DE3301526A1 - Waermeleitende verbindung - Google Patents

Waermeleitende verbindung

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DE3301526A1
DE3301526A1 DE19833301526 DE3301526A DE3301526A1 DE 3301526 A1 DE3301526 A1 DE 3301526A1 DE 19833301526 DE19833301526 DE 19833301526 DE 3301526 A DE3301526 A DE 3301526A DE 3301526 A1 DE3301526 A1 DE 3301526A1
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DE
Germany
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sleeve
heat
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compound according
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Withdrawn
Application number
DE19833301526
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English (en)
Inventor
Klaus Dipl.-Ing. 7996 Meckenbeuren Speidel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dornier System GmbH
Original Assignee
Dornier System GmbH
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Publication date
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Publication of DE3301526A1 publication Critical patent/DE3301526A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S80/30Arrangements for connecting the fluid circuits of solar collectors with each other or with other components, e.g. pipe connections; Fluid distributing means, e.g. headers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/90Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation
    • F24S10/95Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation having evaporator sections and condenser sections, e.g. heat pipes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F2013/005Thermal joints
    • F28F2013/006Heat conductive materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems

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Description

  • Wärmeleitende Verbindung
  • Die Erfindung betrifft eine wärmeleitende Verbindung zwischen einem wärmeabgebenden oder wärmeaufnehmenden ersten Bauteil und einem Arbeitsmedium, insbesondere zwischen dem Kondensationsteil eines Wärmerohres und einer die Wärme aufnehmenden Arbeitsflüssigkeit.
  • Wärmerohre sind bekannte Bauteile mit einer extrem hohen Wärmeleitfähigkeit. Sie nehmen an einem Ende (Kollektor) Wärme auf und geben sie am anderen Ende (Kondensator) wieder ab. Sie finden Verwendung z.B. zum Wärmeübertrag zwischen einem Solarkollektor und einem Arbeitsmedium, z.B.
  • Wasser, einer niedrig siedenden Flüssigkeit, Ammoniak oder Luft. Eine Vielzahl von Wärmerohren nimmt die Energie auf der Kollektorseite auf und gibt sie in einem gemeinsamen Sammelrohr wieder an eine Arbeitsflüssigkeit ab.
  • Die Wärme soll möglichst verlustfrei vom Kollektor in das Arbeitsmeditnn gelangen. Dazu sind gut wärmeleitede Verbindungen zum Wärmerohr und vom Wärmerohr an das Arbeitsmedium notwendig.
  • Bekannt ist es, die wärmeabgebende Seite eines Wärmerohres durch eine öffnung in den Behälter des Arbeitsmediums zu schieben und abzudichten.
  • Dabei sind gute Wärmeübergänge zu erzielen, jedoch ist das Wärmerohr abzudichten, wobei insbesondere bei leicht flüchtigen niedrig siedenden Arbeitsmedien Dichtungsprobleme bestehen. Ein Austausch eines Wärmerohres ist nur durch öffnen des Arbeitskreislaufes möglich.
  • Bekannt ist die Verwendung eines Metallblocks, in welchem der Kondensator des Wärmerohres eingeklemmt wird, ebenso das Sammelrohr des Arbeitsmittels. Dabei entstehen grosse Temperaturverluste, da die Wärmeleitung auf langem Weg erfolgt und der Kondensator und das Sammelrohr senkrecht zueinander angeordnet sind. Eine Austauschbarkeit der Wärmerohre ohne Öffnen des Arbeitskreislaufes ist gegeben.
  • Durch auftretende Wärmedehnungen ist die Länge des Sammelrohres begrenzt, da das Sammelrohr aufgewärmt wird und sich ausdehnt und das andere Ende des Wärmerohres kalt bleibt. Damit sind maximale Längen des Sammelrohres ohne Dehnungsausgleichselemente von ca. 2 m erreichbar.
  • Bekannt ist die Integration des Kondensators des Wärmerohres in das Sammelrohr (Europäische-Veröffentlichung Nr. 0055478), wobei ein guter Wärmeübergang erreicht wird.
  • Das Problem der Austauschbarkeit des Wärmerohres ohne Öffnen des Kreislaufes, sowie das Problem der Wärmedehnung sind jedoch nicht gelöst.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung zwischen einem wärmeabgebenden oder wärmeaufnehmenden ersten Bauteils (z.B. einem Wärmerohr) und einem Arbeitsme-dium zu schaffen, - die eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, so dass im Betrieb nur kleine Temperaturdifferenzen zwischen dem ersten Bauteil (Wärmerohr) und dem Arbeitsmedium auftreten, - wobei die einzelnen Wärmerohre ohne Öffnen des Arbeitskreislaufes ausgetauscht werden können und - wobei Wärmedehnungen im Sammelrohr (oder ähnlichen Konstruktionen) bei Arbeitstemperatur oder Leerlauftemperatur elastisch aufgefangen werden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale.
  • Vorteilhafte Ausführungen und Herstellungsverfahren sind Gegenstände von Unteransprüchen.
  • Die erfindungsgemässe wärmeleitende Verbindung vereinigt die VOrzüge der hohen Wärmeleitfähigkeit einer Flüssig keit, der einfachen Austauschbarkeit einzelner Bauelemente, der universellen Anwendbarkeit und des selbsttätigen Ausgleichs der Wärmeausdehnung in sich.
  • Die Herstellung ist preisgünstig, da bekannte Bauelemente und Herstellungsverfahren verwendet werden können. An die Abdichtung der Hülse werden keine besonderen Ansprüche gestellt, da das Lot bei niedrigen Temperaturen fest ist und bei Arbeitstemperaturen eine hohe Viskosität besitzt.
  • Die elastische Abdichtung und das flüssige Lot erlauben neben der Relativbewegung des wärmeabgebenden Bauteiles zum Wärmesammler in allen drei Richtungen auch eine Verdrehung oder Verkippung um einen gewissen Winkelbetrag.
  • Spannungsrisse werden so auch bei langen Sammelrohren verhindert. Auf Dehnungsausgleichselemente kann verzichtet werden. In der Anwendung für Solarkollektoren können große Kollektorflächen von bis zu ca. 25 m2 an einem einzigen Sammelrohr angeordnet werden.
  • Zum Austauschen einzelner Wärmerohre muß der Kreislauf des Arbeitsmediums nicht geöffnet werden. Es reicht die Erwärmung des entsprechenden Wärmerohres auf Arbeitstemperatur, sofern das Lot in diesem Temperaturbereich flüssig ist, oder auf seine Schmelztemperatur (Aufheizen ohne Energieabnahme) und Aufschrauben der Hülse.
  • Neben der Anwendung auf Wärmerohr-Solarkollektoren, die in den Ausführungsbeispielen näher beschrieben ist, kann die Erfindung auch auf anderen Gebieten verwendet werden, wo es darauf ankommt, eine hohe Wärmestromdichte weiterzuleiten. Dies gilt bei der Nutzung von Prozeßwärme, bei der Wasserentsalzung, bei der Wasseraufbereitung, bei der Direktverdampfung verschiedener Flüssigkeiten, bei Sterilisieren medizinischer Geräte und beim Kühlen von Wärmekraftmaschinen oder Anlagen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführunosformen ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Figuren.
  • Die Figuren 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemässen Verbindung.
  • Figur 1 zeigt eine erfindungsgemässe Verbindung zwischen einem Wärmerohr 1, das aus einem Kollektorteil 2 und einem Kondensatorteil 3 besteht und einem Arbeitsmedium 4, z. B.
  • Wasser, welches sich in einem Behälter 5 befindet. Der Behälter 5 kann z.B. ein Kessel oder ein Sammelrohr sein.
  • Eine beidseitig offene Hülse 6 durchgreift den Behälter 5 und ist mit ihm durch gängige Verfahren wie Schweißen oder Löten fest verbunden. Die Hülse ist oben und unten mit Schraubkappen 7, 8 verschlossen. Die untere Schraubkappe 8 besitzt eine zentrische Bohrung 9 mit einer Dichtung 10 (z.B. ein O-Rig), durch die der Kondensatorteil 3 gesteckt ist. Im oberen Teil der Hülse 6 befinden sich eine Feder 11, ein Deckel 12 und eine abgemessene Menge Lot 13.
  • Zur Inbetriebnahme wird das Wärmerohr 1 erwärmt. Der Kondensatorteil 3 bringt das Lot 13 zum Schmelzen.
  • Das Lot 13 fltesst in den Luftspalt 14 zwischen Kondensator 3 und Hulse 6 und stellt einen innigen, gut wärmeleitenden Kontakt zwischen beiden Flächen her. Feder 11 und Deckel 12^sorgen dafür, dass der Spalt 14 vollständig vom Lot benett wird.
  • Bei einer Ausführung mit geneigtem oder senkrecht stehendem Wärmerohr.sind die Feder 11 oder der Deckel 12 nicht notwendig. Es reicht dann die Schwerkraft - eventuell von der Kapillarkraft unterstützt - zur Verteilung des Lotes.
  • Das Nachmessen des Abstandes zwischen Deckel 12 und Kondensator 3 ergibt gleichzeitig eine Kontrolle über die Funktionsfähigkeit des Wärmerohres.
  • Figur 2 zeigt eine Ausführung mit geschlossener Hülse 6a.
  • Diese Ausführung wird gewählt, wenn der Behälter 5 wesentlich tiefer ls der Kondensator 3 des Wärmerohres 1 ist.
  • Figur 3 zeigt wie Figur 2 eine Ausführung mit geschlossener Hülse 6a.! Die Hülse 6a ist hier mit einer flexiblen Dichtung 15 zum Behälter 5 hin abaeschlossen. Wärmedehnungen des Behälters 5 können durch Winkelbewegungen (i) der Hülse 6a bzw. durch Relativbewegungen zwischen Hülse 6a und Behälter 5 aufgefangen werden.
  • In den Figuren 1 bis 3 ist der Füllungszustand vor der Inbetriebnahme gezeigt, das Lot ist noch nicht geschmolzen.
  • Figur 4 zeigt eine Ausführung im Betriebszustand mit geschmolzenem Lot 13. Es wird in dieser Ausführung eine offene Hülse 6b mit einer flexiblen Dichtung 16 zwischen der Schraubkappe 8a und der Hülse 6b verwendet.
  • Wärmedehnungen z.B. des Behälters 5 können durch Winkelbewegungen des Kondensators 3 bzw. durch Relativbewegungen zwischen Kondensator 3 und Hülse 6b aufgefangen werden.
  • Bei dieser Ausführung muß das Lot 13 bei Arbeitstemperatur flüssig sein, um die gewünschte Beweglichkeit (drei Translationsrichtungen und die Verkippung um den Winkel & ) zu erreichen.
  • Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführung kann das Lot bei Betriebstemperatur fest sein, es muß jedoch einmal so hoch erhitzt worden sein, dass es den Spalt 14 vollständig benetzt.
  • Das Auswechseln des Wärmerohres kann durch Hochheizen des Kollektors (ohne Wärmeabnahme) oder durch Aufheizen von aussen erfolgen. Dabei wird Hitze von oben nach unten auf die Hülse gebracht und nach dem Schmelzvorgang der Kondensator nach unten abgezogen.
  • - Leerseite- -

Claims (8)

  1. Patentansprüche: Wärme Wärmeleitende Verbindung zwischen einem wärmeabgebenden oder wärmeaufnehmenden ersten Bauteil und einem Arbeitsmedium, wobei das erste Bauteil ohne öffnen des Arbeitskreislaufes ausgetauscht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1, 3) elastisch abgedichtet in einer Hülse (6) im Arbeitsmedium (4) steckt und der Spalt (14) zwischen Hülse (6) und erstem Bauteil (1, 3) mit einem Lot (13) ausgefüllt ist.
  2. 2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine einseitig geschlossene Hülse (6a), die in das Arbeitsmedium (14) eingreift, fest mit dem Behälter (5) verbunden ist.
  3. 3. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine beidseitig offene Hülse (6),:die den Behälter (5) für das Arbeitsmedium (4) durchgreift, fest mit dem Behälter (5) verbunden ist.
  4. 4. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Lotes ein anderes, wärmeleitendes und im Bereich der Arbeitstemperatur schmelzendes Material verwendet wird.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlöten durch selbsttätiges Einlaufenlassen des Lotes von oben oder durch Erhitzen der Hülse und Einpressen erfolgt.
  6. 6. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum selbsttätigen Einlöten eine Feder (11) und ein Deckel (12) vorgesehen sind, die bei Erwärmung eine abgemessene Menge Lot (13) in den Spalt (14) drücken.
  7. 7. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich von Wärmedehnungen oder Winkelverschiebungen (oC) eine flexible Abdichtung (16) zwischen dem ersten Bauteil (1, 3) und der Hülse (6b) vorgesehen ist.
  8. 8. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich von Wärmedehnungen oder Winkelverschiebungen (6) eine flexible Abdichtung (15) zwischen Hülse (6a) und Behälter (5) vorgesehen ist.
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DE202011109971U1 (de) 2011-05-24 2012-10-23 Narva Lichtquellen Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Wärmeübertragung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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