DE202009017837U1

DE202009017837U1 - Solar collector, which has a heat pipe with condenser

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Publication number: DE202009017837U1
Application number: DE202009017837U
Authority: DE
Original assignee: SOLA TERM GmbH; SOLA-TERM GmbH
Current assignee: EDMOND GRAESSER, DE; GRAESSER, EDMOND, DE
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2019-09-10
Also published as: DE112009002135A5; DE102009040654A1; WO2010028819A3; WO2010028819A2

Abstract

Solarkollektor (S''), insbesondere Vakuumröhren-Solarkollektor (S''), welcher mindestens ein Wärmerohr, nämlich eine Heatpipe oder einen Zwei-Phasen-Thermosiphon, mit einem Kondensator (K, K', K'', K''') aufweist, wobei das Wärmerohr ein teilweise in gasförmiger und teilweise in flüssiger Phase vorliegendes Wärmeträgermedium enthält, und die gasförmige Phase imstande ist, latente Wärme zu dem Kondensator (K, K', K'', K''') zu transportieren und diese dort durch Kondensation an den Kondensator (K, K', K'', K''') abzugeben, und der Kondensator (K, K', K'', K''') imstande ist, Wärme durch Wärmeleitung an eine den Kondensator (K, K', K'', K''') innerhalb eines Strömungskanals (WT, WT', WT'') umströmende, nach außerhalb des Solarkollektors (S'') strömende Nutzwärmeflüssigkeit abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (K, K', K'', K''') mit der Nutzwärmeflüssigkeit innerhalb des Strömungskanals (WT, WT', WT'') in direktem mechanischem Kontakt steht, so dass der Kondensator (K, K', K'', K''') von der Nutzwärmeflüssigkeit direkt umströmt ist und sich zwischen dem Kondensator (K, K', K'', K''') und...Solar collector (S ''), in particular vacuum tube solar collector (S ''), which has at least one heat pipe, namely a heat pipe or a two-phase thermosiphon, with a condenser (K, K ', K' ', K' '' ), wherein the heat pipe contains a heat transfer medium which is partly in gaseous and partly in liquid phase, and the gaseous phase is able to transport latent heat to the condenser (K, K ', K' ', K' '') and this there by condensation to the condenser (K, K ', K' ', K' ''), and the condenser (K, K ', K' ', K' '') is capable of heat by conduction to the To release condenser (K, K ', K' ', K' '') within a flow channel (WT, WT ', WT' '), flowing around the useful heat liquid flowing outside the solar collector (S' '), characterized in that the condenser (K, K ', K' ', K' '') is in direct mechanical contact with the useful heat liquid within the flow channel (WT, WT ', WT' ') so that the condenser (K, K ', K' ', K' '') is directly flowed around by the useful heat liquid and between the condenser (K, K ', K' ', K' '') and ...

Description

Technisches Gebiet:Technical area:

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a solar collector 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 mäanderförmig gewundene Röhre bzw. die parallelen Röhren verlaufen dabei in einer Ebene, woraus sich die Bezeichnung ”Solar-Flachkollektor” erklärt.The operating principle of solar flat collectors based on the fact that solar radiation irradiated an absorber surface, where it is largely absorbed, and thereby heats the absorber surface, which is in thermal contact with a meandering meandering or with several parallel tubes. These are traversed by a heat dissipating heat to a memory, a heat exchanger or a consumer heat transfer fluid. The meandering spiral tube or the parallel tubes run in a plane, which explains the term "solar flat collector".

Das Funktionsprinzip von Vakuumröhren-Solarkollektoren beruht darauf, dass Sonnenstrahlung an der verspiegelten Innenseite einer Parabolrinne reflektiert wird und auf ein entlang der Brennlinie der Parabolrinne verlaufendes Rohr trifft, welches einen Großteil der auftreffenden Strahlung absorbiert und sich deshalb erwärmt. Das Rohr verläuft innerhalb einer transparenten Vakuumröhre, welche das Rohr wie ein Mantel umgibt und weitgehend vor Wärmeverlusten durch Wärmeleitung schützt. Im Inneren des Rohres befindet sich eine Flüssigkeit, welche sich bei Aufheizung des Rohres ebenfalls aufheizt und verdampft. Die von der Flüssigkeit aufgenommene Wärme wird über einen Wärmetauscher auf eine Nutzwärmeflüssigkeit übertragen und von dieser einem Verbraucher oder Wärmespeicher zugeführt.The working principle of vacuum tube solar collectors is based on the fact that solar radiation is reflected on the mirrored inside of a parabolic trough and hits a running along the focal line of the parabolic trough tube, which absorbs a large part of the incident radiation and therefore heats up. The tube runs within a transparent vacuum tube, which surrounds the tube like a jacket and largely protects against heat losses by heat conduction. Inside the tube is a liquid which also heats up and evaporates when the tube is heated. The heat absorbed by the liquid is transferred via a heat exchanger to a Nutzwärmeflüssigkeit and supplied from this a consumer or heat storage.

Der Kondensator befindet sich in einer Hülse und steht mit dieser in thermischem und mechanischem Kontakt. Die Hülse wird von der Nutzwärmeflüssigkeit umströmt und umschließt den Kondensator flüssigkeitsdicht, so dass dieser keinen direkten mechanischen Kontakt zur Nutzwärmeflüssigkeit hat. Der Wärmestrom vom Kondensator in die Nutzwärmeflüssigkeit erfolgt durch die Hülse hindurch per Wärmeleitung.The capacitor is located in a sleeve and is in thermal and mechanical contact with this. The sleeve is flowed around by the Nutzwärmeflüssigkeit and encloses the condenser liquid-tight, so that it has no direct mechanical contact with the Nutzwärmeflüssigkeit. The heat flow from the condenser into the useful heat fluid takes place through the sleeve by heat conduction.

Das Rohr kann insbesondere Teil eines Wärmerohres sein. Heatpipes und Zwei-Phasen-Thermosiphone werden zusammenfassend als ”Wärmerohre” bezeichnet. Wärmerohre, also Heatpipes bzw. Zwei-Phasen-Thermosiphone, sind rohrförmige, geschlossene Wärmeübertrager, 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 kleiner und leichter als herkömmliche Wärmetauscher.The tube may in particular be part of a heat pipe. Heatpipes and two-phase thermosiphones are collectively referred to as "heat pipes". Heat pipes, ie heatpipes or two-phase thermosiphons, are tubular, closed heat exchangers which, using heat of vaporization of a heat transfer medium (eg water), which is enclosed in the heat pipe or two-phase thermosyphon and partly therein gaseous, partly in liquid phase, allow a particularly high heat flux density and thus a particularly effective heat transfer. With the same heat transfer performance and the same operating conditions, heatpipes and two-phase thermosiphones are much smaller and lighter than conventional heat exchangers.

Das Wärmerohr weist an seinem einen Ende einen Kondensator auf, in welchen das Rohr, in welchem sich das Wärmeträgermedium befindet, mündet. 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 bzw. latenter Energie) wieder abgegeben.The heat pipe has at its one end to a condenser, in which the pipe in which the heat transfer medium is located, opens. 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, causing this vapor to flow towards the condenser. There, the heat absorbed through a phase transformation steam-liquid (release of latent heat or latent energy) is released again.

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.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, d. H. 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. 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.

Auf Grund des effektiven, sehr schnellen Abtransports der Wärme aus der Verdampferzone heraus ist der Wärmeverlust durch Ableitung von Wärme nach außerhalb des Vakuumröhren-Solarkollektors gering.Due to the effective, very fast removal of heat from the evaporator zone out the heat loss by dissipation of heat to the outside of the vacuum tube solar collector is low.

Je nach vorgesehener Arbeitstemperatur des Wärmerohres kommen verschiedene Medien als Wärmeträgermedium in Frage, insbesondere Wasser und verschiedene Chemikalien.Depending on the intended working temperature of the heat pipe different media come as a heat transfer medium in question, especially water and various chemicals.

Den im Stand der Technik bekannten Solarkollektoren ist der Nachteil gemeinsam, dass die Wärmeübertragung im Wärmetauscher vom Kondensator in die Nutzwärmeflüssigkeit relativ uneffektiv und mit einem großen Wärmewiderstand behaftet ist, d. h. der Wärmetauscher weist einen hohen Wärmewiderstand auf. Die bekannten Solarkollektoren weisen darüber hinaus den Nachteil auf, dass sie eine nur begrenzte bzw. mangelnde Widerstandsfähigkeit gegen extreme Witterungsverhältnisse, wie beispielsweise hohe Sonneneinstrahlung oder starken Frost, aufweisen. Die bekannten Solarkollektoren entsprechen unter anderem aufgrund ihrer Materialwahl im Langzeitverhalten nicht den gewünschten Erfordernissen. Beispielsweise werden zu deren Betrieb bei starkem Frost Frostschutzmittel für das Wärmeträgermedium bzw. die Nutzwärmeflüssigkeit benötigt und bei hoher bzw. starker Sonneneinstrahlung besteht wegen der mangelhaften Wärmeübertragung im Wärmetauscher die Gefahr eines Überhitzens sowohl des Wärmeträgermediums als auch der Nutzwärmeflüssigkeit; im Fall von Wasser als Wärmeträgermediums oder Nutzwärmeflüssigkeit besteht somit auch die Gefahr einer Dampfexplosion.The solar collectors known in the prior art have the common disadvantage that the heat transfer in the heat exchanger from the condenser to the useful heat fluid is relatively ineffective and has a great thermal resistance, ie the heat exchanger has a high thermal resistance. The known solar collectors also have the disadvantage that they have only limited or lack of resistance to extreme weather conditions, such as high solar radiation or severe frost. The known solar collectors do not meet the desired requirements, inter alia due to their choice of material in the long-term behavior. For example, for their operation in heavy frost antifreeze for the heat transfer medium or the Nutzwärmeflüssigkeit needed and high or high solar radiation is due to the lack of heat transfer in the heat exchanger, the risk of overheating of both the heat transfer medium and the Nutzwärmeflüssigkeit; in the case of water as a heat transfer medium or Nutzwärmeflüssigkeit thus there is a risk of steam explosion.

Technische Aufgabe:Technical task:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Vakuumröhren-Solarkollektor zu schaffen, bei welchem der Wärmeübergang im Wärmetauscher vom Kondensator in die Nutzwärmeflüssigkeit gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbessert ist.The invention is based on the object to provide a vacuum tube solar collector in which the heat transfer in the heat exchanger from the condenser is significantly improved in the Nutzwärmeflüssigkeit over the prior art.

Lösung der Aufgabe:Solution of the task:

A1 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Solarkollektor, insbesondere Vakuumröhren-Solarkollektor, welcher mindestens ein Wärmerohr, nämlich eine Heatpipe oder einen Zwei-Phasen-Thermosiphon, mit einem Kondensator aufweist, wobei das Wärmerohr ein teilweise in gasförmiger und teilweise in flüssiger Phase vorliegendes Wärmeträgermedium enthält, und die gasförmige Phase imstande ist, latente Wärme zu dem Kondensator zu transportieren und diese dort durch Kondensation an den Kondensator abzugeben, und der Kondensator imstande ist, Wärme durch Wärmeleitung an eine den Kondensator innerhalb eines Strömungskanals umströmende, nach außerhalb des Solarkollektors strömende Nutzwärmeflüssigkeit abzugeben, wobei der Kondensator mit der Nutzwärmeflüssigkeit innerhalb des Strömungskanals in direktem mechanischem Kontakt steht, so dass der Kondensator von der Nutzwärmeflüssigkeit direkt umströmt ist und sich zwischen dem Kondensator und der Nutzwärmeflüssigkeit kein festes Material befindet. Der Strömungskanal kann insbesondere ein Wärmetauscher sein.This object is achieved according to the invention by a solar collector, in particular a vacuum tube solar collector, which has at least one heat pipe, namely a heat pipe or a two-phase thermosyphon, with a condenser, wherein the heat pipe is a heat transfer medium partly present in gaseous and partly in the liquid phase and the gaseous phase is capable of transporting latent heat to the condenser and delivering it to the condenser by condensation, and the condenser is capable of transferring heat by conduction to a useful heat fluid flowing around the condenser within a flow passage, outwardly of the solar panel wherein the condenser is in direct mechanical contact with the useful heat fluid within the flow channel such that the condenser is directly circulated by the useful heat fluid and between the condenser and the heat sinks no solid material is located. The flow channel may in particular be a heat exchanger.

Die durch Kondensation des Wärmeträgermediums im Kondensator frei werdende Wärme kann somit vom Kondensator per Wärmeleitung ohne zwischengeschaltete weitere Bauteile direkt in die Nutzwärmeflüssigkeit strömen.The heat released by condensation of the heat transfer medium in the condenser heat can thus flow directly from the condenser by heat conduction without interposed further components in the Nutzwärmeflüssigkeit.

Beim erfindungsgemäßen Solarkollektor ist vorgesehen, den Wärmewiderstand beim Wärmeübergang vom Kondensator in die Nutzwärmeflüssigkeit so gering wie nur irgend möglich zu gestalten, indem der Kondensator direkt in den Strömungskanal ragt und dort direkt von der Nutzwärmeflüssigkeit umströmt wird. Durch die direkte Umströmung ergibt sich gegenüber dem Stand der Technik der Vorteil, dass kein zusätzlicher Wärmewiderstand durch weitere Übertragungstechniken entsteht.In the solar collector according to the invention is designed to make the thermal resistance during heat transfer from the condenser to the Nutzwärmeflüssigkeit as low as possible, by the capacitor protrudes directly into the flow channel and there is flowed around directly from the Nutzwärmeflüssigkeit. Due to the direct flow around, there is the advantage over the prior art that no additional heat resistance is created by further transmission techniques.

Die Im Stand der Technik üblichen Hülsen, welche den Kondensator umschließen, sind erfindungsgemäß also weggelassen, wodurch der Wärmewiderstand zwischen Kondensator und Nutzwärmeflüssigkeit erheblich verringert und somit der Wärmeübergang deutlich verbessert wird.The customary in the prior art sleeves which enclose the capacitor are therefore omitted according to the invention, whereby the thermal resistance between the condenser and Nutzwärmeflüssigkeit significantly reduced and thus the heat transfer is significantly improved.

Wegen des Fehlens der Hülsen ist der Strömungswiderstand, welchen die Nutzwärmeflüssigkeit beim Durchströmen des Wärmetauschers zu überwinden hat, verringert, d. h. der Druckverlust des Nutzwärmewassers beim Durchströmen des Wärmetauschers nimmt ab. Daher kann die Nutzwärmeflüssigkeits-Förderleistung verringert werden, was Energie spart und den Gesamtwirkungsgrad des erfindungsgemäßen Flachkollektors erhöht.Because of the absence of the sleeves, the flow resistance which the useful heat fluid has to overcome as it flows through the heat exchanger is reduced, i. H. the pressure loss of the useful heat water as it flows through the heat exchanger decreases. Therefore, the Nutzwärmeflüssigkeits delivery rate can be reduced, which saves energy and increases the overall efficiency of the flat collector according to the invention.

A2 Bevorzugt weist der Strömungskanal mindestens zwei oder mindestens drei Kammern auf, welche nacheinander von der Nutzwärmeflüssigkeit durchströmbar sind. Die Nutzwärmeflüssigkeit kann z. B. Wasser oder Öl sein. Im Prinzip ist anstelle der Nutzwärmeflüssigkeit auch ein Nutzwärmegas denkbar.A2 Preferably, the flow channel on at least two or at least three chambers, which are successively flowed through by the Nutzwärmeflüssigkeit. The Nutzwärmeflüssigkeit z. As water or oil. In principle, a Nutzwärmegas is conceivable instead of the Nutzwärmeflüssigkeit.

A3 Bei der Verwendung eines Strömungskanals mit mindestens zwei nacheinander durchströmten Kammern kann der Kondensator innerhalb einer Hülse, insbesondere Metallhülse, angeordnet sein.A3 When using a flow channel with at least two successively flowed through chambers, the capacitor can be arranged within a sleeve, in particular metal sleeve.

A4 Bevorzugt weist der Kondensator zur Verbesserung des Wärmeübergangs vom Kondensator zur Nutzwärmeflüssigkeit Vorsprünge, Rippen oder Finnen auf, welche von der Nutzwärmeflüssigkeit umströmt sind, die Kontaktfläche zwischen dem Kondensator und der Nutzwärmeflüssigkeit vergrößern und somit den Wärmewiderstand zwischen Kondensator und Nutzwärmeflüssigkeit herabsetzen, wobei die Vorsprünge, Rippen oder Finnen parallel zur Strömungsrichtung der Nutzwärmeflüssigkeit orientiert sind. Die Vorsprünge, Rippen oder Finnen vergrößern somit die Wärmeübertragungsfläche für den Wärmeübergang vom Kondensator in die Nutzwärmeflüssigkeit, beispielsweise um den Faktor 3.A4 Preferably, the condenser for improving the heat transfer from the condenser to the Nutzwärmeflüssigkeit projections, fins or fins, which are flowed around by the Nutzwärmeflüssigkeit, increase the contact area between the condenser and the Nutzwärmeflüssigkeit and thus reduce the thermal resistance between the condenser and Nutzwärmeflüssigkeit, the projections, Ridges or fins are oriented parallel to the flow direction of the Nutzwärmeflüssigkeit. The protrusions, ribs or fins thus increase the heat transfer surface for the heat transfer from the condenser to the useful heat liquid, for example by a factor of 3.

A5 Bevorzugt ist zumindest ein Teil der Wandung jeder der Kammern Teil der Wärmeübergangsfläche zwischen Kondensator und Nutzwärmeflüssigkeit.A5 Preferably, at least part of the wall of each of the chambers is part of the heat transfer surface between the condenser and the useful heat liquid.

A6 Bevorzugt sind die Kammern so angeordnet, dass die Temperatur desjenigen Bereichs des Kondensators, welcher von der Nutzwärmeflüssigkeit in einer Kammer umströmt wird, von Kammer zu Kammer monoton zunimmt, sodass die Nutzwärmeflüssigkeit in der von ihr zuerst durchflossenen Kammer den kühlsten Bereich des Kondensators und in der von ihr zuletzt durchflossenen Kammer den wärmsten Bereich des Kondensators umströmt A6 Preferably, the chambers are arranged so that the temperature of that portion of the condenser, which is flowed around by the Nutzwärmeflüssigkeit in a chamber monotonically increases from chamber to chamber, so that the Nutzwärmeflüssigkeit in the first chamber through which it flows the coolest region of the capacitor and in the last chamber through which it flows flows around the warmest region of the condenser

A7 Bevorzugt ragt der Kondensator in mindestens eine der Kammern hinein und durchragt mindestens eine übrigen Kammern.A7 Preferably, the condenser projects into at least one of the chambers and projects through at least one remaining chamber.

A8 Bevorzugt ist der Wärmetauscher mit einer Wärmedämmung versehen, welche die Wärmeverluste durch Wärmestrom vom Kondensator nach außerhalb der Nutzwärmeflüssigkeit herabsetzt, wobei ein Nanogel als wärmedämmendes Material Teil der Wärmedämmung ist oder die Wärmedämmung durch Nanogel gebildet ist. Der Wärmetauscher besteht bevorzugt aus Edelstahl. Die Wärmedämmung kann wenigstens eine Matte enthalten oder aufweisen, welche Nanogel enthält.A8 Preferably, the heat exchanger is provided with a thermal insulation, which reduces the heat losses by heat flow from the condenser to the outside of the Nutzwärmeflüssigkeit, wherein a nanogel is as a heat-insulating material part of the thermal insulation or the thermal insulation is formed by nanogel. The heat exchanger is preferably made of stainless steel. The thermal insulation may include or comprise 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.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.

Der Wärmetauscher ist somit vorzugsweise mit einer speziellen Wärmedämmung versehen. Hierdurch kann auf ein spezielles Frostschutzmittel bei starker Frost verzichtet werden, da die Nutzwärmeflüssigkeit auf Grund der höchst wirksamen Wärmedämmung nicht ohne weiteres unter ihren Gefrierpunkt abkühlen kann. Die Verzichtbarkeit von Frostschutzmitteln bzw. Thermoölen spart Arbeitsaufwand, Kosten und Umweltbelastung.The heat exchanger is thus preferably provided with a special thermal insulation. As a result, can be dispensed with a special antifreeze in heavy frost, because the Nutzwärmeflüssigkeit can not cool due to the most effective thermal insulation readily below freezing. The dispensability of antifreeze or thermal oils saves labor, costs and environmental impact.

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.Nanogel is a thermal insulation material, which in addition to an outstanding thermal insulation or insulation has other special properties, eg. B. rot, settling and non-flammable to 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.

Die Wärmedämmung ist bevorzugt in einem den Wärmetauscher umschließenden Hohlraum angeordnet. Dieser kann beispielsweise durch eine doppelwandige Ausführung des Wärmetauschers gebildet sein.The thermal insulation is preferably arranged in a cavity enclosing the heat exchanger. This can be formed for example by a double-walled design of the heat exchanger.

A9 Bevorzugt weist der Solarkollektor eine Reflektorrinne auf, deren Innenfläche Sonnenlicht auf das Wärmerohr zu reflektieren imstande ist, wobei die Innenfläche eine Verspiegelung aufweist, welche durch eine Nanobeschichtung hergestellt ist oder mit einer Nanobeschichtung beschichtet ist oder durch eine Nanobeschichtung versiegelt ist. Ein wesentlicher sich hieraus ergebender Vorteil ist, dass nanobeschichtete Spiegel dauerhaft witterungsbeständig sind, ohne an Reflexionsvermögen einzubüßen.A9 Preferably, the solar collector has a reflector trough whose inner surface is capable of reflecting sunlight onto the heat pipe, wherein the inner surface has a mirror coating which is produced by a nano-coating or coated with a nano-coating or is sealed by a nano-coating. An essential advantage resulting from this is that nano-coated mirrors are permanently weather-resistant, without losing reflectivity.

Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.The following statements relate to particularly advantageous embodiments of the invention.

Ein erfindungsgemäßer Solarkollektor kann als Hochleistungs-Vakuumröhrenkollektor aus Edelstahl ausgelegt sein und für extreme Belastungen ausgelegt sein. Bei Wärmedämmung mit Nanogel nimmt der Kollektor keine Feuchtigkeit auf.An inventive solar collector can be designed as a high performance vacuum tube collector made of stainless steel and designed for extreme loads. In thermal insulation with nanogel, the collector does not absorb moisture.

Der erfindungsgemäße Solarkollektor kann z. B. zum Zweck der Erzeugung von Prozesswärme, zur solaren Kühlung, zur Erwärmung von Brauchwasser und zur Heizung eingesetzt werden, bevorzugt in den Bereichen Industrie, Gewerbe, Geschoßwohnungsbau, Hotels, Landwirtschaft sowie Dampferzeugung.The solar collector according to the invention can, for. B. for the purpose of generating process heat, for solar cooling, for heating domestic water and for heating are used, preferably in the fields of industry, commerce, apartment buildings, hotels, agriculture and steam generation.

Der erfindungsgemäße Solarkollektor unterscheidet sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zu den marktüblichen Modellen durch seine Konstruktion aus Edelstahl, das Dreikammersystem im Solarverteiler bzw. Wärmetauscher, Druckprüfungen bis 50 bar, Betriebsdruck bis 20 bar, Extremdämmung mit NanoGel, wobei sich das NanoGel in einem geschlossenen System befindet, nanobeschichtete CPC-Spiegel (Compound Parabolic Concentrator-Spiegel), direkt umflossener Kondensator des Wärmerohrs bzw. der Heat-Piperöhre, jedes Teil ist einzeln austauschbar, frostfreier Betrieb, weil die NanoGel-Wärmedämmung das Eindringen von Frost in den Wärmetauscher und das Wärmerohr verhindert.The solar collector according to the invention differs according to a preferred embodiment of the commercially available models by its stainless steel construction, the three-chamber system in the solar manifold or heat exchanger, pressure tests to 50 bar, operating pressure up to 20 bar, Extrusion with NanoGel, the NanoGel is in a closed system , Nanopilied Compound Parabolic Concentrator (CPC) mirrors, heat pipe tube heat exchanger condenser directly enclosed, each part is individually interchangeable, frost free operation because NanoGel thermal insulation prevents frost from entering the heat exchanger and heat pipe ,

Die marktüblichen Vakuumkollektoren haben das Problem, bei extremen Witterungsverhältnissen (hohe Sonneneinstrahlung – hohe Minustemperaturen) im Langzeitverhalten durch das gewählte Material nicht den gewünschten Erfordernissen zu entsprechen. Beispielsweise neigen die Verspiegelungen der Innenseiten der Parabolrinnen herkömmlicher Vakuumkollektoren dazu, ”blind” zu werden, d. h. mit der Zeit stark an Reflexionsgrad einzubüßen.The usual market vacuum collectors have the problem in extreme weather conditions (high solar radiation - high minus temperatures) in the long-term behavior by the selected material does not meet the desired requirements. For example, the reflective coatings on the insides of the parabolic troughs of conventional vacuum collectors tend to become "blind", i. H. to lose a lot of reflectivity over time.

Ein erfindungsgemäßer Vakuumröhrenkollektor bietet gemäß einer bevorzugten Variante desselben durch seine Konstruktion u. a. folgende Vorteile:

– höhere Leistung durch das Dreikammersystem im Verteiler bzw. Wärmetauscher und direkt umflossenen Kondensator mit vergrößerter Oberfläche (z. B. 3mal). Dadurch keine bzw. verringerte Wärmeverluste durch weitere Übertragungstechnik,
– Dämmung mit NanoGel mit enorm hoher Dammeigenschaft (5mal höher als Mineralwolle). Dadurch keine Feuchtigkeitsaufnahme, sowie unverrottbares Material. Ökologisches Material.
– Nanobeschichtete CPC-Spiegel, dauernd witterungsbeständig, im Lichtlabor die optimale Biegung berechnet, dadurch optimale Reflexion (z. B. 96%),
– Hohe Druckbelastung z. B. durch Konstruktion aus Edelstahl (Betriebsdruck 20bar),
– Betrieb im Sommer wie auch im Winter z. B. mit Wasser (auf Grund der Nanogel-Wärmedämmung keine Thermoöle und Frostschutz erforderlich).

According to a preferred variant of the invention, a vacuum tube collector according to the invention offers, by its construction, the following advantages, among others:

- higher capacity due to the three-chamber system in the distributor or heat exchanger and directly circumscribed condenser with increased surface area (eg 3 times). As a result, no or reduced heat losses due to further transmission technology,
- Insulation with NanoGel with enormously high damming properties (5 times higher than mineral wool). As a result, no moisture absorption, as well as rot-resistant material. Ecological material.
- Nano-coated CPC mirrors, permanently weather-resistant, calculates the optimal bending in the light laboratory, thus optimal reflection (eg 96%),
- High pressure load z. Eg by construction of stainless steel (operating pressure 20bar),
- Operation in summer as well as in winter z. For example, with water (due to the Nanogel heat insulation no thermal oils and antifreeze required).

Dreikammersystem im Solarverteiler bzw. Wärmtauscher: Die Solarflüssigkeit im Solarverteiler bzw. die Nutzwärmeflüssigkeit im Wärmetauscher durchfließt bevorzugt drei einzelne Kammern, durch die der Kondensator der Heatpiperöhre angeordnet ist. Die Solarflüssigkeit (z. B. Wasser) bzw. die Nutzwärmeflüssigkeit führt bevorzugt zuerst durch die untere Kammer und berührt auch den kühleren Teil des Kondensators. Danach strömt die Solarflüssigkeit bzw. die Nutzwärmeflüssigkeit in den mittleren Kanal (bzw. die mittlere Kammer) und anschließend in den oberen Kanal (bzw. die obere Kammer), wo der Kondensator die höchste Temperatur erreicht.Three-chamber system in the solar distributor or heat exchanger: The solar fluid in the solar distributor or the Nutzwärmeflüssigkeit in the heat exchanger preferably flows through three individual chambers through which the condenser of the Heatpiperöhre is arranged. The solar fluid (eg water) or the useful heat fluid preferably first passes through the lower chamber and also touches the cooler part of the condenser. Thereafter, the solar fluid or the Nutzwärmeflüssigkeit flows into the central channel (or the middle chamber) and then into the upper channel (or the upper chamber), where the capacitor reaches the highest temperature.

Innenliegender, direktumflossener Kondensator in einem Solarverteiler bzw. Wärmetauscher mit vergrößerter Oberfläche: Die Wärmeübertragung bisheriger Kollektoren erfolgte über Hülsen und Anlege-Wärmeübertragung. Der Kondensator eines erfindungsgemäßen Solarkollektors wird ohne weitere Wärmeverluste durch Metalle von der Wärmeträgerflüssigkeit bzw. Nutzwärmeflüssigkeit umflossen und somit ohne Wärmeverluste weitertransportiert. Die Oberfläche des Kondensators besteht aus einem speziellen Rippenrohr. Somit wird die Übertragungsfläche stark vergrößert.Internal, directly circulating condenser in a solar distributor or heat exchanger with an enlarged surface area: The heat transfer of previous collectors was made via sleeves and applied heat transfer. The condenser of a solar collector according to the invention is circulated without further heat losses through metals from the heat transfer fluid or Nutzwärmeflüssigkeit and thus transported without heat loss. The surface of the condenser consists of a special finned tube. Thus, the transfer area is greatly increased.

Der Kondensator ist vorzugsweise im Inneren des Wärmetauschers angeordnet.The condenser is preferably arranged in the interior of the heat exchanger.

Solarverteilerdämmung bzw. Wärmetauscherdämmung mit NaoGel: Die Dämmung des Solarverteilers bzw. Wärmetauschers besteht bevorzugt aus NanoGel (Produkt der NASA). Dadurch entstehen minimalste Wärmeverluste. Diese Dämmung ist unverrottbar und nimmt keine Feuchtigkeit auf.Solar distributor insulation or heat exchanger insulation with NaoGel: The insulation of the solar distributor or heat exchanger is preferably made of NanoGel (product of NASA). This creates minimal heat losses. This insulation is rotting and does not absorb moisture.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in welcher schematisch und beispielhaft zeigen:Brief description of the drawing, in which show schematically and by way of example:

1 ein Wärmerohr eines nicht dargestellten Vakuumröhren-Solarkollektors, mit einem Kondensator, welcher erfindungsgemäß mit Rippen versehen ist, 1 a heat pipe of a vacuum tube solar collector, not shown, with a capacitor which is provided according to the invention with ribs,

2 einen Wärmetauscher eines nicht dargestellten erfindungsgemäßen Solarkollektors, mit drei von einer Nutzwärmeflüssigkeit nacheinander durchströmten Kammern, wobei hier in den Wärmetauscher kein Kondensator eingebracht ist, 2 a heat exchanger of a solar collector according to the invention, not shown, with three successively flowed through by a Nutzwärmeflüssigkeit chambers, in which case no capacitor is introduced into the heat exchanger,

3 den Wärmetauscher von 2, in welchen nun ein Kondensator eines Wärmerohres eingebracht ist, 3 the heat exchanger of 2 in which now a condenser of a heat pipe is introduced,

4 erneut den Wärmetauscher von 2, welcher nun von einer Wärmedämmung umgeben ist, 4 again the heat exchanger of 2 , which is now surrounded by thermal insulation,

5 eine andere Ausführungsform eines Wärmtauschers eines nicht dargestellten erfindungsgemäßen Solarkollektors, welcher ebenfalls drei von einer Nutzwärmeflüssigkeit nacheinander durchströmte Kammern aufweist, und 5 another embodiment of a heat exchanger of a solar collector according to the invention, not shown, which also has three of a Nutzwärmeflüssigkeit successively flowed through chambers, and

6 einen erfindungsgemäßen Vakuumröhren-Solarkollektor mit vier Wärmerohren, welche je einen Kondensator aufweisen, wobei alle Kondensatoren in einen von einer Nutzwärmeflüssigkeit nacheinander durchströmten Wärmetauscher mit drei Kammern eingebracht sind. 6 a vacuum tube solar collector according to the invention with four heat pipes, each having a capacitor, all capacitors are placed in one of a Nutzwärmeflüssigkeit successively flowed through the heat exchanger with three chambers.

1 zeigt in Draufsicht ein Wärmerohr W eines im übrigen nicht dargestellten Vakuumröhren-Solarkollektors. Das Wärmerohr W besteht aus einer transparenten Vakuumröhre V''', einer darin angeordneten Heatpipe (in 1 nicht dargestellt) und einem Kondensator K''', welcher erfindungsgemäß mit zahlreichen Rippen RP''' oder Finnen versehen ist. 1 shows in plan view a heat pipe W of a vacuum tube solar collector, otherwise not shown. The heat pipe W consists of a transparent vacuum tube V ''', a heat pipe arranged therein (in 1 not shown) and a capacitor K ''', which according to the invention with numerous ribs RP''' or fins is provided.

Die Funktionsweisen des Vakuumröhren-Solarkollektors und der Heatpipe wurden bereits oben im Abschnitt ”Stand der Technik” Seite 1 Zeile 8 bis Seite 2 Zeile 33 erläutert. Eine in einem Kreislauf ungewälzte Nutzwärmeflüssigkeit umströmt den Kondensator K''', entzieht ihm Wärme und transportiert diese nach außerhalb des Solarkollektors zu einem Verbraucher oder einem Speicher. Die Nutzwärmeflüssigkeit sowie der Verbraucher bzw. der Speicher sind in 1 nicht dargestellt.The functions of the vacuum tube solar collector and the heat pipe have already been explained in the section "Prior Art", page 1, line 8 to page 2, line 33. A useful heat-liquid circulated in a circuit flows around the condenser K ''', removes heat from it and transports it to the outside of the solar collector to a consumer or a storage. The Nutzwärmeflüssigkeit and the consumer or the memory are in 1 not shown.

Erfindungsgemäß weist der Kondensator K''' zur Verbesserung des Wärmeübergangs vom Kondensator K''' zur Nutzwärmeflüssigkeit Rippen RP''' auf, welche von der Nutzwärmeflüssigkeit umströmt sind, die Kontaktfläche zwischen dem Kondensator K''' und der Nutzwärmeflüssigkeit auf ein Vielfaches vergrößern und somit den Wärmewiderstand zwischen Kondensator K''' und Nutzwärmeflüssigkeit stark herabsetzen.According to the invention, the condenser K '' 'for improving the heat transfer from the condenser K' '' to the Nutzwärmeflüssigkeit ribs RP '' ', which are flowed around by the Nutzwärmeflüssigkeit, the contact area between the capacitor K' '' and the Nutzwärmeflüssigkeit increase many times and thus greatly reduce the thermal resistance between capacitor K '' 'and useful heat liquid.

2 zeigt einen Wärmetauscher WT eines nicht dargestellten erfindungsgemäßen Vakuumröhren-Solarkollektors. Der Wärmetauscher dient dazu, einen Kondensator in sich aufzunehmen und die im Kondensator anfallende Wärme per Wärmeleitung an eine in 2 nicht dargestellte Nutzwärmeflüssigkeit zu übertragen. In 2 ist in den Wärmetauscher WT kein Kondensator eingebracht. 2 shows a heat exchanger WT of a vacuum tube solar collector according to the invention, not shown. The heat exchanger serves to accommodate a capacitor in itself and the heat accumulating in the condenser by heat conduction to an in 2 not shown useful heat transfer liquid. In 2 is in the heat exchanger WT no capacitor introduced.

Der Wärmetauscher WT weist im seinen Inneren zwei Trennwände T1, T2 auf, welche das Innere des Wärmetauschers WT erfindungsgemäß in drei Kammern K1, K2, K3 unterteilen. Diese werden nacheinander in der Reihenfolge K1, K2, K3 von der Nutzwärmeflüssigkeit durchströmt. Die Trennwand T1 weist einen Durchbruch B1 auf, durch welchen Nutzwärmeflüssigkeit von der Kammer K1 in die Kammer K2 übertritt. Ebenso weist die Trennwand T2 einen Durchbruch B2 auf, durch welchen Nutzwärmeflüssigkeit von der Kammer K2 in die Kammer K3 übertritt. Die Trennwände T1, T2 weisen ferner je einen großen Durchbruch B3 bzw. B4 auf, welche eine Aufnahme des Kondensators in dem Wärmetauscher WT ermöglichen (siehe 3).The heat exchanger WT has in its interior two partitions T1, T2, which divide the interior of the heat exchanger WT according to the invention into three chambers K1, K2, K3. These are successively flowed through in the order K1, K2, K3 of the Nutzwärmeflüssigkeit. The partition wall T1 has an opening B1, through which useful heat fluid from the chamber K1 into the chamber K2 passes. Likewise, the partition wall T2 on a breakthrough B2, passes through which Nutzwärmeflüssigkeit of the chamber K2 in the chamber K3. The partition walls T1, T2 each have a large opening B3 or B4, which allow a recording of the capacitor in the heat exchanger WT (see 3 ).

Durch einen Zulauf ZL strömt Nutzflüssigkeit in den Wärmetauscher WT ein, durch einen Auslass oder Ablauf AL verlässt sie ihn wieder, nachdem sie zuvor die drei Kammern K1, K2, K3 durchströmt hat. Der Wärmetauscher weist einen Stutzen ST oder Flansch auf, welcher zur Befestigung des (in 2 nicht gezeigten) Vakuumrohres der Heatpipe an dem Wärmetauscher WT dient.By means of an inlet ZL, useful liquid flows into the heat exchanger WT, leaving it again through an outlet or outlet AL after it has previously passed through the three chambers K1, K2, K3. The heat exchanger has a nozzle ST or flange, which is used to attach the (in 2 not shown) vacuum pipe of the heat pipe to the heat exchanger WT is used.

3 zeigt den Wärmetauscher von 2 erneut, wobei in diesen nun ein Kondensator K eines Wärmerohres eingebracht ist, bestehend aus dem Kondensator K, einer transparenten Vakuumröhre V und einer darin angeordneten (nicht gezeigten) Heatpipe. Der Kondensator K ist an einem Endbereich der Vakuumröhre V und der Heatpipe angeordnet und füllt die Durchbrüche B3.B4 der Trennwände T1, T2 (vgl. 2) genau aus und dichtet diese ab. 3 shows the heat exchanger of 2 again, in which now a condenser K of a heat pipe is introduced, consisting of the condenser K, a transparent vacuum tube V and arranged therein (not shown) heat pipe. The condenser K is arranged at an end region of the vacuum tube V and the heat pipe and fills the openings B3.B4 of the partition walls T1, T2 (see. 2 ) and seals them off.

Der Kondensator K weist zur Verbesserung des Wärmeübergangs vom Kondensator K zur Nutzwärmeflüssigkeit Rippen RP auf, welche von der Nutzwärmeflüssigkeit umströmt sind, die Kontaktfläche zwischen dem Kondensator K und der Nutzwärmeflüssigkeit auf ein Vielfaches vergrößern und somit den Wärmewiderstand zwischen Kondensator K und Nutzwärmeflüssigkeit stark herabsetzen.The condenser K has to improve the heat transfer from the condenser K to the Nutzwärmeflüssigkeit ribs RP, which are flowed around by the Nutzwärmeflüssigkeit, increase the contact area between the capacitor K and the Nutzwärmeflüssigkeit to a multiple, and thus greatly reduce the thermal resistance between the condenser K and Nutzwärmeflüssigkeit.

Die Nutzwärmeflüssigkeit durchströmt die Kammern K1, K2, K3 nacheinander und streicht dabei auch über die Rippen RP. Die Rippen RP sind in allen drei Kammern K1, K2, K3 jeweils parallel zur Strömungsrichtung der Nutzwärmeflüssigkeit orientiert.The Nutzwärmeflüssigkeit flows through the chambers K1, K2, K3 in succession and also sweeps over the ribs RP. The ribs RP are oriented parallel to the flow direction of the useful heat fluid in all three chambers K1, K2, K3.

Der Kondensator K ist bei Betrieb des Wärmerohres im allgemeinen nicht isotherm, sondern weit im Bereich der Kammer K2 eine höhere Temperatur auf als im Bereich der Kammer 1, und weist im Bereich der Kammer 3 eine nochmals höhere Temperatur auf.The condenser K is generally not isothermal during operation of the heat pipe, but is far higher in the area of the chamber K2 than in the area of the chamber 1, and has an even higher temperature in the area of the chamber 3.

Die Kammern K1, K2, K3 sind vorteilhafterweise so angeordnet, dass die Temperatur desjenigen Bereichs des Kondensators K, welcher von der Nutzwärmeflüssigkeit in einer Kammer umströmt wird, von Kammer zu Kammer monoton zunimmt, so dass die Nutzwärmeflüssigkeit

– in der von ihm zuerst durchflossenen Kammer K1 den kühlsten Bereich des Kondensators K,
– in der von ihm sodann durchflossenen Kammer K2 den zweitkühlsten Bereich des Kondensators K,
– und in der von ihm zuletzt durchflossenen Kammer K3 den wärmsten Bereich des Kondensators K

umströmt.The chambers K1, K2, K3 are advantageously arranged so that the temperature of that portion of the condenser K, which is flowed around by the Nutzwärmeflüssigkeit in a chamber monotonically increases from chamber to chamber, so that the Nutzwärmeflüssigkeit

In the chamber K1, which first flows through it, the coolest region of the condenser K,
In the chamber K2, which then flows through it, the second-coolest region of the condenser K,
And in the last chamber K3 through which it flows, the warmest region of the condenser K

flows around.

Der Kondensator K ragt in die Kammern K1, K3 hinein und durchragt die Kammer K2.The condenser K protrudes into the chambers K1, K3 and passes through the chamber K2.

Der Kondensator K steht erfindungsgemäß mit der Nutzwärmeflüssigkeit in direktem mechanischem Kontakt, so dass sich zwischen dem Kondensator K und der Nutzwärmeflüssigkeit kein festes Material befindet und der Kondensator K von der Nutzwärmeflüssigkeit somit direkt umströmt ist. Hierdurch wird der Wärmewiderstand für die Wärmeabgabe vom Kondensator K zur Nutzwärmeflüssigkeit nochmals stark verringert, was die Effektivität des Wärmetauschers WT erheblich steigert.The capacitor K is according to the invention with the Nutzwärmeflüssigkeit in direct mechanical contact, so that there is no solid material between the capacitor K and the Nutzwärmeflüssigkeit and the capacitor K is thus flowed around by the Nutzwärmeflüssigkeit directly. As a result, the thermal resistance for the heat output from the condenser K to the Nutzwärmeflüssigkeit is again greatly reduced, which significantly increases the effectiveness of the heat exchanger WT.

4 zeigt erneut den Wärmetauscher von 2, welcher nun von einer Wärmedämmung D umgeben ist. Die Wärmedämmung D besteht bevorzugt aus Nanogel oder enthält bevorzugt Nanogel und verringert die Wärmeverluste nach außerhalb des Wärmetauschers WT. Nanogel ist als hochwirksamer Dämmstoff z. B. unter dem Handelsnamen ”Aerogel” in Granulatform erhältlich. Grundbestandteil von ”Areogel” ist amorphe Kieselsäure (Silica). Die Wärmedämmung D kann z. B. wenigstens eine Matte enthalten oder aufweisen, welche Nanogel enthält. 4 shows again the heat exchanger of 2 which is now surrounded by a thermal insulation D. The thermal insulation D preferably consists of nanogel or preferably contains nanogel and reduces the heat losses to the outside of the heat exchanger WT. 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). The thermal insulation D can z. B. contain or have at least one mat containing nanogel.

Während die 2 bis 4 einen Wärmetauscher WT zeigen, welcher zur Aufnahme eines einzigen Kondensators K vorgesehen ist, zeigt 5 einen langgestreckten Wärmetauscher WT', welcher zur Aufnahme von 16 Kondensatoren (in 5 nicht gezeigt) vorgesehen ist.While the 2 to 4 show a heat exchanger WT, which is provided for receiving a single capacitor K, shows 5 an elongate heat exchanger WT ', which accommodates 16 capacitors (in 5 not shown) is provided.

Auch der Wärmetauscher WT ist durch zwei Trennwände T1', T2' in drei Kammern K1', K2', K3' unterteilt, welche nacheinander von einer Nutzwärmeflüssigkeit durchströmt werden. Diese tritt durch einen Zulauf ZL' in den Wärmetauscher WT' ein und verlässt ihn nach Durchströmen der drei Kammern K1', K2', K3' durch einen Auslass oder Ablauf AL'. Die Strömungsrichtung der Nutzwärmeflüssigkeit ist durch Pfeile angedeutet. In 6 ist die Nutzwärmeflüssigkeit im Wärmetauscher wellenlinienförmig angedeutet.Also, the heat exchanger WT is by two partitions T1 ', T2' in three chambers K1 ', K2', K3 ', which are successively flowed through by a Nutzwärmeflüssigkeit. This enters the heat exchanger WT 'through an inlet ZL' and leaves it after passing through the three chambers K1 ', K2', K3 'through an outlet or outlet AL'. The flow direction of the Nutzwärmeflüssigkeit is indicated by arrows. In 6 is the Nutzwärmeflüssigkeit indicated in the heat exchanger wave-shaped.

Der Wärmetauscher WT' weist 16 Stutzen ST' auf, mittels welchen je ein Wärmerohr so an dem Wärmetauscher WT' befestigt werden kann, dass dessen Kondensator sich innerhalb des Wärmetauschers WT' befindet, wobei der Kondensator die mittlere Kammer K2 durchragt und in die erste Kammer K1' und die letzte Kammer K3' hineinragt. Die Trennwände T1', T2' weisen zur Durchführung der Kondensatoren je 16 große Durchbrüche auf, welche in 5 aus Gründen der Anschaulichkeit nicht gezeigt sind. Die Trennwände T1', T2' weisen ferner je einen Durchbruch B1' bzw. B2' auf, um den Übertritt der Nutzwärmeflüssigkeit von Kammer zu Kammer zu ermöglichen.The heat exchanger WT 'has 16 stubs ST', by means of which a heat pipe can be attached to the heat exchanger WT ', that the condenser is located within the heat exchanger WT', wherein the condenser extends through the middle chamber K2 and into the first chamber K1 'and the last chamber K3' protrudes. The partitions T1 ', T2' have to carry out the capacitors each 16 large openings, which in 5 for reasons of clarity are not shown. The partition walls T1 ', T2' also each have a breakthrough B1 'or B2', to allow the passage of the Nutzwärmeflüssigkeit from chamber to chamber.

6 zeigt in nicht maßstäblicher Schnitt-Darstellung einen erfindungsgemäßen Vakuumröhren-Solarkollektor S'' mit vier Wärmerohren K'', R'', V'', welche je aus einem Kondensator K'', einem transparenten (luftleeren) Vakuumrohr V'' sowie einem Rohr R'' bestehen. Das Rohr R'' bildet gemeinsam mit an ihm angeordneten Kondensator K'' ein Heatpipe. Im Inneren des Rohres R'' befindet sich ein Wärmeträgermedium, welches in dem Rohr R'' teils in flüssiger, teils in gasförmiger Phase vorliegt. Die in 6 sichtbaren Teile der Rohre R'' bilden die Verdampferzonen der entsprechenden Heatpipes R'', K''. Die Vakuumrohre V'' vermindern die Wärmeverluste, welche durch Wärmeleitung aus den Rohren in die Umgebung außerhalb des Solarkollektors S'' entstehen, erheblich. Das Wärmeträgermedium ist in 6 innerhalb der Rohre R'' gepunktet angedeutet. 6 shows a non-scale sectional view of a vacuum tube solar collector according to the invention S '' with four heat pipes K '', R '', V '', each of a capacitor K '', a transparent (vacuum) vacuum tube V '' and a Tube R '' exist. The pipe R "together with a capacitor K" arranged on it forms a heat pipe. Inside the tube R '' is a heat transfer medium, which is present in the tube R '' partly in the liquid, partly in the gaseous phase. In the 6 visible parts of the tubes R '' form the evaporator zones of the corresponding heat pipes R '', K ''. The vacuum pipes V '' reduce the heat losses, which arise by heat conduction from the pipes into the environment outside of the solar collector S ', considerably. The heat transfer medium is in 6 indicated by dots within the tubes R ''.

Jedes der Vakuumrohre V'' verläuft entlang der Brennlinie einer nicht dargestellten Parabolrinne mit Innenverspiegelung, so dass einfallendes Sonnenlicht von der Parabolrinne konzentriert in die Verdampferzone des zugehörigen Rohres R'' fokussiert wird und dort für eine Aufheizung des Wärmeträgermediums sorgt. Je nach vorgesehener Arbeitstemperatur des Wärmerohres kommen verschiedene Medien als Wärmeträgermedium in Frage, insbesondere Wasser, Öl und verschiedene Chemikalien.Each of the vacuum tubes V '' runs along the focal line of a parabolic trough with internal mirroring, not shown, so that incident sunlight from the parabolic trough concentrated in the evaporator zone of the associated pipe R 'is focused and there provides for heating of the heat transfer medium. Depending on the intended working temperature of the heat pipe, various media may be used as the heat transfer medium, in particular water, oil and various chemicals.

Die Parabolrinnen sind vorzugsweise CPC-Spiegel. Ihre Innenseite ist vorzugsweise mit eine Nanobeschichtung versehen, wodurch die verspiegelte Innenfläche der Parabolrinnen sehr witterungs- und alterungsbeständig ist und über lange Zeit ihren hohen Reflexionskoeffizienten nahezu ungeschmälert beibehält.The parabolic troughs are preferably CPC levels. Their inner side is preferably provided with a nano coating, whereby the mirrored inner surface of the parabolic troughs is very resistant to weathering and aging and maintains its high reflection coefficient almost undiminished over a long period of time.

Der Vakuumröhren-Solarkollektor S'' weist vier Heatpipes R'', K'' auf, jeweils bestehend aus einem Rohr R'' mit darin befindlichem Wärmträgermedium und einem Kondensator K'', wobei die Rohre R'' im Verdampferbereich jeweils in einem bestimmten Abstand von einem luftleeren Vakuumrohr V'' umgeben sind. Der Vakuumröhren-Solarkollektor S'' weist ferner einen Wärmetauscher WT'' auf, welcher durch zwei Trennwände T1'', T2'' in drei Kammern K1'', K2'', K3'' unterteilt ist. Eine Nutzwärmeflüssigkeit strömt über einen Zulauf ZL'' in die erste Kammer K1'' ein, von dort durch einen Durchbruch B1'' ist die zweite Kammer K2'' und von dort über einen weiteren Durchbruch B2'' in die dritte und letzte Kammer K3''. Von dort tritt die Nutzwärmeflüssigkeit über einen Auslass oder Ablauf AL'' aus dem Wärmetauscher WT'' aus. Der Wärmetauscher WT'' bildet somit einen Strömungskanal für die Nutzwärmeflüssigkeit.The vacuum tube solar collector S '' has four heat pipes R '', K '', each consisting of a tube R '' with therein heat transfer medium and a condenser K '', wherein the tubes R '' in the evaporator region in each case in a specific Distance from a vacuum tube vacuum V '' are surrounded. The vacuum tube solar collector S '' further comprises a heat exchanger WT '', which is divided by two partitions T1 '', T2 '' into three chambers K1 '', K2 '', K3 ''. A Nutzwärmeflüssigkeit flows via an inlet ZL '' in the first chamber K1 '', from there through an opening B1 '' is the second chamber K2 '' and from there via another breakthrough B2 '' in the third and last chamber K3 ''. From there, the Nutzwärmeflüssigkeit exits via an outlet or outlet AL '' from the heat exchanger WT '' from. The heat exchanger WT '' thus forms a flow channel for the Nutzwärmeflüssigkeit.

Die Fließrichtung der Nutzwärmeflüssigkeit ist in 6 mit Pfeilen angedeutet.The flow direction of the Nutzwärmeflüssigkeit is in 6 indicated by arrows.

Die Vakuumröhren V'' mitsamt den darin angeordneten Rohren R'' sind über je einen Stutzen ST'' am Wärmetauscher WT'' befestigt.The vacuum tubes V '' together with the tubes R 'arranged therein are each attached to the heat exchanger WT' 'via a connecting piece ST' '.

Jeder Kondensator K'' weist eine Vielzahl von ringförmigen Rippen RP'' auf, welche alle parallel zur Strömungsrichtung der Nutzwämeflüssigkeit ausgerichtet sind und welche die Wärmeübergangsfläche vom Kondensator K'' zur Nutzwärmeflüssigkeit (z. B. Wasser oder Öl) um ein Mehrfaches vergrößern und somit den Wärmewiderstand für die Wärmeabgabe vom Kondensator zur Nutzträgerflüssigkeit stark verringern. Die Effektivität des Wärmetauschers WT'' wird hierdurch erheblich verbessert.Each condenser K "has a plurality of annular fins RP" which are all aligned parallel to the flow direction of the feed fluid and which increase the heat transfer area from the condenser K "to the useful heat fluid (eg water or oil) several times and thus greatly reducing the thermal resistance for the heat transfer from the condenser to the Nutzträgerflüssigkeit. The effectiveness of the heat exchanger WT '' is thereby significantly improved.

Jeder Kondensator ,K'' steht erfindungsgemäß mit der Nutzwärmeflüssigkeit in direktem mechanischem Kontakt, so dass sich zwischen dem Kondensator K'' und der Nutzwärmeflüssigkeit kein festes Material befindet und der Kondensator K'' von der Nutzwärmeflüssigkeit somit direkt umströmt ist. Hierdurch wird der Wärmewiderstand für die Wärmeabgabe vom Kondensator K'' zur Nutzträgerflüssigkeit nochmals stark verringert und der Wirkungsgrad des Solarkollektors S'' gesteigert.According to the invention, each condenser 'K' is in direct mechanical contact with the useful heat fluid, so that there is no solid material between the condenser K '' and the useful heat fluid and the condenser K '' is thus directly surrounded by the useful heat fluid. As a result, the thermal resistance for the heat output from the capacitor K '' to the Nutzträgerflüssigkeit is again greatly reduced and the efficiency of the solar collector S '' increased.

Der Wärmetauscher W'' und die Kondensatoren K'' mitsamt den Rippen RP'' bestehen vorzugsweise aus Edelstrahl.The heat exchanger W "and the condensers K" together with the fins RP "preferably consist of a noble jet.

Gewerbliche Anwendbarkeit:Industrial Applicability:

Die Erfindung ist gewerblich anwendbar insbesondere im Bereich der Technik der erneuerbaren Energien und in der HaustechnikThe invention is industrially applicable in particular in the field of renewable energy technology and in building services

Liste der Bezugszeichen:List of reference numbers:

AA

Aufnahmeadmission

B1, B2, B1', B2'B1, B2, B1 ', B2'

Durchbrüchebreakthroughs

AL, AL', AL''AL, AL ', AL' '

Ablaufprocedure

DD

Wärmedämmungthermal insulation

K, K', K'', K'''K, K ', K' ', K' ''

Kondensatorencapacitors

KM1, KM2, KM3KM1, KM2, KM3

Kammern in WTChambers in WT

KM1', KM2', KM3'KM1 ', KM2', KM3 '

Kammern in WT'Chambers in WT '

KM1'', KM2'', KM3''KM1 '', KM2 '', KM3 ''

Kammern in WT''Chambers in WT ''

PP

Parabolrinneparabolic trough

RR

Rohrpipe

RP, RP'', RP'''RP, RP '', RP '' '

Rippe oder FinneRib or fin

SS

Vakuumröhren-SolarkollektorVacuum tube solar collector

ST', ST''ST ', ST' '

StutzenSupport

T1, T1''T1, T1 ''

Trennwandpartition wall

T2, T2''T2, T2 ''

Trennwandpartition wall

V, V'', V'''V, V '', V '' '

transparente Vakuumröhretransparent vacuum tube

WW

Wärmerohr (Heat-Pipe oder Zwei-Phasen-Thermosiphon)Heat pipe (heat pipe or two-phase thermosyphon)

WT, WT', WT''WT, WT ', WT' '

Wärmetauscherheat exchangers

ZL, ZL', ZL''ZL, ZL ', ZL' '

ZulaufIntake

Claims

Solarkollektor (S''), insbesondere Vakuumröhren-Solarkollektor (S''), welcher mindestens ein Wärmerohr, nämlich eine Heatpipe oder einen Zwei-Phasen-Thermosiphon, mit einem Kondensator (K, K', K'', K''') aufweist, wobei das Wärmerohr ein teilweise in gasförmiger und teilweise in flüssiger Phase vorliegendes Wärmeträgermedium enthält, und die gasförmige Phase imstande ist, latente Wärme zu dem Kondensator (K, K', K'', K''') zu transportieren und diese dort durch Kondensation an den Kondensator (K, K', K'', K''') abzugeben, und der Kondensator (K, K', K'', K''') imstande ist, Wärme durch Wärmeleitung an eine den Kondensator (K, K', K'', K''') innerhalb eines Strömungskanals (WT, WT', WT'') umströmende, nach außerhalb des Solarkollektors (S'') strömende Nutzwärmeflüssigkeit abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (K, K', K'', K''') mit der Nutzwärmeflüssigkeit innerhalb des Strömungskanals (WT, WT', WT'') in direktem mechanischem Kontakt steht, so dass der Kondensator (K, K', K'', K''') von der Nutzwärmeflüssigkeit direkt umströmt ist und sich zwischen dem Kondensator (K, K', K'', K''') und der Nutzwärmeflüssigkeit kein festes Material befindet.Solar collector (S ''), in particular vacuum tube solar collector (S ''), which at least one heat pipe, namely a heat pipe or a two-phase thermosyphon, with a capacitor (K, K ', K'',K''' ), wherein the heat pipe contains a partially in gaseous and partially in the liquid phase present heat transfer medium, and the gaseous phase is able to transport latent heat to the capacitor (K, K ', K'',K''') and this there by condensation to the capacitor (K, K ', K'',K''') to give, and the capacitor (K, K ', K'',K''') is capable of heat by conduction to a Capacitor (K, K ', K'',K''') within a flow channel (WT, WT ', WT'') flowing around, to outside of the solar collector (S'') flowing Nutzwärmefluüssigkeit, characterized in that the capacitor (K, K ', K'',K''') is in direct mechanical contact with the useful heat fluid within the flow channel (WT, WT ', WT''), so there ss the condenser (K, K ', K'',K''') is flowed around by the Nutzwärmeflüssigkeit directly and between the condenser (K, K ', K'',K''') and the Nutzwärmeflüssigkeit no solid material located.

Solarkollektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (WT, WT', WT'') mindestens zwei oder mindestens drei Kammern (KM1, KM2, KM3, KM1', KM2', KM3') aufweist, welche nacheinander von der Nutzwärmeflüssigkeit durchströmbar sind.Solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channel (WT, WT ', WT' ') at least two or at least three chambers (KM1, KM2, KM3, KM1', KM2 ', KM3'), which successively from the Nutzwärmeflüssigkeit are flowed through.

Solarkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator innerhalb einer Hülse, insbesondere Metallhülse, angeordnet ist.Solar collector according to claim 2, characterized in that the capacitor is disposed within a sleeve, in particular metal sleeve.

Solarkollektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (K, K', K'', K''') zur Verbesserung des Wärmeübergangs vom Kondensator (K, K', K'', K''') zur Nutzwärmeflüssigkeit Vorsprünge, Rippen (RP, RP'', RP''') oder Finnen aufweist, welche von der Nutzwärmeflüssigkeit umströmt sind, die Kontaktfläche zwischen dem Kondensator (K, K') und der Nutzwärmeflüssigkeit vergrößern und somit den Wärmewiderstand zwischen Kondensator (K, K', K'', K''') und Nutzwärmeflüssigkeit herabsetzen, wobei die Vorsprünge, Rippen (RP, RP'', RP''') oder Finnen parallel zur Strömungsrichtung der Nutzwärmeflüssigkeit orientiert sind.Solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that the condenser (K, K ', K' ', K' '') for improving the heat transfer from the condenser (K, K ', K' ', K' '') to Useful heat liquid has projections, fins (RP, RP '', RP '' ') or fins which are flowed around by the Nutzwärmeflüssigkeit, increase the contact area between the condenser (K, K') and the Nutzwärmeflüssigkeit and thus the thermal resistance between the condenser (K , K ', K' ', K' '') and use heat-liquid, wherein the projections, fins (RP, RP '', RP '' ') or fins are oriented parallel to the flow direction of the useful heat-liquid.

Solarkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Wandung jeder der Kammern (K1, K2, K3, K1', K2', K3', K1'', K2'', K3''') Teil der Wärmeübergangsfläche zwischen Kondensator (K) und Nutzwärmeflüssigkeit ist.Solar collector according to claim 2, characterized in that at least part of the wall of each of the chambers (K1, K2, K3, K1 ', K2', K3 ', K1' ', K2' ', K3' '') is part of the heat transfer surface between Condenser (K) and Nutzwärmeflüssigkeit is.

Solarkollektor nach einem der Ansprüche 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (K1, K2, K3, K1', K2', K3', K1'', K2'', K3''') so angeordnet sind, dass die Temperatur desjenigen Bereichs des Kondensators (K, K', K'', K'''), welcher von der Nutzwärmeflüssigkeit in einer Kammer (K1, K2, K3, K1', K2', K3', K1'', K2'', K3''') umströmt wird, von Kammer zu Kammer monoton zunimmt, so dass die Nutzwärmeflüssigkeit – in der von ihr zuerst durchflossenen Kammer (K1, K1', K1'', K1''') den kühlsten Bereich des Kondensators (K, K', K'', K'''), – und in der von ihr zuletzt durchflossenen Kammer (K3, K3', K3'', K3''') den wärmsten Bereich des Kondensators (K, K', K'', K''') umströmt.Solar collector according to one of claims 2 or 5, characterized in that the chambers (K1, K2, K3, K1 ', K2', K3 ', K1' ', K2' ', K3' '') are arranged so that the Temperature of that region of the condenser (K, K ', K' ', K' '') which differs from the useful heat-liquid in a chamber (K1, K2, K3, K1 ', K2', K3 ', K1' ', K2' ', K3' '') flows around, monotonically increases from chamber to chamber, so that the Nutzwärmeflüssigkeit In the first chamber (K1, K1 ', K1' ', K1' '') through which it flows, the coolest region of the condenser (K, K ', K' ', K' ''), And in the last chamber (K3, K3 ', K3' ', K3' '') through which it flows, the warmest region of the condenser (K, K ', K' ', K' '') flows around.

Solarkollektor nach einem der Ansprüche 2, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (K, K', K'', K''') in mindestens eine der Kammern (K3, K3', K3'') hineinragt und mindestens eine der übrigen Kammern (K1, K2, K1', K2', K1'', K2'') durchragt.Solar collector according to one of claims 2, 5 or 6, characterized in that the capacitor (K, K ', K' ', K' '') projects into at least one of the chambers (K3, K3 ', K3' ') and at least one of the remaining chambers (K1, K2, K1 ', K2', K1 '', K2 '') protrudes.

Solarkollektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator mit einer Wärmedämmung (D) versehen ist, welche die Wärmeverluste durch Wärmestrom vom Kondensator nach außerhalb der Nutzwärmeflüssigkeit herabsetzt, wobei ein Nanogel als wärmedämmendes Material Teil der Wärmedämmung (D) ist oder die Wärmedämmung (D) durch Nanogel gebildet ist.Solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that the condenser is provided with a thermal insulation (D) which reduces the heat losses by heat flow from the condenser to the outside of the Nutzwärmeflüssigkeit, wherein a nanogel as a heat-insulating material is part of the thermal insulation (D) or the Thermal insulation (D) is formed by nanogel.

Solarkollektor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarkollektor (S'') eine Reflektorrinne aufweist, deren Innenfläche Sonnenlicht auf das Wärmerohr zu reflektieren imstande ist, wobei die Innenfläche eine Verspiegelung aufweist, welche durch eine Nanobeschichtung hergestellt ist oder mit einer Nanobeschichtung beschichtet ist oder durch eine Nanobeschichtung versiegelt ist.Solar collector according to one of the preceding claims, characterized in that the solar collector (S '') has a reflector trough whose Inner surface of sunlight on the heat pipe is capable of reflecting, wherein the inner surface has a Verspiegelung, which is made by a nano-coating or coated with a nano-coating or is sealed by a nano-coating.