CN1862143B - 吸收管 - Google Patents

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Abstract

吸收管，描述了一种用于太阳能应用、特别是用于太阳能发电站中的碗状收集器的吸收管(1)。该吸收管(1)具有一个中央管(3)和一个围绕的套管(2)，其中在两个管之间形成了环形腔(4)，中央管(3)和套管(2)之间设置了膨胀补偿装置(10)。该膨胀补偿装置(10)的内端(12)通过连接件(20)与中央管(3)连接，其中该连接件(20)从膨胀补偿装置(10)的内端(12)通过在膨胀补偿装置(10)和中央管(3)之间构成的内环形缝隙(30)延伸。该连接件(20)具有一个氢窗口(50)。

Description

吸收管
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能应用的吸收管。
背景技术
碗状收集器的吸收管用于利用太阳辐射能量。太阳辐射能量通过一个跟踪的反射器聚集到吸收管上，并转化成热。这些热通过载热介质导出并直接作为工业用热进行利用或者转化成电能。
在DE 102 31 467 B4中公开了一种具有一个中央管和一个包围该中央管的玻璃套管的吸收管。在套管的自由端上分别布置了一个玻璃金属连接件。该中央管和玻璃金属连接件借助于至少一个膨胀补偿装置沿纵向可相对移动地相互连接。膨胀补偿装置至少部分地布置在中央管和玻璃金属连接件之间的环形腔中。由此膨胀补偿装置承担两种功能。一方面保证了金属管和套管之间的膨胀补偿，同时通过膨胀补偿装置使由中央管反射的辐射远离玻璃金属连接件，这样在这个区域中不会发生过热，并且不会影响中央管和套管之间的真空密封的封闭。
通过将膨胀补偿件在轴线方向上不是布置在玻璃金属连接件旁边，而是布置在该玻璃金属连接件的下方，明显缩短了结构形式并且同时减小了吸收管的遮光面积，这又使得吸收管功率上升。由此使得膨胀补偿装置和玻璃金属连接件形成的部件结构紧凑，玻璃金属连接件以简单的方式保证了真空密封的封闭，由此附加的构件例如位于内部的隔板就变得可有可无了。例如设置一个波纹管作为膨胀补偿装置。
为了用太阳能发电，要求吸收管的工作温度范围处于300℃和400℃之间。该吸收管由热油流过。
由于热油的老化产生游离的氢，其溶解在热油中。氢通过渗透穿过中央管而到达中央管和玻璃套管之间的抽真空的环形腔中。渗透率随着工作温度的升高而上升，由此在环形腔中的压力也升高。这种压力升高会导致较高的热损失并且使得吸收管效率较低。
为了保持环形缝隙中的真空，有必要采取相应的措施。一种清除环形腔中的氢的措施在于用合适的材料与其结合。为此使用所谓的吸气剂。
在WO 2004/063640 A1中公开了一种吸气装置，其中在中央管和套管之间的环形腔中布置吸气条。这种装置的缺点是，条位于一个可能会遭受直接辐射区域中。特别是来自反射器的未照到或者只是掠过中央管并且大部分被反射的辐射可能导致吸气条变热。因为吸气条在真空中几乎是与中央管和套管隔热的，条的温度以及由此吸气剂的温度由于辐射会产生剧烈的波动。因为吸气材料在给定的吸收程度下具有与温度相关的平衡压力(解吸和吸附之间的平衡)，吸气剂的温度波动会导致不希望的压力波动。通常对于吸气材料的特征性参量是吸附率和平衡压力。两个参量一般会随着温度的升高而增大。另一个缺点在于使用了圆柱形的压块(Presslinge)，其在氢含量高时会分解为粉末状状态。粉末在使用条时分布在真空中间腔中，这会使得套管的辐射传递变差。
用于消除氢的另一种措施在于将氢向外导入大气中。例如由EP 0286 281 A1已知，在真空和外部大气之间布置一种由一种对于氢具有高渗透率而对于其它气体具有微小渗透率的材料制成的膜片。氢可通过该膜片排到大气中，而其它气体不能渗入真空中。为此该玻璃管具有一个管状成形的窗口，该窗口借助于由钯或者钯合金制成的能使氢渗透的膜片封闭。在该窗口中也可以使用一个由钯制成的小管，其延伸到环形腔中。作为另一种替代方案，也可以将波纹管用钯涂层。
但是氢窗口直接遭受入射的太阳辐射。由于太阳辐射的强烈的加热作用使得玻璃套管局部变热，这可能导致玻璃破裂。由加利福尼亚的发电厂已知，由此吸收管在工作时会产生大约5％的故障率。另外这种位于外面的氢窗口还会受到其它环境影响，例如下雨或者污染。通过雨水产生的腐蚀会导致整个氢窗口损坏。
因此，管生产者(Rohrbetreiber)部分地为此转而覆盖氢窗口，由此所述管生产者不能再以前述的方式满足它们的功能。
发明内容
从EP 0 286 281 A1出发，本发明的任务在于提供一种具有氢窗口的吸收管，其突出的优点在于其更长的使用寿命。
该任务通过一种吸收管来解决，其用于太阳能应用，吸收管具有中央管和包围该中央管的玻璃套管，并在中央管和套管之间形成了环形腔，其中中央管和套管借助于至少一个膨胀补偿装置沿纵向可相对移动并相互连接，并且吸收管具有至少一个氢窗口，其中膨胀补偿装置的内端通过连接件与中央管连接，其中该连接件从膨胀补偿装置的内端通过在膨胀补偿装置和中央管之间构成的内环形缝隙延伸，并且该连接件具有氢窗口，该氢窗口设置于膨胀补偿装置之下。
由此氢窗口通过膨胀补偿件和连接件来防止太阳辐射，这样就不会导致局部过热以及损坏。另外设置氢窗口也用来防止其它的环境影响，例如雨水。由此这些措施对于延长吸收管的使用寿命具有重要的贡献。
另外氢窗口紧靠中央管设置。通过中央管的工作温度保证了氢窗口具有超过200℃的工作温度。由此保证了氢窗口的足够的渗透率。氢的渗透率明显高于按现有技术的氢窗口的渗透率。氢窗口与中央管的温度的关联还有其它优点，即窗口的渗透率与吸收管的渗透率相关。
连接件优选至少一直延伸到膨胀补偿装置的外端旁边。连接件也可以延伸超过膨胀补偿装置的外端。这样做的优点是在膨胀补偿装置下面对于氢窗口的布置具有大的区域可用。
在连接件和中央管之间有第一环形缝隙，其宽度优选为1至10mm，特别是1至2mm。由此从中央管渗出的氢的一部分直接到达氢窗口旁边。另外氢分布均匀地从中央管表面渗出。由于工作温度以及氢的高度活动性可以使得在环形缝隙中分布均匀地溢出。
氢窗口优选具有钯或者钯合金。在此氢窗口完全由钯或者钯合金制成。但是也可以使用由钢、镍、铌、钛或者其合金制成的基底，并将基底用钯或者钯合金在内部和/或外部涂层。
该氢窗口优选完全布置在膨胀补偿装置下方。由此保证了氢窗口完全屏蔽了射入的太阳辐射。
根据另一种实施方式，氢窗口的一个部分部分地延伸到中央管和套管之间的环形腔中。氢窗口只是部分地布置在连接件中并且延长超过连接件，使得氢窗口两面自由。由此这个部分的两面与环形腔的内部气氛接触，使得有较大的面积用于吸收氢，吸收的氢可以通过其它位于连接件内的部分向外排出。
按本发明的窗口优选与吸气剂组合，吸气剂布置在中央管和套管之间的外部环形缝隙中。
该至少一块吸气剂所使用的吸气材料与安装位置的工作温度相适 配。在温度较高时，吸气材料排出氢。排出的氢量取决于吸气剂的温度和吸收程度。在此激活温度处于工作温度下，以避免吸气剂失活是有利的。优选使用低于150℃的激活温度。安装位置的优点是，吸气剂的激活也可以通过外部加热实现。这例如可以通过在工作时暂时移去布置在吸收器外侧的端部构件上的防护板来实现。
如果在抽真空的玻璃管中存在足够量的自由氢，由此产生气体热传递，那么氢窗口和吸气材料就变热，由此提高了氢窗口的渗透，并且使吸气剂的自动卸载机理(Selbstentlademechanismus)起作用。该吸气剂一直卸载，直到温度和吸收程度低于临界值。卸载机理也可以通过如上所述的移除防护板来强制进行。
对于膨胀补偿装置的外端通过玻璃金属连接件与套管连接的吸收管，吸气剂优选布置在膨胀补偿装置和玻璃金属连接件之间的外部环形缝隙的一个部分中。
由此氢窗口和吸气剂两者都布置在吸收管的端部构件的内部，使得在这两个组件之间存在一个环形缝隙，该环形缝隙称为第二环形缝隙，并且其与大气连接并由此以空气填充。通过该位于其间的第二环形缝隙调节吸气剂和氢窗口之间的温度差，这使得氢窗口的工作温度基本上比吸气剂的工作温度高。在流体温度为300℃至400℃时，测量表明，钯窗口的温度在250℃和350℃之间，而吸气剂的温度在100℃和200℃之间。
玻璃金属连接件的外端优选通过环形盘与膨胀补偿装置的外端连接。该玻璃金属连接件优选具有一个环形阶梯。该环形阶梯用于将吸气剂固定在环形盘和环形阶梯之间。
有利的是，所述吸气剂具有一种带低活化能的材料。
附图说明
下面参考附图对本发明的示例性的实施例进行详细说明。
附图示出：
图1示出了按第一实施方式的吸收管的部分纵剖面；
图2示出了按第二实施方式的吸收管的部分纵剖面。
具体实施方式
在图1中以剖面图示出了吸收管1的端部。吸收管1具有一个由玻璃制成的套管2和一个在套管2中同心布置的金属中央管3，该中央 管在其外侧面上优选涂有用于吸收太阳辐射的辐射选择性涂层。
在套管2的端面侧的自由端部上固定了一个玻璃金属连接件40，其具有一个径向向外指向的凸缘42，其与环形盘43焊接。
膨胀补偿装置10由一个布置在中央管3和套管2之间的环形腔4中的波纹管11构成。环形盘43径向内部的端部与膨胀补偿装置10的外端连接。
波纹管11以其内端12固定在连接件20上。该连接件20在由波纹管11和中央管3构成的内环形缝隙30中延伸并超出波纹管的外端，并在那里与中央管3真空密封连接。通过连接件20该内环形缝隙30分成了位于中央管3和连接件20之间的第一环形缝隙31以及位于连接件20和波纹管11之间的第二环形缝隙32。
吸收管1的端部附加地由保护管70盖住(参见图1和2)，其轴向长度大致相当于波纹管11的长度。保护管70可以保持在套管2或者玻璃金属连接件5上(未示出)并且防止波纹管11受直接辐射。
在连接件20中布置了一个氢窗口50，其例如由钯或者钯合金膜片构成。氢窗口50完全位于波纹管11下方并由此不会受到太阳辐射。通过氢窗口50溢出的氢到达与外部大气连接的第二环形缝隙32。
第一环形缝隙31具有大约2mm的径向宽度，因此保证了与中央管3的温度的关联。
为了扩大钯窗口区域中的环形缝隙31，可以在连接件20中设置环形阶梯。
在波纹管11和玻璃金属连接件40之间的外环形缝隙33中设置了吸气剂60。玻璃金属连接件40具有一个环形阶梯41。吸气剂60在轴线方向上固定在该环形阶梯41和环形盘43之间。吸气剂60通过玻璃金属连接件40保护防止太阳辐射，并且由波纹管11和连接件20保护防止反射的辐射。通过在径向方向上依次布置由氢窗口50、膨胀补偿装置10和吸气剂60构成的装置实现了紧凑的结构形式。
图2示出了第二实施方式，其与图1中示出的实施方式的区别在于，布置在连接件20中的氢窗口50以一个部分51伸入环形腔4。由此第一环形缝隙31延长到环形腔4中。借助于部分51可以用于吸收氢的面积增大了。
连接件20具有一个阶梯80，以使第一环形缝隙31变宽，从而便 于设置氢窗口50。
因为伸入环形缝隙4中的部分在附近布置在中央管3旁边并且氢窗口布置在背离反射器(未示出)的一侧，避免了以集中的太阳能直接照射。
附图标记列表
1             吸收管
2             套管
3             中央管
4             环形腔
10            膨胀补偿装置
11            波纹管
12            内端
13            外端
20            连接件
30            内环形缝隙
31            第一环形缝隙
32            第二环形缝隙
33            外环形缝隙
34            外环形缝隙部分
40            玻璃金属连接件
41            环形阶梯
42            外端
43            环形盘
50            氢窗口
60            吸气剂
70            保护管
0             阶梯

Claims (13)

1.吸收管(1)，其用于太阳能应用，吸收管具有中央管(3)和包围该中央管(3)的玻璃套管(2)，并在中央管(3)和套管(2)之间形成了环形腔(4)，其中中央管(3)和套管(2)借助于至少一个膨胀补偿装置(10)沿纵向可相对移动并相互连接，并且吸收管具有至少一个氢窗口(50)，其特征在于：该膨胀补偿装置(10)的内端(12)通过连接件(20)与中央管(3)连接，其中该连接件(20)从膨胀补偿装置(10)的内端(12)通过在膨胀补偿装置(10)和中央管(3)之间构成的内环形缝隙(30)延伸，并且该连接件(20)具有氢窗口(50)，该氢窗口(50)设置于膨胀补偿装置(10)之下。
2.按权利要求1所述的吸收管，其特征在于：所述连接件(20)至少延伸到膨胀补偿装置(10)的外端(13)附近。
3.按权利要求1或者2所述的吸收管，其特征在于：在所述连接件(20)和中央管(3)之间有第一环形缝隙(31)，第一环形缝隙具有1至10mm的宽度。
4.按权利要求3所述的吸收管，其特征在于：所述第一环形缝隙(31)的宽度为1至2mm。
5.按权利要求1至2中任一项所述的吸收管，其特征在于：所述氢窗口(50)具有钯或者钯合金。
6.按权利要求1至2中任一项所述的吸收管，其特征在于：所述氢窗口(50)完全布置在膨胀补偿装置(10)下方。
7.按权利要求1至2中任一项所述的吸收管，其特征在于：所述氢窗口(50)的一附加部分(51)延伸到环形腔(4)中。
8.按权利要求1至2中任一项所述的吸收管，其特征在于：在中央管(3)和套管(2)之间的环形腔(4)的外部区域(33)中布置至少一块吸气剂(60)。
9.按权利要求8所述的吸收管，其中所述膨胀补偿装置(10)的外端(13)通过玻璃金属连接件(40)与套管(2)连接，其特征在于：所述吸气剂(60)布置在环形腔(4)的外部区域(33)的位于所述膨胀补偿装置(10)和所述玻璃金属连接件(40)之间的一部分(34)中。
10.按权利要求9所述的吸收管，其特征在于：所述玻璃金属连接件(40)的外端(42)通过环形盘(43)与膨胀补偿装置(10)的外端(13)连接。
11.按权利要求9所述的吸收管，其特征在于：所述玻璃金属连接件(40)具有环形阶梯(41)。
12.按权利要求8所述的吸收管，其特征在于：所述吸气剂(60)具有一种带低活化能的材料。
13.按权利要求1所述的吸收管，其特征在于：所述吸收管(1)用于太阳能发电站中的碗状收集器。
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