DE3310326A1

DE3310326A1 - Vorrichtung zum auffangen und zum uebertragen vorzugsweise solarer waerme auf ein stroemungsfaehiges waermetransportmittel

Info

Publication number: DE3310326A1
Application number: DE19833310326
Authority: DE
Inventors: Josef 7900 Ulm Holzner
Original assignee: Individual
Current assignee: Holzner Josef 7918 Illertissen De
Priority date: 1983-03-22
Filing date: 1983-03-22
Publication date: 1984-09-27

Description

Josef Holzner Völklinger Weg 7 D-79OO Ulm

Beschreibung

Vorrichtung zum Auffangen und zum übertragen vorzugsweise solarer Wärme auf ein strö'mungsfähiges Wärmetransportmittel.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bekannte derartige Vorrichtungen werden beispielsweise im Wohnungsbau zur Heizenergiegewinnung für die Raum- und Wassererwärmung eingesetzt. Häufig werden hierbei diese Vorrichtungen auf den Hausdächern montiert, um möglichst viel Sonnenstrahlung einfangen zu können. Das Wärmetransportmittel ist zumeist eine Spesialflüssigkeit und wird nach seiner eigenen Erwärmung in der Vorrichtung der eigentlichen Heizeinrichtung zugeführt. Jieben dieser privaten Nutzung sind auch kommerzielle Anwendungen dieser Vorrichtungen üblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemässen Stand der Technik insbesondere hinsichtlich mechanischer Uhempfindlichkeit gegenüber starken Änderungen der Umgebungstemperatur, welche die mechanische Stabilität der jeweiligen Vorrichtung gefährden können, und gegenüber mechanischen Erschütterungen, die beispielsweise bei Gewitter und Hagel oder bei Vorbeifliegen von Flugzeugen mit Überschallgeschwindigkeit auftreten, zu verbessern bei gleichzeitig optimaler Ausnützung der Strahlungsenergie und günstigem Herstellungspreisaufwand.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 entnehmbar. Die Unteransprüche beinhalten die Merkmale vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung und derer Weiterbildungen.

Anhand der Abbildungen werden im folgenden vorteilhafte Ausführungsbeispiele αer Erfindung zu deren näheren Erläuterung im einzelnen beschrieben.

zeigt

EIG. 1 in Draufsicht schräg gegenüber der im Einsatzfall optimalen senkrechten Einfallrichtung der Wärmestrahlung in teilweise aufgeschnittener Darstellungsweise ein vorteilhaftes Ausführungbeispiel der Erfindung mit einem Abschnitt zumindest eines Leitungsrohres 2, welches ira Baispielsfall zur ^!'lr-cmi£sgradstei:j;erung gegenüber einem an sich möglichen runder, Querschnitt flachprofiliert ist; es besteht aus &ατ wärmeleitfähigem Material, vorzugsweise aus Metali.

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Die Eohrlangsach.se ist nicht gesondert eingezeichnet, um die Übersichtlichkeit nicht zu beeinträchtigen; sie verläuft in FIG. 1 von links unten nach rechts oben bzw. entgegengerichtet. Eechts und links bezüglich dieser Längsachse laden Lamellen 1 aus ebenfalls gut wärmeleitfähigem Material, z.B. aus Metall, aus, und; zwar im wesentlichen über die gesamte Längsausdehnung des Rohres 2. Im Prinzip verlaufen diese Lamellen in einer gemeinsamen Ebene, die senkrecht zur im optimalen Einsatzfall der Vorrichtung zu erwartenden Einfallrichtung der Wärmestrahlung ausgerichtet ist und im gezeigten Beispielsfall des flachprofilierten Rohres parallel zu dessen grösseren seiner zwei Profilabmessungen.

Im typischen Einsatzfall einer solchen Vorrichtung ist dieselbe starr montiert, d.h. wird sie nicht der tageslaufbedingten Änderung des Einfallswinkels der solaren Wärmestrahlung durch richtungsmässige Nachführung angepasst; preiswerter als eine derartige an sich mögliche Nachführung ist die gezeigte wellblechartige Ausbildung der Lamellen, welche eine zufriedenstellende Aufnahme der Wärme durch die Lamellen gewährleistet, auch wenn der Einfallwinkel sich ändert.

Besonders vorteilhaft ist es ferner, wie zeichnerisch durch die teilweise Punktierung der Lamellen angedeutet, die Lamellen-Oberflächen auf der der einfallenden Strahlung zugewandten Seite gekörnt zu strukturieren; hierdurch wird die Wärmemengenaufnahme der Lamellen erhöht.

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Zusätzlich, zu dieser Oberflachenvergrosserung der Lamellen oder wenigstens anstelle derselben ist eine an sich bekannte Oberflächenbehandlung der Lamellen deren
besserer Wärmeaufnahmefähigkeit dienlich, beispielsweise eine Einfärbung (physikalisch prinzipiell als "schwarzer Körper" bekannt) bzw. eine frequenzselektive chemische Beschichtung.

Im Interesse eine guten Gesamtwirkungsgrades der
Vorrichtung nach der Erfindung ist ein guter thermischer Kontakt des Leitungsrohres 1 mit den Lamellen 1 von Bedeutung. Dies wird optimal durch eine innige mechanischkonstruktive Vereinigung des Rohres mit den Lamellen erreicht. Im Beispielsfall der FIG. 1 sind hierfür
metallene Verbindungsklammern 3 vorgesehen, die das Rohr 2 an die Lamellen Λ grossflächig anpressen. Diese lösbare Verbindungstechnik hat gegenüber einer der
anderen möglichen unlösbaren oder schwer lösbaren den Vorteil schneller Reparaturmöglichkeit durch Austausch defekter Teile. Weiterhin wird die Formgebungsmöglichkeit der Vorrichtung beim Ersteinbau ohne Rücksicht auf die Forrnateinteilung verbessert, eine leichtere Handhabung und Lagerung erzielt und sogar dem geografischen Einsatzort im Einzelfall dadurch Rechnung getragen, dass der gewünschten Oberflächengrösse und Struktur angepasste Änderungen im Sinne eines Bausatzsystens durchführbar sind.

'«Venn oben von einer wellblechartigen Ausbildung der Lamellen 1 gesprochen wurde, so ist aamit - '.vie inan ohne weiteres am Beispielsfall der FIG. 1 ernennt nicht zwingend ein Blechprofil geinäsi-. einer Sinus- oder

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einer Dreieckschwingung der Elektrotechnik verstanden. Vielmehr kommt es ja bei der Ausbildung der Lamellen 1 im Bereich des Rohres 2 ganz besonders auf einen guten thermischen Kontakt mit dem Rohr an, so dass in diesem Bereich die Lamellen möglichst eng anliegend an die Rohraussenwandung gestaltet sind.

An einem seiner Enden hat das Leitungsrohr 2 eine Einlass- und am anderen Ende eine Auslassöffnung für das strömungsfähige Wärmetransportmittel. Je nachdem ob sich die Einlassöffnung entsprechend der FIG. 1 am in der Zeichnung unteren oder oberen Ende befindet, strömt das durch das Rohr 2 gepumpte (Pumpe ist nicht gezeigt) Warmetransportmittel in Richtung einer der zwei gezeigten Pfeilscharen.

Gemäss einer in FIG. 1 gezeigten Weiterbildung der Erfindung befindet sich im Leitungsrohr 2 eine angenähert wellenförmige Strömungsleiterstruktur 4. Sie besteht aus gut wärmeleitfähigem Material, z.B. Metall. Die Breite dieser Struktur ist zweckmässigerweise nur etwa halb so gross gewählt wie der grösseren der zwei Innenabmessungen des flachprofilierten Rohres entspricht.

Vorzugsweise ist der gegenseitige Abstand von Wellenberg zu Wellental, d.h. die zweifache Amplitude gleich der kleineren der zwei Innenabmessungen des flachproiliierten Rohres ^ entsprechend dimensioniert.

Die Beachtung dieser zwei vorgenannten D^aensionierun -svorscaläge ist einerseits deswegen vorteilhaft, weil aucn bei initcigeni Verlauf der Struktur 4- im Rohr 2, d.h.

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auch bei fortlaufender Übereinstimmung der Lagen der Längsachsen der Struktur 4 und des Rohres 2 der Strömungswiderstand für das Wärmetransportmittel im Rohr 2 durch die Struktur 4 nicht unvertretbar erhöht wird, und andererseits deswegen, weil durch die Struktur 4 in ganz erheblichem Masse der Wärmeübergang vom Rohr 2 auf das Wärmetransportmittel dadurch verbessert wird, dass das Wärmetransportmittel entlang der Rohr- und Strukturlängsausdehnung von links nach rechts (bzw. umgekehrt) im Sinne der eingezeichneten Pfeilscharen durch die Lücken der Struktur 4- hindurchtritt. Diese Struktur 4- hat bei der empfohlenen Dimensionierung ja mit der oberen und der unteren Breitseite des flachprofilierten Rohres 2 guten thermischen Kontakt.

Noch weiter verbessert wird die angescrebte Wärineaustauschwirkung zwischen dem Rohr 2 und dem «armetransportmittel, wenn - wie in FIG. 1 gezeigt - die Längsachse der Scruktur 4- innexhalb des Rohres 2 schlangenartig verläuft; hierzu ist es zweckmässig, alternierend rechts und links von der Struktur 4- im Rohr 2 Distanzstücke 5 vorzusehen, die die Struktur 4· an die gegenüberliegende Schmalseite des Rohres 2 pressen. Hierdurch wird nämlich der Durchtritt des Wärmetransportmittels durch die Lücken der Struktur erleichtert und mengenmässig erhöht. Diese Distanzstücice sind vorzugsweise - wie gezeigt - wellenförmig profiliert, damit das '/Värmetransportmittel möglichst ungeninlert strömen kann; vorteilhafterweise bestehen sie aus federndem und gut wärme leitfähigem Material.

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Grundsätzlich ist die Struktur 4 auch durch äquivalente Mittel ersetzbar, beispielsweise durch eine nicht gezeigte Borstenmatte mit vergleichbaren thermischen \ Übertragungseigenschaften. Die gezeigte Struktur ist \ demgenüber aber besonders effektiv.

Im Regelfall wird die Erfindung unter Verwendung mehr als eines Leitungsrohres 2 realisiert, beispielsweise eines Registers aus mehreren parallel ausgerichteten geraden Leitungsrohren wie in FIG. 2.

FIG. 2 ist im Stil einsr Explosionszeichnung dargestellt. Wie bereits aus FIG. 1 andeutungsweise erkennbar, befinden sich rechts und links vom Rohr 2 weitere gleichartige Rohre. Das Wärmetransportmiteel wird allen Rohren des Registers mittels eines Verteiierrohrs 6, an das alle Einlassöffnungen der Rohre parallel angeschlossen sind, gleichzeitig zugeführt. Mit 7 ist in FIG. 2 das Eegister bezeichnet. Analog zum Verteilerohr 6 führt ein Abflussrohr an den Ausgangsöffnungen aller Rohre des Registers 7 das erwärmte Wärmetransportmittel gleichzeitig ab.

Die bisher beschriebene Vorrichtung nach der Erfindung ist gemäss FIG. 2 zweckmässigerweise in ein metallenes Gehäuse 9 eingesetzt, das das Register 7 infolge einer guten inneren Gehäuseauskleidung mit Wärmeisoliermaterial nach unten thermisch abschirmt (vgl. ir. FIG. den Hinweis "Isolierung").

FIG. 3 zei^t den quadorförmigen. Gesa^tau^V-iu der Vorxichtun^ nach der Erfindung in Aussenansicht. über deai Register7

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befindet sich, zweckmassigerweise eine wärmetransparente Abdeckung z.B. aus Solarglas (Acrylglas), Kunststoff oder Folie, die mit 10 bezeichnet ist.

Die PIG. M- bis 6 dienen der Erläuterung ähnlicher Ausführungsformen der Erfindung zu den bisher beschriebenen.

Es handelt sich um Leitungsrohre 3' und 3", die in unterschiedlich profilierte Lamellen 1' und .1"bzw. 1"' unter Verwendung zusätzlicher Halteklammern 2' bzw. 2" eingespannt sind.

Bei der Materialauswahl für die Vorrichtung nach der Erfindung und das ^vyärmetransportmittel ist es zur Erzielung einer langen Lebensdauer der Vorrichtung von Bedeutung, von vornherein elektrolytische Prozesse grundsätzlich möglichst vollständig auszuschliessen.

Von besonderem Vorteil ist die Vorrichtung nach der Erfindung dadurch, dass die einfallende Wärme nicht nur die Leitungsrohre des WärmetransportmitteIs, also "benetzte Medienleiter" erwärmt, sondern die Gesamtvorrichtung mit den Lamellen, wodurch örtliche ansonsten schwer vermeidbare tJbernitzungen ausgeschlossen werden, die zerstörerische Konsequenzen haben können.

Ab

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Claims

Josef Holzner
Völklinger Weg 7
D-79OO Ulm

Ansprüche

(1./ Vorrichtung zum Auffangen von vorzugsweise solarer Wärmestrahlung und zum Übertragen der Wärme auf ein strömungsfähiges Wärmetransportmittel, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein endseitig mit mindest einer Einlass- und am gegenüberliegenden Ende mit mindest einer Auslassöffnung versehenes Leitungsrohr für das Wärmetransportmittel vorgesehen ist, dass das Leitungsrohr aus gut wärmeleitfähigem Material besteht und dass es an seiner Aussenseita im wesentlichen über seine gesamte Längsausdehnung durch innige■mechanisch-konstruktive Vereinigung mit bezüglich der Rohrlängsachse rechts und links ausladenden Lamellen aus gut wärmeleitfähigem Material thermisch kontaktiert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch jek-3nne<?i ",hnet, dass das Leitungsrohr und/oder die Lamellen aus Mecall bestehen.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Leitungsrohr (2) flachprofiliert ist (PIG. 1).
4·. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (1) in einer gemeinsamen Ebene verlaufen, die senkrecht zur zu erwartenden Einfallrichtung der Wärmestrahlung ; ausgerichtet ist und bei einem flachprofilierten :

Leitungsrohr (2) parallel zu dessen grösseren ι

seiner zwei Profi!abmessungen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (1) angenähert wellblechartig ausgeführt sind (FIG. 1).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (1) oberflächenvergrössert ausgebildet sind, beispielsweise durch eine gekörnte Striifcurierung der der Lamellen-Oberfläche auf ihrer r im Einsatzfall der Vorrichtung der einfallenden wärmestrahlung zugewandten Seite.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen-Oberflächen dunkel eingefärbt und/oder frequenzselektiv chemisch beschichtet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis,7>

dadurch gekennzeichnet, dass zur mechanisch-konstruktiven

Vereinigung des zumindest einen Leitungsrohres (2) mit den Lamellen (1) metallene Verbindungsklammern (3) vorgesehen sind (FIG. 1).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem zumindest einen Leitungsrohr (2) eine angenähert; wellenförmige Strömungsleiterstruktur (4·) aus gut wärmeleitfähigem Material befindet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Strömungsleiterstruktur (4) bei einem flachprofilierten Leitungsrohr(2) etwa halb so gross gewählt ist wie der grösseren der zwei Innenabmessungen des Eohres entspricht oder bei einem runden Leitungsrohr (3") etwa gleich dessen halbem Innendurchmesser entsprechend.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweifache Amplitude der Wellenform der Strömungsleiterstruktur (4-) entsprechend der Innenabmessung des Leitungsrohres (2) gewählt ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Strömungsleiterstruktur (4-) innerhalb des Leitungsrohres schlangenartig verläuft (FIG. 1).
13· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagejustierung

und Lagesicherung der Strömungsleiterstruktur (4) im Leitungsrohr (2) Distanzstücko vorzugsweise mit wellenförmigem Puofil (5) vorsehen sind, weiche aus wärmeleitfähigem Material bestehen, das federnd ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leitungsrohre (2) zu einem Register (7) aus parallel zueinander verlaufenden Leitungsrohren mit zugehörigen, untereinander verbundenen Lamellen (1) zusammengefasst sind (E¹IG. 2).
15· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass alle Leitungsrohre des Registers (7) auf einer gemeinsamen Endseite an ein gemeinsames Verteilerrohr (6) zur Zuführung des "armetransportmitteIs angeschlossen sind und auf ihrer anderen gemeinsamen

an ein gemeinsames
Endseite Abflussrohr (8).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- bzw. die Auslassöffnung der gemeinsamen Einlass- und Abflussrohre bezüglich des Registers (7) diagonal einander gegenüberliegen.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Register (7) in ein Gehäuse (9) eingestzt ist, welches das Register nach unten und ggf. seitlich thermisch isoliert und welches oben durch eine wärmetransparente Abdeckung (10) z.B. aus Acrylglas abgedeckt ist.