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DE202010010835U1 - Full aluminum absorber for heat generation from sunlight for use with solar collectors - Google Patents

Full aluminum absorber for heat generation from sunlight for use with solar collectors Download PDF

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Abstract

Vollaluminiumabsorber zur Wärmeerzeugung aus Sonnenlicht zur Anwendung bei Solarkollektoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammel (1)- und Harfenkanäle (2) aus Aluminiumstrangpressprofielen bestehen.Full aluminum absorber for heat generation from sunlight for use in solar collectors, characterized in that the collecting (1) and harp channels (2) consist of Aluminiumstrangpressprofielen.

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Figure 00000001

Description

Im vorliegenden Text werden ein Vollaluminiumkollektor und dessen Herstellungsverfahren beschrieben. Die Bezeichnung Vollaluminium bezieht sich hierbei auf das Absorbermaterial (Fläche, die das Sonnenlicht absorbiert einschließlich den Strömungskanälen für das Wärmeträgermedium).in the The present text will be a full aluminum collector and its production process described. The term all-aluminum refers here on the absorber material (area, which absorbs the sunlight including the flow channels for the heat transfer medium).

Sonnenkollektoren dienen zur Wärmeerzeugung aus Sonnenlicht. Die absorbierte Sonnenenergie wird in Form von Wärme an ein i. d. R. unter der Absorberfläche in Kanälen strömendes Wärmeträgermedium abgegeben, welches wiederum die Wärmeenergie mittels Wärmetauscher dann an einen Pufferspeicher abgibt. Der Speicher bedient seinerseits Stationen mit Warmwasser, welches zum Duschen und Baden benötigt wird, oder auch zur Heizungsuntersterstützung dienen kann.solar panels serve for heat generation from sunlight. The absorbed solar energy is in the form of Heat on an i. d. R. delivered under the absorber surface in channels flowing heat transfer medium, which turn the heat energy by means of heat exchanger then to a buffer memory. The store in turn serves Stations with hot water, which is needed for showering and bathing, or can also serve for heating support.

Aktueller Stand der Technik bei Kollektoren zur Anwendung bei Solarthermischer Nutzung sind Kollektoren, die Absorber aus Vollkupfer (Kupferblech und Kupferrundrohr) oder Kupfer-Alu (Alublech und Kupferrundrohr) verwenden. Das Blech wird mit dem Rundrohr dabei größtenteils durch Ultraschall- oder Laserschweißen verbunden. Auch andere Verfahren wie Löten, Rollnahtschweißen, Clinchen etc. werden in sehr geringen prozentualen Anteilen angewendet um Blech und Rundrohr zu verbinden.Current State of the art in collectors for use in solar thermal Use are collectors, the absorber made of solid copper (copper sheet and copper round tube) or copper-aluminum (Aluminum sheet and copper round tube) use. The sheet is with the Circular tube mostly connected by ultrasonic or laser welding. Others too Methods such as soldering, Seam welding Clinching, etc. are used in very small percentage proportions to connect sheet metal and round tube.

Kupfer besitzt eine hohe thermische Leitfähigkeit eignet sich somit für diese Anwendung. Auch Aluminium verfügt über eine hohe thermische Leitfähigkeit. Gründe die für eine Ausführung des Absorbers aus Vollaluminium sprechen, sind das geringere spezifische Gewicht von Aluminium, das Umgehen von unterschiedlichen Ausdehnungskoeffzienten, höhere Rohstoffpreise von Kupfer (LME-Notierungen), ferner die größeren Rohstoffvorkommen von Aluminium.copper has a high thermal conductivity is thus suitable for this Application. Also aluminum has one high thermal conductivity. reasons the for an execution of the absorber of all-aluminum, are the lower specific Weight of aluminum, bypassing different expansion coefficients, higher Commodity prices of copper (LME quotations), as well as the larger deposits of raw materials of aluminum.

Nun gibt es Vollaluminiumabsorber seit geraumer Zeit, z. B. in der Ausführung als Rollbondabsorber. Hierbei handelt es sich um zwei Aluminiumplatten, die miteinander vollflächig unter hohem Druck schweißverpresst werden. Die vorgesehenen Strömungskanäle werden vorher dahingehend behandelt, dass an diesen Stellen keine Verschweißung entsteht. Anschließend wird unter Luftdruck ein „Aufblasen” des Absorbers durchgeführt. Die somit entstandenen Kanäle dienen der Strömungsführung des Wärmeträgermediums. Die Strömungskanäle sind weitgehend frei wählbar.Now there is full aluminum absorber for quite some time, z. B. in the execution as Rollbond absorber. These are two aluminum plates, the whole area together Sweat-welded under high pressure become. The intended flow channels are previously treated so that no welding occurs at these locations. Subsequently becomes an "inflation" of the absorber under atmospheric pressure carried out. The thus resulting channels serve the flow guidance of the Heat transfer medium. The flow channels are largely freely selectable.

Des Weiteren gibt es die Möglichkeit einen Vollaluminiumabsorber durch Verschweißung eines Alublechs und eines Alurohres herzustellen. Die Verschweißung wird hierbei meist über Ultraschall- oder Laserschweißen erreicht. Auch Klemm-, Löt-, Reibschweißverfahren etc. werden vereinzelt angewendet.Of Further there is the possibility a full aluminum absorber by welding an aluminum sheet and a Alurohres produce. The welding is usually done via ultrasonic or laser welding reached. Also clamping, soldering, Friction welding etc. are used occasionally.

Das anschließend beschriebene Verfahren zeigt einen anderen Weg der Herstellung eines Vollaluminiumabsorbers auf.The subsequently described method shows another way of making a Full aluminum absorber on.

1 zeigt schematisch die Bauweise eines Harfenabsorbers auf. Die Hauptbestandteile des Absorbers bestehen hierbei aus Aluminiumstrangpressprofilen. Dabei bilden eine Anzahl x gleicher Strangpressprofile (3) die Harfen (2), zwei weitere Strangpressprofile (4) die beiden Sammelkanäle (1). Über ein Nut und Federsystem (3) werden die Harfenprofile miteinander verklemmt, der Absorber wird dadurch steifer. 1 schematically shows the construction of a harp absorber. The main components of the absorber consist of extruded aluminum profiles. A number x of the same extruded profiles ( 3 ) the harps ( 2 ), two further extruded profiles ( 4 ) the two collection channels ( 1 ). Via a groove and spring system ( 3 ), the harp profiles are jammed together, making the absorber stiffer.

Die Harfenprofile werden mit den Sammelkanalprofilen über Hohlstifte (2 – Detail A) formschlüssig verpresst und somit verbunden. Die so entstandene Verbindung kann nicht mehr zerstörungsfrei gelöst werden. Der so entstandene Absorber verfügt über entscheidende Vorteile bei Herstellung und Materialeigenschaften. Der Schweißprozess, welcher nach dem Stand der Technik Blech und Rohr verbindet kann entfallen. Eine Verlötung von Sammelkanal und Harfe kann ebenfalls entfallen. Dadurch findet kein zusätzlicher Wärmeeintrag statt. Hier können insbesondere Wärmeeinflusszonen, die damit entstehenden Werkstoffspannungen und Werkstoffentmischungen vermieden werden.The harp profiles are combined with the collecting channel profiles via hollow pins ( 2 - Detail A) pressed form-fitting and thus connected. The resulting connection can no longer be solved without destroying it. The resulting absorber has decisive advantages in terms of production and material properties. The welding process, which connects according to the prior art sheet and tube can be omitted. A soldering of collection channel and harp can also be omitted. As a result, no additional heat input takes place. In particular, heat-affected zones, the resulting material stresses and material mixtures can be avoided here.

Absorber die nach dem Stand der Technik aus verschweißtem Kupferblech und Kupferrohr bzw. Alublech und Kupferrohr bestehen haben ferner die Problematik, dass beim Ultraschall- bzw. Laserschweißen eine punktförmige, bestenfalls eine linienförmige Verbindung zwischen Blech und Rohr entsteht. Der Wärmefluss ist hier nicht optimal. Ferner besteht die Gefahr durch stetige Zyklen der Erwärmung und Abkühlung, dass sich Schweißpunkte lösen. Diese Gefahr ist bei unterschiedlichen Materialkombinationen, wie bei Alublech und Kupferrohr größer, da unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten eine Relativbewegung bewirken.absorber in the prior art made of welded copper sheet and copper pipe or aluminum sheet and copper pipe are also the problem that at the ultrasonic or laser welding a punctiform, at best a linear one Connection between sheet metal and pipe is created. The heat flow is not optimal here. Furthermore, there is the danger of constant Cycles of warming and cooling, that welds to solve. This danger is with different material combinations, such as bigger with aluminum sheet and copper pipe, there different thermal expansion coefficients cause a relative movement.

Beim hier beschriebenen System hingegen wird die Wärme aufgrund der Profilgeometrie besser zum Wärmeträgermedium geleitet. Ferner besteht keine Gefahr, dass sich Verbindungspunkte zwischen Absorberblech und Rohr lösen würden, da es sich um ein Strangpressprofil handelt.At the The system described here, on the other hand, becomes the heat due to the profile geometry better to the heat transfer medium directed. Furthermore, there is no danger that connecting points between absorber plate and pipe would solve, since it is an extruded profile is.

11
Sammelkanalcollecting duct
22
Harfeharp
33
HarfenprofilHarp profile
44
SammelkanalprofilCollecting duct profile
55
Hohlstifthollow pin
66
Eintritt Wärmeträgerfluidentry Heat transfer fluid
77
Austritt Wärmeträgerfluidexit Heat transfer fluid

Claims (8)

Vollaluminiumabsorber zur Wärmeerzeugung aus Sonnenlicht zur Anwendung bei Solarkollektoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammel (1)- und Harfenkanäle (2) aus Aluminiumstrangpressprofielen bestehen.Full aluminum absorber for heat generation from sunlight for use in solar collectors, characterized in that the collection ( 1 ) and harp channels ( 2 ) consist of extruded aluminum profiles. Vollaluminiumabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammel (4)- und Harfenprofile (3) durch Hohlstifte (5) miteinander verpresst verbunden sind.All-aluminum absorber according to claim 1, characterized in that the collection ( 4 ) and harp profiles ( 3 ) by hollow pins ( 5 ) are pressed together. Vollaluminiumabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Harfenprofile durch ein Nut- und Federsystem (3 – Detail B) miteinander verklemmt werden können.All-aluminum absorber according to one of the preceding claims, characterized in that the harp profiles by a tongue and groove system ( 3 - Detail B) can be clamped together. Vollaluminiumabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammel- und Harfenprofile durch ein Tauchbad mit einer selektiven Beschichtung versehen sind.Full aluminum absorber according to one of the preceding Claims, characterized in that the collection and harp profiles a dip are provided with a selective coating. Vollaluminiumabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Harfenprofile vor dem selektiven Beschichten mittels Ätzen aufgeraut wird.Full aluminum absorber according to one of the preceding Claims, characterized in that the surface of the harp profiles before selective coating by means of etching is roughened. Vollaluminiumabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle in beiden Strangpressprofilen von der Kreisform abweichen können.Full aluminum absorber according to one of the preceding Claims, characterized in that the flow channels in both extruded profiles can deviate from the circular shape. Vollaluminiumabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch unterschiedliche Länge der Harfenprofile und Umformung des Sammelkanalprofils unterschiedlichste Geometrien des Absorbers verwirklicht werden können.Full aluminum absorber according to one of the preceding Claims, characterized in that by different length of the Harp profiles and forming of the collecting channel profile most diverse Geometries of the absorber can be realized. Vollaluminiumabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber konvex oder konkav sein kann.Full aluminum absorber according to one of the preceding Claims, characterized in that the absorber be convex or concave can.
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