DE102010017351A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Testen von thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelementen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Testen von thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelementen Download PDF

Info

Publication number
DE102010017351A1
DE102010017351A1 DE102010017351A DE102010017351A DE102010017351A1 DE 102010017351 A1 DE102010017351 A1 DE 102010017351A1 DE 102010017351 A DE102010017351 A DE 102010017351A DE 102010017351 A DE102010017351 A DE 102010017351A DE 102010017351 A1 DE102010017351 A1 DE 102010017351A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
component
temperature
cooling
heating
station
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102010017351A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102010017351B4 (de
Inventor
Dr. Rozumek Michael
Dr. Hack Udo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain IndustrieKeramik Roedental GmbH
Original Assignee
Saint Gobain IndustrieKeramik Roedental GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain IndustrieKeramik Roedental GmbH filed Critical Saint Gobain IndustrieKeramik Roedental GmbH
Priority to DE102010017351.7A priority Critical patent/DE102010017351B4/de
Priority to PCT/EP2011/059604 priority patent/WO2011157625A1/de
Publication of DE102010017351A1 publication Critical patent/DE102010017351A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102010017351B4 publication Critical patent/DE102010017351B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/38Concrete; Lime; Mortar; Gypsum; Bricks; Ceramics; Glass
    • G01N33/388Ceramics
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058Kind of property studied
    • G01N2203/006Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0062Crack or flaws
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0658Indicating or recording means; Sensing means using acoustic or ultrasonic detectors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen eines thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelements, wobei:
a. mindestens ein Bauelement (1) in eine Ladeeinheit (2) eingesetzt wird,
b. das Bauelement (1) mit der Ladeeinheit (2) in eine Heizstation gefahren und flächig, mittels eines Industriebrenners (3) mit 150°C/min bis 350°C/min auf eine Temperatur von 1100°C bis 1350°C erhitzt wird,
c. das aufgeheizte Bauelement mit 150°C/min bis 350°C/min auf eine Temperatur von 500°C bis 800°C gekühlt wird, wobei das Bauelement während und/oder nach der Abkühlphase auf Rissbildung untersucht wird,
d. das Bauelement in mindestens einer weiteren Stufe auf eine Raumtemperatur von 10°C bis 40°C gekühlt und dann entladen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen von thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelementen, insbesondere von Solarabsorber-Bauelementen.
  • Keramische Bauelemente, wie Solarabsorberbauelemente, zeichnen sich durch eine besonders hohe Beständigkeit gegenüber hohen thermischen Gradienten aus. Das gilt über den räumlichen Verlauf des Bauelementes als auch bei einem schnellen Wechsel der Temperatur der Bauelemente, einer sogenannten Thermoschockbelastung.
  • Besonders wichtig ist diese Eigenschaft bei der Verwendung von keramischen Bauelementen als Bestandteile von Solarabsorbern für den Betrieb solarthermischer Turmkraftwerke. Dabei wird Sonnenlicht mittels automatisch positionierender Spiegel auf einen zentralen Hochtemperaturwärmetauscher, einen sogenannten Solarreceiver, gelenkt, in dem eine Vielzahl von Solarabsorbern das konzentrierte Sonnenlicht in Wärme umwandeln. Die Oberfläche des Solarabsorbers kann auf Temperaturen von bis zu 1380°C aufgeheizt werden, wobei technisch sinnvoll handhabbare Temperaturen um die 1200°C liegen. Das Innere des Hochtemperaturwärmetauschers wird mit einem Wärmeträgermedium, wie Luft, Gas oder Wasserdampf, durchströmt. Bei Luft und Gas wird in einem zweiten Wärmetauscher Wasserdampf erzeugt, der zum Antrieb einer konventionellen Turbine und folglich zur Erzeugung elektrischer Energie dient.
  • Die Bauelemente der Solarabsorber bestehen aus Trichtern und Wabenkörpern aus Siliziumcarbid oder anderen massiven (z. B. Rohre) oder porösen Keramiken und sind beispielsweise aus DE 100 07 648 C1 und WO 2004/023048 A1 bekannt.
  • Die Hochtemperaturwärmetauscher sind im Betrieb in solarthermischen Kraftwerken starken und schnellen Temperaturwechseln ausgesetzt. Diese Temperaturwechsel betragen in der Regel bis zu 200°C/min und treten zum Beispiel durch Abschattung. der Sonneneinstrahlung beim Durchzug von Wolkenfeldern auf. Für solche Hochtemperaturwärmetauscher wird eine Nutzungsdauer von mindestens 20 Jahren angestrebt.
  • Keramische Werkstoffe weisen entsprechende Materialeigenschaften bezüglich thermischer Beständigkeit auf. Jedoch tritt bei ihnen fertigungstechnisch bedingt eine statistisch gestreute Verteilung des Defektkollektivs auf, wie Poren, Risse oder Inhomogenitäten. Als Folge dieser Fehler kann es im Einsatzfall zum Ausfall des Bauelements kommen.
  • Um einen Ausfall zu vermeiden, wird bei keramischen Bauelementen bisher ein Einzelstück-Prüfverfahren ausschließlich an Stichproben eingesetzt, bei welchem die Belastung des Bauelements in der späteren Verwendung definiert erreicht oder überschritten wird (sogenanntes Proof-Testing-Konzept). Aufgrund des Sprödbruchverhaltens von Keramik folgt bei Vorhandensein von kritischen Fehlern ein Ausfall des Bauelements. Das Bauelement muss verworfen werden.
  • Verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung von Thermo- und Thermoschockuntersuchungen von keramischen Bauelementen sind zur Durchführung von Stichproben oder zu Forschungs- und Entwicklungszwecken bekannt. So offenbart DE 296 17 871 U1 eine Vorrichtung zur Durchführung von Thermo- und Thermoschockuntersuchungen von Keramiken und Gläsern auf Basis eines tischmikroskopischen Aufbaus.
  • Bekannte Vorrichtungen zur Prüfung von Solarabsorber-Bauelementen erlauben grundsätzlich die Simulation der Sonnenbelastung mithilfe von Lampensystemen oder Laserquellen. Diese Geräte sind aber für eine kommerzielle Anwendung zum Prüfen aller Bauelemente (100%iger Proof-Test) nicht praktikabel. Die Einsatzfähigkeit dieser Geräte ist unter industriellen Fertigungsbedingungen durch die lange Aufheizzeit und die kurze Lebensdauer der Lampen und Laserquellen stark eingeschränkt. Eine Prüfung aller Bauelemente vor Verwendung ist deshalb sowohl technisch als auch finanziell nicht möglich.
  • Optimale Testbedingungen für Solarabsorber-Bauelemente unter Einsatzbedingungen finden sich in Anlagen, die ihrer Konstruktion nach den eingangs beschriebenen solarthermischen Kraftwerken entsprechen, beispielsweise bei sogenannten Dish-Konfigurationen. Dabei befindet sich im Brennpunkt der Spiegel und damit im Sammelpunkt der gebündelten Sonnenstrahlen ein Einzel-Meßplatz, auf den die zu prüfenden Bauelemente sequentiell positioniert werden. Nachteil dieser Anlagen ist, dass sie nicht fertigungsnah zur Verfügung stehen und im Betrieb natürlichen Witterungseinflüssen und damit Schwankungen in der Intensität der Sonneneinstrahlung unterliegen. Diese Anlagen erlauben somit keinen definierten Betrieb zur Serienprüfung.
  • Aus EP 0 660 101 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Serienprüfung keramischer Motorventile (in der Regel aus Siliziumnitrid) bekannt. Dabei wird das zu prüfende Ventil punktuell erhitzt, was als ausreichend für die Prüfung des Ventils für eine spätere bestimmungsgemäße Verwendung angeführt wird. Ein gültiger Beweis für die Einsatzfähigkeit des Prüfelements wird nicht erbracht. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Inspektion am Ende des Verfahrens in einem eigenen Verfahrensschritt erfolgt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein kostengünstiges und umweltfreundliches Verfahren zum Testen von hochbelastbaren, keramischen Bauelementen, insbesondere von keramischen Solarabsorber-Bauelementen, bereitzustellen, das eine industrielle 100%ige Prüfung im Proof-Testing-Modus ermöglicht.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Testen eines thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelements gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung und deren Verwendung gehen aus weiteren Ansprüchen hervor.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Testen eines thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelements wird in einem ersten Schritt (a) mindestens ein Bauelement in eine Ladeeinheit eingesetzt. Das Einsetzen der Bauelemente in die Ladeeinheit kann dabei manuell oder mittels einer automatischen Vorrichtung, wie einem Industrieroboter, erfolgen. In einem zweiten Schritt (b) wird das Bauelement mit der Ladeeinheit in eine Heizstation gefahren. In der Heizstation wird das Bauelement flächig, mittels eines Industriebrenners mit 150°C/min bis 350°C/min auf eine Temperatur von 1100°C bis 1350°C, gemessen an der Oberfläche des Bauelements, erhitzt. In einem dritten Schritt (c) wird das aufgeheizte Bauelement mit der Ladeeinheit in eine erste Kühlstation gefahren. In der Kühlstation wird das aufgeheizte Bauelement mit 150°C/min bis 350°C/min auf eine Temperatur von 500°C bis 800°C gekühlt. Während und/oder nach der Abkühlphase wird das Bauelement auf Rissbildung untersucht. In einem weiteren Schritt (d) wird das Bauelement in mindestens einer weiteren Stufe auf eine Raumtemperatur von 10°C bis 40°C gekühlt und dann entnommen.
  • Während des Aufheizens im Schritt (b) wird das Bauelement bevorzugt mit 225°C/min bis 275°C/min, auf eine Temperatur von 1100°C bis 1350°C erhitzt. Durch das schnelle Erhitzen wird das Bauelement mit hohen thermomechanischen Spannungen (Thermoschock) beaufschlagt, um fehlerhafte Bauelemente gezielt zum Ausfall zu bringen.
  • Das Bauelement wird im Schritt (b) bevorzugt mindestens einseitig, besonders bevorzugt genau einseitig, erhitzt. Durch die einseitige Erhitzung wird ein großer Temperaturgradient über den räumlichen Verlauf des Bauelements angelegt.
  • Die Temperatur der Oberfläche des Bauelements bei dem Erhitzen in der Heizstation in Schritt (b) wird bevorzugt mit mindestens einer Wärmebildkamera je Bauelement untersucht. Eine inhomogene Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Solarabsorber-Bauelements deutet auf einen Defekt in der keramischen Struktur des Bauelements hin und führt zu einem Verwerfen des Bauelements. Alternativ oder zusätzlich kann zur Bestimmung der Oberflächentemperatur auch ein Pyrometer je Bauelement eingesetzt werden.
  • Die Rissbildung im Bauelement wird während des Abkühlvorgangs im Schritt (c) bevorzugt akustisch gemessen. Die Entstehung oder Fortsetzung von Rissen in der keramischen Struktur des Bauelements kann durch knackende oder knisternde Geräusche während des Abkühlvorgangs festgestellt werden. Das Auftreten von Rissen führt zu einem Verwerfen des Bauelements.
  • Die Abkühlung des Bauelements in den Schritten (c) und (d) erfolgt bevorzugt mittels eines Gasstroms. Um das Bauelement schnell abzukühlen, wird ein Gasstrom, bevorzugt ein Luftstrom, besonders bevorzugt ein Luftstrom mit einer Temperatur von 10°C bis 50°C, auf die Oberfläche des Bauelements gelenkt.
  • Verfügt ein Bauelement über nach außen verbundene Hohlräume, kann das Bauelement, bevorzugt auch in seinem Inneren, durch das Saugen eines heißen oder kalten Gasstroms durch die Hohlräume aufgeheizt oder gekühlt werden. Die Geschwindigkeit des Heiz- oder Abkühlvorgangs wird über die Menge des Gasstroms und die Temperatur des Gases gesteuert.
  • Das Aufheizen und/oder das Abkühlen des Bauelements erfolgt linear, stufenförmig oder gepulst und/oder alternierend. Die Aneinanderreihung von Heiz- und Kühlphasen sowie das Anlegen verschiedener Temperaturstufen ermöglicht ein besonders verwendungsnahes Testen der zu prüfenden Bauelemente, um bevorzugt eine beschleunigte Thermozyklenbelastung, beispielsweise zur Lebensdauerabschätzung, durchzuführen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird des Weiteren durch eine Vorrichtung zum Testen eines thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelements gelöst. Diese Vorrichtung umfasst eine Ladestation, die mindestens eine Ladeeinheit zur Aufnahme von mindestens einem zu prüfenden Bauelement aufweist. Der Ladestation schließt sich eine Heizstation an, die mindestens einen Industriebrenner zur Erhitzung des Bauelements oder zur Erhitzung von Gas, mit dem das Bauelement beaufschlagt wird, aufweist. Der Heizstation schließt sich eine Kühlstation an, die mindestens eine Kühlvorrichtung zur Kühlung des aufgeheizten Bauelements aufweist. Der Kühlstation schließt sich eine Entladestation an, die eine Entnahmevorrichtung zum Entladen des Bauelements aus der Ladeeinheit aufweist.
  • Die Heizstation weist bevorzugt einen Industriebrenner mit einer Heizleistung von 5 kW bis 150 kW, besonders bevorzugt von 10 kW bis 50 kW auf, um die geforderten Aufheizraten zu realisieren. Der Industriebrenner wird bevorzugt mittels brennbarer Gase, wie Erdgas oder Stadtgas, oder brennbarer Flüssigkeiten, wie Heizöl, betrieben. Der Industriebrenner wird bevorzugt schwenkbar gegenüber der Oberfläche des zu prüfenden Bauelementes angebracht, so dass beliebige Winkelanordnungen zwischen der Flamme beziehungsweise dem heißen Rauchgasstrom des Industriebrenners und der Oberfläche des Bauelements eingenommen werden können.
  • Die Fläche des vom Industriebrenner beheizten Bereichs ist bevorzugt mindestens genauso groß wie die zu heizende Oberfläche des Bauelements. Die Fläche des vom Industriebrenner beheizten Bereichs kann bevorzugt durch den Einsatz mehrerer Industriebrenner skaliert werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist bevorzugt eine Ladeeinheit mit Anschlüssen und mindestens einem Gebläse auf.
  • In einer einfachen Ausführung ist das Gebläse in der Kühlstation über dem Bauelement angebracht und lenkt einen Gasstrom auf das erhitzte Bauelement. Als Gas werden bevorzugt Luft oder inerte Gase, wie Stickstoff, besonders bevorzugt Gase mit einer Temperatur von 10°C bis 50°C, verwendet.
  • Verfügt ein volumetrisches keramisches Bauelement über nach außen verbundene Hohlräume, wird das Bauelement bevorzugt durch Saugen eines Gasstroms durch die Hohlräume erhitzt oder gekühlt. Mittels Anschlüssen in der Ladeeinheit, die einseitig mit den Hohlräumen verbunden sind, wird der Gasstrom durch das Bauelement geführt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Gebläse in Form eines Saugzugs fest mit der Ladeeinheit verbunden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Gebläse in Form von Saugzügen in der Heizstation und in der Kühlstation vorhanden. Die Saugzüge sind über die Ladeeinheit mit den Hohlräumen des Bauelements verbunden. In der Heizstation kann mit dem Saugzug das heiße Rauchgas des Industriebrenners durch die Hohlräume des Bauelements gesaugt werden. Das Bauelement wird damit effizient erhitzt. In der Kühlstation kann mit dem Saugzug ein kalter Gasstrom durch die Hohlräume des Bauelements gesaugt werden. Das Bauelement wird damit effizient gekühlt. Die Geschwindigkeit des Heiz- oder Abkühlvorgangs des Bauelements wird über die Menge des Gasstroms gesteuert.
  • Die Vorrichtung enthält in der Ladeeinheit und/oder am zu prüfenden Bauelement bevorzugt mindestens einen Temperatursensor, besonders bevorzugt ein Thermoelement. Der Temperatursensor ermöglicht die Messung der Temperatur des Bauelementes und/oder der Gasaustrittstemperatur, des das Bauelement durchströmenden Gases und kann zur Überwachung des Prozesses verwendet werden.
  • Beim gegenwärtigen Stand der Technik werden die solarthermischen Turmkraftwerke über die Gasaustrittstemperatur geführt. Diese Betriebsführung wird durch die erfindungsgemäße Anordnung nachgebildet. Denkbar ist aber alternativ auch eine Betriebsführung über die Oberflächentemperatur, die beispielsweise pyrometrisch oder mittels Wärmebildkamera ermittelt werden kann.
  • Die Heizstation enthält bevorzugt mindestens ein Pyrometer und/oder mindestens eine Wärmebildkamera zur Messung der Temperatur und/oder der Temperaturverteilung der Oberfläche des Bauelements bei der Erhitzung.
  • Mindestens eine Kühlstation enthält bevorzugt mindestens ein Mikrofon zur Messung der Rissbildung während der Abkühlphase. Eine Rissbildung in einem keramischen Bauelement äußert sich durch knackende oder knisternde Geräusche.
  • Die Erfindung umfasst des Weiteren die Verwendung der Vorrichtung zum Testen eines thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelements, bevorzugt eines Hochtemperaturwärmetauschers und/oder eines Solarabsorber-Bauelements.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und eines Beispiels näher erläutert. Die Zeichnung ist eine rein schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 den Verlauf der Temperatur der Oberfläche (9) eines Solarabsorber-Bauelements (1) während der einzelnen Verfahrensschritte.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. In der Ladestation werden vier Solarabsorber-Bauelemente (1) in eine Ladeeinheit (2) eingesetzt (11). In 1 sind jeweils zwei Solarabsorber-Bauelemente (1) pro Ladeeinheit (2) dargestellt. Die Solarabsorber-Bauelemente (1) bestehen aus einer wabenförmig-durchbrochenen Struktur aus Siliziumcarbid mit einer quadratischen Stirnfläche von 140 mm × 140 mm. Die Ladeeinheit (2) verfügt über vier Absorbertrichter (13) zur Aufnahme jeweils eines Solarabsorber-Bauelementes (1). In 1 sind jeweils zwei Absorbertrichter (13) dargestellt. Der Absorbertrichter (13) besteht aus einem quadratischen, keramischen Trichter, der in ein kreisrundes Rohr mit einem Durchmesser von 80 mm mündet.
  • Anschließend wird die Ladeeinheit (2) mit den Solarabsorber-Bauelementen (1) von der Ladestation in eine Heizstation transportiert. In der Heizstation ist ein mit Erdgas befeuerter Industriebrenner (3) angebracht. Die Flamme beziehungsweise der heiße Rauchgasstrom (10) des Industriebrenners weist dabei in Richtung der Oberfläche (9) des Solarabsorber-Bauelements. Unter der Ladeeinheit (2) befindet sich ein Saugzug (4). Der Saugzug (4) saugt das heiße Rauchgas durch die wabenförmigen Aussparungen des Solarabsorber-Bauelements (1) nach unten (8). Die bei der Prüfung anfallende Wärmenergie wird bevorzugt über einen Wärmetauscher abgenommen und einer weiteren Verwendung zugeführt (nicht dargestellt)
  • Die Gasaustrittstemperatur wird mittig im Gasaustrittsstrom direkt unterhalb des Absorbertrichters (13) mit einem Temperatursensor (5) gemessen. Als Temperatursensor (5) wird ein Thermoelement verwendet. Die Temperaturmessung dient der Überwachung der Temperatur des Solarabsorber-Bauelements (1) während des Prozesses.
  • Mittels der Flamme und der heißen Rauchgase (10) des Industriebrenners wird die Oberfläche (9) des Solarabsorber-Bauelements mit 225°C/min bis 275°C/min, innerhalb von 3 min bis 5 min, auf Temperaturen von 1100°C bis 1350°C geheizt. Anschließend wird die Temperatur der Oberfläche (9) für 1 min bis 2 min im Bereich von 1100°C bis 1350°C konstant gehalten.
  • Die Heizstation verfügt je zu prüfendem Solarabsorber-Bauelement (1) über eine Wärmebildkamera (6), von denen zwei in der 1 dargestellt sind. Während des Aufheizens und der Haltezeit wird die Temperaturverteilung der Oberfläche (9) des Solarabsorber-Bauelements gemessen. Eine inhomogene Temperaturverteilung auf der Oberfläche (9) des Solarabsorber-Bauelements (1) deutet auf einen Defekt in der Struktur des Bauelements (1) und führt zu einem Verwerfen des Bauelements.
  • Anschließend wird die Ladeeinheit (2) mit den erhitzten Bauelementen (1) von der Heizstation in eine erste Kühlstation (I) transportiert. Mittels eines Saugzugs (4) wird Luft mit Raumtemperatur von 20°C bis 30°C durch die wabenförmigen Aussparungen des Bauelements gesaugt (8). Innerhalb der ersten 2 min bis 3 min in der Kühlstation (I) wird die heiße Oberfläche (9) des Bauelements (1) mit 150°C/min bis 350°C/min auf eine Temperatur von 500°C bis 800°C abgekühlt. Die Geschwindigkeit des Abkühlvorgangs wird über die Menge des Luftstroms gesteuert.
  • In der Kühlstation (I) ist je Solarabsorber-Bauelement (1) ein Mikrofon (7) angebracht, von denen zwei in 1 dargestellt sind. Mit den Mikrofonen (7) kann eine Rissbildung in der keramischen Struktur der Solarabsorber-Bauelemente (1) während des Abkühlvorgangs akustisch gemessen werden. Eine Rissbildung äußert sich durch knackende oder knisternde Geräusche.
  • Anschließend wird die Ladeeinheit (2) mit den Solarabsorber-Bauelementen (1) von der ersten Kühlstation (I) in weitere Kühlstationen (II, III) transportiert und auf eine Raumtemperatur von 20°C bis 30°C abgekühlt.
  • Anschließend wird die Ladeeinheit (2) mit den Solarabsorber-Bauelementen (1) von der dritten Kühlstation (III) in ein Entladestation transportiert. Dort werden die Solarabsorber-Bauelemente (1) optisch auf Defekte, wie Risse oder Brüche in der Oberfläche, untersucht. Die Solarabsorber-Bauelemente (1) werden aus der Ladeeinheit (2) entnommen (12) und bei Gutbefund weiterverarbeitet.
  • Das Aufheizen der Oberfläche des Solarabsorber-Bauelements mit 225°C/min bis 275°C/min auf Temperaturen von 1100°C bis 1350°C und Abkühlen mit 150°C/min bis 350°C/min auf eine Temperatur von 500°C bis 800°C entspricht einer Prüfung des Bauelements über den Verwendungsbereich im solarthermischen Kraftwerk hinaus. Das Testverfahren gewährleistet die volle Funktionsfähigkeit des Bauelements in der späteren Anwendung.
  • 2 zeigt den Verlauf der Temperatur der Oberfläche (9) eines Solarabsorber-Bauelements während des Heiz- und Abkühlungsprozesses aus 1. In der Heizstation wird die Oberfläche (9) des Solarabsorber-Bauelements mit 225°C/min bis 275°C/min, innerhalb von 3 min bis 5 min, auf Temperaturen von 1100°C bis 1350°C geheizt. Anschließend wird die Temperatur der Oberfläche (9) für 1 min bis 2 min im Bereich von 1100°C bis 1350°C konstant gehalten. Die an den Temperatursensoren gemessenen Gasaustrittstemperaturen (5) liegen um 200°C bis 300°C unter den Temperaturen der Oberfläche (9) der Bauelemente (1).
  • In der ersten Kühlstation (I) wird die heiße Oberfläche (9) des Solarabsorber-Bauelements durch einen Luftstrom mit 150°C/min bis 350°C/min, innerhalb von 2 min bis 3 min, auf eine Temperatur von 500°C bis 800°C abgekühlt. Aufgrund der geringer werdenden Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Solarabsorber-Bauelements (1) und der Temperatur der Luft zum Kühlen, verlangsamt sich die Geschwindigkeit des Abkühlens des Solarabsorber-Bauelements (1).
  • In Kühlstation (II) und Kühlstation (III) wird die Temperatur des Solarabsorber-Bauelements auf eine Raumtemperatur von 20°C bis 30°C abgekühlt.
  • Es zeigen:
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    thermisch hochbelastbares, keramisches Bauelement/Solarabsorber-Bauelement
    2
    Ladeeinheit
    3
    Industriebrenner
    4
    Saugzug/Gebläse mit Anschlüssen an (2)
    5
    Temperatursensor/Thermoelement
    6
    Wärmebildkamera/Pyrometer
    7
    Mikrofon
    8
    Richtung des Gasstroms in der Betriebsart „Saugen”
    9
    Oberfläche von (1)
    10
    Flamme des Industriebrenners (3)/heißer Rauchgasstrom
    11
    Richtung des Einsetzens von (1) in (2)
    12
    Richtung der Entnahme von (1) aus (2)
    13
    Absorbertrichter zur Aufnahme jeweils eines Solarabsorber-Bauelements (1)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10007648 C1 [0004]
    • WO 2004/023048 A1 [0004]
    • DE 29617871 U1 [0008]
    • EP 0660101 A1 [0011]

Claims (14)

  1. Verfahren zum Testen eines thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelements, wobei: a. mindestens ein Bauelement (1) in eine Ladeeinheit (2) eingesetzt wird, b. das Bauelement (1) mit der Ladeeinheit (2) in eine Heizstation gefahren und flächig, mittels eines Industriebrenners (3) mit 150°C/min bis 350°C/min auf eine Temperatur von 1100°C bis 1350°C erhitzt wird, c. das aufgeheizte Bauelement mit 150°C/min bis 350°C/min auf eine Temperatur von 500°C bis 800°C gekühlt wird, wobei das Bauelement während und/oder nach der Abkühlphase auf Rissbildung untersucht wird, d. das Bauelement in mindestens einer weiteren Stufe auf eine Raumtemperatur von 10°C bis 40°C gekühlt und dann entladen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bauelement bevorzugt mit 225°C/min bis 275°C/min auf eine Temperatur von 1100°C bis 1350°C erhitzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bauelement mindestens einseitig erhitzt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Temperatur der Oberfläche (9) des Bauelements (1) beim Erhitzen und in der Haltezeit im Schritt (b) mit mindestens einer Wärmebildkamera und/oder mit mindestens einem Pyrometer (6) gemessen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Rissbildung im Bauelement während des Abkühlvorgangs im Schritt (c) akustisch gemessen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abkühlung des Bauelements in den Schritten (c) und (d) mittels eines Gasstroms erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Aufheizen und/oder das Abkühlen des Bauelements (1) linear, stufenförmig oder gepulst und/oder alternierend erfolgt.
  8. Vorrichtung zum Testen eines thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelements (1), umfassend: a. Ladestation, die mindestens eine Ladeeinheit (2) zur Aufnahme von mindestens einem zu prüfenden Bauelement (1) aufweist, b. Heizstation nach der Ladestation, die mindestens einen Industriebrenner (3) zur Erhitzung des Bauelements (1) oder zur Erhitzung von Gas, mit dem das Bauelement (1) beaufschlagt wird, aufweist, c. Kühlstation nach der Heizstation, die mindestens eine Kühlvorrichtung zur Kühlung des aufgeheizten Bauelements (1) aufweist, d. Entladestation nach der Kühlstation, die mindestens eine Entnahmevorrichtung zum Entladen des Bauelements (1) aus der Ladeeinheit (2) aufweist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Industriebrenner (3) eine Heizleistung von 5 kW bis 150 kW, bevorzugt von 10 kW bis 50 kW, aufweist und der bevorzugt mittels brennbarer Gase oder Flüssigkeiten betrieben wird.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, die in der Ladeeinheit (2) Anschlüsse und mindestens ein Gebläse (4) aufweist und bei volumetrischen keramischen Bauelementen heißes und/oder kaltes Gas durch das Bauelement saugt oder bläst.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, die in der Ladeeinheit (2) und/oder am zu prüfenden Bauelement (1) mindestens einen Temperatursensor je Bauelement (5), bevorzugt ein Thermoelement, zur Messung der Gasaustrittstemperatur des Bauelements und/oder des durchströmenden Gases enthält.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, die in der Heizstation mindestens ein Pyrometer und/oder mindestens eine Wärmebildkamera (6) zur Messung der Temperatur und/oder der Temperaturverteilung der Oberfläche (9) des Bauelements bei und/oder nach der Erhitzung enthält.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, die in der Abkühlstation mindestens ein Mikrofon (7) zur Messung der Rissbildung während der Abkühlphase enthält.
  14. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13 zum Testen eines thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelements (1), bevorzugt eines Hochtemperaturwärmetauschers und/oder eines Solarabsorber-Bauelements.
DE102010017351.7A 2010-06-14 2010-06-14 Verfahren zum Testen von thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelementen Active DE102010017351B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010017351.7A DE102010017351B4 (de) 2010-06-14 2010-06-14 Verfahren zum Testen von thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelementen
PCT/EP2011/059604 WO2011157625A1 (de) 2010-06-14 2011-06-09 Verfahren und vorrichtung zum testen von thermisch hochbelastbaren, keramischen bauelementen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010017351.7A DE102010017351B4 (de) 2010-06-14 2010-06-14 Verfahren zum Testen von thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelementen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102010017351A1 true DE102010017351A1 (de) 2011-12-15
DE102010017351B4 DE102010017351B4 (de) 2021-12-23

Family

ID=44458228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102010017351.7A Active DE102010017351B4 (de) 2010-06-14 2010-06-14 Verfahren zum Testen von thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelementen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010017351B4 (de)
WO (1) WO2011157625A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016023055A1 (de) 2014-08-11 2016-02-18 Materials Center Leoben Forschung Gmbh Verfahren zur prüfung eines körpers mit sprödem materialverhalten
DE102016201647A1 (de) 2016-02-03 2017-08-03 Aktiebolaget Skf Verfahren zur Prüfung einer keramischen Komponente

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117232660B (zh) * 2023-11-13 2024-02-06 珠海市申科谱工业科技有限公司 一种非接触式红外热成像测温在线检测设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0660101A2 (de) 1993-12-24 1995-06-28 Ngk Ceramics Europe S.A. Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen keramischer Teile
DE29617871U1 (de) 1996-10-19 1997-05-07 Reichert, Heinz-Günther, Dipl.-Ing., 73760 Ostfildern Vorrichtung zur Durchführung von Thermo- und Thermoschockmaterialuntersuchungen
DE10007648C1 (de) 2000-02-19 2001-09-06 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Hochtemperatur-Solarabsorber
WO2004023048A1 (en) 2002-09-06 2004-03-18 Kraftanlagen Munchen Gmbh Combined and simplified ceramic or metallic volumetric absorber modules

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4793716A (en) * 1987-11-18 1988-12-27 Gte Laboratories Incorporated Thermal shock test apparatus and the method of testing
DE4419750C1 (de) * 1994-06-06 1995-06-22 Siemens Ag Prooftest für keramische Bauteile
US5567051A (en) 1994-08-08 1996-10-22 Alliedsignal Inc. Thermal testing of ceramic components using a thermal gradient
JPH08184543A (ja) 1994-12-28 1996-07-16 Marumi Daini Seito:Kk 陶磁器製品の品質検査装置
US5967660A (en) 1997-06-06 1999-10-19 Ford Global Technologies, Inc. Accelerated thermal fatigue testing of engine combustion chambers
JP2006292523A (ja) * 2005-04-08 2006-10-26 Kanazawa Inst Of Technology 熱衝撃試験装置
DE102007045636A1 (de) * 2007-09-25 2009-04-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Ermittlung der Thermoschockrobustheit und Materialfestigkeit von sprödversagenden Materialien
US20090116533A1 (en) * 2007-11-02 2009-05-07 General Electric Company Method and apparatus for testing and evaluating machine components under simulated in-situ thermal operating conditions

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0660101A2 (de) 1993-12-24 1995-06-28 Ngk Ceramics Europe S.A. Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen keramischer Teile
DE29617871U1 (de) 1996-10-19 1997-05-07 Reichert, Heinz-Günther, Dipl.-Ing., 73760 Ostfildern Vorrichtung zur Durchführung von Thermo- und Thermoschockmaterialuntersuchungen
DE10007648C1 (de) 2000-02-19 2001-09-06 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Hochtemperatur-Solarabsorber
WO2004023048A1 (en) 2002-09-06 2004-03-18 Kraftanlagen Munchen Gmbh Combined and simplified ceramic or metallic volumetric absorber modules

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016023055A1 (de) 2014-08-11 2016-02-18 Materials Center Leoben Forschung Gmbh Verfahren zur prüfung eines körpers mit sprödem materialverhalten
DE102016201647A1 (de) 2016-02-03 2017-08-03 Aktiebolaget Skf Verfahren zur Prüfung einer keramischen Komponente
EP3203208A2 (de) 2016-02-03 2017-08-09 Aktiebolaget SKF Verfahren zur pruefung einer keramischen komponente

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011157625A1 (de) 2011-12-22
DE102010017351B4 (de) 2021-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Quay et al. Spatially resolved measurements of soot volume fraction using laser-induced incandescence
DE102005001163B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Testen von Halbleiterwafern mittels einer temperierbaren Aufspanneinrichtung
DE102004057215B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Testen von Halbleiterwafern mittels einer Sondenkarte unter Verwendung eines temperierten Fluidstrahls
Panda et al. Thermal shock and thermal fatigue study of ceramic materials on a newly developed ascending thermal shock test equipment
DE102012105101B3 (de) Thermoanalysevorrichtung
Tracy et al. A new experimental approach for in situ damage assessment in fibrous ceramic matrix composites at high temperature
DE102010017351A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Testen von thermisch hochbelastbaren, keramischen Bauelementen
CN104833687A (zh) 一种用于小角散射实验的热台
CN105043914A (zh) 一种评定高温合金热疲劳性的试验方法及装置
CN110320236B (zh) 大型风力机叶片内部缺陷深度的红外测量方法
WO2016023055A1 (de) Verfahren zur prüfung eines körpers mit sprödem materialverhalten
Dickau et al. Demonstration of the CPMA-electrometer system for calibrating black carbon particulate mass instruments
Suzuki et al. Change of the effective strength of grain boundaries in Alloy 617 under creep-fatigue loadings at 800 C
DE102013011149A1 (de) Messapparatur, Verfahren zum Untersuchen von Belägen auf einer Belagssonde, Verbrennungsanlage und Verfahren zum Betrieb einer derartigen Verbrennungsanlage
Derrough et al. Behaviour of nanoparticles during high temperature treatment (Incineration type)
CN107076688A (zh) 表征复合材料特别是具有有机基质的复合材料的热时效的方法
DE9406227U1 (de) Temperaturwechsel-Prüfeinrichtung
EP2195633A1 (de) Verfahren zur ermittlung der thermoschockrobustheit und materialfestigkeit von sprödversagenden materialien
AT512728B1 (de) Verfahren zur Kalibrierung eines Streulichtmessgerätes
AT511622A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum reinigen von filtern und katalysatoren
JPH10170503A (ja) 焼戻しマルテンサイト耐熱鋼のクリープ寿命評価方法
DE102008007318A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes eines Gases
DE102016214854B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Charakterisierung von Ablagerungen
DE102014203863A1 (de) Sensor-Vorrichtung und Verfahren zur Analyse eines Gasgemischs in einem Prozessraum
CN114397326B (zh) 一种红外涂层的稳定性评估系统

Legal Events

Date Code Title Description
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R082 Change of representative

Representative=s name: OBERMAIR, CHRISTIAN, DR. RER. NAT., DE