DE2903345C2 - Anordnung nach Art eines Wärmetauschers oder Solar-Strahlungssammlers und Verfahren zur Herstellung der Anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, wie sie für den Fall eines Solar-Strahlungssammlers aus der DE-OS 48 114 bekannt ist. In diesem bekannten Falle handelt es sich um einen Solar-Strahlungssammler, der im wesentlichen aus einer oberen und einer unteren Folie besteht; die beiden Folien sind über derart gelegte Schweißnähte dicht miteinander verbunden, daß mäariderförmige Kanäle für ein aufzuheizendes strömungsfähiges Medium gebildet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs so auszubilden, daß auch bei Herstellung dieser Anordnung aus starren Teilen, also in erster Linie Blechen, einfache Verfahren Anwendung finden können und die zur Bildung der Kanäle dienenden zusätzlichen Teile aus der fertigen Anordnung nicht entfernt zu werden brauchen. Diese Teile sollen vielmehr gegebenenfalls im Betrieb der Anordnung zusätzliche Aufgaben übernehmen. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Hauptanspruchs; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprücht 2 bis 7, während Anspruch 8 ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung betrifft

Gegenüber dem üblicherweise verwendeten Aufweiten der flächigen Bauteile (Bleche), wie es beispielsweise das DE-GM 77 15 140 beschreibt, bietet die erfindungseemäße Ausgestaltung eines Wärmetauschers, worunter auch ein Plattenheizkörper zu verstehen ist, oder eines Solar-Strahlungssammlers den Vorteil, daß lediglich eine zur Herstellung linienförmiger Schweißverbindungen geeignete Sehweißmaschine, z. B. eine Rollschweißmaschine, erforderlich ist, sich also zusätzliche Fertigungseinrichtungen zum Auswölben der flächigen Bauteile zwischen den Schweißverbindungen zwecks Kanalbildung erübrigen. Es finden auch nicht einfach irgendwelche Abstandshalter Einsatz, sondern solche, die gegenüber den Kanalbreiten relativ schmal sind, also die Stömung in den Kanälen praktisch nicht beeinträchtigen, und die, gegebenenfalls einstückig für mehrere oder alle Kanäle der Anordnung, zwecks Zentrierung ohne zusätzliche Teile in die Zu- und Abieitungsstutzen hineinragen. Dabei können die Abstandshalter aus Draht bestehen; es ist jedoch auch möglich, sie aus einem flexiblen Material zu fertigen, damit bei Verwendung von Folien als flächige Bauteile eine gewünschte Flexibilität der Anordnung sichergestellt bleibt.

Wie bereits eingangs bemerkt, können die verwendeten Abstandshalter aber auch zusätzliche Aufgaben im Betrieb der Anordnung übernehmen. Dies gilt dann, wenn die Abstandshalter als Rohre ausgebildet sind, die sich von einem Zulauf zu einem Ablauf erstrecken. Sie dienen dann nämlich zur Führung eines ströniungsfähigen Mediums, beispielsweise eines solchen, das aufgeheizt werden soll, und zwar in einem Kreislauf, der getrennt ist von einem ersten strömungsfähigen Medium in den dir Abstandshalter umgebenden Kanäle.

Diese Kanäle können dann gegen das Äußere abgeschlossen und mit einem Wärmespeichermedium gefüllt sein. In diesem Falle erhält man einen echten Wärmetauscher.

Es versteht sich von selbst, daß bei Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung als Solar-Strahlungssammler in an sich bekannter Weise zumindest das bezüglich der einfallenden Strahlung unten liegende flächige Bauteil — Blech oder Folie — auf seiner oberen Fläche so eingefärbt ist, daß eine Umwandlung der Sonnenstrahlung in Wärme erfolgt.

Die zuletzt beschriebene Ausführungsform mit Ausbildung der Abstandshalter als Rohre bietet den besonderen Vorteil, daß ein unter relativ hohem Druck stehendes strömungsfähiges Medium nur in dem Rohr geführt zu werden braucht, das sich bekanntlich leicht druckfest ausbilden läßt, während in den den Abstandst halter umgebenden Kanälen zwischen den beiden flächigen Bauteilen relativ niedriger Druck herrscht. Die Problematik der Beherrschung eines hohen Drucks tritt besonders bei Verdampfern für Wärmepumpen auf, deren hohe Kältemitteldrücke durch Rohre problemlos aufgenommen werden können, während dies hinsichtlich der die Rohre Umgebenden Kanäle zwischen den

flächigen Bauteilen Schwierigkeiten bereiten würde. Dort herrscht bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung vielmehr nur der statische Druck der Wärmespeicher- bzw. Wärmeträgerflüssigkeit.

Soll die Wärmeträgerflüssigkeit als Speicher dienen, so wird man hierfür ein Medium wählen, das bei den benötigten Gebrauchstemperaturen eine Phasenumwandlung durchläuft (fest — flüssig) und bei konstanten Temperaturen die Umwandluiigswärmemengen speichern kann. Bei Solar-Strahlungssammlern bringt dies den Vorteil, daß bei starker Einstrahlung kurzzeitige Temperaturspitzen im Sammler vermieden und die Wirkungsgrade für diesen Betriebszustand verbessert werden.

Bevor die Erfindung anhand verschiedener figürlich dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert wird, sei darauf hingewiesen, daß die Form der Abstandshalter sich verständlicherweise nach den thermischen und strömungstechnischen Anforderungen der Anordnung richtet, also die Anordnung nicht im Hinblick auf Vorgabe durch die Abstandshalter konzipiert werden muß. So kann es zweckmäßig sein, die Kanäle in der Anordnung nicht parallel verlaufen zu lassen, sondern insgesamt eine Kanalanordnung mit Steigung vorzusehen, so daß das erwärmte strömungsfähige Medium ailein unter der Wirkung des Temperaturgefälles von unten nach oben wandern kann.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen in Draufsicht bzw. in den mit entsprechenden römischen Ziffern bezeichneten Schnitten ein erstes Ausführungsbeispiel für den Fall eines Solar-Strahlungssammlers, während die F i g. 5, 6 und 7 ebenfalls in Draufsicht bzw. in mit römischen Ziffern gekennzeichneten Schnittansichten eine Ausführungsform mit anderer Ausbildung des Abstandshalters darstellen. Während in den bisher genannten Figuren die Abstandshalter und die Kanäle mäanderförmig verlaufen, zeigen die Fig. 8, 9 und 10 schließlich eine Ausführungsform mit parallel zueinander und zu den schmalen Sfitenkanten der Anordnung verlaufenden Kanälen, die an ihr^n Enden durch jeweils einen Kanal zusammengefaßt werden.

Betrachtet man zunächst die Anordnung gemäß den Fig. 1 bis 4, so besteht diese aus dem oberen flächigen Bauteil 1 und dem unteren flächigen Bauteil 2; beide Bauteile sind durch ein einziges BIec^u gebildet, das nach Einsetzen der Zu- und Ableitungsstutzen 3 und 4 in das bis dahin ebene Blech längs einer Linie, die später der schmalseitigen Kante 5 der Anordnung entspricht, um 180° aufeinander zu gebogen sind. Vor diesem Biegeprozeß ist der Draht 6 eingelegt worden, der die Form eines Mäanders und damit der zu bildenden Kanäle hat. Dieser Draht ragt, wie Fig.4 besonders deutlich zeigt, mit seinen Enden in die Anschiußstutzen 3 und 4 hinein. Die Kanalbildung bei dieser Anordnung ist so vorgenommen, daß die ursprünglich ebenen flächigen Bauteile 1 und 2 mittels einer Rollnahtschweißvorrichtung zusammengedrückt und dabei an den Rändern sowie zwischen den einzelnen Längenbereichen des Drahtes 6 bei 7 verschweißt sind, wobei die Schweißmaschine im Bereich der durchzuführenden Sehweißungen die beiden flächigen Bauteile (Bleche oder Folien) 1 und 2 gegeneinander drückt und infolge Vorhandenseins des Abstandshalters 6 gleichzeitig Wölbt Dabei entstehen also, wie F i g, 2 besonders zeigt, jeweils beiderseits des Drahts 6 Kanäle 8 und 9, die in diesem Ausführurtgsbeispiel — sofern die flächigen Bauteile i und 2 über die gesamte Länge des Abstandshalters 6 auf diesem relativ dicht aufliegen — nur im Bereich der Anschlußstutzen 3 und 4 miteinander in Verbindung stehen.

Der hier allen Kanälen zugeordnete Abstandshalter 6 verbleibt in der fertigen Anordnung und erhöht deren Steife.

In dem Ausführungsbeispiei nach den F i g. 5, 6 und 7 finden sich wiederum durch Bleche oder auch durch Kunststoffolien gebildete flächige Bauteile 20 und 21, die in der beschriebenen Weise zur Kanalbildung miteinander linienförmig und an den Rändern verschweißt sind. Der Abstandshalter 22 bildet hier ein Rohr, so daß nicht nur beiderseits des Abstandshalters parallel verlaufende Strömungskanäle 23 und 24 vorliegen, sondern der Abstandshalter selber einen Strömungskanal bildet, der infolge der Mäanderform in innigem Wärmekontakt mit dem strömungsfähigen Medium in den Kanälen 23 und 24 steht Das Rohr 22 geht dabsi über in die Anschlußstutzen 25 und 26, während den Kanälen 23 und 24 ι .<-:h oben weisende Anschiußstutzen 27 und 28 zugeordnet iind. Ist in die Kanäle 23 und 24 ein wärmespeicherndes Medium eingebracht, so sind die Stutzen 27 und 28 verschlossen. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, diese Anordnung iiS Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen zwei strömenden Medien einzusetzen.

In dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 8,9 und 10 schließlich findet sich eine Vieizahl von Kanalpaaren 30 und 31, wobei die jeweils ein Paar bildenden Kanäle durch hier wiederum aus Draht bestehende Abstandshalter 32 voneinander getrennt sind. Sowohl die Kanäle 30, 31 als auch die bisher beschriebenen Abstandshalter 32 verlaufen parallel zueinander und parallel zu der Kante 33 der Anordnung, die in der bereits beschriebenen Weise mit Anschlüssen 34 und 35 für die beschriebenen Kanäle versehen ist.

Die Kanäle 30 und 31 münden in gemeinsame Sammelkanäle 36 und 37 ein, die ihrerseits n<:t den Anschlüssen 34 und 35 in Verbindung stehen. Zwischen den einzelnen Kanalpaaren 30, 31 finden sich wieder Scnweißnähte38.

Auch die bereits beschriebenen Abstandshalter 32 sind an ihren Enden zusammengefaßt durch zwei weitere Abstandshalter 39 und 40, die zur Bildung der Sammelkanäle 36 und 37 dienen und in der bereits anhand F i g. 4 beschriebenen Weise zur Zentrierung in die Anschiußstutzen 34 und 35 hineinragen. Insgesamt bilden die Abstandshalter also eine einteilige leiterartige Anordnung.

In diesem Ausfnhrungsbeispiel ist es erforderlich, zwecks Verbindung der zwischen den Längskanten und den Abstandshaltern 39 jnd 40 liegenden Kanalbereiche nit Jen querverlaufenden Kanälen 30 und 31 dafür zu sorgen, daß die Abstandshalter 39 und 40 nicht über ihre gesamte Länge dicht auf den flächigen Bauteilen (Blechen) 41 und 42 aufliegen. Daher sind die Abstandshalter 39 und 40. wie die F i g. 9 und 10 zeigen, örtlich breitged.ückt. so daß örtliche Verringerungen ihrer Höhe auftreten und so quer zu dem eigentlichen Kanal verlaufende Strömungswege 43 und 44 entstehen.

Wie ein Vergleich der Ausführungsbeispieie zeigt, gewährt die Anordnung gemäß der Erfindung trotz ihrer einfachen Herstellung völlige Freiheit hinsichtlich ihrer Anpassung an die jeweils vorliegenden thermischen und strömungstechnischen Verhältnisse.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Anordnung nach Art eines Wärmetauschers oder Solar-Strahlungssammlers mit Kanälen für ein strömungsfähiges Medium, die durch Abstände zwischen zwei im übrigen aufeinanderliegenden und längs Linien dicht miteinander verbundenen flächigen Bauteilen gebildet sind und zwischen Zu- und Abieitungsstutzen verlaufen, die im Bereich einer Kante der Anordnung in oder parallel zu der Ebene derselben angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kanälen (8, 9) sich in Richtung der Kanalachsen erstreckende, gegenüber den Kanalbreiten schmale Abstandshalter (6) angeordnet sind, die zur Zentrierung in die Zu- und Abieitungsstutzen (3,4) hineinragen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dzA alle Abstandshalter zu einem Teil (6) zusammengefaßt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (6) aus Draht bestehen.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (6) aus Kunststoff bestehen.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (39) örtliche Verringerungen ihrer sich senkrecht zur Ebene der Anordnung erstreckenden Höhe zur Bildung von Strömungswegen (43,44) aufweisen.

6. Anordnung nach Anspru .h 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB die Abstandshalter Rohre (22) für ein weiteres strömungstähigt Medium sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (23, 24) ein wärmespeicherndes Medium enthalten und ihnen weitere Stutzen (27,28) zugeordnet sind.

8. Verfahren zum Herstellen der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7. wobei die Zu- und Ableitungsslutzen in die flächigen Bauteile eingesetzt, diese aufeinandergelegt und längs Linien diehl miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufeinanderlegen der flächigen Bauteile (1, 2) die Abstandshalter (6) eingelegt und in die Zu- und Abieitungsstutzen (3, 4) eingesteckt werden, und daß die Kanäle (8, 9) durch Pressen der flächigen Bauteile (1, 2) über die Abstandshalter gewonnen werden.