NO150013B - Varmevekslepanel til bruk i et samlesystem for solenergi - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører et varmevekslepanel til bruk i

et samlesystem for solenergi, omfattende et antall atskilte, parallelle, rørformede kanaler som forbinder panelets motsatt anordnede endekammere som er avgrenset av tallrike, øy- eller knastlignende, sammenbundne partier med mellomliggende tallrike, rørformede kanaler

som er ført mellom knastpartiene, hvor endekamrene er i det vesent-

lige trekantformede og omfatter innløps- og utløpspartier til pane-

let som er sideforskjøvet fra panelets midte, for å tillate et var-meveks lemedium å strømme inn i panelet og gjennom endekamrene slik

at mediet strømmer gjennom hver av de atskilte, parallelle kanaler.

Slike paneler kan brukes til utnyttelse av solenergi og spesielt i anordninger som absorberer solenergi for økning av temperaturen av et fluidum.

Det er kjent at solstrålingen kan samles opp som en ener-gikilde for oppvarming eller nedkjøling eller for direkte omdannel-

se til elektrisk strøm. Oppvarming og kjøling er avhengig av opp-samling av solenergistråler for overføring av varme til et varme-overføringssystem med et fluidum. Det oppvarmede fluidum pumpes eller gis anledning til å strømme til et utnyttelsessted for den termiske energi som er oppsamlet.

I visse områder av verden er solenergi den rikeligste

form av tilgjengelig energi hvis den bare kan utnyttes økonomisk.

Også i mer utviklede områder av verden ville den økonomiske utnyttelse av solenergien tilveiebringe et lokkende alternativ til utnyttelse av fossilt brensel for fremstilling av energi.

Varmevekslepanel av den onnledningsvis nevnte art er tidligere kjent og beskrevet f.eks. i tysk off.skrift DOS 27 25 239.

Ved paneler av denne art kan det forekomme fluidumblokkering som

skyldes turbulente strømmer under driften. Særlig når panelene er plassert i vertikalplan med innløpet ved toppen, kan dette være tilfelle. Fluidet kommer inn med en hastighet som økes som følge av

tyngdekraften og deles i flere partier som strømmer i kanalene gjennom panelet. Turbulensen forårsaker vanskeligheter på grunn av trykkfall når fluidet forlater innløpet og går inn i det utvi-dede kammer av fordeleren. Trykkfallet forårsaker igjen luftlom-mer som bremser bevegelsen av fluidet.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe et varmevekslepanel av den innledningsvis nevnte art som er mer effektiv når det gjelder utnyttelse av solenergi enn de tidligere kjente varme-vekslere av tilsvarende type fordi de ovenfor omtalte ulemper er unngått.

Varmevekslepanelet ifølge oppfinnelsen utmerker seg i det vesentlige ved at de nevnte atskilte, parallelle, rørformede kanaler er forbundet med hverandre ved hjelp av i det vesentlige tverrgående forbindelseskanaler som er anordnet i avstand fra endekamrene og forløper stort sett parallelt med overgangen fra endekamrene til de atskilte, parallelle kanaler.

Kanalfordelingsmønsteret ifølge oppfinnelsen sikrer volu-minøs ensartethet og jevn strømningsmotstand og forhindrer dannelse av skadelige trykkdifferanser i systemet.

Endekamrene har fortrinnsvis form som en rett trekant, hvor det rette vinkelhjørne av trekanten omfatter innløps- og ut-løpspartiene til endekamrene.

Overgangen mellom de atskilte, parallelle, rørformede kanaler og endekamrene kan forløpe langs trekantens hypotenus.

Det stort sett trekantformede endekammer sett i strømnings-retningen er fortrinnsvis bredest rett overfor innløpet/utløpet til panelet.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp

av eksempler og under henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 viser skjematisk en bygning og illustrerer hvor-dan paneler ifølge oppfinnelsen kan være anordnet, fig. 2 er et perspektivriss av en metallplate med et mønster av sveisehindrende materiale på platens ene side, fig. 3 er et perspektivriss av et sammensatt metallemne, hvor en annen metallplate er anbrakt på den førstnevnte plate fra fig. 2 med sammensveisningshindrende materiale anordnet i et mønster mellom platene, og fig.4 viser emnet ifølge fig. 3 under sammensveising under passeringen av et valsepar.

Fig. 5 er et toppriss av et panel ifølge oppfinnelsen med indre rørformede kanaler anordnet mellom de i tykkelsesret-ningen adskilte partier av panelet i områder hvor sveisehindrende materiale befinner seg, fig. 6 viser et snitt gjennom en rørfor-met kanal i panelet ifølge fig. 5, fig.' 7 viser et snitt med en annen utforming av kanalen, fig. 8 viser panelet ifølge oppfinnelsen med markeringene for riktig plassering av panelet, fig. 9 er et perspektivriss av et utbrutt parti av panelet og viser de rør-formede kanaler i snitt, mens fig. 10 tilsvarende viser et parti av kammerområdet, dvs. området for fordeleren eller samleren.

Panelene i samsvar med oppfinnelsen benyttes fortrinnsvis i solvarmesystemer f.eks. av den art som er vist på fig. 1, hvor et antall paneler 10 ifølge oppfinnelsen er festet på et tak 11 av en bygning 12 og som gjennom ledninger 13 og 14 på en hensiktsmessig måte er forbundet med utstyret i bygningen. Kaldt vann kan f.eks. føres fra bygningen 12 gjennom ledningen 13 ved hjelp av en pumpe e.l. Vannet strømmer langs en felles fordeler 13a og fordeles til panelene 10. Vannet gjennomstrømmer panelene 10 og oppvarmes ved hjelp av solenergi og oppsamles i en felles samler 14a og strømmer til ledningen 14. Det oppvarmede vann ma-gasineres eller benyttes i et varmevekslesystem i bygningen,hvilket er i og for seg kjent. Om ønsket kan vannstrømmen reverseres, slik at kaldt vann kommer inn gjennom ledningen 14 og samles gjennom ledningen 13. Alternativt kan solvarmeenheten benyttes eller plasseres i en hvilken som helst omgivelse, såsom på bak-ken selvfølgelig under bruk av hensiktsmessige fester eller støtter.

Solvarmeenheten ifølge oppfinnelsen kan benyttes til oppvarming av oppholdsrom og f.eks. å forsyne en bolig med varmt vann. De tre paneler som er antydet på fig. 1 har f.eks. en størrelse på ca. 2,4 m x 1,2 m og vil være tilstrekkelig i en gjennomsnittshusholdning med fire personer for å forsyne disse med varmt vann for husholdningsbruk. Alternativt kan solpanelene ifølge oppfinnelsen hensiktsmessig benyttes til oppvarming av vann i svømmebassenger eller for å forvarme vann i gassfyrte eller oljefyrte husholdningsberedere for varmt vann. Fluidet holdes fortrinnsvis i et lukket system hvor vannet oppvarmes i solvarmeenheten og leveres til en isolert sisterne eller en tank slik at det oppvarmede fluidum kan samles og lagres når solen skinner og benyttes når det er skyet eller om natten når oppvar-mingen av fluidet i panelet ikke vil være tilstrekkelig sterk til å sikre den nødvendige varme for øyeblikkelig forbruk.

En termostat er fortrinnsvis anordnet på toppen av sol-enheten og kan innstilles for igangsetting av en sirkulasjonspum-pe når temperaturen når en forutbestemt verdi. Pumpen vil da pumpe vannet gjennom systemet som foxklart ovenfor.

Metallpanelet eller platen for panelet ifølge oppfinnelsen er fortrinnsvis fremstilt ved Roll-Bond-prosess (registrert varemerke som beskrevet i US patent 2 690 002) . Fig. 2 viser en enkel plate 20 av metall, såsom aluminium, kobber eller en lege-ring av disse,på hvis ene rene sideflate 21 det er påført et møn-ster av sveisehindrende materiale 22 som svarer til det ønskede mønster av kanalene. Fig. 3 viser platen 20 og en annen plate 2 3 som er anbragt på platen 20 og hvor et mønster med sveisehindrende materiale 22 befinner seg mellom de to plater. Platene 20 og 2 3 heftesveises med heftesveiser 24 for å hindre bevegelse mellom platene mår disse senere sveises sammen som antydet på fig. 4 ved at de føres mellom to valser 25 for dannelse av et sveiset emne 26. Vanligvis er det nødvendig at platene 20 og "23 opphetes før de føres gjennom valsene for å sikre at de sveises sammen, i samsvar med kjent valseteknikk.

Således består emnet 26 av de to plater 20 og 23 som er sveiset sammen unntatt i de områder hvor sveisehindrende materiale 22 befinner seg. Emnet 26 med de ikke med hverandre forbundne indre partier som svarer til mønsteret av sveisehindrende materiale 22, kan så gjøres bløtere på en annen hensiktsmessig måte, såsom ved anløping, og deretter kan emnet kaldvalses for eventu-elt å øke tykkelsen og igjen anløpes. Deretter utvides, f.eks. blåses eller pumpes opp, partiene hvor det sveisehindrende materiale 22 befinner seg, ved at et fluidum under trykk, såsom trykkluft eller trykkvann, presses inn i systemet på en måte som er kjent i denne teknikk med den følge at det dannes et system med indre rørformede kanaler 30 overensstemmende med det tidligere omtalte mønster med sveisehindrende materiale som vist på fig. 5. På denne måte forsynes panelet med et system med indre kanaler for et varmevekslemedium. Hvis kanalene blåses opp eller utvides under innføring av et fluidum under trykk mens emnet befinner seg mellom to plane formplater, vil de fremstilte

i

kanaler 30 ha en flat topp hhv. bunn 31 som er vist på fig. 7.

Hvis ytre trykkplater ikke benyttes, vil kanalene ha en buet

form som vist ved 32 på fig. 6.

Fig..5 viser at i kanalsystemet 30 er det innbefattet

motsatt anordnede kammere 3 3 som er forbundet med hverandre ved forbindelseskanaler 34 som strekker seg i det vesentlige i leng-deretningen av panelet 10 mellom kamrene 33 for å forbinde disse med hverandre. Kamrene 33 (fordeler og samler) forløper stort sett på tvers av de langsgående kanaler. Kamrene 33 er for-

trinnsvis forbundet med hverandre ved hjelp av flere adskilte, parallelle, individuelle forbindelseskanaler 34 som strekker seg mellom kamrene. Ut fra kamrene 33 går det ut et innløpsparti 35

hhv. et utløpsparti 36 med innløp hhv. utløp for varmeveksleme-

dium.

Som vist på fig. 8 er kamrene 33 utstyrt med et fluidum-fordelingsmønster av øylignende eller knastlignende partier 37

som mellom seg danner passasjer 38 og bidrar til jevn fordeling av strømmen av varmevekslemedium som benyttes i panelet. Alfanummerisk forbundne partier 39 omfatter også et parti av de sammenbundne partier av kammeret 3 3 og bidrar ikke bare til jevn fordeling av varmevekslemediet, men også til riktig plassering av panelet i hele varmevekslesystemet. Kammeret 33 er stort sett trekantformet og det smaleste parti finnes i en avstand fra innløpet 35 som omtrent svarer til hele bredden av kammerområdet.

Det bredeste parti av det trekantformede kammerareal er praktisk talt på linje med innløpet 35 for varmevekslemediet, hvis man ser bort fra knastpartiene 37. Den spesielle trekantformede utforming og anordning av hvert kammer og plasseringen av knastpartiene 37 i forhold til innløpet 35 sikrer proporsjonal forde-

ling av den innkommende strøm av varmevekslemedium til tallrike adskilte fluidumpassasjer. Knastpartiene i kammeret sikrer at hver passasje holdes under jevnt trykk, hvilket bidrar til å

overvinne problemet med trykktap i panelets kanaler. Varmevekslemedium som forlater kammerområdet 33, kan derfor jevnt og raskt strømme i de respektive forbindelseskanaler 34. Anordnin-

gen av lignende knastpartier 37 nær utløpet 36 hindrer dannelse av trykktap på det tidspunkt når fluidet kommer frem til panelets motsatte ende.

I samsvar med oppfinnelsen er det i panelet også anord-

net tverrgående forbindelsespassasjer 40 mellom forbindelses-

kanalene 34 som sikrer en jevn strøm av varmevekslemedium langs hele lengden av panelet. Disse tverrgående passasjer 40 omfatter individuelle passasjepartier som er anordnet slik i forhold til kammeret (fordeleren) 33 at annet hvert forbindelsesparti av tverrpassasjen befinner seg i en avstand fra et hvilket som helst punkt i kammeret 33 som er forskjellig fra avstanden for de mellomliggende forbindelsespartier av tverrpassasjen som vanligvis er noe lenger enn den første avstand fra et eller annet sted i fordeleren 33. Denne utforming tjener til å sikre en ytterst jevn fordeling av varmevekslemedium i forbindelseskanalene 34 fordi fluidet tilbakelegger samme avstand før det strømmer inn i de tverrgående forbindelsespassasjer 40 etter å ha forlatt fordeleren 33. Disse forbindende passasjepartier 40 kan sees i større målestokk også på fig. 9.

I samsvar med oppfinnelsen er det også viktig at de ytterste forbindelseskanaler 41 er noe større enn nabokanalene eller kanalene som ligger mer mot midten av panelet. Denne dif-ferensiering er ikke vist klart på fig. 9, fordi den vanlig be-nyttede forskjell mellom kanalene som vanligvis er 1,2 7 mm vil omtrent være bare 1,5 8 mm. Derfor vil rørene som benyttes i panelet ifølge oppfinnelsen og som har ei indre bredde på omtrent 12,7 mm, være anordnet ved kantene av panelets kanalparti og kanaler med vanlig indre bredde på 11,12 mm vil være plassert innved nevnte ytre rør og fortsette mot midten av panelet. De største kanaler eller rør 41 i panelet benyttes for å sikre stør-re gjennomstrømning av varmevekslemedium gjennom dette parti av panelet' fordi varmestrålingseffekten frembragt av finner 42 som panelet er utstyrt med, resulterer i en varmevinning gjennom de ytterste kanalene. Denne varmevinning må opptas ved at forøket strøm av varmevekslemedium føres gjennom de nevnte ytre kanaler 41 slik at en varmebalanse over hele panelet tilveiebringes.

Fig. 10 viser forstørret et parti av et kammer 33,hvor de øylignende eller knastlignende partier 37 som forbinder panelets plater er vist mer klart og likeså kanalpartiene 38 som opp-tar varmevekslestrømmen på vei gjennom panelets kammer/fordeler-parti. Disse knastpartier benyttes også til å danne de på fig. 8 ved 39 viste markeringer som er dannet på samme måte som knastene 37. Knastene 39 utgjør en del av mønsteret fremstilt ved hjelp av det sveisehindrende materiale. Ved en foretrukken utførelse av oppfinnelsen uttrykker markeringen ordet "TOP" (topp) for å vise hvilken side av panelet som skal vende oppover når det skal monteres i et varmevekslesystem. En montør vil bare ved et blikk på panelet kunne se hvilken side som skal vdnde mot solen, nem-lig den som tillater at ordet "TOP" kan leses på riktig måte (og ikke speilvendt f.eks.). Derfor utgjør de alfanummerisk forbundne partier 37 av kammeret 33 to viktige måter å forøke for-delingen av varmevekslemedium gjennom kammeret og å hjelpe in-stallatøren til å montere panelet på riktig måte.

Selv om dette ikke er vist på tegningene, omfatter også oppfinnelsen den foranstaltning at det er anordnet forbindelsespartier som danner en vinkel på i det minste 1° med fluidumstrøm-ningsretningen definert i forhold til midtaksen av innløpet hhv. utløpet av panelet, f.eks. slik som det er vist på fig. 5 og 8. Disse sentralakser kan gjøres synlige ved forlengelse i retning av forbindelsespartiene 34, hvorved en skjæring med en av forbindelsespartiene tilveiebringer definisjonen for den ovenfor nevnte vinkel. Dette spesielle trekk er omtalt i US søknaden 6 32,502

av 17. november 1975.

Ved hjelp av oppfinnelsen er det tilveiebragt et flui-dumfordelingssystem i kamrene som omfatter en del av kanalsystemet, hvori fluidumstrømmen fordeles i et antall adskilte kanalpartier, slik at fluidet kan passere panelet med større hastighet.

Claims (6)

1. Varmevekslepanel (10J" til bruk i et samlesystem for solenergi, omfattende et antall atskilte, parallelle, rørformede kanaler (34) som forbinder panelets motsatt anordnede endekammere (33) som er avgrenset av tallrike, øy- eller knastlignendé, sammenbundne partier (37) med mellomliggende tallrike, rørformede kanaler (38) som er ført mellom knastpartiene, hvor endekamrene (33) er i det vesentlige trekantformede og omfatter innløps- og utløps-partier (35,36) til panelet som er sideforskjøvet fra panelets (10) midte, for å tillate et varmevekslemedium å strømme inn i panelet (10) og gjennom endekamrene (33) slik at mediet strømmer gjennom hver av de atskilte, parallelle kanaler (34), karakterisert ved at de nevnte atskilte, parallelle, rørformede kanaler (34) er forbundet med hverandre ved hjelp av i det vesentlige tverrgående forbindelseskanaler (40) som er anordnet i avstand fra endekamrene (33) og forløper stort sett parallelt med overgangen fra endekamrene til de atskilte, parallelle kanaler (34).

2. Panel ifølge krav 1, karakterisert ved at trekantformen av endekamrene (33) er stort sett en rett trekant, hvor det rette vinkelhjørne av trekanten omfatter innløps- og ut-løpspartiene (35,36) til endekamrene (33).

3. Panel ifølge krav 2, karakterisert ved at overgangen mellom de atskilte, parallelle, rørformede kanaler (34) og endekamrene (33) forløper langs trekantens hypotenus.

4. Panel ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at det stort sett trekantformede endekammer (33) sett i strøm-ningsretningen er bredest rett overfor innløpet/utløpet (35,36) til panelet.

5. Panel ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at de atskilte, parallelle, rørformede kanaler (34) som er anordnet umiddelbart ved de langsgående kantpartier av panelet (10), har et større tverrsnittsareal enn de øvrige rørformede kanaler (34) som er i flertall.

6. Panel ifølge krav 5, karakterisert ved at forbindelseskanalene (40) som forbinder de atskilte, parallelle kanaler (34) omfatter kanalpartier (40) mellom de langsgående begrensninger av de atskilte, parallelle kanaler (34) med annethvert mellomliggende kanalparti (40) anordnet i samme avstand fra overgangen til endekamrene (33^ og de øvrige mellomliggende kanalpartier (40) anordnet i en annen avstand fra overgangen til endekamrene (33).