DE7803354U1 - Absorber mit integrierter fluessigkeitsfuehrung, insbesondere fuer sonnenkollektoren - Google Patents

Description

Absorber mit integrierter Flüssigkeitsführung, insbesondere für Sonnenkollektoren

Die Erfindung betrifft einen Absorber mit integrierter
Flüssigkeitsführung, insbesondere für Sonnenkollektoren,
bei dem in einer von zwei einen Hohlraum begrenzenden I

Platten zueinander versetzte Vertiefungen ausgebildet sind, S' deren Zwischenräume Flüssigkeitskanäle zwischen einem end- '·

inseitigen Zulauf und einem endseitigen Ablauf bilden. '

Innerhalb eines Sonnenkollektors zur Warmwasser- oder Ener- ;

gieerzeugung ist ein Absorber das eigentliche Element, das f

die Sonnenenergie in andere Energieformen, wie Wärme, um- i

wandelt. Dem Absorber fällt also die wichtigste Aufgabe in- |

nerhalb des Sonnenkollektors zu. \

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Bei bekannten Absorbern sind die Kanalprofilierungen so \

ausgeführt, daß die Flüssigkeitsführung in ihnen gerade ΐ

von der Zulaufseite zur Ablaufseite des Absorbers verläuft. i

Dies trifft auch für die aus Kostengründen vorzugsweise als _;l

Rollbond-Absorber gestalteten Absorber zu. Bei derartigen \

Absorbern ist die Flüssigkeitsdurchströmung durch den Ab- 1

I sorber wegen der geraden Kanäle oder wegen quadratischer | Strukturen im Absorber laminar, was eine schnelle Wärmeüber- | tragung vom Absorberkörper auf das Arbeitsmedium verzögert | und erschwert. H

Um der sich ändernden Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung f|

Rechnung zu tragen, wird zur Veränderung der Aufnahmecha- β

rakteristika des Absorbers für das Sonnenlicht gemäß |

DE-GM 75 29 646 bei einem Absorber eine der den Hohlraum |

begrenzenden Platten , und zwar die Deckplatte, mit eini- f

gen eingeformten Vertiefungen versehen, deren Wandflächen |

Kugelflachen oder Paraboloidflachen sind. Die Vertiefungen haben zueinander große Abstände, so daß die Flüssigkeitskanäle zwischen ihnen großen Strömungsquerschnitt aufweisen. Die in den Kanälen strömende Flüssigkeit umströmt die Vertiefungen, wobei örtliche tote Zonen auftreten, in denen die Flüssigkeit teilweise in Ruhe bleibt, so daß eine Verschlechterung des Wärmeaustausches eintritt. Außerdem treten an den engen Stoßfugen zwischen der ebenen Bodenplatte und der Kuppe der Vertiefung zwangsläufig physikaiische Korrosionen ein, die zur kurzfristigen Zerstörung des Absorbers führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Absorber mit integrierter Flüssigkeitsführung so auszubilden, daß die Flüssigkeit bzw. das Arbeitsmedium beim Durchströmen des Absorbers eine möglichst große Turbulenz gewinnt, um hierdurch praktisch das gesamte Arbeitsmedium am Wärmeaustausch teilnehmen zu lassen und auf diese Weise eine beträchtliche Verbesserung des Wirkungsgrades des Absorbers zu erzielen=

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Durch diesen Aufbau des Absorbers wird der Flüssigkeitsstrom vom Zulauf zum Ablauf durch Verzweigung an den örtlichen Störstellen so in viele Teilströme aufgeteilt, daß hochturbulente Zonen über die gesamte Absorberfläche entstehen, in denen eine optimale Verwirbelung des Arbeitsmediums stattfindet. Die Turbulenzen setzen sich über die ■gesamte Absorberfläche fort und bewirken einen hervorragenden Wärmeaustausch an jeder Stelle des Absorbers. Durch die zwischen nebeneinanderbefindlichen Störstellen vorhandenen engen Kanäle einer ersten Störstellengruppe wird das einströmende Arbeitsmedium zunächst in mehrere kleine Ströme aufge-

teilt, die beim Umströmen der ersten Gruppe von Störstellen die Wärme aufnehmen, die in dieser Zone des Absorbers durch Sonnenlichteinwirkung entstanden ist. Nach !Anströmung der ersten Störstellen vereinigen sich jeweils zwei Flüssigkeitsteilströme zu einem gemeinsamen Flüssigkeitsstrom in einer Kanalzone größeren Volumens und in dieser Kanalzone entsteht ein Wirbel, der sich in die nachfolgenden verengten Kanäle zwischen den Störstellen einer weiteren Gruppe hinein fortsetzt. In diesen Kanälen klingt die Wirbelbildung weitgehend ab, lebt aber beim Zusammenfluß der einzelnen Teilströme nach dieser weiteren Gruppe von Störstellen in den jeweiligen Kanalzonen größeren Volumens wieder auf. Beim Durchfluß durch die verengten Flüssigkeitskanäle bzw. beim Umströmen der jeweils weiteren Störstellengruppe nimmt das Arbeitsmedium die in diesem Bereich aus Sonnenlicht erzeugte Wärme auf und erhitzt sich weiter. Das Verwirbelungsprinzip setzt sich durch den gesamten Absorber in verschiedenen Weisen fort und gilt analog für sämtliche weiteren Durch-Strömungskanäle und Kanalzonen,

Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Absorbers ist über 10% höher als derjenige bekannter Absorber. Der einfache Aufbau des Absorbers gestattet seine preiswürdige Herstellung.

Es sind zahlreiche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Grundprinzips möglich.

Die Vertiefungen sind zweckmäßig - in Draufsicht abgerundet, vorzugsweise kreisförmig, gestaltet. Diese Ausbildung ist aus konstruktiven Gründen, insbesondere zur Erzielung einer preiswerten Preßform für die Einformung von Buckeln in die Platten vorteilhaft.

Im Bereich des Flüssigkeitszulaufes kann eine Flüssigkeitssammelzone vorgesehen sein, die sich vor der ersten Störstellenreihe über die gesamte Absorberbreite erstreckt und in die das Arbeitsmedium zunächst einströmt, bevor es durch die Zwischenräume zwischen der ersten Reihe von Störstellen in mehrere kleine Teilströme aufgeteilt wird. Diese Flüssigkeitssammelzone verhindert eine Staubildung am Einlauf des Absorbers.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht der Bodenplatte,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, jedoch mit aufgesetzter Deckplatte,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1, jedoch mit aufgesetzter Deckplatte und

Fig. 4 eine Draufsicht der Deckplatte.

Der Absorber besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, und zwar einer Bodenplatte 1, die als Bodenblech ausgebildet sein kann und aus einer Deckplatte 2, die ebenfalls aus Blech gefertigt sein kann.

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Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel sind in die Bodenplatte 1 viele in Draufsicht kreisförmige Buckel 3 eingepreßt. Diese sind in geraden Querreihen angeordnet,die zu den endseitigen Rändern 4 und 5 der Boden- und Deckplatte 1,2 parallel verlaufen. Die Buckel 3 aufeinanderfolgender Reihen sind zueinander versetzt, so daß jeweils den Kanälen 6 zwischen zwei Buckeln einer Reihe ein Buckel 3 als Störstelle nachgeordnet ist.

Ein in einen Zulauf 7 einströmendes Arbeitsmedium, z.B. eine Flüssigkeit, mit deren Hilfe die Sonnenenergie in andere Energieformen, wie Wärme, umgewandelt werden soll, strömt durch das Labyrinth der Kanäle 6 hindurch zum Ablauf 8, aus dem das erwärmte Arbeitsmedium abgezogen und dem gewünschten Verwendungszweck zugeführt wird.

Die in den Zulauf 7 eintretende Flüssigkeit gelangt zuerst in eine Flüssigkeitssammelzone 9, die sich vor der ersten Reihe von Buckeln 3 über die gesamte Absorberbreite erstreckt. Ausgehend von dieser Flüssigkeitssammelzone 9 wird die Flüssigkeit in den Kanälen 6 in mehrere kleine Flüssigkeitsströme aufgeteilt. Dies geschieht durch die kreisförmigen, symmetrisch angeordneten Buckelvertiefungen im Bodenblech 1. Die Flüssigkeit umströmt die erste Reihe der Buckel 3 und nimmt dabei die Wärme auf, die in dieser Zone des Absorbers durch Sonnenlichteinwirkung entstanden ist.

Nach der ersten Reihe dieser kreisförmigen Buckel 3 vereinigen sich die Kanäle 6 zu einem gemeinsamen Flüssigkeitsstrom in einer größeren, angenähert dreieckförmigen Zone 1o größeren Volumens, wobei eine Seite dieses Dreiecks dieser Zusammenflußzone bereits von der nächsten Reihe von kreisförmigen Buckeln 3 gebildet wird. Durch diesen Zusammenfluß von jeweils zwei Teilströmen in •einer dieser angenähert dreieckförmigen Zonen 1o entsteht

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an dieser Stelle ein Wirbel, der sich in die nachfolgenden/

sich verengenden Kanäle 6 hinein fortsetzt. '

In diesen Kanälen 6 klingt die Wirbelbildung weitgehend ab, lebt aber beim Zusammenfluß der einzelnen Teilströmungen nach dieser zweiten Reihe von kreisförmigen Buckeln 3 in den jeweiligen Zusammenflußzonen 1o wieder auf.

Beim Durchfluß durch die verengten Kanäle 6 bzw. beim Umspülen der zweiten Reihe kreisförmiger, Buckel 3 in der Bodenplatte 1 nimmt das Arbeitsmedium die in diesem Bereich aus Sonnenlicht erzeugte Wärme auf und erhitzt, sich weiter.

Dieses Verwirbelungsprinzip setzt sich durch den gesamten Absorber in verschiedenen Weisen fort und gilt analog für sämtliche weiteren Kanäle 6 und Zusammenflußzonen 1o.

Die in den Zusammenflußzonen 1o entstehenden hochturbulenter Zonen bewirken eine verbesserte Wärmeübertragung auf das Arbeitsmedium und damit eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Absorbers.

Obwohl die in der Zeichnung dargestellten kreisförmigen Buckel 3 in der gewählten Anordnung und Relation besonders vorteilhaft für die Leistung des Absorbers sind, können auch andere Formen der Störstellen gewählt werden. Beispielsweise ist es möglich, sie eckig, z.B. viereckig, auszubilden. Im übrigen können anstelle der Preßprofilierungen zur Bildung der Störstellen zwischen zwei ebenen Boden- und Deckplatten Einzelkörper angeordnet sein,i die so verteilt sind, daß das Prinzip des Verwirbelns der Flüssigkeit mit Hilfe von engeren Kanälen, die in erweiterte und sich verzweigende Zusammenflußzonen münden, gewahrt bleibt.

Claims (6)

VON KREISLER SCHÖNWALÖ' ' EISrtOLO FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER PATENTANWÄLTE Anmelder ; Dr.-Ing. von Kreisler + 1973 Walter Steinrücke Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Unter Sachsenhausen 35 Dr. J. F, Fues, Köln _Λ__ v«i « Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln SUUU KOin 1 Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selting, Köln Dr. H.-K. Werner, Köln Sch-DB/my 12.JuIi 1979 DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF G 78 03 354.2 D-5000 KÖLN 1 ANSPRÜCHE

1. Absorber mit integrierter Flüssigkeitsführung, insbesondere für Sonnenkollektoren, bei dem in einer von zwei einen Hohlraum begrenzenden Platten zueinander versetzte Vertiefungen ausgebildet sind, deren Zwischenräume Flüssigkeitskanäle zwischen einem endseitigen Zulauf und einem endseitigen Ablauf bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen aus einer Vielzahl von in die Bodenplatte (1) eingeformten Buckeln (3) bestehen und die Deckplatte (2) glatt ausgebildet ist.

2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen aus in die Bodenplatte (1) eingeformten halbhohen Buckeln bestehen.

3.Absorber nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen

- in Draufsicht - abgerundet', vorzugsweise kreisförmig, gestaltet sind.

4. Absorber nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen

- in Draufsicht - eckig, vorzugsweise viereckig, gestaltet sind.

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5. Absorber nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei kreisförmigen Vertiefungen (3) die letzte Reihe der Vertiefungen an der Seite des Plüssigkeitsablaufes (8) aus gegen den Rand des Absorbers - im Querschnitt gesehen - abgeflachten Vertiefungen besteht .

6. Absorber nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Plüssigkeitszulaufes (7) eine Flüssigkeitssammelzone

(9) vorgesehen ist, die sich vor der ersten Reihe der Vertiefungen über die gesamte Absorberbreite erstreckt.