AT2340U1 - ABSORBER FOR SOLAR ENERGY AND METHOD AND SYSTEM FOR ITS PRODUCTION - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Absorber für ein Wärmeträgermedium mit einer vollständig glatten Absorberfläche welche aus einem einstückigen Absorberblech 1 und daran befestigten Rohren 2 und 3 zum Transport des Wärmeträgermediums besteht. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieses Absorbers bei dem das einstückige, vollständig glatte Absorberblech 1 mittels einer für das jeweils verwendete Metall geeigneten Sonotrode durch Ultraschallschweißen mit den Rohren 2 verbunden wird, und eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens bei dem auf einem Produktträger mittels Saugknöpfen unterschiedlich große Absorberbleche 1 festgehalten werden können, welche über einen Sonotrodenkopf mittels einer Sonotrode mit unter dem Absorberblech 1 in Rohrhalterungen liegenden Rohren 2 ultraschallverschweißt werden, wobei der Produktträger bis zur maximalen Breite der größtmöglichen Absorberfläche seitlich verschoben werden kann und wobei die Sonotrode über die Sonotrodenhalterung im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des Produktträgers bewegt werden kann.The present invention relates to an absorber for a heat transfer medium with a completely smooth absorber surface which consists of a one-piece absorber sheet 1 and tubes 2 and 3 attached to it for transporting the heat transfer medium. Furthermore, the invention relates to a method for producing this absorber in which the one-piece, completely smooth absorber sheet 1 is connected to the tubes 2 by means of a sonotrode suitable for the metal used in each case by ultrasonic welding, and a system for carrying out this method in which means on a product carrier Suction buttons of different size absorber plates 1 can be held, which are ultrasonically welded via a sonotrode head by means of a sonotrode with pipes 2 lying under the absorber plate 1 in pipe holders, the product carrier being able to be moved laterally up to the maximum width of the largest possible absorber area and the sonotrode being above the sonotrode holder can be moved at right angles to the direction of movement of the product carrier.

Description

AT 002 340 UlAT 002 340 ul

Die Erfindung betrifft einen Absorber für Solarenergie sowie ein Verfahren und eine Anlage zur umweltfreundlichen und kostengünstigen Herstellung dieses Absorbers, mittels denen die Herstellung von durchgehend glatten Absorberflächen bei variablen Abmessungen ermöglicht wird.The invention relates to an absorber for solar energy as well as a method and a system for the environmentally friendly and cost-effective production of this absorber, by means of which the production of continuously smooth absorber surfaces with variable dimensions is made possible.

Das Herz eines jeden Sonnenkollektors zur Warmwasseraufbereitung ist der Absorber. Dieser Absorber hat die Aufgabe, möglichst viel Sonnenenergie aufzunehmen (absorbieren) und möglichst wenig von der aufgenommenen Energie durch Strahlungsverluste wieder abzugeben (emittieren). Diese Eigenschaften weisen im Grunde schwarze Flächen auf. Für Solarzwecke stehen verschiedenste Materialien und Verfahren zur Verfügung um solche schwarzen Flächen nutzbar zu machen.The heart of every solar collector for hot water preparation is the absorber. This absorber has the task of absorbing as much solar energy as possible and releasing (emitting) as little of the absorbed energy as possible through radiation losses. These properties basically have black areas. Various materials and processes are available for solar purposes to make such black areas usable.

Grundsätzlich gibt es als Basismaterial Kupfer, Aluminium und Eisen. Dabei weist Kupfer die beste Wärmeleitfähigkeit und eine lange Lebensdauer auf, ist aber teuer. Aluminium ist zwar preisgünstiger und leichter, hat aber eine geringere Wärmeleitfähigkeit. Das ebenfalls preisgünstige Eisen kann nur unter Einsatz von Korrosionsschutz verwendet werden und weist ebenfalls eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf. Diese Materialien werden durch verschiedene Beschichtungsmaterialien, wie Schwarzchrom, Solarlack oder Tinox geschwärzt.Basically there are copper, aluminum and iron as the base material. Copper has the best thermal conductivity and a long service life, but is expensive. Although aluminum is cheaper and lighter, it has a lower thermal conductivity. The also inexpensive iron can only be used if corrosion protection is used and also has poor thermal conductivity. These materials are blackened by various coating materials, such as black chrome, solar paint or tinox.

Nach dem Stand der Technik werden herkömmliche Absorberflächen hergestellt, indem man streifenförmige Bleche, wie etwa Kupferstreifen von 8 bis 15 cm Breite mit Kupferrohren verlötet oder verklebt. Es sind auch Verfahren zum Ultraschallschweißen solcher Streifenabsorber bekannt. Die Verbindung von Metallteilen durch Ultraschallschweißen ist eine an sich bekannte Technik. 2 AT 002 340 UlAccording to the prior art, conventional absorber surfaces are produced by soldering or gluing strip-shaped sheets, such as copper strips 8 to 15 cm wide, to copper pipes. Methods for ultrasonic welding of such strip absorbers are also known. The connection of metal parts by ultrasonic welding is a technique known per se. 2 AT 002 340 ul

Dadurch entstehen Absorberflächen, deren Unterseite nicht eben ist. Durch die Luftspaltejif die zwischen den Absorberblechen entstehen, kann die erwärmte Luft durch Kanalwirkung besser zirkulieren und fuhrt so zu einem verringerten Wirkungsgrad des Absorbers. Weiters werden solche für Absorber geeignete Streifen nur von wenigen Anbietern in verschiedenen Breiten und Rohrdimensionen angeboten.This creates absorber surfaces whose underside is not flat. Due to the air gaps between the absorber sheets, the heated air can circulate better through the channel effect and thus leads to a reduced efficiency of the absorber. Furthermore, such strips suitable for absorbers are only offered by a few suppliers in various widths and pipe dimensions.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung eines Absorbers für Solarenergie zu entwickeln, mittels dessen die Herstellung von durchgehend glatten Absorberfeldern ermöglicht wird. Dadurch kommt es zu einer wesentlich verringerten Luftzirkulation und damit zu einer Erhöhung des Absorberwirkungsgrades. Zusätzlich kann Absorberflächenmaterial bis zu 30 % eingespart werden. Auch das optische Erscheinungsbild des Absorbers wird verbessert.The aim of the present invention is therefore to develop a method and a system for producing an absorber for solar energy, by means of which the production of continuously smooth absorber fields is made possible. This results in a significantly reduced air circulation and thus an increase in absorber efficiency. In addition, absorber surface material can be saved up to 30%. The optical appearance of the absorber is also improved.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Verbindungstechnik zur Verbindung einer durchgehend glatten, einstückigen Absorberfläche mit den Registerrohren einzusetzen, welche sowohl kostengünstig als auch umweltschonend in ihrer Anwendung ist.Another object of the invention is to use a connection technique for connecting a continuously smooth, one-piece absorber surface to the register tubes, which is both inexpensive and environmentally friendly to use.

Ein weiteres wesentliches Ziel der Erfindung ist es, eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu entwickeln, mit welcher die Fertigung von innerhalb großer Bandbreiten variablen Absorberflächen möglich wird, ohne dabei Rüstzeiten in Kauf nehmen zu müssen. Dadurch soll eine erhöhte Flexibilität gegenüber den Bedürfnissen des Kunden und den örtlichen Gegebenheiten des Einsatzortes erreicht werden.A further essential aim of the invention is to develop a system for carrying out the method according to the invention, with which the manufacture of absorber surfaces that are variable within large bandwidths is possible without having to accept set-up times. This is intended to achieve increased flexibility in relation to the needs of the customer and the local conditions at the place of use.

Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung eines Absorbers für Solarenergie gelöst, bei welchem ein einstückiges Metallblech mit den vom Kunden gewünschten Abmessungen mittels Ultraschallschweißtechnik mit Metallrohren verbunden wird. Die Anlage ist dabei so konzipiert, daß Metallbleche von 1 bis 5 Meter Länge und 0,2 bis 1,2 Meter Breite verarbeitet werden können. Mit den angegebenen Mindest- und Höchstmaßen werden alle derzeit am Absorbermarkt gebräuchlichen Dimensionen abgedeckt. Es können jedoch bei entsprechend erweiterter Ausführung der Anlage auch wesentlich größere Bleche verarbeitet werden. 3 AT 002 340 UlThese tasks are solved by a method and a plant for producing an absorber for solar energy, in which a one-piece metal sheet with the dimensions desired by the customer is connected to metal pipes by means of ultrasonic welding technology. The system is designed so that metal sheets of 1 to 5 meters in length and 0.2 to 1.2 meters in width can be processed. With the specified minimum and maximum dimensions, all dimensions currently used on the absorber market are covered. However, with a correspondingly expanded version of the system, significantly larger sheets can also be processed. 3 AT 002 340 ul

Die Registerrohre von zum Beispiel 8 mm Durchmesser werden in die Vorrichtung eingelegt und dann das Metallblech, zum Beispiel eine Kupferbahn von 550 mm Breite und einer Stärke von 0,2 mm eingespannt. Mittels einer für die jeweilige Metallverbindung geeigneten Sonotrode werden die Metallteile an ihren Berührungslinien verschweißt. Die Registerrohre werden in Sammelrohren von zum Beispiel 22 mm oder 28 mm Durchmesser eingelötet oder auf andere Weise dichtend verbunden. Es sind jedoch auch andere Rohrdimensionen sowohl für die Registerrohre als auch für die Sammelrohre möglich.The register tubes, for example 8 mm in diameter, are inserted into the device and then the metal sheet, for example a copper track 550 mm wide and 0.2 mm thick, is clamped. The metal parts are welded at their contact lines by means of a sonotrode suitable for the respective metal connection. The register tubes are soldered into header tubes, for example 22 mm or 28 mm in diameter, or are otherwise sealed. However, other tube dimensions are also possible both for the register tubes and for the header tubes.

Mit der erfindungsgemäßen Anlage können auch stärkere Kupferbleche oder auch Alubleche mit einer Stärke von bis zu 0,8 mm verschweißt werden. Die Schweißnahtlängen können bis 5 Meter Länge beliebig variiert werden.The system according to the invention can also be used to weld thicker copper sheets or aluminum sheets with a thickness of up to 0.8 mm. The weld seam lengths can be varied up to a length of 5 meters.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures.

Fig. 1 stellt eine Seitenansicht im Detailausschnitt einer erfindungsgemäß hergestellten Absorberfläche dar. Das Registerrohr 2 mündet an seinem Ende in ein Sammelrohr 3. Beide liegen auf dem einstückigen Absorberblech 1 auf. ln unmittelbarer Nähe des Sammelrohres 3 ist das Absorberblech 1 herstellungsbedingt leicht gebogen. Mittels einer entlang der Berührungslinien bewegbaren Sonotrode 4 werden die Rohre 2 mit dem Absorberblech verschweißt.1 shows a detailed side view of a detail of an absorber surface produced according to the invention. The register tube 2 opens into a collecting tube 3 at its end. Both lie on the one-piece absorber plate 1. In the immediate vicinity of the collecting tube 3, the absorber sheet 1 is slightly bent due to the manufacturing process. The tubes 2 are welded to the absorber plate by means of a sonotrode 4 which can be moved along the contact lines.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Anlage in Seitenansicht. Der Produktträger 5 ist auf einem Gestell 10 beweglich montiert und kann bis zur maximalen Breite der Absorberfläche seitlich verschoben werden. Die Sonotrode 4 wird auf dem glatten Absorberblech 1 entlang der Berührungslinie zum Registerrohr 2 im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des Produktträgers 5 bewegt. 4 AT 002 340 UlFig. 2 shows a system according to the invention in side view. The product carrier 5 is movably mounted on a frame 10 and can be moved laterally up to the maximum width of the absorber surface. The sonotrode 4 is moved on the smooth absorber plate 1 along the line of contact with the register tube 2 at a right angle to the direction of movement of the product carrier 5. 4 AT 002 340 ul

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt der Anlage gemäß Fig. 2 im Detail. Hier kann man erkennen, wie die vom nicht dargestellten Führungsarm 9 bewegte Sonotrode 4 mit dem Sonotrodenkopf 7 auf das in der Registerrohrhalterung 8 eingelegte Registerrohr 2 drückt. Zwischen dem Registerrohr 2 und der Sonotrode 4 wird das hier nicht dargestellte Absorberblech 1 eingespannt, welches von den Saugknöpfen 6, 6' gehalten wird. 5FIG. 4 shows a detail of the system according to FIG. 2 in detail. It can be seen here how the sonotrode 4 moved by the guide arm 9, not shown, presses with the sonotrode head 7 onto the register tube 2 inserted in the register tube holder 8. The absorber plate 1, not shown here, is clamped between the register tube 2 and the sonotrode 4 and is held by the suction buttons 6, 6 '. 5

Claims (3)

AT 002 340 Ul Ansprüche 1. Absorber mittels welchem ein Wärmeträgermedium durch Sonnenenergie erwärmt wird, gekennzeichnet durch eine vollständig glatte Absorberfläche welche aus einem einstückigen Absorberblech (1) und daran befestigten Rohren (2) und (3) zum Transport des Wärmeträgermediums besteht und wobei die Verbindung zwischen dem Absorberblech und den Rohren (2,3) durch Ultraschallschweißen hergestellt ist.AT 002 340 Ul claims 1. Absorber by means of which a heat transfer medium is heated by solar energy, characterized by a completely smooth absorber surface which consists of a one-piece absorber sheet (1) and pipes (2) and (3) attached to it for transporting the heat transfer medium, and the Connection between the absorber sheet and the tubes (2,3) is made by ultrasonic welding. 2 Verfahren zur Herstellung des Absorbers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einstückige, vollständig glatte Absorberblech (1) mittels einer für das jeweils verwendete Metall geeigneten Sonotrode (4) durch Ultraschallschweißen mit den Rohren (2) verbunden wird.2 A method for producing the absorber according to claim 1, characterized in that the one-piece, completely smooth absorber sheet (1) is connected by means of a sonotrode (4) suitable for the metal used in each case by ultrasonic welding to the tubes (2). 3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Produktträger (5) mittels Saugknöpfen (6,6 ) unterschiedlich große Absorberbleche (1) festgehalten werden können, welche über einen Sonotrodenkopf (7) mittels einer Sonotrode (4) mit unter dem Absorberblech (1) in Rohrhalterungen (8) liegenden Rohren (2) und (3) ultraschallverschweißt werden, wobei der Produktträger (5) bis zur maximalen Breite der größtmöglichen Absorberfläche seitlich verschoben werden kann und wobei die Sonotrode (4) über die Sonotrodenhalterung (9) im rechten Winkel zur Bewegungsrichtug des Produktträgers bewegt werden kann. 63. System for performing the method according to claim 2, characterized in that on a product carrier (5) by means of suction buttons (6,6) different sized absorber plates (1) can be held, which via a sonotrode head (7) by means of a sonotrode (4th ) are ultrasonically welded with pipes (2) and (3) lying under the absorber sheet (1) in pipe holders (8), the product carrier (5) being able to be moved laterally up to the maximum width of the largest possible absorber area and the sonotrode (4) being over the sonotrode holder (9) can be moved at right angles to the direction of movement of the product carrier. 6
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