DE2420205A1 - HEAT COLLECTOR FOR SOLAR HEATING - Google Patents

HEAT COLLECTOR FOR SOLAR HEATING

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Walter Dix
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24S2080/03—Arrangements for heat transfer optimization
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

Süddeutsche Metallwerke GmbH
Walldorf/BadenSüddeutsche Metallwerke GmbH
Walldorf / Baden

Mp.-Nr. 557/74 Mannheim, den 24. April 1974Mp.no. 557/74 Mannheim, April 24, 1974

PAT-Wg/BtPAT-Wg / Bt

Wärmekollektor für eine Spnnenheizun^ Heat collector for a Spnnenheizun ^

Die Erfindung betrifft einen Wärmekollektor für eine Sonnen-Jieizung mit einer ebenen, etwa rechteckigen Absorberplatte und Wasser als Wärmeträger.The invention relates to a heat collector for solar heating with a flat, roughly rectangular absorber plate and water as a heat transfer medium.

Wärmekollektoren von Sonnenheizungen sind meist auf dem Dach eines Hauses angebracht, nehmen die Sonnenwärme auf, die über Wasser als Wärmeträger einem Speicher zugeleitet wird. Da die Wärmemengen oft sehr gering sind, ist es wesentlich, daß sie schnell und verlustlos durch den Wärmeträger aus dem Wärmekollektor abtransportiert werden. Ein bekannter Wärmekollektor, der aus einer Kupferplatte mit darauf befestigten Kupferrohren für den Wärmeträger besteht, entspricht dieser Forderung kaum, da nicht sämtliche Teile des Wärmeabsorbers unmittelbar vom Wärmeträger berührt sind. Zudem muß infolge der dünnen Kupferrohrquerschnitte immer ein Zwangsumlauf durch den Wärmekollektor erfolgen und innere Ausgleichsströmungen infolge ungleichmäßiger Sonneneinstrahlung können kaum stattfinden (COMPlES Bulletin 1967, 13, Seiten 53 bis 55).Solar heat collectors are usually installed on the roof of a house and absorb the heat from the sun Water is fed to a storage tank as a heat transfer medium. Since the amounts of heat are often very small, it is essential that they can be transported away quickly and without loss by the heat transfer medium from the heat collector. A well-known heat collector, the one made of a copper plate with copper pipes attached to it exists for the heat carrier, this requirement hardly meets because not all parts of the heat absorber directly from Heat transfer medium are touched. In addition, because of the thin copper pipe cross-sections, there must always be a forced circulation through the heat collector and internal compensatory flows due to uneven solar radiation can hardly take place (COMPlES Bulletin 1967, 13, pages 53 to 55).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Wärmeausnutzung in einem Wärmekollektor zu verbessern.The invention is therefore based on the object of utilizing heat to improve in a heat collector.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Wärmekollelrtor hauptsächlich als flacher, wasserführender Hohlkörper ausgebildet ist, dessen eine Wand aus der Absorberplatte besteht und der an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten in I Längsrichtung etwa gleichmäßig verteilte, gleich große Öff-I nungen aufweist, die den Wasserraum des Hohlkörpers mit am ■ Hohlkörper befestigten Anschlußkanälen verbinden, wobei derAccording to the invention this object is achieved in that the Heat collector mainly as a flat, water-bearing hollow body is formed, one wall of which consists of the absorber plate and which on two opposite end faces in I Longitudinally evenly distributed, equally sized Open-I has openings which connect the water space of the hollow body with the connection channels attached to the ■ hollow body, the

Querschnitt der Anschlußkanäle mindestens so groß ist wie die Querschnittssumme der zugeordneten Öffnungen.The cross-section of the connection channels is at least as large as the sum of the cross-sections of the associated openings.

i Da die eine Wand des Hohlkörpers als Absorberplatte dient, ist I ein unmittelbarer Eontakt des Wärmeträgers mit dem Wärmeauf- : nehmer gegeben, so daß Terluste weitgehend vermieden sind. Durch ; die Yerteilung der gleich großen Öffnungen in den Stirnwändeni Since the one wall of the hollow body serves as an absorber plate, an immediate Eontakt of the heat carrier is I with the Wärmeauf-: participants thereto so that Terluste are largely avoided. By ; the distribution of the openings of the same size in the end walls

j wird der Wärmeträger gleichmäßig in den Wasserraum des Hohl- : körpers eingeführt, und da der Querschnitt der Anschlußkanäle imindestens so groß ist wie die Querschnittssumme der zugeord-, neten Öffnungen, wird dieses gleichmäßige Einströmen zusätzlich ! gefördert. Zudem sind durch die flache Ausführung des Hohl-I körpers unnötige Wassermassen vermieden.j the heat transfer medium is evenly distributed in the water space of the hollow : body introduced, and since the cross-section of the connection channels is at least as large as the total cross-section of the assigned, ned openings, this even inflow is added! promoted. In addition, the flat design of the hollow I body avoided unnecessary masses of water.

j Um die gleichmäßige Durchströmung des Hohlkörpers noch weiterj To ensure even flow through the hollow body even further

zu steigern, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der ; Erfindung der Querschnitt der Sammelkanäle wesentlich größer j als die Querschnittssumme der zugeordneten Öffnungen.to increase is in a preferred embodiment of the; Invention, the cross-section of the collecting channels is much larger j as the cross-sectional sum of the associated openings.

1 Eine besonders gute Durchströmung des wasserführenden Hohlkörpers ergibt sich dann, wenn im Wasserraum des Hohlkörpers j mindestens eine gerade Strömungslenkleiste angeordnet ist, die j mit Abstand vor den mit Öffnungen versehenen Stirnseiten endet und welche die beiden Deckseiten des Hohlkörpers verbindet. 1 A particularly good flow through the water-carrying hollow body results when at least one straight flow guide bar is arranged in the water space of the hollow body j, which ends at a distance in front of the end faces provided with openings and which connects the two top sides of the hollow body.

509846/0086509846/0086

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Durch diese Ausführung sind im Inneren des Hohlkörpers Kanäle gebildet, welche die Strömung ordnen. Da diese an ihren Enden "; miteinander ·in Verbindung stehen, sind Ausgleichsströmungen j innerhalb des Hohlkörpers nicht behindert. Ferner tragen die j Strömungslenkleisten wesentlich zur Versteifung des Hohlkörpers bei.With this design, channels are formed in the interior of the hollow body, which regulate the flow. Since these at their ends ", with each other in · compound are compensation currents j does not interfere within the hollow body j Further, the flow-deflecting strip contribute considerably to stiffening the hollow body at..

Um die Wasserströmung im Hohlkörper nicht ungleichmäßig aufzuteilen, ist jeweils eine Strömungslenkleiste in der Mitte zwischen zwei Öffnungen vorgesehen.In order not to divide the water flow unevenly in the hollow body, a flow guide bar is provided in the middle between two openings.

Eine besonders einfache und kostensparende Ausführung eines Wärmekollektors ergibt sich dann, wenn der Hohlkörper aus der mit Abstand von der Absorberplatte verlaufenden Rückwandplatte sowie aus deren an de:t?kbsorberplatte befestigten Abkantungen gebildet ist, wobei die Anschlußkanäle aus die Öffnungen überdeckende, im Querschnitt etwa rechteckigen Kanälen bestehen. Eine weitere Kostensenkung wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß zwischen den Verbindungsstellen der Einzelteile des Wärmekollektors eine Klebstoffschicht eingefügt ist.A particularly simple and cost-saving design of a heat collector results when the hollow body from the at a distance from the absorber plate running rear wall plate as well as from its folds attached to the absorber plate is formed, wherein the connection channels from the openings covering, consist of approximately rectangular channels in cross-section. A further cost reduction is thereby advantageously achieved achieved that an adhesive layer is inserted between the connection points of the individual parts of the heat collector.

Zur Vermeidung von Wärmeverlusten und zur Versteifung des Gesamtaufbaues trägt die Rückseite des Wärmekollektors in vorteilhafter Weise eine Schicht aus gehärtetem Kunststoffschaum, beispielsweise Styropor.To avoid heat loss and to stiffen the entire structure the back of the heat collector advantageously carries a layer of hardened plastic foam, for example styrofoam.

Ist der Wärmekollektor für die Bildung einer Batterie vorgesehen, so ist es günstig, wenn der Querschnitt der untereinander gleich dimensionierten Anschlußleitungen zusammen mit den Anschlußleitungs.quer schnitt en der übrigen Kollektoren höchstens gleich ist dem Querschnitt der Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Wärmekollektoren. Sind die vorstehenden Querschnittsverhältnisse eingehalten, so ist auch die Wärmeträgerverteilung auf die einzelnen Wärmekollektoren gleichmäßig. If the heat collector is intended for the formation of a battery, so it is advantageous if the cross-section of the connecting lines, which are equally dimensioned with one another, together with The connection line cross section of the other collectors is at most equal to the cross section of the connection lines between the individual heat collectors. If the above cross-sectional ratios are adhered to, the heat carrier distribution is also correct evenly on the individual heat collectors.

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In der Zeichnung ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmekollektors schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawing, an advantageous embodiment of the heat collector according to the invention is shown schematically. It demonstrate:

Fig. 1 eine perspektivische Rückansicht eines Wärmekollektors, wobei der untere Anschlußkanal nicht dargestellt ist,1 shows a perspective rear view of a heat collector, the lower connection channel not being shown.

Fig. 2 einen Schnitt durch den vollständigen Gegenstand der Figur 1 gemäß der Schnittlinie II - II undFIG. 2 shows a section through the complete object of FIG. 1 along the section line II-II and

Fig. 3 die Ansicht zweier zu einer Batterie zusammengeschalteter Wärmekollektoren.3 shows the view of two heat collectors connected together to form a battery.

Auf der Absorberplatte 2 ist durch die Rückwandplatte 9, deren Ränder zur Absorberplatte hin abgekantet sind, ein Hohlkörper 6; mit einem Wasserraum 5 gebildet. An den beiden gegenüberliegen-1 den Stirnseiten 3 des Hohlkörpers sind die etwa gleichmäßigA hollow body 6; formed with a water space 5. Approximately evenly on the two gegenüberliegen- 1 the end faces 3 of the hollow body

verteilten Öffnungen 4 ausgespart.Diese sind überdeckt von j den im Querschnitt etwa rechteckig ausgebildeten, und am Hohl- ; körper befestigten Anschlußkanälen 7. Während als Material für : die Absorberplatte 2 und die Rückwand 9 aus Gründen der Wärmeleitfähigkeit am besten metallisches Material verwendet wird, können die Anschlußkanäle 7 ebensogut aus Kunststoff bestehen. Die Anschlußkanäle 7 tragen noch Anschlußleitungen 12 für den Anschluß des Wärmekollektors an eine Heizungsanlage. Im Wasser-; raum 5 des Hohlkörpers sind Strömungslenkleisten 8 angeordnet, : die mit Abstand vor den mit Öffnungen versehenen Stirnseiten 3 enden und den Wasserraum des Hohlkörpers kanalisieren. In Fig. 1 sind die Strömungslenkleisten der besseren Übersicht wegen so dargestellt, als v/ären sie sichtbar, obwohl sie im Inneren des I Hohlkörpers 6 angeordnet sind und daher eigentlich gestrichelt ; gezeichnet sein müßten. Auf der Rückseite des Wärmekollektors ist eine Schicht 1C aus gehärtetem Kunststoffschaum, z.B. j Styropor, angebracht, um Wärmeverluste zu vermeiden und um den ganzen Kollektoraufbau zu versteifen. Auf der Vorderseite vor j der Absorberplatte 2 ist noch eine Glasscheibe 13 angeordnet, ι die Wärmeverluste durch Konvektion vermeidet. In Figur 1 ist die Schicht 10 nicht dargestellt.distributed openings 4. These are covered by j the approximately rectangular in cross-section, and on the hollow ; body-attached connection channels 7. While the material for: the absorber plate 2 and the rear wall 9 for reasons of thermal conductivity, the best metallic material is used, the connection channels 7 can just as well be made of plastic. The connection channels 7 also carry connection lines 12 for connecting the heat collector to a heating system. In the water-; Space 5 of the hollow body, flow guide strips 8 are arranged: which end at a distance in front of the end faces 3 provided with openings and channel the water space of the hollow body. In Fig. 1 the flow guide strips of clarity are shown because as v / she ary visible although they I hollow body 6 are arranged in the interior of and thus actually in phantom; should be drawn. A layer 1C made of hardened plastic foam, for example Styrofoam, is attached to the back of the heat collector in order to avoid heat loss and to stiffen the entire collector structure. On the front side in front of the absorber plate 2, a glass pane 13 is also arranged, which avoids heat losses due to convection. Layer 10 is not shown in FIG.

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; .557/74; .557 / 74

In Figur 3 sind zwei Wärmekollektoren über Verbindungsleitungen 11 zu einer Batterie zusammengeschlossen.In Figure 3 are two heat collectors via connecting lines 11 connected to a battery.

I Im Betrieb strömt der Wärmeträger, meist Wasser, über die An- ' Schlußleitungen 12 in den unteren Anschlußkanal 7 und von hier über die untereinander etwa gleich großen Öffnungen 4 in den Wasserraum 5» wird hier erwärmt, und fließt nach oben ab. Durch die angegebenen, erfindungsgemäßen Öffnungen und deren Querschnitt sverhältnis se wird eine gleichmäßige Zuströmung des Wärmeträgers in den Wasserraum 5 erzielt und durch die Strömungslenkleisten 8 aufrechterhalten. Die durch die Glasscheibe 13 eingestrahlte Sonnenwärme wird von der Absorberplatte aufgenommen und unmittelbar an das vorbeiströmende Heizmedium abgegeben. Durch das Zusammenwirken der vorgenannten Maßnahmen ist eine verlustlose und vollständige Wärmeabführung aus dem Wärmekollektor gegeben.I During operation, the heat transfer medium, usually water, flows over the ' Closing lines 12 in the lower connection channel 7 and from here via the openings 4 of the same size as one another in the Water space 5 »is heated here and flows off upwards. Through the specified openings according to the invention and their cross-section A uniform inflow of the heat transfer medium into the water space 5 is achieved through the flow guide bars 8 maintained. The solar heat radiated through the glass pane 13 is absorbed by the absorber plate and released directly to the heating medium flowing past. Through the interaction of the aforementioned measures a lossless and complete heat dissipation from the heat collector is given.

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Γ I (f-'2 11500/KF.IΓ I (f-'2 11500 / KF.I

Claims (1)

PatentansprücheClaims ..531/14...... ..531 / 14 ...... Wärmekollektor für eine Sonnenheizung mit einer ebenen, etwa rechteckigen Absorberplatte und Wasser als Wärmeträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmekollektor (1) hauptsächlich als flacher, wasserführender Hohlkörper (6) ausgebildet ist, dessen eine Wand aus der Absorberplatte (2) bestellt und der an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten (3) .in Längsrichtung etwa gleichmäßig verteilte gleich große Öffnungen (4) aufweist, die den Wasserraum (5) des Hohlkörpers mit am Hohlkörper befestigten Anschlußkanälen (7) verbinden, wobei der Querschnitt der Anschlußkanäle (7) mindestens so groß ist wie die Querschnittssumme der zugeordneten Öffnungen (4).Heat collector for solar heating with a flat, roughly rectangular absorber plate and water as the heat carrier, characterized in that the heat collector (1) is mainly designed as a flat, water-bearing hollow body (6), one wall of which is ordered from the absorber plate (2) and the one two opposite end faces (3) .In the longitudinal direction approximately uniformly distributed openings (4) of the same size, which connect the water space (5) of the hollow body with connection channels (7) attached to the hollow body, the cross-section of the connection channels (7) being at least as large like the sum of the cross-sections of the associated openings (4). 2. Wärmekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Sammelkanäle (7) wesentlich größer ist als die Querschnittssumme der zugeordneten Öffnungen (4).2. Heat collector according to claim 1, characterized in that the cross section of the collecting channels (7) is substantial is greater than the sum of the cross-sections of the associated openings (4). 3. Wärmekollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Wasserraum (5) des Hohlkörpers mindestens eine gerade Strömungslenkleiste (8) angeordnet ist, die mit Abstand vor den mit Öffnungen versehenen Stirnseiten (3) endet und welche die beiden Deckseiten (2, 9) des Hohlkörpers verbindet.3. Heat collector according to claim 1 or 2, characterized in that at least in the water space (5) of the hollow body a straight flow guide bar (8) is arranged, which is spaced in front of the end faces provided with openings (3) ends and which connects the two cover sides (2, 9) of the hollow body. 4. Wärmekollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Strömungslenkleiste (8) in der Mitte zwischen zwei benachbarten Öffnungen (4) vorgesehen ist.4. Heat collector according to claim 3, characterized in that in each case a flow guide strip (8) in the middle is provided between two adjacent openings (4). 509846/0086509846/0086 Fm! ,; F l (172 f ! K> J- KBFm! ,; F l (172 f! K> J- KB 557/74557/74 WärmekollektDr nach einem der Ansprüche 1 bis 4> dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (6) aus der mit Abstand von der Absorberplatte (2) verlaufenden Rückwand-Heat collector according to one of Claims 1 to 4 characterized in that the hollow body (6) consists of the rear wall running at a distance from the absorber plate (2) platte (9) sowie aus deren an der Absorberplatte befestigten Abkantungen (3, 14) gebildet ist, wobei die Anschluß- i kanäle (7) aus die Öffnungen (4) überdeckende, im Querschnitt etwa rechteckigen Kanälen bestehen.plate (9) as well as from their attached to the absorber plate Edges (3, 14) is formed, the connection i channels (7) consist of the openings (4) covering, in cross-section approximately rectangular channels. 6. Wärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch6. Heat collector according to one of claims 1 to 5 »thereby gekennzeichnet, daß zwischen den Verbindungsstellen der Einzelteile des Wärmekollektors eine Klebstoffschicht eingefügt ist.characterized in that an adhesive layer between the connection points of the individual parts of the heat collector is inserted. 7. Wärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6f dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite des Wärmekollektors eine Schicht aus gehärtetem Kunststoffschaum (10) trägt.7. Heat collector according to one of claims 1 to 6 f, characterized in that the back of the heat collector carries a layer of hardened plastic foam (10). 8. Für die Bildung einer Batterie vorgesehener Wärmekollektor nach der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der untereinander gleich dimensionierten Anschlußleitungen (12) zusammen mit den Anschlußleitungsquerschnitten der übrigen Kollektoren höchstens gleich ist dem Querschnitt der Verbindungsleitungen (11) zwischen den einzelnen Wärmekollektoren (1). (Figur 3).8. For the formation of a battery provided heat collector according to claims 1 to 7, characterized in that that the cross-section of the connecting lines (12), which are dimensioned identically to one another, together with the connecting line cross-sections of the other collectors is at most equal to the cross-section of the connecting lines (11) between the individual heat collectors (1). (Figure 3). 509346/0086509346/0086 ei Λ ί id .';· 1: f. ir!>.f ιei Λ ί id. '; · 1: f. ir!>. f ι L ■L ■ LeerseiteBlank page
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