DE3041622A1 - Unrolling solar heat collector - comprises sheets enclosing tubular closed chambers and forming capillaries on the inside - Google Patents

Unrolling solar heat collector - comprises sheets enclosing tubular closed chambers and forming capillaries on the inside

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Abstract

The collector for solar heat etc. can be rolled up and unrolled, and comprises two sheets joined so as to form a chamber partly filled with liq. with a high vapour pressure. The sheet encloses a closed tubular chamber between them, their inner faces in contact and towards the chamber forming capillaries (7). The collector is rolled up and unrolled about an axis at right angles to the chamber or chambers formed in it. The sheets can be under a predetermined amount of tension.

Description

Aus- und einrollbarer KollektorCollector that can be rolled out and rolled up

Die Erfindung betrifft einen aus- und einrollbaren Kollektor, bestehend aus zwei übereinander angeordneten, an den Seiten miteinander innig verbundenen und dazwischen einen mit einem flüssigen, einen hohen Dampfdruck aufweisenden Medium teilweise gefüllten Hohlraum bildenden dünnwandigen Folien oder folienähnlichen Bahnen.The invention relates to a roll-out and roll-out collector, consisting of two arranged one above the other, intimately connected to one another on the sides and therebetween one with a liquid medium having a high vapor pressure partially filled cavity-forming thin-walled films or film-like films Lanes.

Aus der Praxis sind zahlreiche Ausführungsformen von Radiatoren und Kollektoren zur Wärmeabstrahlung und für die Gewinnung von Sonnenenergie und anderen Verwendungszwecken bekannt. Z.B. ist aus der DE-OS 26 15 584 ein Sonnenkollektor mit einem mit einer transparenten Abdeckung versehenen Gehäuse und einem darin angeordneten, von dem zu erwärmenden Fluid durchströmten Kollektorelement bekannt, bei dem das Kollektorelement aus zwei miteinander verbundenen Platten besteht, die zwischen sich einen Kanal einschließen, der sich zwischen Ein- und Auslauf schlangenlinienförmig über die Plattenfläche erstreckt. Dabei ist wenigstens eine Platte zur Ausbildung des Kanals mit einer dem Verlauf des Kanals entsprechenden Vertiefung oder Erhöhung versehen.Numerous embodiments of radiators and are from practice Collectors for heat radiation and for the production of solar energy and others Uses known. For example, DE-OS 26 15 584 describes a solar collector with a housing provided with a transparent cover and a housing arranged therein, known by the fluid to be heated through the collector element, in which the Collector element consists of two interconnected plates, which between include a canal that is serpentine between the inlet and outlet extends over the plate surface. There is at least one plate for training of the canal with a depression or elevation corresponding to the course of the canal Mistake.

Eine aus der DE-OS 25 52 559 bekannte Isoliermatte dient zur Abdeckung von Flüssigkeiten. Hierbei sind mindestens zwei Folien oder folienähnliche Bahnen derart übereinander a-ngeordnet, daß sich diese in einem angemessenen, fixierten Abstand zueinander befinden, wobei mindestens eine dieser Folien schwarz oder dunkel, die andere hell und lichtdurchlässig ist.An insulating mat known from DE-OS 25 52 559 is used for covering of liquids. There are at least two foils or foil-like webs arranged one above the other in such a way that they were fixed in an appropriate manner At a distance from each other, at least one of these foils being black or dark, the other is bright and translucent.

Schließlich ist noch aus der DE-OS 25 28 966 ein Verfahren bzw.Finally, from DE-OS 25 28 966 a method or

eine Vorrichtung zur Hereingewinnung von Sonnenenergie bekannt, bei der zur Aufnahme von Sonnenenergie gliederartig aneinander gereihte Sonnenkollektoren verwendet werden, die nach Art einer Rollade von Hand und/oder motorisch zusammen- und aus gerollt werden können.a device for the extraction of solar energy is known at the solar collectors, which are lined up like a limb to absorb solar energy are used, which are assembled by hand and / or motorized like a roller shutter. and can be rolled out.

Aufgrund ihres Aufbaues eignen sich derartige Radiatoren, Kollektoren und Matten lediglich als reine Emissions- oder Absorptionsflächen von Wärme oder Sonnenenergie oder als Abdeckung von zu schützenden Flüssigkeiten oder ähnlichen, bei denen die mit Röhren oder Kanälen durchsetzten Radiatoren und Kollektorflachen mit einer Flüssigkeit voll durchströmt werden oder die Matten bzw. Abdeckung von gasgefüllten Kammern bzw. Hohlräumen durchsetzt sind. Letztere dienen insbesondere zum Schutz vor Sonneneinstrahlung und Verunreinigungen. Diese Radiatoren, Kollektoren und Abdeckmatten sind je nach Einsatzzweck als starre, flexible oder aufrollbare Gebilde ausgelegt, wobei letztere entweder manuell oder motorisch aus- und eingerollt werden und wobei das Aus- und Einrollen um eine Achse erfolgt, die parallel zu den Röhren, Kanälen oder Kammern bzw. Hohlräumen liegt.Because of their structure, such radiators and collectors are suitable and mats only as pure emission or absorption surfaces for heat or Solar energy or as a cover for liquids to be protected or similar, where the radiators and collector surfaces interspersed with tubes or ducts be fully flowed through with a liquid or the mats or cover of gas-filled chambers or cavities are penetrated. The latter serve in particular to protect against solar radiation and contamination. These radiators, collectors and cover mats are rigid, flexible or rollable, depending on the application Structures designed, the latter being rolled out and in either manually or by motor are and wherein the rolling out and rolling takes place around an axis that is parallel to the Tubes, channels or chambers or cavities lies.

Ein selbsttätiges Aus- und Einrollen solcher Kollektorflächen oder Matten ist schon wegen der mit einer Flüssigkeit voll durchströmten Röhren und Kanälen oder durch den vorhandenen ueberdruck von Luft oder einem Gas bei den Matten bzw. Abdeckungen nur bedingt oder nur mit grösserem konstruktiven Aufwand möglich.An automatic rolling out and in of such collector surfaces or Mats is already there because of the tubes and channels that are fully flowed through with a liquid or by the existing overpressure of air or a gas on the mats or Covers only possible to a limited extent or only with greater structural effort.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kollektor zu schaffen, der zwischen zwei extremen Stellungen selbsttätig aus- und'einrollbar ist und der sich je nach der von ihm absorbierten oder emittierten Wärmemenge automatisch auf eine darauf abgestimmte Grösse seiner Absorptions- und/oder Emissionsfläche einstellt bzw. einregelt.Based on this, it is the object of the invention to create a collector, which can be automatically rolled out and in between two extreme positions and the automatically depending on the amount of heat it absorbs or emits adjusts the size of its absorption and / or emission area to match or regulates.

Erfindungsgemäß sind zur Lösung der gestellten Aufgabe die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und die der ihm folgenden Unteransprüche vorgesehen.According to the invention are to solve the problem, the characterizing Features of claim 1 and those of the subclaims that follow it are provided.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass sich je nach der auf der Absorptions- undoder Emissionsfläche eingestrahlten und von ihr absorbierten und/oder emittierten Energie der Kollektor selbsttätig aus- oder einrollt und dadurch die Grösse seiner Absorptions- und/oder Emissionsfläche automatisch selbst regelt. Diese automatische Selbstregelung der Grösse der Kollektorfläche wird verursacht durch die zwischen den den Kollektor bildenden Folien oder Bahnen angeordneten wärmerohrähnlichen und als Wärmerohr wirksamen, mit Kapillaren versehenen und mit einem flüssigen Arbeitsmedium als Wärmeträger gefüllten längs zur Rollrichtung ausgerichteten Hohlräumen oder Kammern. Durch die von der an der Heizzone vorgegebenen Absorptionsfläche absorbierten Energie (z.B. durch Sonneneinstrahlung) wird das in den Hohlräumen oder Kammern befindliche Arbeitsmedium aufgeheizt und verdampft. Der dabei entstehende Druck des verdampften Mediums bewirkt ein Aufblähen des oder der längs der Rollrichtung verlaufend angeordneten Hohlräumen oder Kammern, wodurch diese, je nach dem vorherrschenden Druck, den Kollektor bzw. dessen Absorptions-und/oder Emissionsflächen mehr oder weniger ausrollen bzw. vergrössern. Sinkt der Druck in den Hohlräumen oder Kammern, so bewirkt eine den dünnwandigen Folien oder Bahnen vorgegebene Vorzugsrollspannung ein automatisches Einrollen bzw. Verkleinern der Kollektor- bzw. Absorptions- und/oder Emissionsfläche.The advantage of the invention is in particular that each according to the irradiated on the absorption and / or emission surface and from it absorbed and / or emitted energy, the collector rolls out or in automatically and thereby the size of its absorption and / or emission area automatically regulates itself. This automatic self-regulation of the size of the collector surface is caused by the foils or webs that form the collector between them arranged heat pipe-like and effective as a heat pipe, provided with capillaries and with a liquid working medium as Heat transfer medium filled cavities or chambers aligned along the direction of roll. By the energy absorbed at the heating zone (e.g. by Solar radiation) becomes the working medium located in the cavities or chambers heated up and evaporated. The resulting pressure of the evaporated medium causes an inflation of the cavity or cavities arranged to run along the rolling direction or chambers, which, depending on the prevailing pressure, open the collector or roll out or enlarge its absorption and / or emission surfaces to a greater or lesser extent. If the pressure in the cavities or chambers drops, one of them causes the thin-walled one Foils or webs pre-set preferred roll tension an automatic roll-up resp. Reducing the collector or absorption and / or emission area.

Dabei strömt das kondensierte Medium in den seitlich in dem von den Folien oder Bahnen gebildeten Hohlraum oder der Kammer angeordneten Kapillaren zurück in die Heizzone des Kollektors.The condensed medium flows into the side of the from the Foils or webs formed cavity or the chamber arranged capillaries back into the heating zone of the collector.

Der sich hierbei abspielende Vorgang von Verdampfung und Kondensation sowie des damit verbundenen Wärmetransportes vom flachen Teil der Heizzone zum aus- und einrollbaren Teil des Kollektors ist mit der Funktionsweise eines Wärme rohres vergleichbar.The process of evaporation and condensation that takes place here as well as the associated heat transport from the flat part of the heating zone to the and the rollable part of the collector is with the function of a heat pipe comparable.

Ausführungsbeispiele sind folgend beschrieben und durch Skizzen erläutert.Exemplary embodiments are described below and explained by means of sketches.

Es zeigen: Fig. 1a den Querschnitt eines Kollektors mit flachen drucklosen Hohlräumen, Fig. ib den Querschnitt eines Kollektors gemäß Fig. 1 mit zwischen den Kollektorflächen unter Druck aufgeblähten Hohlräumen, Fig. 2 den Querschnitt eines Kollektors mit zu beiden Seiten der Hohlräume angeordneten Kapillaren, Fig 3a,b einen Kollektor in seitlicher und in der Ansicht von'oben teilweise ausgerollt, Fig. 4a, beinen Kollektor in seitlicher und in der Ansicht von oben-vollständig ausgerollt.Show it: 1a shows the cross section of a collector with flat pressureless cavities, Fig. Ib shows the cross section of a collector according to Fig. 1 with cavities inflated under pressure between the collector surfaces, Fig. 2 shows the cross section of a collector with the cavities arranged on both sides Capillaries, Fig. 3a, b partially show a collector from the side and from the top Unrolled, Fig. 4a, the collector legs in the side and in the view from above-completely rolled out.

In Fig. 1a ist ein Querschnitt eines Kollektors 1 dargestellt, bei dem zwei übereinander angeordnete und an ihren Seiten z.B.In Fig. 1a is a cross section of a collector 1 is shown at the two superimposed and on their sides e.g.

durch Verschweißen miteinander innig verbundene dünnwandige Metallfolien 2, 2' in zueinander seitlichen Abständen a in sich geschlossene relativ flache röhrenförmige Hohlräume oder Kammern 3 bilden bzw. umschliessen. Die Hohlräume oder Kammern 3 sind teilweise mit einem flüssigen Medium hohen Dampfdruckes gefüllt. Die den oder die Hohlräume 3 seitlich abschliessenden und einander berührenden Innenflächen 4, 4' der Folien 2, 2' bilden Kapillaren 5, 5', 5", 5"' durch welche das Kondensat des in den Hohlräumen oder Kammern 3 enthaltenen Mediums von der Kühlzone KZ zur Heizzone HZ zurückströmt (siehe auch Fig. 3a,b und 4a, b). Wie die Fig. zeigt, sind die Hohlräume oder Kammern 3 in relativ flachem Zustand, wenn der Kollektor 1 ausser Betrieb ist; d. h., seine Kollektor- bzw. Absorptions-Emissionsfläche 6 in der Heizzone HZ (Fig. 3a, b und 4a, b) keine Temperaturbeaufschlagung z.B. durch Sonneneinstrahlung erfährt (Druck = PO). Liegt dagegen eine Temperaturbeaufschlagung an der Kollektorfläche 6 und insbesondere an dessen Heizzone HZ vor, so werden die Hohlräume oder Kammern 3 durch den, wie Fig. 1b zeigt, dabei entstehenden erhöhten Druck (Druck = P15 ) Pg) des verdampfenden Mediums erweitert bzw. aufgebläht.thin-walled metal foils that are intimately connected to one another by welding 2, 2 'at lateral spacings a relative to one another, relatively flat tubular ones that are closed in themselves Form or enclose cavities or chambers 3. The cavities or chambers 3 are partially filled with a liquid medium with high vapor pressure. The or the cavities 3 laterally closing and touching inner surfaces 4, 4 'of the foils 2, 2' form capillaries 5, 5 ', 5 ", 5"' through which the condensate of the medium contained in the cavities or chambers 3 from the cooling zone KZ to Heating zone HZ flows back (see also Fig. 3a, b and 4a, b). As the figure shows, are the cavities or chambers 3 in a relatively flat state when the collector 1 except Operation is; d. that is, its collector or absorption emission surface 6 in the heating zone HZ (Fig. 3a, b and 4a, b) none Exposure to temperature e.g. by Sun exposure experiences (pressure = PO). If, on the other hand, there is an application of temperature on the collector surface 6 and in particular on its heating zone HZ, the Cavities or chambers 3 by the, as FIG. 1b shows, resulting increased Pressure (pressure = P15) Pg) of the evaporating medium expanded or inflated.

In Fig. 2 sind die Hohlräume oder Kammern 3 zu beiden Seiten mit einer Kapillarstruktur 7, 7', 8, 8' z.B. einem Docht oder einem Gazegeflecht aus Gewebe oder Metall ausgelegt. Selbstverständlich können anstelle einer Kapillarstruktur die Innenflächen 4, 4' der Metallfolien 2, 2' mit Kapillarrillen 8, 8' versehen sein (Fig. 2 rechts).In Fig. 2, the cavities or chambers 3 are on both sides with a Capillary structure 7, 7 ', 8, 8' e.g. a wick or a gauze braid made of fabric or metal. Of course, instead of a capillary structure the inner surfaces 4, 4 'of the metal foils 2, 2' are provided with capillary grooves 8, 8 ' (Fig. 2 right).

In Fig. 3a ist ein Kollektor 1 in seitlicher und teilweise ausgerollter Ansicht dargestellt. Die Kollektor- bzw. Absorptions-Emissionsfläche 6 teilt sich in die eben bzw. flach verbleibende Heizzone HZ und in die aus- und aufrollbare Kühlzone KZ.In Fig. 3a is a collector 1 in the side and partially rolled out View shown. The collector or absorption emission surface 6 is divided in the heating zone HZ, which remains level or flat, and in the one that can be rolled out and rolled up Cooling zone KZ.

Fig. 3b zeigt den Fig. 3a gemässen Kollektor 1 in der Ansicht von oben, wobei zwei in den Fig. 1a bis 2 beschriebene Hohlräume oder Kammern 3 sichtbar sind. Der flachen Heizzone HZ schließt sich die zum Teil ausgerollte Kühlzone KZ an. Das Aus- und Einrollen des Kollektors 1. bzw. seiner Kollektor- bzw.FIG. 3b shows the collector 1 according to FIG. 3a in the view of FIG above, with two cavities or chambers 3 described in FIGS. 1a to 2 visible are. The flat heating zone HZ is closed by the partially rolled out cooling zone KZ at. The unrolling and rolling in of the collector 1. or its collector or

Absorptions-Emissionsfläche 6 erfolgt um eine Achse 9, die senkrecht zu den Hohlräumen oder Kammern 3 ausgerichtet ist.Absorption emission surface 6 takes place around an axis 9 which is perpendicular is aligned with the cavities or chambers 3.

Fig. 4a und b zeigen den Kollektor 1 mit vollständig ausgerollter Kollektor- bzw. Absorptions-Emissionsfläche 6. Je nach Temperaturabsorption an der Heizzone HZ und Teilern der Kollektor - bzw. Absorptions-Emissionsfläche 6 und den dabei entstehenden Druck des in den Hohlräumen oder Kammern 3 dabei verdampften Mediums wird der Kollektor 1 mehr oder weniger (Fig. 3a, b und 4a, b) aus- oder eingerollt. Das Einrollen des Kollektors 1 ist dabei von der den Folien 2, 2' vorgegebenen Vorzugsrollspannung abhängig; sie muß so bemessen sein, dass sie den Druck in den Hohlräumen oder Kammern 3 bei Extremstellung der Kollektor- bzw. Absorptions-Emissionsfläche 6 nicht unterschreitet. Die Regelung erfolgt entweder durch Vergrösserung der Emissionsfläche bei höherer Wärmezufuhr oder durch Verringerung des Leistungsvermögens der wärmerohrähnlichen und als solche wirksamen Hohlräume oder Kammern durch Verbreiterung der seitlich angeordneten Kapillaren unter steigendem Druck.Fig. 4a and b show the collector 1 with fully rolled out Collector or absorption emission surface 6. Depending on the temperature absorption at the Heating zone HZ and dividing the collector - or absorption emission area 6 and the resulting pressure of the evaporated in the cavities or chambers 3 in the process Medium is the collector 1 more or less (Fig. 3a, b and 4a, b) or curled up. The rolling of the collector 1 is predetermined by the foils 2, 2 ' Preferred rolling tension dependent; it must be dimensioned in such a way that it takes the pressure into the Cavities or chambers 3 in the extreme position of the collector or absorption emission surface 6 does not fall below. The regulation takes place either by enlarging the emission area with higher heat input or by reducing the performance of the heat pipe-like and as such effective cavities or chambers by widening the laterally arranged capillaries under increasing pressure.

Claims (8)

Patentansprüche: Aus- und einrollbarer Kollektor, bestehend aus zwei übereinander angeordneten, an den Seiten miteinander innig verbundenen und dazwischen einen mit einem flüssigen, einen hohen Dampfdruck aufweisenden Medium teilweise gefüllten Hohlraum bildenden dünnwandigen Folien oder folienähnlichen Bahnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien oder Bahnen !2, 2') wenigstens einen in sich geschlossenen rohrförmigen Hohlraum oder eine Kammer (3) umschliessen und an den zu dem Hohlraum oder der Kammer (3) hin sich berührenden Innenflächen (4, 4') Kapillaren (5, 5', 5", 5"', 7, 7', 8, 8') bilden, und daß das Aus- und Einrollen des von den Folien oder Bahnen (2, 2') gebildeten Kollektors (1) um eine Achse (9) erfolgt, welche in der Ebene des Kollektors (1) senkrecht zu dem darin angeordneten Hohlraum oder der Kammern (3) und den Kapillaren (5, 5', 5", 5"', 7, 7', 8, 8') ausgerichtet ist. Claims: Collector that can be rolled out and rolled in, consisting of two arranged one above the other, intimately connected on the sides and in between partially with a liquid medium having a high vapor pressure filled cavity-forming thin-walled films or film-like webs, thereby characterized in that the foils or webs! 2, 2 ') at least one self-contained enclosing tubular cavity or a chamber (3) and attached to the cavity or the chamber (3) touching inner surfaces (4, 4 ') capillaries (5, 5', 5 ", 5" ', 7, 7', 8, 8 '), and that the rolling out and rolling of the of the foils or tracks (2, 2 ') formed collector (1) about an axis (9) which in the plane of the collector (1) perpendicular to the cavity arranged therein or the chambers (3) and the capillaries (5, 5 ', 5 ", 5"', 7, 7 ', 8, 8') is aligned. 2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien oder Bahnen (2, 2') eine vorgegebene Vorzugsrollspannung aufweisen. 2. Collector according to claim 1, characterized in that the foils or webs (2, 2 ') have a predetermined preferred rolling tension. 3. Kollektor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Teil des Mediums in dem der Heizzone (HZ) zugewandten Teil des Hohlraumes oder der Kammer -(3) gelagert ist und beim Aufheizen der dabei entstehende Druck des verdampfenden Mediums den Hohlraum oder die Kammer (3) in Richtung Kühlzone (KZ) ausfüllt und dadurch den Kollektor (1) selbsttätig ausrollt.3. Collector according to Claims 1 and 2, characterized in that that the liquid part of the medium in the part of the heating zone (HZ) facing Cavity or the chamber - (3) is stored and when it is heated the resulting Pressure of the evaporating medium moves the cavity or chamber (3) in the direction of the cooling zone (KZ) fills out and thereby automatically unrolls the collector (1). 4. Kollektor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das an der Kühlzone (KZ) kondensierte Medium über die Kapillaren (5, 5', 5", 5"', 7, 7', 8, 8') in die Heizzone (HZ) des Hohlraumes oder der Kammer (3) zurückfließt, wodurch der Kollektor (1) selbsttätig einrollt.4. Collector according to Claims 1 to 3, characterized in that that the medium condensed on the cooling zone (KZ) via the capillaries (5, 5 ', 5 ", 5 "', 7, 7', 8, 8 ') flows back into the heating zone (HZ) of the cavity or chamber (3), whereby the collector (1) rolls up automatically. 5. Kollektor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich berührenden Innenflächen (4, 4') der Folien oder Bahnen (2, 2') mit einer Kapillarstruktur (7, 7') versehen sind.5. Collector according to Claims 1 to 4, characterized in that that the touching inner surfaces (4, 4 ') of the foils or webs (2, 2') with a capillary structure (7, 7 ') are provided. 6. Kollektor nach den Ansprüchen 1 bis-5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von mehreren Hohlräumen oder Kammern (3) jeder Hohlraum und jede Kammer (3) einzeln und in sich geschlossen ist.6. Collector according to Claims 1 to 5, characterized in that that with the arrangement of several cavities or chambers (3) each cavity and each Chamber (3) is individual and self-contained. 7. Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlraum oder jede Kammer (3) an den zu dem Hohlraum oder der Kammer (3) hin sich berührenden Innenflächen (4, 4') der Folien oder Bahnen (2, 2') Kapillaren (5, 5', 5", 5'") bilden.7. Collector according to one of claims 1 to 6, characterized in that that each cavity or each chamber (3) to the to the cavity or the chamber (3) towards touching inner surfaces (4, 4 ') of the foils or webs (2, 2') capillaries (5, 5 ', 5 ", 5'"). 8. Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlraum oder jede Kammer (3) an den zu dem Hohlraum oder der Kammer (3) hin sich berührenden Innenflächen (4, 4') der Folien oder Bahnen (2, 2') mit Kapillarrillen (8, 8').versehen sind.8. Collector according to one of claims 1 to 7, characterized in that that each cavity or each chamber (3) to the to the cavity or the chamber (3) towards touching inner surfaces (4, 4 ') of the foils or webs (2, 2') with capillary grooves (8, 8 '). Are provided.
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WO2001096792A1 (en) * 2000-06-14 2001-12-20 The University Of Nottingham Heat transfer apparatus

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