DE4120692A1 - Solarkollektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor mit wenigstens einem Wärmerohr (heat pipe), dessen Kondensatorteil an einem Wärmetauscherrohr mittels eines Verbindungsbauteils wärmeleitend gehalten ist.

In dem DE-GM 82 20 211 ist ein Verbindungsbauteil für einen solchen Solarkollektor beschrieben. Dieses besteht aus formstabilen Stücken, die sich an das Wärmetauscherrohr und das Kondensatorteil des Wärmerohrs anklemmen lassen. Ist mit größeren Toleranzen zu rechnen, dann ergibt sich ein unvollkommener Flächenkontakt zwischen den Klemmstücken und dem Wärmetauscherrohr bzw. dem Kondensatorteil. Die festgezogenen Klemmstücke lassen Wärmedehnungen zwischen dem Wärmetauscherrohr und dem Kondensatorteil kaum zu. Die Stücke werden meist aus Aluminium gefertigt. Ihr Wärmeleitvermögen ist dadurch gering. Außerdem weisen die Klemmstücke weit ab vom Wärmetauscherrohr liegende Oberflächenbereiche auf. Dies beeinträchtigt die Wärmeübertragung.

Außerdem ist der Bereich des Klemmstücks, in dem die Wärme vom Kondensatorteil auf das Wärmetauscherrohr fließen soll, vergleichsweise eng. Dies ist ebenfalls für die Wärmeübertragung ungünstig.

In dem DE-GM 82 20 230 ist ein weiteres Verbindungsbauteil für einen Solarkollektor beschrieben. Dieses zeigt ebenfalls die oben genannten Unzulänglichkeiten.

In der DE 30 24 475 A1 ist ein Solarkollektor beschrieben, bei dem im Wärmetauscherrohr ein Hohlraum ausgebildet ist, in den das Kondensatorteil eingeschoben ist. Der Hohlraum ist von einer geschlossenen Wandung begrenzt. Bauliche Toleranzen beeinträchtigen hier schnell die Wärmeübertragung zwischen dem Kondensatorteil und dem Wärmetauscherrohr. Außerdem muß der Durchmesser des Wärmetauscherrohrs etwa gleich der Länge des Kondensatorteils sein, um einen hinreichend großen Flächenkontakt zu erreichen.

In der DE 33 27 938 A1 ist ein weiterer Solarkollektor der eingangs genannten Art beschrieben. Das Wärmetauscherrohr weist zur Aufnahme des Kondensatorteils einen ausgebuchteten Abschnitt auf. Hier wird im wesentlichen nur von derjenigen Seite des Kondensatorteils Wärme auf das Wärmetauscherrohr übertragen, die an diesem anliegt. Dies führt zu einem ungünstigen Wirkungsgrad.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Solarkollektor der eingangs genannten Art den Flächenkontakt zu verbessern und von Toleranzen weitgehend unabhängig zu machen.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Solarkollektor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Verbindungsbauteil aus einem biegbaren Bandstück aus einem gut wärmeleitfähigen Material besteht, daß das Bandstück um das Wärmetauscherrohr umgelegt ist, daß die Enden des Bandstückes an das Kondensatorteil angelegt sind und mittels wenigstens eines Andruckelements an diesem gehalten sind und daß das Bandstück im Rahmen seiner Elastizität durch das Andruckelement bzw. Andruckelemente wärmeleitend eng an das Wärmetauscherrohr und an das Kondensatorteil angedrückt ist.

Das biegbare Bandstück schmiegt sich unabhängig von Toleranzen an das Wärmetauscherrohr und das Kondensatorteil an. Das Bandstück ist ein einstückiges Verbindungsbauteil. Dies verbessert die Wärmeübertragung erheblich, da die Wärme nicht über Fugen bzw. Spalte geleitet werden muß.

Das Bandstück vermeidet die Notwendigkeit von aufwendigen Formteilen. Es ist preiswert, auch wenn es aus einem gut wärmeleitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer besteht.

Vorteilhaft ist auch, daß das Kondensatorteil und das Wärmeträgerrohr einen einfachen kreisförmigen Querschnitt haben können. Es sind somit am Kondensatorteil und am Wärmeträgerrohr keine besonderen Gestaltungen notwendig. Ohne weiteres kann das Bandstück so lang gewählt werden, daß es sich beidseitig über die gesamte Länge des Kondensatorteils erstreckt.

In Ausgestaltung der Erfindung kann das Bandstück von einem Blechzuschnitt gebildet sein, oder aus geflochtenem Draht in Art einer Litze bestehen.

Bei solchen Solarkollektoren ist das Wärmetauscherrohr isoliert in einem Kasten geführt. In Weiterbildung der Erfindung ist das Wärmetauscherrohr im Kasten beweglich pendelbar aufgehängt. Dadurch ist erreicht, daß Fertigungs- und Montagetoleranzen nicht zu Verspannungen zwischen dem Wärmetauscherrohr und dem Kondensatorteil führen. Außerdem nimmt die pendelbare Aufhängung auch temperaturbedingte Maßänderungen auf.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Verbindungsbauteil an einem Wärmetauscherrohr vor dem Einschieben eines Kondensatorteils,

Fig. 2 eine Alternative zu Fig. 1 und

Fig. 3 das in einem Kasten aufgehängte Wärmetauscherrohr.

Ein Solarkollektor weist eine Mehrzahl von Wärmerohren (heat pipe) auf, von denen in den Figuren eines teilweise gezeigt ist. Das Wärmerohr (1) weist ein Verdampferteil (2) und ein Kondensatorteil (3) auf. Das Kondensatorteil (3) ist über ein Verbindungsbauteil (4) mit einem Wärmetauscherrohr (5) wärmeleitend verbunden.

Das Verbindungsbauteil (4) besteht aus einem biegbaren Bandstück (6) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Der mittlere Bereich (7) des Bandstücks (6) ist um das Wärmetauscherrohr (5) gelegt. Seine Enden (8, 9) dienen dem Umschließen des Kondensatorteils (3). Sie sind ebenso lang wie das Kondensatorteil (3). Das Bandstück (6) ist einstückig.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht das Bandstück (6) aus einem Kupferblechzuschnitt. An seinen Enden (8, 9) sind halbschalige Aufnahmen (10, 11) vorgeformt. Neben diesen bestehen beidseitig Laschen (12 bis 15), die mittels Schrauben (16) nach dem Einschieben des Kondensatorteils (3) in die Aufnahmen (10, 11) gegeneinander verspannbar sind.

Die Funktionsweise des Verbindungsbauteils (4) nach Fig. 1 ist etwa folgende:
Der mittlere Bereich (7) des Bandstücks (6) wird um das Wärmetauscherrohr (5) gebogen, oder das dieses wird in den vorgebogenen mittleren Bereich (7) eingeschoben. Die Schrauben (16) sind in diesem Zustand noch gelöst.

Anschließend wird das Kondensatorteil (3) in die Aufnahmen (10, 11) geschoben.

Danach werden dann die Schrauben (16) festgezogen. Durch das Festziehen der Schrauben (16), die als Andruckelemente wirken, wird der mittlere Bereich (7) unabhängig von den jeweiligen Durchmessertoleranzen des kreisförmigen Querschnitts des Wärmetauscherrohrs (5) wärmeleitend eng an das Wärmetauscherrohr (5) angedrückt. Gleichzeitig werden die Aufnahmen (10, 11) unabhängig von Toleranzen des Durchmessers des zylindrischen Kondensatorteils (3) wärmeleitend dicht an das Kondensatorteil (3) angepreßt.

Dadurch ist ein sicherer Flächenkontakt zwischen dem Kondensatorteil (3) und dem Bandstück (6) einerseits und dem Bandstück (6) und dem Wärmetauscherrohr (5) andererseits gewährleistet. Dabei besteht sowohl zwischen der Aufnahme (10) und dem mittleren Bereich (7) als auch zwischen der Aufnahme (11) und dem mittleren Bereich (7) keinerlei die Wärmeübertragung hemmende Fuge, so daß insgesamt die Wärme von praktisch dem gesamten Umfang und der gesamten Länge des Kondensatorteils (3) über das einstückige Bandstück (6) direkt auf das Wärmetauscherrohr (5) übertragen wird.

Im Rahmen seiner Elastizität kann das Bandstück (6) Wärmedehnungen des Wärmetauscherrohrs (5) oder des Kondensatorteils (3) mitmachen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Bandstück (6) von einer aus Kupferdraht geflochtenen, flexiblen Litze gebildet. Der mittlere Bereich (7) kann an das Wärmetauscherrohr (5) angeschweißt oder angelötet sein. Ihre Enden (8, 9) können an das Kondensatorteil (3) angeschweißt oder angelötet sein.

Es ist jedoch nach Fig. 2 auch möglich, den mittleren Bereich (7) mittels einer federelastischen Klammer (17) an das Wärmetauscherrohr (5) anzuspannen. Mittels einer weiteren federelastischen Klammer (18) lassen sich die beiden Enden (8, 9) an dem Kondensatorteil (3) anspannen. Dadurch ist eine von Toleranzen unabhängige großflächige Anlage des geflochtenen Bandstücks (6) an dem Kondensatorteil (3) einerseits und dem Wärmetauscherrohr (5) andererseits erreicht. Aufgrund der Federelastizität der Klammern (17, 18) werden auch Wärmedehnungen der Durchmesser des Kondensatorteils (3) und des Wärmetauscherrohrs (5) aufgenommen.

Das geflochtene Bandstück (6) weist zwischen den an dem Kondensatorteil (3) anliegenden Enden (8, 9) und seinem das Wärmetauscherrohr (5) umschließenden mittleren Bereich (7) einen Zwischenbereich (19) auf. Dieser hat die Flexibilität des geflochtenen Bandstücks (6). Dadurch werden auch temperaturbedingte Längendehnungen des Wärmerohrs (1) aufgefangen, ohne zu Verspannung zwischen dessen Kondensatorteil (3) und dem Wärmetauscherrohr (5) zu führen.

Das Kondensatorteil (3) muß nicht zylindrisch sein. Es kann auch, wie in Fig. 2 angedeutet, konisch gestaltet sein. Die Klammer (18) ist dann dementsprechend bemessen.

Die Klammern (17, 18) bilden hier die Andruckelemente. Die Klammer (17) erstreckt sich über die gesamte Breite des Bandstücks (6). Die Klammer (18) erstreckt sich über die gesamte Länge des Kondensatorteils (3). Die Klammern (17, 18) brauchen nicht aus einem gut wärmeleitenden Material zu bestehen, da sie zur Wärmeleitung nicht beitragen müssen. Es ist günstiger, sie aus einem schlecht wärmeleitenden Material herzustellen, da sie dann höchstens wenig Wärme nach außen abgeben.

In Fig. 3 ist ein Kasten (20) gezeigt, in dem das Wärmetauscherrohr (5) angeordnet ist. Bei der Installation des Solarkollektors ist der Kasten (20) bzw. das Wärmetauscherrohr (5) oben angeordnet und von ihm aus erstreckt sich das Wärmerohr (1) nach unten. Der Kasten (20) ist mit einem Isolationsmaterial (21) gefüllt.

Im Kasten (20) ist das Wärmetauscherrohr (5) beweglich pendelbar aufgehängt. Hierfür ist wenigstens eine flexible Schlaufe (22) im Kasten (20) befestigt, die von einem Band, einem Seil oder einer Kette gebildet sein kann. Durch die Schlaufe (22) ist das Wärmetauscherrohr (5) hindurchgeführt. Die Schlaufe (22) kann mittels einer Schraube (23) oder einem Niet an einer Schiene (24) des Kastens (20) befestigt sein.

In Fig. 3 ist das Verbindungsbauteil (4) nach Fig. 1 dargestellt. Das Wärmerohr (1) ist über eine Dichtscheibe (25) in den Kasten (20) eingeführt. Durch die in Richtung des Doppelpfeils (P) pendelbare Anordnung des Wärmetauscherrohrs (5) ist erreicht, daß Toleranzen zwischen dem Wärmerohr (1) und dem Wärmetauscherrohr (5), die sich aus der Fertigung oder bei der Montage des Solarkollektors ergeben, nicht zu einer Verspannung des Wärmerohrs (1) gegenüber dem Wärmetauscherrohr (5) führen. Solche Verspannungen zu vermeiden, ist günstig, da das Wärmerohr (1) bruchempfindliche Glaskörper aufweist.

Um die Reibung zwischen der Schlaufe (22) und dem Wärmetauscherrohr (5) zu verringern, kann die Schlaufe (22) mit einer Schicht (26) versehen sein, die einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist. Die Schlaufe (22) und/oder die Schicht (26) besteht aus einem schlecht wärmeleitenden Material, damit die Schlaufe (22) möglichst wenig Wärme vom Wärmetauscherrohr (5) auf den Kasten (20) überträgt.

Bei temperaturbedingten Wärmedehnungen des Wärmerohrs (1) weicht das Wärmetauscherrohr (5) aus. Die Dichtscheibe (25), durch die das Wärmerohr (1) in den Kasten (20) eingeführt ist, wird bei Längendehnungen des Wärmerohrs (1) verstärkt angedrückt, so daß sich bei hohen Temperaturen am Verdampferteil (2) des Wärmerohrs (1) die Abdichtung des Kasten (20) gegenüber der Umgebung nicht verschlechtert, sondern verbessert.

Im Rahmen der Erfindung liegen zahlreiche weitere Ausführungsbeispiele, die sich aus Kombinationen der beschriebenen Teilmerkmale ergeben. So ist es beispielsweise möglich, beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 anstelle der Schrauben (16) auf federelastische Klammern (17, 18) vorzusehen, die die Laschen (12 bis 15) zusammendrücken.

Claims (12)

1. Solarkollektor mit wenigstens einem Wärmerohr, dessen Kondensatorteil an einem Wärmetauscherrohr mittels eines Verbindungsbauteils wärmeleitend gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsbauteil aus einem biegbaren Bandstück (6) aus einem gut wärmeleitfähigen Material besteht, daß das Bandstück (6) um das Wärmetauscherrohr (5) umgelegt ist, daß die Enden (8, 9) des Bandstückes (6) an das Kondensatorteil (3) angelegt sind und mittels wenigstens eines Andruckelements (16, 18) an diesem gehalten sind und daß das Bandstück (6) im Rahmen seiner Elastizität durch das Andruckelement (16) bzw. Andruckelemente (16; 17, 18) wärmeleitend eng an das Wärmetauscherrohr (5) und an das Kondensatorteil (3) angedrückt ist.

2. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandstück (6) aus einem Blechzuschnitt besteht.

3. Solarkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden (8, 9) des Bandstücks (6) halbschalige Aufnahmen (10, 11) für das Kondensatorteil (3) vorgeformt sind.

4. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandstück (6) aus geflochtenem Draht besteht.

5. Solarkollektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmetauscherrohr (5) und dem Kondensatorteil (3) ein flexibler Zwischenbereich (19) des Bandstücks (6) besteht.

6. Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandstück (6) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.

7. Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckelemente Schrauben (16) sind.

8. Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckelemente federelastische Klammern (17, 18) sind.

9. Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 und 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckelemente an Laschen (12 bis 15) angreifen, die neben den Aufnahmen (10, 11) bestehen.

10. Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klammer (17) den mittleren Bereich (7) des Bandstücks (6) an das Wärmetauscherrohr (5) und eine weitere Klammer (18) die Enden (8, 9) des Bandstücks (6) an das Kondensatorteil (3) andrücken.

11. Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmetauscherrohr (5) in einem Kasten (20) isoliert angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherrohr (5) im Kasten (20) beweglich pendelbar aufgehängt ist.

12. Solarkollektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängung durch eine flexible Schlaufe (22) gebildet ist.