DE3044600A1 - SOLAR COLLECTOR AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF - Google Patents
SOLAR COLLECTOR AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOFInfo
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Description
NIPPON ELECTRIC GLASS CO., LTD., 7-1, Seiran 2-Chome, Otsu-shif Shiga, 520 JapanNIPPON ELECTRIC GLASS CO., LTD., 7-1, Seiran 2-Chome, Otsu-shi f Shiga, 520 Japan
Solar-Kollektor und Verfahren zu dessen HerstellungSolar collector and process for its manufacture
Die Erfindung betrifft Solar-Kollektoren, insbesondere mit Absorber-Platten und Leitungen für ein Wärme-Übertragungsmittel, das in einem auf zumindest 5 χ 10 Torr evakuierten Glasrohr strömt, ausgerüstete Solar-Kollektoren sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.The invention relates to solar collectors, in particular with absorber plates and lines for a heat transfer medium, which in a to at least 5 χ 10 Torr evacuated glass tube flows, equipped solar collectors and a process for their manufacture.
Bei derartigen Solar-Kollektoren ist es erforderlich, im Glasrohr einen Druck von zumindest 5 χ 10 Torr aufrechtzuerhalten, um thermische Verluste aufgrund von Luft-Konvektion oder Wärmeleitung in dem Glasrohr zu verhindern. Bei Undichtigkeit des Glasrohres istWith such solar collectors it is necessary to have a pressure of at least 5 χ 10 Torr in the glass tube to maintain thermal losses due to air convection or heat conduction in the glass tube to prevent. If there is a leak in the glass tube
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der Wirkungsgrad der Wärme-Kollektion wesentlich reduziert; bei z.B. 36,4 C Außentemperatur, 711 Kcal/ m h Wärmeleitfähigkeit und 10~ Torr Druck in dem Kollektor-Rohr reicht die Innentemperatur bis zu 239,7 C während im Falle eines beeinträchtigten Vakuums höchstens 1200C erreichbar sind.the efficiency of the heat collection is significantly reduced; At, for example, 36.4 C outside temperature, 711 Kcal / mh thermal conductivity and 10 ~ Torr pressure in the collector tube, the inside temperature reaches up to 239.7 C while in the case of an impaired vacuum a maximum of 120 0 C can be achieved.
Wesentliche Ursachen für derartige Undichtigkeiten in der Vakuumabdichtung sind durch die Wärmebehandlung bei der Herstellung bedingte Materialfehler, bei der Installierung des Solar-Kollektors auftretende Beschädigungen und durch thermische Expansion oder Kontraktion während des Betriebes bedingte Defekte.The main causes of such leaks in the vacuum seal are the heat treatment Material defects caused during manufacture, damage occurring during installation of the solar collector and defects caused by thermal expansion or contraction during operation.
Bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung derartiger Sonnen-Kollektoren wird die Leitung für das Wärme-Übertragungsmittel, an der die Absorber-Platte befestigt ist, in das Glasrohr, das die äußere Ummantelung des Sonnen-Kollektors bildet und transparent für Sonnenlicht ist, eingeführt, wonach die Enden des Glasrohres an den äußeren Umfang einer Metall-Kappe geschweißt werden, um die öffnungen des Glasrohres abzudichten. Für die Schweiß-Abdichtung des Glasrohres mit der Metall-Kappe nach diesem Verfahren ist es allerdings erforderlich, die Dichtungsbereiche für mehrere Minuten bei hohen Temperaturen von über 7000C zu behandeln, auch wenn Gläser (z.B. Soda-lime-Glas) mit verhältnismäßig geringer Fusions-Temperatur Verwendung finden. Darüber hinaus ist es zur Entfernung von Materialspannungen in den Dichtungsbereichen erforderlich, für etwa 15 Minuten bei der Glüh-Temperatur des verwendeten Glases auszuheizen und dann über ein Zeitintervall von etwa einerIn conventional processes for manufacturing such solar collectors, the line for the heat transfer medium, to which the absorber plate is attached, is inserted into the glass tube which forms the outer casing of the solar collector and is transparent to sunlight, after which the Ends of the glass tube are welded to the outer circumference of a metal cap in order to seal the openings of the glass tube. For the welding sealing of the glass tube with the metal cap according to this method, however, it is necessary to treat the sealing areas for several minutes at high temperatures of over 700 ° C., even if glasses (eg soda-lime glass) are relatively lower Find fusion temperature use. In addition, to remove material stresses in the sealing areas, it is necessary to bake out for about 15 minutes at the annealing temperature of the glass used and then over a time interval of about one
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Stunde langsam abzukühlen.To cool slowly for an hour.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Materialspannung nicht vollständig entfernt wird und daß die im Glasrohr untergebrachte Absorber-Platte und die Leitung für das Wärme-Übertragungsmittel einer solch hohen Temperatur ausgesetzt werden, daß der Wirkungsgrad der Wärmeaufnahme erheblich durch Veränderung und Störung der speziellen Oberflächenbeschichtung der Kollektor-Platte vermindert wird, worüber hinaus auch noch die Evakuierung des Glasrohres aufgrund der Oxidation der Leitung für das Wärme-Übertragungsmittel beeinträchtigt wird.This method has the disadvantage that the material tension is not completely removed and that the absorber plate housed in the glass tube and the Line for the heat transfer medium of such a are exposed to high temperature that the efficiency of heat absorption significantly by change and disturbance of the special surface coating of the collector plate is reduced, moreover also the evacuation of the glass tube due to the oxidation of the line for the heat transfer medium is affected.
Die unvollständige Entfernung der Material-Spannungen vermindert die Widerstandsfähigkeit des Solar-Kollektors gegenüber thermischen oder mechanischen Beanspruchungen. Ein wesentlicher Nachteil von Solar-Kollektoren nach dem Stand der Technik liegt also darin, daß zur Gewährleistung einer ausreichenden Widerstandsrähigkeit gegenüber thermischen und mechanischen Beanspruchungen eine vollständige Entfernung der Material-Spannungen erforderlich ist, wodurch allerdings in der oben beschriebenen Weise der Wirkungsgrad der Wärme-Aufnahme vermindert wird (im wesentlichen durch die Beeinträchtigung des Vakuums) Darüber hinaus ist das Metallrohr, das an dem Glasrohr angeschweißt ist, nicht korrosionsbeständig, weshalb das über einen längeren Zeitraum Wind und Regen ausgesetzte Metallrohr rostet und ein Vakuum-Leck verursacht.The incomplete removal of the material tension reduces the resistance of the solar collector against thermal or mechanical loads. A major disadvantage of solar collectors according to the prior art is that to ensure sufficient Resistance to thermal and mechanical Stresses a complete removal of the material stresses is required, whereby however, the heat absorption efficiency is reduced in the manner described above (Essentially due to the impairment of the vacuum) In addition, the metal tube attached to the glass tube is welded on, not corrosion-resistant, which is why the wind and over a longer period of time Metal pipe exposed to rain will rust and cause a vacuum leak.
Nach alledern ist es eine Aufgabe der vorliegenden Er-After all, it is a task of the present invention
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findung, ein Herstellungsverfahren für Solar-Kollektoren zu schaffen, durch das die in dem Glasrohr untergebrachten Absorber-Platten und Leitungen für das Wärme-übertragungsmittel nicht übermäßig hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Eine andere Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Solar-Kollektor zu schaffen, der hinreichend unempfindlich gegen thermische oder mechanische Beanspruchungen ist und bei Benutzung über längere Zeiträume keine wesentliche Beeinträchtigung des Vakuums aufgrund von Korrosion aufweist.discovery, a manufacturing process for solar collectors to create through which the absorber plates and lines for the heat transfer medium is not exposed to excessively high temperatures. Another job the invention is to add a solar collector create that is sufficiently insensitive to thermal or mechanical loads and when in use shows no significant impairment of the vacuum due to corrosion over long periods of time.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein die äußere Ummantelung des Kollektors bildendes Glasrohr; zumindest ein abdichtendes Metallteil, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient dem des Glasrohres entspricht, wobei Glasrohr und Metallteil etwa gleichen Durchmesser aufweisen und zusammengeschweißt sind; eine Leitung aus wärmeleitendem Material für das Wärme-Übertragungsmittel, durch die das Wärme-Übertragungsmittel strömt und an deren Außenwand die Absorber-Platte befestigt ist; zumindest eine metallische Kappe mit zumindest einem Loch, durch das sich die Leitung erstreckt und an dessen Umfang die Leitung abdichtend befestigt ist, wobei das MetallteilAccording to the invention this object is achieved by a glass tube forming the outer jacket of the collector; at least one sealing metal part whose thermal expansion coefficient corresponds to that of the glass tube, the glass tube and metal part being roughly the same Have diameter and are welded together; a conduit made of thermally conductive material for the Heat transfer means through which the heat transfer means flows and on the outer wall of which the absorber plate is attached; at least a metallic one Cap with at least one hole through which the line extends and the line on its circumference is sealingly attached, the metal part
am äußeren Umfang der Kappe das Glasrohr abdichtend befestigt ist, und in dem Glasrohr ein Druck von weniger als 5 χ 10 Torr aufrechterhalten wird.on the outer circumference of the cap the glass tube is sealingly attached, and in the glass tube a pressure of less than 5 χ 10 Torr is maintained.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Solar-Kollektors sieht folgende Schritte vor:The method according to the invention for producing a solar collector provides the following steps:
I. Eine Baugruppe wird hergestellt, indem a) das Sonnenlicht durchlassende die äußere Ummantelung des Kollektors bildende Glas-I. An assembly is made by a) allowing sunlight to pass through the outer Cladding of the collector forming glass
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rohr und zumindest ein abdichtendes Metallteil mit einem gleichen oder ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Glasrohr an zumindest einem Ende des Glasrohres zusammengeschweißt werden, wobei das Metallteil etwa den gleichen Durchmesser wie das Glasrohr aufweist;tube and at least one sealing metal part with the same or similar thermal expansion coefficient like the glass tube at at least one end of the Glass tube are welded together, the metal part having approximately the same diameter as the glass tube has;
b) Glasrohr und Metallteil mit der Glühtemperatur erhitzt und sodann langsam abgekühlt werden;b) the glass tube and metal part are heated to the annealing temperature and then slowly cooled;
II. eine andere Baugruppe wird hergestellt, indemII. Another assembly is made by
c) die Leitungen für das Wärme-Übertragungsmittel aus wärmeleitendem Material, an deren äußerer Oberfläche ein Teil der Absorber-Platte dichtend befestigt ist, und eine metallische Kappe, die das offene Ende des Glasrohres dichtend abschließt, abdichtend miteinander verbunden werden, wobei die Kappe zumindest ein Loch aufweist, durch das die Leitung für das Wärme-Übertragungsmittel hindurchgeführt wird und die Abdichtung entlang des Loch-Umfanges erfolgt;c) the lines for the heat transfer medium made of thermally conductive material, on their outer Surface part of the absorber plate is sealingly attached, and a metallic cap that the open end of the glass tube seals off and is connected to one another in a sealing manner, wherein the cap has at least one hole through which the conduit for the heat transfer medium is passed through and the seal takes place along the circumference of the hole;
III. Das äußere Ende des abdichtenden Metallteiles der ersten Baugruppe wird mit dem äußeren Umfang der zweiten Baugruppe zur Erzeugung einer Einheit zusammengeschweißt;III. The outer end of the sealing metal part of the first assembly is with the outer periphery the second assembly welded together to form a unit;
IV. das Glasrohr wird bis zu einem Druck von höchstens 5 χ 10 Torr evakuiert.IV. The glass tube is evacuated to a pressure of at most 5 10 Torr.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen beschrieben.Preferred embodiments of the inventive concept are described in the subclaims.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:Further features and advantages of the invention emerge from the claims and from the following description, in which an exemplary embodiment is explained in detail with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Solar-Kollektor-s;1 shows a partial longitudinal section of a solar collector according to the invention;
Fig. 2 einen teilweisen Längsschnitt einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels; 2 shows a partial longitudinal section of a variant of the first exemplary embodiment;
Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt einerFig. 3 is a partial longitudinal section of a
anderen Variante des ersten Ausführungsbeispieles; another variant of the first embodiment;
Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles;4 shows a partial longitudinal section of a second embodiment;
Fig. 5 einen teilweisen Längsschnitt einer Variante des zweiten Ausführungsbeispieles ; und5 shows a partial longitudinal section of a variant of the second embodiment ; and
Fig. 6 einen teilweisen Längsschnitt einerFig. 6 is a partial longitudinal section of a
anderen Variante des zweiten Ausführungsbeispieles. another variant of the second embodiment.
Gemäß Fig. 1 bildet ein Sonnenlicht durchlassendes Glasrohr 11 die äußere Ummantelung des Solar-Kollektors mit einem Durchmesser von etwa 10 cm und einer Länge von etwa einem Meter oder mehr. Am Boden des beispielsweise aus Borosilikatglas hergestellten Glasrohres 11 ist ein Auslaß-Stutzen 13 vorgesehen, durch den die Luft aus dem Glasrohr entfernbar ist. Der Auslaß-Stutzen 13 ist aus demselben Glas hergestellt wie das Glasrohr 11 und nach der Evakuierung des Glasrohres 11 wird sein Ende vakuumdicht abgeschlossen. According to FIG. 1, a glass tube 11 which allows sunlight to pass through forms the outer casing of the solar collector with a diameter of about 10 cm and a length of about one meter or more. At the bottom of the For example, glass tube 11 made of borosilicate glass, an outlet nozzle 13 is provided, through which the air can be removed from the glass tube. The outlet nozzle 13 is made of the same glass like the glass tube 11 and after the evacuation of the glass tube 11, its end is sealed in a vacuum-tight manner.
An der Öffnung des Glasrohres 11 ist das zylinder-At the opening of the glass tube 11 is the cylindrical
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förmige abdichtende Metallteil 14, das angenähert den gleichen Durchmesser wie das Glasrohr 11 aufweist und aus einem Metall (z.B. "Fernico") mit einem dem Glasrohr 11 entsprechenden thermischen Ausdehnungskoeffzienten besteht, vakuumdicht angeschweißt. Die Leitung 15 für das übertragungsmittel, durch die die Kollektor-Flüssigkeit strömt, hat einen Durchmesser von etwa 15 mm und ist U-förmig ausgebildet. Die Absorber-Platte 16 ist teilweise an der Leitung 15 für das Wärme-Übertragungsmittel in dem im Glasrohr angeordneten Abschnitt angeschweißt. shaped sealing metal part 14, which has approximately the same diameter as the glass tube 11 and made of a metal (e.g. "Fernico") having a coefficient of thermal expansion corresponding to that of the glass tube 11 exists, vacuum-tight welded. The line 15 for the transmission medium, through which the collector liquid flows has a diameter of about 15 mm and is U-shaped educated. The absorber plate 16 is partially on the line 15 for the heat transfer medium welded in the section arranged in the glass tube.
Die Absorber-Platte 16 ist eine speziell behandelte .dünne Aluminium-Platte und/oder eine Eisen-Nickel-Legierung mit geringen Zusätzen von z.B. Kupfer und Barium, wobei die Oberfläche durch Elektro-Beschichtung geschwärzt ist. Sonnenstrahlen werden wirkungsvoll von der Oberfläche absorbiert und die Wärme wird sodann der Leitung für das Wärme-Übertragungsmittel zugeführt, un die darin befindliche Kollektor-Flüssigkeit zu erhitzen. Auf weitere Einzelheiten der Absorber-Platte wird hier nicht näher eingegangen, da sie nicht den Kern der Erfindung betreffen.The absorber plate 16 is a specially treated thin aluminum plate and / or an iron-nickel alloy with small additions of e.g. copper and barium, the surface being electro-coated is blackened. Sun rays are effectively absorbed by the surface and the heat is then fed to the line for the heat transfer medium, un the collector liquid located therein to heat. Further details of the absorber plate are not discussed here, as they do not concern the gist of the invention.
Da die Sonnenwärme der Kollektor-Flüssigkeit mittels Wärmeleitung in der oben beschriebenen Weise zugeführt wird, ist z.B. Kupfer mit günstiger Wärmeleitfähigkeit das geeignete Material für die Leitung des Wärme-Übertragungsmittels.As the solar heat is supplied to the collector liquid by means of heat conduction in the manner described above e.g. copper with favorable thermal conductivity is the suitable material for the conduction of the Heat transfer agent.
Am offenen Ende 19 des abdichtenden Metallteils 14 ist eine metallische Verschluß-Kappe 17 vorgesehen, in der zwei Löcher für die Leitung 15 des Wärme-Übertragungs-At the open end 19 of the sealing metal part 14, a metallic closure cap 17 is provided in which two holes for the line 15 of the heat transfer
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mittels vorgesehen sind, wobei die Leitungen mit dem Umfang der Löcher 18, 18' mittels Lötung oder Schweißung verbunden sind.are provided by means, the lines with the circumference of the holes 18, 18 'by means of soldering or Weld are connected.
Darüber hinaus sind die Leitungen für das Wärmeübertragungsmittel durch Stützen 20 in dem Glasrohr 11 fixiert. Die Stützen 2O sind beispielsweise aus elastischem Edelstahldraht, so daß die thermische Expansion und Kontraktion der Leitung 15 ausgeglichen •wird. Auf diese Weise wird die Leitung 15 in dem Glasrohr 11 fest eingebaut. Das Glasrohr 11 wirdIn addition, the lines for the heat transfer medium fixed in the glass tube 11 by supports 20. The supports 2O are for example made of elastic stainless steel wire, so that the thermal expansion and contraction of the line 15 are balanced •will. In this way, the line 15 is permanently installed in the glass tube 11. The glass tube 11 is
-4 auf einen Druck von etwa 10 Torr evakuiert.-4 evacuated to a pressure of about 10 torr.
Im folgenden wird das Herstellungsverfahren für den oben beschriebenen Solar-Kollektor vorgestellt:The manufacturing process for the solar collector described above is presented below:
Zunächst wird ein Ende des Glasrohres aus Borosilikatglas geschlossen, so daß ein Ende 12 entsprechend der Form eines Reagenzglases gebildet wird, woraufhin der ebenfalls aus Borosilikatglas bestehende zylindrische Auslaß-Stutzen 13 mit einem Durchmesser von etwa 1 cm an dem Ende 12 des Glasrohres 11 angebracht wird.First, one end of the glass tube is made from borosilicate glass closed so that one end 12 is formed in the shape of a test tube, whereupon the also made of borosilicate glass cylindrical outlet nozzle 13 with a diameter of about 1 cm attached to the end 12 of the glass tube 11 will.
An dem offenen Ende des Glasrohres 11 wird das abdichtende zylindrische Metallteil 14, das etwa denselben Durchmesser wie das Glasrohr hat und einen dem Glasrohr entsprechenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, angeschweißt. Zur Verschweißung werden sowohl das Glasrohr als auch das abdichtende Metallteil bei einer Temperatur von 785°C oder mehr verbunden, wonach zur Entfernung von thermischen Spannungen im Schweiß-Bereich die gesamte Einheit aus dem Glasrohr und· dem Metallteil· bei 57O°C - der Glüh-At the open end of the glass tube 11 is the sealing cylindrical metal part 14, which has approximately the same diameter as the glass tube and a has the thermal expansion coefficient corresponding to the glass tube, welded on. For welding both the glass tube and the sealing metal part are kept at a temperature of 785 ° C or more connected, after which the entire unit is made to remove thermal stresses in the welding area the glass tube and the metal part at 57O ° C - the glow
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temperatur von Borosilikatglas - für.etwa 15 Minuten erhitzt wird und sodann über einen Zeitraum von etwa einer Stunde allmählich abgekühlt wird.temperature of borosilicate glass - for about 15 minutes is heated and then gradually cooled over a period of about an hour.
Die beispielsweise aus Kupfer bestehende Leitung 15 für das Wärme-Ubertragungsmittel ist U-förmig ausgebildet und wird in die in der Verschluß-Kappe 17 ausgeformten Löcher eingeführt. Die Leitung wird durch Löten bzw. Hartlöten mit der Verschlußkappe 17 aus Edelstahl mit dem Umfang der darin ausgebildeten Löcher 18, 18' verbunden.The line 15, for example made of copper, for the heat transfer medium is U-shaped and is inserted into the holes formed in the closure cap 17. The line will by soldering or brazing with the sealing cap 17 made of stainless steel with the circumference of the formed therein Holes 18, 18 'connected.
Am Umfang der Leitung 15 für das Wärme-Übertragungsmittel wird die Absorber-Platte 16 angeschweißt, so daß die Leitung abgedeckt wird.The absorber plate 16 is welded to the circumference of the line 15 for the heat transfer medium, see above that the line is covered.
Nach dem Zusammenbau der Leitung 15, der Verschlußkappe 17 und der Absorber-Platte 16 zu einer Einheit wird diese Einheit in eine andere, aus dem Glasrohr 11 und dem abdichtenden Metallteil 14 bestehend, durch die Stützen 20 eingeschoben. Sodann wird die Verschlußkappe 17 mit dem Metallteil 14 an dessen Umfang dichtend angeschweißt. Die Schweißung wird vorzugsweise auf eine sehr eng begrenzte Zone beschränkt und in möglichst kurzer Zeit ausgeführt, so daß die die Schweiß-Wärme nicht zu der Schweißnaht zwischen Metallteil und Glasrohr sowie zu der Leitung 15 und der Absorber-Platte 16 geleitet wird. Dem Fachmann stehen hierfür geeignete Schweißverfahren, z.B. TIG-Schweißung, zur Verfügung.After the assembly of the line 15, the closure cap 17 and the absorber plate 16 to form a unit this unit is in another, consisting of the glass tube 11 and the sealing metal part 14, inserted through the supports 20. Then the closure cap 17 is with the metal part 14 on its Welded on the circumference to form a seal. The weld is preferably confined to a very narrow zone and carried out in the shortest possible time so that the welding heat does not lead to the weld is passed between the metal part and the glass tube and to the line 15 and the absorber plate 16. Suitable welding processes, e.g. TIG welding, are available to those skilled in the art.
Nach der beschriebenen Verschweißung der beiden Einheiten wird das Glasrohr über den Auslaß-Stutzen 13 evakuiert, wobei. der gesamte Solar-Kollektor aufAfter the welding of the two units as described, the glass tube is inserted via the outlet connection 13 evacuated, being. the entire solar collector on
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etwa 35O°C erhitzt ist. Sodann wird die öffnung des Auslaß-Stutzens geschlossen und das Innere des Glas-is heated to about 350 ° C. Then the opening of the Outlet nozzle closed and the inside of the glass
— 4 rohres weist einen Druck von etwa 10 Torr auf.- 4 tube has a pressure of about 10 Torr.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Verschweißung des dichtenden Metallteiles mit der öffnung des Glasrohres mittels eines Löt-Glases, das in den Kragen 23 des abdichtenden Metallteiles 22, der in Form einer Rinne ausgebildet ist, gefüllt ist, vorgenommen wird.Fig. 2 shows an embodiment in which the welding of the sealing metal part with the opening of the glass tube by means of a soldering glass that is filled in the collar 23 of the sealing metal part 22, which is designed in the form of a channel, is made.
Das sonnenlichtdurchlassende Glasrohr 21, das die äußere Ummantelung des Solar-Kollektors bildet, besteht aus Natronkalk-Glas und ist mit dem Kragen 23 verschweißt, der passend ausgeformt ist, um das offene Ende des Glasrohres 21 aufzunehmen. Das mit dem Kragen 23 ausgebildete Metallteil 22 besteht aus einer Ni-Cr-Legierung mit 42% Ni, 6% Cr und Eisen als Rest. Das Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Solar-Kollektors entspricht exakt dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung des ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles . The sunlight permeable glass tube 21 that the The outer casing of the solar collector is made of soda-lime glass and is attached to the collar 23 welded, which is shaped appropriately to receive the open end of the glass tube 21. That with the collar 23 formed metal part 22 consists of a Ni-Cr alloy with 42% Ni, 6% Cr and iron as Rest. The manufacturing process of this embodiment of a solar collector according to the invention corresponds exactly to the method described above for producing the first exemplary embodiment according to the invention.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das offene Ende des Glasrohres 34 in den Kragen 33 des abdichtenden Metallteiles 30, in dem der Kragen 33 ausgeformt ist, eingeschoben ist, wobei der Kragen mit Löt-Glas gefüllt ist und die passende Größe hat, um das offene Ende des Glasrohres 34 aufzunehmen.A further exemplary embodiment is shown in FIG. 3, in which the open end of the glass tube 34 into the collar 33 of the sealing metal part 30 in which the collar 33 is formed with the collar filled with soldering glass and the appropriate size to fit the open end of the glass tube 34 to be included.
Die Außenseite des mit dem Kragen ausgeformten abdichtenden Metallteiles 30 wird durch die scheiben-The outside of the sealing metal part 30 formed with the collar is
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förmige Metall-Kappe 31 aus korrosionsbeständigem Edelstahl abgedeckt und der Kragen ist an deren äußerem Umfang 32 angeschweißt. Auf diese Weise wird das abdichtende Metall, das eine relativ geringe Korrosionsbeständigkeit aufweist, gegen die äußere Luft geschützt, so daß über sehr lange Zeiträume keine Korrosionsgefahr besteht. Dieses Ausführungsbeispiel des Solar-Kollektors wird nach dem im folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt:shaped metal cap 31 made of corrosion-resistant stainless steel and the collar is on their outer circumference 32 welded. In this way, the sealing metal, which is a relatively small Has corrosion resistance, protected from the outside air, so that over very long periods of time there is no risk of corrosion. This embodiment of the solar collector is after the im manufactured in the following described process:
Ein Ende des zylindrischen Glasrohres 34 aus Natronkalk-Glas wird geschlossen und mit einem Boden (nicht gezeigt) in Form eines Reagenzglases versehen. Ein Auslaß-Stutzen (nicht gezeigt) aus Natronkalk-Glas wird sodann an diesem Ende angebracht.One end of the cylindrical glass tube 34 made of soda-lime glass is closed and a bottom (not shown) in the form of a test tube. A soda-lime glass outlet nozzle (not shown) is then attached to this end.
Auf der anderen Seite ist das abdichtende Metallteil aus einer Ni-Cr-Legierung, das einen dem Glasrohr entsprechenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, mit einem ringförmigen Kragen 33 ausgebildet, wobei die Außenseite des Metallteiles durch die scheibenförmige Metall-Kappe 31 aus korrosionsbeständigem Edelstahl abgedeckt ist, worin zwei derart ausgeformte Löcher vorgesehen sind, daß die Leitung für das Wärme-Übertragungsmittel einschiebbar ist. Die Verschluß-Kappe wird am äußeren Umfang 32 an das Metallteil angeschweißt,und die mit der Absorber-Platte versehene Leitung für das Wärme-Übertragungsmittel in den Umfang der Löcher eingelötet, so daß eine zusammenhängende Baugruppe aus der Leitung für das Wärme-Übertragungsmittel, der Verschluß-Kappe und dem mit einem Kragen versehenen Metallteil gebildet wird.On the other hand, the sealing metal part is made of a Ni-Cr alloy, which is one of the glass tubes has corresponding thermal expansion coefficients, formed with an annular collar 33, the outside of the metal part through the disc-shaped metal cap 31 made of corrosion-resistant Stainless steel is covered, wherein two shaped holes are provided that the line for the heat transfer medium can be inserted. The closure cap is attached to the outer periphery 32 of the Metal part welded on, and the one with the absorber plate provided line for the heat transfer medium soldered into the circumference of the holes so that a coherent assembly of the line for the heat transfer medium, the closure cap and the collared metal part is formed.
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Sodann wird Löt-Glas in den Kragen 33 eingefüllt und das offene Ende des Glasrohres 34 in den Kragen eingeschoben, wobei nur der Kragen auf etwa 44O°C erhitzt -ist, um das Glasrohr mit dem Kragen zu verschweißen. Da auf diese Weise nur der Kragen erhitzt ist, wird die Leitung für das Wärme-Ubertragungsmittel, die in dem Glasrohr angeordnet ist (nicht gezeigt) , nicht In Mitleidenschaft gezogen, während sie bei anderen Herstellungsverfahren durch Temperaturen oberhalb 400°C beschädigt wird.Then solder glass is poured into the collar 33 and the open end of the glass tube 34 pushed into the collar, with only the collar at about 440 ° C heated -is to weld the glass tube to the collar. Since only the collar is heated in this way, the line for the heat transfer medium, which is placed in the glass tube (not shown) is not affected while it is in other manufacturing processes is damaged by temperatures above 400 ° C.
Sobald die Anordnung auf die beschriebene Weise montiert ist, wird Luft über den Auslaß-Stutzen (nicht gezeigt) unter gleichzeitigem Aufheizen des Kollektors bei etwa 35O°C abgepumpt, so daß im Glasrohr einAs soon as the arrangement is assembled in the manner described, air is drawn out through the outlet connection (not shown) with simultaneous heating of the collector at about 35O ° C, so that in the glass tube
-4
Druck von etwa 10 Torr aufrechterhalten wird.-4
Pressure of about 10 torr is maintained.
In den Fig. 4ff wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, bei dem das sonnenlichtdurchlassende Glasrohr 40 die Süßere Ummantelung des Solarkollektors bildet. Es handelt sich um einen zylindrischen Glaskörper aus Borosilikat-Glas mit 10 cm Durchmesser und etwa einem Meter Länge. An beiden offenen Enden werden abdichtende Metallteile 41 und 42, die ebenfalls zylinderförmig sind, etwa den gleichen Durchmesser haben, wie das Glasrohr 40 und aus einem Material (z.B. "Fernico") mit einem dem Glasrohr entsprechenden thermischen Ausdehnungs- · koeffizienten bestehen, angeschweißt. Dementsprechend erfolgt die Verschweißung der abdichtenden Metallteile 41 und 42 mit dem Glasrohr 40 schonend.In Fig. 4ff, a second embodiment of the invention is described in which the sunlight permeable Glass tube 40 forms the sweeter casing of the solar collector. It is a cylindrical glass body made of borosilicate glass with a diameter of 10 cm and a length of about one meter. At both open ends are sealing metal parts 41 and 42, which are also cylindrical, for example have the same diameter as the glass tube 40 and of one material (e.g. "Fernico") with one thermal expansion coefficient corresponding to the glass tube, welded on. Accordingly the sealing metal parts 41 and 42 are welded to the glass tube 40 gently.
Die Leitung 43 für das Wärme-Ubertragungsmittel, durch die die Kollektor-Flüssigkeit strömt, bestehtThe line 43 for the heat transfer medium, through which the collector fluid flows
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aus einem durchgehenden glatten Rohr aus gut wärmeleitendem Kupfer, an dessen Außenfläche ein Ende der Absorber-Platte 45 angeschweißt ist, so daß die Außenseite der Leitung abgedeckt ist.from a continuous smooth tube made of good heat conducting Copper, on the outer surface of which one end of the absorber plate 45 is welded, so that the Outside of the line is covered.
In dem die Leitung 43 enthaltenden Glasrohr ist ein Federbalg 44 vorgesehen, der die thermische Expansion und Kontraktion der Leitung 43 erlaubt.In the glass tube containing the line 43, a bellows 44 is provided, which the thermal Expansion and contraction of the line 43 allowed.
An den äußeren Umfangen 48 und 49 der Enden der abdichtenden Metallteile 41 und 42 sind die scheibenförmigen, metallischen Kappen 46 und 47, die etwa den gleichen Durchmesser wie die Metallteile 41 und 42 aufweisen und in deren Mitte Löcher zum Einschieben der Leitung 43 für das Wärme-Übertragungsmittel vorgesehen sind mit einem zusätzlichen Loch für einen Auslaß-Stutzen 52, angeschweißt.On the outer circumferences 48 and 49 of the ends of the sealing metal parts 41 and 42 are the disk-shaped, metallic caps 46 and 47, which are about the same diameter as the metal parts 41 and 42 and in their center holes for inserting the line 43 for the heat transfer medium are provided with an additional hole for an outlet nozzle 52, welded on.
Die Leitung 43 für das Wärme-Übertragungsmittel ist in die Umfange 50 und 51 der Kappen 46 und 47 eingeschweißt. Der Auslaß-Stutzen 52 ist entsprechend in den Umfang 53 in der Kappe 47 eingeschweißt bzw. eingelötet.The line 43 for the heat transfer medium is welded into the circumferences 50 and 51 of the caps 46 and 47. The outlet connection 52 is correspondingly welded or welded into the circumference 53 in the cap 47. soldered in.
Mittels Stützen 54 und 55 aus Edelstahl-Draht wird die Leitung für das Wärme-Übertragungsmittel im Glasrohr 40 fixiert. Im Glasrohr 40 wird ein DruckBy means of supports 54 and 55 made of stainless steel wire, the line for the heat transfer medium in Glass tube 40 fixed. A pressure is generated in the glass tube 40
-4
von etwa 10 Torr aufrechterhalten.-4
of about 10 torr.
Gemäß Fig. 5 ist es auch möglich, die Federbälge 44 an dem abdichtenden Metallteil 56 anzubringen, um Beschädigungen des Glasrohres 40 und der Leitung 43 aufgrund von Ausdehnungen bzw. KontraktionenAccording to FIG. 5, it is also possible to attach the spring bellows 44 to the sealing metal part 56 in order to Damage to the glass tube 40 and the line 43 due to expansions or contractions
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beider Teile zu verhindern.to prevent both parts.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des eben beschriebenen Solar-Kollektors beschrieben:A method for manufacturing the solar collector just described is described below:
Zunächst werden die abdichtenden Metallteile 41 und 42, die zylinderförmig ausgebildet sind und einen dem Glasrohr 40 entsprechenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, auf beide offenen Enden des zylindrischen Glasrohres aus Borosilikat-Glas aufgeschweißt. Die Verschweißung erfolgt bei hohen Temperaturen von 785 C und mehr, woraufhin die Einheit aus dem Glasrohr 40 und den abdichtenden Metallteilen 41 und 42 bei 570 C, der Glüh-Temperatur von Borosilikat-Glas, für etwa 15 Minuten zur Entfernung von in der Schweiß-Zone entstandenen Spannungen erhitzt wird und sodann zur Vermeidung von Spannungen in der Schweiß-Zone allmählich über einen Zeitraum von etwa 1 Stunde abgekühlt wird.First, the sealing metal parts 41 and 42, which are cylindrical and one of the glass tube 40 corresponding thermal expansion coefficient have, welded onto both open ends of the cylindrical glass tube made of borosilicate glass. The welding takes place at high temperatures of 785 C and more, whereupon the unit from the glass tube 40 and the sealing metal parts 41 and 42 at 570 C, the annealing temperature of borosilicate glass, heated for about 15 minutes to remove tension created in the welding zone and then to avoid tension in the welding zone gradually over a period of about 1 hour is cooled.
Danach wird die Kappe 47 aus Edelstahl, an der der Auslaß-Stutzen 52 angebracht ist, an einem der offenen Enden der abdichtenden Metallteile 41 und 42 am äußeren Umfang angeschweißt (durch TIG-Schweißung).Thereafter, the cap 47 made of stainless steel, on which the outlet nozzle 52 is attached, to one of the open ends of the sealing metal parts 41 and 42 are welded to the outer periphery (by TIG welding).
Auf der anderen Seite wird die Leitung 43 für das Wärme-Übertragungsmittel, die in durchgehend glatter Röhrenform aus Edelstahl gefertigt ist und an der die Federbälge 44 und die Absorber-Platte 45 angebracht sind, im Umfang 50 des Loches in der Edelstahl-Kappe 46 eingeschweißt. Die Kappe 46 hat Scheibenform und weist etwa den gleichen Durchmesser wie das abdichtende Metallteil 41 auf. Die auf diese Weise zusammengebaute Einheit wird sodann in das Glas-On the other hand, the line 43 for the heat transfer medium, which is in continuous smoother Tubular shape is made of stainless steel and to which the spring bellows 44 and the absorber plate 45 are attached are around 50 of the hole in the stainless steel cap 46 welded in. The cap 46 is disk-shaped and has approximately the same diameter like the sealing metal part 41. The unit assembled in this way is then inserted into the glass
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rohr 40 und die Stützen 54 und 55 eingeschoben und mittels TIG-Schweißung am Umfang 48 der Kappe 46 mit dem abdichtenden Metallteil 41 verschweißt. Sodann wird die Leitung 43 für das Wärme-Übertragungsmittel in den Umfang 51 des Loches in der äußeren Kappe 47 eingelötet, woraufhin die Luft aus dem Rohr durch den Auslaß-Stutzen 52 bei gleichzeitigem Ausheizen des gesamten Solar-Kollektors bei etwa 350 Ctube 40 and the supports 54 and 55 are inserted and by means of TIG welding on the circumference 48 of the cap 46 welded to the sealing metal part 41. Then the line 43 for the heat transfer medium soldered into the perimeter 51 of the hole in the outer cap 47, causing the air to escape from the tube through the outlet connection 52 with simultaneous heating of the entire solar collector at about 350 ° C
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evakuiert wird. Bei etwa 10 Torr wird das offene Ende des Auslaß-Stutzens geschlossen.-4
is evacuated. At about 10 Torr the open end of the outlet port is closed.
Fig. 6 zeigt eine Variante des zweiten Ausführungsbeispieles/ bei der die offenen Enden des Glasrohres 60 mit den abdichtenden Metallteilen mittels Löt-Glas,· das in die ringförmigen, in den abdichtenden Metallteilen ausgeformten Kragen 61 und 62 gefüllt ist, verschweißt, wobei die Kragen derart ausgeformt sind, daß die offenen Enden des Glasrohres 60 in sie eingeführt werden können und ihre Außenseite durch die scheibenförmigen Edelstahlkappen 6 3 und 64 von hoher Korrosionsbeständigkeit geschützt werden.Fig. 6 shows a variant of the second embodiment / in which the open ends of the glass tube 60 with the sealing metal parts using soldering glass, that is filled into the annular collars 61 and 62 formed in the sealing metal parts is, welded, the collars are shaped such that the open ends of the glass tube 60 in them can be introduced and their outside through the disc-shaped stainless steel caps 6 3 and 64 of high corrosion resistance.
Die Federbälge 67 in dem die Leitung für das Wärmeübertragungsmittel enthaltenden Glasrohr können gemäß der in Fig. 5 gezeigten Anordnung auf der Kappe angebracht sein, um die Expansion und Kontraktion zwischen dem Glasrohr 60 und der Leitung 65 für das Wärme-Übertragungsmittel zu absorbieren.The spring bellows 67 in which the line for the heat transfer medium containing glass tube can be attached to the cap according to the arrangement shown in FIG be to the expansion and contraction between the glass tube 60 and the line 65 for the To absorb heat transfer medium.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines derartigen Solar-Kollektors werden zunächst die ringförmigen Kragen 61 und 62 aus Ni-Cr-Legierung (Ni: 42%, Cr: 6%, Fe: Rest), deren thermischer Ausdehnungskoeffizient dem des Glasrohres 60 entspricht,In the method according to the invention for producing such a solar collector are initially the annular collars 61 and 62 made of Ni-Cr alloy (Ni: 42%, Cr: 6%, Fe: remainder), their coefficient of thermal expansion corresponds to that of the glass tube 60,
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und die derart ausgeformt sind, daß sie die offenen Enden des Glasrohres 60 aus Natronkalk-Glas aufnehmen, mit den Umfangen 68 und 68' der scheibenförmigen Kappenand which are shaped in such a way that they receive the open ends of the glass tube 60 made of soda-lime glass, with the circumferences 68 and 68 'of the disc-shaped caps
63 und 64 aus korrosionsbeständigem Edelstahl verschweißt, wobei die Kappen in der Mitte Löcher zur Aufnahme der Leitung für das Wärme-übertragungsmittel aufweisen und der Auslaß-Stutzen 66 in einer Kappe 63 verschweißt ist. Auf diese Weise entstehen zwei Einheiten.63 and 64 welded from corrosion-resistant stainless steel, with the caps in the middle with holes have for receiving the line for the heat transfer medium and the outlet connector 66 in one Cap 63 is welded. This creates two entities.
Sodann wird eine der Einheiten, bestehend aus den ringförmigen Kragen 62 und der scheibenförmigen Metallkappe 64 mit dem Glasrohr 60 mittels Löt-Glas verschweißt. Zur Schweißung wird das Löt-Glas in den ringförmigen Kragen 62 eingefüllt und das offene Ende des Glasrohres 60 in den Kragen 62 bei gleichzeitiger Heizung dieses Abschnittes auf etwa 44O°C eingeschoben.Then one of the units, consisting of the annular collar 62 and the disk-shaped Metal cap 64 is welded to the glass tube 60 by means of soldering glass. The soldering glass is used for welding filled into the annular collar 62 and the open end of the glass tube 60 in the collar 62 at simultaneous heating of this section to about 440 ° C inserted.
Danach wird die Leitung 65 für das Wärme-Ubertragungsmi ttel, an der die Absorber-Platte angebracht ist und die mit dem Federbalg 67 versehen ist, im Umfang 73 in der anderen Einheit - bestehend aus dem ringförmigen Kragen 61 und der scheibenförmigen Kappe 63 eingeschweißt,wonach die gesamte Einheit in das Glasrohr 60 eingeschoben und die offenen Enden des Glasrohres 60 und die ringförmigen Kragen 61 mittels des Löt-Glases in der oben beschriebenen Weise unter Aufheizung auf 44O°C verschweißt werden. Danach wird die Leitung 65 für das Wärme-Ubertragungsmittel in dem Umfang des Loches 74 in der anderen Metall-KappeThereafter, the line 65 for the heat transfer medium ttel, to which the absorber plate is attached and which is provided with the bellows 67, in the circumference 73 in the other unit - consisting of the annular collar 61 and the disk-shaped cap 63 welded, after which the entire unit pushed into the glass tube 60 and the open ends of the glass tube 60 and the annular collar 61 by means of the soldering glass in the manner described above Heating to 44O ° C are welded. Thereafter, the line 65 for the heat transfer medium in the circumference of the hole 74 in the other metal cap
64 mittels Silber-Lötung zur Abdichtung des Glasrohres verlötet.64 by means of silver soldering to seal the glass tube soldered.
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Ist der Solar-Kolektor nach diesen Verfahren zusammengebaut, wird die Luft aus dem Rohr durch den Auslaß-Stutzen 66 unter gleichzeitigem AusheizenIf the solar collector is assembled according to this procedure, the air is discharged from the pipe through the outlet connection 66 with simultaneous heating
des gesamten Kollektors bei etwa 350° evakuiert bisof the entire collector evacuated at about 350 °
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ein Druck von etwa 10 Torr erreicht ist, wonach das offene Ende des Auslaß-Stutzens geschlossen wird.- 4th
a pressure of about 10 torr is reached, after which the open end of the outlet port is closed.
Durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele von Solar-Kollektoren sowie die Verfahren zu ihrer Herstellung werden die folgenden Vorteile erreicht:Through the described embodiments of solar collectors and the method for their production the following advantages are achieved:
(1) Da die durch die Verschweiß.ung des Glasrohres mit dem abdichtenden Metall entstehende Spannung vollständig ausgeschaltet ist, ist die mechanische Stabilität des Solar-Kollektors gewährleistet; (1) Because the tension created by the welding of the glass tube with the sealing metal is completely switched off, the mechanical stability of the solar collector is guaranteed;
(2) da beim Verschweißen des Glasrohres mit dem abdichtenden Metall und beim Ausglühen des Schweißabschnittes oder den anderen Wärmebehandlungen weder diG Leitung für das Wärme-Übertragungsmittel noch die Absorber-Platten übermäßiger Hitze ausgesetzt sind, wird der Wirkungsgrad des Solar-Kollektors in der Wärmeaufnahme verbessert und die Evakuierung des Rohres erleichtert.(2) because when the glass tube is welded to the sealing metal and when the welded section is annealed or the other heat treatments neither diG conduction for the heat transfer medium Even the absorber plates are exposed to excessive heat, the efficiency of the solar collector is reduced improves heat absorption and facilitates evacuation of the pipe.
Werden Absorber-Platten der hier in Rede stehenden Art über 400 C erhitzt, wird die spezielle Oberflächenbeschichtung beschädigt, so daß die Wärmeaufnahme reduziert wird. Wird andererseits die Leitung für das Wärme-Übertragungsmittel erhitzt, entstehen Probleme bei der Evakuierung des Rohres sowie bei der Aufrechterhaltung des Vakuums.If absorber plates of the type in question are heated above 400 C, the special surface coating is applied damaged, so that the heat absorption is reduced. On the other hand, if the lead for the Heat transfer medium heated, problems arise in evacuating the pipe as well as in maintaining it of the vacuum.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the above description , the drawing and in the claims can be essential both individually and in any combination for the implementation of the invention in its various embodiments.
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Claims (9)
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5 χ 10 Torr is maintained.
Applications Claiming Priority (1)
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| DE3044600A1 true DE3044600A1 (en) | 1981-08-27 |
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| DE19803044600 Withdrawn DE3044600A1 (en) | 1979-11-29 | 1980-11-27 | SOLAR COLLECTOR AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
Country Status (3)
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| DE (1) | DE3044600A1 (en) |
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Families Citing this family (3)
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Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |