DE3228903A1

DE3228903A1 - Solar energie kollektor

Info

Publication number: DE3228903A1
Application number: DE19823228903
Authority: DE
Inventors: Faramarz 6800 Mannheim Mahdjuri-Sabet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-08-04
Filing date: 1982-08-03
Publication date: 1983-05-11
Also published as: IT1235566B; IT8202924A0; PT75376A; PT75376B; GB2103350B; ES275175U; AU8616382A; ES275175Y; GB2103350A; AU548011B2; US4523578A

Description

SOLAR-ENERGIE-KOLLEKTOR

Die vorliegende Erfindung "befasst sich mit einem Solar-Energie-Kollektor, d.h. mit einer Einrichtung, die Sonnenstrahlungsenergie absorbiert und diese als Wärme an f.ine im Umlauf "befindliche wtfrmetib ertragen de Flüssigkeit weiterleitet.

Eine "bekannte Form des Sonnenkollektors enthalt eine einfache flache Platte, z.B. aus schwarzlackiertem Roll Bond Aluminium oder dergleichen, welche Sonnenstrahlungsenergie absorbiert. Ein Metallrohr, durch welches die wärmeübertragende Flüssigkeit zirkuliert, ist mit der Platte verbunden. Die v.on der Platte absorbierte Strahlungsenergie wird als Wärme an die Flüssigkeit weitergegeben. Um die Leistungsfähigkeit der Einrichtung zu erhöhen, ist die Platte in einem luftleeren Glasrohr vakuumdicht abgeschlossen, wobei das Metallrohr durch einen luftdichten Verschluss aus dem Glasrohr tritt.

Bei der Herstellung solcher Kollektoren begegnet man dem Problem, einen vakuumdichten Verschluss zwischen Glasrohr und Metallrohr zu beschaffen. Dar. Problem der Metall-Gl^s-Abdichtunp; ist hauptsächlich auf die unterschiedlichen OhyBikalischen Eigenschaften der beiden Materialien zurückzuführen, vor allem auf den grossen T^Tntersehied zwischen den Ausdehnungskoeffizienten von Metallen und gewöhnlichen Glasen. Es steht eine grosse Auswahl an Spezialglasen zur Verfügung,deren Ausdehnungskoeffizienten denjenigen der üblichen Metalle entsprechen, jedoch sind für handelsübliches Glas, wie z.B. Borosilikat- oder Soda<rins leider keine TCormalmetalle mit ähnlichen ^usdehnungseir.ennchaftcn vorhanden.

Um Borsilikat oder ein anderes handelsübliche Glas verwenden zu koennen, setzt man mehrere Glasringe ein, von denen jeder einzelne einen leicht verschiedener.Außdßhnungs-

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ko effizient en besitzt und kann so Metall und Glas/verbinden. Biese mehrstufige Abdichtungstechnik ist bei Sonnenkollektoren sehr kostspielig und ausserdam ist ein solcher Verschluss besonders bei mechanischen Erschütterungen, wie sie z.B. bei Transporten vorkommen können, sehr empfindlich.

Es ist mir nun gelungen ein Verfahren auszuarbeiten, nach welchem es möglich ist, Glas mit einem Metallrohr zu verschmelzen und dies ist bei der Herstellung von Sonnenkollekto'ren von besonderem Nutzen.

Um eine direkte Verbindung zwischen handelüblichem Glas und Metallen zu ermöglichen, muss die physikalische Eigenart des Glases in Betracht gezogen werden. Da die Druck-festii kei-e, von Glas (6000-12000 kg/cm²) im allgemeinen um ein Mehrfaches grosser ist als seine Zugfestigkeit (300-800 kg/cm²), wird die Belastung eines Metallrohrs mit höherem Ausdehnungskoeffizienten nicht kompensiert wenn das Glas auf fliie äussere Oberfläche des Metallrohrs aufgeschmolzen wird. Wenn jedoch das Glas mit der inneren Oberfläche eines Metallrohrs mit hohem Ausdehnungsvermögpn verschmolzen wird,ist.\die.l>eläsjfcung ■ in Hohem Masse komprimierend. Ein Grundzug der Erfindung besteht daher darin, dass das Glas auf die innere Oberfläche des Metallrohrs aufgeschmolzen wird. Ferner·muss die Rohrstflrke reduziert werden: ein anderer Grundzug der "Erfindung besteht darin, dass x±Kk die Rohrstärke am Tindteil so dünn wie eine Messerschneide wird, und dabei sollte der Verjttngungswinkoil vorzugsweise unter 10° liegen. Des weiteren sollte sich das Mobnllrohrende vorzugsweise glockenförmig nach aussen

Auf diese Weise kann normales handelsübliches Glas auf Metallröhren in- Sonnenkpllektoren geschmolzen werden und zwar auch dann, wenn das Metallrohr einen viel höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Glas hat.

Einerseits "bietet die Erfindung einen Sonnenkollektor, der aus einer Platte für die Absorption von Sonnenstrahlungsenergie und mindestens einem Metallrohr "besteht, durch welches ein wärmettbertragendes ·Mittel zirkuliert; die Platte ist mit dem Rohr thermisch verbunden und in piner strahlungsdurchlissigen Glashttlle eingekapselt, die mittels eines Metairbands auf vorgenanntes Rohr aufgeschmolzen wird; das Band ist normalerweise kegelstumpfförmig, wobei das Ende mit dem kleineren Durchmesser rund um das Metallrohr und das mit dem grösseren Durchmesser auf der Glashttlle verschmolzen ist; die V/andstÄrke des Bandes vermindert sich am Endteil mit dem grösseren Durchmesser derart, dass es wie eine Messerschneide endet und das Glas ist auf der Innenseite dieses Teiles verschmolzen.

Zur eingehenderen Erläuterung vorliegender Erfindung verweise ich auf anliegende Zeichnungen:

ABBILDUNG 1: diese stellt einen axialen Längsschnitt eines der Sonnenkollektor-Formen der Erfindung dar;

ABBILDUNG· 1A: ist ein Abschnitt der Linie A-B von Abbildung 1;

ABBILDUNG 2At int pin Schnitt-duroh da? MetRllfofcm gemSss Abbildung 1;

ABBXILDUNG 2-B: ist eine vergtrrösserte Ansicht eines Teiles des auf das Glas geschmolzene Bandes; und

ABBILDUNG 3 ist ein axialer Längsschnitt von einem Endteil eines der Sonnenkollektoren der Erfindung, welcher demjenigen der Abb.1 entPOricht:

In Bezug auf Abbildungen 1 und ?, umfasst der Sonnenkollektor eine luftleere Glashttlle oder Glasrohr 1, mit darin eingebauter Absorberplatte 2 und Metallrohr 3, das für die wärmettbertragende Flüssigkeit bestimmt ist und das an der Rueckseite der Platte befestigt (verschweisst) ist. Eine Vakuüm-Getter-Platte 5 befindet sich an dem einen Ende von Rohr 1, während an dessen anderem Ende eine Metallf önfi 4 das, blasrohr ^:1 mi-

den Rand des Rohrs 3 ^erbintfefc..-* Eine Wärmeaustauschvorrichtung 6 ist ausserhalb des Kohrs 1 angebracht, die zur Wegschaffung der von der Transferflüssigkeit aufgenommenen Wärme dient. Rohr 1 ist aus Sodaglas, aber der an-das Band grenzende Endteil 12 sollte vorzugsweise aus Bleiglas sein, das'mit dem*Sodaglaa verschmolzen wird»

Abbildungen 2Λ und 2B veranschaulichen Äg|Li in der Regel kegelstumpfförmige Metallfedern^ bei weichender Teil mit dem kleineren Durchmesser 10 mit. Rohr 3 verschmolzen witd. Die Wandstärke des Endteils mit dem grösseren Durchmesser der. sich, wie veranschaulicht, in einem Winkel von 10 bis 30° nach aussen wölbt, vermindert sich bis zu einem Messerschneide-Ende 11. Die Verjuengung der Wandstärke beträgt zirka 8°. (Fig. 2B).

Wie Abb. ?B veranschaulicht, ist das Ende 12 der Bleiglasröhre an die innere Oberfläche der Messerschneide geschmolzen. Dies wird bewerkstelligt, indem als erstes des Rohrende. 12 solange erhitzt unri verjüngt wirrt» bis es in d$fc-Eofcfliende rcasst. Danach ist cLfco... M^tallipjptu sowie-'das Glas zu erhitzen und die' zwei Röhren muessen so schnell rotiert worden, dass!infolf;e der Zentrifugalkraft das heisse Glas mit dem heissen Metall in enn;c Verbindung kommt. Bei Verwendung eines Rohres oder %g^;fom;_auß Kupfer (Ausdehnungs- , koeffizient 16,2x10 ) ist es mit Leichtigkeit möglich, diese nach vorerwähnter Methode mit weichen Blei- oder auch Sodaßlasen (Längenausdehnungszahl 9-10x10 ), und sogar mit harten Glasen wie z.B. Borosilikatglas, deren Wärmeäusdelmungskoeffizienten so tief wie 3x10 liegen können, zu verbinden. Das Glas soll am besten ttber den Rand des Kupfers (13) geformt werden, damit es geschützt ist. Im wesentlichen ist das Glas einen Millimeterbruchteil von der Verbindungsstelle entfernt spannungsfrei, .jedoch bildet sich ein schmaler Druckstreifen zwischen dem Metall und dem spannungsfreien Glas. Infolge unterschiedlicher Dicke in der Kupfer- und Oxydschicht, entstehen im Glas kleine Zoben mit höheren Spannungen, und da diese Spannungen komprimierend wirken (da. das Glas an der inneren Oberfläche des Metalls mit der höheren Ausdehnungseigenschaft befestigt ist), kann dies zur Bildung von Rissen in der Verbindungszone führen, welche bei Temperaturschwankungen

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dazu neigen, sich zu vergrössern. Die Bildung solcher Risse kann durch Beschichtung des Kupfers durch ein oder mehrere Metalle, wie z.B. Ag, Hi, Cr oder Co, oder einer legierung von zwM oder mehreren dieser Metalle,vermieden werden. ■

Für die physische Verbindung von Kuofer und Glas muss die Kupferoberfläche gereinigt, geätzt sowie mit Borax behandelt werden (Behandlung mit einer gesattigten Boraxlösung). Ausser Kupfer können auch andere Legierungen wie z.B. M-Fe, Cr-Pe, Cr-Fe-Co, Kovar (¹Ni-Fe-Co) sowie rostfreier Stahl verwendet werden. Die Metalle müssen Sauerstofffrei sein, d.h. frei von gasförmigem Sauerstoff.

Abbildung 3 veranschaulicht den Teil eines Sonnen-Kollektors der Erfindung, der im wesentlichen demjenigen von Abbildung 1 entspricht (gleiche Zahlen" bezeichnen gleiche Teile), mit Ausnahme einer Metallmuffe um Metallrohr 3. Die Muffe 30 fungiert als thermischer Stossdflmpfer (shock-absorber) insofern sie aus rostfreiem Stahl ist (oder einem anderen Metall, das eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit hat als diejenige des Metallrohrs 3) und ist in ihrer ganzen Länge von Metallrohr 3 distanziert. Wegen ihrer relativ niedrigen Wärmeleitfähigkeit, werden etwaige plötzliche Temperaturänderungen im Rohr 3 nur langsam an die Verbindungsstelle zwischen "$6$Φ 4 und Endteil 12 der Glashtille 1 weitergeleitet, ist mit Muffe 30 sozusagen verschv/eisst.

Leerseite

Claims

PATENTANSORUECHE

Ein Sonnenkollektor, der eine Strahlungs-absorbierende Platte und wenigstens ein Metallrohr für die wärmeübertragende Flüssigkeit umfasst, wobei die Platte thermisch mit dem Rohr verbunden und in einer strahlungsdurchlässigen Glashülle eigekapselt ist und mittels einer Metallform auf vorgenanntes Glasrohr geschmolzen wird, dadurchgekennzeichnet, dass die Metallform kegelstrumpfförmig ausgebildet ist wobei das Ende mit dem kleineren Durchmesser rund um das Metallrohr und das mit dem grösseren Durchmesser auf der Glashtille verschmolzen wird und die Wandstärke der Form sich am Endteil mit dem grösseren Durchmesser derart vermindert, dass es wie eine Messerschneide endet und das Glas auf der Innenseite dieses Teiles verschmolzen ist,

2, Ein Sonnenkollektor gemäss Anspruch 1 dadurchgekennzeichnet, dass die Verjungüngsneigung der Metallform, wo sich seine Stärke bis zu derjenigen einer Messerschneide vermindert, unter 10° liegt.

3, Ein Sonnenkollektor gemäss Anspruch 1 oder 2 dadurch" gekennzeichnet, dass der Endteil der Metallform mit dem grösseren Durchmesser sich glockenförmig nach aussen wölbt.

4, Ein Sonnenkollektor gemäss Anspruch 3 dadurchgekennzeichnet, dass besagte nach aussen gewölbte Endteil einen Winkel von 10 bis 30° mit der Längsachse der Form bildet.

5, Ein Sonnenkollektor gemäss jedem beliebigen der Ansprüche von 1 bis 4, dadurchgekenngelehnet, dass die Metallform mit dem kleineren Durchmesser mit dem Metallrohr verschmolzen wird.

6, Ein Sonnenkollektor gemäss vorerwähnten Ansprüchen, dadurchgekennzeichnet, dass das Metallrohr mit einer Metallmuffe mit geringerer Wärmeleitfähigkeit versehen ist wobei die Muffe an einem oder beiden Enden mit dem Metallrohr verschmolzen ist und sonst in ihrer ganzen Länge dem Rohr nicht berührt; und worin das Formende mit dem kleineren Durchmesser mit der Muffe verschmolzen ist.

7. Ein Sonnenkollektor gemäss Anspruch 6, dadurchgekennzeichnet, dass die Metallform aus Kupfer und die Metallmuffe aus rostfreiem Stahl ist,

8. Ein Sonnenkollektor gemäss irgendeinem der vorerwähnten Ansprüche, dadurchgekennzeichnet , dass die MetairfiM3ft,_ aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder aus einer der folgenden Legierungen: Ni/Fe, Cr/Fe, Cr/Fe/Co, Ni/Fe/Co_r oder rostfreier Stahl, gebildet ist.

9. Ein Sonnenkollektor gemass einem beliebigen der vorerwähnten Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Glashülle aus weichem Soda-oder Bleiglas, oder aus hartem Borsilikat besteht.

10. Ein Sonnenkollektor gemäss einem beliebigen dei vorerwähnten Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Glashülle aus weichem Sodaglas besteht und die Metallform mittels Bleiglases oder eines Lotglases mit der Glashülle verbunden ist.