DE102014013600A1

DE102014013600A1 - Solarabsorber, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung

Info

Publication number: DE102014013600A1
Application number: DE102014013600.0A
Authority: DE
Inventors: Gregor Luthe
Original assignee: Windplussonne GmbH
Current assignee: Windplussonne GmbH
Priority date: 2014-09-13
Filing date: 2014-09-13
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Solarabsorber (1) gemäß 1, umfassend – mindestens eine offenporige und/oder geschlossenporige, makro-, mikro- und/oder nanoporige, unverstärkte und/oder makro-, mikro- und/oder nanofaserverstärke Keramikschaumplatte (2) mit einer im eingebauten Zustand der Sonne zugewandten, horizontalen Oberfläche (2'), einer gegenüberliegenden, im eingebauten Zustand der Sonne abgewandten, horizontalen Oberfläche (2'') und einer umlaufenden, im Wesentlichen vertikalen oder vertikalen Seitenfläche (2''') sowie – mindestens eine Kanalstruktur (3) für mindestens ein Wärmetauschermedium in der Oberfläche (2'), Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen Solarabsorber zur Aufnahme und Umwandlung von Sonnenenergie und Erwärmung eines Fluids oder Wärmetauschermediums.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren zur Herstellung eines Solarabsorbers.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des neuen Solarabsorbers und des nach dem neuen Verfahren hergestellten Solarabsorbers.
Stand der Technik
Der in der vorliegenden Anmeldung zitierte Stand der Technik wird durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.
Solarabsorber, Sonnenkollektoren, Solarkollektoren oder thermische solare Flachkollektoren oder Solarflachkollektoren, bei denen transparente, strahlendurchlässige Behälter oder Rohre direkt von einem flüssigen oder gasförmigen Wärmetauschermedium durchströmt werden, das die von der Sonne gelieferte Strahlungsenergie absorbiert, sind seit langem bekannt (vgl. z. B. die deutsche Patentanmeldung DE 44 31 124 A1 ).
Außerdem ist die Verwendung von Schaumglas in Solarabsorbern bekannt.
So ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 42 02 477 A1 ein Solarabsorber oder Sonnenluftkonvektor bekannt, dessen Grundkörper aus Schaumglas mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit besteht und schlangenförmige oder parallele Luftkanäle aufweist und mit Verbundglas abgedeckt ist. Mehrere dieser Sonnenluftkonvektoren können durch rohrförmige Verbindungsstücke aus Schaumglas miteinander verbunden werden
Außerdem ist aus der niederländischen Patentanmeldung NL 9500177 ein Solarabsorber bekannt, worin Schaumglas als Isoliermaterial verwendet wird.
Des Weiteren geht aus der deutschen Patentanmeldung DE 197 18 694 A1 ein Schaumglasgranulat, das mit Kobaltoxid gefärbt oder beschichtet ist, hervor. Dieses Schaumglasgranulat wird durch Granulieren eines Gemischs aus Glasmehl, einem Blähmittel oder Treibmittel wie Braunstein und einem Bindemittel wie Bentonit, Trocknen des Granulates, Beschichten desselben mit einer Kobaltverbindung wie Kobaltcarbonat und danach mit einem Trennmittel wie Magnesiumoxid und anschließendem Aufschäumen hergestellt. Anschließend wird das Trennmittel von dem resultierenden Schaumglasgranulat entfernt. In den Solarabsorbern wird das Schaumglasgranulat direkt von dem flüssigen oder gasförmigen Wärmetauschermedium durchströmt.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 027 309 A1 oder der europäischen Patentanmeldung EP 2 131 120 A2 sind Solaranlagen bekannt, die ein Fassadenelement und einen Solarflachkollektor aufweisen. Der Solarflachkollektor umfasst einen die Solarstrahlung absorbierenden Absorber mit einer von einem Solarfluid durchströmbaren Kanalstruktur und einem den Absorber in einem Innenraum aufnehmenden, zumindest teilweise solarstrahlungsdurchlässigen Gehäuse. Das Gehäuse weist einen Isolierungsteil aus Schaumglas, beispielsweise Solarglas, Foamglas, recyceltes Foamglas, transparentes oder teiltransparentes Foamglas oder Altglas auf. Die Anordnung umfasst ferner eine den Isolierungsteil und den Innenraum verschließende Glasabdeckung auf.
In einer Ausführungsform dieser bekannten Solarflachkollektoren ist die Kanalstruktur als in den Isolierungsteil eingeprägte Kanalabschnitte ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich die Kanalstruktur zumindest teilweise mit einfachen Fertigungsverfahren ausformen. Die Kanalabschnitte können parallel oder der Reihe nach von dem Solarfluid durchströmt werden. So lassen sich zusätzliche Komponenten zur Ausbildung einer Kanalstruktur einsparen. Das Formen der Kanalstruktur in dem Isolierungsteil kann bereits bei der Herstellung der Schaumglasplatten oder auch in einem nachfolgenden Arbeitsschritt erfolgen, beispielsweise durch teilweises Aufschmelzen, spanende Bearbeitung und/oder Einfügen eines separaten Rohres.
Das Isolierungsteil kann mittelbar oder unmittelbar mit einer Glasabdeckung verbunden sein, sodass die Kanalabschnitte zumindest teilweise von dem Isolierungsteil und der Glasabdeckung umschlossen ausgebildet sind. Das Isolierungsteil kann mittelbar oder unmittelbar mit einer Glasabdeckung verbunden sein, sodass die Kanalabschnitte zumindest teilweise von dem Isolierungsteil und der Glasabdeckung umschlossen ausgebildet sind. Im Hinblick auf eine Integration der Solarkollektorkomponenten kann ein mit Kanalabschnitten versehener Isolierungsteil mit einer beschichteten Glasabdeckung zu einer Einheit verklebt sein.
Es wird des Weiteren betont, dass die Verwendung von Plattenware aus Schaumglas, die mit einer Wasser- oder wärmeträgerdichten Kanalstruktur versehen ist, einen einfachen Aufbau eines Absorber-Wärmedämmungsverbunds, der im Wesentlichen aus Glas mit einer geringen Menge an Metalloxid an der Absorptionsschicht, besteht. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Glasabdeckung des Absorbers sind kaum unterschiedlich, so dass in dem Verbund kaum Spannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen auftreten. Es ist Solarflachkollektoraufbau möglich, bei dem etwa 80% bis 90% der Gesamtmasse aus Glas bestehen. Metallische Bauteile und Kunststoffe sind nur zu einem wesentlich untergeordneten Anteil vorhanden.
Nicht zuletzt ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 2012/093062 A2 ein thermischer Solarflachkollektor bekannt, der ein randseitig wasserdicht abgeschlossenes, mit einem Zu- und Ablauf versehenes Leitungssystem für ein Wärmeträgermedium, mindestens zwei der Sonne zugewandte, mit Abstand voneinander angeordneten Glasscheiben mit einer der Sonne abgewandten Wärmeisolationsschicht und einem Kollektorboden aufweist. Der Kollektorboden bildet die untere Wand des Leitungssystems für ein Wärmeträgermedium und ist in der Form von Schwarzglas ausgebildet. Die der Sonne abgewandte Wärmeisolationsschicht besteht aus Schaumglas, beispielsweise Schaumglas aus Schwarzglas, mit geschlossener Porosität. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Wärmeisolationsschicht und des Kollektorbodens sind aufeinander abgestimmt.
Die Isolationsschicht von Schaumglas aus Schwarzglas, beispielsweise Schaumglas aus Schwarzglas mit angesinterter Oberfläche, kann gleichzeitig den Kollektorboden bilden.
Das Schaumglas selbst kann nicht nur zur Wärmedämmung, sondern auch als Absorber dienen. Hierfür werden die Flutkanäle direkt in das leicht zu bearbeitende Schaumglas eingefräst. Das Zerbröseln des Schaumglases soll durch eine Ansinterung der Glasoberflächen und die damit erzielte Glättung verhindert werden. Dies stellt auch für den Formgebungsprozess eine Alternative dar. Dabei kann bei der Schaumglasherstellung in einer geschlossenen Form mit den benötigten Konturen bei speziellen Temperatur-Zeit-Kurven der komplette Absorber mit verglasten Gesamtoberflächen gebildet werden, wobei im heißen Zustand eine thermische Nachbehandlung der Oberflächen zur Verglasung notwendig sein kann. In diesem Prozess könnten feinporöse Formen notwendig werden.
Aus der spanischen Patentanmeldung ES 2 398 119 und dem Artikel von L. Alonso Pastor, C. Bedoya, B. Lauret und F. Alonso, »F2E3: A Transparent semi-monocoque VIP Envelope«, International Conference on Green Building Materials and Civil Engineering (GBMCE 2011), ist eine Wandkonstruktion in Halbschalenbauweise bekannt, die aus vakuumisolierten Paneelen aufgebaut ist. Jedes Paneel umfasst ein Gehäuse aus zwei Folienbahnen aus Polymethylmethacrylat, das mit Siliciumdioxid-Cellulose-Nanofasern verstärkt ist. Das Gehäuse bildet eine Vakuumkammer, in der ein Druck von 1 hPa (1 mbar) herrscht. Die Vakuumkammer ist mit einem monolithischen Kieselsäure-Aerogel gefüllt. Die Verwendung der Paneele als Solarabsorber wird nicht beschrieben.
Die bekannten Solarabsorber auf der Basis von Schaumglas, das sowohl den Absorber und die Wärmeisolation als auch die Kanalstruktur für ein flüssiges Wärmetauschermedium bildet, weisen indes Nachteile auf.
So ist die Schaumglasstruktur auch bei Verwendung von geschlossenporigen Schäumen nicht völlig fluiddicht, insbesondere nicht dicht gegenüber Wasser oder wasserhaltigen Lösemittel wie Gemischen aus Wasser und Glykol, Glycerin oder Propylenglykol. Dies bedeutet aber, dass sich die Schaumglasstruktur mit der Zeit mit dem Wärmetauschermedium füllt, wodurch sich das Gesamtgewicht des Solarabsorbers spürbar erhöht. Eine solche Gewichtszunahme hat natürlich gravierende Folgen für die Stabilität der einzelnen Solarabsorber und für die Statik von Solardächern und Solarfassaden insgesamt. Dies kann so weit gehen, dass sich in den Solarabsorbern Risse bilden können, die im Lauf der Zeit einen Bruch der einzelnen Solarabsorber bewirken. Außerdem können die zu schwer gewordenen Solarabsorber die tragenden Strukturen der betreffenden Solardächer und Solarfassaden so stark belasten, dass sie in ihrer Funktion stark beeinträchtigt werden und im schlimmsten Fall sogar zusammenbrechen. Dadurch verkehrt sich der ursprüngliche Vorteil der bekannten Solarabsorber auf der Basis von Schaumglas, nämlich ihr leichtes Gewicht, in das Gegenteil.
Hinzu kommt noch, dass bei der Verwendung von wasserhaltigen Lösemitteln als Wärmetauschermedium ihr Eindringen und ihre Speicherung in sowie ihr Austreten aus der Schaumglasstruktur, insbesondere an deren Rückseite und seitlichen Kanten, ein erhebliches Brandrisiko darstellen.
Die Ansinterung der Oberfläche der Schaumglasstruktur bietet für die genannten Probleme keine befriedigende Lösung. Zum einen stellt die Ansinterung durch teilweises Aufschmelzen einen zusätzlichen Verfahrensschritt dar, der sich nur schlecht steuern und regeln lässt, einen hohen Energieaufwand erfordert und außerdem schlecht reproduzierbare Ergebnisse liefert. Des Weiteren ist die gebildete Glashaut starr und brüchig und reißt leicht bei mechanischer Belastung, beispielsweise wenn die Solarabsorber durch starken Wind und/oder Regen Erschütterungen ausgesetzt sind oder sich unter einer Schneelast und/oder Eislast durchbiegen.
Es ist daher in hohem Maße wünschenswert, einen Solarabsorber vorzuschlagen, der die Nachteile der bekannten Solarabsorber auf der Basis von Schaumglas nicht mehr aufweist, der aber die Vorteile von Schaumglas wie chemische Stabilität, Hitzestabilität, Korrosionsstabilität und leichtes Gewicht weiterhin bietet.
Man hat daher nach Alternativen gesucht.
Glaskeramiken unterscheiden sich von Gläsern dadurch, dass Erstere teilkristallinen sind, wogegen Gläser amorph sind (vgl. Thieme Römpp Online 2014, »Glaskeramik«). Solarabsorber auf der Basis von Glaskeramiken sind indes nicht bekannt.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2010 036 383 A1 sind Solarbauelemente für Solarthermieanlagen bekannt, die ein Absorberelement wie ein flaches Blech, das auf seiner Sonne zugewandten Seite mit einer Licht absorbierenden Farbe beschichtet ist, oder ein Photovoltaikelement, wenigstens ein mit dem Absorberelement gekoppeltes Rohr für ein fluides Wärmemedium und wenigstens eine feste Isolierung, die das Rohr relativ zum Absorberelement fixiert, aufweisen. Die feste Isolierung kann aus Schaumglas, Holz oder Kunststoff, insbesondere einem ausgehärtetem Kunststoffschaum, insbesondere aus Polyurethan oder Polyisocyanurat bestehen.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2009 040 039 A1 ist ein solarthermische Absorber bekannt, der ein Metallschaum aufweist, der mindestens ein die Wärme aufnehmendes Medium führendes Rohr ganz oder teilweise umschließt und mit diesem thermisch leitend, insbesondere stoffschlüssig, verbunden ist. Der Metallschaum ist auf der nach dem Einbau dem einfallenden Sonnenlicht zugewandten Seite offenporig oder geschlossenporig. Zur besseren Absorption oder geringerer Emission des einfallenden Sonnenlichts ist die dem einfallenden Sonnenlicht zugewandte Seite beschichtet oder eingefärbt, insbesondere mit schwarzer Farbe.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2009 022 932 B4 ist ein Solarkollektor mit mindestens einem thermischen Absorber aus einer metallischen oder metallisierten, vernetzten 3D-Schaumstruktur zum Absorbieren von Solarstrahlung bekannt, der von einem Gehäuse umgeben ist. Insbesondere besteht der Absorber aus einem offenporigen Metallschaum aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder Kupfer und einer Kupferlegierung, die sich durch eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnen. Als Alternativen zu Metallschaum werden offenporige Kunststoffschäume (z. B. Polyurethan-Schaum) oder Keramikschäume, die mit Metall beschichtet sind, genannt. Der Sonnenkollektor weist des Weiteren eine thermische Isolation auf, die aber nicht näher spezifiziert wird.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2011 076 189 A1 ist Solarflachkollektor mit einem Grundkörper, einem Wärmetauschersystem und einer Absorberfläche bekannt. Der Grundkörper umfasst eine einteilige Grundplatte, in welche ein Kanalsystem für das Wärmetauscher-Fluid eingeformt, vorzugsweise eingefräst ist. Insbesondere besteht der Grundkörper aus hoch verdichtetem Polyurethanschaum, vorzugsweise aus Recycling-Material.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 20 2012 103 819 U1 ist ein Solarkollektor mit einem Absorber und einem Tragekörper bekannt. Der Absorberkörper besteht aus einem Metall, der mit einer Metallfolie derart verbunden ist, dass ein Strömungspfad für das den Absorber der strömende Fluid ausgebildet ist. Der Tragekörper steht vorzugsweise aus einem hoch temperaturbeständigen SMC-Werkstoff, der ein duroplastisches Harz, insbesondere ein ungesättigtes Polyesterharz (OP-Harz) oder ein Vinylesterharz (VE-Harz) oder ein Epoxid-Harz (EP-Harz), einen Füllstoff und/oder Glasfasern enthält. Als Füllstoff kommt unter anderem Calciumsilicat in Betracht.
Indes können die genannten Alternativen nicht die vorstehend geschilderten Probleme lösen. So sind die Sonnenkollektoren mit Metallschäumen schwer und erfordern eine zusätzliche Isolierung, weil ansonsten die absorbierte Wärme wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit der Metallschäume in unerwünschter Weise abgeführt wird und nicht im Wärmetauschermedium verbleibt. Die Polyurethanschäume und die Polyisocyanuratschäume widerstehen nur sehr schlecht den hohen Stillstandstemperaturen von bis zu 350°C. Nicht zuletzt ist der Aufwand, die Materialien zu recyceln, vergleichsweise aufwändig
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 20 2012 103 819 U1 ist ein Solarabsorber bekannt, der einen Absorberkörper mit einem Energieaufnahmeabschnitt und eine Metallfolie umfasst, der in einem Tragekörper aufgenommen ist. Der Absorberkörper und/oder die Metallfolie sind aus Aluminium, Stahl, Kupfer oder einem Aluminium-Kupfer-Plattinierungsverbund aufgebaut. Der Tragekörper besteht aus einem hochtemperaturbeständigen Kompositmaterial. Vorzugsweise wird ein SMC-Werkstoff verwendet, der ein duroplastisches Harz, einen Füllstoff und/oder Glasfasern enthält. Als Füllstoff kann unter anderem Calciumsilicat verwendet werden. Das Calciumsilicat liegt demnach nicht in der Form von Calciumsilicatschaumplatten vor.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Demnach lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die geschilderten Nachteile der bekannten Solarabsorber zu beheben. Dabei sollte der wesentliche Vorteil der bekannten Solarabsorber, nämlich ihr leichtes Gewicht, die gute Isolierung und der weit gehende Verzicht auf die Verwendung von Metallen, insbesondere Edelmetallen wie Kupfer, in vollem Umfang erhalten bleiben.
Insbesondere sollte die Keramikschaumstruktur völlig fluiddicht sein, insbesondere dicht gegenüber Wasser oder wasserhaltigen Lösemitteln wie Gemischen aus Wasser und Glykol, Glycerin, Propylenglykol und/oder Salzen sein. Die Keramikschaumstruktur sollte sich auch nicht mit der Zeit mit dem Wärmetauschermedium füllen, wodurch sich das Gesamtgewicht des Solarabsorbers mit der Zeit auch nicht mehr erhöhen soll. Somit sollten die gravierenden Folgen einer Gewichtszunahme für die Stabilität der einzelnen Solarabsorber und für die Statik von Solardächern und Solarfassaden insgesamt von vornherein verhindert werden. insbesondere sollten sich in den Solarabsorbern keine Risse mehr bilden, die im Lauf der Zeit einen Bruch der einzelnen Solarabsorber bewirken. Außerdem sollten die tragenden Strukturen der betreffenden Solardächer und Solarfassaden so stabil bleiben, dass sie in ihrer Funktion nicht mehr beeinträchtigt werden oder im schlimmsten Fall sogar zusammenbrechen. Dadurch sollte wirksam verhindert werden, dass sich der ursprüngliche Vorteil der bekannten Solarabsorber auf der Basis von Schaumglas, nämlich ihr leichtes Gewicht, in das Gegenteil verkehrt.
Des Weiteren sollte bei der Verwendung von wasserhaltigen Lösemitteln als Wärmetauschermedium das Brandrisiko durch das Eindringen und die Speicherung in sowie das Austreten aus der Keramikschaumstruktur signifikant verringert werden.
Nicht zuletzt sollten die neuen Solarabsorber bei mechanischer Belastung, beispielsweise wenn sie durch starken Wind und/oder Regen Erschütterungen ausgesetzt werden oder sich unter einer Schneelast und/oder Eislast durchbiegen, nicht mehr beschädigt werden.
Durch eine Lösung der geschilderten Probleme sollte es außerdem möglich werden, die neuen Solarabsorber neuartigen Verwendungen zuzuführen.
Erfindungsgemäße Lösung
Demgemäß wurde ein Solarabsorber (1) gefunden, der

– mindestens eine offenporige und/oder geschlossenporige, makro-, mikro- und/oder nanoporige, unverstärkte und/oder makro-, mikro- und/oder nanofaserverstärke Keramikschaumplatte (2) mit einer im eingebauten Zustand der Sonne zugewandten, horizontalen Oberfläche (2'), einer gegenüberliegenden, im eingebauten Zustand der Sonne abgewandten, horizontalen Oberfläche (2'') und einer umlaufenden, im Wesentlichen vertikalen oder vertikalen Seitenfläche (2''') sowie
– mindestens eine Kanalstruktur (3) für mindestens ein Wärmetauschermedium in der Oberfläche (2')

Außerdem wurde das neue Verfahren zur Herstellung eines Solarabsorbers (1) gefunden, das zumindest die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

– Bereitstellung einer Keramikschaumstoffplatte (2) der gewünschten Stärke durch Urformen,
– Zuschneiden, Sägen und/oder Fräsen der Schaumstoffplatten (2) auf die gewünschten Abmessungen unter Bildung einer später der Sonne zugewandten, horizontalen Oberfläche (2'), einer später der Sonne abgewandten, horizontalen Oberfläche (2'') und einer umlaufenden, im Wesentlichen vertikalen oder vertikalen Seitenfläche (2''),
– Herstellung mindestens einer Kanalstruktur (3) für das Wärmetauschermedium zumindest in der Oberfläche (2') durch Urformen, Umformen und/oder abtragendes Trennen,
– Herstellung mindestens einer Bohrung zur Aufnahme mindestens eines Zulaufs (18) für das kalte Wärmetauschermedium K zu der mindestens einen Kanalstruktur (3) durch Urformen, Umformen und/oder abtragendes Trennen sowie
– Herstellung mindestens einer Bohrung zur Aufnahme mindestens eines Ablaufs (19) für das erwärmte Wärmetauschermedium H aus der mindestens einen Kanalstruktur (3) durch Urformen, Umformen und/oder abtragendes Trennen oder alternativ
– Herstellung einer Keramikschaumstoffplatte (2), umfassend zumindest vorgefertigte Oberflächen (2'), (2''), (2'''), mindestens eine vorgefertigte Kanalstruktur (3) und mindestens zwei vorgefertigte Bohrungen zur Aufnahme mindestens eines Zulaufs (18) und mindestens eines Ablaufs (19), durch Urformen, und
– Beschichten zumindest der Wandungen der mindestens einen Kanalstruktur (3) mit mindestens einer Beschichtung (4), die gegenüber dem Wärmetauschermedium undurchlässig und chemisch stabil ist und mindestens ein optisch transparentes und/oder opakes, festes Material enthält oder hieraus besteht, wobei das feste Material aus der Gruppe, bestehend aus Glas, Metallen, metallorganischen Polymeren, thermoplastischen Polymeren und duroplastischen Polymeren, ausgewählt wird.

Nicht zuletzt wurde die Verwendung des erfindungsgemäßen Solarabsorbers und des gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellten Solarabsorbers zur Herstellung von funktionalen und/oder dekorativen Abdeckungen für vertikale oder geneigte Flächen und von transparenten Fenstern sowie als funktionale und/oder dekorative Lichtquellen, Lichtleiter und Klimaanlagen und als Bioreaktoren gefunden, die im Folgenden als »erfindungsgemäße Verwendung« bezeichnet wird.
Vorteile der Erfindung
Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde lag, mithilfe des erfindungsgemäßen Solarabsorbers, des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens und der erfindungsgemäßen Verwendung gelöst werden konnte.
Insbesondere war es überraschend, dass der erfindungsgemäße Solarabsorber die Nachteile der bekannten Solarabsorber behob und zugleich der wesentliche Vorteil, nämlich das leichte Gewicht, in vollem Umfang erhalten blieb.
Insbesondere war die Keramikschaumstruktur völlig fluiddicht, insbesondere dicht gegenüber Wasser, Wasser-Salz-Lösungen oder wasserhaltigen Lösemitteln wie Gemischen aus Wasser, und Glykol, Glycerin oder Propylenglykol. Die Keramikschaumstruktur füllte sich auch nicht mit der Zeit mit dem Wärmetauschermedium, so dass sich das Gesamtgewicht des Solarabsorbers mit der Zeit auch nicht mehr erhöhte. Somit konnten die gravierenden Folgen einer Gewichtszunahme für die Stabilität der einzelnen Solarabsorber und für die Statik von Solardächern und Solarfassaden insgesamt von vornherein verhindert werden. Insbesondere bildeten sich in den Solarabsorbern keine Risse mehr, die im Lauf der Zeit einen Bruch der einzelnen Solarabsorber bewirkten. Außerdem blieben die tragenden Strukturen der betreffenden Solardächer und Solarfassaden so stabil, dass sie in ihrer Funktion nicht mehr beeinträchtigt wurden oder im schlimmsten Fall sogar zusammenbrachen. Dadurch konnte wirksam verhindert werden, dass sich der ursprüngliche Vorteil der bekannten Solarabsorber auf der Basis von Schaumglas, nämlich ihr leichtes Gewicht, in das Gegenteil verkehrte.
Des Weiteren konnte bei der Verwendung von wasserhaltigen Lösemitteln als Wärmetauschermedium das Brandrisiko, hervorgerufen durch das Eindringen und die Speicherung des Wärmetauschermediums in sowie sein Austreten aus der Keramikschaumstruktur, signifikant verringert werden.
Nicht zuletzt wurden die erfindungsgemäßen Solarabsorber bei mechanischer Belastung, beispielsweise wenn sie durch starken Wind und/oder Regen Erschütterungen ausgesetzt wurden oder sich unter einer Schneelast und/oder Eislast durchbogen, nicht mehr beschädigt.
Insbesondere widerstanden die erfindungsgemäßen Solarabsorber problemlos den hohen Standtemperaturen, d. h. den Temperaturen, die sich aufgrund von einfallender Solarstrahlung bei Stillstand des Wärmetauschermediums durch die fehlende Wärmeableitung einstellten. Bekanntermaßen können diese Temperaturen bis zu 350°C erreichen.
Aufgrund der zahlreichen Vorteile der erfindungsgemäßen Solarabsorber war es außerdem möglich, die erfindungsgemäßen Solarabsorber zahlreichen neuartigen Verwendungen zuzuführen.
Nicht zuletzt konnten die erfindungsgemäßen Solarabsorber mithilfe des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in einfacher Weise zuverlässig besonders rasch, mit sehr geringer oder sogar ohne Ausschussrate hergestellt werden.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Definitionen
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet »makroporös«, dass die betreffenden Poren in einem Keramikschaum einen mittleren Porendurchmesser p₅₀ ≥ 1 mm haben.
»Mikroporös« bedeutet, dass die betreffenden Poren in einem Keramikschaum einen mittleren Porendurchmesser p₅₀ ≥ 1 μm bis ≤ 1000 μm haben.
»Nanoporös« bedeutet, dass die betreffenden Poren in einem Keramikschaum einen mittleren Porendurchmesser p₅₀ ≤ 1000 nm haben.
»Makroskalig« bedeutet, dass z. B. der mittlere Korndurchmesser d₅₀ eines partikulären Materials ≥ 1 mm ist.
»Mikroskalig« bedeutet, dass z. B. der mittlere Korndurchmesser d₅₀ eines partikulären Materials ≥ 1 μm bis ≤ 1000 μm ist.
»Nanoskalig« bedeutet, dass z. B. der mittlere Korndurchmesser d₅₀ eines partikulären Materials ≤ 1000 nm ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet »im Wesentlichen«, »etwa« oder »in etwa«, dass die betreffende Eigenschaft, wie z. B. »vertikal«, »horizontal« oder »parallel«, nur insoweit von der exakt erfüllten Eigenschaft abweicht, als die Abweichung die Funktion der erfindungsgemäßen Solarabsorber nicht beeinträchtigt oder innerhalb der üblichen Fertigungstoleranzen und/oder Messgenauigkeiten liegt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff »Keramik« sowohl Oxidkeramik als auch Nichtoxidkeramik.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet »transparent«, dass die Keramikschaumplatte eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht, insbesondere Sonnenlicht, von mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 40%, bevorzugt mindestens 50% und insbesondere mindestens 60% hat.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet »opak«, dass die Keramikschaumplatte eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht, insbesondere Sonnenlicht, < 30% und bevorzugt < 20% hat. Die opake Keramikschaumplatte kann indes auch undurchsichtig sein, d. h., sie hat keine oder nur eine sehr geringe Durchlässigkeit für sichtbares Licht.
Bevorzugte Ausführungsformen
Der erfindungsgemäße Solarabsorber umfasst mindestens eine, insbesondere eine, offenporige und/oder geschlossenporige, makro-, mikro-, und/oder nanoporige, und verstärkte und/oder makro-, mikro- und/oder nanofaserverstärkte Keramikschaumplatte.
Die Keramikschaumplatte ist aus einer Oxidkeramik und/oder Nichtoxidkeramik aufgebaut. Beispiele geeigneter Keramikschaumplatten sind Schaumplatten auf der Basis von Aluminiumoxid-, Borcarbid-, Bornitrid-, Bornitridcarbid-, Calciumsilicat-, Hafniumcarbid-, Siliciumoxid-, Siliciumcarbid-, Siliciumnitrid-, Siliciumoxidnitrid-, Siliciumoxidcarbid-, Siliciumnitridcarbid-, Siliciumoxidnitridcarbid-, Glaskeramik, Tantalcarbid-, Zinkcarbid- oder Zirkonoxidkeramiken oder Schaumplatten, die aus mindestens zwei Komponenten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Borcarbid, Bornitrid, Bornitridcarbid, Calciumsilikat, Hafniumcarbid, Siliciumoxid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Siliciumoxidnitrid, Siliciumoxidcarbid, Siliciumnitridcarbid, Siliciumoxidnitridcarbid, Siliciumaluminiumoxidnitrid, Glaskeramik, Tantalcarbid, Zinkcarbid und Zirkonoxid, aufgebaut sind.
Im Unterschied zu allen anderen Werkstoffen gilt, dass Keramikerzeugnisse, insbesondere Oxidkeramiken, erst aus den Rohstoffen geformt werden und dann (also nach der Formgebung) in einem Hochtemperaturprozess oder Sinter-Vorgang mit dem Ziel der Stoffwandlung zur Herstellung stoffschlüssiger Verbindungen zwischen den Rohstoffkörnern in den keramischen Werkstoff überführt werden. Die Rohstoffe haben also – abweichend von den anderen Werkstoffen – zwei grundsätzliche Aufgaben: Sie müssen einerseits die chemische Zusammensetzung der gewünschten keramischen Werkstoffe garantieren und andererseits zuvor deren Formgebung erlauben. Der Keramikrohling weist somit eine deutlich geringere mechanische Festigkeit als beispielsweise ein metallischer Rohling auf. Er trägt deshalb auch die Bezeichnung Grünling, was nichts mit der Farbe zu tun hat.
Die Herstellung der Keramikerzeugnisse umfasst, unabhängig von der Zusammensetzung, stets folgende Schritte:

1. Erzeugung der Rohstoffe,
2. Herstellung der keramischen Masse,
3. Formgebung,
4. Entfernung der Hilfsmittel wie Wasser und/oder organische Additive für die Formgebung,
5. Gegebenenfalls mechanische Bearbeitung der Rohlinge oder Glasieren,
6. keramischer Brand sowie
7. Unterschiedliche Verfahren der Nachbehandlung und Veredelung einschließlich Glasieren oder Dekorieren und nochmaliger Brand.

Thieme Römpp Online 2014, Version 3.45, »Keramik, Tabelle 1: Formgebungsverfahren für tonkeramische Massen mit Produktionsbeispielen« gibt einen Überblick über die Herstellung von Oxidkeramiken. Beispiele geeigneter Oxidkeramiken gehen aus den deutschen Patentanmeldungen DE 196 28 820 A1 , ScienceDaily^®, »Novel Ceramic Foam is Safe and Effective Insulation«, 18. Mai 2001, der Firmenschrift »Promat High Perfomance Insulation, Theoretische Grundlagen der technischen Wärmedämmung«, oder dem Artikel von F. Luthardt und Jörg Adler, »A Ceramic Foaming Technology for High-Temperature Insulation Materials«, Fraunhofer IKTS Annual Report 2012/13, Seiten 32 und 33 hervor.
Nichtoxidkeramiken enthalten keinen Sauerstoff. Die Anionen sind stattdessen Kohlenstoff, Stickstoff, Bor und Silicium. Eine Ausnahme bilden einige wenige Mischkeramiken, die außer den genannten Anionen auch etwas Sauerstoff enthalten wie z. B. Siliciumaluminiumoxidnitrid.
Aber auch die Kationen unterscheiden sich deutlich von den Oxidkeramiken. Wenn Silicium und Bor als Kationen auftreten, herrscht die homöopolare Bindung vor, so dass man eigentlich nicht chemisch exakt von Kation und Anion sprechen kann. Befinden sich dagegen zum Beispiel Titan, Zirkonium, Niob oder Wolfram im Kristallgitter dann bilden diese im Werkstoff Schichten mit metallischer Bindung, die mit den in sich homöopolar gebundenen Kohlenstoff-, Stickstoff-, Bor- oder Siliciumsschichten heteropolar gebunden sind.
Alkali- und Erdalkali-Kationen, die in sehr vielen Oxidkeramiken und nahezu allen Silicatkeramiken enthalten sind, findet man in Nichtoxidkeramiken nicht, es sei denn als Verunreinigung oder – in der Ausnahme – als Dotand.
Weitere Einzelheiten zu Nichtoxidkeramiken finden sich in Thieme Römpp Online 2014 Version 3.45, »Nichtoxidkeramik«. Beispiele geeigneter Nichtoxidkeramiken gehen des Weiteren aus der amerikanischen Patentanmeldung US 2014/0206525 A1 und den deutschen Patentanmeldungen DE 102 07 860 A1 und DE 10 2012 021 906 A1 hervor.
Glaskeramiken sind polykristalline Festkörper mit mehr als 30% Glasphase die durch gesteuerte Kristallisation von Gläsern hergestellt werden. Die Kristalle entstehen durch Wärmebehandlung eines geeigneten Glases, sind in der Regel farblos und bewirken eine räumliche Streuung des in den Werkstoff eintretenden Lichts.
Beispiele geeigneter Glaskeramiken sind das

– MgO × Al₂O₃ × nSiO₂-System (MAS-System),
– ZnO × Al2O₃ × nSiO₂ (ZAS-System),
– LiO × Al2O₃ × nSiO₂ (LAS-System) und
– KMg₃[(F, OH)₂AlSi₃O₁₀] (Phlogopit).

Weitere Einzelheiten zu Glaskeramiken finden sich in Thieme Römpp Online 2014 Version 3.45, »Glaskeramik«, in der internationalen Patentanmeldung WO 2010/081561 A1 , »Optisch durchlässige Glas- und Glaskeramikschäume, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung« sowie in dem Artikel von A. M. Marques und A. M. Bernardin, »Ceramic Foams made from Plain Glass Cullets«, Qualicer 2008, Seiten 89 bis 93.
Ganz besonders bevorzugt werden Calciumsilicatschaumplatten verwendet.
Die Calciumsilicatschaumplatten sind übliche und bekannte, am Markt erhältliche Produkte und können durch einen hydrothermalen Verfahrensprozess aus Sinn fein gemahlenen Rohstoffen Kalk und Sand in einer Wassersuspension mit geringem Feststoffanteil und Zusätzen hergestellt werden. Die mineralogische Umwandlungen die Hauptphasen Tobermorit 5CaO × 6SiO₂ × 5,5H₂O (etwa 10% Wasser, bis 650°C beständig) und Xonolit 6CaO × 6SiO₂ × H₂O (etwa 3% Wasser, bis 850°C beständig) erfolgt in Autoklaven. Die wasserfreie Phase Wollastonit 3CaO × 3SiO₂ erhöht als Zuschlagstoff die Temperaturbeständigkeit. Die Entwässerungsreaktionen bestimmen den Grad der Schwindung und somit die Anwendungsgrenzen des Materials.
Wenn das Aufschäumen in einer entsprechend geformten Form durchgeführt wird, können die Calciumsilicatschaumplatten mit den nachstehend im Detail beschriebenen Merkmalen durch Urformen direkt hergestellt werden.
Die Calciumsilicate sind im Allgemeinen frei von organischen Bindemitteln. Die mittlere Porengröße dieser Materialien liegt im μm-Bereich und ist verantwortlich für die niedrige Wärmeleitfähigkeit. Die Produkte besitzen eine „Zement”-Matrix und sind beständig gegen Wasser und Wasserdampf. Sie faulen und schimmeln nicht und bilden keinen Nährboden für Schädlinge. Sie können mithilfe spezieller Schutzanstriche leicht gegen Feuchteaufnahme und gegen chemisch aggressive Medien geschützt werden.
Calciumsilicatschaumplatten werden beispielsweise von der Firma Promat GmbH, Ratingen, Deutschland, vertrieben.
Die Durchlässigkeit der Keramikschaumstoffplatten für IR- und UV-Strahlung kann beispielsweise durch die Verwendung von IR- und/oder UV-Strahlung absorbierenden Pigmenten eingestellt werden.
Die Keramikschaumstoffplatten können bunt oder unbunt sein. Zu der Definition dieser Eigenschaften wird auf Römpp-Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1998, »Unbuntpunkt«, »Buntheit« und »Buntton« verwiesen. Demnach kann die Calciumsilicatschaumplatte weiß, grau oder schwarz mit unterschiedlichen Helligkeiten sein oder mindestens eine Farbe aus dem CIELAB-Farbenraum (vgl. Römpp-Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1998, »CIELAB-Farbenraum, -System« aufweisen. Vorzugsweise wird die Buntheit mithilfe anorganischer Pigmente, insbesondere Weißpigmente, Buntpigmente, Schwarzpigmente, Glanzpigmente und Leuchtpigmente oder Pigmente entsprechend DIN 55944: 1990-04 wie Oxid/Oxidhydroxid-Pigmente, oxidische Mischphasenpigmente, Sulfid-/Sulfidselenid-Pigmente, Carbonat-Pigmente, Chromat-/Chromat-Molybdat-Mischphasenpigmente, Cadmium-Pigmente, Komplexsalz-Pigmente, Silikat-Pigmente und Füllstoffe, die sich nur aufgrund ihrer Brechzahl und damit ihres Deck- und Streuvermögens von Weißpigmenten unterscheiden. Zu weiteren Einzelheiten wird auf Römpp-Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1998, »Anorganische Pigmente«, insbesondere die Tabelle »Unterteilung anorgan. Pigmente nach kolorist. Gesichtspunkten« auf Seite 35, »Pigmente«, »Weißpigmente«, »Buntpigmente«, »Anorganische Buntpigmente«, »Schwarzpigmente«, »Glanzpigmente« und »Leuchtpigmente« verwiesen. Die Buntheit kann aber auch durch die Einlagerung von farbgebenden Ionen und/oder metallischen Nanopartikeln, insbesondere Silber- und Gold-Nanopartikeln, eingestellt werden, wie es auch von Buntglasfenstern bekannt ist.
Die Buntheit und der Buntton können aber auch durch entsprechende bunte Beschichtungen eingestellt werden.
Vorzugsweise werden die Verstärkungsfasern, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus nanoskaligen, mikroskaligen und makroskaligen Glasfasern, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhren, Fullerenen, Keramikfasern, Borfasern, Stahlfasern, Naturfasern und Kunststofffasern, ausgewählt.
Beispiele geeigneter Naturfasern sind Holzfasern, Flachsfasern, Hanffasern, Textilfasern sowie subtropische und tropische Fasern wie Baumwollfasern, Bambusfasern, Jutefasern, Ramiefasern und Sisalfasern.
Beispiele geeigneter Kunststofffasern sind Aramidfasern, Kevlarfasern, Polyamidfasern, Polyesterfasern, Polyolefinfasern und Teflonfasern.
Die Keramikschaumplatte weist im eingebauten Zustand eine der Sonne zugewandte, horizontale Oberfläche, eine gegenüberliegende, im eingebauten Zustand der Sonne abgewandte, horizontale Oberfläche und eine umlaufenden, im Wesentlichen vertikale oder vertikale Seitenfläche auf.
Die beiden horizontalen Oberflächen sind im Wesentlichen oder exakt parallel zueinander angeordnet.
Die Umrisse der horizontalen Oberflächen können breit variieren und daher hervorragend den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Vorzugsweise sind die Umrisse kreisförmig, elliptisch, oval oder nierenförmig sowie dreieckig, viereckig, bevorzugt rechteckig, quadratisch, rautenförmig oder trapezförmig, fünfeckig, sechseckig, siebeneckig, achteckig, neuneckig oder zehneckig, wobei die Ecken und/oder Kanten abgerundet sein können oder die Kanten konkav oder konvex bogenförmig, wellenförmig und/oder zickzackförmig verlaufen können.
Aufgrund der Vielfalt möglicher Umrisse der Keramikschaumplatten können die erfindungsgemäßen Solarabsorber in besonders vorteilhafter Weise zu den unterschiedlichsten funktionalen und/oder dekorativen Mustern zusammengefügt werden.
Vorzugsweise sind die beiden horizontalen Oberflächen im Wesentlichen oder exakt deckungsgleich.
Die Stärke der Keramikschaumplatten kann ebenfalls breit variieren und daher hervorragend den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Vorzugsweise ist die Stärke so bemessen, dass die Calciumsilicatschaumplatte mechanisch stabil ist. Bevorzugt liegt die Stärke im Bereich von 1 bis 20 cm, besonders bevorzugt 2 bis 10 cm und insbesondere 3 bis 10 cm.
Ebenso können die Abmessungen der horizontalen Oberflächen breit variieren und daher hervorragend den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Vorzugsweise liegen die Breite und die Länge der horizontalen Oberflächen im Bereich von 10 cm bis 5 m, bevorzugt 20 cm bis 4,5 m, besonders bevorzugt 25 cm bis 4 m und insbesondere 30 cm bis 3,5 m. In einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Breite und die Länge in etwa bei oder exakt bei 1 m, so dass eine Fläche von etwa oder exakt 1 m² resultiert. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt die Breite in etwa bei oder exakt 1 m und die Länge in etwa bei oder exakt bei 1,5 m oder 2 m.
Die Keramikschaumplatten können offenporig oder geschlossenporig sein. Vorzugsweise sind sie geschlossenporig.
Zumindest die im eingebauten Zustand der Sonne zugewandte horizontale Oberfläche weist mindestens eine, insbesondere eine, Kanalstruktur für mindestens ein, insbesondere ein, Wärmetauschermedium auf. Vorzugsweise ist diese Kanalstruktur an ihrer im eingebauten Zustand der Sonne zugewandten Seite offen.
Zusätzlich kann die im eingebauten Zustand der Sonne abgewandte horizontale Oberfläche ebenfalls mindestens eine, insbesondere eine Kanalstruktur für mindestens ein, insbesondere ein, Wärmetauschermedium aufweisen. Vorzugsweise ist diese Kanalstruktur an ihrer im eingebauten Zustand der Sonne abgewandten Seite offen.
Des Weiteren kann sich auch im Inneren der Schaumglasplatte zusätzlich mindestens eine, insbesondere eine, Kanalstruktur befinden. Diese Kanalstruktur ist von dem Keramikschaum umschlossen.
Die Kanalstruktur kann in ihrer Geometrie sehr breit variieren und daher hervorragend den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden.
So kann die Kanalstruktur schlangenförmig, mäanderförmig, wellenförmig, zickzackförmig und/oder spiralförmig verlaufen, wobei diese Verlaufsformen beliebig miteinander kombiniert werden können. Beispielsweise kann die Kanalstruktur schlangenförmig verlaufen, wobei die einzelnen Windungen wellenförmig, zickzackförmig und/oder mäanderförmig verlaufen können.
Die Kanalstruktur kann indes auch eine flächenförmige Vertiefung sein, die vom Wärmetauschermedium beispielsweise in der Form eines Fallfilms durchströmt wird. In der flächenförmigen Vertiefung können voneinander räumlich isolierte und/oder miteinander verbundene Erhebungen vorhanden sein, die als Strömungsverteiler oder Strömungsbrecher dienen, an denen sich in dem fließenden Wärmetauschermedium Wirbel bilden können.
Vorzugsweise weist die flächenförmige Vertiefung eine der vorstehend beschriebenen Umrisse auf.
Es können in ein und derselben Keramikschaumplatte auch zwei oder mehr flächenförmige Vertiefungen vorhanden sein, die in Fließrichtung des Wärmetauschermediums in Serie oder parallel geschaltet werden. Die mindestens zwei flächenförmigen Vertiefungen sind durch Kanäle mit einer engeren lichten Weite fluidmäßig miteinander verbunden.
Des Weiteren kann die Kanalstruktur eine bionische Struktur, wie sie beispielsweise von Strukturen von Adersystemen bekannt ist, haben. Ein Beispiel für eine solche Struktur wird in dem Artikel von F. Steinbach, Lotta Koch, A. Erman Tekkaya und Michael Hermann, »Stahl trifft Bionik«, Sonne Wind & Wärme, 01/2014, Seiten 88 und 89, beschrieben.
Die Strecke, die das Wärmetauschermedium durchströmt, wird in der Hauptsache von der Länge, Weite und der Form der Kanalstruktur sowie der Weite ihrer oberen Öffnung bestimmt. Vorzugsweise ist diese Strecke, insbesondere bei einer schlangenförmigen Kanalstruktur, ein Vielfaches der Länge der Schaumglasplatte. Beispielsweise kann die schlangenförmige Kanalstruktur bei einer Schaumglasplatte der Abmessungen 2 m auf 1 m je nach Anzahl der Schlangen 5 m bis 500 m betragen.
Ebenso kann der Kanalquerschnitt breit variieren und deshalb hervorragend den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. So kann der Kanalquerschnitt V-förmig oder U-förmig sein, wobei die Tiefe des V oder des U kürzer oder länger als die oder gleich der Weite der oberen Öffnung sein kann. Außerdem kann der Kanalquerschnitt kreisbogenförmig vorzugsweise mit einem Mittelpunktswinkel α von 90° bis 180° und im Falle des nachstehend beschriebenen, separaten, zusammenhängenden Glasbauteils auch kreisförmig sein. Des Weiteren kann der Kanalquerschnitt die Form einer flachen Wanne mit im Wesentlichen vertikalen, vertikalen oder gebogenen Rändern haben, wobei innerhalb der Wanne Strömungsverteiler oder Strömungsbrecher vorhanden sein können, die aus dem Wannenboden herausragen. Darüber hinaus kann der Kanalquerschnitt rechteckig sein, wobei die im Wesentlichen vertikalen oder vertikalen Seitenwände oder die geneigten Seitenwände kürzer oder länger als oder gleich lang wie die Weite der oberen Öffnung und/oder des Bodens sein kann.
Der Kanalquerschnitt kann innerhalb ein und derselben Kanalstruktur variieren. Beispielsweise können zwei oder mehr flache, flächenförmige Vertiefungen in Serie oder parallel miteinander fluidmäßig durch Kanalstrukturen mit einer im Vergleich geringeren lichten Weite verbunden werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter »lichter Weite« der Durchmesser der oberen Öffnung der Querschnitte durch die offenen Kanalstrukturen oder der Durchmesser der geschlossenen Kanalstrukturen im Inneren der Schaumglasplatte verstanden.
Die lichte Weite der Kanalstruktur kann ebenfalls breit variieren und so hervorragend den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Vorzugsweise liegt die lichte Weite im Bereich von 0,5 cm bis 2 m, bevorzugt 1 cm bis 1,75 m und insbesondere 1 cm bis 1,5 m.
Die mindestens eine Kanalstruktur weist mindestens einen, insbesondere einen, Zulauf sowie mindestens einen, insbesondere einen, Ablauf für das Wärmetauschermedium auf. Vorzugsweise sind Zulauf und Ablauf im Inneren der Schaumglasplatte angeordnet. Sie führen zu der vertikalen Seitenfläche und/oder zu mindestens einer der beiden horizontalen Oberflächen der Schaumglasplatte. Besonders bevorzugt sind ihre Wandungen mit mindestens einer der nachstehend beschriebenen Beschichtungen beschichtet.
Zulauf und Ablauf führen jeweils zu einem Kupplungselement, das mit jeweils einem komplementären Kupplungselement mindestens eines weiteren anliegenden erfindungsgemäßen Solarabsorbers und/oder mit mindestens einer Zulaufleitung und Ablaufleitung fluiddicht verbunden werden kann, so dass fluidmäßige Verbindungen für das mindestens eine nachstehend beschriebene Wärmetauschermedium resultieren.
Als komplementäre Kupplungselemente können übliche und bekannte Vorrichtungen wie Bayonettverbindungen, Klemmverbindungen, Steckverbindungen, Kegelschliffverbindungen, Kugelschliffverbindungen, plattenförmige Verbindungen oder Schraubverbindungen verwendet werden. Vorzugsweise werden Steckverbindungen, insbesondere Schnellverschlusskupplungen, verwendet. Geeignet sind beispielsweise tropffreie WEO Stecksysteme der Firma CEJN-Product GmbH, Troisdorf, Deutschland. Außerdem werden Kugelschliffverbindungen bevorzugt verwendet, weil hiermit Abweichungen der aneinander liegenden erfindungsgemäßen Solarabsorber von der Horizontalen ausgeglichen werden können.
Die komplementären Einsteckteile der Kupplungselemente werden vorzugsweise an einer vertikalen Seitenfläche und/oder an mindestens einer horizontalen Oberfläche der Schaumglasplatte befestigt. Vorzugsweise werden sie in komplementären Vertiefungen in der Schaumglasplatte befestigt. Insbesondere werden sie in die komplementären Vertiefungen eingeklebt. Bevorzugt werden ihr Halt und ihre mechanische Stabilität durch Verstärkungsvorrichtungen verbessert. Beispiele geeigneter Verstärkungsvorrichtungen sind auf den betreffenden Oberflächen der Schaumglasplatte befestigte Platten und/oder Streben aus Metall, Kunststoff oder Holz, die den Einsteckteilen Halt geben. Des Weiteren können die nachstehend beschriebenen umlaufenden Rahmen als Verstärkungsvorrichtungen dienen. Durch die Verstärkungsvorrichtungen wird der Bruch der Kanalstruktur beim Zusammenbau und beim Betrieb der erfindungsgemäßen Solarabsorber verhindert.
Bei Betrieb des erfindungsgemäßen Solarabsorbers werden die Kanalstrukturen von dem Wärmetauschermedium durchströmt.
Bei dem Wärmetauschermedium kann es sich um ein Gas handeln. Vorzugsweise ist das Gas nicht brennbar und hat nur eine sehr geringe oder gar keine Toxizität. Bevorzugt wird in einem offenen System, d. h. bei einem erfindungsgemäßen Solarabsorber, worin die Kanalstruktur in Kontakt mit der Atmosphäre steht, Luft verwendet. In geschlossenen Systemen können neben Luft noch andere Gase wie Stickstoff, Kohlendioxid, Lachgas, Helium, Neon, Argon oder Freon-Ersatzstoffe verwendet werden.
Vorzugsweise wird indes ein bei der Betriebstemperatur flüssiges Wärmetauschermedium verwendet.
Vorzugsweise werden die Wärmetauschermedien aus der Gruppe der organischen und anorganischen Flüssigkeiten und deren Gemische ausgewählt. Vorzugsweise korrodieren die Flüssigkeiten weder Glas noch Metall und die nachstehend beschriebene Beschichtung. Bevorzugt sind nicht brennbar oder besitzen einen hohen Flammpunkt und sind nur schwer zu entzünden. Besonders bevorzugt sind sie chemisch und thermisch stabil und stabil gegenüber Solarstrahlung und besitzen einen hohen Siedepunkt. Insbesondere sind sie nicht toxisch oder haben nur eine vergleichsweise geringe Toxizität.
Werden Gemische von Flüssigkeiten als Wärmetauschermedien verwendet, sind die betreffenden Flüssigkeiten zumindest in einem gewissen Verhältnis oder idealerweise in jedem Verhältnis miteinander mischbar.
Beispiele geeigneter organischer Flüssigkeiten sind

– höhere Alkohole wie Propanol, Isopropanol, die isomeren Butanole, die isomeren Pentanole oder Amylalkohole und die isomeren Hexanole;
– Polyalkohole wie Glykol, Glycerin, die isomeren Propandiole, die isomeren Butandiole und die isomeren Pentandiole;
– Polyalkylenglykole wie Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol und Dibutylenglykol;
– Monoalkylether und Dialkylether der Polyalkohole und der Polyalkylenglykole wie Glykol-, Diethylen-, Triethylen-, Tetraethylen-, Dipropylen-, Tripropylen- und Dibutylenglykol-monoalkylether und -dialkylether, insbesondere die Monomethyl-, Monoethyl-, Monopropyl, Monoisopropyl-, Mono-n-butyl- und Monoisobutylether sowie die Dimethyl-, Diethyl-, Dipropyl, Disopropyl-, Di-n-butyl- und Disobutylether;
– höhere Ketone wie Methylethylketon, Diethylketon, Methylpropylketon Methylisobutylketon und Methylbutylylketon;
– Dimethylsulfoxid, Dimethylsulfon und Tetramethylensulfon;
– N-Methylpyrrolidon, N,N-Dimethylformamid und N,N-Dimethylacetamid; sowie
– Thermoöle wie Polydimethylsiloxan (PDMS);
– ionische Flüssigkeiten, die als Kationen
– organische Kationen cyclische und heterocyclische Oniumverbindungen aus der Gruppe, bestehend aus quartären Ammonium-, Oxonium-, Sulfonium- und Phosphonium-Kationen sowie aus Uronium-, Thiouronium- und Guanidinium-Kationen, bei denen die einfach positive Ladung über mehrere Heteroatome delokalisiert ist, und als Anionen
– anorganische Anionen aus der Gruppe, bestehend aus Halogenid-, Pseudohalogenid-, Sulfid-, Halometallat-, Cyanometallat-, Carbonylmetallat-, Haloborat-, Halophosphat-, Haloarsenat- und Haloantimonatanionen sowie den Anionen der Sauerstoffsäuren der Halogenide, des Schwefels, des Stickstoffs, des Phosphors, des Kohlenstoffs, des Siliciums, des Bors und der Übergangsmetalle, und/oder
– organische Anionen aus der Gruppe von Anionen, die sich von aliphatischen, cycloaliphatischen und aromatischen Säuren aus der Gruppe, bestehend aus Carbonsäuren, Sulfonsäuren, sauren Sulfatestern, Phosphonsäuren, Phosphinsäuren, sauren Phosphatestern, Hypodiphosphinsäuren, Hypodiphosphonsäuren, sauren Borsäureestern, Boronsäuren, sauren Kieselsäureestern und sauren Silanen, ableiten, und/oder
– organische Anionen aus der Gruppe, bestehend aus aliphatischen, cycloaliphatischen und aromatischen Thiolat-, Alkoholat-, Phenolat-, Methid-, Bis(carbonyl)imid-, Bis(sulfonyl)imid- und Carbonylsulfonylimidanionen,

Weitere geeignete organische Flüssigkeiten kann der Fachmann aufgrund seines allgemeinen Fachwissens, beispielsweise aus dem Lehrbuch von Dieter Stoye und Werner Freitag (Herausgeber), »Paints Coatings and Solvents«, Wiley-VCH, Weinheim, New York, 1998, 14.9. Solvent Groups, Seiten 327 bis 373, auswählen.
Beispiele für geeignete anorganische Lösemittel sind Wasser, niedrig schmelzende anorganische Salzschmelzen wie KF·4H₂O (Schmelzpunkt 18,5°C) und niedrig schmelzende eutektische Gemische.
Besonders bevorzugt werden Wasser und Gemische von Wasser mit

– Glykolen, insbesondere Glycerin, Polyalkylenglykolen, insbesondere Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, und/oder
– Monoalkylethern und Dialkylethern der Polyalkohole und Polyalkylenglykole, insbesondere Glykol-, Diethylen-, Triethylen- und Tetraethylenglykol-monomethyl und -dimethylether,

Die Wärmetauschermedien können mindestens einen funktionellen Zusatzstoff enthalten.
Als funktionelle Zusatzstoffe können im Grunde alle gasförmigen, flüssigen und festen, vorzugsweise flüssigen und festen, Materialien verwendet werden, solange sie nicht in unerwünschter Weise mit den flüssigen Wärmetauschermedien reagieren, wie z. B. Stoffe mit stark positivem Redoxpotential wie etwa Platinhexafluorid oder stark negativem Redoxpotential wie etwa metallisches Kalium und/oder sich unkontrolliert explosiv zersetzen, wie etwa Schwermetallazide.
Vorzugsweise werden die Zusatzstoffe aus der Gruppe, bestehend aus niedermolekularen, oligomeren und polymeren, organischen, anorganischen und metallorganischen Verbindungen, organischen, anorganischen und metallorganischen Nanopartikeln sowie mikroskopischen und makroskopischen Partikeln und Formteilen, Biomolekülen, Zellkompartimenten, Zellen und Zellverbänden, ausgewählt.
Der Spannbreite der geeigneten Zusatzstoffe ist daher kaum Grenzen gesetzt. Deshalb kann auch der erfindungsgemäße Solarabsorber zu Verwendungszwecken eingesetzt werden, für die Solarabsorber bislang nicht vorgesehen und/oder nicht geeignet waren.
Die Auswahl des Zusatzstoffs oder der Zusatzstoffe richtet sich in erster Linie danach, welche technischen, sensorischen und/oder ästhetischen Effekte und Verwendungszwecke man mit dem erfindungsgemäßen Solarabsorber erzielen will.
So können die Zusatzstoffe die physikalischen, chemischen, toxikologischen und/oder strukturellen Eigenschaften, wie die Dichte, die Viskosität, die Stabilität gegenüber Solarstrahlung, die Toxizität, die antimikrobiellen, insbesondere bakteriziden, Eigenschaften, insbesondere die Stabilität gegenüber dem mikrobiellen Abbau, die thermische Stabilität, die chemische Stabilität, den Temperaturbereich, bei dem der erfindungsgemäße Solarabsorber betrieben werden kann, die Absorptionsfähigkeit und die Adsorptionsfähigkeit gegenüber Gasen und Flüssigkeiten, der Wärmetauschermedien in vorteilhafter Weise variieren.
Die Zusatzstoffe können aber auch den Wärmetauschermedien, die sie enthalten, Eigenschaften aufprägen, die die Zusatzstoffe als solche charakterisieren. So können die Zusatzstoffe Harnstoffe; Monosaccharide, Disaccharide, Trisaccharide und Polysaccharide wie Cellulose, Cellulosederivate, Polyosen oder Cyclodextrine; Entschäumer, Emulgatoren, Netz- und Dipergiermittel, Tenside, Verlaufmittel, Sag control agents (SCA) und rheologiesteuernde Additive (Verdicker); Hautverhinderungsmittel; Korrosionsinhibitoren; Farbstoffe; Katalysatoren; Polymerisationsinhibitoren; farbgebende, thermochrome, fluoreszierende, phosphoreszierende, elektrisch leitfähige, magnetische oder UV-Strahlung oder Mikrowellenstrahlung absorbierende Pigmente; organische und anorganische Nanopartikel und Mikropartikel; Lichtschutzmittel und Radikalfänger; Vitamine und Provitamine; Antioxidantien; Peroxidzersetzer; Repellentwirkstoffe; Nichtmetall- und/oder Metallionen enthaltende Verbindungen, insbesondere Salze; Verbindungen, die solche Ionen absorbieren und/oder austauschen, insbesondere organische und anorganische Ionenaustauscher; Flammschutzmittel; Hormone; Diagnostika; Pharmazeutika; Biozide, Insektizide, Fungizide und Akarizide; Duftstoffe, Aromastoffe, Geschmacksstoffe und Inhaltsstoffe von Nahrungsmitteln; technische Kunststoffe; enzymatisch oder nicht enzymatisch wirksame Proteine; Strukturproteine; Antikörper; Antikörperfragmente; Nukleinsäuren; Gene; Zellkerne; Mitochondrien; Zellmembranmaterialien; Ribosomen; Chloroplaste; Zellen oder Blastocysten, insbesondere Algen; sein.
Die funktionellen Zusatzstoffe und ihre Mengen können sehr breit variieren und so hervorragend dem jeweiligen Verwendungszweck angepasst werden. Der Fachmann kann daher im Einzelfall geeignete funktionelle Zusatzstoffe sowie geeignete Mengenverhältnisse in einfacher Weise anhand seines allgemeinen Fachwissens gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einiger weniger orientierender Versuche auswählen und einstellen.
Erfindungsgemäß sind die Wandungen der vorstehend beschriebenen mindestens einen Kanalstruktur sowie die mindestens eine restliche horizontale Oberfläche, die die mindestens eine Kanalstruktur umgibt bzw. worin die mindestens eine Kanalstruktur eingebettet ist, sowie die Wandungen der vorstehend beschriebenen mindestens einen Kanalstruktur, die von dem Material der Schaumglasplatte umschlossen ist, mit mindestens einer Beschichtung bedeckt.
Die erfindungsgemäß zu verwendende mindestens eine Beschichtung ist gegenüber dem Wärmetauschermedium undurchlässig und chemisch stabil und enthält mindestens ein optisch transparentes und/oder opakes, festes Material oder sie besteht hieraus.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Beschichtung haftfest mit den Wandungen verbunden, so dass sie nicht durch das fließende Wärmetauschermedium abgelöst wird
Bevorzugt ist die mindestens eine Beschichtung kratzfest, so dass sie nicht von dem Wärmetauschermedium und/oder den hierin enthaltenen Zusatzstoffen abgerieben wird.
Das feste Material der mindestens einen Beschichtung ist aus der Gruppe, bestehend aus Glas, Metallen, metallorganischen Polymeren, thermoplastischen Polymeren und duroplastischen Polymeren, ausgewählt.
Vorzugsweise werden die Metalle aus der Gruppe, bestehend aus Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybän, Wolfram, Mangan, Rhenium, Eisen, Ruthenium, Osmium, Kobalt, Rhodium, Iridium, Nickel, Palladium, Platin, Kupfer, Silber, Gold, Zink, Aluminium, Indium, Thallium, Germanium, Zinn, Blei sowie Legierungen aus mindestens zwei dieser Metalle, ausgewählt. Insbesondere werden Aluminium und seine Legierungen und Kupfer und seine Legierungen verwendet.
Die Metalle bzw. die metallischen Beschichtungen können als Metallschichten vorliegen, die direkt auf die Wandungen und die restlichen Oberflächen der Schaumglasplatten, vorzugsweise durch chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD) oder Sputtern, insbesondere HF-Sputtern oder Magnetronsputtern, appliziert werden.
Außerdem können die Metalle in der Form von Metallfolien direkt auf den Wandungen und den restlichen Oberflächen der Schaumglasplatten vorliegen. Vorzugsweise werden hierbei dünne Metallfolien wie Aluminiumfolien auf die Oberfläche der Schaumglasplatte mit der Kanalstruktur aufgelegt und mit einem komplementären Stempel gegebenenfalls bei höheren Temperaturen auf die restliche Oberfläche und die Wandungen der Kanalstruktur aufgeprägt.
Die metallischen Beschichtungen können als Laminate vorliegen.
Die Laminate können aus zwei oder mehr metallischen Lagen aufgebaut sein. Zwischen den metallischen Lagen können sich Lagen aus dielektrischen Materialien wie Oxiden, Nitriden, Carbiden und/oder Siliciden befinden.
Die Laminate können des Weiteren aus mindestens einer metallischen Lage und mindestens einer üblichen und bekannten Kunststofffolie und/oder Klebefolie als Träger aufgebaut sein.
Die Laminate selbst können durch chemische Gasphasenabscheidung oder Sputtern auf die Träger aufgetragen werden. Außerdem können Metallfolie auf die Träger kaschiert werden.
Beispielsweise können Metallfolien wie gefärbte, insbesondere schwarze, oder ungefärbte der Aluminiumfolien auf Schichten aus den nachstehend beschriebenen Beschichtungsstoffen kaschiert werden, wonach die Beschichtungsstoffe thermisch gehärtet werden.
Vorzugsweise werden die Laminate wie die Metallfolien mit einem komplementären Stempel gegebenenfalls bei höheren Temperaturen auf die restliche Oberfläche und die Wandungen der Kanalstruktur aufgeprägt.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die metallische Beschichtung vorab als Formteil mit Strukturen, die zu mindestens einer restlichen Oberfläche mit mindestens einer Kanalstruktur passen, beispielsweise in einer Presse hergestellt, wonach das strukturierte Formteil auf die betreffende Oberfläche der Schaumglasplatte aufgelegt wird. Bevorzugt wird das strukturierte Formteil auf die betreffende Oberfläche aufgeklebt. Hierzu können übliche und bekannte, im Handel erhältliche Glas- und Metallklebstoffe verwendet werden. Vorzugsweise werden diese Klebstoffe auf die Oberfläche des Formteils, die mit der Schaumglasplatte verbunden wird, aufgetragen.
Die Beschichtung kann aber auch die Form von Rohren aus Glas oder Metall haben, wobei die Rohre passgenau mit der Kanalstruktur geformt sind. Die Rohre können dann unmittelbar in die Kanalstruktur eingelegt werden.
Die Oberfläche der metallischen Beschichtung, die später mit dem Wärmetauschermedium in Kontakt steht, ist vorzugsweise mit einer üblichen und bekannten Korrosionsschutzschicht bedeckt. Die Korrosionsschutzschicht kann vor oder nach dem Verbinden der metallischen Beschichtung mit der mindestens einen restlichen Oberfläche mit der mindestens einen Kanalstruktur hergestellt werden.
Vorzugsweise werden die metallorganischen Polymere aus niedermolekularen, monomeren metallorganischen Verbindungen durch Polyaddition, Polykondensation, koordinative oder Ringöffnungspolymerisation, Sol-Gel-Verfahren, Festphasenpolymerisation und Reaktion vorgefertigter komplexbildender Polymere mit Metallderivaten hergestellt.
Beispiele geeigneter metallorganischer Polymere sind Phthalocyanin-Polymere, Polyphosphazene, Polymetallocene, Polymetallaine, Ferrocenpolymere, Polymetallphosphinate, Polysilane und Sol-Gel-Nanocomposite.
Vorzugsweise werden die thermoplastischen Polymere aus der Gruppe, bestehend aus linearen und/oder verzweigten und/oder blockartig, kammartig und/oder statistisch aufgebauten Polyadditionsharzen, Polykondensationsharzen und/oder (Co)Polymerisaten ethylenisch ungesättigter Monomere ausgewählt.
Bevorzugt werden die (Co)Polymerisate ethylenisch ungesättigter Monomere aus der Gruppe, bestehend aus (Meth)Acrylat(co)polymerisaten, Polyvinylaromaten, Polyvinylestern, Polyvinylethern, Polyvinylhalogeniden, Polyvinylamiden, Polyacrylnitrilen, Polyethylenen, Polypropylenen, Polybutylenen, Polyisoprenen und ihren Copolymerisaten, insbesondere ihren linearen und/oder verzweigten, statistischen und/oder alternierenden Copolymerisaten, Blockmischpolymerisaten, Pfropfmischpolymerisaten und Kammpolymersaten, ausgewählt.
Vorzugsweise werden die Polyadditionsharze und Polykondensationsharze aus der Gruppe, bestehend aus Polyestern, Alkyden, Polylactonen, Polycarbonaten, Polyarylethern, Polyalkylenethern, Proteinen, Epoxidharz-Amin-Addukten, Polyurethanen, Polyester-Polyurethanen, Polyether-Polyurethanen, Polyester-Polyether-Polyurethanen, Alkydharzen, Polysiloxanen, Phenol-Formaldehyd-Harzen, Harnstoff-Formaldehyd-Harzen, Melamin-Formaldehyd-Harzen, Cellulosen, Cellulosederivaten, Polysulfiden, Polyacetalen, Polyethylenoxiden, Polycaprolactamen, Polylactonen, Polylactiden, Polyimiden, Polyharnstoffen und ihren Copolymerisaten, insbesondere ihren linearen und/oder verzweigten, statistischen und/oder alternierenden Copolymerisaten, Blockmischpolymerisaten, Pfropfmischpolymerisaten und Kammpolymersaten, ausgewählt.
Die betreffenden Beschichtungen können mithilfe üblicher und bekannter Methoden zur Verarbeitung thermoplastische Polymere hergestellt werden. Beispielsweise können die thermoplastischen Polymere als Schmelze und/oder Lösung auf mindestens eine restliche Oberfläche mit mindestens einer Kanalstruktur appliziert werden.
Es ist indes auch möglich, die Beschichtung auf der Basis thermoplastischer Kunststoffe vorab als Formteil mit Strukturen, die zu mindestens einer restlichen Oberfläche mit mindestens einer Kanalstruktur passen, beispielsweise durch Spritzgießen oder durch 3D-Drucken herzustellen, wonach das strukturierte Formteil auf die betreffende Oberfläche der Schaumglasplatte aufgelegt wird.
Das strukturierte Formteil kann auf die betreffende Oberfläche aufgelegt werden, so dass es wieder ablösbar ist.
Indes kann das strukturierte Formteil auch auf die betreffende Oberfläche aufgeklebt werden. Hierzu können übliche und bekannte, im Handel erhältliche Glas- und Kunststoffklebstoffe verwendet werden. Vorzugsweise werden diese Klebstoffe auf die Oberfläche des Formteils, die mit der Schaumglasplatte verbunden wird, aufgetragen.
Außerdem kann die Beschichtung auf der Basis thermoplastischer Kunststoffe hergestellt werden indem man eine thermoplastische Kunststofffolie mit einem Stempel gegebenenfalls bei höheren Temperaturen auf die mindestens eine restliche Oberfläche mit mindestens einer Kanalstruktur aufprägt.
Vorzugsweise werden die duroplastischen Polymeren aus der Gruppe, bestehend aus Duroplasten, die aus mehrfach funktionellen, niedermolekularen und/oder oligomeren Verbindungen durch thermisch und/oder oder mit aktinischer Strahlung initiierte (Co)Polymerisation, Sol-Gel-Verfahren, Festphasenpolymerisation oder Plasmapolymerisation herstellbar sind, ausgewählt.
Für die Plasmapolymerisation können die unterschiedlichsten organischen und anorganischen Verbindungen verwendet werden. Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, mindestens eine elementorganische Verbindung zu verwenden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter elementorganischen, insbesondere metallorganischen, Verbindungen Verbindungen verstanden, in denen mindestens ein von Kohlenstoff verschiedenes Element mit organischen Resten wie substituierten oder unsubstituierten Alkyl-, Cycloalkyl- und/oder Arylresten, die auch Heteroatome enthalten können, verknüpft ist.
Geeignete elementorganische Verbindungen sind metallorganische Verbindungen von Metallen der Nebengruppen des Periodischen Systems der Elemente. Beispiele geeigneter Elemente sind Scandium, Yttrium, Lanthan, die Lanthanide, Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Chrom, Wolfram, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer oder Zink. Die metallorganischen Verbindungen können ein oder mehrere Metallatome im Molekül enthalten. Enthalten sie mehrere Metallatome im Molekül, kann es sich um ein und dasselbe Metall oder um mindestens zwei unterschiedliche Metalle handeln.
Weitere geeignete elementorganische Verbindungen sind organische Verbindungen von Metallen und Nichtmetallen der Hauptgruppen des Periodischen Systems der Elemente. Beispiele geeigneter Metalle und Nichtmetalle sind Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Silicium, Germanium, Zinn oder Phosphor. Besonders gut geeignet ist Silicium.
Weitere geeignete elementorganische Verbindungen sind organische Verbindungen, die mindestens eines der vorstehend genannten Metalle der Nebengruppen des Periodischen Systems der Elemente und mindestens eines der vorstehend genannten Metalle oder Nichtmetalle der Hauptgruppen des periodischen Systems der Elemente enthalten.
Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, organische Verbindungen des Siliciums wie Hexamethylcyclotrisiloxan, Hexamethyldisilan oder Hexamethyldisiloxan, insbesondere Hexamethyldisilan, zu verwenden.
Dabei können die erfindungsgemäß bevorzugt verwendeten organischen Verbindungen des Siliciums noch mindestens eine weitere der vorstehend beschriebenen elementorganischen Verbindungen in untergeordneten Mengen enthalten.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind hier und im Folgenden unter »untergeordneten Mengen« Mengen zu verstehen, die das Eigenschaftsprofil der Plasmapolymerschicht in vorteilhafter Weise variieren aber nicht in seinen grundlegenden Eigenschaften bestimmen.
Des Weiteren können die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäß zu verwendenden elementorganischen Verbindungen rein organische Verbindungen in untergeordneten Mengen enthalten. Vorzugsweise werden polymerisierbare organische Verbindungen verwendet. Beispiele geeigneter polymerisierbarer organischer Verbindungen sind Trioxan und Olefine und Acetylene, insbesondere Olefine wie Cyclohexen, Ethen, Propen, Butadien und Styrol.
Vorzugsweise werden die Polyadditionsharze und Polykondensationsharze aus der Gruppe, bestehend aus Polyestern, Alkyden, Polylactonen, Polycarbonaten, Polyarylethern, Polyalkylenethern, Proteinen, Epoxidharz-Amin-Addukten, Polyurethanen, Polyester-Polyurethanen, Polyether-Polyurethanen, Polyester-Polyether-Polyurethanen, Alkydharzen, Polysiloxanen, Phenol-Formaldehyd-Harzen, Harnstoff-Formaldehyd-Harzen, Melamin-Formaldehyd-Harzen, Cellulosen, Cellulosederivaten, Polysulfiden, Polyacetalen, Polyethylenoxiden, Polycaprolactamen, Polylactonen, Polylactiden, Polyimiden, Polyharnstoffen, organisch-anorganischen Sol-Gel-Nanocompositen und Photopolymeren sowie ihren Copolymerisaten, ausgewählt.
Bevorzugt werden für die Herstellung der Beschichtungen auf der Basis von Polyadditionsharzen und Polykondensationsharzen Beschichtungsstoffe verwendet, wie sie auf dem Gebiet der Lacke, insbesondere der Automobilserien- und -reparaturlacke, zur Herstellung von Lackierungen verwendet werden.
Besonders bevorzugt werden diese Beschichtungsstoffe aus der Gruppe, bestehend aus Elektrotauchlackierungen, Füllerlackierungen, Steinschlagschutzgrundierungen, farb- und/oder effektgebenden Unidecklacken oder Basislacken, Klarlacken und Lackfolien, ausgewählt.
Beispiele geeigneter anodisch oder kathodisch abscheidbarer Elektrotauchlacke und Elektrotauchlackierungen sowie die entsprechenden Verfahren werden in dem BASF Handbuch von A. Goldschmidt und H.-J. Streitberger, »Lackiertechnik«, Vinzentz Verlag, Hannover, 2002, »4.2.1.1 Tauchverfahren (Objekt zum Lack)«, Seiten 496 bis 520, beschrieben. Für die Elektrotauchlackierung ist eine elektrisch leitfähige Oberfläche vonnöten, die als Anode oder als Katode geschaltet werden kann. Beispiele geeigneter Materialien für die Herstellung solcher elektrisch leitfähiger Oberflächen sind Lacke oder Klebstoffe, die einen besonders hohen Anteil an elektrisch leitfähigen Pigmenten aufweisen. Ein Beispiel für die Herstellung einer Silicatschicht auf einem keramischen Material durch anodische Elektrotauchlackierungen ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2012 105 240 A1 bekannt.
Beispiele geeigneter Füllerlackierungen und Steinschlagschutzgrundierungen zur Herstellung von Beschichtungen zur Absorption und Dissipation mechanischer Energie werden beispielsweise in den Patentanmeldungen und Patenten EP 0 427 028 A1 , DE 41 42 816 A1 , DE 38 05 629 C1 , DE 31 08 861 C2 oder DE 195 04 947 A1 beschrieben.
Beispiele geeigneter farb- und/oder effektgebender Beschichtungen sind Unidecklacke oder Basislacke, wie sie beispielsweise in den Patentanmeldungen EP 0 089 497 A1 , EP 0 256 540 A1 , EP 0 260 447 A1 , EP 0 297 576 A1 , WO 96/12747 , EP 0 523 610 A1 , EP 0 228 003 A1 , EP 0 397 806 A1 , EP 0 574 417 A1 , EP 0 531 510 A1 , EP 0581 211 A1 , EP 0 708 788 A1 , EP 0 593 454 A1 , DE-A-43 28 092 A1 , EP 0 299 148 A1 , EP 0 394 737 A1 , EP 0 590 484 A1 , EP 0 234 362 A1 , EP 0 234 361 A1 , EP 0 543 817 A1 , WO 95/14721 , EP 0 521 928 A1 , EP 0 522 420 A1 , EP 0 522 419 A1 , EP 0 649 865 A1 , EP 0 536 712 A1 , EP 0 596 460 A1 , EP 0 596 461 A1 , EP 0 584 818 A1 , EP 0 669 356 A1 , EP 0 634 431 A1 , EP 0 678 536 A1 , EP 0 354 261 A1 , EP 0 424 705 A1 , WO 97/49745 , WO 97/49747 , EP 0 401 565 A1 , EP 0 496 205 A1 , EP 0 358 979 A1 , EP 469 389 A1 , DE 24 46 442 A1 , DE 34 09 080 A1 , DE 195 47 944 A1 , DE 197 41 554 A1 oder EP 0 817 684 , Spalte 5, Zeilen 31 bis 45, im Detail beschrieben werden.
Beispiele für geeignete Klarlackierungen sind solche, die aus Ein- oder Mehrkomponentenklarlacken, Pulverklarlacken, Pulverslurryklarlacken, UV-härtbaren Klarlacken oder Sealer hergestellt werden, wie sie aus den Patentanmeldungen, Patentschriften und Veröffentlichungen DE 42 04 518 A1 , EP 0 594 068 A1 , EP 0 594 071 A1 , EP 0 594 142 A1 , EP 0 604 992 A1 , EP 0 596 460 A1 , WO 94/10211 , WO 94/10212 , WO 94/10213 , WO 94/22969 oder WO 92/22615 , US 5,474,811 A1 , US 5,356,669 A1 oder US 5,605,965 A1 , DE 42 22 194 A1 , BASF Lacke + Farben AG, „Pulverlacke”, 1990, BASF Coatings AG „Pulverlacke, Pulverlacke für industrielle Anwendungen”, Januar 2000, US 4,268,542 A1 , DE 195 40 977 A1 , DE 195 18 392 A1 , DE 196 17 086 A1 , DE-A-196 13 547 , DE 196 52 813 A1 , DE-A-198 14 471 A1 , EP 0 928 800 A1 , EP 0 636 669 A1 , EP 0 410 242 A1 , EP 0 783 534 A1 , EP 0 650 978 A1 , EP 0 650 979 A1 , EP 0 650 985 A1 , EP 0 540 884 A1 , EP 0 568 967 A1 , EP 0 054 505 A1 , EP 0 002 866 A1 , DE 197 09 467 A1 , DE 42 03 278 A1 , DE 33 16 593 A1 , DE 38 36 370 A1 , DE 24 36 186 A1 , DE 20 03 579 B1 , WO 97/46549 , WO 99/14254 , US 5,824,373 A , US 4,675,234 A , US 4,634,602 A , US 4,424,252 A , US 4,208,313 A , US 4,163,810 A , US 4,129,488 A , US 4,064,161 A , US 3,974,303 A , EP 0 844 286 A1 , DE 43 03 570 A1 , DE 34 07 087 A1 , DE 40 11 045 A1 , DE 40 25 215 A1 , DE 38 28 098 A1 , DE 40 20 316 A1 oder DE 41 22 743 A1 bekannt sind.
Geeignete organisch-anorganische Sol-Gel-Nanocomposite werden beispielsweise mithilfe von üblichen und bekannten Sol-Gel-Verfahren aus Dispersionen, die hydrolysierbare Silane enthalten, durch kontrollierte Hydrolyse und Kondensation hergestellt.
Bei dem hydrolysierbaren Silan handelt es sich um Verbindungen der allgemeinen Formel I SiR₄ (I), worin die Reste R gleich oder verschieden sein können und aus hydrolysierbaren Gruppen, Hydroxygruppen und nicht hydrolysierbaren Gruppen ausgewählt sind.
Die nicht hydrolysierbaren Gruppen R in der allgemeinen Formel I werden vorzugsweise ausgewählt aus Alkylgruppen, insbesondere mit 1 bis 4 C-Atomen, wie z. B. Methyl-, Ethyl-, Propyl- und Butylgruppen; Alkenylgruppen, insbesondere mit 2 bis 4 C-Atomen, wie z. B. Vinyl-, 1-Propenyl-, 2-Propenyl- und Butenylgruppen; Alkinylgruppen, insbesondere mit 2 bis 4 C-Atomen wie Acetylenyl- und Propargylgruppen; und Arylgruppen, insbesondere mit 6 bis 10 C-Atomen, wie z. B. Phenyl- und Naphthylgrupppen.
Beispiele für hydrolysierbare Gruppen R in der vorstehend genannten Formel I sind Wasserstoffatome; Alkoxygruppen, insbesondere mit 1 bis 20 C-Atomen, wie z. B. Methoxy-, Ethoxy-, n-Propoxy-, i-Propoxy, n-Butoxy-, tert.-Butoxy- und sec.-Butoxygruppen; alkoxysubstituierte Alkoxygruppen, wie z. B. beta-Methoxy-ethoxygruppen; Acyloxygruppen, insbesondere mit 1 bis 4 C-Atomen wie z. B. Acetoxy- und Propionyloxygruppen; und Alkylcarbonylgruppen wie z. B. Acetylgruppen.
Besonders bevorzugte hydrolysierbare Gruppen R sind solche, die keinen Substituenten tragen und zu aromatenfreien Hydrolyseprodukten mit niedrigem Molekulargewicht, wie z. B. niederen Alkoholen, wie Methanol, Ethanol, Propanol, n-Butanol, i-Butanol, sec.-Butanol und tert.-Butanol führen.
Wenigstens eine Gruppe R der Formel I muß eine hydrolysierbare Gruppe sein. Silane mit zwei, vorzugsweise vier und insbesondere drei hydrolysierbaren Gruppen R sind besonders bevorzugt.
Die nicht hydrolysierbaren Gruppen R der Silane können mindestens eine funktionelle Gruppe enthalten. Bei diesen funktionellen Gruppen kann es sich beispielsweise um Epoxidgruppen, Aminogruppen, olefinisch ungesättigte Gruppen wie Vinyl- oder (Meth)acrylgruppen, Mercaptogruppen, Isocyanatgrupppen und/oder deren Umsetzungsprodukte mit weiteren reaktiven Verbindungen handeln.
Die Silane mit nicht hydrolysierbaren Gruppen R sind üblich und bekannt und zu einem großen Teil im Handel erhältlich. Gut geeignete Verbindungen sind beispielsweise aus der

– internationalen Patentanmeldung WO 99/52964 , Seite 6, Zeile 1, bis Seite 8, Zeile 20,
– der deutschen Patentanmeldung DE 197 26 829 A1 , Spalte 2, Zeile 27, bis Spalte 3, Zeilen 38,
– der deutschen Patentanmeldung DE 199 10 876 A1 , Seite 2, Zeile 35, bis Seite 3, Zeile 12,
– der deutschen Patentanmeldung DE 38 28 098 A1 , Seite 2, Zeile 27, bis Seite 4, Zeile 43,
– der europäischen Patentanmeldung EP 0 450 625 A1 , Seite 2, Zeile 57, bis 5, Zeile 32,
– der europäischen Patentanmeldung EP 0 872 500 A1 , Seite 2, Zeile 32, bis Seite 3, Zeile 12, und Seite 4, Zeile 16, Zeile 53,
– der deutschen Patentanmeldung DE 197 19 948 A1 , Seite 3, Zeile 36, bis Seite 4, Zeile 13, oder
– der internationalen Patentanmeldung WO 00/22052 , Seite 18, Zeile 22, bis Seite 19, Zeile 6,

Beispiele für gut geeignete erfindungsgemäß zu verwendende hydrolysierbare Silane sind Methyltriethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Tetramethylorthosilikat, Tetraethylorthosilikat, 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan oder 3-Aminopropyltriethoxysilan.
Weitere Beispiele für gut geeignete erfindungsgemäß zu verwendende hydrolysierbare Silane mit einer nicht hydrolysierbaren funktionellen Gruppe sind 3-(Meth)Acryloyloxypropyltriethoxysilan, 3-(Meth)Acryloyloxypropyltrimethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan und 3-Glycidyloxypropyltriethoxysilan, insbesondere Methacryloyloxypropyltrimethoxysilan Besonders bevorzugt werden diese Verbindungen zusammen mit Verbindungen des Aluminiums verwendet, insbesondere Aluminiumtris(ethoxylat), -tris(methoxyethylat), tripropylat, -triisopropylat, tris(n-butylat) oder tris(sec.-butylat).
So kann beispielsweise Glycidyloxypropyltriethoxysilan oder Methacryloyloxypropyltrimethoxysilan auf die gegebenenfalls vorbehandelte Oberfläche der Keramikschaumplatte, inklusive der Wandungen der Kanalstruktur, appliziert werden, wo die Silane mit den auf der Oberfläche befindlichen Hydroxylgruppen unter Abspaltung von Alkohol und Bildung von SiO-Bindungen reagieren. Anschließend können die gebundenen Silane in einer Festphasenpolymerisation zu polymeren Filmen reagieren.
Beispiele geeigneter Photopolymere werden außerdem in dem Artikel von Bernd Strehmel, »Photopolymere in der Industrie«, Nachrichten aus der Chemie, 62, Februar 2014, Seiten 128 bis 133, beschrieben.
Beispiele geeigneter Lackfolien sind aus den Patentanmeldungen WO 94/09983 A , EP 0 361 823 A1 , DE 195 35 934 A1 , DE 195 17 069 A1 , DE 195 17 067 A1 oder 195 17 068 A1 oder den Veröffentlichungen von E. Bürkle in Kunststoffe 87 (1997), 320–328; Modern Plastics International Band 11, 1997, 33–34, oder von G. Steinbichler und J. Gießauf in Kunststoffe 87 (1997), 1262–1270, bekannt.
Zur Herstellung der Beschichtungen können die Lackfolien, wie vorstehend bei den Metallfolien und Kunststofffolien auf der Basis thermoplastischer Polymere beschrieben, auf die mindestens eine restliche Oberfläche mit mindestens einer Kanalstruktur appliziert werden.
Außerdem können die Lacke zur Herstellung der Beschichtungen mithilfe üblicher und bekannter Verfahren zur Applikation von Lacken, wie Sprühen, Vorhanggießen, Rakeln oder Tauchen auf die mindestens eine restliche Oberfläche mit mindestens einer Kanalstruktur appliziert werden. Anschließend werden die applizierten Lackschichten thermisch und/oder mit aktinischer Strahlung, insbesondere Korpuskularstrahlung wie Elektronenstrahlung, Betastrahlung oder Alphastrahlung, oder elektromagnetischer Strahlung, wie Infrarot, nahes Infrarot (NIR), sichtbares Licht, UV-Strahlung, Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung, gehärtet, so dass sich ein dreidimensionales Netzwerk bildet.
Es ist indes auch möglich, die Beschichtung auf der Basis von Duroplasten vorab als Formteil mit Strukturen, die zu mindestens einer restlichen Oberfläche mit mindestens einer Kanalstruktur passen, beispielsweise durch Aushärten der Vorstufen in einer geschlossenen Form oder durch 3-D-Drucken, insbesondere durch 3-D-Lithografie/Stereolithografie (vgl. hierzu auch den Artikel von Bernd Strehmel, »Photopolymere in der Industrie«, Nachrichten aus der Chemie, 62, Februar 2014, Seiten 128 bis 133), herzustellen, wonach das strukturierte Formteil auf die betreffende Oberfläche der Schaumglasplatte aufgelegt wird. Bevorzugt wird das strukturierte Formteil auf die betreffende Oberfläche aufgeklebt. Hierzu können übliche und bekannte, im Handel erhältliche Glas- und Kunststoffklebstoffe verwendet werden. Vorzugsweise werden diese Klebstoffe auf die Oberfläche des Formteils, die mit der Schaumglasplatte verbunden wird, aufgetragen.
Die thermoplastischen und duroplastischen Polymeren können funktionelle Gruppen enthalten, die aus der Gruppe, bestehend aus Fluor-, Chlor-, Brom- und Jodatome; Hydroxyl-, Thiol-, Ether-, Thioether-, Amino-, Hydroxyalkylamino-, Peroxid-, Aldehyd-, Acetal-, Carboxyl-, Peroxycarboxyl-, Ester-, Amid-, Hydrazid- und Urethangruppen; Imid-, Hydrazon- und Hydroxim-, Amid- und Hydroxamsäuregruppen; Gruppen, die sich von Formamidin, Formamidoxim, Formamidrazon, Formhydrazidin, Formhydrazidoxim, Formamidrazon, Formoxamidin, Formhydroxamoxim und Formoxamidrazon ableiten; Nitril-, Isocyanat-, Thiocyanat-, Isothiocyanat-, Isonitril-, Lactid-, Lacton-, Lactam-, Oxim-, Nitroso-, Nitro-, Azo-, Azoxy-, Hydrazin-, Hydrazon-, Azin-, Carbodiimid-, Azid-, Azan-, Sulfen-, Sulfenamid-, Sulfonamid-, Thioaldehyd-, Thioketon-, Thioacetal-, Thiocarbonsäure-, Sulfonium-, Schwefelhalogenid, Sulfoxid-, Sulfon-, Sulfimin-, Sulfoximin-, Sulton-, Sultam-, Sulfon-, Silan-, Siloxan-, Phosphan-, Phosphinoxid-, Phosphonium-, Phosphorsäure-, Phosphorigsäure-, Phosphonsäure-, Phosphat-, Phosphinat- und Phosphonatgruppen, ausgewählt sind.
Mithilfe dieser funktionellen Gruppen kann die Oberfläche der Beschichtungen, insbesondere die Oberfläche, die in Kontakt mit dem Wärmetauschermedium tritt, in vielfältiger Weise modifiziert und den jeweiligen Verwendungszwecken angepasst werden. So können sie beispielsweise der reversiblen oder irreversiblen selektiven Absorption und/oder dem Austausch von funktionellen Zusatzstoffen in den Wärmetauschermedien dienen.
Wenn die Beschichtung aus Glas aufgebaut ist, kann die nachstehend beschriebene Abdeckplatte, die vorstehend beschriebene Kanalstruktur und die vorstehend beschriebene Beschichtung ein separates, zusammenhängendes Glasbauteil sein. Dieses Glasbauteil wird – wie die vorstehend beschriebenen Formteile – auf die betreffende Oberfläche wieder ablösbar aufgelegt oder mit dieser mithilfe eines üblichen und bekannten Glasklebers verklebt.
Die betreffenden erfindungsgemäßen Solarabsorber sind besonders robust und witterungsbeständig.
Die vorstehend beschriebenen Beschichtungen und die Verfahren zu ihrer Herstellung können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können Beschichtungen aus Photopolymeren auf vorgefertigten metallischen Formteilen oder Kunststoffformteilen hergestellt werden, wonach diese Laminate oder Verbunde auf mindestens eine restliche Oberfläche mit mindestens einer Kanalstruktur aufgelegt werden.
Die Beschichtungen können des Weiteren funktionelle Zusatzstoffe enthalten.
Beispiele geeigneter funktioneller Zusatzstoffe sind die vorstehend beschriebenen, insbesondere Farbstoffe, organische und anorganische, farbgebende, fluoreszierende, phosphoreszierende, thermochrome, elektrisch leitfähige, magnetische sowie IR-Strahlung Solarstrahlung, UV-Strahlung oder Mikrowellenstrahlung absorbierende Pigmente, insbesondere Ruß, Nanopartikel, insbesondere Nanopartikel auf der Basis von Kohlenstoff, und Mikropartikel; Lichtschutzmittel und Radikalfänger; Antistatika; Antioxidantien; sowie Materialien, wie sie üblicherweise in Verbundwerkstoffen und Lichtleitern verwendet werden, insbesondere Glasfasern, Metallfasern, Textilfasern, Cellulosefasern oder Ligninfasern oder Kunststofffasern.
Die funktionellen Zusatzstoffe, insbesondere die Farbstoffe und die Solarstrahlung absorbierenden Pigmente, Nanopartikel und Mikropartikel, können molekulardispers und/oder heterogen in der Beschichtung verteilt sein. Sie können aber auch in der Form einer Folie vorliegen, die in die Schaumglasplatte eingebettet ist.
Die funktionellen Zusatzstoffe werden vorzugsweise in den üblichen und bekannten wirksamen Mengen verwendet.
Die Auswahl geeigneter funktioneller Zusatzstoffe richtet sich nach den technischen und/oder dekorativen Effekten, die man mithilfe der Beschichtungen einstellen will, und kann von Fachmann aufgrund seines Fachwissens gegebenenfalls unter Zuhilfenahme weniger orientierender Versuche getroffen werden.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber umfasst desweiteren mindestens eine transparente Abdeckplatte, die die mindestens eine Kanalstruktur und die mindestens eine restliche Oberfläche abdeckt.
Die Abdeckplatte ist aus mindestens einem transparenten, fluiddichten, insbesondere gegenüber dem Wärmetauschermedium abdichtenden, und bei den Betriebstemperaturen strukturell, mechanisch, thermisch und chemisch stabilen, vergilbungsstabilen witterungsstabilen und strahlungsstabilen Material aufgebaut. Vorzugsweise hat das transparente Material eine niedrige Wärmeleitfähigkeit. Bevorzugt sind die Oberflächen der Abdeckplatte kratzfest. Besonders bevorzugt sind die Oberflächen selbstreinigend. Die Selbstreinigung beruht insbesondere auf dem Lotuseffekt oder wird durch perfluorierte Mikro- und/oder Nanostrukturen auf der Oberfläche erzeugt. Insbesondere sind die Oberflächen mit Antireflexschichten und/oder Schichten, die UV-Strahlung in Infrarotstrahlung umwandeln, beschichtet.
Beispiele geeigneter transparenter Materialien sind übliche und bekannte Gläser, wie sie beispielsweise in Römpp-Online 2008 unter den Stichworten »Glas«, »Hartglas« oder »Sicherheitsglas« beschrieben werden, bevorzugt Floatglas, teilvorgespanntes Floatglas, vorgespanntes Floatglas, Einscheiben-Sicherheitsglas, Geräteglas, Laborglas, Kristallglas Solarglas, dünnes, flexibles Borosilikatglas (Willow^®-Glas) und optisches Glas, insbesondere Solarglas, mit einem geringen Eisengehalt; Plexiglas (Polymethylmethacrylat, PMMA) und Polycarbonat.
Die transparente Abdeckplatte besteht aus einer Schicht des transparenten Materials oder aus mindestens zwei haftfest miteinander verbundenen Schichten.
Die mindestens zwei haftfest miteinander verbundenen Schichten können aus ein und demselben transparenten Material oder aus mindestens zwei voneinander verschiedenen transparenten Materialien aufgebaut sein. Vorzugsweise werden die mindestens zwei haftfest miteinander verbundenen Schichten mithilfe einer transparenten Klebeschicht zusammengehalten. Bevorzugt ist die transparente Klebeschicht eine Polymerfolie, insbesondere eine Polymerfolie auf der Basis von Polyamid, Polyurethan, Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Polyvinylacetal und Polyvinylbutyral.
Beispiele geeigneter transparenter Abdeckplatten, die aus mindestens zwei haftfest miteinander verbundenen Schichten aufgebaut sind, sind Verbundglasscheiben.
Die mindestens eine transparente Abdeckplatte kann des Weiteren Linsensysteme wie Fresnellinsen enthalten, die die Solarstrahlung zielgerichtet auf die mindestens eine Kanalstruktur bündeln. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Solarstrahlung vor allem in das mindestens eine Wärmetauschermedium gelenkt, wogegen die mindestens eine restliche Oberfläche durch die Solarstrahlung weniger belastet wird.
Die transparente Abdeckplatte kann aber auch mit einer wärmeabsorbierenden und wärmeleitfähigen Folie, insbesondere einer metallischen Folie hinterlegt sein, die eine der Sonne zugewandte Absorberschicht für Solarstrahlung aufweist. Vorzugsweise besteht die metallische Folie aus der Aluminium oder Kupfer eine Stärke von insbesondere 0,5 bis 2 mm. Vorzugsweise enthält die Absorberschicht ein schwarzes Pigment, insbesondere Ruß.
Die Abmessungen der mindestens einen transparenten Abdeckplatte richten sich in erster Linie nach den Abmessungen der Schaumglasplatte. Vorzugsweise bedeckt die mindestens eine transparente Abdeckplatte die mindestens eine restliche Oberfläche mit der mindestens einen Kanalstruktur im Wesentlichen vollständig oder vollständig.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Solarabsorber mit mindestens zwei transparenten Abdeckplatten ausgerüstet. Die mindestens zwei transparenten Abdeckplatten sind vorzugsweise im Wesentlichen parallel oder exakt parallel zueinander angeordnet. Bevorzugt haben sie die gleichen Abmessungen.
Besonders bevorzugt sind die mindestens zwei transparenten Abdeckplatten derart angeordnet, dass sich zwischen ihnen ein Zwischenraum befindet. Vorzugsweise wird dies durch einen den Rand der Abdeckplatten umlaufenden Abstandshalter, der auch als Abdichtung dient, bewerkstelligt. Vorzugsweise ist der Abstandshalter aus einem elastomeren Material aufgebaut, das auch mechanische Spannungen, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der jeweils verwendeten Materialien hervorgerufen werden, ausgleichen kann.
Der Abstandshalter beziehungsweise die Abdichtung kann mit den Oberflächen der mindestens zwei transparenten Abdeckplatten verklebt sein. Es kann aber auch eine Abdichtung, wie sie für Mehrscheiben-Isolierglas üblicherweise verwendet wird, eingesetzt werden.
Insbesondere herrscht in dem Zwischenraum ein Unterdruck oder er ist mit Luft oder einem Gas mit geringer Wärmeleitfähigkeit, insbesondere einem Edelgas, gefüllt. Vorzugsweise entspricht der Druck des Gases dem äußeren Atmosphärendruck. Bei der Verwendung von Luft können noch Vorrichtungen zum Druckausgleich zwischen dem Druck im Zwischenraum und dem Außendruck vorhanden sein.
Die vorstehend beschriebene, mit mindestens einer Kanalstruktur, mindestens jeweils einem Zulauf und Ablauf, mindestens zwei Kupplungselementen sowie mindestens einer transparenten Abdeckplatte ausgerüstete Keramikschaumplatte ist von einem teilweise oder vollständig, insbesondere vollständig, umlaufenden Rahmen umgeben. Sofern die mindestens zwei Kupplungselemente an der umlaufenden Seitenfläche angebracht sind, sind entsprechende Öffnungen im umlaufenden Rahmen zum Durchstecken der Kupplungselemente vorgesehen. In dieser Weise kann der umlaufende Rahmen den Kupplungselementen zusätzlichen Halt bieten.
Der umlaufende Rahmen kann aus den unterschiedlichsten Materialien bestehen. Wesentlich ist, dass die Materialien bei den Bedingungen des Betriebs der erfindungsgemäßen Solarabsorber mechanisch, chemisch und thermisch stabil, dimensionsstabil, witterungsstabil und stabil gegenüber Solarstrahlung sind. Besonders bevorzugt sind Materialien, die ein geringes spezifisches Gewicht aufweisen. Solche geeigneten Materialien können sowohl nach technischen als auch nach dekorativen Gesichtspunkten ausgewählt werden.
Geeignete Materialien sind beispielsweise aus Holz, Kork, Kunststoff und Leichtmetallen wie Aluminium und/oder aus Verbunden dieser Materialien aufgebaut. Die Materialien können massiv oder ein Geflecht sein oder eine Schaumstruktur haben. Des Weiteren können sie zum Schutz gegen Schädigungen durch mechanische und chemische Einwirkungen, Witterungseinflüsse und Solarstrahlung beispielsweise durch Wind, Sturm, sauren Regen, Schlagregen, Hagelschlag, Schnee und/oder Eis, oder zu dekorativen Zwecken beschichtet, insbesondere lackiert, sein. Als Beschichtungen kommen die vorstehend beschriebenen in Betracht.
Vorzugsweise weist der umlaufende Rahmen eine teilweise oder vollständig umlaufende Befestigungsvorrichtung, insbesondere eine Klemmvorrichtung, zum Fixieren der mindestens einen transparenten Abdeckplatte auf der restlichen Oberfläche mit der mindestens einen Kanalstruktur auf. Bevorzugt ist die umlaufende Vorrichtung zum Fixieren aus demselben Material wie der umlaufende Rahmen aufgebaut.
Um die mechanische Stabilität des erfindungsgemäßen Solarabsorbers weiter zu erhöhen, kann die Anordnung aus Schaumglasplatte und mindestens einer transparenten Abdeckplatte noch mit dem umlaufenden Rahmen verklebt und/oder mit Schrauben, Nägeln und/oder Nieten hierin befestigt werden.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber kann auf seiner der Sonne abgewandten Oberfläche einen rückseitigen Träger aufweisen. Der Träger dient vor allem der mechanischen Stabilisierung, der thermischen Isolierung, der Lichtstreuung und/oder der sicheren Befestigung der erfindungsgemäßen Solarabsorber auf Unterlagen, insbesondere auf und/oder in Fassaden, Balkonen, Treppenhäusern, Geländern Dächern, Fenstern, Wänden und Rahmungen an Gebäuden oder freistehenden Anlagen.
Die dem erfindungsgemäßen Solarabsorber zugewandte Oberfläche kann planar sein oder Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen, in die komplementäre Erhebungen und/oder Vertiefungen der betreffenden horizontalen Oberfläche eingreifen.
Vorzugsweise ist der rückseitige Träger aus vorstehend beschriebenen Materialien für den Rahmen aufgebaut. Außerdem kommen noch Materialien wie Blähton, gebrannter Ton, Keramik und Schaumbeton in Betracht. Des Weiteren kann es sich bei dem Träger um eine lichtstreuende Folie oder Platte handeln.
Zwischen dem rückseitigen Träger und der Schaumglasplatte können noch Strahlung reflektierende Schichten, insbesondere Strahlung reflektierende Folien, angeordnet sein.
Die Strahlung reflektierende Folie kann auch innerhalb der Schaumglasplatte unterhalb der mindestens einen Kanalstruktur in der im eingebauten Zustand der Sonne zugewandten horizontalen Oberfläche angeordnet sein.
Die Verbindung zwischen den betreffenden Oberflächen kann insbesondere bei dem Vorhandensein komplementärer Erhebungen und/oder Vertiefungen ohne weitere Befestigungsvorrichtungen erfolgen. Indes können auch Befestigungsvorrichtungen wie Klettverschlüsse, Klebeschicht, Klebefolien, Schrauben, Klemmen, Ösen, Haken oder Nägel oder Nagelbretter verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Solarabsorber können noch weitere Vorrichtungen aufweisen, mit deren Hilfe sie neuen Verwendungszwecken zugeführt werden können. Beispiele geeigneter weiterer Vorrichtungen sind Lichtleiter wie lichtleitende Fasern oder lichtleitende Folien sowie Lichtquellen, insbesondere LED. Die Lichtquellen können so geschaltet sein, dass die erfindungsgemäßen Solarabsorber vollflächig oder partiell beleuchtet werden, so dass sie stationäre oder variable, sich bewegende optische Effekte wie Bilder und/oder Beschriftungen wiedergeben.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers ist der vorstehend beschriebene Träger als Eisheizung ausgebildet.
Bekanntermaßen beruht die Eisheizung auf dem Freisetzen von latenter Wärme, die bei der Kondensation und dem Gefrieren von Wasserdampf freigesetzt wird. Die auf der Außenseite, d. h. der Atmosphäre zugewandten freien Seite, der Eisheizung freigesetzte latente Wärme wird dann auf das vorstehend beschriebene Wärmetauschermedium übertragen.
Zu diesem Zweck ist die vorstehend beschriebene Träger bevorzugt aus einem thermisch hochleitfähigen Material wie Aluminium aufgebaut.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform bildet die Eisheizung mit der Kanalstruktur und ihrer Beschichtung ein separates, einheitliches Bauteil aus dem thermisch hochleitfähigen Material. Insbesondere handelt es sich dabei um ein separates, einheitliches Aluminiumbauteil.
Die Kanalstruktur des Bauteils aus dem thermisch hochleitfähigen Material ist mit der Kanalstruktur des eigentlichen Solarabsorbers mithilfe üblicher und bekannter Kupplungen, beispielsweise je nachdem durch Metall-Glas-Kupplungen, Metall-Kunststoff-Kupplungen, Metall-Glas-Kleber oder Metall-Kunststoff-Kleber fluiddicht verbunden.
Der Wirkungsgrad der Eisheizung kann dadurch erhöht werden, dass über ihre Außenseite eine thermische Isolation in Form einer Platte angeordnet wird. Dadurch wird zwischen der thermischen Isolierung und der Außenseite der Eisheizung ein Belüftungskanal gebildet, der einerseits den Zutritt von Wasserdampf ermöglicht und andererseits zusammen mit der thermischen Isolation die Abstrahlung von latenter Wärme nach außen wirksam verhindert.
Vorzugsweise umfasst die thermische Isolation eine Trägerplatte aus den vorstehend beschriebenen Polymeren, Kork, Holz und/oder Spanplatten.
Bevorzugt umfasst die thermische Isolation eine Schaumstoffplatte aus den vorstehend beschriebenen Polymeren insbesondere aber eine Schaumglasplatte oder Keramikschaumplatte.
Die erfindungsgemäßen Solarabsorber eignen sich außerdem hervorragend für Solarthermieanlagen, worin sie mit Latentwärmespeichern, die Wärmeenergie mithilfe von sogenannten Phase-Change-Materialien (PCM), die zwischen +20 bis +130°C, bevorzugt +30 bis +100°C und insbesondere +40 bis +100°C einen Phasenübergang Fest-Flüssig aufweisen, als latente Wärme speichern und bei Bedarf wieder abgeben können. Insbesondere werden Paraffine oder Salze mit einem hohen Gehalt an Kristallwasser wie Natriumacetattrihydrat, Glaubersalz oder Alaun verwendet.
Außerdem können die erfindungsgemäßen Solarabsorber mit thermochemischen Speichern kombiniert werden, die Wärmeenergie mithilfe der Absorption und Desorption von Gasen und/oder Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser, in einem Temperaturbereich +20 bis +130°C, bevorzugt +30 bis +100°C und insbesondere +40 bis +100°C speichern können. Insbesondere werden hierfür Silicagele oder Zeolithe verwendet, die exotherm Wasser absorbieren und endotherm desorbieren. Zu diesem Zweck sind die thermochemischen Speicher derart ausgerüstet, dass sie „atmen” können. Dies wird beispielsweise durch einen mit dem Inneren des thermochemischen Speichers verbundenen Schnellentlüfter bewerkstelligt.
Vorzugsweise befinden sich die Medien für die Latentwärmespeicher in Hohlkugeln und hohlen Quadern, Tetraedern oder Octaedern aus mindestens einem der vorstehend aufgeführten Kunststoffe.
Vorzugsweise haben die thermochemischen Speicher die Form von Kunststoffkissen oder Kunststoffschläuchen.
Insbesondere PDMS als Kunststoff verwendet.
Der Vorteil dieser Konfigurationen liegt insbesondere darin, dass zum einen durch den Phasenwechsel oder die Absorption/Desorption auch hohe Stillstandstemperaturen > 250°C verhindert oder kalte Wärmetauschermedien vorgewärmt werden können.
Die erfindungsgemäßen Solarabsorber können außerdem übliche und bekannte elektronische, pneumatische und/oder mechanische Mess- und Regelvorrichtungen wie Thermometer, Druckmesser, Überdruckventile für das Wärmetauschermedium Lichtsensoren, Regensensoren, Spannungsmesser, Spannungsregler und Durchflussmesser, übliche und bekannte Fördereinrichtungen wie elektrisch, mechanisch oder pneumatische Förderpumpen sowie elektrisch, mechanisch oder pneumatisch betriebene Steuerungsventile aufweisen. Diese gesamte Peripherie kann zentral elektronisch gesteuert werden.
Des Weiteren können die erfindungsgemäßen Solarabsorber Vorrichtungen zur partiellen oder vollständigen Abschattung aufweisen. Diese Vorrichtungen können mechanisch verstellbare Anordnungen von Platten, Flügeln oder Blenden sein, die beispielsweise mithilfe von Bimetall-Vorrichtungen verstellt werden können. Die Vorrichtung können aber auch Schichten aus flüssigkristallinen Materialien enthalten, die bei Überschreiten einer festgelegten Temperatur von transparent nach opak umschalten. Diese Vorrichtungen können auch in die transparenten Abdeckplatten integriert werden.
Die erfindungsgemäßen Solarabsorber können mithilfe üblicher und bekannter Verfahren hergestellt werden. Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, wenn sie mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

– Bereitstellung einer Keramikschaumplatte der gewünschten Stärke durch Urformen,
– Zuschneiden, Sägen und/oder Fräsen der Keramikschaumplatte auf die gewünschten Abmessungen unter Bildung einer später der Sonne zugewandten, horizontalen Oberfläche, einer später der Sonne abgewandten, horizontalen Oberfläche und einer umlaufenden, im Wesentlichen vertikalen oder vertikalen Seitenfläche,
– Herstellung mindestens einer Kanalstruktur für das Wärmetauschermedium zumindest in der Oberfläche durch Umformen, insbesondere durch Pressen, Schmelzen und/oder Prägen, und/oder durch abtragendes Trennen, insbesondere durch zerteilende, spanende und abtragende Verfahren wie Sägen, Feilen, Meißeln, Reiben, Stoßen, Drehen, Fräsen, Bohren, Lappen, Hobeln, Honen, Räumen, Schleifen, Abschroten sowie thermisches Trennen, chemisches Trennen (Ätzen), Scheren, Schneiden oder Elektroerodieren.
– Herstellung mindestens einer Bohrung zur Aufnahme mindestens eines Zulaufs für das kalte Wärmetauschermedium K zu der mindestens einen Kanalstruktur durch vorzugsweise durch Umformen und/oder abtragendes Trennen, insbesondere durch abtragendes Trennen,
– Herstellung mindestens einer Bohrung zur Aufnahme mindestens eines Zulaufs für das erwärmte Wärmetauschermedium H aus der mindestens einen Kanalstruktur vorzugsweise durch Urformen, Umformen und/oder abtragendes Trennen, insbesondere durch abtragendes Trennen, oder alternativ
– Herstellung einer Keramikschaumplatte, umfassend zumindest vorgefertigte horizontale und vertikale Oberflächen, mindestens eine vorgefertigte Kanalstruktur und mindestens zwei vorgefertigte Bohrungen zur Aufnahme mindestens eines Zulaufs und mindestens eines Ablaufs, durch Urformen, insbesondere durch Aufschäumen eines Gemischs aus keramischen Rohstoffen in einer entsprechend geformten offenen oder geschlossenen Form, und
– Beschichten zumindest der Wandungen der mindestens einen Kanalstruktur und der restlichen Oberfläche mit mindestens einer der vorstehend beschriebenen Beschichtungen, insbesondere mit den vorstehend beschriebenen Verfahren.

Die erfindungsgemäßen Solarabsorber und die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Solarabsorber müssen nicht notwendigerweise planar sein, sondern sie können in mindestens eine Richtung des Raumes gebogen sein. Die entsprechenden Anordnungen, umfassend Schaumglasplatten, transparente Abdeckplatten und Rahmen, sowie das erfindungsgemäße Verfahren zu ihrer Herstellung kann ohne Weiteres der Biegung entsprechend angepasst werden. Die in mindestens einer Richtung des Raumes gebogenen erfindungsgemäßen Solarabsorber besitzen den großen Vorteil, dass sie auch für die Anwendung auf gebogenen und/oder abgerundeten Flächen in Betracht kommen.
Die erfindungsgemäßen Solarabsorber und die mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Solarabsorber können in vielfältiger Weise verwendet werden. Insbesondere können sie als funktionale und/oder dekorative Abdeckungen für vertikale oder geneigte Flächen, transparente Fenster, funktionale und/oder dekorative Lichtquellen, funktionale und/oder dekorative Lichtleiter, Reklametafeln, Informationsanzeiger, Displays, Klimaanlagen zum Heizen und zum Kühlen, Warmwasserbereitungsanlagen, Energiespeicher und Bioreaktoren, die die eingestrahlter Solarenergie für das Wachstum von Mikroorganismen, insbesondere von Algen, nutzbar machen. In ihrer Funktion als Bioreaktoren können die erfindungsgemäßen Solarabsorber auch als Kohlendioxid-Senken und/oder zur Sauerstoffanreicherung in Innenräumen dienen.
Bei den einzelnen erfindungsgemäßen Verwendungen zeigen die erfindungsgemäßen Solarabsorber die folgenden Vorteile.
Als Dachabdeckung:
Wegen ihrer leichten Konstruktion und ihrer Flexibilität bezüglich der Formgebung, können die erfindungsgemäßen Solarabsorber leicht auf und/oder innerhalb einer Dachabdeckung, insbesondere einer Dachabdeckung aus Ziegeln, montiert werden. Dadurch können die erfindungsgemäßen Solarabsorber den Eindruck von regulären Dachfenstern oder Dachluken erwecken. Sind die erfindungsgemäßen Solarabsorber transparent, können sie als Fenster und Lichtquelle im Dach sowie als Abdeckung von Wintergärten und Gewächshäusern verwendet werden. Zu diesem Zweck können sie auf ihrer der Sonne abgewandten Seite mit lichtstreuenden Folien verbunden werden.
Als farbige Solarabsorber:
Die erfindungsgemäßen Solarabsorber bieten zahlreiche Möglichkeiten zur Farbgestaltung. So können die Keramikschaumplatten und/oder die transparenten Abdeckplatten bunt beschichtet und/oder pigmentiert werden. Außerdem können insbesondere bei geschlossenen Kreisläufen für die Wärmetauschermedien, letztere selbst gefärbt sein. Des Weiteren können farbige reflektierende Folien in die Schaumglasplatten oder auf deren Rückseiten eingebaut werden. Es können aber auch transparente bunte Sticker, beispielsweise auf der Basis von perforierten Kunststofffolien, auf die erfindungsgemäßen Solarabsorber aufgeklebt werden. Des Weiteren können Muster oder Bilder etwa zu Reklamezwecken aufgedruckt werden. Nicht zuletzt kann der erfindungsgemäße Solarabsorber selbst Farbspiele und bewegte Bilder wiedergeben, wenn er mit entsprechenden elektronisch gesteuerten Lichtquellen ausgerüstet wird.
Als Fassadenelement, Balkonumrandung, Geländerelement und Trennwand:
Die erfindungsgemäßen Solarabsorber können auf geneigte oder vertikale Fassaden, Balkon Umrandungen, Geländerelemente und Trennwände montiert werden. Hierdurch wird einerseits ihre Effektivität im Winter, wenn der Einstrahlungswinkel der Sonne am geringsten ist, signifikant gesteigert. Andererseits kann im Sommer die Gefahr von Überhitzung und Überproduktion von heißem Wasser vermindert werden. Üblicherweise werden vertikale Solarabsorber nicht zu ästhetischen Zwecken montiert; indes regen die Buntheit und Gestaltungsmöglichkeiten dazu an, die erfindungsgemäßen Solarabsorber als dekorative Elemente zu verwenden. Auch hier bieten die Freiheitsgrade zur Gestaltung der erfindungsgemäßen Solarabsorber die Möglichkeit, sie mit den unterschiedlichsten Fassadensystemen, Balkon Umrandungen, Geländerelementen und Trennwänden zu kombinieren. Zusätzlich bieten Fassaden mit erfindungsgemäßen Solarabsorbern die Möglichkeit, Gebäude von außen zu kühlen und so die für den Betrieb von Klimaanlagen notwendige Energie zu verringern. Nicht zuletzt sind die Fassaden, die hauptsächlich oder ganz aus den erfindungsgemäßen Solarabsorbern aufgebaut sind, kosteneffektiv, da sie als äußere Hülle und als Isolation für die betreffenden Gebäude dienen können. Nicht zuletzt können diese erfindungsgemäßen Fassaden mit verstellbaren Sonnenblenden ausgerüstet werden, wodurch im Sommer die Solarstrahlung abgeschirmt und im Winter ungehindert eingestrahlt werden kann.
Als Bioreaktoren:
Die erfindungsgemäßen Solarabsorber können als Bioreaktoren zur Züchtung von Algen oder freischwebenden Pflanzenkulturen dienen, denn sie können die notwendige Wärme und/oder das notwendige Licht hierfür liefern. Dabei können die Kanalstrukturen der erfindungsgemäßen Solarabsorber selbst die Bioreaktoren sein und/oder die erfindungsgemäßen Solarabsorber liefern separaten Bioreaktoren Licht und Wärme. Die Algen und/oder freischwebende Pflanzenkulturen enthaltenden Bioreaktoren können als Kohlendioxid-Senke und als Sauerstofflieferant dienen. Außerdem können sie gleichzeitig als Wärmetauscher zum Erwärmen von Frischluft für Lüftungsanlagen dienen. Die erzeugte Biomasse kann durch Filtrieren verringert werden. Die dadurch gewonnene Biomasse kann den unterschiedlichsten Verwendungszwecken zugeführt werden, beispielsweise als Nahrung oder als Ausgangsmaterial für andere Produkte. In Kombination mit Wintergärten und Gewächshäusern ergeben sich zusätzliche Synergien. Nicht zuletzt wirkt das Spiel des grünen Lichts, das die erfindungsgemäßen Solarabsorber bieten, beruhigend auf den Betrachter.
Als transparente Elemente:
Wegen ihrer Transparenz weisen die erfindungsgemäßen Solarabsorber optische Effekte wie Milchglas oder Mattglas auf. Sie können daher auch für Verwendungszwecke eingesetzt werden, die früher Milchglas oder Mattglas vorbehalten waren, wobei sich bei den erfindungsgemäßen Solarabsorbern noch die zahlreichen weiteren Vorteile ergeben.
In Wintergärten und Gewächshäusern:
Da die erfindungsgemäßen Solarabsorber zwei oder mehr räumlich voneinander getrennte Kanalstrukturen aufweisen können, beispielsweise eine in der der Sonne zugewandten Oberfläche und eine in der der Sonne abgewandten Oberfläche, kann die äußere Kanalstruktur während des Tages Wärme absorbieren, wobei die innere Kanalstruktur zugleich eine Überhitzung verhindert. Die innere Kanalstruktur kann außerdem dazu benutzt werden, die Wintergärten und die Gewächshäuser während der Nacht zu heizen. In dieser Weise fungieren die erfindungsgemäßen Solarabsorber als Hitzepuffersysteme.
Als Lichtsammler und Lichtquellen:
Wegen ihrer Transparenz können die erfindungsgemäßen Solarabsorber auch im Inneren von Gebäuden als Lichtsammler und Lichtquellen dienen. So kann Licht von hinten oder seitlich in die Keramikschaumstruktur eingestrahlt werden und mithilfe von Glasfaserleitern oder Lichtröhren zu jeder gewünschten Stelle gelenkt werden. Dadurch erfüllen die erfindungsgemäßen Solarabsorber zahlreiche Funktionen wie das Erhitzen von Wasser, die Kühlung von Dächern und das Beleuchten von dunklen Ecken in Gebäuden mit natürlichem Tageslicht. Besonders schöne optische Effekte werden erzielt, wenn die erfindungsgemäßen Solarabsorber auf ihrer von der Sonne abgewandten Seite lichtstreuende Folien aufweisen.
Des Weiteren können die erfindungsgemäßen Solarabsorber phosphoreszierende Pigmente enthalten, die im Dunkeln lange nachleuchten und so ebenfalls besonders schöne optische Effekte erzeugen.
Als Latentwärmespeicher und thermochemischer Speicher
Die erfindungsgemäßen Solarabsorber eignen sich hervorragend für Solarthermieanlagen, worin sie mit Latentwärmespeichern, die Wärmeenergie mithilfe von sogenannten Phasechange-Materialien (PCM), die zwischen +20 bis +130°C einen Phasenübergang Fest-Flüssig aufweisen, als latente Wärme speichern und bei Bedarf wieder abgeben können.
Außerdem können die erfindungsgemäßen Solarabsorber mit thermochemischen Speichern kombiniert werden, die Wärmeenergie mithilfe von Absorption und Desorption von Gasen und/oder Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser, in einem Temperaturbereich von +20 bis +130°C speichern können. Insbesondere werden hierfür Silicagele oder Zeolithe verwendet, die exotherm Wasser absorbieren und endotherm desorbieren.
Der Vorteil dieser Konfiguration liegt insbesondere darin, dass zum einen durch den Phasenwechsel oder die Absorption/Desorption auch hohe Stillstandstemperaturen > 250°C kompensiert oder kalte Wärmetauschermedien vorgewärmt werden können.
Die erfindungsgemäßen Solarabsorber sind nicht auf die vorstehend konkret beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern sie können noch andere Kombinationen der vorstehend beschriebenen Merkmale aufweisen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden wird der erfindungsgemäße Solarabsorber anhand der 1 bis 45 beispielhaft erläutert. Bei den 1 bis 45 handelt es sich um schematische Darstellungen, die das Konstruktions- und Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Solarabsorbers und den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zu seiner Herstellung veranschaulichen sollen. Die in den Figuren gezeigten Größenverhältnisse müssen daher auch nicht den in der Praxis angewandten Größenverhältnissen entsprechen.
Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
1 einen vertikalen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
2 einen vertikalen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
3 einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
4 einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
5 einen vertikalen Schnitt durch eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
6 einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
7 eine Draufsicht auf eine erste Anordnung von parallel geschalteten erfindungsgemäßen Solarabsorbern 1;
8 eine Draufsicht auf eine zweite Anordnung von in Reihe geschalteten erfindungsgemäßen Solarabsorbern 1;
9 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 mit einer ersten Ausführungsform der Kanalstruktur;
10 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 mit einer zweiten Ausführungsform der Kanalstruktur;
11 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 mit einer dritten Ausführungsform der Kanalstruktur;
12 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 mit einer vierten Ausführungsform der Kanalstruktur;
13 einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer ersten Anordnung von in Reihe geschalteten erfindungsgemäßen Solarabsorbern 1 längs der Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
14 einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer zweiten Anordnung von in Reihe geschalteten erfindungsgemäßen Solarabsorbern 1 längst der Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
15 einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer zweiten Anordnung gemäß 14 von zwei in Reihe geschalteten erfindungsgemäßen Solarabsorbern 1 vor dem Zusammenfügen längst der Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
16 einen vertikalen Schnitt durch eine siebte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
17 einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer achten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
18 einen vertikalen Schnitt durch eine neunte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
19 einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer zehnten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 mit einem separaten, zusammenhängenden Bauteil aus Glas quer zur Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
20 einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer elften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 mit einem separaten, zusammenhängenden Bauteil aus Glas quer zur Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
21 einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer zwölften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 mit einem separaten, zusammenhängenden Bauteil aus Glas quer zur Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
22 einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer dreizehnten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 mit einem separaten, zusammenhängenden Bauteil aus Glas quer zur Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums;
23 einen vertikalen Schnitt längs der Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums durch einen Ausschnitt aus einer vierzehnten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 mit einem separaten, zusammenhängenden Bauteil aus Glas und einer rückwärtigen Eisheizung;
24 einen vertikalen Schnitt längs der Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums durch einen Ausschnitt aus einer fünfzehnten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 mit einem separaten, zusammenhängenden Bauteil aus Glas und einer rückwärtigen Eisheizung;
25 einen vertikalen Schnitt längs der Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums durch einen Ausschnitt aus zwei aneinander gefügte Solarabsorber 1 gemäß der 21;
25a einen horizontalen Schnitt längst der Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums durch den Ausschnitt gemäß 25 in der Blickrichtung von oben;
26 einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer sechzehnten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1, umfassend ein separates, zusammenhängendes Bauteil aus Glas, zwei einander angefügte Schaumglasplatten und eine rückwärtige Eisheizung;
27 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 mit einer fünften Ausführungsform der Kanalstruktur;
28 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 mit einer sechsten Ausführungsform der Kanalstruktur;
29 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 mit einer siebten Ausführungsform der Kanalstruktur;
30 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 mit einer achten Ausführungsform der Kanalstruktur;
31 einen vertikalen Schnitt durch den Ausschnitt A der 30;
32 vertikaler Schnitt durch den Kupplungsbereich zweier seitlich aneinander stoßender, elektrisch und fluidmäßig verbundener Solarabsorber 1 in Kombination mit einer fotovoltaischen Solarzelle;
33 eine Solarthermieanlage, enthaltend mindestens einen erfindungsgemäßen Solarabsorber 1;
34 eine Solarthermieanlage, enthaltend mindestens einen erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 und einen Latentwärmespeicher;
35 eine Solarthermieanlage, enthaltend mindestens einen erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 und einen Latentwärmespeicher;
36 einen vertikalen Schnitt durch eine Solarthermieanlage, enthaltend mindestens einen erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 und einen thermochemischen Wärmespeicher;
37 einen erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 mit einer Schicht von Schwarzpigmenten;
38 das Fließschema 1 der Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1;
39 das Fließschema 2 der Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1;
40 das Fließschema 3 der Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1;
41 das Fließschema 4 der Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1;
42 das Fließschema 5 der Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1;
43 das Fließschema 6 der Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1;
44 das Fließschema 7 der Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1;
45 das Fließschema 8 der Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1.
In den 1 bis 45 haben die Bezugszeichen die folgende Bedeutung:
Bezugszeichenliste

1: erfindungsgemäße Solarabsorber 1
2: Keramikschaumplatte
2': im eingebauten Zustand der Sonne S zugewandte, horizontale Oberfläche der Keramikschaumplatte 2
2'': im eingebauten Zustand der Sonne S abgewandte, horizontale Oberfläche der Keramikschaumplatte 2
2''': umlaufende, vertikale Seitenfläche der Keramikschaumplatte 2
2^IV: zur Einbuchtung 9'' des rückseitigen Trägers 9 komplementäre Ausbuchtung der horizontalen Oberfläche 2'' der Keramikschaumplatte 2
2^V: zur Ausbuchtung 9' des rückseitigen Trägers 9 komplementäre Einbuchtung der horizontalen Oberfläche 2'' der Keramikschaumplatte 2
2^VI: im eingebauten Zustand von der Sonne abgewandte zweite Keramikschaumplatte
2^VII: im eingebauten Zustand der Oberfläche 2'' zugewandten, horizontale Oberfläche der Keramikschaumplatte 2 ^VI
2^VIII: der Oberfläche 2 ^VII gegenüberliegende, horizontale Oberfläche der Keramikschaumplatte 2 ^VI
2^IX: zur Seitenfläche 2'' passende, umlaufende, vertikale Seitenfläche der Keramikschaumplatte 2 ^VI
3: Kanalstruktur in der im eingebauten Zustand der Sonne S zugewandten horizontalen Oberfläche 2' der Keramikschaumplatte 2
3': Kanalstruktur in der im eingebauten Zustand der Sonne S abgewandten horizontalen Oberfläche 2'' der Keramikschaumplatte 2
3'': Kanalstrukturfeld in der Oberfläche 2' der Keramikschaumplatte 2
3''': Strömungsfeld mit der Beschichtung 4
3^IV: Strömungsbrecher mit der Beschichtung 4
3^V: Kanalstruktur für das Wärmetauscher Medium in der Oberfläche 2 ^VIII der Keramikschaumplatte 2 ^VI
4: Beschichtung der Wandungen der Kanalstruktur 3
4': Beschichtung der im eingebauten Zustand der Sonne S abgewandten horizontalen Oberfläche 2'' der Keramikschaumplatte 2
4'': Beschichtung der umlaufenden vertikalen Seitenfläche 2'' der Keramikschaumplatte 2
4''': Beschichtung der Kanalstruktur 3'
4^IV: Beschichtung innerhalb der Verbindungsfläche 10 zwischen den Keramikschaumplatten 2, 2 ^VI
4^V: Beschichtung der Wandungen der Kanalstruktur 11 zwischen den Keramikschaumplatte 2, 2 ^VI
4^VI: Beschichtung der Wandungen der Kanalstruktur 3 ^V der Keramikschaumplatte 2 ^VI
4^VII: Beschichtung der umlaufenden, vertikalen Seitenfläche 2 ^IX der Keramikschaumplatte 2 ^VI
5: transparente Abdeckplatte der Kanalstruktur 3
5': äußere transparente Abdeckplatte
5'': Zwischenraum zwischen den transparenten Abdeckplatten 5, 5'
6: umlaufender Rahmen
6': Lücke zwischen zwei aneinander anliegenden umlaufenden Rahmen
6'': elastischer Dichtungsstreifen
7: umlaufende Befestigungsvorrichtung für die transparenten Abdeckplatten 5, 5'
7': umlaufende Befestigungsvorrichtung an der im eingebauten Zustand von der Sonne abgewandten Oberfläche 2'' der Keramikschaumplatte 2
7'': in die komplementäre Aussparung 9''' abschnittsweise eingreifende Befestigungsvorrichtung
8: Abstandshalter für die transparenten Abdeckplatten 5, 5' und Abdichtung für den Zwischenraum 5''
9: rückseitiger Träger
9': zur Einbuchtung 2 ^V komplementäre Ausbuchtung des rückseitigen Trägers 9
9'': zur Ausbuchtung 2 ^IV komplementäre Einbuchtung der im eingebauten Zustand der Sonne S abgewandten horizontalen Oberfläche der Keramikschaumplatte 2
9''': zu der eingreifenden Befestigungsvorrichtung 7'' komplementäre Aussparung
10: Verbindungsfläche zwischen den Keramikschaumplatte 2, 2 ^VI
11: von den Keramikschaumplatte 2, 2 ^VI umschlossene, innere Kanalstruktur
12: Lichtquelle
13: Spannungsquelle
14: Lichtleiter
15: Zulaufrohr für das kalte Wärmetauschermedium K
16: Sammelrohr für das erwärmte Wärmetauschermedium H
17: Förderpumpe für das kalte Wärmetauschermedium K
18: Zulauf mit Innenbeschichtung 4 für das kalte Wärmetauschermedium K zu den Kanalstrukturen 3, 3', 11, dem Kanalstrukturfeld 3'' und dem Strömungsfeld 3'''
18': abgesenkter Zulauf mit Innenbeschichtung 4 für das kalte Wärmetauschermedium K zu den Kanalstrukturen 3, 3', 11, dem Kanalstrukturfeld 3'' und dem Strömungsfeld 3'''
19: Ablauf mit Innenbeschichtung 4 für das erwärmte Wärmetauschermedium H aus den Kanalstrukturen 3, 3', 11, dem Kanalstrukturfeld 3'' und dem Strömungsfeld 3''
19': Sammelleitung mit Innenbeschichtung 4 für das erwärmte Wärmetauschermedium H
19'': abgesenkter Ablauf mit Innenbeschichtung 4 für das erwärmte Wärmetauschermedium H aus den Kanalstrukturen 3, 3', 11, dem Kanalstrukturfeld 3'' und dem Strömungsfeld 3''
20: Kupplungselement zwischen zwei seitlich aneinander liegenden erfindungsgemäßen Solarabsorbern 1
20': zum Aufnahmeteil 20'' komplementäres Einsteckteil des Kupplungselements 20
20'': zum Einsteckteil 20' komplementäres Aufnahmeteil des Kupplungselements 20
20''': Bohrung durch den Rahmen 6 in die vertikale Seitenfläche 2''' zur Aufnahme des Einsteckteils 20' oder des komplementären Aufnahmeteils 20''
21: Zulauf mit Innenbeschichtung 4 von dem Kupplungselement 20 zu der Kanalstruktur 3 mit Innenbeschichtung 4
22: Ablauf mit Innenbeschichtung 4 von der Kanalstruktur 3 mit der Innenbeschichtung 4 zu dem Kupplungselement 20
23: zum unteren auskragenden Bereich 24 eines benachbarten Solarabsorbers 1 komplementärer, oberer, auskragender Bereich
24: zum oberen auskragenden Bereich 23 eines benachbarten Solarabsorbers 1 komplementärer, unterer, auskragender Bereich
25: reflektierende Folie
26: lichtstreuende, transparente Folie
27: Kondensat- und/oder Eisschicht
28: Wärmetauscherrippen war eine Espresso
29: fluiddichte Glas-Metall-Kupplung
29': Glasaußengewinde
29'': zum Einsteckteil 29 ^IV komplementäres Aufnahmeteil
29''': Innengewinde des Aufnahmeteils 29''
29^IV: zum Aufnahmeteil 29'' komplementäres Einsteckteil
29^V: Metallaußengewinde
29^VI: Innengewinde des Einsteckteils 29 ^IV
30: horizontaler Träger
31: Drehachse
32: Belüftungskanal
33: thermische Isolation des Belüftungskanals 32
33': Trägerplatte der thermischen Isolation 33
33'': Schaumstoffplatte
33''': unterer horizontaler Träger als integraler Bestandteil des Trägers 30
33^IV: oberer horizontaler Träger
34: Kugelschliffverbindung
34': Schale
34'': Kugel
34''': Dichtungsmasse
34^IV: Lagerung der Schale 34' im Rahmen 6
34^V: Lagerung der Kugel 34'' im Rahmen 6
35: vertikale Bohrung durch die Keramikschaumplatte 2
35': vertikale Bohrung durch die Keramikschaumplatte 2 ^VI
36: elektrisch isolierende, wärmeleitende Schicht
37: rückseitige Metallelektrode
38: Halbleiter auf der Basis von polykristallinem Silicium
39: elektrisch leitfähige, transparente Oxidschicht
40: antireflektierende Textur
41: Steckdose
42: Stecker
43: Metallstift
44: elektrische Leitung
45: Stromverbraucher
46: Zuleitung für das Wärmetauschermedium von der Pumpe 17 zum Zulauf 18
47: Automatischer Schnellentlüfter
48: Zuleitung für das Wärmetauschermedium von dem Ablauf 19 zum Drosselventil 49
49: Drosselventil
50: Zuleitung für das Wärmetauschermedium von dem Drosselventil 49 zu der Heizschlange 54 im Pufferspeicher 53
51: Umleitung für das Wärmetauschermedium von dem Ablauf 19 zu dem Behälter 56
52: Sperrventil
53: Pufferspeicher
54: Heizschlange
55: Zuleitung für das Wärmetauschermedium von der Heizschlange 54 zum Behälter 56
55': obere Zuleitung 55
55'': alternative untere Zuleitung 55
56: mit schwimmender Membran 57 abgedeckter Behälter für das Wärmetauschermedium
57: schwimmende Membran
58: Zuleitung für das Wärmetauschermedium vom Behälter 56 zur Pumpe 17
59: Zuleitung für das Wärmetauschermedium von dem Einlauf 18 des Solarabsorbers 1 zu der Heizschlange 54
60: Zuleitung für das Wärmetauschermedium von der Heizschlange 54 über das Drosselventil 49 zum Einlauf 18 des Solarabsorbers 1
61: Zuleitung für das Wärmetauschermedium zum Einlauf 18 des Pufferspeichers 53
62: Ableitung für das Wärmetauschermedium von dem Pufferspeicher 53
63: Latentwärmespeicher
64: Hohlkugel aus Kunststoff gefüllt mit einem Latentwärmespeichermedium
65: thermochemischer Wärmespeicher
66: wärmeleitende Metallfolie
67: Schwarzpigmente enthaltende Schicht
A: Ausschnitt
D: Drehrichtung
DL: diffuses Licht
F: Fließ- oder Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums
FU: Umlenkung der Fließ- oder Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums
H: erwärmtes Wärmetauschermedium
h·v: Solarstrahlung
H₂O: Wasserdampf
K: kaltes Wärmetauschermedium
RIR: Rohr-in-Rohr-Konfiguration
S: Sonne
SL: Schnittlinie
T1, T2: Temperaturfühler für die Isttemperatur
T3: Referenztemperaturfühler

Fig. 1
Die 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
In die der Sonne zugewandten Oberfläche 2' einer 10 cm starken, 1 m² großen, quadratischen, transparenten Calciumsilicatschaumplatte 2 wurde eine Kanalstruktur 3 mechanisch eingefräst. Die der Sonne abgewandte Oberfläche 2'' der Calciumsilicatschaumplatte 2 wurde unbehandelt gelassen. Die Kanalstruktur 3 verlief schlangenförmig in der Oberfläche 2' und wurde von einem Wärmetauschermedium aus 90 Vol.-% Wasser und 10 Vol.-% Tetraethylenglykoldimethylether durchströmt. In dem Wärmetauschermedium war eine Infrarotstrahlung absorbierende Farbe gelöst. Die Tiefe der Kanalstruktur 3 lag bei 2,5 cm, ihre lichte Weite bei 3 cm. Die Wandungen der Kanalstruktur 3 und die restliche Oberfläche 2' zwischen den Kanälen war mit einer fluiddichten Beschichtung 4 beschichtet. Die Beschichtung 4 bestand aus einer 100 μm starken, kratzfesten, Aerosil-Nanopartikel enthaltenden Klarlackierung, wie sie auch als Automobilserienlackierung verwendet wird, beschichtet. Die Beschichtung 4 konnte in einfacher, üblicher und bekannter Weise durch Aufsprühen eines flüssigen Klarlacks und Aushärten der applizierten Schichten hergestellt werden.
Die Kanalstruktur 3 und die restliche Oberfläche 2' wurde mit einer Solarglasplatte als transparenter Abdeckung 5 bedeckt. Zum besseren Kontakt zwischen der Beschichtung 4 und der Unterseite der Solarglasplatte 5 wurde ein transparenter Kleber verwendet.
Die gesamte Anordnung befand sich in einem die Seitenfläche 2''' der Calciumsilicatschaumplatte 2 vollständig umlaufenden Rahmen 6 aus Aluminium, in den eine umlaufende Klemmvorrichtung als Befestigungsvorrichtung 7 für die transparente Abdeckplatte 5 integriert war.
Die Kanalstruktur 3 wies einen Zulauf 21 mit Innenbeschichtung 4 für das Wärmetauschermedium von einem Kupplungselement 20 zur Kanalstruktur 3 auf (nicht eingezeichnet). Des Weiteren wies die Kanalstruktur 3 einen Ablauf 22 mit Innenbeschichtung 4 von der Kanalstruktur 3 zu einem weiteren Kupplungselement 20 auf (nicht eingezeichnet). Die beiden Kupplungselemente 20 waren durch entsprechende Löcher im Rahmen 6 geführt, der gleichzeitig auch als Halterung dafür diente (nicht eingezeichnet). Die beiden Kupplungselemente 20 dienten als Aufnahmeteile 20'' für die komplementären externen Einsteckteile 20' (nicht eingezeichnet). Das kalte Wärmetauschermedium wurde über den Zulauf 21 zugepumpt, und das erwärmte Wärmetauschermedium wurde über den Ablauf 22 abgeleitet.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 1 wies einen besonders hohen Wirkungsgrad auf. Wegen seiner Transparenz konnte er als Fensterelement in Fassaden und Dächern verwendet werden.
Fig. 2
Die 2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber gemäß der 2 entsprach in seinen wesentlichen Konstruktionsmerkmalen dem erfindungsgemäßen Solarabsorber gemäß der 1, wobei die folgenden zusätzlichen Merkmale hinzu kamen:

– Die gesamte Calciumsilicatschaumplatte 2 war auf ihren Oberflächen 2', 2'', 2'''' und den Wandungen der Kanalstruktur 3 von der Beschichtung 4, 4', 4'' bedeckt.
– Auf der Solarglasplatte 5 war ein ihre Kante umlaufender Dichtungsring 8 aus Polysulfid, der zugleich als Abstandshalter 8 diente, angeordnet.
– Auf diesen Dichtungsring 8 wurde eine zweite Solarglasplatte 5' aufgelegt, so dass sich zwischen den beiden Solarglasplatte 5, 5' ein Zwischenraum 5'' befand. Die gesamte Anordnung wurde mithilfe der in den umlaufenden Rahmen 6 integrierten Klemmvorrichtung 7 gehalten.
– Der Zwischenraum 5'' war mit Luft gefüllt. Um eine Beschädigung durch das Ausdehnen der Luft bei der Einstrahlung von Solarstrahlung zu verhindern, war eine Vorrichtung zum Druckausgleich (nicht eingezeichnet) vorgesehen. Um die Kondensation von Wasser im Zwischenraum 5'' zu verhindern, waren außerdem Trocknungsvorrichtungen vorgesehen (nicht eingezeichnet).

Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 2 wies einen besonders hohen Wirkungsgrad auf und war hervorragend als dekoratives Element geeignet.
Fig. 3
Die 3 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 3 entsprachen seinen Konstruktionsmerkmalen im Wesentlichen den Ausführungsformen gemäß den 1 und 2, wobei die folgenden zusätzlichen Merkmale hinzu kamen:

– Die Calciumsilicatschaumplatte 2 wies auch auf ihrer der Sonne abgewandten Seite 2'' eine Kanalstruktur 3' mit der Beschichtung 4''' auf.
– Für die Kanalstruktur 3' war ebenfalls ein Zulauf 21 vorgesehen, der fluidmäßig mit dem Ablauf 22 der Kanalstruktur 3 verbunden war, so dass das erwärmte Wärmetauschermedium H von der Kanalstruktur 3 in die Kanalstruktur 3' geleitet werden konnte (nicht eingezeichnet).
– Für die Kanalstruktur 3' war ebenfalls ein Ablauf 22 vorgesehen, durch den das nunmehr abgekühlte Wärmetauschermedium K von der Kanalstruktur 3' über den Zulauf 21 wieder zurück in die Kanalstruktur 3 zurückgeleitet werden konnte (nicht eingezeichnet).
– In dieser Weise ergab sich ein von einer externen Pumpe (nicht eingezeichnet) angetriebener geschlossener Flüssigkeitskreislauf.
– Die Kanalstrukturen 3, 3' waren derart gegeneinander versetzt angeordnet, dass z. B. eine Vertiefung in der Kanalstruktur 3 der restlichen Oberfläche 2'' zwischen zwei Vertiefungen der Kanalstruktur 3'' gegenüber stand und umgekehrt. In dieser Weise konnten Schwachstellen in der Calciumsilicatschaumplatte 2 verhindert werden.
– Die Oberfläche 2'' mit der Kanalstruktur 3' war haftfest mit einem Träger 9 aus Kork verbunden.

Der erfindungsgemäße Solarabsorber gemäß der 3 wies ebenfalls einen besonders hohen Wirkungsgrad auf. Wegen seines Trägers 9 konnte er zusätzlich als dekoratives Wandelement für die Innenräume von Gebäuden verwendet werden.
Fig. 4
Die 4 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 gemäß der 4 entsprach in ihren wesentlichen Konstruktionsmerkmalen der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 gemäß der 3, wobei die folgenden zusätzlichen Merkmale hinzu kamen:

– Das Keramikschaumelement war aus zwei aufeinander liegenden Calciumsilicatschaumplatten 2, 2 ^VI an den horizontalen Oberflächen 2'', 2 ^VII zusammengefügt.
– Die Verbindungsfläche 10 zwischen den beiden horizontalen Oberflächen 2'' und 2 ^V war mit der Beschichtung 4 ^IV beschichtet.
– In der Verbindungsfläche 10 war eine von dem Material der beiden Calciumsilicatschaumplatten 2, 2 ^VI umschlossene Kanalstruktur 11 angeordnet.
– Die Wandungen der Kanalstruktur 11 waren mit der Beschichtung 4 ^V beschichtet. Die Beschichtung 4 ^V schloss sich nahtlos an die Beschichtung 4 ^IV an.
– Die der Oberfläche 2 ^VII gegenüberliegende horizontale Oberfläche 2 ^VIII der zweiten Calciumsilicatschaumplatte 2 ^VI wies ebenfalls eine Kanalstruktur 3 ^V auf. Die Wandungen der Kanalstruktur 3 ^V und die restliche Oberfläche 2 ^VIII waren mit der Beschichtung 4 ^VI beschichtet.
– Die Kanalstruktur 3 ^V und die restliche Oberfläche 2 ^VIII waren mithilfe einer Klebeschicht (nicht eingezeichnet) haftfest mit einer Trägerplatte 9 aus klarem Polycarbonat verbunden.
– Die Kanalstrukturen 3, 11, 3 ^V waren fluidmäßig derart miteinander verbunden, dass das Wärmetauschermedium K zunächst in die Kanalstruktur 3 eingeleitet, von dort in die Kanalstruktur 11 weitergeleitet und danach über die Kanalstruktur 3 ^V als erwärmtes Wärmetauschermedium H abgeleitet wurde.

Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 4 wies ebenfalls einen besonders hohen Wirkungsgrad auf und konnte als Klimaanlage verwendet werden. Wegen seiner hohen Transparenz konnte er zusätzlich als Tageslichtquelle verwendet werden.
Fig. 5
Die 5 zeigt einen vertikalen Schnitt durch noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 5 entsprach in seinen wesentlichen Konstruktionsmerkmalen dem erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 gemäß der 1, wobei die folgenden zusätzlichen Merkmale hinzu kamen:

– An ihrer der Sonne abgewandten horizontalen Oberfläche 2'' war die Calciumsilicatschaumplatte 2 vollflächig mit einer Kunststofffolie 14 als flächenförmigem Lichtleiter verbunden.
– Der flächenförmige Lichtleiter 14 wurde seitlich mithilfe einer Anordnung von elektronisch steuerbaren, mit elektrischen Anschlüssen 13 verbundenen LED, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen ausstrahlten, als Lichtquelle 12 verbunden.
– Die gesamte Anordnung wurde von einer klaren Polycarbonatplatte 9 getragen.

Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 5 wies ebenfalls einen sehr hohen Wirkungsgrad auf. Mithilfe des flächenförmigen Lichtleiters 14 und der LED 12 konnten insbesondere in der Nacht ästhetisch ansprechende Lichteffekte, die sowohl nach innen in die Innenräume von Gebäuden als auch nach außen gerichtet waren, erzeugt werden.
Fig. 6
Die 6 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 6 entsprach in seinen wesentlichen Konstruktionsmerkmalen der Ausführungsform gemäß der 1, wobei die folgenden zusätzlichen Merkmale hinzu kamen:

– Die der Sonne abgewandte horizontale Oberfläche 2' wies Erhebungen 2 ^IV und Vertiefungen 2 ^V auf, die in die entsprechend komplementär gestalteten Erhebungen 9' und Vertiefungen 9'' des Trägers 9 eingriffen.
– Der Träger 9 bestand aus massivem Holz oder war aus Längs- und Querbalken aus Holz aufgebaut, wie sie auch bei Dachfirsten verwendet werden.

In einer weiteren Ausführungsform waren die Erhebungen 2 ^IV und Vertiefungen 2 ^V mit dünnen Blechen ausgekleidet oder mit Blechkanten versehen werden, die mit der Oberfläche 2' verklebt werden konnten. Als Kleber wurden übliche und bekannte reaktive Glas-Metall-Kleber wie verwendet. Die betreffenden Erhebungen 2 ^IV und Vertiefungen 2 ^V konnten dann direkt als Verankerungen für ein Aufdachsystem verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 6 wies ebenfalls einen besonders hohen Wirkungsgrad auf. Außerdem konnte er in besonders einfacher Weise auf Dächern und Fassaden dauerhaft befestigt werden, wobei die ineinandergreifenden komplementären Erhebungen und Vertiefungen dem erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 einen zusätzlichen Halt gaben.
Fig. 7
Die 7 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer Anordnung von parallel geschalteten erfindungsgemäßen Solarabsorbern 1.
Bei dieser Anordnung wurden die erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 seitlich aneinander gelegt, so dass sich zwischen ihren Rahmen 6 die Lücken 6' befanden. Den einzelnen erfindungsgemäßen Solarabsorbern 1 wurde kaltes Wärmetauschermedium K mithilfe einer Förderpumpe 17 über ein Zulaufrohr 15 zugeführt. Von dem Zulaufrohr 15 gelangte das kalte Wärmetauschermedium K über einen Zulauf 18 mit Innenbeschichtung 4 in ein Kanalstrukturfeld 3'' in der Oberfläche 2' der Calciumsilicatschaumplatte 2. Das Kanalstrukturfeld 3'' wies die Kanalstruktur 3 mit der Beschichtung 4 auf. Hierin wurde das kalte Wärmetauschermedium K durch Solarstrahlung erhitzt und floss über den Ablauf 19 mit Innenbeschichtung 4 zu dem Sammelrohr 16 für das erwärmte Wärmetauschermedium H.
Die Anordnung gemäß der 7 war hervorragend für die Heißwasserbereitung geeignet.
Fig. 8
Die 8 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer Anordnung von in Serie geschalteten erfindungsgemäßen Solarabsorbern 1.
Bei dieser Anordnung wurden die erfindungsgemäßen Solarabsorber ebenfalls seitlich aneinander angeordnet, so dass sich zwischen ihren Rahmen 6 eine Lücke 6' befand. Dabei wurde einem ersten erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 mithilfe einer Förderpumpe 17 über den Zulauf 18 mit Innenbeschichtung 4 das kalte Wärmetauschermedium K zugeführt. Das kalte Wärmetauschermedium K durchlief ein Kanalstrukturfeld 3'' in der Oberfläche 2' der Calciumsilicatschaumplatte 2. Das Kanalstrukturfeld 3'' wies die Kanalstruktur 3 mit der Beschichtung 4 auf. Hierin wurde das kalte Wärmetauschermedium K durch Solarstrahlung erhitzt. Das erwärmte Wärmetauschermedium H floss über das Kupplungselement 20 in den Zulauf des nächsten erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 und wurde über den Ablauf 19 mit Innenbeschichtung 4 abgeleitet.
Die Anordnung gemäß der 8 war ebenfalls hervorragend für die Heißwasserbereitung geeignet.
Fig. 9
Die 9 zeigt eine Draufsicht auf eine Kanalstruktur 3, 4 eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1.
Die Kanalstruktur 3 in der der Sonne zugewandten horizontalen Oberfläche 2' der Calciumsilicatschaumplatte 2 wies einen schlangenförmigen Verlauf auf, bei dem die längsten Strecken der einzelnen Schlangen parallel zueinander und zu den beiden längsten Seite des rechteckigen Rahmens 6 angeordnet waren. Der Kanalstruktur 3 wurde das kalte Wärmetauschermedium K von unten über den Zulauf 18 zugeführt, und das erwärmte Wärmetauschermedium war H wurde über den Ablauf 19 abgeleitet.
Die Kanalstruktur 3 gemäß der 9 war hervorragend für die Absorption von Solarenergie geeignet.
Fig. 10
Die 10 zeigt eine Draufsicht auf eine Kanalstruktur 3, 4 eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1.
Die Kanalstruktur 3 in der der Sonne zugewandten horizontalen Oberfläche 2' der Calciumsilicatschaumplatte 2 wies einen schlangenförmigen Verlauf auf, bei dem die längsten Strecken der einzelnen Schlangen parallel zueinander und zu den beiden kürzeren Seite des rechteckigen Rahmens 6 angeordnet waren. Der Kanalstruktur 3 wurde das kalte Wärmetauschermedium K von oben über den Zulauf 18 zugeführt, und das erwärmte Wärmetauschermedium H wurde unten über den Ablauf 19 abgeleitet.
Die Kanalstruktur 3 gemäß der 10 war hervorragend für die Absorption von Solarenergie geeignet.
Fig. 11
Die 11 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß 11 wies ein flächenförmiges Strömungsfeld 3''' in der der Sonne zugewandten Oberfläche 2' der Calciumsilicatschaumplatte 2 auf. In dem Strömungsfeld 3''' befanden sich winkelförmige erhabene Strömungsbrecher 3 ^IV, deren Spitzen entgegen der Strömungsrichtung des Wärmetauschermedium angeordnet waren. Die gesamte Oberfläche 2', 3''', 3 ^IV war mit der Beschichtung 4 beschichtet. Das kalte Wärmetauschermedium K wurde über den Zulauf 18 mit Innenbeschichtung 4 dem Strömungsfeld 3''' von oben zugeleitet. Das erwärmte Wärmetauschermedium gibt H wurde über den Ablauf (19) mit Innenbeschichtung 4 abgeleitet.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß 11 wies bei der Verwendung von farbigen Wärmetauschermedien und der Bestrahlung mit Licht von der der Sonne abgewandten Oberfläche 2'' her besonders schöne Lichteffekte auf.
Fig. 12
Die 12 zeigt eine Draufsicht auf noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 11 wies in der der Sonne zugewandten Seite 2' der Calciumsilicatschaumplatte 2 eine Kanalstruktur 3 mit der Beschichtung 4 auf, die der in dem Artikel von F. Steinbach, Lotta Koch, A. Erman Tekkaya und Michael Hermann, »Stahl trifft Bionik«, Sonne Wind & Wärme, 01/2014, Seiten 88 und 89, beschriebenen Kanalstruktur entsprach.
Bei dieser Kanalstruktur 3 wurde das kalte Wärmetauschermedium K über den Zulauf 18 mit Innenbeschichtung 4 zugeleitet. Von dem Zulauf 18 wurde es auf mehrere parallel zueinander liegende Stränge aus mindestens zwei parallel zueinander liegenden, unten und oben verbundenen Kanälen verteilt. An dem oberen Ende eines jeden Stranges wurde das erwärmte Wärmetauschermedium H über einen Ablauf 19 mit Innenbeschichtung 4 der Sammelleitung 19' mit Innenbeschichtung 4 zugeführt und von da aus abgeleitet.
Die Kanalstruktur 3 des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 gemäß der 12 weist einen besonders niedrigen Strömungswiderstand auf und kann daher besonders effizient betrieben werden.
Fig. 13
Die 13 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer Anordnung von in Serie geschalteten erfindungsgemäßen Solarabsorbern 1 längs der Strömungsrichtung F in der Kanalstruktur 3.
Die gesamte Anordnung wurde von einer klaren Polycarbonatplatte 9 getragen. Die Anordnung wurde durch mehrere zueinander passende, unterschiedlich geformte erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gebildet.
Bei dem ersten Typ des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 wies die Calciumsilicatschaumplatte 2 an ihrer umlaufenden, vertikalen Seitenfläche 2''' einen umlaufenden, unteren auskragenden Bereich 24 mit rechteckigem Profil auf. Dadurch waren die Abmessungen der horizontalen Oberfläche 2'' größer als die Abmessungen der horizontalen Oberfläche 2'. Die restliche horizontale Oberfläche 2' und die darin befindliche Kanalstruktur 3 waren mit der Beschichtung 4 bedeckt und wurden von der Solarglasplatte 5, die die gleichen Abmessungen aufwies wie die horizontale Oberfläche 2', abgedeckt. Die vertikale Seitenfläche 2''' mit dem auskragenden Bereich 24 war von einem passenden Rahmen 6 umschlossen. Die Kanalstruktur 3 wies einen Zulauf 21 mit Innenbeschichtung 4 auf, der von dem Kupplungselement 20 zu der Kanalstruktur 3 verlief. Des Weiteren wies die Kanalstruktur 3 einen Ablauf 22 mit Innenbeschichtung 4 auf, der von der Kanalstruktur 3 zu einem weiteren Kupplungselement 20 verlief. Beide Kupplungselemente 20 waren vertikal in dem unteren auskragenden Bereich 24 befestigt. Die Befestigung wurde noch durch den Rahmen 6 verstärkt.
Bei dem zweiten Typ des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 wies die Calciumsilicatschaumplatte 2 an ihrer umlaufenden, vertikalen Seitenfläche 2''' einen umlaufenden, oberen auskragenden Bereich 23 mit viereckigem Profil auf. Dadurch waren die Abmessungen der horizontalen Oberfläche 2'' kleiner als die Abmessungen der horizontalen Oberfläche 2'. Die restliche horizontale Oberfläche 2' und die darin befindliche Kanalstruktur 3 waren mit der Beschichtung 4 bedeckt und wurden von der Solarglasplatte 5, die die gleichen Abmessungen aufwies wie die horizontale Oberfläche 2', abgedeckt. Die vertikale Seitenfläche 2''' mit dem auskragenden Bereich 23 war von einem passenden Rahmen 6 umschlossen. Die Kanalstruktur 3 wies ebenfalls einen Zulauf 21 mit Innenbeschichtung 4 auf, der von dem Kupplungselement 20 zu der Kanalstruktur 3 verlief. Des Weiteren wies die Kanalstruktur 3 einen Ablauf 22 mit Innenbeschichtung 4 auf, der von der Kanalstruktur 3 zu einem weiteren Kupplungselement 20 verlief. Beide Kupplungselemente 20 waren vertikal in dem oberen auskragenden Bereich 23 befestigt. Die Befestigung wurde noch durch den Rahmen 6 verstärkt.
Die beiden Typen von Solarabsorbern 1 waren passgenau zusammengefügt, wobei der obere auskragende Bereich 23 des zweiten Typs auf dem auskragenden Bereich 24 des ersten Typs lag. Die umlaufenden Rahmen 6 stießen direkt aneinander und bildeten nur eine kleine Lücken 6'. Dadurch griffen auch die komplementären Einsteckteile 20' und Aufnahmeteile (20'' (nicht eingezeichnet) fluiddicht ineinander und bildeten die fluiddichten Kupplungselemente 20.
Für die Verwendung der Anordnung gemäß der 13 im Außenbereich, beispielsweise auf Dächern und/oder Fassaden, konnten noch umlaufende flexible Dichtungen in die Lücken 6' eingebaut werden (nicht eingezeichnet).
Die Anordnung gemäß der 13 war mechanisch besonders stabil und leicht zusammen zu bauen. Der Wirkungsgrad bei der Heizwasserbereitung war hervorragend.
Fig. 14
Die 14 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer Anordnung von in Serie geschalteten erfindungsgemäßen Solarabsorbern 1 längst der Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
Die Anordnung gemäß der 14 wies die entsprechenden Konstruktionsmerkmale wie die Anordnung gemäß der 13 auf mit dem Unterschied, dass keine auskragenden Bereiche 23, 24 vorhanden waren, sondern dass die die umlaufenden vertikalen Seitenflächen 2''' umlaufenden Rahmen 6 direkt aneinander stießen.
Es ergaben sich dieselben Vorteile wie bei der Anordnung gemäß der 13.
Fig. 15
Die 15 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer Anordnung von erfindungsgemäßen Solarabsorbern 1 längs der Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
Die Anordnung gemäß der 15 entsprach der Anordnung gemäß der 14 wies aber zusätzliche Merkmale auf.
Die erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 wiesen jeweils eine Calciumsilicatschaumplatte 2 mit einer restlichen horizontalen Oberfläche 2', einer gegenüberliegenden horizontalen Oberfläche 2'', einer umlaufenden vertikalen Seitenfläche 2''', einer Kanalstruktur 3, einer Beschichtung 4, einer ersten und einer zweiten Solarglasplatte 5, 5', zwischen denen sich ein mit einem Dichtungsring 8 abgedichteter Zwischenraum 5'' befand, einen umlaufenden Rahmen 6 mit einer oberen und einer unteren integrierten umlaufenden Befestigungsvorrichtung 7, 7' und je nachdem einen Zulauf 21 mit Innenbeschichtung 4 oder einem Ablauf 21 mit Innenbeschichtung 4 auf.
Zulauf 21 und Ablauf 22 verbanden jeweils eine Kanalstruktur 3 mit jeweils einer Bohrung 20''', worin in dem einen erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 ein zum Aufnahmeteil 20'' komplementäres Einsteckteil 20' und in dem anderen erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 ein zum Einsteckteil 20' komplementäres Aufnahmeteil 20'' befestigt war. Durch Zusammenschieben der beiden Solarabsorber 1 wurde das Einsteckteil 20' in das Aufnahmeteil 20'' fluiddicht eingefügt, wodurch das Kupplungselement 20 gebildet wurde.
Die Anordnung der erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 gemäß der 15 konnte besonders leicht und sicher zusammengebaut werden.
Fig. 16
Die 16 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 quer zur Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 16 entsprach in seinen wesentlichen Merkmalen dem Solarabsorber gemäß der 5, nur dass sich anstelle des Lichtleiters 14 eine goldfarbene reflektierende Metallfolie 25 zwischen dem Träger 9 aus klarem Polycarbonat und der horizontalen Oberfläche 2'' befand.
Abgesehen von dem besonders hohen Wirkungsgrad bei der Heizwasserbereitung, war der Solarabsorber gemäß der 16 hervorragend als dekoratives Element im Innen- und Außenbereich von Gebäuden geeignet.
Fig. 17
Die 17 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 quer zur Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 entsprach in seinen konstruktiven Merkmalen im Wesentlichen dem erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 der 6, nur dass anstelle der monolithischen Calciumsilicatschaumplatte 2 ein Verbund aus einer zweiten, unteren Calciumsilicatschaumplatte 2 ^VI mit einer der Oberfläche 2'' zugewandten Oberfläche 2 ^VII und einer ihr gegenüberliegende Oberfläche 2 ^VIII, einer reflektierenden Aluminiumfolie 25 und einer ersten, der Sonne zugewandten, oberen Calciumsilicatschaumplatte 2 verwendet wurde.
Abgesehen von dem besonders hohen Wirkungsgrad bei der Heizwasserbereitung, war der Solarabsorber gemäß der 17 hervorragend als dekoratives Element im Innen- und Außenbereich von Gebäuden geeignet.
Fig. 18
Die 18 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
In seinen konstruktiven Merkmalen entsprach der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 18 dem erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 der 1, nur dass der umlaufende Rahmen 6 neben der umlaufenden Befestigungsvorrichtung 7 noch eine umlaufende Befestigungsvorrichtung 7' an der im eingebauten Zustand von der Sonne abgewandten Oberfläche 2'' der Calciumsilicatschaumplatte 2 aufwies. Mit dieser zusätzlichen Befestigungsvorrichtung 7' wurde eine rückwärtige lichtstreuende, transparente Folie an der Oberfläche 2'' befestigt.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber konnte daher hervorragend als lichtdurchlässiges Fenster, insbesondere als Dachfenster, verwendet werden, mit dem insbesondere Räume unter Dächern mit einem warmen, diffusen Licht beleuchtet werden konnten.
Fig. 19
Die 19 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 quer zur Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
In seinen konstruktiven Merkmalen entsprach der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 19 im Wesentlichen dem erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 der 1, nur dass der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 19 ein separates, zusammenhängendes Bauteil aus Solarglas aufwies, worin die Funktionen der Kanalstruktur 3, der Beschichtung 4 der Wandungen der Kanalstruktur 3 sowie die transparente Abdeckplatte 5 der Kanalstruktur 3 in einem einzigen Bauteil zusammengefasst waren. Dabei wiesen die Öffnungen der Kanalstruktur 3, durch die das Wärmetauschermedium strömte, einen halbkreisförmigen Querschnitt auf. Die Glaswände waren entsprechend geformt. In dem horizontalen Glasteil, das in dem Solarglasbauteil 3, 4, 5 die Funktion der transparenten Abdeckplatte 5 übernahm, waren Fresnellinsen (nicht wiedergegeben) integriert, die das Licht gezielt auf das strömende Wärmetauschermedium richteten.
Das Solarglasbauteil 3, 4, 5 war besonders einfach mithilfe üblicher und bekannter Methoden der Verarbeitung und der Formung von Glas herstellbar und konnte in einfacher Weise auf die entsprechend geformte, im eingebauten Zustand des Solarabsorbers 1 der Sonne zugewandte Oberfläche 2' der Calciumsilicatschaumplatte 2 aufgelegt werden. In einer weiteren Ausführungsform konnte das Solarglasbauteil 3, 4, 5 noch mithilfe üblicher und bekannter Glaskleber an der Calciumsilicatschaumplatte 2 befestigt werden.
Wegen der Verwendung des Solarglasbauteils 3, 4, 5 war der betreffende erfindungsgemäße Solarabsorber 1 besonders robust und unempfindlich gegenüber Witterungseinflüssen wie Hitze, Sturm, Schnee, Eis, starker Regen und Hagelschlag. Er wies daher nicht nur einen besonders hohen Wirkungsgrad, sondern auch sehr lange Wartungsintervalle und eine besonders lange Betriebsdauer auf.
Fig. 20
20 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
In seinen konstruktiven Merkmalen entsprach der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 20 im Wesentlichen dem erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 der 19, nur dass die Öffnungen der Kanalstruktur 3, durch die das Wärmetauschermedium strömte, einen dreieckigen Querschnitt aufwiesen. Die Glaswände 4 waren entsprechend geformt. In dem horizontalen Glasteil, das in dem Solarglasbauteil 3, 4, 5 die Funktion der transparenten Abdeckplatte 5 übernahm, waren Fresnellinsen (nicht wiedergegeben) integriert, die das Licht gezielt auf das strömende Wärmetauschermedium richteten.
Das Solarglasbauteil 3, 4, 5 war ebenfalls besonders einfach mithilfe üblicher und bekannter Methoden der Verarbeitung und der Formung von Glas herstellbar und konnte in einfacher Weise auf die entsprechend geformte, im eingebauten Zustand des Solarabsorbers 1 der Sonne zugewandte Oberfläche 2' der Calciumsilicatschaumplatte 2 aufgelegt werden. In einer weiteren Ausführungsform konnte das Solarglasbauteil 3, 4, 5 noch mithilfe üblicher und bekannter Glaskleber an der Calciumsilicatschaumplatte 2 befestigt werden.
Wegen der Verwendung des Solarglasbauteils 3, 4, 5 war der betreffende erfindungsgemäße Solarabsorber 1 ebenfalls besonders robust und unempfindlich gegenüber Witterungseinflüssen wie Hitze, Sturm, Schnee, Eis, starker Regen und Hagelschlag. Er wies daher nicht nur einen besonders hohen Wirkungsgrad, sondern auch sehr lange Wartungsintervalle und eine besonders lange Betriebsdauer auf.
Fig. 21
21 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
In seinen konstruktiven Merkmalen entsprach der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 21 im Wesentlichen dem erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 der 19 oder 20, nur dass die Öffnungen der Kanalstruktur 3, durch die das Wärmetauschermedium strömte, einen kreisförmigen Querschnitt aufwiesen. Die Glaswände 4 waren entsprechend geformt. In gewölbten Abschnitten des Glasteils, das in dem Solarglasbauteil 3, 4, 5 die Funktion der transparenten Abdeckplatte 5 übernahm, waren Fresnellinsen (nicht wiedergegeben) integriert, die das Licht gezielt auf das strömende Wärmetauschermedium richteten.
Das Solarglasbauteil 3, 4, 5 war ebenfalls besonders einfach mithilfe üblicher und bekannter Methoden der Verarbeitung und der Formung von Glas herstellbar und konnte in einfacher Weise auf die entsprechend geformte, im eingebauten Zustand des Solarabsorbers 1 der Sonne zugewandte Oberfläche 2' der Calciumsilicatschaumplatte 2 aufgelegt werden. In einer weiteren Ausführungsform konnte das Solarglasbauteil 3, 4, 5 noch mithilfe üblicher und bekannter Glaskleber an der Calciumsilicatschaumplatte 2 befestigt werden.
Wegen der Verwendung des Solarglasbauteils 3, 4, 5 war der betreffende erfindungsgemäße Solarabsorber 1 ebenfalls besonders robust und unempfindlich gegenüber Witterungseinflüssen wie Hitze, Sturm, Schnee, Eis, starker Regen und Hagelschlag. Er wies daher nicht nur einen besonders hohen Wirkungsgrad, sondern auch sehr lange Wartungsintervalle und eine besonders lange Betriebsdauer auf.
Fig. 22
Die 22 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 quer zur Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
Der der Sonne zugewandte Abschnitt des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 mit den Merkmalen 2, 2', 3, 4, 5 wies die gleichen konstruktiven Merkmale wie der erfindungsgemäße Solarabsorber gemäß der 21 auf.
Die der Sonne abgewandte Seite 2'' der Calciumsilicatschaumplatte 2 war mit einem separaten, zusammenhängenden Bauteil aus Aluminium verbunden. Das Bauteil aus Aluminium wies die Kanalstruktur 3' mit Wandungen aus Aluminium, die die Funktion der Beschichtung 4''' übernahmen, sowie den plattenförmigen Träger 9 auf. Das Bauteil der Merkmalen 3', 4''', 9 war haftfest mit der entsprechend geformten Oberfläche 2'' der Calciumsilicatschaumplatte 2 verbunden.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 22 wies demnach nicht nur die Funktion eines eigentlichen Solarabsorbers, sondern auch die Funktion einer Eisheizung auf. Somit konnte der erfindungsgemäße Solarabsorber der 22 am Tage zur Absorption von Solarstrahlung und in der Nacht als Eisheizung verwendet werden.
Bei dem Betrieb als Eisheizung kondensierte und/oder gefror Wasser auf der freien Oberfläche des Trägers 9 und bildete dort unter Abgabe der latenten Wärme an das Metall eine Kondensat- und/oder Eisschicht 27. Mit dieser abgegebenen latenten Wärme konnte das Wärmetauschermedium in der Kanalstruktur 3' auch bei Nacht aufgeheizt bzw. vorgeheizt werden.
Bevorzugt wurde der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 der 22 in vertikaler Ausrichtung seiner Längsachse auf einem horizontalen Träger 30 fixiert. Auf seiner Unterseite wies der horizontalen Träger 30 eine dreh- und schwenkbare Drehachse 31 auf, die einem automatisch geregelten Elektromotor verbunden war, so dass der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 dem Lauf der Sonne optimal nachgeführt werden konnte.
Wegen der Verwendung des Solarglasbauteils 3, 4, 5 und der Eisheizung 3', 4''', 9 war der betreffende erfindungsgemäße Solarabsorber 1 ebenfalls besonders robust und unempfindlich gegenüber Witterungseinflüssen wie Hitze, Sturm, Schnee, Eis, starker Regen und Hagelschlag. Er wies daher nicht nur einen besonders hohen Wirkungsgrad, sondern auch sehr lange Wartungsintervalle und eine besonders lange Betriebsdauer auf. Hervorzuheben ist, dass er 24 Stunden am Tag betrieben werden konnte.
Fig. 23
Die 23 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 längs der Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums in der Kanalstruktur 3.
Der der Sonne zugewandte Abschnitt des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 mit den Merkmalen 2, 2', 3, 4, 5 wies gleichen konstruktiven Merkmale wie der erfindungsgemäße Solarabsorber gemäß der 22 auf.
Die der Sonne abgewandte Seite 2'' der Calciumsilicatschaumplatte 2 war mit einem separaten, zusammenhängenden Bauteil aus Aluminium verbunden. Das Bauteil aus Aluminium wies die Kanalstruktur 3' mit Wandungen aus Aluminium, die die Funktion der Beschichtung 4''' übernahmen, sowie den plattenförmigen Träger 9 auf. Das Bauteil der Merkmalen 3', 4''', 9 war haftfest mit der entsprechend geformten Oberfläche 2'' der Calciumsilicatschaumplatte 2 verbunden.
Im Unterschied zu dem separaten, zusammenhängenden Aluminiumbauteil 3', 4''', 9 der 22, wies das separate, zusammenhängende Aluminiumbauteil 3', 4''', 9 der 23 auf der der Oberfläche 2'' abgewandten Seite der Calciumsilicatschaumplatte 2 die Wärmetauscherrippen 28 auf. Wegen der hierdurch stark vergrößerten Metalloberfläche, konnte der Wärmetransfer von der Kondensat- und/oder Eisschicht 27 zu dem Wärmetauschermedium weiter erhöht werden.
Das Solarglasbauteil 2, 2', 3, 4, 5 und das Aluminiumbauteil 3', 4''', 9, 28 waren mithilfe einer fluiddichten Glas-Metall-Kupplung 29 verbunden, die in eine passende vertikale Bohrung in der Calciumsilicatschaumplatte 2 eingebettet war. Eine bevorzugte Ausführungsform einer solchen fluiddichten Glas-Metall-Kupplung 29 geht aus der 26 hervor.
Bevorzugt wurde auch der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 der 23 in vertikaler Ausrichtung seiner Längsachse auf einem horizontalen Träger 30 fixiert. Auf seiner Unterseite wies der horizontalen Träger 30 eine dreh- und schwenkbare Drehachse 31 auf, die einem automatisch geregelten Elektromotor verbunden war, so dass der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 dem Lauf der Sonne optimal nachgeführt werden konnte. Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 22 konnte daher am Tage als Solarabsorber und in der Nacht als Eisheizung betrieben werden.
Wegen der Verwendung des Solarglasbauteils 3, 4, 5 und der Eisheizung 3', 4''', 9, 28 war der betreffende erfindungsgemäße Solarabsorber 1 ebenfalls besonders robust und unempfindlich gegenüber Witterungseinflüssen wie Hitze, Sturm, Schnee, Eis, starker Regen und Hagelschlag. Er wies daher nicht nur einen besonders hohen Wirkungsgrad, sondern auch sehr lange Wartungsintervalle und eine besonders lange Betriebsdauer auf. Hervorzuheben ist, dass er 24 Stunden am Tag betrieben werden konnte.
Fig. 24
Die 24 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 längs der Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 24 wies die gleichen konstruktiven Merkmale wie der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 23 auf. Zusätzlich war aber an der Außenseite, d. h. an der der Oberfläche 2'' abgewandten Seite, des Aluminiumbauteils 3', 4''', 9, 28 parallel hierzu und in einem gewissen Abstand die thermische Isolation 33 angeordnet. Die thermische Isolation 33 bestand aus einer Trägerplatte 33' aus kälteschlagzähem Kunststoff und einer Schaumstoffplatte 33'' aus Glas. Sie wurde durch den unteren horizontalen Träger 33''', der integraler Bestandteil des horizontalen Trägers 30 war, und durch den oberen horizontalen Träger 33 ^IV fixiert. Hierdurch wurde ein Belüftungskanal 32 gebildet, in den wasserdampfgesättigte Luft einströmen konnte, wodurch sich auf den Wärmetauscherrippen 28 die Kondensat- und/oder Eisschicht 27 bilden konnte. Durch die thermische Isolation 33 des Belüftungskanals 32 konnte der Transfer der latenten Wärme nach außen wirksam unterbunden werden, wodurch sich der Wärmetransfer von der Kondensat- und/oder Eisschicht 27 zu dem Wärmetauschermedium noch einmal weiter verbesserte.
Wegen der Verwendung des Solarglasbauteils 3, 4, 5 und der Eisheizung 3', 4''', 9, 28, 33 war der betreffende erfindungsgemäße Solarabsorber 1 ebenfalls besonders robust und unempfindlich gegenüber Witterungseinflüssen wie Hitze, Sturm, Schnee, Eis, starker Regen und Hagelschlag. Er wies daher nicht nur einen besonders hohen Wirkungsgrad, sondern auch sehr lange Wartungsintervalle und eine besonders lange Betriebsdauer auf. Hervorzuheben ist, dass er 24 Stunden am Tag betrieben werden konnte.
Fig. 25 und Fig. 25a
Die 25 und 25a veranschaulichen eine vorteilhafte Möglichkeit, wie zwei erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß den 21, 22, 23 oder 24 fluidmäßig miteinander fluiddicht miteinander verbunden werden konnten, so dass das Wärmetauschermedium ohne stoffliche Verluste sowie ohne thermische Verluste oder mit nur sehr geringen thermischen Verlusten von der einen Kanalstruktur 3 zur anderen fließen konnte.
Dabei zeigt die 25 einen vertikalen Schnitt längs der Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums durch einen Ausschnitt zweier erfindungsgemäßer Solarabsorber 1 im Bereich ihrer fluidmäßigen Verbindung.
Zum besseren Verständnis zeigt die 25a einen horizontalen Schnitt durch einen Ausschnitt zweier erfindungsgemäßer Solarabsorber im Bereich der in der 25 gezeigten fluidmäßigen Verbindung in der Ansicht von oben.
Bei der fluiddichten Verbindung handelte es sich um die Kugelschliffverbindung 34 mit einer Schale 34' als dem offenen Ende der Kanalstruktur 3 des eines Solarabsorbers 1 und mit einer Kugel 34'' als dem offenen Ende der Kanalstruktur 3 des anderen Solarabsorbers 1. Dabei wurden die Schale 34' in der Lagerung 34 ^IV des einen Rahmens 6 und die Kugel 34'' in der Lagerung 34 ^V des anderen Rahmens 6 fixiert. Zwischen der inneren Oberfläche der Schale 34' und der äußeren Oberfläche der Kugel 34'' war vorzugsweise eine Dichtungsmassen oder Klebmasse 34''' angeordnet. Diese bestand vorzugsweise aus einem Photopolymeren. Bei dieser Anordnung änderte sich die Strömungsrichtung in den fluidmäßig miteinander verbundenen Kanalstrukturen 3 an den Umlenkungen FU. Zwischen den aneinandergefügten Rahmen 6 befand sich die Lücke 6', die – sofern gewünscht – beispielsweise durch ein Elastomer abgedichtet werden konnte.
Wegen der Verwendung der Kugelschliffverbindung 34 sowie gegebenenfalls von Photopolymere als Dichtungsmasse 34''' konnten Abweichungen von der Horizontalen zwischen den beiden erfindungsgemäßen Solarabsorbern 1 in vorteilhafter Weise problemlos ausgeglichen werden. So konnte die photopolymere Dichtungsmasse erst ausgehärtet werden, nachdem die Kugelschliffverbindung 34 hergestellt worden war. Zusätzlich konnte die Kugelschliffverbindung 34 noch durch aufgesetzte Klemmen (nicht wiedergegeben) verstärkt werden.
Fig. 26
Die 26 zeigt einen vertikalen Schnitt längs der Strömungsrichtung F des Wärmetauschermediums durch den Ausschnitt des oberen Bereichs einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1. Insbesondere zeigt die 26 im Detail eine vorteilhafte Ausführungsform der fluiddichten Glas-Metall-Kupplung 29.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 26 wies zwei passgenau an der Verbindungsfläche 10 mit ihren horizontalen Oberflächen 2'' und 2 ^VII aneinander gefügte Calciumsilicatschaumplatten 2 und 2 ^VI auf. Dabei war die Calciumsilicatschaumplatte 2 der Sonne zugewandt, und die Calciumsilicatschaumplatte 2 ^VI war von der Sonne abgewandt. In einer vorteilhaften Ausführungsform wurde die Haftung in der Verbindungsfläche 10 mithilfe eines Glasklebers verstärkt. Nach dem Zusammenfügen der beiden Calciumsilicatschaumplatten 2 und 2 ^VI waren ihre beiden umlaufenden, vertikalen Seitenflächen 2''' coplanar ausgerichtet.
Auf der der Sonne zugewandten Seite 2' der Calciumsilicatschaumplatte 2 war ein separates, zusammenhängendes Solarglasbauteil 3, 4, 5 der in der 21 gezeigten Bauweise angeordnet, das von dem Wärmetauschermedium mit der Strömungsrichtung F durchströmt wurde. Die Kanalstruktur 3 wies einen bezüglich der Oberfläche 2' horizontalen Abschnitt und einen bezüglich der Oberfläche 2' vertikalen Abschnitt auf, der an seinem offenen Ende ein Glasaußengewinde 29' aufwies. Dabei war der vertikale Abschnitt der Kanalstruktur 3 mit dem Glasaußengewinde 29' in die vertikale Bohrung 35 durch die Calciumsilicatschaumplatte 2 eingebettet. Auf dem Glasaußengewinde 29' war ein Aufnahmeteil 29'' aus hitzebeständigem Polyethersulfon mit seinen Innengewinde 29''' aufgeschraubt.
Auf der der Oberfläche 2 ^VII abgewandten Seite 2 ^VIII der Calciumsilicatschaumplatte 2 ^VI war ein separates, zusammenhängendes Aluminiumbauteil 3', 4'', 9 der in der 22 gezeigten Bauweise angeordnet. Das Aluminiumbauteil 3', 4'', 9 wies zusätzlich mehrere zu den eingreifenden Befestigungsvorrichtungen 7'' der umlaufenden Befestigungsvorrichtung 7 komplementäre Aussparungen auf. Die Kanalstruktur 3' wies einen bezüglich der Oberfläche 2 ^VIII horizontalen Abschnitt und einen bezüglich der Oberfläche 2 ^VIII vertikalen Abschnitt auf, der an seinem offenen Ende ein Metallaußengewinde 29 ^V aufwies. Dabei war der vertikale Abschnitt der Kanalstruktur 3' mit dem Metallaußengewinde 29 ^V in die vertikale Bohrung 35' durch die Calciumsilicatschaumplatte 2 ^VI eingebettet. Auf dem Metallaußengewinde 29 ^V war ein zum Aufnahmeteil 29'' komplementäres Einsteckteil 29 ^IV aus hitzebeständigem Polyethersulfon mit seinem Innengewinde 29 ^VI aufgeschraubt.
Die Bohrungen 35 und 35' bildeten eine zusammenhängende Bohrung.
Das Aufnahmeteil 29', 29'', 29''' und das Einsteckteil 29 ^IV, 29 ^V, 29 ^VI waren passgenau ineinander gefügt und bildeten zusammen die fluiddichte Glas-Metall-Kupplung 29.
Die Anordnung, umfassend die beiden Calciumsilicatschaumplatten 2 und 2 ^VI sowie das Aluminiumbauteil 3', 4'', 9 wurde noch mithilfe des die coplanaren Seitenflächen 2''' vertikalen umlaufenden Rahmens 6 mit der umlaufenden Befestigungsvorrichtung 7 und den in die komplementären Aussparungen 9''' abschnittsweise eingreifenden Befestigungsvorrichtungen 7'' fixiert.
Der Solarabsorber 1 gemäß der 26 konnte in vorteilhafter Weise mithilfe des anhand des Fließschemas 7 in der 33 veranschaulichten, erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden. Er konnte in der gleichen Weise wie die erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 gemäß den 22, 23 und 24 als Solarabsorber und Eisheizung verwendet werden und wies dabei die gleichen Vorteile wie diese auf.
Fig. 27
Die 27 zeigt eine Draufsicht auf eine Kanalstruktur 3, 4 eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1.
Die Kanalstruktur 3 in der der Sonne zugewandten horizontalen Oberfläche 2' der Calciumsilicatschaumplatte wies einen schlangenförmigen Verlauf auf, bei dem die längsten Strecken der einzelnen Schlangen parallel zueinander und zu den Seiten des quadratischen Rahmens 6 angeordnet waren. In die Kanalstruktur 3 war eine passende Rohrschlange 4 aus Glas als Beschichtung 4 eingesetzt. Der Kanalstruktur 3 mit der Glasrohrschlange 4 wurde das kalte Wärmetauschermedium K über den Zulauf 18 zugeführt. Der Zulauf 18 war in dem im eingebauten Zustand des Solarabsorbers 1 seitlichen oberen Bereich angeordnet. Der Ablauf 19 für das erwärmte Wärmetauschermediums H in unmittelbarer Nachbarschaft unterhalb des Zulaufs 18 angeordnet.
Diese Konfiguration war besonders platzsparend, wenn nur ein erfindungsgemäßer Solarabsorber 1 verwendet werden sollte.
Fig. 28
Die 28 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Kanalstruktur 3, 4 eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1.
Die Kanalstruktur 3 wies die gleiche Konfiguration auf wie bei dem erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 gemäß der 27 mit dem Unterschied, dass der Ablauf 19 für das erwärmte Wärmetauschermedium H zentriert im Zulauf 18 für das kalte Wärmetauschermedium K in einer Rohr-in-Rohr-Konfiguration RIR angeordnet war.
Auch diese Konfiguration war besonders platzsparend, wenn nur ein erfindungsgemäßer Solarabsorber 1 verwendet werden sollte.
Fig. 29
Die 29 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Kanalstruktur 3, 4 eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1.
Die Kanalstruktur wies die gleiche Konfiguration auf wie bei den erfindungsgemäßen Solarabsorbern 1 gemäß den 27 und 28 mit dem Unterschied, dass der Zulauf 18 für das kalte Wärmetauschermedium K im oberen Bereich einer Seite 6 und der Ablauf 19 für das erwärmte Wärmetauschermediums H in gleicher Höhe in der gegenüberliegenden Seite 6 angeordnet waren.
Diese Konfiguration war besonders gut geeignet, wenn mehrere erfindungsgemäße Solarabsorber 1 in Reihe geschaltet werden sollten.
Fig. 30 in Verbindung mit Fig. 31
Die 30 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Kanalstruktur 3, 4 eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1.
Die 31 zeigt einen vertikalen Schnitt durch den Ausschnitt A der 30 längs der Schnittlinie SL.
Für den erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 gemäß den 30 und 31 ist es wesentlich, dass der Zulauf 18 für das kalte Wärmetauschermedium K und der Ablauf 19 für das erwärmte Wärmetauschermedium K mittig in zwei einander gegenüberliegenden vertikalen Seitenflächen 2''' der Calciumsilicatschaumplatte 2 und in zwei zugeordneten, einander gegenüberliegenden Seiten des umlaufenden Rahmens 6 angeordnet waren. Der Zulauf 18 wurde mittels des schräg nach oben verlaufenden abgesenkten Zulaufs 18' mit der in der Kanalstruktur 3 angeordneten Glasrohrschlange 4 verbunden. Der Ablauf 19 wurde mittels des schräg nach unten verlaufenden abgesenkten Zulaufs 19'' mit der in der Kanalstruktur 3 angeordneten Glasrohrschlange 4 verbunden.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß den 30 und 31 war ebenfalls besonders gut geeignet, wenn mehrere Solarabsorber 1 in Reihe geschaltet wurden.
Fig. 32
Die 32 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt einer Anordnung, die in der nachfolgend angegebenen Reihenfolge übereinander angeordnete und durch einen umlaufenden Rahmen 6 mit einer integrierten umlaufenden Befestigungsvorrichtung 7 in Position gehaltene Kombination aus einer Solarzelle und einem erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 umfasste:

– Ein elastischer Dichtungsstreifen aus Polydimethylsiloxan (PDMS), der die Lücke 6' zwischen zwei aneinander anliegenden umlaufenden Rahmen 6 abdichtete,
– zwei einander zugeordnete integrierte Befestigungsvorrichtungen 7,
– zwei transparente Abdeckplatte 5 aus Solarglas,
– zwei elektrisch leitfähige, transparente Oxidschichten 39 aus Indiumzinnoxid (ITO),
– zwei Halbleiter 38 auf der Basis von polykristallinem Silicium, wobei sich
– an den Grenzschichten zwischen den Oxidschichten und den Halbleitern 38 eine antireflektierende Textur 40 befand,
– zwei rückseitige Metallelektroden 37,
– zwei elektrisch isolierende, wärmeleitende Keramikschicht 36, wobei
– die elektrisch leitfähigen, transparenten Oxidschichten 39 und die rückseitigen Metallelektroden 34 über die elektrischen Leitungen 44 mit einem Stromverbraucher 45 verbunden waren, so dass bei der Bestrahlung mit Solarenergie ein Strom durch den Stromkreis 39, 37, 44, 45 floss, wobei die beiden Solarzellen
– mittels einer Steckeranordnung, umfassend eine Steckdose 41 und einen Stecker 42 aus einer elektrisch isolierenden, wärmebeständigen Porzellankeramik mit zwei Metallstiften 43 als elektrische Kontakte miteinander verbunden waren,
– zwei aneinander angrenzende Solarabsorber 1, die die Restwärme der durch Solarenergie aufgeheizten Solarzelle 37, 38, 39 aufnahmen, wobei die Solarabsorber 1 im Wesentlichen die Merkmale der zwei in Reihe geschalteten Solarabsorbern 1 gemäß der 15 aufwiesen mit der Konfiguration gemäß den Solarabsorbern 1 gemäß den 30 und 31 aufwiesen.

Die Konfiguration der erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 und der Solarzellen der Merkmale 37, 38, 40, 39 war hervorragend geeignet, sowohl elektrische als auch thermische Energie zu erzeugen.
Fig. 33
Die 33 zeigt eine vorteilhafte Solarthermieanlage für die Erzeugung von nutzbarer thermischer Energie mit einem Solarabsorber 1.
In der Anlage gemäß der 33 durchlief das Wärmetauschermedium unter einem Druck, der geringfügig höher war als der atmosphärische Druck, einen geschlossenen Kreislauf, wobei das Wärmetauschermedium mithilfe des Solarabsorbers 1 erwärmt wurde.
Dabei wurde das Wärmetauschermedium dem Behälter 56, der mit der schwimmenden Membran 57 abgedeckt war entnommen und über die Zuleitung 58 der Förderpumpe 17 zugeführt. Von da aus nahm das kalte Wärmetauschermedium K seinen Weg über die Zuleitung 46 zu dem Zulauf 18 mit der Innenbeschichtung 4, wurde in dem Solarabsorber 1 durch die Solarstrahlung hv erwärmt und über den Ablauf 19 mit Innenbeschichtung 4 als erwärmtes Wärmetauschermedium H ausgetragen.
Das Wärmetauschermedium H nahm dann seinen Weg über die Zuleitung 48 zu dem Drosselventil 49. Vor dem Drosselventil 49 verzweigte sich hinter dem Ablauf 19 noch die Zuleitung 48. Der abgezweigte Teil bildete eine Umleitung oder By-Pass 51, so dass das erwärmte Wärmetauschermedium über ein Sperrventil 52 unter Umgehung des Pufferspeichers 53 direkt in den Behälter 56 geleitet werden konnte. Am By-Pass 51 war noch ein automatischer Schnellentlüfter angeordnet, über den gegebenenfalls Luft aus der Solarthermieanlage abgelassen werden konnte.
Mithilfe dieser Konfiguration konnte vermieden werden, dass sich bei Stillstand der Anlage hohe Stillstandstemperaturen bildeten, die unter Umständen thermisch nicht stark belastbare Anlageteile geschädigt hätten schädigen können.
Bei Betrieb der Solarthermieanlage wurde das Wärmetauschermedium H über die Zuleitung 50 vom Drosselventil 49 zur Heizschlange 54 im Pufferspeicher oder Boiler 53 geleitet. Von da aus nahm es seinen Weg über die Zuleitung 55 zu den alternativen oberen oder unteren Zuleitungen 55', 55'' wieder in den Behälter 56.
In der Solarthermieanlage gaben die Temperaturfühler T1 und T2 die Isttemperatur vor, während der Temperaturfühler T3 als Referenzfühler in einer Flüssigkeitskapsel die Stillstandstemperatur maß, die sich bei dem Stillstand der Solarthermieanlage einstellte.
Die Solarthermieanlage gemäß der 33 wies darüber hinaus noch eine elektrische, elektronische, hydraulische und/oder mechanische Peripherie mit den entsprechenden Druckmessern, Thermometern und Strömungsmessern auf, so dass sie automatisch betrieben werden konnte.
Fig. 34
Die 34 zeigt eine weitere vorteilhafte Solarthermieanlage mit einem erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 und einem Pufferspeicher 53 mit einem Latentwärmespeicher 63.
Der Pufferspeicher 53 umfasste im Wesentlichen einen mit dem Wärmetauschermedium gefüllten Bereich mit einer Metallrohrschlange 54 und dem eigentlichen Latentwärmespeicher 63. Der Latentwärmespeicher umfasste Hohlkugeln 64 aus Kunststoff, die mit einem Latentwärmespeichermedium gefüllt waren. Das Latentwärmespeichermedium wies vorzugsweise eine Phasenübergangstemperatur für den Phasenübergang Fest-Flüssig im Bereich von +20 bis +130°C, bevorzugt +30 bis +100°C und insbesondere +40 bis +100°C auf. Geeignete Latentwärmespeicher 63 dieser Art waren von der Firma savENRG^® Phase Change Material Ball (PCM) erhältlich.
Das kalte Wärmetauschermedium K strömte über die Zuleitung 61 zum Einlauf 18 des Pufferspeichers 53, strömte entlang der Metallrohrschlange 54, durch die es erwärmt wurde, floss durch ein Bett von Hohlkugeln 64, die überschüssige Wärme durch den Phasenwechsel Fest-Flüssig speicherten oder Wärme durch den Phasenwechsel Flüssig-Fest abgaben, und verließ den Latentwärmespeicher 63 über den Ablauf 19, H und die Ableitung 62.
Von dem einen Ende der Rohrschlange 54 wurde das Wärmetauschermedium über die Leitung 60 und das Drosselventil 49 zum Zulauf 18, K des Solarabsorbers 1 geleitet. Anstelle des Drosselventils 49 konnte auch eine Förderpumpe 17 verwendet werden. Das Wärmetauschermedium durchfloss den Solarabsorber 1 wurde dabei durch die Solarenergie erwärmt. Das erwärmte Wärmetauschermedium H verließ den Solarabsorber 1 über den Ablauf 19 und wurde über die Zuleitung 59 zur Metallrohrschlange 54 des Pufferspeichers 53 geleitet.
Die Solarthermieanlage der 34 wies noch eine elektronische, elektrische hydraulische und/oder mechanische Peripherie mit den entsprechenden Druckmessern, Thermometern und Strömungsmessern auf, so dass sie automatisch betrieben werden konnte.
Die Solarthermieanlage der 34 war hervorragend geeignet, heißes Wasser zu erzeugen und gleichzeitig Wärmeenergie zu speichern.
Fig. 35
Die 35 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt einer Ausführungsform des Solarabsorbers 1 quer zur Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums.
Der Solarabsorber 1 gemäß der 35 umfasste eine Calciumsilicatschaumplatte 2 mit einer der Sonne zugewandten Oberfläche 2', eine der Sonne abgewandte Oberfläche 2'' und eine umlaufende vertikale Seitenfläche 2''', einen umlaufenden Rahmen 6, eine in den Rahmen 6 integrierte umlaufende Befestigungsvorrichtung 7, eine transparente Abdeckplatte 5 aus Solarglas und eine Kanalstruktur 3.
Die Beschichtung 4 der Kanalstruktur 3 wurde von einem thermochemischen Wärmespeicher 65 in Kombination mit einer Glasrohrschlange gebildet.
Der thermochemische Wärmespeicher 65 hatte die Form eines weichen, leicht verformbaren Kunststoffkissens mit einer Außenhaut aus PDMS, das leicht und passgenau in die Kanalstruktur 3 eingepresst werden konnte, so dass es die Kanalstruktur 3 an ihrer der Sonne abgewandten Seite vollständig ausfüllte. Andererseits konnte die Glasrohrschlange mit dem Wärmetauschermedium in die der Sonne zugewandte Seite des Kunststoffkissens eingelegt und bruchsicher sicher gelagert werden. Das Innere des Kunststoffkissens war mit einem automatischen Schnellentlüfter verbunden, durch den im Bedarfsfall Luft und Wasserdampf aus dem Inneren entweichen konnte.
Das Wärmetauschermedium bestand aus Silicagel, das einerseits durch die endotherme Abgabe von Wasserdampf Wärmeenergie aufnehmen und durch die exotherme Absorption von Wasserdampf Wärmeenergie abgeben konnte.
Der Solarabsorber 1 gemäß der 35 war hervorragend geeignet Wärmeenergie zu erzeugen und zu speichern. Insbesondere konnte die Wärmeenergie bei erhöhten Stillstandstemperaturen dazu genutzt werden, das Silicagel zu trocknen.
Fig. 36a und Fig. 36b
Die 36a zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt des Solarabsorbers 1 längs der Fließrichtung F des Wärmetauschermediums.
Die 36b zeigt einen vertikalen Querschnitt durch einen Ausschnitt des Solarabsorbers gemäß der 36a quer zur Fließrichtung F des Wärmetauschermediums.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß den beiden Figuren umfasste eine Calciumsilicatschaumplatte 2 mit einer der Sonne zugewandten Oberfläche 2', einer der Sonne abgewandten Oberfläche 2'', einer Kanalstruktur 3, deren Beschichtung 4 von der Wandung einer Glasrohrschlange gebildet wurde, sowie eine transparente Abdeckplatte 5 aus Solarglas.
Im Inneren der Glasrohrschlange war ein Latentwärmespeicher 63 in der Form eines geschlossenen Kunststoffschlauchs ortsfest platziert, so dass er Latentwärmespeicher 63 vom strömenden Wärmetauschermedium umgeben war.
Der Kunststoffschlauch des Latentwärmespeichers 63 bestand aus PDMS.
Das Latentwärmespeichermedium wies vorzugsweise eine Phasenübergangstemperatur für den Phasenübergang Fest-Flüssig im Bereich von +20 bis +130°C, bevorzugt +30 bis +100°C und insbesondere +40 bis +100°C auf. Als geeignet erwiesen sich insbesondere die Latentwärmespeichermedien der Latentwärmespeicher 63 der Firma savENRG^® Phase Change Material (PCM).
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß den 36a und 36b war hervorragend für die Erzeugung von Heißwasser und für die Speicherung und die Abgabe von Wärmeenergie geeignet. Insbesondere konnte das Auftreten hoher Stillstandstemperaturen durch die Aufnahme und die Speicherung von latenter Wärme wirksam verhindert werden.
Fig. 37
Die 37 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1 quer zur Fließrichtung des Wärmetauschermediums.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 gemäß der 37 umfasste eine Calciumsilicatschaumplatte 2 mit einer der Sonne zugewandten Oberfläche 2', einer der Sonne abgewandten Oberfläche 2'', einer Kanalstruktur 3, einer von der Wandung einer Glasrohrschlange gebildete Beschichtung 4, eine transparente Abdeckplatte 5 aus Solarglas sowie einen Träger 9 aus einem eloxierten Aluminiumblech, das mit der Oberfläche 2'' mittels einer Klebeschicht haftfest verbunden war.
Für den Solarabsorber 1 gemäß der 37, war es wesentlich, dass die Konfiguration aus gesamter Oberfläche 2' und der der Sonne zugewandten Bereichen der Glasrohrschlange von einer 200 μm starken Aluminiumfolie, die auf ihrer der Sonne zugewandten Seite eine 20 μm starke, ein Schwarzpigment enthaltende Schicht aufwies, bedeckt war.
Als Schwarzpigment wurden Kohlenstoffnanoröhrchen, die durch ein polymeres Bindemittel fixiert waren, verwendet. Die betreffende Schicht absorbierte mehr als 99% des einfallenden Lichts.
Der erfindungsgemäße Solarabsorber 1 wies einen besonders hohen Wirkungsgrad auf, war robust und widerstand ohne Probleme hohen Stillstandstemperaturen > 250°C.
Fig. 38 bis Fig. 45
Die 38 bis 45 zeigen die Fließschemata 1 bis 8 acht Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung verschiedener Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Solarabsorbers 1. Zu den Details wird auf die 38 bis 45 verwiesen.
Die Fließschemata 1 bis 8 dienen der beispielhaften Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Solarabsorber 1. Die Verfahrensschritte der gezeigten erfindungsgemäßen Verfahren können auch in anderer Weise zur Herstellung weiterer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 miteinander kombiniert werden.
Die erfindungsgemäßen Verfahren gemäß den 38 bis 45 waren sicher, einfach, rasch und ohne einen oder nur mit einem geringen Ausschuss durchführbar und lieferten ästhetisch ansprechende, vielseitig verwendbare erfindungsgemäße Solarabsorber 1, die hohe Wirkungsgrade aufwiesen.
Insbesondere konnte der mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens des Fließschemas 7 gemäß der 44 hergestellte erfindungsgemäße Solarabsorber 1 nicht nur im Tagesbetrieb als Solarabsorber, sondern auch im Nachtbetrieb als Eisheizung verwendet werden. Hierdurch wurden die Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Solarabsorber 1 überraschenderweise erheblich erweitert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims

Solarabsorber (1), umfassend – mindestens eine offenporige und/oder geschlossenporige, makro-, mikro- und/oder nanoporige, unverstärkte und/oder makro-, mikro- und/oder nanofaserverstärke Keramikschaumplatte (2) mit einer im eingebauten Zustand der Sonne zugewandten, horizontalen Oberfläche (2'), einer gegenüberliegenden, im eingebauten Zustand der Sonne abgewandten, horizontalen Oberfläche (2'') und einer umlaufenden, im Wesentlichen vertikalen oder vertikalen Seitenfläche (2''') sowie – mindestens eine Kanalstruktur (3) für mindestens ein Wärmetauschermedium in der Oberfläche (2').
Solarabsorber (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine zumindest die Wandungen der mindestens einen Kanalstruktur (3) bedeckende Beschichtung (4) umfasst.
Solarabsorber (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) auch die restliche Oberfläche (2') bedeckt.
Solarabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er einen die Seitenfläche (2''') teilweise oder vollständig umlaufenden Rahmen (6) aufweist.
Solarabsorber (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) gegenüber dem Wärmetauschermedium undurchlässig und chemisch stabil ist und mindestens ein optisch transparentes und/oder opakes, festes Material enthält oder hieraus besteht, wobei das feste Material aus der Gruppe, bestehend aus Glas, Metallen, metallorganischen Polymeren, thermoplastischen Polymeren und duroplastischen Polymeren, ausgewählt ist.
Solarabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens eine die mindestens eine Kanalstruktur (3) und die restliche Oberfläche (2') bedeckende transparente Abdeckplatte (5) aufweist.
Solarabsorber (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Abdeckplatte (5) mit einer wärmeabsorbierenden und wärmeleitfähigen Folie hinterlegt ist.
Solarabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die Keramikschaumstoffplatten (2) aus Aluminiumoxid-, Borcarbid-, Bornitrid-, Bornitridcarbid-, Calciumsilikat-, Hafniumcarbid-, Siliciumoxid-, Siliciumcarbid-, Siliciumnitrid-, Siliciumoxidnitrid-, Siliciumoxidcarbid-, Siliciumnitridcarbid-, Siliciumoxidnitridcarbid-, Glaskeramik, Tantalcarbid-, Zinkcarbid- oder Zirkonoxidkeramiken oder aus Keramiken, die aus mindestens zwei Komponenten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Borcarbid, Bornitrid, Bornitridcarbid, Calciumsilikat, Hafniumcarbid, Siliciumoxid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Siliciumoxidnitrid, Siliciumoxidcarbid, Siliciumnitridcarbid, Siliciumoxidnitridcarbid, Glaskeramik, Tantalcarbid, Zinkcarbid und Zirkonoxid, aufgebaut sind, und – die makro-, mikro- und/oder nanofaserverstärke Keramikschaumplatten (2) Verstärkungsfasern, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus nanoskaligen, mikroskaligen und makroskaligen Glasfasern, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhren, Fullerenen, Keramikfasern, Borfasern, Stahlfasern, Naturfasern und Kunststofffasern, enthalten.
Solarabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass – die Naturfasern aus der Gruppe, bestehend aus Holzfasern, Flachsfasern, Hanffasern, Textilfasern sowie aus subtropischen und tropischen Fasern wie Baumwollfasern, Bambusfasern, Jutefasern, Kenaffasern, Ramiefasern und Sisalfasern, – die Kunststofffasern aus der Gruppe, bestehend aus Aramidfasern, Kevlarfasern, Polyamidfasern, Polyesterfasern, Polyolefinfasern und Teflonfasern, – die Metalle (4) aus der Gruppe, bestehend aus Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Rhenium, Eisen, Ruthenium, Osmium, Kobalt, Rhodium, Iridium, Nickel, Palladium, Platin, Kupfer, Silber, Gold, Zink, Aluminium, Indium, Thallium, Germanium, Zinn, Blei sowie aus Legierungen aus mindestens zwei dieser Metalle, – die thermoplastischen Polymeren (4) aus der Gruppe, bestehend aus linearen und/oder verzweigten und/oder blockartig, kammartig und/oder statistisch aufgebauten Polyadditionsharzen, Polykondensationsharzen und/oder (Co)Polymerisaten ethylenisch ungesättigter Monomere, – die duroplastischen Polymeren (4) aus der Gruppe, bestehend aus Duroplasten, die aus mehrfach funktionellen, niedermolekularen und/oder oligomeren Verbindungen durch thermisch und/oder oder mit aktinischer Strahlung initiierte (Co)Polymerisation, durch sowie durch Plasmapolymerisation hergestellt sind, und – die metallorganischen Polymere (4) aus der Gruppe, bestehend aus metallorganischen Polymeren, die aus niedermolekularen, monomeren metallorganischen Verbindungen durch Polyaddition, Polykondensation, koordinative oder Ringöffnungspolymerisation, Sol-Gel-Verfahren, Festphasenpolymerisation und durch Reaktion vorgefertigter komplexbildender Polymere mit Metallderivaten herstellbar sind, ausgewählt sind.
Solarabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass – die (Co)Polymerisate ethylenisch ungesättigter Monomere (4) aus der Gruppe, bestehend aus (Meth)Acrylat(co)polymerisaten, Polyvinylaromaten, Polyvinylestern, Polyvinylethern, Polyvinylhalogeniden, Polyvinylamiden, Polyacrylnitrilen, Polyethylenen, Polypropylenen, Polybutylenen, Polyisoprenen und ihren Copolymerisaten, ausgewählt sind, – die Polyadditionsharze und Polykondensationsharze (4) aus der Gruppe, bestehend aus Polyestern, Alkyden, Polylactonen, Polycarbonaten, Polyarylethern, Polyalkylenethern, Proteinen, Epoxidharz-Amin-Addukten, Polyurethanen, Polyester-Polyurethanen, Polyether-Polyurethanen, Polyester-Polyether-Polyurethanen, Alkydharzen, Polysiloxanen, Phenol-Formaldehyd-Harzen, Harnstoff-Formaldehyd-Harzen, Melamin-Formaldehyd-Harzen, Cellulosen, Cellulosederivaten, Polysulfiden, Polyacetalen, Polyethylenoxiden, Polycaprolactamen, Polylactonen, Polylactiden, Polyimiden, Polyharnstoffen, und Photopolymerisaten sowie ihren Copolymerisaten, ausgewählt sind, – die Plasmapolymeren (4) aus der Gruppe, bestehend aus Polymeren die mithilfe der Plasmapolymerisation aus niedermolekularen organischen und/oder elementorganischen Verbindungen herstellbar sind, ausgewählt sind, – die metallorganischen Polymere (4) aus der Gruppe, bestehend aus Phthalocyanin-Polymeren, Polyphosphazenen, Polymetallocenen, Polymetallainen, Ferrocenpolymeren, Polymetallphosphinaten, Polysilanen und organisch-anorganischen Sol-Gel-Nanocompositen, ausgewählt sind, und – das Glas (4) Solarglas mit einem geringen Eisengehalt ist.
Solarabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen und duroplastischen Polymeren (4) funktionelle Gruppen enthalten, die aus der Gruppe, bestehend aus Fluor-, Chlor-, Brom- und Jodatome; Hydroxyl-, Thiol-, Ether-, Thioether-, Amino-, Hydroxyalkylamino-, Peroxid-, Aldehyd-, Acetal-, Carboxyl-, Peroxycarboxyl-, Ester-, Amid-, Hydrazid- und Urethangruppen; Imid-, Hydrazon- und Hydroxim-, Amid- und Hydroxamsäuregruppen; Gruppen, die sich von Formamidin, Formamidoxim, Formamidrazon, Formhydrazidin, Formhydrazidoxim, Formamidrazon, Formoxamidin, Formhydroxamoxim und Formoxamidrazon ableiten; Nitril-, Isocyanat-, Thiocyanat-, Isothiocyanat-, Isonitril-, Lactid-, Lacton-, Lactam-, Oxim-, Nitroso-, Nitro-, Azo-, Azoxy-, Hydrazin-, Hydrazon-, Azin-, Carbodiimid-, Azid-, Azan-, Sulfen-, Sulfenamid-, Sulfonamid-, Thioaldehyd-, Thioketon-, Thioacetal-, Thiocarbonsäure-, Sulfonium-, Schwefelhalogenid, Sulfoxid-, Sulfon-, Sulfimin-, Sulfoximin-, Sulton-, Sultam-, Sulfon-, Silan-, Siloxan-, Phosphan-, Phosphinoxid-, Phosphonium-, Phosphorsäure-, Phosphorigsäure-, Phosphonsäure-, Phosphat-, Phosphinat- und Phosphonatgruppen, ausgewählt sind.
Solarabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstoffplatte (2) und/oder die Beschichtung (4) mindestens einen funktionellen Zusatzstoff enthält.
Solarabsorber (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der funktionelle Zusatzstoff aus der Gruppe, bestehend aus die Solarstrahlung absorbierenden Materialien und makroskaligen, mikroskaligen und nanoskaligen Füll- und/oder Verstärkermaterialien, ausgewählt ist
Solarabsorber (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das die Solarstrahlung absorbierende Material molekulardispers und/oder heterogen in den Schaumstoffplatten (2) und/oder den Beschichtungen (4) verteilt ist und/oder oder in Form einer Folie vorliegt.
Solarabsorber (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das molekulardispers und/oder heterogen in den Schaumstoffplatten (2) und/oder den Beschichtungen (4) verteilte die Solarstrahlung absorbierende Material aus der Gruppe, bestehend aus Farbstoffen, Mikropartikeln und Nanopartikeln, ausgewählt ist.
Solarabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschermedium bei Betriebstemperaturen flüssig ist.
Solarabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass seine später der Sonne abgewandte, horizontale Oberfläche (2'') mit einem Träger (9) verbunden ist.
Solarabsorber (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägern (9) als Eisheizung ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Solarabsorbers (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: – Bereitstellung einer Keramikschaumstoffplatte (2) der gewünschten Stärke durch Urformen, – Zuschneiden, Sägen und/oder Fräsen der Schaumstoffplatten (2) auf die gewünschten Abmessungen unter Bildung einer später der Sonne zugewandten, horizontalen Oberfläche (2'), einer später der Sonne abgewandten, horizontalen Oberfläche (2'') und einer umlaufenden, im Wesentlichen vertikalen oder vertikalen Seitenfläche (2''), – Herstellung mindestens einer Kanalstruktur (3) für das Wärmetauschermedium zumindest in der Oberfläche (2') durch Urformen, Umformen und/oder abtragendes Trennen, – Herstellung mindestens einer Bohrung zur Aufnahme mindestens eines Zulaufs (18) für das kalte Wärmetauschermedium K zu der mindestens einen Kanalstruktur (3) durch Urformen, Umformen und/oder abtragendes Trennen sowie – Herstellung mindestens einer Bohrung zur Aufnahme mindestens eines Ablaufs (19) für das erwärmte Wärmetauschermedium H aus der mindestens einen Kanalstruktur (3) durch Urformen, Umformen und/oder abtragendes Trennen oder alternativ – Herstellung einer Keramikschaumstoffplatte (2), umfassend zumindest vorgefertigte Oberflächen (2'), (2''), (2'''), mindestens eine vorgefertigte Kanalstruktur (3) und mindestens zwei vorgefertigte Bohrungen zur Aufnahme mindestens eines Zulaufs (18) und mindestens eines Ablaufs (19), durch Urformen, und – Beschichten zumindest der Wandungen der mindestens einen Kanalstruktur (3) mit mindestens einer Beschichtung (4), die gegenüber dem Wärmetauschermedium undurchlässig und chemisch stabil ist und mindestens ein optisch transparentes und/oder opakes, festes Material enthält oder hieraus besteht, wobei das feste Material aus der Gruppe, bestehend aus Glas, Metallen, metallorganischen Polymeren, thermoplastischen Polymeren und duroplastischen Polymeren, ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass – das Umformen durch Pressen, Schmelzen und/oder Prägen erfolgt, – das Urformen durch Aufschäumen oder Hochdruckspritzen der keramischen Vorprodukte und Brennen der resultierenden Grünlinge in einer entsprechend geformten offenen oder geschlossenen Form erfolgt und – das abtragende Trennen mithilfe zerteilender, spanender und/oder abtragender Verfahren durchgeführt wird.
Verwendung des Solarabsorbers (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 und des nach dem Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 20 hergestellten Solarabsorbers (1) zur Herstellung von funktionalen und/oder dekorativen Abdeckungen für vertikale oder geneigte Flächen und von transparenten Fenstern sowie als funktionale und/oder dekorative Lichtquellen, Lichtleiter und Klimaanlagen sowie als Bioreaktoren.