WO2010028818A2 - Solar-flachkollektor - Google Patents

Solar-flachkollektor Download PDF

Info

Publication number
WO2010028818A2
WO2010028818A2 PCT/EP2009/006545 EP2009006545W WO2010028818A2 WO 2010028818 A2 WO2010028818 A2 WO 2010028818A2 EP 2009006545 W EP2009006545 W EP 2009006545W WO 2010028818 A2 WO2010028818 A2 WO 2010028818A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
heat transfer
solar flat
absorber surface
solar
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/006545
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2010028818A3 (de
Inventor
Günter Riga
Original Assignee
Sola-Term Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sola-Term Gmbh filed Critical Sola-Term Gmbh
Priority to DE202009017830U priority Critical patent/DE202009017830U1/de
Publication of WO2010028818A2 publication Critical patent/WO2010028818A2/de
Publication of WO2010028818A3 publication Critical patent/WO2010028818A3/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00—Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S80/40—Casings
    • F24S80/45—Casings characterised by the material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F24S10/75—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits with enlarged surfaces, e.g. with protrusions or corrugations
    • F24S10/753—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits with enlarged surfaces, e.g. with protrusions or corrugations the conduits being parallel to each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/90—Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation
    • F24S10/95—Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation having evaporator sections and condenser sections, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00—Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S80/60—Thermal insulation
    • F24S80/65—Thermal insulation characterised by the material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S25/00—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules
    • F24S25/60—Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules
    • F24S2025/601—Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules by bonding, e.g. by using adhesives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00—Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S80/50—Elements for transmitting incoming solar rays and preventing outgoing heat radiation; Transparent coverings
    • F24S80/56—Elements for transmitting incoming solar rays and preventing outgoing heat radiation; Transparent coverings characterised by means for preventing heat loss
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the invention relates to a solar flat collector with at least one absorber surface, a transparent cover, and with at least one heat transfer tube, which contains a heat transfer medium, according to the preamble of claim 1.
  • a high-performance vacuum flat collector which consists of three parts, namely transparent glass, darkened, heat-absorbing, heat-resistant glass panes and a heat conduction, on softer a heat transfer tube is.
  • DE 10 2007 062 264 A1 describes a solar thermal vacuum flat collector, which consists of very few individual parts.
  • DE 202 16 297 U1 describes a heliothermic flat collector module in sandwich construction with a sheet metal panel, a register-like arrangement of capillary tubes and an insulating core, the capillary tubes are placed on a surface of the insulating core and this with the sheet metal panel is connected elastically adhesive.
  • the flat solar panels of the prior art has the common drawback that the removal of the heat obtained is relatively ineffective and in the In most cases, the heat transfer fluid must be pumped with a circulating pump, which is complex and consumes energy.
  • the invention is based on the object to provide a solar flat collector, which is to produce in a particularly simple, inexpensive manner and has a large solar harvest as well as a long life.
  • the invention is also based on the object to provide a solar flat collector, with the circulation in the primary circuit of the heat transfer fluid is superfluous, whereby the manufacturing cost and manufacturing costs are reduced and saved in the operation of the solar flat collector energy and thus the overall efficiency the solar flat collector over the prior art to be improved.
  • A1 This object is achieved by a solar flat collector with at least one absorber surface, a transparent cover, as well as with at least one heat transfer tube containing a heat transfer fluid, wherein solar radiation is able to penetrate the cover and then reach the absorber surface and this heat, and the heat transfer tube on which the absorber surface is arranged and is in thermal and mechanical contact, so that heating of the absorber surface by solar radiation due to heat conduction leads to heating of the heat transfer tube and thus also to a heating of the heat transfer fluid therein, wherein the heat transfer tube is a heat pipe, namely a heat pipe or a two-phase thermosyphon.
  • the solar flat collector on a thermal insulation, which reduces the outflow of heat loss to the outside of the solar flat collector.
  • Heat pipes namely heatpipes and two-phase thermosiphons
  • a heat transfer medium eg water
  • Two-phase thermosiphon is included and is present therein partly in the gaseous, partly in the liquid phase, a particularly high heat flux density and thus allow a particularly effective heat transfer.
  • heatpipes and two-phase thermosiphones are much lighter than conventional heat exchangers.
  • Heatpipes and two-phase thermosiphones are also collectively referred to as "heat pipes”.
  • the heat pipe has a capacitor at one end.
  • the tube in which the heat transfer medium is located, opens into the condenser.
  • the part of the tube outside the condenser is called the evaporator zone.
  • the liquid phase of the heat transfer medium begins to evaporate and the heat is stored as latent energy.
  • the newly formed steam creates a gradient of vapor pressure, causing this vapor to flow towards the condenser.
  • the heat absorbed through a phase transformation steam-liquid release of latent heat
  • the thus formed by condensation liquid returns in the two-phase thermosiphon by gravity from the condenser back into the evaporator zone.
  • Two-phase thermosiphon must therefore always have a slope along the pipe in order to work, ie the condenser must be higher than the evaporator zone.
  • the angle of inclination is preferably 15 ° to 90 ° to the horizontal.
  • the liquid returns to the evaporator zone by capillary action; Heatpipes can therefore also be installed or mounted horizontally.
  • the inside of the wall of the heatpipe pipe can be designed for example by means of a lining or by a special surface treatment so that capillaries are formed for the transport of the liquid heat transfer medium. It is also known to provide a wick in the interior to create a capillary action.
  • various media may be used as the heat transfer medium, in particular water, oil and various chemicals.
  • the heat transfer tube may e.g. welded to the absorber surface, e.g. by laser welding.
  • the heat carrier tube is pressed against the absorber surface.
  • the mechanical contact or the Anschmiegung between absorber surface and heat transfer tube is improved by rubbing.
  • A3 is preferably made between the absorber surface and the heat transfer tube thermal and mechanical contact at the same time by a thermal adhesive.
  • the sauceleitvieber additionally fixes the heat transfer tube to the absorber surface.
  • the absorber surface may in particular be formed by a foil or plate, in particular metal foil or metal plate, on whose side remote from the cover the heat carrier tube is arranged.
  • the heat-conducting adhesive for improving the heat transfer between the absorber surface and the heat transfer tube is one in which particles, grains or shavings of metal, in particular copper, are embedded.
  • the thermal adhesive is one which is highly elastic in the cured state.
  • a nanogel as a heat-insulating material is part of the thermal insulation.
  • Nanogel is available as a highly effective insulating material eg under the trade name "Airgel” in granular form.
  • the basic component of "Areogel” is amorphous silicic acid (silica).
  • the thermal insulation may contain or include at least one mat containing nanogel.
  • An important advantage of Nanogel is its extremely strong thermal insulation effect. Another advantage is that no moisture problems occur because Nanogel does not absorb moisture, unlike conventional insulation materials.
  • Nanogel is a thermal insulation material which, in addition to excellent thermal insulation, has other special properties, e.g. rot-proof, settling-proof and non-flammable, fill bulky cavities completely due to its structure and absorb moisture. Advantages of using nanogel as thermal insulation material result from its compared to, for example, mineral wool five times higher thermal insulation property. In addition, Nanogel is ecologically harmless compared to other thermal insulation materials.
  • the cross section of the heat transfer tube differs from the circular shape and has the shape of a triangle or a triangle with at least one rounded corner or triangle with at least one outwardly bent side or a triangle with at least one outward curved side and at least one rounded corner, wherein one side of the triangle faces the absorber surface and is aligned parallel thereto and the opposite side of this corner of the triangle faces away from the absorber surface.
  • the cross section of the heat transfer tube differs from the circular shape and has the shape of a rectangle or square or a rectangle or square with at least one rounded corner or a rectangle or square with at least one outwardly bent side or a rectangle or A square with at least one outwardly bent side and at least one rounded corner, one side of the rectangle or square facing the absorber surface and being aligned parallel thereto, and which faces this side. opposite side of the rectangle or square facing away from the absorber surface.
  • the heat pipe preferably has in one of its end regions a condenser which is located in a heat exchanger through which a useful heat fluid flows, wherein the condenser without intermediate solid material is in direct contact with the useful heat fluid and gives off heat to the latter, and the useful heat fluid Heat transported outside the solar flat collector.
  • the flat collector according to the invention is a novel solar collector with a heat pipe tube system or with a two-phase thermosiphon tube system.
  • Conventional flat plate collectors are manufactured with a hydraulic system in the harp system or with meandering pipe guides.
  • An inventive flat collector with heat pipes works in a similar way to a heat pipe vacuum tube collector, but without the need for a vacuum tube and a reflector.
  • the absorber surface which is preferably a selective absorber surface made of BlueTec, transmits the heat resulting from the absorption of solar radiation directly to the heat pipe or heat pipes, which are formed as heat pipes or as two-phase thermosiphones and are preferably made of copper.
  • the heat pipe or heat pipes which are formed as heat pipes or as two-phase thermosiphones and are preferably made of copper.
  • 16 heat pipes per solar flat collector according to the invention may be provided.
  • a condenser is arranged, which is preferably arranged in a heat exchanger or a collecting pipe, e.g. soldered in there.
  • the heat exchanger is traversed by Nutz policewasser (or other Nutz139 sometimeskeit), which, circulated by a pump, is located in a secondary circuit and the condensers heat extracts and these transported outside the flat collector to a consumer or storage.
  • Nutz139wasser or other Nutz139 sometimeskeit
  • the sleeves are omitted, so that the capacitors are exposed directly, without intermediate material, the Nutz139.
  • the heat is transferred with reduced thermal resistance, ie higher efficiency, directly from the condenser to the heat transfer fluid or to the useful heat water and fed from this example a solar storage.
  • the heat transfer from the absorber surface to the heat pipe preferably takes place via an industrial high-performance thermal adhesive, preferably mixed with copper turnings, which force heat transfer and also stabilize the connection. This makes expensive laser welding superfluous.
  • the thermal adhesive is preferably elastic and in this case absorbs all strains to a certain extent. A tearing of the welds, which are necessarily present in conventional flat-plate collectors, therefore omitted in a flat collector according to the invention, and the Vollflä- chenabsorber keep in a flat collector according to the invention in a smooth appearance.
  • the transfer surface can be arbitrarily increased, which ensures a higher efficiency.
  • the flat collector according to the invention has a much higher performance compared to conventional flat plates with the same dimensions and works without high pressure losses of Nutz policewassers when the capacitors are flowed around by Nutz duwasser directly because the flow resistance of Nutz duwassers is reduced in the heat exchanger.
  • the rear insulation or thermal insulation of the flat collector according to the invention may consist of nanogel mats, which have a much higher insulation effect than eg mineral wool.
  • the strength of the insulation or thermal insulation can be greatly reduced and the overall height of the flat collector according to the invention can be reduced, for example to a height of 60 millimeters. Since the heat losses on the back side are reduced by the construction according to the invention with at least one heat pipe, the thermal insulation is not as important as with conventional flat collectors.
  • Another advantage is that no moisture problems occur because Nanogel does not absorb moisture, unlike conventional insulation materials.
  • the solar flat collector according to the invention is thus preferably provided with a special Nanogel heat insulation. This allows for a special
  • the flat collector according to the invention differs from the prior art as follows:
  • thermosyphon construction with at least one heat pipe (heat pipe or two-phase thermosyphon),
  • the heat transfer occurs in a flat collector according to the invention via the absorber surface or the absorber sheet.
  • the absorber surface or the Absorberblech is preferably connected to the heat pipe or the heat pipes back.
  • the heat pipe transfers the heat by evaporation into the condenser, which transfers it in the distributor or in the heat exchanger to the heat transfer fluid of the solar circuit or a secondary circuit (eg to the useful heat water of the useful heat water circuit).
  • the heat transfer of conventional collectors takes place via laser-welded or pressed connections with copper or aluminum tubes running on the back.
  • the heat transfer in a flat collector according to the invention is preferably carried out or supported by a special high-temperature resistant réelleleitkleber to 1000 0 C and metal chips.
  • the insulation of the flat collector according to the invention preferably contains nanogel mats or consists of such mats, e.g. 10mm thick (NASA product), minimizing heat loss.
  • the nanogel insulation is rotting and does not absorb moisture. As a result, the overall height of the flat coupling element according to the invention can be minimized.
  • the nanogel mats are preferably forwardly toward the interior of the flat collector, e.g. sealed with aluminum foil to prevent possible outgassing.
  • FIG. 1 shows a cross section through an embodiment of a solar flat collector according to the invention
  • Figure 2 shows a cross section through another embodiment of a solar flat collector according to the invention
  • FIG. 3 shows a perspective view of an embodiment of a solar flat collector according to the invention
  • FIG. 4 shows a cross section through a further embodiment of a solar flat collector according to the invention
  • FIG. 5 is a plan view of the flat collector of Figure 4 with dashed tubes and capacitors shown because they are hidden by the absorber surface and the heat exchanger of the solar flat collector
  • 6 shows an end region of one of the heat pipes of a solar flat collector according to the invention, with a condenser, wherein the heat pipe here is a two-phase thermosyphon, which can be used for example in the solar flat collector of FIGS. 4 and 5,
  • FIG a cross-sectional detail view through one of the heat pipes of the solar flat collector of Figures 4 and 5, which is fixed by means of thermal adhesive to the absorber surface
  • the heat pipe here is a two-phase thermosyphon
  • FIG. 8 shows a plan view of the heat pipes and the heat exchanger of the solar flat collector of Figures 4 and 5.
  • FIG. 1 shows a solar flat collector FK according to the invention with a flat absorber surface A, a transparent cover G, which is here formed by a glass plate G, three heat transfer tubes R, each containing a heat transfer medium F 1 V, eg water in the liquid state F and in vapor state V 1 and with a thermal insulation D.
  • the glass plate G and the thermal insulation D enclose an air-filled cavity H, at its side facing away from the glass plate G boundary surface, the absorber surface A is arranged.
  • Solar radiation S incident on the solar flat collector FK is able to penetrate the glass plate G and, after passing through the cavity H, to reach the absorber surface A.
  • the solar radiation reaching the absorber surface is largely absorbed there, so that the absorber surface heats up.
  • the heat transfer tubes R are according to the invention heat pipes, i. Heatpipes or two-phase thermosiphon. They are mechanically fixed to the underside of the absorber surface A and are in thermal as well as mechanical contact with this.
  • the heat transfer tubes R according to the invention are heat pipes or two-phase thermosiphon, ie heat pipes R ("heat pipe” is a collective term for heat pipe and two-phase thermosiphon).
  • the heat transfer medium F 1 V is present therein both in liquid phase F and in vapor phase V.
  • a plantetkleber WK which preferably fixes the heat transfer tube R to the absorber surface A elastic.
  • fixation according to the invention of the heat transfer tubes R to the absorber surface A by means of the heat-conducting adhesive WK brings several significant advantages over a fixation by welding.
  • One of these advantages is that bonding is less labor intensive and thus cheaper and much faster to do than welding.
  • Another advantage of the bond is that no damage to the material due to heat during welding occurs. The possibility of tearing the welds or the heat-related premature fatigue in the welds is eliminated and there is no risk that the absorber surface A warps or becomes uneven due to the action of heat during welding.
  • An additional advantage of the bond consists of the fact that the adhesive used can be a heat-conductive adhesive which is highly elastic, so that a solar flat-plate collector produced in accordance with the invention, unlike a welded one, is largely resistant to mechanical stresses and frequent strong temperature changes is.
  • the absorber surface A is formed in the present example of Figure 1 by a metal plate A, on whose side remote from the cover G side (i.e., on the underside of the absorber surface A), the heat transfer tube R is arranged.
  • the thermal adhesive WK is one in which in large numbers particles, grains or chips of metal, in particular copper, are embedded.
  • the thermal resistance of the absorber surface A to the heat transfer tube R is also reduced and at the same time improves the mechanical tensile strength of the bond.
  • the thermal insulation D reduces heat losses of the solar flat collector K and thus increases its efficiency.
  • this additionally has a bonded nanogel mat N, which has a very large heat-insulating effect and thus further reduces the heat losses.
  • the nanogel mat N contains an extremely fine granular nanogel granules, as e.g. under the trade name "Airgel” in the trade.
  • the basic component of "Airgel” is amorphous silicic acid (silica).
  • thermosiphons In contrast to heatpipes, two-phase thermosiphons are always mounted with such a longitudinal gradient that the condenser is higher than the evaporator zone, since otherwise no heat flow occurs in them.
  • An inventive solar flat collector with two-phase thermosyphon must therefore always be tilted or erected vertically or mounted. This does not apply to a solar flat collector according to the invention with heat pipe.
  • Figure 2 shows a cross section through an embodiment of a solar flat collector FK 1 according to the invention, in which the tubes R shown in Figure 1 with a circular cross section through tubes R 1 with triangular cross-section are replaced, wherein the corners of the triangles are rounded.
  • One side of the triangles is respectively facing the absorber surface A and aligned parallel thereto.
  • Figure 3 shows a perspective view of an embodiment of a solar flat collector according to the invention, wherein some components thereof are only partially shown to release the view of underlying components.
  • FIG. 4 shows a cross section through a further embodiment of a solar flat collector FK "according to the invention, with a glass plate G", an absorber plate A ", and with a cavity H” located therebetween.
  • the solar flat collector FK “eleven heat pipes R”, ie heat pipes or two-phase thermosiphon, on, which are all by means of thermal adhesive WK on the underside of the absorber plate A "fixed and rest on a thermal insulation D".
  • This has the shape of a rectangular bowl in which the absorber plate A "and the heat pipes R" are added.
  • FIG. 5 shows a plan view of the solar flat collector FK “of Figure 4, with heat pipes R" and capacitors K, which are shown in dashed lines, because they are covered by an absorber surface A "and a heat exchanger WT
  • the useful heat water flows around the capacitors K as they flow through the heat exchanger, deprives them of useful heat which they have absorbed by condensation of vaporous heat transfer medium V, and It heats itself up from the outlet AL, the useful heat water is conveyed to a heat consumer (not shown), eg a radiator, or to a heat accumulator, where the useful heat absorbed in the heat exchanger WT is released again and becomes the inflow ZL again promoted, ie the Nutztudewasser is in a circuit which is not shown in Figure 5.
  • Figure 6 shows an end portion of the pipe R 1 "of a two-phase thermo-siphons R" ⁇ K "", which at its one end a capacitor K 1 "and are used in the flat solar collector of Figures 4 and 5
  • the two-phase thermosyphon R ⁇ 1 K “ 1 is inclined or perpendicular to the horizontal W; This is a mandatory requirement for its functionality.
  • FIG 7 shows a comparison with Figures 4 and 5 enlarged cross-sectional detail view through one of the tubes R “of the solar flat collector K” of Figures 4 and 5.
  • the tube R " is part of a heat pipe and by means of thermal adhesive WK on the underside of the absorber surface A. "fixes that given by the thermal adhesive WK the best possible heat transfer from the absorber surface A" to the tube R ". In order to achieve this, the thermal adhesive WK covers a large area on the underside of the absorber surface A "and a large area on the outside of the tube R".
  • FIG. 8 shows a plan view of the tubes R "and the heat exchanger WT of the solar flat collector FK" of FIGS. 4 and 5.
  • the condensers K (FIG. 5) are located in the interior of the heat exchanger WT and are not shown in FIG.
  • the invention is industrially applicable in particular in the field of renewable energy technology and in building services. List of reference numbers:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Solar-Flachkollektor mit wenigstens einer vorzugsweise ebenen Absorberfläche, einer transparenten Abdeckung, und einem Wärmeträgerrohr, welches eine Wärmeträgerflüssigkeit enthält, wobei Sonnenstrahlung imstande ist, die Abdeckung zu durchdringen und danach auf die Absorberfläche zu gelangen und diese zu erwärmen, das Wärmeträgerrohr an der Absorberfläche angeordnet ist und mit dieser in thermischem und mechanischem Kontakt steht, so dass eine Erwärmung der Absorberfläche durch Sonnenstrahlung auf Grund von Wärmeleitung zu einer Erwärmung des Wärmeträgerrohres und somit auch zu einer Erwärmung der darin befindlichen Wärmeträgerflüssigkeit führt, und die Wärmedämmung den Abfluss von Verlustwärme nach außerhalb des Solar-Flachkollektors vermindert, wobei das Wärmeträgerrohr ein Wärmerohr, nämlich ein Heatpipe oder ein Zwei-Phasen-Thermosiphon, ist.

Description

Solar-Flachkollektor
Technisches Gebiet:
Die Erfindung betrifft einen Solar-Flachkollektor mit wenigstens einer Absorber- fläche, einer transparenten Abdeckung, sowie mit wenigstens einem Wärmeträgerrohr, welches ein Wärmeträgermedium enthält, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik: Das Funktionsprinzip von Solar-Flachkollektoren beruht darauf, dass Sonnenstrahlung eine Absorberfläche bestrahlt, dort großteils absorbiert wird und hierdurch die Absorberfläche erwärmt, wobei dies in thermischem Kontakt steht mit in der Regel einem mäanderförmig gewundenen oder mit mehreren parallelen Röhren. Diese sind von einer die Wärme an einen Speicher, einen Wärmetau- scher oder einen Verbraucher abführenden Wärmeträgerflüssigkeit durchflössen. Die Röhre bzw. die parallelen Röhren verlaufen dabei in einer Ebene, woraus sich die Bezeichnung "Solar-Flachkollektor" erklärt.
Aus der DE 20 2007 008 053 U1 ist ein Hochleistungs-Vakuum-Flachkollektor bekannt, welcher aus drei Teilen besteht, nämlich aus durchsichtigen Scheiben, aus abgedunkelten, Wärme absorbierenden, hitzebeständigen Scheiben und aus einer Wärmeleitplatte, auf weicher sich ein Wärmeträgerrohr befindet. Des Weiteren beschreibt die DE 10 2007 062 264 A1 einen solarthermischen Vakuum- Flachkollektor, welcher aus sehr wenigen Einzelteilen besteht.
Die DE 202 16 297 U1 beschreibt einen heliothermischen Flachkollektor-Modul in Sandwichbauweise mit einem Metallblech-Paneel, einer registerartigen Anordnung von Kapillar-Röhrchen und einem Dämmstoffkern, wobei die Kapillar- Röhrchen auf eine Oberfläche des Dämmstoffkerns gelegt sind und dieser mit dem Metallblech-Paneel elastisch klebend verbunden ist.
Den Solar-Flachkollektoren des Standes der Technik ist der Nachteil gemeinsam, dass der Abtransport der gewonnenen Wärme relativ uneffektiv ist und in den meisten Fällen die Wärmeträgerflüssigkeit mit einer Umwälzpumpe gefördert werden muss, was aufwändig ist und Energie verbraucht.
Technische Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Solar-Flachkollektor zu schaffen, der auf besonders einfache, wenig aufwändige Weise herzustellen ist und eine große Solarernte wie auch eine lange Lebensdauer aufweist. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zu Grunde, einen Solar-Flachkollektor zu schaffen, mit dem im primären Kreislauf der Wärmeträgerflüssigkeit eine Umwälzpumpe überflüssig wird, wodurch die Herstellungskosten und der Herstellungsaufwand verringert werden sowie beim Betrieb des Solar-Flachkollektors Energie gespart wird und somit der Gesamtwirkungsgrad des Solar-Flachkollektors gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden soll.
Lösung der Aufgabe:
A1 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Solar-Flachkollektor mit wenigstens einer Absorberfläche, einer transparenten Abdeckung, sowie mit wenigstens einem Wärmeträgerrohr, welches eine Wärmeträgerflüssigkeit enthält, wobei Sonnenstrahlung imstande ist, die Abdeckung zu durchdringen und danach auf die Absorberfläche zu gelangen und diesen zu erwärmen, und das Wärmeträgerrohr an der die Absorberfläche angeordnet ist und mit diesem in thermischem und mechanischem Kontakt steht, so dass eine Erwärmung der Absorberfläche durch Sonnenstrahlung auf Grund von Wärmeleitung zu einer Erwärmung des Wärmeträgerrohres und somit auch zu einer Erwärmung der darin befindlichen Wärmeträgerflüssigkeit führt, wobei das Wärmeträgerrohr ein Wärmerohr, nämlich ein Heatpipe oder ein Zwei-Phasen-Thermosiphon, ist.
A2 Bevorzugt weist der Solar-Flachkollektor eine Wärmedämmung auf, die den Abfluss von Verlustwärme nach außerhalb des Solar-Flachkollektors vermindert.
Wärmerohre, nämlich Heatpipes und Zwei-Phasen-Thermosiphone, sind rohrför- mige, geschlossene Wärmeüberträger, die unter Nutzung von Verdampfungswärme eines Wärmeträgermediums, z.B. Wasser, welches in dem Heatpipe bzw. Zwei-Phasen-Thermosiphon eingeschlossen ist und darin teils in gasförmiger, teils in flüssiger Phase vorliegt, eine besonders hohe Wärmestromdichte und somit einen besonders effektiven Wärmetransport erlauben. Bei gleicher Wärmetransportleistung und gleichen Einsatzbedingungen sind Heatpipes und Zwei- Phasen-Thermosiphone wesentlich leichter als herkömmliche Wärmetauscher. Heatpipes und Zwei-Phasen-Thermosiphone werden auch zusammenfassend als "Wärmerohre" bezeichnet. Das Wärmerohr weist an seinem einen Ende einen Kondensator auf. Das Rohr, in welchem sich das Wärmeträgermedium befindet, mündet in den Kondensator. Der außerhalb des Kondensators befindliche Teil des Rohres wird als Verdampferzone bezeichnet. Durch Aufnehmen von Wärme in der Verdampferzone beginnt die flüssige Phase des Wärmeträgermediums zu verdampfen, die Wärme wird als latente Energie gespeichert. Durch den neu entstandenen Dampf entsteht ein Gradient des Dampfdrucks, wodurch dieser Dampf in Richtung Kondensator strömt. Dort wird die aufgenommene Wärme über eine Phasenumwandlung Dampf-Flüssigkeit (Freisetzung latenter Wärme) wieder abgegeben. Die so durch Kondensation entstandene Flüssigkeit kehrt beim Zwei- Phasen-Thermosiphon durch Schwerkraft vom Kondensator in die Verdampferzone zurück. Zwei-Phasen-Thermosiphone müssen daher stets ein Gefälle längs des Rohres aufweisen, um arbeiten zu können, d.h. der Kondensator muss höher liegen als die Verdampferzone. Auch eine senkrechte Aufstellung ist möglich, der Neigungswinkel liegt bevorzugt bei 15° bis 90° gegen die Horizontale. Beim Heatpipe kehrt die Flüssigkeit durch Kapillarkraft in die Verdampferzone zurück; Heatpipes können daher auch waagerecht aufgestellt bzw. montiert werden.
Die Innenseite der Wandung des Heatpipe-Rohres kann beispielsweise mittels einer Verkleidung oder durch eine spezielle Oberflächenbehandlung so gestaltet sein, dass Kapillaren für den Transport des flüssigen Wärmeträgermediums gebildet sind. Ebenfalls ist bekannt, einen Docht im Innenraum vorzusehen, um eine Kapillarwirkung zu erzeugen.
Auf Grund des effektiven, sehr schnellen Abtransports der Wärme aus der Verdampferzone heraus ist der Wärmeverlust durch Ableitung von Wärme nach außerhalb des Solar-Flachkollektors gering; dies ist ein erheblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Solar-Flachkollektors.
Je nach vorgesehener Arbeitstemperatur des Wärmerohres kommen ver- schiedene Medien als Wärmeträgermedium in Frage, insbesondere Wasser, öl und verschiedene Chemikalien.
Das Wärmeträgerrohr kann z.B. an die Absorberfläche angeschweißt sein, z.B. mittels Laserschweißung. Gemäß einer anderen Variante ist das Wärme- trägerrohr an die Absorberfläche angepresst. Vorzugsweise ist der mechanische Kontakt bzw. die Anschmiegung zwischen Absorberfläche und Wärmeträgerrohr durch Anreiben verbessert.
A3 Bevorzugt ist zwischen der Absorberfläche und dem Wärmeträgerrohr thermischer und zugleich mechanischer Kontakt durch einen Wärmeleitkleber hergestellt. A4 Bevorzugt fixiert der Wärmeleitkieber zusätzlich das Wärmeträgerrohr an der Absorberfläche.
A5 Die Absorberfläche kann insbesondere durch eine Folie oder Platte, insbesondere Metallfolie oder Metallplatte, gebildet sein, an deren von der Abdeckung abgewandten Seite das Wärmeträgerrohr angeordnet ist.
A6 Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmeleitkleber zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Absorber- fläche und Wärmeträgerrohr ein solcher, in welchen Partikel, Körner oder Späne aus Metall, insbesondere Kupfer, eingebettet sind. A7 Bevorzugt ist der Wärmeleitkleber ein solcher, welcher im ausgehärteten Zustand hochelastisch ist.
A8 Bevorzugt ist ein Nanogel als Wärme dämmendes Material Teil der Wärmedämmung. Nanogel ist als hochwirksamer Dämmstoff z.B. unter dem Handelsnamen "Aerogel" in Granulatform erhältlich. Grundbestandteil von "Areogel" ist amorphe Kieselsäure (Silica). A9 Die Wärmedämmung kann wenigstens eine Matte enthalten oder aufweisen, welche Nanogel enthält. Ein wesentlicher Vorteil von Nanogel besteht in seiner außerordentlich starken Wärmedämmwirkung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass keine Feuchtigkeitsprobleme auftreten, da Nanogel keine Feuchtigkeit aufnimmt, im Gegensatz zu herkömmlichen Dämmmaterialien.
Nanogel ist ein Wärmedämmmaterial, welches neben einer herausragenden Wärmeisolierung bzw. -dämmung weitere besondere Eigenschaften aufweist, z.B. unverrottbar, setzungssicher und nicht brennbar zu sein, unförmige Hohlräume aufgrund seiner Struktur lückenlos auszufüllen und keine Feuchtigkeit aufzunehmen. Vorteile einer Verwendung von Nanogel als Wärmedämmmaterial ergeben sich durch dessen im Vergleich zu beispielsweise Mineralwolle fünffach höhere Wärmedämmeigenschaft. Darüber hinaus ist Nanogel im Vergleich zu anderen Wärmedämmmaterialien ökologisch unbedenklich.
A10 Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung weicht der Querschnitt des Wärmeträgerrohrs von der Kreisform ab und weist die Form eines Dreiecks oder eines Dreiecks mit wenigstens einer abgerundeten Ecke oder eines Dreiecks mit wenigstens einer nach außen gebogenen Seite oder eines Dreiecks mit wenigs- tens einer nach außen gebogenen Seite und wenigstens einer abgerundeten Ecke auf, wobei eine Seite des Dreiecks der Absorberfläche zugewandt und parallel zu dieser ausgerichtet ist und die dieser Seite gegenüberliegende Ecke des Dreiecks von der Absorberfläche abgewandt ist.
A11 Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung weicht der Querschnitt des Wärmeträgerrohrs von der Kreisform ab und weist die Form eines Rechtecks oder Quadrates oder eines Rechtecks oder Quadrates mit wenigstens einer abgerundeten Ecke oder eines Rechtecks oder Quadrates mit wenigstens einer nach außen gebogenen Seite oder eines Rechtecks oder Quadrates mit wenigs- tens einer nach außen gebogenen Seite und wenigstens einer abgerundeten Ecke auf, wobei eine Seite des Rechtecks oder Quadrates der Absorberfläche zugewandt und parallel zu dieser ausgerichtet ist, und die dieser Seite gegen- überliegende Seite des Rechtecks oder Quadrates von der Absorberfläche abgewandt ist.
A12 Bevorzugt weist das Wärmerohr in einem seiner Endbereiche einen Konden- sator auf, welcher sich in einem von einer Nutzwärmefiüssigkeit durchströmten Wärmetauscher befindet, wobei der Kondensator ohne zwischengeschaltetes festes Material in direktem Kontakt mit der Nutzwärmeflüssigkeit steht und Wärme an diese abgibt, und die Nutzwärmeflüssigkeit diese Wärme nach außerhalb des Solar-Flachkollektors transportiert.
Der erfindungsgemäße Flachkollektor ist ein neuartiger Solarkollektor mit Heat- Pipe-Röhrensystem oder mit Zwei-Phasen-Thermosiphon-Röhrensystem. Konventionelle Flachkollektoren werden mit einer Hydraulik im Harfensystem oder mit mäanderförmigen Rohrführungen hergestellt. Ein erfindungsgemäßer Flachkollek- tor mit Heat-Pipes funktioniert ähnlich einem Heat-Pipe- Vakuumröhrenkollektor, jedoch ohne die Notwendigkeit einer Vakuumröhre und eines Reflektors.
Die Absorberfläche, welche vorzugsweise eine selektive Absorberfläche aus BlueTec ist, überträgt die durch Absorption von Sonnenstrahlung entstehende Wärme direkt auf das Wärmerohr bzw. die Wärmerohre, welche als Heat-Pipes oder als Zwei-Phasen-Thermosiphone ausgebildet sind und vorzugsweise aus Kupfer bestehen. Beispielsweise können 16 Wärmerohre pro erfindungsgemäßem Solar-Flachkollektor vorgesehen sein. An jedem Wärmerohr ist ein Kondensator angeordnet, welcher bevorzugt in einem Wärmetauscher bzw. einem Sammelrohr angeordnet, z.B. dort eingelötet ist.
Der Wärmetauscher wird von Nutzwärmewasser (oder einer anderen Nutzwärmeflüssigkeit) durchströmt, welches sich, umgewälzt durch eine Pumpe, in einem Sekundarkreislauf befindet und den Kondensatoren Wärme entzieht und diese nach außerhalb des Flachkollektors zu einem Verbraucher oder Speicher transportiert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Hülsen weggelassen, so dass die Kondensatoren direkt, ohne zwischengeschaltetes Material, dem Nutzwärmewasserstrom ausgesetzt sind. Somit wird die Wärme mit verringertem Wärmewiderstand, d.h. höherer Effektivität, vom Kondensator direkt an die Wärmeträgerflüssigkeit bzw. an das Nutzwärmewasser übertragen und von diesem z.B. einem Solarspeicher zugeführt.
Wegen des Fehlens einer Hülse um den Kondensator ist der Strömungswiderstand, welchen das Nutzwärmewasser beim Durchströmen des Wärmetauschers zu überwinden hat, verringert, d.h. der Druckverlust des Nutzwärmewassers beim Durchströmen des Wärmetauschers nimmt ab. Daher kann die Nutzwärmewasser-Förderleistung verringert werden, was Energie spart und den Gesamtwirkungsgrad des erfindungsgemäßen Flachkollektors erhöht.
Die Wärmeübertragung von der Absorberfläche auf das Wärmerohr erfolgt vorzugsweise über einen Industrie-Hochleistungs-Wärmeleitkleber, vorzugsweise vermischt mit Kupferspänen, die eine Wärmeübertragung forcieren und auch die Verbindung stabilisieren. Hierdurch werden teure Laserschweißungen überflüssig. Der Wärmeleitkleber ist bevorzugt elastisch und fängt in diesem Fall alle Dehnungen bis zu einem gewissen Grad auf. Ein Einreißen der Schweißnähte, welche bei herkömmlichen Flachkollektoren notwendigerweise vorhanden sind, entfällt daher bei einem erfindungsgemäßen Flachkollektor, und die Vollflä- chenabsorber behalten bei einem erfindungsgemäßen Flachkollektor in glattes Aussehen.
Durch den Wärmeleitkleber kann die Übertragungsfläche beliebig vergrößert werden, was für einen höheren Wirkungsgrad sorgt.
Der erfindungsgemäße Flachkollektor weist eine gegenüber herkömmlichen Flachkollektoren bei gleichen Abmessungen eine weitaus erhöhte Leistung auf und arbeitet ohne hohe Druckverluste des Nutzwärmewassers, wenn die Kondensatoren vom Nutzwärmewasser direkt umströmt werden, da der Strömungswiderstand des Nutzwärmewassers im Wärmetauscher reduziert ist. Die rückseitige Isolierung bzw. Wärmedämmung des erfindungsgemäßen Flachkollektors kann aus Nanogel-Matten bestehen, die eine weitaus höhere Dämmwirkung haben als z.B. Mineralwolle. Dadurch kann die Stärke der Isolierung bzw. Wärmedämmung stark gemindert werden und die Bauhöhe des erfindungsgemäßen Flachkollektors verringert werden, z.B. auf eine Bauhöhe von 60 Millimetern. Da durch die erfindungsgemäße Konstruktion mit wenigstens einem Wärmerohr die rückseitigen Wärmeverluste verringert sind, ist die Wärmedämmung nicht von solcher Bedeutung wie bei herkömmlichen Flachkol- lektoren. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass keine Feuchtigkeitsprobleme auftreten, da Nanogel keine Feuchtigkeit aufnimmt, im Gegensatz zu herkömmlichen Dämmmaterialien.
Der erfindungsgemäße Solar-Flachkollektor ist somit vorzugsweise mit einer speziellen Nanogel-Wärmedämmung versehen. Hierdurch kann auf ein spezielles
Frostschutzmittel bei starkem Frost verzichtet werden, da die
Nutzwärmeflüssigkeit und die Wärmeträgerflüssigkeit auf Grund der höchst wirksamen Wärmedämmung nicht ohne weiteres unter ihren Gefrierpunkt abkühlen können. Die Verzichtbarkeit von Frostschutzmitteln bzw. Thermoölen spart Arbeitsaufwand, Kosten und Umweltbelastung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich der erfindungsgemäße Flachkollektor vom Stand der Technik wie folgt:
1. Konstruktion mit wenigstens einem Wärmerohr (Heat-Pipe oder Zwei-Phasen- Thermosiphon),
2. Wärmeübertragung unterstützt durch industriellen Wärmeleitkleber,
3. innenliegender und direkt umströmter Kondensator, d.h. der Kondensator befindet sich im Inneren des Wärmetauschers und ist nicht von einer Hülse umgeben, so dass er in direktem Kontakt mit dem Nutzwärmewasser steht, 4. Dämmung mit Nanogel-Matten (keine Feuchtigkeit in den Kollektoren).
Die Wärmeübertragung erfolgt bei einem erfindungsgemäßen Flachkollektor über die Absorberfläche bzw. das Absorberblech. Die Absorberfläche bzw. das Absorberblech ist mit dem Wärmerohr bzw. den Wärmerohren vorzugsweise rückseitig verbunden. Das Wärmerohr überträgt die Wärme durch Verdampfung in den Kondensator, der diese im Verteiler bzw. im Wärmetauscher an die Wärmeträgerflüssigkeit des Solarkreislaufs bzw. eines Sekundärkreislaufs (z.B. an das Nutzwärmewasser des Nutzwärmewasserkreislaufs) übertragt.
Die Wärmeübertragung herkömmlicher Kollektoren erfolgt über laserge- schweisste oder gepresste Verbindungen mit rückseitig verlaufenden Kupferoder Aluminiumrohren. Die Wärmeübertragung bei einem erfindungsgemäßen Flachkollektor wird bevorzugt durch einen speziellen hochtemperaturbeständigen Wärmeleitkleber bis 10000C und Metallspänen ausgeführt bzw. unterstützt.
Die Dämmung des erfindungsgemäßen Flachkollektors enthält vorzugsweise Nanogel-Matten oder besteht aus solchen Matten, z.B. mit 10mm Stärke (Produkt der NASA), wodurch Wärmeverluste minimiert werden. Die Nanogel-Dämmung ist unverrottbar und nimmt keine Feuchtigkeit auf. Dadurch kann die Bauhöhe des erfindungsgemäßen Flachkoilektors minimiert werden. Die Nanogel-Matten sind vorzugsweise nach vorn bzw. zum Inneren des Flachkollektors hin z.B. mit Aluminiumfolie abgedichtet, um eine eventuelle Ausgasung zu verhindern.
Kurzbeschreibung der Zeichnung, in welcher beispielhaft und schematisch zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Solar-Flachkollektors, Figur 2 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Solar-Flachkollektors
Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Solar-Flachkollektors,
Figur 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfin- dungsgemäßen Solar-Flachkollektors,
Figur 5 eine Draufsicht auf den Flachkollektor von Figur 4 mit gestrichelt dargestellten Rohren und Kondensatoren, weil sie von der Absorberfläche und dem Wärmetauscher des Solar-Flachkollektors verdeckt sind, Figur 6 einen Endbereich eines der Wärmerohre eines erfindungsgemäßen Solar-Flachkollektors, mit einem Kondensator, wobei das Wärmerohr hier ein Zwei-Phase-Thermosiphon ist, welcher z.B. in dem Solar-Flach- kollektor der Figuren 4 und 5 zum Einsatz kommen kann, Figur 7 eine Querschnitts-Detailansicht durch eines der Wärmerohre des Solar- Flachkollektors der Figuren 4 und 5, welches mittels Wärmeleitkleber an der Absorberfläche fixiert ist, und
Figur 8 eine Draufsicht auf die Wärmerohre und den Wärmetauscher des Solar- Flachkollektors der Figuren 4 und 5.
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Solar-Flachkollektor FK mit einer ebenen Absorberfläche A, einer transparenten Abdeckung G, welche hier durch eine Glasplatte G gebildet ist, drei Wärmeträgerrohren R, welche jeweils ein Wärmeträgermedium F1V enthalten, z.B. Wasser in flüssigem Zustand F und in dampfförmigem Zustand V1 sowie mit einer Wärmedämmung D. Die Glasplatte G und die Wärmedämmung D umschließen einen mit Luft gefüllten Hohlraum H, an dessen von der Glasplatte G abgewandten Begrenzungsfläche die Absorberfläche A angeordnet ist. Auf den Solar-Flachkollektor FK einfallende Sonnenstrahlung S ist imstande, die Glasplatte G zu durchdringen und nach Durch- querung des Hohlraumes H auf die Absorberfläche A zu gelangen. Die auf die Absorberfläche gelangende Sonnenstrahlung wird dort großteils absorbiert, so dass sich die Absorberfläche erwärmt.
Die Wärmeträgerrohre R sind erfindungsgemäß Wärmerohre, d.h. Heatpipes oder Zwei-Phasen-Thermosiphone. Sie sind an der Unterseite der Absorberfläche A mechanisch fixiert und stehen mit dieser sowohl in thermischem als auch mechanischem Kontakt.
Daher führt eine Erwärmung der Absorberfläche A durch Absorption von Sonnenstrahlung S auf Grund von Wärmeleitung zu einer Erwärmung der Wärmeträgerrohre R und somit auch zu einer Erwärmung des darin befindlichen Wärmeträgermediums F, wobei die Wärmedämmung D den Abfluss von Verlustwärme nach außerhalb des Solar-Flachkollektors K wesentlich vermindert. Die Verdampfung von Wärmeträgermedium F, der Transport latenter Wärme zu den in Figur 1 nicht dargestellten Kondensatoren und die dortige Freisetzung der latenten Wärme durch Kondensation wurde bereits oben Seite 3 Zeile 22 - Seite 4 Zeile 12 erläutert.
Die Wärmeträgerrohre R sind erfindungsgemäß Heatpipes oder Zwei-Phasen- Thermosiphone, d.h. Wärmerohre R ("Wärmerohr" ist ein Sammelbegriff für Heatpipe und Zwei-Phasen-Thermosiphon). Das Wärmeträgermedium F1V liegt darin zugleich in flüssiger Phase F und in Dampfphase V vor. Zwischen der Absorberfläche A und jedem Wämeträgerrohr R ist thermischer und zugleich mechanischer Kontakt durch einen Wärmeleitkleber WK hergestellt, welcher das Wärmeträgerrohr R an der Absorberfläche A vorzugsweise elastisch fixiert.
Die erfindungsgemäße Fixierung der Wärmeträgerrohre R an der Absorberfläche A mittels des Wärmeleitklebers WK bringt gegenüber einer Fixierung durch Schweißung mehrere erhebliche Vorteile mit sich. Einer dieser Vorteile besteht darin, dass eine Klebung weniger arbeitsaufwändig und damit billiger und viel schneller durchführbar ist als eine Schweißung.
Ein weiterer Vorteil der Klebung ist, dass keine Materialschädigung durch Hitzeeinwirkung beim Schweißen auftritt. Die Möglichkeit des Einreißens der Schweißnähte oder der hitzebedingten vorzeitigen Materialermüdung im Bereich der Schweißnähte entfällt und es besteht keine Gefahr, dass sich die Absorberfläche A durch die Hitzeeinwirkung beim Schweißen verzieht oder uneben wird.
Ein zusätzlicher Vorteil der Klebung besteht darin, dass als Klebstoff ein solcher Wärmeleitkleber verwendet werden kann, welcher hochelastisch ist, so dass ein so hergestellter erfindungsgemäßer, anders als ein geschweißter, Solar-Flachkol- lektor gegen mechanische Verspannungen und häufige starke Temperatur- Wechsel weitgehend resistent ist.
Ein nochmals anderer Vorteil der Klebung mit Wärmeleitkleber gegenüber einer Schweißung besteht darin, dass durch Anwendung einer großen Menge von Wärmeleitkleber WK die Wärmeübergangsfläche von der Absorberfläche A zum Wärmeträgerrohr R nahezu beliebig vergrößert werden kann, wodurch der Wärmewiderstand von der Absorberfläche A zum Wärmeträgerrohr R verringert wird. Dies ist bei einer Schweißung nicht ohne weiters möglich.
Die Absorberfläche A ist im vorliegenden Beispiel von Figur 1 durch eine Metallplatte A gebildet, an deren von der Abdeckung G abgewandten Seite (d.h. an der Unterseite der Absorberfläche A) das Wärmeträgerrohr R angeordnet ist.
Bevorzugt ist der Wärmeleitkleber WK ein solcher, in welchen in großer Zahl Partikel, Körner oder Späne aus Metall, insbesondere Kupfer, eingebettet sind. Durch einen solchen Wärmeleitkleber wird der Wärmewiderstand von der Absorberfläche A zum Wärmeträgerrohr R ebenfalls verringert und zugleich die mechanische Zugfestigkeit der Klebung verbessert.
Die Wärmedämmung D verringert Wärmeverluste des Solar-Flachkollektors K und erhöht somit dessen Wirkungsgrad. An den Außenseiten der Wärmedämmung D weist diese zusätzlich eine aufgeklebte Nanogel-Matte N auf, welche eine sehr große wärmedämmende Wirkung besitzt und somit die Wärmeverluste weiter verringert. Die Nanogel-Matte N enthält ein extrem feinkörniges Nanogel-Granulat, wie es z.B. unter dem Handelsnamen "Aerogel" im Handel ist. Grundbestandteil von "Aerogel" ist amorphe Kieselsäure (Silica).
Zwei-Phasen-Thermosiphone werden, anders als Heatpipes, immer mit solchem Längsgefälle montiert, dass der Kondensator höher liegt als die Verdampferzone, da in ihnen ansonsten kein Wärmestrom entsteht. Ein erfindungsgemäßer Solar- Flachkollektor mit Zwei-Phasen-Thermosiphon muss daher stets geneigt oder senkrecht aufgestellt bzw. montiert werden. Dies gilt nicht für einen erfindungsgemäßen Solar-Flachkollektor mit Heatpipe.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Solar-Flachkollektors FK1, in welcher die in Figur 1 dargestellten Rohre R mit kreisförmigem Querschnitt durch Rohre R1 mit dreieckigem Querschnitt ersetzt sind, wobei die Ecken der Dreiecke abgerundet sind. Eine Seite der Dreiecke ist jeweils der Absorberfläche A zugewandt und parallel zu dieser ausgerichtet. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist der gegenüber dem Solar- Flachkollektor FK von Figur 1 deutlich geringere Wärmewiderstand zwischen Rohr R1 und Absorberfläche A.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Solar-Flachkollektors, wobei einige Komponenten desselben nur teilweise dargestellt sind, um den Blick auf darunter liegende Komponenten freizugeben.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Solar-Flachkollektors FK", mit einer Glasplatte G", einer Absorberplatte A", und mit einem dazwischen befindlichen Hohlraum H". Im vorliegenden Beispiel weist der Solar-Flachkollektor FK" elf Wärmerohre R", also Heatpipes oder Zwei-Phasen-Thermosiphone, auf, welche alle mittels Wärmeleitkleber WK an der Unterseite der Absorberplatte A" fixiert sind und auf einer Wärmedämmung D" aufliegen. Diese weist die Form einer rechteckigen Schüssel auf, in welcher die Absorberplatte A" und die Wärmerohre R" aufgenommen sind.
Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf den Solar-Flachkollektor FK" von Figur 4, mit Wärmerohren R" und Kondensatoren K, welche gestrichelt dargestellt sind, weil sie von einer Absorberfläche A" und einem Wärmetauscher WT verdeckt sind. Der Wärmetauscher WT wird von nicht gezeigtem Nutzwärmewasser durchströmt und weist einen Zulauf ZL zum Einlass des Nutzwärmewassers und einen Ablauf AL zum Auslass des Nutzwärmewassers auf. Das Nutzwärmewasser umströmt beim Durchfließen des Wärmetauschers die Kondensatoren K, entzieht ihnen Nutzwärme, welche sie durch Kondensation von dampfförmigem Wärme- trägermedium V aufgenommen haben, und erwärmt sich dabei. Vom Auslass AL wird das Nutzwärmewasser zu einem nicht gezeigten Wärme-Verbraucher, z.B. Heizkörper, oder zu einem Wärmespeicher gefördert, gibt die im Wärmetauscher WT aufgenommene Nutzwärme dort wieder ab und wird erneut zum Zulauf ZL gefördert, d.h. das Nutzwärmewasser befindet sich in einem Kreislauf, welcher in Figur 5 nicht gezeigt ist.
Figur 6 zeigt einen Endbereich des Rohres R1" eines Zwei-Phasen-Thermo- siphons R"\K"", welcher an seinem einen Ende einen Kondensator K1" aufweist und in dem Solar-Flachkollektor der Figuren 4 und 5 zum Einsatz kommen kann. Der Zwei-Phasen-Thermosiphon R^ 1K"1 ist gegen die Waagerechte W geneigt oder senkrecht angeordnet; dies ist eine zwingende Voraussetzung für seine Funktionsfähigkeit.
Figur 7 zeigt eine gegenüber den Figuren 4 und 5 vergrößerte Querschnitts- Detailansicht durch eines der Rohre R" des Solar-Flachkollektors K" der Figuren 4 und 5. Das Rohr R" ist Teil eines Wärmerohres und mittels Wärmeleitkleber WK an der Unterseite der Absorberfläche A" fixiert, dass durch den Wärmeleitkleber WK ein möglichst guter Wärmeübergang von der Absorberfläche A" zum Rohr R" gegeben ist. Um dies zu erreichen, bedeckt der Wärmeleitkleber WK eine große Fläche an der Unterseite der Absorberfläche A" und eine große Fläche an der Außenseite des Rohres R".
Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf die Rohre R" und den Wärmetauscher WT des Solar-Flachkollektors FK" der Figuren 4 und 5. Die Kondensatoren K (Figur 5) befinden sich im Inneren des Wärmetauschers WT und sind in Figur 8 nicht dargestellt.
Gewerbliche Anwendbarkeit:
Die Erfindung ist gewerblich anwendbar insbesondere im Bereich der Technik der erneuerbaren Energien und in der Haustechnik. Liste der Bezugszeichen:
A1A" Absorberfläche
D1D" Wärmedämmung
G1G" Abdeckung, Glasplatte
F Wärmeträgerflüssigkeit
H1H" Hohlraum
FK.FK'.FK" Solar-Flachkollektor
K Kondensator
N Nanogel-Matte
R1R1R" Wärmeträgerrohr
S Sonnenstrahlung
V Dampf
W Waagerechte
WK Wärmeleitkleber
WT Wärmetauscher

Claims

Patentansprüche:
1. Solar-Flachkollektor (FK1FK', FK") mit wenigstens einer Absorberfläche (A), einer transparenten Abdeckung (G1G"), sowie mit wenigstens einem Wärme- trägerrohr (R1R1, R"), welches eine Wärmeträgerflüssigkeit (F) enthält, wobei
- Sonnenstrahlung (S) imstande ist, die Abdeckung (G1G") zu durchdringen und danach auf die Absorberfläche (A,A',A") zu gelangen und diesen zu erwärmen, und
- das Wärmeträgerrohr (R,R',R") an der die Absorberfläche (A1A' ,A") angeordnet ist und mit diesem in thermischem und mechanischem Kontakt steht, so dass eine Erwärmung der Absorberfläche (A,A',A") durch Sonnenstrahlung (S) auf Grund von Wärmeleitung zu einer Erwärmung des Wärmeträgerrohres (R.R'.R") und somit auch zu einer Erwärmung der darin befindlichen Wärmeträgerflüssigkeit (F) führt. dadurch gekennzeichnet, dass das/die Wärmeträgerrohr/e (R1R', R") ein
Wärmerohr (R.R'.R"), nämlich ein Heatpipe oder ein Zwei-Phasen-Thermosiphon, ist.
2. Solar-Flachkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Solar-Flachkollektor (FK.FK'.FK") eine Wärmedämmung (D1D") aufweist, welche den Abfluss von Verlustwärme nach außerhalb des Solar-Flachkollektors (FK.FK'.FK") vermindert.
3. Solar-Flachkollektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Absorberfläche (A,A',A") und dem Wämeträgerrohr (R, R', R") thermischer und zugleich mechanischer Kontakt durch einen Wärmeleitkleber (WK) hergestellt ist.
4. Solar-Flachkollektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkleber (WK) das Wärmeträgerrohr (R1R', R") an der Absorberfläche (A,A',A") fixiert.
5. Solar-Flachkollektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberfläche (A,A',A") durch eine Folie oder Platte, insbesondere Metallfolie oder Metallplatte (A,A',A"), gebildet ist, an deren von der Abdeckung (G1G") abgewandten Seite das Wärmeträgerrohr (R, R1, R") angeordnet ist.
6. Solar-Flachkollektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkleber (WK) zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Absorberfläche (A1A1, A") und Wärmeträgerrohr (R, R1, R") ein solcher ist, in welchen Partikel, Körner oder Späne aus Metall, insbesondere Kupfer, eingebettet sind.
7. Solar-Flachkollektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkleber (WK) ein solcher ist, welcher im ausgehärteten Zustand hochelastisch ist.
8. Solar-Flachkollektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nanogel als wärmedämmendes Material Teil der Wärmedämmung (D1D") ist.
9. Solar-Flachkollektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmung (D1D") wenigstens eine Matte (N) enthält oder aufweist, welche Nanogel enthält.
10. Solar-Flachkollektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Wärmeträgerrohrs (R1) von der Kreisform abweicht und die Form eines Dreiecks oder eines Dreiecks mit wenigstens einer abgerundeten Ecke - oder eines Dreiecks mit wenigstens einer nach außen gebogenen Seite oder eines Dreiecks mit wenigstens einer nach außen gebogenen Seite und wenigstens einer abgerundeten Ecke aufweist, wobei eine Seite des Dreiecks der Absorberfläche (A) zugewandt und parallel zu dieser ausgerichtet ist und die dieser Seite gegenüberliegende Ecke des Dreiecks von der Absorberfläche (A) abgewandt ist.
11. Solar-Flachkollektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Wärmeträgerrohrs von der Kreisform abweicht und die Form eines Rechtecks oder Quadrates oder eines Rechtecks oder Quadrates mit wenigstens einer abgerundeten Ecke oder eines Rechtecks oder Quadrates mit wenigstens einer nach außen gebogenen Seite oder eines Rechtecks oder Quadrates mit wenigstens einer nach außen gebogenen Seite und wenigstens einer abgerundeten Ecke aufweist, wobei eine Seite des Rechtecks oder Quadrates der Absorberfläche (A) zugewandt ist und parallel zu dieser ausgerichtet ist.
12. Solar-Flachkollektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (R, R1, R") in einem seiner Endbereiche einen Kondensator (K) aufweist, welcher sich in einem von einer Nutzwärmeflüssigkeit durchströmten Wärmetauscher (WT) befindet, wobei der Kondensator (K) ohne zwischengeschaltetes festes Material in direktem Kontakt mit der Nutzwärmeflüssigkeit steht und Wärme an diese abgibt, und die Nutzwärmeflüssigkeit diese Wärme nach außerhalb des Solar-Flachkollektors (FK.FK'.FK") transportiert.
PCT/EP2009/006545 2008-09-09 2009-09-09 Solar-flachkollektor WO2010028818A2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202009017830U DE202009017830U1 (de) 2008-09-09 2009-09-09 Solar-Flachkollektor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202008011906.5 2008-09-09
DE202008011906 2008-09-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2010028818A2 true WO2010028818A2 (de) 2010-03-18
WO2010028818A3 WO2010028818A3 (de) 2011-01-13

Family

ID=42005549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/006545 WO2010028818A2 (de) 2008-09-09 2009-09-09 Solar-flachkollektor

Country Status (2)

Country Link
DE (2) DE202009017830U1 (de)
WO (1) WO2010028818A2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011143906A1 (zh) * 2010-05-20 2011-11-24 Wu Guosheng 管式平板太阳能集热器
WO2013181914A1 (zh) * 2012-06-05 2013-12-12 常州市美润太阳能有限公司 太阳能热柜
CN105091365A (zh) * 2014-05-08 2015-11-25 浙江桑乐数字化太阳能有限公司 一种可现场装配的热管型平板集热器
FR3054647A1 (fr) * 2016-08-01 2018-02-02 Saint Gobain Isover Isolation de collecteur solaire et produit obtenu

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202012004578U1 (de) 2012-05-10 2013-08-12 Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg Solar-Flachkollektor und thermische Solaranlage
DE202013000755U1 (de) 2013-01-25 2014-04-29 Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg Solar-Flachkollektor und thermische Solaranlage
DE202018102626U1 (de) 2018-05-09 2019-08-14 Solarlux Gmbh Wärmegewinnungssystem für Wintergärten oder andere Gebäude mit hohem Anteil transparenter Bauteile
DE202018102627U1 (de) 2018-05-09 2019-08-14 Solarlux Gmbh Bauteil mit Solarkollektor für insbesondere Wintergärten

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2355256A1 (fr) * 1976-06-15 1978-01-13 Mac Alister Roy Echangeur de chaleur collecteur de radiations solaires
US4261334A (en) * 1978-07-26 1981-04-14 Matthews Robert D Solar collector
DE3000634A1 (de) * 1980-01-10 1981-07-16 Happel GmbH & Co, 4690 Herne Flachkollektor zur nutzung der sonnenstrahlung
US4505261A (en) * 1983-12-19 1985-03-19 Hunter Billy D Modular passive solar heating system
US4513732A (en) * 1981-11-10 1985-04-30 Feldman Jr Karl T Passive integral solar heat collector system
GB2161917A (en) * 1984-06-29 1986-01-22 Showa Aluminum Corp Solar water heater
US5167218A (en) * 1986-03-31 1992-12-01 David Deakin Solar collector having absorber plate formed by spraying molten metal
WO1999010934A1 (en) * 1997-08-25 1999-03-04 Technische Universiteit Eindhoven A panel-shaped, hybrid photovoltaic/thermal device
US20060011193A1 (en) * 2004-07-16 2006-01-19 Jiangming Rong Water pre-heating arrangement
EP1707897A1 (de) * 2003-12-03 2006-10-04 Dynax Corporation Sonnenwärmekollektorpaneel
EP1873843A2 (de) * 2006-06-26 2008-01-02 Fototherm S.r.l. Photovoltaische Anlage

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20216297U1 (de) 2002-10-23 2003-01-09 Rheinzink Gmbh Heliothermischer Flachkollektor-Modul in Sandwichbauweise
DE202007008053U1 (de) 2007-06-05 2007-11-22 Gallasch, Willi Hochleistungs-Vakuum-Flachkollektor
DE102007062264A1 (de) 2007-12-13 2009-06-18 Sölch, Roland Solarthermischer Vakuum-Flachkollektor

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2355256A1 (fr) * 1976-06-15 1978-01-13 Mac Alister Roy Echangeur de chaleur collecteur de radiations solaires
US4261334A (en) * 1978-07-26 1981-04-14 Matthews Robert D Solar collector
DE3000634A1 (de) * 1980-01-10 1981-07-16 Happel GmbH & Co, 4690 Herne Flachkollektor zur nutzung der sonnenstrahlung
US4513732A (en) * 1981-11-10 1985-04-30 Feldman Jr Karl T Passive integral solar heat collector system
US4505261A (en) * 1983-12-19 1985-03-19 Hunter Billy D Modular passive solar heating system
GB2161917A (en) * 1984-06-29 1986-01-22 Showa Aluminum Corp Solar water heater
US5167218A (en) * 1986-03-31 1992-12-01 David Deakin Solar collector having absorber plate formed by spraying molten metal
WO1999010934A1 (en) * 1997-08-25 1999-03-04 Technische Universiteit Eindhoven A panel-shaped, hybrid photovoltaic/thermal device
EP1707897A1 (de) * 2003-12-03 2006-10-04 Dynax Corporation Sonnenwärmekollektorpaneel
US20060011193A1 (en) * 2004-07-16 2006-01-19 Jiangming Rong Water pre-heating arrangement
EP1873843A2 (de) * 2006-06-26 2008-01-02 Fototherm S.r.l. Photovoltaische Anlage

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011143906A1 (zh) * 2010-05-20 2011-11-24 Wu Guosheng 管式平板太阳能集热器
WO2013181914A1 (zh) * 2012-06-05 2013-12-12 常州市美润太阳能有限公司 太阳能热柜
CN105091365A (zh) * 2014-05-08 2015-11-25 浙江桑乐数字化太阳能有限公司 一种可现场装配的热管型平板集热器
FR3054647A1 (fr) * 2016-08-01 2018-02-02 Saint Gobain Isover Isolation de collecteur solaire et produit obtenu
EP3279585A1 (de) * 2016-08-01 2018-02-07 Saint-Gobain Isover Solar- collector- isolierung und erhaltenes produkt
US10502458B2 (en) 2016-08-01 2019-12-10 Saint-Gobain Isover Solar collector insulation and obtained product

Also Published As

Publication number Publication date
DE202009017830U1 (de) 2010-09-23
DE102009040653A1 (de) 2010-06-17
WO2010028818A3 (de) 2011-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010028818A2 (de) Solar-flachkollektor
DE2601976A1 (de) Solar-plattensammler
EP1736715A1 (de) Vakuumröhren für Solarkollektoren mit verbessertem Wärmeübergang
DE2527742A1 (de) Wandelement zur umwandlung von sonnenenergie in waerme zum erhitzen von fluessigkeiten
WO2008074852A2 (de) Röhrenkollektor mit variabler wärmeleitfähigkeit der koaxialrohre
DE102005010461A1 (de) Solarkollektor
CH712851B1 (de) Kühlelement zum Nachrüsten eines PV-Moduls und Verfahren zum Nachrüsten eines solchen.
DE19726330A1 (de) Vakuumpaneel zur thermischen Nutzung der Sonnenenergie
DE19826921A1 (de) Wandelement
DE202007014238U1 (de) Vorrichtung zur Wärmeübertragung eines Heatpipekondensators
DE102006036704B3 (de) Thermischer Sonnenkollektor
WO2013000713A2 (de) Solaranlage mit einem sonnenkollektor und einem fotovoltaischen oder thermoelektrischen wandler
DE2336247A1 (de) Sonnenkollektor
DE102011115018A1 (de) Sonnenkollektoren, Heizkörper, Kühlkörper
DE10039111A1 (de) Solarabsorber
DE10043295C1 (de) Heliothermischer Flachkollektor-Modul
WO2010028819A2 (de) Solarkollektor, welcher ein wärmerohr mit kondensator aufweist
EP2198203A2 (de) Solarluftenergieabsorber
DE202005016100U1 (de) Solar Thermozentrale mit Sandwich-Kollektoren
DE19907518C1 (de) Sonnenkollektor
DE102010036383A1 (de) Solarbauelement für Solarthermieanlagen, Solarthermieanlage, Verfahren zum Betreiben einer Solarthermieanlage und Teile eines Solarbauelements für Solarthermieanlage
AT512837B1 (de) Solarkollektorsystem
DE202016003756U1 (de) Photovoltaik-Modul mit Wärmetauscher für Solarstrahlungs- und Luft-Wärme
DE102011050600B4 (de) Wärmekollektormodul mit einem Wärmekollektor zur deckseitigen Anbringung auf mindestens einer Dachplatte
DE4330645A1 (de) Speicherkollektor

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09740257

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09740257

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2