多層結構式太陽熱平板集熱器模塊的製作方法

2023-07-05 20:44:11

專利名稱：多層結構式太陽熱平板集熱器模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種自支承的太陽熱平板集熱器模塊，其包括-一塊金屬薄面板；-一個包括許多用以流過一種流體介質相互間隔開的小毛細管的音栓式裝置，其設置在金屬薄面板的背離待照射面的背面上；以及-一個絕熱的絕緣材料芯子，它同樣設置在背面。
背景技術：
這種型式的平板集熱器模塊由本申請人的DE-PS 100 43 295是已知的。該文件基本上設定，各小毛細管通過噴鍍流動的金屬粒子與薄面板連接。由DE-PS 100 43 295也得知裝備有小毛細管的薄面板與一泡沫塑料芯子的膠接，不過沒有說明膠接的細節。
這樣的膠接在太陽熱平板集熱器模塊中產生技術問題，因為接合件具有不同的彈性模量並從而可能出現多軸應力狀態。特別是在遭受日照的薄面板可能被強烈地加熱和變形。因此可能至少部分地破壞膠接並中斷小毛細管與薄面板之間的接觸。

發明內容
本發明的目的是，避免上述缺點並提供一種開頭所述型式的自支承的太陽熱平板集熱器模塊，其中，絕緣材料芯子與特別是由鈦鋅合金製成的薄面板可以無應力地在很大溫度範圍內相連接。
該目的通過開頭所述的自支承的太陽熱平板集熱器模塊這樣來達到，即，-音栓式裝置的各小毛細管接觸地靠到絕熱的絕緣材料芯子的一個表面上；-並且絕熱的絕緣材料芯子經由一彈性的膠合層連接於金屬薄面板，其中，各小毛細管至少部分地嵌入金屬薄面板與絕緣材料芯子之間的膠合層內。
各小毛細管可以分別置於一在絕熱的絕緣材料芯子上加工出的槽中，其中各小毛細管基本上與絕緣材料芯子齊平地設置或凸出於絕緣材料芯子一定量，該量基本上相當於液態的膠合層時效硬化前的厚度尺寸。
或者，音栓式裝置的各小毛細管可以直接靠到絕熱的絕緣材料芯子的平面表面上。
在兩種情況下至少絕熱的絕緣材料芯子可以經由彈性的膠合層連接於金屬薄面板。這意味著。小毛細管的面向金屬薄面板的頂部可以直接與金屬薄面板接觸，而沒有膠合劑進入頂部。各小毛細管也可以完全由膠合劑包圍，特別當膠合劑具有很好的導熱特性時就可如此。這種特性可以例如混合金屬粉末給予膠合劑。
此外可設想，將膠合劑均勻混合短纖維長度的纖維，藉此得到膠合層的提高的承載能力或穩定性。這些纖維線段可以例如具有0.5mm與3mm之間的短纖維長度。優選玻璃纖維適用於這種目的。
泡沫塑料芯子的平面或設有許多槽的表面可以具有大量的用於容納仍然液態的膠合劑的凹槽，其優選達到槽深或稍超過槽深。這種措施可以有助於結合的穩定性。這些凹槽可以例如通過刷輥、必要時加熱的衝頭等的壓緊力來製造。
絕熱的絕緣材料芯子可以由泡沫材料構成特別是由聚苯乙烯硬泡沫或聚氨酯硬泡沫或包括纖維狀材料，如礦物棉構成。
由於塑料的膠合工藝的特性，在這方面硬泡沫塑料是實際上唯一可採用的按粘附膠合原理的反應粘合劑，相對於硬泡沫塑料金屬是大大受到限制的。擴散膠合由於金屬薄面板的不可穿透性是不適用的。
這樣，膠合層例如可以通過一種有機的化學結合的以甲基丙烯酸酯為基的單成分膠合劑構成。膠合層也可以由其他的膠合劑構成，其特徵是對金屬和塑料的很好的粘附。為此特別可以採用在苯乙烯共聚物或彈性的聚氨酯樹脂的基礎上的反應膠合劑。重要的是，膠合劑在時效硬化以後保持持久彈性的並且不會由於以後的日照而開始熔化。形成的已經時效硬化的膠合層的變形能力使其可以補償應力狀態。
金屬薄面板可以與兩個彎折的弧形邊緣成型部構成一體的，借其可以製造屋頂外殼的階梯形結構。
金屬薄面板同樣可以與兩個對置的角形彎折的邊緣構成一體的以便以相互企口接合方式連接各個金屬薄面板。
按照本發明的平板集熱器模塊可以設有至少一個木板形或板形加固元件，其設置在絕緣材料芯子的遠離金屬薄面板的一面。
在另一實施形式中可以在絕緣材料芯子上安裝一塑料或金屬盒，其具有兩個對置的向外彎折的邊緣，借其塑料或金屬盒支承在金屬薄面板的下面。在金屬薄面板與金屬盒的彎折的邊緣之間可以設置一彈性體，如泡沫塑料條或橡膠條，或一彈性膠帶。但彈性體的材料應該是耐老化和耐氣候的。
小毛細管包括金屬，優選包括銅或優質鋼。但代之也可以採用金屬的周圍金屬塗層的塑料管或不塗層的塑料管。
如果絕緣材料芯子形成相應穩定的並且在絕緣材料芯子與金屬薄面板之間構成的膠接變成足夠彈性的，則可以省去金屬盒或下面的加固元件。
很大的優點是，管系統與金屬薄面板之間的熱接觸是不間斷的，因為各小毛細管嵌入膠合層中並且由金屬薄面板和絕緣材料芯子壓緊。藉此也可以避免冷凝水形成和電化學腐蝕。
當然平板集熱器模塊可以用於相應的室的冷卻，因為經由集熱器可以發散熱。此外，有可能將獲得的熱能在冬天用於融化雪。這可以例如選擇一組合的自動控制的技術，其中可由平板集熱器模塊支持一所謂直接加熱系統。
應特別強調地指出，本發明的平板集熱器模塊是一低溫的平板集熱器，其中不發生任何的「暖房效應」，亦即在金屬薄面板的待照射的一面不存在任何附加的透明的頂蓋，其通常構成一密封的待加熱的室。因此金屬薄面板直接遭受日照。


藉助附圖更詳細地描述本發明的各個實施例。其中圖1和2兩實施形式的平板集熱器模塊的一部分的示意剖面圖；圖3按圖2的剖面的放大的細節；圖4彈性體在金屬薄面板與一金屬盒之間的設置；圖5適用於摺疊連接的平板集熱器模塊的示意剖面圖；圖6包括多個安裝的平板集熱器模塊的階梯層頂的一部分的剖面圖；以及圖7按圖1的平板集熱器模塊的示意透視圖。
具體實施例方式
圖1和7中示出一平板集熱器模塊10.1，其包括一平面的矩形金屬薄面板1、一相互平行延伸的小毛細管3.1...3.n的音栓式裝置30和一絕熱的聚氨酯硬泡沫的絕緣材料芯子4。絕緣材料芯子4具有25mm的厚度。前面暴露大氣的並從而較暗的金屬薄面板1的材料是一鈦鋅合金，在這裡是本申請人的一種產品，達登城(Datteln)的RHEINZINK GmbH Co.KG公司。通過表面處理達到一較高的吸收度，因為發生很少的反射。
金屬薄面板1具有下列尺寸-長度 300mm-寬度 400mm-厚度 0.8mm除外金屬薄面板1具有兩個彎折的弧形邊緣16、17，其用於與鄰接的金屬薄面板相連接以便可以構成按圖6的一階梯屋頂40。
由塑料構成的小毛細管3.1...3.n分別具有一約2.5至3.5mm的外徑。小毛細管3.1...3.n彼此分離一約8至15mm的統一的間距A分布。這樣，在單個的寬度為400mm的平板集熱器模塊10.1中可安裝約30個平行設置的毛細管線段。
金屬薄面板1經由一種彈性膠合層2與絕緣材料芯子4相連接，該膠合層2的厚度不超過小毛細管的外徑。液態的膠合劑噴鍍到絕緣材料芯子4的水平的表面5上、並且在短時後放上小毛細管3.1...3.n的整個裝置30與金屬薄面板1並壓緊之，直到嵌入各小毛細管。
作為膠合劑在該情況下採用一種在聚氨酯基礎上的冷硬化的單成分膠合劑，一種在斯圖加特(Stuttgart)的Sika GmbH公司的產品。在時效硬化以後膠合層2保持持久彈性的。
總之，提供了一種新式的平板集熱器模塊，其具有絕緣材料芯子4與金屬薄面板1的形鎖合的、但彈性的連接，該連接由膠合層2構成，其包圍各個與金屬薄面板處於接觸的小毛細管。由聚丙烯構成的小毛細管3.1...3.n同樣是彈性的並因此可以鬆弛應力狀態。
較薄的聚氨酯硬泡沫的絕緣材料芯子4結合以足夠的穩定性，從而可將其直接敷設到屋頂下部結構的屋頂掛瓦條26上(參見圖6)。
通過採用的膠接與嵌入的小毛細管和絕緣材料及其厚度的選擇得到一有利的低的總厚度的平板集熱器模塊。總厚度在該情況下為25mm。
在圖2至4所示的另一種實施形式(標記10.2)中，在絕緣材料芯子4的表面5上加工出許多用於容納小毛細管3.1...3.n的槽14。各小毛細管凸出於絕緣材料4一小的量H＝1.5mm，該量相當於在時效硬化前仍然液態的膠合層2的厚度尺寸D。
此外由圖2和4可得知一包圍絕緣材料芯子4的金屬盒20(在這裡為薄鋁板)，其加固整個的結合，而不會損失膠接的彈性。金屬盒20具有兩個相對置的、向外彎折的並且相互鏡面對稱設置的邊緣21，它們平靠在金屬薄面板的下面11.2上。在金屬薄面板1與金屬盒20的各彎折的邊緣21之間分設置軟泡沫塑料條形式的彈性體22，其目的是抑制熱傳導並且使金屬薄面板和金屬盒能夠相對移動。
金屬盒20部分地粘結於絕緣材料芯子4。
此外由圖2中可看到大量的凹槽6，它們通過一個未示出的、在必要時加熱直到約200℃的溫度的刷輥的壓緊力在絕緣材料芯子4的表面5上加工出來。液態的膠合劑流入這些凹槽6內並在其中硬化。
圖5中示出另一平板集熱器模塊(標記10.3)，其與圖1所示的平板集熱器模塊的區別在於，金屬薄面板代替弧形的邊緣具有兩個角形彎折的邊緣13.1、13.2以便相互以企口接合方式連接各個金屬薄面板。此外，絕緣材料芯子4在其遠離金屬薄面板1的一面設有一板形加固元件23。加固元件23同樣由薄鋁板構成並且粘結於絕緣材料芯子4。
附圖標記清單1 金屬薄面板2 膠合層3.1...3.n 小毛細管4 絕緣材料芯子5 表面6 槽10.1、10.2、10.3 平板集熱器模塊13.1、13.2邊緣14槽16邊緣17邊緣20金屬盒21邊緣22彈性體23加固元件26屋頂掛瓦條30裝置40階梯屋頂A 間距D 厚度尺寸H 凸出量TN槽深
權利要求
1.自支承的太陽熱平板集熱器模塊(10.1、10.3)，包括-一塊金屬薄面板(1)；-一個包括許多用以流過一種液體介質的、相互間隔開的小毛細管(3.1...3.n)的音栓式裝置(30)，該裝置設置在金屬薄面板(1)的背離待照射面(11.1)的背面(11.2)上；以及-一個絕熱的絕緣材料芯子(4)，它同樣設置在背面；其特徵在於，-音栓式裝置(30)的小毛細管(3.1...3.n)接觸地靠到絕熱的絕緣材料芯子(4)的一個表面(5)上；-並且絕熱的絕緣材料芯子(4)經由一彈性的膠合層(2)連接於金屬薄面板(1)，其中，小毛細管(3.1...3.n)至少部分地嵌入金屬薄面板(1)與絕緣材料芯子(4)之間的膠合層內。
2.按照權利要求1所述的平板集熱器模塊(10.2)，其特徵在於，音栓式裝置(30)的小毛細管(3.1...3.n)分別置於一在絕熱的絕緣材料芯子(4)上加工出的槽(14)中，其中，小毛細管(3.1...3.n)與絕緣材料芯子(4)基本上齊平地設置或凸出於絕緣材料芯子(4)一定量，該量基本上相當於液態的膠合層(2)時效硬化前的厚度尺寸(D)。
3.按照權利要求1所述的平板集熱器模塊(10.2)，其特徵在於，絕緣材料芯子的表面是平面並且小毛細管(3.1...3.n)直接靠到該平面表面上。
4.按照權利要求1至3所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，絕熱的絕緣材料芯子(4)由泡沫材料構成。
5.按照權利要求4所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，泡沫材料包括發泡的聚苯乙烯或聚氨酯。
6.按照權利要求1至3所述的平板集熱器模塊，絕熱的絕緣材料芯子(4)基本上包括纖維。
7.按照權利要求1至5之一項所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，膠合層(2)的材料相對於絕緣材料芯子的材料具有更高的導熱係數。
8.按照權利要求1至5之一項所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，膠合層(2)由一種以甲基丙烯酸酯為基的膠合劑構成。
9.按照上述權利要求之一項所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，槽(14)的橫截面是三角形的或矩形的、橢圓形的或圓弧形的或Ω形的。
10.按照上述權利要求之一項所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，小毛細管(3.1...3.n)由金屬、由周圍金屬塗層的塑料或由不塗層的塑料製成。
11.按照上述權利要求之一項所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，絕緣材料芯子(4)的平面或設有槽(14)的表面(5)具有大量用於容納膠合劑的凹槽(6)。
12.按照權利要求11所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，凹槽(6)基本上達到槽深(TN)或稍超過槽深。
13.按照權利要求11和12所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，通過一刷輥等的壓緊力形成各凹槽(6)。
14.按照上述權利要求之一項所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，金屬薄面板(1)與兩個彎折的弧形邊緣成型部(16、17)構成一體的。
15.按照上述權利要求之一項所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，金屬薄面板(1)與兩個對置的角形彎折的邊緣(13.1、13.2)構成一體的，以便相互以企口接合方式連接各個金屬薄面板。
16.按照上述權利要求之一項所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，絕緣材料芯子(4)在其遠離金屬薄面板(1)的面上設有一個板形加固元件(23)。
17.按照上述權利要求之一項所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，絕緣材料芯子(4)部分地由一個塑料或金屬盒(20)包圍。
18.按照權利要求17所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，金屬盒(20)具有兩個對置的、向外彎折的邊緣(21)，其中，在金屬薄面板(1)與金屬盒(20)的彎折的邊緣(21)之間設置一個彈性體(22)。
19.按照權利要求18所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，彈性體(22)是一個泡沫塑料條或膠帶。
20.按照上述權利要求之一項所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，金屬薄面板(1)由一種鈦鋅合金構成。
21.按照上述權利要求之一項所述的平板集熱器模塊，其特徵在於，包括絕緣材料芯子在內，它具有一個在10mm與50mm之間，優選在25mm與35mm之間的總厚度。
22.按照權利要求1和其他的權利要求2至21所述的平板集熱器模塊，它裝入一個階梯屋頂(40)中，其屋頂外殼由多個相互連接的金屬薄面板(1)構成。
全文摘要
本發明涉及一種自支承的太陽熱平板集熱器模塊(10.1)，包括一塊金屬薄面板(1)；一個包括許多用以流過液體介質的、相互間隔開的小毛細管(3.1…3.n)的音栓式裝置，該裝置設置在金屬薄面板(1)的背離待照射面(11.1)的背面(11.2)上；以及一個絕熱的絕緣材料芯子(4)，它同樣設置在背面。小毛細管(3.1…3.n)接觸地靠到絕緣材料芯子(4)的一個表面上，後者又經由一彈性的膠合層(2)連接於金屬薄面板(1)。各小毛細管至少部分地嵌入金屬薄面板(1)與絕緣材料芯子(4)之間的膠合層內。為了製造一種階梯屋頂，合乎目的的是，金屬薄面板(1)設有兩個彎折的弧形邊緣成型部(16、17)。
文檔編號F24J2/26GK1705851SQ200380101706
公開日2005年12月7日 申請日期2003年10月18日 優先權日2002年10月23日
發明者F·諾伊曼, M·帕奇克, M·舍嫩貝克 申請人:萊茵青克有限公司及兩合公司