DE19515647A1 - Strahlungsselektiver Absorber - Google Patents
Strahlungsselektiver AbsorberInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen strahlungsselektiven Absorber, ein Verfahren zur
dessen Herstellung sowie eine Vorrichtung zur Herstellung des Absorbers
und die Verwendung des Absorbers.
Selektiv beschichtete Absorber in Form von Rohren kreisförmigen und nicht
kreisförmigen Querschnitts werden in Sonnenkollektoren zur Umwandlung der
Sonnenstrahlung in Wärme eingesetzt. Um die gewünschten selektiven
Oberflächeneigenschaften zu erzielen, werden Rohre aus billigen und mechanisch
stabilen Materialien wie z. B. Stahl oder Glas mit dünnen Schichten vergütet. Zur
Erzeugung dieser dünnen Schichten werden oft naßchemische Verfahren oder
PVD- und CVD-Verfahren eingesetzt.
Amannsberger, K. und Amann, Th. (German-Portuguese Solar Process Heat
Generating Plant. Abschlußbericht, MAN Technologie, München 1987)
beschreiben selektive Rohre für Sonnenkollektoren, die durch ein naßchemisches
Verfahren hergestellt werden. Dabei werden die Rohre in galvanischen Bädern
beschichtet. Dieses Verfahren ist kostengünstig, jedoch weisen die Rohre
unbefriedigende optische Eigenschaften auf.
Zylindrische Rohre für Parabolrinnenkollektoren mit etwas besseren Eigenschaften
werden von G. E. Cohen ("Operation and efficiency of large-scale solar thermal
power plants, 1993, SPIE Vol. 2017, Seite 332") beschrieben. Diese Rohre
werden in einem diskontinuierlichen PVD-Prozeß beschichtet. Dieses diskon
tinuierliche Verfahren ist prinzipiell wegen der nicht-ebenen Rohrgeometrie und
der verlangten Rohrlänge von mehreren Metern teuer. Einerseits sind Chargen
prozesse gegenüber kontinuierlichen Prozessen grundsätzlich im Nachteil und
andererseits muß für eine allseitige Beschichtung eine besonders komplexe
Vorrichtung vorgesehen werden. Die erreichten Ergebnisse sind nicht befriedi
gend, weil die homogene Beschichtung einer gekrümmten Oberfläche problema
tisch ist. Die beschriebenen Rohre erreichen thermische Emissionsgrade von
bestenfalls 0,18, während auf flacher Geometrie thermische Emissionsgrade mit
herkömmlicher Technologie von 0,04 möglich sind. Die notwendigen Anlagen zur
Beschichtung der Rohre sind außerdem groß und werden schlecht ausgelastet.
Zudem ist das Verfahren auf wenige Rohrdurchmesser beschränkt.
Der Einsatz von beschichteten Rohren in der Solarenergie verlangt große Mengen
an langen beschichteten Rohren verschiedener Durchmesser und Querschnitts
geometrien zu günstigen Preisen. Die optischen Eigenschaften der selektiven
Beschichtung der Rohre müssen mit den an flachen Oberflächen erreichten
konkurrieren können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen rohrförmigen
strahlungssektiven Absorber mit verbesserter optischer Qualität bereitzustellen,
welcher kostengünstig in großen Mengen und variabler Rohrgeometrie und aus
verschiedenen Rohrmaterialien herstellbar ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch den Gegenstand von
Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstände der
Unteransprüche.
Die Aufgabe wird in der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß eine Folie mit
hoch selektiven Oberflächeneigenschaften Rohre beliebiger Geometrie, Länge,
Querschnitte und Materialien ummantelt. Dadurch werden die Vorteile der
Eigenschaften des Rohrmaterials, wie z. B. mechanische Stabilität, mit den
Vorteilen des Folienmaterials, insbesondere Glattheit, Korrosionsbeständigkeit
oder optische Eigenschaften der Folienoberfläche, miteinander zu einem
Gegenstand kombiniert. Die Oberfläche der Folie soll erfindungsgemäß dazu
dienen, dem Rohr strahlungsselektive Eigenschaften zu verleihen. Erfindungs
gemäß weist die Folienoberfläche für solare Strahlung hohe Absorption (z. B.
einen solaren Absorptionsgrad von mindestens 0,8, bevorzugt 0,9 und größer)
und für Wärmestrahlung geringe Absorption (z. B. einen thermischen Emissions
grad von kleiner 0,3, bevorzugt kleiner 0,15 und besonders bevorzugt < 0,1)
auf.
Folien in Dicken von 1 µm bis 5 mm, bevorzugt 10 µm bis 3 mm, besonders
bevorzugt 100 µm bis 1 mm, können kostengünstig in Durchlaufbeschich
tungsanlagen oder Chargenbeschichtungsanlagen mit großen Batchgrößen gemäß
bekannter CVD-, PVD- oder naßchemischer Verfahren beschichtet werden.
Werden diese Folien auf Rohre aufgebracht, erhalten die Rohre durch die
Folienoberfläche die sehr guten optischen Eigenschaften, wie sie eigentlich
homogen und reproduzierbar nur von ebenen Geometrien bekannt sind.
Durch das Ummanteln können auch von der Kreisform abweichende Rohrquer
schnitte mit selektiven Eigenschaften versehen werden. Dies ist nämlich bisher
für ausgefallene Geometrien mit herkömmmlichen PVD- oder CVD-Rohrbeschich
tungsverfahren nicht in befriedigender Qualität möglich. Beim Einsatz von
optischen Elementen zur Führung der einfallenden Strahlung wie Spiegeln oder
Linsen sind Abweichungen von der Kreisform nämlich meist von Vorteil bzw. oft
notwendig.
Erfindungsgemäß werden unterschiedliche Rohrmaterialien, vorzugsweise Metalle,
Legierungen, Kunststoffe, Gläser, Verbundwerkstoffe, Keramik, Kohlenstoffaser
verstärkte Werkstoffe, ganz bevorzugt Edelstahl, verwendet. Dadurch können die
Bauteile bei hohen Drücken, Temperaturen und auch mit korrosiven Medien
betrieben werden. Diese werden erfindungsgemäß mit der beschichteten Folie
kombiniert und das gesamte Rohr zeigt selektive Absorbereigenschaften,
insbesondere unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine Glattheit
der Oberfläche. Vorzugsweise werden als Folienmaterial Metalle, deren
Legierungen, Kunststoffe, Gläser, Keramik, Verbundwerkstoffe, ganz bevorzugt
Kupfer, Aluminium, Stahl und Edelstahl eingesetzt. Je nach Geometrie des zu
ummantelnden Rohres wird die Dicke der Folie zwischen 5 µm und 1 mm,
vorzugsweise zwischen 10 µm bis 500 µm, gewählt, vorzugsweise wird die
Dicke so gewählt, daß Rp 0,2 nicht unterschritten wird. Rp 0,2 ist der Mindest
biegeradius einer Folie, bei dem die die Dehngrenze der äußersten Faser der Folie
nur um 20% überschritten wird.
Die Folie ist wahlweise auf einer Seite oder sogar beidseitig beschichtet, um ver
schiedene Eigenschaften, z. B. Hafteigenschaften auf der dem Rohr zugewandten
Seite und strahlungsselektive Eigenschaften auf der dem Rohr abgewandten Seite
zu erzeugen.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Folien können vorzugsweise aus einer Folge
von mehreren dünnen Schichten unterschiedlicher Materialien bestehen. Die
gängigen Verfahren zur Herstellung dünner selektiver Schichten, vorzugsweise
CVD-, PVD- und naßchemische Verfahren werden genutzt. Die Dicke der
einzelnen Schichten beträgt zwischen 8 und 8000 nm.
Als selektive Beschichtungen für die Folie kommen unter anderem Metall-,
Stickstoff-, Sauerstoff- oder Kohlenstoffverbindungen in Frage. Vorzugsweise
sind dies Aluminium, Nickel, Chrom, Vanadium, Molybdän, Kobalt, Zink, Silizium,
Eisen und Blei als Metalle bzw. deren Nitride, Oxide oder Carbide. Ganz bevorzugt
sind Verbindungen zwischen einem oder mehreren Metalle der Gruppe IVa des
Periodensystems mit Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlenstoff. Beispiele für
Verbindungen, die sich vorzugsweise als Beschichtung der Folien eignen, sind:
Al₂O₃; Cr₂O₃; V₂O₅; TiN, TiNxOy, TiO, TiNxCy, TiC, TiOxCy (x = 0,1-2,0; y = 0,1-2,0)
sowie die entsprechenden Zirkonium- und Hafniumverbindungen und als
Cermets a-C:H/W sowie a-C:H/Mo.
Häufig werden Cermets als selektive Schichten verwendet. Diese bestehen aus
in eine dielektrische Matrix eingelagerte feine elektrisch leitende Partikel.
Bevorzugt werden für die Matrix Oxide der im vorherigen Absatz genannten
Metalle oder amorpher Kohlenstoff verwendet. Für die elektrisch leitenden
Partikel kommen bevorzugt Kupfer, Gold, Molybdän und Wolfram zum Einsatz.
Weiter können als selektive Schicht quasikristalline Materialien verwendet
werden, bevorzugt aus einer Aluminium-Kupfer-Eisen Verbindung.
Durch den Einsatz von Zwischenfolien zwischen Folie und Rohr wird die
Einsatzmöglichkeit und Herstellbarkeit des Bauteils vielfältig erweitert. Metallische
Zwischenfolien können die Anpassung an verschiedene Ausdehnungskoeffizien
ten bewirken und für eine zuverlässige Verbindung zwischen Folie und Rohr und
einen hohen Wärmeübergang sorgen. Zwischenfolien aus Loten (z. B. eutektische
Legierungen), Glaslote, Harzen und anderen Klebern sorgen für eine stabile,
dauerhafte mechanische Verbindung zwischen Rohr und Folie. Zur Erhöhung der
Wärmeleitfähigkeit der Zwischenfolie können Metallpartikel in die Zwischenfolie
eingebettet werden.
Die Verbindung von Folie und Rohr kann mit einem geeigneten Haftvermittler oder
Flußmittel, die mit einem geeigneten Sprüh-, Tauch- oder Schlämmverfahren
aufgebracht werden, verbessert werden. Als Haftvermittler können je nach
Verfahren organische oder anorganische Stoffe wie Glaslote, metallische Lote,
keramische oder organische Klebstoffe, Silikone, Kollophonium und Borate
verwendet werden.
Weiter wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein
Verfahren gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Die Folie kann erfindungsgemäß
spiralig mit einem oder mehreren Streifen, bevorzugt ohne Überlapp, auf das Rohr
aufgewickelt werden. Die Folie kann auch in einem oder mehreren Streifen radial
um das Rohr gewickelt werden. Mit einer geeigneten Dicht-, Spann- und
Haltevorrichtung kann die Folie an das Rohr gepreßt werden bis es zu einer
schlüssigen Verbindung zwischen Rohr und Folie kommt. Diese Dicht-, Spann-
und Haltevorrichtung kann entweder für die gesamte Lebensdauer des Bauteils
am Rohr bleiben oder nach Beendigung des Haftvorgangs (Aushärten von
Klebern, Durchführung von Löt- oder Schweißarbeiten) entfernt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung des Haftvorgangs wird
bevorzugt im Vakuum oder unter einem Schutzgas, vorzugsweise Argon, Neon,
Krypton, Stickstoff, Helium oder Sauerstoff, durchgeführt. Das Bauteil kann dabei
bevorzugt im Rahmen eines Temperprogramms erhitzt werden, vorzugsweise auf
Temperaturen zwischen 30°C und 1050°C, ganz bevorzugt auf 200 °C bis
900°C (siehe Fig. 1). Das Aufheizen kann schrittweise oder kontinuierlich
erfolgen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Temperprogramms hat den
besonderen Vorteil, daß die Folie bei unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten
von Folie und Rohr, weder Risse noch Blasen bei zu schnellem Temperaturwechsel
erleidet. Insbesondere wird durch ein Halten der Temperatur vor Erreichen des
Schmelzpunktes der beschichteten Folie eine formschlüssige Verbindung er
möglicht, da sich die Folie in diesem Bereich der Rohroberfläche anpaßt ohne die
Beschichtung nach außen zu drücken. Ein Halten der Temperatur nach dem
Lötvorgang auf einem Zwischenniveau vermindert thermische Spannungen
zwischen Rohr und Folie und vermindert die Ausschußquote bei der Produktion.
In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich das Rohräußere mit der
angepreßten Folie teilweise oder ganz im Vakuum oder unter Schutzgas, während
das Rohrinnere nicht evakuiert bzw. Schutzgas ausgesetzt ist, wobei die
Rohrinnenseite geheizt wird. Es werden dabei Temperaturen von 30°C bis
1050°C für Zeitintervalle im Bereich von 10 Sekunden bis 200 Stunden,
vorzugsweise 5 Minuten bis 5 Stunden, ganz bevorzugt 20 bis 60 Minuten
gehalten. Anschließend wird das Bauteil durch Kühlen der Rohrinnenseite
abgekühlt.
Besonders bevorzugt bei der Fertigung des erfindungsgemäßen rohrförmigen
selektiven Absorbers ist die Möglichkeit, elektrischen Strom durch das Rohr zu
leiten und es dadurch zu erhitzen und den Haftvorgang zwischen Folie und Rohr
dadurch zu beschleunigen oder überhaupt erst zu erzeugen.
Weiter wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung
gemäß Patentanspruch 20 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus
einer Vakuumkammer mit diametral entgegengesetzt angebrachten Paaren von
Öffnungen (siehe Fig. 2). Diese Öffnungen dienen sowohl als Halterungen für die
Rohre als auch als Dicht- und Spannvorrichtungen um die Folie festzuhalten
(siehe Fig. 3). Sie werden durch das Rohr vakuumdicht verschlossen, wobei das
Rohrinnere von außen zugänglich bleibt. Dies erlaubt eine einfache, effektive und
schnelle Heizung und Kühlung des Bauteils durch ein Temperprogramm. Die
Vakuumkammer besteht bevorzugt aus einem Glas und das Rohr wird über Glas-
Metall-Übergängen mit dem Glas verbunden bzw. an das Glas gefügt.
Die Erwärmung des Rohrs kann einfach durch heiße und kalte Gase oder
Flüssigkeiten, durch die Flamme eines Brenners oder durch eingebrachte
Heizstäbe geschehen (siehe Fig. 4). Weiter kann die Heizung durch elektrische
Energie, die durch das Rohr geleitet wird, verwirklicht werden. Dazu muß das
Rohr von der Vakuumkammer durch ein elektrisch isolierendes Material getrennt
werden.
Eine wichtige Verwendung des erfindungsgemäßen rohrförmigen selektiven
Absorbers ist der Einsatz in Parabolrinnenkollektoren, Röhrenkollektoren und
Speicherkollektoren. Bei diesen Anwendungen wird das hier beschriebene Bauteil
vorzugsweise von einem evakuierten Glashüllrohr umgeben. Das Glasrohr bei der
Ausführung als Parabolrinnenkollektor oder als Röhrenkollektor kann anstelle einer
Vakuumkammer für die Herstellung genutzt werden.
Die Erfindung wird nun anhand der Fig. 1, 2, 3 und 4 beschrieben, welche
zeigen:
Fig. 1: Darstellung eines Temperprogramms, wobei Ts Schmelztemperatur
eines Glaslotes, Δta Anpassungsphase, Δtl Lötphase und Δte
Entspannungsphase bedeutet.
Fig. 2: Darstellung eines Vakuumofens, der eine Beheizung bzw. Kühlung
über die nichtevakuierte Rohrinnenseite erlaubt. Die Kammerdeckel
enthalten geeignete Flansche, so daß durch den Einsatz der zu
tempernden Rohre die Kammer vakuumdicht verschlossen ist. In
dem Ofen können je nach Deckelausführung ein oder mehrere Rohre
getempert werden. Nicht dargestellt ist die Evakuierungseinrichtung.
- 1) zylindrische Vakuumkammer
- 2) Vakuumflansch, (siehe auch Fig. 3)
- 3) zu lötendes Rohr
- 4) Kammerdeckel.
Fig. 3: Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer kombinierten Halte-,
Spann- und Dichtvorrichtung (Detail aus Fig. 2). Die Spannvor
richtung befindet sich auf der Kammerinnenseite und wird durch
mehrere radial wirkende Klemmbacken verwirklicht. Die Dichtvor
richtung befindet sich auf der Kammeraußenseite, bestehend aus
einem Dichtring aus Polyurethan oder Indium, der von einem
Konusbacken an die Dichtflächen angepreßt wird. Bei besonders
hohen Löttemperaturen kann die Dichtung aktiv gekühlt werden. Die
Gegenseite ist mit einer Kompensationsvorrichtung (Linearverschie
beeinrichtung) ausgestattet, um die Wärmeausdehnung des Rohres
aufzufangen.
- a) Außenseite der Vakuumkammer
- b) Innenseite der Vakuumkammer
- 1) Vakuumkammerwand
- 2) Rohr
- 3) Folie
- 4) Klemmring
- 5) Dichtring
- 6) Radialklemmbacken
Fig. 4: Darstellung der Temperiermöglichkeit des Rohres mittels heißer oder
kalter Gase, die mit Hilfe eines Gebläses durch das Rohr geleitet
werden. Nicht dargestellt ist die Halte-, Spann- und Dichtvor
richtung (siehe Fig. 3).
- 1) Vakuumkammerwand
- 2) Rohr
- 3) Gasbrenner
- 4) Gebläse
Die Erfindung wird nun anhand der Ausführungsbeispiele weiter erläutert.
Ein 4 m langes Stahlrohr der Qualität St37 oder C63 in den Maßen 80 × 3 mm²
wird zur Vorbereitung zunächst mit Glasperlen sandgestrahlt, um Verzunderungen
zu entfernen. Danach folgt eine naßchemische Behandlung. Hier wurde aus
Umweltverträglichkeitsgründen ein alkalisches Entfettungsverfahren gewählt.
Auf der Wickelvorrichtung wird das Rohr gleichzeitig mit Lötfolie und selektiver
Absorberfolie spiralig umwickelt. Die Lötfolie besteht aus auf 40 µm Dicke
ausgewalztem Silberlot. Bei geringen Qualitätsanforderungen bzw. hoher
Oberflächengüte des Stahlrohrs kann auch eine dünnere Lötfolie verwendet
werden. Ein Flußmittel muß bei der beschriebenen Vorbereitung nicht verwendet
werden. Die Absorberschicht in der Schichtfolge Cu/TiNxOy(x,y=0,1-2,0)/SiO₂ wurde
in einer Bandbedampfungsanlage auf eine Stahlfolie aufgebracht. Die Stahlfolie
wurde derart ausgewählt, daß deren thermischer Ausdehnungskoeffizient unter
dem des Stahlrohrs liegt. Beim Erhitzen des Bauteils während des Lötvorgangs
dehnt sich das Stahlrohr stärker aus als die Folie und preßt sich hierdurch an die
Folie an. Dadurch kann eine statische Spannvorrichtung verwendet werden und
gleichzeitig eine blasenfreie Verbindung garantiert werden. Auch im späteren
Betrieb werden Ablösungen bei Temperaturschwankungen, wie sie bei ähnlichen
Technologien bekannt sind, vermieden.
Die Folie wird bei 100 mm Bandbreite und 0,1 mm Dicke des Stahlbands mit
einem statischen Zug von 500 N aufgewickelt (5 N/mm²) und an beiden Enden
mit der Radialbackenspannvorrichtung auf dem Rohr fixiert. Sodann wird das so
vorbereitete Bauteil in den Vakuumofen eingesetzt und dieser verschlossen. Nach
dem Evakuieren auf 10-5 hPa wird die sogenannte Heizflöte eingesetzt. Es handelt
sich dabei um ein Gestänge in der Länge des Absorberrohrs, das in das
Absorberrohr eingeführt wird. An ihm sind Widerstandsheizelemente und
Temperaturfühler angebracht. Mit Hilfe der Heizflöte und einer elektronischen
Steuerung wird nun das Temperprogramm durchgeführt:
Das Rohr wird zunächst mit 7 K/min auf 300°C erhitzt. Diese Temperatur wird
für 1 5 min gehalten. Das Lot ist bei dieser Temperatur wachsweich, aber noch
nicht fließfähig. Ohne daß der Lötvorgang eingesetzt hat, kann sich durch die
aufgebrachte mechanische Spannung Rohr und Folie aneinander anpassen.
Danach wird mit 10 K/min das Rohr auf 650°C gebracht, wobei der Lötvorgang
erfolgt. Nach 40 min Halten der Löttemperatur, wird die Heizung abgeschaltet
und das Rohr mittels Preßluftspülung mit 15 K/min gekühlt. Bei 50°C kann die
Heizflöte entnommen und die Vakuumkammer belüftet werden. Anschließend
wird das fertige Absorberrohr aus der Kammer entnommen.
Für Speicherkollektoren, die im wesentlichen unter 100°C betrieben werden, ist
es von Vorteil, Glaslote anstatt metallischer Lote zu verwenden, da diese
preiswerter und einfacher zu verarbeiten sind als metallische Lote. Glaslote
können schon bei 250°C verarbeitet werden (z. B. Schott Glaslot Nr. 8472,
geeignet für die Verbindung ferritischer Stähle, für ferritische Stahlrohre kann Lot
Nr. 8474 verwendet werden) und erlauben deshalb eine effiziente Auslastung der
Vakuumöfen. Prinzipiell wird analog wie in Beispiel 1 vorgegangen:
Bei der Vorbereitung unterscheidet sich die Art der Aufbringung des Lotes. Das
Glaslot wird vorteilhaft in Pulverform mit einer Körnung von 20 µm bis 50 µm
verwendet. Das Pulver wird mit Methanol als Bindemittel zu einer Suspension
verarbeitet und im Tauchverfahren auf das Stahlrohr aufgeschlämmt. Anstatt
Methanol hat sich auch 1% Nitrozellulose in Essigsäureamylester bewährt. Das
Bindemittel verdampft rückstandsfrei während der Lötung. Die restlichen Schnitte
sind identisch wie in Beispiel 1, lediglich werden die Temperaturen hier auf
250°C (Anpassungstemperatur) und 410°C (Löttemperatur) begrenzt. Die
Lötzeit hängt von der gewählten Löttemperatur ab. Bei 410°C erfolgt die Lötung
in einer Stunde. Beim Abkühlen unter den Transformationspunkt des Glaslotes
muß eine Kühlrate von 2 K/min eingehalten werden, um ein unerwünschtes
Auskristallieren des Glases zu verhindern.
Claims (26)
1. Strahlungsselektiver Absorber zur Umwandlung elektromagnetischer
Strahlung in Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr mit minde
stens einer Folie mit strahlungsselektiver Beschichtung ummantelt ist und
die Oberfläche der Folienbeschichtung für solare Strahlung eine hohe
Absorption, insbesondere einen solaren Absorptionsgrad von mindestens
0,8, und für Wärmestrahlung eine geringe Absorption, insbesondere einen
thermischen Emissionsgrad von kleiner 0,3, aufweist.
2. Absorber nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr
eine nichtkreisförmige Querschnittsgeometrie aufweist.
3. Absorber nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Rohr aus einem Metall, einer Metallegierung, einem Kunststoff, einem
Glas, einer Keramik, einem kohlenstoffaserhaltigen Werkstoff oder aus
einem Verbundwerkstoff besteht.
4. Absorber nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die
Folie aus einem Metall, einer Metallegierung, einem Kunststoff, einem
Glas, einer Keramik oder aus einem Verbundwerkstoff besteht.
5. Absorber nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Folie eine Dicke von 1 µm bis 5 mm aufweist.
6. Absorber nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Folie wahlweise auf einer oder beiden Seiten beschichtet
ist.
7. Absorber nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Beschichtung der Folie aus einer oder mehreren dünnen
Schichten besteht.
8. Absorber nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die auf die Folie dünnen Beschichtungsschichten mit einem
CVD-, PVD- oder naßchemischem Verfahren aufgebracht werden.
9. Absorber nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Folie mit mindestens einer dünnen Schicht, die Ver
bindungen zwischen einem oder mehreren Metallen der Gruppe IV A des
Periodensystems mit Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlenstoff enthält,
beschichtet ist.
10. Absorber nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Folie mit mindestens einer dünnen Schicht, die Ver
bindungen zwischen einem oder mehreren der Metalle der Nebengruppen
elemente des Periodensystems mit Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlenstoff
enthält, beschichtet ist.
11. Absorber nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Folie mit mindestens einer dünnen Schicht, die ein
Cermet enthält, beschichtet ist.
12. Absorber nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich zwischen Rohr und beschichteter Folie noch eine
Zwischenfolie befindet.
13. Absorber nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zwischenfolien aus einem Metall, einer Legierung, einem metallischen Lot,
einem Glaslot, einem Harz, einem Kunststoff, einem keramischen Kleber,
einem Kunststoffkleber, einem kohlenstoffaserhaltigen Verbundwerkstoff
oder einer Kombination der genannten Werkstoffe bestehen und daß ggf.
in dem Material der Zwischenfolie ein Metallpulver dispergiert ist.
14. Absorber nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen Rohr und Folie ein Haftvermittler aufgebracht ist.
15. Verfahren zur Herstellung des Absorbers nach einem der Patentansprüche
1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folie mit strahlungsselektiver
Beschichtung in einem oder mehreren Streifen spiralförmig oder radial um
das Rohr gewickelt ist und durch eine Dicht-, Spann- oder Haltevorrichtung
angepreßt wird.
16. Verfahren nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine
schlüssige Verbindung zwischen Rohr und Folie im Vakuum oder unter
einem Schutzgas hergestellt wird.
17. Verfahren nach Patentanspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß
Rohr und Folie auf Temperaturen zwischen 30°C und 950°C schritt
weise oder kontinuierlich aufgeheizt und nachfolgend wieder abgekühlt
werden.
18. Verfahren nach einem der Patentansprüche 15 bis 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich das Rohräußere mit der angepreßten Folie teilweise oder
ganz im Vakuum oder unter Schutzgas befindet während das Rohrinnere
nicht evakuiert bzw. nicht Schutzgas ausgesetzt ist und die Rohrinnenseite
geheizt wird, wobei zwischen Rohr und Folie Temperaturen von 30°C bis
950°C für Zeitintervalle im Bereich von 10 Sekunden bis 200 Stunden
gehalten werden und anschließend Rohr und Folie durch Kühlen der
Rohrinnenseite abgekühlt werden.
19. Verfahren nach einem der Patentansprüche 15 bis 18, dadurch gekenn
zeichnet, daß elektrischer Strom durch das Rohr geleitet wird.
20. Vorrichtung zur Herstellung des Absorbers nach einem der Patentansprü
che 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich Rohre in einer Vakuum
kammer mit einem oder mehreren Paaren von Öffnungen, die an diametral
entgegengesetzten Wänden angebracht sind, befinden, mit einer Folie mit
einer strahlungsselektiven Beschichtung umwickelt werden und eine
schlüssige Verbindung zwischen dem Rohr und der Folie durch eine
Temperbehandlung bewirkt wird.
21. Vorrichtung nach Patentanspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das
Rohr in der Vakuumkammer durch kalte oder heiße Gase, die durch das
Rohr geleitet werden, gekühlt und geheizt wird.
22. Vorrichtung nach Patentanspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vakuumkammer aus einem Glas besteht und das Rohr über Glas-Metall-
Übergänge mit dem Glas verbunden ist bzw. an das Glas gefügt ist.
23. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 20-22, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen Vakuumkammer und Rohr ein elektrisch isolieren
des Material angebracht ist.
24. Verwendung des Absorbers nach einem der Patentansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Sonnenkollektor eingesetzt wird.
25. Verwendung des Absorbers nach einem der Patentansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Parabolrinnenkollektor eingesetzt
wird.
26. Verwendung des Absorbers nach einem der Patentansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Speicherkollektor eingesetzt
wird.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19515647A DE19515647A1 (de) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | Strahlungsselektiver Absorber |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19515647A DE19515647A1 (de) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | Strahlungsselektiver Absorber |
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ID=7760599
Family Applications (1)
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---|---|
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006015815A1 (de) * | 2004-08-05 | 2006-02-16 | Schott Ag | Solarabsorber |
CN102294379A (zh) * | 2011-06-28 | 2011-12-28 | 攀钢集团成都钢钒有限公司 | 大口径高压气瓶用无缝钢管的制造方法 |
DE102013110118A1 (de) * | 2013-08-20 | 2015-02-26 | Von Ardenne Gmbh | Solarabsorber und Verfahren zu dessen Herstellung |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3129703A (en) * | 1959-04-16 | 1964-04-21 | Harry Zvi Tabor | Surfaces for collectors of solar radiation |
DE2725914A1 (de) * | 1976-06-10 | 1977-12-22 | Univ Sydney | Sonnenenergiekollektor und verfahren zu seiner herstellung |
DE2640955A1 (de) * | 1976-08-13 | 1978-02-16 | Daetwyler Ag | Einrichtung zur leitung eines als waermeenergietraeger geeigneten mediums zu einer verbraucherstelle und zur zufuehrung anderer energie in dieses medium zwecks erhoehung der gesamtwaermeenergie dieses mediums |
DE2700767A1 (de) * | 1977-01-10 | 1978-07-13 | Boettcher Alfred | Kombinierter photovoltaischer und thermischer solar-kollektor |
DE3130130A1 (de) * | 1980-08-19 | 1982-03-18 | Owens-Illinois, Inc., 43666 Toledo, Ohio | Solarenergiekollektor mit einem absorberelement aus einer beschichteten folie |
DE3209600A1 (de) * | 1982-03-17 | 1983-09-22 | Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte AG, 3000 Hannover | Rohr fuer den transport von fluessigen oder gasfoermigen medien |
DE3605401C1 (en) * | 1986-02-20 | 1987-05-27 | Hoesch Ag | Process for coating a pipe |
DE3811744C2 (de) * | 1988-04-08 | 1990-08-23 | Georg Hallinger Gmbh & Co Kg, 8240 Schoenau, De |
-
1995
- 1995-04-28 DE DE19515647A patent/DE19515647A1/de not_active Ceased
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3129703A (en) * | 1959-04-16 | 1964-04-21 | Harry Zvi Tabor | Surfaces for collectors of solar radiation |
DE2725914A1 (de) * | 1976-06-10 | 1977-12-22 | Univ Sydney | Sonnenenergiekollektor und verfahren zu seiner herstellung |
DE2640955A1 (de) * | 1976-08-13 | 1978-02-16 | Daetwyler Ag | Einrichtung zur leitung eines als waermeenergietraeger geeigneten mediums zu einer verbraucherstelle und zur zufuehrung anderer energie in dieses medium zwecks erhoehung der gesamtwaermeenergie dieses mediums |
DE2700767A1 (de) * | 1977-01-10 | 1978-07-13 | Boettcher Alfred | Kombinierter photovoltaischer und thermischer solar-kollektor |
DE3130130A1 (de) * | 1980-08-19 | 1982-03-18 | Owens-Illinois, Inc., 43666 Toledo, Ohio | Solarenergiekollektor mit einem absorberelement aus einer beschichteten folie |
DE3209600A1 (de) * | 1982-03-17 | 1983-09-22 | Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte AG, 3000 Hannover | Rohr fuer den transport von fluessigen oder gasfoermigen medien |
DE3605401C1 (en) * | 1986-02-20 | 1987-05-27 | Hoesch Ag | Process for coating a pipe |
DE3811744C2 (de) * | 1988-04-08 | 1990-08-23 | Georg Hallinger Gmbh & Co Kg, 8240 Schoenau, De |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006015815A1 (de) * | 2004-08-05 | 2006-02-16 | Schott Ag | Solarabsorber |
US7607428B2 (en) | 2004-08-05 | 2009-10-27 | Schott Ag | Solar absorber |
CN101023305B (zh) * | 2004-08-05 | 2010-06-16 | 肖特股份有限公司 | 太阳能吸收器 |
CN102294379A (zh) * | 2011-06-28 | 2011-12-28 | 攀钢集团成都钢钒有限公司 | 大口径高压气瓶用无缝钢管的制造方法 |
DE102013110118A1 (de) * | 2013-08-20 | 2015-02-26 | Von Ardenne Gmbh | Solarabsorber und Verfahren zu dessen Herstellung |
DE102013110118B4 (de) * | 2013-08-20 | 2016-02-18 | Von Ardenne Gmbh | Solarabsorber und Verfahren zu dessen Herstellung |
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