DE10043295C1 - Heliothermischer Flachkollektor-Modul - Google Patents
Heliothermischer Flachkollektor-ModulInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen heliothermischen Flachkollektor-Modul, aufweisend ein Metallblech-Paneel (1), das auf seiner der zu bestrahlenden Seite abgewandten Rückseite (11.2) mit einer gitterartigen Anordnung von untereinander im Abstand liegenden Kapillar-Röhrchen (5.1...5.n) für einen Durchlauf eines flüssigen Mediums kontaktierend belegt ist, sowie mit Anschlüssen zum Vor- und Rücklauf an der gitterartigen Anordnung. Die Kapillar-Röhrchen (5.1...5.n) sind auf der Rückseite (11.2) des Metallblech-Paneels mithilfe einer die Kapillar-Röhrchen umhüllenden Schicht (10) oder Häufelung von thermisch aufgespritzten Metallpartikeln, die an der Rückseite des Metallblech-Paneels (1) und an der Oberfläche der Kapillar-Röhrchen (5.1...5.n) haften, befestigt.
Description
Die Erfindung betrifft einen heliothermischen Flachkollek
tor-Modul, der aufweist: ein Metallblech-Paneel, das auf
seiner der zu bestrahlenden Seite abgewandten Rückseite mit
einer gitterartigen Anordnung von untereinander in Abstand
liegenden Kapillar-Röhrchen für einen Durchlauf eines flüs
sigen Mediums kontaktierend belegt ist, sowie Anschlüsse zum
Vor- und Rücklauf an der gitterartigen Anordnung.
Flachkollektor-Module der vorgenannten Art, die die Sonnen
wärme absorbieren und an ein strömendes Wärmeträgermedium
abgeben, sind seit langem bekannt. Das die Sonnenenergie ab
sorbierende Metallblech-Paneel wird mit einem Rohrsystem so
verbunden, daß ein direkter metallischer Kontakt zwischen
den Bauteilen gegeben ist. Das Metallblech-Paneel besteht
aus einem gut wärmeleitenden, temperatur- und korrosionbe
ständigen Material, überwiegend aus Zink, Kupfer oder aus
Aluminium. Bei den aus Kapillar-Röhrchen bestehenden Rohrsy
stemen werden diese an das Metallblech-Paneel durch ein an
gepaßtes Flachgebilde, wie Schaumstoffschicht, angedrückt.
Nachteilig ist, daß der Kontakt zwischen den einzelnen Ka
pillar-Röhrchen und dem Metallblech-Paneel infolge der Temperaturschwankungen,
bzw. Deformationen des Blechs unterbro
chen werden kann, insbesondere dann, wenn das thermoisolie
rende Flachgebilde mit dem Metallblech-Paneel verklebt ist,
da die Schmeltemperatur der Klebstoffe oft nahezu erreicht
wird.
Aufgabe der Erfindung ist, einen heliothermischen Flachkol
lektor-Modul mit Kapillar-Röhrchen zu konzipieren, bei dem
eine Unterbrechung des Kontaktes zwischen den Kapillar-
Röhrchen und dem Metallblech-Paneel praktisch bei allen Tem
peraturbeanspruchungen vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem heliothermischen Flachkollek
tor-Modul der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die
Kapillar-Röhrchen der gitterartigen Anordnung auf der Rück
seite des Metallpaneels mithilfe einer die Kapillar-Röhrchen
umhüllenden Schicht oder Häufelung von thermisch aufge
spritzten Metallpartikeln, die an der Rückseite des Metall
blech-Paneels und an der Oberfläche der Kapillar-Röhrchen
haften, befestigt sind. Dabei ist diese Befestigungsart so
wohl für metallene als auch für polymere Kapillar-Röhrchen
geeignet.
Zur Aufbringung der Metallpartikeln eignen sich bekannte
Spritzpistolen, mit deren Hilfe das aufgeschmolzene, aufzu
sprühende Metall über Druckluft auf die Oberfläche gefördert
wird. Hierbei kann die Aufschmelzenergie durch einen Druck
luft-Plasmalichtbogen erzeugt werden.
Die Kapillar-Röhrchen können vor dem Umhüllen durch eine Me
tall-Metall-Verklebung an der Rückseite des Metallblech-
Paneels vorfixiert werden, zum Beispiel mit Hilfe eines han
delsüblichen, wärmeleitfähigen Klebstoffs mit metallischem
Füllstoff. Der Klebstoff kann auch mit Hilfe einer Spritzpistole
aufgespritzt werden. Weiterhin ist möglich, die in ei
ner dichten Anordnung liegenden Kapillar-Röhrchen über eine
physikalisch abbindende Klebstoffolie mit dem Metallblech-
Paneel zu verbinden. Nach Einbringen der Folie unter Aufre
cherhaltung eines entsprechenden Fixierdruckes und einer
oberhalb des Erweichungsbereiches liegenden Temperatur kann
eine ausreichende Festigkeit der Verbindung erzielt werden.
Hierfür kann eine entsprechende Vorrichtung mit Preßwerkzeug
und Wärmezufuhr Verwendung finden. Das Preßwerkzeug kann
über eine kammartige Anordnung der Preßorgane verfügen, die
in die Abstande zwischen den Kapillar-Röhrchen gelangen.
Vorzugsweise sind die zylindrischen oder abgeflachten Kapil
lar-Röhrchen aus Metall oder peripher metallbeschichtetem
Kunststoff hergestellt, wobei sich hier um ein korrosionbe
ständiges Metall handelt. Die Kapillar-Röhrchen weisen eine
lichte Weite mit einer Querschnittsfläche zwischen 2 und 10 mm2
auf. Die Kapillar-Röhrchen sind dicht auf dem Metall
blech-Paneel angeordnet, um möglichst große Absorptionsflä
che zu erzielen.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der Modul gemäß
Erfindung ein Niedrigtemperatur-Flachkollektor ist, bei dem
kein "Treibhauseffekt" auftritt, d. h. auf der zu bestrahlen
den Seite des Metallblech-Paneels keine zusätzliche transpa
rente Abdeckungen vorhanden sind, die normalerweise einen
abgedichteten, aufzuheizenden Raum bilden. Das Metallblech-
Paneel ist also direkt den Sonnenstrahlen ausgesetzt.
Die Rückseite des Metallblech-Paneels kann eben sein oder
Rillen aufweisen, in denen die Kapillar-Röhrchen teilweise
eingebettet sind. Die Rillen können mäanderförmig und/oder
zueinander parallel verlaufend angeordnet sein. Vorzugsweise
wird eine parallele Anordnung, sogenannter Rohrregister ge
wählt, bei dem der Temperaturunterschied zwischen Ein- und
Austritt des flüssigen Mediums höher und eine kleinere Pum
penleistung erforderlich ist.
Von großem Vorteil ist, daß der Kontakt zwischen den Kapil
lar-Röhrchen und dem Metallblech-Paneel ununterbrochen ist.
Dadurch kann auch die Kondenswasserbildung und elektrochemi
sche Korrosion vermieden werden.
Selbstverständlich können die Flachkollektor-Module zum Küh
len des jeweiligen Raums genutzt werden, da die Wärme über
den Kollektor abgegeben werden kann. Außerdem besteht die
Möglichkeit, die gewonnene Wärmeenergie zum Schmelzen des
Schnees im Winter auszunutzen. Es kann beispielsweise eine
kombinierte, automatisch gesteuerte Technik gewählt werden,
bei der eine sogenannte Direktheizung durch Flachkollektor-
Module unterstützt werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind einem nach
folgen Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das anhand der
Zeichnung näher erläutert wird. Die Figuren der Zeichnung
zeigen im einzelnen:
Fig. 1 einen Flachkollektor-Modul in Draufsicht
auf seine zu bestrahlende Seite, schema
tisch dargestellt,
Fig. 2 einen Querschnitt A-A gemäß Fig. 1, eben
so schematisch,
Fig. 3 Aufbringung von Metallpartikeln mit Hil
fe einer Spritzpistole,
Fig. 4 Draufsicht auf die Rückseite des Metall
blech-Paneels mit angebrachten Kapillar-
Röhrchen,
Fig. 5 und 6 Schnitt B-B gemäß Fig. 4,
Fig. 7 eine andere, sandwichartige Ausführungs
form des Flachkollektor-Moduls, im
Schnitt,
und
Fig. 8 Teil eines Daches und einer Fassade,
teilweise verkleidet mit Flachkollektor-
Modulen, perspektivisch gesehen.
In Fig. 1 und 2 ist ein Flachkollektor-Modul 20 schema
tisch dargestellt, der aus einem flachen, rechteckigen Me
tallblech-Paneel 1, einer gitterartigen Anordnung 5 von zu
einander parallel verlaufenden Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n
und einer thermoisolierenden Schaumstoffschicht 2 besteht.
Das Material des vorbewitterten und dadurch rauhen Metall
blech-Paneels 1 ist eine Titan-Zink-Legierung, hier: ein
Produkt der Anmelderin, RHEINZINK GmbH & Co. KG in Datteln.
Das Metallblech-Paneel 1 weist im vorliegenden Fall folgende
Ausmaße auf: Länge 2000 mm, Breite 465 mmm, Dicke 1,0 mm.
Zur Verbindung der Metallblech-Paneele 1 miteinander in
Falztechnik sind bogenförmige Randprofile 7, 8 (vgl. insbe
sondere Fig. 2) vorgesehen.
Die aus Kupfer bestehenden Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n wei
sen jeweils einen Innendurchmesser von 1,5 mm und Außen
durchmesser von 2,5 mm auf. Die Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n
verlaufen in einem einheitlichen Abstand A = 6 mm voneinan
der (s. Fig. 5). So können im einzelnen Flachkollektor-Modul
20 von der Breite 465 mm wenigstens 30 parallel verlaufenden
Kapillar-Röhrchen untergebracht sein. Der in Fig. 1 gezeigten
Anordnung 5 sind Vor- und Rücklauf-Anschlüsse 15.1, 15.2,
sowie zwei senkrecht zu Kapillar-Röhrchen liegende Verteil
röhrchen 16.1, 16.2 zu entnehmen.
Wesentlich für die Erfindung ist die Anbringung der Kapil
lar-Röhrchen 5.1. . .5.n an der Rückseite 11.2 des Metall
blech-Paneels 1 (vgl. Fig. 3). Mit Hilfe einer bereits er
wähnten Spritzpistole 40, die einen Druckluft-
Plasmalichtbogen (bei 41) erzeugt, werden die aufgeschmol
zenen Metallpartikeln 30 auf die Rückseite 11.2 des Metall
blech-Paneels 1 und auf die darauf liegende Kapillar-
Röhrchen 5.1. . .5.n aufgespritzt. Die Metallpartikeln 30
werden durch kontinuierliches Aufschmelzen eines in die
Spritzpistole 40 zugeführten, elektrisch leitenden Metall
drahtes 42 erzeugt und durch eine Zerstäuberdüse 43 in
Drahtlaufrichtung verspritzt. Als Draht 42 ist im vorliegen
den Fall ein zu diesem Zweck besonders geeignetes Zink-Draht
gewählt worden.
In Fig. 5 ist eine bevorzugte Anordnung der Kapillar-Röhrchen
5.1. . .5.n an einem ebenen Metallblech-Paneel 1 dargestellt.
Die Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n können aber längs der im
Metallblech-Paneel 1 eingebrachten Rillen 6.1. . .6.n verlau
fen, wie die Fig. 6 zeigt.
Um eine gute Haftung der Metallpartikeln 30 zu ermöglichen,
wurde vorerst die Rückseite 11.2 des Metallblech-Paneels 1
sandbestrahlt und danach die Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n
draufgelegt. Die heißen Zinkpartikeln gelangen in die Mikro-
Unebenheiten der sandbestrahlten Fläche, sich dort verankern
und bilden eine Haftschicht. Das Aufspritzen von Metallpartikeln
30 erfolgt nach und nach schichtweise, bis eine die
Rückseite 11.2 deckende und die Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n
umhüllende Gesamtschicht 10 (vgl. Fig. 4, 5 und 6) herge
stellt wird, wobei darauf geachtet werden muß, daß der ent
stehende Verbund gekühlt wird. Zum Kühlen eignet sich insbe
sondere gut und wirtschaftlich das in die Kapillar-Röhrchen
5.1. . .5.n gepumpte Wasser. Auf dieser Weise wird die wäh
rend Aufspritzen der Metallpartikeln entstehende Wärme ef
fektiver abgeführt und somit die inneren Beanspruchungen
und daraus resultierenden Verwerfungen vermieden.
In der thermoisolierenden Schaumstoffschicht 2 sind Rillen
26.1. . .26.n eingearbeitet (vgl. Fig. 2), die kompatibel zu
den Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n sind und die gesamte git
terartige Anordnung 5 aufnehmen können. Die Schaumstoff
schicht 2 wird mit dem Verbund 1; 5 ganzflächig verklebt, wo
bei die Verklebung im Kalt- oder Heißklebeverfahren durchge
führt werden kann.
Ferner ist der Fig. 7 ein sandwichartiger Flachkollektor-
Modul 21 zu entnehmen, der sich aus dem Metallblech-Paneel
1, den Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n, der Schaumstoffschicht
2 und einer Versteifungsplatte 12 zusammensetzt. Die mit der
Schaumstoffschicht 2 verklebte Versteifungsplatte 12 besteht
aus Aluminium. Als thermoisolierendes Material kommen die
von der Firma Dow Chemicals unter dem Markennamen STADUR® vertrie
benen Hartschaumplatten (Extruderschaum) zum Einsatz. Der
ganze Verbund weist eine Gesamtdicke von ca. 25 mm auf und
ist als Ersatz von Holzschalung einsetzbar. Die Metallblech-
Paneele 1 werden im vorliegenden Fall in Falzleisten-Technik
miteinander verbunden. Wie die Fig. 7 zeigt, weist das Me
tallblech-Paneel 1 zwei gegenüberliegende, winkelig abgebo
gene Kanten 13.1, 13.2 auf.
In Fig. 8 ist schematisch eine Metallblech-Verkleidung 50 ei
nes Daches 100 und einer Fassade 200 dargestellt. Die gesam
te Metallblech-Verkleidung 50 besteht aus mehreren vorbewit
terten Titan-Zink-Paneelen, die eine einheitliche Oberflä
chenstruktur 22 aufweisen. Sowohl an der Fassade 200, als
auch am Dach 100 sind jeweils zwei Reihen von Flachkollek
tor-Modulen 20 angeordnet, die mit den übrigen Flachab
schnitten der Metallblech-Verkleidung 50 fluchten. An die
Flachkollektor-Modulen 20 ist auch eine nicht dargestellte
Wärme- oder Umlaufpumpe angeschlossen.
Claims (10)
1. Heliothermischer Flachkollektor-Modul (20; 21), beste
hend aus einem Metallblech-Paneel (1), das auf seiner
der zu bestrahlenden Seite (11.1) abgewandten Rückseite
(11.2) mit einer gitterartigen Anordnung (5) von unter
einander in Abstand liegenden Kapillar-Röhrchen
(5.1. . .5.n) für einen Durchlauf eines flüssigen Medi
ums kontaktierend belegt ist, sowie mit Anschlüssen
(15.1; 15.2) zum Vor- und Rücklauf an der gitterartigen
Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillar-
Röhrchen der gitterartigen Anordnung (5) auf der Rück
seite (11.2) des Metallpaneels mithilfe einer die Ka
pillar-Röhrchen umhüllenden Schicht (10) oder Häufelung
von thermisch aufgespritzten Metallpartikeln, die an
der Rückseite des Metallblech-Paneels (1) und an der
Oberfläche der Kapillar-Röhrchen (5.1. . .5.n) haften,
befestigt sind.
2. Flachkollektor-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kapillar-Röhrchen (5.1. . .5.n) aus
Metall oder peripher metallbeschichtetem Kunststoff
oder aus unbeschichtetem Kunststoff bestehen.
3. Flachkollektor-Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kapillar-Röhrchen (5.1. . .5.n)
zylindrisch oder abgeflacht sind und eine lichte Weite
mit einer Querschnittsfläche zwischen 2 und 10 mm2 be
sitzen.
4. Flachkollektor-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß auf der Rückseite (11.2) des Metallblech-
Paneels Rillen (6.1. . .6.n) eingearbeitet sind, in de
nen die Kapillar-Röhrchen (5.1. . .5.n) teilweise ein
gebettet sind.
5. Flachkollektor-Modul nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Rillen (6.1. . .6.n) mäanderförmig
und/oder zueinander parallel verlaufend angeordnet
sind.
6. Flachkollektor-Modul nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Metallblech-Paneele (1) aus ei
ner Titan-Zink-Legierung besteht.
7. Flachkollektor-Modul nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die aufgespritzten Metallpartikel
aus Zink oder einer über 50 Gew.-% Zink aufweisenden
Legierung bestehen.
8. Flachkollektor-Modul nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rückseite (11.2) der Metall
blech-Paneele (1) mit der gitterartigen Anordnung von
Kapillar-Röhrchen (5.1. . .5.n) mit einer schützenden
und/oder wärmeisolierenden Kunststoff-Schicht (2) ver
sehen ist.
9. Flachkollektor-Modul nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kunststoff-Schicht (2) auf ihrer dem
Metallblech-Paneel (1) gegenüberliegenden Seite mit ei
ner Versteifungsplatte (12) verklebt ist.
10. Flachkollektor-Modul nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Versteifungsplatte (12) aus Holzwerk
stoff oder aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium be
steht.
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