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1. WO2003085330 - WÄRMETAUSCHER UND HELIOTHERMISCHE FLACHKOLLEKTURMODULE UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DERSELBEN

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Wärmetauscher und heliothermische Flachkollektormodule
und Verfahren zur Herstellung derselben

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Wärmetauscher und heliothermische Flachkollektormodule bestehend aus Trägerpaneelen aus Zink, Kupfer oder Aluminium und damit durch Löten verbundenen Kapillarrohren aus einem anderen, nicht oder nur schwer zu lötendem Werkstoff.

Konventionelle Wärmetauscher und Flachkollektormodule bestehen im allgemeinen aus einer Trägerpaneele und darauf befestigten Kapillarrohrwendeln. Diese Kapillarrohre befinden sich auf der zur Strahlung abgewandten Rückseite des Metallblechpaneels und werden von einem flüssigen Medium durchflössen.

Typische derartige Wärmetauscher sind beschrieben in der DE-A-101 64 670 und DE-C-100 43 295.

Die Befestigung dieser Kapillarrohre mit der Trägerpaneele aus Metallblech ist sehr aufwendig und schwierig und erfordert beim Verlöten einen erheblichen technischen Aufwand. Insbesondere können Kapillarrohre aus Kunststoffen nicht mit Metallblechen verlötet werden. Beim Verbinden mittels Klebstoffen ist darauf zu achten, dass diese Verbindungen oftmals nicht ausreichend temperaturbeständig und alterungsbeständig sind. Klebstoffe haben darüber hinaus den Nachteil, dass sie eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Das Verlöten von metallischen Kapillarrohre mit der Paneele ist ebenfalls mit einem so großen Aufwand verbunden, dass dieser Arbeitsvorgang ein wesentlicher Kostenfaktor wäre.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der in einfacher Weise herstellbar ist und ein Verfahren anzugeben, dass das Verbinden der Rohre von Wärmetauschern und heliothermischen Fiachkollektormodulen mit den Metallblechpaneelen vereinfacht und verbilligt. So sollen Rohre aus Edelstahl, Kupfer oder Kunststoff mit Trägerpaneelen aus Zink, Kupfer oder Aluminium direkt verlötet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wärmetauscher und heliothermischen Flachkollektormodul mit Trägerpaneelen (1) aus Zink, Kupfer oder Aluminium und zumindest über Teilbereiche damit durch Löten verbundene Kapillarrohre (2) aus einem anderen, nicht oder nur schwer zu lötendem Werk-stoff, der dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die miteinander verbundenen Teilbereiche aus nicht oder nur schwer zu lötendem Material eine oder mehrere Haftschichten (3) aufweisen, eine der Haftschichten eine oberste Schicht bildet und von den Haftschichten mindestens die oberste Schicht lötbar ist. Die lötbare Schicht besteht in einer Ausführungsform der Erfindung aus Zink mit bis zu 30 Gew.-% Aluminium. Der Gehalt an Aluminium liegt insbesondere bei 5 bis 25 Gew.-%, bzw. bei 10 bis 20 Gew.-%.

Der Wärmetauscher und heliothermische Flachkollektormodul gemäß der vorliegenden Erfindung weist Kapillarrohre (2) auf, die aus Edelstahl, Kupfer oder Kunststoff bestehen.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Wärmetauschern und heliothermischen Flachkollektormodulen der vorliegenden Erfindung, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest auf die zu verbindenden Teilbereiche aus nicht oder nur schwer verlötbaren Werkstoffen eine metallische Haftschicht (3) aufgebracht wird und die Teile dann durch Löten miteinander verbunden werden.

Die metallische Haftschicht (3) besteht insbesondere aus Zink oder einer Zinklegierung. Als Zinklegierung kommt, wie oben angegeben, insbesondere Zinkaluminium in Betracht.

Die Zinkschicht wird entweder durch Tauchen in flüssiges Zink, vorzugsweise aber durch thermisches Spritzen auf die Wärmetauscher oder Flachkollektormodule aufgetragen. Insbesondere bei temperaturempfindlichen Materialien wie Kunststoff kann diese Zinkschicht durch thermisches Spritzen aufgebracht werden.

Das Verlöten findet dann mit einem geeigneten Lot statt. Geeignet ist beispielsweise Zinnbasislot, z.B. SnCu3, SnZn30 oder SnAg. Sofern das Material der Paneele sich nicht gut direkt verlöten lässt, kann auch dieses Material zuvor mit einer lötfähigen Haftschicht z.B. aus Zink oder einer Zink-Aluminiumlegierung beschichtet werden.

Das zum Löten notwendige Lot kann wiederum als dünne Schicht auf die Haftschicht aufgespritzt werden. Bei entsprechend temperaturbeständigem Material kann das Lot auch flüssig durch Tauchen oder Galvanisieren aufgebracht werden.

Die mechanische Festigkeit der Lötverbindung kann in einigen Fällen erhöht werden, in dem das Schichtsystem nach dem Auftragen gewalzt wird.

Das Verbinden der Kapillarrohre mit den Trägerpaneelen kann dann in besonders einfacher Weise erfolgen durch Erhitzen der Paneele auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes des Lotes und zusammenbringen mit den mit Zink oder Zinklegierung vorbeschichteten Kapillarrohren. Beim Abkühlen entsteht dann unmittelbar die dauerhafte Lötverbindung.

Als Lot kommt insbesondere Zinnbasislot in Frage. Erfindungsgemäß können aber Zinn-Zink-Legierungen mit bis zu 50% Zink oder Zinn-Kupfer-Legierungen mit bis 14% Kupfer als Lot verwendet werden. Weiterhin kann die für das jewei-lige Lot geeignete Flussmittel zur Anwendung kommen. Geeignet ist beispielsweise das Lötwasser "ZD-Pro" der Firma Felder Löttechnik.

Für temperaturstabile Werkstoffkombinationen kann jetzt je nach verwendetem Lot das Verbinden im Ofen bei Temperaturen etwas oberhalb der Schmelztemperatur des Lotmaterials bei 200 bis 400°C erfolgen. Bei temperaturempfindli-chen Werkstoffpaarungen, insbesondere bei Verwendung von Kunststoffrohren wird nur ein Verbindungspartner, nämlich das Blech auf Löttemperatur gebracht und dann mit dem beschichteten Kapillarrohr durch die Restwärme verlötet.

Ein typischer Wärmetauscher und ein typischer Flachkollektormodul ist schematisch in der Figur 1 dargestellt.

Figur 2 zeigt schematisch im Teil A das Aufbringen von einer Haftschicht und im Teil B zusätzlich das Aufbringen einer Lotschicht auf einem Kapillarrohr.

Figur 3 zeigt vergrößert die Verbindung zwischen Kapillarrohr und der Trägerpaneele.

In diesen Figuren bedeutet jeweils

1 die Trägerpaneele
2 ein Kapillarrohr
3 eine Haftschicht
4 eine Lötschicht
eine thermische Spritzanlage