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Dokumentenidentifikation DE10250744A1 13.05.2004
Titel Solarkollektor
Anmelder Stiebel Eltron GmbH & Co. KG, 37603 Holzminden, DE
Erfinder Wicker, Rolf, 37671 Höxter, DE;
Heider, Frank, 37647 Brevörde, DE
DE-Anmeldedatum 31.10.2002
DE-Aktenzeichen 10250744
Offenlegungstag 13.05.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.05.2004
IPC-Hauptklasse F24J 2/32
Zusammenfassung Bei einem Solarkollektor mit wenigstens einem Wärmerohr 6 ist dessen Kondensatorteil 5 in eine Hülse 2 einer Rohranordnung 1 wärmeleitend eingesteckt. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung bei vereinfachter Montage ist an der Hülse 2 wenigstens ein Blattfederelement 12 angeordnet, das sich im Innenraum 4 der Hülse 2 erstreckt und den Kondensatorteil 5 an die Hülse 2 andrückt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor mit wenigstens einem Wärmerohr, dessen Kondensatorteil in eine mit einer ein Wärmeträgermedium führenden Rohranordnung wärmeleitend verbundenen Hülse wärmeleitend eingesteckt ist.

Ein derartiger Solarkollektor ist in dem DE-GM 90 15 585 beschrieben. Um eine gute Wärmeübertragung zwischen dem Kondensatorteil des Wärmerohrs und der Hülse zu erreichen, ist zwischen dem Kondensatorteil und der Hülse ein Wärmeleitmittel, beispielsweise eine Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitöl, vorgesehen.

Ein solcher Solarkollektor, der wenigstens ein Wärmerohr (heat pipe) aufweist, ist auch in der DE 41 20 692 A1 beschrieben. Dort ist zwischen dem Kondensatorteil des Wärmerohrs und der ein Wärmeträgerrohr führenden Rohranordnung, d.h. dem Wärmetauscherrohr, ein aus einem biegbaren Bandstück aus einem gut wärmeleitenden Material bestehendes Verbindungsbauteil vorgesehen, das mittels wenigstens eines Andruckelements die wärmeleitende Verbindung herstellt. Das Andruckelement ist von Schrauben oder Klammern gebildet, die von außen wirkend ein hülsenartiges, ein Wärmeträgermedium führendes Bauteil an den Kondensatorteil des Wärmerohrs andrücken. Dieser Aufbau ist aufwändig. Der Effekt der Wärmeübertragung hängt von einer sehr zuverlässigen Montage ab.

Aus der Praxis ist es zur Verbesserung der Wärmeübertragung bekannt, zwischen dem Kondensatorteil und die Hülse zusätzlich zu einer vorgesehenen Wärmeleitpaste einen Blechstreifen in den Passungsspalt zwischen den Kondensatorteil und der Hülse einzuschieben. Dieser soll den Kondensatorteil des Wärmerohrs gegen die Hülse drücken. Dieser Blechstreifen hat keine Federwirkung. Nachteilig dabei ist, dass ein solcher Spalt, in den ein Blechstreifen einschiebbar ist, eigentlich unerwünscht ist. Wenn bei der Montage des Solarkollektors auf einem Dach hohe Außentemperaturen herrschen, erwärmt sich das – noch nicht montierte – Wärmerohr schnell, wodurch sich temperaturbedingt eine beträchtliche Ausdehnung des, gewöhnlich aus Kupfer bestehenden, Kondensatorteils ergibt. Bei solchen Montageverhältnissen ist das Einschieben des Kondensatorteils des Wärmerohrs in die Hülse erschwert und erfordert großen Kraftaufwand. Das danach vorgesehene Einschieben des Blechstreifens ist auf einfache, eine Verletzungsgefahr des Montagepersonals vermeidende Weise kaum mehr möglich. Diese Probleme bestehen insbesondere deshalb, weil ein Solarkollektor mit Wärmerohren nicht vorgefertigt auf dem betreffenden Gebäudedach installiert wird. Vielmehr erfolgt die Installation derart, dass auf dem Dach zunächst die das Wärmeträgermedium führende Rohranordnung installiert wird, die an einen Nutzkreis angeschlossen wird und anschließend dann auf dem Dach die Wärmerohre (heat pipes) in die Hülsen der Rohranordnung eingesteckt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Solarkollektor der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der sich einfach – auf dem betreffenden Dach – montieren lässt und der eine sichere Wärmeübertragung gewährleistet.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch ist die Montage der Wärmerohre an der Rohranordnung einfach. Denn nach der Montage der ein Wärmeträgermedium zum Nutzkreis führenden Rohranordnung auf einem Gebäudedach lassen sich in deren Hülsen die Kondensatorteile der Wärmerohre zwanglos einstecken. Das jeweilige Blattfederelement gibt entsprechend der jeweils, außentemperaturbedingten Ausdehnungszustand des Kondensatorteils nach, so dass der Kondensatorteil des jeweiligen Wärmerohrs leicht in die jeweilige Hülse einschiebbar ist, ohne dass das Montagepersonal versucht ist, Gewalt anzuwenden und/oder sich zu verletzen.

Nach dem – leichten – Einstecken des Kondensatorteils des jeweiligen Wärmerohrs drückt das im Innern der Hülse liegende Blattfederelement den Kondensatorteil an die Hülse wärmeleitend an, so dass die notwendige Wärmeübertragung zwischen dem Kondensatorteil des Wärmerohrs und der wärmeleitend mit der Rohranordnung verbundenen Hülse besteht.

Vorzugsweise ist das Blattfederelement so angeordnet, dass es sich in Längsrichtung der Hülse erstreckt. Das Blattfederelement erstreckt sich damit in Einsteckrichtung des Kondensatorteils, was die Montage vereinfacht.

Das Blattfederelement weist wenigstens an seiner einen Endzone eine Umbiegung auf, die die Hülse außen übergreift. Dadurch ist das Blattfederelement an der Hülse schon vor dem Einschieben des Kondensatorteils in die Hülse an dieser sicher gehalten, so dass es sich beim Einstecken des Kondensatorteils in die Hülse nicht nach außen verschiebt. Vorzugsweise weist das Blattfederelement an den beiden Endzonen Umbiegungen auf, die die Hülse außen umgreifen. Dadurch ist gewährleistet, dass das Blattfederelement nicht bei oder vor der Montage verloren geht, herausfällt oder verklemmt.

Vorzugsweise verläuft eine Mittelzone des Blattfederelements parallel zur Längsrichtung der Hülse, wobei die Mittelzone in wenigstens einer gegenüber der Mittelzone abgewinkelten Zwischenzone in ihre Endzone übergeht. Durch die zur Längsrichtung der Hülse parallele Mittelzone des Blattfederelements ist gewährleistet, dass eine vergleichsweise große Fläche des Kondensatorteils innenseitig an die Hülse angedrückt wird. Die Federkraftwirkung ergibt sich aus der abgewinkelten Zwischenzone.

Durch die Federkraft des Blattfederelements werden baulich bestehende oder sich temperaturbedingt einstellende Toleranzen zwischen der Hülse und dem Kondensatorteil derart aufgefangen, dass das Kondensatorteil immer eng und vergleichsweise großflächig an die Hülse angedrückt wird, was die Wärmeübertragung gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbessert.

In Ausgestaltung der Erfindung weist die Hülse innenseitig eine Nut auf, die derart gestaltet ist, dass das an den Kondensatorteil anliegende Blattfederelement in die Nut eintauchen kann. Dadurch ist es möglich, den Durchmesser des zylindrischen Kondensatorteils und der zylindrischen Hülse trotz des zwischen ihnen wirkenden Blattfederelements weitgehend gleich zu gestalten, was die Größe der zwischen dem Kondensatorteil und der Hülse bestehenden, wärmeübertragenden Kontaktfläche vergrößert. Das Blattfederelement kann je nach dem jeweiligen Betriebszustand oder Montagezustand in die Nut eintreten, ohne dass durch die federelastische Spannung des Blattfederelements die Größe der Kontaktfläche zwischen der Hülse und dem Kondensatorteil ausschlaggebend beeinflusst wird.

In Ausgestaltung der Erfindung ist das Blattfederelement so an der Hülse angeordnet, dass es den Kondensatorteil an seinen am Solarkollektor obenliegenden Bereich an die Hülse andrückt. Dadurch ist die Wärmeübertragung vom Kondensatorteil auf die Hülse verbessert, weil im Kondensatorteil des Wärmerohrs das in diesem zirkulierende Medium im verdampften Zustand besonders im obenliegenden Bereich des Kondensatorteils auftritt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.

In der Zeichnung zeigen:

1 einen Teil-Querschnitt eines Solarkollektors im Bereich der Ankopplung eines Wärmerohrs an seine Rohranordnung,

2 eine Hülse der Rohranordnung im Schnitt, gegenüber 1 vergrößert – ohne eingestecktes Kondensatorteil des Wärmerohrs,

3 einen Schnitt längs der Linie III-III nach 2 und

4 einen modularen Aufbau der Rohranordnung.

Ein auf einem Gebäudedach installierbarer Solarkollektor weist eine Rohranordnung 1 auf, die von einem Wärmeträgermedium durchströmt ist. In die Rohranordnung 1 sind mehrere zylindrische Hülsen 2 integriert, deren Außenflächen 3 innerhalb der Rohranordnung 1 liegen und dadurch vom Wärmeträgermedium beströmt sind. Die Innenräume 4 der Hülsen 2 sind offen.

In den Innenraum 4 jeder Hülse 2 ist ein zylindrischer Kondensatorteil 5 eines Wärmerohrs 6 (hegt pipe) eingesteckt, dessen Verdampferteil 7 der Sonnenstrahlung S ausgesetzt ist. Im Wärmerohr 6 befindet sich ein Medium, das bei Sonnenbestrahlung S im Verdampferteil 7 verdampft, in den Kondensatorteil 5 steigt, dort über die Hülse 2 Wärme an das Wärmeträgermedium der Rohranordnung 1 abgibt, dabei kondensiert und wieder in den Verdampferteil 7 zurückfließt.

Zwischen dem Kondensatorteil 5 und dem Verdampferteil 7 besteht ein flexibler Leitungsabschnitt 8, der montagebedingte Verspannungen und/ oder temperaturbedingte Verspannungen aufnimmt. Die Rohranordnung 1 sitzt in einem Isolierkörper 9, der in einem Gehäuse 10 angeordnet ist.

Die Hülse 2 weist innen eine Längsnut 11 auf. Die Längsnut 11 liegt auf der der Sonnenstrahlung S abgewandten Seite, d.h. in einem auf dem Dach untenliegenden Bereich. Bei der Längsnut 11 ist ein Blattfederelement 12 angeordnet, das sich im Innenraum 4 der Hülse 2 erstreckt (vgl. 2, 3). Das Blattfederelement 12 bildet eine Mittelzone 13, die parallel zur Längsrichtung der Hülse 2 verläuft. An die Mittelzone 13 schließen sich beidseitig abgewinkelte Zwischenzonen 14,15 an, was eine trapezartige Gestalt des Blattfederelements 12 ergibt.

Die Zwischenzonen 14,15 gehen in Endzonen 16,17 über, die Umbiegungen 18,19 bilden. Die Umbiegungen 18,19 umgreifen die Hülse 2 außen. Das Blattfederelement 12 ist damit im entspannten Zustand (vgl. 2, 3), d.h. solange der Kondensatorteil 5 noch nicht eingeschoben ist, unverlierbar an der Hülse 2 gehalten. Die Nut 11 ist so bemessen, dass die Mittelzone 13 und die Zwischenzonen 14,15 des Blattfederelements 12 in sie eintauchen können.

Nach der Montage der Rohranordnung 1 auf dem Dach werden die Kondensatorteile 5 der Wärmerohre 6 nacheinander in die zugeordneten Hülsen 2 eingesteckt, wobei der Kondensatorteil 5 längs der Zwischenzone 14 und der Mittelzone 13 gleitet. Das Blattfederelement 12 wird dabei gespannt, wobei wenigstens die Zwischenzonen 14,15 sich bereichsweise in der Nut 11 abstützen. Das Blattfederelement 12 drückt dabei den Kondensatorteil 5 im obenliegenden Bereich gegen die Hülse 2. Dadurch ist bei den verschiedensten baulich bedingten und/oder temperaturbedingten Toleranzen zwischen dem Kondensatorteil 5 und der Hülse 2 gewährleistet, dass das Kondensatorteil 5 eine gute wärmeleitende Verbindung mit der Hülse 2 hat und dass das Einstecken des Kondensatorteils 5 unter allen Montagebedingungen einfach ist.

Die Rohranordnung 1 nach 4 beruht auf einer modularen Gestaltung. In 4 ist ein einziges Hauptmodul 20 gezeigt, das zwei Hülsen 2 aufweist und über Verschraubungen 21 mit zwei Eckmodulen 22,23 verbunden ist. An jedem Eckmodul 22,23 ist eine Hülse 2 vorgesehen. Die Rohranordnung 1 der 4 eignet sich somit zum Anschluss von vier Wärmerohren 6. Sind im jeweiligen Installationsfall mehr als vier Wärmerohre 6 vo rgesehen, dann werden zwischen dem Eckmodul 22 bzw. 23 und dem Hauptmodul 20 weitere gleiche, vorgefertigte Module 20 mittels der Verschraubungen 21 montiert. Es ist damit auf einfache Weise möglich, einen Solarkollektor mit sicherer Wärmeübertragung in der jeweils passenden Größe zu montieren.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist nur ein Blattfederelement 12 gezeigt. Es ist jedoch auch möglich, zwei oder mehrere Blattfederelemente 12 am Innenumfang der Hülse 2 verteilt anzuordnen. Bei geeigneter Gestaltung kann auch eine Umbiegung 18 genügen, um das Blattfederelement 12 an der Hülse 2 zu halten. Es kann dann eine abgewinkelte Zwischenzone 14 genügen.


Anspruch[de]
  1. Solarkollektor mit wenigstens einem Wärmerohr, dessen Kondensatorteil in eine mit einer ein Wärmeträgermedium führenden Rohranordnung wärmeleitend verbundenen Hülse wärmeleitend eingesteckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hülse (2) wenigstens ein Blattfederelement (12) angeordnet ist, das sich im Innenraum (4) der Hülse (2) erstreckt und den Kondensatorteil (5) an die Hülse (2) andrückt.
  2. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Blattfederelement (12) in Längsrichtung der Hülse (2) erstreckt.
  3. Solarkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blattfederelement (12) wenigstens an einer seiner Endzonen (16,17) eine Umbiegung (18,19) aufweist, die die Hülse (2) übergreift.
  4. Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blattfederelement (12) an seinen beiden Endzonen (16,17) Umbiegungen (18,19) aufweist, die die Hülse (2) außen übergreifen.
  5. Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittelzone (13) des Blattfederelements (12) parallel zur Längsrichtung der Hülse (2) verläuft, und dass die Mittelzone (13) in wenigstens einer gegenüber der Mittelzone (13) abgewinkelten Zwischenzone (14,15) in die Endzone (16,17) übergeht.
  6. Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (2) innenseitig eine Nut (11) aufweist, die derart gestaltet ist, dass das Blattfederelement (12) in die Nut (11) eintauchen kann.
  7. Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blattfederelement (12) an der Hülse (2) so angeordnet ist, dass es den Kondensatorteil (5) an seinem am Solarkollektor obenliegenden Bereich an die Hülse (2) andrückt.
  8. Solarkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohranordnung (1) aus einem oder mehreren Hauptmodulen (20) und Eckmodulen (22,23) zusammengesetzt ist, wobei jedes Hauptmodul (20) wenigstens zwei Hülsen (2) aufweist.
  9. Solarkollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Eckmodul (22,23) eine Hülse (2) vorgesehen ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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