CH686979A5 - Absorber zur Erwaermung eines fluessigen Mediums mittels Sonnenenergie und Verfahren zur Herstellung des Absorbers. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft einen Absorber zur Erwärmung eines flüssigen Mediums mittels Sonnenenergie gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zur Herstellung des Absorbers. 



  Derartige Absorber sind bekannt. Sie werden beispielsweise als sogenannte Fahnenabsorber in Sonnenkollektoren eingesetzt. Ein Fahnenabsorber besteht hierbei aus einer Platte, deren Längsabmessung wesentlich grösser ist als die Breite. Die der Sonne zugewandte Seite ist mit einer selektiven Beschichtung versehen, welche die Eigenschaft hat, möglichst viel Sonnenlicht zu absorbieren, während im Bereich der Wärmestrahlung möglichst wenig Energie emittiert werden soll. An der Unterseite derartiger länglicher Platten ist in der Längsachse eine rohrförmige Leitung angebracht. Durch diese Leitung wird ein flüssiges Medium geführt, an welches die von der Absorberfläche aufgenommene Wärme übertragen und weggeführt wird. Diese Fahnenabsorber sind nebeneinander und parallel zueinander angeordnet.

  Die Enden der rohrförmigen Leitungen sind mit Sammelleitungen verbunden, welche das flüssige Medium beispielsweise in einem Kreislauf durch einen Wärmetauscher führen. In einer Anordnung zum Aufheizen des Wassers eines Schwimmbades wird direkt das Schwimmbad-Wasser durch die genannten Absorber geführt, wodurch auf einen Wärmetauscher verzichtet werden kann. 



  Es ist weiterhin bekannt, derartige Absorber aus einer Kupferplatte zu fertigen, an deren Unterseite rohrförmige Leitungen aus Kupfer angeschweisst oder an gelötet sind. Kupfer hat eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit. Diese Wärmeleitung wird aber im Bereich des Übergangs Platte/rohrförmige Leitung unterbrochen, was eine Einbusse des Wirkungsgrades dieses Absorbers zur Folge hat. An der Schweiss- bzw. Lötnaht findet, da zwischen Platte und rohrförmiger Leitung lediglich eine Linienberührung herrscht, eine Wärmeübertragung über das Schweiss- bzw. Lötmaterial statt. Eine weitere Wärmeübertragung erfolgt von der rohrförmigen Leitung auf das flüssige Medium. Des weiteren ist nachteilig, dass sowohl das Ausgangsmaterial, bestehend aus Kupferplatten und Kupferrohren, als auch das Herstellungsverfahren, da dieses aufwendig ist, teuer sind. 



  Es sind auch Absorber aus Aluminium bekannt, bei welchen der plattenförmige Körper und die daran befestigte rohrförmige Leitung aus einem Stück bestehen und homogen sind. Diese Absorberkörper werden durch Strangpressen erhalten. Bei diesem Absorberkörper ist die Wärmeleitung von der Absorberfläche zu der rohrförmigen Leitung optimal. Dadurch findet lediglich eine Wärmeübertragung statt, nämlich diejenige von der rohrförmigen Leitung auf das flüssige Medium. Nachteilig ist jedoch, dass die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium schlechter ist als beispielsweise von Kupfer, wodurch der Wirkungsgrad kleiner wird. 



  Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Absorber zu schaffen, der aus einem Material besteht, das eine optimale Wärmeleitfähigkeit hat, und der so gestaltet ist, dass die Wärmeleitung zwischen plattenförmigem Körper und rohrförmiger Leitung nicht unterbrochen ist, wodurch ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird. Zudem sollen die Kosten des Ausgangsmaterials gering sein. 



  Erfindungsgemäss erfolgt die Lösung dieser Aufgabe gemäss der Kennzeichnung des Anspruches 1. 



  Dieser Absorber besteht in bevorzugter Weise aus einem Kupferbandstreifen mit einer mittig in Längsachsenrichtung verlaufenden, angeformten rohrförmigen Leitung. Diese Profile sind als sogenannte Fahnenprofile beispielsweise in Sonnenkollektoren eingebaut, d.h., die Profile sind nebeneinander parallel angeordnet. Dadurch wird eine grosse Fläche gebildet, die mit einer selektiven Beschichtung versehen werden kann, welche die kurzwelligen Lichtstrahlen der Sonne absorbiert und in Wärme umwandelt. Hierbei können die einzelnen Fahnenprofile miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Nieten, oder mit einem geringen gegenseitigen Abstand voneinander einzeln nebeneinander angeordnet sein. 



  Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Absorber besteht darin, dass die längsseitigen Ränder des plattenförmigen Körpers mit Bördelungen versehen sind, die so gestaltet sind, dass je zwei benachbarte Absorber zusammengesteckt werden können und eine Verbindung bilden. Damit können beispielsweise Gebäudefassaden verkleidet werden, wobei diese Absorber ebenfalls von einem flüssigen Medium durchflossen werden, das beispielsweise zur Aufheizung eines Schwimmbades dient. Diese Profile müssen nicht unbedingt mit einer selektiven Beschichtung versehen sein, sondern können die reine Kupferoberfläche aufweisen, wodurch jedoch in Kauf genommen werden muss, dass die Erzeugung von Wärme nicht mehr so effektiv ist. 



  Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren abhängigen Ansprüchen. 



  Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem die oben beschriebenen Absorber in einfacher Weise und kostengünstig hergestellt werden können, die erfindungsgemäss durch die Kennzeichnung des Anspruches 6 gelöst ist. 



  Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Verfahrens  besteht darin, dass als Ausgangsmaterial ein in Wickelform vorliegendes Kupferband verwendet wird, welches durch ein Walzwerk hindurchgeführt wird, mittels welchem die rohrförmige Leitung in der Längsachse des Kupferbandes eingeformt wird, dass gleich anschliessend dieses gewalzte Profil eine Schweissanlage durchläuft, mittels welcher der Spalt zugeschweisst wird. Hinter der Schweissanlage ist in vorteilhafter Weise eine Schneidanlage angeordnet, welche das fortlaufend anfallende Absorberprofil in Stücke mit gewünschter Länge schneidet. Im gleichen Walzvorgang können, falls der Bedarf vorhanden ist, an den beiden Längsseiten zusätzlich die Bördelungen angeformt werden, wodurch die Absorber als Fassadenbauelemente eingesetzt werden können. 



  Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung dieses Ausführungsbeispieles werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt 
 
   Fig. 1 eine räumliche Ansicht eines Absorbers, der in Sonnenkollektoren einbaubar ist, 
   Fig. 2 eine räumliche Ansicht eines Absorbers mit seitlich angebrachten Bördelungen zur Verwendung als Fassadenelement, 
   Fig. 3 eine Ansicht zusammengesteckter Absorber gemäss Fig. 2 als Fassadenverkleidung, 
   Fig. 4a-4e die einzelnen Verfahrensschritte für die Herstellung eines Absorbers gemäss Fig. 1. 
 



   Der Absorber 1 gemäss Fig. 1 besteht aus einem plattenförmigen Körper 2, in welchen eine rohrartige  Ausbuchtung 3 eingeformt ist. Die Biegungen 4 und 5 dieser rohrartigen Ausbuchtung 3 sind im Bereich der Oberfläche des eine Ebene bildenden plattenförmigen Körpers 2 gegeneinandergedrückt und bilden eine Stossstelle, welche mit einer Längsschweissnaht 6 verschlossen ist. Dadurch wird eine rohrförmige Leitung 7 gebildet. Die beiden Enden der rohrförmigen Leitung 7 sind innen kalibriert, in welchen nicht dargestellte Anschlussstücke für die Verbindung mit Zu- und Wegführleitungen befestigt werden können. Die der Sonne zugewandte Ebene des plattenförmigen Körpers 2 ist mit einer selektiven Beschichtung versehen, insbesondere dann, wenn damit Warmwasser, beispielsweise für Haushaltszwecke, erzeugt wird.

  Zur Aufheizung beispielsweise eines Schwimmbades kann auf eine selektive Beschichtung aus Kostengründen verzichtet werden, da die Erwärmung des Wassers normalerweise nur einige Grad betragen muss. 



  Diese Absorber 1 können nebeneinander angeordnet in Sonnenkollektoren untergebracht werden. Die Zu- und Wegführleitungen, die mit den rohrförmigen Leitungen 7 der Absorber 1 verbunden sind, führen das durch die rohrförmigen Leitungen 7 fliessende Medium, mit welchem die Wärme abgeführt wird, in einen Kreislauf durch einen Wärmetauscher, welcher beispielsweise in einem Behälter für die Warmwassererzeugung untergebracht ist. 



  Fig. 2 zeigt einen Absorber 1 gemäss Fig. 1, dessen Seiten des plattenförmigen Körpers 2 mit Bördelungen versehen sind. Auf der einen Seite ist eine U-förmige Bördelung 8 angeformt, während auf der anderen Seite die Bördelung 9 lediglich aus einem abgewinkelten Streifen besteht. 



  Diese Bördelungen 8, 9 erlauben es, mehrere Absorber 1 miteinander zu verbinden, wie in Fig. 3 dargestellt ist, und als Abdeckung für eine Fassade dienen. 



  Mit derartigen Fassaden können beispielsweise Schwimmbäder aufgeheizt werden. 



  Die Herstellung eines Absorbers 1 gemäss Fig. 1 erfolgt in mehreren Schritten, wie aus den Fig. 4a bis 4e ersichtlich ist. Als Ausgangsmaterial dient ein handelsübliches, blechförmiges Kupferband, das in gewickelter Form vorliegen kann und das eine Dikke von 0,5 bis 0,7 mm aufweist. Dieses Kupferband, das den plattenförmigen Körper 2 des Absorbers 1 bildet, wird einem Walzwerk zugeführt. In einem ersten Schritt, wie in Fig. 4a dargestellt ist, wird das Kupferband in eine winklige Form gebracht, deren Biegekante 10 in der Mitte des Kupferbandes verläuft. Die beiden so gebildeten Teilflächen 11 und 12 schliessen einen stumpfen Winkel ein. Durch diese winkelige Form erhält das Kupferband eine gewisse Stabilität, die für die Weiterverarbeitung erforderlich ist. 



  In einem weiteren Schritt wird in das Kupferband entlang der Biegekante 10 eine U-förmige Ausbuchtung 13 eingewalzt. Gleichzeitig werden die beiden Teilflächen 11 und 12 wieder in eine Ebene gebracht. 



  In einem nächsten Schritt, der in Fig. 4c dargestellt ist, wird die U-förmige Ausbuchtung 13 weiterverformt, indem die Schenkelenden 14 und 15 der U-förmigen Ausbuchtung 13 um einen Dorn 16, welcher in bekannter Weise am Walzwerk befestigt ist, gegeneinandergebogen, während die Teilflächen 11 und 12 weiterhin in einer Ebene gehalten werden. In einem nächsten Schritt, dargestellt in     Fig. 4d, werden die beiden Schenkelenden 14 und 15 noch weiter gegeneinandergedrückt, bis sich die entsprechenden Biegungen 4, 5 (gemäss Fig. 1) berühren und eine Stossstelle bilden. So entsteht im Kupferband, das den plattenförmigen Körper 2 bildet, die rohrartige Ausbuchtung 3. 



  In einer dem Walzwerk nachgeordneten Schweissanlage kann das fertig geformte Absorberprofil mit einer Längsschweissnaht 17 versehen werden, mittels welcher die Stossstelle der beiden Biegungen 4, 5 verschlossen wird, so dass die rohrförmige Leitung 7 entsteht. Danach wird das fortlaufend angelieferte Absorberprofil in einer der Schweissanlage nachgeordneten Schneidanlage auf Absorberprofile gewünschter Länge geschnitten. 



  Zwischen der Schweissanlage und der Schneidanlage kann ein zusätzliches Walzwerk zugestellt werden, mit welchem längsseitig am Kupferband Bördelungen in der beschriebenen Form angebracht werden sollen. Dies ist dann der Fall, wenn die Absorberprofile für eine Fassadenverkleidung verwendet werden. Bei Nichtgebrauch kann dieses Walzwerk weggeschwenkt werden. 



  Da die die Absorberfläche bildenden Teilflächen 11 und 12 und die rohrförmige Leitung 7 aus einem Stück geformt sind, erfolgt eine optimale, nicht unterbrochene Wärmeleitung von der Absorberfläche in die rohrförmige Leitung. Zwischen Absorberfläche und flüssigem Medium in der rohrförmigen Leitung 7 findet lediglich ein Wärmeübergang statt, wodurch die Wärmeverluste sehr gering gehalten werden können, was sich in einem besseren Wirkungsgrad niederschlägt. Das in handelsüblicher Form vorliegende Kupferband kann zu relativ günstigen Preisen beschafft werden, wodurch mit dem beschriebenen Herstellungsverfahren ein kostengünstiges Absorberprofil erhalten wird. 



   Es ist auch denkbar, als Ausgangsmaterial eine Kupferplatte mit grösserer Breite zu verwenden, in welche parallel nebeneinander angeordnete rohrartige Ausbuchtungen eingewalzt werden könnten. Dadurch würde ein grossflächiger Absorberkörper entstehen, der in einen Sonnenkollektor eingebaut werden könnte. 

Claims (9)

1. Absorber zur Erwärmung eines flüssigen Mediums mittels Sonnenenergie, bestehend aus einem plattenförmigen Körper, dessen der Sonne zugewandte Oberfläche als Absorberfläche wirkt und welcher an seiner Unterseite mit einer fest angebrachten, rohrförmigen Leitung (7) ausgerüstet ist, durch die im Betrieb das flüssige Medium fliesst, und mittels welchem die im plattenförmigen Körper entstehende, an die rohrförmige Leitung abgeleitete Wärme wegführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den plattenförmigen Körper (2), der aus Kupfer besteht, mindestens eine rohrartige Ausbuchtung (3) geformt ist, welche sich im wesentlichen in gerader Ausrichtung über den ganzen plattenförmigen Körper (2) erstreckt und deren Stossstelle über die gesamte Länge verschlossen ist und die rohrförmige Leitung (7) bildet.

2.

Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stossstelle der rohrartigen Ausbuchtung (3) mit einer Längsschweissnaht (6) verschlossen ist.

3. Absorber nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Endbereiche der rohrförmigen Leitung (7) innenkalibriert sind für die Aufnahme von Anschlussstücken zur Verbindung mit Zu- und Wegführleitungen.

4. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Körper (2) aus einem bandförmigen Halbfabrikat als Ausgangsmaterial besteht, in welchem mindestens eine der genannten rohrförmigen Leitung (7) in Längsausrichtung des bandförmigen Halbfabrikats eingeformt ist.

5.

Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten des plattenförmigen Körpers (2), zu welchen die mindestens eine rohrförmige Leitung (7) parallel angeordnet ist, mit Bördelungen (8, 9) versehen sind, durch welche mehrere Absorber (1) als Bauteile parallel nebeneinander angeordnet miteinander verbindbar sind und eine aus Bauteilen zusammengesetzte Absorberfläche bilden.

6.

Verfahren zum Herstellen eines Absorbers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einformung der rohrartigen Ausbuchtung (3) der plattenförmige Körper (2) in einem Walzwerk in einem ersten Schritt V-förmig, einen stumpfen Winkel bildend, um eine Biegekante (10) abgewinkelt wird, wonach in einem weiteren Walzschritt eine U-förmige Ausbuchtung (13) eingewalzt wird und deren Schenkelenden (14, 15) unter Zuhilfenahme eines in die U-förmige Ausbuchtung (13) eingelegten Dornes (16) in einem weiteren Walzschritt um den Dorn (16) zusammendrückt werden, wonach in einem letzten Walzschritt der Spalt der Ausbuchtung zur Bildung der Stossstelle ganz zusammengedrückt wird, welcher anschliessend verschlossen wird.

7.

Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial für den plattenförmigen Körper (2) in Form eines Bandes dem Walzwerk zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschliessen des Spaltes der eingewalzten Ausbuchtung in einer nach dem Walzwerk angeordneten Schweissanlage durch Anbringen einer fortlaufenden Längsschweissnaht (17) erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verschliessen des Spaltes in einer nachgeordneten Schneidanlage das zugeführte Absorberprofil auf gewünschte Längen zugeschnitten wird. 1. Absorber zur Erwärmung eines flüssigen Mediums mittels Sonnenenergie, bestehend aus einem plattenförmigen Körper, dessen der Sonne zugewandte Oberfläche als Absorberfläche wirkt und welcher an seiner Unterseite mit einer fest angebrachten, rohrförmigen Leitung (7) ausgerüstet ist, durch die im Betrieb das flüssige Medium fliesst, und mittels welchem die im plattenförmigen Körper entstehende, an die rohrförmige Leitung abgeleitete Wärme wegführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den plattenförmigen Körper (2), der aus Kupfer besteht, mindestens eine rohrartige Ausbuchtung (3) geformt ist, welche sich im wesentlichen in gerader Ausrichtung über den ganzen plattenförmigen Körper (2) erstreckt und deren Stossstelle über die gesamte Länge verschlossen ist und die rohrförmige Leitung (7) bildet. 2.

Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stossstelle der rohrartigen Ausbuchtung (3) mit einer Längsschweissnaht (6) verschlossen ist. 3. Absorber nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Endbereiche der rohrförmigen Leitung (7) innenkalibriert sind für die Aufnahme von Anschlussstücken zur Verbindung mit Zu- und Wegführleitungen. 4. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Körper (2) aus einem bandförmigen Halbfabrikat als Ausgangsmaterial besteht, in welchem mindestens eine der genannten rohrförmigen Leitung (7) in Längsausrichtung des bandförmigen Halbfabrikats eingeformt ist. 5.

Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten des plattenförmigen Körpers (2), zu welchen die mindestens eine rohrförmige Leitung (7) parallel angeordnet ist, mit Bördelungen (8, 9) versehen sind, durch welche mehrere Absorber (1) als Bauteile parallel nebeneinander angeordnet miteinander verbindbar sind und eine aus Bauteilen zusammengesetzte Absorberfläche bilden. 6.

Verfahren zum Herstellen eines Absorbers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einformung der rohrartigen Ausbuchtung (3) der plattenförmige Körper (2) in einem Walzwerk in einem ersten Schritt V-förmig, einen stumpfen Winkel bildend, um eine Biegekante (10) abgewinkelt wird, wonach in einem weiteren Walzschritt eine U-förmige Ausbuchtung (13) eingewalzt wird und deren Schenkelenden (14, 15) unter Zuhilfenahme eines in die U-förmige Ausbuchtung (13) eingelegten Dornes (16) in einem weiteren Walzschritt um den Dorn (16) zusammendrückt werden, wonach in einem letzten Walzschritt der Spalt der Ausbuchtung zur Bildung der Stossstelle ganz zusammengedrückt wird, welcher anschliessend verschlossen wird. 7.

Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial für den plattenförmigen Körper (2) in Form eines Bandes dem Walzwerk zugeführt wird. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschliessen des Spaltes der eingewalzten Ausbuchtung in einer nach dem Walzwerk angeordneten Schweissanlage durch Anbringen einer fortlaufenden Längsschweissnaht (17) erfolgt. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verschliessen des Spaltes in einer nachgeordneten Schneidanlage das zugeführte Absorberprofil auf gewünschte Längen zugeschnitten wird.