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DE3044600A1 - Solar-kollektor und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Solar-kollektor und verfahren zu dessen herstellung

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Publication number
DE3044600A1
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Authority
DE
Germany
Prior art keywords
glass tube
metal part
heat transfer
transfer medium
line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19803044600
Other languages
English (en)
Inventor
Masakazu Kusatsu Shiga Tominaga
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Electric Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Glass Co Ltd filed Critical Nippon Electric Glass Co Ltd
Publication of DE3044600A1 publication Critical patent/DE3044600A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/40—Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors
    • F24S10/45—Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors the enclosure being cylindrical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S40/00—Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
    • F24S40/80—Accommodating differential expansion of solar collector elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S25/00—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules
    • F24S25/60—Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules
    • F24S2025/6012—Joining different materials
    • F24S2025/6013—Joining glass with non-glass elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
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    • Y02E10/44—Heat exchange systems

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

NIPPON ELECTRIC GLASS CO., LTD., 7-1, Seiran 2-Chome, Otsu-shif Shiga, 520 Japan
Solar-Kollektor und Verfahren zu dessen Herstellung
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.
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 ist
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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.
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.
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 einer
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Stunde langsam abzukühlen.
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.
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.
Nach alledern ist es eine Aufgabe der vorliegenden Er-
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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.
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 Metallteil
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.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Solar-Kollektors sieht folgende Schritte vor:
I. Eine Baugruppe wird hergestellt, indem a) das Sonnenlicht durchlassende die äußere Ummantelung des Kollektors bildende Glas-
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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;
b) Glasrohr und Metallteil mit der Glühtemperatur erhitzt und sodann langsam abgekühlt werden;
II. eine andere Baugruppe wird hergestellt, indem
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;
III. Das äußere Ende des abdichtenden Metallteiles der ersten Baugruppe wird mit dem äußeren Umfang der zweiten Baugruppe zur Erzeugung einer Einheit zusammengeschweißt;
IV. das Glasrohr wird bis zu einem Druck von höchstens 5 χ 10 Torr evakuiert.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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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:
Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Solar-Kollektor-s;
Fig. 2 einen teilweisen Längsschnitt einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt einer
anderen Variante des ersten Ausführungsbeispieles;
Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles;
Fig. 5 einen teilweisen Längsschnitt einer Variante des zweiten Ausführungsbeispieles ; und
Fig. 6 einen teilweisen Längsschnitt einer
anderen Variante des zweiten Ausführungsbeispieles.
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.
An der Öffnung des Glasrohres 11 ist das zylinder-
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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.
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.
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.
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-
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mittels vorgesehen sind, wobei die Leitungen mit dem Umfang der Löcher 18, 18' mittels Lötung oder Schweißung verbunden sind.
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 wird
-4 auf einen Druck von etwa 10 Torr evakuiert.
Im folgenden wird das Herstellungsverfahren für den oben beschriebenen Solar-Kollektor vorgestellt:
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.
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-
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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.
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.
Am Umfang der Leitung 15 für das Wärme-Übertragungsmittel wird die Absorber-Platte 16 angeschweißt, so daß die Leitung abgedeckt wird.
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.
Nach der beschriebenen Verschweißung der beiden Einheiten wird das Glasrohr über den Auslaß-Stutzen 13 evakuiert, wobei. der gesamte Solar-Kollektor auf
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etwa 35O°C erhitzt ist. Sodann wird die öffnung des Auslaß-Stutzens geschlossen und das Innere des Glas-
— 4 rohres weist einen Druck von etwa 10 Torr auf.
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.
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 .
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.
Die Außenseite des mit dem Kragen ausgeformten abdichtenden Metallteiles 30 wird durch die scheiben-
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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:
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.
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.
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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.
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 ein
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Druck von etwa 10 Torr aufrechterhalten wird.
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.
Die Leitung 43 für das Wärme-Ubertragungsmittel, durch die die Kollektor-Flüssigkeit strömt, besteht
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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.
In dem die Leitung 43 enthaltenden Glasrohr ist ein Federbalg 44 vorgesehen, der die thermische Expansion und Kontraktion der Leitung 43 erlaubt.
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.
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.
Mittels Stützen 54 und 55 aus Edelstahl-Draht wird die Leitung für das Wärme-Übertragungsmittel im Glasrohr 40 fixiert. Im Glasrohr 40 wird ein Druck
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von etwa 10 Torr aufrechterhalten.
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. Kontraktionen
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beider Teile zu verhindern.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des eben beschriebenen Solar-Kollektors beschrieben:
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.
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).
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-
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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 C
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evakuiert wird. Bei etwa 10 Torr wird das offene Ende des Auslaß-Stutzens geschlossen.
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.
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.
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,
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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 Kappen
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.
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.
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-Kappe
64 mittels Silber-Lötung zur Abdichtung des Glasrohres verlötet.
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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 Ausheizen
des gesamten Kollektors bei etwa 350° evakuiert bis
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ein Druck von etwa 10 Torr erreicht ist, wonach das offene Ende des Auslaß-Stutzens geschlossen wird.
Durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele von Solar-Kollektoren sowie die Verfahren zu ihrer Herstellung werden die folgenden Vorteile erreicht:
(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;
(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.
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.
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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.
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Claims (9)

  1. Ansprüche.
    Solar-Kollektor, gekennzeichnet durch ein die äußere Ummantelung des Kollektors bildendes Glasrohr (11, 21, 34, 40, 60); zumindest ein abdichtendes Metallteil (14, 22, 41, 42,56, 61,62), dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient dem des Glasrohres entspricht, wobei Glasrohr und Metallteil etwa gleichen Durchmesser aufweisen und zusammengeschweißt sind; eine Leitung (15, 43, 65) aus wärmeleitendem Material für das Wärme-Übertragungsmittel, durch die das Wärmeübertragungsmittel strömt und an deren Außenwand die Absorber-Platte (16, 45) befestigt ist; zumindest eine metallische Kappe (17, 31, 46, 47, 63, 64) mit zumindest einem Loch (18, 18'), durch das sich die Leitung (15, 43, 65) erstreckt und an dessen Umfang die Leitung abdichtend befestigt ist, wobei das Metallteil (14, 22, 41, 42,56, 61,62) am äußeren Umfang der Kappe, das Glasrohr (11, 21, 34, 40, 60) abdichtend,befestigt ist, und in dem Glasrohr ein Druck von weniger als
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    5 χ 10 Torr aufrechterhalten wird.
  2. 2. Solar-Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Glasrohr (40) eingeführte Leitung (43) für das Wärme-Ubertragungsmittel durchgehend glatte Röhrenform aufweist und der Federbalg
    (44) zum Auffangen der thermischen Expansion und/oder Kontraktion der Leitung und/oder des Glasrohres innerhalb des Glasrohres angeordnet ist.
  3. 3. Solar-Kollektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Federbalg (57) zum Auffangen der thermischen Expansion und/oder Kontraktion der Leitung für das Wärme-Übertragungsmittel und/oder des Glasrohres an dem abdichtenden Metallteil (56) vorgesehen ist und an das Glasrohr angeschweißt ist.
  4. 4. Solar-Kollektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Glasrohr (11, 21, 34, 40, 60) eingeführte Leitung (15, 43, 65) für das Wärme-Übertragungsmittel U-förmig ausgebildet ist.
  5. 5. Solar-Kollektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das abdichtende Metallteil (61, 62) mit einem rinnenförmigen Kragen ausgebildet ist; und daß das Glasrohr (60) und das abdichtende Metallteil (61, 62) durch das im Kragen befindliche, einen niedrigen Verschmelzpunkt aufweisende Glas im Kragen miteinander abdichtend verbunden sind.
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  6. 6. Solar-Kollektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des abdichtenden Metallteiles (14, 22, 41, 42, 56, 61, 62) von einer metallischen Kappe (17, 31, 46, 47, 63, 64) mit hoher Korrosionsbeständigkeit abgedeckt ist.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung eines Solar-Kollektors, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    I. Eine Baugruppe wird hergestellt, indem
    a) das Sonnenlicht durchlässige, die äußere Ummantelung des Kollektors bildende, Glasrohr 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;
    b) Glasrohr und Metallteil mit der Glühtemperatur erhitzt und sodann langsam abgekühlt werden;
    II. eine andere Baugruppe wird hergestellt, indem
    c) die Leitungen für das Wärme-Übertragungsmittel aus wärmeleitendem Material, an deren äußerer Oberfläche ein Teil der Absorber-Platte 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;
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    III. Das äußere Ende des abdichtenden Metallteiles der ersten Baugruppe wird mit dem äußeren Umfang der zweiten Baugruppe zur Erzeugung einer ■Einheit zusammengeschweißt;
    IV. das Glasrohr wird bis zu einem Druck von höchstens 5 χ 10 Torr evakuiert.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Glasrohres im voraus abgedichtet ist.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die eine durchgehende Röhrenform aufweisende Leitung für das. Wärme-Übertragungsmittel im Glasrohr mit folgenden Verfahrensschritten untergebracht wird:
    I. Das äußere Ende des abdichtenden Metallteiles an einem Ende der ersten Baugruppe wird vorläufig an den Umfang der metallischen Kappe ange s chwe ißt;
    II. nach dem Anschmelzen der Leitung für das Wärmeübertragungsmittel, an deren äußerer Oberfläche ein Teil der Absorber-Platte dicht befestigt ist, und der metallischen Kappe bzw. des abdichtenden Metallteiles an dem anderen Ende der ersten Baugruppe wird die Leitung für das Wärme-Übertragungsmittel mit dem Umfang des Loches in der metallischen Kappe am Ende der ersten Baugruppe abdichtend verbunden.
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