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DE9400958U1 - Solar collector with flexible connection of condenser and evaporator unit - Google Patents

Solar collector with flexible connection of condenser and evaporator unit

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Publication number
DE9400958U1
DE9400958U1 DE9400958U DE9400958U DE9400958U1 DE 9400958 U1 DE9400958 U1 DE 9400958U1 DE 9400958 U DE9400958 U DE 9400958U DE 9400958 U DE9400958 U DE 9400958U DE 9400958 U1 DE9400958 U1 DE 9400958U1
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Germany
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condenser
heat
solar collector
evaporator unit
flexible connection
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DE9400958U
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MAHDJURI SABET FARAMAREZ
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MAHDJURI SABET FARAMAREZ
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S40/00Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
    • F24S40/80Accommodating differential expansion of solar collector elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/90Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation
    • F24S10/95Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation having evaporator sections and condenser sections, e.g. heat pipes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
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Description

Solarkollektor mit flexibler Verbindung von KondensatorSolar collector with flexible connection of capacitor

und Verdampfereinheitand evaporator unit

Gegenstand der Erfindung ist ein Solarkollektor mit Wärmerohr, wobei die Verbindung von Kondensator und Verdampfeinheit flexibel ausgestattet ist.The subject of the invention is a solar collector with a heat pipe, wherein the connection between the condenser and the evaporator unit is flexible.

Solarkollektoren sind geeignet, Sonnenstrahlung in Wärme umzuwandeln und die Wärme mit möglichst großer Effizienz mittels eines Wärmetransportfluids, das beispielsweise Wasser oder Luft sein kann, weiter zu transportieren.Solar collectors are suitable for converting solar radiation into heat and for transporting the heat further with the greatest possible efficiency using a heat transport fluid, which can be water or air, for example.

Solarkollektoren der hier beschriebenen Art umfassen ein Wärmerohr, dessen wesentliche Funktion der Übergang und die Verteilung von Wärme durch Verdampfung und Kondensation einer Arbeiteflüssigkeit (Wärmetransfermedium) ist. Das wesentliche Merkmal eines Wärmerohrs besteht darin, daß Energie, die notwendig ist, die Flüssigkeit und den Dampf, in Anwesenheit von Schwerkraft vollständig durch die bereitgestellte Wärmequelle fliessen zu lassen, so daß keine externen Pumpen erforderlich sind. Die Verwendung derartiger Wärmerohre in Solarkollektoren ist beispielsweise aus den GB-2 023 803 A und GB-2 023 804 A bekannt.Solar collectors of the type described here comprise a heat pipe, the essential function of which is the transfer and distribution of heat by evaporation and condensation of a working fluid (heat transfer medium). The essential feature of a heat pipe is that the energy required to allow the fluid and vapor to flow completely through the heat source provided in the presence of gravity, so that no external pumps are required. The use of such heat pipes in solar collectors is known, for example, from GB-2 023 803 A and GB-2 023 804 A.

Telefon: (02 21) 131&Ogr;41 Telex: 888 2307 dopa d Telefax: (0221) 134297 (02 21)134881 Telegramm; Oompatent npTelephone: (02 21) 131&Ogr;41 Telex: 888 2307 dopa d Telefax: (0221) 134297 (02 21)134881 Telegram; Oompatent np

. fctonter Accounts. fctonter Accounts

*.^al, Oprenheimjr. iCie., Köln (BL2 37O3O2OO) KtO. Nr. 10760 J CJeutsc-e Bank AG Köln (BLZ 37&Ogr;7&Ogr;&Ogr;6&Ogr;) Kto. Nr. 1165018 * Postgirr Köln (BLJZ 37010O5O) KtO. Nr. 654-50O*.^al, Oprenheimjr. iCie., Cologne (BL2 37O3O2OO) Account no. 10760 J CJeutsc-e Bank AG Cologne (BLZ 37&Ogr;7&Ogr;&Ogr;6&Ogr;) Account no. 1165018 * Postgirr Cologne (BLJZ 37010O5O) Account no. 654-50O

Solarkollektoren umfassen weiterhin ein Wärmeaustauschsystem, bei dem der Kondensator eines der wesentlichen Teile ist. Der Kondensator befindet sich üblicherweise in einer Sammelleitung, durch ein Wärmetransportfluid hindurchgeführt wird, das die Wärme aus dem Kondensator entnimmt und weiterleitet. Dementsprechend ist es erforderlich, einen ausreichenden Wärmeübergang von dem Kondensator zu der Wärme-transportierenden Flüssigkeit in der Sammelleitung bereitzustellen. Darüber hinaus ist es erforderlich, den Kondensator der Ausgangsleistung des Kollektors anzupassen. Auch ist es notwendig, einen möglichst geringen thermischen Widerstand zwischen dem Kondensator und dem Wärmetransportfluid der Sammelleitung zu erreichen.Solar collectors also include a heat exchange system in which the condenser is one of the essential parts. The condenser is usually located in a collecting line through which a heat transport fluid is passed, which removes the heat from the condenser and transfers it. Accordingly, it is necessary to provide sufficient heat transfer from the condenser to the heat-transporting fluid in the collecting line. In addition, it is necessary to adapt the condenser to the output power of the collector. It is also necessary to achieve the lowest possible thermal resistance between the condenser and the heat transport fluid in the collecting line.

Eine weitere Anforderung an zufriedenstellende Solarkollektoren ist eine einfache Bauweise des Solarkollektors, so daß die einzelnen Komponenten möglichst einfach zusammenzubauen und austauschbar sind. Besondere Schwierigkeiten bestehen beim paßgenauen Zusammenfügen von Kondensatoren und Sammelleitungen, insbesondere bei sperrigen Wärmerohren.Another requirement for satisfactory solar collectors is a simple design of the solar collector so that the individual components are as easy to assemble and replace as possible. Particular difficulties arise when assembling condensers and manifolds precisely, especially with bulky heat pipes.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Vereinfachung des Zusammenbaus an sich bekannter Solarkollektoren mit Wärmerohr.The object of the present invention is to simplify the assembly of known solar collectors with heat pipes.

Die vorgenannte Aufgabe wird gelöst durch einen Solarkollektor mit Wärmerohr umfassend eine Sammelleitung (F) und einen Kondensator (A), dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung von Kondensator (A) und Verdampfungseinheit (C) aus einem flexiblen Metallbalg (B) besteht.The above object is achieved by a solar collector with a heat pipe comprising a collecting line (F) and a condenser (A), characterized in that the connection between the condenser (A) and the evaporation unit (C) consists of a flexible metal bellows (B).

In der Figur ist ein Solarkollektor mit einem evakuierten Glasrohr oder einem beliebigen anderen transparenten Material (E) dargestellt, der eine Absorberplatte (D) enthält, die an eine Verdampfereinheit (C) des Wärmerohrs mittels eines zylindrischen Kondensators (A) gebunden ist. Die Verbindung des Kondensators (A) zu der Verdampfungseinheit wird durch einen flexiblen, insbesondere metallischen Hals, nämlich einemThe figure shows a solar collector with an evacuated glass tube or any other transparent material (E) containing an absorber plate (D) connected to an evaporator unit (C) of the heat pipe by means of a cylindrical condenser (A). The connection of the condenser (A) to the evaporator unit is made by a flexible, in particular metallic neck, namely a

Metallbalg (B), der vorzugsweise aus Kupfer besteht, bereitgestellt. Metal bellows (B), preferably made of copper, are provided.

Die flexible Verbindung von Kondensator (A) und Wärmerohr verbessert nicht nur die Anwendungsbreite der Anwendungsmöglichkeiten beim Einsatz auf geneigten Hausdächern, sondern begünstigt auch das thermische Ausdehnungsverhalten der Sammelleitung (F), wobei darüber hinaus eine zur Horizontalen geneigte Anordnung der Sammelleitung (F) und damit des Kondensators (A) möglich wird, die einen vollständigen Rückfluß der Arbeitsflüssigkeit in den Verdampfer ermöglicht. . The flexible connection of the condenser (A) and heat pipe not only improves the range of possible applications when used on sloping roofs, but also promotes the thermal expansion behavior of the manifold (F), whereby an arrangement of the manifold (F) and thus of the condenser (A) inclined to the horizontal is also possible, which enables a complete return flow of the working fluid into the evaporator. .

An die Sammelleitung (F) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung werden Aluminiumblöcke (G) angeformt, beispielsweise durch Druckgießen direkt auf dem Kupferrohr. Die Aluminiumblöcke (G) weisen ihrerseits halbzylindrische Ausnehmungen (K) auf, die genau die gleiche Form, insbesondere die halbzylindrische Form des Kondensators (A) aufweisen.Aluminium blocks (G) are formed onto the collecting line (F) made of copper or a copper alloy, for example by die casting directly onto the copper pipe. The aluminium blocks (G) in turn have semi-cylindrical recesses (K) which have exactly the same shape, in particular the semi-cylindrical shape, of the capacitor (A).

Der Kondensator (A) wird in dem Aluminiumblock (G) eingesetzt und beispielsweise mit Hilfe einer Schelle (H) aus einem gut wärmeleitfahxgen Material gehalten, wobei die Schelle mit einer Reihe von Bolzen oder Schraubenmuttern an dem Aluminiumblock (G) befestigt ist, so daß der Kondensator (A) eine feste Verbindung mit dem Aluminiumblock (G) eingeht, die einen effizienten Wärmetransport von dem Kondensator (A) zu dem Aluminiumblock (G) gewährleistet, wobei in der Sammelleitung (F) das Wärmetransportfluid, insbesondere Wasser, zirkuliert.The condenser (A) is inserted into the aluminum block (G) and held, for example, by means of a clamp (H) made of a material with good thermal conductivity, the clamp being fastened to the aluminum block (G) by a series of bolts or nuts, so that the condenser (A) forms a firm connection with the aluminum block (G), which ensures efficient heat transport from the condenser (A) to the aluminum block (G), the heat transport fluid, in particular water, circulating in the collecting line (F).

Der gesamte Aufbau (K) der Sammelleitung (F) wird durch einen Trägerrahmen (L) gehalten, der parallel zu dem evakuierten Glasrohr (E) jedoch einen Neigungswinkel von beispielsweise 10° aufweist.The entire structure (K) of the collecting line (F) is held by a support frame (L) which is parallel to the evacuated glass tube (E) but has an angle of inclination of, for example, 10°.

Das Wärmetransportfluid (vorzugsweise Wasser) fließt durch die Sammelleitung (F) und entzieht dem Kondensator (A) Wärme. Am Eingang oder Ausgang der Sammelleitung (F) wird der Einlaß oderThe heat transfer fluid (preferably water) flows through the collection line (F) and extracts heat from the condenser (A). At the inlet or outlet of the collection line (F), the inlet or

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Auslaß (J) angebracht.
—4—
Outlet (J) is attached.

In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Solarkollektor eine transparente Abdeckung und eine Absorptionseinheit auf. Die Absorptionseinheit weist eine planare Konfiguration zur Absorption von Sonnenenergiestrahlung auf, wobei die Einheit wenigstens einen geschlossenen metallischen Kanal (Metallröhre) mit longitudinaler Ausdehnung und eine Arbeitsflüssigkeit (Wärmetransfermedium) umfaßt, die zur Verdampfung geeignet ist. Eine Verdampfungseinheit (Verdampfer) befindet sich im thermischen Kontakt mit dem Absorber. Eine Kondensatoreinrichtung (Kondensator) befindet sich während der Funktion des Systems räumlich auf einem höheren Niveau gegenüber dem Absorber, wobei der Kondensator (A) von einer Sammelleitung (F) aufgenommen wird, die ein Wärmetransportfluid zum Fließen veranlaßt.In a preferred aspect of the present invention, the solar collector comprises a transparent cover and an absorption unit. The absorption unit has a planar configuration for absorbing solar energy radiation, the unit comprising at least one closed metallic channel (metal tube) with longitudinal extension and a working fluid (heat transfer medium) suitable for evaporation. An evaporation unit (evaporator) is in thermal contact with the absorber. A condenser device (condenser) is located spatially at a higher level than the absorber during the operation of the system, the condenser (A) being received by a manifold (F) which causes a heat transport fluid to flow.

Wenn beim Einsatz des Solarkollektors keine Sonnenstrahlung auf den Kollektor trifft, wird die Arbeitsflüssigkeit in dem Bodenendteil der Verdampfungseinrichtung (Verdampfer) des Wärmerohrs gesammelt. Wenn anschließend die Sonnenstrahlung auf den Kollektor auftrifft, wird die gesamte Platte der Absorptionseinheit und damit auch der Verdampfungskanal erhitzt. Die, sich am Boden des Verdampfungskanals befindende Arbeitsflüssigkeit beginnt zu verdampfen und übergibt die Wärme an den Kondensator (A), wobei durch den Kondensationsprozess Energie freigesetzt wird.When the solar collector is in use and no solar radiation hits the collector, the working fluid is collected in the bottom end part of the evaporation device (evaporator) of the heat pipe. When solar radiation then hits the collector, the entire plate of the absorption unit and thus also the evaporation channel is heated. The working fluid located at the bottom of the evaporation channel begins to evaporate and transfers the heat to the condenser (A), whereby energy is released through the condensation process.

Der Kondensator (A) des Kollektors mit Wärmrohr befindet sich in direktem thermischem Kontakt mit dem Wärmetransportfluid (beispielsweise Wasser) in der Sammelleitung (F), wobei die Wärme übertragen wird.The condenser (A) of the collector with heat pipe is in direct thermal contact with the heat transport fluid (e.g. water) in the collecting line (F), whereby the heat is transferred.

Die transparente Hülle des Sonnenkollektors wird vorzugsweise evakuiert, wobei der Absorber möglichst geringe Wärmeabstrahlungseigenschaften aufweisen soll. Dementsprechend sind die Verluste an Strahlungsenergie sehr klein, so daß die TemperaturThe transparent shell of the solar collector is preferably evacuated, whereby the absorber should have as low a heat radiation property as possible. Accordingly, the loss of radiation energy is very small, so that the temperature

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der Absorptionsvorrichtung Temperaturen gut oberhalb von etwa 2000C erreichen kann. Üblicherweise werden jedoch entsprechende Sonnenkollektoren für eine maximale Anwendungs temperatur von bis zu 1000C ausgelegt.the absorption device can reach temperatures well above about 200 0 C. However, corresponding solar collectors are usually designed for a maximum application temperature of up to 100 0 C.

Wenn keine Energie verbraucht wird, beispielsweise durch einen Fehler innerhalb des Zirkulationssystems der Sammelleitung (F) oder durch niedrigen Wärmeverbrauch im System, kann die Temperatur in dem Kondensator (A) jedoch leicht die gewünschte Maximaltemperatur von 1000C überschreiten. Zur Vermeidung von jedweder Überhitzung und möglicher Zerstörung des Systems sind daher gegebenenfalls besondere Sicherheitsmaßnahmen einzusetzen, um das System anwendungs sicher für den Verwender zu gestalten, wobei eine exakte Menge der Arbeitsflüssigkeit in dem Wärmerohr von besonderer Bedeutung ist.However, if no energy is consumed, for example due to a fault within the circulation system of the manifold (F) or due to low heat consumption in the system, the temperature in the condenser (A) can easily exceed the desired maximum temperature of 100 0 C. To avoid any overheating and possible destruction of the system, special safety measures must be taken if necessary to make the system safe for the user, whereby an exact amount of the working fluid in the heat pipe is of particular importance.

Claims (1)

SchutzansprücheProtection claims 1. Solarkollektor mit Wärmerohr, umfassend einen Sammelleiter (F) und einen Kondensator (A), dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung von Kondensator (A) und Verdampfereinheit (C) aus einem flexiblen Metallbalg (B) besteht.1. Solar collector with heat pipe, comprising a collector conductor (F) and a condenser (A), characterized in that the connection between the condenser (A) and the evaporator unit (C) consists of a flexible metal bellows (B).
DE9400958U 1993-11-13 1994-01-21 Solar collector with flexible connection of condenser and evaporator unit Expired - Lifetime DE9400958U1 (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
GB939323485A GB9323485D0 (en) 1993-11-13 1993-11-13 Evacuated heat pipe solar collector with flexible neck

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DE9400958U1 true DE9400958U1 (en) 1994-04-21

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ID=10745166

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DE9400958U Expired - Lifetime DE9400958U1 (en) 1993-11-13 1994-01-21 Solar collector with flexible connection of condenser and evaporator unit

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GB (1) GB9323485D0 (en)

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EP0717244A3 (en) * 1994-12-15 1997-07-16 Viessmann Werke Kg Solar collector
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DE3900203A1 (en) 1989-01-05 1990-07-12 Witzenmann Metallschlauchfab CONNECTION ARRANGEMENT FOR THE HEAT PUMP OF SOLAR SYSTEMS
DE4120692A1 (en) 1991-06-22 1992-12-24 Stiebel Eltron Gmbh & Co Kg Solar collector with at least one heat pipe - has condenser part retained on heat exchanger pipe for heat conduction with connection being by bendable strap piece

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