CN102575873A - 吸收管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸收管，该吸收管尤其用于太阳能热电厂中的太阳能收集器，该太阳能收集器具有至少一个收集器镜(12)，该吸收管包括：金属管(22)，该金属管用于传导和加热传热介质；包覆管(24)，该包覆管围绕金属管(22)用于形成环形空间(26)，该环形空间(26)能够被抽空；壁(34)，该壁在包覆管(24)和金属管(22)之间延伸用于密封环形空间(26)；以及保持装置(32)，该保持装置用于吸气材料(46)或填充有吸气材料(46)或惰性气体的容器(48)，该保持装置具有用于接纳吸气材料(46)或容器(48)的接纳部(44)。保持装置(32)被附接到壁(34)。本发明进一步涉及具有至少一个收集器镜(12)的吸收管，其中吸收管包括：金属管(22)，该金属管用于传导和加热传热介质；包覆管(24)，该包覆管围绕金属管(22)用于形成环形空间(26)，该环形空间能够被抽空；以及吸气材料(46)，该吸气材料被设置在环形空间(26)中用于束缚存在于环形空间(26)中的游离氢，其中设置在环形空间(26)中的反射体(94)被提供用于反射辐射(14)，所述反射体包括壳体(90)，该壳体具有支撑部(92)，该支撑部用于紧固吸气材料(46)和保护吸气材料(46)免受所述辐射(14)。

Description

吸收管
技术领域
本发明涉及一种吸收管，该吸收管尤其用于在太阳热能发电厂中的太阳能收集器，该太阳能收集器具有至少一个收集器镜，该吸收管包括：金属管，该金属管用于传导和加热传热介质；包覆管，该包覆管围绕金属管用于形成环形空间，该环形空间能够被抽空；壁，该壁在包覆管和金属管之间延伸用于密封环形空间；以及保持装置，该保持装置用于吸气材料或填充有吸气材料和/或保护性气体的容器，该保持装置具有用于接纳吸气材料或容器的接纳部。此外，本发明涉及一种吸收管，该吸收管尤其用于在太阳热能发电厂中的太阳能收集器，该吸收管具有至少一个收集器镜，该吸收管包括：金属管，该金属管用于传导和加热传热介质；包覆管，该包覆管围绕金属管用于形成环形空间，该环形空间能够被抽空；以及吸气材料，该吸气材料布置在环形空间中用于束缚存在于环形空间中的游离氢。
背景技术
太阳能收集器例如可以装备有抛物面镜，该抛物面镜也被称作收集器镜，太阳能收集器被使用在所谓的抛物槽发电厂中。在已知的抛物槽发电厂中，例如，使用导热油作为传热介质，该导热油能够借助于从抛物面镜反射并且聚焦到吸收管上的太阳光线被加热至近似400℃。因此吸收管通常由金属管和通常由玻璃制成的包覆管构成，该金属管具有辐射吸收层，该包覆管围绕金属管。受热的传热介质通过金属管传导，并且例如被引入到用于产生蒸汽的装置中，在热力过程中通过该装置将热能转换成电能。金属管和包覆管彼此平行且同中心地延续。环形空间形成在金属管和包覆管之间，该环形空间由壁轴向地密封，该壁通常由金属构成。单独的吸收管近似以4m或更长的长度焊接在一起并且形成为具有长达800m的全长的太阳场环。例如从DE10231467B4得知这种类型的吸收管。
通常使用的传热介质(具体地导热油)随着日益老化，释放氢，所述氢例如被溶解在导热油中。所溶解的氢的量取决于所使用的导热油和油路的运行条件。
分解速率以及因此氢的形成率随升高的温度而增加。此外，导热油的分解能够因杂质例如因水而额外地加速，所述水通过在热交换器中的漏出物到达油路。作为通过金属管渗透的结果，所释放的氢到达被抽空的环形空间，通过金属管的渗透速率还随金属管的工作温度的增加而增加。这种情况的结果是，环形空间中的压力也增加，这产生在通过环形空间的热传导增加的结果，该结果进而导致热损失并且导致吸收管或太阳能收集器的较低的效率。作为最终效应，由于在一定的时间之后，不再能够产生足够的热量输出以便能够有效地传导热力过程，所以吸收管的使用寿命缩短。
为了至少减小在环形空间中的压力增加，因此延长吸收管的使用寿命，已经进入环形空间中的游离氢可以由吸气材料束缚。然而，吸气材料的吸收能力是有限的。在达到最大承载能力或在吸气材料饱和之后，在总环形间隙中压力的增加取决于气相的氢分压，直到该氢分压与已经从导热油溶解出的游离氢的分压平衡为止。先前，几兆巴的平衡压力能够借助于现场测量检测到。由于游离氢，在环形间隙中产生增加的热传导，对太阳能收集器的效率具有上述不利的后果。
在环形空间中设置有吸气材料的吸收管例如从WO2004/063640A1得知。此处描述了吸气材料的保持装置，在该保持装置中吸气材料被储存在槽形轨道或环中。该环经由脚部附接到金属管。该脚部被焊接到金属管，使得泄漏能够容易地在这里发生，因此传热介质能够进入环形空间，并且环形空间中的真空可能失去。此外，在该保持装置中不利的是，必须考虑在运行期间在金属管和承载装置之间发生的强大的温度差以及因此发生的不同的长度膨胀，以便防止环的屈曲或裂开，这需要增加的结构支出。
此外，环被设置在能够受太阳直射的区域中。特别地，出自于镜子并且错过金属管或仅掠过金属管的光线(散焦辐射)能够导致环的加热因此导致吸气材料的加热。这是不利的，因为吸气材料对游离氢的吸收能力随吸气材料的温度升高而降低，使得已经被结合到吸气材料的氢再一次被释放，因而环形空间中的压力再一次增加，因此通过环形空间的热传导再一次增加。由于环通过脚部直接连接到金属管，所以热传递(具体地到吸气材料的传导热输送)在脚部上发生，这有助于该脚部的加热。
如最初已经描述的，这个种类的吸收管通常具有壁，这些壁密封环形空间。出于这个目的，这些壁在金属管和包覆管之间延伸。由于金属管和包覆管由不同的材料构成并且在吸收管的运行期间受热截然不同，所以金属管和包覆管截然不同地膨胀，尤其是在轴向方向上。壁包括膨胀平衡单元，采用该膨胀平衡单元能够使不同的热膨胀平衡。膨胀平衡单元至少部分地由金属制造，使得膨胀单元对太阳辐射不可穿透。因此，在由膨胀平衡单元围绕的区域中的传热介质不受热，使得由膨胀平衡单元所围绕的区域越大，吸收管的效率下降越多。
另一方面，吸气材料可以有利地布置在膨胀平衡单元中。如上所述，由于膨胀平衡单元对太阳辐射不可穿透，所以太阳光线不能到达吸气材料或至少仅在减少的程度上到达吸气材料，并且相应地不加热吸气材料或不强烈地加热吸气材料。因此，吸气材料对游离氢的吸收能力不因太阳辐射而降低，或与直接照射相比至少不强烈地降低。吸气材料的相应的布置从DE102005022183B3中得知。
然而，为了提高吸收管的效率，有人试图将膨胀平衡单元设计为尽可能小，以便最小化由膨胀平衡单元所包围的吸收管的区域。在这一点上，有人谈及扩大吸收管的孔径面积，其中孔径面积表示吸收管的可以不受阻碍的方式接近太阳辐射的区域。连同最小化由膨胀平衡单元包围的区域，同样最小化可用于将吸气材料布置在膨胀平衡单元中的空间。因此，足够的吸气材料能够不再布置在膨胀平衡单元中的情况可以发生，使得在吸收管的运行期间被释放的氢量能够在需要的程度上不再被吸收。对游离氢的吸收能力与所利用的吸气材料的量成比例。因此，在吸收管带有最大化的孔径面积的情况下，吸气材料的吸收能力过早地耗尽，并且吸收管的效率过早地降低，使得必须过早地用新吸收管更换，这对经济平衡造成不利影响。
目前可在市场上购买的吸收管设置有膨胀平衡单元，该膨胀平衡单元延伸到在吸收管和包覆管之间的环形空间中(DE10231467B4)，或该膨胀平衡单元使吸收管和包覆管在外侧上彼此连接(DE60223711T2)。随着吸收管的温度升高，延伸到环形空间中的膨胀平衡单元因此受压缩，因而吸收管的孔径在运行期间的温度条件下增加。
密封环形空间的壁至少部分地由金属构成，使得玻璃金属连接件必须设置在包覆管的端部处。由于金属和玻璃在玻璃金属连接件中直接过渡到彼此，所以这里由于温度变化而导致的不同长度膨胀特别关键。作为不同长度膨胀的结果，损坏通常发生在玻璃金属连接件处，这种情况导致环形空间中的真空丢失。这种情况导致太阳能收集器的效率显著降低，太阳能收集器因此不再能够经济地运行。
朝环形空间延伸的膨胀平衡单元使背对收集器的玻璃金属连接件的半体免受散焦、集中辐射。伴有较高温度的膨胀平衡单元的压缩，能导致玻璃金属连接件经受散焦辐射的情形，特别地在膨胀平衡单元的轴向缩短构造的情况下。
在外卧膨胀平衡单元的情况下，外卧膨胀平衡单元不对玻璃金属连接件提供保护。因此，防护屏设置在其它地方用于玻璃金属连接件的保护(DE60223711T2)。
散焦辐射对玻璃金属连接件的加热起作用，但是对导热油的加热不起作用，使得散焦辐射对电能的产生不起作用。因此，太阳能收集器的效率随着散焦辐射的增加率而降低。从US4432345和US4273104中得知副镜，这些副镜被布置在背对收集器镜的吸收管的半体中的环形空间中，以便增加太阳能收集器的效率。
因此，本发明的问题是至少减小现有技术的已知保持装置的上述缺点，以及进一步开发吸收管，使得至少减少吸气材料的加热，并且使吸收管的简单制造和组装成为可能，因而能够对保持装置提供吸气材料以及填充有吸气材料和/或保护性气体的容器，并且将按照期望地布置吸气材料。
此外，本发明的问题是对已知的吸收管的缺点作出响应，具体地减少用于游离氢的吸气材料的容量，和减少因散焦辐射而导致的玻璃金属连接件的加热，因此减少伴随的散焦辐射的损失。
发明内容
该问题的解决办法在于，保持装置被附接到壁。在金属管和保持装置之间无直接热传导发生。仅仅经由另外的组件发生热传导，保持装置被附接到另外的组件。热传导的路径越长，热传递将越小，使得对吸气材料的加热减少。壁在很大程度上与金属管热解耦，使得在吸收管的运行期间壁几乎不被加热。由于保持装置附接到壁的事实，无热量或仅少量的热量能够进入到吸气材料中，使得该材料在运行期间也不受热，或仅在很小程度上受热。
此外，不必考虑因加热金属管和保持装置而产生的不同的长度膨胀。由于保持装置未附接到金属管，所以保持装置能够独立于金属管膨胀，而不会发生损坏。
吸收管的壁优选地具有外环、过渡元件和/或连接元件，因此保持装置附接到外环、过渡元件或连接元件。外环、过渡元件和连接元件是膨胀平衡单元的典型组件，在吸收管的运行期间，膨胀平衡单元将平衡金属管和包覆管的不同的膨胀，并且同时，环形空间将被密封。
壁优选地包括膨胀波纹管，保持装置被附接到膨胀波纹管。许多膨胀平衡单元还包括膨胀波纹管，这些膨胀波纹管平衡因金属管和包覆管不同的膨胀而产生的轴向位移。根据本发明，能够在无需采取另外的紧固措施的情况下环绕金属管环状地布置保持装置。以这种方式，保持装置能够通过紧固装置被固定到膨胀波纹管，或从膨胀波纹管悬挂。由于膨胀波纹管通常由不可透光的材料诸如金属制成，所以在该布置中，膨胀波纹管至少在一侧上保护吸气材料免受太阳辐射，这还导致对吸气材料的加热减少。
根据本发明，保持装置具有第一区域和第二区域，并且吸收管具有面对收集器镜的一个半体和背对该镜的一个半体。在这种情况下，吸气材料或填充有吸气材料的第一容器被设置在第一区域中，并且填充有保护性气体的第二容器被设置在第二区域中，由此第一区域被设置在背对收集器的半体中，并且第二区域被设置在面对收集器镜的半体中。
背对收集器镜的半体被金属管遮蔽，使得第一区域不遭受聚焦太阳辐射。随后，吸气材料不被加热或仅仅稍微被加热，由于这个原因，吸收材料对游离氢的吸收能力不降低。
设置在第二容器中的保护性气体不是特别地温度敏感。第二容器被构造成使得第二容器能够通过外部作用例如热效应打开，使得保护性气体流出并且分布在环形空间中。保护性气体例如二氧化碳或惰性气体具有非常小的热导率，使得尽管具有相对较高的氢浓度，这些保护性气体减小通过环形空间的热传导，这进而限制吸收管的热损失。
优选地，保持装置包括：接纳部，该接纳部用于接纳吸气材料或容器，接纳部被环状地构造；以及辐射防护屏，该辐射防护屏抵抗太阳辐射和热辐射。借助于环形构造，吸气材料能够根据需要环绕金属管设置在吸收管的环形空间中。接纳部以及因此保持装置能够被设计成一件，这有利于在环形空间中的组装。辐射防护屏保护吸气材料免受直接从太阳进入吸收管或被收集器镜反射到吸收管的太阳辐射。此外，不直接从太阳发出而是例如从热金属管发出的热辐射还被阻止加热吸气材料。
以这种方式，减少吸气材料的加热以及因此伴随的吸气材料对游离氢的吸收能力的降低。保持装置还可以具有几个辐射防护屏，当从吸收管的纵轴线观察时，这几个辐射防护屏被设置成例如彼此径向向外远离。每次取决于吸气材料在保持装置中的位置，第一辐射防护屏有时接纳支承吸气材料的可变部分，并且第二辐射防护屏有时也接纳支承吸气材料的可变部分。此外，可以设置单独的辐射防护屏，当从吸收管的纵轴线的径向地向外观察时，该辐射防护屏被设置在保持装置内部，并且该辐射防护屏无支承功能。辐射防护屏可以被热解耦地容纳在保持装置上或在金属管上或在壁上，并且在太阳辐射能够到达保持装置之前驱逐太阳辐射。
保持装置优选地包括高反射金属，和/或保持装置具有用于反射太阳辐射的反射层。以这种方式，射到保持装置的反射层的辐射不能被吸收，或仅在很小程度上被吸收，由于这个原因，保持装置能够被不太激烈地加热，因此吸气材料也能够被不太激烈地加热。此外，反射辐射能够被传导至金属管，反射辐射能够有助于传热介质的加热，使得该辐射不损失。
保持装置优选地具有用于保护吸气材料免受太阳辐射的包层。包层可以被构造为例如丝网。在这种情况下，该包层不采取隔离功能，而是通过遮蔽该包层来减少穿透吸气材料的太阳辐射的量。因此，包层至少部分地由不可透光的材料构造。然而，为了使游离氢容易接近吸气材料，例如，包层具有可以通过激光切割的小孔。
在优选实施例中，包层包括用于反射太阳辐射的反射部。射到包层的太阳辐射不加热包层，或仅在很小程度上加热包层，并且被反射回到例如金属管，太阳辐射在金属管处有助于加热传热介质。因此，太阳辐射被更有效地利用。
在具有第一端和第二端的保持装置的有利的改进中，连接元件被设置用于连接所述第一端和第二端。在该改进中，由于对第一弹簧的使用，保持装置是柔性的。保持装置可以被封闭成带有连接元件的花托状单元。
吸收管优选地包括反射体，该反射体被设置在环形空间中，该反射体用于反射辐射尤其是太阳辐射到金属管中。反射体可以被设计为独立组件，并且该反射体可以被构造成使得散焦辐射的绝大部分被反射到金属管。此外，可以考虑特定的光学性质例如反射体的特定的曲率以便提供对辐射的束缚，对于保持装置的反射层不能提供这种对辐射的束缚或能够仅以巨大的代价提供这种对辐射的束缚。
在有利的构造中，吸收管包括金属壁，该金属壁至少部分地在包覆管和金属管之间延续以便密封环形空间，由此壁经由玻璃金属连接件过渡到包覆管中，并且反射体或保持装置被设置成使得该反射体或保持装置保护玻璃金属连接件免受辐射。玻璃金属连接件对温度波动特别敏感，温度波动能够导致玻璃金属连接件的失效。失效之后接着是在环形空间中真空的丢失，这导致太阳能收集器的效率大大降低。反射体和保持装置被布置成使得反射体和保持装置遮蔽玻璃金属装置，因此减少由于散焦辐射而导致的加热。这导致玻璃金属连接件的减少的负载，使得玻璃金属连接件能够较长时间地处于服务状态中。
此外，通过最初提出的类型的吸收管解决该问题，该吸收管包括反射体，该反射体被设置在环形空间中，用于反射辐射尤其是太阳辐射到金属管中，由此该反射体具有壳体，该壳体带有用于储存吸气材料和用于保护吸气材料免受辐射的储存部。在不具有壳体的情况下，反射体例如可以由板形金属片件构成。只要反射体被构造成使得反射体提供由壁至少部分地封闭并且能够被封闭的部分，在该部分中能够储存和保护例如吸气材料的对象，那么该反射体界定为包括壳体。
在理想情况下，收集器镜被构造成使得收集器镜反射总辐射尤其是太阳辐射到金属管上，这能够有助于在金属管中的传热介质的加热。然而，基于制造不精确或基于在太阳能收集器的运行期间发生的力学作用诸如风或冰雹，可能发生的是，由收集器镜反射的辐射的一部分错过金属管并且不能有助于加热传热介质。因此这部分辐射(散焦辐射)保持不被利用，这降低吸收管的效率，因此降低太阳能收集器的效率。根据本发明，借助于设置在环形空间中的反射体，在借助于收集器镜反射之后错过金属管的那部分辐射被反射到金属管中。该部分辐射现在能够有助于加热传热介质，并且被利用。在收集器镜的制造中的不精确或在根据本发明的太阳能收集器运行期间发生的干扰不导致吸收管的效率上的降低，或至少仅导致效率上较小的降低。
反射体的壳体的储存部起到接纳吸气材料的作用，同时该储存部被保护免受辐射。没有针对吸气材料设置其它结构单元，这导致简化结构，并且因此导致吸收管的成本有效的制造。
在另一改进中，根据本发明的吸收管包括金属壁，该金属壁在包覆管和金属管之间至少在几个部分上延续以便密封环形空间，由此该壁经由玻璃金属连接件过渡到包覆管中，并且反射体被设置成使得该反射体保护玻璃金属连接件免受辐射。根据本发明，反射体被设置成使得保护玻璃金属连接件免受散焦辐射，并且因此受到该辐射的加热强度降低。如前所述，玻璃金属连接件的加热过强烈和温度波动频繁导致玻璃金属连接件的失效，这产生在环形空间中的真空丢失的结果。对具有根据本发明的反射体的布置的玻璃金属连接件的保护，导致太阳能收集器的功能性和性能得以维持。
反射体优选地包括被引入或安装在壳体上的反射层。例如，该反射层可以被设置为被引入到壳体上的反射箔或反射膜。壳体的相应的涂层也是可构想的。因此，即使在壳体的制造期间也可以引入反射层；不需要昂贵的紧固措施，并且进一步，能够省略对独立的紧固装置的使用。对于壳体来说，高反射材料的使用也是可构想的。
此外，反射体包括抛光表面。该抛光表面可以是壳体表面的一部分。在该实施例中，也可以省略另外的反射组件，这导致简化反射体的生产。
在本发明的有利的构造中，储存部包括一个或更多个腔，吸气材料可以被引入到所述一个或更多个腔中。通过该措施，能够以结构上简单的方式确定壳体中吸气材料的位置以及吸气材料相对于反射体的位置。腔可以以凹槽或褶曲的形式产生，铣削、冲压所述凹槽或褶曲，或通过弯曲形成所述凹槽或褶曲。腔的数量和尺寸可以适于吸气材料的需求量。能够借助于这些腔阻止吸气材料尤其是在吸收管的组装或太阳能收集器的维护期间的滑脱。
更有利地，可以通过封闭件或密封件封闭腔。例如，封闭件可以被设计为网或栅格。应注意的是，封闭件尽可能小地限制吸气材料到设置在环形空间中的游离氢的可及性。封闭件防止吸气材料从腔溢出。吸气材料通常以挤压圆柱形件的形式被提供和使用，这种挤压圆柱形件也被称作丸状物。替代地，吸气材料也可被挤压成其它形状，使得还可以在对挤压吸气材料的形状的选择中考虑反射体的形状。当游离氢增加时，在吸气材料上形成氢化物，并且这些氢化物能够引起因体积的增加而造成的丸状物的微粒化。然后，微粒可以以不受控制的方式在环形空间中散布并且被辐射加热。这导致在环形空间中的局部温度升高(热点)，这对吸收管的使用寿命和效率造成不利影响。特别地，由玻璃制造的包覆管被热点损坏。能够通过设置封闭件防止这种情况。
在根据本发明的装置的有利的构造中，该装置被紧固到壁。在该构造中，不必要将壳体紧固到金属管或包覆管。将壳体紧固到金属管是特别不利的，因为在运行期间壳体被强烈地加热，因而首先对于紧固来说必须考虑热膨胀，并且这需增加的结构支出。只要未设置相应的平衡单元用于使不同的纵向膨胀平衡，当壳体紧固到金属管时，始终存在使壳体弯曲或剥落的危险。
壁相对于环境密封环形空间。如上面已经陈述的，壁至少在几个部分上由金属构造。由于金属通常具有良好的热容量，所以当壳体附接到壁时，来自壳体的热量能够越过壁被排放到环境。因此减少吸气材料的加热。
在本发明的有利的改进中，壁包括连接元件和膨胀波纹管，壳体被紧固到连接元件或膨胀波纹管。膨胀波纹管是膨胀平衡单元的典型组件，在吸收管的运行期间，膨胀平衡单元平衡金属管和包覆管的不同的膨胀，并且同时，环形空间将被密封。这些波纹管和连接元件通常被放置成至少部分地与吸收管的环境导热接触。因此，这些波纹管至少排放一定的热量到环境中。排出的热量不再进入吸气材料并且加热吸气材料。
在根据本发明的吸收管的优选构造中，其中膨胀波纹管具有内端和外端，壳体被紧固到内端。内端指向环形空间的方向或被设置在环形空间中。如最初所陈述的，有人试图最大化吸收管的孔径面积。膨胀波纹管在这种情况下起到重要的作用，由于膨胀波纹管帮助确定膨胀平衡单元的轴向范围。在最大化孔径面积中，有人试图将膨胀波纹管构造成尽可能短。因此，所使用的膨胀波纹管中折叠的数量被限制成必需的最小值。通过将壳体紧固到根据本发明的膨胀波纹管的内端，膨胀波纹管的折叠的尺寸或数目在吸气材料的容纳上不起作用。根据本发明，由于反射体从膨胀平衡单元轴向地向内设置，并且因此不依赖于轴向延伸，所以确保反射体独立于膨胀平衡单元(具体地膨胀波纹管)的轴向延伸，足够的吸气材料始终能够被设置在环形空间中。
在本发明的优选构造中，其中壁包括外环和连接元件，壳体被附接到外环或连接元件。外环是膨胀平衡单元的典型组件，在吸收管的运行期间，膨胀平衡单元平衡金属管和包覆管的不同的膨胀，并且同时，环形空间将被密封。这些环通常被放置成至少部分地与吸收管的环境导热接触。因此，这些波纹管至少排放一定的热量到环境中。排出的热量不再加热吸气材料。
在本发明的优选改进中，其中吸收管具有面对收集器镜的一个半体和背对收集器镜的一个半体，反射体被设置在背对收集器镜的半体中。从收集器镜反射的辐射横跨通过面对收集器镜的半体并且射到金属管。金属管产生屏蔽，该屏蔽在很大程度上免受在背对收集器镜的半体中的辐射。相应而言，如果壳体被设置在背对的半体中，则对设置在壳体中的吸气材料的加热也减少。
在背对收集器镜的半体中，反射体不产生对辐射的任何屏蔽，使得在面对收集器镜的主要相关半体上的孔径面积不减少。此外，反射体能够将散焦辐射反射回到金属管中。采用反射体的这种布置，能够以增加的效率操作吸收管。
反射体优选地包括一个或更多个平面反射部。借助于平面部能够以特别简单的方式构造反射体，而不以显著方式降低其效率。事实上，反射体也可以包括弯曲部，但是一方面，这些弯曲部难以制造，并且另一方面，必须更精确地合并这些弯曲部，使得实际上反射辐射将被反射到金属管中。反射体的平面设计不需要这样的精确安装位置。
附图说明
现在将基于实施例的优选实例参考所附的附图详细地解释本发明。这里：
图1示出太阳能收集器的示意图，
图2示出通过吸收管的实施例的第一实例的半截面，该吸收管具有根据本发明的保持装置的实施例的第一实例，
图3以放大形式示出图2中所示的根据本发明的保持装置的实施例的第一实例的截面图，
图4示出通过根据实施例的第一实例的吸收管的半截面，该吸收管具有根据实施例的第二实例的保持装置，
图5以放大形式示出图4中所示的根据本发明的保持装置的实施例的第二实例的截面图，
图6示出通过吸收管的第二实施例的半截面，该吸收管具有根据本发明的保持装置的实施例的第三实例，
图7以放大形式示出图6中所示的根据本发明的保持装置的实施例的第三实例的沿着纵轴线的局部截面图，
图8示出图6和7中所示的根据本发明的保持装置的实施例的第三实例的俯视图，
图9示出根据本发明的保持装置的实施例的第四实例的俯视图，
图10示出通过吸收管的实施例的第二实例的截面图，该吸收管具有根据本发明的保持装置的实施例的第四实例，
图11示出通过吸收管的实施例的第三实例的半截面，该吸收管具有根据本发明的保持装置的实施例的第一实例，
图12示出通过吸收管的实施例的第四实例的半截面，该吸收管具有根据本发明的保持装置的实施例的第二实例，
图13示出通过吸收管的第二实施例的半截面，该吸收管具有根据本发明的反射体的实施例的第一实例，
图14示出为了图示光束路径，沿着图13中所限定的截面平面A-A通过包括收集器镜的吸收管的实施例的另一实例的不按比例的截面图，该另一实例大致与图13中所示的实施例的实例相同，除了尺寸之外，
图15示出通过具有根据本发明的反射体的实施例的第一实例的吸收管的截面图，
图16示出通过具有根据本发明的反射体的实施例的第二实例的吸收管的半截面，以及
图17示出沿着图16中所限定的截面平面B-B通过吸收管的实施例的另一实例的不按比例的截面图，该另一实例大致与图16中所示的实施例的实例相同，除了尺寸之外。
附图标记列表
10太阳能收集器
12收集器镜
14太阳辐射
16反射的太阳辐射
181-186吸收管
20吸收管的纵轴线
22金属管
24包覆管
26环形空间
28面对收集器镜的吸收管的半体
30背对收集器镜的吸收管的半体
321-324保持装置
34壁
36过渡元件
37玻璃金属连接件
38外环
40连接元件
41膨胀波纹管
42内端
43外端
44接纳部
46吸气材料
48容器
50间隔元件
54边界部
60反射层
61紧固装置
62包层
63辐射防护屏
64穿孔
66保持装置的纵轴线
68丝网
70第一端
72第二端
73连接元件
74预应力元件
76第一弹簧
77绕组
78反射部
79第三弹簧
80第一区域
82第二区域
84第一容器
86第二容器
90壳体
92储存部
94反射体
96反射层
100开口
102腔
104封闭件
106平面部
108支架
110抛光表面
P传热介质的流向
具体实施方式
图1中示出已知类型的太阳能收集器10。太阳能收集器10包括收集器镜12，该收集器镜反射太阳辐射14并且将所反射的太阳辐射16引导到吸收管18上。收集器镜12被构造成槽形，使得该收集器镜使所反射的太阳辐射沿着焦线聚焦，焦线通过吸收管18的纵轴线20延续。吸收管18具有金属管22和包覆管24。金属管22涂覆有辐射吸收层(未示出)，并且传热介质流动通过该金属管。包覆管24围绕金属管22，使得环形空间26形成在金属管22和包覆管24之间。包覆管24通常由玻璃构成。基于收集器镜12的槽形构造，吸收管18可以被划分成面对收集器镜12的一个半体28和背对该收集器镜的一个半体30。
传热介质的流动方向由箭头P1指示。当传热介质流动通过金属管22时，传热介质将被所反射的太阳辐射16加热。能够达到的温度达近似400℃。受热传热介质被引入到在其中获得电能的过程，此处未详细地示出该过程。背对收集器镜12的吸收管18的半体30被例如自然对流和由于风导致的强迫对流的混合对流冷却，这导致热损失，并且因此导致对传热介质的加热过程造成不利影响。因此，有人试图尽可能减小从金属管22向外的热传导，该传导受到环形空间26的影响，该环形空间形成有包覆管24。该空间能够被抽空或填充有保护性气体。两种措施的组合也是可能的。两种措施均造成通过环形空间26的热传导减少，因而限制热损失。
图2示出第一吸收管18的半截面图，该第一吸收管具有根据本发明的保持装置321的实施例的第一实例。环形空间26在纵轴线20的方向上由壁34密封，在示出的实施例的实例中，该壁包括：过渡元件36，该过渡元件紧固到包覆管24；外环38；以及连接元件40。玻璃金属连接件37被设置在过渡元件36到包覆管24中的过渡处。为了平衡在吸收管18的运行期间因不同的膨胀而导致的包覆管24相对于金属管22的轴向位移，相应地被压缩或膨胀的膨胀波纹管41被设置在外环38和连接元件40之间。外环38也可以被应用到连接元件40上，当然，该外环可在连接元件40上轴向地位移，使得该外环能够将膨胀转移到膨胀波纹管41上。膨胀波纹管41具有指向环形空间26的内端42和离开环形空间26的外端43。在实施例的该实例中，连接元件40连接到外端43，并且外环38连接到膨胀波纹管41的内端42。
保持装置321紧固到连接元件40，该连接元件在该实例中从膨胀波纹管41内部的纵轴线20径向延续，但是也可以附接到过渡元件36或附接到外环38。膨胀波纹管41通常由不可透光的材料诸如金属制成。因此，保持装置321的布置利用膨胀波纹管41的遮光效果，使得保护保持装置321至少在一侧上免受太阳辐射，这减少了加热。在每种情况下，保持装置321小被设置在环形空间26中，而不存在与金属管22直接接触。因此，热量不能被从金属管22以直接的方式传导地输送到保持装置321中，使得对保持装置321的加热也将因此减少。
图2中所示的保持装置321的实施例的实例与吸收管18隔离，并且该保持装置在图3中被放大地示出。在实施例的该实例中，保持装置321具有接纳部44，该接纳部能够接纳吸气材料46或填充有吸气材料46的容器48。呈粉末形式的吸气材料46可以被填充到容器48中。替代地，吸气材料46可以被压成通常圆柱形的部分。在这种情况下，能够省略容器48。
被压成部分的吸气材料46以及容器48可以放置在间隔元件50上。这些间隔元件50起到防止到吸气材料46的热传导的作用。接纳部44具有边界部54，该边界部防止吸气材料46或填充有吸气材料的容器48在接纳部44下方滑动。
在该实施例中，保持装置321被封闭并且被环状地构造，使得保持装置321能够完全围绕金属管。在这种情况下，当径向地观察时，另一个接纳部44可以被设置在接纳部44的外部，并且这能够防止吸气材料46掉出(未示出)。
此外，图2中所示的保持装置32被紧固到连接元件40。该连接元件进而与金属管22接触，并且以气封的方式围绕该金属管，针对这种情况设置了专用封闭件，这些专用封闭件在此处未示出。这些封闭件通常由热传导性较差的材料构成，使得连接元件40主要从金属管22热解耦。然而，为了尽可能减少热传导，有人试图保持接纳部44和连接元件40之间的接触表面尽可能小。这可以例如通过将保持装置321逐点连接到连接元件40实现。因此，实现的是，从连接元件40到吸气材料46或到填充有吸气材料46的容器48能够产生少量热传导。
此外，保持装置321包括反射层60，该反射层指向金属管22并且紧固到接纳部44。反射层60使已经错过或正好触及金属管22的太阳光线偏转并且落到反射层60上，返回到金属管22。以这种方式，一方面，阻止保持装置321吸收可能导致对吸气材料46加热的太阳光线，并且另一方面，在金属管22中被反射的光线能够有助于传热介质的加热。替代地，接纳部44可以完全或部分地形成为高反射金属60。
图4中示出保持装置322的实施例的第二实例。保持装置322在很大程度上对应于保持装置321的实施例的第一实例，但是，当然，这里，保持装置322不附接到连接元件40，而是通过紧固装置61附接到膨胀波纹管。这些紧固装置61可以被构造为接纳部44的一部分。紧固装置61例如可以被引入到膨胀波纹管41的折叠中。如果保持装置322以180°或更多围绕金属管22，则这种情况提供了构造上简单的解决办法。此外，根据第二实施例的保持装置322被设计成比根据第一实施例的保持装置321长。保持装置322能够接纳总共五个容器48。此外，采用加长的型式，能够遮蔽玻璃金属连接件37，并且因此保护该玻璃金属连接件免受加热。
由于保持装置322被放置成不与连接元件40接触，所以热量不能从连接元件40以传导方式进入到保持装置322中并且因此进入到吸气材料46。这里，保持装置322被放置成不与金属管22直接接触也是有效的，使得热量不能从金属管22直接以传导方式输送到保持装置322。金属管22的纵向膨胀不影响保持装置322。
在图5中放大地示出保持装置322。可以看到，吸气材料46被包层62围绕，该包层将吸气材料46保持在保持装置322中。该包层62可以形成为金属网或布袜。为了确保游离氢有机会接触吸气材料46，包层62具有穿孔64。
图6示出根据本发明具有保持装置323的实施例的第三实例的第二吸收管18。当然，这里保持装置323环绕膨胀波纹管41缠绕。出于该目的，与图2中所示的实例相反，连接元件40连接到内端，并且外环38连接到膨胀波纹管41的外端。从而壁34的轴向范围减小，使得金属管22的较大截面能够受到太阳辐射，这增加了吸收管18的效率。此外，玻璃金属连接件37被连接元件40和膨胀波纹管41遮蔽，并且被保护免受散焦辐射。
图7中示出沿着纵轴线66(参见图8)的保持装置323的实施例的第四实例的局部截面图。接纳部44和紧固装置50在这里结合，并且被构造为带有绕组77的第一弹簧76。容器48或吸气材料46被布置在由绕组77包围的空间中，并且被这些绕组保持在位。可以使用第一弹簧76使保持装置323的纵轴线66弯曲。
包层62在这个实施例中被设计为丝网68，该丝网被拉过第一弹簧76。丝网68通过遮蔽吸气材料46抵挡太阳光线而保护所述吸气材料，但同时确保游离氢能够容易地到达吸气材料46。丝网68不减少到吸气材料46的热传导。
图8示出根据本发明的保持装置323的实施例的第三实例的俯视图。保持装置323具有第一端70和第二端72，该第二端连接到连接元件73，使得第一弹簧76弯曲。连接元件73具有预应力元件74，当该连接元件延伸时，所述预应力元件施加预应力。预应力元件74在这里被设计为第三弹簧79。在这种情况下，选择保持装置323的长度或连接元件73的长度，使得在装配期间第一和第二端70、72被从彼此拉开，例如如图6中所示，当将该保持装置围绕膨胀波纹管41装配时，使得预应力元件74延伸并且产生预应力。该预应力的一部分在保持装置323和膨胀波纹管41之间产生摩擦力，使得保持装置323被安置在位。反射部78被设置在丝网68上，该反射部反射太阳光线并且减少吸气材料46的加热。
图9中示出了根据本发明的保持装置324的实施例的第四实例。它本质上被构造为图7和8中所示的实施例的实例。这里，保持装置324被划分成第一区域80和第二区域82。吸气材料46或填充有吸气材料46的一个或更多个第一容器84被设置在第一区域80中，而填充有保护性气体的一个或更多个第二容器86被设置在第二区域82中。
图10示出了根据本发明具有保持装置324的实施例的第四实例的吸收管18。保持装置324被布置成使得第一区域80被设置在背对收集器镜12的半体30中，并且第二区域82被设置在吸收管18的面对收集器镜12的半体28中。来自于收集器镜12的集中的太阳辐射不射到背对的半体30。因此，根据本发明的设置在背对的半体30中的吸气材料46不被太阳辐射加热，使得吸气材料46对游离氢的吸收能力不减小。以这种方式，例如，在面对收集器镜12的半体82中的第二容器86的布置不应理解为该第二容器86必须完全布置在半体82中。该第二容器还可以至少部分地布置在背对的半体80中。
图11中示出了根据第三实施例的吸收管183，该吸收管在很大程度上对应于图2中所示的吸收管181，并且具有根据实施例的第一实例的保持装置321。这里，壁34被构造成稍微不同。在实施例的该实例中，壁34没有外环38。相反，膨胀波纹管41直接与过渡元件36连接。设计包覆管24和膨胀波纹管41的尺寸，使得过渡元件36具有恒定直径。布置保持装置321，使得该保持装置321遮蔽玻璃金属连接件37。
图12中示出了吸收管184，该吸收管在很大程度上对应于图4中所示的吸收管182，并且具有根据实施例的第二实例的保持装置322。然而，这里壁34也被构造成稍微不同。这里，膨胀波纹管41经由过渡元件36直接与包覆管24连接，没有在该膨胀波纹管和包覆管之间布置外环。与图11中所示的实施例的实例相反，过渡元件36的直径变化，使得由于直径差能够用过渡元件36平衡，所以包覆管24和膨胀波纹管41的直径不必适于彼此。
图13中示出了根据实施例的第二实例的吸收管182的半截面图。在示出的实例中，反射体941连同壳体90紧固到膨胀波纹管41的内端42，并且紧固到连接元件40。反射体941反射所反射的辐射16，使所反射的辐射从收集器镜12(参见图14)射到金属管22。反射体941包括施加在壳体90上的反射层96。反射体941凹入地弯曲。辐射16通过反射体94的反射由箭头P2指示。
壳体90具有储存部92，吸气材料46能够被引入到该储存部中。储存部92包括腔102和开口100，吸气材料46可以通过该开口被引入到腔102中。腔102的开口用封闭件104封闭，例如，该封闭件可以形成为栅格。
图14示出了基于沿着图13中所限定的截面平面A-A(但不按比例)的吸收管182的实施例的第二实例。此外，示出了收集器镜12。可以清楚地看到凹入弯曲反射体941，其中曲率可以椭圆形或抛物面或以其它方式延伸，并且填充有吸气材料46的102的曲率也可同样地延伸。此外，可以看见开口100，吸气材料46可以通过该开口被引入到腔102中。壳体90连同反射体941和吸气材料46专门地布置在背对收集器镜12的吸收管182的半体30中。可以清楚地辨认面对收集器镜12的半体28和背对收集器镜的吸收管182的半体30。
绘制箭头P3至P6用以说明太阳光线14的光束路径。沿着箭头P4和P5延续的光线射到收集器12，并且直接从该收集器反射到金属管22中，这些光线有助于加热传热介质。沿着箭头P3和P6延续的光线也射到收集器镜12。这些光线不从收集器镜12反射到金属管22中，而是错过该金属管(散焦辐射)，例如，由于收集器镜12的制造不精密的结果。通常地，这些光线将通过在背对收集器镜12的半体30上的包覆管24，并且不会有助于加热传热介质。
然而，根据本发明，这些光线射到反射体941，该反射体被构造成使得反射体941将光线反射回金属管22，使得光线能够有助于加热传热介质并且保持被利用。反射体94和吸气材料46因此相对于彼此定位成，使得吸气材料46不能被散焦辐射加热。根据本发明，一方面，实现的是，错过金属管22的光线通过反射体941反射回到金属22中因此保持被利用，并且另一方面，吸气材料46不被这些光线加热，加热将减小吸气材料对游离氢的吸收能力。
图15中示出了根据本发明的吸收管185的实施例的第五实例。与实施例的第一实施相反，这里壳体90和反射体941完全围绕金属管22；因此，该壳体和反射体通过吸收管185的两个半体28、30，即，面对收集器镜12的半体和背对收集器镜12的半体。当然，吸气材料46仅布置在吸收管185的背对该镜的半体30中。此外，在实施例的该实例中，膨胀波纹管41的折叠数量被减少到绝对必需的最小值。根据本发明，吸气材料的布置不依赖于膨胀波纹管41的轴向膨胀，使得足够的吸气材料46始终能够被容纳在壳体90中。
过渡元件36在过渡元件到包覆管24的过渡处形成玻璃金属连接件37。在设计壳体90的尺寸以及该壳体在环形空间26内部的布置中，考虑到膨胀波纹管41的轴向延伸，在实施例的该实例中，必须注意的是尽可能遮蔽玻璃金属连接件37。玻璃金属连接件37对热膨胀敏感，由于这个原因，遮蔽增加玻璃金属连接件37的可靠性。
由箭头P7指示辐射16通过反射体941的反射。
图16中所示的吸收管具有反射体942的实施例的第二实例，该反射体由几个平面部106构造。平面部106可以被设计为壳体90的反射层96，或被设计为独立的组件。反射层96可以被设计为抛光表面110，该抛光表面也是反射性的。反射体94被紧固到支架108，该支架从外环38延伸到反射体94，而不接触膨胀波纹管41。设置反射体94使得该反射体94遮蔽玻璃金属连接件37。借助于反射体94防止散射辐射16射到玻璃金属连接件37，散射辐射16的路线由箭头P7指示。此外，反射体94提供让散射辐射再一次偏转回到金属管22，并且有助于加热导热油。
其中设置有吸气材料46的储存部92被设置在反射体942的壳体90中。储存部92进而被设计为腔102，该腔能够用封闭件104封闭。
图17中示出了除了尺寸之外在很大程度上对应于图16中的吸收管的吸收管185。基于图16中所限定的截面平面B-B图示吸收管185。可以看出，反射体942被设置在吸收管18背对收集器镜12的半体30中。

Claims (25)

1.一种吸收管，所述吸收管尤其用于太阳能热电厂中的太阳能收集器，所述太阳能收集器具有至少一个收集器镜(12)，所述吸收管包括：
-金属管(22)，所述金属管用于传导和加热传热介质，
-包覆管(24)，所述包覆管围绕所述金属管(22)，以形成环形空间(26)，所述环形空间(26)能够被抽空，
-壁(34)，所述壁在所述包覆管(24)和金属管(22)之间延续，用于密封所述环形空间(26)，以及
-保持装置(32)，所述保持装置被设置在所述环形空间(26)中，用于吸气材料(46)或填充有吸气材料(46)的容器(48)，所述保持装置具有用于接纳所述吸气材料(46)或容器(48)的接纳部(44)，
其特征在于，所述保持装置(32)被附接到所述壁(34)。
2.根据权利要求1所述的吸收管，
其特征还在于，所述壁(34)包括外环(38)、过渡元件(36)和/或连接元件(40)，并且所述保持装置(32)被紧固到所述外环(38)、所述过渡元件(36)或所述连接元件(40)。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的吸收管，
其特征还在于，所述壁(34)包括膨胀波纹管(41)以及过渡元件(36)，并且所述保持装置(32)被紧固到所述膨胀波纹管(41)或所述过渡元件(36)。
4.根据权利要求1或3中任一项所述的吸收管，
其特征还在于，所述保持装置(32)具有第一区域(80)和第二区域(82)，并且所述吸收管(18)具有面对所述收集器镜(12)的一个半体(28)和背对所述镜的一个半体(30)，并且吸气材料(46)或填充有所述吸气材料(46)的第一容器(84)被设置在所述第一区域(80)中，并且填充有保护性气体的第二容器(86)被设置在所述第二区域(82)中，由此所述第一区域(80)被设置在背对所述收集器镜(12)的半体(30)中，并且所述第二区域(82)被设置在面对所述收集器镜(12)的半体(28)中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的吸收管，
其特征还在于，此外，所述保持装置(32)包括接纳部(44)，所述接纳部用于接纳吸气材料(46)或容器(48)，并且所述接纳部(44)被环状地构造，并且具有抵抗太阳辐射和热辐射的辐射防护屏(63)。
6.根据权利要求5所述的吸收管，
其特征还在于，所述保持装置包括用于反射太阳辐射的高反射金属(60)和/或反射层(60)。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的吸收管，
其特征还在于，所述保持装置(32)包括用于保护所述吸气材料(46)免受太阳辐射的包层(62)。
8.根据权利要求7所述的吸收管，
其特征还在于，所述包层(62)被构造为丝网(68)。
9.根据权利要求7或8所述的吸收管，
其特征还在于，所述包层(62)包括用于反射太阳辐射的反射部(78)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的吸收管，所述保持装置(32)具有第一端(70)和第二端(72)，
其特征还在于连接元件(73)，所述连接元件用于连接所述第一端和第二端(70，72)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的吸收管，
其特征还在于反射体(94)，所述反射体被设置在所述环形空间(26)中，用于反射辐射(14)尤其是太阳辐射到所述金属管(22)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的吸收管，
其特征还在于，所述吸收管包括金属壁(34)，所述金属壁在所述包覆管(24)和所述金属管(22)之间至少在几个部分上延伸，以便密封所述环形空间(26)，由此所述壁(34)经由玻璃金属连接件(37)过渡到所述包覆管(24)中，并且反射体(94)或保持装置(32)被设置成使得所述反射体或保持装置保护所述玻璃金属连接件(37)免受辐射(14)。
13.一种吸收管，所述吸收管尤其用于太阳能热电厂中的太阳能收集器(10)，所述太阳能收集器(10)具有至少一个收集器镜(12)，其中所述吸收管包括：
-金属管(22)，所述金属管用于传导和加热传热介质，
-包覆管(24)，所述包覆管围绕所述金属管(22)，以形成环形空间(26)，所述环形空间(26)能够被抽空，以及
-吸气材料(46)，所述吸气材料被设置在所述环形空间(26)中，用于束缚存在于所述环形空间(26)中的游离氢，
其特征在于，反射体(94)被设置在所述环形空间(26)中，用于反射辐射(14)尤其是太阳辐射到所述金属管(22)中，由此所述反射体(94)具有壳体(90)，所述壳体带有储存部(92)，所述储存部用于紧固吸气材料(46)和用于保护所述吸气材料(46)免受所述辐射(14)。
14.根据权利要求13所述的吸收管，
其特征还在于，所述吸收管包括金属壁(34)，所述金属壁在所述包覆管(24)和所述金属管(22)之间至少在几个部分上延伸，以便密封所述环形空间(26)，由此所述壁(34)经由玻璃金属连接件(37)过渡到所述包覆管(24)中，并且所述反射体(94)被设置成使得所述反射体保护所述玻璃金属连接件(37)免受所述辐射(14)。
15.根据权利要求13至14中任一项所述的吸收管，
其特征还在于，所述反射体(94)包括被引入或安装在所述壳体(90)上的反射层(96)。
16.根据权利要求11至14中任一项所述的吸收管，
其特征还在于，所述反射体(94)包括抛光表面(110)。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的吸收管，
其特征还在于，所述储存部(92)包括一个或更多个腔(102)，所述吸气材料(46)能够被引入到所述一个或更多个腔中。
18.根据权利要求17所述的吸收管，
其特征还在于，所述腔(102)能够被封闭件(104)封闭。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的吸收管，
其特征还在于，所述壳体(90)被紧固到所述壁(34)。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的吸收管，
其特征还在于，所述壳体(90)被紧固到连接元件(40)或膨胀波纹管(41)。
21.根据权利要求20所述的吸收管，
其特征还在于，所述膨胀波纹管(41)具有内端(42)和外端(44)，并且所述壳体(90)被紧固到所述内端(42)。
22.根据权利要求13至19中任一项所述的吸收管，
其特征还在于，所述壁(34)包括外环(46)和过渡元件(40)，并且所述壳体(90)被紧固到所述外环(46)或所述过渡元件(40)。
23.根据权利要求13至22中任一项所述的波纹管，
其特征还在于，所述吸收管(18)具有面对所述收集器镜(12)的一个半体(28)和背对所述收集器镜的一侧(30)，并且所述吸气材料(46)被设置在背对所述收集器镜(12)的半体(30)中。
24.根据权利要求23所述的吸收管，
其特征还在于，所述反射体(94)和/或所述壳体(90)被设置在背对所述收集器镜(12)的半体(30)中。
25.根据权利要求11至24中任一项所述的吸收管，
其特征还在于，所述反射体(94)包括一个或更多个平面反射部(106)。
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