellenschlauch, z.B. aus Kunststoff herzustellen. Bei einer bevorzugten Kol;struRtion besteht dieser aus entsprechendem Metall- -blech, beispielsweise Blech aus legiertem Buntlnetall, :ie Kupfer, oder aus Edelstahl, insbesondere Chrom-Nckel-Stahl.The heat absorber can be made of various corrosion-resistant materials be made. It is conceivable to use this as a corrugated hose, e.g. made of plastic to manufacture. In the case of a preferred collocation, this consists of a corresponding one Metal sheet, for example sheet made of alloyed non-ferrous metal, ie copper, or made of stainless steel, in particular chrome-nckel steel.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Wärmeabsorbers dargestellt.In the drawing is an embodiment of an inventive Heat absorber shown.
Ts zeigen: Figur 1 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch ein einstöckiges Gebäude mit einer Heizungsanlage, die zur Erzeugung der Heizwärme erfindungsgemäss Wärmeabsorber sowie eine Wärmepumpe aufweist; Figur 2 das Endstück eines erfindungsgemäßen Wärmeabsorbers; Figur 3 einen in Figur 2 durch einen strichpunktierten Kreis angedeuteten Ausschnitt des Wärmeabsorbers, in größerem Maßstab und im Längsschnitt dargestellt.Ts show: FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through a one-story building with a heating system that is used to generate the heating energy according to the invention having heat absorbers and a heat pump; figure 2 the end piece of a heat absorber according to the invention; Figure 3 shows one in Figure 2 section of the heat absorber indicated by a dash-dotted circle, shown on a larger scale and in longitudinal section.
Das in Figur 1 gezeigte Gebäude besitzt ein ntergeschoß 10 und ein Obergeschoß 12. Auf das Obergeschoß ist ein Satteldach 14 aufgesetzt. 16 bezeichnet eine Geschoßdecke.The building shown in Figure 1 has a lower floor 10 and a Upper floor 12. A gable roof 14 is placed on the upper floor. 16 designated a floor ceiling.
Das Gebäude ist mit einer Heizungsanlage ausgestattet, mit deren Hilfe das Obergeschoß beheizt werden soll, Zu diesem Zweck sind in jenem Heizkörper 18 installiert, von denen lediglich einer gezeigt ist. Über eine Vorlaufleitunq 20 wird diesem von einem Wärmetauscher 22 einer im Untergeschoß installierten Wärmepumpe 24 Heizwasser zugeführt, das nach erfolgtem Durchlauf durch. den Heizkörper in einer Rücklaufleitung 26 wieder in den Wärmetauscher zum erneuten Aufheizen zurückfließt.The building is equipped with a heating system, with the help of which the upper floor is to be heated, for this purpose there are 18 in that radiator installed, only one of which is shown. Via a flow line 20 is this from a heat exchanger 22 of a heat pump installed in the basement 24 heating water is supplied, which after it has passed through. the radiator in one Return line 26 flows back into the heat exchanger for renewed heating.
Der Verdampfer der Wärmepumpe 24 ist mit 28 bezeichnet und an diesem sind auf dem Satteldach 14 installierte Wärmeabsorber 30 angeschlossen. Diese sind einstückig und jeweils durch ein Wellrohr gebildet, das sich von einer Stelle im Bereich der unteren Längskante 32 der einen Dachfläche bis zu einer Stelle im Bereich der unteren Längskante 34 der anderen Dachfläche erstreckt. Im auf der Südseite des Satteldaches verlegten Teilstück 30' des Wärmeabsorbers wird eine Wärmeträgerflüssigkeit über eine sich parallel zur unteren Dachlängskante 32 erstreckende Sammelleitung 36 zugeführt, die an einer am Verdampfer 28 angeschlossenen Zuführleitung 38 angeschlossen ist, in welche eine Umwälzpumpe 40 zwischengeschaltet ist. The evaporator of the heat pump 24 is denoted by 28 and on this Heat absorbers 30 installed on the gable roof 14 are connected. These are in one piece and each formed by a corrugated pipe extending from a point in the Area of the lower longitudinal edge 32 of one roof surface up to a point in the area the lower longitudinal edge 34 of the other roof surface extends. Im on the south side The section 30 'of the heat absorber laid of the gable roof becomes a heat transfer fluid Via a collecting line extending parallel to the lower longitudinal edge 32 of the roof 36, which are connected to a supply line 38 connected to the evaporator 28 is, in which a circulation pump 40 is interposed.
Das andere Teilstück 30" des Wärmeabsorbers ist an einer sich parallel zur unteren Längskante 34 des Satteldaches erstreckenden Sammelleitung 42 angeschlossen, die mit einer Abflußleitung 44 in Verbindung steht, die gleichfalls am Verdampfer 28 der Wärmepumpe 24 angeschlossen ist. Mit Hilfe der Umwälzpumpe 40 zirkuliert somit durch sämtliche im Parallelabstand voneinander auf dem Satteldach installierte Wärmeabsorber eine Wärmeträgerflüssigkeit, die in den vorzugsweise auf der Südseite des Satteldaches vorhandenen Absorberteilstücken 30' nach oben fließt, wobei sie beim Hindurchfließen durch die Absorber, da sie im Verdampfer der Wärmepumpe auf eine Temperatur heruntergekühlt worden ist, die geringer ist als die Temperatur der Umgebungsluft,aus dieser Wärmenergie entzieht und sie zum Verdampfer transportiert. Dort wird die aufgenommene Wärmeenergie der Wärmeträgerflüssigkeit wieder entzogen und in bekannter Weise dem Wärmetauscher 22 zugeführt, in welchem das Heizwasser der Heizkörper 18 aufgeheizt wird. Die Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert also ständig zwischen den Wärmeabsorbern 30 und dem Verdan,pfer 28 der Wärmepumpe 24.The other section 30 ″ of the heat absorber is parallel to one another connected to the lower longitudinal edge 34 of the saddle roof extending collecting line 42, which is in communication with a drain line 44, which is also connected to the evaporator 28 of the heat pump 24 is connected. With the help of the circulation pump 40 circulates thus by all installed parallel to each other on the gable roof Heat absorber a heat transfer fluid, which is preferably on the south side of the saddle roof existing absorber sections 30 'flows upwards, where they when flowing through the absorber, as they are in the evaporator of the heat pump a temperature has been cooled down which is lower than the temperature the ambient air, extracts heat energy from this and transports it to the evaporator. There, the absorbed thermal energy is withdrawn from the heat transfer fluid and fed in a known manner to the heat exchanger 22, in which the heating water the heater 18 is heated. The heat transfer fluid therefore circulates constantly between the heat absorbers 30 and the Verdan, pfer 28 of the heat pump 24.
Wie Figur 2 zeigt, sind die auf dem Satteldach installierten Wärmeabsorber als an sich bekanntes flexibles Wellrohr ausgebildet, das vorzugsweise aus Chrom-Nickel-Stahlblech hergestellt ist. An seinen Stirnenden sind zum Anschluß der Wärmeabsorber an die Sammelleitungen 36, 42 Gewindestutzen 46 beispielsweise durch Hartlöten aufgebracht.As Figure 2 shows, the installed on the gable roof are heat absorbers designed as a known flexible corrugated pipe, which is preferably made of chrome-nickel steel sheet is made. At its front ends are to connect the heat absorber to the Manifolds 36, 42 threaded connector 46 applied, for example, by brazing.
Die innerhalb einer Welle des Rohrmantels liegenden Mantelwandteile 48, 50 sind im wesentlichen parallel zueinander. Ebenso ist die Länge a und die Tiefe b der Rohrmantelwellen im wesentlichen gleich. In Längsrichtung des Wellrohres wechseln sich somit Rohrpassagen mit kleinerem und größerem Durchmesser ab. In auf dem Satteldach verlegtem Zustand der Wärmeabsorber kann die Luft von allen Seiten an der Oberfläche der Wellrohre, die durch die Wellung des Rohrmantels ungefähr auf die dreifache Größe eines Rohres gleichen Durchmessers gebracht werden konnte, entlangstreichen, wobei das Wellenprofil es erlaubt, die Wandstärke des Wellrohres extrem klein zu wählen, so daß ein intensiver Wärmeübergang gewährleistet ist. Dieser wird noch dadurch begünstigt, daß die Luft zwischen den durch die Wellung gebildeten Umfangsnuten 52 des Rohres und die Flüssigkeit entsprechendem, im Durchmesser erweiterten Passagen innerhalb des Rohres verwirbeln kann. Die hohe Flexibilität des Wellrohres erlaubt es, dieses in einstückiger Ausführung über das gesamte Satteldach hinweg zu verlegen, wobei es, weil es zugleich als Kompensator zu wirken vermag, Materialdehnungen ausgleichen kann und damit stets seine Spannung beibehält.The jacket wall parts lying within a shaft of the pipe jacket 48, 50 are substantially parallel to one another. Likewise the length a and the The depth b of the tubular casing waves is essentially the same. In the longitudinal direction of the corrugated pipe alternate thus pipe passages with smaller and larger diameters away. When installed on the gable roof, the heat absorber can remove the air from all sides on the surface of the corrugated pipes, which are caused by the corrugation of the pipe jacket be brought to approximately three times the size of a pipe of the same diameter could, brush along, whereby the wave profile allows the wall thickness of the To choose corrugated pipe extremely small, so that an intensive heat transfer is guaranteed is. This is further promoted by the fact that the air between the through the corrugation formed circumferential grooves 52 of the tube and the liquid corresponding, in diameter enlarged passages within the tube can swirl. The high flexibility the corrugated pipe allows this in one piece over the entire gable roof to move away, whereby it, because it can also act as a compensator, Can compensate for material expansions and thus always maintain its tension.
Auch die Wärmestrahlung des Satteldaches läßt sich mit Hilfe solcher Absorber zur Erzeugung von Heizenergie wirksam nutzen.The heat radiation of the gable roof can also be controlled with the help of such Effective use of absorbers to generate heating energy.
Da die Herstellung von Wellrohre als solche technisch ausgereift und rationell durchführbar ist, liegt es auf der Hand, daß mit solchen Wärmeabsorbern ausgerüstete Heizungsanlagen im Vergleich zu Heizungsanlagen mit Wärmeabsorbern der eingangs erläuterten Art erheblich billiger hergestellt werden können.Since the manufacture of corrugated pipes as such is technically mature and can be carried out efficiently, it is obvious that with such heat absorbers Equipped heating systems compared to heating systems with heat absorbers of the type explained above can be produced much cheaper.
Abgesehen von der vorstehend erläuterten Verwendung des Wärmeabsorbers kann dieser erfindungsgemäß auch im weitesten Sinne als Wärmetauscher, gegebenenfalls in Kombination mit weiteren, an diesem angeschlossenen Komponenten, eingesetzt werden.Apart from the above-mentioned use of the heat absorber According to the invention, this can also be used in the broadest sense as a heat exchanger, if appropriate can be used in combination with other components connected to it.
Claims (8)
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| DE19803025623 DE3025623A1 (en) | 1980-07-05 | 1980-07-05 | Heat pump absorber esp. for solar roof - has corrugated tubes to provide increased heat transfer area |
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| DE19803025623 DE3025623A1 (en) | 1980-07-05 | 1980-07-05 | Heat pump absorber esp. for solar roof - has corrugated tubes to provide increased heat transfer area |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE3025623A1 true DE3025623A1 (en) | 1982-02-04 |
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ID=6106552
Family Applications (1)
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| DE19803025623 Withdrawn DE3025623A1 (en) | 1980-07-05 | 1980-07-05 | Heat pump absorber esp. for solar roof - has corrugated tubes to provide increased heat transfer area |
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