WO2024126598A1 - Heat exchanger structure and method - Google Patents

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WO2024126598A1
WO2024126598A1 PCT/EP2023/085646 EP2023085646W WO2024126598A1 WO 2024126598 A1 WO2024126598 A1 WO 2024126598A1 EP 2023085646 W EP2023085646 W EP 2023085646W WO 2024126598 A1 WO2024126598 A1 WO 2024126598A1
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WO
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heat
conducting
coupling
heat exchanger
carrier
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PCT/EP2023/085646
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Inventor
Johannes Scherer
Jürgen Falkenstein
Florian Scherer
Original Assignee
Johannes Scherer
Falkenstein Juergen
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Publication date
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    • F24S10/75Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits with enlarged surfaces, e.g. with protrusions or corrugations
    • F24S10/753Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits with enlarged surfaces, e.g. with protrusions or corrugations the conduits being parallel to each other
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    • F24S2025/6003Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules by clamping

Definitions

  • the present invention is in the technical field of heat exchangers in buildings, industrial plants and photothermal systems and particularly relates to a building-integrated photovoltaic and photothermal system.
  • a range of combined photovoltaic and photothermal modules are available on the market.
  • a heat exchanger with plastic pipes is attached to the back of photovoltaic modules, which can cool the photovoltaic modules and provide heat energy for consumers.
  • These combined modules can, for example, be mounted on supports on an existing roof and connected to the respective control elements in the building via power cables/hoses.
  • the invention relates to a heat exchanger construction for exchanging heat with a liquid heat transfer medium.
  • the heat exchanger construction comprises a heat-conducting profile, a carrier and a carrier element.
  • the heat-conducting profile carries a fluid line for the liquid heat transfer medium, wherein the fluid line extends along a guide direction, wherein the heat transfer medium flows through the fluid line along the guide direction during operation of the heat exchanger construction, and wherein the heat-conducting profile further comprises a coupling rail which extends along the guide direction.
  • the carrier extends perpendicular to the guide direction and is designed to carry the heat-conducting profile.
  • the carrier element is designed to be attached to the carrier and comprises a guide section which is designed to engage with the coupling rail of the heat-conducting profile in order to hold the heat-conducting profile movably over the carrier along the guide direction.
  • the carrier element further comprises a hook section which engages with the carrier in a force-fitting and/or form-fitting manner.
  • the at least one heat-conducting profile has a thermal conductivity of more than approximately 15 W/(m*K), and in particular a thermal conductivity of more than 50 W/(m*K), in particular more than 100 W/(m*K), preferably more than 150 W/(m*K), as in the case of aluminum, which can have a thermal conductivity of between approximately 75 W/(m*K) and approximately 235 W/(m*K), or copper.
  • the heat-conducting profile can be mounted on the carrier in a simple manner by means of the carrier element, since the carrier element can be moved in the coupling rail along the guide direction to a desired carrier position and can engage with the carrier by means of the hook section in order to fasten the carrier element to the carrier and form the heat exchanger structure.
  • the carrier element can engage with the carrier along the guide direction in order to form the force-fitting and/or form-fitting connection.
  • the carrier can structurally support the heat-conducting profile directly or via the carrier element and can be designed to fasten the heat exchanger structure to a support structure.
  • the hook portion of the carrier element comprises a U-shaped receptacle for receiving the carrier, wherein the U-shaped receptacle receives the carrier in particular along the guide direction in order to mechanically couple the heat-conducting profile to the carrier.
  • the heat exchanger construction additionally has a rigid holder between the heat-conducting profile and a second carrier at a fastening position, wherein in the event of thermal expansion or contraction, parts of the heat-conducting profile move along the guide direction relative to the rigid holder.
  • the second carrier which is rigidly connected to the heat-conducting profile via the rigid holder, such as a rigid connection by means of a screwed intermediate piece, can run parallel to the other carrier and be spaced apart from it along the guide direction.
  • a relative movement of the heat-conducting profile along the guide direction can be limited by a securing element, for example a stop element in the coupling rail, which can be screwed to the heat-conducting profile in order to limit a maximum possible relative movement between the heat-conducting profile and the carrier.
  • a stop element can be provided on one side of the heat-conducting profile, which can strike against one side of the heat-conducting profile along the guide direction.
  • the heat exchanger structure can be formed from comparatively few heat-conducting profiles, which can be formed over a wide extent of the fluid line, so that the heat exchanger structure can have a comparatively small number of fluid connections.
  • the fluid line and the heat-conducting profile can have essentially the same extent along the guide direction.
  • the fluid line is formed integrally with the heat-conducting profile.
  • the heat-conducting profile can be a metallic profile in which channels are formed to provide fluid lines for the heat transfer medium.
  • the heat-conducting profile is made of aluminum, titanium zinc, steel or copper.
  • An aluminum profile with integrated fluid lines can be easily obtained, for example, by extrusion or impact molding.
  • a fluid line formed in one piece with the heat-conducting profile allows a high thermal conductivity between the heat transfer medium in the fluid line and the heat-conducting profile.
  • separate fluid lines can be coupled to the heat-conducting profile, e.g. metal pipes, which are held positively and/or non-positively to the heat-conducting profile and can be thermally coupled to the heat-conducting profile by means of clamping forces.
  • the heat-conducting profile has a clamp portion, wherein the clamp portion engages the fluid line in a force-fitting and/or form-fitting manner in order to support the fluid line.
  • the coupling rail is preferably formed by protruding sections of the heat-conducting profile, into which the carrier element can engage with the guide section and which extend along the guide direction to form a guide for the carrier element.
  • the coupling rail comprises a protruding hook portion which runs along the guide direction and protrudes from the heat-conducting profile perpendicular to the guide direction, wherein the guide portion of the carrier element engages with the protruding hook portion of the coupling rail in order to hold the carrier element movably along the guide direction on the heat-conducting profile.
  • the carrier element can support the heat-conducting profile, wherein an extension of the guide section of the carrier element along an engagement direction is smaller than a corresponding dimension of the coupling rail of the heat-conducting profile, so that the heat-conducting profile can guide over the carrier element.
  • the guide section comprises a friction-reducing layer, wherein in particular a surface of the guide section is anodized.
  • a surface of an aluminum carrier element can be anodized to provide a resilient guide section with a reduced coefficient of friction.
  • a friction-reducing layer can be applied to a metallic carrier element in a material-, force- and/or form-fitting manner in order to reduce an effective coefficient of friction between the coupling rail and the carrier element and/or to increase the longevity of the carrier element.
  • a cross section of the guide section along the guide direction has a round profile which engages with the coupling rail.
  • the guide portion may have a rod-shaped segment at an engagement position for supporting and/or holding the heat-conducting profile, which extends along the guide direction in order to keep the heat-conducting profile movable.
  • the carrier element comprises an adapter shell which at least partially encloses the guide section and engages with the coupling rail.
  • the guide section is designed to be suspended in the coupling rail, wherein the suspension of the guide section in the coupling rail can preferably be carried out by rotating the carrier element about an axis of rotation parallel to the guide direction.
  • the carrier element can have a hook-shaped portion which can engage with a hook portion of the heat-conducting profile in the coupling rail, so that by laterally hanging the carrier element into the coupling rail and then turning the carrier element into an orientation in which the carrier element protrudes substantially perpendicularly from the coupling rail, a positive engagement between the guide portion and the coupling rail can be established, which can prevent removal of the carrier element without rotation thereof.
  • the guide section comprises two coupling wings which are spaced apart from one another perpendicular to the guide direction, wherein the coupling wings engage with opposite sides of the coupling rail when the carrier element is hooked into the coupling rail, wherein the hooking of the guide section into the coupling rail can preferably be carried out by bringing the coupling wings of the carrier element closer together, wherein an internal restoring force of the carrier element brings the coupling wings into engagement with the opposite sides of the coupling rail.
  • the carrier element further comprises a clamping wing portion protruding between the guide portion and the hook portion, wherein the clamping wing portion is configured to be elastically deformed upon engagement between the carrier, the heat-conducting profile and the carrier element in order to press the carrier against the heat-conducting profile.
  • the carrier element can further comprise a clamping wing portion protruding in the direction of the guide portion in the region of the hook portion, which can deviate along an extension direction of the connecting portion of the carrier element in order to exert a restoring force on the carrier.
  • the clamping wing portion may extend at an angle relative to an extension direction of the connecting portion and may be bent downwards when the carrier and the carrier element are brought into engagement in order to subsequently support contact between the carrier and the heat-conducting profile by a clamping force.
  • the carrier element further comprises a locking element which is designed to be elastically deformed when the carrier and the carrier element are brought into engagement in order to permit the engagement, and is further designed to strike against a flank of the carrier facing away from the connecting portion when the carrier and the carrier element are engaged.
  • the locking element can also deflect along an extension direction of the connecting portion of the carrier element to allow engagement and then relax to form a positive lock for disengaging the carrier and the carrier element.
  • the carrier element further comprises a bulge and/or a groove section which is designed to engage in a form-fitting manner with a groove section or a bulge of the carrier.
  • the heat-conducting profile has a large aspect ratio, with a long side extending along the guide direction and a short side running perpendicular thereto, so that an absolute thermal expansion or contraction along the guide direction is greatest and can be at least partially compensated by the movable engagement between the carrier element and the heat-conducting profile.
  • the heat-conducting profile has a substantially rectangular basic shape, wherein the guide direction corresponds to a long side of the heat-conducting profile, and a direction perpendicular to the guide direction corresponds to a short side of the heat-conducting profile, wherein the short side is shorter than the long side and wherein a ratio of an extension of the long side and an extension of the short side is in particular at least two, preferably at least three and preferably at least four.
  • a substantially rectangular basic shape with a large aspect ratio can be formed by the heat-conducting profile having two sides perpendicular to one another, which differ in length by a factor greater than two.
  • the person skilled in the art will understand that a western rectangular basic shape does not have to have completely continuous edges or right-angled corners, but can also have rounded or partially recessed sections without the heat-conducting profile deviating significantly from a substantially rectangular basic shape.
  • the heat-conducting profile can be a structural support element of the heat exchanger construction and can carry holding elements for thermal coupling to a heat source.
  • the heat-conducting profile is a heat-conducting hollow carrier with integrated channels for the liquid heat transfer medium.
  • the heat-conducting hollow beam can, for example, carry metallic sheets, such as aluminum sheets, to which photovoltaic modules can be coupled, or photovoltaic modules with a heat-conducting basic structure, such as an aluminum frame, can be attached to a plurality of parallel heat-conducting hollow beams.
  • the heat-conducting hollow beam can form a heat exchanger surface which is essentially defined by the long side and the short side and is opposite the coupling rail in order to directly absorb heat from a heat source, such as a photovoltaic module mounted on the heat-conducting profile.
  • a heat source such as a photovoltaic module mounted on the heat-conducting profile.
  • the heat exchanger surface can be continuous and, for example, have a constant curvature in order to thermally couple to a corresponding surface of the heat source.
  • a composite heat exchanger surface can be formed by a plurality of heat-conducting profiles, which can be mounted adjacent to one another and can each have a flat heat exchanger surface opposite the coupling rail.
  • a flat heat exchanger surface can simplify thermal coupling to a usually flat photovoltaic module, wherein the photovoltaic module can overlap a plurality of heat-conducting profiles.
  • thermal stresses can be at least partially compensated by the movable mounting of the heat-conducting profile via the carrier element.
  • the heat-conducting profile comprises a first coupling section and a second coupling section on opposite sides, wherein the first coupling section is designed to engage with the second coupling section of an adjacent heat-conducting profile in a force-fitting and/or form-fitting manner, so that the first coupling section of the heat-conducting profile and the second coupling section of the adjacent heat-conducting profile form a continuous connection between the heat-conducting profiles.
  • the continuous connection is preferably waterproof in order to be able to provide a continuous waterproof heat exchanger surface using a plurality of connected heat-conducting profiles, e.g. for a building envelope with an integrated solar system.
  • the first coupling portion receives the second coupling portion in order to form, in particular, a watertight connection.
  • the first coupling section can enclose the second coupling section so that the second coupling section is locked into the first coupling section during assembly.
  • the second coupling section can be held in a form-fitting manner in the first coupling section, wherein the first coupling section preferably holds the second coupling section in a force-fitting manner so that a clamping connection is created.
  • the first coupling portion of the heat-conducting profile and the second coupling portion of the adjacent heat-conducting profile form a watertight channel between the heat-conducting profiles, wherein the watertight channel runs along the guide direction.
  • first coupling section and the second coupling section may be substantially U-shaped and engage with each other along a surface normal of the heat exchanger surface to form watertight bulges or grooves between the adjacent heat-conducting profiles which run along the guide direction and can protrude or be recessed along the surface normal of the heat exchanger surface.
  • the watertight channel is preferably open in the direction of the heat exchanger surface in order to allow constructive drainage of rain and/or to provide a screw channel for fastening components to the heat exchanger surface.
  • first coupling portion and the second coupling portion have a U-shaped cross section along the guide direction, wherein the U-shaped cross section of the second coupling portion is received by the U-shaped cross section of the first coupling portion when the first coupling portion and the second coupling portion are engaged.
  • the continuous connection between the adjacent heat-conducting profiles has a recessed portion such that a gap is formed between the adjacent heat-conducting profiles, the gap exposing the recessed portion.
  • the recessed section can be open towards an upper side of the heat-conducting profile, so that the recessed section can form the watertight channel.
  • the gap can make it possible to compensate for a thermal transverse expansion of the heat-conducting profiles with respect to the guide direction, so that a heat exchanger surface of the heat-conducting profiles can essentially retain its shape, in particular a flat shape, in the event of temperature fluctuations.
  • a groove element engages in the gap and connects the adjacent heat-conducting profiles, wherein the groove element in particular mechanically couples opposing projections of the adjacent heat-conducting profiles, wherein the projections define the gap, and wherein the groove element is preferably configured to attach a component to a surface of the heat-conducting profiles
  • the groove element can firmly anchor the adjacent heat-conducting profiles to one another, so that a rigid connection between the heat-conducting profiles can be created at certain points on the heat exchanger structure.
  • the rigid connection can increase the structural rigidity of the heat exchanger structure.
  • the groove element can provide a flexible fastening option for heat sources, such as solar modules, on the heat exchanger structure, so that the heat exchanger structure does not have to be drilled through in order to attach external components to it.
  • a building-integrated PVT system can be formed from a plurality of preformed heat-conducting standard profiles and manufactured with simple installation steps.
  • the groove element can, for example, comprise a fastening section to attach the external component to the heat exchanger structure.
  • the first coupling section and the second coupling section engage with each other so that a positive clamping connection is established between the adjacent heat-conducting profiles.
  • the second coupling portion comprises a groove for receiving an end portion of the first coupling portion, such that the first coupling portion is held force-fittingly and/or positively on the second coupling portion when the adjacent heat-conducting profiles are connected at a predetermined angle to each other by the coupling portions.
  • the first coupling portion comprises a groove for receiving an end portion of the second coupling portion, such that the first coupling portion is held force-fittingly and/or positively on the second coupling portion when the adjacent heat-conducting profiles are connected at a predetermined angle to each other by the coupling portions.
  • a force-fitting and/or form-fitting connection between the adjacent heat-conducting profiles can make it possible to compensate for mechanical stresses that can arise due to thermal expansion or contraction of the heat-conducting profiles by compressing or stretching the coupling sections.
  • an effective elasticity coefficient of the coupling sections can be lower than an effective elasticity coefficient of a middle section of the heat-conducting profiles in a plane of the heat exchanger surface in order to avoid deformation of the heat exchanger surface.
  • the heat exchanger structure comprises a plurality of adjacent heat-conducting profiles, which are laterally connected to one another by the engagement of the first coupling section and the second coupling section of adjacent heat-conducting profiles, wherein the continuous connection is designed to form an elastic connection between the adjacent heat-conducting profiles, so that in the event of an expected thermal expansion or contraction of the plurality of adjacent heat-conducting profiles during operation of the heat exchanger structure, the elastic connection is compressed or stretched in order to compensate for the thermal expansion or contraction of the plurality of adjacent heat-conducting profiles.
  • the engagement of the coupling sections can allow a relative expansion or contraction of the adjacent heat-conducting profiles which corresponds to 1%, in particular 3%, preferably 5%, of the extension of the short side of the heat-conducting profile.
  • the heat-conducting profile forms a heat exchanger surface for exchanging heat with a heat source, which is arranged on a side of the heat-conducting profile opposite the fluid line.
  • the heat exchanger surface can be varied depending on the application area of the
  • Heat exchanger construction can be designed differently and especially adapted to the application location. For example, an application of
  • Heat exchanger construction for the use of waste heat e.g. in subway tunnels or industrial plants, has protruding fins on a side opposite the fluid line in order to increase the effective area of the heat exchanger surface.
  • the heat exchanger surface can also be curved to allow it to be adapted to the geometry of the subway tunnel.
  • the heat exchanger surface is preferably flat to allow a direct surface coupling of the heat-conducting profile to a corresponding rear surface of a photovoltaic module.
  • the heat exchanger surface forms a plane for the surface attachment of a corresponding surface of the heat source.
  • surfaces of adjacent heat-conducting profiles define a continuous heat exchanger surface, wherein the surfaces of the adjacent heat-conducting profiles in particular form a flat heat exchanger surface for fastening a heat source on a plurality of the adjacent heat-conducting profiles.
  • a heat source can thus be attached to a plurality of adjacent heat-conducting profiles, so that the heat source, such as a photovoltaic module, does not have to be adapted to the dimensions of the heat-conducting profiles.
  • the first aspect relates to a solar system for combined power and heat generation, in particular for a building roof or a building wall, which comprises the heat exchanger construction according to one of the preceding embodiments and at least one photovoltaic module which is arranged on a heat exchanger surface which is surrounded by heat-conducting profiles of the Heat exchanger structure is formed or supported so that heat flows from the photovoltaic module through the heat-conducting profile to the fluid line.
  • the solar system can be part of a building shell or be attached above a building shell. In principle, however, the solar system can also be used on an open space, a balcony or a fence.
  • the photovoltaic module is attached to the heat-conducting profiles, or a photoactive layer is vapor-deposited or glued onto the heat-conducting profiles.
  • the photovoltaic module can lie flat on the heat exchanger surface of the heat-conducting profile so that a direct heat transfer can be achieved between the heat-conducting profile and the photovoltaic module.
  • the photovoltaic module can be attached to the heat-conducting profile via a metallic frame surface or can be applied directly to the heat-conducting profile, for example in the case of a glass-foil or a glass-glass module.
  • the photovoltaic module can be clamped against the heat-conducting profile and/or connected to the photovoltaic module by an adhesive bond.
  • heat-conducting intermediate layers can be arranged between the solar module and the heat-conducting profile in order to compensate for different thermal expansion coefficients of the solar module and the heat-conducting profile.
  • a photoactive layer can be vapor-deposited or layered onto the heat-conducting profile so that the heat-conducting profile can form a combined photothermal and photovoltaic module.
  • the heat exchanger structure comprises a plurality of heat-conducting profiles arranged adjacent to each other to form a flat heat exchanger surface.
  • the photovoltaic module overlaps a plurality of adjacent heat-conducting profiles.
  • the first aspect relates to a wall and/or roof construction for a building with a heat exchanger construction or a solar system according to one of the preceding embodiments, wherein a plurality of heat-conducting profiles form or support a building envelope of the building.
  • the heat-conducting profiles can in particular form covering elements of a roof structure or a wall structure in order to provide a building-integrated PVT system.
  • the majority of heat-conducting profiles run perpendicular or parallel to the ridge line of the building.
  • the guide direction of the heat exchanger structure for a roof structure can be perpendicular to the ridge line, so that coupling sections of adjacent heat-conducting profiles run perpendicular to the ridge line and water can drain from the roof structure along the coupling sections.
  • the heat-conducting profiles can run continuously between the ridge and the eaves of a pitched roof, whereby the fluid line can be coupled to an inflow and outflow line in the area of the ridge and in the area of the eaves.
  • the guide direction can run essentially along the direction of gravity in order to be able to drain water equally along connecting sections between adjacent heat-conducting profiles.
  • the invention relates to a method for providing a device according to the first aspect.
  • the method comprises providing a substructure with a plurality of supports, hooking the support element into the coupling rail of the heat-conducting profile, and fastening the support element to one of the supports by engaging the hook portion of the support element with the support.
  • the method further comprises displacing the carrier element along the guide direction to move the carrier element towards a fastening position with respect to the carrier.
  • the carrier element can then be brought into force- and/or form-fitting engagement with the carrier by forcing the hook portion of the carrier element into engagement with the carrier by external force.
  • the method further comprises attaching a second heat-conducting profile to the heat-conducting profile via complementary lateral coupling sections of the heat-conducting profile and the second heat-conducting profile, wherein the coupling sections run along a longitudinal side of the heat-conducting profiles along the guide direction.
  • the heat-conducting profile and the second heat-conducting profile are preferably designed to be substantially uniform, wherein coupling sections on opposite longitudinal sides of the heat-conducting profiles are arranged to engage with one another in a force-fitting and/or form-fitting manner, wherein in particular a first coupling section of a heat-conducting profile is arranged on a longitudinal side of the heat-conducting profile, a second coupling section on an opposite longitudinal side of a second heat-conducting profile of the same shape.
  • attaching the second thermally conductive profile to the thermally conductive profile comprises engaging the complementary lateral coupling portions of the thermally conductive profile and the second thermally conductive profile, wherein an orientation of the thermally conductive profile and the second thermally conductive profile differs about the guide direction, and rotating the second thermally conductive profile about the guide direction such that the complementary lateral coupling portions of the thermally conductive profile and the second thermally conductive profile engage.
  • the method further comprises fastening the heat-conducting profile to the substructure at a fastening point of the heat-conducting profile so that a firm connection is established between the substructure and the heat-conducting profile, wherein the heat-conducting profile thermally deforms during operation starting from the fastening position.
  • the method further comprises connecting the fluid line to an inflow line and an outflow line for the liquid heat transfer medium at opposite ends of the heat-conducting profile.
  • the method further comprises attaching a photovoltaic module to a heat exchanger surface of the heat-conducting profile.
  • the invention relates to a method for providing a roof and/or wall structure for combined power and heat generation.
  • the method comprises attaching a substructure to a supporting roof and/or wall structure, wherein the substructure comprises a plurality of parallel heat-conducting profiles with fluid lines for a liquid heat transfer medium, which are attached to the supporting wall and/or roof structure via the supports.
  • the fluid lines are coupled to fluid connections in order to introduce the heat transfer medium at a first end of the heat-conducting profiles and to discharge it at a second opposite end of the heat-conducting profiles.
  • the heat-conducting profiles can form parts of the building envelope, in particular by connecting the majority of heat-conducting profiles to one another in a watertight manner to form a closed surface.
  • the heat-conducting profiles can be used to attach cover and/or support elements, which are attached above the heat-conducting profiles and are thermally coupled with them.
  • the heat-conducting holding elements can be heat-conducting sheets, e.g. made of aluminum, copper, titanium zinc or steel, which can enclose a building shell.
  • the method comprises attaching a plurality of heat-conducting profiles to the substructure, and attaching heat-conducting sheets to the plurality of heat-conducting profiles to form a heat exchanger surface.
  • Photovoltaic modules can be attached to the heat exchanger surface and are thermally coupled to the fluid lines via the heat-conducting profiles.
  • the photovoltaic modules can therefore be cooled via a heat transfer medium in the fluid lines, while the return flow can be used to supply consumers in the building.
  • the method includes connecting a fluid circuit to the fluid ports of the heat-conducting profiles for cooling the at least one heat-conducting cover element.
  • connection of the fluid circuit to the fluid connections can be carried out in a separate step before or after the photovoltaic modules are attached, e.g. by a heating engineer, whereby the fluid lines of the heat-conducting profiles are connected in a suitable manner to a heat transfer circuit and the roof or wall can be closed.
  • the method further comprises connecting the ends of the fluid lines of a plurality of the heat-conducting profiles to a connecting line that runs perpendicular to the heat-conducting profiles.
  • the roof structure defines a pitched roof and the plurality of parallel heat-conducting profiles are attached perpendicular to the ridge line thereof.
  • the roof construction can be understood as the supporting structure of a roof, while the roof covering protects against precipitation, wind and sun and can structurally drain rain on the pitched roof via the roof slope.
  • the ridge line is a mostly horizontal upper edge of the roof.
  • the expert recognizes that with pitched roofs, such as pent, gable, tailcoat or hip roofs, not every roof surface needs to include heat-conducting profiles. Instead, it is possible to equip only one or more roof surfaces facing the sun with a roof structure with an integrated PVT module, while other roof surfaces can be covered with conventional (sheet metal) roof coverings.
  • the fluid connections can be connected to a fluid circuit in the area of the ridge/eaves.
  • the heat-conducting profiles provide substantially flat mounting surfaces and the photovoltaic modules are held on the flat mounting surfaces in physical contact with the heat-conducting profiles.
  • the above description provides various examples that allow the integration of a combined photovoltaic and photothermal system into a building envelope.
  • the invention can also be implemented by attaching the heat-conducting profiles outside the building envelope via support elements such as roof or wall hooks.
  • the invention relates to a heat exchanger construction for exchanging heat with a liquid heat transfer medium.
  • the heat exchanger construction comprises a plurality of heat-conducting profiles.
  • the heat-conducting profiles carry a fluid line for the liquid heat transfer medium and are thermally coupled to the fluid line, wherein the fluid line extends along a guide direction and wherein the heat transfer medium flows through the fluid line along the guide direction during operation of the heat exchanger construction.
  • the heat-conducting profiles each comprise a first coupling section and a second coupling section on opposite sides, wherein the first coupling section is configured to engage with the second coupling section of an adjacent heat-conducting profile in a force-fitting and/or form-fitting manner, so that the coupling sections of adjacent heat-conducting profiles form an elastic connection between the adjacent heat-conducting profiles, so that in the event of an expected thermal expansion or contraction of the majority of adjacent heat-conducting profiles during operation of the heat exchanger structure, the elastic connection is compressed or stretched in order to compensate for the thermal expansion or contraction of the majority of adjacent heat-conducting profiles.
  • Each heat-conducting profile may carry and/or comprise a respective fluid conduit and the heat exchanger construction may comprise any combination of the features of the first aspect.
  • the heat-conducting profile further comprises a coupling rail which extends along the guide direction.
  • the heat exchanger construction further comprises a carrier which extends perpendicular to the guide direction and is adapted to carry the heat-conducting profile, and a Support element which is designed for attachment to the support and comprises a guide portion which is configured to engage with the coupling rail of the heat-conducting profile in order to hold the heat-conducting profile movable over the support along the guide direction.
  • the first coupling section and the second coupling section are each arranged on a longitudinal side of the heat-conducting profiles, which extends along the guide direction of the respective heat-conducting profiles, wherein the longitudinal side is in particular longer than a short side of the heat-conducting profiles running perpendicular thereto.
  • surfaces of adjacent heat-conducting profiles define a continuous heat exchanger surface, wherein the surfaces of the adjacent heat-conducting profiles in particular form a flat heat exchanger surface for fastening a heat source on a plurality of the adjacent heat-conducting profiles.
  • Fig. i shows a plan view of an exemplary structure of a device for combined power and heat generation
  • Fig. 2 shows an example of a heat exchanger design with integrated fluid lines
  • Fig. 3A-D show examples of a support element with a guide portion and a hook portion
  • Fig. 4A shows another example of a heat exchanger construction
  • Fig. 4B shows a side view of the heat exchanger construction of Fig. 4A along the guide direction;
  • Fig. 5 shows an example of a schematic mechanical simulation of a support element
  • Fig. 6A shows another example of a support element
  • Fig. 6B shows an example of a heat exchanger construction with the support element of Fig. 6A
  • Fig. 7A shows another example of a support element
  • Fig. 7B shows an example of a heat exchanger construction with the support element from Fig. 7A according to a schematic side view
  • Fig. 8A shows another example of a support element
  • Fig. 8B shows an example of a heat exchanger construction with the support element from Fig. 8A according to a schematic side view
  • Fig. 8C shows an example of a heat exchanger construction with the support element of Fig. 8A;
  • Fig. 9 shows a cross section of a heat-conducting profile according to an example
  • Fig. 10 shows an example of adjacent heat-conducting profiles connected to a groove element
  • Fig. 11 shows an exemplary method for providing a heat exchanger structure
  • Fig. 12A, B show another example of a heat exchanger construction 22.
  • Fig. 1 shows a plan view of an exemplary structure 10 of a device for combined power and heat generation, for example as a roof structure for a pitched roof of a building and/or wall structure for installation above a building wall.
  • the structure 10 comprises at least one metallic heat-conducting support element 12, which in Fig.i forms a continuous building shell, such as a roof skin or a facade of a building, and supports a plurality of photovoltaic modules 14.
  • a plurality of adjacent support elements 12 can be connected to form a composite support element 12.
  • the support elements 12 can allow a structural drainage of rain along a vertical direction and can in this way also replace a conventional roof covering or facade.
  • a plurality of fluid lines 16 extend beneath the holding elements 12, which carry a heat transfer medium from an inflow line 18 to a discharge line 20 and are thermally coupled to the holding elements 12 in order to be able to absorb heat from the holding elements 12.
  • the inflow line 18 and the discharge line 20 can extend perpendicular to the fluid lines 16 and can be coupled to the fluid lines 16 at the respective opposite longitudinal ends of the fluid lines 16, so that the Heat transfer medium can be led from the inlet line 18 through the fluid lines 16 into the outlet line 20.
  • the photovoltaic modules 14 are attached to the support elements 12 and thermally coupled to the support elements 12 so that heat can be conducted from the photovoltaic modules 14 through the support elements 12 to the fluid lines 16.
  • the flow of the heat transfer medium through the fluid lines 16 can therefore cool the photovoltaic modules 14 and provide a heated heat transfer medium for use in the building.
  • the heat-conducting holding elements 12 should preferably form a substantially flat heat-conducting support surface for the photovoltaic modules 14, so that a flat resting of the photovoltaic modules 14 on the heat-conducting holding elements 12 can be achieved.
  • the flat resting can allow sufficient heat transfer from the photovoltaic modules 14 to the fluid lines 16.
  • the heat-conducting holding elements 12 can be made of a metal with a comparatively high thermal conductivity, which is higher than the thermal conductivity of steel, for example more than approximately 15 W/(m*K), and in particular has a thermal conductivity of more than 50 W/(m*K), in particular more than 100 W/(m*K), preferably more than 150 W/(m*K), as in the case of aluminum, which can have a thermal conductivity between approximately 75 W/(m*K) and approximately 235 W/(m*K), or copper.
  • a metal with a comparatively high thermal conductivity which is higher than the thermal conductivity of steel, for example more than approximately 15 W/(m*K), and in particular has a thermal conductivity of more than 50 W/(m*K), in particular more than 100 W/(m*K), preferably more than 150 W/(m*K), as in the case of aluminum, which can have a thermal conductivity between approximately 75 W/(m*K) and approximately 235 W/(m*K), or copper.
  • the fluid lines 16 can be integrated with the holding elements 12 so that heat can be transferred directly from the holding element 12 to the heat transfer medium.
  • the holding elements 12 can extend essentially from the ridge to the eaves of a pitched roof or run continuously along a vertical extension of a building wall, even over several floors of a building, so that fluid connections may only be necessary on opposite sides of the holding elements 12.
  • Fig. 2 shows an example of a heat exchanger construction 22 with integrated fluid lines 16, which can be designed to support the photovoltaic modules 14.
  • the heat exchanger construction 22 comprises a heat-conducting profile 24, which can be supported by a support 28 of a substructure via a support element 26.
  • the heat-conducting profile 24 carries a fluid line 16, which can be formed integrally with the heat-conducting profile 24, such as by jointly forming the heat-conducting profile 24 and the fluid line 16, for example by extruding or impact molding the heat-conducting profile 24 with integrated fluid line 16 made of aluminum.
  • the heat-conducting profile 24 can form or support the holding element 12, wherein a photovoltaic module 14 can rest flat on a heat exchanger surface 30 of the heat-conducting profile 24, which preferably forms a flat plane with the surface normal N.
  • the photovoltaic module 14 can be arranged on a first side of the heat-conducting profile 24, which is opposite a second side of the heat-conducting profile 24, on which the heat-conducting profile 24 is connected to the carrier 28 via the carrier element 26.
  • the heat-conducting profile 24 has a coupling rail 32, which forms a receiving space for the carrier element 26 and comprises a hook section 34, in which a guide section 36 of the carrier element 26 engages in order to hold the carrier element 26 movably along a guide direction 38 of the coupling rail 32.
  • the receiving space can have an undercut section in order to hold the carrier element 26 in a form-fitting manner and in particular have an FL-shaped cross-section, which can have hook sections 34 on both sides for holding a carrier element 26 in a form-fitting manner.
  • the carrier element further comprises a hook portion 40 which engages with the carrier 28 in a force-fitting manner and positively prevents a relative movement of the carrier 28 and the carrier element 26 along the surface normal N.
  • the hook section 40 of the carrier element 26 can form a receptacle for the carrier 28, which holds the carrier 28 at a predetermined distance from the heat-conducting profile 24.
  • the guide section 36 of the carrier element 26 can be designed to engage with the coupling rail 32 in order to clamp the carrier 28 against an underside of the heat-conducting profile 24. Accordingly, the carrier 28 can be held in a force-fitting manner between the hook section 40 of the carrier element 26 and the underside of the heat-conducting profile 24, wherein the underside of the heat-conducting profile 24 can exert a clamping force on the carrier 28.
  • an intermediate layer (not shown) made of an elastic material is provided between the hook portion 40 of the carrier element 26 and the carrier 28, such as an insert made of a rubber material, e.g. synthetic rubber, which can be clamped between the carrier 28 and the hook portion 40, wherein the intermediate layer can increase friction between the carrier element 26 and the carrier 28 and/or can partially compensate for manufacturing tolerances or thermal expansion of the carrier element 26 and the carrier 28.
  • an intermediate layer made of an elastic material is provided between the hook portion 40 of the carrier element 26 and the carrier 28, such as an insert made of a rubber material, e.g. synthetic rubber, which can be clamped between the carrier 28 and the hook portion 40, wherein the intermediate layer can increase friction between the carrier element 26 and the carrier 28 and/or can partially compensate for manufacturing tolerances or thermal expansion of the carrier element 26 and the carrier 28.
  • the heat exchanger structure 22 can be provided by first attaching the carrier 28 to a support structure, such as a substructure or a rafter layer of a roof, and then bringing the underside of the heat-conducting profile 24 closer to the carrier 28.
  • the carrier element 26 can engage in the coupling rail 32 of the heat-conducting profile 24 and be guided along the guide direction 38 to the carrier 28, so that an open side of the hook section 40 is opposite the carrier 28.
  • the carrier element 26 can then be brought into engagement with the carrier 28 by external force, wherein the hook section 40 is pushed over the carrier 28 in order to produce a force-fitting connection between the carrier element 26 and the carrier 28.
  • the hook section 40 has a projection (not shown) which additionally produces a positive engagement of the carrier element 26 and the carrier 28.
  • the carrier element 26 and the carrier 28 can be brought into engagement, for example, by striking the carrier element 26 against the carrier 28 with a hammer.
  • the carrier element 26 can elastically deform the carrier element 26, and an internal restoring force of the carrier element 26 can clamp the carrier 28 via the hook portion 40.
  • the carrier element 26 is elastically deformed in the heat exchanger structure 22 in order to hold the carrier 28 in a frictional manner.
  • the person skilled in the art understands that by choosing the geometry and/or the material accordingly, he can provide a predetermined clamping force with which the carrier 28 is held by the carrier element 26.
  • the heat exchanger construction 22 cannot be limited to a predetermined geometric configuration between the carrier 28 and a fastening point on the heat-conducting profile 24. Instead, the heat exchanger construction 22 can basically be used for any position of the carrier 28 and can thus be used in a variety of ways.
  • the heat exchanger construction 22 should allow a relative movement between the support element 26 and the heat-conducting profile 24 along the guide direction 38 so that a thermal expansion or contraction of the heat-conducting profile 24 along the guide direction 38 can be compensated.
  • an effective coefficient of friction between the heat-conducting profile 24 and the carrier element 26 is lower than a corresponding effective coefficient of friction between the carrier element 26 and the carrier 28, so that the heat-conducting profile 24 is held essentially rigidly perpendicular to the guide direction 38.
  • the different effective coefficients of friction can be achieved by a corresponding design of the hook section 40 of the carrier element 26 and/or the carrier 28, e.g. by providing a friction-increasing insert between the carrier element 26 and the carrier 28, as described above.
  • the guide portion 36 and/or the hook portion 34 may be configured to reduce effective friction between the carrier element 26 and the heat-conducting profile 24.
  • Fig. 3A-D show examples of a carrier element 26 with a guide section 36 and a hook section 40.
  • Fig. 3A shows a side view of a carrier element 26
  • Fig. 3B shows a cross section of the carrier element 26 from Fig. 3A along the guide direction 38
  • Fig. 3C, 3D show further possible designs of the carrier element 26 based on cross sections along the guide direction 38.
  • the guide section 36 is hook-shaped so that it can engage with the hook section 34 of the coupling rail 32, wherein the carrier element 26 can be inserted laterally into the coupling rail 32 and then rotated about an axis of rotation along the guide direction 38 in order to bring the guide section 36 into engagement with the hook section 34.
  • the carrier element 26 can also be inserted at one end of the heat-conducting profile 24 and moved along the guide direction 38 towards a fastening position.
  • the carrier element 26 further comprises a hook portion 40 which is designed for positive and/or non-positive engagement with the carrier 28.
  • the hook portion 40 comprises a projection 42 with an inclined guide side 44.
  • the guide portion 36 of the support member 26 may include a hook-shaped head portion 46 which engages with the hook portion 34 of the coupling rail 32.
  • the hook-shaped head portion 46 is connected to the hook portion 40 via a curved and/or oblique connecting portion 48 such that the hook portion 40 is substantially opposite the guide portion 36 in the heat exchanger structure 22.
  • the guide section 36 can have a friction-reducing layer, in particular be anodized, in order to allow a relative movement between the carrier element 26 and the heat-conducting profile 24.
  • the guide section 36 can have a round profile 50, which can be rod-shaped along the guide direction 38 in order to guide the carrier element 26 in the coupling rail 32 along the guide direction 38.
  • the guide portion 36 may comprise an adapter shell 52 which may lie between a structural core of the carrier element 26 and the coupling rail 32 of the heat-conducting profile 24 and which may reduce an effective friction coefficient between the coupling rail 32 and the guide portion 36.
  • Fig. 4A shows another example of a heat exchanger construction 22 with a carrier 28, a heat-conducting profile 24 and a carrier element 26, similar to the carrier element 26 from Fig. 3A.
  • Fig. 4B shows a side view of the heat exchanger construction 22 along the guide direction 38.
  • the heat-conducting profile 24 comprises an integrated fluid line 16 and also an integrated clamping device 54, which is designed to engage with a cylindrical tube in order to couple an additional fluid line 16 in a force-fitting and/or form-fitting manner to the heat-conducting profile 24.
  • the heat-conducting profile 24 further comprises a coupling rail 32 with two opposing hook sections 34 in order to receive a guide section 36 of the carrier element 26 and to keep it movable along the guide direction 38.
  • the carrier element 26 is suspended in the coupling rail 32 via the guide section 36 and clamps the carrier 28 against a bottom side 56 of the heat-conducting profile 24 via the hook section 40.
  • An elastic material (not shown) can be arranged between the carrier 28 and the carrier element 26, which increases friction between the carrier 28 in the carrier element 26 in order to prevent a displacement perpendicular thereto.
  • an insert made of a rubber material can be arranged between the carrier 28 and the carrier element 26.
  • the shape of the engagement between the carrier element 26 and the coupling rail 32 can allow tilting about an axis that runs along the guide direction 38, so that friction between the carrier 28 and the carrier element 26 can be increased in order to prevent a relative displacement between the carrier 28 and the carrier element 26.
  • a length of the guide section 34 can be greater than a height of the carrier element 26, so that at the same time a relative displacement along the guide direction 38 can not be inhibited or can be inhibited to a lesser extent.
  • the hook section 40 of the carrier element 26 is U-shaped in order to hold the carrier 28 between opposite flanks of the carrier element 26 in a force-fitting manner, in particular without the carrier 28 being clamped by the carrier element 26 against the underside 56 of the heat-conducting profile 24.
  • the engagement of the carrier element 26 and the carrier 28, and optionally the underside 56 of the heat-conducting profile 24, can allow a relative movement of the carrier 28 and the carrier element perpendicular to the guide direction 38, for example when an internal or external force overcomes a friction-related holding force between the carrier 28 and the carrier element 26 (and optionally the underside 56).
  • the engagement of the carrier element 26 and the carrier may comprise an elastic deformation of the carrier element 26, in particular a deformation of the hook portion 40, in order to receive the carrier 28 in a receptacle defined by the hook portion 40.
  • Fig. 5 shows an example of a schematic mechanical simulation of a carrier element 26 in three different configurations (shown superimposed), wherein the hook portion 40 of the carrier element is bent away from the guide portion 36 of the carrier element to slide the carrier element 26 along the guide direction 38 over the carrier.
  • the mechanical stress is illustrated by dashed profile lines on the carrier element 26 and shows a stress along the connecting portion 48 between the hook portion 40 and the guide portion 36.
  • the carrier element 26 of Fig. 4A-5 can be suspended with the guide section 36 in the coupling rail 32 by rotating the carrier element about a rotation axis along the guide direction 38.
  • the carrier element 26 can also be movably coupled to the coupling rail 32 in another way.
  • Fig. 6A shows another example of a support element 26 for a heat exchanger construction 22.
  • Figure 6B shows an example of a heat exchanger construction 22 with the support element 26 from Figure 6A.
  • the carrier element 26 comprises two coupling wings 26a, 26b, which each comprise guide sections 36a, 36b at a first end of the carrier element 26. At an opposite second end, the coupling wings 26a, 26b converge and form a hook section 40 with projections 42.
  • this mechanism can be supplemented by further elements, such as elastic elements (not shown) between the coupling wings 26a, 26b to increase the internal restoring force of the carrier element 26 and/or a locking element (not shown) that can be introduced between them to prevent the coupling wings 26a, 26b from coming closer together.
  • the heat-conducting profile 24 can be placed on the carrier 28.
  • the carrier element 26 can be brought into engagement with the coupling rail 32 of the heat-conducting profile 24 via the guide sections 36a, 36b either from one end of the heat-conducting profile 24 or by pressing the coupling wings 26a, 26b together from below.
  • the carrier element 26 can then be pushed against the carrier 28 along the guide direction 38 so that a force-fitting and/or form-fitting engagement can be established between the carrier element 26 and the carrier 28 in order to movably couple the heat-conducting profile 24 to the carrier 28 via the carrier element 26 along the guide direction 38.
  • the projection 42 of the carrier element 26 engages with a complementary recess 42c to provide a positive connection between the carrier element 26 and the carrier 28 along the guide direction 38.
  • Fig. 7A shows another example of a carrier element 26 with two coupling wings 26a, 26b for a heat exchanger construction 22.
  • Figure 7B shows an example of a heat exchanger construction 22 with the carrier element 26 from Figure 7A in engagement with a heat-conducting profile 24 and a carrier 28.
  • the carrier element 26 comprises clamping wing sections 41, which are provided on a side of the hook section 40 on the coupling wings 26a, 26b facing the carrier 28.
  • the clamping wing sections 41 each comprise a projection that is laterally angled with respect to the guide direction 38.
  • the projections on the hook sections 40 of the coupling wings 26a, 26b can each protrude laterally in opposite directions, for example facing away from the other coupling wing 26a, 26b.
  • the projections on the coupling wings 26a, 26b are each designed to be elastically deformed when engaging with a carrier 28, in particular to be bent away from the heat-conducting profile 24 or the carrier 28, and to exert a restoring force against an underside of the carrier 28 in the heat exchanger construction 22.
  • the clamping wing sections 41 are formed integrally with the carrier element 26 and a restoring force can result from the geometry of the clamping wing sections 41, wherein the geometry of the clamping wing sections 41 can comprise an initial angle between an extension direction of the respective clamping wing section 41 and the connecting section 48 between 0° and approximately 90°, for example between 20° and 85°, preferably between 45 ° and 80°.
  • the clamping wing sections 41 can be bent away from the carrier 28 to receive the carrier 28 in the hook section 40 and to secure the carrier 28 via an internal - '2 ⁇ -
  • the restoring force exerted by the clamping wing sections 41 in the heat exchanger construction 22 can increase a stability of the heat exchanger construction and in practice can be adjusted simply by geometric deformation of the carrier element 26.
  • an angle between an extension direction of the respective clamping wing section 41 and the connecting section 48 can be increased compared to the initial angle, for example by 2°, by 5 0 or by 5 0 or more, so that the carrier 28 is pressed against the heat-conducting profile 24 by the engagement with the carrier element 26.
  • the carrier element 26 shown in Fig. 7A further comprises a locking element 43 which is designed to be elastically deformed when the carrier element 26 and the carrier are brought into engagement in order to push the carrier element 26 over the carrier 28 and, when the carrier 28 and the carrier element 26 are engaged, to strike a flank of the carrier 28 along the guide direction 38 in order to positively prevent the carrier 28 and the carrier element 26 from being disengaged.
  • the locking element 43 can deflect downwards with respect to the carrier 28 or the heat-conducting profile 24 when it is brought into engagement and can have an engagement side that is inclined along the guide direction 38 in order to guide an evasive movement of the locking element 43 downwards when the carrier 28 and the carrier element 26 are brought into engagement.
  • the carrier element 26 comprises a reinforcing section 45 at a transition between the connecting section 48 and the hook section 40, which protrudes in the heat exchanger construction 22 in the direction of the carrier 28 and is designed to prevent the carrier element 26 from folding over or breaking when high lifting forces act on the heat-conducting profile 24, for example in a storm.
  • the carrier element 26 can thus be designed with a lower dead weight, while at the same time stability of the heat exchanger construction 22 can be ensured.
  • the reinforcing section 45 can provide a clearance between the carrier 28 and the carrier element 26.
  • Fig. 8A-8C shows another example of a support element 26 with two coupling wings 26a, 26b for a heat exchanger construction 22, wherein Figures 8B, 8C each show a schematic side view and a perspective view of an exemplary heat exchanger construction 22 with the support element 26 from Fig. 8A.
  • the carrier element 26 shown in Fig. 8A comprises locking elements 43 near the ends of the coupling wings 26a, 26b opposite the connecting portion 48 in the hook portion 40 of the carrier element 26.
  • the Locking elements 43 comprise oblique engagement sides in order to guide an evasive movement of the locking element downwards when a carrier 28 and the carrier element 26 are brought into engagement, and are designed to strike against a flank of the carrier 28 facing away from the connecting section 48 when the carrier element 26 and the carrier 28 engage in order to prevent the carrier 28 and the carrier element 26 from becoming disengaged.
  • the locking elements 43 further comprise engagement projections 43e which can protrude along the guide direction 38 in the direction of the connecting portion 48 and which can be configured to engage in corresponding grooves of the carrier 28 in order to positively couple the carrier 28 and the hook portion 40, as shown schematically in Fig. 8C.
  • the carrier element 26 shown in Fig. 8A comprises recessed groove sections 47 in the region of the hook section 40, which are designed to accommodate a bulge 49a of the carrier 28 in order to prevent a relative displacement of the carrier 28 and the carrier element 26.
  • the bulge 49a of the profile of the carrier 28 is accommodated between the groove section 47 and the locking element 43 in order to hold the carrier 28 in a force-fitting and/or form-fitting manner.
  • the carrier element 26 can, however, also have a groove section for accommodating other bulges 49b of the carrier 28, for example a bulge 49b which rests against the connecting section 48 or is arranged adjacent to it.
  • a support element 26 from Fig. 6A, 7A and 8A are exemplary and their respective features can be combined as desired to provide a support element 26.
  • elastically deformed or deformable projections such as the clamping wing sections 41 or the locking elements 43, can also be implemented in connection with the examples from Fig. 2-5 in order to increase stability of the heat exchanger structures 22, for example by providing a clamping force between the respective support elements 26 and the supports 28.
  • a single clamping wing section 41 or clamping wing sections 41 offset along the guide direction 38 can be provided on the hook sections 40 of the support elements 26 from Fig. 2-5.
  • a single locking element 43 can be provided or a clamping force can be provided by a single clamping wing section 41, which can extend, for example, between the coupling wings 26a, 26b.
  • the heat-conducting profile 24 can be placed on the carrier 28 for assembly and the carrier elements 26 from Fig. 7A, 8A can be hooked into the coupling rail 32 and then pushed against the carrier 28 to engage the carrier 28 and the carrier element 26 and provide a heat exchanger construction 22.
  • the heat-conducting profile 24 can then be used to attach photovoltaic modules 14, wherein a photovoltaic module 14 can be attached to a flat surface of the heat-conducting profile 24 in order to absorb heat from the photovoltaic module 14 and dissipate it via the fluid line 16.
  • the heat-conducting profile 24 can be coupled laterally, i.e. in a direction perpendicular to the guide direction 38, with further heat-conducting profiles 24 in order to form a composite heat exchanger surface 30.
  • Fig. 9 shows a cross section of a heat-conducting profile 24 along the guide direction 38 (perpendicular to the plane of the paper) according to an example.
  • the heat-conducting profile comprises a substantially flat heat exchanger surface 30 on an upper side 58 of the heat-conducting profile and a coupling rail 32 and a fluid line 16 on an underside 56 of the heat-conducting profile 24.
  • the heat-conducting profile 24 additionally comprises an integrated clamping device 54 which is designed to engage with a cylindrical tube in order to couple an additional fluid line 16 to the heat-conducting profile 24 in a force-fitting and/or form-fitting manner.
  • the coupling rail 32 comprises opposing hook portions 34, each of which is configured to engage with a guide portion 36, 36a, 36b of a carrier element 26.
  • the configuration of the coupling rail 32 with two opposing hook portions 34 can engage with a carrier element 26 with a single guide portion 36, as shown in the example in Fig. 3A-5, or with a carrier element 26 with opposing guide portions 36a, 36b (as in the example of Fig. 6A-8C) and hold the carrier elements 26 movable along the guide direction 38 (perpendicular to the paper plane in Fig. 9).
  • the heat-conducting profile 24 further comprises, on opposite sides, a first coupling portion 60 and a second coupling portion 62, which are configured to engage, respectively, with the second coupling portion 62 and the first coupling portion 60 of an adjacent heat-conducting profile 24 (dashed in Fig. 9).
  • the first coupling section 6o comprises a U-shaped hook section which forms a receiving space 64 which is open to the top side 58 of the heat-conducting profile 24 and which is designed to receive a U-shaped hook section of the second coupling section 62 of an adjacent heat-conducting profile 24.
  • Lateral dimensions of the receiving space 64 along a width direction W of the heat-conducting profile 24 can essentially correspond to the lateral dimensions of the second coupling section 62, so that opposite sides of the receiving space 64 simultaneously abut against lateral side surfaces of the second coupling section 62 when the second coupling section 62 is received by the first coupling section 60.
  • the first coupling section 60 of a heat-conducting profile 24 and the second coupling section 62 of an adjacent heat-conducting profile 24 can be engaged by rotating a first of the heat-conducting profiles 24 about the guide direction 38 and bringing it closer to the second heat-conducting profile 24, so that one end ⁇ 2e of the second coupling section 62 of the first heat-conducting profile 24 is inserted into the receiving space 64 of the first coupling section 60 of the second heat-conducting profile 24, and then rotating the first (or the second) heat-conducting profile 24 about the guide direction 38.
  • the first coupling portion 60 and/or the second coupling portion 62 have a groove 6on, ⁇ 2n to engage with an end ⁇ 2e, 6oe of the second or first coupling portion 62, 60.
  • the first coupling section 60 and the second coupling section 62 can be designed to be continuous over an extension of the heat-conducting profile 24 along the guide direction 38 in order to engage with one another over a length of the long side of the heat-conducting profile 24 and to form a continuous connection.
  • the engagement of the first coupling section 60 with the second coupling section 62 of an adjacent heat-conducting profile 24 can, as in the example from Fig. 9, form a structural seal against rain, wherein the connection of the heat-conducting profiles 24 can form a watertight gutter.
  • the positive and/or non-positive engagement of the first coupling section 60 and the second coupling section 62 can further form an elastic connection between adjacent heat-conducting profiles 24, so that in the event of a lateral thermal expansion or contraction of the heat-conducting profile 24 along the width direction W, the elastic connection can be compressed or stretched.
  • An engagement of complementary U-shaped hook sections of the first coupling section 60 or the second coupling section 62 can ensure that the connection of the adjacent heat-conducting profiles 24 remains essentially watertight even in the event of thermal expansion or contraction.
  • the elastic connection with complementary U-shaped hook sections can allow the coupling sections to deviate in the direction of the surface normal N of the heat exchanger surface 30 when compensating for mechanical stresses from thermal expansion or contraction, so that a heat exchanger surface 30, which can be formed jointly by upper sides 58 of the heat-conducting profiles 24, can remain essentially uniform.
  • a free space can remain between the coupling sections 60, 62 on the underside of the second coupling section 62, so that the second coupling section 62 can be compressed.
  • an elastic connection between the adjacent heat-conducting profiles 24 can prevent thermal deformation of the heat-conducting profiles 24 from reducing heat exchange between the photovoltaic modules 14 and the heat-conducting profiles 24 to the same extent as if no elastic connection were provided.
  • an expansion of the heat-conducting profiles 24 along the guide directions 38, i.e. the long side, is the greatest, for example greater than 1 m or greater than 2 m, wherein a thermal expansion or contraction along the fluid line 16 can be compensated by the movable mounting of the heat-conducting profile 24 via the coupling rail 32.
  • the length of the short side of the heat-conducting profile 24 along the width direction W can be shorter by a factor of two or more than the length of the long side, so that the elastic connection between adjacent profiles 24 in a heat exchanger construction 22 can generally compensate for a smaller amount of thermal expansion or contraction.
  • a width dl of the short side can be approximately 150 mm and a width d2 of a substantially flat heat exchanger section on the top side 58 of the heat-conducting profile 24 can be approximately 115 mm, with a gap with a width d3 of approximately 10 mm remaining when adjacent heat-conducting profiles 24 engage.
  • the heat-conducting profile can have a thickness d4 of approximately 2 mm and can be cooled with a fluid line 16 with an inner diameter of approximately 10 mm.
  • the dimensions of the coupling rail 32 can be matched to a corresponding carrier element 26, with an opening in the coupling rail 32 in the example shown on the underside 56 of the heat-conducting profile can have a width d5 of approximately 10 mm.
  • the person skilled in the art will understand that these dimensions are only examples and that the heat-conducting profiles 24 can in principle be scaled as desired. For example, a width di, d2 of the heat-conducting profiles 24 can be increased or shortened as desired, whereby additional fluid lines 16 and/or coupling rails 32 can be provided if necessary and the thickness D4 of the heat-conducting profile 24 can be adjusted if necessary.
  • FIG. 10 shows another example of adjacent heat-conducting profiles 24a, 24b.
  • a first heat-conducting profile 24a engages via a first coupling section 60a with a second coupling section 62b of the adjacent second heat-conducting profile 24b, so that the upper sides 58 of the heat-conducting profiles 24a, 24b lie in one plane and form a common heat exchanger surface 30.
  • the first coupling section 60a and the second coupling section 62b are each U-shaped, with the first coupling section 60a receiving the second coupling section 62b, so that the heat-conducting profiles 24a, 24b are connected to one another via a recessed section, leaving a gap between the upper sides 58 of the heat-conducting profiles 24a, 24b.
  • a groove element 66 engages in the recessed section and connects projections 68a, 68b of the adjacent heat-conducting profiles 24a, 24b.
  • the sixth groove element 60 comprises a counterpart 70, which is received in a receiving space 64 of the coupling section 60a, 62b, and a clamping part 72, which is opposite the counterpart 70.
  • the counterpart 70 and the clamping part 72 clamp the projections 68a, 68b of the adjacent heat-conducting profiles 24a, 24b between them, so that the heat-conducting profiles 24a, 24b are connected to one another via the groove element 66.
  • a fastening element 74 can protrude through the gap to the counterpart 70 and, for example, exert a clamping force on the projections 68a, 68b via threaded sections that engage with one another.
  • the fastening element 74 can be a screw which engages in an internal thread portion of the counterpart 70 in order to clamp the projections 68a, 68b of the adjacent heat-conducting profiles 24a, 24b between the counterpart 70 and the clamping part 72.
  • the clamping part 72 and/or the fastening element 74 can allow further components to be fastened to the heat exchanger construction 22 at basically any location along the continuous connection between adjacent heat-conducting profiles 24a, 24b without the heat-conducting profiles 24a, 24b having to be drilled through.
  • the clamping part 72 can be part of a component to be fastened.
  • the groove element 66 can allow a heat exchanger construction 22 to be fastened with a plurality of to stiffen interconnected heat-conducting profiles 24a, 24b at selected points.
  • the thermal expansion or contraction of the heat-conducting profiles 24 can in this case be compensated by a continuous connection between the remaining heat-conducting profiles 24, 24a, 24b and/or compensated by a movable connection between the respective support elements 26 and the supports 28.
  • Connecting a heat-conducting profile 24 to an underlying support 28 to produce a heat exchanger structure 22 can include a fixed fastening of the heat-conducting profile 24 to a support 28 with fastening means such as screws or rivets at a fastening point. A thermal expansion or contraction of the heat-conducting profile 24 along the guide direction 38 can then take place in relation to the fastening point.
  • Fig. 11 shows an exemplary method for providing a heat exchanger structure 22.
  • the method includes attaching (S10) a plurality of supports 28 to a support structure.
  • the supports 28 can be distributed perpendicular to their direction of extension and run substantially parallel to one another.
  • the supports 28 can each be aligned along the ridge line and/or perpendicular to the direction of gravity and attached to a rafter layer or wall structure of a building at a distance from one another.
  • a first heat-conducting profile 24 can be placed over the plurality of supports 28 (S12) and rigidly connected to one of the supports 28 at an attachment point (S14).
  • the first heat-conducting profile 24 can overlap several of the supports 28 and be connected to one of the supports 28 by means of screws or rivets.
  • the method may comprise a movable coupling (S16) of the first heat-conducting profile 24 to a further carrier 28 of the plurality of carriers 28 via a carrier element 26.
  • the carrier element 26 can engage with a guide section 36 in a coupling rail 32 of the first heat-conducting profile 24 and be firmly connected to the further carrier 28 at an opposite end.
  • a carrier element 26 can be introduced into the coupling rail 32 of the first heat-conducting profile 24 and then moved along the guide direction 38 to the carrier 28, where it can engage with the carrier 28 by the application of force along the guide direction 38, for example by striking with a hammer, so that a force-fitting and/or form-fitting connection is established between the carrier element 26 and the carrier 28.
  • This step can be repeated as often as desired in order to movably couple the first heat-conducting profile 24 to a plurality of supports 28 along the guide direction 38 and to produce part of a heat exchanger construction 22.
  • a second heat-conducting profile 24 can be connected to the part of the heat exchanger construction 22 by laterally snapping the second heat-conducting profile into the first heat-conducting profile 24 (S18).
  • the second heat-conducting profile 24 with a U-shaped coupling section 60, 62 can be brought into engagement perpendicularly with a U-shaped coupling section 62, 60 of the first heat-conducting profile 24 and then rotated by folding it onto the carrier 28 so that the U-shaped coupling sections 60, 62 lock into one another.
  • This can activate the click mechanism of the two U-shaped coupling sections 60, 62 so that a watertight, fixed, detachable connection can be created.
  • the connection can simultaneously form a fastening channel for photovoltaic modules 14, for example by using a groove element 66.
  • Steps S14 and S16 can then be repeated for the second heat-conducting profile 24, so that the second heat-conducting profile 24 is also firmly connected to one of the supports 28 at a fastening point and can be coupled to the other supports 28 of the plurality of supports 28 so as to be movable relative to the fastening point along the guide direction 38.
  • the person skilled in the art will understand that these steps can be repeated as often as desired in order to provide a heat exchanger construction 22 with a plurality of heat-conducting profiles 24.
  • an inflow line 18 and an outflow line 20 can be connected to provide a heat exchanger construction 22 with a continuous heat exchanger surface 30.
  • the fluid lines 16 can run essentially perpendicular to the direction of extension of the supports 28, for example between a ridge line and an eaves of a pitched roof or essentially perpendicular to a building wall, wherein a lateral connecting section, as in the example of Fig. 9 or 10, can drain liquid along the guide direction 38.
  • the heat exchanger surface 30 formed by the heat-conducting profiles 24 forms part of a building envelope, for example part of a roof covering.
  • photovoltaic modules 14 can be mounted above the heat exchanger structure 22, which can extend over several heat-conducting profiles 24, in particular if the heat-conducting profiles 24 together form a continuous and preferably substantially flat heat exchanger surface 30, so that the photovoltaic modules 14 can rest flat on the heat exchanger surface 30.
  • the above steps S10-S18 can be carried out by a roofer, so that a cooling roof or a cooling wall can be produced with the heat-conducting profiles 24, whereby the start and end points of a cooling batten formed by the heat-conducting profiles 24 can remain open.
  • the heat-conducting profiles 24 can form parts of a roof skin or a building facade and can provide a structural seal for the building against weather influences such as rain.
  • the fluid lines 16 can then be connected to a cooling circuit, for example by connecting fluid connections in the area of the longitudinal ends of the heat-conducting profiles 24 to a cooling circuit within the building.
  • the fluid lines 16 are preferably connected in the area of the side ends of the roof, i.e. in the area of the ridge and eaves, or at vertical ends of the facade below the roof and near the ground, in order to simplify maintenance of the fluid circuit and to allow constructive drainage of rain via the connections between adjacent heat-conducting profiles 24.
  • the method may further comprise closing the roof, for example by attaching a ridge plate over the fluid connections of the heat-conducting profiles 24.
  • the roof may be closed before the fluid lines 16 are connected to the cooling circuit, for example if the heat-conducting profiles 24 are already connected to one another and/or if fluid connections are exposed even after the roof is closed.
  • the method may further comprise electrically connecting the photovoltaic modules 14 to an internal building circuit to complete the manufacture of a building-integrated photovoltaic and photothermal system. Connecting the photovoltaic modules 14 or laying the photovoltaic modules 14 may be performed separately from the other steps by an electrician.
  • connection of the photovoltaic modules 14 as the last step in an essentially conventional work process for producing a roof or facade structure
  • the person skilled in the art will recognize that that the connection of the photovoltaic modules 14 can also be carried out before closing the roof or before connecting the fluid lines 16 to the cooling circuit.
  • heat exchanger construction 22 with the heat-conducting profiles 24, which are movably coupled to a carrier 28, can be used advantageously in various other applications in addition to being used as a photothermal device as part of a facade cladding.
  • the heat exchanger structure 22 can be used as part of a roof-mounted installation for a photothermal device or a combined photovoltaic and photothermal device (PVT), wherein the heat-conducting profiles 24 can form a support structure 24 for the photovoltaic modules 14.
  • photovoltaic layers can be vapor-deposited or laminated onto the heat-conducting profiles 24 so that the heat-conducting profiles 24 can be mounted as combined PVT modules.
  • the person skilled in the art will understand that the heat exchanger structure 22 can also be used continuously in other applications in addition to the preferred application in a PVT system.
  • the heat exchanger structure 22 can be part of an evaporator or condenser, or used as a heat exchanger in connection with cooling ceilings, walls and/or floors, as well as part of cold rooms or refrigerated furniture, such as refrigerators, refrigerated counters, buffets or cutting tables.
  • the heat exchanger structure 22 is suitable for absorbing ambient heat as part of tunnel linings for absorbing and/or recovering heat from underground railways, as a sunshade for dissipating heat, e.g. into the ground, as a heat recovery element for ventilation systems or as a heat recovery element for recovering exhaust gases in chimneys, exhaust air systems, etc.
  • Fig. 12A, 12B show another example of a heat exchanger structure 22, wherein Fig. 12A shows a top side 58 of the heat exchanger structure 22 and Fig. 12B shows a bottom side 56 of the heat exchanger structure 22.
  • the heat exchanger structure 22 comprises a plurality of supports 28 which run perpendicular to the guide direction 38 and are spaced apart from one another along this.
  • a plurality of heat-conducting profiles 24 are arranged on the supports 28 as heat-conducting hollow supports, which comprise integrated fluid lines 16 in order to guide a liquid heat transfer medium along the guide direction 38.
  • the heat-conducting profiles 24 can be coupled to the supports 28 in the manner described above, with one heat-conducting profile 24 preferably being rigidly coupled to one support 28 and being movably coupled to the other supports 28 along the guide direction 38.
  • the majority of the heat-conducting profiles 24 are spaced apart from one another perpendicular to the guide direction 38.
  • Holding elements i2a-c are attached to the heat-conducting profiles 24 in order to conduct heat from the holding elements i2a-c to the fluid lines 16 in the heat-conducting profiles 24.
  • the holding elements i2a-c can have fastening surfaces for supporting photovoltaic modules 14, wherein in the example shown the photovoltaic modules 14 are pressed against the holding elements i2a-c via clamping devices screwed to the holding elements i2a-c in order to improve heat exchange between the photovoltaic modules 14 and a preferably flat contact surface of the holding elements i2a-c.
  • photovoltaic modules 14 can also be vapor-deposited, laminated or glued onto the holding elements i2a-c.
  • the device shown in Fig. 12A, 12B is particularly suitable for open-air and roof-mounted PVT systems, but can in principle also be used for facade cladding, for example by means of overlapping holding elements i2a-c, for example by fastening the supports 28 to a rafter layer, a roof batten or to an anchor on a building wall.
  • fluid connections to the fluid lines 16 of the heat-conducting profiles 24 may only be necessary in the edge areas of the solar system, which can simplify maintenance and installation of the solar system.
  • Such a solar system can also be advantageously used on flat roofs, since a spatial arrangement of the heat-conducting profiles 24 can be adjusted to an optimal angle of solar radiation.
  • the heat-conducting profiles 24 preferably extend over a plurality of photovoltaic modules 14, so that fewer fluid connections are necessary, and are preferably only present in the edge areas of the solar system.
  • the connection of the fluid circuits of sub-modules of the solar system can be largely dispensed with, since the heat-conducting profiles 24 can span and cool a plurality of photovoltaic modules 14. This ensures that all hydraulic connections are only at the edge of the roof or the wall, or in the case of longer roofs/walls, in specific regions, and are thus accessible for repair.
  • the number of liquid connections can be smaller than the number of photovoltaic modules 14. Accordingly, the risk of leaks in the cooling circuit can be reduced and maintenance work can be simplified.

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Abstract

The invention relates to a heat exchanger structure (22) for exchanging heat with a liquid heat transfer medium, wherein the heat exchanger structure (22) comprises: a heat-conducting profile (24, 24a, 24b), wherein the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) carries a fluid line (16) for the liquid heat transfer medium, wherein the fluid line (16) extends along a guide direction (38), wherein, during operation of the heat exchanger structure (22), the heat transfer medium flows along the guide direction (38) through the fluid line (16), and wherein the heat-conducting profile furthermore comprises a coupling rail, which extends along the guide direction; a carrier (28), which extends perpendicularly to the guide direction (38) and is designed to carry the heat-conducting profile (24, 24a, 24b), and a carrier element (26), which is designed for fastening to the carrier (28) and comprises a guide portion (36, 36a, 36b), which is designed to engage with the coupling rail (32) of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) in order to hold the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) movably along the guide direction (38) over the carrier (28), wherein the carrier element (26) furthermore comprises a hook portion (40), which engages with the carrier (28) with a force fit and/or form fit.

Description

Wärmetauscherkonstruktion und Verfahren Heat exchanger design and process
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung ist auf dem technischen Gebiet der Wärmetauscher an Gebäuden, industriellen Anlagen und Photothermiesystemen und betrifft insbesondere ein gebäudeintegriertes Photovoltaik- und Photothermiesystem. The present invention is in the technical field of heat exchangers in buildings, industrial plants and photothermal systems and particularly relates to a building-integrated photovoltaic and photothermal system.
HINTERGRUND BACKGROUND
Die auf einem Gebäude auftreffende Energie ist regelmäßig ausreichend, um zumindest im Jahresmittel den Energiebedarf des Gebäudes zu decken. Dazu können Photovoltaikmodule zum Erzeugen von elektrischem Strom und Photothermiesysteme zur Erzeugung von Warmwasser verwendet werden, und die gewonnene Energie kann jeweils Verbrauchern in dem Gebäude zugeführt werden. Die genannten Systeme können zwar grundsätzlich parallel nebeneinander auf einem Gebäude angebracht werden, vorzugsweise werden diese jedoch kombiniert, um eine zur Verfügung stehende Kollektorfläche, wie die Gebäudefläche, effizienter nutzen zu können. The energy that hits a building is usually sufficient to cover the building's energy needs, at least on average over the year. Photovoltaic modules can be used to generate electricity and photothermal systems can be used to generate hot water, and the energy generated can be fed to consumers in the building. The systems mentioned can in principle be installed parallel to one another on a building, but they are preferably combined in order to use the available collector area, such as the building area, more efficiently.
Auf dem Markt sind eine Reihe kombinierter Photovoltaik- und Photothermiemodule erhältlich. Üblicherweise wird dabei auf der Hinterseite von Photovoltaikmodulen ein Wärmetauscher mit Kunststoffrohren angebracht, welcher zum einen die Photovoltaikmodule kühlen kann und zum anderen Wärmeenergie für Verbraucher bereitstellen kann. Diese kombinierten Module können bspw. auf Trägern an einem bestehenden Dach montiert werden und über Stromkabel/Schläuche mit den jeweiligen Regel elementen in dem Gebäude verbunden werden. A range of combined photovoltaic and photothermal modules are available on the market. Typically, a heat exchanger with plastic pipes is attached to the back of photovoltaic modules, which can cool the photovoltaic modules and provide heat energy for consumers. These combined modules can, for example, be mounted on supports on an existing roof and connected to the respective control elements in the building via power cables/hoses.
Aus der Veröffentlichungsschrift DE 10 2010 013 673 Ai ist eine Vorrichtung zum Befestigen von Photovoltaikmodulen bekannt, wobei Profilschienen der Vorrichtung Kanäle zum Führen eines Wärmeträgermediums ausbilden. From the publication DE 10 2010 013 673 Ai a device for fastening photovoltaic modules is known, wherein profile rails of the device form channels for guiding a heat transfer medium.
Aus der Patentschrift EP 2 253 024 Bi ist es ferner bekannt, Dachziegel mit integrierten Photovoltaikelementen an Rohrleitungen auf einem Dach zu koppeln, welche über Flansche mit der Dachkonstruktion verbunden werden. From the patent specification EP 2 253 024 Bi it is also known to couple roof tiles with integrated photovoltaic elements to pipes on a roof, which are connected to the roof structure via flanges.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
Im Stand der Technik stellt sich jedoch das Problem, die Wärme effektiv zu den Wärmeträgerleitungen zu führen, ohne dass eine Langlebigkeit der kombinierten Vorrichtungen beeinträchtigt wird. Denn Halteelemente mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Aluminiumbleche und -träger, weisen regelmäßig auch eine hohe thermische Längenausdehnung auf, sodass mechanische Schraubverbindungen zum Befestigen der Halteelemente hohen mechanischen Spannungen ausgesetzt sein können, welche durch die thermischen Gradienten in kombinierten Photovoltaik- und Photothermiesystemen erhöht werden können. Daher wird in herkömmlichen Photovoltaik- und Photothermiesystemen häufig die Fläche der Photovoltaikmodule begrenzt und die Trägerkonstruktion aus mehreren Teilelementen zusammengesetzt, um mechanische Spannungen gering zu halten. However, the current state of the art poses the problem of effectively conducting the heat to the heat transfer pipes without ensuring the longevity of the combined Devices are impaired. This is because holding elements with high thermal conductivity, such as aluminum sheets and supports, also regularly exhibit high thermal linear expansion, so that mechanical screw connections for fastening the holding elements can be exposed to high mechanical stresses, which can be increased by the thermal gradients in combined photovoltaic and photothermal systems. Therefore, in conventional photovoltaic and photothermal systems, the area of the photovoltaic modules is often limited and the support structure is composed of several sub-elements in order to keep mechanical stresses low.
In Anbetracht dieses Stands der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Wärmetauscherkonstruktion mit hoher Wärmeleitfähigkeit bereitzustellen, welche einfach aufgebaut ist und gleichzeitig auftretende thermische Spannungen kompensieren kann. In view of this state of the art, it is an object of the invention to provide a heat exchanger construction with high thermal conductivity, which is simple in construction and at the same time can compensate for occurring thermal stresses.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Wärmetauscherkonstruktionen, eine Solaranlage, eine Dach- und/oder Wandkonstruktion, insbesondere zur kombinierten Strom- und Wärmeerzeugung, und ein Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen. This object is achieved according to the invention by heat exchanger constructions, a solar system, a roof and/or wall construction, in particular for combined power and heat generation, and a method according to the independent claims. The dependent claims relate to preferred embodiments.
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Wärmetauscherkonstruktion zum Austausch von Wärme mit einem flüssigen Wärmeträgermedium. Die Wärmetauscherkonstruktion umfasst ein wärmeleitendes Profil, einen Träger und ein Trägerelement. Das wärmeleitende Profil trägt eine Fluidleitung für das flüssige Wärmeträgermedium, wobei die Fluidleitung sich entlang einer Führungsrichtung erstreckt, wobei das Wärmeträgermedium im Betrieb der Wärmetauscherkonstruktion entlang der Führungsrichtung durch die Fluidleitung fließt, und wobei das wärmeleitende Profil ferner eine Kopplungsschiene umfasst, welche sich entlang der Führungsrichtung erstreckt. Der Träger erstreckt sich senkrecht zu der Führungsrichtung und ist eingerichtet, das wärmeleitende Profil zu tragen. Das Trägerelement ist zur Befestigung an dem Träger ausgebildet und umfasst einen Führungsabschnitt, welcher eingerichtet ist, mit der Kopplungsschiene des wärmeleitenden Profils einzugreifen, um das wärmeleitende Profil entlang der Führungsrichtung beweglich über dem Träger zu halten. Das Trägerelement umfasst ferner einen Hakenabschnitt, welcher kraftschlüssig und/ oder formschlüssig mit dem Träger eingreift. According to a first aspect, the invention relates to a heat exchanger construction for exchanging heat with a liquid heat transfer medium. The heat exchanger construction comprises a heat-conducting profile, a carrier and a carrier element. The heat-conducting profile carries a fluid line for the liquid heat transfer medium, wherein the fluid line extends along a guide direction, wherein the heat transfer medium flows through the fluid line along the guide direction during operation of the heat exchanger construction, and wherein the heat-conducting profile further comprises a coupling rail which extends along the guide direction. The carrier extends perpendicular to the guide direction and is designed to carry the heat-conducting profile. The carrier element is designed to be attached to the carrier and comprises a guide section which is designed to engage with the coupling rail of the heat-conducting profile in order to hold the heat-conducting profile movably over the carrier along the guide direction. The carrier element further comprises a hook section which engages with the carrier in a force-fitting and/or form-fitting manner.
In der so gestalteten Wärmetauscherkonstruktion kann eine thermische Ausdehnung bzw. Kontraktion des wärmeleitenden Profils durch die bewegliche Lagerung des wärmeleitenden Profils über dem Träger mittels des in die Kopplungsschiene eingreifenden Trägerelements erzielt werden. Dies erlaubt im Betrieb der Wärmetauscherkonstruktion eine vergleichsweise große Längsausdehnung des wärmeleitenden Profils entlang der Führungsrichtung, da betragsmäßig hohe Längenänderungen durch die bewegliche Lagerung des wärmeleitenden Profils kompensiert werden können. Gleichzeitig kann Wärme durch das wärmeleitende Profil hin zu dem Wärmeträgermedium in der Fluidleitung geführt werden. Vorzugsweise weist das mindestens eine wärmeleitende Profil eine Wärmeleitfähigkeit mehr als ca. 15 W/(m*K), und insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 50 W/(m*K), insbesondere mehr als 100 W/(m*K), bevorzugt mehr als 150 W/(m*K), wie im Fall von Aluminium, welches eine Wärmeleitfähigkeit zwischen etwa 75 W/(m*K) und etwa 235 W/(m*K) aufweisen kann, oder Kupfer. In the heat exchanger construction designed in this way, a thermal expansion or contraction of the heat-conducting profile can be achieved by the movable mounting of the heat-conducting profile above the carrier by means of the carrier element engaging in the coupling rail. This allows a comparatively large longitudinal expansion of the heat-conducting profile along the guide direction during operation of the heat exchanger construction, since High changes in length can be compensated for by the movable mounting of the heat-conducting profile. At the same time, heat can be conducted through the heat-conducting profile to the heat transfer medium in the fluid line. Preferably, the at least one heat-conducting profile has a thermal conductivity of more than approximately 15 W/(m*K), and in particular a thermal conductivity of more than 50 W/(m*K), in particular more than 100 W/(m*K), preferably more than 150 W/(m*K), as in the case of aluminum, which can have a thermal conductivity of between approximately 75 W/(m*K) and approximately 235 W/(m*K), or copper.
Das wärmeleitende Profil kann auf einfache Weise mittels des Trägerelements an dem Träger montiert werden, da das Trägerelement in der Kopplungsschiene entlang der Führungsrichtung zu einer gewünschten Trägerposition verschoben werden und mittels des Hakenabschnitts mit dem Träger einrasten kann, um das Trägerelement an dem Träger zu befestigen und die Wärmetauscherkonstruktion zu bilden. Vorzugsweise kann das Trägerelement entlang der Führungsrichtung mit dem Träger einrasten, um die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zu bilden. Der Träger kann das wärmeleitende Profil direkt oder über das Trägerelement konstruktiv stützen und zur Befestigung der Wärmetauscherkonstruktion an einer Stützkonstruktion ausgebildet sein. The heat-conducting profile can be mounted on the carrier in a simple manner by means of the carrier element, since the carrier element can be moved in the coupling rail along the guide direction to a desired carrier position and can engage with the carrier by means of the hook section in order to fasten the carrier element to the carrier and form the heat exchanger structure. Preferably, the carrier element can engage with the carrier along the guide direction in order to form the force-fitting and/or form-fitting connection. The carrier can structurally support the heat-conducting profile directly or via the carrier element and can be designed to fasten the heat exchanger structure to a support structure.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Hakenabschnitt des Trägerelements eine U- förmige Aufnahme, um den Träger aufzunehmen, wobei die U-förmige Aufnahme den Träger insbesondere entlang der Führungsrichtung aufnimmt, um das wärmeleitende Profil mechanisch mit dem Träger zu koppeln. In preferred embodiments, the hook portion of the carrier element comprises a U-shaped receptacle for receiving the carrier, wherein the U-shaped receptacle receives the carrier in particular along the guide direction in order to mechanically couple the heat-conducting profile to the carrier.
Vorzugsweise weist die Wärmetauscherkonstruktion zusätzlich eine starre Halterung zwischen dem wärmeleitenden Profil und einem zweiten Träger an einer Befestigungsposition auf, wobei sich bei einer thermischen Ausdehnung bzw. Kontraktion Teile des wärmeleitenden Profils entlang der Führungsrichtung relativ zu der starren Halterung verschieben. Der zweite Träger, welcher über die starre Halterung, wie eine starre Verbindung mittels eines verschraubten Zwischenstücks, mit dem wärmeleitenden Profil starr verbunden ist, kann parallel zu dem anderen Träger verlaufen und von diesem entlang der Führungsrichtung beabstandet sein. Preferably, the heat exchanger construction additionally has a rigid holder between the heat-conducting profile and a second carrier at a fastening position, wherein in the event of thermal expansion or contraction, parts of the heat-conducting profile move along the guide direction relative to the rigid holder. The second carrier, which is rigidly connected to the heat-conducting profile via the rigid holder, such as a rigid connection by means of a screwed intermediate piece, can run parallel to the other carrier and be spaced apart from it along the guide direction.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Relativbewegung des wärmeleitenden Profils entlang der Führungsrichtung durch ein Sicherungselement begrenzt sein, bspw. ein Stoppelement in der Kopplungsschiene, welches mit dem wärmeleitenden Profil verschraubt werden kann, um eine maximal mögliche Relativbewegung zwischen dem wärmeleitenden Profil und dem Träger zu begrenzen. Ferner kann ein Anschlag element an einer Seite des wärmeleitenden Profils vorgesehen sein, welches entlang der Führungsrichtung gegen eine Seite des wärmeleitenden Profils anschlagen kann. Die Wärmetauscherkonstruktion kann aus vergleichsweise wenigen wärmeleitenden Profilen ausgebildet sein, welche über eine weite Erstreckung der Fluidleitung ausgebildet sein können, sodass die Wärmetauscherkonstruktion eine vergleichsweise geringe Anzahl von Fluidverbindungen aufweisen können. Insbesondere können die Fluidleitung und das wärmeleitende Profil im Wesentlichen die gleiche Erstreckung entlang der Führungsrichtung aufweisen. Alternatively or additionally, a relative movement of the heat-conducting profile along the guide direction can be limited by a securing element, for example a stop element in the coupling rail, which can be screwed to the heat-conducting profile in order to limit a maximum possible relative movement between the heat-conducting profile and the carrier. Furthermore, a stop element can be provided on one side of the heat-conducting profile, which can strike against one side of the heat-conducting profile along the guide direction. The heat exchanger structure can be formed from comparatively few heat-conducting profiles, which can be formed over a wide extent of the fluid line, so that the heat exchanger structure can have a comparatively small number of fluid connections. In particular, the fluid line and the heat-conducting profile can have essentially the same extent along the guide direction.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die Fluidleitung einstückig mit dem wärmeleitenden Profil ausgebildet. In preferred embodiments, the fluid line is formed integrally with the heat-conducting profile.
Beispielsweise kann das wärmeleitende Profil ein metallisches Profil sein, in welchem Kanäle ausgebildet sind, um Fluidleitungen für das Wärmeträgermedium bereitzustellen. In manchen Ausführungsformen ist das wärmeleitende Profil aus Aluminium, Titanzink, Stahl oder Kupfer ausgebildet. Ein Aluminiumprofil mit integrierten Fluidleitungen kann bspw. durch Strangpressen oder Fließpressen auf einfache Weise erhalten werden. For example, the heat-conducting profile can be a metallic profile in which channels are formed to provide fluid lines for the heat transfer medium. In some embodiments, the heat-conducting profile is made of aluminum, titanium zinc, steel or copper. An aluminum profile with integrated fluid lines can be easily obtained, for example, by extrusion or impact molding.
Eine einstückig mit dem wärmeleitenden Profil ausgebildete Fluidleitung erlaubt eine hohe Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Wärmeträgermedium in der Fluidleitung und dem wärmeleitenden Profil. Alternativ oder zusätzlich können separate Fluidleitungen an das wärmeleitende Profil gekoppelt werden, bspw. metallische Rohre, welche form- und/oder kraftschlüssig an dem wärmeleitenden Profil gehalten werden und mittels Klemmkräften thermisch an das wärmeleitende Profil gekoppelt werden können. A fluid line formed in one piece with the heat-conducting profile allows a high thermal conductivity between the heat transfer medium in the fluid line and the heat-conducting profile. Alternatively or additionally, separate fluid lines can be coupled to the heat-conducting profile, e.g. metal pipes, which are held positively and/or non-positively to the heat-conducting profile and can be thermally coupled to the heat-conducting profile by means of clamping forces.
In bevorzugten Ausführungsformen weist das wärmeleitende Profil einen Klammerabschnitt auf, wobei der Klammerabschnitt kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Fluidleitung eingreift, um die Fluidleitung zu tragen. In preferred embodiments, the heat-conducting profile has a clamp portion, wherein the clamp portion engages the fluid line in a force-fitting and/or form-fitting manner in order to support the fluid line.
Die Kopplungsschiene wird vorzugsweise durch vorstehende Abschnitte des wärmeleitenden Profils ausgebildet, in welche das Trägerelement mit dem Führungsabschnitt eingreifen kann und welche sich entlang der Führungsrichtung erstrecken, um eine Führung für das Trägerelement zu bilden. The coupling rail is preferably formed by protruding sections of the heat-conducting profile, into which the carrier element can engage with the guide section and which extend along the guide direction to form a guide for the carrier element.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Kopplungsschiene einen vorstehenden Hakenabschnitt, welcher entlang der Führungsrichtung verläuft und senkrecht zu der Führungsrichtung von dem wärmeleitenden Profil vorsteht, wobei der Führungsabschnitt des Trägerelements mit dem vorstehenden Hakenabschnitt der Kopplungsschiene eingreift, um das Trägerelement entlang der Führungsrichtung beweglich an dem wärmeleitenden Profil zu halten. Das Trägerelement kann das wärmeleitende Profil stützen, wobei eine Ausdehnung des Führungsabschnitts des Trägerelements entlang einer Eingriffsrichtung geringer ist als eine entsprechende Abmessung der Kopplungsschiene des wärmeleitenden Profils, sodass das wärmeleitenden Profil über das Trägerelement geleiten kann. In preferred embodiments, the coupling rail comprises a protruding hook portion which runs along the guide direction and protrudes from the heat-conducting profile perpendicular to the guide direction, wherein the guide portion of the carrier element engages with the protruding hook portion of the coupling rail in order to hold the carrier element movably along the guide direction on the heat-conducting profile. The carrier element can support the heat-conducting profile, wherein an extension of the guide section of the carrier element along an engagement direction is smaller than a corresponding dimension of the coupling rail of the heat-conducting profile, so that the heat-conducting profile can guide over the carrier element.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Führungsabschnitt eine reibungsmindernde Schicht, wobei insbesondere eine Oberfläche des Führungsabschnitts aloxiert ist. In preferred embodiments, the guide section comprises a friction-reducing layer, wherein in particular a surface of the guide section is anodized.
Zum Beispiel kann eine Oberfläche eines Aluminium-Trägerelements aloxiert sein, um einen widerstandsfähigen Führungsabschnitt mit verringertem Reibungskoeffizienten bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann eine reibungsmildernde Schicht Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig auf ein metallisches Trägerelement aufgebracht werden, um einen effektiven Reibungskoeffizienten zwischen der Kopplungsschiene und dem Trägerelement zu reduzieren und/oder eine Langlebigkeit des Trägerelements zu erhöhen. For example, a surface of an aluminum carrier element can be anodized to provide a resilient guide section with a reduced coefficient of friction. Alternatively or additionally, a friction-reducing layer can be applied to a metallic carrier element in a material-, force- and/or form-fitting manner in order to reduce an effective coefficient of friction between the coupling rail and the carrier element and/or to increase the longevity of the carrier element.
In bevorzugten Ausführungsformen weist ein Querschnitt des Führungsabschnitts entlang der Führungsrichtung ein Rundprofil auf, welches mit der Kopplungsschiene eingreift. In preferred embodiments, a cross section of the guide section along the guide direction has a round profile which engages with the coupling rail.
Beispielsweise kann der Führungsabschnitt an einer Eingriffsposition zum Stützen und/oder Halten des wärmeleitenden Profils ein stangenförmiges Segment aufweisen, welcher entlang der Führungsrichtung verläuft, um das wärmeleitenden Profil beweglich zu halten. For example, the guide portion may have a rod-shaped segment at an engagement position for supporting and/or holding the heat-conducting profile, which extends along the guide direction in order to keep the heat-conducting profile movable.
Alternativ oder zusätzlich umfasst das Trägerelement eine Adapterschale, welche den Führungsabschnitt zumindest teilweise umschließt und mit der Kopplungsschiene eingreift. Alternatively or additionally, the carrier element comprises an adapter shell which at least partially encloses the guide section and engages with the coupling rail.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der Führungsabschnitt eingerichtet, in die Kopplungsschiene eingehängt zu werden, wobei das Einhängen des Führungsabschnitts in die Kopplungsschiene vorzugsweise durch Rotieren des Trägerelements um eine zu der Führungsrichtung parallele Drehachse erfolgen kann. In preferred embodiments, the guide section is designed to be suspended in the coupling rail, wherein the suspension of the guide section in the coupling rail can preferably be carried out by rotating the carrier element about an axis of rotation parallel to the guide direction.
Zum Beispiel kann das Trägerelement einen hakenförmigen Abschnitt aufweisen, welcher mit einem Hakenabschnitt des wärmeleitenden Profils in der Kopplungsschiene eingreifen kann, sodass durch seitliches Einhängen des Trägerelements in die Kopplungsschiene und anschließendes Eindrehen des Trägerelements in eine Ausrichtung, in welcher das Trägerelement im wesentlichen senkrecht aus der Kopplungsschiene vorsteht, ein formschlüssiger Eingriff zwischen dem Führungsabschnitt und der Kopplungsschiene hergestellt werden kann, welcher ein Entfernen des Trägerelements ohne Rotation desselben verhindern kann. In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Führungsabschnitt zwei Kopplungsflügel, welche senkrecht zur Führungsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei die Kopplungsflügel mit gegenüberliegenden Seiten der Kopplungsschiene eingreifen, wenn das Trägerelement in die Kopplungsschiene eingehängt wird, wobei das Einhängen des Führungsabschnitts in die Kopplungsschiene vorzugsweise durch Annähern der Kopplungsflügel des Trägerelements erfolgen kann, wobei eine interne Rückstellkraft des Trägerelements die Kopplungsflügel in Eingriff mit den gegenüberliegenden Seiten der Kopplungsschiene bringt. For example, the carrier element can have a hook-shaped portion which can engage with a hook portion of the heat-conducting profile in the coupling rail, so that by laterally hanging the carrier element into the coupling rail and then turning the carrier element into an orientation in which the carrier element protrudes substantially perpendicularly from the coupling rail, a positive engagement between the guide portion and the coupling rail can be established, which can prevent removal of the carrier element without rotation thereof. In preferred embodiments, the guide section comprises two coupling wings which are spaced apart from one another perpendicular to the guide direction, wherein the coupling wings engage with opposite sides of the coupling rail when the carrier element is hooked into the coupling rail, wherein the hooking of the guide section into the coupling rail can preferably be carried out by bringing the coupling wings of the carrier element closer together, wherein an internal restoring force of the carrier element brings the coupling wings into engagement with the opposite sides of the coupling rail.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Trägerelement ferner einen zwischen dem Führungsabschnitt und dem Hakenabschnitt vorstehenden Klemmflügelabschnitt, wobei der Klemmflügelabschnitt eingerichtet ist, beim Eingriff zwischen dem Träger, dem wärmeleitenden Profil und dem Trägerelement elastisch verformt zu werden, um den Träger gegen das wärmeleitende Profil zu drücken. In preferred embodiments, the carrier element further comprises a clamping wing portion protruding between the guide portion and the hook portion, wherein the clamping wing portion is configured to be elastically deformed upon engagement between the carrier, the heat-conducting profile and the carrier element in order to press the carrier against the heat-conducting profile.
Beispielsweise kann das Trägerelement ferner einen in Richtung des Führungsabschnitts vorstehenden Klemmflügelabschnitt im Bereich des Hakenabschnitts aufweisen, welcher entlang einer Erstreckungsrichtung des Verbindungsabschnitts des Trägerelement ausweichen kann, um eine Rückstellkraft auf den Träger auszuüben. For example, the carrier element can further comprise a clamping wing portion protruding in the direction of the guide portion in the region of the hook portion, which can deviate along an extension direction of the connecting portion of the carrier element in order to exert a restoring force on the carrier.
Der Klemmflügelabschnitt kann sich gegenüber einer Erstreckungsrichtung des Verbindungsabschnitts in einem Winkel erstrecken, und kann beim in Eingriff Bringen des Trägers und des Trägerelements nach unten weggebogen werden, um anschließend durch eine Klemmkraft einen Kontakt zwischen dem Träger und dem wärmeleitenden Profil zu unterstützen. The clamping wing portion may extend at an angle relative to an extension direction of the connecting portion and may be bent downwards when the carrier and the carrier element are brought into engagement in order to subsequently support contact between the carrier and the heat-conducting profile by a clamping force.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Trägerelement ferner ein Sperrelement, welches eingerichtet ist, beim in Eingriff Bringen des Trägers und des Trägerelements elastisch verformt zu werden, um das in Eingriff Bringen zuzulassen, und ferner eingerichtet ist, gegen eine von dem Verbindungsabschnitt abgewandte Flanke des Trägers anzuschlagen, wenn der Träger und das Trägerelement in Eingriff stehen. In preferred embodiments, the carrier element further comprises a locking element which is designed to be elastically deformed when the carrier and the carrier element are brought into engagement in order to permit the engagement, and is further designed to strike against a flank of the carrier facing away from the connecting portion when the carrier and the carrier element are engaged.
Das Sperrelement kann ebenfalls entlang einer Erstreckungsrichtung des Verbindungsabschnitts des Trägerelement ausweichen, um das in Eingriff Bringen zuzulassen und anschließend relaxieren, um eine formschlüssige Sperre für ein außer Eingriff Bringen des Trägers und des Trägerelements zu bilden. The locking element can also deflect along an extension direction of the connecting portion of the carrier element to allow engagement and then relax to form a positive lock for disengaging the carrier and the carrier element.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Trägerelement ferner eine Auswölbung und/oder einen Nutenabschnitt, welcher eingerichtet ist mit einem Nutenabschnitt bzw. einer Auswölbung des Trägers formschlüssig einzugreifen. Vorzugsweise weist das wärmeleitende Profil ein großes Seitenverhältnis auf, wobei eine Längsseite sich entlang der Führungsrichtung erstreckt und eine Kurzseite senkrecht dazu verläuft, sodass eine absolute thermische Ausdehnung bzw. Kontraktion entlang der Führungsrichtung am größten ist und durch den beweglichen Eingriff zwischen dem Trägerelement und dem wärmeleitenden Profil zumindest teilweise kompensiert werden kann. In preferred embodiments, the carrier element further comprises a bulge and/or a groove section which is designed to engage in a form-fitting manner with a groove section or a bulge of the carrier. Preferably, the heat-conducting profile has a large aspect ratio, with a long side extending along the guide direction and a short side running perpendicular thereto, so that an absolute thermal expansion or contraction along the guide direction is greatest and can be at least partially compensated by the movable engagement between the carrier element and the heat-conducting profile.
In bevorzugten Ausführungsformen weist das wärmeleitende Profil eine im Wesentlichen rechteckige Grundform auf, wobei die Führungsrichtung einer Längsseite des wärmeleitenden Profils entspricht, und eine zu der Führungsrichtung senkrechte Richtung einer Kurzseite des wärmeleitenden Profils entspricht, wobei die Kurzseite kürzer als die Längsseite ist und wobei ein Verhältnis einer Erstreckung der Längsseite und einer Erstreckung der Kurzseite insbesondere mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und bevorzugt mindestens vier beträgt. In preferred embodiments, the heat-conducting profile has a substantially rectangular basic shape, wherein the guide direction corresponds to a long side of the heat-conducting profile, and a direction perpendicular to the guide direction corresponds to a short side of the heat-conducting profile, wherein the short side is shorter than the long side and wherein a ratio of an extension of the long side and an extension of the short side is in particular at least two, preferably at least three and preferably at least four.
Eine im Wesentlichen rechteckige Grundform mit einem großen Seitenverhältnis kann dadurch gebildet werden, dass das wärmeleitende Profil zwei senkrecht zueinanderstehende Seiten aufweist, welche sich in der Länge um einen Faktor unterscheiden, welcher größer als zwei ist. Der Fachmann versteht, dass eine im westlichen rechteckige Grundform keine vollständig durchgängigen Kanten oder rechtwinklige Ecken aufweisen muss, sondern auch abgerundete oder teilweise ausgesparte Abschnitte aufweisen kann, ohne dass das wärmeleitenden Profil deutlich von einer im wesentlichen rechteckigen Grundform abweicht. A substantially rectangular basic shape with a large aspect ratio can be formed by the heat-conducting profile having two sides perpendicular to one another, which differ in length by a factor greater than two. The person skilled in the art will understand that a western rectangular basic shape does not have to have completely continuous edges or right-angled corners, but can also have rounded or partially recessed sections without the heat-conducting profile deviating significantly from a substantially rectangular basic shape.
Das wärmeleitende Profil kann ein strukturelles Tragelement der Wärmetauscherkonstruktion sein und kann Halteelemente zur thermischen Kopplung an eine Wärmequelle tragen. The heat-conducting profile can be a structural support element of the heat exchanger construction and can carry holding elements for thermal coupling to a heat source.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das wärmeleitende Profil ein wärmeleitender Hohlträger mit integrierten Kanälen für das flüssige Wärmeträgermedium. In preferred embodiments, the heat-conducting profile is a heat-conducting hollow carrier with integrated channels for the liquid heat transfer medium.
Der wärmeleitende Hohlträger kann beispielsweise metallische Bleche, wie Aluminiumbleche, tragen, an welche Photovoltaikmodule gekoppelt werden können, oder Photovoltaikmodule mit einer wärmeleitenden Grundstruktur, wie einem Aluminiumrahmen, können an einer Mehrzahl parallel verlaufender wärmeleitender Hohlträger befestigt werden. The heat-conducting hollow beam can, for example, carry metallic sheets, such as aluminum sheets, to which photovoltaic modules can be coupled, or photovoltaic modules with a heat-conducting basic structure, such as an aluminum frame, can be attached to a plurality of parallel heat-conducting hollow beams.
Alternativ kann der wärmeleitenden Hohlträger eine Wärmetauscherfläche ausbilden, welche im Wesentlichen durch die Längsseite und die Kurzseite definiert wird und der Kopplungsschiene gegenüberliegt, um Wärme von einer Wärmequelle, wie einem an dem wärmeleitenden Profil montierten Photovoltaikmodul, direkt aufzunehmen. Alternatively, the heat-conducting hollow beam can form a heat exchanger surface which is essentially defined by the long side and the short side and is opposite the coupling rail in order to directly absorb heat from a heat source, such as a photovoltaic module mounted on the heat-conducting profile.
Die Wärmetauscherfläche kann stetig sein und bspw. eine konstante Krümmung aufweisen, um thermisch an eine korrespondierende Fläche der Wärmequelle zu koppeln. Zum Beispiel kann eine zusammengesetzte Wärmetauscherfläche durch eine Mehrzahl von wärmeleitenden Profilen ausgebildet werden, welche benachbart zueinander montiert werden können und jeweils eine ebene Wärmetauscherfläche gegenüber der Kopplungsschiene aufweisen können. Eine ebene Wärmetauscherfläche kann eine thermische Kopplung an ein üblicherweise flaches Photovoltaikmodul vereinfachen, wobei das Photovoltaikmodul eine Mehrzahl von wärmeleitenden Profilen überlappen kann. The heat exchanger surface can be continuous and, for example, have a constant curvature in order to thermally couple to a corresponding surface of the heat source. For example a composite heat exchanger surface can be formed by a plurality of heat-conducting profiles, which can be mounted adjacent to one another and can each have a flat heat exchanger surface opposite the coupling rail. A flat heat exchanger surface can simplify thermal coupling to a usually flat photovoltaic module, wherein the photovoltaic module can overlap a plurality of heat-conducting profiles.
Bei einer thermischen Ausdehnung bzw. Kontraktion des wärmeleitenden Profils können thermische Spannungen zumindest teilweise über die bewegliche Lagerung des wärmeleitenden Profils über das Trägerelement kompensiert werden. In the event of thermal expansion or contraction of the heat-conducting profile, thermal stresses can be at least partially compensated by the movable mounting of the heat-conducting profile via the carrier element.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das wärmeleitende Profil an gegenüberliegenden Seiten jeweils einen ersten Kopplungsabschnitt und einen zweiten Kopplungsabschnitt, wobei der erste Kopplungsabschnitt eingerichtet ist, mit dem zweiten Kopplungsabschnitt eines benachbarten wärmeleitenden Profils kraftschlüssig und/oder formschlüssig einzugreifen, sodass der erste Kopplungsabschnitt des wärmeleitenden Profils und der zweite Kopplungsabschnitt des benachbarten wärmeleitenden Profils eine durchgehende Verbindung zwischen den wärmeleitenden Profilen bilden. In preferred embodiments, the heat-conducting profile comprises a first coupling section and a second coupling section on opposite sides, wherein the first coupling section is designed to engage with the second coupling section of an adjacent heat-conducting profile in a force-fitting and/or form-fitting manner, so that the first coupling section of the heat-conducting profile and the second coupling section of the adjacent heat-conducting profile form a continuous connection between the heat-conducting profiles.
Die durchgehende Verbindung ist vorzugsweise wasserdicht, um mithilfe einer Mehrzahl von verbundenen wärmeleitenden Profilen eine durchgehende wasserdichte Wärmetauscherfläche bereitstellen zu können, bspw. für eine Gebäudehülle mit integrierter Solaranlage. The continuous connection is preferably waterproof in order to be able to provide a continuous waterproof heat exchanger surface using a plurality of connected heat-conducting profiles, e.g. for a building envelope with an integrated solar system.
In bevorzugten Ausführungsformen nimmt der erste Kopplungsabschnitt den zweiten Kopplungsabschnitt auf, um insbesondere eine wasserdichte Verbindung auszubilden. In preferred embodiments, the first coupling portion receives the second coupling portion in order to form, in particular, a watertight connection.
Der erste Kopplungsabschnitt kann den zweiten Kopplungsabschnitt umschließen, sodass der zweite Kopplungsabschnitt bei einer Montage in den ersten Kopplungsabschnitt eingerastet. Der zweite Kopplungsabschnitt kann in dem ersten Kopplungsabschnitt formschlüssig gehalten sein, wobei der erste Kopplungsabschnitt den zweiten Kopplungsabschnitt vorzugsweise kraftschlüssig hält, sodass eine Klemmverbindung entsteht. The first coupling section can enclose the second coupling section so that the second coupling section is locked into the first coupling section during assembly. The second coupling section can be held in a form-fitting manner in the first coupling section, wherein the first coupling section preferably holds the second coupling section in a force-fitting manner so that a clamping connection is created.
In bevorzugten Ausführungsformen bilden der erste Kopplungsabschnitt des wärmeleitenden Profils und der zweite Kopplungsabschnitt des benachbarten wärmeleitenden Profils eine wasserdichte Rinne zwischen den wärmeleitenden Profilen, wobei die wasserdichte Rinne entlang der Führungsrichtung verläuft. In preferred embodiments, the first coupling portion of the heat-conducting profile and the second coupling portion of the adjacent heat-conducting profile form a watertight channel between the heat-conducting profiles, wherein the watertight channel runs along the guide direction.
Zum Beispiel können der erste Kopplungsabschnitt und der zweite Kopplungsabschnitt im wesentlichen U-förmig sein und entlang einer Flächennormalen der Wärmetauscherfläche ineinander eingreifen, um wasserdichte Aufwölbungen bzw. Rinnen zwischen den benachbarten wärmeleitenden Profilen auszubilden, welche entlang der Führungsrichtung verlaufen und entlang der Flächennormalen der Wärmetauscherfläche vorstehen bzw. zurückgesetzt sein können. Die wasserdichte Rinne ist vorzugsweise in Richtung der Wärmetauscherfläche offen, um eine konstruktive Ableitung von Regen zu erlauben und/ oder einen Schraubkanal zur Befestigung von Komponenten an der Wärmetauscherfläche bereitzustellen. For example, the first coupling section and the second coupling section may be substantially U-shaped and engage with each other along a surface normal of the heat exchanger surface to form watertight bulges or grooves between the adjacent heat-conducting profiles which run along the guide direction and can protrude or be recessed along the surface normal of the heat exchanger surface. The watertight channel is preferably open in the direction of the heat exchanger surface in order to allow constructive drainage of rain and/or to provide a screw channel for fastening components to the heat exchanger surface.
In bevorzugten Ausführungsformen weisen der erste Kopplungsabschnitt und der zweite Kopplungsabschnitt einen U-förmigen Querschnitt entlang der Führungsrichtung auf, wobei der U-förmige Querschnitt des zweiten Kopplungsabschnitts von dem U-förmigen Querschnitt des ersten Kopplungsabschnitts aufgenommen wird, wenn der erste Kopplungsabschnitt und der zweite Kopplungsabschnitt in Eingriff gebracht werden. In preferred embodiments, the first coupling portion and the second coupling portion have a U-shaped cross section along the guide direction, wherein the U-shaped cross section of the second coupling portion is received by the U-shaped cross section of the first coupling portion when the first coupling portion and the second coupling portion are engaged.
In bevorzugten Ausführungsformen weist die durchgehende Verbindung zwischen den benachbarten wärmeleitenden Profilen einen zurückgesetzten Abschnitt auf, sodass zwischen den benachbarten wärmeleitenden Profilen eine Lücke gebildet wird, wobei die Lücke den zurückgesetzten Abschnitt freilegt. In preferred embodiments, the continuous connection between the adjacent heat-conducting profiles has a recessed portion such that a gap is formed between the adjacent heat-conducting profiles, the gap exposing the recessed portion.
Der zurückgesetzte Abschnitt kann zu einer Oberseite des wärmeleitenden Profils hin offen sein, sodass der zurückgesetzte Abschnitt die wasserdichte Rinne ausbilden kann. Die Lücke kann es erlauben, eine thermische Querausdehnung der wärmeleitenden Profile in Bezug auf die Führungsrichtung zu kompensieren, sodass eine Wärmetauscherfläche der wärmeleitenden Profile bei Temperaturschwankungen seine Form, insbesondere eine ebene Form, im wesentlichen behalten kann. The recessed section can be open towards an upper side of the heat-conducting profile, so that the recessed section can form the watertight channel. The gap can make it possible to compensate for a thermal transverse expansion of the heat-conducting profiles with respect to the guide direction, so that a heat exchanger surface of the heat-conducting profiles can essentially retain its shape, in particular a flat shape, in the event of temperature fluctuations.
In bevorzugten Ausführungsformen greift ein Nutelement in die Lücke ein und verbindet die benachbarten wärmeleitenden Profile, wobei das Nutelement insbesondere gegenüberliegende Vorsprünge der benachbarten wärmeleitenden Profile mechanisch koppelt, wobei die Vorsprünge die Lücke definieren, und wobei das Nutelement vorzugsweise eingerichtet ist, eine Komponente an einer Oberfläche der wärmeleitenden Profile zu befestigen In preferred embodiments, a groove element engages in the gap and connects the adjacent heat-conducting profiles, wherein the groove element in particular mechanically couples opposing projections of the adjacent heat-conducting profiles, wherein the projections define the gap, and wherein the groove element is preferably configured to attach a component to a surface of the heat-conducting profiles
Das Nutelement kann die benachbarten wärmeleitenden Profile fest miteinander verankern, sodass an bestimmten Stellen der Wärmetauscherkonstruktion eine starre Verbindung zwischen den wärmeleitenden Profilen erzeugt werden kann. Die starre Verbindung kann eine konstruktive Steifigkeit der Wärmetauscherkonstruktion erhöhen. Ferner kann das Nutelement eine flexible Befestigungsmöglichkeit für Wärmequellen, wie Solarmodule auf der Wärmetauscherkonstruktion bereitstellen, sodass die Wärmetauscherkonstruktion nicht durchbohrt werden muss, um externe Komponenten daran zu befestigen. Somit kann insbesondere eine gebäudeintegrierte PVT-Anlage aus einer Mehrzahl vorgeformter wärmeleitender Standardprofile gebildet und mit einfachen Installationsschritten hergestellt werden. Das Nutelement kann beispielsweise einen Befestigungsabschnitt umfassen, um die externe Komponente an der Wärmetauscherkonstruktion zu befestigen. The groove element can firmly anchor the adjacent heat-conducting profiles to one another, so that a rigid connection between the heat-conducting profiles can be created at certain points on the heat exchanger structure. The rigid connection can increase the structural rigidity of the heat exchanger structure. Furthermore, the groove element can provide a flexible fastening option for heat sources, such as solar modules, on the heat exchanger structure, so that the heat exchanger structure does not have to be drilled through in order to attach external components to it. This means that In particular, a building-integrated PVT system can be formed from a plurality of preformed heat-conducting standard profiles and manufactured with simple installation steps. The groove element can, for example, comprise a fastening section to attach the external component to the heat exchanger structure.
Vorzugsweise rasten der erste Kopplungsabschnitt und der zweite Kopplungsabschnitt miteinander ein, sodass eine formschlüssige Klemmverbindung zwischen den benachbarten wärmeleitenden Profilen hergestellt wird. Preferably, the first coupling section and the second coupling section engage with each other so that a positive clamping connection is established between the adjacent heat-conducting profiles.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der zweite Kopplungsabschnitt eine Nut, um einen Endabschnitt des ersten Kopplungsabschnitts aufzunehmen, sodass der erste Kopplungsabschnitt kraftschlüssig und/oder formschlüssig an dem zweiten Kopplungsabschnitt gehalten wird, wenn die benachbarten wärmeleitenden Profile in einem vorbestimmten Winkel zueinander durch die Kopplungsabschnitte verbunden werden. In preferred embodiments, the second coupling portion comprises a groove for receiving an end portion of the first coupling portion, such that the first coupling portion is held force-fittingly and/or positively on the second coupling portion when the adjacent heat-conducting profiles are connected at a predetermined angle to each other by the coupling portions.
Alternativ oder zusätzlich umfasst der erste Kopplungsabschnitt eine Nut, um einen Endabschnitt des zweiten Kopplungsabschnitts aufzunehmen, sodass der erste Kopplungsabschnitt kraftschlüssig und/oder formschlüssig an dem zweiten Kopplungsabschnitt gehalten wird, wenn die benachbarten wärmeleitenden Profile in einem vorbestimmten Winkel zueinander durch die Kopplungsabschnitte verbunden werden. Alternatively or additionally, the first coupling portion comprises a groove for receiving an end portion of the second coupling portion, such that the first coupling portion is held force-fittingly and/or positively on the second coupling portion when the adjacent heat-conducting profiles are connected at a predetermined angle to each other by the coupling portions.
Eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung zwischen den benachbarten wärmeleitenden Profilen kann es erlauben, mechanische Spannungen, welche aufgrund von thermischer Ausdehnung bzw. Kontraktion der Wärmeleitprofile entstehen können, durch Stauchung bzw. Dehnung der Kopplungsabschnitte zu kompensieren. Insbesondere kann ein effektiver Elastizitätskoeffizient der Kopplungsabschnitte geringer sein als ein effektiver Elastizitätskoeffizient eines mittleren Abschnitts der wärmeleitenden Profile in einer Ebene der Wärmetauscherfläche, um Verformungen der Wärmetauscherfläche zu vermeiden. A force-fitting and/or form-fitting connection between the adjacent heat-conducting profiles can make it possible to compensate for mechanical stresses that can arise due to thermal expansion or contraction of the heat-conducting profiles by compressing or stretching the coupling sections. In particular, an effective elasticity coefficient of the coupling sections can be lower than an effective elasticity coefficient of a middle section of the heat-conducting profiles in a plane of the heat exchanger surface in order to avoid deformation of the heat exchanger surface.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Wärmetauscherkonstruktion eine Mehrzahl von benachbarten wärmeleitenden Profilen, welche seitlich jeweils durch den Eingriff des ersten Kopplungsabschnitts und des zweiten Kopplungsabschnitts benachbarter wärmeleitender Profile miteinander verbunden sind, wobei die durchgehende Verbindung eingerichtet ist, eine elastische Verbindung zwischen den benachbarten wärmeleitenden Profilen auszubilden, sodass bei einer erwartungsgemäßen thermischen Expansion oder Kontraktion der Mehrzahl der benachbarten wärmeleitenden Profile im Betrieb der Wärmetauscherkonstruktion die elastische Verbindung gestaucht oder gedehnt wird, um die thermische Expansion oder Kontraktion der Mehrzahl der benachbarten wärmeleitenden Profile zu kompensieren. Zum Beispiel kann der Eingriff der Kopplungsabschnitte eine relative Ausdehnung bzw. Kontraktion der benachbarten wärmeleitenden Profile zulassen, welche 1%, insbesondere 3%, vorzugsweise 5 %, der Erstreckung der Kurzseite des wärmeleitenden Profils entspricht. In preferred embodiments, the heat exchanger structure comprises a plurality of adjacent heat-conducting profiles, which are laterally connected to one another by the engagement of the first coupling section and the second coupling section of adjacent heat-conducting profiles, wherein the continuous connection is designed to form an elastic connection between the adjacent heat-conducting profiles, so that in the event of an expected thermal expansion or contraction of the plurality of adjacent heat-conducting profiles during operation of the heat exchanger structure, the elastic connection is compressed or stretched in order to compensate for the thermal expansion or contraction of the plurality of adjacent heat-conducting profiles. For example, the engagement of the coupling sections can allow a relative expansion or contraction of the adjacent heat-conducting profiles which corresponds to 1%, in particular 3%, preferably 5%, of the extension of the short side of the heat-conducting profile.
In bevorzugten Ausführungsformen bildet das wärmeleitende Profil eine Wärmetauscherfläche zum Austausch von Wärme mit einer Wärmequelle aus, welche an einer Seite des wärmeleitenden Profils angeordnet ist, welche der Fluidleitung gegenüberliegt. In preferred embodiments, the heat-conducting profile forms a heat exchanger surface for exchanging heat with a heat source, which is arranged on a side of the heat-conducting profile opposite the fluid line.
Die Wärmetauscherfläche kann abhängig von dem Anwendungsgebiet derThe heat exchanger surface can be varied depending on the application area of the
Wärmetauscherkonstruktion unterschiedlich ausgestaltet sein und insbesondere an den Anwendungsort angepasst sein. Zum Beispiel kann eine Anwendung derHeat exchanger construction can be designed differently and especially adapted to the application location. For example, an application of
Wärmetauscherkonstruktion zur Nutzung von Abwärme, bspw. in U-Bahn Tunneln oder industriellen Anlagen, an einer der Fluidleitung gegenüberliegenden Seite vorstehende Finnen aufweisen, um eine effektive Fläche der Wärmetauscherfläche zu erhöhen. In U-Bahntunneln kann die Wärmetauscherfläche zudem gekrümmt sein, um eine Abstimmung auf eine Geometrie des U-Bahn Tunnels zu erlauben. Heat exchanger construction for the use of waste heat, e.g. in subway tunnels or industrial plants, has protruding fins on a side opposite the fluid line in order to increase the effective area of the heat exchanger surface. In subway tunnels, the heat exchanger surface can also be curved to allow it to be adapted to the geometry of the subway tunnel.
Bei kombinierten Photovoltaik- und Photothermie-Vorrichtungen ist die Wärmetauscherfläche vorzugsweise eben, um eine direkte flächige Kopplung des wärmeleitenden Profils an eine entsprechende rückseitige Fläche eines Photovoltaikmoduls zu erlauben. In combined photovoltaic and photothermal devices, the heat exchanger surface is preferably flat to allow a direct surface coupling of the heat-conducting profile to a corresponding rear surface of a photovoltaic module.
In bevorzugten Ausführungsformen bildet die Wärmetauscherfläche eine Ebene zur flächigen Befestigung einer korrespondierenden Fläche der Wärmequelle. In preferred embodiments, the heat exchanger surface forms a plane for the surface attachment of a corresponding surface of the heat source.
Vorzugsweise definieren Oberflächen benachbarter wärmeleitender Profile eine stetige Wärmetauscherfläche, wobei die Oberflächen der benachbarten wärmeleitenden Profile insbesondere eine ebene Wärmetauscherfläche zur Befestigung einer Wärmequelle auf einer Mehrzahl der benachbarten wärmeleitenden Profile ausbilden. Preferably, surfaces of adjacent heat-conducting profiles define a continuous heat exchanger surface, wherein the surfaces of the adjacent heat-conducting profiles in particular form a flat heat exchanger surface for fastening a heat source on a plurality of the adjacent heat-conducting profiles.
Eine Wärmequelle kann somit an einer Mehrzahl benachbarter wärmeleitender Profile befestigt werden, sodass die Wärmequelle, wie ein Photovoltaikmodul, nicht auf die Dimensionen der wärmeleitenden Profile abgestimmt sein muss. A heat source can thus be attached to a plurality of adjacent heat-conducting profiles, so that the heat source, such as a photovoltaic module, does not have to be adapted to the dimensions of the heat-conducting profiles.
In bevorzugten Ausführungsformen betrifft der erste Aspekt eine Solaranlage zur kombinierten Strom- und Wärmeerzeugung, insbesondere für ein Gebäudedach oder eine Gebäudewand, welches die Wärmetauscherkonstruktion nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen und mindestens ein Photovoltaikmodul umfasst, welches auf einer Wärmetauscherfläche angeordnet ist, welche von wärmeleitenden Profilen der Wärmetauscherkonstruktion gebildet oder getragen wird, sodass Wärme von dem Photovoltaikmodul durch das wärmeleitende Profil zu der Fluidleitung fließt. In preferred embodiments, the first aspect relates to a solar system for combined power and heat generation, in particular for a building roof or a building wall, which comprises the heat exchanger construction according to one of the preceding embodiments and at least one photovoltaic module which is arranged on a heat exchanger surface which is surrounded by heat-conducting profiles of the Heat exchanger structure is formed or supported so that heat flows from the photovoltaic module through the heat-conducting profile to the fluid line.
Die Solaranlage kann Teil einer Gebäudehülle sein, oder über einer Gebäudehülle befestigt werden. Grundsätzlich kann die Solaranlage jedoch auch auf einer Freifläche, einer Balkonanlage oder einer Zaunanlage angewandt werden. The solar system can be part of a building shell or be attached above a building shell. In principle, however, the solar system can also be used on an open space, a balcony or a fence.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Photovoltaikmodul an den wärmeleitenden Profilen befestigt, oder eine photoaktive Schicht ist auf die wärmeleitenden Profile aufgedampft oder aufgeklebt. In preferred embodiments, the photovoltaic module is attached to the heat-conducting profiles, or a photoactive layer is vapor-deposited or glued onto the heat-conducting profiles.
Das Photovoltaikmodul kann flächig auf der Wärmetauscherfläche des wärmeleitenden Profils aufliegen, sodass ein direkter Wärmetransfer zwischen dem wärmeleitenden Profil und dem Photovoltaikmodul erzielt werden kann. Das Photovoltaikmodul kann über eine metallische Rahmenfläche an dem wärmeleitenden Profil befestigt werden oder kann direkt, bspw. bei einem Glas-Folie oder einem Glas-Glas Modul, auf das wärmeleitende Profil aufgebracht werden. Dabei kann das Photovoltaikmodul gegen das wärmeleitende Profil geklemmt werden und/ oder durch eine Klebverbindung mit dem Photovoltaikmodul verbunden werden. Dabei können in einigen Ausführungsformen wärmeleitende Zwischenschichten zwischen dem Solarmodul und dem wärmeleitenden Profil angeordnet werden, um unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten des Solarmoduls und des wärmeleitenden Profils zu kompensieren. Alternativ kann eine photoaktive Schicht auf das wärmeleitende Profil aufgedampft oder aufgeschichtet werden, sodass das wärmeleitende Profil ein kombiniertes Photothermie- und Photovoltaik-Modul ausbilden kann. The photovoltaic module can lie flat on the heat exchanger surface of the heat-conducting profile so that a direct heat transfer can be achieved between the heat-conducting profile and the photovoltaic module. The photovoltaic module can be attached to the heat-conducting profile via a metallic frame surface or can be applied directly to the heat-conducting profile, for example in the case of a glass-foil or a glass-glass module. The photovoltaic module can be clamped against the heat-conducting profile and/or connected to the photovoltaic module by an adhesive bond. In some embodiments, heat-conducting intermediate layers can be arranged between the solar module and the heat-conducting profile in order to compensate for different thermal expansion coefficients of the solar module and the heat-conducting profile. Alternatively, a photoactive layer can be vapor-deposited or layered onto the heat-conducting profile so that the heat-conducting profile can form a combined photothermal and photovoltaic module.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Wärmetauscherkonstruktion eine Mehrzahl wärmeleitender Profile, welche benachbart zueinander angeordnet sind, um eine ebene Wärmetauscherfläche zu bilden. In preferred embodiments, the heat exchanger structure comprises a plurality of heat-conducting profiles arranged adjacent to each other to form a flat heat exchanger surface.
In bevorzugten Ausführungsformen überlappt das Photovoltaikmodul eine Mehrzahl benachbarter wärmeleitender Profile. In preferred embodiments, the photovoltaic module overlaps a plurality of adjacent heat-conducting profiles.
In bevorzugten Ausführungsformen betrifft der erste Aspekt eine Wand- und/oder Dachkonstruktion für ein Gebäude mit einer Wärmetauscherkonstruktion bzw. einer Solaranlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei eine Mehrzahl wärmeleitender Profile eine Gebäudehülle des Gebäudes bildet oder trägt. In preferred embodiments, the first aspect relates to a wall and/or roof construction for a building with a heat exchanger construction or a solar system according to one of the preceding embodiments, wherein a plurality of heat-conducting profiles form or support a building envelope of the building.
Die wärmeleitenden Profile können insbesondere Deckelemente eines Dachaufbaus oder eines Wandaufbaus bilden, um ein gebäudeintegriertes PVT-System bereitzustellen. In bevorzugten Ausführungsformen verlaufen die Mehrzahl wärmeleitender Profile senkrecht oder parallel zur Firstlinie des Gebäudes. The heat-conducting profiles can in particular form covering elements of a roof structure or a wall structure in order to provide a building-integrated PVT system. In preferred embodiments, the majority of heat-conducting profiles run perpendicular or parallel to the ridge line of the building.
Insbesondere kann die Führungsrichtung der Wärmetauscherkonstruktion für eine Dachkonstruktion senkrecht zur Firstlinie stehen, sodass Kopplungsabschnitte benachbarter wärmeleitender Profile senkrecht zur Firstlinie verlaufen und Wasser entlang der Kopplungsabschnitte von der Dachkonstruktion ablaufen kann. Beispielsweise können die wärmeleitenden Profile durchgängig zwischen dem First und der Traufe eines Schrägdachs verlaufen, wobei die Fluidleitung jeweils im Bereich des Firsts und im Bereich der Traufe an eine Zufluss- und Abflussleitung gekoppelt werden kann. In particular, the guide direction of the heat exchanger structure for a roof structure can be perpendicular to the ridge line, so that coupling sections of adjacent heat-conducting profiles run perpendicular to the ridge line and water can drain from the roof structure along the coupling sections. For example, the heat-conducting profiles can run continuously between the ridge and the eaves of a pitched roof, whereby the fluid line can be coupled to an inflow and outflow line in the area of the ridge and in the area of the eaves.
Bei einer Wandkonstruktion kann die Führungsrichtung im wesentlichen entlang der Schwerkraftrichtung verlaufen, um gleichermaßen entlang Verbindungsabschnitten zwischen benachbarten wärmeleitenden Profilen Wasser ableiten zu können. In a wall construction, the guide direction can run essentially along the direction of gravity in order to be able to drain water equally along connecting sections between adjacent heat-conducting profiles.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen einer Vorrichtung nach dem ersten Aspekt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Unterkonstruktion mit einer Mehrzahl von Trägern, das Einhaken des Trägerelements in die Kopplungsschiene des wärmeleitenden Profils, und das Befestigen des Trägerelements an einem der Träger durch Eingriff des Hakenabschnitts des Trägerelements mit dem Träger. According to a second aspect, the invention relates to a method for providing a device according to the first aspect. The method comprises providing a substructure with a plurality of supports, hooking the support element into the coupling rail of the heat-conducting profile, and fastening the support element to one of the supports by engaging the hook portion of the support element with the support.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Verschieben des Trägerelements entlang der Führungsrichtung, um das Trägerelement hin zu einer Befestigungsposition in Bezug auf den Träger zu bewegen. In preferred embodiments, the method further comprises displacing the carrier element along the guide direction to move the carrier element towards a fastening position with respect to the carrier.
Das Trägerelement kann anschließend in kraft- und/oder formschlüssigen Eingriff mit dem Träger gebracht werden, indem der Hakenabschnitt des Trägerelements durch externe Krafteinwirkung in Eingriff mit dem Träger gezwungen wird. The carrier element can then be brought into force- and/or form-fitting engagement with the carrier by forcing the hook portion of the carrier element into engagement with the carrier by external force.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Befestigen eines zweiten wärmeleitenden Profils an dem wärmeleitenden Profil über komplementäre seitliche Kopplungsabschnitte des wärmeleitenden Profils und des zweiten wärmeleitenden Profils, wobei die Kopplungsabschnitte an einer Längsseite der wärmeleitenden Profile entlang der Führungsrichtung verlaufen. In preferred embodiments, the method further comprises attaching a second heat-conducting profile to the heat-conducting profile via complementary lateral coupling sections of the heat-conducting profile and the second heat-conducting profile, wherein the coupling sections run along a longitudinal side of the heat-conducting profiles along the guide direction.
Das wärmeleitende Profil und das zweite wärmeleitende Profil sind vorzugsweise im wesentlich gleichförmig ausgebildet, wobei Kopplungsabschnitte an gegenüberliegenden Längsseiten der wärmeleitenden Profile eingerichtet sind, miteinander kraftschlüssig und/ oder formschlüssig einzugreifen, wobei insbesondere ein erster Kopplungsabschnitt eines wärmeleitenden Profils an einer Längsseite des wärmeleitenden Profils eingerichtet ist, einen zweiten Kopplungsabschnitt an einer gegenüberliegenden Längsseite eines formgleichen zweiten wärmeleitenden Profils aufzunehmen. The heat-conducting profile and the second heat-conducting profile are preferably designed to be substantially uniform, wherein coupling sections on opposite longitudinal sides of the heat-conducting profiles are arranged to engage with one another in a force-fitting and/or form-fitting manner, wherein in particular a first coupling section of a heat-conducting profile is arranged on a longitudinal side of the heat-conducting profile, a second coupling section on an opposite longitudinal side of a second heat-conducting profile of the same shape.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Befestigen des zweiten wärmeleitenden Profils an dem wärmeleitenden Profil ein in Eingriff Bringen der komplementären seitlichen Kopplungsabschnitte des wärmeleitenden Profils und des zweiten wärmeleitenden Profils, wobei sich eine Ausrichtung des wärmeleitenden Profils und des zweiten wärmeleitenden Profils um die Führungsrichtung unterscheidet, und Rotieren des zweiten wärmeleitenden Profils um die Führungsrichtung, sodass die komplementären seitlichen Kopplungsabschnitte des wärmeleitenden Profils und des zweiten wärmeleitenden Profils einrasten. In preferred embodiments, attaching the second thermally conductive profile to the thermally conductive profile comprises engaging the complementary lateral coupling portions of the thermally conductive profile and the second thermally conductive profile, wherein an orientation of the thermally conductive profile and the second thermally conductive profile differs about the guide direction, and rotating the second thermally conductive profile about the guide direction such that the complementary lateral coupling portions of the thermally conductive profile and the second thermally conductive profile engage.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Befestigen des wärmeleitenden Profils an der Unterkonstruktion an einem Befestigungspunkt des wärmeleitenden Profils, sodass eine feste Verbindung zwischen der Unterkonstruktion und dem wärmeleitenden Profil hergestellt wird, wobei das wärmeleitende Profil sich im Betrieb von der Befestigungsposition ausgehend thermisch verformt. In preferred embodiments, the method further comprises fastening the heat-conducting profile to the substructure at a fastening point of the heat-conducting profile so that a firm connection is established between the substructure and the heat-conducting profile, wherein the heat-conducting profile thermally deforms during operation starting from the fastening position.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Verbinden der Fluidleitung mit einer Zuflussleitung und einer Abflussleitung für das flüssige Wärmeträgermedium an gegenüberliegenden Enden des wärmeleitenden Profils. In preferred embodiments, the method further comprises connecting the fluid line to an inflow line and an outflow line for the liquid heat transfer medium at opposite ends of the heat-conducting profile.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Befestigen eines Photovoltaikmoduls an einer Wärmetauscherfläche des wärmeleitenden Profils. In preferred embodiments, the method further comprises attaching a photovoltaic module to a heat exchanger surface of the heat-conducting profile.
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Bereitstellen eines Dach- und/ oder oder Wandaufbaus zur kombinierten Strom- und Wärmeerzeugung. Das Verfahren umfasst das Befestigen einer Unterkonstruktion auf einer tragenden Dach- und/oder Wandkonstruktion, wobei die Unterkonstruktion eine Mehrzahl parallel angeordneter wärmeleitender Profile mit Fluidleitungen für ein flüssiges Wärmeträgermedium umfasst, welche über die Träger an der tragenden Wand- und/oder Dachkonstruktion befestigt sind. Die Fluidleitungen sind mit Fluidanschlüssen gekoppelt, um das Wärmeträgermedium an einem ersten Ende der wärmeleitender Profile einzuleiten und an einem zweiten gegenüberliegenden Ende der wärmeleitenden Profile abzuleiten. In some embodiments, the invention relates to a method for providing a roof and/or wall structure for combined power and heat generation. The method comprises attaching a substructure to a supporting roof and/or wall structure, wherein the substructure comprises a plurality of parallel heat-conducting profiles with fluid lines for a liquid heat transfer medium, which are attached to the supporting wall and/or roof structure via the supports. The fluid lines are coupled to fluid connections in order to introduce the heat transfer medium at a first end of the heat-conducting profiles and to discharge it at a second opposite end of the heat-conducting profiles.
Dabei können die wärmeleitenden Profile Teile der Gebäudehülle bilden, insbesondere indem die Mehrzahl wärmeleitender Profile wasserdicht miteinander verbunden werden, um eine geschlossene Fläche zu bilden. The heat-conducting profiles can form parts of the building envelope, in particular by connecting the majority of heat-conducting profiles to one another in a watertight manner to form a closed surface.
Alternativ können die wärmeleitenden Profile zur Befestigung von Deck- und/oder Halteelementen genutzt werden, welche über den wärmeleitenden Profilen befestigt werden und mit diesen thermisch gekoppelt sind. Die wärmeleitenden Halteelemente können wärmeleitende Bleche sein, bspw. aus Aluminium, Kupfer, Titanzink oder Stahl sein, welche eine Gebäudehülle abschließen können. Alternatively, the heat-conducting profiles can be used to attach cover and/or support elements, which are attached above the heat-conducting profiles and are thermally coupled with them. The heat-conducting holding elements can be heat-conducting sheets, e.g. made of aluminum, copper, titanium zinc or steel, which can enclose a building shell.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Befestigen einer Mehrzahl von wärmeleitenden Profilen an der Unterkonstruktion, und das Befestigen von wärmeleitenden Blechen an der Mehrzahl wärmeleitender Profile zum Bilden einer Wärmetauscherfläche. In some embodiments, the method comprises attaching a plurality of heat-conducting profiles to the substructure, and attaching heat-conducting sheets to the plurality of heat-conducting profiles to form a heat exchanger surface.
Auf der Wärmetauscherfläche können Photovoltaikmodule befestigt werden, welche über die wärmeleitenden Profile thermisch an die Fluidleitungen gekoppelt sind. Entsprechend können die Photovoltaikmodule über ein Wärmeträgermedium in den Fluidleitungen gekühlt werden, während der Rücklauf zur Versorgung von Verbrauchern in dem Gebäude genutzt werden kann. Photovoltaic modules can be attached to the heat exchanger surface and are thermally coupled to the fluid lines via the heat-conducting profiles. The photovoltaic modules can therefore be cooled via a heat transfer medium in the fluid lines, while the return flow can be used to supply consumers in the building.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Anschließen eines Fluidkreislaufs an die Fluidanschlüsse der wärmeleitenden Profile zur Kühlung des mindestens einen wärmeleitenden Deckelements. In some embodiments, the method includes connecting a fluid circuit to the fluid ports of the heat-conducting profiles for cooling the at least one heat-conducting cover element.
Das Anschließen des Fluidkreislaufs an die Fluidanschlüsse kann in einem getrennten Schritt vor oder nach dem Befestigen der Photovoltaikmodule, bspw. durch einen Heizungsbauer, erfolgen, wobei die Fluidleitungen der wärmeleitenden Profile in geeigneter Weise mit einem Wärmeträgerkreislauf verbunden werden und das Dach bzw. die Wand geschlossen werden kann. The connection of the fluid circuit to the fluid connections can be carried out in a separate step before or after the photovoltaic modules are attached, e.g. by a heating engineer, whereby the fluid lines of the heat-conducting profiles are connected in a suitable manner to a heat transfer circuit and the roof or wall can be closed.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Verbinden der Enden der Fluidleitungen mehrerer der wärmeleitenden Profile mit einer Verbindungsleitung, welche senkrecht zu den wärmeleitenden Profilen verläuft. In some embodiments, the method further comprises connecting the ends of the fluid lines of a plurality of the heat-conducting profiles to a connecting line that runs perpendicular to the heat-conducting profiles.
In einigen Ausführungsformen definiert die Dachkonstruktion ein Schrägdach und die Mehrzahl parallel angeordneter wärmeleitender Profile werden senkrecht zur Firstlinie desselben befestigt. In some embodiments, the roof structure defines a pitched roof and the plurality of parallel heat-conducting profiles are attached perpendicular to the ridge line thereof.
Die Dachkonstruktion kann als Tragwerk eines Daches verstanden werden, während die Dachdeckung vor Niederschlag, Wind und Sonne schützt und an dem Schrägdach Regen konstruktiv über die Dachneigung ableiten kann. Die Firstlinie ist eine meist waagerechte obere Kante des Daches. Der Fachmann erkennt hierbei, dass bei Schrägdächern, wie Pult-, Sattel-, Frack- oder Walmdächern, nicht jede der Dachflächen wärmeleitende Profile umfassen muss. Stattdessen ist es möglich, nur eine oder mehrere der Sonne zugewandte Dachflächen mit einem Dachaufbau mit einem integrierten PVT-Modul auszustatten, während andere Dachflächen mit herkömmlichen (Blech-)Dachdeckungen eingedeckt werden können. Die Fluidanschlüsse können im Bereich des Firsts/der Traufe mit einem Fluidkreislauf verbunden werden. The roof construction can be understood as the supporting structure of a roof, while the roof covering protects against precipitation, wind and sun and can structurally drain rain on the pitched roof via the roof slope. The ridge line is a mostly horizontal upper edge of the roof. The expert recognizes that with pitched roofs, such as pent, gable, tailcoat or hip roofs, not every roof surface needs to include heat-conducting profiles. Instead, it is possible to equip only one or more roof surfaces facing the sun with a roof structure with an integrated PVT module, while other roof surfaces can be covered with conventional (sheet metal) roof coverings. The fluid connections can be connected to a fluid circuit in the area of the ridge/eaves.
Vorzugsweise stellen die wärmeleitenden Profile im Wesentlichen ebene Befestigungsflächen bereit und die Photovoltaikmodule werden auf den ebenen Befestigungsflächen in physischem Kontakt mit den wärmeleitenden Profilen gehalten. Preferably, the heat-conducting profiles provide substantially flat mounting surfaces and the photovoltaic modules are held on the flat mounting surfaces in physical contact with the heat-conducting profiles.
Die vorstehende Beschreibung stellt verschiedene Beispiele bereit, welche die Integration einer kombinierten Photovoltaik- und Photothermieanlage in eine Gebäudehülle erlauben. Bei bestehenden Dach- oder Wandaufbauten kann die Erfindung jedoch auch dadurch implementiert werden, dass die wärmeleitenden Profile über Stützelemente, wie Dach- oder Wandhaken, außerhalb der Gebäudehülle angebracht werden. The above description provides various examples that allow the integration of a combined photovoltaic and photothermal system into a building envelope. However, in existing roof or wall structures, the invention can also be implemented by attaching the heat-conducting profiles outside the building envelope via support elements such as roof or wall hooks.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Wärmetauscherkonstruktion zum Austausch von Wärme mit einem flüssigen Wärmeträgermedium. Die Wärmetauscherkonstruktion umfasst eine Mehrzahl wärmeleitender Profile. Die wärmeleitenden Profile tragen eine Fluidleitung für das flüssige Wärmeträgermedium und sind thermisch an die Fluidleitung gekoppelt, wobei die Fluidleitung sich entlang einer Führungsrichtung erstreckt und wobei das Wärmeträgermedium im Betrieb der Wärmetauscherkonstruktion entlang der Führungsrichtung durch die Fluidleitung fließt. Die wärmeleitenden Profile umfassen an gegenüberliegenden Seiten jeweils einen ersten Kopplungsabschnitt und einen zweiten Kopplungsabschnitt, wobei der erste Kopplungsabschnitt eingerichtet ist, mit dem zweiten Kopplungsabschnitt eines benachbarten wärmeleitenden Profils kraftschlüssig und/oder formschlüssig einzugreifen, sodass die Kopplungsabschnitte benachbarter wärmeleitender Profile eine elastische Verbindung zwischen den benachbarten wärmeleitenden Profilen ausbilden, sodass bei einer erwartungsgemäßen thermischen Expansion oder Kontraktion der Mehrzahl der benachbarten wärmeleitenden Profile im Betrieb der Wärmetauscherkonstruktion die elastische Verbindung gestaucht oder gedehnt wird, um die thermische Expansion oder Kontraktion der Mehrzahl der benachbarten wärmeleitenden Profile zu kompensieren. According to a third aspect, the invention relates to a heat exchanger construction for exchanging heat with a liquid heat transfer medium. The heat exchanger construction comprises a plurality of heat-conducting profiles. The heat-conducting profiles carry a fluid line for the liquid heat transfer medium and are thermally coupled to the fluid line, wherein the fluid line extends along a guide direction and wherein the heat transfer medium flows through the fluid line along the guide direction during operation of the heat exchanger construction. The heat-conducting profiles each comprise a first coupling section and a second coupling section on opposite sides, wherein the first coupling section is configured to engage with the second coupling section of an adjacent heat-conducting profile in a force-fitting and/or form-fitting manner, so that the coupling sections of adjacent heat-conducting profiles form an elastic connection between the adjacent heat-conducting profiles, so that in the event of an expected thermal expansion or contraction of the majority of adjacent heat-conducting profiles during operation of the heat exchanger structure, the elastic connection is compressed or stretched in order to compensate for the thermal expansion or contraction of the majority of adjacent heat-conducting profiles.
Jedes wärmeleitende Profil kann jeweils eine Fluidleitung tragen und/oder umfassen und die Wärmetauscherkonstruktion kann jede Kombination der Merkmale des ersten Aspekts umfassen. Each heat-conducting profile may carry and/or comprise a respective fluid conduit and the heat exchanger construction may comprise any combination of the features of the first aspect.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das wärmeleitende Profil ferner eine Kopplungsschiene, welche sich entlang der Führungsrichtung erstreckt. Die Wärmetauscherkonstruktion umfasst ferner einen Träger, welcher sich senkrecht zu der Führungsrichtung erstreckt und eingerichtet ist, das wärmeleitende Profil zu tragen, und ein Trägerelement, welches zur Befestigung an dem Träger ausgebildet ist und einen Führungsabschnitt umfasst, welcher eingerichtet ist, mit der Kopplungsschiene des wärmeleitenden Profils einzugreifen, um das wärmeleitende Profil entlang der Führungsrichtung beweglich über dem Träger zu halten. In preferred embodiments, the heat-conducting profile further comprises a coupling rail which extends along the guide direction. The heat exchanger construction further comprises a carrier which extends perpendicular to the guide direction and is adapted to carry the heat-conducting profile, and a Support element which is designed for attachment to the support and comprises a guide portion which is configured to engage with the coupling rail of the heat-conducting profile in order to hold the heat-conducting profile movable over the support along the guide direction.
In bevorzugten Ausführungsformen sind der erste Kopplungsabschnitt und der zweite Kopplungsabschnitt jeweils an einer Längsseite der wärmeleitenden Profile angeordnet, welche sich entlang der Führungsrichtung der jeweiligen wärmeleitenden Profile erstreckt, wobei die Längsseite insbesondere länger als eine senkrecht dazu verlaufende Kurzseite der wärmeleitenden Profile ist. In preferred embodiments, the first coupling section and the second coupling section are each arranged on a longitudinal side of the heat-conducting profiles, which extends along the guide direction of the respective heat-conducting profiles, wherein the longitudinal side is in particular longer than a short side of the heat-conducting profiles running perpendicular thereto.
In bevorzugten Ausführungsformen definieren Oberflächen benachbarter wärmeleitender Profile eine stetige Wärmetauscherfläche, wobei die Oberflächen der benachbarten wärmeleitenden Profile insbesondere eine ebene Wärmetauscherfläche zur Befestigung einer Wärmequelle auf einer Mehrzahl der benachbarten wärmeleitenden Profile ausbilden. In preferred embodiments, surfaces of adjacent heat-conducting profiles define a continuous heat exchanger surface, wherein the surfaces of the adjacent heat-conducting profiles in particular form a flat heat exchanger surface for fastening a heat source on a plurality of the adjacent heat-conducting profiles.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN DETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich am besten aus den nachfolgend beschriebenen und anhand der Zeichnungen veranschaulichten bevorzugten Ausführungsformen, wobei: The features and advantages of the invention will be best understood from the preferred embodiments described below and illustrated with reference to the drawings, in which:
Fig. i eine Draufsicht auf einen beispielhaften Aufbau einer Vorrichtung zur kombinierten Strom- und Wärmeerzeugung zeigt; Fig. i shows a plan view of an exemplary structure of a device for combined power and heat generation;
Fig. 2 ein Beispiel einer Wärmetauscherkonstruktion mit integrierten Fluidleitungen; Fig. 2 shows an example of a heat exchanger design with integrated fluid lines;
Fig. 3A-D zeigen Beispiele eines Trägerelements mit einem Führungsabschnitt und einem Hakenabschnitt; Fig. 3A-D show examples of a support element with a guide portion and a hook portion;
Fig. 4A zeigt ein weiteres Beispiel einer Wärmetauscherkonstruktion; Fig. 4A shows another example of a heat exchanger construction;
Fig. 4B zeigt eine Seitenansicht der Wärmetauscherkonstruktion aus Fig. 4A entlang der Führungsrichtung; Fig. 4B shows a side view of the heat exchanger construction of Fig. 4A along the guide direction;
Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer schematischen mechanischen Simulation eines Trägerelements; Fig. 5 shows an example of a schematic mechanical simulation of a support element;
Fig. 6A zeigt ein weiteres Beispiel eines Trägerelements; Fig. 6A shows another example of a support element;
Fig. 6B zeigt ein Beispiel einer Wärmetauscherkonstruktion mit dem Trägerelement aus Fig. 6A; Fig. 7A zeigt ein weiteres Beispiel eines Trägerelements; Fig. 6B shows an example of a heat exchanger construction with the support element of Fig. 6A; Fig. 7A shows another example of a support element;
Fig. 7B zeigt ein Beispiel einer Wärmetauscherkonstruktion mit dem Trägerelement aus Fig. 7A gemäß einer schematischen Seitenansicht; Fig. 7B shows an example of a heat exchanger construction with the support element from Fig. 7A according to a schematic side view;
Fig. 8A zeigt ein weiteres Beispiel eines Trägerelements; Fig. 8A shows another example of a support element;
Fig. 8B zeigt ein Beispiel einer Wärmetauscherkonstruktion mit dem Trägerelement aus Fig. 8A gemäß einer schematischen Seitenansicht; Fig. 8B shows an example of a heat exchanger construction with the support element from Fig. 8A according to a schematic side view;
Fig. 8C zeigt ein Beispiel einer Wärmetauscherkonstruktion mit dem Trägerelement aus Fig. 8A; Fig. 8C shows an example of a heat exchanger construction with the support element of Fig. 8A;
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt eines wärmeleitenden Profils gemäß einem Beispiel; Fig. 9 shows a cross section of a heat-conducting profile according to an example;
Fig. 10 zeigt ein Beispiel von benachbarten wärmeleitenden Profilen, welche mit einem Nutelement verbunden sind; Fig. 10 shows an example of adjacent heat-conducting profiles connected to a groove element;
Fig. 11 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Bereitstellen einer Wärmetauscherkonstruktion; und Fig. 11 shows an exemplary method for providing a heat exchanger structure; and
Fig. 12A, B zeigen ein weiteres Beispiel einer Wärmetauscherkonstruktion 22. Fig. 12A, B show another example of a heat exchanger construction 22.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen beispielhaften Aufbau 10 einer Vorrichtung zur kombinierten Strom- und Wärmeerzeugung, bspw. als Dachaufbau für ein Schrägdach eines Gebäudes und/oder Wandaufbau zur Montage über einer Gebäudewand. Der Aufbau 10 umfasst mindestens ein metallisches wärmeleitendes Halteelement 12, welche in Fig.i eine durchgehende Gebäudehülle, wie eine Dachhaut oder eine Fassade eines Gebäudes, bilden und eine Mehrzahl von Photovoltaikmodulen 14 tragen. In einigen Ausführungsformen kann eine Mehrzahl von benachbarten Haltelementen 12 verbunden werden, um ein zusammengesetztes Halteelement 12 zu bilden. Die Halteelemente 12 können eine konstruktive Ableitung von Regen entlang einer vertikalen Richtung erlauben und können auf diese Weise auch eine herkömmliche Dacheindeckung oder Fassade ersetzen. Fig. 1 shows a plan view of an exemplary structure 10 of a device for combined power and heat generation, for example as a roof structure for a pitched roof of a building and/or wall structure for installation above a building wall. The structure 10 comprises at least one metallic heat-conducting support element 12, which in Fig.i forms a continuous building shell, such as a roof skin or a facade of a building, and supports a plurality of photovoltaic modules 14. In some embodiments, a plurality of adjacent support elements 12 can be connected to form a composite support element 12. The support elements 12 can allow a structural drainage of rain along a vertical direction and can in this way also replace a conventional roof covering or facade.
Unterhalb der Halteelemente 12 verlaufen eine Mehrzahl von Fluidleitungen 16, welche ein Wärmeträgermedium von einer Einflussleitung 18 zu einer Abflussleitung 20 führen und thermisch mit den Halteelementen 12 gekoppelt sind, um Wärme von den Halteelementen 12 aufnehmen können. Die Einflussleitung 18 und die Abflussleitung 20 können sich senkrecht zu den Fluidleitungen 16 erstrecken und können mit den Fluidleitungen 16 an den jeweiligen gegenüberliegen longitudinalen Enden der Fluidleitungen 16 gekoppelt sein, sodass das Wärmeträgermedium von der Einflussleitung 18 durch die Fluidleitungen 16 in die Abflussleitung 20 geführt werden kann. A plurality of fluid lines 16 extend beneath the holding elements 12, which carry a heat transfer medium from an inflow line 18 to a discharge line 20 and are thermally coupled to the holding elements 12 in order to be able to absorb heat from the holding elements 12. The inflow line 18 and the discharge line 20 can extend perpendicular to the fluid lines 16 and can be coupled to the fluid lines 16 at the respective opposite longitudinal ends of the fluid lines 16, so that the Heat transfer medium can be led from the inlet line 18 through the fluid lines 16 into the outlet line 20.
Die Photovoltaikmodule 14 sind an den Halteelementen 12 befestigt und thermisch mit den Halteelementen 12 gekoppelt, sodass Wärme von den Photovoltaikmodulen 14 durch die Halteelemente 12 zu den Fluidleitungen 16 geführt werden kann. Der Fluss des Wärmeträgermediums durch die Fluidleitungen 16 kann daher die Photovoltaikmodule 14 kühlen und ein erwärmtes Wärmeträgermedium für eine Verwendung in dem Gebäude bereitstellen. The photovoltaic modules 14 are attached to the support elements 12 and thermally coupled to the support elements 12 so that heat can be conducted from the photovoltaic modules 14 through the support elements 12 to the fluid lines 16. The flow of the heat transfer medium through the fluid lines 16 can therefore cool the photovoltaic modules 14 and provide a heated heat transfer medium for use in the building.
Die wärmeleitenden Halteelemente 12 sollten bevorzugt eine im Wesentlichen ebene wärmeleitende Stützfläche für die Photovoltaikmodule 14 bilden, sodass ein flächiges Aufliegen der Photovoltaikmodule 14 auf den wärmeleitenden Halteelementen 12 erzielt werden kann. Das flächige Aufliegen kann einen ausreichenden Wärmetransfer von den Photovoltaikmodulen 14 zu den Fluidleitungen 16 erlauben. The heat-conducting holding elements 12 should preferably form a substantially flat heat-conducting support surface for the photovoltaic modules 14, so that a flat resting of the photovoltaic modules 14 on the heat-conducting holding elements 12 can be achieved. The flat resting can allow sufficient heat transfer from the photovoltaic modules 14 to the fluid lines 16.
Zum Ableiten von Wärme von den Photovoltaikmodulen 14 können die wärmeleitenden Halteelemente 12 aus einem Metall mit vergleichsweise hoher Wärmeleitfähigkeit ausgebildet werden, welche höher als die Wärmeleitfähigkeit von Stahl ist, bspw. mehr als ca. 15 W/(m*K), und insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 50 W/(m*K) aufweist, insbesondere mehr als 100 W/ (m*K), bevorzugt mehr als 150 W/ (m*K), wie im Fall von Aluminium, welches eine Wärmeleitfähigkeit zwischen etwa 75 W/ (m*K) und etwa 235 W/ (m*K) aufweisen kann, oder Kupfer. To dissipate heat from the photovoltaic modules 14, the heat-conducting holding elements 12 can be made of a metal with a comparatively high thermal conductivity, which is higher than the thermal conductivity of steel, for example more than approximately 15 W/(m*K), and in particular has a thermal conductivity of more than 50 W/(m*K), in particular more than 100 W/(m*K), preferably more than 150 W/(m*K), as in the case of aluminum, which can have a thermal conductivity between approximately 75 W/(m*K) and approximately 235 W/(m*K), or copper.
Ferner können die Fluidleitungen 16 mit der Halteelemente 12 integriert sein, sodass Wärme direkt von dem Halteelement 12 an das Wärmeträgermedium abgegeben werden kann. Vorteilhaft ist es in solchen Fällen, wenn die Anzahl an Verbindungsstücken zwischen verschiedenen Fluidleitungen 16 gering bleibt, um eine möglichst geringe Anzahl von potentiellen Leckagepunkten zu erhalten. Bspw. können die Halteelemente 12 sich im wesentlichen vom First bis zur Traufe eine Schrägdaches erstrecken oder entlang einer vertikalen Erstreckung einer Gebäudewand, auch über mehrere Stockwerke eines Gebäudes, durchgängig verlaufen, sodass Fluidverbindungen nur an gegenüberliegenden Seiten der Halteelemente 12 notwendig sein können. Furthermore, the fluid lines 16 can be integrated with the holding elements 12 so that heat can be transferred directly from the holding element 12 to the heat transfer medium. In such cases, it is advantageous if the number of connecting pieces between different fluid lines 16 remains low in order to keep the number of potential leakage points as low as possible. For example, the holding elements 12 can extend essentially from the ridge to the eaves of a pitched roof or run continuously along a vertical extension of a building wall, even over several floors of a building, so that fluid connections may only be necessary on opposite sides of the holding elements 12.
Bei einer entsprechenden Konstruktion kann jedoch eine thermische Ausdehnung bzw. Kontraktion der metallischen Halteelemente 12 zu mechanischen Spannung zwischen den Halteelemente 12 und einer Unterkonstruktion an dem Gebäude führen, welche aus Holz und/ oder Beton bestehen kann und einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die metallischen Halteelemente 12 aufweisen kann. Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Wärmetauscherkonstruktion 22 mit integrierten Fluidleitungen 16, welche zum Tragen der Photovoltaikmodule 14 ausgebildet sein kann. Die Wärmetauscherkonstruktion 22 umfasst ein wärmeleitendes Profil 24, welches über ein Trägerelement 26 von einem Träger 28 einer Unterkonstruktion gestützt werden kann. However, with a corresponding construction, thermal expansion or contraction of the metallic holding elements 12 can lead to mechanical stress between the holding elements 12 and a substructure on the building, which can consist of wood and/or concrete and can have a lower thermal expansion coefficient than the metallic holding elements 12. Fig. 2 shows an example of a heat exchanger construction 22 with integrated fluid lines 16, which can be designed to support the photovoltaic modules 14. The heat exchanger construction 22 comprises a heat-conducting profile 24, which can be supported by a support 28 of a substructure via a support element 26.
Das wärmeleitenden Profil 24 trägt eine Fluidleitung 16, welche einstückig mit dem wärmeleitenden Profil 24 ausgebildet sein kann, wie durch gemeinsames Ausbilden des wärmeleitenden Profils 24 und der Fluidleitung 16, bspw. durch Strangpressen oder Fließpressen des wärmeleitenden Profils 24 mit integrierter Fluidleitung 16 aus Aluminium. The heat-conducting profile 24 carries a fluid line 16, which can be formed integrally with the heat-conducting profile 24, such as by jointly forming the heat-conducting profile 24 and the fluid line 16, for example by extruding or impact molding the heat-conducting profile 24 with integrated fluid line 16 made of aluminum.
Das wärmeleitende Profil 24 kann das Halteelement 12 ausbilden oder tragen, wobei ein Photovoltaikmodul 14 auf einer Wärmetauscherfläche 30 des wärmeleitenden Profils 24 flächig aufliegen kann, welche vorzugsweise eine flache Ebene mit der Flächennormalen N ausbildet. Das Photovoltaikmodul 14 kann auf einer ersten Seite des wärmeleitenden Profils 24 angeordnet werden, welche einer zweiten Seite des wärmeleitenden Profils 24 gegenüberliegt, an welcher das wärmeleitende Profil 24 über das Trägerelement 26 mit dem Träger 28 verbunden ist. The heat-conducting profile 24 can form or support the holding element 12, wherein a photovoltaic module 14 can rest flat on a heat exchanger surface 30 of the heat-conducting profile 24, which preferably forms a flat plane with the surface normal N. The photovoltaic module 14 can be arranged on a first side of the heat-conducting profile 24, which is opposite a second side of the heat-conducting profile 24, on which the heat-conducting profile 24 is connected to the carrier 28 via the carrier element 26.
Das wärmeleitende Profil 24 weist eine Kopplungsschiene 32 auf, welche einen Aufnahmeraum für das Trägerelement 26 ausbildet und einen Hakenabschnitt 34 umfasst, in welchen ein Führungsabschnitt 36 des Trägerelements 26 eingreift, um das Trägerelement 26 entlang einer Führungsrichtung 38 der Kopplungsschiene 32 beweglich zu halten. Der Aufnahmeraum kann einen hinterschnittenen Abschnitt aufweisen, um das Trägerelement 26 formschlüssig zu halten und insbesondere einen fl-förmigen Querschnitt aufweisen, welcher an beiden Seiten Hakenabschnitte 34 zum formschlüssigen Halten eines Trägerelements 26 aufweisen kann. The heat-conducting profile 24 has a coupling rail 32, which forms a receiving space for the carrier element 26 and comprises a hook section 34, in which a guide section 36 of the carrier element 26 engages in order to hold the carrier element 26 movably along a guide direction 38 of the coupling rail 32. The receiving space can have an undercut section in order to hold the carrier element 26 in a form-fitting manner and in particular have an FL-shaped cross-section, which can have hook sections 34 on both sides for holding a carrier element 26 in a form-fitting manner.
Das Trägerelement umfasst ferner einen Hakenabschnitt 40, welcher kraftschlüssig mit dem Träger 28 eingreift und formschlüssig eine relative Bewegung des Trägers 28 und des Trägerelements 26 entlang der Flächennormalen N verhindert. The carrier element further comprises a hook portion 40 which engages with the carrier 28 in a force-fitting manner and positively prevents a relative movement of the carrier 28 and the carrier element 26 along the surface normal N.
Der Hakenabschnitt 40 des Trägerlements 26 kann eine Aufnahme für den Träger 28 bilden, welche den Träger 28 in einem vorbestimmten Abstand zu dem wärmeleitenden Profil 24 hält. Alternativ oder zusätzlich kann der Führungsabschnitt 36 des Trägerelements 26 ausgebildet sein, mit der Kopplungsschiene 32 einzugreifen, um den Träger 28 gegen eine Unterseite des wärmeleitenden Profils 24 zu klemmen. Entsprechend kann der Träger 28 zwischen dem Hakenabschnitt 40 des Trägerelements 26 und der Unterseite des wärmeleitenden Profils 24 kraftschlüssig gehalten werden, wobei die Unterseite des wärmeleitenden Profils 24 eine Klemmkraft auf den Träger 28 ausüben kann. Vorzugsweise ist zwischen dem Hakenabschnitt 40 des Trägerelements 26 und dem Träger 28 eine Zwischenschicht (nicht gezeigt) aus einem elastischen Material vorgesehen, wie eine Einlage aus einem Gummimaterial, z.B. Synthesekautschuk, welche zwischen dem Träger 28 und dem Hakenabschnitt 40 eingeklemmt werden kann, wobei die Zwischenschicht eine Reibung zwischen dem Trägerelement 26 und dem Träger 28 erhöhen kann und/oder Fertigungstoleranzen oder thermische Ausdehnung des Trägerelements 26 und des Trägers 28 teilweise kompensieren kann. The hook section 40 of the carrier element 26 can form a receptacle for the carrier 28, which holds the carrier 28 at a predetermined distance from the heat-conducting profile 24. Alternatively or additionally, the guide section 36 of the carrier element 26 can be designed to engage with the coupling rail 32 in order to clamp the carrier 28 against an underside of the heat-conducting profile 24. Accordingly, the carrier 28 can be held in a force-fitting manner between the hook section 40 of the carrier element 26 and the underside of the heat-conducting profile 24, wherein the underside of the heat-conducting profile 24 can exert a clamping force on the carrier 28. Preferably, an intermediate layer (not shown) made of an elastic material is provided between the hook portion 40 of the carrier element 26 and the carrier 28, such as an insert made of a rubber material, e.g. synthetic rubber, which can be clamped between the carrier 28 and the hook portion 40, wherein the intermediate layer can increase friction between the carrier element 26 and the carrier 28 and/or can partially compensate for manufacturing tolerances or thermal expansion of the carrier element 26 and the carrier 28.
Die Wärmetauscherkonstruktion 22 kann bereitgestellt werden, indem zunächst der Träger 28 an einer Stützkonstruktion befestigt wird, wie einer Unterkonstruktion oder einer Sparrenlage eines Daches, und anschließend die Unterseite des wärmeleitenden Profils 24 an den Träger 28 angenähert wird. Das Trägerelement 26 kann in die Kopplungsschiene 32 des wärmeleitenden Profils 24 eingreifen und entlang der Führungsrichtung 38 zum Träger 28 geführt werden, sodass eine offene Seite des Hakenabschnitts 40 dem Träger 28 gegenüberliegt. The heat exchanger structure 22 can be provided by first attaching the carrier 28 to a support structure, such as a substructure or a rafter layer of a roof, and then bringing the underside of the heat-conducting profile 24 closer to the carrier 28. The carrier element 26 can engage in the coupling rail 32 of the heat-conducting profile 24 and be guided along the guide direction 38 to the carrier 28, so that an open side of the hook section 40 is opposite the carrier 28.
Das Trägerelement 26 kann anschließend durch externe Krafteinwirkung mit den Träger 28 in Eingriff gebracht werden, wobei der Hakenabschnitt 40 über den Träger 28 geschoben wird, um eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerelement 26 und dem Träger 28 herzustellen. Vorzugsweise weist der Hakenabschnitt 40 einen Vorsprung (nicht gezeigt) auf, welcher zusätzlich einen formschlüssigen Eingriff des Trägerelement 26 und des Trägers 28 herstellt. Das Trägerelement 26 und der Träger 28 können bspw. durch Einschlagen des Trägerelement 26 gegen den Träger 28 mit einem Hammer in Eingriff gebracht werden. The carrier element 26 can then be brought into engagement with the carrier 28 by external force, wherein the hook section 40 is pushed over the carrier 28 in order to produce a force-fitting connection between the carrier element 26 and the carrier 28. Preferably, the hook section 40 has a projection (not shown) which additionally produces a positive engagement of the carrier element 26 and the carrier 28. The carrier element 26 and the carrier 28 can be brought into engagement, for example, by striking the carrier element 26 against the carrier 28 with a hammer.
Das Herstellen der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Trägerelement 26 und dem Träger 28 kann das Trägerelement 26 elastisch verformen, und eine interne Rückstellkraft des Trägerelement 26 kann den Träger 28 über den Hakenabschnitt 40 einklemmen. In einigen Ausführungsformen ist das Trägerelement 26 in der Wärmetauscherkonstruktion 22 elastisch verformt, um den Träger 28 kraftschlüssig zu halten. Der Fachmann versteht, dass er durch eine entsprechende Wahl der Geometrie und/oder des Materials eine vorgegebene Klemmkraft bereitstellen kann, mit welcher der Träger 28 durch das Trägerelement 26 gehalten wird. Establishing the frictional connection between the carrier element 26 and the carrier 28 can elastically deform the carrier element 26, and an internal restoring force of the carrier element 26 can clamp the carrier 28 via the hook portion 40. In some embodiments, the carrier element 26 is elastically deformed in the heat exchanger structure 22 in order to hold the carrier 28 in a frictional manner. The person skilled in the art understands that by choosing the geometry and/or the material accordingly, he can provide a predetermined clamping force with which the carrier 28 is held by the carrier element 26.
Aufgrund der beweglichen Führung des Trägerelements 26 in der Kopplungsschiene 32 des wärmeleitenden Profils 24 kann die Wärmetauscherkonstruktion 22 nicht auf eine vorbestimmte geometrische Konfiguration zwischen dem Träger 28 und einen Befestigungspunkt an dem wärmeleitenden Profil 24 beschränkt sein. Stattdessen kann die Wärmetauscherkonstruktion 22 grundsätzlich für eine beliebige Position des Trägers 28 genutzt werden und kann somit vielseitig anwendbar sein. Die Wärmetauscherkonstruktion 22 sollte eine relative Bewegung zwischen dem Trägerelement 26 und dem wärmeleitenden Profil 24 entlang der Führungsrichtung 38 zulassen, sodass eine thermische Ausdehnung bzw. Kontraktion des wärmeleitenden Profils 24 entlang der Führungsrichtung 38 kompensiert werden kann. Due to the movable guidance of the carrier element 26 in the coupling rail 32 of the heat-conducting profile 24, the heat exchanger construction 22 cannot be limited to a predetermined geometric configuration between the carrier 28 and a fastening point on the heat-conducting profile 24. Instead, the heat exchanger construction 22 can basically be used for any position of the carrier 28 and can thus be used in a variety of ways. The heat exchanger construction 22 should allow a relative movement between the support element 26 and the heat-conducting profile 24 along the guide direction 38 so that a thermal expansion or contraction of the heat-conducting profile 24 along the guide direction 38 can be compensated.
Vorzugsweise ist dabei ein effektiver Reibungskoeffizient zwischen dem wärmeleitenden Profil 24 und dem Trägerelement 26 niedriger als ein entsprechender effektiver Reibungskoeffizient zwischen dem Trägerelement 26 und dem Träger 28, sodass das wärmeleitende Profil 24 senkrecht zu der Führungsrichtung 38 im wesentlichen starr gehalten wird. Die unterschiedlichen effektiven Reibungskoeffizienten können durch eine entsprechende Gestaltung des Hakenabschnitts 40 des Trägerelement 26 und/oder des Trägers 28 erreicht werden, z.B. durch Bereitstellen einer reibungserhöhenden Einlage zwischen dem Trägerelement 26 und dem Träger 28, wie vorstehend beschrieben. Preferably, an effective coefficient of friction between the heat-conducting profile 24 and the carrier element 26 is lower than a corresponding effective coefficient of friction between the carrier element 26 and the carrier 28, so that the heat-conducting profile 24 is held essentially rigidly perpendicular to the guide direction 38. The different effective coefficients of friction can be achieved by a corresponding design of the hook section 40 of the carrier element 26 and/or the carrier 28, e.g. by providing a friction-increasing insert between the carrier element 26 and the carrier 28, as described above.
Alternativ oder zusätzlich können der Führungsabschnitt 36 und/oder der Hakenabschnitt 34 eingerichtet sein, eine effektive Reibung zwischen dem Trägerelement 26 und dem wärmeleitenden Profil 24 zu verringern. Alternatively or additionally, the guide portion 36 and/or the hook portion 34 may be configured to reduce effective friction between the carrier element 26 and the heat-conducting profile 24.
Fig. 3A-D zeigen Beispiele eines Trägerelements 26 mit einem Führungsabschnitt 36 und einem Hakenabschnitt 40. Fig. 3A zeigt eine Seitenansicht eines Trägerelements 26, Fig. 3B zeigt einen Querschnitt des Trägerelement 26 aus Fig. 3A entlang der Führungsrichtung 38 und Fig. 3C, 3D zeigen weitere Ausführungsmöglichkeiten des Trägerelements 26 anhand von Querschnitten entlang der Führungsrichtung 38. Fig. 3A-D show examples of a carrier element 26 with a guide section 36 and a hook section 40. Fig. 3A shows a side view of a carrier element 26, Fig. 3B shows a cross section of the carrier element 26 from Fig. 3A along the guide direction 38 and Fig. 3C, 3D show further possible designs of the carrier element 26 based on cross sections along the guide direction 38.
Das Trägerelement 26 aus Fig 3A, 3B umfasst einen Führungsabschnitt 36, welcher sich beim Einsatz in der Wärmetauscherkonstruktion 22 aus Fig. 2 entlang der Führungsrichtung 38 erstreckt und mit der Kopplungsschiene 32 eingreifen kann. The support element 26 of Fig. 3A, 3B comprises a guide portion 36 which, when used in the heat exchanger construction 22 of Fig. 2, extends along the guide direction 38 and can engage with the coupling rail 32.
Der Führungsabschnitt 36 ist hakenförmig ausgebildet, sodass er mit dem Hakenabschnitt 34 der Kopplungsschiene 32 eingreifen kann, wobei das Trägerelement 26 seitlich in die Kopplungsschiene 32 eingeführt und anschließend um eine Drehachse entlang der Führungsrichtung 38 rotiert werden kann, um den Führungsabschnitt 36 mit dem Hakenabschnitt 34 in Eingriff zu bringen. Alternativ kann das Trägerelement 26 auch an einem Ende des wärmeleitenden Profils 24 eingeführt werden und entlang der Führungsrichtung 38 hin zu einer Befestigungsposition bewegt werden. The guide section 36 is hook-shaped so that it can engage with the hook section 34 of the coupling rail 32, wherein the carrier element 26 can be inserted laterally into the coupling rail 32 and then rotated about an axis of rotation along the guide direction 38 in order to bring the guide section 36 into engagement with the hook section 34. Alternatively, the carrier element 26 can also be inserted at one end of the heat-conducting profile 24 and moved along the guide direction 38 towards a fastening position.
Das Trägerelement 26 umfasst ferner einen Hakenabschnitt 40, welcher zum formschlüssigen und/ oder kraftschlüssigen Eingriff mit dem Träger 28 eingerichtet ist. Der Hakenabschnitt 40 umfasst ein Vorsprung 42 mit einer geneigten Führungsseite 44. Wenn das Trägerelement 26 durch externe Krafteinwirkung mit dem Träger 28 in Eingriff gebracht wird, kann der Träger 28 über die geneigte Führungsseite 44 geführt werden, um das Trägerelement 26 elastisch zu verformen. Anschließend kann ein formschlüssiger Eingriff zwischen dem Trägerelement 26 und dem Träger 28 entstehen, wobei eine Flanke des Vorsprungs 42 die entgegengesetzte Bewegung verhindern kann. The carrier element 26 further comprises a hook portion 40 which is designed for positive and/or non-positive engagement with the carrier 28. The hook portion 40 comprises a projection 42 with an inclined guide side 44. When the carrier element 26 is brought into engagement with the carrier 28 by external force, the carrier can 28 can be guided over the inclined guide side 44 in order to elastically deform the carrier element 26. A positive engagement can then occur between the carrier element 26 and the carrier 28, whereby a flank of the projection 42 can prevent the opposite movement.
Wie in Fig. 3B gezeigt, kann der Führungsabschnitt 36 des Trägerelements 26 einen hakenförmigen Kopfabschnitt 46 umfassen, welcher mit dem Hakenabschnitt 34 der Kopplungsschiene 32 eingreift. Der hakenförmige Kopfabschnitt 46 ist über einen gebogenen und/oder schrägen Verbindungsabschnitt 48 mit dem Hakenabschnitt 40 verbunden, sodass der Hakenabschnitt 40 dem Führungsabschnitt 36 in der Wärmetauscherkonstruktion 22 im wesentlichen gegenüberliegt. As shown in Fig. 3B, the guide portion 36 of the support member 26 may include a hook-shaped head portion 46 which engages with the hook portion 34 of the coupling rail 32. The hook-shaped head portion 46 is connected to the hook portion 40 via a curved and/or oblique connecting portion 48 such that the hook portion 40 is substantially opposite the guide portion 36 in the heat exchanger structure 22.
Der Führungsabschnitt 36 kann eine reibungsmindernde Schicht aufweisen, insbesondere aloxiert sein, um eine relative Bewegung zwischen dem Trägerelement 26 und dem wärmeleitenden Profil 24 zuzulassen. The guide section 36 can have a friction-reducing layer, in particular be anodized, in order to allow a relative movement between the carrier element 26 and the heat-conducting profile 24.
Alternativ oder zusätzlich kann, wie in Fig. 3C gezeigt, der Führungsabschnitt 36 ein Rundprofil 50 aufweisen, welches entlang der Führungsrichtung 38 stangenförmig ausgebildet sein kann, um das Trägerelement 26 in der Kopplungsschiene 32 entlang der Führungsrichtung 38 zu führen. Alternatively or additionally, as shown in Fig. 3C, the guide section 36 can have a round profile 50, which can be rod-shaped along the guide direction 38 in order to guide the carrier element 26 in the coupling rail 32 along the guide direction 38.
Alternativ oder zusätzlich kann, wie in Fig. 3 C gezeigt, der Führungsabschnitt 36 eine Adapterschale 52 umfassen, welche zwischen einem strukturellen Kern des Trägerelements 26 und der Kopplungsschiene 32 des wärmeleitenden Profils 24 liegen kann und welche einen effektiven Reibungskoeffizienten zwischen der Kopplungsschiene 32 und dem Führungsabschnitt 36 reduzieren kann. Alternatively or additionally, as shown in Fig. 3C, the guide portion 36 may comprise an adapter shell 52 which may lie between a structural core of the carrier element 26 and the coupling rail 32 of the heat-conducting profile 24 and which may reduce an effective friction coefficient between the coupling rail 32 and the guide portion 36.
Fig. 4A zeigt ein weiteres Beispiel einer Wärmetauscherkonstruktion 22 mit einem Träger 28, einem wärmeleitenden Profil 24 und einem Trägerelement 26, ähnlich dem Trägerelement 26 aus Fig. 3A. Fig. 4B zeigt eine Seitenansicht der Wärmetauscherkonstruktion 22 entlang der Führungsrichtung 38. Fig. 4A shows another example of a heat exchanger construction 22 with a carrier 28, a heat-conducting profile 24 and a carrier element 26, similar to the carrier element 26 from Fig. 3A. Fig. 4B shows a side view of the heat exchanger construction 22 along the guide direction 38.
In Fig. 4A, 4B umfasst das wärmeleitenden Profil 24 eine integrierte Fluidleitung 16 und ferner eine integrierte Klemmvorrichtung 54, welche eingerichtet ist, mit einem zylindrischen Rohr einzugreifen, um eine zusätzliche Fluidleitung 16 kraftschlüssig und/ oder formschlüssig mit dem wärmeleitenden Profil 24 zu koppeln. Das wärmeleitende Profil 24 umfasst ferner eine Kopplungsschiene 32 mit zwei gegenüberliegenden Hakenabschnitten 34, um einen Führungsabschnitt 36 des Trägerelements 26 aufzunehmen und entlang der Führungsrichtung 38 beweglich zu halten. Das Trägerelement 26 ist über den Führungsabschnitt 36 in die Kopplungsschiene 32 eingehängt und klemmt über den Hakenabschnitt 40 den Träger 28 gegen eine Unterseite 56 des wärmeleitenden Profils 24. Der Hakenabschnitt 40 kann durch kraftschlüssigen Eingriff mit dem Träger 28 eine relative Bewegung zwischen dem Trägerelement 26 und dem Träger 28 verhindern. Gleichzeitig kann der Eingriff des Führungsabschnitts 36 des Trägerelement 26 mit der Kopplungsschiene 32 des wärmeleitenden Profils 24 eine relative Bewegung zwischen den Träger 28 und dem wärmeleitenden Profil 24 entlang der Führungsrichtung 38 erlauben, insbesondere zum Kompensieren von thermischer Ausdehnung bzw. Kontraktion des wärmeleitenden Profils 24. In Fig. 4A, 4B, the heat-conducting profile 24 comprises an integrated fluid line 16 and also an integrated clamping device 54, which is designed to engage with a cylindrical tube in order to couple an additional fluid line 16 in a force-fitting and/or form-fitting manner to the heat-conducting profile 24. The heat-conducting profile 24 further comprises a coupling rail 32 with two opposing hook sections 34 in order to receive a guide section 36 of the carrier element 26 and to keep it movable along the guide direction 38. The carrier element 26 is suspended in the coupling rail 32 via the guide section 36 and clamps the carrier 28 against a bottom side 56 of the heat-conducting profile 24 via the hook section 40. The hook section 40 can prevent a relative movement between the carrier element 26 and the carrier 28 by force-fitting engagement with the carrier 28. At the same time, the engagement of the guide section 36 of the carrier element 26 with the coupling rail 32 of the heat-conducting profile 24 can allow a relative movement between the carrier 28 and the heat-conducting profile 24 along the guide direction 38, in particular to compensate for thermal expansion or contraction of the heat-conducting profile 24.
Zwischen dem Träger 28 und dem Trägerelement 26 kann ein elastisches Material (nicht gezeigt) angeordnet sein, welches eine Reibung zwischen dem Träger 28 in dem Trägerelement 26 erhöht, um eine dazu senkrechte Verschiebung zu verhindern. Beispielsweise kann eine Einlage aus einem Gummimaterial zwischen dem Träger 28 und dem Trägerelement 26 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann die Form des Eingriffs zwischen dem Trägerelement 26 und der Kopplungsschiene 32 ein Verkippen um eine Achse zulassen, welche entlang der Führungsrichtung 38 verläuft, sodass eine Reibung zwischen dem Träger 28 und dem Trägerelement 26 erhöht werden kann, um eine relative Verschiebung zwischen dem Träger 28 und dem Trägerelement 26 zu verhindern. Eine Länge des Führungsabschnitts 34 kann größer als eine Höhe des Trägerelements 26 sein, sodass gleichzeitig eine relative Verschiebung entlang der Führungsrichtung 38 nicht oder in geringerem Ausmaß gehemmt sein kann. An elastic material (not shown) can be arranged between the carrier 28 and the carrier element 26, which increases friction between the carrier 28 in the carrier element 26 in order to prevent a displacement perpendicular thereto. For example, an insert made of a rubber material can be arranged between the carrier 28 and the carrier element 26. In some embodiments, the shape of the engagement between the carrier element 26 and the coupling rail 32 can allow tilting about an axis that runs along the guide direction 38, so that friction between the carrier 28 and the carrier element 26 can be increased in order to prevent a relative displacement between the carrier 28 and the carrier element 26. A length of the guide section 34 can be greater than a height of the carrier element 26, so that at the same time a relative displacement along the guide direction 38 can not be inhibited or can be inhibited to a lesser extent.
In einigen Ausführungsformen ist der Hakenabschnitt 40 des Trägerelements 26 U-förmig ausgebildet, um den Träger 28 zwischen gegenüberliegenden Flanken des Trägerelements 26 kraftschlüssig zu halten, insbesondere ohne dass der Träger 28 von dem Trägerelement 26 gegen die Unterseite 56 des wärmeleitenden Profils 24 geklemmt wird. In einigen Ausführungsformen kann der Eingriff des Trägerelements 26 und des Trägers 28, sowie optional der Unterseite 56 des wärmeleitenden Profils 24, eine relative Bewegung des Trägers 28 und des Trägerelements senkrecht zu der Führungsrichtung 38 zulassen, bspw. wenn eine interne oder externe Kraft eine reibungsbedingte Haltekraft zwischen dem Träger 28 und Trägerelement 26 (und optional der Unterseite 56) überwindet. In some embodiments, the hook section 40 of the carrier element 26 is U-shaped in order to hold the carrier 28 between opposite flanks of the carrier element 26 in a force-fitting manner, in particular without the carrier 28 being clamped by the carrier element 26 against the underside 56 of the heat-conducting profile 24. In some embodiments, the engagement of the carrier element 26 and the carrier 28, and optionally the underside 56 of the heat-conducting profile 24, can allow a relative movement of the carrier 28 and the carrier element perpendicular to the guide direction 38, for example when an internal or external force overcomes a friction-related holding force between the carrier 28 and the carrier element 26 (and optionally the underside 56).
Das in Eingriff bringen des Trägerelements 26 und des Trägers kann eine elastische Verformung des Trägerelements 26 umfassen, insbesondere eine Verformung des Hakenabschnitts 40, um den Träger 28 in einer von dem Hakenabschnitt 40 definierten Aufnahme aufzunehmen. Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer schematischen mechanischen Simulation eines Trägerelements 26 in drei verschiedenen Konfigurationen (überlagert dargestellt), wobei der Hakenabschnitt 40 des Trägerelements von dem Führungsabschnitt 36 des Trägerelements weggebogen wird, um das Trägerelement 26 entlang der Führungsrichtung 38 über der Träger zu schieben. Die mechanische Spannung ist durch gestrichelte Profilinien auf dem Trägerelement 26 veranschaulicht und zeigt einen Spannung entlang des Verbindungsabschnitts 48 zwischen dem Hakenabschnitt 40 und dem Führungsabschnitt 36. Nachdem das Trägerelement 26 über den Träger 28 geschoben wurde, kann das Trägerelement 26 teilweise relaxieren, um formschlüssig mit dem Träger 28 einzugreifen, wobei eine verbleibende interne Rückstellkraft des Trägerelements 26 den Träger 28 kraftschlüssig halten kann. The engagement of the carrier element 26 and the carrier may comprise an elastic deformation of the carrier element 26, in particular a deformation of the hook portion 40, in order to receive the carrier 28 in a receptacle defined by the hook portion 40. Fig. 5 shows an example of a schematic mechanical simulation of a carrier element 26 in three different configurations (shown superimposed), wherein the hook portion 40 of the carrier element is bent away from the guide portion 36 of the carrier element to slide the carrier element 26 along the guide direction 38 over the carrier. The mechanical stress is illustrated by dashed profile lines on the carrier element 26 and shows a stress along the connecting portion 48 between the hook portion 40 and the guide portion 36. After the carrier element 26 has been pushed over the carrier 28, the carrier element 26 can partially relax to engage the carrier 28 in a form-fitting manner, wherein a remaining internal restoring force of the carrier element 26 can hold the carrier 28 in a force-fitting manner.
Wie in dem Beispiel aus Fig. 2, kann das Trägerelement 26 aus Fig. 4A-5 mit dem Führungsabschnitt 36 durch Rotieren des Trägerelements um eine Drehachse entlang der Führungsrichtung 38 in die Kopplungsschiene 32 eingehängt werden. Der Fachmann versteht jedoch, dass das Trägerelement 26 auch auf andere Weise mit der Kopplungsschiene 32 beweglich gekoppelt werden kann. As in the example of Fig. 2, the carrier element 26 of Fig. 4A-5 can be suspended with the guide section 36 in the coupling rail 32 by rotating the carrier element about a rotation axis along the guide direction 38. However, the person skilled in the art will understand that the carrier element 26 can also be movably coupled to the coupling rail 32 in another way.
Fig. 6A zeigt ein weiteres Beispiel eines Trägerelements 26 für eine Wärmetauscherkonstruktion 22. Figur 6B zeigt ein Beispiel einer Wärmetauscherkonstruktion 22 mit dem Trägerelement 26 aus Figur 6A. Fig. 6A shows another example of a support element 26 for a heat exchanger construction 22. Figure 6B shows an example of a heat exchanger construction 22 with the support element 26 from Figure 6A.
Das Trägerelement 26 umfasst zwei Kopplungsflügel 26a, 26b, welche jeweils Führungsabschnitte 36a, 36b an einem ersten Ende des Trägerelements 26 umfassen. An einem gegenüberliegenden zweiten Ende laufen die Kopplungsflügel 26a, 26b zusammen und bilden einen Hakenabschnitt 40 mit Vorsprüngen 42 aus. The carrier element 26 comprises two coupling wings 26a, 26b, which each comprise guide sections 36a, 36b at a first end of the carrier element 26. At an opposite second end, the coupling wings 26a, 26b converge and form a hook section 40 with projections 42.
Die Führungsabschnitte 36a, 36b sind in einer Richtung, welche senkrecht zu der Führungsrichtung 38 verläuft, voneinander beanstandet und können entgegen einer internen Rückstellkraft des Trägerelements 26 einander angenähert werden, um das Trägerelement 26 in eine Kopplungsschiene 32 eines wärmeleitenden Profils 24 einzuführen. Die interne Rückstellkraft des Trägerelements 26 kann anschließend die Kopplungsflügel 26a, 26b auseinander drücken, sodass die Führungsabschnitte 36a, 36b mit der Kopplungsschiene 32 eingreifen, wie in dem Beispiel aus Figur 6B gezeigt. Der Fachmann versteht, dass dieser Mechanismus durch weitere Elemente ergänzt werden kann, wie elastische Elemente (nicht gezeigt) zwischen den Kopplungsflügeln 26a, 26b zur Erhöhung der internen Rückstellkraft des Trägerelements 26 und/oder ein Sperrelement (nicht gezeigt), welches zum Verhindern einer Annäherung der Kopplungsflügel 26a, 26b zwischen diesen eingebracht werden kann. Bei der Montage kann das wärmeleitende Profil 24 auf den Träger 28 aufgelegt werden. Das Trägerelement 26 kann entweder von einem Ende des wärmeleitenden Profils 24 her oder durch Zusammendrücken der Kopplungsflügel 26a, 26b von unten mit der Kopplungsschiene 32 des wärmeleitenden Profils 24 über die Führungsabschnitte 36a, 36b in Eingriff gebracht werden. Anschließend kann das Trägerelement 26 entlang der Führungsrichtung 38 gegen den Träger 28 geschoben werden, sodass ein kraftschlüssiger und/oder formschlüssiger Eingriff zwischen dem Trägerelement 26 und dem Träger 28 hergestellt werden kann, um das wärmeleitende Profil 24 über das Trägerelement 26 mit dem Träger 28 entlang der Führungsrichtung 38 beweglich zu koppeln. In dem Beispiel aus Fig. 6B greift der Vorsprung 42 des Trägerelements 26 mit einem komplementären Vertiefung 42c ein, um eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerelement 26 und dem Träger 28 entlang der Führungsrichtung 38 bereitzustellen. The guide sections 36a, 36b are spaced apart from one another in a direction that is perpendicular to the guide direction 38 and can be brought closer together against an internal restoring force of the carrier element 26 in order to insert the carrier element 26 into a coupling rail 32 of a heat-conducting profile 24. The internal restoring force of the carrier element 26 can then press the coupling wings 26a, 26b apart so that the guide sections 36a, 36b engage with the coupling rail 32, as shown in the example of Figure 6B. The person skilled in the art will understand that this mechanism can be supplemented by further elements, such as elastic elements (not shown) between the coupling wings 26a, 26b to increase the internal restoring force of the carrier element 26 and/or a locking element (not shown) that can be introduced between them to prevent the coupling wings 26a, 26b from coming closer together. During assembly, the heat-conducting profile 24 can be placed on the carrier 28. The carrier element 26 can be brought into engagement with the coupling rail 32 of the heat-conducting profile 24 via the guide sections 36a, 36b either from one end of the heat-conducting profile 24 or by pressing the coupling wings 26a, 26b together from below. The carrier element 26 can then be pushed against the carrier 28 along the guide direction 38 so that a force-fitting and/or form-fitting engagement can be established between the carrier element 26 and the carrier 28 in order to movably couple the heat-conducting profile 24 to the carrier 28 via the carrier element 26 along the guide direction 38. In the example of Fig. 6B, the projection 42 of the carrier element 26 engages with a complementary recess 42c to provide a positive connection between the carrier element 26 and the carrier 28 along the guide direction 38.
Fig. 7A zeigt ein weiteres Beispiel eines Trägerelements 26 mit zwei Kopplungsflügeln 26a, 26b für eine Wärmetauscherkonstruktion 22. Figur 7B zeigt ein Beispiel einer Wärmetauscherkonstruktion 22 mit dem Trägerelement 26 aus Figur 7A im Eingriff mit einem wärmeleitenden Profil 24 und einem Träger 28. Fig. 7A shows another example of a carrier element 26 with two coupling wings 26a, 26b for a heat exchanger construction 22. Figure 7B shows an example of a heat exchanger construction 22 with the carrier element 26 from Figure 7A in engagement with a heat-conducting profile 24 and a carrier 28.
Das Trägerelement 26 umfasst Klemmflügelabschnitte 41, welche an einer dem Träger 28 zugewandten Seite des Hakenabschnitts 40 an den Kopplungsflügeln 26a, 26b vorgesehen sind. Die Klemmflügelabschnitte 41 umfassen jeweils einen in Bezug auf die Führungsrichtung 38 seitlich abgewinkelten Vorsprung. Insbesondere können die Vorsprünge auf den Hakenabschnitten 40 der Kopplungsflügel 26a, 26b jeweils in entgegengesetzte Richtungen seitlich abstehen, beispielsweise von dem jeweils anderen Kopplungsflügel 26a, 26b abgewandt. Die Vorsprünge an den Kopplungsflügeln 26a, 26b sind jeweils eingerichtet, beim Eingriff mit einem Träger 28 elastisch verformt, insbesondere von dem wärmeleitenden Profil 24 bzw. dem Träger 28 weggebogen, zu werden und in der Wärmetauscherkonstruktion 22 eine Rückstellkraft gegen eine Unterseite des Trägers 28 auszuüben. The carrier element 26 comprises clamping wing sections 41, which are provided on a side of the hook section 40 on the coupling wings 26a, 26b facing the carrier 28. The clamping wing sections 41 each comprise a projection that is laterally angled with respect to the guide direction 38. In particular, the projections on the hook sections 40 of the coupling wings 26a, 26b can each protrude laterally in opposite directions, for example facing away from the other coupling wing 26a, 26b. The projections on the coupling wings 26a, 26b are each designed to be elastically deformed when engaging with a carrier 28, in particular to be bent away from the heat-conducting profile 24 or the carrier 28, and to exert a restoring force against an underside of the carrier 28 in the heat exchanger construction 22.
Vorzugsweise sind die Klemmflügelabschnitte 41 einstückig mit dem Trägerelement 26 ausgebildet und eine Rückstellkraft kann sich aus der Geometrie der Klemmflügelabschnitte 41 ergeben, wobei die Geometrie der Klemmflügelabschnitte 41 einen Ausgangswinkel zwischen einer Ausdehnungsrichtung des jeweiligen Klemmflügelabschnitts 41 und dem Verbindungsabschnitt 48 zwischen o° und etwa 90°, beispielsweise zwischen 20° und 85°, vorzugsweise zwischen 450 und 8o°, umfassen kann. Preferably, the clamping wing sections 41 are formed integrally with the carrier element 26 and a restoring force can result from the geometry of the clamping wing sections 41, wherein the geometry of the clamping wing sections 41 can comprise an initial angle between an extension direction of the respective clamping wing section 41 and the connecting section 48 between 0° and approximately 90°, for example between 20° and 85°, preferably between 45 ° and 80°.
Wenn das Trägerelement 26 mit dem Träger 28 und dem wärmeleitende Profil 24 eingreift, können die Klemmflügelabschnitte 41 von dem Träger 28 weggebogen werden, um den Träger 28 in dem Hakenabschnitt 40 aufzunehmen und den Träger 28 über eine interne - ‘2^ - When the carrier element 26 engages the carrier 28 and the heat-conducting profile 24, the clamping wing sections 41 can be bent away from the carrier 28 to receive the carrier 28 in the hook section 40 and to secure the carrier 28 via an internal - '2^ -
Rückstellkraft der Klemmflügelabschnitte 41 gegen das wärmeleitende Profil 24 zu drücken. Die Rückstellkraft, welche von den Klemmflügelabschnitten 41 in der Wärmetauscherkonstruktion 22 ausgeübt wird, kann eine Stabilität der Wärmetauscherkonstruktion erhöhen und in der Praxis einfach durch geometrische Verformung des Trägerelements 26 eingestellt werden. Wenn das Trägerelement 26 und der Träger 28 im Eingriff stehen, dann kann ein Winkel zwischen einer Ausdehnungsrichtung des jeweiligen Klemmflügelabschnitts 41 und dem Verbindungsabschnitt 48 gegenüber dem Ausgangswinkel erhöht sein, bspw. um 2°, um 50 oder um 50 oder mehr, sodass der Träger 28 durch den Eingriff mit dem Trägerelement 26 gegen das wärmeleitende Profil 24 gedrückt wird. Restoring force of the clamping wing sections 41 to press against the heat-conducting profile 24. The restoring force exerted by the clamping wing sections 41 in the heat exchanger construction 22 can increase a stability of the heat exchanger construction and in practice can be adjusted simply by geometric deformation of the carrier element 26. When the carrier element 26 and the carrier 28 are in engagement, an angle between an extension direction of the respective clamping wing section 41 and the connecting section 48 can be increased compared to the initial angle, for example by 2°, by 5 0 or by 5 0 or more, so that the carrier 28 is pressed against the heat-conducting profile 24 by the engagement with the carrier element 26.
Das in Fig. 7A gezeigte Trägerelement 26 umfasst ferner ein Sperrelement 43, welches eingerichtet ist, bei einem in Eingriff Bringen des Trägerelements 26 und des Trägers elastisch verformt zu werden, um das Trägerelement 26 über den Träger 28 zu schieben, und, wenn der Träger 28 und das Trägerelement 26 in Eingriff sind, an eine Flanke des Trägers 28 entlang der Führungsrichtung 38 anzuschlagen, um ein außer Eingriff Bringen des Trägers 28 und des Trägerelements 26 formschlüssig zu verhindern. Insbesondere kann das Sperrelement 43 beim in Eingriff Bringen in Bezug auf den Träger 28 bzw. das wärmeleitende Profil 24 nach unten ausweichen, und kann eine entlang der Führungsrichtung 38 schräge Eingriffsseite aufweisen, um beim in Eingriff Bringen des Trägers 28 und des Trägerelements 26 eine Ausweichbewegung des Sperrelements 43 nach unten zu führen. The carrier element 26 shown in Fig. 7A further comprises a locking element 43 which is designed to be elastically deformed when the carrier element 26 and the carrier are brought into engagement in order to push the carrier element 26 over the carrier 28 and, when the carrier 28 and the carrier element 26 are engaged, to strike a flank of the carrier 28 along the guide direction 38 in order to positively prevent the carrier 28 and the carrier element 26 from being disengaged. In particular, the locking element 43 can deflect downwards with respect to the carrier 28 or the heat-conducting profile 24 when it is brought into engagement and can have an engagement side that is inclined along the guide direction 38 in order to guide an evasive movement of the locking element 43 downwards when the carrier 28 and the carrier element 26 are brought into engagement.
Schließlich umfasst das Trägerelement 26 einen Verstärkungsabschnitt 45 an einem Übergang zwischen dem Verbindungsabschnitt 48 und dem Hakenabschnitt 40, welcher in der Wärmetauscherkonstruktion 22 in Richtung des Trägers 28 vorsteht und eingerichtet ist, ein Abklappen oder Brechen des Trägerelements 26 bei hohen Abhebekräften auf das wärmeleitende Profil 24, bspw. bei Sturm, zu verhindern. Somit kann das Trägerelement 26 mit geringerem Eigengewicht ausgeführt werden, während gleichzeitig eine Stabilität der Wärmetauscherkonstruktion 22 gewährleistet werden kann. Der Verstärkungsabschnitt 45 kann ein Spiel zwischen dem Träger 28 und dem Trägerelement 26 vorsehen. Finally, the carrier element 26 comprises a reinforcing section 45 at a transition between the connecting section 48 and the hook section 40, which protrudes in the heat exchanger construction 22 in the direction of the carrier 28 and is designed to prevent the carrier element 26 from folding over or breaking when high lifting forces act on the heat-conducting profile 24, for example in a storm. The carrier element 26 can thus be designed with a lower dead weight, while at the same time stability of the heat exchanger construction 22 can be ensured. The reinforcing section 45 can provide a clearance between the carrier 28 and the carrier element 26.
Fig. 8A-8C zeigt ein weiteres Beispiel eines Trägerelements 26 mit zwei Kopplungsflügeln 26a, 26b für eine Wärmetauscherkonstruktion 22, wobei Figur 8B, 8C jeweils eine schematische Seitenansicht bzw. eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Wärmetauscherkonstruktion 22 mit dem Trägerelement 26 aus Fig. 8A zeigen. Fig. 8A-8C shows another example of a support element 26 with two coupling wings 26a, 26b for a heat exchanger construction 22, wherein Figures 8B, 8C each show a schematic side view and a perspective view of an exemplary heat exchanger construction 22 with the support element 26 from Fig. 8A.
Wie das beispielhafte Trägerelement 26 aus Fig. 7A umfasst das gezeigte Trägerelement 26 in Fig. 8A Sperrelemente 43 in der Nähe der dem Verbindungsabschnitt 48 entgegengesetzten Enden der Kopplungsflügel 26a, 26b in dem Hakenabschnitt 40 des Trägerelements 26. Die Sperrelemente 43 umfassen schräge Eingriffsseiten, um beim in Eingriff Bringen eines Trägers 28 und des Trägerelements 26 eine Ausweichbewegung des Sperrelements nach unten zu führen, und sind eingerichtet, beim Eingriff des Trägerelements 26 und des Trägers 28 gegen eine von dem Verbindungsabschnitt 48 abgewandte Flanke des Trägers 28 anzuschlagen, um ein außer Eingriff Bringen des Trägers 28 und des Trägerelements 26 zu verhindern. Like the exemplary carrier element 26 of Fig. 7A, the carrier element 26 shown in Fig. 8A comprises locking elements 43 near the ends of the coupling wings 26a, 26b opposite the connecting portion 48 in the hook portion 40 of the carrier element 26. The Locking elements 43 comprise oblique engagement sides in order to guide an evasive movement of the locking element downwards when a carrier 28 and the carrier element 26 are brought into engagement, and are designed to strike against a flank of the carrier 28 facing away from the connecting section 48 when the carrier element 26 and the carrier 28 engage in order to prevent the carrier 28 and the carrier element 26 from becoming disengaged.
In dem in Fig. 8A gezeigten Beispiel umfassen die Sperrelemente 43 ferner Eingriffsvorsprünge 43e, welche entlang der Führungsrichtung 38 in Richtung des Verbindungsabschnitts 48 vorstehen können und welche eingerichtet sein können, in entsprechende Nuten des Träger 28 einzugreifen, um den Träger 28 und den Hakenabschnitt 40 formschlüssig zu koppeln, wie in Fig. 8C schematisch gezeigt. In the example shown in Fig. 8A, the locking elements 43 further comprise engagement projections 43e which can protrude along the guide direction 38 in the direction of the connecting portion 48 and which can be configured to engage in corresponding grooves of the carrier 28 in order to positively couple the carrier 28 and the hook portion 40, as shown schematically in Fig. 8C.
Ferner umfasst das in Fig. 8A gezeigte Trägerelement 26 zurückgesetzte Nutabschnitte 47 im Bereich des Hakenabschnitts 40, welche eingerichtet sind, eine Auswölbung 49a des Trägers 28 aufzunehmen, um eine relative Verschiebung des Trägers 28 und des Trägerelements 26 zu verhindern. In Fig. 8C wird die Auswölbung 49a des Profils des Trägers 28 zwischen dem Nutabschnitt 47 und dem Sperrelement 43 aufgenommen, um den Träger 28 kraft- und/oder formschlüssig zu halten. Das Trägerelement 26 kann jedoch auch einen Nutenabschnitt zum Aufnehmen anderer Auswölbungen 49b des Trägers 28 aufweisen, bspw. einer Auswölbung 49b, welcher an den Verbindungsabschnitt 48 anliegt oder zu diesem benachbart angeordnet ist. Furthermore, the carrier element 26 shown in Fig. 8A comprises recessed groove sections 47 in the region of the hook section 40, which are designed to accommodate a bulge 49a of the carrier 28 in order to prevent a relative displacement of the carrier 28 and the carrier element 26. In Fig. 8C, the bulge 49a of the profile of the carrier 28 is accommodated between the groove section 47 and the locking element 43 in order to hold the carrier 28 in a force-fitting and/or form-fitting manner. The carrier element 26 can, however, also have a groove section for accommodating other bulges 49b of the carrier 28, for example a bulge 49b which rests against the connecting section 48 or is arranged adjacent to it.
Der Fachmann versteht, dass die Ausführungsformen eines Trägerelements 26 aus Fig. 6A, 7A und 8A beispielhaft sind und ihre jeweiligen Merkmale beliebig kombiniert werden können, um ein Trägerelement 26 bereitzustellen. Ferner versteht der Fachmann, dass elastisch verformte bzw. verformbare Vorsprünge, wie die Klemmflügelabschnitte 41 oder die Sperrelemente 43 auch im Zusammenhang mit den Beispielen aus Fig. 2-5 implementiert werden können, um eine Stabilität der Wärmetauscherkonstruktionen 22 zu erhöhen, bspw. durch Bereitstellen einer Klemmkraft zwischen den jeweiligen Trägerelementen 26 und den Trägern 28. Zum Beispiel können ein einzelner Klemmflügelabschnitt 41 oder entlang der Führungsrichtung 38 versetzte Klemmflügelabschnitte 41 an den Hakenabschnitten 40 der Trägerelemente 26 aus Fig. 2-5 vorgesehen werden. Ferner kann in den Beispielen aus Fig. 7A, 8A grundsätzlich auch nur ein einziges Sperrelement 43 vorgesehen sein oder eine Klemmkraft durch einen einzelnen Klemmflügelabschnitt 41 bereitgestellt werden, welcher sich bspw. zwischen den Kopplungsflügeln 26a, 26b erstrecken kann. The person skilled in the art will understand that the embodiments of a support element 26 from Fig. 6A, 7A and 8A are exemplary and their respective features can be combined as desired to provide a support element 26. Furthermore, the person skilled in the art will understand that elastically deformed or deformable projections, such as the clamping wing sections 41 or the locking elements 43, can also be implemented in connection with the examples from Fig. 2-5 in order to increase stability of the heat exchanger structures 22, for example by providing a clamping force between the respective support elements 26 and the supports 28. For example, a single clamping wing section 41 or clamping wing sections 41 offset along the guide direction 38 can be provided on the hook sections 40 of the support elements 26 from Fig. 2-5. Furthermore, in the examples from Fig. 7A, 8A, in principle only a single locking element 43 can be provided or a clamping force can be provided by a single clamping wing section 41, which can extend, for example, between the coupling wings 26a, 26b.
Ferner versteht der Fachmann, dass das Trägerelement 26 aus dem Beispiel in Fig. 6A, wie in den Figs. 7A, 8A, ebenfalls mit einer bogenförmigen Verbindung der Kopplungsflügel 26a, 26b im Bereich des Hakenabschnitts 40 gekoppelt werden kann, bspw. um mechanische Spannungen während einer Herstellung der Trägerelemente 26 zu verringern. Furthermore, the person skilled in the art will understand that the carrier element 26 from the example in Fig. 6A, as in Figs. 7A, 8A, also with an arcuate connection of the coupling wings 26a, 26b in the region of the hook portion 40, for example to reduce mechanical stresses during manufacture of the support elements 26.
Wie im Zusammenhang mit Fig. 6A, 6B beschrieben, kann das wärmeleitende Profil 24 zur Montage auf den Träger 28 aufgelegt werden und die Trägerelemente 26 aus Fig. 7A, 8A in die Kopplungsschiene 32 eingehängt und anschließend gegen den Träger 28 geschoben werden, um den Träger 28 und das Trägerelement 26 in Eingriff zu bringen und eine Wärmetauscherkonstruktion 22 bereitzustellen. As described in connection with Fig. 6A, 6B, the heat-conducting profile 24 can be placed on the carrier 28 for assembly and the carrier elements 26 from Fig. 7A, 8A can be hooked into the coupling rail 32 and then pushed against the carrier 28 to engage the carrier 28 and the carrier element 26 and provide a heat exchanger construction 22.
Das wärmeleitende Profil 24 kann anschließend zur Befestigung von Photovoltaikmodulen 14 genutzt werden, wobei ein Photovoltaikmodul 14 auf einer ebenen Fläche des wärmeleitenden Profils 24 befestigt werden kann, um Wärme von dem Photovoltaikmodule 14 aufzunehmen und über die Fluidleitung 16 abzuführen. The heat-conducting profile 24 can then be used to attach photovoltaic modules 14, wherein a photovoltaic module 14 can be attached to a flat surface of the heat-conducting profile 24 in order to absorb heat from the photovoltaic module 14 and dissipate it via the fluid line 16.
Vorzugsweise kann das wärmeleitende Profil 24 seitlich, d. h. in einer Richtung senkrecht zu der Führungsrichtung 38 mit weiteren wärmeleitende Profilen 24 gekoppelt werden, um eine zusammengesetzte Wärmetauscherfläche 30 zu bilden. Preferably, the heat-conducting profile 24 can be coupled laterally, i.e. in a direction perpendicular to the guide direction 38, with further heat-conducting profiles 24 in order to form a composite heat exchanger surface 30.
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt eines wärmeleitenden Profils 24 entlang der Führungsrichtung 38 (senkrecht zur Papierebene) gemäß einem Beispiel. Das wärmeleitende Profil umfasst eine im wesentlichen ebene Wärmetauscherfläche 30 an einer Oberseite 58 des wärmeleitenden Profils und eine Kopplungsschiene 32 sowie eine Fluidleitung 16 an einer Unterseite 56 des wärmeleitende Profils 24. In dem gezeigten Beispiel umfasst das wärmeleitende Profil 24 zusätzlich eine integrierte Klemmvorrichtung 54, welche eingerichtet ist, mit einem zylindrischen Rohr einzugreifen, um eine zusätzliche Fluidleitung 16 kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem wärmeleitenden Profil 24 zu koppeln. Fig. 9 shows a cross section of a heat-conducting profile 24 along the guide direction 38 (perpendicular to the plane of the paper) according to an example. The heat-conducting profile comprises a substantially flat heat exchanger surface 30 on an upper side 58 of the heat-conducting profile and a coupling rail 32 and a fluid line 16 on an underside 56 of the heat-conducting profile 24. In the example shown, the heat-conducting profile 24 additionally comprises an integrated clamping device 54 which is designed to engage with a cylindrical tube in order to couple an additional fluid line 16 to the heat-conducting profile 24 in a force-fitting and/or form-fitting manner.
Die Kopplungsschiene 32 umfasst gegenüberliegende Hakenabschnitte 34, welche jeweils eingerichtet sind, mit einem Führungsabschnitt 36, 36a, 36b eines Trägerelements 26 einzugreifen. Die Konfiguration der Kopplungsschiene 32 mit zwei gegenüberliegenden Hakenabschnitten 34 kann mit einem Trägerelement 26 mit einem einzigen Führungsabschnitt 36, wie in dem Beispiel in Fig. 3A-5 gezeigt, oder mit einem Trägerelement 26 mit gegenüberliegenden Führungsabschnitten 36a, 36b eingreifen (wie in dem Beispiel aus Fig. 6A-8C) und die Trägerelemente 26 jeweils entlang der Führungsrichtung 38 beweglich halten (senkrecht zur Papierebene in Fig. 9). The coupling rail 32 comprises opposing hook portions 34, each of which is configured to engage with a guide portion 36, 36a, 36b of a carrier element 26. The configuration of the coupling rail 32 with two opposing hook portions 34 can engage with a carrier element 26 with a single guide portion 36, as shown in the example in Fig. 3A-5, or with a carrier element 26 with opposing guide portions 36a, 36b (as in the example of Fig. 6A-8C) and hold the carrier elements 26 movable along the guide direction 38 (perpendicular to the paper plane in Fig. 9).
Das wärmeleitende Profil 24 umfasst ferner an gegenüberliegenden Seiten einen ersten Kopplungsabschnitt 60 und einen zweiten Kopplungsabschnitt 62, welche eingerichtet sind, jeweils mit dem zweiten Kopplungsabschnitt 62 und dem ersten Kopplungsabschnitt 60 eines benachbarten wärmeleitenden Profils 24 (in Fig. 9 gestrichelt) einzugreifen. Der erste Kopplungsabschnitt 6o umfasst einen U-förmigen Hakenabschnitt, welcher einen zur Oberseite 58 des wärmeleitende Profils 24 offenen Aufnahmeraum 64 bildet, welcher eingerichtet ist, einen U-förmigen Hakenabschnitt des zweiten Kopplungsabschnitts 62 eines benachbarten wärmeleitenden Profils 24 aufzunehmen. Seitliche Abmessungen des Aufnahmeraums 64 entlang einer Breitenrichtung W des wärmeleitende Profils 24 können im wesentlichen den seitlichen Abmessungen des zweiten Kopplungsabschnitts 62 entsprechen, sodass gegenüberliegende Seiten des Aufnahmeraums 64 gleichzeitig gegen seitliche Seitenflächen des zweiten Kopplungsabschnittes 62 anschlagen, wenn der zweite Kopplungsabschnitt 62 von dem ersten Kopplungsabschnitt 60 aufgenommen wird. The heat-conducting profile 24 further comprises, on opposite sides, a first coupling portion 60 and a second coupling portion 62, which are configured to engage, respectively, with the second coupling portion 62 and the first coupling portion 60 of an adjacent heat-conducting profile 24 (dashed in Fig. 9). The first coupling section 6o comprises a U-shaped hook section which forms a receiving space 64 which is open to the top side 58 of the heat-conducting profile 24 and which is designed to receive a U-shaped hook section of the second coupling section 62 of an adjacent heat-conducting profile 24. Lateral dimensions of the receiving space 64 along a width direction W of the heat-conducting profile 24 can essentially correspond to the lateral dimensions of the second coupling section 62, so that opposite sides of the receiving space 64 simultaneously abut against lateral side surfaces of the second coupling section 62 when the second coupling section 62 is received by the first coupling section 60.
Der erste Kopplungsabschnitt 60 eines wärmeleitenden Profils 24 und der zweite Kopplungsabschnitt 62 eines benachbarten wärmeleitenden Profils 24 können in Eingriff gebracht werden, indem ein erstes der wärmeleitenden Profile 24 um die Führungsrichtung 38 gedreht dem zweiten wärmeleitenden Profil 24 angenähert wird, sodass ein Ende Ö2e des zweiten Kopplungsabschnitts 62 des ersten wärmeleitenden Profils 24 in den Aufnahmeraum 64 des ersten Kopplungsabschnittes 60 des zweiten wärmeleitenden Profils 24 eingeführt wird, und anschließend das erste (oder das zweite) wärmeleitende Profil 24 um die Führungsrichtung 38 rotiert wird. The first coupling section 60 of a heat-conducting profile 24 and the second coupling section 62 of an adjacent heat-conducting profile 24 can be engaged by rotating a first of the heat-conducting profiles 24 about the guide direction 38 and bringing it closer to the second heat-conducting profile 24, so that one end Ö2e of the second coupling section 62 of the first heat-conducting profile 24 is inserted into the receiving space 64 of the first coupling section 60 of the second heat-conducting profile 24, and then rotating the first (or the second) heat-conducting profile 24 about the guide direction 38.
Vorzugsweise weisen der erste Kopplungsabschnitt 60 und/oder der zweite Kopplungsabschnitt 62 eine Nut 6on, Ö2n auf, um mit einem Ende Ö2e, 6oe des zweiten bzw. ersten Kopplungsabschnittes 62, 60 einzurasten. Preferably, the first coupling portion 60 and/or the second coupling portion 62 have a groove 6on, Ö2n to engage with an end Ö2e, 6oe of the second or first coupling portion 62, 60.
Der erste Kopplungsabschnitt 60 und der zweite Kopplungsabschnitt 62 können über eine Erstreckung des wärmeleitenden Profils 24 entlang der Führungsrichtung 38 durchgehend ausgebildet sein, um über eine Länge der Längsseite des wärmeleitenden Profils 24 miteinander einzugreifen und eine durchgehende Verbindung zu bilden. Der Eingriff des ersten Kopplungsabschnitt 60 mit dem zweiten Kopplungsabschnitt 62 eines benachbarten wärmeleitenden Profils 24 kann, wie in dem Beispiel aus Fig. 9, eine konstruktive Abdichtung gegenüber Regen bilden, wobei die Verbindung der wärmeleitenden Profile 24 eine wasserdichte Rinne bilden kann. The first coupling section 60 and the second coupling section 62 can be designed to be continuous over an extension of the heat-conducting profile 24 along the guide direction 38 in order to engage with one another over a length of the long side of the heat-conducting profile 24 and to form a continuous connection. The engagement of the first coupling section 60 with the second coupling section 62 of an adjacent heat-conducting profile 24 can, as in the example from Fig. 9, form a structural seal against rain, wherein the connection of the heat-conducting profiles 24 can form a watertight gutter.
Der formschlüssige und/oder kraftschlüssige Eingriff des ersten Kopplungsabschnitts 60 und des zweiten Kopplungsabschnitts 62 kann ferner eine elastische Verbindung zwischen benachbarten wärmeleitenden Profilen 24 bilden, sodass bei einer seitlichen thermischen Ausdehnung bzw. Kontraktion des wärmeleitenden Profils 24 entlang der Breitenrichtung W die elastische Verbindung gestaucht bzw. gedehnt werden kann. Ein Eingriff komplementärer U-förmiger Hakenabschnitte des ersten Kopplungsabschnitts 6o bzw. des zweiten Kopplungsabschnitts 62 kann sicherstellen, dass die Verbindung der benachbarten wärmeleitenden Profile 24 auch bei thermischer Ausdehnung bzw. Kontraktion im wesentlichen wasserdicht bleibt. Alternativ oder zusätzlich kann die elastische Verbindung mit komplementären U-förmigen Hakenabschnitten beim Kompensieren von mechanischen Spannungen von thermischer Ausdehnung bzw. Kontraktion ein Ausweichen der Kopplungsabschnitte in Richtung der Flächennormalen N der Wärmetauscherfläche 30 erlauben, sodass eine Wärmetauscherfläche 30, welche gemeinsam durch Oberseiten 58 der wärmeleitenden Profile 24 gebildet werden kann, im wesentlichen gleichförmig bleiben kann. Beispielsweise kann wie in Fig. 9 ein Freiraum zwischen den Kopplungsabschnitten 60, 62 an der Unterseite des zweiten Kopplungsabschnitts 62 verbleiben, sodass der zweite Kopplungsabschnitt 62 gestaucht werden kann. The positive and/or non-positive engagement of the first coupling section 60 and the second coupling section 62 can further form an elastic connection between adjacent heat-conducting profiles 24, so that in the event of a lateral thermal expansion or contraction of the heat-conducting profile 24 along the width direction W, the elastic connection can be compressed or stretched. An engagement of complementary U-shaped hook sections of the first coupling section 60 or the second coupling section 62 can ensure that the connection of the adjacent heat-conducting profiles 24 remains essentially watertight even in the event of thermal expansion or contraction. Alternatively or additionally, the elastic connection with complementary U-shaped hook sections can allow the coupling sections to deviate in the direction of the surface normal N of the heat exchanger surface 30 when compensating for mechanical stresses from thermal expansion or contraction, so that a heat exchanger surface 30, which can be formed jointly by upper sides 58 of the heat-conducting profiles 24, can remain essentially uniform. For example, as in Fig. 9, a free space can remain between the coupling sections 60, 62 on the underside of the second coupling section 62, so that the second coupling section 62 can be compressed.
Wenn Photovoltaikmodule 14 über mehrere benachbarte wärmeleitende Profile 24 montiert werden, kann eine elastische Verbindung zwischen den benachbarten wärmeleitenden Profilen 24 verhindern, dass eine thermische Deformation der wärmeleitenden Profile 24 einen Wärmeaustausch zwischen den Photovoltaikmodulen 14 und den wärmeleitenden Profilen 24 in gleichem Maße verringert, wie wenn keine elastische Verbindung vorgesehen wäre. When photovoltaic modules 14 are mounted over several adjacent heat-conducting profiles 24, an elastic connection between the adjacent heat-conducting profiles 24 can prevent thermal deformation of the heat-conducting profiles 24 from reducing heat exchange between the photovoltaic modules 14 and the heat-conducting profiles 24 to the same extent as if no elastic connection were provided.
Vorzugsweise ist eine Ausdehnung der wärmeleitenden Profile 24 entlang der Führungsrichtungen 38, d. h. die Längsseite, am größten, beispielsweise größer als 1 m oder größer als 2 m, wobei eine thermische Ausdehnung bzw. Kontraktion entlang der Fluidleitung 16 durch die bewegliche Lagerung des wärmeleitenden Profils 24 über die Kopplungsschiene 32 kompensiert werden kann. Preferably, an expansion of the heat-conducting profiles 24 along the guide directions 38, i.e. the long side, is the greatest, for example greater than 1 m or greater than 2 m, wherein a thermal expansion or contraction along the fluid line 16 can be compensated by the movable mounting of the heat-conducting profile 24 via the coupling rail 32.
Die Länge der Kurzseite des wärmeleitenden Profils 24 entlang der Breitenrichtung W kann um einen Faktor zwei oder mehr kürzer sein als die Länge der Längsseite, sodass die elastische Verbindung zwischen benachbarten Profilen 24 in einer Wärmetauscherkonstruktion 22 generell eine betragsmäßig geringere thermische Ausdehnung bzw. Kontraktion kompensieren kann. The length of the short side of the heat-conducting profile 24 along the width direction W can be shorter by a factor of two or more than the length of the long side, so that the elastic connection between adjacent profiles 24 in a heat exchanger construction 22 can generally compensate for a smaller amount of thermal expansion or contraction.
Beispielsweise kann eine Breite dl der Kurzseite ungefähr 150 mm und eine Breite d2 eines im wesentlichen ebenen Wärmetauscherabschnitts an der Oberseite 58 des wärmeleitenden Profils 24 kann ungefähr 115 mm betragen, wobei beim Eingriff benachbarter wärmeleitende Profile 24 eine Lücke mit einer Breite d3 von ca. 10 mm verbleibt. In dem Beispiel aus Fig. 9 kann das wärmeleitende Profil eine Dicke d4 von ca. 2 mm aufweisen, und mit einer Fluidleitung 16 mit einem Innendurchmesser von ca. 10 mm gekühlt werden. Die Abmessungen der Kopplungsschiene 32 können auf ein entsprechendes Trägerelement 26 abgestimmt werden, wobei in dem gezeigten Beispiel eine Öffnung der Kopplungsschiene 32 an der Unterseite 56 des wärmeleitenden Profils eine Breite d5 von ca. 10 mm aufweisen kann. Der Fachmann versteht, dass diese Dimensionen nur beispielhaft sind und dass die wärmeleitenden Profile 24 grundsätzlich beliebig skaliert werden können. Beispielsweise kann eine Breite di, d2 der wärmeleitenden Profile 24 beliebig erhöht oder verkürzt werden, wobei gegebenenfalls zusätzliche Fluidleitungen 16 und/oder Kopplungsschienen 32 vorgesehen werden können und die Dicke D4 des wärmeleitenden Profils 24 gegebenenfalls angepasst werden kann. For example, a width dl of the short side can be approximately 150 mm and a width d2 of a substantially flat heat exchanger section on the top side 58 of the heat-conducting profile 24 can be approximately 115 mm, with a gap with a width d3 of approximately 10 mm remaining when adjacent heat-conducting profiles 24 engage. In the example from Fig. 9, the heat-conducting profile can have a thickness d4 of approximately 2 mm and can be cooled with a fluid line 16 with an inner diameter of approximately 10 mm. The dimensions of the coupling rail 32 can be matched to a corresponding carrier element 26, with an opening in the coupling rail 32 in the example shown on the underside 56 of the heat-conducting profile can have a width d5 of approximately 10 mm. The person skilled in the art will understand that these dimensions are only examples and that the heat-conducting profiles 24 can in principle be scaled as desired. For example, a width di, d2 of the heat-conducting profiles 24 can be increased or shortened as desired, whereby additional fluid lines 16 and/or coupling rails 32 can be provided if necessary and the thickness D4 of the heat-conducting profile 24 can be adjusted if necessary.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Beispiel von benachbarten wärmeleitenden Profilen 24a, 24b. Ein erstes wärmeleitendes Profil 24a greift über einen ersten Kopplungsabschnitt 60a mit einem zweiten Kopplungsabschnitt 62b des benachbarten zweiten wärmeleitenden Profils 24b ein, sodass die Oberseiten 58 der wärmeleitenden Profile 24a, 24b in einer Ebene liegen und eine gemeinsame Wärmetauscherfläche 30 bilden. Der erste Kopplungsabschnitt 60a und der zweite Kopplungsabschnitt 62b sind jeweils U-förmig ausgestaltet, wobei der erste Kopplungsabschnitt 60a den zweiten Kopplungsabschnitt 62b aufnimmt, sodass die wärmeleitenden Profile 24a, 24b über einen zurückgesetzten Abschnitt miteinander verbunden sind, wobei eine Lücke zwischen den Oberseiten 58 der wärmeleitenden Profile 24a, 24b verbleibt. Fig. 10 shows another example of adjacent heat-conducting profiles 24a, 24b. A first heat-conducting profile 24a engages via a first coupling section 60a with a second coupling section 62b of the adjacent second heat-conducting profile 24b, so that the upper sides 58 of the heat-conducting profiles 24a, 24b lie in one plane and form a common heat exchanger surface 30. The first coupling section 60a and the second coupling section 62b are each U-shaped, with the first coupling section 60a receiving the second coupling section 62b, so that the heat-conducting profiles 24a, 24b are connected to one another via a recessed section, leaving a gap between the upper sides 58 of the heat-conducting profiles 24a, 24b.
In Fig. 10 greift ein Nutelement 66 in die zurückgesetzten Abschnitt ein und verbindet Vorsprünge 68a, 68b der benachbarten wärmeleitenden Profile 24a, 24b. Das Nutelement sechsten 60 umfasst ein Gegenstück 70, welches in einem Aufnahmeraum 64 der Kopplungsabschnitt der 60a, 62b aufgenommen ist, und ein Klemmteil 72, welches dem Gegenstück 70 gegenüberliegt. Das Gegenstück 70 und das Klemmteil 72 klemmen die Vorsprünge 68a, 68b der benachbarten wärmeleitenden Profile 24a, 24b zwischen sich ein, sodass die wärmeleitenden Profile 24a, 24b über das Nutelement 66 miteinander verbunden werden. Ein Befestigungselement 74 kann durch die Lücke zu dem Gegenstück 70 ragen und bspw. über miteinander eingreifende Gewindeabschnitte eine Klemmkraft auf die Vorsprünge 68a, 68b ausüben. Beispielsweise kann das Befestigungselement 74 eine Schraube sein, welche in einen Innengewindeabschnitt des Gegenstücks 70 eingreift, um die Vorsprünge 68a, 68b der benachbarten wärmeleitenden Profile 24a, 24b zwischen dem Gegenstück 70 und dem Klemmteil 72 einzuklemmen. In Fig. 10, a groove element 66 engages in the recessed section and connects projections 68a, 68b of the adjacent heat-conducting profiles 24a, 24b. The sixth groove element 60 comprises a counterpart 70, which is received in a receiving space 64 of the coupling section 60a, 62b, and a clamping part 72, which is opposite the counterpart 70. The counterpart 70 and the clamping part 72 clamp the projections 68a, 68b of the adjacent heat-conducting profiles 24a, 24b between them, so that the heat-conducting profiles 24a, 24b are connected to one another via the groove element 66. A fastening element 74 can protrude through the gap to the counterpart 70 and, for example, exert a clamping force on the projections 68a, 68b via threaded sections that engage with one another. For example, the fastening element 74 can be a screw which engages in an internal thread portion of the counterpart 70 in order to clamp the projections 68a, 68b of the adjacent heat-conducting profiles 24a, 24b between the counterpart 70 and the clamping part 72.
Das Klemmteil 72 und/ oder das Befestigungselement 74 können eine Befestigung von weiteren Komponenten an der Wärmetauscherkonstruktion 22 an einer grundsätzlich beliebigen Stelle entlang der durchgehenden Verbindung zwischen benachbarten wärmeleitenden Profilen 24a, 24b erlauben, ohne dass die wärmeleitenden Profile 24a, 24b durchbohrt werden müssen. Das Klemmteil 72 kann dabei Teil einer zu befestigenden Komponente sein. Ferner kann das Nutelement 66 es erlauben, eine Wärmetauscherkonstruktion 22 mit einer Mehrzahl miteinander verbundener wärmeleitenden Profile 24a, 24b an ausgewählten Stellen zu versteifen. Die thermische Ausdehnung bzw. Kontraktion der wärmeleitenden Profile 24 kann in diesem Fall durch durchgehende Verbindung zwischen den übrigen wärmeleitenden Profilen 24, 24a, 24b kompensiert werden und/oder durch eine bewegliche Verbindung zwischen den jeweiligen Trägerelementen 26 und den Trägern 28 kompensiert werden. The clamping part 72 and/or the fastening element 74 can allow further components to be fastened to the heat exchanger construction 22 at basically any location along the continuous connection between adjacent heat-conducting profiles 24a, 24b without the heat-conducting profiles 24a, 24b having to be drilled through. The clamping part 72 can be part of a component to be fastened. Furthermore, the groove element 66 can allow a heat exchanger construction 22 to be fastened with a plurality of to stiffen interconnected heat-conducting profiles 24a, 24b at selected points. The thermal expansion or contraction of the heat-conducting profiles 24 can in this case be compensated by a continuous connection between the remaining heat-conducting profiles 24, 24a, 24b and/or compensated by a movable connection between the respective support elements 26 and the supports 28.
Das Verbinden eines wärmeleitenden Profils 24 mit einem darunterliegenden Träger 28 zum Herstellen einer Wärmetauscherkonstruktion 22 kann ein fixes Befestigen des wärmeleitenden Profils 24 an einem Träger 28 mit Befestigungsmitteln wie Schrauben oder Nieten an einem Befestigungspunkt umfassen. Eine thermische Ausdehnung bzw. Kontraktion des wärmeleitenden Profils 24 entlang der Führungsrichtung 38 kann anschließend in Bezug auf den Befestigungspunkt erfolgen. Connecting a heat-conducting profile 24 to an underlying support 28 to produce a heat exchanger structure 22 can include a fixed fastening of the heat-conducting profile 24 to a support 28 with fastening means such as screws or rivets at a fastening point. A thermal expansion or contraction of the heat-conducting profile 24 along the guide direction 38 can then take place in relation to the fastening point.
Fig. 11 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Bereitstellen einer Wärmetauscherkonstruktion 22. Das Verfahren umfasst das Befestigen (S10) einer Mehrzahl von Trägern 28 an einer Stützkonstruktion. Die Träger 28 können senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung verteilt sein und im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Zum Beispiel können die Träger 28 jeweils entlang der Firstlinie und/oder senkrecht zur Schwerkraftrichtung ausgerichtet werden und voneinander beabstandet an einer Sparrenlage oder Wandkonstruktion eines Gebäudes befestigt werden. Über der Mehrzahl von Trägern 28 kann ein erstes wärmeleitende Profil 24 aufgelegt werden (S12) und an einem Befestigungspunkt starr mit einem der Träger 28 verbunden werden (S14). Das erste wärmeleitende Profil 24 kann mehrere der Träger 28 überlappen und mit einem der Träger 28 mittels Schrauben oder Nieten verbunden werden. Anschließend kann das Verfahren ein bewegliches Koppeln (S16) des ersten wärmeleitenden Profils 24 mit einem weiteren Träger 28 der Mehrzahl von Trägern 28 über ein Trägerelement 26 umfassen. Fig. 11 shows an exemplary method for providing a heat exchanger structure 22. The method includes attaching (S10) a plurality of supports 28 to a support structure. The supports 28 can be distributed perpendicular to their direction of extension and run substantially parallel to one another. For example, the supports 28 can each be aligned along the ridge line and/or perpendicular to the direction of gravity and attached to a rafter layer or wall structure of a building at a distance from one another. A first heat-conducting profile 24 can be placed over the plurality of supports 28 (S12) and rigidly connected to one of the supports 28 at an attachment point (S14). The first heat-conducting profile 24 can overlap several of the supports 28 and be connected to one of the supports 28 by means of screws or rivets. Subsequently, the method may comprise a movable coupling (S16) of the first heat-conducting profile 24 to a further carrier 28 of the plurality of carriers 28 via a carrier element 26.
Das Trägerelement 26 kann mit einem Führungsabschnitt 36 in eine Kopplungsschiene 32 des ersten wärmeleitenden Profils 24 eingreifen und an einem gegenüberliegenden Ende fest mit dem weiteren Träger 28 verbunden werden. Beispielsweise kann ein Trägerelement 26 in die Kopplungsschiene 32 des ersten wärmeleitenden Profils 24 eingeführt werden und anschließend entlang der Führungsrichtung 38 zu dem Träger 28 bewegt werden, wo es durch Krafteinwirkung entlang der Führungsrichtung 38, beispielsweise durch Einschlagen mit einem Hammer, mit dem Träger 28 einrasten kann, sodass eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerelement 26 und dem Träger 28 hergestellt wird. Dieser Schritt kann beliebig oft wiederholt werden, um das erste wärmeleitende Profil 24 mit einer Mehrzahl von Trägern 28 entlang der Führungsrichtung 38 beweglich zu koppeln und einen Teil einer Wärmetauscherkonstruktion 22 herzustellen. The carrier element 26 can engage with a guide section 36 in a coupling rail 32 of the first heat-conducting profile 24 and be firmly connected to the further carrier 28 at an opposite end. For example, a carrier element 26 can be introduced into the coupling rail 32 of the first heat-conducting profile 24 and then moved along the guide direction 38 to the carrier 28, where it can engage with the carrier 28 by the application of force along the guide direction 38, for example by striking with a hammer, so that a force-fitting and/or form-fitting connection is established between the carrier element 26 and the carrier 28. This step can be repeated as often as desired in order to movably couple the first heat-conducting profile 24 to a plurality of supports 28 along the guide direction 38 and to produce part of a heat exchanger construction 22.
Anschließend kann ein zweites wärmeleitende Profil 24 durch seitliches Einrasten des zweiten wärmeleitenden Profils in das erste wärmeleitende Profil 24 (S18) mit dem Teil der Wärmetauscherkonstruktion 22 verbunden werden. Subsequently, a second heat-conducting profile 24 can be connected to the part of the heat exchanger construction 22 by laterally snapping the second heat-conducting profile into the first heat-conducting profile 24 (S18).
Insbesondere kann, nach Befestigung des ersten wärmeleitenden Profils, das zweite wärmeleitende Profil 24 mit einem U-förmigen Kopplungsabschnitt 60, 62 senkrecht mit einem U-förmigen Kopplungsabschnitt 62, 60 des ersten wärmeleitenden Profils 24 in Eingriff gebracht werden und dann durch Abklappen auf den Träger 28 gedreht werden, sodass die U- förmigen Kopplungsabschnitte 60, 62 miteinander einrasten. Dadurch kann der Klickmechanismus der beiden U-förmigen Kopplungsabschnitte 60, 62 aktiviert werden, sodass eine wasserdichte feste wieder lösbare Verbindung entstehen kann. Die Verbindung kann gleichzeitig einen Befestigungskanal für Photovoltaikmodule 14 bilden, bspw. durch Verwendung eines Nutelements 66. In particular, after fastening the first heat-conducting profile, the second heat-conducting profile 24 with a U-shaped coupling section 60, 62 can be brought into engagement perpendicularly with a U-shaped coupling section 62, 60 of the first heat-conducting profile 24 and then rotated by folding it onto the carrier 28 so that the U-shaped coupling sections 60, 62 lock into one another. This can activate the click mechanism of the two U-shaped coupling sections 60, 62 so that a watertight, fixed, detachable connection can be created. The connection can simultaneously form a fastening channel for photovoltaic modules 14, for example by using a groove element 66.
Die Schritte S14 und S16 können anschließend für das zweite wärmeleitende Profil 24 wiederholt werden, sodass das zweite wärmeleitende Profil 24 ebenfalls an einem Befestigungspunkt fest mit einem der Träger 28 verbunden ist und relativ zu dem Befestigungspunkt entlang der Führungsrichtung 38 beweglich mit den anderen Trägern 28 der Mehrzahl von Trägern 28 gekoppelt sein kann. Der Fachmann versteht, dass diese Schritte beliebig oft wiederholt werden können, um eine Wärmetauscherkonstruktion 22 mit einer Mehrzahl von wärmeleitenden Profilen 24 bereitzustellen. Steps S14 and S16 can then be repeated for the second heat-conducting profile 24, so that the second heat-conducting profile 24 is also firmly connected to one of the supports 28 at a fastening point and can be coupled to the other supports 28 of the plurality of supports 28 so as to be movable relative to the fastening point along the guide direction 38. The person skilled in the art will understand that these steps can be repeated as often as desired in order to provide a heat exchanger construction 22 with a plurality of heat-conducting profiles 24.
An den gegenüberliegenden Enden der Fluidleitung 16 der wärmeleitenden Profile 24 entlang der Führungsrichtung 38 können eine Zuflussleitung 18 und eine Abflussleitung 20 angeschlossen werden, um eine Wärmetauscherkonstruktion 22 mit einer durchgehenden Wärmetauscherfläche 30 bereitzustellen. At the opposite ends of the fluid line 16 of the heat-conducting profiles 24 along the guide direction 38, an inflow line 18 and an outflow line 20 can be connected to provide a heat exchanger construction 22 with a continuous heat exchanger surface 30.
Die Fluidleitungen 16 können im wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Träger 28 verlaufen, beispielsweise zwischen einer Firstlinie und einer Traufe eines Schrägdaches oder im wesentlichen senkrecht an einer Gebäudewand, wobei ein seitlicher Verbindungsabschnitt, wie in dem Beispiel aus Fig. 9 oder 10, Flüssigkeit entlang der Führungsrichtung 38 ableiten kann. In einigen Ausführungsformen bildet die von den wärmeleitenden Profilen 24 gebildete Wärmetauscherfläche 30 einen Teil einer Gebäude hülle, beispielsweise einen Teil einer Dachdeckung. Über der Wärmetauscherkonstruktion 22 können in bevorzugten Ausführungsformen Photovoltaikmodule 14 montiert werden, welche sich über mehrere wärmeleitende Profile 24 erstrecken können, insbesondere wenn die wärmeleitenden Profile 24 gemeinsam eine stetige und vorzugsweise im wesentlichen ebene Wärmetauscherfläche 30 bilden, sodass die Photovoltaikmodule 14 flächig auf der Wärmetauscherfläche 30 aufliegen können. The fluid lines 16 can run essentially perpendicular to the direction of extension of the supports 28, for example between a ridge line and an eaves of a pitched roof or essentially perpendicular to a building wall, wherein a lateral connecting section, as in the example of Fig. 9 or 10, can drain liquid along the guide direction 38. In some embodiments, the heat exchanger surface 30 formed by the heat-conducting profiles 24 forms part of a building envelope, for example part of a roof covering. In preferred embodiments, photovoltaic modules 14 can be mounted above the heat exchanger structure 22, which can extend over several heat-conducting profiles 24, in particular if the heat-conducting profiles 24 together form a continuous and preferably substantially flat heat exchanger surface 30, so that the photovoltaic modules 14 can rest flat on the heat exchanger surface 30.
Die vorstehenden Schritte S10-S18 können von einem Dachdecker durchgeführt werden, sodass mit den wärmeleitenden Profilen 24 ein Kühldach bzw. eine Kühlwand hergestellt werden kann, wobei Anfangs- und Endpunkte einer durch die wärmeleitenden Profile 24 gebildeten Kühllattung offenbleiben können. Dabei können die wärmeleitenden Profile 24 Teile einer Dachhaut, bzw. einer Gebäudefassade ausbilden und können eine konstruktive Abdichtung des Gebäudes gegen Witterungseinflüsse wie Regen bereitstellen. The above steps S10-S18 can be carried out by a roofer, so that a cooling roof or a cooling wall can be produced with the heat-conducting profiles 24, whereby the start and end points of a cooling batten formed by the heat-conducting profiles 24 can remain open. The heat-conducting profiles 24 can form parts of a roof skin or a building facade and can provide a structural seal for the building against weather influences such as rain.
Anschließend können die Fluidleitungen 16 an einen Kühlkreislauf angeschlossen werden, indem bspw. Fluidanschlüsse im Bereich der längsseitigen Enden der wärmeleitenden Profile 24 mit einem gebäudeinternen Kühlkreislauf verbunden werden. Vorzugsweise erfolgt das Anschließen der Fluidleitungen 16 im Bereich der seitlichen Enden des Dachs, d.h. im Bereich des Firsts und der Traufe, bzw. an vertikalen Enden der Fassade unterhalb des Dachs und in Bodennähe, um eine Wartung des Fluidkreislaufs zu vereinfachen und um eine konstruktive Ableitung von Regen über die Verbindungen zwischen benachbarten wärmeleitenden Profilen 24 zu erlauben. The fluid lines 16 can then be connected to a cooling circuit, for example by connecting fluid connections in the area of the longitudinal ends of the heat-conducting profiles 24 to a cooling circuit within the building. The fluid lines 16 are preferably connected in the area of the side ends of the roof, i.e. in the area of the ridge and eaves, or at vertical ends of the facade below the roof and near the ground, in order to simplify maintenance of the fluid circuit and to allow constructive drainage of rain via the connections between adjacent heat-conducting profiles 24.
Das Verfahren kann ferner das Schließen des Dachs umfassen, bspw. durch Befestigen eines Firstblechs über den Fluidanschlüssen der wärmeleitenden Profile 24. In einigen Ausführungsformen kann das Dach jedoch bereits vor dem Anschließen der Fluidleitungen 16 an den Kühlkreislauf geschlossen werden, bspw. wenn die wärmeleitenden Profile 24 bereits untereinander verbunden sind und/oder wenn Fluidanschlüsse auch nach dem Schließen des Dachs freiliegen. The method may further comprise closing the roof, for example by attaching a ridge plate over the fluid connections of the heat-conducting profiles 24. In some embodiments, however, the roof may be closed before the fluid lines 16 are connected to the cooling circuit, for example if the heat-conducting profiles 24 are already connected to one another and/or if fluid connections are exposed even after the roof is closed.
Das Verfahren kann ferner das elektrische Anschließen der Photovoltaikmodule 14 an einen gebäudeinternen Stromkreislauf umfassen, um die Herstellung eines gebäudeintegrierten Photovoltaik- und Photothermiesystems abzuschließen. Das Anschließen der Photovoltaikmodule 14 bzw. das Verlegen der Photovoltaikmodule 14 kann von den anderen Schritten getrennt durch einen Elektriker erfolgen. The method may further comprise electrically connecting the photovoltaic modules 14 to an internal building circuit to complete the manufacture of a building-integrated photovoltaic and photothermal system. Connecting the photovoltaic modules 14 or laying the photovoltaic modules 14 may be performed separately from the other steps by an electrician.
Zwar ist in dem beispielhaft gezeigten Verfahren das Anschließen der Photovoltaikmodule 14 als letzter Schritt im Rahmen eines im Wesentlichen konventionellen Arbeitsablaufs zur Herstellung eines Dach- bzw. Fassadenaufbaus beschrieben, der Fachmann erkennt jedoch, dass das Anschließen der Photovoltaikmodule 14 auch vor dem Schließen des Dachs oder vor dem Anschließen der Fluidleitungen 16 an den Kühlkreislauf durchgeführt werden kann. Although the method shown as an example describes the connection of the photovoltaic modules 14 as the last step in an essentially conventional work process for producing a roof or facade structure, the person skilled in the art will recognize that that the connection of the photovoltaic modules 14 can also be carried out before closing the roof or before connecting the fluid lines 16 to the cooling circuit.
Der Fachmann versteht ferner, dass die Wärmetauscherkonstruktion 22 mit den wärmeleitenden Profilen 24, welche beweglich an einen Träger 28 gekoppelt sind, neben einer Anwendung als Photothermievorrichtung als Teil einer Fassadenverkleidung in verschiedenen weiteren Anwendungen vorteilhaft genutzt werden kann. The person skilled in the art will further understand that the heat exchanger construction 22 with the heat-conducting profiles 24, which are movably coupled to a carrier 28, can be used advantageously in various other applications in addition to being used as a photothermal device as part of a facade cladding.
Beispielsweise kann die Wärmetauscherkonstruktion 22 Teil einer Auf-Dach Installation für eine Photothermievorrichtung bzw. einer kombinierten Photovoltaik- und Photothermievorrichtung (PVT) genutzt werden, wobei die wärmeleitenden Profile 24 eine Stützkonstruktion 24 für die Photovoltaikmodule 14 bilden können. Ferner können auf die wärmeleitenden Profile 24 Photovoltaikschichten aufgedampft bzw. auflaminiert sein, sodass die wärmeleitenden Profile 24 als kombinierte PVT Module montiert werden können. Zudem versteht der Fachmann, dass die Wärmetauscherkonstruktion 22 neben der bevorzugten Anwendung in einem PVT-System auch in weiteren Anwendungen fortlaufend genutzt werden kann. Beispielsweise kann die Wärmetauscherkonstruktion 22 Teil eines Verdampfers oder Kondensators sein, oder im Zusammenhang mit Kühldecken, -wänden und/ oder -böden sowie als Teil von Kühlräumen oder Kühlmöbeln, wie Kühlschränken, Kühltheken, Buffets oder Zerlegetischen, als Wärmetauscher genutzt werden. Ferner eignet sich die Wärmetauscherkonstruktion 22 zum Aufnehmen von Umgebungswärme als Teil von Tunnel- Verkleidungen zur Absorption und/oder Rückgewinnung von Wärme aus Untergrundbahnen, als Sonnensegel zur Ableitung von Wärme, bspw. in das Erdreich, als Wärmerückgewinnungselement für Lüftungsanlagen oder als Wärmerückgewinnungselement zur Rückgewinnung von Abgasen in Kaminen, Abluftsystemen usw. In einigen dieser Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, die Wärmetauscherfläche 30 mit Finnen oder Vorsprüngen auszubilden, um eine effektive Wärmetauscherfläche 30 mit einem Fluid oder einem Gas, wie Luft, zu erhöhen. For example, the heat exchanger structure 22 can be used as part of a roof-mounted installation for a photothermal device or a combined photovoltaic and photothermal device (PVT), wherein the heat-conducting profiles 24 can form a support structure 24 for the photovoltaic modules 14. Furthermore, photovoltaic layers can be vapor-deposited or laminated onto the heat-conducting profiles 24 so that the heat-conducting profiles 24 can be mounted as combined PVT modules. In addition, the person skilled in the art will understand that the heat exchanger structure 22 can also be used continuously in other applications in addition to the preferred application in a PVT system. For example, the heat exchanger structure 22 can be part of an evaporator or condenser, or used as a heat exchanger in connection with cooling ceilings, walls and/or floors, as well as part of cold rooms or refrigerated furniture, such as refrigerators, refrigerated counters, buffets or cutting tables. Furthermore, the heat exchanger structure 22 is suitable for absorbing ambient heat as part of tunnel linings for absorbing and/or recovering heat from underground railways, as a sunshade for dissipating heat, e.g. into the ground, as a heat recovery element for ventilation systems or as a heat recovery element for recovering exhaust gases in chimneys, exhaust air systems, etc. In some of these applications, it may be advantageous to form the heat exchanger surface 30 with fins or projections in order to increase an effective heat exchanger surface 30 with a fluid or a gas, such as air.
Der Fachmann versteht ferner, dass benachbarte wärmeleitende Profile 24 einer Wärmetauscherkonstruktion 22 nicht notwendigerweise miteinander verbunden werden müssen. The person skilled in the art will further understand that adjacent heat-conducting profiles 24 of a heat exchanger structure 22 do not necessarily have to be connected to one another.
Fig. 12A, 12B zeigen ein weiteres Beispiel einer Wärmetauscherkonstruktion 22, wobei Fig. 12A eine Oberseite 58 der Wärmetauscherkonstruktion 22 und Fig. 12B eine Unterseite 56 der Wärmetauscherkonstruktion 22 zeigt. Fig. 12A, 12B show another example of a heat exchanger structure 22, wherein Fig. 12A shows a top side 58 of the heat exchanger structure 22 and Fig. 12B shows a bottom side 56 of the heat exchanger structure 22.
Die Wärmetauscherkonstruktion 22 umfasst eine Mehrzahl von Trägern 28, welche senkrecht zu der Führungsrichtung 38 verlaufen und entlang dieser voneinander beabstandet sind. Über den Trägern 28 ist eine Mehrzahl von wärmeleitenden Profilen 24 als wärmeleitende Hohlträger angeordnet, welche integrierte Fluidleitung 16 umfassen, um ein flüssiges Wärmeträgermedium entlang der Führungsrichtung 38 zu führen. Die wärmeleitenden Profile 24 können in der zuvor beschriebenen Weise mit den Trägern 28 gekoppelt werden, wobei vorzugsweise ein wärmeleitendes Profil 24 mit einem Träger 28 starr gekoppelt ist und mit den anderen Trägern 28 entlang der Führungsrichtung 38 beweglich gekoppelt ist. Die Mehrzahl der wärmeleitenden Profile 24 ist senkrecht zur Führungsrichtung 38 voneinander beabstandet. The heat exchanger structure 22 comprises a plurality of supports 28 which run perpendicular to the guide direction 38 and are spaced apart from one another along this. A plurality of heat-conducting profiles 24 are arranged on the supports 28 as heat-conducting hollow supports, which comprise integrated fluid lines 16 in order to guide a liquid heat transfer medium along the guide direction 38. The heat-conducting profiles 24 can be coupled to the supports 28 in the manner described above, with one heat-conducting profile 24 preferably being rigidly coupled to one support 28 and being movably coupled to the other supports 28 along the guide direction 38. The majority of the heat-conducting profiles 24 are spaced apart from one another perpendicular to the guide direction 38.
An den wärmeleitenden Profilen 24 sind Halteelemente i2a-c befestigt, um Wärme von den Halteelementen I2a-c hin zu den Fluidleitung 16 in den wärmeleitenden Profilen 24 zu führen. Die Halteelemente i2a-c können Befestigungsflächen zum Tragen von Photovoltaikmodule 14 aufweisen, wobei in dem gezeigten Beispiel die Photovoltaikmodule 14 über an die Halteelemente i2a-c geschraubte Klemmvorrichtungen gegen die Halteelemente i2a-c gedrückt werden, um einen Wärmeaustausch zwischen den Photovoltaikmodulen 14 und einer vorzugsweise flachen Kontaktfläche der Halteelemente i2a-c zu verbessern. Der Fachmann versteht, dass Photovoltaikmodule 14 ebenfalls auf die Halteelemente i2a-c aufgedampft, auflaminiert oder aufgeklebt werden können. Holding elements i2a-c are attached to the heat-conducting profiles 24 in order to conduct heat from the holding elements i2a-c to the fluid lines 16 in the heat-conducting profiles 24. The holding elements i2a-c can have fastening surfaces for supporting photovoltaic modules 14, wherein in the example shown the photovoltaic modules 14 are pressed against the holding elements i2a-c via clamping devices screwed to the holding elements i2a-c in order to improve heat exchange between the photovoltaic modules 14 and a preferably flat contact surface of the holding elements i2a-c. The person skilled in the art understands that photovoltaic modules 14 can also be vapor-deposited, laminated or glued onto the holding elements i2a-c.
Die in Fig. 12A, 12B gezeigte Vorrichtung eignet sich insbesondere für Freiluft- und Auf-Dach- PVT-Anlagen, kann jedoch grundsätzlich auch zur Fassadenverkleidung, bspw. durch überlappende Halteelemente i2a-c, eingesetzt werden, bspw. indem die Träger 28 auf einer Sparrenlage, einer Dachlattung oder an einer Verankerung an einer Gebäudewand befestigt werden. The device shown in Fig. 12A, 12B is particularly suitable for open-air and roof-mounted PVT systems, but can in principle also be used for facade cladding, for example by means of overlapping holding elements i2a-c, for example by fastening the supports 28 to a rafter layer, a roof batten or to an anchor on a building wall.
Wie in den vorstehenden Beispielen können Fluidanschlüsse an die Fluidleitungen 16 der wärmeleitenden Profile 24 nur in Randbereichen der Solaranlage notwendig sein, was eine Wartung und Montage der Solaranlage vereinfachen kann. Auch kann eine solche Solaranlage vorteilhaft auf Flachdächern angewandt werden, da eine räumliche Anordnung der wärmeleitenden Profile 24 auf einen optimalen Sonneneinstrahlwinkel abgestimmt werden kann. As in the above examples, fluid connections to the fluid lines 16 of the heat-conducting profiles 24 may only be necessary in the edge areas of the solar system, which can simplify maintenance and installation of the solar system. Such a solar system can also be advantageously used on flat roofs, since a spatial arrangement of the heat-conducting profiles 24 can be adjusted to an optimal angle of solar radiation.
Die wärmeleitenden Profile 24 erstrecken sich dabei vorzugsweise über eine Mehrzahl von Photovoltaikmodulen 14, sodass weniger Fluidanschlüsse notwendig sind, und vorzugsweise nur in Randbereichen der Solaranlage vorhanden sind. Insbesondere kann im Gegensatz zu herkömmlichen kombinierten PVT-Systemen auf die Verbindung der Fluidkreisläufe von Untermodulen der Solaranlage weitgehend verzichtet werden, da die wärmeleitenden Profile 24 eine Mehrzahl von Photovoltaikmodulen 14 Überspannen und kühlen können. Dadurch wird erreicht, dass sämtliche hydraulischen Anschlüsse jeweils nur am Rand des Daches oder der Wand, oder bei längeren Dächern/Wänden, in gezielten Regionen vorgesehen bleiben können, und damit einer Reparatur zugänglich sind. Insbesondere kann die Anzahl der Flüssigkeitsanschlüsse kleiner als die Anzahl der Photovoltaikmodule 14 sein. Entsprechend kann ein Risiko von Leckagen des Kühlkreislaufs verringert werden und Wartungsarbeiten können vereinfacht werden. The heat-conducting profiles 24 preferably extend over a plurality of photovoltaic modules 14, so that fewer fluid connections are necessary, and are preferably only present in the edge areas of the solar system. In particular, in contrast to conventional combined PVT systems, the connection of the fluid circuits of sub-modules of the solar system can be largely dispensed with, since the heat-conducting profiles 24 can span and cool a plurality of photovoltaic modules 14. This ensures that all hydraulic connections are only at the edge of the roof or the wall, or in the case of longer roofs/walls, in specific regions, and are thus accessible for repair. In particular, the number of liquid connections can be smaller than the number of photovoltaic modules 14. Accordingly, the risk of leaks in the cooling circuit can be reduced and maintenance work can be simplified.
Die vorstehende Beschreibung und die Zeichnungen sollen lediglich die Erfindung und deren Vorteile veranschaulichen und nicht einschränkend verstanden werden. Vielmehr soll der Schutzbereich anhand der nachstehenden Ansprüche bestimmt werden. The foregoing description and drawings are intended to illustrate the invention and its advantages only and are not to be taken in a limiting sense. Rather, the scope of protection is to be determined by the following claims.
BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE SYMBOLS
10 Aufbau 10 Structure
12 Haltelement i2a-c Halteelemente 12 Holding element i2a-c Holding elements
14 Photovoltaikmodul 14 Photovoltaic module
16 Fluidleitungen 16 fluid lines
18 Einflussleitung 18 Influence line
20 Abflussleitung 20 Drain line
22 Wärmetauscherkonstruktion 22 Heat exchanger design
24 wärmeleitendes Profil 24 heat-conducting profile
26 Trägerelement 26 Support element
28 Träger 28 carriers
30 Wärmetauscherfläche 30 Heat exchanger surface
32 Kopplungsschiene 32 Coupling rail
34 Hakenabschnitt der Kopplungsschiene 34 Hook section of the coupling rail
36 Führungsabschnitt 36 Guide section
38 Führungsrichtung 38 Direction of guidance
40 Hakenabschnitt des Trägerelements 40 Hook section of the support element
41 Klemmflügelabschnitt 41 Clamping wing section
42 Vorsprung 43 Sperrelement 42 Lead 43 Locking element
44 geneigte Führungsseite 44 inclined guide side
45 Verstärkungsabschnitt 45 Reinforcement section
46 hakenförmiger Kopfabschnitt46 hook-shaped head section
47 Nutenabschnitt 47 Groove section
48 Verbindungsabschnitt48 Connecting section
49a, 49b Auswölbung des Trägers49a, 49b Bulging of the carrier
50 Rundprofil 50 Round profile
52 Adapterschale 52 Adapter shell
54 Klemmvorrichtung 54 Clamping device
56 Unterseite 56 Bottom
58 Oberseite 58 Top
60, 60a, b erster Kopplungsabschnitt60, 60a, b first coupling section
62, 62a, b zweiter Kopplungsabschnitt62, 62a, b second coupling section
64 Aufnahmeraum 64 Recording room
66 Nutelement 66 Groove element
68a, 68b Vorsprünge 68a, 68b projections
70 Gegenstück 70 counterpart
72 Klemmteil 72 clamping part
74 Befestigungselement 74 Fastening element

Claims

ANSPRÜCHE Wärmetauscherkonstruktion (22) zum Austausch von Wärme mit einem flüssigen Wärmeträgermedium, wobei die Wärmetauscherkonstruktion (22) umfasst: ein wärmeleitendes Profil (24, 24a, 24b), wobei das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) eine Fluidleitung (16) für das flüssige Wärmeträgermedium trägt, wobei die Fluidleitung (16) sich entlang einer Führungsrichtung (38) erstreckt, wobei das Wärmeträgermedium im Betrieb der Wärmetauscherkonstruktion (22) entlang der Führungsrichtung (38) durch die Fluidleitung (16) fließt, und wobei das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) ferner eine Kopplungsschiene (32) umfasst, welche sich entlang der Führungsrichtung (38) erstreckt; einen Träger (28), welcher sich senkrecht zu der Führungsrichtung (38) erstreckt und eingerichtet ist, das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) zu tragen, und ein Trägerelement (26), welches zur Befestigung an dem Träger (28) ausgebildet ist und einen Führungsabschnitt (36, 36a, 36b) umfasst, welcher eingerichtet ist, mit der Kopplungsschiene (32) des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) einzugreifen, um das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) entlang der Führungsrichtung (38) beweglich über dem Träger (28) zu halten, wobei das Trägerelement (26) ferner einen Hakenabschnitt (40) umfasst, welcher kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Träger (28) eingreift. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach Anspruch 1, wobei die Fluidleitung (16) einstückig mit dem wärmeleitenden Profil (24, 24a, 24b) ausgebildet ist. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach Anspruch 1, wobei das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) einen Klammerabschnitt (54) aufweist, wobei der Klammerabschnitt (54) kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Fluidleitung (16) eingreift, um die Fluidleitung (16) zu tragen. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kopplungsschiene (32) einen vorstehenden Hakenabschnitt (34) umfasst, welcher entlang der Führungsrichtung (38) verläuft und senkrecht zu der Führungsrichtung (38) von dem wärmeleitenden Profil (24, 24a, 24b) vorsteht, wobei der Führungsabschnitt (36, 36a, 36b) des Trägerelements (26) mit dem vorstehenden Hakenabschnitt (34) der Kopplungsschiene (32) eingreift, um das Trägerelement (26) entlang der Führungsrichtung (38) beweglich an dem wärmeleitenden Profil (24, 24a, 24b) zu halten. - Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Führungsabschnitt (36, 36a, 36b) eine reibungsmindernde Schicht umfasst, wobei insbesondere eine Oberfläche des Führungsabschnitts (36, 36a, 36b) aloxiert ist. . Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Querschnitt des Führungsabschnitts (36, 36a, 36b) entlang der Führungsrichtung (38) ein Rundprofil (50) aufweist, welches mit der Kopplungsschiene (32) eingreift, und/ oder wobei das Trägerelement (26) eine Adapterschale (52) umfasst, welche den Führungsabschnitt (36, 36a, 36b) zumindest teilweise umschließt und mit der Kopplungsschiene (32) eingreift. . Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Führungsabschnitt (36, 36a, 36b) eingerichtet ist, in die Kopplungsschiene (32) eingehängt zu werden, wobei das Einhängen des Führungsabschnitts (36, 36a, 36b) in die Kopplungsschiene (32) vorzugsweise durch Rotieren des Trägerelements (26) um eine zu der Führungsrichtung (38) parallele Drehachse erfolgen kann. . Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Führungsabschnitt (36, 36a, 36b) zwei Kopplungsflügel (26a, 26b) umfasst, welche senkrecht zur Führungsrichtung (38) voneinander beabstandet sind, wobei die Kopplungsflügel (26a, 26b) mit gegenüberliegenden Seiten der Kopplungsschiene (32) eingreifen, wenn das Trägerelement (26) in die Kopplungsschiene (32) eingehängt wird, wobei das Einhängen des Führungsabschnitts (36, 36a, 36b) in die Kopplungsschiene (32) vorzugsweise durch Annähern der Kopplungsflügel (26a, 26b) des Trägerelements (26) erfolgen kann, wobei eine interne Rückstellkraft des Trägerelements (26) die Kopplungsflügel (26a, 26b) in Eingriff mit den gegenüberliegenden Seiten der Kopplungsschiene (32) bringt. . Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägerelement (26) ferner einen zwischen dem Führungsabschnitt (36) und dem Hakenabschnitt (40) vorstehenden Klemmflügelabschnitt (41) umfasst, wobei der Klemmflügelabschnitt (41) eingerichtet ist, beim Eingriff zwischen dem Träger (28), dem wärmeleitenden Profil (24) und dem Trägerelement (26) elastisch verformt zu werden, um den Träger (28) gegen das wärmeleitende Profil (24) zu drücken. . Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägerelement (26) ferner ein Sperrelement (43) umfasst, welches eingerichtet ist, beim in Eingriff Bringen des Trägers (28) und des Trägerelements (26) elastisch verformt zu werden, um das in Eingriff Bringen zuzulassen, und ferner eingerichtet ist, gegen eine von dem Verbindungsabschnitt (48) abgewandte Flanke des Trägers (28) anzuschlagen, wenn der Träger (28) und das Trägerelement (26) in Eingriff stehen. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägerelement (26) ferner eine Auswölbung und/oder einen Nutenabschnitt (47) umfasst, welcher eingerichtet ist mit einem Nutenabschnitt bzw. einer Auswölbung (49a, 49b) des Trägers (26) formschlüssig einzugreifen. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) eine im Wesentlichen rechteckige Grundform aufweist, wobei die Führungsrichtung (38) einer Längsseite des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) entspricht, und eine zu der Führungsrichtung (38) senkrechte Richtung einer Kurzseite des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) entspricht, wobei die Kurzseite kürzer als die Längsseite ist und wobei ein Verhältnis einer Erstreckung der Längsseite und einer Erstreckung der Kurzseite insbesondere mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und bevorzugt mindestens vier beträgt. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) ein wärmeleitender Hohlträger mit integrierten Kanälen für das flüssige Wärmeträgermedium ist. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) an gegenüberliegenden Seiten jeweils einen ersten Kopplungsabschnitt (60, 60a) und einen zweiten Kopplungsabschnitt (62, 62b) umfasst, wobei der erste Kopplungsabschnitt (60, 60a) eingerichtet ist, mit dem zweiten Kopplungsabschnitt (62, 62b) eines benachbarten wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) kraftschlüssig und/oder formschlüssig einzugreifen, sodass der erste Kopplungsabschnitt (60, 60a) des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) und der zweite Kopplungsabschnitt (62, 62b) des benachbarten wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) eine durchgehende Verbindung zwischen den wärmeleitenden Profilen (24, 24a, 24b) bilden. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach Anspruch 14, wobei der erste Kopplungsabschnitt (60, 60a) den zweiten Kopplungsabschnitt (62, 62b) aufnimmt, um insbesondere eine wasserdichte Verbindung auszubilden. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach Anspruch 15, wobei der erste Kopplungsabschnitt (60, 60a) und der zweite Kopplungsabschnitt (62, 62b) einen U- förmigen Querschnitt entlang der Führungsrichtung (38) aufweisen, wobei der U- förmigen Querschnitt des zweiten Kopplungsabschnitts (62, 62b) von dem U-förmigen Querschnitt des ersten Kopplungsabschnitts (60, 60a) aufgenommen wird, wenn der erste Kopplungsabschnitt (60, 60a) und der zweite Kopplungsabschnitt (62, 62b) in Eingriff gebracht werden. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der erste Kopplungsabschnitt (60, 60a) des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) und der zweite Kopplungsabschnitt (62, 62b) des benachbarten wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) eine wasserdichte Rinne zwischen den wärmeleitenden Profilen (24, 24a, 24b) bilden, wobei die wasserdichte Rinne entlang der Führungsrichtung (38) verläuft. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die durchgehende Verbindung zwischen den benachbarten wärmeleitenden Profilen (24, 24a, 24b) einen zurückgesetzten Abschnitt aufweist, sodass zwischen den benachbarten wärmeleitenden Profilen (24, 24a, 24b) eine Lücke gebildet wird, wobei die Lücke den zurückgesetzten Abschnitt freilegt. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach Anspruch 18, wobei ein Nutelement (66) in die Lücke eingreift und die benachbarten wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) verbindet, wobei das Nutelement (66) insbesondere gegenüberliegende Vorsprünge (68a, 68b) der benachbarten wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) mechanisch koppelt, wobei die Vorsprünge (68a, 68b) die Lücke definieren, und wobei das Nutelement (66) vorzugsweise eingerichtet ist, eine Komponente an einer Oberfläche (30) der wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) zu befestigen. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei der zweiteCLAIMS Heat exchanger construction (22) for exchanging heat with a liquid heat transfer medium, the heat exchanger construction (22) comprising: a heat-conducting profile (24, 24a, 24b), the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) carrying a fluid line (16) for the liquid heat transfer medium, the fluid line (16) extending along a guide direction (38), the heat transfer medium flowing through the fluid line (16) along the guide direction (38) during operation of the heat exchanger construction (22), and the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) further comprising a coupling rail (32) which extends along the guide direction (38); a carrier (28) which extends perpendicular to the guide direction (38) and is designed to carry the heat-conducting profile (24, 24a, 24b), and a carrier element (26) which is designed to be fastened to the carrier (28) and comprises a guide section (36, 36a, 36b) which is designed to engage with the coupling rail (32) of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) in order to hold the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) movably above the carrier (28) along the guide direction (38), wherein the carrier element (26) further comprises a hook section (40) which engages with the carrier (28) in a force-fitting and/or form-fitting manner. Heat exchanger construction (22) according to claim 1, wherein the fluid line (16) is formed integrally with the heat-conducting profile (24, 24a, 24b). Heat exchanger construction (22) according to claim 1, wherein the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) has a clamp portion (54), wherein the clamp portion (54) engages the fluid line (16) in a force-fitting and/or form-fitting manner in order to support the fluid line (16). Heat exchanger construction (22) according to one of the preceding claims, wherein the coupling rail (32) comprises a protruding hook portion (34) which runs along the guide direction (38) and protrudes perpendicular to the guide direction (38) from the heat-conducting profile (24, 24a, 24b), wherein the guide portion (36, 36a, 36b) of the carrier element (26) engages with the protruding hook portion (34) of the coupling rail (32) in order to hold the carrier element (26) movably along the guide direction (38) on the heat-conducting profile (24, 24a, 24b). - Heat exchanger construction (22) according to one of the preceding claims, wherein the guide section (36, 36a, 36b) comprises a friction-reducing layer, wherein in particular a surface of the guide section (36, 36a, 36b) is anodized. . Heat exchanger construction (22) according to one of the preceding claims, wherein a cross section of the guide section (36, 36a, 36b) along the guide direction (38) has a round profile (50) which engages with the coupling rail (32), and/or wherein the carrier element (26) comprises an adapter shell (52) which at least partially encloses the guide section (36, 36a, 36b) and engages with the coupling rail (32). . Heat exchanger construction (22) according to one of the preceding claims, wherein the guide section (36, 36a, 36b) is designed to be suspended in the coupling rail (32), wherein the suspension of the guide section (36, 36a, 36b) in the coupling rail (32) can preferably be carried out by rotating the carrier element (26) about an axis of rotation parallel to the guide direction (38). Heat exchanger construction (22) according to one of claims 1 to 6, wherein the guide section (36, 36a, 36b) comprises two coupling wings (26a, 26b) which are spaced apart from one another perpendicular to the guide direction (38), wherein the coupling wings (26a, 26b) engage with opposite sides of the coupling rail (32) when the carrier element (26) is hooked into the coupling rail (32), wherein the hooking of the guide section (36, 36a, 36b) into the coupling rail (32) can preferably take place by bringing the coupling wings (26a, 26b) of the carrier element (26) closer together, wherein an internal restoring force of the carrier element (26) brings the coupling wings (26a, 26b) into engagement with the opposite sides of the coupling rail (32). Heat exchanger construction (22) according to one of the preceding claims, wherein the carrier element (26) further comprises a clamping wing section (41) protruding between the guide section (36) and the hook section (40), wherein the clamping wing section (41) is designed to be elastically deformed upon engagement between the carrier (28), the heat-conducting profile (24) and the carrier element (26) in order to press the carrier (28) against the heat-conducting profile (24). . Heat exchanger construction (22) according to one of the preceding claims, wherein the carrier element (26) further comprises a locking element (43) which is designed to be elastically deformed upon engagement of the carrier (28) and the carrier element (26) in order to allow engagement, and is further designed, to strike against a flank of the carrier (28) facing away from the connecting section (48) when the carrier (28) and the carrier element (26) are in engagement. Heat exchanger construction (22) according to one of the preceding claims, wherein the carrier element (26) further comprises a bulge and/or a groove section (47) which is designed to engage in a form-fitting manner with a groove section or a bulge (49a, 49b) of the carrier (26). Heat exchanger construction (22) according to one of the preceding claims, wherein the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) has a substantially rectangular basic shape, wherein the guide direction (38) corresponds to a long side of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b), and a direction perpendicular to the guide direction (38) corresponds to a short side of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b), wherein the short side is shorter than the long side and wherein a ratio of an extension of the long side and an extension of the short side is in particular at least two, preferably at least three and preferably at least four. Heat exchanger construction (22) according to one of the preceding claims, wherein the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) is a heat-conducting hollow carrier with integrated channels for the liquid heat transfer medium. Heat exchanger construction (22) according to one of claims 1 to 12, wherein the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) comprises a first coupling section (60, 60a) and a second coupling section (62, 62b) on opposite sides, wherein the first coupling section (60, 60a) is designed to engage with the second coupling section (62, 62b) of an adjacent heat-conducting profile (24, 24a, 24b) in a force-fitting and/or form-fitting manner, so that the first coupling section (60, 60a) of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) and the second coupling section (62, 62b) of the adjacent heat-conducting profile (24, 24a, 24b) form a continuous connection between the heat-conducting profiles (24, 24a, 24b). Heat exchanger construction (22) according to claim 14, wherein the first coupling section (60, 60a) receives the second coupling section (62, 62b) in order to form a watertight connection. Heat exchanger construction (22) according to claim 15, wherein the first coupling section (60, 60a) and the second coupling section (62, 62b) have a U-shaped cross section along the guide direction (38), wherein the U- shaped cross section of the second coupling portion (62, 62b) is received by the U-shaped cross section of the first coupling portion (60, 60a) when the first coupling portion (60, 60a) and the second coupling portion (62, 62b) are engaged. Heat exchanger construction (22) according to one of claims 14 to 16, wherein the first coupling portion (60, 60a) of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) and the second coupling portion (62, 62b) of the adjacent heat-conducting profile (24, 24a, 24b) form a watertight groove between the heat-conducting profiles (24, 24a, 24b), the watertight groove running along the guide direction (38). A heat exchanger construction (22) according to any one of claims 14 to 17, wherein the continuous connection between the adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) has a recessed portion such that a gap is formed between the adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b), the gap exposing the recessed portion. Heat exchanger construction (22) according to claim 18, wherein a groove element (66) engages in the gap and connects the adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b), wherein the groove element (66) in particular mechanically couples opposite projections (68a, 68b) of the adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b), wherein the projections (68a, 68b) define the gap, and wherein the groove element (66) is preferably configured to attach a component to a surface (30) of the heat-conducting profiles (24, 24a, 24b). Heat exchanger construction (22) according to one of claims 14 to 19, wherein the second
Kopplungsabschnitt (62, 62b) eine Nut (62n) umfasst, um einen Endabschnitt (6oe) des ersten Kopplungsabschnitts (60, 60a) aufzunehmen, sodass der ersteCoupling portion (62, 62b) comprises a groove (62n) to receive an end portion (6oe) of the first coupling portion (60, 60a) so that the first
Kopplungsabschnitt (60, 60a) kraftschlüssig und/oder formschlüssig an dem zweiten Kopplungsabschnitt (62, 62b) gehalten wird, wenn die benachbarten wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) in einem vorbestimmten Winkel zueinander durch die Kopplungsabschnitte (60, 62, 62a) verbunden werden. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei der erste Kopplungsabschnitt (60, 60a) eine Nut (6on) umfasst, um einen Endabschnitt (62e) des zweiten Kopplungsabschnitts (62, 62b) aufzunehmen, sodass der erste Kopplungsabschnitt (60, 60a) kraftschlüssig und/oder formschlüssig an dem zweiten Kopplungsabschnitt (62, 62b) gehalten wird, wenn die benachbarten wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) in einem vorbestimmten Winkel zueinander durch die Kopplungsabschnitte (60, 62, 62a) verbunden werden. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei die Wärmetauscherkonstruktion (22) eine Mehrzahl von benachbarten wärmeleitenden Profilen (24, 24a, 24b) umfasst, welche seitlich jeweils durch den Eingriff des ersten Kopplungsabschnitts (60, 60a) und des zweiten Kopplungsabschnitts (62, 62b) benachbarter wärmeleitender Profile (24, 24a, 24b) miteinander verbunden sind, wobei die durchgehende Verbindung eingerichtet ist, eine elastische Verbindung zwischen den benachbarten wärmeleitenden Profilen (24, 24a, 24b) auszubilden, sodass bei einer erwartungsgemäßen thermischen Expansion oder Kontraktion der Mehrzahl der benachbarten wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) im Betrieb der Wärmetauscherkonstruktion (22) die elastische Verbindung gestaucht oder gedehnt wird, um die thermische Expansion oder Kontraktion der Mehrzahl der benachbarten wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) zu kompensieren. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) eine Wärmetauscherfläche (30) zum Austausch von Wärme mit einer Wärmequelle (14) ausbildet. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach Anspruch 23, wobei die Wärmetauscherfläche (30) an einer Seite des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) angeordnet ist, welche der Fluidleitung (16) gegenüberliegt. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach Anspruch 23 oder 24, wobei die Wärmetauscherfläche (30) eine Ebene zur flächigen Befestigung einer korrespondierenden Fläche der Wärmequelle (14) bildet. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hakenabschnitt (40) des Trägerelements (26) eine U-förmige Aufnahme umfasst, um den Träger (28) aufzunehmen, wobei die U-förmige Aufnahme den Träger (28) insbesondere entlang der Führungsrichtung (38) aufnimmt, um das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) mechanisch mit dem Träger (28) zu koppeln. Solaranlage (30) zur kombinierten Strom- und Wärmeerzeugung, insbesondere für ein Gebäudedach oder eine Gebäudewand, umfassend die Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mindestens ein Photo voltaikmodul (14), welches auf einer Wärmetauscherfläche (30) angeordnet ist, welche von wärmeleitenden Profilen (24, 24a, 24b) der Wärmetauscherkonstruktion (22) gebildet oder getragen wird, sodass Wärme von dem Photovoltaikmodul (14) durch das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) zu der Fluidleitung (16) fließt. Solaranlage nach Anspruch 27, wobei das Photovoltaikmodul (14) an den wärmeleitenden Profilen (24, 24a, 24b) befestigt ist, oder wobei eine photoaktive Schicht auf die wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) aufgedampft oder aufgeklebt ist. Solaranlage nach Anspruch 27 oder 28, wobei die Wärmetauscherkonstruktion (22) eine Mehrzahl wärmeleitender Profile (24, 24a, 24b) umfasst, welche benachbart zueinander angeordnet sind, um eine ebene Wärmetauscherfläche (30) zu bilden. Solaranlage nach Anspruch 29, wobei das Photovoltaikmodul (14) eine Mehrzahl benachbarter wärmeleitender Profile (24, 24a, 24b) überlappt. Wand- und/oder Dachkonstruktion für ein Gebäude mit einer Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 26 und/ oder einer Solaranlage nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei eine Mehrzahl wärmeleitender Profile (24, 24a, 24b) eine Gebäudehülle des Gebäudes bildet oder trägt. Wand- und/oder Dachkonstruktion nach Anspruch 31, wobei die Mehrzahl wärmeleitender Profile (24, 24a, 24b) senkrecht oder parallel zur Firstlinie des Gebäudes verlaufen. Verfahren zum Bereitstellen einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren umfasst: Coupling section (60, 60a) is held in a force-fitting and/or form-fitting manner on the second coupling section (62, 62b) when the adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) are connected at a predetermined angle to one another by the coupling sections (60, 62, 62a). Heat exchanger construction (22) according to one of claims 14 to 20, wherein the first coupling section (60, 60a) comprises a groove (6on) to receive an end section (62e) of the second coupling section (62, 62b), so that the first coupling section (60, 60a) is held in a force-fitting and/or form-fitting manner on the second coupling section (62, 62b) when the adjacent heat-conducting Profiles (24, 24a, 24b) are connected at a predetermined angle to each other by the coupling sections (60, 62, 62a). Heat exchanger construction (22) according to one of claims 14 to 21, wherein the heat exchanger construction (22) comprises a plurality of adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b), which are laterally connected to one another by the engagement of the first coupling section (60, 60a) and the second coupling section (62, 62b) of adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b), wherein the continuous connection is designed to form an elastic connection between the adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b), so that in the event of an expected thermal expansion or contraction of the plurality of adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) during operation of the heat exchanger construction (22), the elastic connection is compressed or stretched in order to compensate for the thermal expansion or contraction of the plurality of adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b). Heat exchanger construction (22) according to one of the preceding claims, wherein the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) forms a heat exchanger surface (30) for exchanging heat with a heat source (14). Heat exchanger construction (22) according to claim 23, wherein the heat exchanger surface (30) is arranged on a side of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) which is opposite the fluid line (16). Heat exchanger construction (22) according to claim 23 or 24, wherein the heat exchanger surface (30) forms a plane for the flat attachment of a corresponding surface of the heat source (14). Heat exchanger construction (22) according to one of the preceding claims, wherein the hook portion (40) of the carrier element (26) comprises a U-shaped receptacle for receiving the carrier (28), wherein the U-shaped receptacle receives the carrier (28) in particular along the guide direction (38) in order to mechanically couple the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) to the carrier (28). Solar system (30) for combined power and heat generation, in particular for a building roof or a building wall, comprising the heat exchanger construction (22) according to one of the preceding claims and at least one photovoltaic module (14) which is arranged on a heat exchanger surface (30) which is formed or supported by heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) of the heat exchanger construction (22). so that heat flows from the photovoltaic module (14) through the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) to the fluid line (16). Solar system according to claim 27, wherein the photovoltaic module (14) is attached to the heat-conducting profiles (24, 24a, 24b), or wherein a photoactive layer is vapor-deposited or glued onto the heat-conducting profiles (24, 24a, 24b). Solar system according to claim 27 or 28, wherein the heat exchanger construction (22) comprises a plurality of heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) which are arranged adjacent to one another to form a flat heat exchanger surface (30). Solar system according to claim 29, wherein the photovoltaic module (14) overlaps a plurality of adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b). Wall and/or roof construction for a building with a heat exchanger construction (22) according to one of claims 1 to 26 and/or a solar system according to one of claims 27 to 30, wherein a plurality of heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) form or support a building shell of the building. Wall and/or roof construction according to claim 31, wherein the plurality of heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) run perpendicular or parallel to the ridge line of the building. Method for providing a device according to one of the preceding claims, wherein the method comprises:
Bereitstellen einer Unterkonstruktion mit einer Mehrzahl von Trägern (28),Providing a substructure with a plurality of supports (28),
Einhaken des Trägerelements (26) in die Kopplungsschiene (32) des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b), Hooking the carrier element (26) into the coupling rail (32) of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b),
Befestigen des Trägerelements (26) an einem der Träger (28) durch Eingriff des Hakenabschnitts (40) des Trägerelements (26) mit dem Träger (28). Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Verfahren ferner umfasst: Attaching the carrier element (26) to one of the carriers (28) by engaging the hook portion (40) of the carrier element (26) with the carrier (28). The method of claim 33, the method further comprising:
Verschieben des Trägerelements (26) entlang der Kopplungsschiene (32), um das Trägerelement (26) hin zu einer Befestigungsposition in Bezug auf den Träger (28) zu bewegen. Verfahren nach Anspruch 33 oder 34, wobei das Verfahren ferner umfasst: Displacing the carrier element (26) along the coupling rail (32) to move the carrier element (26) towards a mounting position with respect to the carrier (28). The method according to claim 33 or 34, the method further comprising:
Befestigen eines zweiten wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) an dem wärmeleitenden Profil (24, 24a, 24b) über komplementäre seitliche Kopplungsabschnitte (60, 62, 62a) des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) und des zweiten wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b), wobei die Kopplungsabschnitte (60, 62, 62a) an einer Längsseite der wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) entlang der Führungsrichtung (38) verlaufen. Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Verfahren ferner umfasst: Attaching a second heat-conducting profile (24, 24a, 24b) to the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) via complementary lateral coupling sections (60, 62, 62a) of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) and the second heat-conducting profile (24, 24a, 24b), wherein the coupling sections (60, 62, 62a) run along a longitudinal side of the heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) along the guide direction (38). Method according to claim 35, wherein the method further comprises:
In Eingriff Bringen der komplementären seitlichen Kopplungsabschnitte (60, 62, 62a) des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) und des zweiten wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b), wobei sich eine Ausrichtung des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) und des zweiten wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) um die Führungsrichtung (38) unterscheidet, und Rotieren des zweiten wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) um die Führungsrichtung (38), sodass die komplementären seitlichen Kopplungsabschnitte (60, 62, 62a) des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) und des zweiten wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) einrasten. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 36, wobei das Verfahren ferner umfasst: Befestigen des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) an der Unterkonstruktion an einem Befestigungspunkt des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b), sodass eine feste Verbindung zwischen der Unterkonstruktion und dem wärmeleitenden Profil (24, 24a, 24b) hergestellt wird, wobei das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) sich im Betrieb von der Befestigungsposition ausgehend thermisch verformt. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 37, wobei das Verfahren ferner umfasst: Verbinden der Fluidleitung (16) mit einer Zuflussleitung (18) und einer Abflussleitung (20) für das flüssige Wärmeträgermedium an gegenüberliegenden Enden des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b). Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 38, wobei das Verfahren ferner umfasst: Befestigen eines Photovoltaikmoduls (14) an einer Wärmetauscherfläche (30) des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b). Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 38, wobei das Verfahren ferner umfasst: Befestigen einer Mehrzahl von wärmeleitenden Profilen (24, 24a, 24b) an der Unterkonstruktion, und Engaging the complementary lateral coupling sections (60, 62, 62a) of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) and the second heat-conducting profile (24, 24a, 24b), wherein an orientation of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) and the second heat-conducting profile (24, 24a, 24b) differs about the guide direction (38), and rotating the second heat-conducting profile (24, 24a, 24b) about the guide direction (38) so that the complementary lateral coupling sections (60, 62, 62a) of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) and the second heat-conducting profile (24, 24a, 24b) engage. Method according to one of claims 33 to 36, wherein the method further comprises: fastening the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) to the substructure at a fastening point of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) so that a firm connection is produced between the substructure and the heat-conducting profile (24, 24a, 24b), wherein the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) thermally deforms during operation starting from the fastening position. Method according to one of claims 33 to 37, wherein the method further comprises: connecting the fluid line (16) to an inflow line (18) and an outflow line (20) for the liquid heat transfer medium at opposite ends of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b). Method according to one of claims 33 to 38, wherein the method further comprises: fastening a photovoltaic module (14) to a heat exchanger surface (30) of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b). Method according to one of claims 33 to 38, wherein the method further comprises: fastening a plurality of heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) to the substructure, and
Befestigen von wärmeleitenden Blechen an der Mehrzahl wärmeleitender Profile (24, 24a, 24b) zum Bilden einer Wärmetauscherfläche (30). Wärmetauscherkonstruktion (22) zum Austausch von Wärme mit einem flüssigen Wärmeträgermedium, wobei die Wärmetauscherkonstruktion (22) umfasst: eine Mehrzahl wärmeleitender Profile, wobei die wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) eine Fluidleitung (16) für das flüssige Wärmeträgermedium tragen und thermisch an die Fluidleitung (16) gekoppelt sind, wobei die Fluidleitung (16) sich entlang einer Führungsrichtung (38) erstreckt, wobei das Wärmeträgermedium im Betrieb der Wärmetauscherkonstruktion (22) entlang der Führungsrichtung (38) durch die Fluidleitung (16) fließt; wobei die wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) an gegenüberliegenden Seiten jeweils einen ersten Kopplungsabschnitt (60, 60a) und einen zweiten Kopplungsabschnitt (62, 62b) umfassen, wobei der erste Kopplungsabschnitt (60, 60a) eingerichtet ist, mit dem zweiten Kopplungsabschnitt (62, 62b) eines benachbarten wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) kraftschlüssig und/oder formschlüssig einzugreifen, sodass die Kopplungsabschnitte (60, 62, 62a) benachbarter wärmeleitender Profile (24, 24a, 24b) eine elastische Verbindung zwischen den benachbarten wärmeleitenden Profilen (24, 24a, 24b) ausbilden, sodass bei einer erwartungsgemäßen thermischen Expansion oder Kontraktion der Mehrzahl der benachbarten wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) im Betrieb der Wärmetauscherkonstruktion (22) die elastische Verbindung gestaucht oder gedehnt wird, um die thermische Expansion oder Kontraktion der Mehrzahl der benachbarten wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) zu kompensieren. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach Anspruch 41, wobei das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) ferner eine Kopplungsschiene (32) umfasst, welche sich entlang der Führungsrichtung (38) erstreckt; wobei die Wärmetauscherkonstruktion (22) ferner umfasst: einen Träger (28), welcher sich senkrecht zu der Führungsrichtung (38) erstreckt und eingerichtet ist, das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) zu tragen, und ein Trägerelement (26), welches zur Befestigung an dem Träger (28) ausgebildet ist und einen Führungsabschnitt (36, 36a, 36b) umfasst, welcher eingerichtet ist, mit der Kopplungsschiene (32) des wärmeleitenden Profils (24, 24a, 24b) einzugreifen, um das wärmeleitende Profil (24, 24a, 24b) entlang der Führungsrichtung (38) beweglich über dem Träger (28) zu halten. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach Anspruch 41 oder 42, wobei der erste Kopplungsabschnitt (60, 60a) und der zweite Kopplungsabschnitt (62, 62b) jeweils an einer Längsseite der wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) angeordnet sind, welche sich entlang der Führungsrichtung (38) der jeweiligen wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) erstreckt, wobei die Längsseite insbesondere länger als eine senkrecht dazu verlaufende Kurzseite der wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) ist. Wärmetauscherkonstruktion (22) nach einem der Ansprüche 41 bis 43, wobei Oberflächen (30) benachbarter wärmeleitender Profile (24, 24a, 24b) eine stetige Wärmetauscherfläche definieren, wobei die Oberflächen der benachbarten wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) insbesondere eine ebene Wärmetauscherfläche (30) zur Befestigung einer Wärmequelle (14) auf einer Mehrzahl der benachbarten wärmeleitenden Profile (24, 24a, 24b) ausbilden. Attaching heat-conducting sheets to the plurality of heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) to form a heat exchanger surface (30). Heat exchanger construction (22) for exchanging heat with a liquid heat transfer medium, the heat exchanger construction (22) comprising: a plurality of heat-conducting profiles, the heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) carrying a fluid line (16) for the liquid heat transfer medium and thermally connected to the Fluid line (16) are coupled, wherein the fluid line (16) extends along a guide direction (38), wherein the heat transfer medium flows through the fluid line (16) along the guide direction (38) during operation of the heat exchanger construction (22); wherein the heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) each comprise a first coupling section (60, 60a) and a second coupling section (62, 62b) on opposite sides, wherein the first coupling section (60, 60a) is designed to engage with the second coupling section (62, 62b) of an adjacent heat-conducting profile (24, 24a, 24b) in a force-fitting and/or form-fitting manner, so that the coupling sections (60, 62, 62a) of adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) form an elastic connection between the adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b), so that in the event of an expected thermal expansion or contraction of the majority of the adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) during operation of the Heat exchanger construction (22) the elastic connection is compressed or stretched to compensate for the thermal expansion or contraction of the plurality of adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b). Heat exchanger construction (22) according to claim 41, wherein the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) further comprises a coupling rail (32) which extends along the guide direction (38); wherein the heat exchanger construction (22) further comprises: a carrier (28) which extends perpendicular to the guide direction (38) and is adapted to carry the heat-conducting profile (24, 24a, 24b), and a carrier element (26) which is designed to be fastened to the carrier (28) and comprises a guide portion (36, 36a, 36b) which is adapted to engage with the coupling rail (32) of the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) in order to hold the heat-conducting profile (24, 24a, 24b) movable above the carrier (28) along the guide direction (38). Heat exchanger construction (22) according to claim 41 or 42, wherein the first coupling section (60, 60a) and the second coupling section (62, 62b) are each arranged on a long side of the heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) which extends along the guide direction (38) of the respective heat-conducting profiles (24, 24a, 24b), wherein the long side is in particular longer than a short side of the heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) running perpendicular thereto. Heat exchanger construction (22) according to one of claims 41 to 43, wherein surfaces (30) of adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) have a continuous Define a heat exchanger surface, wherein the surfaces of the adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b) in particular form a flat heat exchanger surface (30) for fastening a heat source (14) on a plurality of the adjacent heat-conducting profiles (24, 24a, 24b).
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