WO2012168445A1 - Verfahren zur herstellung eines wärmetauschers, wärmetauscher sowie herstellanlage - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines wärmetauschers, wärmetauscher sowie herstellanlage Download PDF

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WO2012168445A1
WO2012168445A1 PCT/EP2012/060923 EP2012060923W WO2012168445A1 WO 2012168445 A1 WO2012168445 A1 WO 2012168445A1 EP 2012060923 W EP2012060923 W EP 2012060923W WO 2012168445 A1 WO2012168445 A1 WO 2012168445A1
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WO
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heat exchanger
adhesive layer
plate
lower plate
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Werner Fischer
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ETA 86 Solar Steel AG
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a heat exchanger, a
  • Heat exchanger and a manufacturing plant, with the aid of a heat exchanger can be provided, which can be used for example as a solar absorber for solar thermal.
  • a vacuum solar collector is known in which an absorber having a guided through the solar collector coil with a cooling medium is disposed in an evacuated housing.
  • the housing has an upper transparent disc, which is connected via a rectangular frame with a lower base plate. For this purpose, the disc is glued to the frame with the aid of a UV-resistant, aging-resistant, vacuum-tight adhesive.
  • the object is achieved according to the invention by a method for producing a heat exchanger with the features of claim 1, a heat exchanger having the features of claim 9 and a manufacturing system with the features of claim 10.
  • Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
  • the inventive method for producing a heat exchanger, in particular solar absorber for solar thermal comprises the steps of providing a lower sheet, providing an upper sheet, wherein the upper sheet and / or the lower sheet is provided with an absorption layer for absorbing radiation, applying a
  • thermosetting adhesive layer on the lower plate and / or the upper sheet in particular by spray application and / or bead application, placing the upper sheet and / or the
  • the adhesive layer forms at least one circumferential closed adhesive ring and within the adhesive ring is formed from an inlet to an outlet flow channel by means of the lower plate and the upper sheet, and irradiating at least a portion of the absorption layer with a absorbable from the absorbent layer Radiation until the top sheet is connected to the lower plate by means of the adhesive layer with a strength at least equal to a handling strength.
  • Upper sheet and / or the lower plate can heat. Due to the heated upper plate and / or lower plate, the adhesive layer can cure to the extent that the upper plate is firmly enough connected to the lower plate that the heat exchanger by hand and / can be turned by machine, without the upper plate moved relative to the lower plate due to their own weight ("handling strength")
  • Adhesive layer has a bonding strength of 5 MPa to 25 MPa, preferably 10 MPa to 20 MPa.
  • a first curing of the adhesive layer in particular during and / or immediately after placement of the upper sheet and / or the lower sheet on the adhesive layer can be achieved by the properties of the absorption layer already in the manufacturing process be used of the heat exchanger. This results in a very homogeneous uniform adhesive force for the adhesive layer.
  • the absorption layer is according to the invention not only Absorption of radiation, in particular sunlight, and / or for the retention of heat and / or cold of a fiuid trimströmten body, but also for the manufacture, in particular at least partial curing, an adhesive bond used.
  • the properties of the absorption layer are used not only after production, but also during the production of the heat exchanger. Due to the high absorption capacity of the
  • Absorption layer can be achieved for curing the adhesive layer high efficiency.
  • a comparatively low energy input by the irradiation a comparatively high heating power for the adhesive layer can be achieved. Power losses, for example, by unintentional heating of the ambient air, can be minimized.
  • the adhesive layer can be widened by the applied force, resulting in an increased adhesive surface between the adhesive layer and the lower plate and / or the upper plate, which leads to an increased strength of the adhesive bond.
  • This results in almost perfect contact surfaces of the adhesive layer which allows for a low adhesive consumption high strength and optimized heat transfer between the top plate and the adhesive layer and between the bottom plate and the adhesive layer.
  • the introduced by the irradiation of energy input into the top plate and / or in the lower plate can thereby particularly quickly lead to hardening of the adhesive layer, so that the required handling strength for the further manufacturing steps of the heat exchanger is reached correspondingly quickly.
  • the absorption layer can be, for example, a special absorption varnish with a particularly high absorption capacity for sunlight or else a varnish for example, act black in a dark color.
  • the absorption layer can have an absorption maximum in the region of the blue, violet or ultraviolet color range of the sunlight.
  • the absorption layer is designed in particular as a selective coating, which is characterized not only by a high absorption capacity but also by a low emission value. The selective coating results in a low heat radiation, which
  • the absorption layer has in particular a thermal emissivity ⁇ of ⁇ ⁇ 7.0%, preferably ⁇ ⁇ 6.0%, more preferably ⁇ ⁇ 5.0%> and particularly preferably ⁇ ⁇ 4.0%>, the emissivity ⁇ in particular 4.0%> ⁇ , preferably 3.0%> ⁇ , more preferably 2.0%> ⁇ and particularly preferably 1, 0% ⁇ can be.
  • the absorption layer has, in particular, a solar absorption coefficient ⁇ of 80% ⁇ ⁇ 99%, preferably 85% ⁇ ⁇ 98%, more preferably 90%> ⁇ ⁇ 97%> and particularly preferably 95% ⁇ ⁇ 96%>.
  • the absorption layer has in particular a thickness d of
  • Absorption layer for example, have a material hardness of R240 according to EN 1652 or Hl 8 according to EN 485.
  • An outwardly facing surface of the absorption layer may in particular have a mean surface roughness Ra of 0.01 ⁇ ⁇ Ra ⁇ 0.30 ⁇ , preferably 0.05 ⁇ ⁇ Ra ⁇ 0.25 ⁇ and particularly preferably 0, 10 ⁇ ⁇ Ra ⁇ 0, 20 ⁇ have. Due to the improved absorption of solar radiation, the heating of the by the by the
  • Heat exchanger passed through fluid can be improved, whereby the efficiency is improved.
  • the upper sheet and / or the lower sheet may be provided on the upper side and / or the lower side with a coating, which in particular provides a corrosion protection. This ensures the life of the heat exchanger, while at the same time simplifying maintenance, especially since
  • the heat exchanger can be used, in particular, as a solar absorber for solar thermal energy, in order, for example, to heat water or another essentially liquid or gaseous fluid with the aid of absorbed solar radiation.
  • the heat exchanger can also be used as a radiator, heat sink, absorber or other body through which fluid flows, in which case the absorption layer can serve, for example, as a selective thermal barrier.
  • the absorption layer can provide sufficient heat retention for the
  • the adhesive layer can harden by heat input.
  • the temperature required for this is in particular above the ambient temperature.
  • the thermal conductivity of the particular metallic upper sheet and / or the lower sheet is sufficient to conduct the energy absorbed by the absorption layer as heat to the adhesive layer.
  • the upper sheet and / or the lower sheet is completely provided on one side with the adhesive layer. This can be achieved particularly easily by spraying and / or bead application of the adhesive.
  • a two-component adhesive may be used for the adhesive layer.
  • the adhesive ring formed by the adhesive layer, the interior of the heat exchanger can be sealed against the environment.
  • the adhesive ring is in particular between an outer circumferential flange of the upper sheet and the
  • Adhesive rings are defined so that the width of the adhesive ring can be chosen wide enough to ensure sufficient tightness even with possible aging effects of the adhesive layer over the life of the heat exchanger. This will avoid that the fluid flowing through the flow channel from the inlet to the outlet, in particular water, can escape to the outside between the lower plate and the upper plate and / or ambient air can enter the interior of the heat exchanger. Furthermore, the width of the adhesive ring can be chosen wide enough to ensure sufficient tightness even with possible aging effects of the adhesive layer over the life of the heat exchanger. This will avoid that the fluid flowing through the flow channel from the inlet to the outlet, in particular water, can escape to the outside between the lower plate and the upper plate and / or ambient air can enter the interior of the heat exchanger. Furthermore, the width of the adhesive ring can be chosen wide enough to ensure sufficient tightness even with possible aging effects of the adhesive layer over the life of the heat exchanger. This will avoid that the fluid flowing through the flow channel from the inlet to the outlet, in particular water, can escape to the outside between
  • Heat exchanger can be easily absorbed by the flange of a holding device over the flange.
  • the absorption layer of the upper sheet and / or the lower sheet is irradiated at least in the region of the adhesive ring, wherein preferably substantially the entire visible surface of the absorption layer is irradiated.
  • the upper sheet can be pressed against the lower sheet, the absorption layer being irradiated radially inside the punch with a suitable irradiation device.
  • the adhesive layer is applied in a common plane.
  • the adhesive layer can be applied to the lower plate and / or the upper plate, for example with the aid of a roller, as a bead application. In particular, only one roller is used for this purpose. It is not necessary depressions in the lower plate and / or in the
  • Spray application can be provided with the adhesive layer.
  • a lateral offset of the upper plate to the lower plate can be avoided or even an automatic Alignment of the upper sheet to the lower plate can be achieved. Misassemblies are thereby avoided.
  • the heat exchanger with the help of very few components.
  • the individual components of the upper plate and the lower plate can be produced by comparable methods, so that it is particularly easy to mass-produce the individual components on an industrial scale in a simple and cost-effective manner.
  • forming techniques such as deep drawing, cold forming, hot forming and the like.
  • the resulting, for example, during deep drawing microstructural changes in the sheet the strength and stability is increased even with decreasing plate thickness, so that by low material usage creates a durable and durable product.
  • various metal strips can also be used in an application-oriented manner.
  • the absorption layer may already be part of the respective metal strip before a board for forming the upper sheet or the lower sheet is cut off from the metal strip.
  • This production can be carried out in particular continuously and on an industrial scale.
  • relatively few machines are required to produce the heat exchanger according to the invention.
  • the production of the heat exchanger comes with comparatively inexpensive materials and additives. The production is thus simplified and not least due to the lower labor costs, the extra-high cycle times in production and the low-cost materials used cheaper. By a suitable choice of materials and their connection, the performance of the heat exchanger can be optimized in terms of energy consumption and energy output.
  • the heat exchanger has only exactly one inlet and only one outlet.
  • the inlet and / or the outlet are simple protuberances, so that results in a simple geometry that is easy to produce by deep drawing.
  • the protuberances can be configured cylindrical or slightly conical with a slope of about 1.5% to 3.0% and optionally have an undercut, so that it is particularly easy to connect a hose with the aid of a sleeve.
  • the protuberances are in particular designed to be particularly short and have, for example, a length which is just sufficient to connect a sleeve, so that even with particularly small sheet thicknesses
  • Protrusions can be made by deep drawing and welding of the inlet and the outlet to the top plate and / or bottom plate can be avoided.
  • the inlet and the outlet have an asymmetrical shape design. Thereby it can be avoided that when connecting hoses to the inlet and the outlet, the inlet is not confused with the outlet. It is also possible by computer-aided calculations, for example by FEM for the heat exchanger to calculate the ideal flow and energy consumption, for example, based on the materials, shape and / or coating.
  • the ideal energy dissipation for example, based on the application of optimized flow conditions in the heat exchanger can be completely determined in advance, whereby the structure and geometry of the heat exchanger can be optimized in the planning and design phase ideal to optimal energy absorption and energy dissipation by to achieve optimal flows in the heat exchanger.
  • Technical boundary conditions can be considered very early on and implemented in such a way that a tailor-made optimized solution results for each individual individual case.
  • Heat exchangers Due to the relatively simple construction of the heat exchanger and the use of correspondingly corrosion-resistant components of the heat exchanger is almost audit-free over its life, since repairs of wearing parts are not required.
  • Heat exchangers are therefore particularly suitable for heating and / or cooling private buildings, since in particular maintenance activities, if necessary at all, can simply be obtained from an external supplier if necessary and no special expertise is required for operation.
  • the heat exchanger may preferably be made of a steel or a non-ferrous metal, except copper or copper alloys. It is thus possible to select a particularly cost-effective material or to use a material which can be brought into the desired state in a particularly simple manner by the shaping processes provided.
  • a shaped intermediate plate between the lower plate and the upper plate, wherein the intermediate plate between the upper plate and the intermediate plate on the one hand and between the lower plate and the intermediate plate on the other hand each form at least one flow channel.
  • the shaped intermediate plate is formed, for example, as a corrugated sheet or trapezoidal sheet.
  • the intermediate plate can be jammed between the top plate and the bottom plate and / or with the
  • the upper plate and the lower plate can thereby have a particularly simple geometry, wherein the intermediate plate can simultaneously exert a stabilizing effect on the heat exchanger, so that, for example, the upper plate and / or the lower plate at the weight of
  • the flow channel is formed exclusively by the upper plate and the lower plate, so that further components for forming the at least one flow channel are not required.
  • the lower plate is in particular able to absorb at least the weight of the heat exchanger as a load-bearing component without bending in this case.
  • the lower plate has a plate thickness of in particular> 0.1 mm to ⁇ 2.5 mm, preferably> 0.5 mm to ⁇ 2 mm, and particularly preferably> 0.7 mm to ⁇ 1.5 mm.
  • the upper plate of the heat exchanger according to the invention can be a particularly small
  • the upper sheet has in particular a
  • a lower pressure p is applied to the flow channel, wherein for the negative pressure p, in particular 0 bar ⁇ p ⁇ 1 bar, preferably
  • the adhesive layer can be widened by the applied force, resulting in an increased adhesive surface between the adhesive layer and the lower plate and / or the upper plate, which leads to an increased strength of the adhesive bond.
  • the introduced by the irradiation of energy input into the upper plate and / or the lower plate can thereby particularly quickly lead to hardening of the adhesive layer, so that the required handling strength for the further manufacturing steps of the heat exchanger
  • an evacuation device in particular a vacuum pump or a plurality of vacuum pumps can be connected to the inlet and / or the outlet.
  • the inlet or the outlet with a closure, in particular plug be closed airtight.
  • irradiation of at least a part of the first takes place
  • the irradiation need not be interrupted for the application of the negative pressure. Instead, the creation of the
  • Negative pressure with such a time delay for irradiating the absorption layer begin that the previous period of irradiation is sufficient with an air-tight connection of the upper sheet to provide the sub-sheet through the adhesive layer.
  • further irradiation of the absorption layer up to the same or at a further assembly site
  • Ultimate strength to maintain the irradiation and not interrupt Furthermore, it is possible to apply a force to the adhesive layer before the beginning of the irradiation and / or after the beginning of the irradiation, for example by means of a frame-shaped stamp, to achieve the airtight connection and / or to achieve the handling strength and / or the ultimate strength to accelerate.
  • the absorption layer has an absorption maximum at a wavelength ⁇ of 280 nm ⁇ ⁇ 550 nm, in particular 340 nm ⁇ ⁇ 450 nm, and preferably
  • the absorption layer can thereby absorb in particular blue, violet and / or UV-A light, so that particularly high-energy radiation can be absorbed.
  • the absorption layer can preferably absorb substantially harmless radiation for humans, so that a
  • Radiation source for partial curing of the adhesive layer can be used, which requires no special safety measures during handling. Furthermore, such a radiation source or a plurality of such radiation sources can be provided and operated inexpensively. At the same time, the absorption layer can absorb a particularly large proportion of the energy of natural solar radiation, so that the
  • Heat exchanger can be used in particular as a solar absorber for solar thermal.
  • the irradiation of the absorption layer preferably takes place over a period t of 0.2 min ⁇ t ⁇ 30.0 min, in particular 0.5 min ⁇ t ⁇ 15.0 min, preferably
  • T 3.0 min ⁇ T ⁇ 20.0 min
  • T 3.0 min ⁇ T ⁇ 20.0 min
  • T 3.0 min ⁇ T ⁇ 20.0 min
  • preferably 4.0 min ⁇ T ⁇ 15 min more preferably 5.0 min ⁇ T ⁇ 10.0 min
  • T 7.0 min ⁇ 0.5 min.
  • the heat exchanger can be transported after reaching the handling strength of a mounting station in a suitable furnace, where the heat exchanger is heated thermally and / or by means of radiation correspondingly long.
  • the heat exchanger is moved on a belt conveyor with a defined conveying speed through a corresponding furnace.
  • Heat exchanger so that the heat exchanger still has a temperature above ambient temperature and complete cooling of the heat exchanger is avoided after irradiation.
  • the energy input during heating and / or the heating time period can be reduced.
  • a particular ferritic steel is used for the upper sheet and the lower sheet. This allows the hysteresis losses of the steel to be utilized by induction heating the steel to rapidly cure the adhesive used, thereby increasing production speed and at least reducing, if any, aging of the heat exchanger to cure the adhesive.
  • the lower plate has at least one bead facing the upper plate for stiffening the lower plate and / or the upper plate has at least one for
  • Sub-plate facing bead for stiffening the upper sheet, wherein between the bead and the adhesive layer is applied to the upper sheet and / or the lower sheet at least in a partial region of the bead.
  • a plurality of flow channels may be limited laterally to the flow direction.
  • an additional support surface of the upper sheet can be formed on the lower plate, which may be wholly or partially provided with the adhesive layer.
  • the adhesive layer can be applied in particular by thin-jet spraying or bead application. The connection of the upper sheet to the lower sheet is thereby improved.
  • the adhesive layer can be applied in particular by thin-jet spraying or bead application.
  • Dead weights of the upper sheet and / or the lower sheet are better removed. Furthermore, during operation, the heat exchanger can more easily withstand internal pressure and does not bulge even with comparatively thin sheet thicknesses for the upper sheet and / or for the lower sheet.
  • the heat exchanger has an increased rigidity against bending and / or twisting due to the at least one bead.
  • a mechanical connection of the upper sheet to the lower sheet can be provided via the bead, for example by clipping, clinching (clinching), clamping.
  • the bead has a thickening and / or a laterally projecting approach.
  • the upper sheet and the lower sheet are connected to each other by crimping, wherein in the region of the flanging a side surface of the lower sheet and / or a side surface of the upper sheet is covered by the adhesive layer.
  • the corresponding narrow side of the upper sheet and / or the lower sheet can by the material of
  • Adhesive layer be covered so that corrosion of the upper sheet and / or the lower plate can be avoided on the side surface.
  • the adhesive layer provided anyway can simultaneously be used as a corrosion protection layer.
  • protruding sharp edges can be avoided and / or by the material of the adhesive layer be covered and in particular rounded by the cover.
  • a flat continuously continuous plate is used, which can be produced in particular by cutting and / or cutting of a coil.
  • the upper sheet may be configured as a simple, preferably rectangular, flat plate.
  • the upper sheet can be perforation-free, that is without recesses and / or without openings, designed.
  • the upper sheet has in particular at each point substantially the same thickness.
  • the top sheet is characterized by the particularly simple
  • the material for the upper sheet and / or for the lower sheet can be obtained by transferable from a coil by the coil is partially unwound and a sheet is cut from a coil, which is optionally further processed to the upper sheet or lower sheet. In the transfer production, it is also possible to cut the sheet unwound from the coil into blanks and to separate, so that the individual blanks can be passed on by a handling device, for example to punch out and / or deep-draw the top sheet and / or the bottom sheet.
  • the material for the upper sheet and / or for the lower sheet is preferably obtained by follow-on composite production from a coil.
  • the coil is unwound, punched out the material for the upper plate and / or for the lower plate from the unwound part of the coil and wound up the remaining remainder of the coil after punching.
  • the follow-on composite production results in a particularly rapid and substantially continuous production of the blanks for the top sheet and / or the bottom sheet, wherein in particular the top sheet tool falling can be produced by punching without further machining or cutting operations and / or transformations are required.
  • a first board and a second board are provided, the
  • the first board is deep drawn to a top sheet and / or the second board to a bottom plate, wherein preferably during deep drawing, an inlet and / or an outlet in the top sheet and / or in the
  • Sub-plate are formed.
  • a inlet associated with the inlet basin and an outlet associated with the outlet basin are preferably simultaneously produced by deep drawing.
  • the inlet and / or the outlet and / or a resulting flange surface are trimmed.
  • only machines are required for the production of the heat exchanger, which are known, for example, with the necessary know-how from the automotive industry, for example, the body shop.
  • the invention further relates to a heat exchanger, in particular solar absorber for
  • Solar thermal energy preferably produced by the method, which can be described above and further educated, with a lower plate, a top plate, wherein the upper plate and / or the lower plate is provided with an absorption layer for absorbing radiation, and one between the lower plate and the Upper sheet in particular by spray application and / or bead application applied thermosettable adhesive layer for sealing connection of the upper sheet with the lower sheet, wherein the adhesive layer forms at least a circumferential closed adhesive ring and within the adhesive ring from a inlet to an outlet extending flow channel through the lower plate and the Upper plate is formed, wherein the inlet opens into a Einlaufbassin to equalize a flow and the outlet in the outlet basin for merging
  • Flows opens, wherein from the inlet basin to the outlet basin extending beads to form flow channels through the lower plate and / or the upper plate are formed, wherein the beads at least one transverse to the flow direction of the
  • the heat exchanger can in particular be designed and developed further as explained above with reference to the method.
  • the inlet basin and the outlet basin are connected via a line bottom formed by the lower plate of the flow channel, which is bounded laterally in particular in the flow direction by the beads.
  • the line bottom in this case has a smaller distance from the upper plate than a Einlaufbassinboden the inlet basin and a discharge basin bottom of the outlet basin to the upper plate.
  • the flow of the fluid which has been conducted into the inlet basin via the inlet can initially be compared due to the clearly decreasing flow velocity, whereby turbulent or non-uniform flows in the region of the pipeline bottom are avoided or at least the degree of turbulence is reduced. Accordingly, in the outflow area formed by the outlet basin, the flows flowing over the flow channels are first brought together before the fluid leaves the heat exchanger via the outlet. As a result, turbulent flows are avoided or at least reduced in the outflow region and in the region of the conduit bottom. This leads to an almost completely uniformed flow, which is in the range of
  • Outlet basins having substantially the same flow rate and substantially the same flow direction.
  • the linear and / or homogeneous flow achieved by the basins can in this case be provided in the region of the conduit floor between straight surfaces of the lower plate and the upper plate in order to absorb and / or dispense heat.
  • the inlet basin in the inflow area and the outlet basin in the outflow area are dimensioned in particular as a function of the expected volume flow of the fluid. Since there is thus a largely uniform, in particular laminar and homogeneous flow within the heat exchanger, heat transport in the flow direction is optimized or at least reduced counter to the flow direction, so that a particularly high temperature difference of the fluid between the inlet and the outlet is achieved with the heat exchanger according to the invention can be, whereby the efficiency of the heat exchanger is improved.
  • a homogeneous temperature distribution results in the flow direction of the particular laminar flow.
  • the laminar flow is directed the same direction along the flow direction substantially over the entire cross section, so that an equal heat transfer occurs along the flow direction.
  • the flow cross section in the inflow region can be larger than the flow cross section in the outflow region, so that a change in the flow velocity can be realized from the inlet to the outlet, for example in order to achieve a particularly high efficiency
  • the flow cross section which is determined by the distance between the upper plate and the lower plate, is made larger than in the region of the line bottom.
  • the inflow region and / or the outflow region can thereby perform a storage function and temporarily store a portion of the fluid in the inflow region and / or in the outflow region.
  • the distance of the cable tray to the upper plate is in particular> 1.5 mm to
  • ⁇ 6.0 mm preferably> 2.0 mm to ⁇ 4.0 mm and particularly preferably> 2.5 mm to
  • the average flow velocity of the fluid, in particular water, in the region of the conduit bottom is in particular> 0.001 m / s to ⁇ 0.02 m s,
  • the upper sheet and the lower sheet each have an at least partially circumferential projection or flange, so that the upper sheet and the lower sheet can be connected to each other via the approach / flange.
  • the adhesive layer is applied in the region of the circumferential approach.
  • the individual connections between the upper plate and the lower plate can be made in a form-fitting manner, for example by clipping. For this purpose, for example, an undercut
  • Rib are used in a movement in the opening region tapered recess in particular movement, wherein the rib and / or the recess can be made by forming, in particular deep drawing. Furthermore, it is possible to connect the upper sheet metal to the lower sheet metal by clinching (clinching), whereby a clinching point produced by the clinching is provided, in particular in the region of thickening of the bead.
  • the heat exchanger is in operation in the region of a circulating
  • the carrier may in particular be part of a housing for a solar collector.
  • the heat exchanger has a fastening device in which a retaining groove is provided. In the retaining groove, the circumferential approach can be used, so that the heat exchanger safely in the
  • the fastening device is held. An at least partial destruction of the surface of the sheets used for the heat exchanger, for example by punching To provide through holes for mounting screws is thereby avoided.
  • the fastening device can, in particular, surround the heat exchanger in the form of a frame in the region of the peripheral projection and insulate it from the building.
  • the fastening device has an upper side, which is aligned with the upper plate. Characterized in that the top of the fastening device with the
  • the heat exchanger can be mounted on a roof of a building without significantly affecting the appearance of the building.
  • the fastening device allows at the same time an insulated mounting of the heat exchanger on the building.
  • the heat exchanger is mounted with the fastening device at a height that results in a gap between the bottom plate and the ground, which is large enough with the inlet and / or connected to the outlet supply pipes
  • a viewing area in the lower plate and / or in the upper plate which is preferably made substantially transparent.
  • a viewing area in the lower plate and / or in the upper plate which is preferably made substantially transparent.
  • Sub-plate be provided, preferably both the top sheet and the
  • the recesses may be closed by a suitable material, for example acrylic glass and / or quartz glass.
  • a viewing window can be formed, so that the heat exchanger in the area a building window can be arranged without significantly affecting the view from the building out. It is also possible in the field of vision
  • Photovoltaic element for generating electrical energy from sunlight such as a solar cell to provide. This allows the heat exchanger to provide both heat and electrical energy without producing C0 2 .
  • the material provided in the viewing area can in particular be provided with a selective coating in order to absorb as much sunlight as possible and / or to allow the solar cell to come to it.
  • the selective coating may in particular comprise the absorption layer described above or from the above-described
  • the invention further relates to a solar thermal segment, with which a fluid, for example water or an emulsion, can be heated with the aid of solar radiation.
  • the solar thermal segment has a fastening device with a plurality of fastening rails, for example, comparable to a glass facade.
  • Fastening device surround a heat exchanger for heat recovery from solar thermal essentially frame-shaped.
  • the heat exchanger may be formed and developed as described above.
  • a plurality of solar thermal segments each having a heat exchanger can be arranged, preferably side by side, in such a way that they produce a larger area, which is used for heating the fluid.
  • several Solrathermiesegmente can be connected in series to achieve a particularly large increase in temperature of the fluid to be passed.
  • a plurality of solar thermal segments or accumulations of series-connected solar thermal segments can be connected in parallel to increase the mass flow of the heated fluid.
  • the invention further relates to a solar thermal system in which a fluid is heated by means of solar radiation.
  • This solar thermal system has several solar thermal segments, which can be trained and educated as described above.
  • the individual Solarthermiesegemente are connected to each other at least in a sub-area via the same mounting rail. That is to say the fastening rail of a fastening device of a first solar thermal segment is at the same time part of a fastening device of a second solar thermal segment. This makes it possible to reduce the space required to accommodate the individual heat exchanger, so that a lot of space for the heat exchanger and very little area for the
  • the invention further relates to a building which has a plurality of solar thermal elements and / or a solar thermal system, which can each be designed and developed as described above. Due to the stable construction, the plurality of solar thermal segments and / or the solar thermal system at least partially form a roof and / or a wall of the building.
  • the Solarthermiesegemnete or the solar thermal system are therefore not only placed, for example, on roof tiles of the roof, but replace the otherwise required roof construction, especially tile roofing.
  • Roof substructure which are partially the supporting structure for the solar thermal segments, are placed and connected to this.
  • the invention further relates to a production plant for carrying out the method, which may be formed and further developed as described above, in particular for the production of the heat exchanger, which may be as described above and further educated, with a handling device for positioning an upper sheet and / or a Underplate, wherein the upper plate and / or the lower plate is provided with an absorption layer for absorbing radiation, and an irradiation device for irradiating at least a portion of the absorption layer with a radiation absorbable by the absorption layer for curing a thermosettable adhesive layer between the upper plate and the Lower sheet to a strength at least equal to a handling strength.
  • a production plant for carrying out the method, which may be formed and further developed as described above, in particular for the production of the heat exchanger, which may be as described above and further educated, with a handling device for positioning an upper sheet and / or a Underplate, wherein the upper plate and / or the lower plate is provided with an absorption layer for absorbing radiation, and an irradiation device
  • the upper sheet and / or the lower sheet can in particular be positioned on a mounting station with the aid of the handling device.
  • Sub-plate by hand and / or be provided with an adhesive device with an adhesive layer before the same or another handling device touches the other sheet on the adhesive layer.
  • an adhesive device with an adhesive layer before the same or another handling device touches the other sheet on the adhesive layer.
  • the assembly station is located in particular in the vertical direction to the irradiation device.
  • Irradiation device be positioned below the heat exchanger.
  • the stamp and / or the counter punch can form a radiation protection, so that the radiation emitted by the irradiation device essentially hits only the heat exchanger and the stamp and / or the counter punch.
  • the irradiation device may comprise a radiation source or a plurality of radiation sources.
  • an evacuation device in particular a vacuum pump, can be connected to the heat exchanger.
  • Heat exchanger provided to substantially completely cure the adhesive layer of the heat exchange can.
  • the at least partially bonded heat exchanger can be moved from the assembly site to the furnace.
  • the oven has, in particular, a conveyor belt onto which the heat exchanger can be deposited.
  • the heat exchanger can be turned by the handling device, so that the heat exchanger rests with a flat side on the conveyor belt.
  • the outlet and the inlet are opposite to the direction of gravity when the heat exchanger is deposited on the conveyor belt.
  • the conveyor belt can move the heat exchanger through the oven at a defined conveying speed so that the heat exchanger is exposed to heating for a defined period of time.
  • the furnace can heat the heat exchanger thermally and / or by radiation, in particular comparable to the irradiation device.
  • the heat exchanger by means of a
  • Removal device removed from the oven and stored for example on a conveyor belt.
  • the heat exchanger may cool after heating and be transported during or after cooling, for example, to a removal station to be stored and / or packaged, for example.
  • the invention further relates to the use of an absorption layer of a
  • Heat exchanger which may be in particular as described above and further developed, for the purpose of curing a thermosettable adhesive layer, preferably by means of irradiating at least a portion of the absorption layer with one of the
  • Absorption layer absorbable radiation.
  • the absorption layer is not only for
  • Absorption of radiation in particular sunlight, and / or for retaining heat and / or cold of a body through which fluid flows, but also for producing, in particular at least partial curing, an adhesive bond used.
  • the properties of the absorption layer are used not only after production, but also during the production of the heat exchanger. This is a simple production of the
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a heat exchanger in a first sectional plane
  • 2 shows a schematic sectional view of the heat exchanger of FIG. 2 in a second sectional plane
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a heat exchanger in a first sectional plane
  • 2 shows a schematic sectional view of the heat exchanger of FIG. 2 in a second sectional plane
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a heat exchanger in a first sectional plane
  • 2 shows a schematic sectional view of the heat exchanger of FIG. 2 in a second sectional plane
  • FIG. 3 shows a schematic side view of the heat exchanger of FIG. 1 during an irradiation
  • FIG. 4 shows a schematic detail view of an edge region of the heat exchanger from FIG. 1,
  • FIG. 5 shows a schematic detail view of an alternative edge region of the heat exchanger from FIG. 1, FIG.
  • FIG. 6 shows a schematic perspective view of a lower plate for the heat exchanger from FIG. 1
  • FIG. 7 shows a schematic perspective detail view of the lower plate from FIG. 6 and
  • FIG. 6 shows a schematic perspective view of a lower plate for the heat exchanger from FIG. 1
  • FIG. 8 shows a schematic basic illustration of a production plant for producing the heat exchanger from FIG. 1.
  • the heat exchanger 10 shown in FIG. 1 has a lower plate 12 and a top plate 14. At least the upper plate 14 is provided on its side facing away from the lower plate 12 side with an absorption layer 16, with the aid of sunlight, especially in the green, blue, violet and UV range can be absorbed.
  • an absorption layer 16 with the aid of sunlight, especially in the green, blue, violet and UV range can be absorbed.
  • the upper plate 14 is designed as a simple flat rectangular plate without recesses or openings.
  • the lower plate 12 and the upper plate 14 each have a circumferential flange 18, where the lower plate 12 is glued to the upper plate 14 via an adhesive layer 20.
  • the adhesive layer 20 is guided substantially along the entire flange 18 and thereby forms a circumferentially closed adhesive ring 22 off.
  • the bottom plate 12 forms a one-piece inlet 24 made by deep drawing, which is formed into a deep-drawn
  • Inlet basin 26 opens.
  • the lower plate 12 also has, within the adhesive ring 22, a one-piece outlet 28 made by deep drawing, which opens into a discharge basin 30 made by deep-drawing.
  • the inlet 26 and the inlet basin 26 are connected to the outlet basin 30 and the outlet 28 via a flow channel 32.
  • a fluid, in particular water, can flow from the inlet 24 along a flow direction 34 to the outlet 28 and that provided via the absorption layer 16
  • corrugations 36 formed by the lower plate 12, in particular by deep drawing can be seen, by which a plurality of flow channels 32 are bounded laterally to the flow direction 34 .
  • the adhesive layer 20 is provided in addition to the adhesive ring 22 in order to provide a particularly stable and bending-resistant connection of the upper plate 14 with the lower plate 12, which can withstand even an occurring internal pressure without significant deformation.
  • the beads 36 extend to the same level of the flange 18 of the bottom plate 12, so that the adhesive layer 20 is arranged in a common plane.
  • Flange 18 presses the heat exchanger 10 against a corresponding frame-shaped counter punch 40, are held.
  • the absorption layer 16 can be irradiated with a radiation 44, which differs from the
  • Absorption layer 16 is preferably absorbed.
  • the upper plate 14 can heat and heat the adhesive layer 20 via heat conduction.
  • the adhesive layer has an adhesive that cures by heat, so that by irradiating the heat exchanger 10 already a handling strength of the adhesive bond between the upper plate 14 and the lower plate 12 can be achieved.
  • the absorption layer 16 is of the
  • Irradiation device 42 irradiated exclusively within the punch 38, so that the punch 38 can simultaneously act as radiation protection and can not escape radiation 44.
  • the punch 38 is circumferentially inside with an elevated
  • the punch 38 may be internally provided with increased absorbency so that the plunger 38 may be heated by the radiation 44 and by heat conduction may heat the captured flange 18 to assist in curing the adhesive ring 22.
  • the interior of the heat exchanger 10 can be at least partially evacuated via the inlet 24 and / or the outlet 28 in order to apply a negative pressure in the flow channel 32. This supports the bonding and allows a simultaneous leak test of the adhesive ring 22.
  • Parallelism tolerances can be compensated automatically by the adhesive layer 20. Furthermore, the adhesive layer 20 can be widened by the applied force, so that an enlarged adhesive surface between the adhesive layer 20 and the lower plate 12 and / or the upper plate 14 results, which leads to an increased strength of the adhesive bond.
  • Upper sheet 14 results.
  • the lower plate 12 is flanged so that the lower plate 12 forms a pocket 46 into which the flange 18 of the upper plate 14 protrudes.
  • a narrow side surface 48 of the upper sheet 14 within the pocket 46 is covered by the adhesive layer 20.
  • the adhesive layer 20 additionally acts as corrosion protection for the side surface 48 of the upper sheet 14. Furthermore, by gluing some adhesive can be pushed out of the pocket 46, so that even a narrow side surface 50 of the lower sheet 12 can be covered by the adhesive layer 20.
  • the beads 36 may have thickenings 52 through which the respective bead 36 can better withstand shear forces during operation of the heat exchanger 10. Further, the lower plate 12 can be connected via the thickening 52 with the upper plate 14 by clinching. Additionally or alternatively, the bead 36 laterally projecting lugs 54 to connect the lower plate 12 with the upper plate 12 mechanically, for example by clinching, clipping and / or clamps.
  • the production plant 56 shown in FIG. 8 has a first hanging device 58, by means of which the lower plate 12 can be moved by a first stack 60 and the upper plate 14 can be moved by a second stack 62 to an assembly station 64, where the lower plate 12 is moved by means of the irradiation device 42 with the top plate 14 to the
  • Handling strength can be bonded to the heat exchanger 10.
  • the interior of the heat exchanger 10 can be exposed to a vacuum at the same time by means of an evacuation device 66, in particular a vacuum pump. After reaching the evacuation device 66, in particular a vacuum pump. After reaching the evacuation device 66, in particular a vacuum pump.
  • the heat exchanger 10 can be supplied from a second handling device 68 to a furnace 70, where the heat exchanger 10 is heated by thermal heat and / or radiation until the thermosetting adhesive of the adhesive layer 20 is cured to reach a defined minimum strength.
  • the heat exchanger 10 can be conveyed through the furnace 70 by means of a conveyor belt at a defined conveying speed.
  • the cured heat exchanger 10 can be stored for example on a conveyor belt 74, which can transport the heat exchanger 10 to a removal station, where the heat exchanger, for example, cool, stored and / or packaged.
  • the lower plate 12 and the upper plate 14 exclusively by gluing, in particular exclusively by applying a thermosetting adhesive layer 20 on the lower plate 12 and / or the upper plate 14, are connected, whereby a complex, additional positive and / or cohesive bonding for fixing the Sheets up to

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10), insbesondere Solarabsorber für Solarthermie, weist die Schritte auf Bereitstellen eines Unterblechs (12), Bereitstellen eines Oberblechs (14), wobei das Oberblech (14) und/oder das Unterblech (12) mit einer Absorptionsschicht (16) zur Absorption von Strahlung (44) versehen ist, Aufbringen einer wärmehärtbaren Klebeschicht (20) auf das Unterblech (12) und/oder das Oberblech (14), insbesondere durch Sprühauftrag und/oder Raupenauftrag, Aufsetzen des Oberblechs (14) und/oder des Unterblechs (12) auf die Klebeschicht (20), wobei die Klebeschicht (20) zumindest einen umlaufenden geschlossenen Klebering (22) ausbildet und innerhalb des Kleberings (22) ein von einem Einlass (24) zu einem Auslass (28) verlaufender Strömungskanal (32) mit Hilfe des Unterblechs (12) und des Oberblechs (14) ausgebildet ist, und Bestrahlen zumindest eines Teils der Absorptionsschicht (16) mit einer von der Absorptionsschicht (16) absorbierbaren Strahlung (44) bis das Oberblech (14) mit dem Unterblech (12) mit Hilfe der Klebeschicht (20) mit einer Festigkeit zumindest in Höhe einer Handhabungsfestigkeit verbunden ist. Dadurch ist eine einfache Herstellung eines Wärmetauschers (10) ermöglicht.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, Wärmetauscher sowie Herstellanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, einen
Wärmetauscher sowie eine Herstellanlage, mit deren Hilfe ein Wärmetauscher bereitgestellt werden kann, der beispielsweise als Solarabsorber für Solarthermie verwendet werden kann. Aus DE 30 00 783 AI ist ein Vakuum-Solarkollektor bekannt, bei dem ein Absorber, der eine durch den Solarkollektor geführte Rohrschlange mit einem Kühlmedium aufweist, in einem evakuierten Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse weist eine obere transparente Scheibe auf, die über einen rechteckigen Rahmen mit einer unteren Grundplatte verbunden ist. Hierzu ist die Scheibe mit Hilfe eines auch unter UV-Bestrahlung alterungsbeständigen vakuumdichten Klebers mit dem Rahmen verklebt.
Nachteilig bei einem derartigen Wärmetauscher ist der hohe Herstellungsaufwand.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, die eine einfache Herstellung eines Wärmetauschers ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie einer Herstellanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbesondere Solarabsorber für Solarthermie, weist die Schritte auf Bereitstellen eines Unterblechs, Bereitstellen eines Oberblechs, wobei das Oberblech und/oder das Unterblech mit einer Absorptionsschicht zur Absorption von Strahlung versehen ist, Aufbringen einer
wärmehärtbaren Klebeschicht auf das Unterblech und/oder das Oberblech, insbesondere durch Sprühauftrag und/oder Raupenauftrag, Aufsetzen des Oberblechs und/oder des
Unterblechs auf die Klebeschicht, wobei die Klebeschicht zumindest einen umlaufenden geschlossenen Klebering ausbildet und innerhalb des Kleberings ein von einem Einlass zu einem Auslass verlaufender Strömungskanal mit Hilfe des Unterblechs und des Oberblechs ausgebildet ist, und Bestrahlen zumindest eines Teils der Absorptionsschicht mit einer von der Absorptionsschicht absorbierbaren Strahlung bis das Oberblech mit dem Unterblech mit Hilfe der Klebeschicht mit einer Festigkeit zumindest in Höhe einer Handhabungsfestigkeit verbunden ist. Durch das Bestrahlen der Absorptionsschicht des Wärmetauschers kann die Strahlungsenergie der Strahlenquelle von der Absorptionsschicht absorbiert werden, wodurch sich das
Oberblech und/oder das Unterblech erwärmen kann. Durch das erwärmte Oberblech und/oder Unterblech kann die Klebeschicht soweit aushärten, dass das Oberblech mit dem Unterblech fest genug verbunden ist, dass der Wärmetauscher von Hand und/der maschinell gewendet werden kann, ohne dass das Oberblech relativ zum Unterblech aufgrund des jeweiligen Eigengewichts verschoben wird („Handhabungsfestigkeit"). Insbesondere weist die
Klebeschicht eine Verbindungsfestigkeit von 5 MPa bis 25 MPa, vorzugsweise 10 MPa bis 20 MPa auf. Obwohl die Klebeschicht nicht direkt beheizt und/oder bestrahlt werden muss, kann ein erstes Härten der Klebeschicht, insbesondere während und/oder unmittelbar nach dem Aufsetzen des Oberblechs und/oder des Unterblechs auf die Klebeschicht erreicht werden, indem die Eigenschaften der Absorptionsschicht bereits im Herstellprozess des Wärmetauschers genutzt werden. Hierdurch ergibt sich für die Klebeschicht eine sehr homogene gleichmäßige Klebekraft. Die Absorptionsschicht wird erfindungsgemäß nicht nur Absorption von Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, und/oder zum Zurückhalten von Wärme und/oder Kälte eines fiuiddurchströmten Körpers, sondern auch zum Herstellen, insbesondere zumindest teilweisen Härten, einer Klebeverbindung verwendet. Die Eigenschaften der Absorptionsschicht werden nicht nur nach der Herstellung, sondern auch während der Herstellung des Wärmetauschers genutzt. Durch das hohe Absorptionsvermögen der
Absorptionsschicht kann für das Härten der Klebeschicht ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden. Durch einen vergleichsweise geringen Energieeintrag durch das Bestrahlen kann eine vergleichsweise hohe Heizleistung für die Klebeschicht erreicht werden. Verlustleistungen, beispielsweise durch unbeabsichtigtes Heizen der Umgebungsluft, können dadurch minimiert werden.
Insbesondere durch das Aufbringen einer Kraft auf das Unterblech und/oder das Oberblech in Richtung des jeweils anderen Blechs kann durch den verformbaren, insbesondere pastösen, Kleber der Klebeschicht ein Toleranzausgleich zwischen dem Unterblech und dem Oberblech herbeigeführt werden. Unebenheiten und/oder Parallelitätstoleranzen können durch die Klebeschicht automatisch ausgeglichen werden. Ferner kann die Klebeschicht durch die aufgebrachte Kraft verbreitert werden, so dass sich eine vergrößerte Klebefläche zwischen der Klebeschicht und dem Unterblech und/oder dem Oberblech ergibt, die zu einer erhöhten Festigkeit der Klebeverbindung führt. Dadurch ergeben sich nahezu perfekte Kontaktflächen der Klebeschicht, die bei einem geringen Kleberverbrauch eine hohe Festigkeit und einen optimierte Wärmeübertragung zwischen dem Oberblech und der Klebeschicht sowie zwischen dem Unterblech und der Klebeschicht ermöglicht. Der durch das Bestrahlen eingebrachte Energieeintrag in das Oberblech und/oder in das Unterblech kann dadurch besonders schnell zu einem Härten der Klebeschicht führen, so dass die erforderliche Handhabungsfestigkeit für die weiteren Herstellungsschritte des Wärmetauschers entsprechend schnell erreicht ist.
Bei der Absorptionsschicht kann es sich beispielsweise um einen speziellen Absorptionslack mit einem besonders hohen Absorptionsvermögen für Sonnenlicht oder auch um einen Lack in einer dunklen Farbe beispielsweise Schwarz handeln. Insbesondere kann die Absorptionsschicht ein Absorptionsmaximum im Bereich des blauen, violetten oder ultravioletten Farbbereichs des Sonnenlichts aufweisen. Die Absorptionsschicht ist insbesondere als eine selektive Beschichtung ausgestaltet, die sich nicht nur durch eine hohe Absorptionsfähigkeit sondern auch durch einen geringen Emissionswert auszeichnet. Durch die selektive Beschichtung ergibt sich eine geringe Wärmeabstrahlung, wodurch
Wärmeverluste reduziert sind. Dies führt zu einem besonders hohen Wirkungsgrad über einen besonders großen Temperaturbereich für den Wärmetauscher, so dass der Wärmetauscher als Solarabsorber in einem Sonnenkollektor eine Leistungskurve für den Solarkollektor ermöglicht, die besonders lange auf einem hohem Niveau bleibt. Die Absorptionsschicht weist hierzu insbesondere einen thermischen Emissionsgrad ε von ε < 7,0%, vorzugsweise ε < 6,0%, weiter bevorzugt ε < 5,0%> und besonders bevorzugt ε < 4,0%> auf, wobei der Emissionsgrad ε insbesondere 4,0%> < ε, vorzugsweise 3,0%> < ε, weiter bevorzugt 2,0%> < ε und besonders bevorzugt 1 ,0% < ε betragen kann. Die Absorptionsschicht weist insbesondere einen solaren Absorptionsgrad α von 80% < α < 99%, vorzugsweise 85% < α < 98%, weiter bevorzugt 90%> < α < 97%> und besonders bevorzugt 95% < α < 96%> auf. Die
Absorptionsschicht weist vorzugsweise einen thermischen Emissionsgrad ε von 2%> < ε < 8%>, insbesondere 3%> < ε < 7%>, weiter bevorzugt 4%> < ε < 6%> und besonders bevorzugt ε = 5%> ± 0,5%) auf. Die Absorptionsschicht weist insbesondere eine Dicke d von
0,08 mm < d < 1 ,00 mm, vorzugsweise 0, 10 mm < d < 0,80 mm, weiter bevorzugt
0,20 mm < d < 0,50 mm und besonders bevorzugt 0,30 mm < d < 0,40 mm auf. Die
Absorptionsschicht kann beispielsweise eine Materialhärte von R240 gemäß EN 1652 oder Hl 8 gemäß EN 485 aufweisen. Eine nach außen weisende Oberfläche der Absorptionsschicht kann insbesondere eine mittlere Rauhtiefe Ra von 0,01 μιη < Ra < 0,30 μιη, vorzugsweise 0,05 μιη < Ra < 0,25 μιη und besonders bevorzugt 0, 10 μιη < Ra < 0,20 μιη aufweisen. Durch die verbesserte Absorption der Sonnenstrahlung kann die Erwärmung des durch den
Wärmetauscher hindurch geleiteten Fluids verbessert werden, wodurch der Wirkungsgrad verbessert ist. Zusätzlich oder alternativ können das Oberblech und/oder das Unterblech auf der Oberseite und/oder der Unterseite mit einer Beschichtung versehen sein, die insbesondere einen Korrosionsschutz bereitstellt. Dadurch wird die Lebensdauer des Wärmetauschers gewährleistet, während gleichzeitig die Wartung vereinfacht wird, da insbesondere
Revisionen im Wesentlichen nicht erforderlich sind.
Der Wärmetauscher kann insbesondere als Solarabsorber für Solarthermie verwendet werden, um beispielsweise mit Hilfe von absorbierter Sonnenstrahlung Wasser oder ein anderes im Wesentlichen flüssiges oder gasförmiges Fluid aufzuheizen. Der Wärmetauscher kann auch als Heizkörper, Kühlkörper, Absorber oder anderer fluiddurchströmter Körper verwendet werden, bei dem die Absorptionsschicht beispielsweise als selektive Wärmebarriere dienen kann. Die Absorptionsschicht kann eine ausreichende Wärmerückhaltung für die
Funktionsweise des Wärmetauschers bereitstellen. Die Klebeschicht kann durch Wärmeeintrag aushärten. Die hierfür erforderliche Temperatur liegt insbesondere oberhalb der Umgebungstemperatur. Die Wärmeleitfähigkeit des insbesondere metallischen Oberblechs und/oder des Unterblechs ist ausreichend die von der Absorptionsschicht absorbierte Energie als Wärme zur Klebeschicht zu leiten. Vorzugsweise wird das Oberblech und/oder das Unterblech auf einer Seite vollständig mit der Klebeschicht versehen. Dies lässt sich durch Sprühen und/oder Raupenauftrag des Klebers besonders einfach erreichen. Für die Klebeschicht kann beispielsweise ein Zweikomponentenkleber verwendet werden. Durch den durch die Klebeschicht ausgebildeten Klebering kann das Innere des Wärmetauschers gegen die Umgebung abgedichtet werden. Der Klebering ist insbesondere zwischen einem äußeren umlaufenden Flansch des Oberblechs und des
Unterblechs angeordnet. Über die Breite des Flansches kann die mögliche Breite des
Kleberings definiert werden, so dass die Breite des Kleberings breit genug gewählt werden kann, um auch bei möglichen Alterungseffekten der Klebeschicht über der Lebensdauer des Wärmetauschers eine ausreichende Dichtheit zu gewährleisten. Dadurch wird vermieden, dass das über den Strömungskanal von dem Einlass zu dem Auslass strömende Fluid, insbesondere Wasser, zwischen dem Unterblech und dem Oberblech nach außen austreten kann und/oder Umgebungsluft in das Innere des Wärmetauschers eintreten kann. Ferner kann der
Wärmetauscher über den Flansch leicht von einer Haltevorrichtung aufgenommen werden. Insbesondere ist es möglich das Oberblech mit dem Unterblech zusätzlich stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, zu verbinden, wobei der Stoffschluss vorzugsweise im Bereich der Klebeschicht, insbesondere im Bereich des Kleberings, erfolgt. Selbst wenn bei der Herstellung des Stoffschlusses ein Loch in das Oberblech und/oder das Unterblech erzeugt wird, kann durch die Klebeschicht eine ausreichende Dichtwirkung bereitgestellt werden. Es ist sogar möglich das Oberblech mit dem Unterblech zusätzlich zur Klebeschicht durch Lochpunktschweißen zu verbinden.
Insbesondere wird die Absorptionsschicht des Oberblechs und/oder des Unterblechs zumindest im Bereich des Kleberings bestrahlt, wobei vorzugsweise im Wesentlichen die gesamte sichtbare Fläche der Absorptionsschicht bestrahlt wird. Beispielsweise kann mit Hilfe eines vorzugsweise rahmenförmigen Stempels insbesondere im Bereich eines nach radial außen abstehenden umlaufenden Flansches das Oberblech gegen das Unterblech gedrückt werden, wobei die Absorptionsschicht radial innerhalb des Stempels mit einer geeigneten Bestrahlungseinrichtung bestrahlt wird.
Vorzugsweise wird die Klebeschicht in einer gemeinsamen Ebene aufgebracht. Dadurch kann die Klebeschicht beispielsweise mit Hilfe einer Walze als Raupenauftrag auf das Unterblech und/oder das Oberblech aufgebracht werden. Hierzu wird insbesondere nur genau eine Walze verwendet. Es ist nicht erforderlich Vertiefungen in dem Unterblech und/oder in dem
Oberblech mit dem Material der Klebeschicht auszufüllen. Alternativ können verschiedene Klebeebenen auf unterschiedlichen Höhen vorgesehen sein, die insbesondere durch
Sprühauftrag mit der Klebeschicht versehen werden können. Ein seitlicher Versatz des Oberblechs zum Unterblech kann dadurch vermieden werden oder sogar eine automatische Ausrichtung des Oberblechs zum Unterblech erreicht werden. Fehlmontagen werden dadurch vermieden.
Insbesondere ist es möglich den Wärmetauscher mit Hilfe von sehr wenigen Bauteilen herzustellen. Die einzelnen Bauteile Oberblech und Unterblech können durch vergleichbare Verfahren hergestellt werden, so dass besonders einfach Großserien der einzelnen Bauteile im industriellen Maßstab einfach und kostengünstig hergestellt werden können. Beispielsweise ist es möglich, das Oberblech und das Unterblech aus einem Metallband, insbesondere ein und demselben Metallband herzustellen, indem die einzelnen Bleche durch Umformtechniken wie beispielsweise Tiefziehen, Kaltumformen, Warmumformen und dergleichen in ihre benötigte Form gebracht werden. Durch die beispielsweise beim Tiefziehen entstehenden Gefügeveränderungen in dem Blech wird die Festigkeit und Stabilität sogar bei abnehmender Blechstärke erhöht, so dass durch geringen Materialeinsatz ein langlebiges und haltbares Produkt entsteht. Je nach Anwendungsfall können auch anwendungsorientiert verschiedene Metallbänder verwendet werden. Dadurch ist es möglich nutzungsorientiert verschiedene Werkstoffe, Blechdicken, Beschichtungen und Formen miteinander zu kombinieren, indem entsprechende unterschiedliche Metallbänder verwendet werden. Die Absorptionsschicht kann bereits Teil des jeweiligen Metallbandes sein, bevor eine Platine zur Ausbildung des Oberblechs oder des Unterblechs von dem Metallband abgeschnitten wird. Diese Fertigung kann insbesondere kontinuierlich und im industriellen Maßstab erfolgen. Ferner sind verhältnismäßig wenige Maschinen erforderlich, um den erfindungsgemäßen Wärmetauscher herzustellen. Die Herstellung des Wärmetauschers kommt mit vergleichsweise preiswerten Werkstoffen und Zusatzstoffen aus. Die Herstellung ist somit vereinfacht und nicht zuletzt aufgrund der geringeren Personalkosten, der besonders hohen Taktzeiten bei der Produktion und der preiswerten eingesetzten Materialien kostengünstiger. Durch eine geeignete Auswahl an Materialien und deren Verbindung kann die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers bezogen auf die Energieaufnahme und Energieabgabe optimiert werden. Insbesondere weist der Wärmetauscher nur genau einen Einlass und nur genau einen Auslass auf. Vorzugsweise sind der Einlass und/oder der Auslass einfache Ausstülpungen, so dass sich eine einfache Geometrie ergibt, die durch Tiefziehen leicht herstellbar ist. Die Ausstülpungen können zylindrisch oder leicht konisch mit einer Steigung von ca. 1,5% bis 3,0% ausgestaltet sein und gegebenenfalls eine Hinterschneidung aufweisen, so dass es besonders einfach ist mit Hilfe einer Muffe einen Schlauch anzuschließen. Die Ausstülpungen sind insbesondere besonders kurz ausgestaltet und weisen beispielsweise eine Länge auf, die gerade ausreichend ist eine Muffe anzuschließen, so dass auch bei besonders geringen Blechdicken die
Ausstülpungen durch Tiefziehen hergestellt werden können und ein Anschweißen des Einlasses und des Auslasses an das Oberblech und/oder Unterblech vermieden werden kann. Besonders bevorzugt weisen der Einlass und der Auslass eine asymmetrische Formgestaltung auf. Dadurch kann vermieden werden, dass bei einem Anschließen von Schläuchen an den Einlass und den Auslass nicht der Einlass mit dem Auslass verwechselt wird. Ferner ist es möglich durch computerunterstützte Berechnungen beispielsweise durch FEM für den Wärmetauscher die ideale Strömung und Energieaufnahme beispielsweise auf Basis der Werkstoffe, Form und/oder Beschichtung zu berechnen. Entsprechend kann die ideale Energieableitung beispielsweise auf Basis für den jeweiligen Anwendungsfall optimierter Strömungsverhältnisse im Wärmetauscher bereits im Vorfeld vollständig bestimmt werden, wodurch der Aufbau und die Geometrie des Wärmetauschers bereits in der Planungs- und Konstruktionsphase ideal optimiert werden kann, um eine optimale Energieabsorption sowie Energieableitung durch optimale Strömungen im Wärmetauscher zu erreichen. Technische Randbedingungen können bereits sehr früh berücksichtigt und derart umgesetzt werden, dass sich für jeden individuellen Einzelfall eine maßgeschneiderte optimierte Lösung ergibt.
Aufgrund des verhältnismäßig einfachen Aufbaus des Wärmetauschers und bei Verwendung entsprechend korrosionsbeständiger Bauteile ist der Wärmetauscher über seine Lebensdauer nahezu revisionsfrei, da Reparaturen von Verschleißteilen nicht erforderlich sind. Der Wärmetauscher ist somit besonders dafür geeignet Privatgebäude zu heizen und/oder zu kühlen, da insbesondere Wartungstätigkeiten, sofern überhaupt erforderlich, im Bedarfsfall einfach von einem externen Anbieter eingeholt werden können und eigene Spezialkenntnisse für den Betrieb nicht erforderlich sind.
Insbesondere ist es möglich, Kupfer oder Kupferlegierungen als Material zur Herstellung des Wärmetauschers zu vermeiden. Der Wärmetauscher kann vorzugsweise aus einem Stahl oder einem nicht Eisenmetall, ausgenommen Kupfer oder Kupferlegierungen, hergestellt sein. Es ist somit möglich, ein besonders kostengünstiges Material auszuwählen oder ein Material zu verwenden, das sich besonders einfach durch die vorgesehen Umformverfahren in den gewünschten Zustand bringen lässt.
Beispielsweise ist es möglich zwischen dem Unterblech und dem Oberblech ein geformtes Zwischenblech vorzusehen, wobei das Zwischenblech zwischen dem Oberblech und dem Zwischenblech einerseits und zwischen dem Unterblech und dem Zwischenblech andererseits jeweils mindestens einen Strömungskanal auszubilden. Das geformte Zwischenblech ist beispielsweise als Wellblech oder Trapezblech ausgebildet. Das Zwischenblech kann zwischen dem Oberblech und dem Unterblech verklemmt werden und/oder mit dem
Oberblech und/oder mit dem Unterblech verklebt werden. Das Oberblech und das Unterblech können dadurch eine besonders einfache Geometrie aufweisen, wobei das Zwischenblech gleichzeitig eine stabilisierende Wirkung auf den Wärmetauscher ausüben kann, damit sich beispielsweise das Oberblech und/oder das Unterblech bei dem Eigengewicht des
Wärmetauschers und den im Betrieb auftretenden Drucken nicht verbiegt. Vorzugsweise ist der Strömungskanal ausschließlich durch das Oberblech und das Unterblech ausgebildet, so dass weitere Bauteile zur Ausbildung des mindestens einen Strömungskanals nicht erforderlich sind. Das Unterblech ist insbesondere in der Lage als tragendes Bauteil zumindest das Eigengewicht des Wärmetauschers aufzunehmen ohne sich hierbei zu verbiegen. Hierzu weist das Unterblech eine Blechstärke von insbesondere > 0,1 mm bis < 2,5 mm, vorzugsweise > 0,5 mm bis < 2 mm, und besonders bevorzugt > 0,7 mm bis < 1,5 mm.
Das Oberblech des erfindungsgemäßen Wärmetauschers kann eine besonders geringe
Blechstärke aufweisen, wodurch das Gewicht des Wärmetauschers reduziert wird und das Umformen des Oberblechs vereinfacht wird. Das Oberblech weist insbesondere eine
Blechstärke von > 0,05 mm bis < 1,2 mm, vorzugsweise < 1,0 mm bzw. < 0,4 mm und besonders bevorzugt < 0,2 mm auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Aufsetzen des Oberblechs und/oder des Unterblechs auf die Klebeschicht an dem Strömungskanal eineUnterdruck p angelegt, wobei für den Unterdruck p insbesondere 0 bar < p < 1 bar, vorzugsweise
0,1 bar < p < 0,6 bar, weiter bevorzugt 0,2 bar < p < 0,5 bar und besonders bevorzugt
0,3 bar < p < 0,4 bar gilt. Durch den Unterdruck im Innern des Wärmetauschers kann das Oberblech auf das Unterblech gedrückt werden, wobei die Klebeschicht zwischen dem Oberblech und dem Unterblech mit einer Druckspannung beaufschlagt wird. Das Härten der Klebeschicht kann dadurch beschleunigt werden. Durch den auf das Oberblech und das Unterblech wirkenden Umgebungsdruck sowie dem im Inneren des Wärmetauschers anliegenden Unterdruck kann eine hinreichend hohe Kraft auf das Unterblech und/oder das Oberblech in Richtung des jeweils anderen Blechs aufgebracht werden, dass durch den verformbaren, insbesondere pastösen, Kleber der Klebeschicht ein Toleranzausgleich zwischen dem Unterblech und dem Oberblech herbeigeführt werden kann. Ferner kann die Klebeschicht durch die aufgebrachte Kraft verbreitert werden, so dass sich eine vergrößerte Klebefläche zwischen der Klebeschicht und dem Unterblech und/oder dem Oberblech ergibt, die zu einer erhöhten Festigkeit der Klebeverbindung führt. Dadurch ergeben sich nahezu perfekte Kontaktflächen der Klebeschicht, die bei einem geringen Kleberverbrauch eine hohe Festigkeit und einen optimierte Wärmeübertragung zwischen dem Oberblech und der Klebeschicht sowie zwischen dem Unterblech und der Klebeschicht ermöglicht. Der durch das Bestrahlen eingebrachte Energieeintrag in das Oberblech und/oder das Unterblech kann dadurch besonders schnell zu einem Härten der Klebeschicht führen, so dass die erforderliche Handhabungsfestigkeit für die weiteren Herstellungsschritte des Wärmetauschers
entsprechend schnell erreicht ist. Gleichzeitig kann die Dichtheit der Klebeschicht überprüft werden. Falls sich der beabsichtigte Unterdruck nicht einstellen lässt und/oder ein geförderter Volumenstrom zu groß ist, ist eine ausreichende Dichtheit durch die Klebeschicht nicht gegeben. Ein derartiger Wärmetauscher kann als Ausschuss aussortiert werden, so dass sich während des Herstellungsprozesses des Wärmetausches eine integrierte automatische Qualitätskontrolle implementieren lässt, die einfach vorzusehen ist und gleichzeitig den Herstellungsprozess nicht beeinträchtigt sondern sogar unterstützen kann. Zum Anlegen des Unterdrucks kann an dem Einlass und/oder an dem Auslass ein Evakuierungsgerät, insbesondere eine Vakuumpumpe oder mehrere Vakuumpumpen angeschlossen werden. Gegebenenfalls kann der Einlass oder der Auslass mit einem Verschluss, insbesondere Stopfen, luftdicht geschlossen werden.
Besonders bevorzugt erfolgt zunächst ein Bestrahlen zumindest eines Teils der
Absorptionsschicht mit der von der Absorptionsschicht absorbierbaren Strahlung bis die Klebeschicht das Oberblech mit dem Unterblech luftdicht verbunden hat, wobei nach dem Erreichen der luftdichten Verbindung des Oberblechs mit dem Unterblech der Unterdruck p an dem Strömungskanal angelegt wird und ein weiteres Bestrahlen zumindest eines Teils der Absorptionsschicht mit der von der Absorptionsschicht absorbierbaren Strahlung erfolgt bis das Oberblech mit dem Unterblech mit Hilfe der Klebeschicht mit einer Festigkeit zumindest in Höhe der Handhabungsfestigkeit verbunden ist. Das Bestrahlen braucht für das Anlegen des Unterdrucks nicht unterbrochen zu werden. Stattdessen kann das Anlegen des
Unterdrucks derart zeitversetzt zum Bestrahlen der Absorptionsschicht beginnen, dass der bisherige Zeitraum des Bestrahlens ausreicht eine luftdichte Verbindung des Oberblechs mit dem Unterblech durch die Klebeschicht bereitzustellen. Insbesondere kann am selben oder an einem weiteren Montageplatz ein weiteres Bestrahlen der Absorptionsschicht bis zum
Erreichen der Endfestigkeit erfolgen, wobei es möglich ist bis zum Erreichen der
Endfestigkeit das Bestrahlen beizubehalten und nicht zu unterbrechen. Ferner ist es möglich vor dem Beginn des Bestrahlens und/oder nach dem Beginn des Bestrahlens beispielsweise mit Hilfe eines rahmenförmigen Stempels eine Kraft auf die Klebeschicht aufzubringen, um das Erreichen der luftdichten Verbindung und/oder das Erreichen der Handhabungsfestigkeit und/oder das Erreichen der Endfestigkeit zu beschleunigen.
Insbesondere weist die Absorptionsschicht ein Absorptionsmaximum bei einer Wellenlänge λ von 280 nm < λ < 550 nm, insbesondere 340 nm < λ < 450 nm und vorzugsweise
360 nm < λ < 400 nm auf. Die Absorptionsschicht kann dadurch insbesondere blaues, violettes und/oder UV-A Licht bevorzugt absorbieren, so dass besonders energiereiche Strahlung absorbiert werden kann. Insbesondere kann die Absorptionsschicht bevorzugt für Menschen im Wesentlichen ungefährliche Strahlung absorbieren, so dass eine
Strahlungsquelle zum teilweisen Aushärten der Klebeschicht verwendet werden kann, die bei der Handhabung keine besonderen Sicherheitsmassnahmen erfordert. Ferner kann eine derartige Strahlungsquelle oder eine Vielzahl derartiger Strahlungsquellen kostengünstig vorgesehen und betrieben werden. Gleichzeitig kann die Absorptionsschicht einen besonders großen Anteil der Energie natürlicher Sonnenstrahlung absorbieren, so dass der
Wärmetauscher insbesondere als Solarabsorber für Solarthermie verwendet werden kann.
Vorzugsweise erfolgt das Bestrahlen der Absorptionsschicht über einen Zeitraum t von 0,2 min < t < 30,0 min, insbesondere 0,5 min < t < 15,0 min, vorzugsweise
1,0 min < t < 10,0 min, weiter bevorzugt 2,0 min < t < 5,0 min und besonders bevorzugt t = 3,0 min ± 0,5 min. In diesem Zeitraum kann eine ausreichende Festigkeit der Klebeschicht zur weiteren Handhabung des Wärmetauschers erreicht werden. Gleichzeitig ist der Zeitraum lang genug, um das Innere des Wärmetauschers zu evakuieren. Besonders bevorzugt erfolgt nach dem Bestrahlen ein Heizen der Klebeschicht, insbesondere mit Hilfe eines weiteren Bestrahlens zumindest eines Teils der Absorptionsschicht mit einer von der Absorptionsschicht absorbierbaren Strahlung, wobei das Heizen insbesondere über einen Zeitraum T von 3,0 min < T < 20,0 min, vorzugsweise 4,0 min < T < 15 min, weiter bevorzugt 5,0 min < T < 10,0 min und besonders bevorzugt T = 7,0 min ± 0,5 min erfolgt. In dem für das Heizen vorgesehenen Zeitraum kann nach dem Erreichen der
Handhabungsfestigkeit ein im Wesentlichen vollständiges Aushärten der Klebeschicht erfolgen. Hierzu kann der Wärmetauscher nach dem Erreichen der Handhabungsfestigkeit von einem Montageplatz in einen geeigneten Ofen befördert werden, wo der Wärmetauscher thermisch und/oder mit Hilfe von Strahlung entsprechend lange geheizt wird. Beispielsweise wird der Wärmetauscher auf einem Bandförderer mit einer definierten Fördergeschwindigkeit durch einen entsprechenden Ofen bewegt. Vorzugsweise erfolgt das Heizen des
Wärmetauschers im Wesentlichen unmittelbar im Anschluss an das Bestrahlen des
Wärmetauschers, so dass der Wärmetauscher noch eine über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur aufweist und ein vollständiges Abkühlen des Wärmetauschers nach dem Bestrahlen vermieden ist. Der Energieeinsatz beim Heizen und/oder der für das Heizen vorgesehene Zeitraum können dadurch reduziert werden. Vorzugsweise wird für das Oberblech und das Unterblech ein insbesondere ferritischer Stahl verwendet. Dadurch können die Hystereseverluste des Stahls genutzt werden, indem der Stahl durch Induktion erwärmt wird, um den verwendeten Kleber schnell aushärten zu lassen, wodurch die Produktionsgeschwindigkeit steigt und ein Auslagern des Wärmetauschers zum Aushärten des Klebers, sofern überhaupt, zumindest reduziert werden kann.
Insbesondere weist das Unterblech mindestens eine zum Oberblech weisende Sicke zur Versteifung des Unterblechs auf und/oder das Oberblech weist mindestens eine zum
Unterblech weisende Sicke zur Versteifung des Oberblechs auf, wobei zwischen der Sicke und dem Oberblech und/oder dem Unterblech zumindest in einem Teilbereich der Sicke die Klebeschicht aufgebracht wird. Durch die Sicken kann eine Mehrzahl von Strömungskanälen seitlich zur Strömungsrichtung begrenzt sein. Insbesondere kann durch die Sicke eine zusätzliche Abstützfläche des Oberblechs an dem Unterblech ausgebildet werden, die ganz oder teilweise mit der Klebeschicht versehen sein kann. Die Klebeschicht kann insbesondere durch Dünnstrahlsprühen oder Raupenauftrag aufgebracht werden. Die Verbindung des Oberblechs mit dem Unterblech wird dadurch verbessert. Gleichzeitig können die
Eigengewichte des Oberblechs und/oder des Unterblechs besser abgetragen werden. Ferner kann der Wärmetauscher im Betrieb leichter einem Innendruck standhalten und sich auch bei vergleichweise dünnen Blechdicken für das Oberblech und/oder für das Unterblech nicht ausbeulen. Insbesondere weist der Wärmetauscher durch die mindestens eine Sicke eine erhöhte Steifigkeit gegen Verbiegen und/oder Verwinden auf. Zusätzlich oder alternativ kann über die Sicke eine mechanische Verbindung des Oberblechs mit dem Unterblech vorgesehen werden, beispielsweise durch Klipsen, Clinchen (Durchsetzfügen), Klemmen. Besonders bevorzugt weist die Sicke eine Verdickung und/oder einen seitlich abstehenden Ansatz auf. Dadurch wird durch den Innendruck auf die Sicke aufgebrachten Scherkräften
entgegengewirkt. Eine ausreichende Stabilität des Wärmetauschers auch bei höheren
Innendrücken ist dadurch gewährleistet. Vorzugsweise werden das Oberblech und das Unterblech durch Umbördeln miteinander verbunden, wobei im Bereich der Umbördelung eine Seitenfläche des Unterblechs und/oder eine Seitenfläche des Oberblechs durch die Klebeschicht abgedeckt ist. Die entsprechende Schmalseite des Oberblechs und/oder des Unterblechs kann durch das Material der
Klebeschicht abgedeckt sein, so dass eine Korrosion der Oberblechs und/oder des Unterblechs an der Seitenfläche vermieden werden kann. Insbesondere ist es nicht erforderlich die Seitenfläche mit einer Korrosionsschutzschicht zu versehen. Die sowieso vorgesehene Klebeschicht kann gleichzeitig als Korrosionsschutzschicht verwendet werden. Ferner können abstehende scharfe Kanten vermieden werden und/oder durch das Material des Klebeschicht abgedeckt und insbesondere durch die Abdeckung abgerundet werden. Beim Umbördeln ist es möglich sowohl das Unterblech als auch das Oberblech gemeinsam umzubiegen. Ferner ist es möglich für die jeweilige Umbördelung nur das Oberblech oder nur das Unterblech umzubiegen, so dass das jeweils andere Blech in einer durch das Oberblech beziehungsweise durch das Unterblech ausgebildeten Tasche mit seiner Seitenfläche endet.
Besonders bevorzugt wird als Oberblech eine ebene kontinuierlich durchgängige Platte verwendet, die insbesondere durch Abschneiden und/oder Ausschneiden von einem Coil herstellbar ist. Das Oberblech kann als einfache vorzugsweise rechteckige ebene Platte ausgestaltet sein. Das Oberblech kann perforationsfrei, das heißt ohne Aussparungen und/oder ohne Öffnungen, ausgestaltet sein. Das Oberblech weist insbesondere an jeder Stelle im Wesentlichen die gleiche Dicke auf. Das Oberblech ist durch die besonders einfache
Formgestaltung besonders kostengünstig herzustellen. Das Material für das Oberblech und/oder für das Unterblech kann durch Transferfertigen aus einem Coil gewonnen werden, indem das Coil teilweise abgewickelt wird und ein Blech von einem Coil abgeschnitten wird, das gegebenenfalls zum Oberblech oder Unterblech weiterverarbeitet wird. Bei der Transferfertigung ist auch möglich das vom Coil abgewickelte Blech zu Platinen zuzuschneiden und zu vereinzeln, so dass die einzelnen Platinen von einem Handhabungsgerät weitergegeben werden können, beispielsweise um das Oberblech und/oder das Unterblech auszustanzen und/oder tiefzuzuziehen. Vorzugsweise wird das Material für das Oberblech und/oder für das Unterblech durch Folgeverbundfertigung aus einem Coil gewonnen. Hierbei wird das Coil abgewickelt, das Material für das Oberblech und/oder für das Unterblech aus dem abgewickelten Teil des Coils ausgestanzt und der verbliebene Rest des Coils nach dem Stanzen aufgewickelt. Durch die Folgeverbundfertigung ergibt sich eine besonders schnelle und im Wesentlichen kontinuierliche Herstellung der Rohstücke für das Oberblech und/oder das Unterblech, wobei insbesondere das Oberblech werkzeugfallend durch das Stanzen hergestellt werden kann, ohne dass weitere spanende oder spanlose Bearbeitungen und/oder Umformungen erforderlich sind.
Vorzugsweise werden eine erste Platine und eine zweite Platine bereit gestellt, die
insbesondere zuvor vorzugsweise durch Stanzen aus einem gemeinsamen Flachband, das insbesondere als Coil vorliegt, erhalten wurden. Die erste Platine wird zu einem Oberblech und/oder die zweite Platine zu einem Unterblech tiefgezogen, wobei vorzugsweise während des Tiefziehens ein Einlass und/oder ein Auslass in dem Oberblech und/oder in dem
Unterblech ausgebildet werden. Insbesondere werden vorzugsweise gleichzeitig ein dem Einlass zugeordnetes Einlauf bassin und ein dem Auslauf zugeordnetes Auslauf bassin durch Tiefziehen hergestellt. Gegebenenfalls werden der Einlass und/oder der Auslass und/oder eine sich ergebende Flanschfläche beschnitten. Zur Herstellung des Wärmetauschers sind insbesondere lediglich Maschinen erforderlich, die beispielsweise mit dem hierfür erforderlich Know-How aus der Automobiltechnik, beispielsweise dem Karosseriebau, bekannt sind. Insbesondere ist es möglich das Oberblech und das Unterblech jeweils maximal ein einziges Mal einem Umformverfahren auszusetzen. Sämtliche Tiefziehvorgänge können in einem einzigen Schritt durchgeführt werden, wobei insbesondere weitere Umformschritte nicht erfolgen. Die Erfindung betrifft ferner einen Wärmetauscher, insbesondere Solarabsorber für
Solarthermie, vorzugsweise herstellbar durch das Verfahren, das vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, mit einem Unterblech, einem Oberblech, wobei das Oberblech und/oder das Unterblech mit einer Absorptionsschicht zur Absorption von Strahlung versehen ist, und einer zwischen dem Unterblech und dem Oberblech insbesondere durch Sprühauftrag und/oder Raupenauftrag aufgebrachten wärmehärtbaren Klebeschicht zur abdichtenden Verbindung des Oberblechs mit dem Unterblech, wobei die Klebeschicht zumindest einen umlaufenden geschlossenen Klebering ausbildet und innerhalb des Kleberings ein von einem Einlass zu einem Auslass verlaufender Strömungskanal durch das Unterblech und das Oberblech ausgebildet ist, wobei der Einlass in ein Einlaufbassin zur Vergleichmäßigung einer Strömung mündet und der Auslass in Auslaufbassin zum Zusammenführen von
Strömungen mündet, wobei von dem Einlaufbassin zu dem Auslaufbassin verlaufende Sicken zur Ausbildung von Strömungskanälen durch das Unterblech und/oder das Oberblech ausgebildet sind, wobei die Sicken mindestens eine quer zur Strömungsrichtung der
Strömungskanäle verlaufende Verdickung aufweist. Dadurch wird durch den Innendruck auf die Sicke aufgebrachten Scherkräften entgegengewirkt. Eine ausreichende Stabilität des Wärmetauschers auch bei höheren Inndrücken ist dadurch gewährleistet. Der Wärmetauscher kann insbesondere wie vorstehend anhand des Verfahrens erläutert aus- und weitergebildet sein. Das Einlaufbassin und das Auslaufbassin sind über einen durch das Unterblech ausgebildeten Leitungsboden des Strömungskanals, der insbesondere in Strömungsrichtung seitlich durch die Sicken begrenzt ist, verbunden. Der Leitungsboden weist hierbei einen geringeren Abstand zum Oberblech auf als ein Einlaufbassinboden des Einlaufbassins und ein Auslaufbassinboden des Auslaufbassins zum Oberblech. In dem durch das Einlaufbassin ausgebildeten Einströmbereich kann sich die Strömung des Fluids, das über den Einlass in das Einlaufbassin geleitet wurde, aufgrund der deutlich abfallenden Strömungsgeschwindigkeit zunächst vergleichsmäßigen, wodurch turbulente oder ungleichförmige Strömungen im Bereich des Leitungsbodens vermieden sind oder zumindest der Turbulenzgrad reduziert ist. Entsprechend werden im durch das Auslaufbassin ausgebildeten Ausströmbereich die über die Strömungskanäle fließenden Strömungen zunächst zusammengeführt bevor das Fluid über den Auslass den Wärmetauscher verlässt. Dadurch werden auch im Ausströmbereich und im Bereich des Leitungsbodens turbulente Strömungen vermieden oder zumindest reduziert. Dies führt zu einer nahezu vollständig vergleichmäßigten Strömung, die im Bereich der
Strömungskanäle und in einem überwiegenden Großteil des Einlaufbassins und des
Auslaufbassins im Wesentlichen die gleiche Strömungsgeschwindigkeit und im Wesentlichen die gleiche Strömungsrichtung aufweist. Insbesondere ist es möglich die Vergleichmäßigung der Strömung nur durch die Bassins zu gewährleisten, so dass eine lineare, insbesondere laminare, und homogene Strömung im Bereich des Leitungsbodens ohne weitere Hilfsmittel erreicht werden kann. Die durch die Bassins erreichte lineare und/oder homogene Strömung kann in diesem Fall im Bereich des Leitungsbodens zwischen geraden Flächen des Unterblechs und des Oberblechs bereit gestellt werden, um Wärme aufzunehmen und/oder abzugeben.
Das Einlaufbassin im Einströmbereich und das Auslaufbassin im Ausströmbereich sind insbesondere in Abhängigkeit vom zu erwartenden Volumenstrom des Fluids dimensioniert. Da sich somit innerhalb des Wärmetauschers eine weitgehend gleichmäßige, insbesondere laminare und homogene Strömung ergibt, wird ein Wärmetransport in der Strömungsrichtung optimiert beziehungsweise entgegen der Strömungsrichtung zumindest reduziert, so dass mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher eine besonders hohe Temperaturdifferenz des Fluids zwischen dem Einlass und dem Auslass erreicht werden kann, wodurch der Wirkungsrad des Wärmetauschers verbessert ist. Insbesondere ergibt sich eine homogene Temperaturverteilung in der Strömungsrichtung der insbesondere laminaren Strömung. Die laminare Strömung ist entlang der Strömungsrichtung im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt gleich gerichtet, so dass sich entlang der Strömungsrichtung ein gleicher Wärmetransport einstellt. Ferner kann insbesondere bei der Herstellung durch Tiefziehen der Strömungsquerschnitt im Einströmbereich größer als der Strömungsquerschnitt im Ausströmbereich vorgesehen werden, so dass sich vom Einlass zum Auslass eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit realisieren lässt, beispielsweise um für einen besonders hohen Wirkungsgrad die
Energieaufnahme beziehungsweise Energieabfuhr zu optimieren. Es ist somit möglich, dass im Einströmbereich und/oder im Ausströmbereich der Strömungsquerschnitt, der durch den Abstand des Oberblechs zum Unterblech bestimmt wird, größer ausgestaltet ist als im Bereich des Leitungsbodens. Der Einströmbereich und/oder der Ausströmbereich können dadurch eine Speicherfunktion wahrnehmen und einen Teil des Fluids zeitweise im Einströmbereich und/oder im Ausströmbereich speichern. Der Abstand des Leitungsbodens zum Oberblech beträgt insbesondere > 1,5 mm bis
< 6,0 mm, vorzugsweise > 2,0 mm bis < 4,0 mm und besonders bevorzugt > 2,5 mm bis
< 3,5 mm. Die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, insbesondere Wasser, beträgt im Bereich des Leitungsbodens insbesondere > 0,001 m/s bis < 0,02 m s,
vorzugsweise > 0,002 m/s bis < 0,005 m/s und besonders bevorzugt > 0,0025 m/s bis
< 0,0035 m/s. Dadurch kann eine hohe Wärmeaufnahme erreicht werden, während
gleichzeitig ein besonders geringer Druckverlust erreicht wird. Vorzugsweise weisen das Oberblech und das Unterblech jeweils einen zumindest teilweise umlaufenden Ansatz beziehungsweise Flansch auf, so dass das Oberblech und das Unterblech über den Ansatz/Flansch miteinander verbunden werden können. Insbesondere ist die Klebeschicht im Bereich des umlaufenden Ansatzes aufgebracht. Zusätzlich oder alternativ können die einzelnen Verbindungen zwischen Oberblech und Unterblech formschlüssig, beispielsweise durch Klipsen erfolgen. Hierzu kann beispielsweise eine hinterschnittene
Rippe in eine sich im Öffnungsbereich verjüngende Vertiefung insbesondere bewegungsfest eingesetzt werden, wobei die Rippe und/oder die Vertiefung durch Umformen, insbesondere Tiefziehen hergestellt sein können. Ferner ist es möglich das Oberblech mit dem Unterblech durch Clinchen (Durchsetzfügen) miteinander zu verbinden, wobei eine durch das Clinchen erzeugte Clinchstelle insbesondere im Bereich der Verdickung der Sicke vorgesehen ist.
Vorzugsweise ist der Wärmetauscher in Betrieb im Bereich eines umlaufenden
Ansatzes/Flansches mit einem Träger befestigt. Der Träger kann insbesondere Teil eines Gehäuses für einen Sonnenkollektor sein. Besonders bevorzugt weist der Wärmetauscher eine Befestigungsvorrichtung auf, in der eine Haltenut vorgesehen ist. In die Haltenut kann der umlaufendene Ansatz eingesetzt sein, so dass der Wärmetauscher sicher in der
Befestigungsvorrichtung gehalten ist. Eine zumindest teilweise Zerstörung der Oberfläche der für den Wärmetauscher verwendeten Bleche, beispielsweise um durch Lochen Durchgangsbohrungen für Befestigungsschrauben vorzusehen, wird dadurch vermieden. Die Befestigungsvorrichtung kann insbesondere den Wärmetauscher vorzugsweise im Bereich des umlaufenden Ansatzes rahmenförmig umgreifen und gegenüber dem Gebäude isolieren. Besonders bevorzugt weist die Befestigungsvorrichtung eine Oberseite auf, die mit dem Oberblech fluchtet. Dadurch, dass die Oberseite der Befestigungsvorrichtung mit dem
Oberblech fluchtet, ergibt sich ein im Wesentlichen absatzloser Gesamteindruck für den Wärmetauscher. Dieses im Wesentlichen ebene Design ermöglicht es, den Wärmetauscher in einer optisch ansprechenden Art und Weise an einem Gebäude anzubringen. Beispielsweise kann der Wärmetauscher auf einem Dach eines Gebäudes montiert werden, ohne dass das Aussehen des Gebäudes wesentlich beeinträchtigt wird. Die Befestigungsvorrichtung ermöglicht dabei gleichzeitig eine isolierte Montage des Wärmetauschers auf dem Bauwerk. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher mit der Befestigungsvorrichtung auf einer Höhe montiert, dass sich zwischen dem Unterblech und dem Untergrund ein Spalt ergibt, der groß genug ist mit den Einlass und/oder mit dem Auslass verbundene Zuleitungsrohre
aufzunehmen. Die Zuleitungsrohre sind dadurch von außen nicht einsehbar, so dass der optische Gesamteindruck nicht beeinträchtigt ist. Ferner sind die Zuleitungsrohre
beispielsweise vor Regenwasser geschützt.
Insbesondere ist es möglich in dem Unterblech und/oder in dem Oberblech einen Sichtbereich vorzusehen, der vorzugsweise im Wesentlichen transparent ausgeführt ist. Hierzu kann beispielsweise durch Stanzen eine Ausnehmung in dem Oberblech und/oder in dem
Unterblech vorgesehen sein, wobei vorzugsweise sowohl das Oberblech als auch das
Unterblech die Ausnehmung aufweisen und die Ausnehmungen im Wesentlichen
übereinander angeordnet sind, um ein Fenster bereitzustellen, das eine Sicht durch den Wärmetauscher hindurch ermöglicht. Die Ausnehmungen können durch ein geeignetes Material, beispielsweise Acrylglas und/oder Quarzglas, geschlossen sein. Durch den
Sichtbereich ist es möglich den Zustand des Wärmetauschers im Innern zu kontrollieren. Ferner kann ein Sichtfenster ausgebildet werden, so dass der Wärmetauscher auch im Bereich eines Gebäudefensters angeordnet werden kann, ohne die Sicht aus dem Gebäude heraus signifikant zu beeinträchtigen. Es ist auch möglich in dem Sichtbereich ein
Photovoltaikelement zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Sonnenlicht, beispielsweise eine Solarzelle, vorzusehen. Dies ermöglicht es durch den Wärmetauscher sowohl Wärme als auch elektrische Energie bereitzustellen ohne hierbei C02 zu produzieren. Das in dem Sichtbereich vorgesehene Material kann insbesondere mit einer selektiven Beschichtung versehen sein, um möglichst viel Sonnenlicht zu absorbieren und/oder der Solarzelle zukommen zu lassen. Die selektive Beschichtung kann insbesondere die vorstehend beschriebene Absorptionsschicht aufweisen oder aus der vorstehend beschriebene
Absorptionsschicht bestehen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Solarthermiesegment, mit dem ein Fluid, beispielsweise Wasser oder eine Emulsion, mit Hilfe von Sonnenstrahlung erwärmt werden kann. Das Solarthermiesegment weist eine Befestigungsvorrichtung mit mehreren Befestigungsschienen beispielsweise vergleichbar zu einer Glasfassade auf. Die Befestigungsschienen der
Befestigungsvorrichtung umgreifen einen Wärmetauscher zur Wärmegewinnung aus Solarthermie im Wesentlichen rahmenförmig. Der Wärmetauscher kann wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein. Aufgrund der im Wesentlichen rahmenförmigen Befestigungsvorrichtung können mehrere jeweils einen Wärmetauscher aufweisende Solarthermiesegmente derart, vorzugsweise nebeneinander, angeordnet werden, dass sie eine größere Fläche ergeben, die zur Erwärmung des Fluids verwendet wird. Insbesondere können mehrere Solrathermiesegmente in Reihe geschaltet werden, um eine besonders große Temperaturerhöhung des durchzuleitenden Fluids zu erreichen. Ferner können mehrere Solarthermiesegmente bzw. Ansammlungen von in Reihe geschalteten Solarthermiesegmente parallel geschaltet werden, um den Massenstrom des erwärmten Fluids zu vergrößern.
Die Erfindung betrifft ferner eine Solarthermieanlage, bei der mit Hilfe von Sonnenstrahlung ein Fluid erwärmt wird. Diese Solarthermieanlage weist mehrere Solarthermiesegmente auf, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein können. Bei der
Solarthermieanlage sind die einzelnen Solarthermiesegemente zumindest in einem Teilbereich über dieselbe Befestigungsschiene miteinander verbunden. Das heißt die Befestigungsschiene einer Befestigungsvorrichtung eines ersten Solarthermiesegments ist gleichzeitig Teil einer Befestigungsvorrichtung eines zweiten Solarthermiesegments. Dadurch ist es möglich den Flächenbedarf zur Aufnahme der einzelnen Wärmetauscher zu reduzieren, so dass besonders viel Fläche für die Wärmetauscher und besonders wenig Fläche für die
Befestigungsvorrichtung vorgesehen werden kann. Die Erfindung betrifft ferner ein Gebäude das mehrere Solarthermiesegemente und/oder eine Solarthermieanlage aufweist, die jeweils wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein können. Aufgrund der stabilen Bauweise bilden die mehreren Solarthermiesegmente und/oder die Solarthemieanlage zumindest teilweise ein Dach und/oder eine Wand des Gebäudes aus. Die Solarthermiesegemnete bzw. die Solarthermieanlage sind also nicht nur beispielsweise auf Dachziegel des Daches aufgesetzt, sondern ersetzen die ansonsten erforderliche Dachkonstruktion, insbesondere Dachziegel-Eindeckung. Die
Solarthermiesegmente bzw. die Solarthermieanlage können also direkt auf die
Dachunterkonstruktion, die teilweise das Tragwerk für die Solarthermiesegmente sind, aufgesetzt werden und mit dieser verbunden sein.
Die Erfindung betrifft ferner eine Herstellanlage zur Durchführung des Verfahrens, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, insbesondere zur Herstellung des Wärmetauschers, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, mit einem Handhabungsgerät zum Positionieren eines Oberblechs und/oder eines Unterblechs, wobei das Oberblech und/oder das Unterblech mit einer Absorptionsschicht zur Absorption von Strahlung versehen ist, und einer Bestrahlungseinrichtung zum Bestrahlen zumindest eines Teils der Absorptionsschicht mit einer von der Absorptionsschicht absorbierbaren Strahlung zum Härten einer wärmehärtbaren Klebeschicht zwischen dem Oberblech und dem Unterblech bis zu einer Festigkeit zumindest in Höhe einer Handhabungsfestigkeit. Durch die Herstellanlage ist eine einfache Herstellung des Wärmetauschers ermöglicht.
Das Oberblech und/oder das Unterblech kann insbesondere mit Hilfe des Handhabungsgeräts auf einem Montageplatz positioniert werden. Dort kann das Oberblech und/oder das
Unterblech von Hand und/oder mit Hilfe einer Klebevorrichtung mit einer Klebeschicht versehen werden, bevor das selbe oder ein anderes Handhabungsgerät das jeweils andere Blech auf die Klebeschicht aufsetzt. Vorzugsweise kann mit Hilfe eines gegen einen
Gegenstempel drückenden Stempels das Oberblech und das Unterblech insbesondere im Bereich der Klebeschicht zusammengedrückt werden. Der Montageplatz befindet sich insbesondere in vertikaler Richtung zur Bestrahlungseinrichtung. Insbesondere können eine erste Bestrahlungseinrichtung oberhalb des Wärmetauschers und eine zweite
Bestrahlungseinrichtung unterhalb des Wärmetauschers positioniert sein. Der Stempel und/oder der Gegenstempel können einen Strahlungsschutz ausbilden, so dass die von der Bestrahlungseinrichtung abgegebene Strahlung im Wesentlichen nur auf den Wärmetauscher und den Stempel und/oder den Gegenstempel trifft. Die Bestrahlungseinrichtung kann eine Strahlungsquelle oder eine Mehrzahl von Strahlungsquellen aufweisen.
Vorzugsweise kann an dem Wärmetauscher ein Evakuierungsgerät, insbesondere eine Vakuumpumpe, angeschlossen werden. Vorzugsweise ist ein Ofen zum Heizen des
Wärmetauschers vorgesehen, um die Klebeschicht des Wärmetausches im Wesentlichen vollständig aushärten zu können. Insbesondere kann mit Hilfe des selben oder einem anderen Handhabungsgerät der zumindest teilweise verklebte Wärmetauscher von dem Montageplatz zu dem Ofen bewegt werden. Der Ofen weist insbesondere ein Förderband auf, auf das der Wärmetauscher abgelegt werden kann. Gegebenenfalls kann der Wärmetauscher von dem Handhabungsgerät gewendet werden, damit der Wärmetauscher mit einer flachen Seite auf dem Förderband aufliegt. Vorzugsweise weisen der Auslass und der Einlass entgegen der Schwerkraftrichtung, wenn der Wärmetauscher auf dem Förderband abgelegt wird. Vorzugsweise kann das Förderband den Wärmetauscher mit einer definierten Fördergeschwindigkeit durch den Ofen bewegen, so dass der Wärmetauscher über eine definierte Zeitspanne einem Heizen ausgesetzt wird. Der Ofen kann thermisch und/oder durch Strahlung, insbesondere vergleichbar zur Bestrahlungseinrichtung, den Wärmetauscher heizen. Vorzugsweise kann nach dem Heizen der Wärmetauscher mit Hilfe einer
Entnahmevorrichtung aus dem Ofen entnommen und beispielsweise auf ein Transportband abgelegt werden. Der Wärmetauscher kann nach dem Heizen abkühlen und während oder nach dem Abkühlen beispielsweise zu einer Entnahmestation transportiert werden, um beispielsweise gelagert und/oder verpackt zu werden.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Absorptionsschicht eines
Wärmetauschers, der insbesondere wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zum Zwecke des Härtens einer wärmehärtbaren Klebeschicht, vorzugsweise mit Hilfe eines Bestrahlens zumindest eines Teils der Absorptionsschicht mit einer von der
Absorptionsschicht absorbierbaren Strahlung. Die Absorptionsschicht wird nicht nur zur
Absorption von Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, und/oder zum Zurückhalten von Wärme und/oder Kälte eines fluiddurchströmten Körpers, sondern auch zum Herstellen, insbesondere zumindest teilweisen Härten, einer Klebeverbindung verwendet. Die Eigenschaften der Absorptionsschicht werden nicht nur nach der Herstellung, sondern auch während der Herstellung des Wärmetauschers genutzt. Dadurch ist eine einfache Herstellung des
Wärmetauschers ermöglicht.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Schnittansicht eines Wärmetauschers in einer ersten Schnittebene, Fig. 2: eine schematische Schnittansicht des Wärmetauschers aus Fig. 2 in einer zweiten Schnittebene,
Fig. 3: eine schematische Seitenansicht des Wärmetauschers aus Fig. 1 während eines Bestrahlens,
Fig. 4: eine schematische Detailansicht eines Randbereichs des Wärmetauschers aus Fig. 1,
Fig. 5: eine schematische Detailansicht eines alternativen Randbereichs des Wärmetauschers aus Fig. 1,
Fig. 6: eine schematische perspektivische Ansicht eines Unterblechs für den Wärmetauscher aus Fig. 1, Fig. 7: eine schematische perspektivische Detailansicht des Unterblechs aus Fig. 6 und
Fig. 8: eine schematische Prinzipdarstellung einer Herstellanlage zur Herstellung des Wärmetauschers aus Fig. 1. Der in Fig. 1 dargestellte Wärmetauscher 10 weist ein Unterblech 12 und ein Oberblech 14 auf. Zumindest das Oberblech 14 ist an seiner von dem Unterblech 12 wegweisenden Seite mit einer Absorptionsschicht 16 versehen, mit deren Hilfe Sonnenlicht, insbesondere im grünen, blauen, violetten und UV-Bereich absorbiert werden kann. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel ist das Oberblech 14 als einfache ebene rechteckige Platte ohne Aussparungen oder Öffnungen ausgestaltet. Das Unterblech 12 und das Oberblech 14 weisen jeweils einen umlaufenden Flansch 18 auf, wo das Unterblech 12 mit dem Oberblech 14 über eine Klebeschicht 20 verklebt ist. Die Klebeschicht 20 ist im Wesentlichen entlang des gesamten Flansches 18 geführt und bildet dadurch einen umlaufend geschlossenen Klebering 22 aus. Innerhalb des Kleberings 22 bildet das Unterblech 12 einen durch Tiefziehen hergestellten einstückigen Einlass 24 aus, der in ein durch Tiefziehen hergestelltes
Einlaufbassin 26 mündet. Das Unterblech 12 weist innerhalb des Kleberings 22 ferner einen durch Tiefziehen hergestellten einstückigen Auslass 28 aus, der in ein durch Tiefziehen hergestelltes Auslaufbassin 30 mündet. Der Einlass 26 und das Einlaufbassin 26 sind über einen Strömungskanal 32 mit dem Auslaufbassin 30 und dem Auslass 28 verbunden. Ein Fluid, insbesondere Wasser, kann von dem Einlass 24 entlang einer Strömungsrichtung 34 zu dem Auslass 28 strömen und den über die Absorptionsschicht 16 bereitgestellten
Energieeintrag als Wärme abführen.
In der in Fig. 2 gezeigten Schnittansicht des Wärmetauschers 10, die eine rechtwinklig zur Darstellung in Fig. 1 versetzte Schnittebene zeigt, sind durch das Unterblech 12 insbesondere durch Tiefziehen ausgebildete Sicken 36 zu sehen, durch die mehrere Strömungskanäle 32 seitlich zur Strömungsrichtung 34 begrenzt sind. Zwischen den Sicken 36 und dem Oberblech 14 ist zusätzlich zum Klebering 22 die Klebeschicht 20 vorgesehen, um eine besonders stabile und biegefeste Verbindung des Oberblechs 14 mit dem Unterblech 12 bereitzustellen, die auch einem auftretenden Innendruck ohne wesentliche Verformung stand halten kann. Die Sicken 36 erstrecken sich bis zum selben Niveau des Flansches 18 des Unterblechs 12, so dass die Klebeschicht 20 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet ist.
Wie in Fig. 3 dargestellt, kann zum Verkleben des Oberblechs 14 mit dem Unterblech 12 der Wärmetauscher 10 mit Hilfe eines rahmenförmigen Stempels 38, der im Bereich des
Flansches 18 den Wärmetauscher 10 gegen einen korrespondierenden rahmenförmigen Gegenstempel 40 drückt, festgehalten werden. Mit Hilfe einer Bestrahlungseinrichtung 42 kann die Absorptionsschicht 16 mit einer Strahlung 44 bestrahlt werden, die von der
Absorptionsschicht 16 bevorzugt absorbiert wird. Dadurch kann sich das Oberblech 14 erwärmen und über Wärmeleitung die Klebeschicht 20 erwärmen. Die Klebeschicht weist einen Kleber auf, der durch Wärme härtet, so dass durch das Bestrahlen des Wärmetauschers 10 bereits eine Handhabungsfestigkeit der Klebeverbindung zwischen dem Oberblech 14 und dem Unterblech 12 erreicht werden kann. Die Absorptionsschicht 16 wird von der
Bestrahlungseinrichtung 42 ausschließlich innerhalb des Stempels 38 bestrahlt, so dass der Stempel 38 gleichzeitig als Strahlungsschutz wirken kann und keine Strahlung 44 austreten lässt. Insbesondere ist der Stempel 38 umlaufend innen mit einem erhöhten
Reflexionsvermögen ausgestattet, beispielsweise durch eine Verspiegelung und/oder metallische Beschichtung und/oder polierten Oberfläche. Alternativ kann der Stempel 38 umlaufend innen mit einem erhöhten Absorptionsvermögen ausgestattet sein, so dass der Stempel 38 sich durch die Strahlung 44 erwärmen kann und durch Wärmeleitung den festgehaltenen Flansch 18 erwärmen kann, um das Aushärten des Kleberings 22 zu unterstützen. Insbesondere kann das Innere des Wärmetauschers 10 über den Einlass 24 und/oder den Auslass 28 zumindest partiell evakuiert werden, um in dem Strömungskanal 32 einen Unterdruck anzulegen. Dies unterstützt das Verkleben und ermöglicht eine gleichzeitige Dichtheitsprüfung des Kleberings 22.
Durch das hohe Absorptionsvermögen der Absorptionsschicht 16 kann für das Härten der Klebeschicht 20 ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden. Durch einen vergleichsweise geringen Energieeintrag durch das Bestrahlen kann eine vergleichsweise hohe Heizleistung für die Klebeschicht 20 erreicht werden. Verlustleistungen, beispielsweise durch
unbeabsichtigtes Heizen der Umgebungsluft, können dadurch minimiert werden. Durch das Aufbringen einer Kraft auf das Unterblech 12 und/oder das Oberblech 14 in Richtung des jeweils anderen Blechs 14, 12 mit Hilfe des Stempels 38 und/oder des im Inneren des Wärmetauschers 12 vorherrschenden Unterdrucks kann durch den verformbaren,
insbesondere pastösen, Kleber der Klebeschicht 20 ein Toleranzausgleich zwischen dem Unterblech 12 und dem Oberblech 14 herbeigeführt werden. Unebenheiten und/oder
Parallelitätstoleranzen können durch die Klebeschicht 20 automatisch ausgeglichen werden. Ferner kann die Klebeschicht 20 durch die aufgebrachte Kraft verbreitert werden, so dass sich eine vergrößerte Klebefläche zwischen der Klebeschicht 20 und dem Unterblech 12 und/oder dem Oberblech 14 ergibt, die zu einer erhöhten Festigkeit der Klebeverbindung führt.
Dadurch ergeben sich nahezu perfekte Kontaktflächen der Klebeschicht 20, die bei einem geringen Kleberverbrauch eine hohe Festigkeit und einen optimierte Wärmeübertragung zwischen dem Oberblech 14 und der Klebeschicht 20 sowie zwischen dem Unterblech 12 und der Klebeschicht 20 ermöglicht. Der durch das Bestrahlen eingebrachte Energieeintrag in das Oberblech 14 und/oder in das Unterblech 12 kann dadurch besonders schnell zu einem Härten der Klebeschicht 20 führen, so dass die erforderliche Handhabungsfestigkeit für die weiteren Herstellungsschritte des Wärmetauschers 10 entsprechend schnell erreicht ist.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Randbereich des Wärmetauschers 10 sind das Unterblech 12 und das Oberblech 14 im Bereich des Flansches 18 gerade ausgeführt, so dass sich eine besonders einfach herzustellende Verbindung zwischen dem Unterblech 12 und dem
Oberblech 14 ergibt. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Randbereich des Wärmetauschers 10 ist das Unterblech 12 umgebördelt, so dass das Unterblech 12 eine Tasche 46 ausbildet, in die der Flansch 18 des Oberblechs 14 hineinragt. Dadurch ist eine schmale Seitenfläche 48 des Oberblechs 14 innerhalb der Tasche 46 von der Klebeschicht 20 bedeckt. Die Klebeschicht 20 wirkt dadurch zusätzlich als Korrosionsschutz für die Seitenfläche 48 des Oberblechs 14. Ferner kann durch das Umbördeln etwas Kleber aus der Tasche 46 herausgedrückt werden, so dass auch eine schmale Seitenfläche 50 des Unterblechs 12 von der Klebeschicht 20 abgedeckt sein kann.
Wie in Fig. 6 und Fig. 7 dargestellt können die Sicken 36 des Unterblechs 12 im
Wesentlichen streifenförmig ausgestaltet sein und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. Die Sicken 36 können Verdickungen 52 aufweisen, durch welche die jeweilige Sicke 36 besser Scherkräften im Betrieb des Wärmetauschers 10 stand halten kann. Ferner kann das Unterblech 12 über die Verdickung 52 mit dem Oberblech 14 durch Clinchen verbunden werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Sicke 36 seitlich abstehende Ansätze 54 aufweisen, um das Unterblech 12 mit dem Oberblech 12 mechanisch zu verbinden, beispielsweise durch Clinchen, Klipsen und/oder Klemmen.
Die in Fig. 8 dargestellte Herstellanlage 56 weist ein erstes Hanghabungsgerät 58 auf, durch welches das Unterblech 12 von einem ersten Stapel 60 und das Oberblech 14 von einem zweiten Stapel 62 zu einem Montageplatz 64 bewegt werden können, wo das Unterblech 12 mit Hilfe der Bestrahlungseinrichtung 42 mit dem Oberblech 14 bis zur
Handhabungsfestigkeit zu dem Wärmetauscher 10 verklebt werden kann. Das Innere des Wärmetauschers 10 kann gleichzeitig mit Hilfe eines Evakuierungsgeräts 66, insbesondere einer Vakuumpumpe, einem Unterdruck ausgesetzt werden. Nach Erreichen der
Handhabungsfestigkeit, die nach einer ausreichenden Zeitspanne durch das Bestrahlen der Absorptionsschicht 16 mit Hilfe der Bestrahlungseinrichtung 42 erreicht ist, kann der Wärmetauscher 10 von einem zweiten Handhabungsgerät 68 einem Ofen 70 zugeführt werden, wo der Wärmetauscher 10 durch thermische Wärme und/oder Strahlung solange geheizt wird bis der wärmehärtbare Kleber der Klebeschicht 20 bis zum Erreichen einer definierten Mindestfestigkeit ausgehärtet ist. Der Wärmetauscher 10 kann mit Hilfe eines Förderbands mit einer definierten Fördergeschwindigkeit durch den Ofen 70 befördert werden. Mit Hilfe einer Entnahmevorrichtung 72 kann der ausgehärtete Wärmetauscher 10 beispielsweise auf einem Transportband 74 abgelegt werden, das den Wärmetauscher 10 zu einer Entnahmestation transportieren kann, wo der Wärmetauscher beispielsweise auskühlen, gelagert und/oder verpackt werden kann.
Insbesondere können das Unterblech 12 und das Oberblech 14 ausschließlich durch Kleben, insbesondere ausschließlich durch Aufbringen einer wärmehärtbaren Klebeschicht 20 auf das Unterblech 12 und/oder das Oberblech 14, verbunden werden, wodurch ein aufwändiges, zusätzliches form- und/oder stoffschlüssiges Verbinden zum Fixieren der Bleche bis zum
Erreichen einer Mindestaushärtung des Klebstoffes vermieden werden kann. Dadurch ist der Wärmetauscher, insbesondere vor einer Mindestaushärtung des Klebstoffes, klemmenfrei handhabbar.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10), insbesondere Solarabsorber für Solarthermie, mit den Schritten:
Bereitstellen eines Unterblechs (12),
Bereitstellen eines Oberblechs (14), wobei das Oberblech (14) und/oder das
Unterblech (12) mit einer Absorptionsschicht (16) zur Absorption von Strahlung (44) versehen ist,
Aufbringen einer wärmehärtbaren Klebeschicht (20) auf das Unterblech (12) und/oder das Oberblech (14), insbesondere durch Sprühauftrag und/oder
Raupenauftrag,
Aufsetzen des Oberblechs (14) und/oder des Unterblechs (12) auf die Klebeschicht (20), wobei die Klebeschicht (20) zumindest einen umlaufenden geschlossenen Klebering (22) ausbildet und innerhalb des Kleberings (22) ein von einem Einlass (24) zu einem Auslass (28) verlaufender Strömungskanal (32) mit Hilfe des
Unterblechs (12) und des Oberblechs (14) ausgebildet ist, und
Bestrahlen zumindest eines Teils der Absorptionsschicht (16) mit einer von der Absorptionsschicht (16) absorbierbaren Strahlung (44) bis das Oberblech (14) mit dem Unterblech (12) mit Hilfe der Klebeschicht (20) mit einer Festigkeit zumindest in Höhe einer Handhabungsfestigkeit verbunden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem nach dem Aufsetzen des Oberblechs (14)
und/oder des Unterblechs (12) auf die Klebeschicht (20) an dem Strömungskanal (32) ein Unterdruck p angelegt wird, wobei für den Unterdruck p insbesondere 0 bar < p < 1 bar, vorzugsweise 0,1 bar < p < 0,6 bar, weiter bevorzugt
0,2 bar < p < 0,5 bar und besonders bevorzugt 0,3 bar < p < 0,4 bar gilt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Absorptionsschicht (16) ein Absorptionsmaximum bei einer Wellenlänge λ von 280 nm < λ < 550 nm, insbesondere 340 nm < λ < 450 nm und vorzugsweise 360 nm < λ < 400 nm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Bestrahlen der
Absorptionsschicht (16) über einen Zeitraum t von 0,2 min < t < 30,0 min, insbesondere 0,5 min < t < 15,0 min, vorzugsweise 1,0 min < t < 10,0 min, weiter bevorzugt 2,0 min < t < 5,0 min und besonders bevorzugt t = 3,0 min ± 0,5 min erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem nach dem Bestrahlen ein Heizen der Klebeschicht (20), insbesondere mit Hilfe eines weiteren Bestrahlens zumindest eines Teils der Absorptionsschicht (16) mit einer von der
Absorptionsschicht (16) absorbierbaren Strahlung (44), erfolgt, wobei das Heizen insbesondere über einen Zeitraum T von 3,0 min < T < 20,0 min, vorzugsweise 4,0 min < T < 15 min, weiter bevorzugt 5,0 min < T < 10,0 min und besonders bevorzugt T = 7,0 min ± 0,5 min erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Unterblech (12) mindestens eine zum Oberblech (14) weisende Sicke (36) zur Versteifung des Unterblechs (12) und/oder das Oberblech (14) mindestens eine zum Unterblech (12) weisende Sicke (36) zur Versteifung des Oberblechs (14) aufweist, wobei zwischen der Sicke (36) und dem Oberblech (14) und/oder dem Unterblech (12) zumindest in einem Teilbereich der Sicke (36) die Klebeschicht (20) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem als Oberblech (14) eine ebene kontinuierlich durchgängige Platte verwendet wird, die insbesondere durch
Abschneiden und/oder Ausschneiden von einem Coil herstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Oberblech (14) und das Unterblech (12) durch Umbördeln miteinander verbunden werden, wobei im Bereich der Umbördelung eine Seitenfläche (50) des Unterblechs (12) und/oder eine
Seitenfläche (48) des Oberblechs (14) durch die Klebeschicht (20) abgedeckt ist.
Wärmetauscher, insbesondere Solarabsorber für Solarthermie, vorzugsweise herstellbar durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Unterblech (12), einem Oberblech (14), wobei das Oberblech (14) und/oder das Unterblech (12) mit einer Absorptionsschicht (16) zur Absorption von Strahlung (44) versehen ist, und einer zwischen dem Unterblech (12) und dem Oberblech (14) insbesondere durch Sprühauftrag und/oder Raupenauftrag aufgebrachten wärmehärtbaren Klebeschicht (20) zur abdichtenden Verbindung des Oberblechs (14) mit dem Unterblech (12), wobei die Klebeschicht (20) zumindest einen umlaufenden geschlossenen Klebering (22) ausbildet und innerhalb des Kleberings (22) ein von einem Einlass (24) zu einem Auslass (28) verlaufender Strömungskanal (32) durch das Unterblech (12) und das Oberblech (14) ausgebildet ist, wobei der Einlass (24) in ein Einlaufbassin (26) zur Vergleichmäßigung einer Strömung mündet und der Auslass (28) in Auslaufbassin (30) zum Zusammenführen von Strömungen mündet, wobei von dem Einlaufbassin (26) zu dem Auslaufbassin (30) verlaufende Sicken (36) zur Ausbildung von Strömungskanälen (32) durch das Unterblech (12) und/oder das Oberblech (14) ausgebildet sind, wobei die Sicken (36) mindestens eine quer zur Strömungsrichtung der Strömungskanäle (32) verlaufende Verdickung (52) aufweist.
Herstellanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere zur Herstellung des Wärmetauschers (10) nach Anspruch 9, mit einem Handhabungsgerät (58) zum Positionieren eines Oberblechs (14) und/oder eines Unterblechs (12), wobei das Oberblech (14) und/oder das Unterblech (12) mit einer Absorptionsschicht (16) zur Absorption von Strahlung (44) versehen ist, und einer Bestrahlungseinrichtung (42) zum Bestrahlen zumindest eines Teils der Absorptionsschicht (16) mit einer von der Absorptionsschicht (16) absorbierbaren Strahlung (44) zum Härten einer wärmehärtbaren Klebeschicht (20) zwischen dem Oberblech (14) und dem Unterblech (12) bis zu einer Festigkeit zumindest in Höhe einer Handhabungsfestigkeit.
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