DE3045604A1

DE3045604A1 - Sonnenwaermekollektor

Info

Publication number: DE3045604A1
Application number: DE19803045604
Authority: DE
Inventors: Atsuyuki Nara Katto; Mitsuhiro Shimada; Koichi Sakai Osaka Takeishi; Toshiya Nara Tonomura
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1979-12-03
Filing date: 1980-12-03
Publication date: 1981-06-25
Also published as: AU535829B2; DE3045604C2; US4413616A; JPS5685260U; CA1173319A; AU6496880A

Description

TE* Mt=ER ■ MDLLSR ■ STEiNMEISTER^ShSrP ¹⁵³⁷"^GER "^K BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Sonnenwärmekollektor gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Es gibt im allgemeinen zwei Arten von Sonnenwärmekollektoren, und zwar einen Typ, bei dem ein Transportfluid, wie beispielsweise Wasser in einen rechteckigen Kasten eingeleitet und umgewälzt wird und einen weiteren Typ, bei dem ein dünnes Kupferrohr in ein zylindrisches Vakuum-Glasrohr zur Durchführung eines geeigneten Transportfluids eingefügt ist. Wenn eine Klimatisierung unter Verwendung von Sonnenenergie durchgeführt werden soll, erscheint nur das letztgenannte Vakuum-Rohr als wirksam im Sinne einer ausreichenden Erhöhung der Temperatur des Transportmittels auf einen gewünschten Wert. Daher dürften Sonnenwärmekollek» toren in der Form von Vakuum-Rohren mehr versprechen, jedoch besteht nach wie vor eine Reihe von Schwierigkeiten, insbesondere hinsichtlich der Herstellungsverfahren und der Lebensdauer.

Zur genaueren Erläuterung dieser Probleme soll bereits hier auf Fig. 1 und 2 Bezug genommen werden. In Fig. 1 und 2 ist ein äußeres Glasrohr 1· gezeigt, das als transparente Abdeckung und Gehäuse dient und in dem sich eine zylindrische Flügel- oder Rippenkonstruktion 2 befindet, die zumindest eine selektive Absorptionsschicht auf einem Teil ihrer äußeren Oberfläche aufweist und üblicherweise aus Aluminium besteht, das durch ein bekanntes Extrusionsverfahren hergestellt ist. Ein Wärme sammelndes Rohr 3, üblicherweise aus Kupfer, steht in wärmeleitender Berührung mit der zylindrischen Rippenkonstruktion 2 und bildet einen Kanal für ein Transportmittel, das durch Entzug von in der zylindrischen Rippenkonstruktion 2 absorbierter Wärme zu erwärmen ist. Eine Dichtung 4 befindet sich an einem Ende des Glasrohres 1. Zur Sicherung eines dichten

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Verschlusses an der Dichtung 4 des äußeren Glasrohres 1 ist es zweckmäßig, die Dichtung 4 aus einem Material herzustellen, das im wesentlichen denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Glasrohr 1 aufweist, beispielsweise einer Legierung auf Eisen-Nickel-Chrom-Basis, und die Dichtung mit dem äußeren Glasrohr 1 unter Verwendung eines geeigneten Klebstoffs, wie etwa niedrig schmelzender Glasfritte zu verbinden. Im übrigen wird die Dichtung 4 an dem Sammel-Rohr 3 mit Hilfe von Wachs festgelegt. Das äußere Glasrohr 1 in Verbindung mit der Dichtung 4 bildet eine Vakuum- oder Unterdruckkammer, Ein Vakuum-Hohlraum 5 wird begrenzt durch das äußere Glasrohr 1 und die Dichtung 4 und auf Unterdruck gebracht mit Hilfe einer Vakuum-Pumpe, die mit einem nicht gezeigten Absaugrohr verbunden ist.

Ein Distanzstück 6, beispielsweise aus keramischem Material, dient zum Festlegen der zylindrischen Rippenkonstruktion 2 in ihrer Position innerhalb des äußeren Glasrohres 1. Da das Rohr 3 außerhalb der Mitte des äußeren Glasrohres 1 liegt, wirken Kräfte, die sich durch thermische Ausdehnung ergeben, nicht gleichmäßig auf die Dichtung 4, so daß sie unter Umständen den Verbindungsbereich teilweise zerstören, obgleich geeignete Maßnahmen zur Aufnahme derartiger ungleichmäßiger Kräfte vorgesehen sind. Es ist daher notwendig, daß das Glasrohr 1, die Dichtung 4 und der Klebstoff 7 im wesentlichen denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, damit eine dichte und dauerhafte Haftverbindung hergestellt werden kann. Ein geeignetes Dichtungsmaterial sind beispielsweise Fe-Ni-Legierungen und die LeijIorung "426" in Verbindung mit Natronglas und Kover in

'-') Verbindung mit Hartglas der Klasse 2. Ein geeigneter Klebstoff ist beispielsweise Glas mit niedrigem Schmelzpunkt und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der demjenigen des Glasrohres und der Dichtung entspricht. Wenn jedoch ein metallisches Material, wie etwa die Legierung "426" und Kover der Atmosphäre ausgesetzt werden, rosten oder korrodieren diese Materialien. Aus diesen Gründen sind

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sie für die Verwendung in Solarwärmekollektoren nicht geeignet. Eine Rostschutzbehandlung für die Oberfläche dieser metallischen Materialien erscheint als notwendig und wird in der Praxis erzielt durch Beschichten oder Ablagerung von Rostschutzüberzügen, Eine derartige Behandlung ist jedoch für einen längeren Zeitraum nicht zuverlässig.

Während das äußere Glasrohr 1 mit der metallischen Dichtung 4 abgedichtet ist, wird eine beträchtliche Wärmemenge von der Dichtung 4 und dem Rohr abgegeben, und die Dichtung 4, die tellerförmig ausgebildet ist, kann leicht unter dem Einfluß des Atmosphärendruckes verformt werden.

Die Erfindung ist daher darauf gerichtet, einen Sonnenwärmekollektor zu schaffen, bei dem keine oder im wesentlichen keine metallischen Materialien für Verbindungszwecke verwendet werden und sehr geringe Wärmeverluste sowie ein sehr hoher Korrosionswiderstand sichergestellt sind,

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Sonnenwärmekollektor ein zylindrisches, transparentes Rohr mit einem offenen Ende, das hermetisch unter Verwendung einer Dichtung verschlossen ist. Das Rohr wird auf einem Vakuum bzw. Unterdruck gehalten und nimmt ein Wärme sammelndes Rohr auf, das in dem durchsichtigen Rohr derart angeordnet 1st, daß sich die Endbereiche

äO aus dem durchsichtigen Rohr durch die Dichtung hindurch nach außen erstrecken. Die Dichtung besteht beispielsweise aus durchsichtigen Material und ist kuppeiförmig ausgebildet, und das innere Rohr verläuft durch den Mittelpunkt der kuppeiförmigen Dichtung. Das Rohr und die Dichtung sind miteinander verbunden unter Verwendung geeigneter metallischer Dichtwaterialijen.^ Der äußere Umfang der

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Dichtung ist mit dem offenen Endbereich des Transparentrohres verbunden.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen

herkömmlichen Sonnenwärmekollektor;

Fig. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt

durch einen wesentlichen Teil des bekannten Sonnenwärmekollektor;

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Sonnenwärmekollektor entsprechend

einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig, 4 und 5 zeigen Querschnitte durch weitere

Ausführungsformen der Erfindung. 20

Im Folgenden soll ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Fig. 3 bis 5 näher erläutert werden.

Gleiche oder entsprechende Teile sind in Fig. 3 bis 5 mit den bereits in Fig. 1 und 2 verwendeten Bezugsziffern bezeichnet worden. Gemäß Fig. 3 ist ein Distanzstück 8_f das an einem Ende mit der zylindrischen Rippenkonstruktion 2 verbunden ist, in der Mitte des Glasrohres 1 befestigt. Ein Absaugrohr 9 dient zum Absaugen des Glasrohres 1 bei JO Urzeugung des Vakuums. Eine Dichtung 10 ist kuppeiförmig ausgebildet und entspricht in ihren Abmessungen dem offenen Endbereich des Glasrohres, Vorzugsweise besteht die Dichtung aus demselben Glasmaterial wie das Glasrohr, Der äußere ümfangsrand der Dichtung 10 wird geschmolzen und 5 mit dem offenen Endbereich des äußeren Glasrohres 1 verbunden, wie es in Fig. \ gazeigt J-St,*Öffnungen 11 befinden

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sich in der Mitte der Dichtung 10 und dienen der Durchführung des Wärme sammelnden Rohres 3 zur Außenseite des Glasrohres 1. Eine hermetische Dichtung wird zwischen den öffnungen 11 und dem Rohr 3 unter Verwendung eines geeigneten metallischen Dichtmaterials hergestellt, das im wesentlichen denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wie die Dichtung 10. Beispielsweise wird die Legierung "426" verwendet, wenn die Dichtung aus Natronglas besteht. Da das Rohr 3 zumeist ein Kupferrohr ist und das metallisehe Dichtmaterial eine Metall-Metall-Verbindung ermöglicht, können beide auf bekannte Weise, etwa durch Silberwachsen oder Schweißen verbunden werden. Es ist ebenfalls einfach, das metallische Dichtmaterial 12 und die Dichtung 10 zu erwärmen und zu verbinden, da beide denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Es 1st anzunehmen, daß das Dichtmaterial 12 eine gute Adhäsion zu der Dichtung 10 über ein Oxid erhält, das aus der Oberfläche des metallischen Dichtmaterials abgelagert ist und in das Innere der Dichtung 10 diffundiert. Daraus ergibt sich, daß die Dicke des metallischen Dichtmaterials 12 möglichst gering sein und üblicherweise 6 bis 10mm betragen sollte.

Die kuppeiförmige Dichtung 10 kann hergestellt werden durch Pressen geschmolzenen Glases, Aufschmelzen einer Glasplatte oder eines Glasrohres oder Pressen und Sintern von Glaspulver. Das letztgenannte Verfahren hat den Vorteil, daß der Anhaftvorgang unter Umständen zugleich mit einem Sintervorgang des Dichtmaterials 12 erfolgen kann,

Zur Herstellung eines Sonnenenergiekollektors gemäß Fig. 3 werden die Dichtung 10 und das Rohr 3, an dem zunächst die Rippenkonstruktion 2 befestigt worden ist, unter Verwendung des metallischen Kleb- bzw. Dichtungsmaterials 12 dicht miteinander verbunden. Die Gesamtanordnung wird in das Glasrohr 1 von der offenen Seite her eingeschoben.

Nach dem Einfügen Werden der offene Endbereich des Glasroh-

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res 1 und der äußere Umfangsrand der Dichtung 10 erwärmt und miteinander verbunden. Wenn das Glasrohr 1 und die Dichtung 10 aus demselben Material bestehen, ist es wahrscheinlich, daß die Dichtung 10 aufgrund der hohen Temperaturen während des Verbindungsvorganges verformt wird. Dies kann beispielsweise dadurch ausgeschaltet werden, daß ein Material mit einem höheren Erweichungspunkt als das Glasrohr 1 und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten entsprechend dem Glasrohr 1 als Material für die Dichtung verwendet wird. Ein Material, das diese Kriterien erfüllt, ist Glas, das in der Zusammensetzung dem Material des Glasrohres ähnlich ist, jedoch zusätzlich Schwermetalle, wie Wolfram enthält.

Die Dichtung 10 ist derart nach außen gewölbt, daß sie unter dem Atmosphärendruck praktisch nicht verformbar ist, und der Sonnenwärmekollektor ist insgesamt starr und stabil.

Fig. 4 veranschaulicht eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei getrennte Rohre 2 zur Wärmeaufnahme durch dasselbe Dichtmaterial 12 abgedichtet werden. Dies kann der Fall sein, wenn der Abstand zwischen den beiden gegenüberliegenden Enden des Rohres 2 gering ist, Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ein einziges Rohr 3 von einem Ende des Glasrohres 1 ausgeht. Das durchsichtige Rohr kann anstelle von Glas auch aus Kunststoff bestehen.

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Claims

PATENTANWÄLTE g 04 5 6

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

Beim Europäischen Patentamt aigetaMen· Vertreter — Protowlonal Reprmnlatlv·· befor· th· European Patent OHIO« Mandatalre« agree« pr*» l'Ottloe europeen de· brevet·

Dipl.-Ohem. Dr. N. ter Meer Dlpl.-Ing. H. Steinmeister D-8OOO MÖNCHEN 22 D-48ÖO BIELEFELD 1

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St/ri

SHARP KABÜSHIKI KAISHA 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka 545, Japan

SONNENWÄRMEKOLLEKTOR

PRIORITÄT: 3. Dezember 1979, Japan, No, 54-167869 (Gbm)

PATENTANSPRÜCHE

Sonnenwärmekollektor mit einem zylindrische, transparenten Rohr, das an einem offenen Ende durch eine Dichtung hermetisch verschlossen ist und ein Vakuum einschließt, und (•inem Wärme aufnehmendem Rohr innerhalb des transparenten Rohres, dessen Endbereich sich aus diesem heraus erstreckt, (lcidurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (10) aus transparentem Material besteht und kuppeiförmig ausgebildet ist, daß das Wärme aufnehmende Rohr (3) im Mittelbereich der Dichtung (10) befestigt und mit dieser mit Hilfe eines metallischen Klebstoffmaterials verbunden und abgedichtet ist, und daß der äußere Umfang der Dichtung (10) mit

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ORIGiMAL INSPECTED

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dem offenen Endbereich des transparenten Rohres (1) verklebt ist.
2. Sonnenwärmekollektor nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennzeichnet, daß das transparente Rohr (1) aus Glas besteht.
3. Sonnenwärmekollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (10) und das transparente Rohr (1) im wesentlichen aus demselben Glasmaterial bestehen.
4. Sonnenwärmekollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (10) aus einem Material besteht, das eine höhere Erweichungstemperatur als das Material des transparenten Rohres (1), jedoch im wesentlichen denselben Wärmedehnungskoeffizienten aufweist.
5. Sonnenwärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Klebstoffmaterial einen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist, der demjenigen der Dichtung (10) nahekommt.

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