DE3127153C2 - Vakuum-Sonnenkollektor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Vakuum-Solarkollektor mit einem Metallrahmen, der eine Art Hutprofil aufweist. In die Sicken dieses Profiles werden Glasscheiben eingeklebt. Die bisher verwendeten Kleber sind jedoch nicht dicht. Es werden nunmehr Kleber mit verschiedenen Festigkeitseigenschaften vorgeschlagen. Ein weicher Butylkleber bewirkt Dichtheit, ein harter Kunstharzkleber bewirkt die feste Verbindung Glasscheiben-Metallrahmen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuum-Sonnenkollektor mit einem Absorber, der in einem zu evakuierenden Gehäuse eingeschlossen ist, wobei das Gehäuse aus einem Metallrahmen mit rechtwinkeligen Sicken auf jeder Seite besteht in die jeweils eine Glasscheibe eingelegt und mittels eines alterungsbeständigen, vakuumdichten Klebers in der Sicke verklebt ist.

Ein Vakuum-Sonnenkollektor der genannten Art ist aus dem DE-GM 80 00 533 des Anmelders bekannt. Dieser Vakuum-Sonnenkollektor weist einen Absorber auf, der in einem zu evakuierenden Gehäuse eingeschlossen ist. Das Gehäuse besteht aus einem Metallrahmen mit rechtwinkeligen Sicken auf jeder Seite, in die jeweils eine Glasscheibe eingelegt und mit der Sicke verklebt ist. Der Kleber soll alterungsbeständig und vakuumdicht sein.

Dieser bekannte Vakiium-Sonnenkollekior ist jedoch nur kurze Zeit vakuumdicht. Da der Kleber die Wärmespannung zwischen Rahmen und Glasscheiben mit ihrem unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufnehmen muß, werden bisher Kleber verwendet, die also eine relativ starre Verbindung zwischen Rahmen und Glasscheiben schufen. Diese harte Kleber werden jedoch bereits nach kurzer Zeit spröde und daher undich't, auch entstehen sofort beim Abpumpen Risse in den Klebern.

Aus der DE-OS 27 34 730 ist es bekannt. Fensterglasscheiben mit dem Rahmen zusätzlich mit klebenden Abstandsütäben zu verkleben, da die normale Silikondichtungsmasse den Druckunterschieden zwischen Innen- und Aiißcndruck auf die Dauer nicht standhält.

Auch aus der AT 1 78 187 ist es bekannt, eine Klebemasse zwischen Glasscheibe und einem l-';\l/ eines Fensterrahmens und zusätzlich zwischen dei' Stirnseite der Glasscheibe und dem Fensterrahmen Fensterkitt zu verwenden.

Aus der DE-OS 21 20 055 ist es weiterhin bekannt, Butylkleber zwischen der Rückseite einer Glasscheibe und der hinteren Wandung einer Zarge eines Fensterrahmens zu verwenden.

Diese bekannten Klebetechniken aus dem Gebiet des Fensterbaus befassen sich jedoch nur mit der Einfassung von Glasscheiben in Fenstern und nicht in Sonnenkollektoren. Die Probleme mit Vakuum-Sonnenkollektoren können jedoch mit den dort bekannten Techniken nicht gelöst werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen lange Zeit vakuumdichtbleibenden Sonnenkollektor zu schaffen, obwohl sein Gehäuse auf eine größere Länge verklebt werden muß. Die Erfindung ist in Anspruch 1 gekennzeichnet, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der erforderliche Druck im Kollektor soll 0,1 Pa nicht übersteigen, damit Wärmeverluste aus Konvektion und Wärmeleitung ausgeschlossen sind. Dies bedeutet, daß Leckraten von 10-⁸ l/sec. gefordert sind. Da die oberen und unteren Abdeckscheiben aus vorgespanntem Glas und der umschließende Metallrahmen als absolut vakuumdicht bezeichnet werden können, können Leckraten nur in der .Klebefuge auftreten.

Harte, hochfeste Kleber (Epoxydharze, etc.), die bisher verwendet wurden, sind zwar wegen der hohen Festigkeit erwünscht, sind jedoch zur Verarbeitung nicht

jo geeignet.da:

1) die Kleber bei den notwendigerweise zwischen Glas und Metallrahmen auftretenden geringen Unebenheiten als Ausgleichsmasse fungieren und daher unterschiedlich aushärten und damit keine homogene, vakuumdichte Dichtungsschicht bilden;

2) die Klebeflächen beim Evakuierungsvorgang aufplatzen, da die Glasplatten sich unter dem atmosphärischen Druck verformen und ein Enddrehwinkcl auftritt, der unerwünschte Dauerspannungen in Glas. Kleber und Metallrahmen erzeugt.

Weiche, dauerelastische, vakuumdichte, plastische Kleber, wie z. B. Butylkleber. ergeben zwar spannungsfreie Verbindungen, infolge unterschiedlicher Temperaturausdehnungen von Glas und Metall entstünden jedoch Verschiebungen in der weichen Klebung, die den Klebefilm auf Dauer aufreiben würden.

Die erfindungsgemäße Lösung stellt nunmehr die Kombination beider Klebetechniken dar, wobei an einer abzudichtenden Stelle des Vakuum-Sonnenkollektors eine Funktionsteilung der verwendeten Kleber an der abzudichtenden Stelle erfolgt. Die eine Verklebung erfolgt mit einem weichen Kleber, z. B. einem Klebeband aus elastischem, plastischem Material (wie Butyl, etc.) zwischen den Randflächen der Glasplatten und dem Metallprofil. Beim Evakuieren wird — obwohl der endgültige Vakuumdruck noch nicht erreicht ist — innerhalb weniger Sekunden der volle statische atmosphärische Druck auf die Glasplatten gebracht, die sich entsprechend verformen. Durch den weichen Kleber entsteht ein spannungsfreier Klebe- bzw. Dichtungsfilm, der sich den Verformungen während des Evakuierens

t-5 anpaßt.

Der umschließende Metallrahmen ist mit Sicken versehen (DE-GM 80 00 533). so daß er die Glasscheiben auch an den Stirnflächen umschließt und dabei eine w ei-

IU

tere Klebefläche bildet, die nicht dem Anpreßdruck aus atmosphärischem Druck unterliegt Diese Fuge wird mit einem hochfesten, harten Kleber, wie Epoxydharz o. ä. auf Zweikomponentenbasis, ausgefüllt Diese Klebeverbindung kann spannungsfrei erhärten, außerdem erfolgt durch diese Verklebung eine so feste Bindung an das Glas und dem Metallrahmen, daß die unterschiedlichen Ausdehnungen von Glas und Metallrahmen nach dem jeweiligen Ausdehnungskoeffizienten und E-Modulen nach dem Hock'schen Gesetz durch den vergleichsweise elastischen Rahmen selbst aufgenommen werden und somit kein Aufreibungsprozeß in der weichen Klebeschicht auftritt

Der umschließende Metallrahmen wird um wenige Millimeter (2—3 mm) über die jeweilige Glasoberfläche geführt, damit:

t) ein mechanischer Schutz der Glaskanten bzw. Stirnseiten gewährleistet ist, die beim vorgespannten Glas am bruchgefährdetesten sind;

2) eine weitere Versiegelung erfolgen kann, die die harte Verklebung vor UV-Strahlung schützt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

Die Abbildung zeigt den Schnitt durch den umlaufenden Metallrahmen mit Klebeverbindungen.

Das quaderförmige Gehäuse besteht aus einem geschweißten Metallrahmen 6, vorzugsweise aus Stan! da die Stahl-Stahlschweißungen vakuumdicht sind, und der oberen durchsichtigen Glasscheibe 2, sowie der unteren Glasscheibe 4. die mit einem Reflektor 12 beschichtet ist. Zwischen den Glasscheiben 2, 4 ist ein Absorber 1 angeordnet.

Der Metallrahmen 6 weist auf jeder Seite rechtwinkelige Sicken auf, deren Krempen 7,8 über die obere bzw. untere Glasscheibenoberfläche ca. 2 mm hinausragen. Damit ist eine mechanische Beschädigung der Glaskanten und Stirnseiten ausgeschlossen. Die Auflage 14 des Metallrahmen 6, die parallel zu den Glasscheiben 2, 4 verläuft, dient für die sogenannte weiche Klebung mit den jeweiliegen Innenseiten 13 der Glasscheiben 2,4 auf der Vakuumseite des Gehäuses 9. Durch die Verformung der Glasscheiben 2, 4 beim Evakuieren entsteht « ein Enddrehwinkel, der durch den weichen, plastischen, elastischen Kleber 20 aus Butylmaterial spannungsfrei ausgeglichen wird, jedoch infolge des atmosphärischen Druckes unter hohem Anpreßdruck steht.

Die zweite Kiebefläche wird von den Stirnflächen 3,5 der Glasscheiben 2, 5 und den Stirnflächen 16 des Metallrahmens 6 gebildet. Diese hochfeste, harte Klebung erfolgt mit einem Zweikomponenten-Epoxydharc-Kleber 22, der die aufgrund unterschiedlicher Längenausdehnungen des Metallrahmens 6 und der Glasplatten 2, 4 hervorgerufene Bewegung gegeneinander in der Klebefuge verhindert bzw. verringert.

Um Alterungserscheinungen des harten Klebers 22 durch UV-Einstrahlung zu vermeiden bzw. zu verringern, erfolgt zusätzlich eine Versiegelung 18 bzw. Abdeckung mit UV-beständigem Butylmaterial.

Darüber hinaus sollen, wie in dem DE-GM 80 00 533 dargestellt, die Klebefugen und die Glaskanten mit den Abdeckleisten 19 als UV-Schutz bzw. als Schutz vor Beschädigung, versehen sein.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß unter dem weichen Kleber 20 auch klebrige Dichtmassen, z. B. Dichtbänder, verstanden werden sollen. Dieser Kleber 20 darf nicht so plastisch, sein daß er von dem Vakuum »hineingezogen, also von der abzudichtenden Sicke weggezogen wird, er sollt« aber auch dauerelastisch bleiben, um die Bewegungen infolge WärniesDannungen während der Dauer von vielen Jahren mitmachen zu können. Der harte Kleber 22 sollte Festigkeitswerte von mehr als 200 ■ 10^s N/nii haben und bis Temperaturen von ca. 120"C fest bleiben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Vakuum-Sonnenkollektor mit einem Absorber, der in einem zu evakuierenden Gehäuse eingeschlossen ist, wobei das Gehäuse aus einem Metallrahmen mit rechtwinkeligen Sicken auf jeder Seite besteht in die jeweils eine Glasscheibe eingelegt und mittels eines alterungsbeständigen, vakuumdichten Klebers in der Sicke verklebt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein dauerelastiscaer, vakuumdichter, plastischer, weicher Kleber (20) zwischen den jeweiligen Innenseiten (13) der Glasscheiben (2,

   4) und der Auflage (14) des Metallrahmens (6) auf der Vakuumseite des Gehäuses (9) und sin hochfester, harter Kleber (22) zwischen den Stirnflächen (3,

   5) der Glasscheiben (2,4) und den Stirnflächen (16) des Metallrahmens (6) vorgesehen sind.

   2. Vakuum-Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weiche Kleber (20) ein elastischer, plastischer Kleber auf Butylbasis und der harte Kleber (22) ein Ein- oder Zweikomponenten-Epoxydharz-Kleber ist.

   3. Vakuum-Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem harten Kleber (22) in an sich bekannter Weise eine Versiegelung (18) mit UV-beständigem Material vorgesehen ist.

   4. Vakuum-Sonnenkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Versiegelung (18) aus Butylklebcr besteht.