DE102012108303B4

DE102012108303B4 - Vorrichtung zum Absorbieren von Wärmestrahlung

Info

Publication number: DE102012108303B4
Application number: DE102012108303.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Ziegler; Frank Templin
Original assignee: Alanod GmbH and Co KG
Current assignee: Alanod GmbH and Co KG
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: DE102012108303A1

Abstract

Vorrichtung zum Absorbieren von Wärmestrahlung umfassend ein Gehäuse (1) mit einem Gehäuseboden (2) und einer mit diesem verbundenen Gehäusewandung (3) und einer Gehäuseöffnung (4), in der ein Absorberblech (6) derart angeordnet ist, dass seine eine Absorberbeschichtung aufweisende Oberfläche auf der dem Gehäuseboden (2) abgekehrten Seite angeordnet ist und mit zwischen dem Absorberblech (6) und dem Gehäuseboden (2) verlaufenden Strömungskanälen (7) für die Durchleitung eines wärmeabführenden Wärmetransportmediums, wobei das Gehäuse (1) aus Kunststoff ein- oder mehrstückig ausgebildet ist und das Absorberblech (6) an der Gehäusewandung (2) mediumdicht für das Wärmetransportmedium befestigt ist und die Strömungskanäle (7) in dem Gehäuseboden (2) derart ausgebildet sind, dass sie einseitig durch das Absorberblech (6) verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Absorberbeschichtung (5) abgekehrten Seite des Absorberbleches (6) eine Primerschicht (8), die als Haftvermittler für die Verbindung des Absorberbleches (6) mit dem Kunststoffgehäuse (1) dient, vollflächig aufgetragen ist und elektrisch isolierende Eigenschaften besitzt, so dass die Primerschicht (8) einen elektrischen Isolator darstellt, wobei an dem Gehäuseboden (2) in Richtung auf das Absorberblech (6) weisende Wandstege (9) derart angeformt sind, dass das Absorberblech (6) an deren freien Endflächen anliegt und die Wandstege (9) zumindest teilweise Wandabschnitte der Strömungskanäle (7) bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Absorbieren von Wärmestrahlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der G 94 06 243.9 U1 und DE 20 2011 050 940 U1 ist jeweils eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt. Gemäß der G 94 06 243.9 U1 ist vorgesehen, das Absorberblech auf Kunststoffstege aufzukleben oder aufzuschrauben. Gemäß der DE 20 2011 050 940 U1 ist vorgesehen, das Absorberblech in das Kunststoffgehäuse einzugießen oder mit Silikon zu verbinden oder die Kunststoffgehäuse mit einem Metall zu beschichten.
Aus der DE 10 322 048 A1 ist es bekannt, eine vollflächig ausgeklebte und elektrisch isolierende Schicht auf einem Absorber vorzusehen.
Zudem sind Vorrichtungen bekannt, bei denen das Gehäuse aus Metall-Formteilen, z. B. aus Aluminiumblech besteht, so dass sich hohe Rohmaterial- und Herstellungskosten ergeben. Die Kanäle für die Durchleitung des Wärmetransportmediums bestehen z. B. aus Kupferrohren, die in einem aufwändigen Schweißverfahren mit dem Absorberblech verbunden werden, wodurch zusätzliche Material- und Herstellungskosten entstehen. Hieraus resultiert insgesamt ein hoher Endpreis, der aber einem breiten Einsatz derartiger Absorbervorrichtungen insbesondere auch im privaten Bereich entgegensteht, da sich die Anschaffungs- und Installationskosten nur über eine sehr lange Amortisationsdauer durch die in dieser Zeit erzielte Energieersparnis amortisieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Absorbervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch erheblich reduzierte Material- und Herstellungskosten auszeichnet, und die gleichzeitig einen hohen Wirkungsgrad in Bezug auf die erzielbare Wärmeleistung aufweist.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Die Anwendung von Kunststoff als Gehäusematerial reduziert die Materialkosten und ermöglicht insbesondere die Herstellung des Gehäuses als ein- oder mehrteiliges Kunststoff-Spritzgussteil, in dem z. B. das Absorberblech durch Umspritzung in seinem Randbereich mediumdicht fixiert ist. Hierbei sind die Strömungskanäle für das Wärmetransportmedium im Gehäuse, insbesondere im Bodenbereich ausgeformt und werden einseitig von dem Absorberblech verschlossen, so dass das Absorberblech im Bereich der Kanäle vollflächig von dem Wärmetransportmedium hinterströmt wird, so dass ein unmittelbarer Wärmeübergang vom Absorberblech zum Wärmetransportmedium erreicht wird. Hieraus resultiert ein guter Wärmeübergang auf das Wärmetransportmedium. Das Absorberblech besteht aus einem Träger, auf dem auf der den Strömungskanälen zugekehrten Seite eine Schutzschicht vorhanden ist, die eine Korrosionsschutzschicht gegenüber dem Wärmetransportmedium darstellt. Diese Schicht wird von einem Primer als Haftvermittler gebildet, so dass zwischen dem Absorberblech und dem Kunststoffgehäuse eine materialschlüssige Verbindung erreicht wird. Als Herstellungsmaterial für das Kunststoffgehäuse werden zweckmäßigerweise Duroplaste oder Thermoplaste, z. B. Polyamide verwendet, die insbesondere mit Glasfaser verstärkt sein können und sich durch eine hohe Formstabilität und eine hohe Temperaturfestigkeit auszeichnen. Zudem sind die verwendeten Materialien medienbeständig gegen das verwendete Wärmetransportmedium; ebenfalls sind sie undurchlässig für dieses Transportmedium.
Die Verwendung von Kunststoff als Herstellungsmaterial verringert zudem das Gewicht der erfindungsgemäßen Absorbervorrichtung im Vergleich zu den bekannten Absorbervorrichtungen aus einem Metallgehäuse, woraus sich auch ein deutlicher Vorteil bei der Handhabung, d. h. der Montage ergibt. Zudem können erfindungsgemäß Gehäusemodule hergestellt werden, die sich durch eine große Variabilität auszeichnen, da sie z. B. durch Rastverbindungen miteinander verbindbar sind. Hierdurch können durch einfaches Aneinanderstecken beliebig große Kollektorflächen erzeugt werden. Derartige erfindungsgemäße Module können beispielsweise Abmessungen von 50 cm × 50 cm oder 1,0 m ×1,0 m besitzen. Zudem sind in dem Gehäuse Montagehilfen integriert, die eine einfache und schnelle Befestigung auf einem Träger ermöglichen.
Der erfindungsgemäß verwendete Primer zur Haftvermittlung besitzt auch elektrisch isolierende Eigenschaften, so dass er als elektrischer Isolator dient, wodurch eine Kontaktkorrosion des insbesondere aus Aluminium bestehenden Absorberträgers vermieden wird. Um eine Überhitzung der erfindungsgemäßen Absorbervorrichtung während auftretender Stagnationszeiten zu vermeiden, ist es zweckmäßig, eine Zwangsbelüftung innerhalb des Gehäuses vorzusehen, die zweckmäßigerweise temperaturgesteuert ist. Eine derartige Zwangsbelüftung basiert auf der natürlichen Konvektion, so dass keine zusätzliche Energie verbrauchende Lüftungsmittel erforderlich sind.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten und werden anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 Einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Absorbervorrichtung,
2 einen Schnitt auf die Absorbervorrichtung gemäß 1 gemäß der Schnittlinie II-II,
3 einen Schnitt auf eine alternative Ausführung der Absorbervorrichtung gemäß 1 gemäß der Schnittlinie II-II,
4 einen Querschnitt durch eine aus zwei Gehäuseteilen zusammengesetzte erfindungsgemäße Absorbervorrichtung,
5 und 6 Querschnitte durch erfindungsgemäße Absorbervorrichtungen mit Stagnationsbelüftung.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie sich aus 1 ergibt, besteht eine erfindungsgemäße Absorber-Vorrichtung aus einem Gehäuse 1, das einen Gehäuseboden 2 besitzt, mit dem eine Wandung 3 verbunden ist. Die Wandung 3 umschließt eine Gehäuseöffnung 4, die dem Gehäuseboden 2 gegenüberliegt. Wie sich aus 2 ergibt, weist das Absorbergehäuse 1 zum Beispiel eine rechteckige, insbesondere quadratische Form auf. In der Gehäuseöffnung 4 ist ein Absorberblech 6 mediumdicht angeordnet, das zweckmäßigerweise die Gehäuseöffnung 4 ganzflächig verschließt. Dieses Absorberblech 6 besteht aus einem Metallträger, insbesondere aus Aluminium, und weist auf seiner vom Gehäuseboden 2 wegweisenden Seite eine Absorberschicht auf. Was den Aufbau des Absorberbleches betrifft, so sei hier insbesondere auf das europäische Patent EP 1 217 315 B1 verwiesen.
Gemäß der Erfindung wird das Gehäuse 1 aus Kunststoff hergestellt, und zwar insbesondere als Spritzgussformteil. Hierbei wird das Absorberblech 6 beim Spritzgussvorgang randseitig im Wandbereich des Gehäuses 1 umspritzt, so dass das Absorberblech 6 in der Gehäusewandung 3 randseitig mediumdicht fixiert ist.
Im Gehäuseboden 2 sind Strömungskanäle 7 ausgeformt, die einseitig durch das Absorberblech 6 verschlossen sind. Hierdurch ist es möglich, dass das in den Strömungskanälen 7 strömende Wärmetransportmedium das Absorberblech vollflächig hinterströmt. Zweckmäßigerweise kann das Gehäuse aus mehreren, z. B. zwei oder drei Spritzguss-Gehäuseteilen bestehen, siehe z. B. 4, die zu einem Gehäuse verbunden sind. Anstelle einer Umspritzung des Absorberbleches in seinem Randbereich kann dieses auch im Randbereich mit dem Gehäuse durch Schraubverbindungen 13 oder Klemmverbindungen, siehe 4, und unter Verwendung von Dichtungen mediendicht verbunden sein. Ein derartiges Gehäuse muss einem Innendruck von bis zu 6 bar standhalten. Die Strömungskanäle 7 können - siehe 3 - mäanderförmig verlaufen oder - siehe 2 - aus parallel zueinander verlaufenden Kanalabschnitten 7a gebildet sein, die jeweils in einen Zulaufkanal 7b und einen Ablaufkanal 7c einmünden. Weiterhin ist auf der der Absorberbeschichtung des Absorberbleches 6 abgekehrten Seite eine Schutzschicht 8, eine Primerschicht, aufgetragen, die als Haftvermittler für die Verbindung des Absorberbleches 6 mit dem Kunststoffgehäuse 1 dient. Hierbei ist die Primerschicht 8 vollflächig auf das Absorberblech 6 aufgetragen ,wobei die Primerschicht elektrisch isolierende Eigenschaften hat, so dass das Absorberblech durch die Primerschicht vor Kontaktkorrosion geschützt wird, da diese als elektrischer Isolator wirkt. Zusätzlich kann die Primerschicht auch beständig gegen und undurchlässig für das Strömungsmedium sein. Als Primer bzw. Haftvermittler eignet sich z. B. ein Acrylatkleber mit Anteilen von Xylol 15 bis 25 %, Butylacetat 15 bis 25 % und Cyclohexanon 10 bis 20 % sowie eventuell weiteren Zuschlagstoffen.
Als Haftvermittler eignen sich ebenfalls sogenannte Elektro-Drahtlacke, insbesondere Polyester- und Polyesterimiddrahtlacke. Aber auch Haftvermittler auf Polyamidbasis sind geeignet.
Durch die zwischen den Strömungskanälen 7 ausgebildeten Wandstege 9 wird erreicht, dass diese Wandstege 9 als Auflage mit ihren Endflächen für das Absorberblech 6 dienen können, so dass eine hinreichende Abstützung des Absorberbleches 6 im Gehäuse 1 bewirkt wird.
Weiterhin ist in 1 und 2 zu erkennen, dass die Strömungskanäle 7 über im Gehäuse 1 befestigte Anschlussstücke 10 mit einem Mediumzulauf und einem Mediumablauf verbindbar sind. Hierbei ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, wenn die Strömungskanäle 7 derart miteinander im Gehäuseboden 2 ausgebildet sind, dass sie einen gemeinsamen Zu- und Abfluss aufweisen. Erfindungsgemäß ist es weiterhin von Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Absorber-Vorrichtung in Modulbauweise aus einzelnen Absorbermodulen mit gleich großen Gehäusen 1 hergestellt ist, die über die Anschlusstücke 10 für den Zu- und Ablauf des Wärmetransportmediums miteinander strömungsmäßig verbindbar sind. Hierbei werden die einzelnen Module insbesondere über mechanische Verbindungen, z. B. lösbare Rastverbindungen miteinander verbunden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in dem Gehäuse1 Luftführungskanäle 11 für eine Stagnationsbelüftung vorhanden sind, siehe 5, 6, die über Zu- und Abluftöffnungen im Gehäuse 1 angeschlossen sind. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Zuluft- und Abluftöffnung mit Verschlüssen versehen sind, die sich temperaturgesteuert selbsttätig öffnen und schließen.
Wie in 5 dargestellt, können z. B. die Luftführungskanäle 11 parallel zu den mäanderförmigen Strömungskanälen 7 verlaufen. In 6. ist eine weitere Anordnung gezeigt, bei der ein Luftführungskanal 11 im Gehäuseboden in einer Ebene unterhalb der Strömungskanäle 7 verläuft, hierbei ist ebenfalls ein mäanderförmiger Verlauf oder ein Verlauf über die gesamte Breite wie in 6.gezeigt, möglich.
Wie sich weiterhin aus 1 ergibt, kann es zweckmäßig sein, wenn in der Gehäusewandung 3 oberhalb des Absorberbleches 6 Nuten 12 ausgebildet sind, die für die Aufnahme einer lichtdurchlässigen Abdeckung dienen. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn die Nuten 12 derart geformt sind, dass diese Abdeckung randseitig eingedrückt werden kann, so dass eine rastende Halterung erreicht wird.
Als Herstellungsmaterial für das Kunststoffgehäuse sind Duroplaste und Thermoplaste, insbesondere Polyamid geeignet, die z. B. glasfaserverstärkt sein können.

Claims

Vorrichtung zum Absorbieren von Wärmestrahlung umfassend ein Gehäuse (1) mit einem Gehäuseboden (2) und einer mit diesem verbundenen Gehäusewandung (3) und einer Gehäuseöffnung (4), in der ein Absorberblech (6) derart angeordnet ist, dass seine eine Absorberbeschichtung aufweisende Oberfläche auf der dem Gehäuseboden (2) abgekehrten Seite angeordnet ist und mit zwischen dem Absorberblech (6) und dem Gehäuseboden (2) verlaufenden Strömungskanälen (7) für die Durchleitung eines wärmeabführenden Wärmetransportmediums, wobei das Gehäuse (1) aus Kunststoff ein- oder mehrstückig ausgebildet ist und das Absorberblech (6) an der Gehäusewandung (2) mediumdicht für das Wärmetransportmedium befestigt ist und die Strömungskanäle (7) in dem Gehäuseboden (2) derart ausgebildet sind, dass sie einseitig durch das Absorberblech (6) verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Absorberbeschichtung (5) abgekehrten Seite des Absorberbleches (6) eine Primerschicht (8), die als Haftvermittler für die Verbindung des Absorberbleches (6) mit dem Kunststoffgehäuse (1) dient, vollflächig aufgetragen ist und elektrisch isolierende Eigenschaften besitzt, so dass die Primerschicht (8) einen elektrischen Isolator darstellt, wobei an dem Gehäuseboden (2) in Richtung auf das Absorberblech (6) weisende Wandstege (9) derart angeformt sind, dass das Absorberblech (6) an deren freien Endflächen anliegt und die Wandstege (9) zumindest teilweise Wandabschnitte der Strömungskanäle (7) bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primerschicht (8) auf Acrylat-Basis, Polyester- oder Polyamid-Basis hergestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primerschicht (8) einen Acrylatkleber mit Anteilen von Xylol 15 bis 25 %, Butylacetat 15 bis 25 % und Cyclohexanon 10 bis 20 % aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Primerschicht (8) aus einem Elektro-Drahtlack, insbesondere Polyester- und Polyesterimiddrahtlacken, besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) als Kunststoffspritzgussteil, insbesondere aus einem Duroplast oder einem Thermoplast, z. B. Polyamid ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberblech (6) in dem Gehäuse (1) in seinem umfangsgemäßen Randbereich zumindest teilweise formschlüssig umspritzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberblech (6) mit dem Gehäuse (1) in seinem umfangsgemäßen Randbereich durch eine Schraub- oder Klemmverbindung (13) und unter Verwendung von Dichtungen mediendicht verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Gehäuses mit Glasfasern verstärkt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberblech (6) aus Aluminium besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (7) über im Gehäuse (1) befestigte Anschlussstücke (10) mit einem Mediumzu- und abfluss verbindbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (7) derart miteinander im Gehäuse (1) verbunden sind, dass sie einen gemeinsamen Zu- und Abfluss aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Modulbauweise aus einzelnen Absorbermodulen mit insbesondere gleich großen Gehäusen (1), die über im Gehäuse (1) angeordnete Anschlussstücke (10) für einen Mediumzu- und ablauf miteinander strömungsmäßig verbindbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse (1) miteinander über mechanische Verbindungen (13) lösbar verbindbar sind und Montagehilfen zum Montieren auf einem Träger aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1) Luftführungskanäle (11) für eine Stagnationsbelüftung ausgebildet sind, die über Zuluft- und Abluftöffnungen im Gehäuse (1) angeschlossen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluft- und Abluftöffnungen mit Verschlüssen versehen sind, die sich temperaturgesteuert selbsttätig öffnen und schließen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gehäusewandung (3) vor dem Absorberblech (6) für die Aufnahme einer lichtdurchlässigen Abdeckung Nuten (12) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (12) derart geformt sind, dass eine Rastverbindung bei Einrasten der Abdeckung ausgebildet ist.