CN100567846C - 吸收管 - Google Patents

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Abstract

用于具有直线聚焦焦线的集热器的吸收管，具有至少一个中心管(31)，具有透明的套管(33)，其中所述至少一个中心管(31)被套管气密地包围，还具有用于补偿中心管(31)和套管(33)的轴向长度变化的装置。

Description

吸收管
本发明涉及如权利要求1前序部分所述的吸收管。
目前在市场上得到的吸收管由一个中心管和一个包围中心管的玻璃套管组成，载热体如热油或水/水蒸汽在中心管内循环。在按照现有技术的吸收管中由各约4m长的区段组成一个扇形段。在扇形段的前端部和后端部，中心管和套管气密地相互连接，例如通过钎焊。为了补偿中心管与套管之间的直径差，设置法兰。扇形段的最大长度由于中心管和套管的不同热膨胀以及中心管的挠度而限制在约4m内。多个这种扇形段串联，通过按照现有技术的吸收管由于热的长度变化能够实现直到约200m的长度。在串联的扇形段之间，在吸收管的扇形段之间存在短的连接件，它们对于到中心管中的载热体内的能量耦合只有微小贡献。这意味着，随着吸收管扇形段有效长度的增加，吸收管的效率增加并由此提高抛物线槽形发电站的经济性。
因此，本发明的任务是，提供一种用于太阳能发电站的集中集热器，它可以承受高的机械负荷，具有很长的使用寿命和良好的效率及低的运行和维护成本。
按照本发明，通过一种用于具有直线聚焦的焦线的集热器、尤其是用于抛物线槽形集热器和菲涅耳透镜集热器的吸收管，它具有至少一个中心管，具有一个透明的套管，其中，所述至少一个中心管被套管气密地包围，还具有用于补偿中心管和套管轴向长度变化的装置，该任务这样解决：用于补偿轴向长度变化的装置具有一个补偿件、尤其是一个折叠囊和/或一个滚动薄膜、一个轴向可移动的密封法兰和一个与中心管气密连接的固定法兰，所述波纹管使密封法兰与固定法兰气密地相互连接并且在密封法兰上设置用于套管的接收部。
在本发明吸收管的特别有利的扩展结构中，密封法兰支承在所述至少一个中心管上和/或用于套管的接收部构造为台阶或密封法兰的一个端面上的槽。
由此能够以简单的方式在套管与中心管之间建立无空气的空间，其中可以通过简单方式补偿中心管与套管之间的热膨胀。本发明吸收管不限制到结构长度小于等于4m，而是可以在固定法兰与密封法兰之间跨越直到8m的长度。由此提高了本发明吸收管有效长度与吸收管总长度之比，这提高了本发明吸收管的效率。此外降低了结构成本，这同样对抛物线槽形发电站的经济性具有积极影响。
已经证实有利的是，在密封法兰与套管之间设置密封环，尤其是O形环或C形环。这些密封环可以用金属或用耐高温的有机材料如石墨、聚四氟乙烯或这些材料的组合制成。通过使用这些公知的密封环一方面可以进一步改善固定法兰与套管之间的密封，另一方面可以改善密封法兰与套管之间的密封，这表现为更好地保持套管与中心管之间的真空。由此提高吸收管的热力学效率并且减少为保持套管与中心管之间的真空所需的泵能量。通过使用密封环简化了本发明吸收管的装配和维修，由此也可以直接由发电站的运行人员就地承担已安装吸收管的维修。
为了能够保持中心管与套管之间的真空例如可以在固定法兰上设置一个用于真空泵的连接短管。该真空泵可以根据套管与中心管之间的中间空间中的负压接通，由此保证总是维持真空。
为了使吸收管可靠地保持在抛物线槽形集热器的焦线以外，补偿件可以被一个保持架分成第一段和第二段，其中，保持架与第一段和第二段气密地连接并且保持架径向支承所述至少一个中心管。
通过该措施能够由保持架承受吸收管的重力，而不会使中心管或套管的热膨胀传递到保持架上。这一点由此得以实现：中心管轴向可移动地支承在保持架中，由此仅径向力可由中心管传递到保持架上。保持架可以选择式地连接在反射器的一个承载结构上或者与基础固定连接。为了减小保持架与中心管之间的摩擦，可以在保持架与中心管之间设置一个轴承衬套。
此外还证实有利的是，在固定法兰与密封法兰之间设置至少一个弹性件，由此提高法兰和套管作用在密封环上的挤压力并由此改善密封性。如果期望，可以通过固定法兰或密封法兰的适合的结构设计来限制作用于密封环上的轴向力。由此在所有情况下保证一个或多个密封环不挤碎或以其它方式损坏。
为了进一步增加连续的吸收管的结构长度，可以使套管由多个例如大于4m长度的段组成，其中，在两个相邻段之间设置一个对中法兰，在对中法兰的两个侧面上设置各一个用于套管的一个段的接收部。该对中法兰可以支承在所述至少一个中心管上。通过按照本发明设计套管例如能够构成连续的、由多个相互焊接的分段组成的、长度大于200m的中心管，在该中心管上套上套管的多个扇形段。在套管扇形段之间安置一个保持架和/或一个对中法兰，由此一方面保证吸收管不下垂并且另一方面保证套管始终相对于吸收管对中。通过该措施使吸收管有效长度相对于总长度进一步明显提高，如上所述，这对于抛物线槽形发电站产生积极影响。该实施例的另一优点是，如果套管的一个扇形段断裂，可以简单地进行吸收管的维修。具体说将由于破坏的套管而产生的空隙这样封闭：将位于空隙旁边的套管扇形段推到空隙内直到空隙移动到中心管的端部。在那里则必须取下法兰，套上新的套管扇形段，再使法兰与中心管连接并将套管与中心管之间的中间空间抽真空。这意味着，可以以最简单的手段没有大的停机损失地替换裂缝的套管。这也可以由此实现：对中法兰可在中心管上移动。
本发明吸收管的有利扩展结构规定，所述用于套管的接收部以对中法兰的一个端面中的台阶或槽构成和/或对中法兰与套管之间设置密封环、尤其是O形环或C形环。
传统吸收管的扇形段由于中心钢管的弯曲而限制在4米长度内，以便它在对应的端部上支承。对于由碳纤维陶瓷或碳纤维碳(CFC)制成的具有气密的衬垫、最好由钢或镍基合金制成的本发明中心管，可以实现支撑的大得多的距离。但此时透明套管的弯曲使吸收管段长度限制在约8米内。
因此，吸收管的长度相应于集热器的长度。在这里，CFC的小的热膨胀提供的优点是，在端部上只需补偿小的长度变化。各8米长的包围的玻璃套管在端部上与吸收管的对应保持架气密地连接。
市场上常见的吸收管的膨胀补偿的缺陷是，它们对于热量获取贡献更少同时由于辐射和对流具有大的损失，这主要在太阳辐射小的情况下是明显的缺陷。
从下面的附图、其描述和权利要求中得出其它的优点和有利的扩展结构。附图示出：
图1照本发明的抛物线槽形集热器一个实施例的立体图，
图2按照本发明的承载结构的一个横剖面，
图3按照本发明的抛物线槽形集热器的侧视图，
图4按照本发明的吸收管的第一实施例的一个横剖面，
图5按照本发明的吸收管的第二实施例的一个横剖面，
图6按照本发明的吸收管的第三实施例的一个横剖面，
图7按照本发明的吸收管连同保持架，
图8按照本发明的吸收管具有两个中心管的实施例，
图9按照本发明的吸收管具有两个套管段和一个设置在它们之间的对中法兰的一个局部，
图10a，b按照本发明的吸收管的两个实施例的横剖面。
图1示出按照本发明的抛物线槽形集热器的立体图。该抛物线槽形集热器具有反射器1，它通常用玻璃制成，玻璃被覆以银并由此起到反射镜的作用。在横截面上，反射器1具有抛物线形状，吸收管3位于反射器1的焦线(未示出)上，载热体例如热油或水/水蒸汽在该吸收管中循环。在图1中未示出载热体和吸收管3结构。
为了支承反射器1，设置一个承载结构，它由内壳5和外壳7组成。内壳和外壳例如可以由几毫米壁厚的复合材料制成。如图1所示，内壳5大面积地支承玻璃反射器1，由此在很大程度上防止可能导致光学特性变化的反射器1第一变形并且在运行期间还没有不允许的机械和热应力作用于反射器1上。通过内壳大面积地支承反射器1也明显减少在风暴时玻璃破碎的危险。
内壳5和外壳7固定地相互连接并且形成一个最好封闭的扭转箱。扭转箱9在其端部上可以通过端头11封闭。由此进一步提高扭转箱9的抗扭转强度。
扭转箱9以外壳7可旋转地支承在支撑13上。图1中未示出扭转箱支承在支撑13上的结构细节。但是已证实有利的是，设置具有金属一塑料副或者塑料一塑料副的滑动轴承。也可以选择，通过滚动轴承或电磁力实现该支承。在中间并在反射器的端部上，反射器1和内壳5具有缺口15。这些缺口是必须的，以便可以装配和操纵旋转驱动装置，借助该旋转驱动装置使扭转箱相对于支撑13旋转。图1中未示出旋转驱动装置，但可以设想，例如借助与外壳7连接的弯曲的齿条(未示出)和固定在一个或多个支撑13上的电驱动的蜗轮实现扭转箱9的旋转并由此也实现反射器1跟踪太阳。
也可以选择，设置其它的电的、液压的或气动的驱动装置用于使扭转箱9相对于支撑13旋转。
为了使吸收管3始终位于反射器1的焦线(未示出)上，设置多个保持架17，它们一端固定在吸收管3上，另一端与承载结构9连接。特别有利的是，保持架17与扭转箱9的骨架(未示出)连接。
在图2中以侧视图或以横剖面示出不带有支撑13的本发明的抛物线槽形集热器。由该视图看出，不仅反射器1而且内壳5在横截面上都具有抛物线形状并且吸收管3设置在该抛物线的焦点上。
此外还尝试，通过双箭头19表示，外壳7在横截面上具有扇形的形状并且该扇形的中心点与反射器1的焦点并由此也与吸收管3的地点重合。这意味着，通过扭转箱9相对于支撑13(未示出)的旋转能够使反射器1简单且很准确地跟踪太阳，而不会使吸收管3偏移焦线。
在图2中还可以看到，在扭转箱9中存在纵梁21，保持架17设置在纵梁21的直接延长线上。由此进一步改善由保持架17传递到扭转箱9上的力的力导入。
在图3中以侧视图示出按照图1的实施例。通过比较反射器1在图2和3中的两个位置明显看出，如何通过扭转箱9相对于支撑的旋转以最简单的方式实现反射器1的跟踪。
图4以横剖面示出按照本发明的吸收管3的第一实施例。该吸收管3由中心管31组成，它通常用金属、尤其是钢制成。该中心管31被用透明材料、尤其是玻璃制成的套管33在各侧包围。套管33与中心管31之间的中间空间被抽真空。固定法兰35通过焊缝37气密地固定在中心管31上。当然，固定法兰35也可以通过与焊接不同的方式与中心管31尤其是可拆卸地连接。但重要的是，在固定法兰35与中心管31的连接部不能有环境空气进入到套管33与中心管31之间的中间空间内。在图4中所示的实施例中，固定法兰35连接在保持架17上，它使得吸收管3能够与抛物线槽形集热器的扭转箱或者与基础固定连接。
为了可以补偿套管33与中心管31的不同的热膨胀，套管33不直接与固定法兰35连接，而是密封地与密封法兰39连接。该密封法兰39又通过补偿件41与固定法兰35连接。补偿套41例如可以与固定法兰35钎焊、焊接或粘接。这也适用于补偿件41与密封法兰39之间的连接。密封法兰39可以在轴向上在中心管31上移动，由此可通过补偿件41容易地补偿套管33与中心管31的不同热膨胀。为了减小密封法兰39与中心管31之间的摩擦，可以在密封法兰39上设置一个轴承衬套(未示出)。
在固定法兰35上设置连接短管43，在该连接短管上可连接未示出的真空泵。为一个或多个集热器使用一个固定安装的真空泵是特别有利的，以便通过间断的泵吸能够解除通过中心管管壁在载热体情况下产生水/蒸汽的氢扩散。该真空泵与目前的具有所谓“吸气剂”的吸收管相比更有利，该“吸气剂”吸收氢气，但随着时间而失效。
为了保证密封法兰39两侧之间的压力平衡，在密封法兰39中设置一个平衡孔45。套管33通过环形槽47接收到密封法兰中。该环形槽47阶梯形地构成。环形槽47的第一阶梯接收套管33，而环形槽47的第二阶梯容纳一个密封环(图4中看不到)。该密封环可由O形环或金属C形环构成，用于减少环境空气在密封法兰39与套管33的连接部侵入套管33与中心管31之间的中间空间内。
图5中示出按照本发明的吸收管的第二实施例。相同的组成部分设置相同的参考标记，针对图4所述内容同样有效。下面只描述这两个实施例的不同之处。
与第一实施例不同，在按照图5的第二实施例中，套管33通过第一台阶49对中和支承在密封法兰上。在连接于第一台阶49上的第二台阶51中置入C形环53。由于从外面作用于C形环53上的空气压力，该C形环压到密封法兰39和套管33上，使得密封性随着套管33与中心管31之间的中间空间中的负压增加而增加。
在按照图5的实施例中，补偿件41与密封法兰39焊接，其中，补偿件41被一个支承环55包围。
图6中示出按照本发明的吸收管的第三实施例。与前述实施例的主要区别是，在固定法兰35与密封法兰39之间安置一个弹性件，在这里是压簧57，它在导向销轴59上被导向。该导向销轴与固定法兰35通过螺母61连接，该螺母拧到导向销轴59上并且压簧57一端支承在该螺母上。通过旋转螺母61可以调节压簧57的预紧力。通过该措施提高了密封法兰39与套管33之间的轴向挤压力，这提高了该连接的密封性。
替换地，导向销轴也可以插装上去(未示出)。
在按照图7的实施例中，保持架17与固定法兰35的功能分开。在保持架17上固定一个松动法兰，它允许中心管31轴向膨胀。在该实施例中，补偿件41分成第一段41a和第二段41b。支承中心管31的保持架17安置在这些段之间。在该实施例中在保持架17中也设置一个平衡孔45。
在按照图8的实施例中除中心管31外附加存在第二中心管63，它以与第一中心管31相同的方式穿过固定法兰35、保持架17和密封法兰39。如果第一中心管31与第二中心管63的热膨胀不同，可以在第二中心管上设置另一补偿件65。在这种情况下第二中心管63轴向可移动地支承在固定法兰35中。第二中心管63例如作为喷射水管用于调节新鲜蒸汽温度。
图9示出吸收管3的一个局部，其中套管33的两个段通过对中法兰67相互连接。
该对中法兰67在原理上与密封法兰39面对套管33的一侧构造相同。唯一的区别是，对中法兰67在两侧接收套管33，而密封法兰39在一侧接收套管33并且在其另一侧与补偿件41连接。与密封法兰39类似，对中法兰67轴向可移动地支承在中心管31上，由此可以容易地补偿套管33与中心管31的不同热膨胀。在该实施例中可以很好地看到对中法兰67与中心管31之间的轴承衬套69。
在图10a中示出具有一个中心管31的吸收管3的横截面。
在按照图10b的实施例中示出具有多个中心管31的吸收管3的横截面。在按照图10b的实施例中，这些中心管中的一个中心管或该中心管内部的一个附加管可以用作新鲜水管。
图4至9的实施例可以容易地转用到具有多个中心管31的吸收管上。
图4，5，6的实施例涉及气密的固定法兰，而图7的实施例涉及气密的松动法兰。松动法兰允许中心管由于热膨胀而轴向移动。该松动法兰最好装配在集热器的冷端部上。为了更换有损坏的玻璃套管，将该法兰分开并接着再与中心管气密地连接。
所有在附图、对附图的说明和权利要求中公开的特征既可以单独地、也可以任意相互组合地成为发明实质。

Claims (24)

1.用于具有直线聚焦焦线的集热器的吸收管，具有至少一个中心管(31)，具有透明的套管(33)，其中所述至少一个中心管(31)被套管(33)气密地包围，还具有用于补偿中心管(31)和套管(33)的轴向长度变化的装置，所述用于补偿轴向长度变化的装置包括一个波纹管，包括一个轴向可移动的密封法兰(39)和一个与中心管(31)气密连接的固定法兰(35)，所述波纹管使密封法兰(39)与固定法兰(35)气密地相互连接，其特征在于，密封法兰(39)支承在所述至少一个中心管(31)上，并且在密封法兰(39)上设置用于套管(33)的接收部。
2.如权利要求1所述的吸收管，其特征在于，所述用于套管(33)的接收部构造成台阶(49)或密封法兰(39)的一个端面上的槽(47)。
3.如权利要求1所述的吸收管，其特征在于，在密封法兰(39)与套管(33)之间设置密封环(53)。
4.如权利要求3所述的吸收管，其特征在于，所述密封环(53)用金属或用耐高温的有机材料或这些材料的仅部分组合制成。
5.如权利要求1所述的吸收管，其特征在于，在固定法兰(35)上存在一个用于真空泵的连接短管(43)。
6.如权利要求1所述的吸收管，其特征在于，所述波纹管被保持架(17)分成第一区段和第二区段，该保持架(17)与第一区段和第二区段气密地连接，该保持架(17)径向支承所述至少一个中心管(31)。
7.如权利要求6所述的吸收管，其特征在于，所述保持架(17)固定在集热器的承载结构上。
8.如权利要求6所述的吸收管，其特征在于，所述保持架(17)至少间接地与地面连接。
9.如权利要求6至8之一所述的吸收管，其特征在于，在保持架(17)与中心管(31)之间设置轴承衬套。
10.如权利要求9所述的吸收管，其特征在于，在密封法兰(39)与中心管(31)之间设置轴承衬套。
11.如权利要求9所述的吸收管，其特征在于，在固定法兰(35)与密封法兰(39)之间设置至少一个弹性件(57)。
12.如权利要求1或2所述的吸收管，其特征在于，所述套管(33)由多个区段组成，分别在两个相邻区段之间设置一个对中法兰(67)，在对中法兰(67)的两侧各设置一个用于套管(33)的一个区段的接收部。
13.如权利要求12所述的吸收管，其特征在于，所述对中法兰(67)支承在所述至少一个中心管(31)上。
14.如权利要求12所述的吸收管，其特征在于，用于套管(33)的接收部以台阶(49)或以对中法兰(67)的端面中的槽构成。
15.如权利要求12所述的吸收管，其特征在于，在对中法兰(67)与套管(33)之间设置一个密封环(53)。
16.如权利要求15所述的吸收管，其特征在于，所述密封环(53)用金属或用耐高温的有机材料或这些材料的仅部分组合制成。
17.如权利要求1或2所述的吸收管，其特征在于，所述中心管(31)用具有气密衬垫的碳纤维陶瓷或碳纤维碳制成。
18.如权利要求1所述的吸收管，其特征在于，所述吸收管用于抛物线槽形集热器和菲涅耳透镜集热器。
19.如权利要求1所述的吸收管，其特征在于，所述波纹管是折叠囊或滚动薄膜。
20.如权利要求3所述的吸收管，其特征在于，所述密封环(53)是O形环或C形环。
21.如权利要求4所述的吸收管，其特征在于，所述材料是石墨、聚四氟乙烯。
22.如权利要求15所述的吸收管，其特征在于，所述密封环(53)是O形环或C形环。
23.如权利要求16所述的吸收管，其特征在于，所述材料是石墨、聚四氟乙烯。
24.如权利要求1所述的吸收管，其特征在于，所述中心管(31)用钢或镍基合金制成。
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