DE9400960U1 - Solarkollektor mit geformtem Kupferrohrsammelleiter - Google Patents
Solarkollektor mit geformtem KupferrohrsammelleiterInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Solarkollektor mit Wärmerohr, insbesondere mit geformtem Kupferrohrsammelleiter.
Solarkollektoren sind geeignet, Sonnenstrahlung in Wärme umzuwandeln
und die Wärme mit möglichst großer Effizienz mittels eines Wärmetransportfluids, das beispielsweise Wasser oder Luft
sein kann, weiter zu transportieren.
Solarkollektoren der hier beschriebenen Art umfassen ein Wärmerohr, dessen wesentliche Funktion der Übergang und die
Verteilung von Wärme durch Verdampfung und Kondensation einer Arbeitsflüssigkeit (Wärmetransfermedium) ist. Das wesentliche
Merkmal eines Wärmerohrs besteht darin, daß Energie, die notwendig ist, die Flüssigkeit und den Dampf, in Anwesenheit von
Schwerkraft vollständig durch die bereitgestellte Wärmequelle fliessen zu lassen, so daß keine externen Pumpen erforderlich
sind. Die Verwendung derartiger Wärmerohre in Solarkollektoren ist beispielsweise aus den GB-2 023 803 A und GB-2 023 804 A
bekannt.
Solarkollektoren umfassen weiterhin ein Wärmeaustauschsystem,
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bei dem der Kondensator eines der wesentlichen Teile ist. Der Kondensator befindet sich üblicherweise in einer Sammelleitung,
durch ein Warmetransportfluid hindurchgeführt wird, das die
Wärme aus dem Kondensator entnimmt und weiterleitet. Dementsprechend ist es erforderlich, einen ausreichenden Wärmeübergang
von dem Kondensator zu der Wärme-transportierenden Flüssigkeit in der Sammelleitung bereitzustellen. Darüber hinaus ist es
erforderlich, den Kondensator der Ausgangsleistung des Kollektors anzupassen. Auch ist es notwendig, einen möglichst geringen
thermischen Widerstand zwischen dem Kondensator und dem Warmetransportfluid
der Sammelleitung zu erreichen.
Eine weitere Anforderung an zufriedenstellende Solarkollektoren ist eine einfache Bauweise des Solarkollektors, so daß die
einzelnen Komponenten möglichst einfach zusammenzubauen und austauschbar sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Verbesserung
des Wärmeübergangs von dem Solarkollektor, insbesondere des Kondensators auf eine Sammelleitung.
Die vorgenannte Aufgabe wird gelöst durch einen Solarkollektor mit Wärmerohr umfassend eine Sammelleitung (F) und einen Kondensator,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (F) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung äquidistante Einquetschungen
(Fl) halbzylindrischen Querschnitts aufweist, die in äquidistanten Aluminiumblöcke (G) eingeschlossen sind, wobei die Aluminiumblöcke
(G) halbzylindrische Ausnehmungen (K) aufweisen, die zur Aufnahme von zylindrischen Kondensatoren (A) geeignet sind.
In der Figur 1 ist ein Solarkollektor mit einem evakuierten Glasrohr oder einem beliebigen anderen transparenten Material
(E) dargestellt, der eine Absorberplatte (D) enthält, die an eine Verdampfereinheit (C) des Wärmerohrs mittels eines
zylindrischen Kondensators (A) gebunden ist. Die Verbindung des Kondensators (A) zu der Verdampfungseinheit wird durch einen,
gegebenenfalls flexiblen metallischen Hals (B), der gegebenen-
falls aus Kupfer bestehen kann, bereitgestellt.
Die Sammelleitung (F) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung wird
in einer Form (Fl) in äguidistanten Abständen, ähnlich der zylindrischen Form des Kondensators (A), jedoch mit einem
geringfügig größeren Durchmesser eingeguetscht. An die so bereitgestellten zylindrischen Flächen zur Aufnahme des
Kondensators (A) werden Aluminiumblöcke (G) angeformt, beispielsweise durch Druckgießen direkt auf dem Kupferrohr,
wobei die Aluminiumblöcke (G) ihrerseits halbzylindrische Ausnehmungen (K) aufweisen, die genau die gleiche Form,
insbesondere die halbzylindrische Form des Kondensators (A) aufweisen.
Der Kondensator (A) wird in dem Aluminiumblock (G) eingesetzt und beispielsweise mit Hilfe einer Schelle (H) aus einem gut
wärmeleitfähigen Material gehalten, wobei die Schelle mit einer Reihe von Bolzen oder Schraubenmuttern an dem Aluminiumblock (G)
befestigt ist, so daß der Kondensator (A) eine feste Verbindung mit dem Aluminiumblock (G) eingeht, die einen effizienten Wärmetransport
von dem Kondensator (A) zu dem Aluminiumblock (G) gewährleistet, wobei in der Sammelleitung (F) das Wärmetransportfluid,
insbesondere Wasser, zirkuliert.
Die Einquetschungen (Fl) der Sammelleitung verbessern den Wärmetransport
von der Kupferleitung zu dem Wärmetransportfluid (insbesondere Wasser) aufgrund der Erhöhung der Fließgeschwindigkeit
(geringerer Querschnitt) und Mikroturbulenzen in der Umgebung der Einquetschung (Fl). Das direkte Gießen von Aluminium
oder einem ähnlich geeigneten Material auf dem Kupferrohr gewährleistet einen perfekten Wärmeübergang zusätzlich zu der
Tatsache, daß gemäß der erfindungsgemäßen Anordnung der Abstand
zwischen dem Kondensator (A) und dem Kupfermaterial der Sammelleitung (F) minimal wird, wodurch die Wärmetransportkapazität
erhöht wird.
Die Figuren 2 und 3 geben Querschnittansichten der Einquet-
schungen (Fl) und der Sammelleitung (F), einschließlich der
umgebenden Aluminiumblöcke (G) wieder.
Das Wärmetransportfluid (vorzugsweise Wasser) fließt durch die
Sammelleitung (F) und entzieht dem Kondensator (A) Wärme. Am Eingang oder Ausgang der Sammelleitung (F) wird der Einlaß oder
Auslaß (J) angebracht.
In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der
Solarkollektor eine transparente Abdeckung und eine Absorptionseinheit
auf. Die Absorptionseinheit weist eine planare Konfiguration zur Absorption von Sonnenenergiestrahlung auf, wobei die
Einheit wenigstens einen geschlossenen metallischen Kanal (Metallröhre) mit longitudinaler Ausdehnung und eine Arbeitsflüssigkeit (Wärmetransfermedium) umfaßt, die zur Verdampfung
geeignet ist. Eine Verdampfungseinheit (Verdampfer) befindet sich im thermischen Kontakt mit dem Absorber. Eine Kondensatoreinrichtung
(Kondensator) befindet sich während der Funktion des Systems räumlich auf einem höheren Niveau gegenüber dem Absorber,
wobei der Kondensator (A) von einer Sammelleitung (F) aufgenommen wird, die ein Wärmetransportfluid zum Fließen
veranlaßt.
Wenn beim Einsatz des Solarkollektors keine Sonnenstrahlung auf den Kollektor trifft, wird die Arbeitsflüssigkeit in dem
Bodenendteil der Verdampfungseinrichtung (Verdampfer) des Wärmerohrs gesammelt. Wenn anschließend die Sonnenstrahlung auf
den Kollektor auftrifft, wird die gesamte Platte der Absorptionseinheit und damit auch der Verdampfungskanal erhitzt. Die,
sich am Boden des Verdampfungskanals befindende Arbeitsflüssigkeit
beginnt zu verdampfen und übergibt die Wärme an den Kondensator (A), wobei durch den Kondensationsprozess Energie
freigesetzt wird.
Der Kondensator (A) des Kollektors mit Wärmrohr befindet sich in direktem thermischem Kontakt mit dem Wärmetransportfluid (beispielsweise
Wasser) in der Sammelleitung (F), wobei die Wärme
_ 5 übertragen wird.
Die transparente Hülle des Sonnenkollektors wird vorzugsweise evakuiert, wobei der Absorber möglichst geringe Wärmeabstrahlungseigenschaften
aufweisen soll. Dementsprechend sind die Verluste an Strahlungsenergie sehr klein, so daß die Temperatur
der Absorptionsvorrichtung Temperaturen gut oberhalb von etwa 2000C erreichen kann. Üblicherweise werden jedoch entsprechende
Sonnenkollektoren für eine maximale Anwendungstemperatur von bis
zu 1000C ausgelegt.
Wenn keine Energie verbraucht wird, beispielsweise durch einen
Fehler innerhalb des Zirkulationssystems der Sammelleitung (F) oder durch niedrigen Wärmeverbrauch im System, kann die Temperatur
in dem Kondensator (A) jedoch leicht die gewünschte Maximaltemperatur von 1000C überschreiten. Zur Vermeidung von
jedweder Überhitzung und möglicher Zerstörung des Systems sind daher gegebenenfalls besondere Sicherheitsmaßnahmen einzusetzen,
um das System anwendungssicher für den Verwender zu gestalten,
wobei eine exakte Menge der Arbeitsflüssigkeit in dem Wärmerohr von besonderer Bedeutung ist.
Claims (3)
1. Solarkollektor mit Wärmerohr, umfassend einen Sammelleiter
(F) und einen Kondensator (A)1. dadurch gekennzeichnet, daß
der Sammelleiter (F) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung äquidistante Einquetschungen (Fl) halbzylindxischen Querschnitts
aufweist, die in äquidistanten Aluminiumblöcken
(G) eingeschlossen sind, wobei die Al uminiuinb locke (G)
halbzylindrische Ausnehmungen (H) aufweisen, die zur Aufnahme von zylindrischen Kondensatoren (A) geeignet sind.
2. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Aluminiumblöcke (G) durch Druckgießen hergestellt sind.
3. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (A) mit den Aluminiumblöcken (G) durch
Schellen (H) befestigt ist.
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Also Published As
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| GB9302446D0 (en) | 1993-03-24 |
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