DE7803354U1 - ABSORBER WITH INTEGRATED LIQUID CONDUCTION, IN PARTICULAR FOR SOLAR PANELS - Google Patents

Description

Absorber mit integrierter Flüssigkeitsführung, insbesondere für SonnenkollektorenAbsorber with integrated liquid flow, especially for solar collectors

Die Erfindung betrifft einen Absorber mit integrierter
Flüssigkeitsführung, insbesondere für Sonnenkollektoren,
bei dem in einer von zwei einen Hohlraum begrenzenden IThe invention relates to an absorber with an integrated
Fluid management, especially for solar collectors,
in the case of the I in one of two delimiting a cavity

Platten zueinander versetzte Vertiefungen ausgebildet sind, S' deren Zwischenräume Flüssigkeitskanäle zwischen einem end- '·Plates are formed staggered wells, S ' the interstices of which are fluid channels between an end- '

inseitigen Zulauf und einem endseitigen Ablauf bilden. 'Form inside inlet and an end-side outlet. '

Innerhalb eines Sonnenkollektors zur Warmwasser- oder Ener- ;Inside a solar collector for hot water or energy;

gieerzeugung ist ein Absorber das eigentliche Element, das fenergy generation, an absorber is the actual element that f

die Sonnenenergie in andere Energieformen, wie Wärme, um- i the solar energy into other forms of energy, such as heat, to i

wandelt. Dem Absorber fällt also die wichtigste Aufgabe in- |transforms. The most important task falls on the absorber

nerhalb des Sonnenkollektors zu. \ inside the solar panel too. \

ijij

Bei bekannten Absorbern sind die Kanalprofilierungen so \ In known absorbers, the channel profiles are so \

ausgeführt, daß die Flüssigkeitsführung in ihnen gerade ΐexecuted that the liquid flow in them just ΐ

von der Zulaufseite zur Ablaufseite des Absorbers verläuft. iruns from the inlet side to the outlet side of the absorber. i

Dies trifft auch für die aus Kostengründen vorzugsweise als _;l This also applies to the, for cost reasons, preferably as _{; l}

Rollbond-Absorber gestalteten Absorber zu. Bei derartigen \ Rollbond absorbers designed absorbers too. With such \

Absorbern ist die Flüssigkeitsdurchströmung durch den Ab- 1The liquid flowing through the drain 1 is absorbed

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. HI sorber because of the straight channels or because of the square | Structures in the absorber laminar, which means rapid heat transfer | transfer from the absorber body to the working medium delayed | and difficult. H

Um der sich ändernden Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung f|To the changing direction of incidence of solar radiation f |

Rechnung zu tragen, wird zur Veränderung der Aufnahmecha- βTaking this into account will change the absorption cha- β

rakteristika des Absorbers für das Sonnenlicht gemäß |characteristics of the absorber for sunlight according to |

DE-GM 75 29 646 bei einem Absorber eine der den Hohlraum |DE-GM 75 29 646 for an absorber one of the cavity |

begrenzenden Platten , und zwar die Deckplatte, mit eini- fdelimiting plates, namely the cover plate, with a f

gen eingeformten Vertiefungen versehen, deren Wandflächen |gen molded recesses, the wall surfaces of which |

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.Spherical surfaces or paraboloid surfaces are. The depressions have large distances from one another, so that the liquid channels between them have a large flow cross-section exhibit. The liquid flowing in the channels flows around the depressions, whereby local dead zones occur, in which the liquid remains partially at rest, so that a deterioration in the heat exchange occurs. In addition, physical inevitably occurs at the narrow butt joints between the flat base plate and the crest of the recess Corrosion that leads to the short-term destruction of the absorber.

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=The invention is based on the object of designing an absorber with an integrated liquid guide so that the liquid or the working medium gains the greatest possible turbulence as it flows through the absorber thereby practically the entire working medium to participate in the heat exchange and in this way a to achieve a considerable improvement in the efficiency of the absorber =

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst.This object is achieved by the invention characterized in the main claim.

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-Due to this structure of the absorber , the liquid flow from the inlet to the outlet is divided into many partial flows by branching at the local disturbances so that highly turbulent zones arise over the entire absorber surface, in which an optimal swirling of the working medium takes place. The turbulence continues over the entire ■ absorber surface and causes an excellent heat exchange at every point of the absorber. Due to the narrow channels of a first group of imperfections between adjacent imperfections, the inflowing working medium is initially absorbed into several small flows.

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, which, when flowing around the first group of imperfections, absorb the heat that has arisen in this zone of the absorber as a result of the action of sunlight. After the first disturbance points flow into each other, two liquid partial flows combine to form a common liquid flow in a channel zone of larger volume and a vortex arises in this channel zone, which continues into the subsequent narrowed channels between the disturbance points of another group. In these channels, the vortex formation largely subsides, but comes back to life when the individual partial flows converge after this further group of defects in the respective channel zones of greater volume. When flowing through the narrowed liquid channels or when flowing around the respective further group of impurities, the working medium absorbs the heat generated from sunlight in this area and continues to heat up. The swirl principle continues through the entire absorber in different ways and applies analogously to all other through-flow channels and channel zones,

Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Absorbers ist über 10% höher als derjenige bekannter Absorber. Der einfache Aufbau des Absorbers gestattet seine preiswürdige Herstellung. The efficiency of the absorber according to the invention is over 10% higher than that of known absorbers. The easy one The structure of the absorber allows it to be manufactured inexpensively.

Es sind zahlreiche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Grundprinzips möglich.There are numerous embodiments of the invention Basic principle possible.

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.The depressions are expedient - rounded in plan view, preferably circular. These Training is for structural reasons, in particular to achieve an inexpensive mold for molding of humps in the plates advantageous.

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.A liquid collection zone can be located in the area of the liquid inlet be provided, which extends over the entire width of the absorber in front of the first row of imperfections and into which the working medium first flows before it passes through the spaces between the first row of Interference is divided into several small partial flows. This liquid collection zone prevents the formation of congestion at the inlet of the absorber.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt:An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing. It shows:

Fig. 1 eine Draufsicht der Bodenplatte,Fig. 1 is a plan view of the base plate,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, jedoch mit aufgesetzter Deckplatte,Fig. 2 is a section along the line II-II in Fig. 1, but with attached cover plate,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1, jedoch mit aufgesetzter Deckplatte undFig. 3 shows a section along the line III-III in Fig. 1, but with attached cover plate and

Fig. 4 eine Draufsicht der Deckplatte.Fig. 4 is a plan view of the cover plate.

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.The absorber consists essentially of two parts, namely a base plate 1, which is designed as a base plate can be and from a cover plate 2, which can also be made of sheet metal.

Ill) 1 I » 1 1 11 1 I 111 11Ill) 1 I »1 1 11 1 I 111 11

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.In the selected embodiment, many projections 3 circular in plan view are pressed into the base plate 1. These are arranged in straight transverse rows leading to the end edges 4 and 5 of the base and cover plate 1.2 run parallel. The bosses 3 successive rows are offset from one another, so that in each case the channels 6 between two humps in a row is followed by a hump 3 as an interference point.

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.A working medium flowing into an inlet 7, e.g. a liquid, with the help of which the solar energy in other forms of energy, such as heat, are to be converted, flows through the labyrinth of the channels 6 to the drain 8, from which the heated working medium is withdrawn and supplied to the desired purpose.

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.The liquid entering the inlet 7 first reaches a liquid collection zone 9, which is located in front of the first Row of humps 3 extends over the entire width of the absorber. Starting from this liquid collection zone 9 the liquid in the channels 6 is divided into several small liquid flows. This is done through the circular, symmetrically arranged hump recesses in the bottom plate 1. The liquid flows around the first row the hump 3 and absorbs the heat that was created in this zone of the absorber by the action of sunlight is.

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 entstehtAfter the first row of these circular bosses 3, the channels 6 combine to form a common liquid flow in a larger, approximately triangular zone 1o larger volume, with one side of this triangle this confluence zone is already formed by the next row of circular bumps 3. By this confluence of two partial flows in each case occurs in one of these approximately triangular zones 1o

ι · Ο· ·ι · Ο · ·

an dieser Stelle ein Wirbel, der sich in die nachfolgenden/at this point a vortex, which is divided into the following /

sich verengenden Kanäle 6 hinein fortsetzt. 'narrowing channels 6 continues into it. '

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.In these channels 6 the vortex formation largely subsides, but lives when the individual partial flows converge after this second series of circular bumps 3 in the respective confluence zones 1o again.

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.When flowing through the narrowed channels 6 or when washing around the second row of circular, hump 3 in the Base plate 1, the working medium absorbs the heat generated from sunlight in this area and heats up further.

Dieses Verwirbelungsprinzip setzt sich durch den gesamten Absorber in verschiedenen Weisen fort und gilt analog für sämtliche weiteren Kanäle 6 und Zusammenflußzonen 1o.This vortex principle continues through the entire absorber in different ways and applies analogously to all other channels 6 and confluence zones 1o.

Die in den Zusammenflußzonen 1o entstehenden hochturbulenter Zonen bewirken eine verbesserte Wärmeübertragung auf das Arbeitsmedium und damit eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Absorbers.The highly turbulent ones that arise in the confluence zones 1o Zones bring about an improved heat transfer to the working medium and thus an increase in efficiency of the absorber.

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.Although the circular hump 3 shown in the drawing is special in the chosen arrangement and relation are advantageous for the performance of the absorber, other forms of impurities can also be selected. For example it is possible to make them angular, e.g. square. In addition, instead of the press profiles to form the imperfections between two flat base and cover plates, individual bodies can be arranged, i which are distributed in such a way that the principle of swirling the liquid with the help of narrower channels, which in widened and branching confluence zones are preserved.

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 ANSPRÜCHEBY KREISLER SCHÖNWALÖ '' EISrtOLO FUES BY KREISLER KELLER SELTING WERNER PATENTANWÄLTE Applicant; Dr.-Ing. von Kreisler + 1973 Walter Steinrücke Dr.-Ing. K. Schönwald, Cologne Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Unter Sachsenhausen 35 Dr. J. F, Fues, Cologne _Λ__ v «i« Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Cologne SUUU KOin 1 Dipl.-Chem. Carola Keller, Cologne Dipl.-Ing. G. Selting, Cologne Dr. H.-K. Werner, Cologne Sch-DB / my June 12, 1979 DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF G 78 03 354.2 D-5000 COLOGNE 1 CLAIMS 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.1. Absorber with integrated liquid conduction, especially for solar collectors, in which in one of two A cavity delimiting plates are formed mutually offset depressions, the interstices of which are fluid channels between an end inlet and an end outlet, characterized in that that the depressions consist of a plurality of bosses (3) molded into the base plate (1) and the cover plate (2) is smooth. 2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen aus in die Bodenplatte (1) eingeformten halbhohen Buckeln bestehen.2. Absorber according to claim 1, characterized in that that the depressions consist of half-height humps molded into the base plate (1). 3.Absorber nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen3.Absorber according to claims 1 or 2, characterized in that the depressions - in Draufsicht - abgerundet', vorzugsweise kreisförmig, gestaltet sind.- in plan view - rounded ', preferably circular, are designed. 4. Absorber nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen4. Absorber according to claims 1 or 2, characterized in that the depressions - in Draufsicht - eckig, vorzugsweise viereckig, gestaltet sind.- In plan view - are angular, preferably square, designed. T.Won ι $17\)'>\1\U\ ■ folsoci MZÜ& dopa a ' Tiligrammi Dompot.nt KeinT.Won ι $ 17 \) '> \ 1 \ U \ ■ folsoci MZÜ & dopa a' Tiligrammi Dompot.nt no -2--2- 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 .5. Absorber according to claims 1 to 4, characterized in that circular depressions (3) the last row of depressions on the side of the liquid drain (8) against the edge of the absorber - seen in cross section - consists of flattened depressions. 6. Absorber nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Plüssigkeitszulaufes (7) eine Flüssigkeitssammelzone6. Absorber according to claims 1 to 5, characterized in that in the region of the Liquid inlet (7) a liquid collection zone (9) vorgesehen ist, die sich vor der ersten Reihe der Vertiefungen über die gesamte Absorberbreite erstreckt.(9) is provided, which extends in front of the first row of wells over the entire width of the absorber.