SK287288B6

SK287288B6 - Method of connecting absorption plate with tube register of thermal solar collector

Info

Publication number: SK287288B6
Application number: SK5034-2006A
Authority: SK
Inventors: Milan Novák; Johann Kollmannsberger
Original assignee: Thermo/Solar Žiar, S. R. O.
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2010-05-07
Also published as: SK50342006A3; WO2007111575A1; EP2097684A1

Abstract

According to the described method of connecting three specially shaped grooves (2, 3, 4) are pre-formed into a metal absorption plate (1), where a tube (5), which is a part of the tube register of the absorber of the thermal solar collector, is inserted into the middle groove (2). Subsequently, the grooves (3, 4) are deformed by pressing them into the absorption plate (1) so that after the deformation, the whole tube (5) or a substantial part of its surface is firmly embraced by the absorption plate (1). The metal absorption plate (1) and the tubes (5) of the tube register may be made of aluminium, copper, steel or other metal material, or of a combination of the metals.

Description

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V súčasnosti sa na spájanie absorbéra s rúrkovým registrom najčastejšie používajú tieto spôsoby:Currently, the following methods are most commonly used to connect an absorber to a tube register:

Absorbér vyrobený spájkovaním - má tú nevýhodu, že absorbér i rúrkový register musia byť z rovnakého materiálu, spoj má relatívne malú kontaktnú plochu a v dôsledku toho pomerne vysoký odpor pre prestup tepla z absorbéra do teplonosnej kvapaliny prúdiacej v rúrkovom registri. Ďalšou nevýhodou je, že pri rastúcich stagnačných teplotách moderných výkonných kolektorov sa zvyšuje nebezpečie mäknutia spájky a oddelenia absorbéra od rúrok, prípadne, že z použitých tavidiel sa môžu uvoľňovať plyny, ktoré môžu kondenzovať vo forme fľakov na vnútornej strane transparentného krytu kolektora.The absorber made by soldering - has the disadvantage that both the absorber and the tube register must be of the same material, the joint has a relatively small contact area and consequently a relatively high resistance to heat transfer from the absorber to the heat transfer fluid flowing in the tube register. Another disadvantage is that with increasing stagnation temperatures of modern power collectors, the risk of softening the solder and separating the absorber from the tubes increases, or that fluxes can be released which can condense in the form of spots on the inside of the transparent collector cover.

Absorbér vyrobený zváraním pomocou ultrazvuku má tú nevýhodu, že podobne ako v predchádzajúcom prípade umožňuje spájanie iba rovnakých materiálov a navyše sa vyznačuje ešte väčším odporom pri prestupe tepla z absorbéra do rúrky. Ďalšou nevýhodou je, že pri zváraní dôjde k mechanickej deštrukcii selektívnej konverznej vrstvy v mieste zvaru, čím sa zhoršujú výkonové parametre i vzhľad absorbéra.The absorber produced by ultrasonic welding has the disadvantage that, as in the previous case, it allows only the same materials to be joined and, moreover, it has an even greater resistance to heat transfer from the absorber to the tube. A further disadvantage is that during welding, the selective conversion layer is mechanically destroyed at the weld site, thereby deteriorating the performance parameters and the appearance of the absorber.

Absorbér vyrábaný zváraním pomocou lasera má tú nevýhodu, že odpor pri prestupe tepla z absorbéra do rúrkového registra vďaka malej kontaktnej ploche je zo všetkých uvedených príkladov najväčší. Ďalšou nevýhodou je, že ak absorbér a rúrkový register sú z rôznych materiálov, v dôsledku rôznych tepelných dilatácií dochádza k takým deformáciám materiálov, že sa mení vzdialenosť absorbéra od skleneného krytu kolektora, čo negatívne ovplyvňuje jeho výkon. Pri opakovaných prudkých zmenách teplôt môže dôjsť aj k narušeniam celistvosti tvaru.The absorber produced by laser welding has the disadvantage that the resistance to heat transfer from the absorber to the tube register due to the small contact area is the greatest of all the examples given. Another disadvantage is that if the absorber and the tube register are made of different materials, due to different thermal dilatations, the material deforms such that the distance of the absorber from the collector glass cover changes, which negatively affects its performance. Repeated abrupt changes in temperature can also disturb the integrity of the shape.

Absorbér vyrobený zalisovaním alebo zavalcovaním medených rúrok do žliabkového prietlačne lisovaných hliníkových profilov (EP-0157 370) alebo medených rúrok upevnených v žliabkoch hliníkových profilov pružnými sponami, majú tú nevýhodu, že hmotnosť absorbérov i emisivita absorpčných vrstiev na povrchu prietlačne lisovaných hliníkových profilov je podstatne vyššia ako v prípade hladko valcovaných tenkostenných hliníkových plechov.An absorber made by crimping or rolling copper tubes into grooved extruded aluminum profiles (EP-0157 370) or copper tubes mounted in grooves of aluminum profiles with elastic clips has the disadvantage that both the weight of the absorbers and the emissivity of the absorbent layers on the surface of extruded aluminum profiles are as in the case of smooth-rolled thin-walled aluminum sheets.

Absorbér opísaný v patente GB 1 573 294 spočíva v tom, že sa do plechu predlisuje jednoduchý kruhový žliabok, do ktorého sa vloží rúrka. Toto jednoduché vloženie rúrky do predlisovaného žliabku má tú nevýhodu, že v dôsledku tepelných dilatácií materiálov sa obopnutie rúrky žliabkom časom zoslabí, zhorší sa prestup tepla a rúrka sa uvoľní.The absorber described in GB 1 573 294 is characterized in that a simple annular groove is inserted into the sheet into which the tube is inserted. This simple insertion of the tube into the preformed groove has the disadvantage that, due to the thermal expansion of the materials, the wrapping of the tube through the groove will weaken over time, the heat transfer will be impaired and the tube will be released.

Absorbér vyrobený predlisovaním žliabku v plechu, do ktorého sa vloží rúrka registra a následne sa prekryje ďalším plechom (DE 200 21 415 U,) zabráni síce uvoľneniu rúrky, ale jeho nevýhodou je komplikovanejší spôsob výroby a zvýšená spotreba materiálu.An absorber made by pre-pressing a groove in a sheet into which the register tube is inserted and then covered with another sheet (DE 200 21 415 U1) prevents the tube from loosening, but has the disadvantage of a more complicated manufacturing method and increased material consumption.

Absorbér vyrobený takým prestrihnutím a vytvarovaním plechu, že striedavo obopína rúrku registra zhora i zdola (EP 0 029 004) má tú nevýhodu, že je výrobne veľmi komplikovaný, oproti predchádzajúcemu prípadu má polovičnú kontaktnú plochu a vďaka tepelným dilatáciám materiálov sa obopnutie rúrky v plechu uvoľňuje a prestup tepla sa časom rýchlo zhoršuje.An absorber made by cutting and forming a sheet such that it alternately embraces the register tube from the top and bottom (EP 0 029 004) has the disadvantage that it is very complicated to manufacture, has a half contact area compared to the previous case and and heat transfer deteriorates rapidly over time.

Podstata absorbéra vyrobeného podľa JP 590 27154 spočíva v tom, že sa rúrka obopne do žliabku vstrekovaním expandujúceho izolačného materiálu do skrine kolektora. Nevýhodou tohto spôsobu je potreba použitia vysokého tlaku, čo kladie vysoké nároky na pevnosť a tesnosť skrine kolektora. Ďalšou nevýhodou je tepelný most medzi skriňou kolektora a absorbérom, ako aj nízka tepelná stabilita dostupných expandujúcich izolačných materiálov.The essence of the absorber produced according to JP 590 27154 is that the tube is wrapped in the groove by injecting the expanding insulating material into the collector housing. The disadvantage of this method is the need to use high pressure, which places high demands on the strength and tightness of the collector housing. Another disadvantage is the thermal bridge between the collector housing and the absorber, as well as the low thermal stability of the available expanding insulating materials.

Riešenie opísané v JP 590 89951 opisuje vloženie rúrky nekruhového prierezu do predlisovaného žliabku, následne sa rúrka natlakuje vodou tak, že dôjde k zdeformovaniu rúrky. Nevýhoda tohto spôsobu spočíva v tom, že v dôsledku tepelných dilatácií sa rúrka z absorbéra uvoľní.The solution described in JP 590 89951 describes the insertion of a non-circular cross-sectional tube into a preformed groove, then the tube is pressurized with water to deform the tube. The disadvantage of this method is that the tube is released from the absorber due to thermal dilatations.

Podľa patentu JP 56137036 sa do žliabku nekruhového tvaru zatlačí rúrka rovnakého nekruhového tvaru. Nevýhodou tohto spôsobuje nutnosť použitia absorpčnej platne s väčšou hrúbkou, aby sa dosiahol efekt trvalého obopnutia rúrky, čo má za následok zhoršenie prestupu tepla. Navyše výroba je pri tomto spôsobe komplikovaná z dôvodu dodržania presnosti vsadenia rúrky rovnakého tvaru, ako je tvar žliabku.According to JP 56137036, a tube of the same non-circular shape is pressed into a groove of a non-circular shape. A disadvantage of this is the need to use an absorbent plate of greater thickness in order to obtain the effect of permanently wrapping the tube, resulting in a deterioration of heat transfer. In addition, production is complicated in this method in order to maintain the insertion accuracy of the pipe of the same shape as the groove.

Podstata riešenia opísaného v patente JP 58-108360 spočíva v tom, že sa do hliníkového predlisovaného žliabku zatlačí oceľová vložka. Nevýhodou tohto riešenia je, že sa oceľová vložka veľmi ľahko uvoľňuje z hliníkového predlisovaného žliabku kvôli väčšej tepelnej rozťažnosti hliníka.The essence of the solution described in JP 58-108360 is that a steel insert is pressed into the aluminum pre-formed groove. The disadvantage of this solution is that the steel insert is very easily released from the aluminum pre-formed groove due to the greater thermal expansion of the aluminum.

Cieľom predmetného vynálezu je spôsob spájania absorpčnej platne s rúrkovým registrom termického slnečného kolektora, ktorý:It is an object of the present invention to provide a method of connecting an absorbent plate to a tubular register of a thermal solar collector which:

- bude mať dobrý a časom málo sa meniaci prestup tepla,- will have a good and little change in heat transfer over time,

- bude tvarovo stály, a to aj pri použití rozličných konštrukčných materiálov s rôznymi tepelnými rozťažnosťami,- be dimensionally stable, even when using different construction materials with different thermal expansions,

- nebude vyžadovať veľkú spotrebu materiálu a nebude výrobne komplikovaný.- it will not require high material consumption and will not be complicated to manufacture.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené požiadavky spĺňa spôsob spájania absorpčnej platne s rúrkovým registrom termického slnečného kolektora, ktorého podstata spočíva v tom, že do kovovej absorpčnej platne s hrúbkou 0,1 až 1,0 mm sa predlisujú tri špeciálne tvarované žliabky. Do stredného oválneho žliabku sa vloží rúrka, ktorá tvorí časť rúrkového registra absorbéra termického slnečného kolektora. Krajné, navzájom symetrické a úzke žliabky -The above-mentioned requirements are met by a method of joining the absorption plate with a tubular register of a thermal solar collector, which consists in that three special shaped grooves are pre-pressed into a metal absorption plate with a thickness of 0.1 to 1.0 mm. A tube is inserted into the central oval groove that forms part of the tubular register of the thermal solar collector absorber. Extreme, symmetrical and narrow grooves -

- prelisy sa v špeciálnom lisovacom nástroji zdeformujú zalisovaním do absorpčnej platne tak, aby po zdeformovaní bola celá alebo podstatná časť povrchu rúrky pevne obopnutá absorpčnou platňou.- the embossments are deformed in a special press tool by pressing them into the absorbent plate so that, after the deformation, all or a substantial part of the tube surface is firmly wrapped around the absorbent plate.

Zistilo sa, že je výhodné, ak kovová absorpčná platňa sa pred predlisovanim tvarovaných žliabkov vybaví absorpčnou vrstvou.It has been found to be advantageous if the metal absorbent plate is provided with an absorbent layer prior to preforming the shaped grooves.

Zistilo sa, že je výhodné, ak sa rúrka registra pri zalisovaní do absorpčnej platne zdeformuje, čím sa zlepší jej kontakt s absorpčnou platňou a navyše sa zlepší prestup tepla z povrchu rúrky do teplonosnej kvapaliny v dôsledku turbulentnejšieho charakteru jej prúdenia.It has been found to be advantageous if the register tube deforms when pressed into the absorbent plate, thereby improving its contact with the absorbent plate and, moreover, improving heat transfer from the tube surface to the heat transfer fluid due to the more turbulent nature of its flow.

Taktiež je výhodné, ak absorpčná platňa a rúrkový register sú z hliníka, medi, nehrdzavejúcej ocele, ocele alebo iných kovových materiálov, prípadne ich kombinácií.It is also preferred that the absorbent plate and the tube register are made of aluminum, copper, stainless steel, steel or other metallic materials, or combinations thereof.

Výhodou daného postupu je jeho flexibilita, a to pri použití vstupných plechov bez absorpčnej vrstvy alebo vopred ovrstvených. Do plechu bez absorpčnej vrstvy sa najprv vylisujú tri špeciálne tvarované žliabky a až následne sa vybaví absorpčnou vrstvou a zlisuje spolu s rúrkovým registrom. Pri vstupných plechoch vybavených absorpčnou vrstvou je vhodné túto chrániť pred poškodením počas lisovania špeciálne tvarovaných žliabkov, plastovou fóliou.The advantage of the process is its flexibility when using entrance sheets without absorbing layer or pre-coated. Three specially shaped grooves are first pressed into the sheet without an absorbent layer and then subsequently provided with an absorbent layer and pressed together with the tube register. In the case of entrance sheets equipped with an absorbent layer, it is advisable to protect the latter from damage during the pressing of the specially shaped grooves with a plastic film.

Hlavnou výhodou spôsobu podľa predmetného vynálezu je dlhodobo malý odpor proti prestupu tepla z absorpčnej platne do teplonosnej kvapaliny, bezproblémové spájanie materiálov s rozdielnymi tepelnými rozťažnosťami, dlhá životnosť, dobrý vzhľad absorbéra bez poškodenia absorpčnej vrstvy, ľahká stabilizácia polohy absorbéra proti transparentnému krytu kolektora, bezproblémová recyklácia pri separácii absorbéra od rúrkového registra aj v prípade, že sú zhotovené z rozličných materiálov.The main advantages of the method according to the invention are long-term low resistance to heat transfer from the absorber plate to the heat transfer fluid, problem-free joining of materials with different thermal expansions, long service life, good absorber appearance without damaging the absorber layer, easy stabilization of absorber against transparent collector cover, problem-free recycling when separating the absorber from the tubular register, even if they are made of different materials.

Prehľad obrázkov a výkresovOverview of pictures and drawings

Na priloženom obrázku je znázornený absorbér vyrobený spôsobom podľa vynálezu.The attached figure shows an absorber made by the method of the invention.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Príklad 1Example 1

Hliníkový plech s hrúbkou 0,4 mm, slúžiaci na výrobu absorpčnej platne 1 sa odvíja zo zvitku a krokovacím zariadením podáva do lisu, kde sa lisujú špeciálne tvarované žliabky 2, 3, 4. Vytvarovaný pás plechu absorpčnej hliníkovej platne 1 sa po vopred stanovenom počte krokov prestrihne v mieste vrcholu žliabku 2 a nanesie sa naň absorpčná vrstva. Následne sa do žliabkov 2 vložia medené rúrky 5, tvoriace rúrkový register 6 absorbéra. V ďalšom lise sa nástrojmi rozmiestnenými nad rúrkami 5 , oba krajné žliabky - prelisy 3, 4 zdeformujú tak, že celá alebo podstatná časť povrchu rúrky 5 sa absorpčnou platňou 1 pevne a pružne obopne.The 0.4 mm thick aluminum sheet for the production of the absorbent sheet 1 is unwound from a roll and fed by a stepping machine into a press where special shaped grooves 2, 3, 4 are pressed. The preformed sheet of absorbent aluminum sheet 1 is predetermined. steps cut at the top of the groove 2 and an absorbent layer is applied thereto. Subsequently, copper tubes 5 forming the tube register 6 of the absorber are inserted into the troughs 2. In a further press, the two edge grooves 3, 4 are deformed by the tools disposed above the tubes 5 so that all or a substantial part of the surface of the tube 5 is firmly and elastically wrapped around the absorption plate 1.

Príklad 2Example 2

Do absorpčnej medenej platne 1 s hrúbkou 0,2 mm sa predlisuje špeciálne tvarovaný žliabok 2, do ktorého sa vloží medená rúrka 5, tvoriaca časť rúrkového registra 6. Medená rúrka 5 svojím priemerom zapadá do vytvarovaného žliabku 2. Následne sa v špeciálnom lise zalisuje medená rúrka 5 do absorpčnej medenej platne 1 tak, že väčšia časť povrchu medenej rúrky 5 sa absorpčnou platňou 1 v rúrkovom registri pevne uzamkne.A specially shaped groove 2 is pre-pressed into the absorbent copper plate 1 with a thickness of 0.2 mm, into which the copper tube 5 forming part of the tube register 6 is inserted. The copper tube 5 fits in its shaped groove 2 with its diameter. the tube 5 into the absorbent copper plate 1 such that a greater part of the surface of the copper tube 5 is firmly locked by the absorbent plate 1 in the tube register.

Príklad 3Example 3

Medený plech s hrúbkou 0,15 mm pokrytý absorpčnou vrstvou a chránený plastovou fóliou pred poškodením, sa odvíja zo zvitku. Krokovacím zariadením sa podáva do lisu, kde sa lisujú špeciálne tvarované žliabky 2, 3, 4. Do stredného žliabku 2 sa vkladajú medené rúrky 5 a v rovnakom kroku sa v ďalšom lise oba krajné žliabky - prelisy 3, 4, zdeformujú tak, že celá alebo podstatná časť rúrky 5 sa absorpčnou platňou 1 pružne a pevne obopne. Po vopred stanovenom počte krokov sa absorpčná platňa 1 v mieste vrcholu žliabku 2 prestrihne, pričom na toto miesto sa predtým nevložila a nezalisovala rúrka 5.Copper sheet 0.15 mm thick, covered with an absorbent layer and protected by plastic film from damage, is unwound from the roll. It is fed by a stepping machine into a press, where the specially shaped grooves 2, 3, 4 are pressed. The copper groove 5 is inserted into the central groove 2 and in the same step the two outer grooves 3, 4 are deformed so that a substantial part of the tube 5 is wrapped around the absorbent plate 1 in a flexible and firm manner. After a predetermined number of steps, the absorbent plate 1 is cut at the top of the groove 2, whereby the tube 5 has not been previously inserted and pressed.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Spôsob podľa vynálezu možno využívať pri výrobe termických slnečných kolektorov.The process according to the invention can be used in the production of thermal solar collectors.

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims

A method of joining an absorbent plate to a heat register of a solar thermal collector, in which at least one shaped tube for inserting a tube is molded into a metal absorbent plate, characterized in that in a metal absorbent plate (1) having a thickness of 0.1 to 1.0 mm, preformed grooves (2, 3, 4) are preformed, wherein the grooves (3, 4) are symmetrically formed at the sides of the groove (2), with a tube (5) being part of the tube register (5) inserted into the central groove (2). 6) the thermal solar collector absorber and subsequently the grooves (3, 4) are deformed by pressing into the absorbent plate (1) so that after deformation, all or a substantial part of the surface of the tube (5) is firmly wrapped (6) by the absorbent plate (1).

Method according to claim 1, characterized in that the metal absorbent plate (1) is provided with an absorbent layer prior to preforming the shaped grooves (2,3,4).

Method according to claims 1 and 2, characterized in that the metal absorption plate (1) is made of aluminum, copper, steel or other metallic materials.

Method according to claims 1 to 3, characterized in that the tubes (5) are made of aluminum, copper, steel or other metal materials.

1 drawing