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Freiluftkollektor zur Absorption von Strahlungs- und KonvektionswärmeOutdoor collector for the absorption of radiant and convection heat
Die Erfindung betrifft einen zum Anschluss an eine Wärme- pumpe bzw. einen Wärmespeicher bestimmten Freiluftkollek¬ tor mit flüssigem Wärmeträger zur Absorption von Strahlungs¬ und Konvektionswärme.The invention relates to an open-air collector intended for connection to a heat pump or a heat store with a liquid heat transfer medium for absorbing radiant and convective heat.
Neben Sonnenkollektoren, welche ausschliesslich Sonnenstrah- lung absorbieren, sind z.B. als Energiedach bezeichnete Wär¬ mekollektoren bekannt, welche nicht nur die Sonnenstrahlung umsetzen, sondern auch der Umgebungsluft Wärme entziehen. Solche Wärmekollektoren, die ausser bei Sonnenschein auch bei bedecktem Himmel und bei Nacht wirksam sind, weisen eine kompakte und im wesentlichen glatte Absorberfläche auf, die auf Hausdächern oder an Hausfassaden angeordnet wird.In addition to solar collectors, which only absorb solar radiation, e.g. heat collectors known as energy roofs, which not only convert the solar radiation but also extract heat from the ambient air. Such heat collectors, which are effective not only in sunshine but also in overcast skies and at night, have a compact and essentially smooth absorber surface which is arranged on roofs or on house facades.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Freiluftkollek¬ tors der eingangs genannten Art, der in Verbindung z.B. mit einer Wärmepumpe einen höheren Wirkungsgrad ergibt und der einfach herstellbar ist, insbesondere inr Bausatz geliefert und von Hausbesitzern selbst hergestellt und montiert wer¬ den kann.The invention aims to create an open-air collector of the type mentioned in the introduction, which in connection e.g. results in a higher efficiency with a heat pump and which is easy to manufacture, in particular delivered in a kit and can be manufactured and assembled by house owners themselves.
Die Erfindung besteht darin, dass ein grobmaschiges Rohrre¬ gister mit auf die Rohre aufgesetzten Wärmeleitblechen vor¬ gesehen ist, wobei die Wärmeleitbleche je zwei quer zur Rohrachse und schräg zur Registerebene verlaufende Lamellen aufweisen, und dass die Lamellen jeweils benachbarter Wär- meleitbleche nach verschiedenen Seiten aus der Registerebe¬ ne herausragen.The invention consists in that a coarse-mesh pipe register is provided with heat-conducting plates placed on the pipes, the heat-conducting plates each having two fins running transversely to the pipe axis and obliquely to the register level, and in that the fins of adjacent heat-conducting plates are on different sides protrude from the register level.
Der Freiluftkollektor nach der Erfindung ist ähnlich aufge¬ baut wie das Wärmeverteilungsεystem einer bekannten Boden- oder Deckenheizung, und zu seinem Aufbau können die von daher
bekannten Elemente verwendet werden.The open-air collector according to the invention is constructed in a similar way to the heat distribution system of a known floor or ceiling heating system, and therefore can be used for its construction known elements are used.
Die erfindungsgemässe Verwendung und Anordnung einer Viel¬ zahl von Wärmeleitblechen hat gegenüber einer glatten Ab- sorberflache den Vorteil, dass am Kollektor vorbeiströmen¬ der Luft viel mehr Wärme entzogen wird, weil der Luftstrom einerseits die Wärmeleitbleche beidseitig beaufschlagen kann und andererseits durch die nach verschiedenen Richtung¬ en weisenden Lamellen der Wärmeleitbleche verwirbelt wird. Bekanntlich ist der Wärmeübergang bei turbulenter Strömung besser als bei laminarer.The use and arrangement according to the invention of a large number of heat-conducting sheets has the advantage over a smooth absorber surface that much more heat is removed from the air flowing past the collector because the air flow can act on both sides of the heat-conducting sheets and on the other hand due to the different directions ¬ a pointing fins of the heat conducting plates is swirled. As is well known, the heat transfer in turbulent flow is better than in laminar.
Durch die verhältnismässig geringe erforderliche Anzahl von Rohren pro Flächeneinheit erzielt man ein geringes Volumen und damit eine rasche Umwälzung des Wärmeträgers.Due to the relatively small number of tubes required per unit area, a small volume and thus a rapid circulation of the heat transfer medium are achieved.
Versuche in einem Gebiet mit regel ässigen Winden haben ge¬ zeigt, dass ein erfindungsgemässer Freiluftkollektor mit horizontal angeordnetem und mit Abstand auf dem Flachdach' eines Einfamilienhauses verankertem Rohrregister in Ver¬ bindung mit einer aus der Massenproduktion stammenden Wär¬ mepumpe mit einem Anschlusswert unter 2 kW bei einem Wir¬ kungsgrad von 1 : 5 die im Haus während der Uebergangszeit benötigte Wärmeenergie für Heizung und Warmwasser liefern kann, wobei ein Wärmespeicher von verhältnismässig geringer Grosse ausreichte. Es traten auch bei hohen Windgeschwindig¬ keiten keine störenden Luftgeräusche auf.Tests in an area with regular winds have shown that an outdoor collector according to the invention with a pipe register arranged horizontally and anchored at a distance on the flat roof of a single-family house in connection with a heat pump from mass production with a connected load of less than 2 kW with an efficiency of 1: 5 can supply the thermal energy required for heating and hot water in the house during the transition period, a heat store of relatively small size being sufficient. There were no disturbing air noises even at high wind speeds.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt:In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically, namely:
Fig. 1 den Grundriss eines horizontal angeordneten Rohrre¬ gisters mit auf die Rohre aufgesetzen Wär eleit- blechen'und
Fig. 2 im Querschnitt zwei benachbarte Rohre mit gegen- gl,.eich aufgesetzten Wärmeleitblechen, in grösse- re Massstab.1 shows the floor plan of a horizontally arranged pipe register with heat conducting plates placed on the pipes Fig. 2 in cross-section two adjacent tubes with opposing, .ich placed heat conducting plates, on a larger scale.
Gemäss Fig. 1 ist zwischen einem Vorlaufrohr 1 und einem Rücklaufrohr 2 ein Rohrregister mit grobmaschig angeordne¬ ten Rohren 3 angeordnet. Auf die Rohre 3 sind Wärmeleit¬ bleche 4 aufgesetzt, die gemäss Fig. 2 je aus einem das Rohr umklammernden Mittelstück 5 und zwei von diesem aus- gehende, quer zur Rohrachse und schräg zur Registerebene verlaufende Lamellen 6 bestehen. Die Wärmeleitbleche 4 sind in den längs und"quer zu den Rohren 3 gebildeten Reihen ab¬ wechslungsweise von oben und von unten auf die Rohre aufge¬ setzt, so dass die Lamellen 6 jeweils benachbarter Wärme- leitbleche 4 nach verschiedenen Seiten aus der Registerebe¬ ne 7 herausragen. In Fig. 2 ist die Richtung der Lamellen der auf einem Rohr 3 jeweils benachbarten Wärmeleitbleche mit strichpunktierten Linien angedeutet.1, a pipe register with coarse-mesh pipes 3 is arranged between a feed pipe 1 and a return pipe 2. Heat-conducting sheets 4 are placed on the tubes 3, which, according to FIG. 2, each consist of a central piece 5 clasping the tube and two fins 6 extending therefrom and extending transversely to the tube axis and obliquely to the register plane. The heat-conducting sheets 4 are placed alternately from above and below on the tubes in the rows formed longitudinally and "transversely to the tubes 3, so that the fins 6 of adjacent heat-conducting sheets 4 on different sides from the register level 7, the direction of the fins of the heat-conducting sheets, which are adjacent on a tube 3, is indicated by dash-dotted lines.
Der Freiluftkollektor wird vorzugsweise horizontal ange¬ ordnet, wobei das Rohrregister mit Abstand an einer Stütz¬ fläche, z.B. auf einem Flachdach, verankert wird. Der Ab¬ stand zwischen Rohrregister und Stützfläche ist nötig, da¬ mit der Kollektor beidseitig von der Luftströmung beauf- schlagt wird. Zur Verankerung des Rohrregisters können z.B. einzelne Wärmeleitbleche benützt werden, indem die betref¬ fenden Lamellen parallel nach unten gerichtet und in einen Stützblock eingegossen werden.The open-air collector is preferably arranged horizontally, the pipe register being spaced apart on a support surface, e.g. anchored on a flat roof. The distance between the tube register and the support surface is necessary so that the collector is acted upon on both sides by the air flow. For anchoring the pipe register, e.g. individual heat-conducting sheets are used by the respective fins being directed parallel downwards and poured into a support block.
Der beschriebene Freiluftkollektor kann auch separat auf¬ gestellt und z.B. zugleich als Sonnenschutzdach über einem Gartensitzplatz oder einem Autoparkplatz benutzt werden.The open-air collector described can also be set up separately and e.g. can also be used as a sun protection roof over a garden seat or a car parking space.
Rohrregister und Wärmeleitbleche bestehen vorzugsweise aus Kupfer, wobei die Wärmeleitbleche mit den Röhren verlötetPipe registers and heat conducting plates are preferably made of copper, the heat conducting plates being soldered to the tubes
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OMP IP
sind. Das Verlöten dient zur Verbesserung des Wärmeüber¬ gangs und zur Erhöhung der Windfestigkeit. Letzteres könn¬ te man z.B. auch mit zusätzlichen, den Mittelteil 5 der Wär¬ meleitbleche 4 und das Rohr 3 umfassenden, federnden Klam- mern erzielen. Zum Verlöten kann man sich eines pastenför- igen, Lot und Fliessmedium enthaltenden Lötmittels bedie¬ nen, was den Zusammenbau des Kollektors wesentlich erleich¬ tert und zeitlich verkürzt, indem die mit dem Lötmittel auf¬ gesetzten Wärmeleitbleche durch längs der Rohre fortschrei- tende Erwärmung in einem Zuge fixiert werden können.
OMP IP are. The soldering serves to improve the heat transfer and to increase the wind resistance. The latter could also be achieved, for example, with additional resilient clamps comprising the central part 5 of the heat-conducting plates 4 and the tube 3. A paste-like solder containing solder and flow medium can be used for soldering, which considerably simplifies assembly of the collector and shortens the time by the heat-conducting plates placed on with the solder due to progressive heating along the tubes can be fixed in one move.