DE202009017830U1 - Flat plate solar collector - Google Patents
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Abstract
Solar-Flachkollektor (FK, FK', FK'') mit wenigstens einer Absorberfläche (A), einer transparenten Abdeckung (G, G''), sowie mit wenigstens einem Wärmeträgerrohr (R, R', R''), welches eine Wärmeträgerflüssigkeit (F) enthält, wobei
– Sonnenstrahlung (S) imstande ist, die Abdeckung (G, G'') 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 (A, A', 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 (R, R', R'') ein Wärmerohr (R, R', R''), nämlich ein Heatpipe oder ein Zwei-Phasen-Thermosiphon, ist.Solar flat collector (FK, FK ', FK'') with at least one absorber surface (A), a transparent cover (G, G''), as well as with at least one heat transfer tube (R, R', R ''), which a Includes heat transfer fluid (F), wherein
- Sun radiation (S) is able to penetrate the cover (G, G '') and then to get on the absorber surface (A, A ', A'') and to heat it, and
- The heat transfer tube (R, R ', R'') on which the absorber surface (A, A', A '') is arranged and is in thermal and mechanical contact with this, so that heating of the absorber surface (A, A ' , A '') by solar radiation (S) due to heat conduction to a heating of the heat transfer tube (R, R ', R'') and thus also to a heating of the therein heat transfer fluid (F) leads.
characterized in that the / the heat transfer tube / s (R, R ', R'') is a heat pipe (R, R', R ''), namely a heat pipe or a two-phase thermosyphon is.
Description
Technisches Gebiet:Technical area:
Die Erfindung betrifft einen Solar-Flachkollektor mit wenigstens einer Absorberfläche, einer transparenten Abdeckung, sowie mit wenigstens einem Wärmeträgerrohr, welches ein Wärmeträgermedium enthält, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a solar flat collector with at least one Absorber surface, a transparent cover, as well as with at least one heat transfer tube, which a Contains heat transfer medium, according to the Preamble of claim 1.
Stand der Technik:State of the art:
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 Wärmetauscher oder einen Verbraucher abführenden Wärmeträgerflüssigkeit durchflossen. Die Röhre bzw. die parallelen Röhren verlaufen dabei in einer Ebene, woraus sich die Bezeichnung ”Solar-Flachkollektor” erklärt.The The operating principle of solar flat-plate collectors is based on the fact that Solar radiation irradiated an absorber surface, there mostly is absorbed and thereby heats the absorber surface, this being in thermal contact with, as a rule, a meandering shape spiral or with several parallel tubes. These are from a heat to a store, a heat exchanger or a consumer dissipating heat transfer fluid flows through. The tube or the parallel tubes run in one plane, which explains the term "flat solar collector".
Aus
der
Die
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.The Solar flat plate collectors of the prior art is the disadvantage common that the removal of the heat gained relative is ineffective and in most cases the heat transfer fluid must be promoted with a circulating pump, what consuming and consuming energy.
Technische Aufgabe:Technical task:
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.Of the Invention is based on the object, a solar flat collector to create, the on particularly simple, little expensive Way to produce and a great solar crop as well has a long life. The invention is also the task to create a solar flat-plate collector with the primary Circulation of the heat transfer fluid a circulating pump becomes redundant, whereby the manufacturing costs and the production costs are reduced as well as the operation of the solar flat collector energy is saved and thus the overall efficiency of the solar flat collector opposite to be improved in the prior art.
Lösung der Aufgabe:Solution of the task:
- 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.A1 This object is achieved by 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 fluid, wherein solar radiation is capable of penetrating the cover and then get to the absorber surface and this to heat, and the heat transfer tube where the absorber surface is arranged and with this is in thermal and mechanical contact, causing a warming the absorber surface due to solar radiation due to Heat conduction to a heating of the heat transfer tube and thus also to a warming of the therein Heat transfer fluid leads, wherein the heat transfer tube is a heat pipe, namely a heat pipe or a two-phase thermosyphon, is.
- A2 Bevorzugt weist der Solar-Flachkollektor eine Wärmedämmung auf, die den Abfluss von Verlustwärme nach außerhalb des Solar-Flachkollektors vermindert.A2 Preferably, the solar flat collector has a thermal insulation on that the outflow of heat loss to the outside of the solar flat collector reduced.
Wärmerohre, nämlich Heatpipes und Zwei-Phasen-Thermosiphone, sind rohrförmige, 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.Heat pipes, namely heatpipes and two-phase thermosiphon are tubular, closed heat exchanger, using the heat of vaporization of a heat transfer medium, eg. As water, which is enclosed in the heat pipe or two-phase thermosiphon and is present partly in the gaseous, partly in the liquid phase, a particularly high heat flux density and thus allow a particularly effective heat transfer. With the same heat transfer performance and the same operating conditions, heat pipes 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. By absorbing heat in 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, which causes the this steam flows in the direction of the condenser. There, the heat absorbed through a phase transformation steam-liquid (release of latent heat) is released again. 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. A vertical installation is possible, the angle of inclination is preferably 15 ° to 90 ° to the horizontal. In the heat pipe, the liquid returns to the evaporator zone by capillary action; Heatpipes can therefore also be installed or mounted horizontally.
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.The Inside the wall of the heat pipe pipe can, for example by means of a covering or by a special surface treatment designed so that capillaries for the transport of the liquid heat transfer medium are formed. It is also known to provide a wick in the interior to a To produce capillary action.
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.On Reason for the effective, very fast removal of heat out of the evaporator zone is the heat loss through Dissipation of heat to the outside of the solar flat collector low; This is a significant advantage of the invention Flat plate solar collector.
Je nach vorgesehener Arbeitstemperatur des Wärmerohres kommen verschiedene Medien als Wärmeträgermedium in Frage, insbesondere Wasser, Öl und verschiedene Chemikalien.ever come after the intended working temperature of the heat pipe various media as heat transfer medium in question, especially water, oil and various chemicals.
Das Wärmeträgerrohr kann z. B. an die Absorberfläche angeschweißt sein, z. B. mittels Laserschweißung. Gemäß einer anderen Variante ist das Wärmeträgerrohr 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 Wärmeleitkleber 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 Absorberfläche 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.
- 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. A4 Preferably, the thermal adhesive additionally fixes the heat transfer tube to the absorber surface.
- A5 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.
- A6 According to a preferred embodiment of the invention, 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. A7 Preferably, the thermal adhesive is one which is highly elastic in the cured state.
- A8 Preferably, a nanogel as a heat-insulating material is part of the thermal insulation. Nanogel is a highly effective insulation z. B. under the trade name "airgel" in granular form available. The basic component of "Areogel" is amorphous silicic acid (silica). A9 The thermal insulation may contain or include at least one mat containing nanogel.
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.One An essential advantage of Nanogel is its extraordinary strong thermal insulation effect. Another advantage is that no moisture problems occur because nanogel does not absorb moisture, unlike traditional ones Insulation materials.
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 wenigstens 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 wenigstens 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 Kondensator auf, welcher sich in einem von einer Nutzwärmeflüssigkeit 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.
- A10 According to an advantageous variant of the invention, 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 outwardly bent side and at least one rounded corner, wherein one side of the triangle faces the absorber surface and is oriented parallel thereto and the corner of the triangle opposite this side faces away from the absorber surface.
- A11 According to a further variant of the invention, 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 Square with at least one outwardly bent side and at least one rounded corner, wherein one side of the rectangle or square facing the absorber surface and aligned parallel thereto, and this side facing away from the absorber surface opposite side of the rectangle or square.
- A12 Preferably, in one of its end regions, the heat pipe has 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 it, and the useful heat fluid re-injects this heat transported outside of the solar flat collector.
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 Flachkollektor mit Heat-Pipes funktioniert ähnlich einem Heat-Pipe-Vakuumröhrenkollektor, jedoch ohne die Notwendigkeit einer Vakuumröhre und eines Reflektors.Of the Flat collector according to the invention is a novel Solar collector with heat pipe tube system or with two-phase thermosiphon tube system. Conventional flat plate collectors are equipped with a hydraulic system in the harp system or with meandering pipe guides produced. An inventive flat collector with heat pipes works in a similar way to a heat pipe vacuum tube collector, however, without the need for a vacuum tube and a Reflector.
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.The Absorber surface, which preferably has a selective absorber surface BlueTec transmits through absorption heat generated by solar radiation directly onto the heat pipe or the heat pipes, which as heat pipes or as two-phase thermosiphon are formed and preferably made of copper. For example, you can 16 heat pipes per solar flat collector according to the invention be provided. At each heat pipe is a condenser arranged, which preferably in a heat exchanger or arranged a collection tube, for. B. soldered there.
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.Of the Heat exchanger is by Nutzwärmewasser (or a flows through other useful heat liquid), which, circulated by a pump, in a secondary cycle located and the condensers deprives heat and this to outside the flat collector to a consumer or Memory transported.
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.According to one preferred embodiment of the invention are the sleeves omitted, so that the capacitors directly, without intermediate Material, the Nutzwärmewasserstrom are exposed. Consequently is the heat with reduced thermal resistance, d. H. higher efficiency, directly from the condenser to the heat transfer fluid or on transfer the useful heat water and from this z. B. supplied to a solar storage.
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.Because of the lack of a sleeve around the condenser is the flow resistance, which the Nutzwärmewasser when flowing through of the heat exchanger has overcome, d. H. the pressure loss of the useful heat water when flowing through of the heat exchanger decreases. Therefore, the useful heat water flow rate which saves energy and overall efficiency of the flat collector according to the invention increases.
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 Vollflächenabsorber behalten bei einem erfindungsgemäßen Flachkollektor in glattes Aussehen.The Heat transfer from the absorber surface on the heat pipe is preferably via a Industrial high performance thermal adhesive, preferably mixed with copper chips, which is a heat transfer force and also stabilize the connection. This will be expensive laser welding unnecessary. The thermal adhesive is preferably elastic and traps in this case, all strains up to a certain extent. One Tearing of the welds, which at conventional flat plates necessarily present are, therefore, omitted in an inventive Flat collector, and the full-surface absorbers keep at one flat collector according to the invention in a smooth appearance.
Durch den Wärmeleitkleber kann die Übertragungsfläche beliebig vergrößert werden, was für einen höheren Wirkungsgrad sorgt.By The thermal adhesive can be the transfer surface be increased arbitrarily, what a higher efficiency.
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.Of the Flat collector according to the invention has one opposite conventional flat plate collectors with the same dimensions a much higher performance and works without high Pressure losses of useful heat water when the capacitors From the Nutzwärmewasser be flowed around directly, since the flow resistance of the useful heat water in the heat exchanger is reduced.
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 Flachkollektoren. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass keine Feuchtigkeitsprobleme auftreten, da Nanogel keine Feuchtigkeit aufnimmt, im Gegensatz zu herkömmlichen Dämmmaterialien.The Back insulation or thermal insulation of the flat collector according to the invention can be made Nanogel mats exist, which has a much higher insulation effect have as z. B. mineral wool. This can reduce the strength of Insulation or thermal insulation are greatly reduced and the height of the invention Flat collector can be reduced, z. B. at a height of 60 millimeters. As by the inventive Construction with at least one heat pipe the back Heat losses are reduced, is the thermal insulation not as important as conventional flat plate collectors. Another advantage is that no moisture problems occur because nanogel does not absorb moisture, in contrast to conventional insulation materials.
Der erfindungsgemäße Solar-Flachkollektor ist somit vorzugsweise mit einer speziellen Nanogel-Wärmedämmung versehen. Hierdurch kann auf ein spezielles Frostschutzmittel bei starker 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.Of the Solar flat plate collector according to the invention is thus preferably with a special nanogel heat insulation Mistake. This can contribute to a special antifreeze strong frost can be dispensed with, since the useful heat liquid and the heat transfer fluid due to the most effective thermal insulation not can easily cool below its freezing point. The renunciation of antifreeze or thermal oils Saves labor, costs and environmental impact.
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).
- 1. construction with at least one heat pipe (heat pipe or two-phase thermosyphon),
- 2. Heat transfer supported by industrial thermal adhesive,
- 3. internal and directly circulated condenser, ie the condenser is located inside the heat exchanger and is not surrounded by a sleeve so that it is in direct contact with the useful heat water,
- 4. Insulation with nanogel mats (no moisture in the collectors).
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.The Heat transfer takes place in an inventive Flat collector over the absorber surface or the Absorber plate. The absorber surface or the absorber sheet is preferable with the heat pipe or the heat pipes connected at the back. The heat pipe transmits the heat by evaporation in the condenser, this in the distributor or in the heat exchanger to the heat transfer fluid of the solar circuit or of a secondary circuit (eg to the useful heat of the Nutzwärmewasserkreislaufs) transmits.
Die Wärmeübertragung herkömmlicher Kollektoren erfolgt über lasergeschweisste oder gepresste Verbindungen mit rückseitig verlaufenden Kupfer- oder Aluminiumrohren. Die Wärmeübertragung bei einem erfindungsgemäßen Flachkollektor wird bevorzugt durch einen speziellen hochtemperaturbeständigen Wärmeleitkleber bis 1000°C und Metallspänen ausgeführt bzw. unterstützt.The Heat transfer of conventional collectors via laser-welded or pressed connections with backside copper or aluminum tubes. The heat transfer in an inventive Flat plate is preferred by a special high temperature resistant Thermal adhesive up to 1000 ° C and metal shavings executed or supported.
Die Dämmung des erfindungsgemäßen Flachkollektors enthält vorzugsweise Nanogel-Matten oder besteht aus solchen Matten, z. B. mit 10 mm Stärke (Produkt der NASA), wodurch Wärmeverluste minimiert werden. Die Nanogel-Dämmung ist unverrottbar und nimmt keine Feuchtigkeit auf. Dadurch kann die Bauhöhe des erfindungsgemäßen Flachkollektors 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.The Insulation of the flat collector according to the invention preferably contains nanogel mats or consists of such Mats, z. B. with 10 mm thickness (product of NASA), which Heat losses are minimized. The nanogel insulation is not rotting and does not absorb moisture. This can the height of the flat collector according to the invention be minimized. The nanogel mats are preferably forward or to the interior of the flat collector z. B. with aluminum foil sealed to prevent any outgassing.
Kurzbeschreibung der Zeichnung, in welcher beispielhaft und schematisch zeigen:Summary of the drawing, in which show by way of example and schematically:
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.The Heat transfer tubes R according to the invention are heat pipes, d. H. Heatpipes or two-phase thermosiphon. They are at the Bottom of the absorber surface A mechanically fixed and stand with this in both thermal and mechanical contact.
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.Therefore, a heating of the absorber surface A by absorption of solar radiation S due to heat conduction to a heating of the heat transfer tubes R and thus also to a heating of the therein heat transfer medium F, the heat insulation D the outflow of Ver heat loss to the outside of the solar flat collector K significantly reduced.
Die
Verdampfung von Wärmeträgermedium F, der Transport
latenter Wärme zu den in
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 F, V 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.The Heat transfer tubes R are according to the invention heat pipes or two-phase thermosiphone, d. H. Heat pipes R ("heat pipe" is a collective term for heatpipe and two-phase thermosyphon). The Heat transfer medium F, V is at the same time in liquid Phase F and in vapor phase V before. Between the absorber surface A and each Wämeträgerrohr R is thermal and at the same time mechanical contact with a thermal adhesive WK produced, which the heat transfer tube R preferably fixed elastically to the absorber surface A.
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.The Fixing the heat transfer tubes according to the invention R on the absorber surface A by means of the thermal adhesive WK brings opposite a fixation by welding several significant benefits. One of these advantages exists in that a bond is less labor intensive and therefore cheaper and much faster feasible than a weld.
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.One Another advantage of the bond is that no material damage due to heat during welding. The possibility the tearing of the welds or heat induced premature material fatigue in the area the welds are eliminated and it exists no risk that the absorber surface A through the Heat during welding warps or becomes uneven.
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-Flachkollektor gegen mechanische Verspannungen und häufige starke Temperaturwechsel weitgehend resistent ist.One additional advantage of the bond is that as Adhesive such a thermal adhesive can be used can, which is highly elastic, so that a so prepared inventive, unlike a welded, flat solar panel against mechanical tension and frequent strong temperature changes is largely resistant.
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.One yet another advantage of bonding with thermal adhesive compared to a weld is that by applying a large amount of thermal adhesive WK the heat transfer surface of the absorber surface A to the heat transfer tube R almost arbitrarily increased can be, reducing the thermal resistance of the absorber surface A to the heat transfer tube R is reduced. This is not readily possible with a weld.
Die
Absorberfläche A ist im vorliegenden Beispiel von
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.Prefers is the Wärmeleitkleber WK such, in which in large Number of particles, grains or shavings of metal, in particular Copper, embedded. By such a thermal adhesive is the thermal resistance of the absorber surface A to Heat transfer tube R also reduced and at the same time improves the mechanical tensile strength of the bond.
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).The Thermal insulation D reduces heat losses the solar flat collector K and thus increases its efficiency. On the outside of the insulation D this additionally has a bonded nanogel mat N on which a very large heat insulating Has effect and thus further reduces heat losses. The nanogel mat N contains an extremely fine-grained Nanogel granules, as z. B. under the trade name "Airgel" in the trade is. The basic component of "Airgel" is amorphous Silica (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.Two-phase thermal Iphone are, unlike heatpipes, always mounted with such longitudinal gradient, that the condenser is higher than the evaporator zone, otherwise there is no heat flow in them. An inventive Solar flat collector with two-phase thermosyphon must therefore always inclined or mounted vertically or mounted. this applies not for a solar flat collector according to the invention with heat pipe.
Gewerbliche Anwendbarkeit:Industrial Applicability:
Die Erfindung ist gewerblich anwendbar insbesondere im Bereich der Technik der erneuerbaren Energien und in der Haustechnik.The Invention is industrially applicable, especially in the field of technology of renewable energy and in building services.
Liste der Bezugszeichen:List of reference numbers:
-
- A, A''A, A "
- Absorberflächeabsorber surface
- D, D''D, D ''
- Wärmedämmungthermal insulation
- G, G''G, G ''
- Abdeckung, GlasplatteCover, glass plate
- FF
- WärmeträgerflüssigkeitHeat transfer fluid
- H, H''H, H ''
- Hohlraumcavity
- FK, FK', FK''FK, FK ', FK' '
- Solar-FlachkollektorFlat plate solar collector
- KK
- Kondensatorcapacitor
- NN
- Nanogel-MatteNanogel mat
- R, R' R''R, R 'R' '
- WärmeträgerrohrHeat transfer tube
- SS
- Sonnenstrahlungsolar radiation
- VV
- Dampfsteam
- WW
- Waagerechtehorizontal
- WKWK
- WärmeleitkleberThermal Adhesive
- WTWT
- Wärmetauscherheat exchangers
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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