專利名稱：集熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集熱管，該集熱管具體用于太陽能熱電站中的具有至少一個收集器反射鏡的太陽能收集器，該集熱管包括用于傳導(dǎo)和加熱傳熱介質(zhì)的金屬管；套管，該套管包圍金屬管，以便形成能夠抽空的環(huán)狀空間；第一容器，該第一容器設(shè)置在環(huán)狀空間中且被填充保護(hù)氣體，其中第一容器具有由封閉材料封閉的出口，該封閉材料在外部作用時釋放出口，以將保護(hù)氣體引入到環(huán)狀空間中，其中外部作用能夠由能夠被致動以釋放開口的打開單元施加；以及外部環(huán)和過渡元件，該外部環(huán)和過渡元件包圍金屬管以密封環(huán)狀空間。此夕卜，本發(fā)明涉及將保護(hù)氣體引入到集熱管的環(huán)狀空間中的方法。
背景技術(shù)：
太陽能收集器例如能夠配備有也稱為收集器反射鏡的拋物面反射鏡，并且被用在 所謂的拋物面槽式發(fā)電站中。在已知的拋物面槽式發(fā)電站中，能夠通過從拋物面反射鏡反射并被聚焦到集熱管上的太陽輻射被加熱直至近400°C的導(dǎo)熱油被用作傳熱介質(zhì)。被加熱的傳熱介質(zhì)穿過金屬管傳導(dǎo)并且被引入到蒸發(fā)過程，熱能經(jīng)由該蒸發(fā)過程被轉(zhuǎn)化成電能。因此，集熱管通常由金屬管和套管組成，該金屬管具有輻射吸收層，套管由玻璃制成并包圍金屬管。由此形成的環(huán)狀空間的目的在于使金屬管的外部表面上的熱損失最小化并且因此增大能量產(chǎn)率。各個集熱管以長達(dá)最大近4m的長度被焊接在一起，并且形成為總長度最大達(dá)200m的太陽能場環(huán)路。例如，從DE 10231467B4已知該類型的集熱管。隨著不斷老化，用作傳熱介質(zhì)的導(dǎo)熱油釋放出游離氫，該游離氫溶解在導(dǎo)熱油中。所溶解的氫的量一方面取決于所使用的導(dǎo)熱油和取決于油路的運(yùn)行狀態(tài)，而在另一方面還取決于與導(dǎo)熱油接觸的水的量。具體地，由于熱交換器中的泄露，頻繁發(fā)生與水接觸。由于釋放的氫滲透過金屬管，使得釋放的氫到達(dá)抽空的環(huán)狀空間，滲透率也隨金屬管的工作溫度增加而增加。因此，環(huán)狀空間的壓力也增大，由此增大穿過環(huán)狀空間的熱傳導(dǎo)，這又導(dǎo)致熱損失以及集熱管或太陽能收集器的低效率。至少為了降低環(huán)狀空間中的壓力增加并且因此延長集熱管的使用壽命，能夠通過吸氣材料約束已進(jìn)入到環(huán)狀空間中的氫。然而，吸氣材料的吸收能力是有限的。在達(dá)到最大負(fù)荷能力后，環(huán)狀空間中的壓力增大，直到與已從導(dǎo)熱油到達(dá)環(huán)狀空間的游離氫的局部壓力平衡為止。由于氫，增大了環(huán)狀空間中的熱傳導(dǎo)，且對太陽能收集器的效率產(chǎn)生上述不利結(jié)果。例如，從WO 2004/063640A1已知在環(huán)狀空間中設(shè)有吸氣材料的集熱管。在本文所述的裝置中，吸氣材料被提供在吸氣劑棒中，吸氣劑棒直接受到反射的太陽輻射作用并且由此被加熱。由于吸氣劑棒在抽空的環(huán)狀空間中近似與金屬管和套管熱分離，因此棒的溫度以及由此吸氣材料的溫度大幅度波動，因此吸氣材料的吸收能力也波動，使得在環(huán)狀空間中發(fā)生不希望的不規(guī)則壓力比。從DE 102005057276B3中已知一種集熱管，其中當(dāng)吸氣材料的性能耗盡時，將惰性氣體引入到環(huán)狀空間中。許多惰性氣體具有小的導(dǎo)熱率，因此能夠降低通過環(huán)狀空間的熱傳導(dǎo)，而不受游離氫存在的影響；因此，當(dāng)與抽空的金屬管比較時，被引入惰性氣體的太陽能收集器的效率僅減小了約1%。DE 102005057276中描述的惰性氣體容器的實(shí)施例基本上只具有理論上的特性，這是因?yàn)樗鼈儍H能夠通過技術(shù)上非常復(fù)雜的方式生產(chǎn)且因此幾乎不可能轉(zhuǎn)換為實(shí)際應(yīng)用。具體地說，這一步驟并未包含關(guān)于能夠如何構(gòu)造和設(shè)置惰性氣體容器的可實(shí)現(xiàn)的指引；因此，上述實(shí)施例簡單得在任何給定的時間點(diǎn)處公開。此外，也沒有吸氣材料在環(huán)狀空間中相對于惰性氣體容器的布置方面的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的因此是進(jìn)一步發(fā)展現(xiàn)有技術(shù)中已知的集熱管，使得它們的制造能夠更為簡單，而不限制它們功能，具體地不減少它們的使用壽命。此外，將能夠以簡單方式將惰性氣體引入到環(huán)狀空間中。
上述目的通過第一容器在環(huán)狀空間中借助于保持裝置被固定到位來實(shí)現(xiàn)，該保持裝置設(shè)置在過渡元件上。這里，外部作用可理解為該外部作用發(fā)生在集熱管外部或至少環(huán)狀空間和金屬管外部，而不是通過集熱管的操作產(chǎn)生的。該外部作用例如可以是機(jī)械作用。保持裝置的布置優(yōu)選地選擇為使得通過該保持裝置傳遞該外部作用。打開單元能夠設(shè)置成按鈕形式，其經(jīng)由保持裝置與出口活動地連接。如果按鈕被致動，例如由太陽能收集器的維修人員致動按鈕，則出口被打碎并且被釋放，從而使保護(hù)氣體被引入到環(huán)狀空間中。外部作用優(yōu)選地是熱作用。在該實(shí)施例中，維修人員能夠用移動加熱裝置在出口附近加熱集熱管，例如在外部環(huán)上加熱，使得封閉材料在熱作用下熔化并且開口被釋放。在該情況下，保持裝置的有效連接不僅是機(jī)械式連接，而且是熱傳導(dǎo)式連接。優(yōu)選地，本例中的保持裝置由熱傳導(dǎo)材料例如金屬組成。該實(shí)施例中的優(yōu)點(diǎn)在于打開單元不需要額外的組件，并且移動加熱裝置能夠用于太陽能熱電站的所有集熱管。優(yōu)選地，出口能夠被感應(yīng)地加熱，并且打開單元包括電子線圈和金屬盤或墊片。在該實(shí)施例中，由于電子線圈可連接到控制單元并且當(dāng)發(fā)生預(yù)定的事件時控制單元致動電子線圈，出口可自動打開且保護(hù)氣體可被自動引入到環(huán)狀空間中。因此，由維修人員打開出口不是必需的，因此能夠減少電站操作的人工成本。在本例下，制造保持裝置的材料并不重要。有利地，保持裝置包括由金屬焊料組成的一個或更多個焊點(diǎn)。焊點(diǎn)可以非常簡單且低成本地形成。金屬焊料被選擇成使得金屬爆料在太陽能收集器工作期間的主要溫度下不熔化。這里可使用僅從高于400°C的溫度開始熔化的硬焊料。封閉材料優(yōu)選由金屬焊料組成。該金屬焊料可與保持裝置中的焊點(diǎn)所用的焊料相同。這樣，將使材料的種類減少，并將降低在集熱管生產(chǎn)期間由于材料的混淆引起制造差錯的可能性。在根據(jù)本發(fā)明的集熱管的優(yōu)選實(shí)施例中，焊點(diǎn)的至少一個焊點(diǎn)還封閉出口，以將第一容器在其在環(huán)形空間中的位置中固定到位。在該情況中，焊點(diǎn)中的一個焊點(diǎn)具有兩個功能一方面，其具有保持功能，因?yàn)槠鋵⒌谝蝗萜鞴潭ㄔ诃h(huán)狀空間中的合適的位置中。另一方面，其具有封閉功能，因?yàn)楹噶贤瑫r還代表用于出口的封閉材料。
根據(jù)本發(fā)明的集熱管的具體優(yōu)選構(gòu)造的特征在于包括被填充約束游離氫的惰性氣體并且被設(shè)置在環(huán)狀空間中的第二容器。根據(jù)本發(fā)明的該方案有兩個容器，其中一個容器被填充吸氣材料，另一個被填充保護(hù)氣體，該方案從工藝制造的觀點(diǎn)來看是有利的，因?yàn)閮蓚€容器能夠以成品狀態(tài)預(yù)安裝并且在它們插入環(huán)狀空間之前被填充。第二容器優(yōu)選地通過保持裝置固定在環(huán)狀空間中。在每種情況中，根據(jù)第一和第二容器的布置，能夠決定將兩個容器或者將容器中的僅一個用保持裝置固定到位。不需要特殊的支撐裝置，諸如，例如W02004/063640A1中描述的吸氣劑棒。在一個有利實(shí)施例中，外部環(huán)具有一個或更多個突出到環(huán)狀空間中的突出部分，用于定位第一和/或第二容器。過渡元件和外部環(huán)是現(xiàn)有技術(shù)中已知的膨脹平衡單元的組件，在膨脹平衡單元的作用下，套管和金屬管在集熱管的工作期間的不同膨脹被平衡，因此環(huán)狀空間以氣密方式保持封閉。替代地，突出部分中的一個突出部分突出到出口中且設(shè)有識別出口的標(biāo)記。此外，突出部分能被構(gòu)造成以便突出部分中的僅一個突出部分配合到出口中。出口由金屬焊料封閉，且相應(yīng)的容器被同時固定到外部環(huán)。能夠例如通過外部環(huán)的外側(cè)上的合適凹槽來設(shè)置出口的標(biāo)記，從而維修人員知道加熱裝置必須放置在哪一個部位以打開封閉材料。根據(jù)本發(fā)明的集熱管有利地進(jìn)一步開發(fā)成使得第一容器和第二容器被構(gòu)造成環(huán)狀且包圍金屬管。容器的環(huán)狀構(gòu)造一方面使得吸氣材料在環(huán)狀空間中的均勻分布并且由此可同等地易于接觸到并且能夠無阻礙地吸收游離氫，并且在另一方面，使得容器中的每個容器形成本身封閉的單元，這利于其在環(huán)狀空間中的結(jié)合，并且具體地是在環(huán)狀空間中的定位。優(yōu)選地，第一容器具有第一表面且第二容器具有第二表面，第一和第二容器在第一和第二表面上能夠連接起來以形成一個組件。在插入環(huán)狀空間之前，兩個容器能夠在希望的位置中相對于彼此結(jié)合在一起，因此它們可以在一個工作步驟中被以結(jié)合狀態(tài)引入到環(huán)狀空間中。在該實(shí)施例中，進(jìn)一步簡化了根據(jù)本發(fā)明的集熱管的生產(chǎn)。在優(yōu)選的另外的發(fā)展例，集熱管具有縱軸，第一表面和第二表面相對于該縱軸徑向地延伸，也就是，第一表面的法向矢量和第二表面的法向矢量平行于該縱軸延伸。在這一增強(qiáng)布置中，從工藝制造的角度，兩個容器能夠具體簡單地彼此結(jié)合，且具體地能夠設(shè)置兩個容器，使之具有相同的尺寸，因此只需要制造一種容器形狀，這進(jìn)一步簡化制造成本。這里，需要注意的是，用于保護(hù)氣體的容器必須以氣密的方式封閉，從而用于吸氣材料的容器必須制造成以便釋放的氫能夠被良好地儲存在環(huán)狀空間中的吸氣材料上。另外，根據(jù)本發(fā)明的集熱管的某一優(yōu)選實(shí)施例的特征在于第一表面和第二表面相對于縱軸同軸地延伸，也就是第一表面和第二表面的法向矢量垂直于縱軸延伸。在該實(shí)施例中，例如，被填充保護(hù)氣體的杯形的第一容器能夠插入到被填充吸氣材料的第二容器中。由于該實(shí)施例中的兩個容器具有不同的容積，該情況例如能夠用以將更多吸氣材料引 入到環(huán)狀空間中，由此提聞對游尚氧的吸收能力并且還提聞了集熱管的使用壽命。根據(jù)本發(fā)明的集熱管的某一有利實(shí)施例中，第一容器構(gòu)造成第一環(huán)段且第二容器制造成第二環(huán)段，且它們可以被結(jié)合到一起形成封閉環(huán)。例如，還可以通過環(huán)段的尺寸設(shè)定使第一容器的容積相對于第二容器的容積的比適合相應(yīng)的集熱管的具體特征，以將更多的吸氣材料引入環(huán)形空間中。如果確認(rèn)更大體積的保護(hù)氣體是有益的，該構(gòu)造也可以用結(jié)構(gòu)上簡單的方式加以考 慮。本發(fā)明的某一優(yōu)選實(shí)施例的特征在于第一容器具有一個或者更多個第一環(huán)段，并且第二容器具有一個或者更多個第二環(huán)段，其能夠在環(huán)形空間中被彼此獨(dú)立地固定到位。在該實(shí)施例中，第一或第二環(huán)段以及第一和第二容器均不被一個在另一個之下地結(jié)合。由此，吸氣材料以及惰性氣體能夠分布到若干環(huán)段上。這樣，被填充吸氣材料的環(huán)段的數(shù)目不需要等于被填充惰性氣體的環(huán)段的數(shù)目?？蓪?shí)現(xiàn)更靈活的布置；此外，可簡單地依據(jù)應(yīng)用情況來采用所需要的吸氣材料和惰性氣體的量。第一環(huán)段和第二環(huán)段優(yōu)選地構(gòu)造成半環(huán)。在該實(shí)施例中，可通過對封閉環(huán)的對中分開而以特別簡單的方式生產(chǎn)環(huán)段，因此這里能夠以低成本進(jìn)行制造，并且沒有大量的下廢品。在某一具體的優(yōu)選實(shí)施例中，集熱管具有面向收集器反射鏡的一個半部和背對收集器反射鏡的一個半部，第二容器設(shè)置在背對收集器反射鏡的半部中。在太陽能收集器工作期間，由于金屬管遮光，集熱管的背對收集器反射鏡的半部中的溫度低于面向收集器反射鏡的半部中的溫度。吸氣材料吸收游離氫的吸收能力隨著溫度下降而增大。因此，將第二容器布置在背對收集器反射鏡的半部中的布置使得環(huán)狀空間能夠在更長時間內(nèi)保持無游離氫，因此環(huán)狀空間中的壓力以及穿過環(huán)狀空間的熱傳導(dǎo)僅更遲增加。結(jié)果，使得太陽能收集器能夠運(yùn)行更長的時間，并且集熱管的最大效率或使用壽命增加。通過突出部分，能夠簡單地在制造過程中確定容器在環(huán)狀空間中的位置，因此，例如，確保第二容器也被設(shè)置在集熱管的背對收集器反射鏡的半部中。為此，容器具有相應(yīng)的凹槽，該相應(yīng)的凹槽被構(gòu)造成使得一個凹槽適于配合僅一個突出部分，從而明確設(shè)定第一和第二容器相對于外部環(huán)的布置。優(yōu)選地，過渡元件具有第一直徑的第一區(qū)域和第二直徑的第二區(qū)域。過渡元件通常焊接到外部環(huán)。焊接所需的熱輸入導(dǎo)致過渡元件向外弓起。其原因在于過渡元件的長度方向上的熱膨脹。結(jié)果，使得過渡元件和套管之間的連接承受載荷并且可能被損壞。過渡元件通過上述兩個不同的直徑得以強(qiáng)化，從而減少了焊接期間作用在與套管連接的連接部上的載荷。由此連接被保護(hù)并且不被損壞。外部環(huán)被構(gòu)造成使得其能夠毫無問題地承受熱輸入引起的長度方向上的膨脹。 優(yōu)選地，外部環(huán)由不銹鋼組成，并且過渡元件由科瓦鐵鎳鈷合金(kovar )組成。科瓦鐵鎳鈷合金是一種鐵-鎳-鈷合金。使用的科瓦鐵鎳鈷合金的熱膨脹系數(shù)能夠適合于用于套管的玻璃的熱膨脹系數(shù)，從而在太陽能收集器的工作期間以及在集熱管的制造過程中，當(dāng)過渡元件被焊接到外部環(huán)時，熱量的釋放所引起的長度方向上的膨脹不會不利地相互影響。將不銹鋼用于外部環(huán)簡化了與彈簧波紋管的焊接。根據(jù)DIN 17745，科瓦鐵鎳鈷合金也指定為I. 3981。本發(fā)明的另一方面涉及用于將保護(hù)氣體引入到集熱管的環(huán)狀空間中的裝置，該裝置包括如上所述的集熱管，確定套管的溫度值的溫度測量單元，用于將已經(jīng)確定的套管的溫度值與可選擇的臨界溫度值進(jìn)行比較的比較單元，以及能夠被比較單元致動以釋放出口從而將保護(hù)氣體弓I入到環(huán)狀空間中的打開單元。通過此裝置，可以自動地監(jiān)控太陽能收集器，并且具體地，可以在滿足或不再滿足具體的條件時，執(zhí)行保護(hù)氣體到環(huán)狀空間中的引入。
在該情況中，一種情況是套管的溫度值超過能夠選擇的臨界值。如果[al]該情況發(fā)生，則表示穿過環(huán)狀空間的熱傳導(dǎo)已經(jīng)增加并且由此在套管上存在熱損失。因此，現(xiàn)在應(yīng)將保護(hù)氣體引入到環(huán)狀空間中以使熱損失再次最小化。溫度測量單元的提供能夠采用引入在套管上的溫度傳感器的形式，或者采用熱成像照相機(jī)的形式。具體地，熱成像照相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠用熱成像照相機(jī)監(jiān)測多個套管的溫度，而不需要在每個套管上引入單獨(dú)的溫度傳感器和必須將其連接到比較單元。熱成像照相機(jī)提供的圖像能夠由專用圖像分析軟件解析，以便能夠確定所探測到的全部套管的溫度值并將其引入到比較單元。比較單元能夠在確定的溫度值和針對每個套管的臨界溫度 值之間進(jìn)行比較，并且根據(jù)每種情況的比較結(jié)果，能夠致動打開單元以釋放出口。通過該裝置，確保了對集熱管的連續(xù)監(jiān)控，不需要專門的維護(hù)人員。另外，確保了保護(hù)氣體在相同狀態(tài)下被引入到所有集熱管的環(huán)狀空間中，從而太陽能收集器不會不必要地在低于它們固有的可實(shí)現(xiàn)效率的情況下較長時間運(yùn)行。本發(fā)明的另一個方面涉及用于將保護(hù)氣體引入到集熱管的環(huán)狀空間中的方法，其包括以下步驟-通過溫度測量單元確定套管的溫度值，-通過比較單元比較已經(jīng)確定的套管的溫度值與可選擇的臨界溫度值，以及-當(dāng)確定的溫度值超過臨界溫度值時，致動打開單元、釋放出口并且將保護(hù)氣體引入到環(huán)狀空間中。根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選以所標(biāo)示的順序執(zhí)行，但是也可想到其它的順序。該方法的優(yōu)點(diǎn)與針對根據(jù)本發(fā)明的用于將保護(hù)氣體引入到集熱管的環(huán)狀空間中的相應(yīng)的裝置所討論的那些一致。此外，另一個方面涉及太陽能收集器，其包括收集器反射鏡和根據(jù)權(quán)利要求I到19中一項(xiàng)的集熱管。根據(jù)本發(fā)明的太陽能收集器的另一個實(shí)施例還包括根據(jù)權(quán)利要求20的用于將保護(hù)氣體引入到集熱管的環(huán)狀空間中的裝置?，F(xiàn)在將基于實(shí)施例的優(yōu)選示例參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。


圖I示出了太陽能收集器的示意圖，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的集熱管的實(shí)施例的第一示例的半剖視圖，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的集熱管的實(shí)施例的第二示例的半剖視圖，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的集熱管的實(shí)施例的第三示例的剖視圖，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的集熱管的實(shí)施例的第四示例的半剖視圖，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的集熱管的實(shí)施例的第五示例的半剖視圖，圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的集熱管的實(shí)施例的第六示例的半剖視圖，圖8示出了用于將保護(hù)氣體引入到集熱管的環(huán)狀空間中的裝置的示意圖，圖9示出了過渡元件的單獨(dú)示意圖。圖10示出了沿圖5中限定的平面A-A截取的穿過根據(jù)本發(fā)明的第一容器和根據(jù)本發(fā)明的第二容器的實(shí)施例的第一示例的剖視圖，以及圖11示出了沿圖5中限定的平面A-A截取的穿過根據(jù)本發(fā)明的第一容器和根據(jù)本發(fā)明的第二容器的實(shí)施例的第二示例的剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖I示出了已知類型的太陽能收集器10。太陽能收集器10包括收集器反射鏡12，其反射太陽能輻射14并將反射的太陽能輻射16引導(dǎo)到收集器管18上。收集器反射鏡12構(gòu)造成凹槽狀，以便其沿著聚焦線對反射的太陽能輻射產(chǎn)生聚焦，集熱管18的縱軸20延伸穿過聚焦線。集熱管18具有金屬管22和套管24。金屬管22涂有輻射吸收層且傳熱介質(zhì)流過金屬管22。套管24包圍金屬管22，從而在金屬管22和套管24之間形成環(huán)狀空間26。套管24典型地由玻璃組成?；谑占鞣瓷溏R12的凹槽狀構(gòu)造，集熱管18能夠被分成面向收集器反射鏡12的一個半部28和背對收集器反射鏡12的一個半部30。傳熱介質(zhì)的流動方向通過箭頭P指示。傳熱介質(zhì)通過流經(jīng)金屬管22將被反射的太陽能輻射16加熱。所能達(dá)到的溫度為大約400°C。被加熱的傳熱介質(zhì)被引入到此處未詳細(xì)示出的過程，在該過程中獲得電能。集熱管18的背對收集器反射鏡12的半部30通過混合的對流作用被冷卻，即通過自然對流作用和通過風(fēng)產(chǎn)生的強(qiáng)制對流作用被冷卻，這例如引起熱損失且因此不利地影響傳熱介質(zhì)的加熱過程。因此，嘗試盡可能減少從金屬管22向外的熱傳導(dǎo)，這借助于通過套管24形成的環(huán)狀空間26實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，在操作期間，環(huán)狀空間首先被抽空，然后可通過打開包含保護(hù)氣體的第一容器40被填充。抽空的環(huán)狀空間26和填充有保護(hù)氣體的環(huán)狀空間26兩者均具有減少的熱傳導(dǎo)，從而限制了熱損失。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的集熱管18的實(shí)施例的第一示例的半剖視圖。集熱管18具有膨脹平衡單元32，用于在太陽能收集器10的工作期間平衡套管的膨脹和金屬管的膨脹，實(shí)現(xiàn)環(huán)狀空間26的氣密密封。膨脹波紋管34平衡了由不同膨脹引起的在套管24和金屬管22之間的相對運(yùn)動。在該情況中，套管24的膨脹通過過渡元件36和外部環(huán)37傳遞到膨脹波紋管34，而金屬管22的膨脹通過連接元件38傳遞到膨脹波紋管34。外部環(huán)37通過焊接部39被連接到過渡元件36。集熱管包括填充有保護(hù)氣體的第一容器40。第一容器40通過保持裝置50固定到外部環(huán)37并且具有用封閉材料54封閉的出口 52。例如，金屬焊料62能夠被用作封閉材料54，其能夠在受到熱作用時熔化，從而釋放出口 52并且保護(hù)氣體被引入到環(huán)狀空間26中。具有小的導(dǎo)熱率的特征的惰性氣體，比如氬或氙或另一種惰性氣體，能夠用作保護(hù)氣體。例如，能夠通過打開單元67產(chǎn)生打開封閉材料54所需的熱。在該情況中，打開單元67能夠是能夠產(chǎn)生熱的任何合適的裝置，例如加熱燈或烙鐵。產(chǎn)生的熱通過保持裝置50傳導(dǎo)到第一容器40中，在此處，熱打開出口 52。圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明的集熱管18的第二實(shí)施例。除了第一容器40，此實(shí)施例中的集熱管18具有填充有吸氣材料的第二容器42，兩個容器均設(shè)置在環(huán)狀空間26中。第一容器40具有第一表面44并且第二容器42具有第二表面46，它們通過第一表面44和第二表面46可被結(jié)合在一起。在該情況中，第一和第二表面44,46的法向矢量N垂直于集熱管18的縱軸20延伸。在示出的示例中，容器40，42兩者均設(shè)計成封閉環(huán)或者中空柱體，第一容器40被插入到第二容器42中，從而它們形成一個組件48。組件48通過第二容器42之上的保持裝置50被結(jié)合于過渡元件36，并且由此在環(huán)狀空間26中被固定到位。替代地，組件48的尺寸可被構(gòu)造成使得組件48被施加到過渡元件36并且通過摩擦配合或形狀配合而被設(shè)置到位，而不再需要保持裝置50。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的集熱管18的實(shí)施例的第三示例的半剖視圖。其與實(shí)施例的第一示例的區(qū)別在于，第一和第二表面44、46的法向矢量N平行于集熱管18的縱軸20延伸。此外，沿縱軸20看，兩個容器40，42具有相同尺寸且一個設(shè)置在另一個后面。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的集熱管18的實(shí)施例的第四示例的剖視圖。這里，兩個容器40，42設(shè)計成具有相同尺寸的半環(huán)56或中空柱體(見圖10)。此外，第一容器40設(shè)置在集熱管18的面向收集器反射鏡12的半部28中且第二容器42設(shè)置在背對收集器反射鏡12的半部30中。圖6中所示的實(shí)施例的第五示例示出了集熱管18的面向收集器反射鏡12并且其中設(shè)有第一容器40的半部28。與實(shí)施例的上述示例不同，保持裝置50被用作焊點(diǎn)58，第 一容器40通過該焊點(diǎn)58被固定到外部環(huán)37。為此，外部環(huán)37具有突出到出口 52中的突出部分60。同時用于將第一容器40緊固到外部環(huán)37的金屬焊料62用作封閉材料54。此外，第一容器40的構(gòu)造類似于實(shí)施例的第三示例中的容器并且還結(jié)合于第二容器42 (這里未示出，見圖10)?？傊?，示例中示出的第一和第二容器40、42通過三個焊點(diǎn)58、58'、58"結(jié)合到外部環(huán)37 (見圖10);當(dāng)然，僅焊點(diǎn)58'同時還封閉第一容器40的出口 52。為了標(biāo)記該焊點(diǎn)58'且為了指示熱作用將在此位置處產(chǎn)生以釋放出口 52，外部環(huán)37在此位置處具有標(biāo)記64，這里設(shè)置為凹槽66的形式。如果焊點(diǎn)58'打開，第一和第二容器40、42仍然被焊點(diǎn)58"、58"'(見圖10)充分緊固。在圖7中所示的實(shí)施例的第六示例中，第一和第二容器40、42 (未示出)由保持裝置50緊固到過渡元件36。集熱管18具有用于釋放出口 52的打開單元67，其包括設(shè)置在環(huán)狀空間26外的電子線圈68、金屬盤或墊片70，該線圈感應(yīng)地加熱封閉材料54，而出口 52能夠打開。同樣，外部環(huán)37能夠設(shè)有用于標(biāo)記出口 52的凹槽66，電子線圈68通過該凹槽66能夠被引入到正確的位置中。在圖8中示意性地示出了用于將保護(hù)氣體引入到集熱管18的環(huán)狀空間26中的裝置72。這里，如圖7中所示地，裝置72包括集熱管18。裝置72還包括經(jīng)由電纜78彼此連接并且與打開單元67的電子線圈68相連的溫度測量單元74和比較單元76。還可以想到無纜線連接或無線連接。溫度測量單元74能夠設(shè)計成熱成像照相機(jī)或溫度傳感器的形式，并且確定套管24的溫度值。此溫度值被傳遞到比較單元76，比較單元76可設(shè)計成計算機(jī)的形式。該計算機(jī)將已經(jīng)確定的溫度值與能夠輸入到比較單元76中的可選擇的臨界溫度值比較。如果已經(jīng)確定的溫度值超過臨界溫度值，則比較單元76致動打開單元67的電子線圈68，從而打開第一容器40且保護(hù)氣體被引入集熱管18的環(huán)狀空間26中。在圖9中單獨(dú)示出過渡元件36。過渡元件36具有第一直徑(I1的第一區(qū)域84和第二直徑(12的第二區(qū)域86。由于過渡元件36的這一構(gòu)造，將實(shí)現(xiàn)提高的剛性，從而減小由于在太陽能收集器10的工作期間以及在將過渡元件36焊接到外部環(huán)37時的熱輸入引起的作用在過渡元件36和套管24之間的連接部上的應(yīng)力。
在圖10和圖11中示出了沿圖5中限定的剖切面A-A截取的第一和第二容器40，42的不同實(shí)施例的示例的截面圖。兩個容器40，42的橫截面沿著圖2到圖7的剖切面能夠是圓形或多邊形。這里，被設(shè)計成第一環(huán)段80的第一容器40和被設(shè)計成第二環(huán)段82的第二容器42在圖10中被示出為兩個半環(huán)56，該兩個半環(huán)56具有相同尺寸并且一起形成封閉的環(huán)88。還可想到其它實(shí)施例，例如，使第一環(huán)段80形成四分之一環(huán)，并且第二環(huán)段82構(gòu)造成四分之三環(huán)。還可分成多于兩個的容器或多于兩個的環(huán)段。圖11中示出了當(dāng)?shù)谝蝗萜?0和第二容器42每個均形成為半環(huán)56并且形成第一環(huán)段80和第二環(huán)段82但不連接在一起時的情況。由此，它們中的每一個必須在環(huán)狀空間26被分別地固定到位。基于若干優(yōu)選實(shí)施例的示例詳細(xì)描述了本發(fā)明。根據(jù)本說明書對于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的修改和變型不偏離作為本發(fā)明基礎(chǔ)的構(gòu)思并且被包含在由所附權(quán)利要求書限定的保護(hù)范圍內(nèi).附圖標(biāo)記列表10太陽能收集器12收集器反射鏡14太陽能輻射16反射的太陽能輻射18集熱管20 縱軸22金屬管24 套管26環(huán)狀空間28集熱管的面向收集器反射鏡的半部30集熱管的背對收集器反射鏡的半部32膨脹平衡單元34膨脹波紋管36過渡元件37外部環(huán)38連接元件39焊接部40第一容器42第二容器44第一表面46第二表面48 組件50保持裝置52 出口54封閉材料56 半環(huán)、
58焊點(diǎn)60突出部分62金屬焊料64 標(biāo)記66凹槽67打開單元68電子線圈70金屬盤或墊片 72用于將保護(hù)氣體引入到集熱管的環(huán)狀空間中的裝置74溫度測量單元76比較單元78電纜80第一環(huán)段82第二環(huán)段84第一區(qū)域86第二區(qū)域88封閉環(huán)Cl1第一直徑d2第二直徑N法向矢量
權(quán)利要求
1.一種集熱管，所述集熱管具體地用于太陽能熱電站中的具有至少一個收集器反射鏡(12)的太陽能收集器(10)，所述集熱管包括 -金屬管(22)，所述金屬管(22)用于傳導(dǎo)和加熱傳熱介質(zhì)， -套管(24)，所述套管(24)包圍所述金屬管(22)以便形成能夠抽空的環(huán)狀空間(26)， -第一容器(40)，所述第一容器(40)設(shè)置在所述環(huán)狀空間(26)中且被填充保護(hù)氣體，所述第一容器(40 )具有出口( 52 )，所述出口( 52 )由封閉材料(54 )封閉，所述封閉材料(54 )在外部作用下釋放所述出口(52)，以將保護(hù)氣體引入到所述環(huán)狀空間(26)中，其中能夠通過打開單元(67)施加所述外部作用，所述打開單元能夠被致動以釋放所述出口(52);以及 -外部環(huán)(37)和過渡元件(36)，所述外部環(huán)(37)和所述過渡元件(36)包圍所述金屬管(22)以密封所述環(huán)狀空間(26)， 其特征在于，通過保持裝置(50)將所述第一容器(40)在所述環(huán)狀空間(26)中固定到位，所述保持裝置(50)設(shè)置在所述外部環(huán)(37)上和/或所述過渡元件(36)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集熱管，其特征在于，所述外部作用是熱作用。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的集熱管，其特征在于，所述出口(52)能夠被感應(yīng)地加熱，并且所述打開單元(67)包括電子線圈(68)以及金屬盤或墊片(70)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的集熱管，其特征在于，所述保持裝置(50)包括一個或更多個金屬焊料(62 )形成的焊點(diǎn)(58 )。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的集熱管，其特征在于，所述封閉材料(54)由金屬焊料(62)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集熱管，其特征在于，所述焊點(diǎn)(58)中的至少一個焊點(diǎn)還封閉所述出口(52)，以將所述第一容器(40)在所述環(huán)狀空間(26)中固定到位。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的集熱管，其特征在于，還包括第二容器(42)，其被填充約束游離氫的吸氣劑材料并且被設(shè)置在所述環(huán)狀空間(26)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集熱管，其特征在于，所述第二容器(42)在所述環(huán)狀空間(26)中通過所述保持裝置(50)被固定到位。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8中一項(xiàng)所述的集熱管，其特征在于，所述外部環(huán)(37)具有一個或更多個突出部分(60)，所述突出部分(60)突出到所述環(huán)狀空間(26)中，以定位所述第一容器(40)和/或所述第二容器(42)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集熱管，其特征在于，所述突出部分(60)中的一個突出部分突出到所述第一容器(40)的所述出口(52)中并且設(shè)有識別所述出口(52)的標(biāo)記(64)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中一項(xiàng)所述的集熱管，其特征在于，所述第一容器(40)和所述第二容器(42)構(gòu)造成環(huán)形且包圍所述金屬管(22)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的集熱管，其特征在于，所述第一容器(40)具有第一表面(44 )并且所述第二容器(42 )具有第二表面(46 )，所述第一和第二容器(40, 42 )能夠通過所述第一表面(44)和第二表面(46)而結(jié)合成一個組件(48)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的集熱管，所述集熱管(18)具有縱軸(20)，其特征在于，所述第一表面(44)和所述第二表面(46)相對于所述縱軸(20)徑向地延伸。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的集熱管，所述集熱管(18)具有縱軸(20)，其特征在于，所述第一表面(44)和所述第二表面(46)平行于所述縱軸(20)延伸。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中一項(xiàng)所述的集熱管，其特征在于，所述第一容器(40)構(gòu)造成第一環(huán)段(80)并且所述第二容器(42)構(gòu)造成第二環(huán)段(82)，并且所述第一環(huán)段(80)和所述第二環(huán)段(82)能夠結(jié)合在一起形成封閉環(huán)(88)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至14中一項(xiàng)所述的集熱管，其特征在于，所述第一容器(40)具有一個或者更多個第一環(huán)段(80)并且第二容器(42)具有一個或更多個第二環(huán)段(82)，所述第一環(huán)段(80)和第二環(huán)段(82)能夠在所述環(huán)形空間(26)中彼此單獨(dú)地固定到位。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的集熱管(18)，其特征在于，所述第一環(huán)段(80)和所述第二環(huán)段(82 )構(gòu)造成半環(huán)(56 )。
18.根據(jù)權(quán)利要求7至17中一項(xiàng)所述的集熱管，其中所述集熱管(18)具有面向所述收集器反射鏡(12)的半部(28)和背對所述收集器反射鏡(12)的半部(30)，其特征在于，所述第二容器(42)設(shè)置在背對所述收集器反射鏡(12)的所述半部(30)中。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的集熱管，其特征在于，所述過渡元件(36)具有帶直徑(dl)的第一區(qū)域和帶直徑(d2)的第二區(qū)域，以減小熱膨脹。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的集熱管，其特征在于，所述外部環(huán)(37)由不銹鋼組成，并且所述過渡元件(36)由科瓦鐵鎳鈷合金組成。
21.一種裝置，該裝置用于將保護(hù)氣體引入到集熱管(18)的環(huán)狀空間(26)中，所述裝置包括 -根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的集熱管(18)， -溫度測量單元(74)，所述溫度測量單元(74)用于確定套管(24)的溫度值， -比較單元(76)，所述比較單元用于比較已經(jīng)確定的套管(24)的所述溫度值與可選擇的臨界溫度值，以及 -打開單元(67)，所述打開單元能夠通過所述比較單元(76)致動以釋放出口，從而將保護(hù)氣體引入到所述環(huán)狀空間(26)中。
22.將保護(hù)氣體引入到集熱管(18)的環(huán)狀空間(26)中的方法，所述方法包括以下步驟 -通過溫度測量單元確定套管(24)的溫度值， -通過比較單元(76)比較已經(jīng)確定的套管(24)的所述溫度值與可選擇的臨界溫度值，以及 -當(dāng)已經(jīng)確定的所述溫度值超過所述臨界溫度值時，致動打開單元(67)并且釋放出口(52)，將保護(hù)氣體引入到所述環(huán)狀空間(26)中。
23.太陽能收集器，包括 -收集器反射鏡(12)，以及 -根據(jù)權(quán)利要求I至20中一項(xiàng)所述的集熱管(18)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的太陽能收集器，還包括根據(jù)權(quán)利要求21所述的用于將保護(hù)氣體引入到集熱管(18)的環(huán)狀空間(26)中的裝置(72)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集熱管，該集熱管具體用于太陽能熱電站中的具有至少一個收集器反射鏡(12)的太陽能收集器(10)，所述集熱管包括用于載運(yùn)和加熱傳熱介質(zhì)的金屬管(22)；套管(24)，所述套管(24)包圍金屬管(22)以便形成能夠被抽空的環(huán)狀空間(26)；第一容器(40)，所述第一容器設(shè)置在所述環(huán)狀空間(26)中且被填充保護(hù)氣體，其中第一容器(40)包括由封閉材料(54)封閉的出口(52)，所述封閉材料在外部作用下釋放出口(52)，以便將保護(hù)氣體引入到所述環(huán)狀空間(26)中，其中外部作用能夠由能夠被致動用以釋放開口(52)的打開單元(67)施加；以及外部環(huán)(37)和過渡元件(36)，所述外部環(huán)(37)和過渡元件(36)包圍金屬管(22)，以便密封所述環(huán)狀空間(26)。所述第一容器(40)在所述環(huán)狀空間(26)中通過保持裝置(50)固定，其中所述保持裝置設(shè)置在外部環(huán)(37)上和/或過渡元件(36)上。
文檔編號F24J2/07GK102639945SQ201080054986
公開日2012年8月15日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者托馬斯·庫克爾科恩 申請人:肖特太陽能控股公司