| 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
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| 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.
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| Beschreibung[de] |
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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.
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| Anspruch[de] |
- 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.
- Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das
Blattfederelement (12) in Längsrichtung der Hülse (2) erstreckt.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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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