DE10043295C1

DE10043295C1 - Heliothermischer Flachkollektor-Modul

Info

Publication number: DE10043295C1
Application number: DE10043295A
Authority: DE
Inventors: Frank Neumann; Markus Patschke; Marianne Schoennenbeck
Original assignee: Rheinzink GmbH and Co KG
Current assignee: Rheinzink GmbH and Co KG
Priority date: 2000-09-02
Filing date: 2000-09-02
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2020-09-03
Also published as: AU2002212192A1; WO2002018846A2; WO2002018846A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen heliothermischen Flachkollektor-Modul, aufweisend ein Metallblech-Paneel (1), das auf seiner der zu bestrahlenden Seite abgewandten Rückseite (11.2) mit einer gitterartigen Anordnung von untereinander im Abstand liegenden Kapillar-Röhrchen (5.1...5.n) für einen Durchlauf eines flüssigen Mediums kontaktierend belegt ist, sowie mit Anschlüssen zum Vor- und Rücklauf an der gitterartigen Anordnung. Die Kapillar-Röhrchen (5.1...5.n) sind auf der Rückseite (11.2) des Metallblech-Paneels mithilfe einer die Kapillar-Röhrchen umhüllenden Schicht (10) oder Häufelung von thermisch aufgespritzten Metallpartikeln, die an der Rückseite des Metallblech-Paneels (1) und an der Oberfläche der Kapillar-Röhrchen (5.1...5.n) haften, befestigt.

Description

Die Erfindung betrifft einen heliothermischen Flachkollek tor-Modul, der aufweist: ein Metallblech-Paneel, das auf seiner der zu bestrahlenden Seite abgewandten Rückseite mit einer gitterartigen Anordnung von untereinander in Abstand liegenden Kapillar-Röhrchen für einen Durchlauf eines flüs sigen Mediums kontaktierend belegt ist, sowie Anschlüsse zum Vor- und Rücklauf an der gitterartigen Anordnung.

Flachkollektor-Module der vorgenannten Art, die die Sonnen wärme absorbieren und an ein strömendes Wärmeträgermedium abgeben, sind seit langem bekannt. Das die Sonnenenergie ab sorbierende Metallblech-Paneel wird mit einem Rohrsystem so verbunden, daß ein direkter metallischer Kontakt zwischen den Bauteilen gegeben ist. Das Metallblech-Paneel besteht aus einem gut wärmeleitenden, temperatur- und korrosionbe ständigen Material, überwiegend aus Zink, Kupfer oder aus Aluminium. Bei den aus Kapillar-Röhrchen bestehenden Rohrsy stemen werden diese an das Metallblech-Paneel durch ein an gepaßtes Flachgebilde, wie Schaumstoffschicht, angedrückt.

Nachteilig ist, daß der Kontakt zwischen den einzelnen Ka pillar-Röhrchen und dem Metallblech-Paneel infolge der Temperaturschwankungen, bzw. Deformationen des Blechs unterbro chen werden kann, insbesondere dann, wenn das thermoisolie rende Flachgebilde mit dem Metallblech-Paneel verklebt ist, da die Schmeltemperatur der Klebstoffe oft nahezu erreicht wird.

Aufgabe der Erfindung ist, einen heliothermischen Flachkol lektor-Modul mit Kapillar-Röhrchen zu konzipieren, bei dem eine Unterbrechung des Kontaktes zwischen den Kapillar- Röhrchen und dem Metallblech-Paneel praktisch bei allen Tem peraturbeanspruchungen vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem heliothermischen Flachkollek tor-Modul der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Kapillar-Röhrchen der gitterartigen Anordnung auf der Rück seite des Metallpaneels mithilfe einer die Kapillar-Röhrchen umhüllenden Schicht oder Häufelung von thermisch aufge spritzten Metallpartikeln, die an der Rückseite des Metall blech-Paneels und an der Oberfläche der Kapillar-Röhrchen haften, befestigt sind. Dabei ist diese Befestigungsart so wohl für metallene als auch für polymere Kapillar-Röhrchen geeignet.

Zur Aufbringung der Metallpartikeln eignen sich bekannte Spritzpistolen, mit deren Hilfe das aufgeschmolzene, aufzu sprühende Metall über Druckluft auf die Oberfläche gefördert wird. Hierbei kann die Aufschmelzenergie durch einen Druck luft-Plasmalichtbogen erzeugt werden.

Die Kapillar-Röhrchen können vor dem Umhüllen durch eine Me tall-Metall-Verklebung an der Rückseite des Metallblech- Paneels vorfixiert werden, zum Beispiel mit Hilfe eines han delsüblichen, wärmeleitfähigen Klebstoffs mit metallischem Füllstoff. Der Klebstoff kann auch mit Hilfe einer Spritzpistole aufgespritzt werden. Weiterhin ist möglich, die in ei ner dichten Anordnung liegenden Kapillar-Röhrchen über eine physikalisch abbindende Klebstoffolie mit dem Metallblech- Paneel zu verbinden. Nach Einbringen der Folie unter Aufre cherhaltung eines entsprechenden Fixierdruckes und einer oberhalb des Erweichungsbereiches liegenden Temperatur kann eine ausreichende Festigkeit der Verbindung erzielt werden. Hierfür kann eine entsprechende Vorrichtung mit Preßwerkzeug und Wärmezufuhr Verwendung finden. Das Preßwerkzeug kann über eine kammartige Anordnung der Preßorgane verfügen, die in die Abstande zwischen den Kapillar-Röhrchen gelangen.

Vorzugsweise sind die zylindrischen oder abgeflachten Kapil lar-Röhrchen aus Metall oder peripher metallbeschichtetem Kunststoff hergestellt, wobei sich hier um ein korrosionbe ständiges Metall handelt. Die Kapillar-Röhrchen weisen eine lichte Weite mit einer Querschnittsfläche zwischen 2 und 10 mm² auf. Die Kapillar-Röhrchen sind dicht auf dem Metall blech-Paneel angeordnet, um möglichst große Absorptionsflä che zu erzielen.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der Modul gemäß Erfindung ein Niedrigtemperatur-Flachkollektor ist, bei dem kein "Treibhauseffekt" auftritt, d. h. auf der zu bestrahlen den Seite des Metallblech-Paneels keine zusätzliche transpa rente Abdeckungen vorhanden sind, die normalerweise einen abgedichteten, aufzuheizenden Raum bilden. Das Metallblech- Paneel ist also direkt den Sonnenstrahlen ausgesetzt.

Die Rückseite des Metallblech-Paneels kann eben sein oder Rillen aufweisen, in denen die Kapillar-Röhrchen teilweise eingebettet sind. Die Rillen können mäanderförmig und/oder zueinander parallel verlaufend angeordnet sein. Vorzugsweise wird eine parallele Anordnung, sogenannter Rohrregister ge wählt, bei dem der Temperaturunterschied zwischen Ein- und Austritt des flüssigen Mediums höher und eine kleinere Pum penleistung erforderlich ist.

Von großem Vorteil ist, daß der Kontakt zwischen den Kapil lar-Röhrchen und dem Metallblech-Paneel ununterbrochen ist. Dadurch kann auch die Kondenswasserbildung und elektrochemi sche Korrosion vermieden werden.

Selbstverständlich können die Flachkollektor-Module zum Küh len des jeweiligen Raums genutzt werden, da die Wärme über den Kollektor abgegeben werden kann. Außerdem besteht die Möglichkeit, die gewonnene Wärmeenergie zum Schmelzen des Schnees im Winter auszunutzen. Es kann beispielsweise eine kombinierte, automatisch gesteuerte Technik gewählt werden, bei der eine sogenannte Direktheizung durch Flachkollektor- Module unterstützt werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind einem nach folgen Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das anhand der Zeichnung näher erläutert wird. Die Figuren der Zeichnung zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Flachkollektor-Modul in Draufsicht auf seine zu bestrahlende Seite, schema tisch dargestellt,

Fig. 2 einen Querschnitt A-A gemäß Fig. 1, eben so schematisch,

Fig. 3 Aufbringung von Metallpartikeln mit Hil fe einer Spritzpistole,

Fig. 4 Draufsicht auf die Rückseite des Metall blech-Paneels mit angebrachten Kapillar- Röhrchen,

Fig. 5 und 6 Schnitt B-B gemäß Fig. 4,

Fig. 7 eine andere, sandwichartige Ausführungs form des Flachkollektor-Moduls, im Schnitt, und

Fig. 8 Teil eines Daches und einer Fassade, teilweise verkleidet mit Flachkollektor- Modulen, perspektivisch gesehen.

In Fig. 1 und 2 ist ein Flachkollektor-Modul 20 schema tisch dargestellt, der aus einem flachen, rechteckigen Me tallblech-Paneel 1, einer gitterartigen Anordnung 5 von zu einander parallel verlaufenden Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n und einer thermoisolierenden Schaumstoffschicht 2 besteht. Das Material des vorbewitterten und dadurch rauhen Metall blech-Paneels 1 ist eine Titan-Zink-Legierung, hier: ein Produkt der Anmelderin, RHEINZINK GmbH & Co. KG in Datteln. Das Metallblech-Paneel 1 weist im vorliegenden Fall folgende Ausmaße auf: Länge 2000 mm, Breite 465 mmm, Dicke 1,0 mm. Zur Verbindung der Metallblech-Paneele 1 miteinander in Falztechnik sind bogenförmige Randprofile 7, 8 (vgl. insbe sondere Fig. 2) vorgesehen.

Die aus Kupfer bestehenden Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n wei sen jeweils einen Innendurchmesser von 1,5 mm und Außen durchmesser von 2,5 mm auf. Die Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n verlaufen in einem einheitlichen Abstand A = 6 mm voneinan der (s. Fig. 5). So können im einzelnen Flachkollektor-Modul 20 von der Breite 465 mm wenigstens 30 parallel verlaufenden Kapillar-Röhrchen untergebracht sein. Der in Fig. 1 gezeigten Anordnung 5 sind Vor- und Rücklauf-Anschlüsse 15.1, 15.2, sowie zwei senkrecht zu Kapillar-Röhrchen liegende Verteil röhrchen 16.1, 16.2 zu entnehmen.

Wesentlich für die Erfindung ist die Anbringung der Kapil lar-Röhrchen 5.1. . .5.n an der Rückseite 11.2 des Metall blech-Paneels 1 (vgl. Fig. 3). Mit Hilfe einer bereits er wähnten Spritzpistole 40, die einen Druckluft- Plasmalichtbogen (bei 41) erzeugt, werden die aufgeschmol zenen Metallpartikeln 30 auf die Rückseite 11.2 des Metall blech-Paneels 1 und auf die darauf liegende Kapillar- Röhrchen 5.1. . .5.n aufgespritzt. Die Metallpartikeln 30 werden durch kontinuierliches Aufschmelzen eines in die Spritzpistole 40 zugeführten, elektrisch leitenden Metall drahtes 42 erzeugt und durch eine Zerstäuberdüse 43 in Drahtlaufrichtung verspritzt. Als Draht 42 ist im vorliegen den Fall ein zu diesem Zweck besonders geeignetes Zink-Draht gewählt worden.

In Fig. 5 ist eine bevorzugte Anordnung der Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n an einem ebenen Metallblech-Paneel 1 dargestellt. Die Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n können aber längs der im Metallblech-Paneel 1 eingebrachten Rillen 6.1. . .6.n verlau fen, wie die Fig. 6 zeigt.

Um eine gute Haftung der Metallpartikeln 30 zu ermöglichen, wurde vorerst die Rückseite 11.2 des Metallblech-Paneels 1 sandbestrahlt und danach die Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n draufgelegt. Die heißen Zinkpartikeln gelangen in die Mikro- Unebenheiten der sandbestrahlten Fläche, sich dort verankern und bilden eine Haftschicht. Das Aufspritzen von Metallpartikeln 30 erfolgt nach und nach schichtweise, bis eine die Rückseite 11.2 deckende und die Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n umhüllende Gesamtschicht 10 (vgl. Fig. 4, 5 und 6) herge stellt wird, wobei darauf geachtet werden muß, daß der ent stehende Verbund gekühlt wird. Zum Kühlen eignet sich insbe sondere gut und wirtschaftlich das in die Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n gepumpte Wasser. Auf dieser Weise wird die wäh rend Aufspritzen der Metallpartikeln entstehende Wärme ef fektiver abgeführt und somit die inneren Beanspruchungen und daraus resultierenden Verwerfungen vermieden.

In der thermoisolierenden Schaumstoffschicht 2 sind Rillen 26.1. . .26.n eingearbeitet (vgl. Fig. 2), die kompatibel zu den Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n sind und die gesamte git terartige Anordnung 5 aufnehmen können. Die Schaumstoff schicht 2 wird mit dem Verbund 1; 5 ganzflächig verklebt, wo bei die Verklebung im Kalt- oder Heißklebeverfahren durchge führt werden kann.

Ferner ist der Fig. 7 ein sandwichartiger Flachkollektor- Modul 21 zu entnehmen, der sich aus dem Metallblech-Paneel 1, den Kapillar-Röhrchen 5.1. . .5.n, der Schaumstoffschicht 2 und einer Versteifungsplatte 12 zusammensetzt. Die mit der Schaumstoffschicht 2 verklebte Versteifungsplatte 12 besteht aus Aluminium. Als thermoisolierendes Material kommen die von der Firma Dow Chemicals unter dem Markennamen STADUR® vertrie benen Hartschaumplatten (Extruderschaum) zum Einsatz. Der ganze Verbund weist eine Gesamtdicke von ca. 25 mm auf und ist als Ersatz von Holzschalung einsetzbar. Die Metallblech- Paneele 1 werden im vorliegenden Fall in Falzleisten-Technik miteinander verbunden. Wie die Fig. 7 zeigt, weist das Me tallblech-Paneel 1 zwei gegenüberliegende, winkelig abgebo gene Kanten 13.1, 13.2 auf.

In Fig. 8 ist schematisch eine Metallblech-Verkleidung 50 ei nes Daches 100 und einer Fassade 200 dargestellt. Die gesam te Metallblech-Verkleidung 50 besteht aus mehreren vorbewit terten Titan-Zink-Paneelen, die eine einheitliche Oberflä chenstruktur 22 aufweisen. Sowohl an der Fassade 200, als auch am Dach 100 sind jeweils zwei Reihen von Flachkollek tor-Modulen 20 angeordnet, die mit den übrigen Flachab schnitten der Metallblech-Verkleidung 50 fluchten. An die Flachkollektor-Modulen 20 ist auch eine nicht dargestellte Wärme- oder Umlaufpumpe angeschlossen.

Claims

1. Heliothermischer Flachkollektor-Modul (20; 21), beste hend aus einem Metallblech-Paneel (1), das auf seiner der zu bestrahlenden Seite (11.1) abgewandten Rückseite (11.2) mit einer gitterartigen Anordnung (5) von unter einander in Abstand liegenden Kapillar-Röhrchen (5.1. . .5.n) für einen Durchlauf eines flüssigen Medi ums kontaktierend belegt ist, sowie mit Anschlüssen (15.1; 15.2) zum Vor- und Rücklauf an der gitterartigen Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillar- Röhrchen der gitterartigen Anordnung (5) auf der Rück seite (11.2) des Metallpaneels mithilfe einer die Ka pillar-Röhrchen umhüllenden Schicht (10) oder Häufelung von thermisch aufgespritzten Metallpartikeln, die an der Rückseite des Metallblech-Paneels (1) und an der Oberfläche der Kapillar-Röhrchen (5.1. . .5.n) haften, befestigt sind.

2. Flachkollektor-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kapillar-Röhrchen (5.1. . .5.n) aus Metall oder peripher metallbeschichtetem Kunststoff oder aus unbeschichtetem Kunststoff bestehen.

3. Flachkollektor-Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillar-Röhrchen (5.1. . .5.n) zylindrisch oder abgeflacht sind und eine lichte Weite mit einer Querschnittsfläche zwischen 2 und 10 mm² be sitzen.

4. Flachkollektor-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß auf der Rückseite (11.2) des Metallblech- Paneels Rillen (6.1. . .6.n) eingearbeitet sind, in de nen die Kapillar-Röhrchen (5.1. . .5.n) teilweise ein gebettet sind.

5. Flachkollektor-Modul nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rillen (6.1. . .6.n) mäanderförmig und/oder zueinander parallel verlaufend angeordnet sind.

6. Flachkollektor-Modul nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallblech-Paneele (1) aus ei ner Titan-Zink-Legierung besteht.

7. Flachkollektor-Modul nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgespritzten Metallpartikel aus Zink oder einer über 50 Gew.-% Zink aufweisenden Legierung bestehen.

8. Flachkollektor-Modul nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite (11.2) der Metall blech-Paneele (1) mit der gitterartigen Anordnung von Kapillar-Röhrchen (5.1. . .5.n) mit einer schützenden und/oder wärmeisolierenden Kunststoff-Schicht (2) ver sehen ist.

9. Flachkollektor-Modul nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kunststoff-Schicht (2) auf ihrer dem Metallblech-Paneel (1) gegenüberliegenden Seite mit ei ner Versteifungsplatte (12) verklebt ist.

10. Flachkollektor-Modul nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Versteifungsplatte (12) aus Holzwerk stoff oder aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium be steht.