Heliothermischer Flachkollektor-Modul
Die Erfindung betrifft einen heliothermischen Flachkollektor-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 flüssigen Mediums kontaktierend belegt ist, sowie Anschlüsse zum Vor- und Rücklauf an der gitterartigen Anordnung.
Flachkollektor-Module der vorgenannten Art, die die Sonnenwärme absorbieren und an ein strömendes Wärmeträgermedium abgeben, sind seit langem bekannt. Das die Sonnenenergie absorbierende 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 korrosionbeständigen Material, überwiegend aus Zink, Kupfer oder aus Aluminium. Bei den aus Kapillar-Röhrchen bestehenden Rohrsystemen werden diese an das Metallblech-Paneel durch ein an- gepaßtes Flachgebilde, wie Schaumstoffschicht, angedrückt.
Nachteilig ist, daß der Kontakt zwischen den einzelnen Kapillar-Röhrchen und dem Metallblech-Paneel infolge der Tem-
peraturschwankungen, bzw. Deformationen des Blechs unterbrochen 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 Flachkollektor-Modul mit. Kapillar-Rörchen zu konzipieren, bei dem eine Unterbrechung des Kontaktes zwischen den Kapillar- Rörchen und dem Metallblech-Paneel praktisch bei allen Tem- peraturbeanspruchungen vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem heliothermischen Flachkollektor-Modul der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Kapillar-Röhrchen der gitterartigen Anordnung auf der Rückseite des Metallpaneels mithilfe einer die Kapillar-Röhrchen umhüllenden Schicht oder Haufelung von thermisch aufgespritzten Metallpartikeln, die an der Rückseite des Metallblech-Paneels und an der Oberfläche der Kapillar-Röhrchen haften, befestigt sind. Dabei ist diese Befestigungsart sowohl für metallene als auch für poly ere Kapillar-Röhrchen geeignet.
Zur Aufbringung der Metallpartikeln eignen sich bekannte Spritzpistolen, mit deren Hilfe das aufgeschmolzene, aufzusprühende 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 Metall-Metall-Verklebung an der Rückseite des Metallblech- Paneels vorfixiert werden, zum Beispiel mit Hilfe eines handelsüblichen, wärmeleitfähigen Klebstoffs mit metallischem Füllstoff. Der Klebstoff kann auch mit Hilfe einer Spritzpi-
stole aufgespritzt werden. Weiterhin ist möglich, die in einer 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 Abstände zwischen den Kapillar-Röhrchen gelangen.
Vorzugsweise sind die zylindrischen oder abgeflachten Kapillar-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 Metallblech-Paneel angeordnet, um möglichst große Absorptionsfläche 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 bestrahlenden Seite des Metallblech-Paneels keine zusätzliche transparente 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 gewählt, bei dem der Temperaturunterschied zwischen Ein- und Austritt des flüssigen Mediums höher und eine kleinere Pumpenleistung erforderlich ist.
Von großem Vorteil ist, daß der Kontakt zwischen den Kapillar-Röhrchen und dem Metallblech-Paneel ununterbrochen ist. Dadurch kann auch die Kondenswasserbildung und elektrochemische 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 nachfolgen Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das anhand der Zeichnung näher erläutert wird. Die Figuren der Zeichnung zeigen im einzelnen:
Fig.l einen Flachkollektor-Modul in Draufsicht auf seine zu bestrahlende Seite, schematisch dargestellt,
Fig.2 einen Querschnitt A-A gemäß Fig.l, eben- so schematisch,
Fig.3 Aufbringung von Metallpartikeln mit Hilfe einer Spritzpistole,
Fig.4 Draufsicht auf die Rückseite des Metallblech-Paneels mit angebrachten Kapillar- Röhrchen,
Figuren 5 und 6 Schnitt B-B gemäß Fig. ,
Fig.7 eine andere, sandwichartige Ausführungsform des Flachkollektor-Moduls, im Schnitt,
und
Fig.8 Teil eines Daches und einer Fassade, teilweise verkleidet mit Flachkollektor-
Modulen, perspektivisch gesehen.
In Figuren 1 und 2 ist ein Flachkollektor-Modul 20 schematisch dargestellt, der aus einem flachen, rechteckigen Metallblech-Paneel 1, einer gitterartigen Anordnung 5 von zu- einander parallel verlaufenden Kapillar-Röhrchen 5.1....5.n und einer ther oisolierenden SchaumstoffSchicht 2 besteht. Das Material des vorbewitterten und dadurch rauhen Metallblech-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. insbesondere Fig.2) vorgesehen.
Die aus Kupfer bestehenden Kapillar-Röhrchen 5.1....5.n weisen jeweils einen Innendurchmesser von 1,5 mm und Außendurchmesser von 2,5 mm auf. Die Kapillar-Röhrchen 5.1....5.n verlaufen in einem einheitlichen Abstand A = 6 mm voneinander (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.l gezeigten Anordnung 5 sind Vor- und Rücklauf-Anschlüsse 15.1, 15.2, sowie zwei senkrecht zu Kapillar-Röhrchen liegende Verteil- rörchen 16.1, 16.2 zu entnehmen.
Wesentlich für die Erfindung ist die Anbringung der Kapillar-Röhrchen 5.1....5.n an der Rückseite 11.2 des Metallblech-Paneels 1 (vgl. Figur 3) . Mit Hilfe einer bereits erwähnten Spritzpistole 40, die einen Druckluft- Plasmalichtbogen (bei 41) erzeugt, werden die aufgeschmolzenen Metallpartikeln 30 auf die Rückseite 11.2 des Metallblech-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 Metalldrahtes 42 erzeugt und durch eine Zerstäuberdüse 43 in Drahtlaufrichtung verspritzt. Als Draht 42 ist im vorliegenden 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 verlaufen, 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 MikroUnebenheiten der sandbestrahlten Fläche, sich dort verankern und bilden eine Haftschicht. Das Aufspritzen von Metallpar-
tikeln 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. Figuren 4, 5 und 6) hergestellt wird, wobei darauf geachtet werden muß, daß der ent- stehende Verbund gekühlt wird. Zum Kühlen eignet sich insbesondere gut und wirtschaftlich das in die Kapillar-Röhrchen 5.1....5.n gepumpte Wasser. Auf dieser Weise wird die während Aufspritzen der Metallpartikeln entstehende Wärme effektiver abgeführt und somit die inneren Beanspruchnungen 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 gitterartige Anordnung 5 aufnehmen können. Die Schaumstoff- Schicht 2 wird mit dem Verbund 1;5 ganzflächig verklebt, wobei die Verklebung im Kalt- oder Heißklebeverfahren durchgeführt 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 Markenname 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 abgebogene Kanten 13.1, 13.2 auf.
In Fig.8 ist schematisch eine Metallblech-Verkleidung 50 eines Daches 100 und einer Fassade 200 dargestellt. Die gesamte 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 Flachkollektor-Modulen 20 angeordnet, die mit den übrigen Flachabschnitten der Metallblech-Verkleidung 50 fluchten. An die Flachkollektor-Modulen 20 ist auch eine nicht dargestellte Wärme- oder Umlaufpumpe angeschlossen.