CN100425926C - 多层结构式太阳热平板集热器模块 - Google Patents

多层结构式太阳热平板集热器模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种自支承的太阳热平板集热器模块(10.1)，包括：一块金属薄面板(1)；一个包括许多用以流过液体介质的、相互间隔开的小毛细管(3.1...3.n)的音栓式装置，该装置设置在金属薄面板(1)的背离待照射面(11.1)的背面(11.2)上；以及一个绝热的绝缘材料芯子(4)，它同样设置在背面。小毛细管(3.1...3.n)接触地靠到绝缘材料芯子(4)的一个表面上，后者又经由一弹性的胶合层(2)连接于金属薄面板(1)。各小毛细管至少部分地嵌入金属薄面板(1)与绝缘材料芯子(4)之间的胶合层内。为了制造一种阶梯屋顶，合乎目的的是金属薄面板(1)设有两个弯折的弧形边缘成型部(16、17)。

Description

多层结构式太阳热平板集热器模块
技术领域
本发明涉及一种自支承的太阳热平板集热器模块，其包括：
-一块金属薄面板；
-一个包括许多用以流过一种流体介质相互间隔开的小毛细管的音栓式装置，其设置在金属薄面板的背离待照射面的背面上；以及
-一个绝热的绝缘材料芯子，它同样设置在背面。
背景技术
这种型式的平板集热器模块由本申请人的DE-PS 100 43 295是已知的。该文件基本上设定，各小毛细管通过喷镀流动的金属粒子与薄面板连接。由DE-PS 100 43 295也得知装备有小毛细管的薄面板与一泡沫塑料芯子的胶接，不过没有说明胶接的细节。
这样的胶接在太阳热平板集热器模块中产生技术问题，因为接合件具有不同的弹性模量并从而可能出现多轴应力状态。特别是在遭受日照的薄面板可能被强烈地加热和变形。因此可能至少部分地破坏胶接并中断小毛细管与薄面板之间的接触。
发明内容
本发明的目的是，避免上述缺点并提供一种开头所述型式的自支承的太阳热平板集热器模块，其中，绝缘材料芯子与特别是由钛锌合金制成的薄面板可以无应力地在很大温度范围内相连接。
该目的通过开头所述的自支承的太阳热平板集热器模块这样来达到，即，
-音栓式装置的各小毛细管接触地靠到绝热的绝缘材料芯子的一个表面上；
-并且绝热的绝缘材料芯子经由一弹性的胶合层连接于金属薄面板，其中，各小毛细管至少部分地嵌入金属薄面板与绝缘材料芯子之间的胶合层内。
各小毛细管可以分别置于一在绝热的绝缘材料芯子上加工出的槽中，其中各小毛细管基本上与绝缘材料芯子齐平地设置或凸出于绝缘材料芯子一定量，该量基本上相当于液态的胶合层时效硬化前的厚度尺寸。
或者，音栓式装置的各小毛细管可以直接靠到绝热的绝缘材料芯子的平面表面上。
在两种情况下至少绝热的绝缘材料芯子可以经由弹性的胶合层连接于金属薄面板。这意味着。小毛细管的面向金属薄面板的顶部可以直接与金属薄面板接触，而没有胶合剂进入顶部。各小毛细管也可以完全由胶合剂包围，特别当胶合剂具有很好的导热特性时就可如此。这种特性可以例如混合金属粉末给予胶合剂。
此外可设想，将胶合剂均匀混合短纤维长度的纤维，借此得到胶合层的提高的承载能力或稳定性。这些纤维线段可以例如具有0.5mm与3mm之间的短纤维长度。优选玻璃纤维适用于这种目的。
泡沫塑料芯子的平面或设有许多槽的表面可以具有大量的用于容纳仍然液态的胶合剂的凹槽，其优选达到槽深或稍超过槽深。这种措施可以有助于结合的稳定性。这些凹槽可以例如通过刷辊、必要时加热的冲头等的压紧力来制造。
绝热的绝缘材料芯子可以由泡沫材料构成特别是由聚苯乙烯硬泡沫或聚氨酯硬泡沫或包括纤维状材料，如矿物棉构成。
由于塑料的胶合工艺的特性，在这方面硬泡沫塑料是实际上唯一可采用的按粘附胶合原理的反应粘合剂，相对于硬泡沫塑料金属是大大受到限制的。扩散胶合由于金属薄面板的不可穿透性是不适用的。
这样，胶合层例如可以通过一种有机的化学结合的以甲基丙烯酸酯为基的单成分胶合剂构成。胶合层也可以由其他的胶合剂构成，其特征是对金属和塑料的很好的粘附。为此特别可以采用在苯乙烯共聚物或弹性的聚氨酯树脂的基础上的反应胶合剂。重要的是，胶合剂在时效硬化以后保持持久弹性的并且不会由于以后的日照而开始熔化。形成的已经时效硬化的胶合层的变形能力使其可以补偿应力状态。
金属薄面板可以与两个弯折的弧形边缘成型部构成一体的，借其可以制造屋顶外壳的阶梯形结构。
金属薄面板同样可以与两个对置的角形弯折的边缘构成一体的以便以相互企口接合方式连接各个金属薄面板。
按照本发明的平板集热器模块可以设有至少一个木板形或板形加固元件，其设置在绝缘材料芯子的远离金属薄面板的一面。
在另一实施形式中可以在绝缘材料芯子上安装一塑料或金属盒，其具有两个对置的向外弯折的边缘，借其塑料或金属盒支承在金属薄面板的下面。在金属薄面板与金属盒的弯折的边缘之间可以设置一弹性体，如泡沫塑料条或橡胶条，或一弹性胶带。但弹性体的材料应该是耐老化和耐气候的。
小毛细管由金属、优选铜或优质钢制成。但代之也可以采用周围涂布金属的塑料管或无涂层的塑料管。
如果绝缘材料芯子形成相应稳定的并且在绝缘材料芯子与金属薄面板之间构成的胶接变成足够弹性的，则可以省去金属盒或下面的加固元件。
很大的优点是，管系统与金属薄面板之间的热接触是不间断的，因为各小毛细管嵌入胶合层中并且由金属薄面板和绝缘材料芯子压紧。借此也可以避免冷凝水形成和电化学腐蚀。
当然平板集热器模块可以用于相应的室的冷却，因为经由集热器可以发散热。此外，有可能将获得的热能在冬天用于融化雪。这可以例如选择一组合的自动控制的技术，其中可由平板集热器模块支持一所谓直接加热系统。
应特别强调地指出，本发明的平板集热器模块是一低温的平板集热器，其中不发生任何的“暖房效应”，亦即在金属薄面板的待照射的一面不存在任何附加的透明的顶盖，其通常构成一密封的待加热的室。因此金属薄面板直接遭受日照。
按本发明，胶合层的材料相对于绝热的绝缘材料芯子的材料具有更高的导热系数。
按本发明，槽的横截面是三角形的或矩形的、椭圆形的或圆弧形的或Ω形的。
按本发明，包括绝热的绝缘材料芯子在内，太阳热平板集热器模块具有一个在10mm与50mm之间，优选在25mm与35mm之间的总厚度。
附图说明
借助附图更详细地描述本发明的各个实施例。其中：
图1和2两实施形式的平板集热器模块的一部分的示意剖面图；
图3按图2的剖面的放大的细节；
图4弹性体在金属薄面板与一金属盒之间的设置；
图5适用于折叠连接的平板集热器模块的示意剖面图；
图6包括多个安装的平板集热器模块的阶梯层顶的一部分的剖面图；以及
图7按图1的平板集热器模块的示意透视图。
具体实施方式
图1和7中示出一平板集热器模块10.1，其包括一平面的矩形金属薄面板1、一相互平行延伸的小毛细管3.1...3.n的音栓式装置30和一绝热的聚氨酯硬泡沫的绝缘材料芯子4。绝缘材料芯子4具有25mm的厚度。前面暴露大气的并从而较暗的金属薄面板1的材料是一钛锌合金，在这里是：本申请人的一种产品，达登城(Datteln)的RHEINZINK GmbH & Co.KG公司。通过表面处理达到一较高的吸收度，因为发生很少的反射。
金属薄面板1具有下列尺寸：
-长度300mm
-宽度400mm
-厚度0.8mm
除外金属薄面板1具有两个弯折的弧形边缘16、17，其用于与邻接的金属薄面板相连接以便可以构成按图6的一阶梯屋顶40。
由塑料构成的小毛细管3.1...3.n分别具有一约2.5至3.5mm的外径。小毛细管3.1...3.n彼此分离一约8至15mm的统一的间距A分布。这样，在单个的宽度为400mm的平板集热器模块10.1中可安装约30个平行设置的毛细管线段。
金属薄面板1经由一种弹性胶合层2与绝缘材料芯子4相连接，该胶合层2的厚度不超过小毛细管的外径。液态的胶合剂喷镀到绝缘材料芯子4的水平的表面5上、并且在短时后放上小毛细管3.1...3.n的整个装置30与金属薄面板1并压紧之，直到嵌入各小毛细管。
作为胶合剂在该情况下采用一种在聚氨酯基础上的冷硬化的单成分胶合剂，一种在斯图加特(Stuttgart)的Sika GmbH公司的产品。在时效硬化以后胶合层2保持持久弹性的。
总之，提供了一种新式的平板集热器模块，其具有绝缘材料芯子4与金属薄面板1的形锁合的、但弹性的连接，该连接由胶合层2构成，其包围各个与金属薄面板处于接触的小毛细管。由聚丙烯构成的小毛细管3.1...3.n同样是弹性的并因此可以松弛应力状态。
较薄的聚氨酯硬泡沫的绝缘材料芯子4结合以足够的稳定性，从而可将其直接敷设到屋顶下部结构的屋顶挂瓦条26上(参见图6)。
通过采用的胶接与嵌入的小毛细管和绝缘材料及其厚度的选择得到一有利的低的总厚度的平板集热器模块。总厚度在该情况下为25mm。
在图2至4所示的另一种实施形式(标记10.2)中，在绝缘材料芯子4的表面5上加工出许多用于容纳小毛细管3.1...3.n的槽14。各小毛细管凸出于绝缘材料4一小的量H＝1.5mm，该量相当于在时效硬化前仍然液态的胶合层2的厚度尺寸D。
此外由图2和4可得知一包围绝缘材料芯子4的金属盒20(在这里为薄铝板)，其加固整个的结合，而不会损失胶接的弹性。金属盒20具有两个相对置的、向外弯折的并且相互镜面对称设置的边缘21，它们平靠在金属薄面板的下面11.2上。在金属薄面板1与金属盒20的各弯折的边缘21之间分设置软泡沫塑料条形式的弹性体22，其目的是抑制热传导并且使金属薄面板和金属盒能够相对移动。
金属盒20部分地粘结于绝缘材料芯子4。
此外由图2中可看到大量的凹槽6，它们通过一个未示出的、在必要时加热直到约200℃的温度的刷辊的压紧力在绝缘材料芯子4的表面5上加工出来。液态的胶合剂流入这些凹槽6内并在其中硬化。
图5中示出另一平板集热器模块(标记10.3)，其与图1所示的平板集热器模块的区别在于，金属薄面板代替弧形的边缘具有两个角形弯折的边缘13.1、13.2以便相互以企口接合方式连接各个金属薄面板。此外，绝缘材料芯子4在其远离金属薄面板1的一面设有一板形加固元件23。加固元件23同样由薄铝板构成并且粘结于绝缘材料芯子4。
附图标记清单
1                   金属薄面板
2                   胶合层
3.1...3.n           小毛细管
4                   绝缘材料芯子
5                   表面
6                   凹槽
10.1、10.2、10.3    平板集热器模块
11.1                待照射面
13.1、13.2          边缘
14                  槽
16                  边缘
17                  边缘
20                  金属盒
21                  边缘
22                  弹性体
23                  加固元件
26                  屋顶挂瓦条
30       装置
40       阶梯屋顶
A        间距
D        厚度尺寸
H        凸出量
TN       槽深

Claims (22)

1. 自支承的太阳热平板集热器模块(10.1、10.3)，包括：
-一块金属薄面板(1)；
-一个包括许多用以流过一种液体介质的、相互间隔开的小毛细管(3.1...3.n)的音栓式装置(30)，该装置设置在金属薄面板(1)的背离待照射面(11.1)的背面(11.2)上；以及
-一个绝热的绝缘材料芯子(4)，它同样设置在金属薄面板的背面；
其特征在于，
-音栓式装置(30)的小毛细管(3.1...3.n)接触地靠到绝热的绝缘材料芯子(4)的一个表面(5)上；
-并且绝热的绝缘材料芯子(4)经由一弹性的胶合层(2)连接于金属薄面板(1)，其中，小毛细管(3.1...3.n)至少部分地嵌入金属薄面板(1)与绝热的绝缘材料芯子(4)之间的胶合层内。
2. 按照权利要求1所述的自支承的太阳热平板集热器模块(10.2)，其特征在于，音栓式装置(30)的小毛细管(3.1...3.n)分别置于一在绝热的绝缘材料芯子(4)上加工出的槽(14)中，其中，小毛细管(3.1...3.n)与绝热的绝缘材料芯子(4)齐平地设置或凸出于绝热的绝缘材料芯子(4)一定量，该量等于液态的胶合层(2)时效硬化前的厚度尺寸(D)。
3. 按照权利要求1所述的自支承的太阳热平板集热器模块(10.2)，其特征在于，绝热的绝缘材料芯子的表面是平面并且小毛细管(3.1...3.n)直接靠到该平面表面上。
4. 按照权利要求1至3之一所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，绝热的绝缘材料芯子(4)由泡沫材料构成。
5. 按照权利要求4所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，泡沫材料包括发泡的聚苯乙烯或聚氨酯。
6. 按照权利要求1至3之一所述的自支承的太阳热平板集热器模块，绝热的绝缘材料芯子(4)包括纤维。
7. 按照权利要求1至3之一项所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，胶合层(2)的材料相对于绝热的绝缘材料芯子的材料具有更高的导热系数。
8. 按照权利要求1至3之一项所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，胶合层(2)由一种以甲基丙烯酸酯为基的胶合剂构成。
9. 按照权利要求2所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，槽(14)的横截面是三角形的或矩形的、椭圆形的或圆弧形的或Ω形的。
10. 按照权利要求1至3之一项所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，小毛细管(3.1...3.n)由金属、由周围涂布金属的塑料或由无涂层的塑料制成。
11. 按照权利要求2或9所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，绝热的绝缘材料芯子(4)的平面或设有槽(14)的表面(5)具有大量用于容纳胶合剂的凹槽(6)。
12. 按照权利要求11所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，凹槽(6)达到槽深(TN)或稍超过槽深。
13. 按照权利要求12所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，通过一刷辊或加热的冲头的压紧力形成各凹槽(6)。
14. 按照权利要求1至3之一项所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，金属薄面板(1)与两个弯折的弧形边缘成型部(16、17)构成一体。
15. 按照权利要求1至3之一项所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，金属薄面板(1)与两个对置的角形弯折的边缘(13.1、13.2)构成一体，以便相互以企口接合方式连接各个金属薄面板。
16. 按照权利要求1至3之一项所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，绝热的绝缘材料芯子(4)在其远离金属薄面板(1)的面上设有一个板形加固元件(23)。
17. 按照权利要求1至3之一项所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，绝热的绝缘材料芯子(4)部分地由一个塑料或金属盒(20)包围。
18. 按照权利要求17所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，金属盒(20)具有两个对置的、向外弯折的边缘(21)，其中，在金属薄面板(1)与金属盒(20)的弯折的边缘(21)之间设置一个弹性体(22)。
19. 按照权利要求18所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，弹性体(22)是一个泡沫塑料条或胶带。
20. 按照权利要求1至3之一项所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，金属薄面板(1)由一种钛锌合金构成。
21. 按照权利要求1至3之一项所述的自支承的太阳热平板集热器模块，其特征在于，包括绝热的绝缘材料芯子在内，它具有一个在10mm与50mm之间的总厚度。
22. 按照权利要求1至3之一项所述的自支承的太阳热平板集热器模块，它装入一个阶梯屋顶(40)中，其屋顶外壳由多个相互连接的金属薄面板(1)构成。
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