DE19546100A1 - Absorber, insbesondere für einen Sonnenkollektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Absorber, insbesondere für einen Sonnenkollektor, der von einem Wärmetransportmedi­ um unter niedrigem Druck durchströmbar ist, wobei der Absorber aus zwei übereinander angeordneten und mitein­ ander verbundenen flächigen Wänden gebildet ist und wo­ bei zwischen den einander zugewandten Flächen der Wände Kanäle für die Führung des Wärmetransportmediums ausge­ bildet sind.

Ein Absorber der genannten Art ist aus DE 29 02 640 A1 bekannt. Dieser bekannte Absorber besteht aus zwei an­ einanderliegenden Metallagen und mindestens einem zwi­ schen den Metallagen angeordneten Metallrohr zum Fort­ leiten des Wärmetransportmediums. Die Metallagen sind auf beiden Seiten des Rohres unter Bildung von Wärme­ übertragungsrippen durch Kaltverschweißung miteinander verbunden, wobei das Rohr im wesentlichen auf seiner gan­ zen Außenumfangsfläche mit mindestens einer Metallage durch Kaltschweißung verbunden ist und wobei der Absor­ ber im Bereich des Rohres eine größere Gesamtmaterial­ stärke hat als im Bereich der Rippen.

Dieser bekannte Absorber erfordert nachteilig einen großen technischen Aufwand für seine Herstellung, der insbesondere durch die erforderliche Kaltverschweißung verursacht wird. Für eine Kaltverschweißung sind große Walzeinrichtungen nötig, die nur bei der Fertigung von großen Stückzahlen wirtschaftlich einsetzbar sind und die hohe Investitions- und Betriebskosten erfordern. Außerdem weist ein derartiger Absorber den Nachteil rela­ tiv hoher Energieverluste an der von der Einstrahlung abgewandten Rückseite auf. Diese Verluste werden dadurch verursacht, daß die Absorber-Rückseite praktisch die gleiche Oberflächentemperatur wie die z. B. von der Sonne bestrahlte Absorber-Vorderseite aufweist. Die Gleichheit der Oberflächentemperaturen kommt durch die sehr gut wär­ meleitende Verbindung der beiden selbst auch noch gut wärmeleitenden Wände zustande.

Es stellt sich deshalb die Aufgabe, einen Absorber der oben angegebenen Art zu schaffen, der mit geringerem Aufwand, insbesondere mit geringeren Investitions- und Herstellungskosten gefertigt werden kann und der gerin­ gere Energieverluste aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Absorber der eingangs genannten Art, der dadurch gekennzeichnet ist,

• - daß die Wände teilflächig und/oder linienhaft wärme­ transportmediumdicht durch Klebstoff miteinander ver­ bunden sind,
• - daß die Kanäle für die Führung des Wärmetransportme­ diums durch vom Klebstoff zwischen den Wänden unbeleg­ te Bereiche gebildet sind und
• - daß zumindest im Bereich der Kanäle die Wände einen zur Bildung des gewünschten Kanalquerschnitts ausrei­ chenden Abstand voneinander haben.

Vorteilhaft ist für die Herstellung des Absorbers ledig­ lich das Auftragen von Klebstoff in ausgewählten Berei­ chen der Wände oder auch nur einer der beiden Wände er­ forderlich. Der Klebstoffauftrag kann im einfachsten Fall manuell erfolgen; eine Mechanisierung oder Automati­ sierung des Klebstoffauftrages ist auch mit relativ ge­ ringem Aufwand möglich, so daß sowohl bei Kleinserienfer­ tigung als auch bei größeren Stückzahlen eine wirtschaft­ liche Arbeitsweise gewährleistet ist. Da Klebstoff immer ein schlechterer Wärmeleiter als Metall ist, wird auch ein geringerer Wärmestrom von der vorderen, bestrahlten Wand zur hinteren Wand erreicht, was den Wirkungsgrad des Absorbers verbessert.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß beide Wände eben sind und daß der Klebstoff in einer solchen Dicke teilflächig und/oder linienhaft zwischen den Wänden angebracht ist, daß die Wände nach dem Erhärten oder Abbinden des Kleb­ stoffs einen gewünschten Abstand voneinander einhalten. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Wände außer ihrem Zuschnitt keine weitere formgebende Bearbeitung erfor­ dern.

Eine alternative Ausgestaltung des Absorbers sieht vor, daß mindestens eine der Wände in den für die Verklebung vorgesehenen Teilflächen und/oder Linien Einprägungen in Richtung zur anderen Wand aufweist, wobei die Tiefe der Einprägungen maximal dem gewünschten Abstand der Wände im Bereich der Kanäle entspricht. Mit dieser Ausgestal­ tung wird erreicht, daß wesentlich geringere Volumina an Klebstoff benötigt werden, wobei diese Einsparung aber mit einer etwas aufwendigeren Bearbeitung der Wände, näm­ lich der Anbringung der Einprägungen, verbunden ist.

Eine weitere alternative Ausgestaltung des Absorbers sieht vor, daß mindestens eine der Wände in den für die Kanäle vorgesehenen Bereichen Einprägungen in Richtung von der anderen Wand weg aufweist, wobei die Tiefe der Einprägungen maximal dem gewünschten Abstand der Wände im Bereich der Kanäle entspricht. Mit dieser Ausgestal­ tung wird der gleiche Vorteil erreicht, wie ihn die vor­ anstehend beschriebene Ausgestaltung bietet; die Auswahl zwischen den beiden zuletzt erläuterten Alternativen er­ folgt zweckmäßig im Hinblick darauf, welche von beiden in Abhängigkeit vom gewünschten Kanalbild des Absorbers den geringeren Aufwand für das Einprägen erfordert.

Bei dem erfindungsgemäßen Absorber sind die Wände bevor­ zugt aus dünnem Metallblech oder aus dünnen Kunststoff­ platten oder aus Kunststoffolie oder aus einem aus Me­ tall und Kunststoff bestehenden Verbundwerkstoff gebil­ det. Die genannten Materialien sind leicht und ergeben aufgrund der "Sandwich"-Konstruktion des Absorbers den­ noch eine ausreichend hohe Stabilität. Dabei ist es ohne weiteres möglich, die beiden Wände aus unterschiedlichen Materialien zu fertigen, z. B. die der Sonneneinstrah­ lung zugewandte Wand aus Metallblech und die der Sonnen­ einstrahlung abgewandte Wand aus Wärmeisolationsgründen aus Kunststoff oder Verbundwerkstoff.

Der Klebstoff ist bevorzugt ein Silikonklebstoff, da die­ ses Material alle gestellten Anforderungen gut erfüllt. Es ist einerseits leicht verarbeitbar und unschädlich für die Umwelt und andererseits bietet es eine hohe Kleb­ kraft und ausreichende Langzeitdichtigkeit der Verklebun­ gen. Schließlich ist ein Silikonklebstoff durch übliche Wärmetransportmedien, z. B. Wasser oder Wasser-Alkohol- Gemische, nicht angreifbar. Außer Silikonklebstoff sind auch andere Klebstoffe, vorzugsweise Kunststoff-Klebstof­ fe verwendbar, die auf dem Markt zur Verfügung stehen.

Um möglichst einfach Vorlauf- und Rücklaufleitungen an den Absorber anschließen zu können oder mehrere Absorber unmittelbar miteinander verbinden zu können, wird vorge­ schlagen, daß jeder Absorber mindestens je einen Vor­ lauf-Anschlußstutzen und Rücklauf-Anschlußstutzen auf­ weist, wobei die Anschlußstutzen mittels des Klebstoffes dichtend an oder zwischen den Wänden gehalten oder dich­ tend durch eine der Wände oder durch beide Wände geführt sind. Dabei kann der Klebstoff gleichzeitig für die me­ chanische Halterung und für die Abdichtung der Anschluß­ stutzen sorgen, was eine einfache Fertigung gewährlei­ stet. Alternativ können die Anschlußstutzen konventio­ nell an den Wänden angebracht sein.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Absorbers wird zweckmäßig zunächst eine der beiden Wände horizontal aus­ gelegt und in den gewünschten Flächen oder entlang der gewünschten Linien mit eine geeignete Viskosität aufwei­ sendem Klebstoff in einer solchen Dicke versehen, daß diese etwas größer ist, als der später gewünschte Ab­ stand der beiden Wände voneinander. Nach dem Ausbringen des Klebstoffes kann die zweite Wand auf die erste Wand aufgelegt werden, wobei zweckmäßig bis zum Erhärten des Klebstoffes Abstandshalter zwischen den beiden Wänden angebracht sind. Nach dem Aushärten des Klebstoffes sind die Abstandshalter entbehrlich und können entfernt wer­ den. Um die Verklebung nicht übermäßig zu belasten, kann der Absorber auch nachträglich in einen Rahmen einge­ setzt werden, der die beiden Wände des Absorbers relativ zueinander fixiert, so daß die statischen Lasten und die durch das Wärmetransportmedium ausgeübten Druckkräfte nicht allein von der Verklebung aufgenommen werden müs­ sen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeich­ nung zeigen:

Fig. 1 einen Absorber bei seiner Herstellung in drei verschiedenen Ausgestaltungen, in einer schema­ tischen Draufsicht,

Fig. 2 den Absorber aus Fig. 1 im Schnitt entlang der Linie II-II und

Fig. 3 den Absorber in einer zweiten Ausführung, eben­ falls in einem Schnitt entsprechend der Fig. 2.

Wie Fig. 1 der Zeichnung zeigt, besitzt der Absorber 1 eine im wesentlichen rechteckige Grundform, die durch eine erste Wand 11, z. B. aus Metallblech oder Kunst­ stoff, festgelegt wird. Auf die hier sichtbare Oberseite der ersten Wand 11 ist Klebstoff 2 in verschiedenen Be­ reichen aufgebracht. Ein erster Bereich des Klebstoffes 2 läuft in einer geschlossenen Linie um den äußeren Rand der Oberfläche der Wand 11 herum. In der dadurch begrenz­ ten inneren Fläche der Wand 11 sind weitere Bereiche von Klebstoff 2 vorgesehen, die unterschiedlich ausgeführt sein können, wobei aber stets durch die nicht von dem Klebstoff 2 belegten Flächen der Wand 11 ein gewünschtes Kanalbild für ein den fertigen Absorber später durchströ­ mendes Wärmetransportmedium gebildet wird.

Im oberen Teil der Fig. 1 sind die auf der inneren Flä­ che der Oberseite der Wand 11 angebrachten Bereiche des Klebstoffs 2 im wesentlichen längliche Rechteckflächen, deren Ecken leicht abgeschrägt oder abgerundet sind.

Im mittleren Teil der Fig. 1 sind die auf der inneren Fläche der Wand 11 angebrachten Bereiche des Klebstoffs 2 linienförmig ausgebildet und bilden parallel zueinan­ der verlaufende Klebstoffraupen.

Im unteren Teil der Fig. 1 schließlich sind die Bereiche des Klebstoffs 2 auf der inneren Fläche der Wand 11 als geschlossene Ovale ausgeführt, wodurch gegenüber der Aus­ gestaltung im oberen Teil der Fig. 1 Klebstoff 2 einge­ spart wird.

An der linken oberen Ecke des Absorbers 1 ist ein Vor­ lauf-Anschlußstutzen 13 angebracht, der in den randsei­ tigen Bereich des Klebstoffs 2 eingebettet ist. Das inne­ re Ende dieses Vorlauf-Anschlußstutzens 13 mündet in ei­ nem durch die Bereiche des Klebstoffs 2 definierten Ver­ teilerkanal 14. Zwischen den parallel zueinander verlau­ fenden Bereichen des Klebstoffs 2 auf der inneren Fläche der Wand 11 verlaufen viele im Querschnitt kleinere Kanä­ le 15, die zur Aufnahme von eingestrahlter Sonnenenergie durch das Wärmetransportmedium dienen. Am rechten Rand des Absorbers 1 ist ein Sammelkanal 16 ausgebildet, in welchen unten rechts ein Rücklauf-Anschlußstutzen 17 mün­ det. Auch der Anschlußstutzen 17 ist in den Klebstoff 2 dichtend eingebettet. Für die Gestaltung der Kanäle 14, 15, 16 hinsichtlich ihres Querschnitts, ihres Verlaufs und ihrer Verteilung besteht jede Freiheit; außerdem den in der Zeichnung dargestellten Kanalbildern sind weitere Kanalbilder problemlos herstellbar, z. B. in Form einer oder mehrerer Harfen oder in Mäanderform.

Die Bereiche des Klebstoffs 2 werden manuell oder auto­ matisiert auf die Oberfläche der Wand 11 aufgetragen. Nach dem Klebstoffauftrag kann eine zweite, hier noch nicht sichtbare Wand 12 (vgl. Fig. 2 und 3) aufgelegt und ihrerseits in Kontakt mit dem Klebstoff 2 gebracht werden. Bis zum Erhärten des Klebstoffs 2 werden die beiden Wände 11, 12 zweckmäßig durch geeignete Abstands­ halter in einem gewünschten Abstand voneinander gehal­ ten. Nach dem Erhärten des Klebstoffs 2 kann dieser die Abstandshalteraufgabe übernehmen.

Aus Fig. 2 wird deutlich, daß der Absorber 1 im einfach­ sten Fall aus zwei ebenen Wänden 11, 12 und dazwischen angeordneten Bereichen von Klebstoff 2 gebildet sein kann. Zwischen den Bereichen des Klebstoffs 2 liegen die Kanäle 15 zur Führung des Wärmetransportmediums.

In dem Beispiel gemäß Fig. 2 besteht die obere, der ein­ fallenden Sonnenstrahlung zugewandte Wand 12 aus Metall­ blech; die der Sonnenstrahlung abgewandte untere Wand 11 besteht hier aus Kunststoff, da dieser eine bessere Wär­ meisolation bietet. Da auch der Klebstoff 2 ein relativ schlechter Wärmeleiter ist, gibt es bei dem Absorber 1 verminderte Wärmeverluste durch Abstrahlung an der Absor­ berunterseite, d. h. hier an der unteren Wand 11.

Eine alternative Ausführung des Absorbers 1 zeigt die Fig. 3, wobei hier die obere Wand 12 mit Einprägungen 12′ in den Bereichen versehen ist, die für die Kontak­ tierung mit dem Klebstoff 2 vorgesehen sind. Auf diese Weise wird bei praktisch unverändertem Strömungsquer­ schnitt der Kanäle 15 die Menge des erforderlichen Kleb­ stoffs 2 vermindert. Alternativ oder ergänzend kann die andere Wand 11 mit entsprechenden Einprägungen versehen sein.

Claims (7)

1. Absorber, insbesondere für einen Sonnenkollektor, der von einem Wärmetransportmedium unter niedrigem Druck durchströmbar ist, wobei der Absorber (1) aus zwei übereinander angeordneten und miteinander ver­ bundenen flächigen Wänden (11, 12) gebildet ist und wobei zwischen den einander zugewandten Flächen der Wände (11, 12) Kanäle (14, 15, 16) für die Führung des Wärmetransportmediums ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Wände (11, 12) teilflächig und/oder linien­ haft wärmetransportmediumdicht durch Klebstoff (2) miteinander verbunden sind,
• - daß die Kanäle (14, 15, 16) für die Führung des Wärmetransportmediums durch vom Klebstoff (2) zwischen den Wänden (11, 12) unbelegte Bereiche gebildet sind und
• - daß zumindest im Bereich der Kanäle (14, 15, 16) die Wände (11, 12) einen zur Bildung des gewünsch­ ten Kanalquerschnitts ausreichenden Abstand vonein­ ander haben.

2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wände (11, 12) eben sind und daß der Kleb­ stoff (2) in einer solchen Dicke teilflächig und/ oder linienhaft zwischen den Wänden (11, 12) ange­ bracht ist, daß die Wände (11, 12) nach dem Erhärten oder Abbinden des Klebstoffs (2) einen gewünschten Abstand voneinander einhalten.

3. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Wände (11, 12) in den für die Verklebung vorgesehenen Teilflächen und/oder Linien Einprägungen (12′) in Richtung zur anderen Wand (12, 11) aufweist, wobei die Tiefe der Einprä­ gungen (12′) maximal dem gewünschten Abstand der Wände (11, 12) im Bereich der Kanäle (14, 15, 16) entspricht.

4. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Wände (11, 12) in den für die Kanäle (14, 15, 16) vorgesehenen Bereichen Einprägungen in Richtung von der anderen Wand (12, 11) weg aufweist, wobei die Tiefe der Einprägungen maximal dem gewünschten Abstand der Wände (11, 12) im Bereich der Kanäle (14, 15, 16) entspricht.

5. Absorber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (11, 12) aus dünnem Metallblech oder aus dünnen Kunststoffplatten oder aus Kunststoffolie oder aus einem aus Metall und Kunststoff bestehenden Verbundwerkstoff gebildet sind.

6. Absorber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff (2) ein Silikonklebstoff ist.

7. Absorber nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens je einen Vorlauf- Anschlußstutzen (13) und Rücklauf-Anschlußstutzen (17), wobei die Anschlußstutzen (13, 17) mittels des Klebstoffes (2) dichtend an oder zwischen den Wänden (11, 12) gehalten oder dichtend durch eine der Wände (11, 12) oder durch beide Wände (11, 12) geführt sind.