用于輸送熔鹽的管路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于輸送熔鹽的管路，其具有相對于所存在的溫度穩(wěn)定的管壁。在管路（5）的內(nèi)部中延伸有用于加熱的導熱體（21），其中，所述導熱體（21）優(yōu)選不貼靠在所述管路（5）的內(nèi)壁上。
【專利說明】用于輸送熔鹽的管路
[0001]本發(fā)明基于一種用于輸送熔鹽的管路，其具有相對于所存在的溫度穩(wěn)定的管壁。
[0002]例如在太陽能發(fā)電設備、特別是是拋物面槽式太陽能發(fā)電設備中使用被熔鹽流經(jīng)的管路。在此，管路連接成用于在太陽能發(fā)電設備中獲取太陽能的網(wǎng)路。在這種太陽能發(fā)電設備中，太陽的輻射能借助于拋物面鏡被集中到接收器上。拋物面鏡和接收器的組合被稱為集流器。一列集流器串聯(lián)成太陽能環(huán)路。由接收器獲取的輻射能被傳遞至載熱流體。目前，特別是使用聯(lián)苯/聯(lián)苯醚混合物作為載熱流體，但是，該混合物由于其大約400°C的分解溫度而在最大工作溫度方面受限。為了獲得能夠?qū)崿F(xiàn)較高效率的較高工作溫度，需要使用其他載熱流體。為此，特別是使用熔鹽，例如所謂的太陽鹽60，其是一種由硝酸鈉和硝酸鉀以60:40的比例組成的混合物。
[0003]但是，熔鹽的缺點是，它們具有高熔點。硝酸鈉/硝酸鉀混合物例如熔合成共晶系統(tǒng)，這指的是在218°C的溫度下以56:44的混合比例的情況。如在太陽能發(fā)電設備中存在的長的管路網(wǎng)路中，難以使具有高熔點的熔鹽可靠地工作。熔鹽在管路系統(tǒng)中的凝固會造成大的經(jīng)濟損失。這種損失的原因例如為熔鹽在熔化時的大的體積膨脹。這存在使配件和管路被壓開和被嚴重損壞的風險。
[0004]如果熔鹽凝固，則可存在體積收縮，體積收縮可能根據(jù)管路連接和運行狀態(tài)導致不同的固化狀態(tài)，熔鹽的凝固基本上在太陽能發(fā)電設備停止運行時、即在日照時間之外發(fā)生。熔鹽的凝固通常會在管路中產(chǎn)生真空氣泡，所述氣泡或多或少地會聚成更大的單元。在再熔時，如果在具有體積膨脹的熔化部位與真空區(qū)域之間存在大的空間距離，則不能實現(xiàn)足夠的體積補償以降低所出現(xiàn)的壓力。
[0005]為了防止熔鹽凝固，目前常規(guī)做法是在長時間停止運行期間清空管路系統(tǒng)。替代地并且可能的是，加熱管路系統(tǒng)。為此，例如可以使用電能或者使用來自可用的熱存儲器的熱量。如果使用來自可用的熱存儲器的熱量，則通常經(jīng)由管路系統(tǒng)泵送熱的載熱流體。這種方法的缺點是:為此需要消耗大量的電能或熱能。
[0006]如果設置電加熱裝置，則目前通常通過沿管路鋪設高度耐溫的、礦物質(zhì)絕緣的電導熱體來實現(xiàn)該設置。但是，在如在拋物面槽式太陽能發(fā)電設備中所使用的太陽能接收器的情況下，不能應用這種技術，因為各接收器通過抽真空的玻璃罩非常良好地針對環(huán)境隔熱。因此，接收器目前被電加熱，即，管路系統(tǒng)本身在低電壓下被加載高強度的電流。但是，這具有如下缺點:在管路連接處會出現(xiàn)變化的傳遞電阻或者熱損。在具有高電阻的部位上存在增加的電加熱。而且存在產(chǎn)生不均勻加熱和局部溫度下降到低于被用作載熱介質(zhì)的鹽的熔化溫度的風險。
[0007]已知內(nèi)部導熱體并且其在例如斯堪的納維亞地區(qū)在水管路系統(tǒng)防凍方面具有廣泛的應用。在此，絕緣的電導熱體被松動地放置到被保護的管路系統(tǒng)中。在存在霜凍危險時，導熱體防止管路凍結(jié)。這種方法在熱技術上比從外部加熱更有效。但是，這種放置在管路中的導熱體不能夠應用到輸送熔鹽的管路。除了高得多的工作溫度和熔鹽的氧化條件以夕卜，水系統(tǒng)中的內(nèi)部導體在結(jié)凍時提供保護以免體積膨脹。但是，與此不同，熔鹽的體積膨脹不發(fā)生在結(jié)凍時而是發(fā)生在熔化時。[0008]特別是在投入運行之前必需加熱輸送鹽的管路系統(tǒng)。如果為此需要為管路系統(tǒng)本身加載電壓，則必需在太陽能發(fā)電設備投入運行之前將管路系統(tǒng)的總的鋼質(zhì)量加熱到明顯高于鹽熔點的溫度。為此需要大量的能量。
[0009]為了在沒有熔鹽發(fā)生固化的情況下操作具有長管路的太陽能發(fā)電設備，目前嘗試使用具有較低的熔點的鹽來替代太陽鹽。但是，這具有如下缺點:這種鹽具有較低的熱穩(wěn)定性并且使用范圍局限于500°C以下的溫度。這導致與太陽鹽相比較低的太陽能發(fā)電設備效率。
[0010]此外，必需將低熔點的載熱鹽保持在封閉的系統(tǒng)中，這導致另外的花費，因為必須在太陽能電池陣列中鋪設惰化裝置系統(tǒng)。惰化裝置特別是在使用含亞硝酸鹽的混合物作為載熱鹽時是必需的，因為亞硝酸鹽在空氣存在時會被氧氧化成硝酸鹽，并因此會不受控地提高鹽的固化。如果使用含鈣的鹽混合物，則鈣會與包含在空氣中的二氧化碳反應生成不可溶的碳酸鈣。
[0011]此外，可以通過加入元素鋰、銣和銫的硝酸鹽來降低太陽鹽的熔點。但是，這些鹽僅可小規(guī)模地獲得并且在經(jīng)濟方面不能以對于特別是具有熱存儲器的太陽能發(fā)電設備所需的量來使用。
[0012]本發(fā)明的目的是提供一種用于輸送熔鹽的管路，該管路允許使在管路中已固化的載熱鹽再熔，而不對管路造成損害。本發(fā)明的另一目的是通過降低載熱鹽的工作溫度來減小太陽能電池陣列在停止狀態(tài)下例如在夜間的熱耗。
[0013]該目的通過一種用于輸送熔鹽的管路實現(xiàn)，所述管路具有相對于所存在的溫度穩(wěn)定的管壁，用于加熱的導熱體在管路的內(nèi)部中延伸，所述導熱體優(yōu)選不貼靠在所述管路的內(nèi)壁上。
[0014]通過在管路的內(nèi)部使用導熱體可以使已固化的鹽沿著導熱體在管路內(nèi)部均勻地熔化，從而圍繞導熱體形成通道，熔化的鹽能夠經(jīng)由該通道被運走。由此避免由于熔鹽體積膨脹而在管路上施加過高的壓力。溫度沿著導熱體均勻分布還使得導熱體周圍的鹽在管路的總長度上同時熔化，并且因此也構(gòu)成通道，熔鹽能夠經(jīng)由該通道流動，并且由此能夠平衡壓力。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的、引導導熱體通過的管路特別是用在太陽能發(fā)電設備、例如拋物面槽式太陽能發(fā)電設備中。在這種發(fā)電設備中，管路通?；旧纤降匮由?，即具有小于5°、通常小于1°的坡度。
[0016]這種太陽能發(fā)電設備中的各管路分別具有無彎曲的區(qū)段，該區(qū)段具有至少長達100m、通常長達300m的長度。由于這種長直的區(qū)段，可以將導熱體鋪設到管中，而不必經(jīng)管彎部引導導熱體。
[0017]在一種優(yōu)選的實施方式中，導熱體偏心地布置在管中，其中，在以45°的最大坡度延伸的管路區(qū)段的情況下，導熱體在向下方向上(與管壁)的距離大于在向上方向上(與管壁)的距離。在管中偏心地鋪設導熱體避免了在溫度引起導熱體長度膨脹時產(chǎn)生的、兩個固定部位之間的導熱體下垂區(qū)域?qū)е聦狍w觸及管路的內(nèi)壁。在該下垂情況下，必需使導熱體與管路的內(nèi)壁不直接接觸。為了固定導熱體，例如可以使導熱體穿過被熔鹽流經(jīng)的管路中的環(huán)圈延伸。
[0018]在坡度大于45°的情況下，特別是在管路區(qū)段豎直延伸的情況下，優(yōu)選的是，導熱體在管路中央延伸。
[0019]為了避免由于高溫已在其長度方面伸長的導熱體被熔鹽攜帶走、特別是在流動方向上看時在管路開端處張緊，優(yōu)選的是，將絕緣體套在導熱體上并且將導熱體與絕緣體固定在環(huán)圈中。由此確保導熱體總是在相同的部位處被固定在環(huán)圈中。這避免了由于流動的熔鹽而使導熱體被拉過環(huán)圈。由此，能夠避免當導熱體又收縮時導熱體由于在冷卻時所出現(xiàn)的應力而破裂。導熱體的該收縮特別是在被攜帶走的部分在熔鹽固化時被固定在固化的鹽中并且導熱體不能再移動時會產(chǎn)生問題。
[0020]作為通過環(huán)圈固定導熱體的替代，也可以通過彈性的間隔件將導熱體固定在管內(nèi)部。在此，優(yōu)選特別是分別通過至少三個、優(yōu)選四個交叉地固定在導熱體上的間隔件將導熱體固定在管壁中。間隔件能夠例如通過螺栓被可釋放地固定在管壁上，或者通過焊接被不可釋放地固定在管壁上。但是，優(yōu)選的是，間隔件不與管壁連接。在這種情況下，除了環(huán)圈還通過間隔件將導體固定在管路內(nèi)部。
[0021]在另一替代的實施方式中，在導熱體上安裝有被懸掛到固定鉤中的圈，以將導熱體固定在管路中。設置這些圈實現(xiàn)了導熱體的固定，其中避免了導熱體被流動的熔鹽移動。圈在導熱體上的固定例如可以通過焊接實現(xiàn)。為此，例如可以將與導熱體焊接的套拉套在導熱體上并且在套上安裝圈。除了焊接在套上以外，也可以使用例如與導熱體夾固在一起
的夾套。
[0022]為了在鹽熔化時盡可能迅速地形成熔化的鹽能夠經(jīng)其流動的通道，優(yōu)選的是，將導熱體構(gòu)造為具有任何截面的管或通道的形式并且所述管或通道的壁設有開口，熔化的鹽能夠穿過所述開口流到構(gòu)造為管或者通道的形式的導熱體內(nèi)部并且在導熱體內(nèi)部被運送。
[0023]除了設有開口的實心外壁以外，替代地并且可能的是，例如將導熱體構(gòu)造為環(huán)形的針織物或者紡織物。在這種情況下，也在針織物或者紡織物的內(nèi)部構(gòu)成已經(jīng)熔化的鹽能夠經(jīng)其流動的空腔。
[0024]作為將導熱體構(gòu)造為在其內(nèi)部形成有熔鹽能夠經(jīng)其流動的通道的空心體的替代，也可以使導熱體具有至少一個在軸向方向上延伸的U形或者V形的凹部。鹽將首先在所述凹部中熔化，從而所述凹部形成熔化的鹽能夠經(jīng)其流動的通道。具有多于一個U形或者V形的凹部的導熱體例如可以具有星形截面。也可能的是，這種導熱體例如構(gòu)造為具有U形截面的通道的形式。
[0025]除了空心體或者具有至少一個U形或者V形凹部的導熱體以外，還可以例如設置實心的、以線網(wǎng)纏繞的電導體。在這種情況下，在線網(wǎng)之外形成圍繞導熱體的通道之前，熔化的鹽可以首先在線網(wǎng)中流動。
[0026]除了前面提到的可能性以外，當然也可以將導熱體構(gòu)造為實心的線或者繩的形式。導熱體還可以由導電性良好的材料、例如銅或者鋁形成，所述材料被耐腐蝕的套管包封。由此避免具有良好導電性的材料在流經(jīng)管路的鹽存在時被腐蝕，由此污染載熱鹽并且使其耐熱性喪失。
[0027]此外，也可以使用例如具有施以電流的芯和電絕緣部的傳統(tǒng)導體作為內(nèi)部導熱體，其中，附加地將耐腐蝕的套管安裝到電絕緣部上。在這種情況下，作為耐腐蝕的套管的保護性的金屬套管也可以用作用于電流的回流導體。替代地，也可以使用具有由高級鋼(Edelstahl (根據(jù)DIN標準EN10020))制成的外套管的雙芯組件。這種絕緣的導熱體也可以貼靠在管路的壁上。
[0028]如果使用剛性的導體、例如硬桿，則設置一個或者多個膨脹區(qū)域，以便能夠補償由于工作期間的溫度波動而引起的膨脹。使用剛性的導體的優(yōu)點在于，其與柔性導體相比在管路系統(tǒng)內(nèi)部需要較少的防止沿流動方向移位的保持裝置。
[0029]所述導體也可以由多個部段組成，例如每個接收器一個部段，所述區(qū)段在裝配時例如通過旋擰、焊接或者夾固相互導電連接。分部段的結(jié)構(gòu)還使得能夠設想通過切斷和重新連接更換列中的接收器。該連接必須構(gòu)造成實現(xiàn)足夠低的過渡電阻。
[0030]如果導熱體構(gòu)造成繩的形式，則將一個或者多個絞合線扭成繩。繩優(yōu)選為多股的。通過將絞合線扭成繩在繩的中心處形成已經(jīng)熔化的鹽能夠經(jīng)其流動并且因此能夠通過其平衡壓力的楔形通道。以絞合線扭成繩能夠產(chǎn)生在其中心處具有楔形通道的螺旋線圈。使用繩的另一優(yōu)點是，能夠容易地水平地補償熱膨脹。此外，可以通過繩的類型來調(diào)節(jié)導體的剛度，使得通過相應的扭絞，繩具有近乎于剛性導體的高硬度。這允許設置更少數(shù)量的、確保繩不在流動方向上移位的保持裝置。
[0031]扭成繩的絞合線可以采取線的形式，即，構(gòu)造為實心的，或者也可以構(gòu)造為管。如果絞合線構(gòu)造為管的形式并且不被高度導電的材料或者流動的載熱介質(zhì)填充，則絞合線分別優(yōu)選通過焊接在端部閉合。各管優(yōu)選被填充氣體例如空氣。管形絞合線中的氣體能夠提高在熔鹽中的上升力。這允許減小為了固定在管中心附近所需的彈性件的保持力。當管形絞合線的平均密度相應于熔鹽的1800kg/m3的密度時產(chǎn)生最小的下沉力。管形絞合線可以具有圓形截面或者非圓形截面。非圓形截面例如為卵形或者橢圓形截面。在非圓形截面的情況下，能夠使在鹽熔化時局部出現(xiàn)的升高的壓力被更好地彈性地吸收。此外，非圓形截面增大了楔形的截面積并且由此有利于楔形通道中的壓力補償流動。為了獲得非圓形截面，例如可以制造用于構(gòu)成絞合線的管并例如通過碾壓將其壓平。另一種以非圓形管構(gòu)造絞合線的可能性是腎形截面。該腎形截面例如通過在圓的成形芯軸上壓縮卷繞圓管獲得，由此在絞合線之間實現(xiàn)特別大的楔形通道。因為絞合線被容納在熔鹽中，因此有利的是，對機械地變形的部件進行無應力退火以使腐蝕介入的危險最小化。
[0032]在管形地構(gòu)造絞合線的情況下，也可以替代電加熱或者除了電加熱之外為了加熱而使用流經(jīng)管形管道的液態(tài)或者氣態(tài)的載熱介質(zhì)。
[0033]如果管路被用作拋物面槽式太陽能發(fā)電設備的太陽能電池陣列中的管路，則該管路通常包括處于內(nèi)部的、被熔鹽流經(jīng)的管和由玻璃制成的、處于外部的套管。內(nèi)部的管和由玻璃制成的、處于外部的套管之間的中間腔是抽真空的。內(nèi)部的管的表面通常構(gòu)造為吸收太陽輻射并且以這種方式被加熱。該熱則從處于內(nèi)部的管傳遞到流經(jīng)管的載熱介質(zhì)上。所述區(qū)域通常也被稱為接收器。
[0034]在太陽能發(fā)電設備中，管路通常U形地延伸，其中，管路的一個腿/分支與入口連接并且第二腿/分支與出口連接。管路的腿在通常至少IOOm的距離上、優(yōu)選在至少300m的距離上無彎曲地延伸。在與入口和出口對置的一側(cè)上，兩個腿相互通過跨接的管件連接。熔鹽則通過彎曲部流到該跨接件中并且從該彎曲部流到水平的構(gòu)成第二腿的第二管路中。在一種優(yōu)選實施方式中，用于流動轉(zhuǎn)向的管彎部分別具有沿所述管路的方向繼續(xù)的管路區(qū)段，其中，所述管路區(qū)段被封閉件封閉并且導熱體穿過管路區(qū)段的該封閉件延伸。為了在絕緣的導熱體工作時沒有電壓傳遞到所述管路上，通常通過穿過管路的封閉件的絕緣裝置引導導熱體。該絕緣裝置同時用于密封。
[0035]管路區(qū)段的封閉件例如可以構(gòu)造為封閉凸緣/盲凸緣。也可以使用任何承受在管路中出現(xiàn)的壓力的其他蓋件。但是優(yōu)選封閉凸緣。
[0036]無論導熱體的種類和形狀如何,優(yōu)選在導熱體的端部上安裝圓桿。該圓桿例如可以通過焊接連接，螺紋連接或者夾固連接與導熱體連接并且絕緣或者不絕緣地與管路連接。在此，該連接必須構(gòu)造為使得圓桿良好導電地與導熱體連接。如果管路區(qū)段的封閉件為封閉凸緣，則為了獲得例如電絕緣或者非絕緣的固定，圓桿在填充套結(jié)構(gòu)(密封套結(jié)構(gòu)，Stopfbuchs-konstruktion)中被引導和固定。為了在絕緣的導熱體的情況下防止電流傳導到管上，電絕緣地構(gòu)造填充套結(jié)構(gòu)的填充套包裝。該填充套包裝實現(xiàn)了圓桿與導熱體的進入管路中的絕緣套管之間的間隙。在該間隙上可以施加低至0.7V的電壓。盡管有該低電壓，但在該間隙中和在該間隙附近具有高的電場強度。當管路系統(tǒng)被導電熔鹽填充時，高的電場強度使得電流流向管路壁并且在管路壁上流動。
[0037]管路內(nèi)部的內(nèi)部導體在其進口處的例如通過封閉凸緣形成的完全電絕緣抑制不希望的電流。電絕緣例如可以在填充套的區(qū)域中或者在面密封裝置的區(qū)域中建立。如果使用面密封裝置，則還使用電絕緣的螺接裝置。
[0038]由于電絕緣的材料通常不耐受在管路內(nèi)部由于熔化的熔鹽而占主導的溫度，因此可以通過合適的隔熱材料來產(chǎn)生溫度梯度。例如，可在管路中的封閉凸緣的區(qū)域中包括用于隔熱的纖維材料。例如可以使用石英纖維紡織物作為所述纖維材料。固定在導熱體上的圓桿穿過電絕緣并耐高溫的、例如由陶瓷或者碳化娃制成的套延伸。在由陶瓷或者碳化娃制成的第一套上連接不必再耐受這么高的溫度的第二電絕緣套。例如聚四氟乙烯(PTFE)或者其他高溫塑料適合作為用于第二套的材料。兩個電絕緣套均被另一套包封，該另一套終止于凸緣中。該凸緣通過帶有第二凸緣的電絕緣裝置封閉。為了使圓桿通過封閉的凸緣，使用被密封裝置密封的填充套。由于所使用的絕緣材料，填充套區(qū)域中的溫度很低，從而使得密封裝置能夠由標準材料制造。
[0039]如果使管路中的固化的鹽熔化，導熱體在進口的區(qū)域中僅可產(chǎn)生少量的熱，以便不危及溫度梯度的形成。這例如可以如此實現(xiàn)，即，使導熱體在其進入到管路的區(qū)域中與在固有的加熱區(qū)域中相比具有較低的電阻。較低的電阻例如可以如此實現(xiàn)，即，使導熱體進入的圓桿構(gòu)造為與加熱區(qū)域中的導熱體相比具有較大的直徑。附加地和替代地，導熱體在進入管路的區(qū)域中包含具有特別好的導電性的材料，以避免導熱體在進入管路的區(qū)域中的加熱。合適的具有良好導電性的材料例如為銅或者鋁。在此，導熱體在進口的區(qū)域中可以完全地或者部分地由具有良好導電性的材料制成。例如可將進口區(qū)域中的導熱體設計成包含實心的銅芯。
[0040]作為圓桿的替代，也可以使用具有任意其他截面的桿。但是，優(yōu)選圓桿。
[0041]內(nèi)部導體也可以被不絕緣地安裝到管路系統(tǒng)中。在這種情況下，進口處可不包括任何絕緣措施。這在例如太陽能環(huán)路的各管路區(qū)段不通過凸緣連接裝置相互連接而是相互焊接時特別有利。此時不再能夠通過各管路區(qū)段的絕緣來控制整個管路的電阻。如果導熱體不相對于相互焊接的管路區(qū)段電絕緣，則在施加電壓時，電流流經(jīng)各管路區(qū)段和內(nèi)部導體的比例正比于管路的電導率與導熱體的電導率之比。相應于該比例在管路和在導熱體上產(chǎn)生熱。通過選擇足夠大的導熱體截面和選擇用于導熱體的具有非常好的導電性的材料、例如銅或者鋁，可以使導熱體的電阻減小并且電導率增加到如下的程度，即，使得電流被足夠強地引入到內(nèi)部導體中，并且熱的形成以如下的程度被集中到設置在管路內(nèi)部的導熱體上，即，使得內(nèi)部導熱體與管路相比被更快地加熱。內(nèi)部導體的更快的加熱的傳導需要管路通常具有比內(nèi)部導體明顯更大的質(zhì)量以及因此具有明顯更大的熱容。
[0042]在具有不絕緣的導熱體的這種布置結(jié)構(gòu)中，在整個管路上不產(chǎn)生導熱體與管路之間的電勢差。管路可相對于承載管路的設備框架電絕緣。
[0043]為了使導熱體不被流經(jīng)管路的熔鹽損壞，導熱體優(yōu)選由相對于所使用的鹽、特別是相對于硝酸鹽耐腐蝕的材料制成。替代地，可與如前面已經(jīng)說明的為導熱體設置耐腐蝕的套管。如果導熱體由耐腐蝕的材料制成，則特別適合使用高級鋼，例如優(yōu)選Stl.4571和Stl.4541型鋼，但是也可以是Stl.4301或者基于鎳的鋼如St2.4856。
[0044]如果使用高級鋼，例如Stl.4571，則首先在導熱體上形成鈍化的、防止腐蝕的、大約15 μ m厚的金屬氧化物層/金屬硝酸鹽層，該層對電流產(chǎn)生相當大的電阻。該保護層的電阻有助于對導熱體系統(tǒng)的電勢的控制。即使傳導鹽上的小的電壓也能夠觸發(fā)導致腐蝕性沉積的電極過程。該電極過程可以從一確定的極限電壓開始。防止腐蝕的保護層通過過壓產(chǎn)生保護并且因此提高系統(tǒng)的分解電壓。
[0045]在管路內(nèi)部使用導熱體允許操作保持在管路中所使用的載熱介質(zhì)的高熔點之上。這使得也可使用鹽混合物作為載熱介質(zhì)，該鹽混合物與之前所討論的鹽混合物相比具有較高的熔點。例如可以使用硝酸鹽混合物，其包含硝酸鈉作為主要成分。這具有如下優(yōu)點:能夠很大程度上節(jié)省能用于生產(chǎn)鉀肥的鉀儲備。所謂的“太陽鹽60”目前包含按重量計60%的硝酸鈉和按重量計40%的硝酸鉀。硝酸鈉在鹽中的份額可提高到按重量計80%或者甚至超過按重量計90%及更高。鹽的熔點相應地從在按重量計40%的硝酸鉀和按重量計60%的硝酸鈉的混合物的情況下的235°C升高到在按重量計80%的硝酸鈉和按重量計20%的硝酸鉀的混合物的情況下的273°C和在按重量計90%的硝酸鈉和按重量計10%的硝酸鉀的混合物的情況下的293°C。在使用純硝酸鈉的情況下熔點為306°C。
[0046]除了熔鹽的化學計量成分以外，內(nèi)部導體與熔鹽結(jié)合具有很大優(yōu)點。固化的、高熔點的晶體比周圍的熔鹽比重大并且沉向管路的底部。大晶粒的下沉速度大于小晶粒的下沉速度。可以想象晶粒在管壁上的附著和其覆蓋，但是，在絕緣良好的管中迄今沒有觀察到這種情況。在管的彎曲部，高熔點的晶粒在較低的位置處分離。在此，這種分離的程度取決于管路絕緣的質(zhì)量。非常好地絕緣的、熔化物在長時間范圍內(nèi)緩慢地固化的管路與不那么好地絕緣的管路相比會表現(xiàn)出更大的分離。
[0047]但是，下沉的、高熔點的晶粒不能完全排除低熔點的熔化物。更確切地說，在管路較低區(qū)域中存在大量的高熔點晶粒，但是在它們的間隙處還存在低熔點的物質(zhì)。在完全固化時形成由具有不同熔化溫度的晶粒組成的不勻質(zhì)的混合物。
[0048]在加熱這種混合物時，具有低熔點的晶粒首先熔化。所產(chǎn)生的熔化物首先完全浸潤具有較高熔化溫度的晶粒的組合物。在此，所產(chǎn)生的兩相混合物起先幾乎不喪失其任何機械穩(wěn)定性。僅當進行支承的晶粒的組合物的具有較高的熔化溫度的部分熔化時，該混合物才轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀玫男问?。對于在太陽能發(fā)電設備中的應用，這意味著具有在其中具有固化的熔鹽的管路必須在能夠達到無害的可泵性之前被加熱超過預期的熔點(在太陽鹽60的情況下為242°C)。[0049]通過含有高比例硝酸鈉的晶粒的選擇性結(jié)晶以及其下沉到管路的較低區(qū)域中，處于上部的剩余熔化物在硝酸鈉含量方面被貧化。這種貧化一直持續(xù)到在熔化物中達到共晶濃度比例。剩余熔化物則以這種濃度比例在管路系統(tǒng)的上部區(qū)域中固化。
[0050]通過在管路內(nèi)部使用導熱體，經(jīng)濟并可靠地實現(xiàn)了這種固化結(jié)構(gòu)的熔化。
[0051]特別是在水平的管路線路的情況下，可以將導熱體有目的地放置在管路的上部區(qū)域中。在該處，導熱體被具有增加的比例的并具有低熔化溫度的晶粒、即共晶系統(tǒng)的晶粒的混合物圍繞。此外，在管路的上部區(qū)域中會出現(xiàn)大量空腔。在該處能夠以相對簡單的方式實現(xiàn)可能降低在加熱時產(chǎn)生的水平壓力差的熔化物通道。
[0052]由于例如如前所述的太陽鹽60的固化結(jié)構(gòu)，幾乎不可能限定鹽混合物中的熔鹽的有意義的熔點。例如，熔化在221°C的溫度下已經(jīng)開始，但是，最后的晶體在高于280°C的溫度時才消失。
[0053]因為管路通常除了固有的管路區(qū)段以外還包含配件，例如閥，還必需相應地加熱閥，以確保其功能并且在熔鹽熔化膨脹時不使其損壞。為了加熱閥，例如可以直接由內(nèi)部導熱體從內(nèi)向外加熱靜態(tài)封閉元件的區(qū)域，由此使閥中的鹽熔化。在此，導熱體從閥的兩側(cè)直接連接到靜態(tài)封閉元件上。如果在該處需要電阻匹配，可以圍繞該靜態(tài)封閉元件鋪設以環(huán)的形式的良好導電體。在此，該環(huán)優(yōu)選以如下方式裝配到閥體中，即，該環(huán)不削弱閥結(jié)構(gòu)的承載部件。通過針對閥體電絕緣，導熱體的被釋放的熱集中到閥座上。替代地，也可由具有非常好的導電性的材料、例如銅來制成該環(huán)。閥中的加熱環(huán)優(yōu)選在其電阻值方面與導熱體的值匹配。在此，該環(huán)構(gòu)成導熱體的在閥區(qū)域中的部分。除了使用閥以外，例如在瓣閥或者滑閥的情況下，還可以使用具有其他配件的類似結(jié)構(gòu)。在此，該環(huán)分別具有熔鹽經(jīng)其流動的套管的幾何形狀。
[0054]本發(fā)明的實施例在附圖中示出并且在以下說明中進一步闡明。
[0055]在附圖中:
[0056]圖1示出拋物面槽式太陽能發(fā)電設備的太陽能電池陣列的示意圖，
[0057]圖2示出具有凝固的熔鹽的管路區(qū)段，
[0058]圖3示出具有在其中固化的太陽鹽60的管路的剖切面，
[0059]圖4示出太陽能環(huán)路中的導熱體的示例性走向，
[0060]圖5示出在其中延伸有導熱體的管路區(qū)段，
[0061]圖6示出經(jīng)過管的流動對不固定的導熱體的影響，
[0062]圖7示出導熱體與絕緣體在環(huán)圈中的固定，
[0063]圖8示出導熱體與圈在鉤上的固定，
[0064]圖9示出在固化的鹽中形成的沿著導熱體的通道
[0065]圖10示出導熱體在用于流動轉(zhuǎn)向的管彎部的區(qū)域中的固定
[0066]圖11示出內(nèi)部導體在具有180°彎曲的端部件處的設置，
[0067]圖12示出彎折90°的管路的替代方式
[0068]圖13示出具有多個部段的管路區(qū)段的截面，
[0069]圖14示出導熱體和管壁之間的寄生電流的走向，
[0070]圖15A至15E示出不同導熱體的幾何形狀的截面，
[0071]圖16示出具有膨脹補償?shù)膭傂詫狍w，[0072]圖17示出具有由彈性的間隔件保持的導熱體的管路的截面，
[0073]圖18示出所述管路沿著圖17中的線A-A’的剖切面，
[0074]圖19示出所述管路沿著圖17中的線B-B’的剖切面，
[0075]圖20示出構(gòu)造為繩并且完全不絕緣地位于由焊接的管路件組成的長管路中的導熱體，
[0076]圖21示出構(gòu)造為繩的導熱體，其穿過封閉凸緣延伸，
[0077]圖22A至22C示出構(gòu)造為繩的不同導熱體的截面，
[0078]圖23示出使導熱體通過封閉凸緣的一種替代方案，
[0079]圖24示出導熱體被設置在可移動的管連接裝置中，
[0080]圖25示出在其中設置有導熱體的閥的截面，
[0081 ] 圖26示出圖25中的閥的俯視剖切面。
[0082]圖1示出拋物面槽式太陽能發(fā)電設備的太陽能電池陣列的示意圖。
[0083]拋物面槽式太陽能發(fā)電設備的太陽能電池陣列I具有多個太陽能環(huán)路3。太陽能環(huán)路3分別由被載熱介質(zhì)流經(jīng)的管路5構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，作為載熱介質(zhì)使用的是熔鹽，優(yōu)選使用太陽鹽，即，由硝酸鉀和硝酸鈉以40:60的比例組成的混合物，或者具有44:56的混合比例的共晶系統(tǒng)。
[0084]在太陽能環(huán)路3中，載熱介質(zhì)借助于照射的太陽能被加熱。為此，管路5分段式地被玻璃管7包封。管路5和玻璃管7之間的空間被抽真空。在玻璃管7的下方還存在拋物面槽，照射的太陽光在該拋物面槽中被反射并且被偏轉(zhuǎn)到玻璃管7上。照射到玻璃管7上的射束將熱量傳導到流經(jīng)管路5的載熱介質(zhì)上，由此使載熱介質(zhì)被加熱。
[0085]流經(jīng)太陽能環(huán)路3的管路5的載熱介質(zhì)流入收集器9中并且從該收集器9繼續(xù)流入載熱介質(zhì)出流口 11中。流過載熱介質(zhì)出流口 11的載熱介質(zhì)通常被引導到熱交換器中，在該熱交換器中，熱量被釋放到蒸汽回路上，通過該蒸汽回路例如使用于產(chǎn)生電能/動力的渦輪運行。離開熱交換器的、被冷卻的載熱介質(zhì)通過載熱介質(zhì)輸入口 13被引導到分配器15中并且從分配器15被引導到太陽能環(huán)路3的管路5中。
[0086]由于熔鹽的高熔點，當太陽能發(fā)電設備不運行時，所述熔鹽通常固化。例如在過少的太陽光照射拋物面槽時、例如夜間總是發(fā)生這種情況。當例如需要進行維護作業(yè)時，也必須暫停操作。
[0087]在停止運行期間，流經(jīng)管路5的熔鹽可能固化。這例如針對圖2中的管段示出的。
[0088]熔鹽在管路5中固化時通常發(fā)生體積收縮。這導致在管路5中形成真空氣泡17。真空氣泡17在此處于固化的鹽19內(nèi)部。
[0089]如果試圖使固化的鹽熔化，可能的是，如果恰巧在產(chǎn)生具有體積膨脹的熔化的部位與真空氣泡17之間具有大的空間距離，則可能不具有足夠的體積平衡來降低所產(chǎn)生的壓力。于是，由于鹽的熔化而產(chǎn)生的這種體積膨脹會導致管路5的損壞。
[0090]在圖3中示例性地示出固化的太陽鹽60的形態(tài)，也就是說由按重量計60%的硝酸鈉和按重量計40%的硝酸鉀組成的鹽混合物。
[0091]在太陽鹽60固化時，富含硝酸鈉的、具有大約280°C的熔化溫度的結(jié)晶體在大約244°C時首先固化。硝酸鈉形成在管路區(qū)段47內(nèi)部向下沉的晶粒。在此，下沉速度特別是取決于晶粒變得多大。晶粒的大小取決于固化速度。由于由硝酸鈉構(gòu)成的晶粒下沉，晶粒的濃度在管段53內(nèi)部向上地降低。由于鹽的體積收縮，在固化的鹽19的內(nèi)部形成間隔開的空腔。在固化的鹽19的表面上形成泡沫狀區(qū)域20，在所述區(qū)域中太陽鹽60的共晶組成固化。該區(qū)域通常不包含任何硝酸鈉晶粒。在泡沫狀區(qū)域20上方形成有真空氣泡17。所述結(jié)晶體聚集到管路區(qū)域的流可達到的下部區(qū)域中?？涨粌?yōu)選在管路區(qū)域的流可到達的上部區(qū)域中形成。
[0092]為了獲得熔鹽在管路5內(nèi)部的均勻熔化，根據(jù)本發(fā)明，經(jīng)管路5布置有具有均勻的電阻率的導熱體21。這在圖4中示例性地示出。
[0093]根據(jù)本發(fā)明，導熱體21在管路5的內(nèi)部延伸。在此，導熱體例如構(gòu)造為電阻線。在施加電壓時，導熱體21升溫并且導熱體21周圍的鹽熔化以形成圍繞導熱體21的通道。
[0094]通過主供電裝置23為導熱體21供電。由主供電裝置23分支出用于導熱體21的供電線25。在變壓器27中，供電電壓被變壓為加熱管路5中的熔鹽所必需的電壓?？梢詫⒍鄠€加熱環(huán)路連接到一個電壓供應裝置上。電壓供應裝置與環(huán)路相繼接通并且相繼加熱環(huán)路。
[0095]為了能夠簡單地安裝導熱體21，導熱體優(yōu)選在U形地延伸的管路5的一腿的端部處從管路5引出并且與從第二腿中引出的導熱體導電地連接。由此，能夠避免復雜的鋪設，特別是是在可移動的、需要許多用于導熱體21的支承裝置的集流器管路5的情況下。
[0096]特別優(yōu)選的是，為了加熱而使用具有由不接地的變壓器27產(chǎn)生的浮動的交變電勢的電加熱線路。浮動的交變電勢具有在安全性方面的優(yōu)點。例如能夠容許在環(huán)路中有絕緣故障。
[0097]接收器本身要保持電絕緣。接收器也要相互絕緣。通常絕緣體的電阻比導熱體的電阻大10倍即足夠。這樣，例如如果導熱體具有小于0.1歐姆的優(yōu)選的小電阻，對于接收器而言，一歐姆的電阻通常已足以用于充分絕緣。導熱體的絕緣狀態(tài)例如可以通過在線電阻測量來監(jiān)控。
[0098]在圖5中示出具有在其中延伸的導熱體的管路區(qū)段。
[0099]導熱體21在管路5中例如如圖5中示出的那樣被懸掛地固定。為此，導熱體21例如可以穿過環(huán)圈29延伸。在此，環(huán)圈29例如被懸掛地固定在管路5的上側(cè)上。
[0100]導熱體21優(yōu)選在管路5中偏心地設置，其中，與管路5的上側(cè)的距離選擇為小于與管路5的下側(cè)的距離。偏心地鋪設導熱體21避免了導熱體21在加熱時以及伴隨的長度膨脹時與管壁發(fā)生接觸。在此，導熱體21的下垂與溫度特別相關。溫度越高，長度膨脹越大，并且導熱體21下垂越厲害。
[0101]除了在圖5中示出的通過環(huán)圈29固定以外，替代地并且可能的是，例如使用彈性的間隔件。在此，彈性的間隔件優(yōu)選以交叉的形式布置在管路5中并且導熱體21在所述交叉的交點處延伸。
[0102]偏心地將導熱體21布置在管路5的上部區(qū)域中的另一優(yōu)點還在于，真空氣泡17通常在管路5的上部區(qū)域中出現(xiàn)。在加熱導熱體21和伴隨地管路5中的鹽熔化時，沿著導熱體21迅速地形成液體通道。通過所形成的這種通道能夠?qū)⒂捎谌刍瘯r的體積膨脹所可能產(chǎn)生的壓力排散到起卸放作用的真空氣泡17處。
[0103]然而，如果導熱體21在環(huán)圈29中不固定則可能導致導熱體21與流經(jīng)管路5的熔鹽一起流動直到導熱體在管路5中被張緊。這在圖6中示例性地示出。僅在端部上、也就是說在導熱體21的固定位置的緊上游形成可能會接觸管路5的大的彎曲線31。
[0104]導熱體21張緊使得構(gòu)成彎曲線31的另一缺點在于，在熔鹽固化的情況下，這種導體移位可導致導熱體21的非常大的機械負載，從而導致機械損壞。導熱體在鹽固化時被固定在其位置中并且開始由于熔鹽溫度下降而收縮。由此，在導熱體21的已被張緊的部分上作用有強烈的拉力。
[0105]為了避免導熱體21的這種移位，導熱體優(yōu)選軸向地固定在管路5中。
[0106]導熱體21的可能的固定在圖7和8中示例性地示出。
[0107]在圖7中示出導熱體通過絕緣體被固定在環(huán)圈中。
[0108]為了固定導熱體21，例如可以為導熱體21設置絕緣套33。在此，絕緣套33以使絕緣套不可移位的方式與導熱體21連接。為此，例如可以將絕緣套33夾固到導熱體21上。替代地并且可能的是，將絕緣套33例如通過旋擰可釋放地與導熱體21連接，或者例如通過焊接不可釋放地與導熱體21連接。
[0109]絕緣套33在一側(cè)具有擴寬部35。為了使導熱體21被固定在管路5中，導熱體21與套在其上的絕緣套33穿過在管路5中固定的環(huán)圈29延伸。絕緣套33則以擴寬部35抵靠在環(huán)圈29上，使得絕緣套33不能夠穿過環(huán)圈29滑動。為了避免在進行操作時滑動穿過(環(huán)圈)，擴寬部35定位在環(huán)圈29的迎著載熱介質(zhì)流的一側(cè)上。
[0110]如果意圖使流動反向或者以載熱介質(zhì)能夠在任意方向上流動的方式操作太陽能環(huán)路3，替代地并且可能的是，在導熱體21延伸穿過環(huán)圈29之后在與擴寬部35對置的一側(cè)上安裝另一擴寬部。
[0111]導熱體21的替代的固定在圖8中示出。
[0112]在圖8中示出的實施方式中，在導熱體21上安裝有圈37。圈37可以被懸掛在鉤39中，鉤39可具有例如如圖8中所示的盤繞形的構(gòu)型。通過盤繞形地設計的鉤39避免了圈37在進行操作時由于不同的流動影響而脫開。
[0113]圈37例如可以借助于套41被固定在導熱體21上。在此，套41例如為與導熱體21連接的夾套。套41的固定例如可以通過夾固或者通過焊接或旋擰來進行。
[0114]特別優(yōu)選的是，套41和/或圈37由絕緣材料制成。
[0115]使用絕緣套33 (如在圖7中所示的)或者使用由絕緣材料制成的圈37和套41具有如下的優(yōu)點，沒有電流從導熱體21流到套29或鉤39上。以這種方式能夠降低通過經(jīng)由導熱體21在管路5上的固定而流過的寄生電流。
[0116]在圖9中示出在固化的鹽中形成的沿著導熱體的通道。
[0117]如果在太陽能發(fā)電設備的不期望的停止狀態(tài)之后，例如在夜間斷電的情況下，鹽在管路5中已固化，則為了重新投入運行首先對導熱體21供應電壓，由此，導熱體被加熱。在被加熱的導熱體21周圍，包含在管路5中的鹽開始熔化。在導熱體21中操作均勻電流的情況下，鹽均勻地熔化，并且在那里形成通道43。熔化的鹽能夠經(jīng)通道43流動，由此，能夠減小由于鹽熔化時的體積增加所產(chǎn)生的壓力。
[0118]通過允許鹽經(jīng)通道43流動來避免壓力增大能夠避免在太陽能發(fā)電設備投入運行時對管路5的損壞。
[0119]使用導熱體21還可以在存在不希望的停止狀態(tài)的情況下省去清空管路5以及相應地省去清空整個太陽能電池陣列I。也不必作為清空管路5的替代而完全防止鹽固化。導熱體僅須保持空出足夠大的流動通道。
[0120]此外，內(nèi)部的導熱體在環(huán)路清空之后重新啟動的情況下提供很大的優(yōu)點。一方面，當僅導熱體已經(jīng)明顯超過熔化溫度而管路系統(tǒng)沒有明顯超過熔化溫度時，可容許流到管路系統(tǒng)的流動。另一方面，在導熱體的總長度上一致的電阻率確保不存在冷點。
[0121]導熱體在用于流動偏轉(zhuǎn)的管彎部的區(qū)域中的固定在圖10中示例性地示出。
[0122]如從圖1可見的，太陽能環(huán)路3通常以U形形式構(gòu)造。在此，兩個管路5構(gòu)成U形太陽能環(huán)路3的腿，其中，構(gòu)成腿的管路5在背離收集器9或分配器15的一側(cè)上通過橫跨的管相互連接。熔鹽流經(jīng)U形太陽能環(huán)路3的一個腿，隨后流經(jīng)連接兩個腿的、橫跨的管件并且經(jīng)由第二管路5流回收集器9。為了避免在熔鹽流動轉(zhuǎn)向的區(qū)域中將導熱體21費事地安裝在腿的端部上，有利的是將為了流動轉(zhuǎn)向而使用的管彎部45構(gòu)型為T形件并且設有沿管路5的方向繼續(xù)的管路區(qū)段47。管路區(qū)段47由封閉件49封閉，并且導熱體21延伸穿過封閉件49。
[0123]例如封閉凸緣適合作為用于管路區(qū)段47的封閉件49。
[0124]為了避免電流經(jīng)管路區(qū)段47流至管路5，導熱體21以絕緣的方式延伸穿過封閉件49。延伸穿過封閉件49的導熱體21則可以連接到合適的電勢供應裝置上。替代地并且可能的，如圖4中示出的，兩個相鄰管路5的兩個導熱體分別相互連接。
[0125]熔鹽經(jīng)由兩個如在圖10中示出的管彎部偏轉(zhuǎn)180°的情況在圖11中示出。
[0126]為了能夠加熱管的內(nèi)部，首先以絕緣的方式使導熱體21沿著管路5穿過封閉件49延伸。旋轉(zhuǎn)90°的管路區(qū)段121與管路5連接。類似地使導熱體21經(jīng)過旋轉(zhuǎn)90°的管路區(qū)段121延伸。為了為既在管路5中又在旋轉(zhuǎn)90°的管路區(qū)段中的導熱體21供電，絕緣地穿過封閉件49延伸的各導熱體的端部通過外部的布線119相互電接觸。
[0127]以相同的方式，相對于旋轉(zhuǎn)90°的管路區(qū)段121也旋轉(zhuǎn)90°的第二管路5連接到旋轉(zhuǎn)90°的管路區(qū)段121上，從而總體上實現(xiàn)180°的轉(zhuǎn)向。在這個部位上導熱體21也分別穿過管路端部的封閉件49延伸并且通過外部的布線119相互電連接，從而能夠通過處于內(nèi)部的一個導熱體21總體地加熱所有被熔鹽流經(jīng)的管段。
[0128]在圖12中示出彎轉(zhuǎn)90°角的管路的替代方式。導熱體21通過拉緊裝置122被保持在管的中心。拉緊裝置122通過夾固或者焊接被固定在導熱體21的拐角處。這種結(jié)構(gòu)可以使內(nèi)部的導熱體跟隨載熱介質(zhì)的流動方向。相比于圖11中示出的實施方式，省去了管路連接件和外部的布線。
[0129]在圖13中示出經(jīng)過具有多個部段的管路區(qū)段的截面。
[0130]太陽能發(fā)電設備的太陽能環(huán)路3通常被分成多個部段51。這些部段51中的每一個具有被玻璃管7包封的管路區(qū)段53。在此，對應的每個部段51用作用于接收太陽能的接收器。
[0131]各個管路區(qū)段53通常由具有良好導電性的金屬、例如由高級鋼制成。為了將從導熱體21到管路5的可能的寄生電流限制在局部，優(yōu)選的是，各個管路區(qū)段53被絕緣體55相互分開。用于絕緣體55的材料選擇為與用作導熱體21的導熱體的電阻相比具有更大的電阻的材料。耐熱陶瓷、礦質(zhì)纖維密封件或者云母密封件特別適合用作用于絕緣體55的材料。
[0132]除了絕緣體55，各個部段51通過機械的連接裝置或補償器57相互連接。需要機械的補償器57來補償管路5在運行中的長度膨脹。
[0133]盡管絕緣的導熱體21能夠通過絕緣體被固定在管路5的內(nèi)部，如在圖7和8中示例性地示出的，但是有利的是，將圖13中示出的一部分絕緣體55放置在太陽能環(huán)路中，以防止所饋入的寄生電流在管系統(tǒng)中累積。
[0134]除了在太陽能環(huán)路3的管路5中使用以外，根據(jù)本發(fā)明的用于管路5的內(nèi)部加熱的導熱體21還可以用于加熱收集器9、分配器15、載熱介質(zhì)出流口 11和載熱介質(zhì)輸入口 13以及其他所有被熔鹽流經(jīng)的管路。在使用柔性的導體的情況下，還可以用在柔性的軟管管道中。
[0135]因為金屬的電阻通常與溫度有關，因此此外還可以將導熱體21用于測量內(nèi)部導熱體的平均溫度以及間接地測量管路5中的熔鹽的平均溫度。這在將具有與溫度非常相關的電導率的材料用于導熱體21時特別有利。
[0136]導熱體21的以圖13中示出的實施方式的固定分別在部段51的開端處通過如在圖8中示出的圈37和鉤39實現(xiàn)。通過鉤39固定確保導熱體21不在部段51內(nèi)移位。導熱體21在對應管路區(qū)段53內(nèi)的固定例如通過彈性的間隔件59進行。在此，可以在部段51的管段53中的一個或多個位置處設置通過彈性的間隔件的固定。在此，彈性的間隔件59優(yōu)選為了安裝而被推入管中并且不與管壁連接而是僅抵靠管壁被支承。
[0137]高耐熱鋼、例如St2.4668或者Inconel X750優(yōu)選作為用于彈性間隔件59的材料。
[0138]寄生電流在導熱體和管壁之間的流動在圖14中示例性地示出。
[0139]在絕緣的導熱體21不被絕緣地固定的情況下，例如在使用彈性的間隔件59的情況下，電流通過彈性的間隔件59流到管路5上。這示例性地以虛線箭頭示出。所產(chǎn)生的寄生電流61導致加熱功率不作用在導熱體21上，而是作用在其他部位、例如管路5的壁上。只要通過導熱體21的電流占主導，雖然寄生電流61降低加熱效率，但是其不危及導熱體21的加熱功能。
[0140]除了經(jīng)由固定裝置流到管壁的寄生電流61以外，還產(chǎn)生由于管路5中的熔鹽的高導電性而經(jīng)過熔鹽的電流。這示例性地通過箭頭63示出。如果管路5的壁被固化的、具有低導電性的鹽覆蓋，則通過熔鹽的電流63很大程度上減小。
[0141]在將高級鋼用于導熱體21的情況下，通過通常形成在高級鋼上的大約15μπι厚的、鈍化的金屬氧化物/金屬硝酸鹽層來減小通過熔鹽的寄生電流63，其中，金屬氧化物/硝酸鹽層對電流產(chǎn)生顯著的電阻。
[0142]此外，所施加的電壓還可能由電化學反應而引起腐蝕。出于這個原因，必須確保導熱體21與管路5的壁之間的電壓低于發(fā)生電化學反應的極限電勢。
[0143]合適的導熱體的幾何形狀的例子在圖15Α至15Ε中示出。
[0144]導熱體21例如可以如圖15Α中示出的那樣構(gòu)造為管形繩。在此，導熱體21優(yōu)選由鋼網(wǎng)構(gòu)成。在構(gòu)造為管形繩65形式的導熱體21的工作期間，首先是導熱體21內(nèi)部的鹽熔化，由此，在導熱體21內(nèi)部形成通道，熔鹽能夠流經(jīng)所述通道。導熱體21周圍的、熔化的鹽能夠通過形成管形繩65的網(wǎng)中的開口流入內(nèi)部通道67。
[0145]作為如圖15Α中示出的管形繩65的替代，也可以將導熱體21構(gòu)造為管69的形式。在這種情況下還有利的是為管設置穿孔，熔鹽能夠通過所述穿孔流入管的內(nèi)部。在此，在圖15Β中示出的導熱體21的工作方式很大程度上對應于在圖15Α中示出的導熱體21的工作方式。
[0146]在圖15C中示出具有星形截面的導熱體。這種星形截面具有V形的凹部71。在導熱體21工作時，鹽首先在V形的凹部71中開始熔化，從而在V形的凹部71中分別形成通道，熔鹽能夠通過所述通道流動。
[0147]除了圖15C中示出的為五角星的實施方式以外，還可以具有任何其他數(shù)目的V形凹部和相關的角。除了 V形的凹部以外，也可以替代地例如設置U形凹部。
[0148]在圖15D中示出構(gòu)造為桿73的導熱體，其中，桿73被網(wǎng)75、優(yōu)選導電的線網(wǎng)包封。在如在圖15D中示出的那樣構(gòu)造的導熱體工作時，首先在網(wǎng)75中形成熔鹽能夠流經(jīng)的通道。隨后形成導熱體21周圍的通道。
[0149]在圖15A至I?中示出的實施方式分別需要由不被流經(jīng)管路5的熔鹽腐蝕的材料制成的導熱體。在此，所述材料例如為高級鋼，例如Stl.4571或者Stl.4301。
[0150]但是，高級鋼與例如銅或鋁相比具有較差的導電性，然而銅或鋁通常容易在所使用的鹽中腐蝕。為了能夠使用比高級鋼導電更好的材料制成導熱體，例如可以如圖15E中示出的那樣設置由具有非常好的導電性的材料、例如銅或鋁制成的芯77，所述芯被耐腐蝕的層79包封。在此，耐腐蝕的層79例如也可以為耐腐蝕的、與芯77導熱良好地連接的管。這種結(jié)構(gòu)提供了使內(nèi)部的導熱體完全無電絕緣措施地在管路中工作的選擇。
[0151]具有如圖15A至15E中示出的截面幾何形狀的導熱體可以為柔性的或者剛性的導體。如果導熱體21構(gòu)造為剛性的導體，則有利的是，設置膨脹區(qū)域81以補償由于溫度波動產(chǎn)生的長度變化。具有膨脹區(qū)域81的剛性的導熱體示例性地在圖16中示出。在此，膨脹區(qū)域81構(gòu)造為波形的。除了這里示出的波形的形狀以外，任何其他能夠?qū)崿F(xiàn)長度補償?shù)膸缀涡螤疃歼m合于膨脹區(qū)域的形狀。
[0152]在圖17至19中示出在管路中通過彈性的間隔件被保持的導熱體。
[0153]彈性的間隔件59優(yōu)選交叉地布置。但是，替代地并且可能的是，例如僅設置三個彈性的間隔件59，在這種情況下，彈性的間隔件59中的一個優(yōu)選豎直地取向。在此，豎直地取向的彈性的間隔件可以被布置在導熱體21下方或者導熱體21上方。
[0154]用于將彈性的間隔件59固定在導熱體21上的一種可能方式在圖18中示出。為了固定，例如可以使用套83夾固彈性的間隔件59。為此，套83被推到導熱體21和彈性的間隔件59的端部85上。也可以例如通過將套83焊接到導熱體21上而進行附加的固定。
[0155]彈性的間隔件59的背離導熱體的端部87優(yōu)選彎成支腳89。在此，支腳89例如可以構(gòu)造為環(huán)圈的形式。彈性的間隔件59通過支腳89被支承在管路的壁上。這在圖19中示出。如在圖17至19中示出的彈性的間隔件59的使用用于將導熱體21保持在管路5中的預先給定的高度。彈性的間隔件59僅通過其彈性壓力以其相應的支腳89被壓靠在管路5的壁上使得可以使彈性的間隔件59隨熔鹽的流動一起在管路5中運動。因此，優(yōu)選的是，如圖13中示出的，以均勻的間距優(yōu)選在每個接收器中至少設置一次如在圖7和8中示出的用于導熱體21的保持件。
[0156]僅通過將支腳89壓靠在管路5的壁上來定位彈性的間隔件59具有如下的優(yōu)點:導熱體21連同彈性的間隔件59能夠在需要的情況下被簡單地從管路5中拉出。這在例如需要維修的情況下是必需的。
[0157]除了圖19中示出的支腳以外，也可以以任何其他允許保持在管路5中的形式構(gòu)造彈性的間隔件59的背離導熱體的端部87。
[0158]此外，也可以不僅通過彈性的間隔件59在管路5中的壓緊力來保持該彈性的間隔件，而且可以例如通過旋擰將彈性的間隔件59可釋放地固定在管路中，或者可以例如通過焊接將彈性的間隔件59不可釋放地固定在管路中。
[0159]在圖20中示出包括通過焊接相互連接的管路區(qū)段53、例如太陽能環(huán)路的接收器的長管路5。如果導熱體21不相對于相互焊接的管路區(qū)段53的串電絕緣并且施加電壓，電流Ia流經(jīng)管路區(qū)段53的串并且電流Ii流經(jīng)內(nèi)部導體，電流強度IiAa的比值為管路5的電阻相對于導熱體21的電阻的比值。相應于所述比值，在管路5上以及在導熱體21上產(chǎn)生熱。通過選擇導熱體21的截面和選擇導電非常好的材料、例如銅或鋁，能夠使導熱體21的電阻低至如下的程度，即使得被引入到導熱體21中的電流足夠強，并且熱輸出集中在導熱體21上。
[0160]在這里示出的布置結(jié)構(gòu)中，在整個管路5上在導熱體21與管路5之間不形成電勢差。管路5應相對于在這里未示出的承載管路5的設備架電絕緣。
[0161]在不絕緣的內(nèi)部導熱體的情況下，可以簡單地通過夾固螺接裝置將導熱體21引入管內(nèi)空間。
[0162]在圖21中示出構(gòu)造為繩的、具有穿過封閉凸緣的套管的導熱體。
[0163]在這里示出的實施方式中，導熱體21采用繩91的形式。在此，繩91由多股絞合線93扭成。
[0164]在此，繩例如可以由三股絞合線、如圖21中所示地制成，或者也可以由一個或者兩個或者大于三股絞合線制成。
[0165]為了將構(gòu)造為繩91的導熱體21固定在管路區(qū)段47的端部件上，繩91與圓桿95連接。繩91與圓桿95的連接例如通過焊接或者替代地通過旋擰或夾固來進行。在夾固連接的情況下，圓桿95被夾固到繩91上。在這里示出的實施方式中，繩91通過焊接部97與圓桿95連接。
[0166]圓桿95穿過填充套套管99被引導通過封閉凸緣101，管路區(qū)段53通過該封閉凸緣被封閉。為了固定圓桿95，填充套套管99包括密封部103。該密封部通過夾套105被固定。
[0167]在圓桿95上可以施加電壓，以對構(gòu)造為繩91的導熱體21供以電壓。
[0168]在圖22A至22C中示出構(gòu)造為繩的導熱體的不同截面。
[0169]在此，在圖22A至22C中示出的繩91分別由三股絞合線93組成。
[0170]在圖22A中，絞合線93具有實心構(gòu)型。在各單獨的絞合線之間形成楔形通道107，在再熔時，熔化的鹽能夠通過所述楔形通道流走。
[0171]在圖22B中示出的實施方式中，絞合線93構(gòu)造為被壓平的管。通過壓平形成與圖22A中示出的實施方式相比更大的楔形通道107。在圖22C中示出的實施方式中獲得甚至更大的楔形通道107，其中，扭成繩91的各絞合線93具有腎形形狀。
[0172]用于使導熱體延伸穿過管路的端部段的替代實施方式在圖23中示出。
[0173]為了由傳統(tǒng)的材料制造密封部、特別是由常規(guī)聚合物材料制成密封環(huán)，必要的是實現(xiàn)沿著導熱體和圓桿的溫度梯度。通過使管路5的被圓桿95穿過的端部不那么好地絕緣來調(diào)節(jié)該溫度梯度。此外，導熱體21的套管的內(nèi)部隔熱有助于所述梯度的形成。內(nèi)部隔熱例如可以通過使用例如具有高達580°C的耐熱性的陶瓷纖維來實現(xiàn)。相應的使用陶瓷纖維的填充以附圖標記109標示。
[0174]圓桿95首先被由電絕緣并耐溫的材料、例如陶瓷或者碳化硅制成的第一套包封。第一套111優(yōu)選具有高達580°c的耐溫性。
[0175]第一套111與第二套113相接。第二套113也由電絕緣材料制成，但是，該電絕緣材料可以具有較低的耐溫性。例如高達260°C的耐溫性即足夠。例如高溫塑料如PTFE可用于作為制成第二套113的材料。
[0176]第二套113則與填充套套管99相接。為此，填充套套管99在管路的端部處固定到凸緣115上。
[0177]所使用的圓桿95優(yōu)選包含具有良好導電性的材料。在此，圓桿可以完全由具有良好導電性的材料制成或者替代地設置有導電良好的芯、該芯由導電不那么良好的材料例如鋼包封。例如銅或者鋁適合作為具有良好導電性的材料。特別優(yōu)選地，使用具有銅芯的圓桿95。
[0178]在圖24中示出導熱體在可移動的管連接裝置中延伸。
[0179]除了如圖10和11中示出的流動轉(zhuǎn)向以外，替代地并且可能的是，為了流動轉(zhuǎn)向例如設置可移動的管連接裝置。在此，管彎部117由柔性材料制成。為此，例如可以將管彎部構(gòu)造成具有波形的或者鋸齒形的壁，以獲得必要的柔性。
[0180]為了能夠使在管彎部117中凝固的鹽再熔，還必須使導熱體21在管彎部117中延伸。為了避免導熱體與管彎部117的壁產(chǎn)生接觸，導熱體21例如通過如在圖17和18中示出的、彈性的間隔件59被固定在管路中。各彈性的間隔件59的間距選擇為，使得即使在管連接裝置彎曲的情況下導熱體21也不與管壁接觸。
[0181]除了在太陽能環(huán)路端部上的轉(zhuǎn)向以外，如圖24中示出的可移動的管連接裝置例如也可以被包括在各太陽能接收器之間，以使管路與分別處于朝向太陽的最優(yōu)位置的接收器適配。
[0182]如果除了柔性的管彎部還設置如圖24中示出的以90°轉(zhuǎn)向，則有利的是，將導熱體從例如在圖21和23中示出的封閉凸緣中的管路區(qū)段47引出管路，并且在端部處使導熱體與外部的布線119導電地連接。以90°轉(zhuǎn)動的管路區(qū)段121也終止于封閉件49中，該封閉件例如為封閉凸緣，導熱體21穿過該封閉件延伸，然后延伸通過可移動的管連接裝置。
[0183]除了轉(zhuǎn)向和可移動的管段以外，還通常在管路中包含配件例如閥。閥的截面與設置在其中的導熱體在圖25和26中示例性地示出。
[0184]圖25示出閥123的截面與設置在其中的導熱體21，圖26以俯視圖示出圖25中的閥的剖切面。
[0185]閥通常包括帶有閥座127的閥體125以及關閉元件129。為了能夠使閥內(nèi)部的固化的鹽熔化，導熱體21沿著閥座127環(huán)形地延伸。這意味著，導熱體構(gòu)成加熱環(huán)131。在此，將加熱環(huán)131定位成使得閥123的關閉功能不受影響。此外，在導熱體21帶電壓時，應避免在加熱環(huán)131與關閉元件129之間形成直接接觸。由于這個原因，有利的是，在閥座127上設置電絕緣裝置133。在這種情況下，電絕緣裝置133優(yōu)選構(gòu)成閥座127。為了避免短路電流從導熱體21或者加熱環(huán)131流到閥體125，還有利的是，使加熱環(huán)131和導熱體21也相對于閥體125電絕緣。為此,例如將電絕緣材料、例如陶瓷安裝到閥體125中的位于加熱環(huán)131抵靠閥體125的區(qū)域中。在此，重要的是，用于電絕緣裝置的材料相對于以閥的形式出現(xiàn)的配件來說是熱穩(wěn)定的。
[0186]除了閥的在圖25和26中示出的實施方式以外，類似地也可能的是，例如加熱環(huán)131形式或者其他幾何構(gòu)型的導熱體21在例如瓣閥或者滑閥的其他配件中延伸。
[0187]示例
[0188]示例 I
[0189]使用構(gòu)造為高級鋼桿的導熱體21來加熱200m長的管路。該導熱體具有25mm的直徑。在此，該導熱體由高級鋼Stl.4301制成。
[0190]導熱體21的電阻率在290°C的工作溫度下為0.00073 Q/mm。用于加熱所必需的比功率為lOOW/m。為了加熱所施加的電壓為77.3V并且電流強度為259A。由于200米的長度而必需的功率為20kW。但是，該功率僅在非常短的熔化時間內(nèi)是必要的。
[0191]如果使用較高的電壓進行加熱，則可以選擇較小的導熱體截面積。例如可以通過閘流體接通的脈沖操作來減小跨導熱體所下降的熱功率。
[0192]在通過非電絕緣的導熱體保持件將導熱體固定在管路5中時，其中，導熱體保持件例如構(gòu)造為具有1.5_直徑的彈簧，寄生電流一方面通過導熱體保持件另一方面通過導電的熔鹽形成到管壁上。所產(chǎn)生的寄生電流在下表中示例性地列舉。
[0193]表格:寄生電流`
[0194]
【權(quán)利要求】
1.一種用于輸送熔鹽的管路，所述管路具有相對于所存在的溫度穩(wěn)定的管壁，在所述管路(5)的內(nèi)部延伸有用于加熱的導熱體(21)，所述導熱體(21)優(yōu)選不貼靠在所述管路(5)的內(nèi)壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管路，其特征在于，所述導熱體(21)被偏心地布置在所述管路(5)中，在以45°的最大坡度延伸的管段中，導熱體(21)沿向下的方向的距離大于沿向上的方向的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管路，其特征在于，如果所述管路(5)具有大于45°的坡度，則所述導熱體(21)被同心地布置在所述管路(5 )中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的管路，其特征在于，所述導熱體(21)穿過位于熔鹽經(jīng)其流動的管路(5 )中的環(huán)圈(29 )延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的管路，其特征在于，在所述導熱體(21)上安裝有絕緣體(33)，所述導熱體(21)通過所述絕緣體(33 )被固定在所述環(huán)圈(29 )中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的管路，其特征在于，所述導熱體(21)通過彈性間隔件被固定在所述管路(5)內(nèi)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的管路，其特征在于，在所述導熱體(21)上安裝有圈(37)，所述圈被懸掛到固定鉤(39)中，以將所述導熱體(21)固定在所述管路(5)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的管路，其特征在于，所述導熱體(21)構(gòu)造為具有任意截面的管(69)或通道的形式，在所述管或通道的壁中形成有開口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中 任一項所述的管路，其特征在于，所述導熱體(21)構(gòu)造為環(huán)形的針織物(65)或者紡織物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的管路，其特征在于，所述導熱體(21)具有至少一個在軸向方向上延伸的U形或者V形的凹部(71)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的管路，其特征在于，所述管路(5)包括熔鹽經(jīng)其流動的內(nèi)部管。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的管路，其特征在于，所述導熱體(21)被分成多個導熱體部段，其中，所述多個導熱體部段通過低電阻連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的管路，其特征在于，所述管路(5)被分成獨立的部段(51)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12和13所述的管路，其特征在于，所述導熱體部段的長度相當于所述管路(5)的一個或多個部段(51)的長度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的管路，其特征在于，所述管路(5)為拋物面槽式太陽能發(fā)電設備的太陽能電池陣列(I)中的管路。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的管路，其特征在于，用于流動轉(zhuǎn)向的管彎部(45)均具有沿管路(5)的方向繼續(xù)的管路區(qū)段(47)，其中，所述管路區(qū)段(47)由封閉件(49)封閉，所述導熱體(21)穿過所述管路區(qū)段(47)的封閉件(49)延伸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的管路，其特征在于，所述管路區(qū)段(47)的所述封閉件(49)構(gòu)造為封閉凸緣。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項所述的管路，其特征在于，用于所述導熱體(21)的表面材料從耐硝酸鹽腐蝕的高級鋼中選擇。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項所述的管路，所述導熱體(21)以不絕緣的方式在所述管路中延伸。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的管路，其特征在于，所述導熱體(21)由多個填充有具有良好導電性的材料的管制成。
21.包含硝酸鈉和硝酸鉀的熔鹽的作為太陽能發(fā)電設備中的載熱介質(zhì)的用途，其中，硝酸鈉的比例為按重量計至少60%，所述太陽能發(fā)電設備包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項所述的管路 。
【文檔編號】F16L53/00GK103688096SQ201280035681
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月19日
【發(fā)明者】J·沃特曼, M·魯茨, M·蓋特納, K·希爾勒-阿恩特, S·莫勒, M·萊登伯格, K·蓋耶, F·加爾利希斯 申請人:巴斯夫歐洲公司