DE102013015017B4 - receiver tube - Google Patents
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Abstract
Receiverrohr (1) für solarthermische Anwendungen, insbesondere für Parabolrinnenkollektoren in solarthermischen Kraftwerken, mit einem Absorberrohr (2) und einem das Absorberrohr (2) koaxial zu einer Längsachse (3) umgebenden Glasrohr (4), wobei zwei Enden des Glasrohres (4) durch zwei, jeweils einen axial dehnbaren und zu der Längsachse (3) konzentrischen Faltenbalg (6) aufweisende Dehnungsausgleichsköpfe (7) gasdicht mit dem Absorberrohr (2) verbunden sind, so dass zwischen dem Absorberrohr (2), den Dehnungsausgleichsköpfen (7) und dem Glasrohr (4) ein evakuierbarer Ringraum (8) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Dehnungsausgleichskopf (7) der Faltenbalg (6) radial außerhalb des Glasrohres (4) angeordnet ist, wobei der Dehnungsausgleichskopf (7) eine mit dem Absorberrohr (2) gasdicht verbundene Endscheibe (12) und ein mit dem Ende (5) des Glasrohres gasdicht verbundenes und zu der Längsachse (3) koaxiales Vorderprofil (13) aufweist, wobei das Vorderprofil (13) aus einem zylindermantelförmigen Ring und einer mit dem Ring in einem Winkel verbundenen senkrecht und zentriert zu der Längsachse (3) ausgerichteten Vorderscheibe (14) zusammengesetzt ist und wobei der Faltenbalg (6) koaxial zu der Längsachse (3) axial zwischen der Endscheibe (12) und der Vorderscheibe (14) angeordnet und mit der Vorderscheibe (14) und mit der Endscheibe (15) jeweils gasdicht verbunden ist.Receiver tube (1) for solar thermal applications, in particular for parabolic trough collectors in solar thermal power plants, with an absorber tube (2) and a the absorber tube (2) coaxially to a longitudinal axis (3) surrounding glass tube (4), wherein two ends of the glass tube (4) two, in each case an axially expandable and to the longitudinal axis (3) concentric bellows (6) having expansion compensating heads (7) are gas-tightly connected to the absorber tube (2), so that between the absorber tube (2), the expansion compensating heads (7) and the glass tube (4) an evacuable annular space (8) is formed, characterized in that in the expansion compensating head (7) of the bellows (6) is arranged radially outside of the glass tube (4), wherein the expansion compensating head (7) with the absorber tube (2) gas-tightly connected end plate (12) and with the end (5) of the glass tube gas-tight connected and to the longitudinal axis (3) coaxial front profile (13), wherein the front profile (1 3) is composed of a cylinder jacket-shaped ring and a front disc (14) aligned perpendicular to the longitudinal axis (3) and centered with the ring, and wherein the bellows (6) are axially coaxial with the longitudinal axis (3) axially between the end disc (3). 12) and the front disc (14) and with the front disc (14) and with the end plate (15) is connected in a gastight manner.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Receiverrohr für solarthermische Anwendungen, insbesondere für Parabolrinnenkollektoren in solarthermischen Kraftwerken, mit einem Absorberrohr und einem das Absorberrohr koaxial zu einer Längsachse umgebenden Glasrohr, wobei zwei Enden des Glasrohres durch zwei, jeweils einen axial dehnbaren und zu der Längsachse konzentrischen Faltenbalg aufweisende Dehnungsausgleichsköpfe gasdicht mit dem Absorberrohr verbunden sind, so dass zwischen dem Absorberrohr, den Dehnungsausgleichsköpfen und dem Glasrohr ein evakuierbarer Ringraum ausgebildet ist.The present invention relates to a receiver tube for solar thermal applications, in particular for parabolic trough collectors in solar thermal power plants, with an absorber tube and the absorber tube coaxially surrounding a longitudinal axis glass tube, two ends of the glass tube by two, each having an axially expandable and concentric with the longitudinal axis bellows having Expansion compensation heads are gas-tight connected to the absorber tube, so that between the absorber tube, the expansion compensating heads and the glass tube evacuated annular space is formed.
Receiverrohre dieser genannten Gattung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Receiverrohre werden beispielsweise in einem Parabolrinnenkraftwerk eingesetzt, in dem ein rinnenförmiger Spiegel mit einem parabolischen Querschnitt Solarstrahlung in Richtung einer Linie konzentriert. Entlang dieser Linie sind die Receiverrohre angeordnet. Derartige Receiverrohre sind dafür vorgesehen, die in Solarstrahlung enthaltene Energie zu empfangen und möglichst verlustfrei in ein Wärmetransportmedium zu überführen. Als Wärmetransportmedium ist beispielsweise ein auf 400°C erwärmbares Öl vorgesehen, welches durch das Absorberrohr fließt. Das Absorberrohr absorbiert Solarstrahlung mit einem hohen Wirkungsgrad und überträgt die absorbierte Energie hauptsächlich durch Wärmeleitung an das Wärmetransportmedium. In dem Receiverrohr ist das Absorberrohr von einem Glasrohr umgeben. Zwei Enden des Glasrohres sind gasdicht mit dem Absorberrohr verbunden. In dem Ringraum zwischen dem Absorberrohr und dem Glasrohr ist zur Ausbildung einer thermischen Isolation ein Vakuum vorgesehen. Die thermische Isolation verhindert Wärmeverluste aus dem Absorberrohr in die Atmosphäre weitgehend.Receiver tubes of this type mentioned are known from the prior art. The receiver tubes are used, for example, in a parabolic trough power plant in which a trough-shaped mirror with a parabolic cross section concentrates solar radiation in the direction of a line. Along this line, the receiver tubes are arranged. Such receiver tubes are intended to receive the energy contained in solar radiation and to transfer as lossless as possible in a heat transport medium. As a heat transport medium, for example, a heatable at 400 ° C oil is provided, which flows through the absorber tube. The absorber tube absorbs solar radiation with a high efficiency and transmits the absorbed energy mainly by heat conduction to the heat transport medium. In the receiver tube, the absorber tube is surrounded by a glass tube. Two ends of the glass tube are gas-tight connected to the absorber tube. In the annular space between the absorber tube and the glass tube, a vacuum is provided to form a thermal insulation. The thermal insulation largely prevents heat losses from the absorber tube into the atmosphere.
Ein aus
Das üblicherweise aus Metall bestehende Absorberrohr und das Glasrohr weisen unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf, die zu unterschiedlichen Längenausdehnungen bei Temperaturänderungen führen. Bei einem Receiverrohr mit einer typischen Länge von 4 m beträgt die Längenänderung zwischen 0°C und 400°C Betriebstemperatur je nach verwendetem Metall etwa 1 cm bis 4 cm. Das Glasrohr hat einen deutlich kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten und es heizt sich nur geringfügig auf, beispielsweise auf 100°C. Folglich hat das Glasrohr nur eine marginale Längenausdehnung und eine nahezu konstante Länge. Die mechanische Verbindung zwischen dem Absorberrohr und dem Glasrohr wird durch zwei jeweils an einem Ende des Glasrohres befindliche Ausgleichsköpfe hergestellt, in denen beispielsweise verformbare vakuumdichte Faltenbälge die temperaturabhängigen Längenunterschiede zwischen dem Absorberrohr und dem Glasrohr ausgleichen.The usually made of metal absorber tube and the glass tube have different thermal expansion coefficients, which lead to different length expansions with temperature changes. For a receiver tube with a typical length of 4 m, the change in length between 0 ° C and 400 ° C operating temperature is about 1 cm to 4 cm, depending on the metal used. The glass tube has a much smaller coefficient of thermal expansion and heats up only slightly, for example to 100 ° C. Consequently, the glass tube has only a marginal elongation and a nearly constant length. The mechanical connection between the absorber tube and the glass tube is produced by two compensating heads located at each end of the glass tube, in which, for example, deformable vacuum-tight bellows compensate for the temperature-dependent differences in length between the absorber tube and the glass tube.
Die Dehnungsausgleichsköpfe sollten über eine Nutzungsdauer von mindestens 20 Jahren funktionsfähig bleiben. Weiterhin sollten diese Ausgleichsköpfe nur kleine mechanische Abmessungen aufweisen, um einen möglichst großen Teil der Länge des Receiverrohres für die Ernte der Solarstrahlung nutzen zu können. In der
In
Verbesserungspotentiale an den bekannten Receiverrohren bestehen bei der weiteren Erhöhung der Lebensdauer und der weiteren Verbesserung der thermischen Isolation in den Ausgleichsköpfen.Potentials for improvement in the known receiver tubes exist in the further increase of the service life and the further improvement of the thermal insulation in the compensation heads.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Alternative zu den aus dem Stand der Technik bekannten Receiverrohren anzugeben, wobei die große Lebensdauer und das gute Isoliervermögen vorzugsweise weiter erhöht sein sollen.It is the object of the present invention to provide an alternative to the known from the prior art receiver tubes, the long life and the good insulating properties should preferably be further increased.
Die Aufgabe wird durch ein Receiverrohr der eingangs definierten Gattung gelöst, bei dem in dem Dehnungsausgleichskopf der Faltenbalg radial außerhalb des Glasrohres angeordnet ist.The object is achieved by a receiver tube of the type defined above, in which in the Expansion compensating head of the bellows is arranged radially outside the glass tube.
In dem erfindungsgemäßen Receiverrohr ist der Faltenbalg außerhalb des Glasrohres angeordnet. Die das thermische Isolationsvermögen bestimmende radiale Breite des zwischen Absorberrohr und Glasrohr ausgebildeten Ringraumes wird bei dieser Anordnung nicht durch den Faltenbalg verkleinert. Das erfindungsgemäße Receiverrohr weist deshalb innerhalb der Dehnungsausgleichsköpfe breitere evakuierbare Ringräume auf. Daraus resultiert eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte thermische Isolation. Die bessere thermische Isolation führt zu geringeren Temperaturen und geringeren thermischen Belastungen der Komponenten der Dehnungsausgleichsköpfe und dadurch zu einer erhöhten Zuverlässigkeit der Dehnungsausgleichsköpfe und letztlich auch zu einer erhöhten Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Receiverrohre.In the receiver tube according to the invention, the bellows is arranged outside the glass tube. The thermal insulation capacity determining radial width of the formed between the absorber tube and the glass tube annulus is not reduced in this arrangement by the bellows. The receiver tube according to the invention therefore has wider evacuable annular spaces within the expansion compensating heads. This results in a comparison with the prior art improved thermal insulation. The better thermal insulation leads to lower temperatures and lower thermal loads on the components of the expansion compensation heads and thereby to increased reliability of the expansion compensation heads and ultimately to increased reliability of the receiver tubes according to the invention.
Ein sich aus der äußeren Anordnung ergebender Vorteil ist die größere Gestaltungsfreiheit bei der Konstruktion der Faltenbälge, da diese nicht der Restriktion unterliegen, kleinere Durchmesser als das Glasrohr haben zu müssen. In typischen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Receiverrohres hat der Faltenbalg einen Innendurchmesser zwischen 76 mm und 85 mm, eine radiale Ausdehnung zwischen 15 mm und 30 mm und eine axiale Ausdehnung zwischen 15 und 50 mm. Die genauen Abmessungen sind unter Berücksichtigung der verwendeten Materialien und Ihrer elastischen Eigenschaften konstruiert.An advantage resulting from the outer arrangement is the greater freedom of design in the construction of the bellows, since these are not subject to the restriction of having to have smaller diameter than the glass tube. In typical embodiments of the receiver tube according to the invention, the bellows has an inner diameter between 76 mm and 85 mm, a radial extent between 15 mm and 30 mm and an axial extent between 15 and 50 mm. The exact dimensions are designed taking into account the materials used and their elastic properties.
Die im Vergleich mit dem Stand der Technik größeren radialen Entfernungen zwischen den koaxial zu dem Absorberrohr angeordneten Faltenbälgen und dem heißen Absorberrohr führen zu geringeren Temperaturen der Faltenbälge, so dass zur Herstellung der Faltenbälge Materialien mit geringerer Temperaturbelastbarkeit als im Stand der Technik verwendet werden können. In verschiedenen Ausbildungen des erfindungsgemäßen Receiverrohres ist der Faltenbalg aus einem Metall oder einem beschichteten Kunststoff ausgebildet. Bei Kunststoffen wird eine ausreichende Gasundurchlässigkeit beispielsweise durch Beschichtungen erreicht. Auch metallische Faltenbälge können durch entsprechende Beschichtungen weiter verbessert werden. Ebenso ist es alternativ möglich, anstelle eines Faltenbalges andere funktionell äquivalente Dehnungsausgleichselemente zu verwenden.The larger compared to the prior art radial distances between the coaxially arranged to the absorber tube bellows and the hot absorber tube lead to lower temperatures of the bellows, so that for the production of the bellows materials with lower temperature resistance than in the prior art can be used. In various embodiments of the receiver tube according to the invention, the bellows is formed of a metal or a coated plastic. For plastics, sufficient gas impermeability is achieved, for example, by coatings. Also metallic bellows can be further improved by appropriate coatings. Likewise, it is alternatively possible to use other functionally equivalent expansion compensation elements instead of a bellows.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Receiverrohres weist der Dehnungsausgleichskopf eine mit dem Absorberrohr gasdicht verbundene Endscheibe und ein mit dem Ende des Glasrohres gasdicht verbundenes und zu der Längsachse koaxiales Vorderprofil auf, wobei das Vorderprofil aus einem zylindermantelförmigen Ring und einer mit dem Ring in einem Winkel verbundenen senkrecht und zentriert zu der Längsachse ausgerichteten Vorderscheibe zusammengesetzt ist und wobei der Faltenbalg koaxial zu der Längsachse axial zwischen der Endscheibe und der Vorderscheibe angeordnet und mit der Vorderscheibe und mit der Endscheibe jeweils gasdicht verbunden ist.In a preferred embodiment of the receiver tube according to the invention, the expansion compensating head has a gas-tight connected to the absorber tube end plate and a gas-tight connected to the end of the glass tube and to the longitudinal axis coaxial front profile, wherein the front profile of a cylinder jacket-shaped ring and connected to the ring at an angle is arranged vertically and centered to the longitudinal axis aligned front disc and wherein the bellows is arranged coaxially to the longitudinal axis axially between the end plate and the front plate and connected to the front plate and the end plate each gas-tight.
Bei dieser Ausführungsform führt die thermische Ausdehnung des Absorberrohres zu einer Streckung das Faltenbalges. Der für die Streckung konstruierte Faltenbalg zeichnet sich durch eine besonders geringe Minimallänge aus, die auch zu einer besonders geringen Länge des Dehnungsausgleichskopfes und einer entsprechend großen für die Energiegewinnung nutzbaren Länge des Receiverrohres führt.In this embodiment, the thermal expansion of the absorber tube leads to an expansion of the bellows. The constructed for the extension bellows is characterized by a particularly small minimum length, which also leads to a particularly small length of the expansion compensating head and a correspondingly large usable for the energy recovery length of the receiver tube.
Der Dehnungsausgleichskopf ist zum Ende des Receiverrohres hin durch eine Endscheibe begrenzt. Die Endscheibe ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine planare kreisrunde Scheibe, deren Flächennormale in Richtung der Längsachse ausgerichtet ist. Die Endscheibe weist eine konzentrische kreisrunde Ausnehmung auf, in welcher sich das gasdicht mit der Endscheibe verbundene Absorberrohr befindet. Das Absorberrohr und die Endscheibe sind vorzugsweise miteinander verschweißt und können sowohl aus verschiedenen als auch aus dem gleichen Material bestehen, beispielsweise aus einem rostfreien Stahl. Es sind aber auch andere Materialien, beispielsweise andere Metalle oder metallbeschichtete Keramiken und andere Befestigungsarten, beispielsweise Löten oder Bonden, möglich.The expansion compensating head is limited to the end of the receiver tube through an end plate. The end plate is in the preferred embodiment, a planar circular disc whose surface normal is aligned in the direction of the longitudinal axis. The end plate has a concentric circular recess, in which the gas-tight connected to the end plate absorber tube is located. The absorber tube and the end plate are preferably welded together and may consist of both different and of the same material, for example of a stainless steel. But there are also other materials, such as other metals or metal-coated ceramics and other types of attachment, such as soldering or bonding, possible.
In einem äußeren Bereich der Endscheibe ist eine Endseite des Faltenbelags befestigt, wobei der Faltenbalg konzentrisch zu der Längsachse ausgerichtet ist. Ein beidseitig befestigter Faltenbalg kann somit durch axiale Bewegungen der Endscheibe entlang der Längsachse gestreckt und gestaucht werden.An end face of the pleat pad is secured in an outer region of the end plate, the bellows being concentric with the longitudinal axis. A bilge-mounted bellows can thus be stretched and compressed by axial movements of the end plate along the longitudinal axis.
Die Verbindung zwischen einer der Endseite gegenüberliegenden Vorderseite des Faltenbalgs mit dem Ende des Glasrohres ist in der bevorzugten Ausführungsform über ein ringförmiges Vorderprofil, welches wiederum mit dem Ende des Glasrohres direkt oder indirekt gasdicht verbunden ist, hergestellt. Das Vorderprofil hat eine ausreichende mechanische Belastbarkeit, um die auftretenden mechanischen Kräfte gleichmäßig als im Wesentlichen axiale Kräfte an das Glasrohr zu übertragen. In einem planaren Querschnitt entlang der Längsachse hat das Vorderprofil einen winkelförmigen Querschnitt, wobei der Winkel etwa 90° groß ist und von einem axialen Schenkel und einem radialen Schenkel eingeschlossen ist. Der axiale Schenkel ist der Querschnitt eines zylindermantelförmigen zu der Längsachse koaxialen Ringes, und der radiale Schenkel ist der Querschnitt einer planaren als Vorderscheibe bezeichneten Scheibe mit einer hohlzylindrischen zentralen Ausnehmung. Der koaxiale Ring und die Vorderscheibe sind Teile des körperlich einteiligen Vorderprofils, wobei ein vorderes Ende des koaxialen Ringes und ein inneres Ende der Vorderscheibe unter Ausbildung eines Winkels miteinander verbunden sind.The connection between one of the end side opposite the front side of the bellows with the end of the glass tube is in the preferred embodiment of an annular front profile, which in turn is directly or indirectly connected gas-tightly connected to the end of the glass tube. The front profile has sufficient mechanical strength to evenly transmit the mechanical forces occurring as substantially axial forces to the glass tube. In a planar cross section along the longitudinal axis, the front profile has an angular cross section, the angle being about 90 ° and being enclosed by an axial leg and a radial leg. The axial leg is the cross section of a cylinder jacket to the Longitudinal axis coaxial ring, and the radial leg is the cross section of a planar designated as the front disc with a hollow cylindrical central recess. The coaxial ring and the front disk are parts of the one-piece physical front profile, wherein a front end of the coaxial ring and an inner end of the front disk are connected together to form an angle.
In einer Ausführungsform ist der koaxiale Ring des Vorderprofils mit einem Anglasring, der stirnseitig in das Ende des Glasrohres eingebettet ist, gasdicht verschweißt. In anderen Ausführungsformen ist das Vorderprofil anders mit dem Glasrohr verbunden, beispielsweise eingegossen oder verklebt. Durch die gasdichten Verbindungen ist der Raum zwischen der Endscheibe, dem Faltenbalg und dem Vorderprofil, der mit dem Ringraum zwischen dem Absorberrohr und dem Glasrohr räumlich verbunden ist, evakuierbar. Der Faltenbalg bildet in einem bestimmungsgemäß evakuierten Zustand eine radial äußere Wand für das Vakuum aus.In one embodiment, the coaxial ring of the front profile with a Anglasring, which is embedded in the end face of the glass tube, gas-tight welded. In other embodiments, the front profile is otherwise connected to the glass tube, for example cast or glued. By the gas-tight connections, the space between the end plate, the bellows and the front profile, which is spatially connected to the annulus between the absorber tube and the glass tube, evacuated. The bellows forms in a designated evacuated state, a radially outer wall for the vacuum.
Als weitere Wand weist der Dehnungsausgleichskopf in der bevorzugten Ausführungsform einen ringförmigen, den Faltenbalg verkleidenden Außenschutzschild auf. Der Außenschutzschild bewirkt einerseits einen mechanischen Schutz für den Faltenbalg, andererseits dient der Außenschutzschild als Reflektor für Solarstrahlung der eine asymmetrische zu unzulässigen Verspannungen führende Erwärmung des Faltenbalges verhindert. Visuell erhält der Dehnungsausgleichskopf durch den Außenschutzschild das Aussehen eines Flansches.As a further wall, the expansion compensating head in the preferred embodiment, an annular outer bellows covering the bellows on. The outer shield causes on the one hand a mechanical protection for the bellows, on the other hand, the outer shield serves as a reflector for solar radiation which prevents an asymmetrical leading to unreasonable tension heating of the bellows. Visually, the expansion compensating head receives the appearance of a flange through the outer shield.
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Receiverrohres weist der Dehnungsausgleichskopf eine mit dem Absorberrohr gasdicht verbundene Endscheibe, die über ein Außenschutzschild mit einer auf dem Glasrohr axial verschiebbaren Vorderscheibe gasdicht verbunden ist, und eine mit dem Ende des Glasrohres gasdicht verbundene Hinterscheibe auf, und der Faltenbalg ist koaxial zu der Längsachse axial zwischen der Vorderscheibe und der Hinterscheibe angeordnet und mit der Vorderscheibe und mit der Hinterscheibe jeweils gasdicht verbunden. Bei dieser Variante führt die thermische Ausdehnung des Absorberrohres zu einer Stauchung des Faltenbalges.According to an alternative advantageous embodiment of the receiver tube according to the invention, the expansion compensating head has a gas-tightly connected to the absorber tube end plate, which is connected via an external shield with a glass tube axially displaceable front disc gas-tight, and a gas-tight connected to the end of the glass tube rear disc, and the bellows is arranged coaxially to the longitudinal axis axially between the front disk and the rear disk and connected to the front disk and with the rear disk in each case gastight. In this variant, the thermal expansion of the absorber tube leads to a compression of the bellows.
In dieser Ausführungsform sind die Endscheibe, ein den Faltenbalg verkleidender Außenschutzschild und eine Vorderscheibe zu einem mechanisch stabilen und gasdichten Ringprofil verbunden, das dem Dehnungsausgleichskopf Ähnlichkeit zu einem Flansch verleiht. Die gasdichte Verbindung des Faltenbalgs mit dem Absorberrohr ist in dieser Ausführungsform nicht nur über die Endscheibe sondern stattdessen zusätzlich über den Außenschutzschild und die Vorderscheibe realisiert. Die mit einer Vorderseite des Faltenbalgs gasdicht verbundene Vorderscheibe ist fest mit der Hinterscheibe und dem Absorberrohr verbunden und gegenüber dem Glasrohr verschiebbar.In this embodiment, the end plate, a bellows outer protective shield and a front plate are connected to a mechanically stable and gas-tight ring profile, which gives the expansion compensating head similarity to a flange. The gas-tight connection of the bellows with the absorber tube is realized in this embodiment not only on the end plate but instead in addition to the outer shield and the front panel. The gas-tightly connected to a front side of the bellows front disc is firmly connected to the rear disc and the absorber tube and slidable relative to the glass tube.
Die gasdichte Verbindung zwischen dem Ende des Glasrohres und einer Endseite des Faltenbalgs ist über eine Hinterscheibe umgesetzt. Die Hinterscheibe ist ein von dem Ende des Glasrohres radial nach außen stehender Hohlzylinder, dessen Durchmesser viel größer als dessen Zylinderlänge ist. In einem Ausführungsbeispiel ist die Hinterscheibe über einen Anglasring gasdicht mit dem Glasrohr verbunden. Die Hinterscheibe befindet sich in axialer Richtung zwischen der Endscheibe und der Vorderscheibe, wobei alle Scheiben parallel zueinander und zu der Längsachse zentriert angeordnet sind. Bei einer thermischen Ausdehnung des Absorberrohres vergrößert sich der Abstand zwischen der Endscheibe und der Hinterscheibe. Gleichzeitig verringert sich der Abstand zwischen der Hinterscheibe und der Vorderscheibe und der zwischen diesen beiden Scheiben befindliche Faltenbalg wird gestaucht. Der für Stauchung konzipierte Faltenbalg weist eine ausreichend große axiale Länge auf, um auch bei den höchsten praktisch vorkommenden Temperaturen noch einen Dehnungsausgleich zu ermöglichen. Ein evakuierbarer Raum befindet sich in dieser Ausführungsform zwischen dem Faltenbalg und dem Außenschutzschild. Zwischen dem Glasrohr und dem Faltenbalg befindet sich entsprechend ein unter atmosphärischem Druck stehender Raum.The gas-tight connection between the end of the glass tube and one end side of the bellows is implemented via a rear disc. The rear disk is a hollow cylinder which projects radially outwards from the end of the glass tube and whose diameter is much larger than its cylinder length. In one embodiment, the rear pane is gas-tightly connected to the glass tube via a glass-on ring. The rear disk is located in the axial direction between the end disk and the front disk, wherein all the disks are arranged parallel to each other and centered to the longitudinal axis. With a thermal expansion of the absorber tube, the distance between the end plate and the rear plate increases. At the same time the distance between the rear disc and the front disc is reduced and the bellows located between these two discs is compressed. The designed for compression bellows has a sufficiently large axial length to allow even at the highest practical temperatures still a strain compensation. An evacuable space is in this embodiment between the bellows and the outer shield. Between the glass tube and the bellows there is accordingly a room under atmospheric pressure.
In einer vorteilhaften Weiterbildung dieses erfindungsgemäßen Receiverrohres weist der Dehnungsausgleichskopf einen an dem Außenschutzschild befestigen Vakuumstutzen mit einem Vakuumventil auf.In an advantageous development of this receiver tube according to the invention, the expansion compensating head has a vacuum fitting attached to the outer protective shield with a vacuum valve.
Das Isoliervermögen einer Vakuumschicht wird mit abnehmendem Druck besser. In den erfindungsgemäßen Receiverrohren wird beispielsweise ein Druck unter 0,01 Pa angestrebt. Ein evakuierter Raum ist niemals absolut dicht, sondern es treten immer Gase mit gasspezifischen Leckraten ein. Problematisch ist vor allem der Eintritt von Wasserstoff, der beispielsweise in dem Absorberrohr durch Zersetzung des als Wärmeträger verwendeten Öls entsteht. Eine Möglichkeit, in das Vakuum eindiffundierte Gase wieder abzuführen, besteht darin, das Vakuum bei turnusmäßigen Wartungsarbeiten mittels einer Vakuumpumpe wieder aufzufrischen. Zwischen den Wartungsarbeiten kann Wasserstoff von Gettermaterialien gebunden und dann bei den Wartungsarbeiten durch Heizen des Getters zum Abpumpen freigesetzt werden. Solche Arbeiten werden durch einen mit dem Ringraum verbundenen Vakuumstutzen mit einem Vakuumventil ermöglicht. Durch die Anordnung des Vakuumstutzens an dem Außenschutzschild ist er besonders einfach zugänglich. Das Vakuumventil ist in verschiedenen Ausführungen der Erfindung ein manuell, elektrisch oder pneumatisch betätigtes Ventil.The insulating power of a vacuum layer improves with decreasing pressure. In the receiver tubes according to the invention, for example, a pressure below 0.01 Pa is desired. An evacuated space is never absolutely tight, but gases with gas-specific leak rates always occur. Especially problematic is the entry of hydrogen, which is produced for example in the absorber tube by decomposition of the oil used as a heat carrier. One way to remove gases that have diffused into the vacuum is to refill the vacuum during regular maintenance work by means of a vacuum pump. Between maintenance work, hydrogen can be bound by getter materials and then released during maintenance by heating the getter for pumping off. Such work is made possible by a vacuum pipe connected to the annulus with a vacuum valve. Due to the arrangement of the vacuum nozzle on the Exterior protection shield, it is particularly easy to access. The vacuum valve is in various embodiments of the invention, a manually, electrically or pneumatically actuated valve.
Der Vakuumstutzen kann in erfindungsgemäßen Receiverrohren, beispielsweise wenn der radial innerhalb des Faltenbalgs liegende Raum evakuierbar ist, auch an einer anderen Position beispielsweise an dem Glasrohr montiert sein. In einer Variante des erfindungsgemäßen Receiverrohres weist der Dehnungsausgleichskopf einen an der Endscheibe befestigen Vakuumstutzen mit einem Vakuumventil auf.The vacuum pipe can be mounted in a different position, for example, on the glass tube in the receiver tubes according to the invention, for example, if the space lying radially inside the bellows is evacuated. In a variant of the receiver tube according to the invention, the expansion compensating head has a vacuum socket fastened to the end plate with a vacuum valve.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Receiverrohres weist der Dehnungsausgleichskopf einen zylindermantelförmigen an einer Stirnseite spitzen Anglasring auf, dessen Durchmesser an der Spitze gleich dem mittleren Durchmesser des Glasrohres ist, und der an dem Ende des Glasrohres in das Glasrohr eingebettet ist. Über den Anglasring werden bei der Herstellung und beim Betrieb des erfindungsgemäßen Receiverrohres im Wesentlichen nur rotationssymmetrisch verteilte axiale Kräfte auf des Glasrohr übertragen, so dass keine lokalen Überlastungen des Glasrohres auftreten. Mit einem nicht eingeglasten Teil des Anglasringes sind weitere Komponenten des Dehnungsausgleichskopfes, beispielsweise ein Vorderprofil oder eine Hinterscheibe, verbunden.In an advantageous embodiment of the receiver tube according to the invention, the expansion compensating head has a cylinder jacket-shaped Anglasring tip on an end face whose diameter at the top is equal to the average diameter of the glass tube, and which is embedded at the end of the glass tube in the glass tube. About the Anglasring be transferred during the manufacture and operation of the receiver tube according to the invention substantially only rotationally symmetric axial forces on the glass tube, so that no local overloads of the glass tube occur. With a non-glazed part of the Anglasringes other components of the expansion compensating head, such as a front rail or a rear window, connected.
Der Dehnungsausgleichskopf des erfindungsgemäßen Receiverrohres weist vorzugsweise einen zylindermantelförmigen innerhalb des Glasrohres nahe einer Innenfläche des Glasrohres befindlichen Innenhitzeschild auf, dessen sich in der Richtung der Längsachse erstreckende Länge etwa gleich der sich in der Richtung der Längsachse erstreckenden Länge des Dehnungsausgleichskopfes ist. Der Innenhitzeschild reflektiert schräg in den Dehnungsausgleichskopf einfallende Strahlung auf das Absorberrohr, so dass diese Strahlung nicht zur Erwärmung des Dehnungsausgleichskopfes beiträgt. Von der geringen Erwärmung profitieren wärmeempfindliche Komponenten, beispielsweise ein Glas-Metall-Übergangsbereich in dem Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aneinander grenzen.The expansion compensating head of the receiver tube according to the invention preferably has a cylindrical shell-shaped inner heat shield located within the glass tube near an inner surface of the glass tube, whose length extending in the direction of the longitudinal axis is approximately equal to the length of the expansion compensating head extending in the direction of the longitudinal axis. The inner heat shield reflects obliquely into the expansion compensating head incident radiation to the absorber tube, so that this radiation does not contribute to the heating of the expansion compensating head. Benefit of the low heating heat-sensitive components, such as a glass-metal transition region in which materials with different thermal expansion coefficients border each other.
Zur Befestigung ist der Innenhitzeschild in einem Ausführungsbeispiel an dem Anglasring angeschweißt. Der Innenhitzeschild kann aber auch anders, beispielsweise durch Klemmen oder Kleben befestigt sein. Die Art der Befestigung hängt auch von dem zur Ausbildung des Innenschutzschildes verwendeten Material ab. In verschiedenen Ausbildungen des erfindungsgemäßen Receiverrohres ist der Innenhitzeschild aus einem Metall, einer Keramik, einem Kunststoff oder einer metallbeschichteten Keramik ausgebildet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Innenhitzeschild auf seiner dem Absorberrohr zugewandten Seite eine Reflexionsbeschichtung auf. Die Reflexionsbeschichtung kann eine metallische und/oder eine dielektrische Beschichtung sein.For attachment, the inner heat shield is welded to the Anglasring in one embodiment. However, the inner heat shield can also be mounted differently, for example by clamping or gluing. The type of attachment also depends on the material used to form the inner shield. In various embodiments of the receiver tube according to the invention, the inner heat shield is formed of a metal, a ceramic, a plastic or a metal-coated ceramic. According to an advantageous development, the inner heat shield has a reflection coating on its side facing the absorber tube. The reflective coating may be a metallic and / or a dielectric coating.
Die Länge des Innenhitzeschildes in Richtung der Längsachse ist vorzugsweise so lang bemessen, dass die wärmeempfindlichen Komponenten von dem Innenhitzeschutzschild abgeschirmt werden. Regelmäßig wird der gesamte Faltenbalg durch den Innenhitzeschutzschild abgeschirmt, beispielsweise um rotationsunsymmetrische Erwärmungen und daraus resultierende thermische Spannungen zu vermeiden.The length of the inner heat shield in the direction of the longitudinal axis is preferably dimensioned so long that the heat-sensitive components are shielded from the inner heat shield. Regularly, the entire bellows is shielded by the inner heat shield, for example, in order to avoid Rotationsunsymmetrische warming and resulting thermal stresses.
In bevorzugten Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Receiverrohres ist die Endscheibe aus einem Metall oder einer metallbeschichteten Keramik ausgebildet und mit dem Absorberrohr verschweißt oder verlötet. Metalle, beispielsweise rostfreie Stähle, zeichnen sich durch eine große mechanische Belastbarkeit, eine hohe Zuverlässigkeit und eine gute Verarbeitbarkeit aus. Bei Metallen können die Fügetechniken Schweißen und Löten eingesetzt werden, die kostengünstig sind und zu dichten und zuverlässigen Verbindungen führen. Es können aber auch andere Materialien verwendet werden, beispielsweise keramische. Keramische Materialien zeichnen sich unter anderem durch eine hohe Temperaturbelastbarkeit und eine geringe Wärmeleitfähigkeit aus. Die Montage eines keramischen Bauteiles ist in einem Ausführungsbeispiel durch Löten einer Metallbeschichtung des keramischen Bauteils realisiert.In preferred embodiments of the receiver tube according to the invention, the end plate is formed of a metal or a metal-coated ceramic and welded or soldered to the absorber tube. Metals, such as stainless steels, are characterized by high mechanical strength, high reliability and good processability. For metals, the joining techniques of welding and soldering can be used, which are inexpensive and result in dense and reliable connections. But it can also be used other materials, such as ceramic. Among other things, ceramic materials are characterized by high temperature resistance and low thermal conductivity. The assembly of a ceramic component is realized in one embodiment by soldering a metal coating of the ceramic component.
Der Dehnungsausgleichskopf des erfindungsgemäßen Receiverrohres weist in einer vorteilhaften Weiterbildung eine Auskragung auf, welche räumlich mit dem evakuierbaren Ringraum verbunden ist und in welcher ein Gettermaterial befestigt ist. Im Stand der Technik sind Getter regelmäßig in den Ringraum eingebaut. Das hat die Nachteile, dass die thermische Isolation im Bereich des Getters verschlechtert ist und dass bei einem Zerfall des Getters Partikel in den Ringraum eingetragen werden können, die die Effizienz des Receiverrohres dauerhaft reduzieren. Durch die Verlagerung des Getters in die äußere Auskragung sind die genannten Probleme beseitigt oder zumindest reduziert.The expansion compensating head of the receiver tube according to the invention has in an advantageous development of a projection, which is spatially connected to the evacuable annular space and in which a getter material is attached. In the prior art getters are regularly installed in the annulus. This has the disadvantages that the thermal insulation is deteriorated in the getter and that when the getter disintegrates, particles can be introduced into the annulus which permanently reduce the efficiency of the receiver tube. By shifting the getter in the outer projection of the problems mentioned are eliminated or at least reduced.
Die vorliegende Erfindung soll im Folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, wobeiThe present invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, wherein
Das beispielsweise 4 m lange Receiverrohr
Ein Absorberrohr
Koaxial zu der Längsachse
Der Dehnungsausgleichskopf
Die Endscheibe
Ein axiales Ende des Vorderprofils
Glas-Metall-Verbindungen können bei häufigen Belastungen mit hohen Temperaturen versagen und gasdurchlässig werden. Derartige Schäden können weitgehend vermieden werden, sofern das Receiverrohr
Der dargestellte Dehnungsausgleichskopf
In dem Dehnungsausgleichskopf
An dem Anglasring
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 1'1, 1 '
- Receiverrohrreceiver tube
- 22
- Absorberrohrabsorber tube
- 33
- Längsachselongitudinal axis
- 44
- Glasrohrglass tube
- 55
- Ende des GlasrohresEnd of the glass tube
- 6, 6'6, 6 '
- Faltenbalgbellow
- 7, 7'7, 7 '
- DehnungsausgleichskopfExpansion unit head
- 88th
- evakuierbarer Ringraumevacuable annulus
- 99
- AnglasringAnglasring
- 1010
- InnenhitzeschildInternal heat shield
- 1111
- AußenschutzschildOuter shield
- 1212
- Endscheibeend disk
- 1313
- Vorderprofilfront profile
- 1414
- Vorderscheibefront window
- 1515
- Hinterscheibebackplate
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DE102022107882A1 (en) | 2022-04-01 | 2023-10-05 | Frenell Gmbh | VACUUM INSULATED ABSORBER |
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