DE3933733A1 - Strahlungsempfaenger fuer eine solarspiegelanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsempfänger für eine Solarspiegelanordnung, bestehend aus einem an seinen Enden vorzugsweise pendelnd gehalterten Kollektorrohr und einem dieses umgebenden Glasrohr, wobei zwischen dem Außenumfang des Kollektorrohrs und dem Innenumfang des Glasrohrs durch an dessen beiden Enden gasdicht angebrachte Endstücke ein wärmeisolierender, gasdichter Raum, welcher vorzugsweise eva­ kuiert ist, gebildet ist.

Derartige bekannte Strahlungsempfänger werden im allgemeinen in der Brennlinie eines zylindrischen Solarspiegels angeord­ net (DE-OS 36 44 759), um ein durch das Kollektorrohr hin­ durchströmendes Fluid, insbesondere Wasser, durch vom Solar­ spiegel aufgefangenes und auf das Kollektorrohr konzentrier­ tes Sonnenlicht zu erhitzen oder sogar zu verdampfen. Da der Solarspiegel und damit auch die Glasrohre sehr lang z. B. 6 m lang sind, sind der Transport vom Herstellungsort zum Auf­ stellungsort der Solarspiegelanordnung und auch die Montage problematisch. Es besteht insbesondere die Gefahr, daß das Glasrohr auf dem Transport oder bei der Montage zerbricht.

Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung (die Temperaturen von Glasrohr und Kollektor können um mehrere hundert Grad differieren) stellt auch die direkte Verbindung von Glas und Metall eine Stelle erhöhter Bruchgefahr dar.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Strahlungsempfänger der eingangs genannten Gattung so auszu­ bilden, daß Transport und Montage wesentlich vereinfacht sind und die Bruchgefahr durch unterschiedliche Wärmeausdeh­ nung behoben ist, ohne daß die Funktionsfähigkeit des Strah­ lungsempfängers beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird bei der Erfindung dadurch gelöst, daß das Glasrohr in zumindest zwei Abschnitte geteilt ist, daß die Abschnitte an ihren einander zugewandten axialen Endberei­ chen von einem die Endbereiche abdichtenden, rohrartigen Zwi­ schenstück axial fixiert gehalten sind, welches außerdem über ein thermisch isolierendes Element am Außenumfang des Kollektorrohrs anliegt und von diesem abgestützt wird.

Durch diese Ausbildung wird auf besonders vorteilhafte Weise ermöglicht, daß die Glasrohre des Strahlungsempfängers auch über große Entfernungen sicher transportiert werden können und daß die im Tagesverlauf durch Temperaturänderung an den Verbindungsstellen zwischen Glas und Metall auftretenden Spannungen vermieden werden. Außerdem ist durch die erfin­ dungsgemäße Ausbildung auch die Möglichkeit geschaffen, durch Verwendung mehrerer Zwischenstücke das Glasrohr in mehr als zwei Abschnitte zu unterteilen, wenn das gewünscht sein sollte. Auch bei der Montage können diese kurzen Ab­ schnitte der Reihe nach ohne größere Bruchgefahr auf das Kol­ lektorrohr aufgeschoben werden. Das Merkmal, daß das Zwi­ schenstück über ein thermisch isolierendes Element am Außen­ umfang des Kollektorrohrs anliegt und von diesem abgestützt wird, sorgt dafür, daß nach der Montage das Glasrohr über seine gesamte, aus mehreren Abschnitten bestehende Länge sicher am Kollektorrohr abgestützt ist, so daß auch hier die Durchbiegung eines jeden einzelnen Glasrohrabschnitts in tolerierbaren Grenzen gehalten wird. Das Kollektorrohr selbst soll vorzugsweise nicht unterteilt sein, sondern ein tragendes Basiselement für die gesamte Anordnung bilden.

Der Erfindungsgedanke liegt somit darin, das das Kollektor­ rohr umgebende Glasrohr in mehrere, vorzugsweise zwei Ab­ schnitte aufzuteilen, die an ihren aneinanderstoßenden Stirn­ seiten von einem über ein thermisch isolierendes Element am Außenumfang des Kollektorrohrs abgestützten Zwischenstück abdichtend aufgenommen werden. Dadurch sind ein Austausch beispielsweise der Glasrohre oder andere Reparaturarbeiten auch vor Ort ohne weiteres möglich. Gleichzeitig stützt das Zwischenstück auch die einander gegenüberliegenden Enden der Glasrohrabschnitte am Kollektorrohr ab, wobei durch das ther­ misch isolierende Element eine Wärmeleitung vom Kollektor­ rohr auf das Zwischenstück und damit eine Wärmeabgabe vom Kollektorrohr an die Umgebung vermieden ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben. Die Ausbildung nach Anspruch 2 liefert mit der Ringstufe einen definierten Anschlag für die Glasrohrabschnitte am Zwischenstück.

Die Ausbildung nach Anspruch 3 gewährleistet einen dichten Abschluß zwischen dem freien Ende eines jeden Glasrohrab­ schnitts und dem Kollektorrohr unter gleichzeitiger Schaf­ fung einer axialen Ausdehnungsmöglichkeit für das Kollektor­ rohr. Dieses ist besonders vorteilhaft, da aufgrund der un­ terschiedlich hohen Temperaturen von Glasrohr und Kollektor­ rohr im Betrieb der Solarspiegelanordnung die Axialausdeh­ nung des Kollektorrohres größer ist als die Axialausdehnung des Glasrohres.

Die Ausbildung nach Anspruch 4 sorgt für eine axiale Fest­ legung von Zwischenstück und Glasrohrabschnitten relativ zum Kollektorrohr.

Durch die Ausbildung nach Anspruch 5 kann der Strahlungsem­ pfänger im Bereich des Zwischenstücks abgestützt werden und so ein Durchbiegen des Kollektorrohres verhindert werden. Vorteilhafterweise kann diese Abstützung durch Aufhängen des Zwischenstücks mittels der Aufhängeeinrichtung erzielt wer­ den.

Die Ausbildung nach Anspruch 6 ist besonders vorteilhaft, da der Pufferring beim Einsetzen des Glasrohrabschnitts in das Zwischenstück eine Verletzung der Stirnseite des Glasrohrab­ schnitts verhindert.

Die Ausbildung nach Anspruch 7 erlaubt auf besonders einfa­ che und sichere Weise eine Verbindung zwischen einem Glas­ rohrabschnitt und dem Zwischenstück, da die in den Zwischen­ raum eingespritzte Dichtmasse einerseits für eine sichere und vollständige Abdichtung sorgt und andererseits durch Ver­ kleben von Glasrohrabschnitt und Zwischenstück eine sichere axiale Fixierung von Zwischenstück und Glasrohrabschnitt ge­ währleistet.

Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 8 kann ein für die Er­ zielung einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit vorteilhaftes Va­ kuum zwischen Kollektorrohr und Glasrohr hergestellt werden. Die Bohrung und die axiale Nut dienen dabei als Verbindungs­ kanäle zu den Räumen zwischen Kollektorrohr und Glasrohr, so daß diese Räume durch die Bohrung hindurch evakuiert werden können. Besonders vorteilhaft ist dabei auch, daß diese Eva­ kuierung beliebig oft wiederholt werden kann, um beispiels­ weise das Absinken eines Vakuums nach längerer Betriebszeit zu beheben. Dazu kann die als Absaugöffnung dienende Bohrung wieder geöffnet und nach erneuter Herstellung eines Vakuums wieder verschlossen werden.

Die Ausbildungen nach den Ansprüchen 9 bis 11 schaffen durch die integrale Ausbildung eines Außengewindes am freien Ende eines jeden Glasrohrabschnitts und durch die Ausbildung des Endstücks als Überwurfmutter eine besonders wirtschaft­ liche und schnell zu montierende Abdichtung am freien Ende eines jeden Glasrohrabschnitts, wobei das Endstück gleichzei­ tig den Glasrohrabschnitt am Kollektorrohr abstützt, und über die gemeinsamen Dichtflächen, die nach Anspruch 11 vor­ zugsweise auch mit O-Ring-Dichtungen versehen sein können, einen axialen Längenausgleich zwischen Glasrohr und Kollek­ torrohr.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Strahlungsempfän­ gers nach der Erfindung und

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht des Strahlungs­ empfängers im Bereich des Zwischenstücks und eines Endstücks.

In Fig. 1 ist ein Strahlungsempfänger 1 gezeigt, der ein aus zwei Abschnitten 30, 31 bestehendes Glasrohr 3 aufweist. Das Glasrohr umschließt dabei ein gestrichelt gezeichnetes Kol­ lektorrohr 2, das an seinen beiden Endabschnitten 20, 21 zur Aufnahme in eine nicht gezeigte Halterung eingerichtet ist, wobei diese Halterung vorzugsweise pendelnd erfolgt, um Län­ genausdehnungen des Kollektorrohrs 2 aufnehmen zu können.

Die Glasrohrabschnitte 30, 31 sind an ihren einander gegen­ überliegenden Endbereichen 32, 33 von einem Zwischenstück 4 abdichtend aufgenommen und in diesem axial fixiert. An den beiden freien Enden 34, 35 der Glasrohrabschnitte 30, 31 sind diese von jeweils einem rohrartigen Endstück 60, 61 ab­ dichtend und axial fixiert aufgenommen, wobei die rohrarti­ gen Endstücke 60, 61 die Endabschnitte 20 bzw. 21 des Kol­ lektorrohrs 2 abdichtend umschließen, aber einen axialen Längenausgleich ermöglichen.

Fig. 2 zeigt in der linken Hälfte einen Schnitt durch den mit dem Zwischenstück 4 versehenen Mittelteil des Strahlungs­ empfängers. Das Zwischenstück 4 ist dabei zylinderförmig aus­ gebildet und weist an seinen Enden jeweils eine axiale Auf­ nahmebohrung 40, 40′ auf, die sich jeweils in das Zwischen­ stück bis zu einer Ringstufe 42 erstreckt, deren Bohrungs­ durchmesser 44 geringer ist als der Bohrungsdurchmesser der beiden Aufnahmebohrungen 40, 40′. In jeder Aufnahmebohrung 40, 40′ sind axial voneinander beabstandet umlaufende Ring­ nuten 45, 45′; 46, 46′ vorgesehen, in denen jeweils eine O-Ring-Dichtung 47, 47′; 48, 48′ eingesetzt ist. Am inneren Ende einer jeden Aufnahmebohrung 40, 40′ liegt ein ringför­ miger Pufferring 43, 43′ in der Aufnahmebohrung 40, 40′ an der Ringstufe 42 an. Der Pufferring 43, 43′ dient dabei als elastischer Anschlag für die Stirnseite eines in die Aufnah­ mebohrung 40, 40′ eingesetzten Endbereichs 32, 33 eines Glas­ rohrabschnitts 30, 31.

Das Zwischenstück 4 ist an seinen die Aufnahmebohrungen 40, 40′ aufweisenden Abschnitten 41, 41′ im Bereich zwischen der jeweiligen ersten Ringnut 45, 45′ und der jeweiligen axial weiter innen gelegenen zweiten Ringnut 46, 46′ mit einer ra­ dialen Öffnung 49, 49′ versehen, die durch eine die Wandung des Zwischenstücks durchdringende Bohrung gebildet ist. Die radiale Öffnung 49, 49′, von der über den Umfang verteilt auch mehrere vorgesehen sein können, dient als Einspritzöff­ nung für eine Dichtmasse, die in den von den beiden O-Ring-Dichtungen 47, 48, 47′, 48′ und der Außenwandung des Endbe­ reichs 32, 33 des jeweiligen Glasrohrabschnitts 30, 31 sowie der Wandung der Aufnahmebohrung 40, 40′ gebildeten Zwischen­ raum eingespritzt wird. Durch diese Dichtungsmasse, vorzugs­ weise Silikon wird einerseits eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Zwischenstück 4 und den Glasrohrabschnitten 30 bzw. 31 geschaffen, und andererseits werden die Glasrohrab­ schnitte 30, 31 in der zugehörigen Aufnahmebohrung 40, 40′ durch Verkleben sicher axial fixiert.

Das Zwischenstück 4 weist eine verschließbare Bohrung 70 auf, die mit den Räumen 71, 72 zwischen Kollektorrohr und Glasrohr durch eine axiale Nut 73 in Verbindung steht und zur Evakuierung benutzt werden kann.

Im Bereich der Ringstufe 42 sind in der Bohrung 44 verringer­ ten Durchmessers zwei axial voneinander beabstandete Ringnu­ ten 50, 50′ ausgebildet, die zur Aufnahme jeweils eines Sprengrings 51, 51′ dienen. Die Sprengringe 51, 51′ bilden eine axiale Fixierung für ein in die Bohrung 44 eingesetztes kreisringförmiges thermisch isolierendes Element 5. Der Außendurchmesser des thermisch isolierenden Elements 5 ent­ spricht dabei im wesentlichen dem Durchmesser der Bohrung 44, so daß das thermisch isolierende Element 5 in Anlage an die Bohrung 44 kommt. Der Innendurchmesser des thermisch iso­ lierenden Elements 5 entspricht dabei im wesentlichen dem Außendurchmesser des Kollektorrohrs 2, so daß das thermisch isolierende Element mit seinem Innendurchmesser am Kollektor­ rohr 2 zur Anlage kommt.

Im Innenumfang des thermisch isolierenden Elements 5 ist da­ bei eine Ringnut 52 vorgesehen, die zur Aufnahme eines mit dem Kollektorrohr 2 fest verbundenen ringförmigen Ansatzes 23 dient. Zur einfacheren Montage des thermisch isolierenden Elements auf dem ringförmigen Ansatz 23 kann das thermisch isolierende Element radial geschlitzt oder anderweitig teil­ bar sein.

Durch die Fixierung des thermisch isolierenden Elements 5 auf dem ringförmigen Ansatz 23 und die durch die Springringe 51, 51′ herbeigeführte axiale Fixierung des Zwischenstücks 4 auf dem thermisch isolierenden Element 5 wird eine eindeuti­ ge axial unverrückbare Lage des Zwischenstücks 4 auf dem Kol­ lektorrohr 2 hergestellt. Auch die über die Dichtungs-Klebe-Ver­ bindung mit dem Zwischenstück axial fixierten Glasrohrab­ schnitte 30, 31 sind so in ihrer axialen Lage zum Kollektor­ rohr 2 festgelegt.

In der rechten Hälfte der Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Endverbindung des Glasrohrabschnitts 31 mit dem Kollektor­ rohr 2 gezeigt. Das Kollektorrohr 2 weist dabei an seinem Endabschnitt 21 eine Außenumfangsdichtfläche 22 auf, auf die das rohrartige Endstück 61 mit seiner axialen Bohrung 62 auf­ geschoben ist. Zur Abdichtung sind in der Innenumfangsdicht­ fläche 65 des rohrartigen Endstücks 61 axial voneinander be­ abstandete Ringnuten 66, 66′ vorgesehen, in die jeweils eine O-Ring-Dichtung 67, 67′ eingesetzt ist.

Der Bereich größeren Durchmessers der axialen Bohrung 62 des Endstücks 61 weist zum Zwischenstück 4 hin und ist mit einem Innengewinde 64 versehen, das an ein Außengewinde 37 des freien Endes 35 des Glasrohrabschnitts 31 angepaßt ist. Durch die Abstufung der axialen Bohrung 62 ist eine innere, kreisringförmige Stirnfläche 69 gebildet, in der eine kreis­ ringförmige Nut 63 eingelassen ist, deren kleinster Durch­ messer kleiner ist als der Innendurchmesser des freien Endes 35 des zweiten Glasrohrabschnitts 31 und deren größter Durch­ messer größer ist als der Außendurchmesser an der Stirnseite des freien Endes 35 des Glasrohrabschnitts 31. In die kreis­ ringförmige Nut 63 ist ein Dichtelement 68, vorzugsweise ein O-Ring, eingesetzt, das beim Festschrauben des rohrartigen Endstücks 61 mit Hilfe des Gewindes 64, 37 eine gasdichte Verbindung zwischen Glasrohr und Endstück herstellt.

Die axiale Erstreckung der Außenumfangsdichtfläche 22 am End­ abschnitt 21 des Kollektorrohrs 2 ist größer als der axiale Abstand zwischen den beiden O-Ring-Dichtungen 67, 67′ in der Innenumfangsdichtfläche 65 des Endstücks 61, wobei die Außen­ umfangsdichtfläche 22 im Montagezustand, in dem Glasrohr 3 und Kollektorrohr 2 im wesentlichen die gleiche Temperatur aufweisen, hauptsächlich in Richtung des Zwischenstücks ver­ längert ist. Hierdurch wird gewährleistet, daß im Betrieb des Strahlungsempfängers das wesentlich heißer werdende Kol­ lektorrohr sich axial genügend weit ausdehnen kann, ohne daß dabei die Dichtung zwischen dem Endstück 61 und dem Endab­ schnitt 21 des Kollektorrohrs 2 aufgehoben wird.

Der Aufbau der Endverbindung im Bereich des freien Endes 34 des anderen Glasrohrabschnitts 30 ist bis auf die seitenver­ kehrte Anordnung identisch mit dem vorhergehend geschilder­ ten Aufbau. An den freien Enden des Kollektorrohrs 2 sind Flansche 80, 81 ausgebildet, an denen jeweils eine Fluidver­ bindung zur Versorgung des Kollektorrohres 2 mit dem dieses durchströmenden Fluid angebracht bzw. eine Verbindung zu einem weiteren Kollektor, bei einer Reihenanordnung, geschaf­ fen werden kann. Das Kollektorrohr wird dabei vom einen zum anderen der Flansche 80, 81 axial durchströmt. Gleichzeitig können die Flansche 80, 81 mit jeweils einer Lagerung für den Strahlungsempfänger, beispielsweise zur pendelnden Aufhän­ gung, versehen sein.

Claims (11)

1. Strahlungsempfänger für eine Solarspiegelanordnung, be­ stehend aus einem an seinen Enden vorzugsweise pendelnd gehalterten Kollektorrohr und einem dieses umgebenden Glasrohr, wobei zwischen dem Außenumfang des Kollektor­ rohrs und dem Innenumfang des Glasrohrs durch an dessen beiden Enden gasdicht angebrachte Endstücke ein wärme­ isolierender, gasdichter Raum, welcher vorzugsweise eva­ kuiert ist, gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasrohr (3) in zumindest zwei Abschnitte (30, 31) geteilt ist, daß die Abschnitte (30, 31) an ihren einander zugewandten axialen Endbereichen (32, 33) von einem die Endbereiche (32, 33) abdichtenden, rohrarti­ gen Zwischenstück (4) axial fixiert gehalten sind, wel­ ches außerdem über ein thermisch isolierendes Element (5) am Außenumfang des Kollektorrohrs (2) anliegt und von diesem abgestützt wird.

2. Strahlungsempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (4) an beiden axialen Enden innen in eine Ringstufe (42) übergehende Aufnahmebohrungen (40, 40′) zur Aufnahme der Endbereiche (32, 33) der Glasrohrabschnitte (30, 31) aufweist.

3. Strahlungsempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasrohrabschnitte (30, 31) an ihren freien En­ den (34, 35) mit jeweils einem rohrartigen Endstück (60, 61) mit einer axialen Bohrung (62) versehen sind, in welche jeweils ein Endabschnitt (20, 21) des Kollek­ torrohres (2) dicht und gleitend eingreift, wobei die Endabschnitte (20, 21) vorzugsweise axial über die End­ stücke (60, 61) vorstehen und dort zweckmäßig mit einem Befestigungsflansch (80, 81) zum Anschluß einer Fluid- Zuführ- bzw. -Abführleitung versehen sind.

4. Strahlungsempfänger nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (4) relativ zum Kollektorrohr (2) axial fixiert ist.

5. Strahlungsempfänger nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (4) eine Abstützvorrichtung, ins­ besondere eine Aufhängeeinrichtung aufweist.

6. Strahlungsempfänger nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenstück (4), der Stirnseite eines jeden Glasrohrabschnitts (30, 31) benachbart, jeweils ein ela­ stischer Pufferring (43, 43′) vorgesehen ist.

7. Strahlungsempfänger nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Außenumfang des Endbereichs (32, 33) jedes Glasrohrabschnitts (30, 31) und dem Innenumfang des diesen Endbereich übergreifenden Zwischenstück-Ab­ schnitts (41, 41′) jeweils ein Zwischenraum (36) vorge­ sehen ist, der von zwei axial voneinander beabstande­ ten O-Ring-Dichtungen (47, 48; 47′, 48′) begrenzt wird, und daß im Zwischenstück (4) jeweils eine mit dem Zwi­ schenraum (36) in Verbindung stehende radiale Öffnung (49, 49′) vorgesehen ist, die zum Einspritzen einer Dichtmasse, vorzugsweise Silikon, in den Zwischenraum (36) ausgebildet ist.

8. Strahlungsempfänger nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (4) eine verschließbare Bohrung (70) aufweist, die mit den Räumen (71, 72) zwischen Kollektor- und Glasrohr vorzugsweise durch eine axiale Nut (73) in Verbindung steht.

9. Strahlungsempfänger nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß ein jeder Glasrohrabschnitt (30, 31) an seinem frei­ en Ende (34, 35) mit einem Außengewinde (37) versehen ist,
daß jedes Endstück (60, 61) als Überwurfmutter aus­ gebildet ist, deren Innengewinde (64) mit dem Außenge­ winde (37) des Glasrohrabschnitts (30, 31) verschraubbar ist,
daß jedes Endstück (60, 61) einen axial außer­ halb des Glasrohrabschnitts (30, 31) gelegenen Stirnbe­ reich aufweist, der mit der axialen Bohrung (62) versehen ist, und
daß diese axiale Bohrung (62) eine Innen­ umfangs-Dichtfläche (65) aufweist, die mit einer Außen­ umfangs-Dichtfläche (22) des Kollektorrohres (2) zusam­ menwirkt.

10. Strahlungsempfänger nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke (60, 61) aus thermisch beständigem Kunststoff bestehen und als Schraubquetschverbindung ausgebildet sind.

11. Strahlungsempfänger nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der axialen Bohrung (62) zumindest eine Ringnut (66, 66′) zur Aufnahme einer O-Ring-Dichtung (67, 67′) vorgesehen ist.