DE102009030356A1 - Two-phases-thermosiphon for use as heat exchanger e.g. vacuum tube collector, has covering shells connected one below other so that transmission of latent warmth to surface of heat transfer pipe takes place by working medium - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Zwei-Phasen-Thermosyphon als Wärmetauscher mit einer Arbeitsfläche zur Absorption und Übertragung von Wärme auf eine Wärmeträgerflüssigkeit. Der Wärmetauscher ist in einer ersten Anwendung als Kühlkörper, insbesondere als Klimaanlage zur Ausleitung unerwünschter, überschüssiger Wärme aus einem Raum vorgesehen. Die zweite Anwendung für einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher betrifft solarthermische Kollektoren als Flachkollektoren oder Vakuum-Röhrenkollektoren, die starr oder beweglich zur Sonne ausgerichtet sind und in ein wärmegedämmtes Gehäuse eingebaut werden, das mindestens auf der der Sonne zugewandten Seite ein gläsernes Hüllelement besitzt.The The invention relates to a two-phase thermosiphon as a heat exchanger with a work surface for absorption and transfer of heat on a heat transfer fluid. The heat exchanger is in a first application as a heat sink, especially as an air conditioning system for the discharge of unwanted, excess Heat from a room provided. The second application for a heat exchanger according to the invention relates to solar thermal collectors as flat plate collectors or vacuum tube collectors, which are rigid or movable towards the sun and in one heat-insulated housing to be installed, the at least on the side facing the sun a glassy Has wrapping element.
Stand der TechnikState of the art
Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung sind die drei bekannten Wirkprinzipien zur Übertragung von Wärme von einer Wärmequelle auf eine relativ zur Quelle kühlere Wärmesenke. In der Kollektortechnik werden alle drei Möglichkeiten der Wärmeübertragung genutzt, um solar gewonnene Wärme auf ein Wärmeträgermedium zu übertragen. Kupfer als ein guter Wärmeleiter ist dabei bisher ein unverzichtbarer Werkstoff. Eine alternative Möglichkeit der Wärmeaufnahme und -übertragung stellt ein Wärmerohr, eine sog. „Heatpipe” dar. Hier nutzt man die Verdampfungswärme eines Stoffes für die direkte und indirekte Wärmeübertragung zu einer Nutzanwendung. Bei einem solarthermischen Kollektor in Form eines Wärmerohrs wird die solare Strahlung von einem Absorber aufgefangen und möglichst vollständig in Wärme umgewandelt. Durch das physikalische Prinzip der Wärmeleitung wird die vom Absorber gesammelte Wärme in einem evakuierten und teilweise mit einem flüssigen Arbeitsmedium befüllten Arbeitsraum auf ein Arbeitsmedium übertragen, das bei Wärmezufuhr mindestens teilweise verdampft. Der Dampf strömt vom unteren Ende des Wärmerohrs, dem sog. Sumpf, in Richtung eines Kondensators, der sog. Wärmesenke. Unter einem Zwei-Phasen-Thermosyphon versteht man ein schwerkraftgetriebenes Wärmerohr, bei dem ein an einer Wärmesenke kondensiertes Arbeitsmedium selbstständig in den Verdampfer zurückfließt und sich im flüssigen Zustand in dem sog. Sumpf am unteren Ende des Wärmerohrs sammelt. Auf diese Weise entsteht ein stetiger Wärmetransport zwischen dem Arbeitsraum und dem Kondensator, sodass mit einer hohen Wärmestromdichte große Wärmemengen transportiert werden können. Da dies ohne zusätzliche Hilfsmittel, wie z. B. einer Umwälzpumpe geschieht, sind Wärmerohre besonders wirtschaftlich und zeichnen sich durch einen minimalen Wartungsaufwand und geringe Betriebskosten aus. Dieses elegante Prinzip der Wärmeübertragung mit einem senkrecht oder geneigt angeordneten Zwei-Phasen-Thermosyphon wird bisher überwiegend in einer linearen Ausbildung als Rohr genutzt. Bekannte Heatpipes können nur senkrecht oder bis zu einem Grenzneigungswinkel von 25 Grad gegenüber der Horizontalen installiert werden. Herkömmliche Wärmetauscher und Absorberflächen besitzen eine hydraulische Struktur, die ein von einer Wärmeträgerflüssigkeit durchströmtes Rohrleitungsnetz mit wärmeleitenden Flächen verbindet und z. B. als Serpentinen- oder Harfenabsorber ausgebildet ist.Heat conduction, Convection and radiation are the three known principles of action for transferring heat from a heat source on a relative to the source cooler heat sink. In collector technology, all three possibilities used the heat transfer to solar won Transfer heat to a heat transfer medium. Copper as a good conductor of heat has been indispensable so far Material. An alternative way of heat absorption and transfer represents a heat pipe, a so-called "heat pipe". Here one uses the heat of vaporization of a substance for the direct and indirect heat transfer too a user application. For a solar thermal collector in shape A heat pipe is the solar radiation from an absorber collected and as completely as possible in heat transformed. By the physical principle of heat conduction is the heat collected by the absorber in an evacuated and partially filled with a liquid working medium Work space transferred to a working medium, the case of heat at least partially evaporated. The steam flows from the bottom End of the heat pipe, the so-called swamp, in the direction of one Condenser, the so-called heat sink. Under a two-phase thermosyphone one understands a gravity-driven heat pipe, with the one condensed on a heat sink working medium independently flows back into the evaporator and is in the liquid Condition in the so-called swamp at the lower end of the heat pipe collects. In this way, a steady heat transfer between the workspace and the condenser, so with a high Heat flow density large amounts of heat to be transported can. Since this without additional aids, such as B. a circulating pump, are heat pipes particularly economical and characterized by a minimal Maintenance and low operating costs. This elegant Principle of heat transfer with a vertical or inclined arranged two-phase thermosyphone has been prevalent so far used in a linear training as a tube. Known heatpipes can only be perpendicular or up to a limit tilt angle be installed by 25 degrees from the horizontal. Conventional heat exchangers and absorber surfaces have a hydraulic structure that is one of a heat transfer fluid flowed through pipe network with heat-conducting surfaces connects and z. B. formed as a serpentine or Harfenabsorber is.
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Aufgabenstellungtask
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen großflächigen Wärmetauscher zu finden, der unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik in senkrechter oder geneigter Anordnung nach dem Prinzip eines Zwei-Phasen-Thermosyphons bei Wärmeeintrag über eine Arbeitsfläche in einem kontinuierlichen Kreislauf latente Wärme auf eine in einem Wärmeträgerrohr geführte Wärmeträgerflüssigkeit überträgt und dabei als steifes Sandwichelement einem Unterdruck von weniger als 5 Pascal formstabil standhält und einfach und kostengünstig, sowie materialsparend herzustellen ist. Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, die Strömung des Arbeitsmediums in einem nach thermodynamischen Gesichtspunkten gestalteten Arbeitsraum gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern und Vorkehrungen für eine gleichmäßige Wärmeübertragung des Arbeitsmediums auf das Wärmeträgerrohr innerhalb des Arbeitsraums zu treffen.It The object of the invention is a large-scale Find heat exchanger, avoiding the disadvantages of the prior art in a vertical or inclined arrangement on the principle of a two-phase thermosyphon on heat input via a work surface in a continuous cycle latent heat on a in a heat transfer tube Guided heat transfer fluid transfers and as a stiff sandwich element a negative pressure of less than 5 Pascals withstand dimensional stability and simple and inexpensive, and save material is to produce. It is especially task the invention, the flow of the working medium in one according to thermodynamic aspects designed working space opposite to improve the state of the art and arrangements for a uniform heat transfer of the working medium on the heat transfer tube inside of the workroom.
Diese Aufgaben werden mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausbildungsmöglichkeiten und Eigenschaften der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.These Tasks are solved with the features mentioned in claim 1. Advantageous training opportunities and characteristics The invention will become apparent from the dependent claims.
Der Arbeitsraum eines erfindungsgemäßen, großflächigen Wärmetauschers besitzt an seinem unteren Ende einen zusammenhängenden Sumpf für eine gleichmäßige Verteilung des Arbeitsmediums. Im Falle von linienförmig mit den Deckschalen eines Sandwichelements verbundenen Abstandhaltern, die untereinander Kammern bilden, wird auf diese Weise im Betriebszustand des Wärmetauschers jede Kammer gleichmäßig mit Dampf versorgt. Die beiden Deckschalen eines Sandwichelements wirken dabei als Wärmeleitflächen, die den Dampf gezielt auf ein oberhalb des Sumpfes zentrisch angeordnetes Wärmeträgerrohr leiten. Die Kondensationskammer ist so gestaltet, dass der Dampf gezielt um das Wärmeträgerrohr herumgeführt wird. Bei einem Wärmetauscher mit einseitigem Wärmeeintrag über die Arbeitsfläche, wie z. B. bei einem Flachkollektor, ist vorgesehen, den Arbeitsraum in eine der Wärmequelle zugewandte Vorlaufkammer, in der das Arbeitsmedium in der Gasphase aufsteigt und in eine rückwärtige Rücklaufkammer, in der das kondensierte Arbeitsmedium unter dem Einfluss der Schwerkraft in den Sumpf zurückfließt, zu unterteilen. Die Unterteilung mit einer Strömungsleitfläche im Arbeitsraum kann auch für ein Sandwichelement mit punktförmig angeordneten Abstandhaltern vorgesehen werden.Of the Working space of an inventive, large-scale Heat exchanger has at its lower end a contiguous Swamp for an even distribution of the working medium. In the case of linear with the cover shells a sandwich element connected spacers to each other Forming chambers, is in this way in the operating state of the heat exchanger each chamber evenly supplied with steam. The Both cover shells of a sandwich element act as Wärmeleitflächen, the the steam targeted to a centrally above the sump Conduct heat transfer tube. The condensation chamber is designed so that the steam targeted to the heat transfer tube is led around. In a heat exchanger with one-sided heat input over the work surface, such as B. in a flat plate, is provided, the working space in a heat source facing the flow chamber, in the the working medium rises in the gas phase and in a rearward Return chamber, in which the condensed working medium under the influence of gravity flows back into the swamp, to divide. The subdivision with a flow guide The working space can also be punctiform for a sandwich element arranged spacers are provided.
Eine Beschichtung der dem Arbeitsraum zugewandten Oberflächen der Deckschalen mit einer Nanostruktur bewirkt, dass entsprechend dem Lotuseffekt das Arbeitsmedium an den Oberflächen abperlt, wodurch der Kreislauf von Wärmeaufnahme und -abgabe unterstützt wird.A Coating of the working space facing surfaces the cover shells with a nanostructure causes that accordingly the lotus effect pours off the working medium on the surfaces, which supports the cycle of heat absorption and release becomes.
Für die optimale Wirksamkeit eines solarthermischen Kollektors ist die selektive Beschichtung der Arbeitsfläche maßgeblich. Sie kann in einem chemischen Prozess aus Schwarzchrom (Absorptionsgrad ca. 95%, Emissionsgrad ca. 12%) oder Schwarznickel (Absorptionsgrad ca. 97%, Emissionsgrad ca. 10–20%) oder in einem physikalischen Prozess aus Titanoxinitrid (Absorptionsgrad ca. 95%, Emissionsgrad ca. 5%) durch Aufdampfen oder Sputtern auf die Arbeitsfläche aufgebracht werden.For the optimal effectiveness of a solar thermal collector is the selective coating of the work surface. It can be made in a black chromium chemical process (absorption degree approx. 95%, emissivity approx. 12%) or black nickel (absorption degree about 97%, emissivity about 10-20%) or in a physical Titanium oxynitride process (degree of absorption approx. 95%, emissivity about 5%) by vapor deposition or sputtering on the work surface be applied.
Der Gefahr der Überhitzung eines solarthermischen Kollektors kann durch eine kontrollierte Entwärmung über den Durchfluss der Wärmeträgerflüssigkeit entgegengewirkt werden. Eine weitere Methode ist eine genaue Dosierung des Arbeitsmediums, wobei mit einer mageren Auslegung, d. h. mit wenig Flüssigkeit, eine Begrenzung der Betriebstemperatur erreicht werden kann. Die Abstandhalter zwischen den beiden Deckschalen können alsOf the Danger of overheating a solar thermal collector can through a controlled heat dissipation over the flow of heat transfer fluid be counteracted. Another method is a precise dosage the working medium, with a lean design, d. H. With little liquid, a limitation of the operating temperature can be achieved. The spacers between the two cover shells can as
Rippen oder als gefaltete bzw. gewellte Struktur linienförmig angeordnet werden. Zur Herstellung eines zusammenhängenden Arbeitsraums ist es aber auch möglich, punktförmig angeordnete Abstandhalter zu vorzusehen. Die Abstandhalter können aber auch unmittelbar an die Deckschalen angeformt werden und als linienförmige Abstandhalter aus tiefgezogenen Sicken oder als punktförmig angeordnete Abstandhalter aus tiefgezogenen oder gesenkgeschmiedeten Noppen bestehen. Ein Granulat aus druck steifen Körpern oder eine drucksteife Platte aus einem Metallgeflecht, die jeweils lose mit den Deckschalen in Verbindung stehen, können ebenfalls als Abstandhalter vorgesehen sein. In Übereinstimmung mit den punkt- oder linienförmig angeordneten Abstandhalter können konkav oder konvex gewölbte Teilflächen die Deckschalen strukturieren und verleihen einem Sandwichelement die nötige Formstabilität, um die wechselnden Betriebsdrücke eines Zwei-Phasen-Thermosyphons aufzunehmen.Ribs or arranged as a folded or undulating structure line. But for the production of a contiguous workspace, it is also possible to provide punctiform spacers. However, the spacers can also be formed directly on the cover shells and as linear spacers formed from deep-drawn beads or punctiform spacers made of deep-drawn or drop-forged knobs. A granulate of pressure-stiff bodies or a Pressure-resistant plate made of a metal mesh, which are each loosely connected to the cover shells, may also be provided as a spacer. In accordance with the spacers arranged in a point or line shape, concave or convexly curved surfaces can structure the cover shells and give a sandwich element the necessary dimensional stability to accommodate the changing operating pressures of a two-phase thermosyphone.
Ein solarthermischer Kollektor benötigt ein wärmedämmendes Gehäuse, um Wärmeverluste an die Atmosphäre möglichst gering zu halten. Mindestens auf der der Sonne zugewandten Seite besitzt dieses Gehäuse ein transparentes Hüllelement, das von einer Glasscheibe oder einer Vakuum-Isolierglasscheibe gebildet wird.One Solar thermal collector requires a heat-insulating Housing to heat loss to the atmosphere keep as low as possible. At least on the sun facing side, this housing has a transparent Enveloping element, that of a glass pane or a vacuum insulating glass pane is formed.
Ein lichtdurchlässiger Flachkollektor hat mehrere voneinander abgeschottete Arbeitsräume, die an einem Wärmerohr aufgereiht sind, wobei die Deckschalen zwischen den Arbeitsräumen Durchbrüche für den Tageslichteinfall aufweisen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante eines Flachkollektors ist das Kollektorgehäuse als Ganzglaskonstruktion ausgebildet, wobei der mit einem Unterdruck beaufschlagte Arbeitsraum zwischen zwei Vakuum-Isolierglasscheiben angeordnet ist.One translucent flat plate collector has more than one another foreclosed working spaces attached to a heat pipe are lined up, with the cover shells between the work spaces Have breakthroughs for daylight. In a particularly advantageous embodiment of a Flat collector is the collector housing as a whole glass construction formed, wherein the acted upon by a vacuum working space is arranged between two vacuum insulating glass panes.
In Lamellenform kann ein Flachkollektor als Element eines zur Sonne ausrichtbaren Lamellenregisters neben der Kollektorfunktion auch eine Sonnenschutzfunktion im Bereich einer Fassadenkonstruktion übernehmen. Bei einer erfindungsgemäßen Kollektorlamelle ist die Schwenkachse horizontal, koaxial und konzentrisch zum Wärmeträgerrohr angeordnet, wobei der Zwei-Phasen-Thermosyphon senkrecht zu einer horizontalen Schwenkachse arbeitet und für seine Wirksamkeit einen Grenzwinkel von 25 Grad gegenüber der Horizontalen aufweist, sodass eine Lamelle mit Sonnenschutzfunktion einen Verschwenkbereich von ca. 65 Grad aufweist.In Slat shape can be a flat plate collector as an element to the sun Alignable lamella register next to the collector function also assume a sun protection function in the area of a facade construction. In a collector blade according to the invention is the pivot axis horizontal, coaxial and concentric with the heat transfer tube arranged, wherein the two-phase thermosyphone perpendicular to a horizontal pivot axis works and for its effectiveness has a critical angle of 25 degrees with respect to the horizontal, so a slat with sun protection function a pivoting range of about 65 degrees.
Bei einem Röhrenkollektor besteht das transparente Hüllelement aus einem Glasrohr aus entspiegeltem Kalknatronglas oder Kunststoff.at a tube collector is the transparent envelope element from a glass tube made of anti-reflective soda-lime glass or plastic.
Im Falle eines Vakuum-Röhrenkollektors ist ein beidseitig mit Siliciumdioxid bedampftes Rohr aus Kalknatronglas oder aus Borosilicatglas vorgesehen. Die Integration eines flächenförmig arbeitenden Zwei-Phasen-Thermosyphons in ein Glasrohr erlaubt den Einbau horizontal oder vertikal angeordneter Röhrenkollektoren insbesondere im Bereich einer Gebäudehüllkonstruktion.in the Trap of a vacuum tube collector is a two-sided Silica-steamed soda-lime glass or borosilicate glass pipe intended. The integration of a planar Working two-phase thermosiphons in a glass tube allows the Installation of horizontally or vertically arranged tube collectors especially in the area of a building envelope construction.
Kupfer als gut wärmeleitendes Material kann durch kostengünstigere Metalle, wie z. B. Edelstahl, ersetzt werden. Dies gilt auch für die Deckschalen und die linienförmig angeordneten Abstandhalter eines Sandwichelements, die ggf. mit minimalen Wandstärken ausgebildet werden können.copper As a good heat conducting material can be cheaper Metals, such as As stainless steel, to be replaced. This also applies to the cover shells and the linear spacers a sandwich element, possibly with minimal wall thicknesses can be trained.
Der Arbeitsraum kann nur wenige Zentimeter, aber auch mehrere Meter hoch sein. Besonders vorteilhaft ist die vollständige Integration des Wärmeträgerrohrs in ein Sandwichelement, wodurch aufwendige, außerhalb des Arbeitsraums erforderliche Dämmmaßnahmen für das Wärmeträgerrohr auf ein Minimum beschränkt sind.Of the Working space can be only a few centimeters, but also several meters be high. Particularly advantageous is the complete integration of the heat transfer tube in a sandwich element, whereby elaborate, required outside the work space insulation measures for the heat transfer tube to a minimum are limited.
Ein erfindungsgemäßer Kühlkörper absorbiert z. B. überschüssige und unerwünschte Wärme aus der Raumluft eines Aufenthaltsraums und überträgt sie zur Ableitung aus dem Raum auf eine Wärmeträgerflüssigkeit, wodurch eine Kühlung der Raumluft bewirkt wird. Ein Kühlkörper kann aber auch der Wärmerückgewinnung dienen, indem er heiße Abgase kühlt und z. B. in einen Kamin eingebaut wird. Die zurückgewonnene Wärme wird von der Wärmeträgerflüssigkeit einer Nutzanwendung zugeführt.One inventive heat sink absorbs z. B. excess and unwanted Heat from the room air of a lounge and transmits they for discharging from the room to a heat transfer fluid, whereby a cooling of the room air is effected. A heat sink but can also serve the heat recovery, by cooling hot exhaust gases and z. B. in one Fireplace is installed. The recovered heat is from the heat transfer fluid a Applied utility.
Ein in parallele Kammern untergliedertes Sandwichelement kann in einem Strangpressverfahren aus Aluminium hergestellt werden mit einer Bauhöhe von z. B. 1–6 cm hergestellt werden, wobei die absorbierende Arbeitsfläche durch eingepresste Rillen oder Stege erweitert werden kann. Sandwichelemente aus Stahl werden in einem Laserschweißverfahren als großformatige Tafeln hergestellt. Gebogene Sandwichplatten können untereinander zu Hohlprofilen gefügt werden. In der bevorzugten Ausführungsvariante wird ein Sandwichelement aus dünnwandigem Edelstahl durch Ultraschall- oder Laserschweißen hergestellt.One in parallel chambers partitioned sandwich element can in a Extrusion processes are made of aluminum with a Height of z. B. 1-6 cm are produced, wherein the absorbent work surface by pressed grooves or webs can be extended. Steel sandwich panels in a laser welding process as a large format Made of boards. Curved sandwich panels can be used with each other be added to hollow profiles. In the preferred embodiment is a sandwich element made of thin-walled stainless steel Ultrasonic or laser welding made.
Ausführungsbeispieleembodiments
Die unter Bezugnahme zu beiliegenden Figuren nachfolgend gezeigten Ausführungsbeispiele zeigen jeweils einen Zwei-Phasen-Thermosyphon als großflächigen Wärmetauscher in unterschiedlichen konkreten Anwendungen.The with reference to accompanying figures below embodiments shown each show a two-phase thermosyphone as a large area Heat exchangers in different concrete applications.
Es zeigt:It shows:
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 202008007647 [0003] - DE 202008007647 [0003]
- - DE 102006000668 B4 [0004] - DE 102006000668 B4 [0004]
- - DE 202007007568 [0005] - DE 202007007568 [0005]
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3136017A1 (en) | 2015-08-25 | 2017-03-01 | Viessmann Werke GmbH & Co. KG | Solar collector |
| DE202017002106U1 (en) | 2017-04-21 | 2017-06-29 | Paxos Consulting & Engineering GmbH & Co. KG | Solar thermal system with cooling device |
| CN112964104A (en) * | 2021-04-06 | 2021-06-15 | 苏州领焓能源科技有限公司 | Heat pipe exchanger |
| CN116019245A (en) * | 2022-12-24 | 2023-04-28 | 西安圣华农业科技股份有限公司 | Tobacco drying device with cold recovery function |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10308993A1 (en) | 2003-03-01 | 2004-09-09 | Wittenberger, Ernoe, Dipl.-Ing. | Heat pipe heat exchanger construction for heat pipe solar collectors comprises a corrugated sheet steel absorber surrounded by a sealing plate and a pipe crossing channels while maintaining closed inner chambers |
| DE202007007568U1 (en) | 2007-05-25 | 2007-09-20 | Boston Cool Tec Corporation, Wilmington | A flat heatpipe (heat pipe) and heat sink using them |
| DE102006000668B4 (en) | 2006-01-03 | 2008-08-07 | Bittmann, Mark, Dipl.-Ing.(FH) | Adjustable solar collector |
| DE202008007647U1 (en) | 2008-06-07 | 2008-08-14 | Narva Lichtquellen Gmbh + Co. Kg | Heat pipe for heat transfer in solar thermal energy |
-
2009
- 2009-06-18 DE DE102009030356A patent/DE102009030356A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10308993A1 (en) | 2003-03-01 | 2004-09-09 | Wittenberger, Ernoe, Dipl.-Ing. | Heat pipe heat exchanger construction for heat pipe solar collectors comprises a corrugated sheet steel absorber surrounded by a sealing plate and a pipe crossing channels while maintaining closed inner chambers |
| DE102006000668B4 (en) | 2006-01-03 | 2008-08-07 | Bittmann, Mark, Dipl.-Ing.(FH) | Adjustable solar collector |
| DE202007007568U1 (en) | 2007-05-25 | 2007-09-20 | Boston Cool Tec Corporation, Wilmington | A flat heatpipe (heat pipe) and heat sink using them |
| DE202008007647U1 (en) | 2008-06-07 | 2008-08-14 | Narva Lichtquellen Gmbh + Co. Kg | Heat pipe for heat transfer in solar thermal energy |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3136017A1 (en) | 2015-08-25 | 2017-03-01 | Viessmann Werke GmbH & Co. KG | Solar collector |
| DE102015114099A1 (en) | 2015-08-25 | 2017-03-02 | Viessmann Werke Gmbh & Co Kg | solar collector |
| DE202016008726U1 (en) | 2015-08-25 | 2019-03-26 | Viessmann Werke Gmbh & Co Kg | solar collector |
| DE202017002106U1 (en) | 2017-04-21 | 2017-06-29 | Paxos Consulting & Engineering GmbH & Co. KG | Solar thermal system with cooling device |
| CN112964104A (en) * | 2021-04-06 | 2021-06-15 | 苏州领焓能源科技有限公司 | Heat pipe exchanger |
| CN116019245A (en) * | 2022-12-24 | 2023-04-28 | 西安圣华农业科技股份有限公司 | Tobacco drying device with cold recovery function |
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