CN103797311B - 吸收器管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸收器管（1），所述吸收器管（1）具有金属管（10）和套管（20），所述套管（20）由玻璃制成并且围绕所述金属管（10），其中环状空间（5）在所述金属管（10）和所述套管（20）之间形成，所述环状空间被抽空，并且包括填充有保护气体的至少一个容器。所述容器是无焊料压力容器（30）。

Description

吸收器管
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的吸收器管。
背景技术
例如，太阳能收集器可配备有抛物面反射镜，该抛物面反射镜也被称为收集器反射镜，并且在所谓的抛物面槽式发电厂中使用。在已知的抛物面槽式发电厂中，使用热油作为热传递介质，通过被抛物面反射镜反射并且被聚焦在吸收器管上的太阳光线，热油能够被加热至约400℃。被加热的热传递介质穿过金属管并且被供应给蒸发过程，通过蒸发过程，热能被转化为电能。
吸收器管通常由金属管和套管组成，金属管具有辐射吸收层，套管围绕金属管。套管由在太阳辐射的光谱区中是可透射的材料制成，优选地由玻璃制成。在金属管和套管之间形成的环状空间通常被抽空，并且用于使在金属管外表面处的热损失最小化，并且因而提高能量输入。
例如，从DE10231467B4已知这些吸收器管。
随着热油逐渐老化，用作热传递介质的热油释放游离氢，游离氢溶解在热油中。所溶解的氢的量，一方面取决于所使用的热油和油循环的运行条件，另一方面也取决于与热油接触的水的量。特别地由于热交换器中的渗漏，能够更频繁地发生与水的接触。由于金属管的渗透，所释放的氢进入已抽空环状空间，渗透率也随着金属管的运行温度升高而升高。因此，环状空间中的压力也升高，这导致通过环状空间的导热性增加，这继而引起太阳能收集器的或吸收器管的热损失和较低效率。
为了至少降低环状空间中的压力增加并且因此延长吸收器管的使用寿命，能够通过吸气剂材料限制进入环状空间的氢。例如，从WO2004/063640A1已知在环状空间中设置有吸气剂材料的吸收器管。然而，吸气剂材料的吸收容量有限。在已经达到最大负荷容量之后，环状空间中的压力增加，直到其与已经从热油进入环状空间的游离氢的分压平衡。氢导致环状空间中的热传导增加，对太阳能收集器的效率产生上述有害结果。
从DE102005057276B3已知一种吸收器管，其中当吸气剂材料的容量耗尽时将惰性气体供给到环状空间中。
惰性气体存在于容器中，容器通过焊料密封并且在适当时间从外部开启。结果，H2/惰性气体混合物在环状空间中形成，环状空间的导热性仅稍微大于抽空状态。在吸收器管的真空空间中容纳容器，使得必需从外部以无接触的方式开启容器。这能够通过经热输入熔化焊料完成。其它的可能包括感应开启容器，或者通过加热中间环，容器被固定在该中间环附近的适当位置中。这些开启方法的缺点在于，不能以足够程度将热输入特别地引导到容器的焊料密封上，而是也加热容器附近的所有部件。特别地，当套管由玻璃制成时，危害玻璃和金属部件的接合点（玻璃-金属接合点）。
容器在套管中的位置具有下列基本缺点，即容器被日照加热并且焊料密封能够意外开启。另外的缺点在于，焊料由于吸收氢而变脆。此外，容器的复杂外形使得焊料密封开口以及整个容器的制造昂贵。
发明内容
本发明的问题在于，提供一种具有下列容器的吸收器管，该容器不具有上述缺点并且能够以简单方式开启。
通过具有权利要求1的特征的吸收器管解决该问题。
应理解，压力容器是指封闭容器，特别地，其具有球形或圆柱形形状。压力容器能够具有管。该管也能够取决于可用的设计空间具有弯曲形状。
压力容器包括至少一个弓形底部。优选地为半球形底部。盖也能够为弓形形状，特别地也为半球形形状。
应理解，无焊料压力容器为这样的压力容器，其没有焊料，没有用焊料密封，并且没有焊料制成的密封材料。无焊料压力容器是无焊料密封的压力容器。密封部分为压力容器的部件并且也无焊料。
焊料是一种热敏材料，其熔点远低于压力容器的其它材料的熔点。应理解，焊料是指金属合金，取决于特定应用，该金属合金由特定混合比率的金属，主要是铅、锡、锌、银和铜组成。焊料通过下列方式将适当的金属和合金，诸如铜、青铜、黄铜、顿巴黄铜、镍黄铜、银、金、硬铅、锌、铝以及铁软焊在一起，即当焊料熔化时，将它们粘结或合并在表面上，并且然后在冷却后固化。焊料与金属工件、材料、结构元件、电线等等的合并是持久、稳固粘结、坚固焊接接和点的先决条件。这种焊料具有下列特性，即其熔点低于将被结合在一起的金属工件的熔点。无焊料意味着，压力容器在任何位置，特别地开口位置都没有焊料。
压力容器能够具有瓶颈，瓶颈具有能够通过例如为板形的密封元件密封的开口。优选地，密封元件被通过焊接紧固至已填充的压力容器。优选的焊接工艺为摩擦焊接、电阻焊接和激光焊接。
另一优选实施例提供，在其两端处容器具有带有密封元件的瓶颈。
压力容器被完全封闭，并且不具有通过热敏材料密封的事先准备的开口，例如在焊料密封的情况下是这样的。
压力容器具有用于填充保护气体的至少一个开口，所述开口通过密封部分密封。例如，密封部分可以是盖或底部。优选的密封部分也可以是板，特别地是圆形板。
旋转对称结构部件具有下列优点，即它们能够通过电阻焊接或摩擦焊接被以简单的密封方式紧固至容器开口。
例如，压力容器可被设计为瓶形。在该情况下，密封部分被紧固至瓶颈的开口。
优选地，压力容器由钢制成。根据EN10020，钢是这样的材料，其铁的质量分数大于任何其它元素的质量分数，其碳含量通常<2%，并且其含有其它元素。钢耐腐蚀、气体不能渗透并且机械稳定，因此特别适合作为保护气体容器。
优选的钢类型为这样的钢，即，其优选地能够被深冲、真空密封和/或耐高达约600℃的热。
能够通过激光钻孔法开启压力容器。给定适当的激光功率，能够在非常短的时间内开启压力容器。该方法具有下列优点，即能够从外部开启压力容器，而不加热吸收器管的其它部件，因而不损伤它们。激光束被特别地瞄准到容器上，容器能够被布置在环状空间中，在套管下方在穿过套管的激光束能够到达的任何期望点处。激光钻孔是一种非切割处理方法，其中通过激光将足够的能量引入工件中以便熔化和蒸发材料。
能够将钢的熔点调节为处于高达约1500℃的宽范围内。因此，能够彼此调节容器材料的熔点，包括压力容器的壁厚和激光参数，以便以最佳方式开启容器。
由于钢的高熔点，所以压力容器的最大可允许温度高于通过焊料密封的容器的最大可允许温度。例如，没有必要保护压力容器免受引起加热压力容器的日照。
优选地，压力容器由不锈钢制成。不锈钢是指具有特定程度的纯度的合金或非合金钢，诸如其硫和磷含量不超过0.025%的钢（参见EN10020）。
优选的不锈钢为材料No.1.4303(特别地X4CrNi18-12)、材料No.1.4306(特别地X2CrNi19-11)、材料No.1.4541、材料No.1.4571。
通过适当的保持装置，压力容器能够被布置在金属管处或套管处。优选地，压力容器被布置在结合金属管和套管的结构部件处。特别地，该结构部件能够为膨胀补偿装置。
例如，压力容器能够通过焊接，优选地通过摩擦焊接紧固。例如，也能够采用其它焊接工艺，诸如激光焊接或电阻焊接。
优选地，压力容器的壁厚为0.5-1mm，特别地0.6-0.8mm。壁厚也能够小于0.5mm，优选地0.2至<0.5mm，特别地0.45mm。
压力容器填充有保护气体，诸如具有低导热性的惰性气体。特别优选的是氙或氪。优选地，在室温下容器内的压力为5-10巴。
压力容器能够被布置在金属管处、在套管处或在结合套管和金属管的结构部件处。例如，当膨胀补偿装置被设置在套管和金属管之间时，优选地，压力容器被布置在该膨胀补偿装置处。例如，该膨胀补偿装置能够具有波纹管和适当的连接元件。例如通过保持器、一个或多个保持元件、保持夹、保持支架或者安装板，压力容器被紧固至连接元件。例如，该安装板也能够被设置在金属管处。
优选地，保持器在压力容器的面对金属管的一侧上围绕压力容器。优选地，保持器具有槽形。
保持器的该实施例具有下列优点，即在很大程度上，能够保护压力容器免受来自吸收器管的散热的影响，免受来自收集器反射镜的离焦入射太阳辐射和直接日照的影响。在特定条件下，强日照能够在容器材料强度方面损害容器材料。此外，压力容器中的气体压力由于温度升高而升高。这两种影响能够引起压力容器爆炸。通过保持器提供的遮蔽减少这种问题。
在激光轰击期间，压力容器的材料与入射光束相反地蒸发或喷射，并且沉积在吸收器管的环状空间中。一旦压力容器的壁被穿透，保护气体就能够逸出。在该过程中，在一些情况下材料也能够沉积在套管的内侧上。仍在持续的激光轰击对沉积物加热，因而也对套管加热。这种加热的影响在于，使套管的机械应变增加，这能够损伤套管。
因此，优选地，光学元件被布置在环状空间中与压力容器相邻，这具有下列优点，即在激光轰击期间，在套管方向上与入射光束相反地蒸发和喷射的容器材料沉积在该光学元件上。结果，防止在套管处形成这种沉积物。
光学元件能够被布置在套管处、在金属管处或在压力容器处。
例如，光学元件的保持器能够与压力容器的保持器组合，或者被布置在压力容器的保持器处。
优选地，光学元件被布置在压力容器和套管之间的区域中。该光学元件能够为玻璃板，特别地为平玻璃板。该玻璃板捕捉容器材料，因而保护套管。
根据另一实施例，该光学元件也能够被设计成透镜，特别地凹透镜，以便修正由套管导致的激光束像差。
根据另一实施例，该光学元件能够为其中布置有压力容器的玻璃管的一部分。也能够处理玻璃管的一部分，例如在其处设置有平面部分或透镜。
另一实施例提供，光学元件是孔。优选地，孔开口仅稍微大于激光束的光束直径。优选地，孔具有圆形孔开口，优选地，其直径≥300μm。
根据另一实施例，光学元件也能够被布置为横向地紧挨容器。在该情况下，优选地，该光学元件为反射镜，特别地为偏转反射镜。经由偏转反射镜，激光束被偏转到容器上。因为由激光轰击产生的容器材料相反于光束方向散开，所以容器材料入射在反射镜上，而非在套管上。
附图说明
将基于附图详细地描述示例性实施例。
其中：
图1是保护气体容器的侧视图，
图2是通过根据第一实施例的吸收器管的横截面，
图3、4和5是根据其它实施例的吸收器管的横截面，
图6是在纵向截面中的吸收器管实施例，
图7-12是具有用于压力容器和光学元件的紧固器具的各种实施例，以及
图13是具有压力容器的槽形保持器。
具体实施方式
在图1中以侧视图图示的是压力容器30。压力容器具有瓶形设计，带有圆柱形护套36和弓形底部37。该底部图示为半球形底部。
圆柱形护套36过渡到瓶颈38中，瓶颈38具有开口39。开口39被通过为圆板60形式的密封元件密封。密封元件被通过摩擦焊接紧固至已填充的压力容器30，以便产生焊缝62。
在图2中图示的是吸收器管1的切面图。吸收器管1具有金属管10，热交换器流体流经该金属管10，并且如引言中所述，金属管10具有热辐射吸收层。
金属管10被同心地布置在套管20中，套管20对太阳辐射是可透射的，并且例如由玻璃制成。在金属管10和套管20之间形成的是环状空间5，环状空间5被抽空。被布置在该环状空间内部的是压力容器30，压力容器30能够被通过适当的保持器（参见图6-12）紧固至套管20或金属管10。
布置在压力容器30和套管20之间的区域中的是为平玻璃板40、42形式的光学元件。从上部垂直入射在套管20上的激光束穿过套管20和平玻璃板42，并且然后进入压力容器。在钻孔过程期间，容器的材料被释放并沉积在平玻璃板42的底侧上。以此方式，防止容器材料沉积在套管20上。
在图3中图示的是另一实施例，其中光学元件40被设计成凹透镜44。能够通过透镜44补偿由于套管20的曲率导致的像差，以便所提供的激光脉冲入射在容器壁上。
在图4中作为光学元件提供的是孔46，孔46具有圆形孔开口47，圆形孔开口47稍微大于激光束50的直径。
在图5中图示的是另一实施例，其中光学元件不被布置在压力容器30和套管20之间的区域中，而是与压力容器30相邻、紧挨。在此涉及的是反射镜48，反射镜48被布置成其用作偏转反射镜。从外部穿透进来的激光束50入射在反射镜48上并且被偏转，以便水平光束入射在压力容器30上。在压力容器30的激光打孔期间产生的容器的喷射材料沉积在反射镜48上，并且因而不到达套管20。
由于在压力容器开启时，仅使用光学元件一次，所以在光学元件上的沉积在这种情况下不导致任何干扰。在激光钻孔后，保护气体从容器进入环状空间5。
在图6中以截面图图示的是吸收器管1的一端。
被紧固至套管20的自由前端的是过渡元件22，过渡元件22具有被径向向内引导的卡圈23。被布置在套管20和金属管10之间形成的环状空间5中的是为波纹管25形式的膨胀补偿装置24，波纹管25在其外端26被紧固至过渡元件22的卡圈23。
因而，波纹管25在过渡元件22下方延伸到环状空间5中，并且在其相对设置的末端处被紧固至连接元件27，为此目的，连接元件27具有环状盘28。被布置在该环状盘处的是压力容器30，压力容器30填充有保护气体并且被对应于环状盘弯曲，并且在半圆上方延伸。被设置在压力容器30和套管20之间的是为玻璃板42形式的光学元件40。该玻璃板能够设计为扁平，或者其也可弯曲。
在图7中图示的是根据图6的吸收器管1的透视图，以便能够看出压力容器的弯曲设计。在弯曲压力容器30的两端处设置两个保持元件32，通过这两个保持元件32，容器30被紧固至连接元件27的环状盘28。
在图8中图示了另一实施例。这里，为瓶子形式的压力容器也被通过保持夹33紧固至环状盘28。压力容器平行于吸收器管1的纵向轴线延伸。
在图9中图示了另一实施例。压力容器30也沿吸收器管1的纵向轴线延伸，并且被通过适当的紧固元件（未示出）紧固至环状盘28。被布置在环状盘28处的是另一保持器34，保持器34在其末端处支撑透镜44。
在图10中图示了另一实施例，其中压力容器30位于玻璃管45内部。该实施例具有下列优点，即整个压力容器30都被遮蔽，并且激光束能够被偏转至压力容器30上的任何点。
在图11中图示了另一实施例，其中安装板35被紧固至环状盘28。压力容器30置放在该安装板上，另外，安装板支撑用于透镜44的另一保持器49。
在图12中图示的是下列实施例，其中安装板35被布置在金属管10上并且容纳压力容器30。
在图13中图示的是槽形保持器70，槽形保持器70被通过紧固元件78布置在膨胀补偿装置24的环状盘28处，膨胀补偿装置24被设计成波纹管25。槽形保持器70具有面对金属管10的底壁72。槽形保持器70还具有侧壁74，侧壁74在上边缘处具有向内弯曲的遮蔽壁76。结果，容器30几乎被完全围绕，仅一部分容器壁留空以便能够在其处施加激光束。
保持器70用于容纳吸气剂80。
附图标记列表
1吸收器管
5环状空间
10金属管
20套管
22过渡元件
23卡圈
24膨胀补偿装置
25波纹管
26外端
27连接元件
28环状盘
29紧固卡圈
30压力容器
32保持元件
33保持夹
34保持支架
35安装板
36圆柱形护套
37弓形底部
38瓶颈
39开口
40光学元件
42玻璃板
44透镜
45玻璃管
46孔
47孔开口
48反射镜
49保持器
50激光束
60密封元件
62焊缝
70槽形保持器
72底壁
74侧壁
76遮蔽壁
78紧固元件
80吸气剂

Claims (20)

1.一种吸收器管(1)，所述吸收器管(1)具有金属管(10)和套管(20)，所述套管(20)围绕所述金属管(10)并且由太阳辐射可透射的材料制成，其中，环状空间(5)在所述金属管(10)和所述套管(20)之间形成，所述环状空间被抽空并且具有至少一个容器，所述容器填充有保护气体，其特征在于，所述容器是无焊料压力容器(30)。
2.根据权利要求1所述的吸收器管，其特征还在于，所述压力容器具有开口(39)，通过密封部分(60)密封所述开口(39)。
3.根据权利要求2所述的吸收器管，其特征还在于，所述密封部分(60)由与所述压力容器(30)相同的材料构成。
4.根据权利要求2或3所述的吸收器管，其特征还在于，所述密封部分(60)被通过焊接紧固至所述压力容器(30)。
5.根据权利要求4所述的吸收器管，其特征还在于，所述密封部分(60)被通过摩擦焊接紧固至所述压力容器(30)。
6.根据权利要求4所述的吸收器管，其特征还在于，所述密封部分(60)被通过激光焊接或电阻焊接紧固至所述压力容器(30)。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的吸收器管，其特征还在于，所述压力容器(30)由钢构成。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的吸收器管，其特征还在于，所述压力容器(30)具有至少一个弓形底部(37)。
9.根据权利要求1-3中的任一项所述的吸收器管，其特征还在于，所述压力容器(30)具有0.5-1mm的壁厚。
10.根据权利要求1-3中的任一项所述的吸收器管，其特征还在于，所述压力容器(30)具有等于或大于0.2mm但小于0.5mm的壁厚。
11.根据权利要求1-3中的任一项所述的吸收器管，其特征还在于，所述压力容器(30)被布置在所述金属管(10)处或被布置在所述套管(20)处。
12.根据权利要求1-3中的任一项所述的吸收器管，其特征还在于，所述压力容器(30)被布置在结合金属管(10)和套管(20)的结构部件处。
13.根据权利要求1-3中的任一项所述的吸收器管，其特征还在于，至少一个光学元件(40)与所述压力容器(30)相邻地被布置在所述环状空间(5)中。
14.根据权利要求13所述的吸收器管，其特征还在于，所述光学元件(40)被布置在所述套管(20)处、被布置在所述金属管(10)处或被布置在所述压力容器(30)处。
15.根据权利要求13所述的吸收器管，其特征还在于，所述光学元件(40)被布置在所述压力容器(30)和所述套管(20)之间的区域中。
16.根据权利要求13所述的吸收器管，其特征还在于，所述光学元件(40)是玻璃板(42)。
17.根据权利要求13所述的吸收器管，其特征还在于，所述光学元件(40)是玻璃管的一部分，所述压力容器(30)被布置在所述玻璃管中。
18.根据权利要求13所述的吸收器管，其特征还在于，所述光学元件(40)是孔(46)。
19.根据权利要求13所述的吸收器管，其特征还在于，所述光学元件(40)被布置为侧向紧挨所述压力容器(30)。
20.根据权利要求19所述的吸收器管，其特征还在于，所述光学元件(40)是反射镜(48)。
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