PL231006B1

PL231006B1 - Method for exchanging heat, preferably in the hybrid photovoltaic PVT panels and solar collectors

Info

Publication number: PL231006B1
Application number: PL419061A
Authority: PL
Inventors: Ryszard Kulewski; Piotr Jarzębowski; Mieczysław Kurek; Zygmunt Totakowski
Original assignee: Jarzebowski Piotr; Ryszard Kulewski; Kurek Mieczyslaw; Zygmunt Totakowski
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2019-01-31
Also published as: PL419061A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest wymiennik ciepła, zwłaszcza odbierający ciepło z hybrydowych paneli fotowoltaicznych PVT oraz kolektorów słonecznych i kolektorów poddachowych, a także oddający ciepło do źródeł chłodu.The subject of the invention is a heat exchanger, especially for collecting heat from PVT hybrid photovoltaic panels and solar collectors and underroof collectors, as well as giving heat to cooling sources.

Z kanadyjskiego patentu 2301657 znany jest hybrydowy panel fotowoltaiczno - termalny, w którym energię promieniowania słonecznego przetwarza się na energię cieplną płynu roboczego za pomocą metalowych członów absorpcyjnych w formie płyty z wkładką z tworzywa sztucznego, zaopatrzonych w kanały przepływu, przywierające do pleców panelu słonecznego PV. Znany jest również moduł fotowoltaiczny, zintegrowany z kolektorem ciepła słonecznego opisany w polskim patencie 203881, w którym pomiędzy płytą transparentną panelu fotowoltaicznego a umieszczoną w ramie panelu płytą metalową, utworzona jest komora wodna, do której transmitowana jest energia cieplna, pochodząca z konwersji promieniowania słonecznego. Z polskiego zgłoszenia patentowego 398547 znane jest także rozwiązanie, w którym pod zaizolowaną elektrycznie warstwą modułu fotowoltaicznego umieszczona jest metalowa płyta, do której przylutowane są od dołu kanały z blachy falistej, przez które przepływa płyn roboczy. Powszechnie znane i dostępne rynkowo są konstrukcje „harfowych” (równoległe połączenie rur) i meandrowych (szeregowe połączenie rur, w kształcie wężownicy) kolektorów słonecznych, w których do metalowej płyty absorbera promieniowania słonecznego przy spawane są rury, przez które przepływa płyn roboczy. Znane są liczne konstrukcje kolektorów poddachowych, wykonywanych jako wymienniki rurowe, przez które przepływa płyn roboczy, umieszczane pod blaszanym pokryciem dachu w kanale, zaizolowanym cieplnie. W przedstawiono sposób transportu ciepła z płyt elewacyjnych lub paneli fotowoltaicznych, umieszczanych na elewacjach budynków i nagrzewanych promieniowaniem słonecznym, polegający na zasysaniu do instalacji klimatyzacyjnych budynków powietrza atmosferycznego przez system otworków, wykonanych w płytach elewacyjnych i panelach fotowoltaicznych. Zgłoszenie wzoru użytkowego DE202007010901 U1 przedstawia hybrydowy układ panelu fotowoltaicznego z wymiennikiem ciepła chłodzącym ten panel. W tym wymienniku ciepła pomiędzy panelem fotowoltaicznym będącym zewnętrznym źródłem ciepła/chłodu i pokrywą znajduje się przestrzeń robocza, w której umieszczone są elastyczne rury, przez które przepływa płyn obiegowy - woda. Ciepło odbierane z panelu fotowoltaicznego za pośrednictwem płyty aluminiowej i/albo pasty termoprzewodzącej przechodzi do płynu obiegowego płynącego w elastycznych rurach. Rury te są dociskane do płyt sprężyną albo zewnętrznym ściskiem.Canadian patent 2301657 describes a hybrid photovoltaic-thermal panel in which the energy of solar radiation is converted into thermal energy of a working fluid by means of metal absorbing members in the form of a plate with a plastic insert, provided with flow channels adhering to the back of the PV solar panel. There is also a photovoltaic module integrated with a solar heat collector described in the Polish patent 203881, in which a water chamber is created between a transparent plate of a photovoltaic panel and a metal plate placed in the panel frame, to which heat energy is transmitted from the conversion of solar radiation. From the Polish patent application 398547 there is also known a solution in which a metal plate is placed under the electrically insulated layer of the photovoltaic module, to which corrugated sheet channels are soldered from below, through which the working fluid flows. Commonly known and commercially available are "harp" (parallel connection of pipes) and meander (series connection of pipes, coil-shaped) solar collectors, in which pipes are welded to the metal plate of the solar radiation absorber, through which the working fluid flows. There are many known structures of underroof collectors, made as tubular exchangers through which the working fluid flows, placed under the metal roof covering in a heat-insulated duct. The method of heat transport from facade panels or photovoltaic panels, placed on the facades of buildings and heated by solar radiation, is presented, consisting in sucking the atmospheric air into the air-conditioning systems of buildings through a system of holes, made in facade panels and photovoltaic panels. Utility model application DE202007010901 U1 shows a hybrid photovoltaic panel system with a heat exchanger cooling the panel. In this heat exchanger between the photovoltaic panel, which is an external source of heat / cold, and the cover, there is a working space in which flexible pipes are placed through which the circulating fluid - water flows. The heat received from the photovoltaic panel via the aluminum plate and / or thermal grease passes to the circulating fluid flowing in the flexible tubes. These tubes are pressed against the plates by a spring or an external clamp.

Celem wynalazku jest opracowanie taniego, prostego, efektywnego w działaniu, łatwego w produkcji i prostego w montażu wymiennika ciepła pomiędzy różnorodnymi źródłami ciepła/chłodu, zewnętrznymi względem wymiennika ciepła, a płynem obiegowym.The object of the invention is to provide a cheap, simple, effective, easy to manufacture and easy to install heat exchanger between various heat / cold sources external to the heat exchanger and a circulating fluid.

Według wynalazku wymiennik ciepła, zwłaszcza w hybrydowych panelach fotowoltaicznych PVT oraz w kolektorach słonecznych i kolektorach poddachowych oraz źródłach chłodu, w których to wymiennikach pomiędzy zewnętrznym źródłem ciepła/chłodu i pokrywą znajduje się przestrzeń robocza, zawierająca sztywne korytko, w którym mieści się orurowanie z płynem obiegowym, ponadto posiada element dociskowy, charakteryzuje się tym, że w przestrzeni roboczej wymiennika znajdują się co najmniej dwa moduły robocze, z których każdy składa się ze sztywnego korytka, w którym umieszczony jest płynoszczelny, elastyczny rękaw, korzystnie z folii metalowej, napełniony płynem roboczym, zaś wewnątrz rękawa znajduje się co najmniej jeden wewnętrzny wymiennik rurowy, połączony hydraulicznie z wewnętrznymi wymiennikami rurowymi innego/innych modułów roboczych i z hydrauliczną instalacją zewnętrzną, przez które przepływa płyn obiegowy, przy czym wewnątrz korytka znajduje się pasek sprężysty, który korzystnie jest usytuowany pomiędzy dnem korytka a elastycznym rękawem. Korytka modułów roboczych są korzystnie w przestrzeni roboczej krawędziami swoich dłuższych bocznych ścianek w stosunku do siebie ułożone równolegle. Korzystnie jest, gdy korytko przylega swoimi bocznymi i szczytowymi ściankami do powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu i jest do niego dociśnięte pokrywą, a folia elastycznego rękawa poprzez otwartą ściankę korytka jest dociskana do powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu siłą parcia płynu roboczego znajdującego się w elastycznym rękawie i siłą sprężystości paska sprężystego.According to the invention, a heat exchanger, especially in hybrid PVT solar panels and in solar collectors, roof collectors and cooling sources, in which exchangers between the external heat / cooling source and the cover there is a working space, containing a rigid tray in which the piping with the liquid is located. circulating, also has a pressure element, characterized by the fact that in the working space of the exchanger there are at least two working modules, each of which consists of a rigid tray in which a fluid-tight, flexible sleeve, preferably made of metal foil, filled with working fluid is placed and inside the sleeve there is at least one internal tube exchanger hydraulically connected to the internal tube exchangers of another / other working modules and with an external hydraulic installation through which the circulating fluid flows, inside the tray there is an elastic strip, preferably tucked between the bottom of the trough and an elastic sleeve. The trays of the working modules are preferably in the working space with the edges of their long side walls arranged parallel to each other. Preferably, the tray adjoins the surface of the external heat / cool source with its side and top walls and is pressed against it with a cover, and the foil of the flexible sleeve through the open wall of the tray is pressed against the surface of the external heat / cold source by the pressure of the working fluid contained in the flexible sleeve and the spring force of the elastic strap.

Innymi słowy w przestrzeni roboczej, pomiędzy powierzchnią zewnętrznego w stosunku do wymiennika ciepła, źródła ciepła/chłodu, a pokrywą, umieszcza się zestaw autonomicznych mechanicznie i hydraulicznie modułów roboczych, w których dokonuje się wymiana ciepła pomiędzy zewnętrznym źródłem ciepła/chłodu a płynem roboczym, zaś dalsza wymiana ciepła ma miejsce pomiędzy płynemIn other words, in the working space, between the surface of the heat / cold source external to the heat exchanger and the cover, a set of mechanically and hydraulically autonomous working modules is placed, in which heat is exchanged between the external heat / cool source and the working fluid, and further heat exchange takes place between the fluid

PL 231 006 B1 roboczym a strumieniem płynu obiegowego w wewnętrznym wymienniku rurowym połączonym z pozostałymi wewnętrznymi wymiennikami rurowymi i z instalacją zewnętrzną. Moduł roboczy składa się z konstrukcji samonośnej w kształcie korytka, w którym umieszcza się rękaw z elastycznej folii, korzystnie metalowej, dobrze przewodzącej ciepło, niedegradowalnej w obszarze temperatur roboczych i w czasie rzędu dziesiątków lat, wypełniony niezamarzającym płynem roboczym, z umieszczonym wewnątrz, wzdłuż rękawa, co najmniej jednym wewnętrznym wymienniku rurowym. Wewnętrzne wymienniki rurowe umieszcza się w górnej części słupa płynu roboczego rękawa w strefie sąsiadującej z górną ścianką boczną korytka. Końce rękawa, z wychodzącymi przez nie końcówkami wewnętrznego wymiennika rurowego, są zamknięte płynoszczelnie.And the circulating fluid stream in the internal tubular exchanger connected with the other internal tubular exchangers and with the external installation. The working module consists of a self-supporting structure in the shape of a trough, in which a flexible foil, preferably metal, well heat-conducting, non-degradable in the area of operating temperatures and for tens of years, filled with non-freezing working fluid is placed inside, along the sleeve, at least one internal tubular exchanger. The internal tubular exchangers are placed in the upper part of the sleeve working fluid column in the area adjacent to the upper tray side wall. The ends of the sleeve, with the ends of the inner tubular exchanger extending therethrough, are liquid-tight closed.

W korzystnym przykładzie wykonania na dnie korytka, pomiędzy powierzchnią dna korytka a folią rękawa, umieszcza się pasek sprężysty, na który napiera ścianka rękawa wskutek siły parcia płynu roboczego w rękawie. Pokrywa zapewnia docisk ścianek korytek otwartą ścianą korytka do powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu. Siła parcia płynu roboczego na ścianki folii rękawa powoduje nacisk rękawa na całą powierzchnię styku zewnętrznego źródła ciepła/chłodu z rękawem. Elastyczność folii rękawa zapewnia styk w przypadku niepłaskości powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu, w przypadku reliefu na jego powierzchni oraz w przypadku dynamicznych zmian położenia i kształtu powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu pod wpływem odkształceń materiału wskutek zmian jego temperatury lub innych czynników, a także dzięki wyciśnięciu pęcherzyków powietrza spomiędzy stykających się powierzchni. Docisk folii rękawa siłą parcia płynu roboczego na dużej powierzchni styku niezależnie od kształtu powierzchni a nawet przy jego dynamicznych odkształceniach zapewnia dobrą transmisję ciepła pomiędzy zewnętrznym źródłem ciepła/chłodu a płynem roboczym w rękawie. Kształt przestrzenny objętości płynu roboczego w rękawie jest wymuszony przez kształt korytka i powierzchnię styku z zewnętrznym źródłem ciepła/chłodu. Skuteczność styku nie zależy od rodzaju materiału powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu (kompozyt, szkło, metal). Zmiany położenia stykających się powierzchni poza skutkiem działania siły parcia nie wprowadzają dodatkowych naprężeń w konstrukcji i nie prowadzą do zmęczenia materiału konstrukcji. Nagrzewanie (lub ochładzanie) płynu roboczego w rękawie odbywa się poprzez otwartą ścianę korytka i wywołuje cyrkulację płynu roboczego w ten sposób, że w rękawie powstaje wstępujący, gorący prąd płynu roboczego po ściance rękawa stykającej się z zewnętrznym źródłem ciepła i chłodny prąd zstępujący po oddaniu ciepła do wewnętrznego wymiennika rurowego - po ściance rękawa, stykającej się z dnem korytka i paskiem sprężystym. Płyny robocze zawarte w rękawach modułów roboczych są autonomiczne hydraulicznie zarówno w sensie oddziaływania hydraulicznego płynów roboczych, znajdujących się w wyżej położonych modułach, na siłę parcia płynu roboczego w danym rękawie jak i w sensie procesów zachodzących w płynach roboczych poszczególnych rękawów podczas wymiany ciepła. Jak było powiedziane wyżej, moduły robocze są rozdzielone mechanicznie za pomocą sztywnych korytek, stykających się ze sobą w przestrzeni roboczej ściankami bocznymi i tworzących elastyczną konstrukcję modułową w przekroju pionowym, umożliwiającą dociśnięcie wszystkich modułów roboczych do nawet niepłaskiego zewnętrznego źródła ciepła/chłodu.In a preferred embodiment, at the bottom of the tray, between the bottom surface of the tray and the sleeve foil, an elastic strip is placed against which the sleeve wall presses due to the pressure of the working fluid in the sleeve. The cover provides pressure of the tray walls with the open tray wall against the surface of the external heat / cool source. The pressure of the working fluid against the sleeve's foil walls causes the sleeve to press against the entire surface of the contact between the external heat / cold source and the sleeve. The flexibility of the sleeve foil ensures contact in the case of non-flatness of the surface of the external heat / cold source, in the case of relief on its surface and in the case of dynamic changes in the position and shape of the surface of the external heat / cold source due to material deformations due to changes in its temperature or other factors, as well as due to squeezing air bubbles out of the contact surfaces. The pressure of the sleeve foil by the pressure of the working fluid over a large contact area, regardless of the shape of the surface and even with its dynamic deformation, ensures good heat transfer between the external source of heat / cold and the working fluid in the sleeve. The spatial shape of the working fluid volume in the sleeve is dictated by the tray shape and the contact surface with the external heat / cool source. The contact efficiency does not depend on the type of surface material of the external heat / cool source (composite, glass, metal). Changes in the position of the contacting surfaces, apart from the effect of the pressure force, do not introduce additional stresses in the structure and do not lead to fatigue of the structure material. The heating (or cooling) of the working fluid in the sleeve takes place through the open wall of the tray and causes the circulation of the working fluid in such a way that an ascending hot current of working fluid is formed in the sleeve on the wall of the sleeve in contact with the external heat source and a cool downstream current after the heat is given off to the internal tubular heat exchanger - along the sleeve wall, in contact with the bottom of the tray and the elastic strip. The working fluids contained in the sleeves of the working modules are hydraulically autonomous both in terms of the hydraulic effect of the working fluids located in the higher modules, on the pressure of the working fluid in a given sleeve, and in terms of the processes taking place in the working fluids of individual sleeves during heat exchange. As mentioned above, the working modules are mechanically separated by rigid trays, in contact with each other in the working space by side walls and forming a flexible modular structure in vertical cross-section, enabling all working modules to be pressed against even a non-planar external heat / cooling source.

W rękawach modułów roboczych wstępnie wytwarza się ciśnienie płynu roboczego wyższe, niż wynikające z wysokości słupa płynu roboczego w rękawie, powodujące proporcjonalne do ciśnienia wgniecenie foliowej ścianki rękawa w objętość paska sprężystego tak, aby objętość wgniecenia zmieniała się od minimalnej, co odpowiada ciśnieniu słupa płynu roboczego w najniższej temperaturze roboczej do dopuszczalnej wartości maksymalnej, odpowiadającej najwyższej w przewidywanej temperaturze roboczej, przy której następuje najwyższy przyrost objętości płynu roboczego i ciśnienia w rękawie. Pod wpływem siły parcia płynu roboczego w rękawie, ścianki folii rękawa są dociskane między innymi do powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu. Tak więc, siła parcia płynu roboczego powoduje, że folia rękawa styka się z powierzchnią zewnętrznego źródła ciepła/chłodu na całej powierzchni otwartej ściany korytka i jest dociskana z siłą proporcjonalną do wysokości słupa cieczy roboczej na danej wysokości płynu roboczego w rękawie, plus ciśnienie wynikające z siły sprężystości paska sprężystego. Wielkość siły parcia płynu roboczego można dobierać poprzez dobór wymiarów korytek, wpływających przy znanym kącie pochylenia modułu roboczego w danym miejscu konstrukcji modułowej na wysokość słupa płynu roboczego w rękawie i dobór sprężystości paska sprężystego w zależności od wytrzymałości mechanicznej zewnętrznego źródła ciepła/chłodu i jego wytrzymałości na deformację pod naciskiem sumy sił parcia poszczególnych modułów roboczych, w zależności od stopnia elastyczności folii rękawa oraz gęstości i wysokości struktury reliefu powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu a także wymaganego stopnia skuteczności wciskania folii rękawa w relief powierzchni. Siłę doc iskuIn the sleeves of working modules, the pressure of the working fluid is initially created higher than that resulting from the height of the column of working fluid in the sleeve, causing the pressure-proportional indentation of the foil wall of the sleeve into the volume of the elastic strip, so that the volume of the indentation changes from the minimum, which corresponds to the pressure of the working fluid column at the lowest operating temperature to the maximum allowable value, corresponding to the highest, at the expected operating temperature, at which the greatest increase in the volume of the working fluid and pressure in the tube occurs. Under the influence of the pressure of the working fluid in the sleeve, the walls of the sleeve foil are pressed, among others, against the surface of the external heat / cool source. Thus, the pressure force of the working fluid causes the sleeve foil to contact the surface of the external heat / cold source over the entire surface of the open wall of the tray and is pressed with a force proportional to the height of the working fluid column at a given height of the working fluid in the sleeve, plus the pressure resulting from elastic force of the elastic belt. The amount of pressure of the working fluid can be selected by selecting the dimensions of the trays, affecting the height of the working fluid column in the sleeve at the known angle of inclination of the working module in a given place of the modular structure and the choice of elasticity of the elastic strip depending on the mechanical strength of the external heat / cold source and its resistance to deformation under pressure of the sum of the pressure forces of individual working modules, depending on the degree of flexibility of the sleeve foil and the density and height of the relief structure of the surface of the external heat / cold source as well as the required degree of efficiency of pressing the sleeve foil into the surface relief. The power of doc pressure

PL 231 006 B1 można dostosować do wytrzymałości mechanicznej konstrukcji i charakteru nierówności powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu. Siła parcia płynu roboczego umożliwia „nadążanie” foliowej ścianki rękawa za wolnymi i szybkozmiennymi położeniami powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu, wynikającymi z odkształceń materiału pod wpływem temperatury, wiatru, deszczu lub innych czynników oraz wyciskanie pęcherzyków powietrza z powierzchni styku folii rękawa z zewnętrznym źródłem ciepła/chłodu. Moduły robocze są ze sobą połączone poprzez konstrukcję połączeń wewnętrznych wymienników rurowych modułów roboczych, przez które przepływa strumień lub strumienie płynu obiegowego. Wewnętrzne wymienniki rurowe są wymiennikami ciepła pomiędzy płynem roboczym, zawartym w rękawach a strumieniem płynu obiegowego, przepływającego przez wewnętrzne wymienniki rurowe i transmitującego ciepło (lub chłód) do (lub z) instalacji zewnętrznej jako odbiornika ciepła lub źródła chłodu.The PL 231 006 B1 can be adapted to the mechanical strength of the structure and the nature of the unevenness of the surface of the external heat / cold source. The pressure force of the working fluid allows the foil wall of the sleeve to "follow" the slow and rapidly changing positions of the surface of the external heat / cold source, resulting from material deformation under the influence of temperature, wind, rain or other factors, and squeezing air bubbles out of the contact surface of the sleeve foil with an external heat source / cold. The working modules are connected to each other by the construction of internal connections of the tubular exchangers of the working modules through which the circulating fluid stream or streams flows. Internal tube exchangers are heat exchangers between the working fluid contained in the sleeves and the circulating fluid stream flowing through the internal tube exchangers and transmitting heat (or cool) to (or from) the outdoor installation as a heat receiver or cooling source.

Płyn roboczy i płyn obiegowy na bazie wody (np. płyn niezamarzający w postaci wody amoniakalnej lub wodnego roztworu glikolu) zapewniają ekstremalnie dużą pojemność cieplną, czyli gęstość energii w objętości tych płynów w procesie transportu ciepła. Wspomniana wyżej cyrkulacja płynu roboczego umożliwia efektywny transport ciepła (obmywanie wewnętrznej ścianki folii rękawa) uzyskiwanego z powierzchni styku z zewnętrznym źródłem ciepła/chłodu do wewnętrznego wymiennika rurowego z płynem obiegowym i instalacją zewnętrzną.The working fluid and the water-based circulating fluid (e.g., antifreeze in the form of ammonia water or an aqueous glycol solution) provide an extremely high heat capacity, i.e. the energy density in the volume of these fluids in the heat transport process. The aforementioned circulation of the working fluid enables the effective transport of heat (washing the inner wall of the sleeve foil) obtained from the contact surface with an external heat / cold source to the internal tubular exchanger with the circulating fluid and external installation.

Dzięki zastosowaniu sztywnych korytek, w których umieszczone są rękawy z płynem roboczym, uzyskuje się autonomiczność hydrauliczną poszczególnych modułów roboczych poprzez wyeliminowanie wpływu płynów roboczych, zawartych w rękawach znajdujących się powyżej na rękawy umieszczone poniżej. Nacisk masy modułów znajdujących się powyżej przenoszą sztywne korytka modułów roboczych umieszczonych niżej bez oddziaływania tych sił na rozkład sił wewnątrz modułu roboczego. Dzięki temu unika się oddziaływania siły parcia płynu roboczego, proporcjonalnej do kwadratu sumy wysokości słupów płynów roboczych w poszczególnych rękawach modułów roboczych i zastępuje siłą parcia płynów roboczych, proporcjonalną do sumy kwadratów tych wysokości słupów płynów roboczych w poszczególnych rękawach, co pozwala obniżyć siłę parcia wszystkich płynów roboczych proporcjonalnie do liczby modułów roboczych i znacznie obniża wymagania wytrzymałościowe konstrukcji, realizującej wymianę ciepła według wynalazku.Due to the use of rigid trays in which the sleeves with the working fluid are placed, the hydraulic autonomy of individual working modules is achieved by eliminating the influence of working fluids contained in the sleeves above on the sleeves below. The pressure of the masses of the above-mentioned modules is transferred by the rigid trays of the working modules below, without these forces acting on the distribution of forces inside the working module. This avoids the effect of the working fluid pressure force, proportional to the square of the sum of the working fluid columns in individual sleeves of the working modules, and is replaced by the working fluid pressure force, proportional to the sum of the squares of these working fluid column heights in individual sleeves, which allows to reduce the pressure force of all fluids proportional to the number of working modules and significantly reduces the strength requirements of the structure realizing the heat exchange according to the invention.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania przedstawiony jest na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schematycznie szkic modułu roboczego; fig. 2 przedstawia zestaw trzech modułów;The subject of the invention in its exemplary embodiments is shown in the drawing, in which: Fig. 1 schematically shows the sketch of the working module; Fig. 2 shows a set of three modules;

fig. 3 przedstawia przekrój modułu roboczego;Fig. 3 shows a section of the processing unit;

fig. 4 przedstawia fragment zestawu modułów według pierwszego przykładu realizacji wynalazku fig. 5 przedstawia fragment zestawu modułów według drugiego przykładu realizacji wynalazku. Wymiennik ciepła według wynalazku zawiera zestaw modułów roboczych 1. Jak pokazano na fig. 1 moduł roboczy 1 składa się z korytka 2, w którym umieszczony jest rękaw 5, a w nim płynoszczelnie wewnętrzny wymiennik rurowy 6. Od strony wewnętrznej tylnej ścianki korytka 2 umieszczony jest pasek sprężysty 9. Na fig. 2 przedstawiony jest, widziany od strony zewnętrznego źródła ciepła/chłodu, zestaw trzech modułów roboczych 1 z wymiennikiem rurowym 6 i uwidocznionym dopływem i odpływem płynu obiegowego 8 z i do instalacji zewnętrznej 10. Fig. 3 przedstawia schemat przekroju modułu roboczego 1 w płaszczyźnie pionowej, prostopadłej do osi wzdłużnej wewnętrznego wymiennika rurowego 6, fig. 4 pokazuje fragment urządzenia według pierwszego przykładu wykonania wynalazku przy płaskim zewnętrznym źródle ciepła/chłodu 11, natomiast fig. 5 pokazuje fragment urządzenia według drugiego przykładu wykonania wynalazku przy wygiętym zewnętrznym źródle ciepła 11. Ilustruje ona elastyczność konstrukcji modułowej we współdziałaniu z zewnętrznym źródłem ciepła/chłodu 11 o powierzchni innej niż płaska. Korytka w tym przykładzie wykonania stykają się ze sobą dłuższymi krawędziami, a nie powierzchniami.Fig. 4 shows a part of a module set according to a first embodiment of the invention. Fig. 5 shows a part of a module set according to a second embodiment of the invention. The heat exchanger according to the invention comprises a set of operating modules 1. As shown in Fig. 1, the working module 1 consists of a tray 2 in which a sleeve 5 is placed, and a fluid-tight internal tube exchanger 6 therein. From the inside of the rear wall of the tray 2 a strip is placed. Fig. 2 shows a set of three working modules 1, seen from the external heat / cooling source, with a tubular exchanger 6 and an inflow and outflow of circulating fluid 8 to and from the external installation 10. Fig. 3 shows a diagram of the working module section. 1 in a vertical plane perpendicular to the longitudinal axis of the internal tubular exchanger 6, fig. 4 shows a fragment of the device according to the first embodiment of the invention with a flat external heat / cold source 11, while fig. 5 shows a fragment of the device according to the second embodiment of the invention with a bent external source. heat 11. It illustrates the flexibility of the modular design in cooperation with an external heat / cold source 11 with a non-flat surface. The trays in this embodiment are abutted by their longer edges, not surfaces.

W przestrzeni roboczej 12, pomiędzy zewnętrznym źródłem ciepła/chłodu 11 a pokrywą 13 znajdują się poszczególne moduły robocze 1 dociskane otwartymi ścianami korytek 2 do powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu 11. W korytku 2 umieszcza się płynoszczelny rękaw 5 z płynem roboczym 7 z giętkiej i elastycznej folii, odpornej na działanie czasu i temperatury, a w nim wewnętrzny wymiennik rurowy 6 jako wymiennik ciepła. Usytuowany on jest wzdłuż długości rękawa 5, przy czym płyn roboczy 7 wypełniający rękaw 5 posiada ciśnienie wyższe niż ciśnienie wynikające z wysokości słupa płynu roboczego 7 w rękawie 5. Rura wewnętrznego wymiennika rurowego 6 płynoszczelnie przechodzi przez końcowe zamknięcia rękawa 5 i jest osadzony w wycięciach ścianek szc zytowych 4 korytka 2. Wewnątrz wewnętrznego wymiennika rurowego 6 przepływa płyn obiegowy 8 pod ciśnieniemIn the working space 12, between the external heat / cooling source 11 and the cover 13 there are individual working modules 1 pressed by the open walls of the trays 2 to the surface of the external heat / cold source 11. In the tray 2 a fluid-tight sleeve 5 with a working fluid 7 made of flexible and flexible material is placed. flexible film, resistant to time and temperature, and in it an internal tube exchanger 6 as a heat exchanger. It is located along the length of the sleeve 5, with the working fluid 7 filling the sleeve 5 having a pressure higher than the pressure resulting from the height of the column of working fluid 7 in the sleeve 5. The tube of the internal tube exchanger 6 flows smoothly through the end closures of the sleeve 5 and is embedded in the wall cutouts. drain pipes 4 channels 2. Circulating fluid 8 flows inside the inner tube exchanger 6 under pressure

PL 231 006 B1 instalacji zewnętrznej 10, połączonej z wewnętrznymi wymiennikami rurowymi 6. Siła parcia płynu roboczego 7 w rękawie 5 dociska folię rękawa 5 do powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu 11 na całej powierzchni styku. Pomiędzy rękawem 5 a dnem korytka 2 umieszczony jest pasek sprężysty 9 uginający się pod zmiennym ciśnieniem wskutek rozszerzalności płynu roboczego 7 i absorbujący przyrosty objętości płynu roboczego 7. Ciśnienie płynu roboczego 7 powoduje nadążne dociskanie folii rękawa 5 przy statycznych i dynamicznych odkształceniach konstrukcji pod wpływem zmiennej temperatury, a ciśnienie płynu roboczego 7 i elastyczność folii rękawa 5 powodują wnikanie elastycznej folii rękawa 5 w nierówności powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu 11. Jak widać na fig. 4 moduły robocze 1 ułożone są w przestrzeni roboczej 12 otwartą ścianą korytka 2 stycznie do powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu 11, stykają się ze sobą ściankami bocznymi 3, a dnami korytek 2 ułożone są w stronę pokrywy 13. Powoduje to oddzielenie wpływu nacisku masy modułów roboczych 1, znajdujących się powyżej na płyny robocze 7 w rękawach 5 ułożonych poniżej.The pressure of the working fluid 7 in the sleeve 5 presses the foil of the sleeve 5 against the surface of the external heat / cold source 11 over the entire contact surface. Between the sleeve 5 and the bottom of the tray 2 there is a resilient strip 9 bending under changing pressure due to the expansion of the working fluid 7 and absorbing increases in the volume of the working fluid 7. The pressure of the working fluid 7 causes the continuous pressing of the foil of the sleeve 5 with static and dynamic deformations of the structure under the influence of variable temperature and the pressure of the working fluid 7 and the elasticity of the foil of the sleeve 5 cause the flexible foil of the sleeve 5 to penetrate into the unevenness of the surface of the external heat / cold source 11. As can be seen in Fig. 4, the working modules 1 are arranged in the working space 12 with the open wall of the tray 2 tangentially to the outer surface heat / cold sources 11 are in contact with each other by side walls 3 and the bottom of the trays 2 are placed towards the cover 13. This separates the influence of the weight of the working modules 1 above on the working fluids 7 in the sleeves 5 arranged below.

Autonomiczność mechaniczna i hydrauliczna konstrukcji modułowej umożliwia elastyczne dostosowanie przylegania zestawu modułowego do niepłaskich powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu 11. Pod wpływem transportu ciepła z zewnętrznego źródła np. ciepła 11 przez foliową ściankę do wnętrza rękawa 5, następuje unoszenie cząstek płynu roboczego 7, obmywającego wewnętrzną foliową ściankę rękawa 5, przylegającą do zewnętrznego źródła ciepła 11, co inicjuje cyrkulację płynu roboczego 7 wstępującego, od dna słupa płynu roboczego 7 po foliowej, wewnętrznej ściance rękawa 5, stykającej się zewnętrznie z zewnętrznym źródłem ciepła 11. Płyn roboczy opływa wewnętrzny wymiennik rurowy 6 powodując wymianę ciepła płynu roboczego 7 ze strumieniem płynu obiegowego 8 w wewnętrznym wymienniku rurowym 6 i ochłodzenie cyrkulującego płynu roboczego 7 oraz jego opadanie po wewnętrznej ściance rękawa 5, stykającej się zewnętrznie z dnem korytka 2 i paskiem sprężystym 9 na dno słupa płynu roboczego 7 w rękawie 5. Cyrkulacja płynu roboczego 7 w przypadku styku rękawa z zewnętrznym źródłem chłodu odbywa się w odwrotną stronę, czyli, po ściance przylegającej do niego, płyn roboczy 7 spływa w dół a po stronie dna korytka unosi się do góry. Płyn roboczy 7 w rękawie 5 utrzymuje ciśnienie wyższe, niż ciśnienie słupa płynu roboczego 7 pod wpływem siły sprężystości paska sprężystego 9, wstępnie ściśniętego do objętości, zapewniającej wymaganą siłę sprężystości przy najniższej, przewidywanej temperaturze pracy płynu roboczego 7 i wchłania przyrost objętości płynu roboczego 8 w całym zakresie zmienności temperatur roboczych. Korytka 2 poszczególnych modułów roboczych 1, ułożonych w przestrzeni roboczej, stykają się ze sobą oraz rozdzielają mechanicznie i hydraulicznie poszczególne, autonomiczne moduły robocze 1. Zestaw modułów roboczych 1 dopasowuje się elastycznie do kształtu i zmian kształtu powierzchni zewnętrznego źródła ciepła/chłodu 11 w obrębie pojedynczego modułu roboczego 1 i w obrębie całego zestawu modułowegoThe mechanical and hydraulic autonomy of the modular structure enables flexible adaptation of the adhesion of the modular set to the non-planar surfaces of the external heat / cool source 11. Under the influence of heat transport from an external source, e.g. heat 11 through a foil wall, into the sleeve 5, particles of the working fluid 7 are lifted, washing the inner the foil wall of the sleeve 5, adjacent to the external heat source 11, which initiates the circulation of the working fluid 7 ascending, from the bottom of the working fluid column 7 over the foil inner wall of the sleeve 5, externally in contact with the external heat source 11. The working fluid flows around the internal tube exchanger 6 causing the heat of the working fluid 7 to exchange with the flow of circulating fluid 8 in the internal tube exchanger 6 and the cooling of the circulating working fluid 7 and its descending on the inner wall of the sleeve 5, externally in contact with the bottom of the tray 2 and the elastic strip 9 on the bottom of the column of the working fluid 7 in the hand 5. Circulation of the working fluid 7 in the case of contact of the sleeve with an external cooling source takes place in the opposite direction, that is, the working fluid 7 flows down on the adjacent wall and rises upwards on the side of the tray bottom. The working fluid 7 in the sleeve 5 maintains a pressure higher than the pressure of the column of working fluid 7 under the influence of the elastic force of the elastic strip 9, pre-compressed to the volume, providing the required elastic force at the lowest expected working fluid temperature 7 and absorbs the increase in the volume of the working fluid 8 in the entire range of operating temperature variability. Trays 2 of individual working modules 1, arranged in the working space, touch each other and mechanically and hydraulically separate the individual, autonomous working modules 1. The set of working modules 1 adapts flexibly to the shape and changes in the shape of the surface of the external heat / cooling source 11 within a single work module 1 and within the entire modular set

Claims

Patent claims

1. A heat exchanger, especially in hybrid PVT solar panels and in solar collectors, roof collectors and cooling sources, where there is a working space between the external heat / cool source and the cover, which includes a whole rigid tray housing the piping with the circulating fluid moreover has a pressure element, characterized in that in the working space there are at least two working modules (1), each of which consists of a rigid tray (2) in which a fluid-tight, flexible sleeve (5), preferably made of metal foil, is placed , filled with working fluid (7), and inside the sleeve (5) there is at least one internal tubular exchanger (6), hydraulically connected with internal tubular exchangers (6) of other working modules (1) and with external hydraulic installation (10), through circulating fluid (8) flows, a spring strip (9) located inside the tray (2).

2. Heat exchanger according to claim A device according to claim 1, characterized in that the elastic strip (9) is located between the bottom of the tray (2) and the flexible sleeve (5).

3. Heat exchanger according to claim The process according to claim 1, characterized in that the trays (2) of the working modules (1) are, in the working space, the edges of their longer side walls (3) arranged parallel to each other.

4. Heat exchanger according to claim A device as claimed in claim 1, characterized in that the tray (2) with its exposed wall is pressed with the cover (13) against the surface of the external heat / cold source (11) so that the walls

PL 231 006 Β1 side (3) trays (2) rest on the surface of the external heat source (11), and the foil of the flexible sleeve (5) is pressed through the open wall of the tray (2) by the pressure of the working fluid (7) contained in the flexible sleeve (5) and the spring force of the elastic strip (9) to the surface of the external heat / cool source (11).