WO2013037952A2 - Method for introducing protective gas into an absorber tube - Google Patents

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WO2013037952A2
WO2013037952A2 PCT/EP2012/068087 EP2012068087W WO2013037952A2 WO 2013037952 A2 WO2013037952 A2 WO 2013037952A2 EP 2012068087 W EP2012068087 W EP 2012068087W WO 2013037952 A2 WO2013037952 A2 WO 2013037952A2
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laser
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pulse
laser beam
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PCT/EP2012/068087
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Marc MÖLLENHOFF
Oliver Sohr
Thomas Kuckelkorn
Guido KREMITZL
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Schott Solar Ag
Trumpf Laser Gmbh & Co. Kg
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J7/00Details not provided for in the preceding groups and common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J7/14Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel
    • H01J7/18Means for absorbing or adsorbing gas, e.g. by gettering
    • H01J7/186Getter supports
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
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    • B23K26/38Removing material by boring or cutting
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/40Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors
    • F24S10/45Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors the enclosure being cylindrical
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S20/20Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
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    • F24S40/40Preventing corrosion; Protecting against dirt or contamination
    • F24S40/46Maintaining vacuum, e.g. by using getters
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    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems

Definitions

  • the invention relates to a method for introducing protective gas according to the preamble of claim 1.
  • Solar collectors can, for example, be equipped with a parabolic mirror, also called a collector mirror, and used in so-called parabolic trough power plants.
  • a parabolic mirror also called a collector mirror
  • a thermal oil is used as the heat transfer medium, which can be heated up to about 400 ° C. with the aid of sunrays focused on the absorber tube by the parabolic mirrors up to 400 ° C.
  • the heated heat transfer medium is passed through the metal tube and fed to an evaporation process. with the help of which the heat energy is converted into electrical energy.
  • the absorber tube consists of a metal tube which has a radiation-absorbing layer and a cladding tube which surrounds the metal tube.
  • the cladding tube consists of a material which is transparent in the spectral range of the solar radiation, preferably of glass.
  • the annular space formed between metal tube and cladding tube is usually evacuated and serves to minimize the heat losses on the outer surface of the metal tube and thus to increase the energy input.
  • Such absorber tubes are known for example from DE 102 31 467 B4.
  • the hydrogen that has entered the annulus can be bound by getter materials.
  • Absorber tubes which are provided with getter materials in the annular space, are known, for example, from WO 2004/063640 A1.
  • the absorption capacity of getter materials is limited.
  • the pressure in the annulus increases until it is in equilibrium with the partial pressure of the free hydrogen which has passed from the thermal oil into the annulus.
  • the hydrogen creates an increased heat conduction in the annulus with the aforementioned adverse consequences for the efficiency of the solar collector.
  • From DE 10 2005 057 276 B3 an absorber pipe is known in which noble gas is introduced into the annular space when the capacity of the getter material is exhausted.
  • the noble gas is located in a container sealed with solder, which will open at the appropriate time from the outside. This creates an H2 / noble gas mixture in the annular gap, the thermal conductivity of which is only slightly higher compared to the evacuated state.
  • the placement of the container in the vacuum space of the absorber tube requires a non-contact opening from the outside. This can be done by heat input on the melting of a solder.
  • the other possibility is to inductively or by heating an intermediate ring in the vicinity of the container is mounted to open the container.
  • the disadvantage of this opening method is that the heat input can not be directed to a sufficient extent specifically on the solder cap of the container, but also heats all components in the vicinity of the container.
  • the cladding is made of glass
  • the joint of glass and metallic components ⁇ glass-metal compound is at risk.
  • the position of the container in the cladding tube basically has the disadvantage that the container is heated by the irradiation and the solder plug can open unintentionally. Other disadvantages can be seen in the embrittlement of the solder by hydrogen uptake.
  • the complicated geometry of the container makes the manufacture of the closed-loop opening the entire container expensive.
  • DE 27 11 889 A1 discloses a method for excavating channels and holes in workpieces, wherein several hundred individual pulses are used per borehole and a collector is provided between the sample and a lens in order to deposit the material removed from the sample. to catch. The method is used eg in the fission product and contamination analysis.
  • DE 695 13 044 T2 discloses a method of forming a dispensing opening in a dispenser for an agent whereby the wall of the dispenser is burned by a laser drilling method to thereby release the agent.
  • the method according to the invention is carried out by means of a laser drilling method.
  • Laser drilling is a non-machining process in which lasers generate so much energy locally in the workpiece that the material melts and evaporates.
  • the method has the advantage that the container can be opened without contact from the outside, without other components of the absorber tube are heated and thus damaged.
  • the laser beam is aimed specifically at the container, which can be arranged at any point in the annulus. It is not necessary, for example, to protect the container from solar radiation, since the container is completely closed and has no prepared opening, which is closed with a heat-sensitive material, as is the case for example with a solder closure.
  • the container can be opened in a very short time.
  • the material of the container is evaporated or ejected in the laser bombardment against the incoming beam and settles in the annular space of the absorber tube.
  • the materia! u. U. also precipitate on the inside of the cladding tube. Due to the still ongoing laser bombardment, the precipitate and thus the cladding tube heats up. As a result of this heat, mechanical stresses can occur in the cladding tube which can damage the cladding tube. It is therefore preferable to collect the vaporized and ejected material of the container before it can precipitate on the inside of the cladding tube. Since the material is ejected against the incoming laser beam, it is advantageous if the ejected material is captured by an optical element, which can penetrate the incoming laser beam unhindered.
  • an optical element is preferably arranged adjacent to the container, which has the advantage that the material of the container, which is vaporized or ejected in the direction of the cladding tube during laser bombardment, is deposited on this optical element. It is thus prevented that this precipitate forms on the cladding tube.
  • the optical element may be arranged on the metal tube, on the cladding tube, on an element connecting the metal tube and the cladding tube, or on the container.
  • the optical element is preferably arranged in the region between the container and the cladding tube.
  • Such an optical element may be a glass plate, in particular a planar glass plate. This glass pane absorbs the container material and thus protects the cladding tube.
  • the laser drilling can be carried out for example with laser pulses.
  • a short laser pulse with high power density brings the energy into the workpiece in a very short time during laser drilling. As a result, the material melts and evaporates. The larger the pulse energy, the more material melts and evaporates.
  • the volume of material increases suddenly in the borehole and a high pressure is created. This vapor pressure drives the molten material out of the borehole.
  • laser pulses are used whose energy is 0.5 J to 80 J.
  • the container With pulse energies in the range of 0.5 J to 4 J and without an optical element for collecting the ejected material, the container could be opened without causing damage to the cladding tube. With pulse energies in the range of 4 J to 80 J, the container could also be opened, but here an optical element was required to catch the ejected material to prevent damage to the Hüilrohr.
  • a special feature is the laser processing with ultrashort pulse lasers in the picosecond range.
  • the material is evaporated by sublimation directly without material melting from the solid state.
  • the container itself is heated only slightly.
  • single-pulse drilling or percussion drilling is used.
  • a single laser pulse with comparatively high pulse energy and relatively long pulse duration generates the bore. In this way, many holes can be generated very quickly.
  • Percussion drilling involves boring through several laser pulses with a shorter pulse duration and pulse energy. This drilling technique provides deeper and more precise holes than single-pulse drilling. Percussion drilling also enables smaller hole diameters
  • a diode pumped or flash lamp pumped pulse laser is used. Pulse lasers have the advantage that they have high peak intensities, which shortens the opening process.
  • a maximum of five pulses in particular a maximum of 3 pulses and more preferably a pulse used.
  • a pulse used When using z. If, for example, two or more pulses have to be transmitted through the subsequent pulse, the material vaporized and ejected by the respective preceding pulse must be penetrated. The energy of the subsequent pulse arriving on the container can thereby be reduced. It is therefore preferable to use only a single pulse.
  • laser pulses are used with a pulse duration in the range of 2 ms to 15 ms.
  • Preferred pulse durations are 2 to 10 ms, in particular 3 to 6 ms. It has been found that even with Incdauern of less than 2 ms, the container can be opened, especially if the diameter of the point of impact on the container is less than about 300 ⁇ . The smaller the diameter of the laser beam at the point of impact and the smaller the pulse duration, the less material of the container is vaporized and ejected. Thus, less material can be deposited on the cladding tube, which could cause damage there or prevent the penetration of the radiation of further laser pulses. It is therefore also preferable to use laser pulses with a pulse duration of 1 to ⁇ 2 ms.
  • the power of the laser is preferably set to 2 kW to 12 kW, in particular to 6 kW to 0 kW. It has been shown that a laser power of just 1 kW is sufficient. In order to save energy, the laser power preferably set to 1 kW to ⁇ 2 kW. Preferred wavelengths of the laser beam are at 400 to 1500 nm.
  • wavelengths of> 1500 nm preferably in the range of> 1500 nm to 1600 nm.
  • the advantage of this wavelength range is that in this wavelength range, particularly little radiation energy of the laser is absorbed by the material of the cladding tube. This reduces the risk of damage to the cladding tube as a result of the laser bombardment.
  • steel containers are used.
  • steel is one whose mass of iron is greater than that of any other element whose carbon content is generally ⁇ 2% and which contains other elements.
  • Steel is corrosion-resistant, gas-impermeable and mechanically stable and therefore particularly suitable as a protective gas container.
  • the melting point can be set in a wide range up to about 1500 ° C. It is therefore possible to optimally adjust the melting point of the container material including the wall thickness of the container and the laser parameters for opening the container.
  • the wall thickness of the container is preferably in the range of 0.5 to 1 mm, preferably 0.6 to 0.8 mm. It has been shown that containers with a wall thickness of 0.2 to ⁇ 0.5 mm can be used.
  • a laser beam is used whose diameter at the point of impact on the container 200 to 500 ⁇ , preferably 200 to 300 m.
  • the container is filled with a protective gas, eg a noble gas with low thermal conductivity.
  • a protective gas eg a noble gas with low thermal conductivity.
  • xenon or krypton are preferred.
  • the method further provides that the cladding tube temperature is continuously measured. If this cladding tube temperature rises above a predetermined temperature value, which is an indication of increased heat losses in the absorber tube, it is necessary to open the container.
  • the cladding tube temperature is measured, for example, with a thermocouple, a resistance thermometer or a pyrometer and a corresponding signal is displayed in a monitoring device. It is also possible from time to time to measure the cladding tube temperature on site.
  • the control of the thermal conductivity of the annular space on the basis of the temperature of the cladding tube is known in principle from DE102009047548 A1.
  • the container is preferably opened with a mobile laser.
  • the judgment as to whether the container is open or not can again be judged from the tube tube temperature, which is still measured by the laser drilling method. When the tube temperature drops, it can be assumed that the container has been properly opened. Exemplary embodiments will be explained in more detail with reference to the drawings.
  • FIG. 2 shows a cross section through an absorber tube according to another
  • an end of an absorber tube 1 is shown schematically in section.
  • the absorber tube 1 has a metal tube 10 through which heat exchanger liquid flows and, as has been described initially, has radiation-absorbing layers.
  • This metal tube 10 is arranged concentrically in a cladding tube 20, which consists of a transparent material for solar radiation, preferably made of glass. Between the metal tube 10 and the cladding tube 20, an annular space 5 is formed, which is evacuated.
  • a transition element 22 is fixed, which has a radially inwardly facing collar 23.
  • a strain compensation device 24 is arranged in the form of a bellows 25, which is fastened with its outer end 26 on the collar 23 of the transition element 22.
  • the bellows 25 extends below the transition element 22 in the annular space 5 and is fastened at the opposite end to a connecting element 27, which has an annular disk 28 for this purpose.
  • a container 30 is arranged with inert gas, which is designed according to the annular disc 28 bent and extends over a semicircle.
  • a laser beam 50 which strikes the cladding tube 20 perpendicularly from above penetrates the cladding tube 20 and subsequently reaches the container 30.
  • FIG. 2 shows a cross section through an absorber tube 1 with a metal tube 10 and a cladding tube 20, wherein an optical element 40 in the form of a planar glass plate 42 is arranged in the region between the container 30 and the cladding tube 20.
  • material of the container 30 is released, which deposits on the underside of the planar glass plate 42.
  • the holding means for the tubular container 30 and for the optical element 20 are not shown.
  • the corresponding holding means may be attached to the metal tube 10, to the cladding tube 20 or to an element connecting the metal tube and the cladding tube.
  • Diameter of the metal tube 70 mm, cladding made of coated borosilicate glass with a solar transmission of more than 96%, diameter of the cladding: 125 mm,
  • Wall thickness of the cladding tube 3 mm.
  • Such absorber tubes are distributed by the applicant under the name SCHOTT PTR 70 receiver.
  • a container made of steel with a wall thickness of 0.7 mm For example, there is a lamp-pumped pulsed neodymium: YAG. Laser with a wavelength of 1064 nm is used. The laser power carries for example 8 kW. Alternatively, other solid-state lasers such as disk lasers, fiber lasers or diode lasers can be used provided they emit radiation of sufficient power in the appropriate wavelength range.
  • the laser beam is directed perpendicular to the cladding tube, penetrates the cladding tube and optionally the optical element and is perpendicular to the wall of the container.
  • the pulse duration is, for example, 5 ms.
  • the container After a laser pulse, the container is opened and the protective gas exits into the annulus. It has been shown that the container could be opened with pulse durations between 2 ms and 15 ms, without an unnecessarily large atehalabtrag precipitating on the cladding tube.
  • the container could be opened without excessive material removal.
  • the cladding tube had not yet reached its critical load limit by this irradiation.
  • Embodiment 2 An absorber tube having the same characteristics as in Embodiment 1 is used.
  • a container made of steel located in the annulus a container made of steel, but with a wall thickness of 0.45 mm.
  • Laser with a wavelength of 1064 nm is used.
  • the laser power is 1, 5 kW.
  • the laser beam is directed perpendicular to the cladding tube, penetrates the cladding tube and optionally the optical element and is perpendicular to the wall of the container.
  • the pulse duration is only 1 ms, so that the total pulse energy is 1.5 J.
  • the container is opened and the inert gas exits into the annulus.
  • Absorber tube, laser type and container have the same properties as in Embodiment 2.
  • the laser is set to a power of 1, 0 kW and a pulse duration of 1 ms, so that the total pulse energy is 1 J.

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Abstract

The invention relates to a method for introducing protective gas that is located in a container which is arranged in the evacuated annular space of an absorber tube between its outer sleeve tube and inner metal tube. The container is opened by means of a laser drilling method, in which the laser beam is guided from outside through the sleeve tube onto the container, and the container is irradiated until an opening forms in the container and the protective gas is released.

Description

Verfahren zum Einleiten von Schutzgas in ein Absorberrohr  Process for introducing protective gas into an absorber tube
Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einleiten von Schutzgas gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a method for introducing protective gas according to the preamble of claim 1.
Sonnenkollektoren können beispielsweise mit einem Parabolspiegel, auch Kollektorspiegel genannt, ausgestattet werden und in so genannten Parabolrinnen- Kraftwerken eingesetzt werden. In bekannten Parabolrinnen-Kraftwerken wird als Wärmeträgermedium ein Thermoöl eingesetzt, das mithilfe der von den Parabolspiegeln reflektierten und auf das Absorberrohr fokussierten Sonnenstrahlen bis ca. 400"C erhitzt werden kann. Das erhitzte Wärmeträgermedium wird durch das Metallrohr durchgeleitet und einem Verdampfungsprozess zuge- führt, mit dessen Hilfe die Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Solar collectors can, for example, be equipped with a parabolic mirror, also called a collector mirror, and used in so-called parabolic trough power plants. In known parabolic trough power plants, a thermal oil is used as the heat transfer medium, which can be heated up to about 400 ° C. with the aid of sunrays focused on the absorber tube by the parabolic mirrors up to 400 ° C. The heated heat transfer medium is passed through the metal tube and fed to an evaporation process. with the help of which the heat energy is converted into electrical energy.
Das Absorberrohr besteht dabei in der Regel aus einem Metallrohr, welches eine strahlungsabsorbierende Schicht aufweist und einem Hüllrohr, welches das Metallrohr umgibt. Das Hüllrohr besteht aus einem Material, welches im Spektralbereich der Solarstrahlung transparent ist, vorzugsweise aus Glas. Der zwischen Metallrohr und Hüllrohr gebildete Ringraum ist in der Regel evakuiert und dient dazu, die Wärmeverluste an der äußeren Oberfläche des Metallrohres zu minimieren und so den Energieeintrag zu steigern. Derartige Absorberrohre sind beispielsweise aus der DE 102 31 467 B4 bekannt. As a rule, the absorber tube consists of a metal tube which has a radiation-absorbing layer and a cladding tube which surrounds the metal tube. The cladding tube consists of a material which is transparent in the spectral range of the solar radiation, preferably of glass. The annular space formed between metal tube and cladding tube is usually evacuated and serves to minimize the heat losses on the outer surface of the metal tube and thus to increase the energy input. Such absorber tubes are known for example from DE 102 31 467 B4.
Aus der DE 101 33 479 C1 ist es bekannt, eine Kennzeichnung auf dem Metallrohr eines Absorberrohrs mittels eines Laserstrahls aufzubringen. Hierbei durchdringt der Laserstrahl das Hüllrohr und trifft auf das Metallrohr auf, das an der Außenseite eine Beschichtung aufweist. Durch die Bestrahlung mittels des Laserstrahls wird die Beschichtung nur geringfügig abgetragen. Das Rohrsub- strat und die für den Emissionsschutz verantwortliche unterste Schicht bleiben dabei vollständig erhalten. Das als Wärmeträgermedium verwendete Thermoöl setzt mit zunehmender Alterung freien Wasserstoff frei, der im Thermoöl gelöst ist. Die Menge des gelösten Wasserstoffes hängt zum einen vom verwendeten Thermoöl und den Betriebsbedingungen des Ölkreisiaufs, zum anderen aber auch von der Menge Wasser, welches mit dem Thermoöl in Berührung kommt, ab. Insbesondere durch Leckagen in Wärmetauschern kann eine Berührung mit Wasser häufiger vorkommen. Der freigewordene Wasserstoff gelangt infolge von Permeation durch das Metallrohr hindurch in den evakuierten Ringraum, wobei die Permeationsrate mit steigender Betriebstemperatur des Metallrohres ebenfalls zunimmt. Als Folge davon steigt auch der Druck im Ringraum, was eine Erhö- hung der Wärmeleitung durch den Ringraum zur Folge hat, die wiederum zu Wärmeverlusten und zu einem geringeren Wirkungsgrad des Absorberrohres bzw. des Sonnenkoliektors führt. From DE 101 33 479 C1 it is known to apply a marking on the metal tube of an absorber tube by means of a laser beam. In this case, the laser beam penetrates the cladding tube and impinges on the metal tube, which has a coating on the outside. By the irradiation by means of Laser beam, the coating is only slightly removed. The pipe substrate and the lowest layer responsible for the emission protection remain completely intact. The thermal oil used as a heat transfer medium releases free hydrogen as it ages, which is dissolved in the thermal oil. The amount of dissolved hydrogen depends on the one hand on the thermal oil used and the operating conditions of Ölkreisiaufs, on the other hand also on the amount of water, which comes into contact with the thermal oil from. In particular, by leaks in heat exchangers, contact with water may occur more frequently. The released hydrogen passes as a result of permeation through the metal tube into the evacuated annular space, wherein the permeation rate also increases with increasing operating temperature of the metal tube. As a result of this, the pressure in the annular space also increases, which results in an increase in the heat conduction through the annular space, which in turn leads to heat losses and to a lower efficiency of the absorber tube or solar cultivator.
Um den Druckanstieg im Ringraum zumindest zu reduzieren und damit die Lebensdauer des Absorberrohres zu verlängern, kann der in den Ringraum gelangte Wasserstoff durch Gettermaterialien gebunden werden. Absorberrohre, welche im Ringraum mit Gettermaterialien versehen sind, sind beispielsweise aus der WO 2004/063640 A1 bekannt. Die Aufnahmekapazität der Gettermaterialien ist aber begrenzt. Nach Erreichen der maximalen Beladungs- kapazität steigt der Druck im Ringraum solange an, bis dass er im Gleichgewicht mit dem Partialdruck des freien, aus dem Thermoöl in den Ringraum gelangten Wasserstoffes ist. Durch den Wasserstoff entsteht eine erhöhte Wärmeleitung im Ringraum mit den oben genannten nachteiligen Folgen für den Wirkungsgrad des Sonnenkollektors. Aus der DE 10 2005 057 276 B3 ist ein Absorberrohr bekannt, bei dem Edelgas in den Ringraum eingeleitet wird, wenn die Kapazität des Gettermaterials erschöpft ist. Das Edelgas befindet sich in einem mit Lot verschlossenen Behälter, der zu gegebener Zeit von außen geöffnet wird. Im Ringspalt bildet sich dadurch ein H2/Edelgasgemisch, dessen Wärmeleitfähigkeit nur geringfügig höher im Vergleich zum evakuierten Zustand ist. Die Unterbringung des Behälters im Vakuumraum des Absorberrohrs erfordert eine berührungslose Öffnung von außen. Diese kann durch Wärmeeintrag über das Erschmelzen eines Lotes geschehen. Die andere Möglichkeit besteht darin, induktiv oder über das Erhitzen eines Zwischenrings in dessen Nähe der Behälter angebracht ist, den Behälter zu öffnen. Der Nachteil dieser Öffnungsmethode besteht darin, dass der Wärmeeintrag nicht in ausreichendem Maße gezielt auf den Lotverschluss des Behäl- ters gerichtet werden kann, sondern alle Bauteile in der Nähe des Behälters mit erwärmt. Insbesondere wenn das Hüllrohr aus Glas besteht, ist die Verbindungsstelle von Glas und metallischen Bauteilen {Glasmetallverbindung) gefährdet. Die Position des Behälters im Hüllrohr hat grundsätzlich den Nachteil, dass der Behälter durch die Einstrahlung erhitzt wird und der Lotverschluss sich ungewollt öffnen kann. Weitere Nachteile sind in der Versprödung des Lotes durch Wasserstoffaufnahme zu sehen. Außerdem macht die komplizierte Geometrie des Behälters die Herstellung der mit lotverschlossenen Öffnung den gesamten Behälter teuer. In order to at least reduce the pressure increase in the annulus and thus extend the life of the absorber tube, the hydrogen that has entered the annulus can be bound by getter materials. Absorber tubes, which are provided with getter materials in the annular space, are known, for example, from WO 2004/063640 A1. The absorption capacity of getter materials is limited. After reaching the maximum loading capacity, the pressure in the annulus increases until it is in equilibrium with the partial pressure of the free hydrogen which has passed from the thermal oil into the annulus. The hydrogen creates an increased heat conduction in the annulus with the aforementioned adverse consequences for the efficiency of the solar collector. From DE 10 2005 057 276 B3 an absorber pipe is known in which noble gas is introduced into the annular space when the capacity of the getter material is exhausted. The noble gas is located in a container sealed with solder, which will open at the appropriate time from the outside. This creates an H2 / noble gas mixture in the annular gap, the thermal conductivity of which is only slightly higher compared to the evacuated state. The placement of the container in the vacuum space of the absorber tube requires a non-contact opening from the outside. This can be done by heat input on the melting of a solder. The other possibility is to inductively or by heating an intermediate ring in the vicinity of the container is mounted to open the container. The disadvantage of this opening method is that the heat input can not be directed to a sufficient extent specifically on the solder cap of the container, but also heats all components in the vicinity of the container. In particular, when the cladding is made of glass, the joint of glass and metallic components {glass-metal compound) is at risk. The position of the container in the cladding tube basically has the disadvantage that the container is heated by the irradiation and the solder plug can open unintentionally. Other disadvantages can be seen in the embrittlement of the solder by hydrogen uptake. In addition, the complicated geometry of the container makes the manufacture of the closed-loop opening the entire container expensive.
Aus der DE 27 11 889 A1 geht ein Verfahren zum Ausheben von Kanälen und Löchern in Werkstücken hervor, wobei pro Bohrloch mehrere hundert Einzelpulse zur Anwendung kommen und zwischen der Probe und einem Objektiv ein Auffänger vorgesehen ist, um den von der Probe abgetragenen Werkstoff aufzu- fangen. Das Verfahren findet z.B. Anwendung in der Spaltprodukt- und Kontaminationsanalyse. DE 27 11 889 A1 discloses a method for excavating channels and holes in workpieces, wherein several hundred individual pulses are used per borehole and a collector is provided between the sample and a lens in order to deposit the material removed from the sample. to catch. The method is used eg in the fission product and contamination analysis.
Die DE 695 13 044 T2 offenbart ein Verfahren zur Bildung einer Abgabeöffnung bei einem Spender für ein Agens, wobei mittels eines Laserbohrverfahrens die Wand des Spenders durchbrannt wird, um das Agens dadurch freizusetzen. DE 695 13 044 T2 discloses a method of forming a dispensing opening in a dispenser for an agent whereby the wall of the dispenser is burned by a laser drilling method to thereby release the agent.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Einleiten von Schutzgasen in ein Absorberrohr bereitzustellen, das die Nachteile des Stands der Tech- nik vermeidet. It is therefore an object of the invention to provide a method for introducing protective gases into an absorber tube, which avoids the disadvantages of the prior art.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren wird mittels eines Laserbohrverfahrens ausgeführt. Laserbohren ist ein nicht spanendes Bearbeitungsverfahren, bei dem mittels Laser lokal so viel Energie in das Werkstück eingebracht wird, dass der Werkstoff aufschmilzt und verdampft. Das Verfahren hat den Vorteil, dass der Behälter berührungsfrei von außen geöffnet werden kann, ohne dass andere Komponenten des Absorberrohrs erhitzt und somit beschädigt werden. Der Laserstrahl wird gezielt auf den Behälter gerichtet, der an einer beliebigen Stelle im Ringraum angeordnet sein kann. Es ist nicht erforderlich, den Behälter beispielsweise vor Sonneneinstrahlung zu schützen, da der Behälter vollständig geschlossen ist und keine vorbereitete Öffnung aufweist, die mit einem wärmeempfindlichen Material verschlossen ist, wie dies beispielsweise bei einem Lotverschluss der Fall ist. This object is achieved by a method having the features of claim 1. The method according to the invention is carried out by means of a laser drilling method. Laser drilling is a non-machining process in which lasers generate so much energy locally in the workpiece that the material melts and evaporates. The method has the advantage that the container can be opened without contact from the outside, without other components of the absorber tube are heated and thus damaged. The laser beam is aimed specifically at the container, which can be arranged at any point in the annulus. It is not necessary, for example, to protect the container from solar radiation, since the container is completely closed and has no prepared opening, which is closed with a heat-sensitive material, as is the case for example with a solder closure.
Bei entsprechender Laserleistung kann der Behälter in sehr kurzer Zeit geöffnet werden. Das Material des Behälters wird beim Laserbeschuss entgegen des eintreffenden Strahls verdampft bzw. ausgeworfen und schlägt sich im Ringraum des Absorberrohrs nieder. Hierbei kann sich das Materia! u. U. auch an der Innen- seite des Hüllrohrs niederschlagen. Durch den noch andauernden Laserbeschuss erhitzt sich der Niederschlag und damit auch das Hüllrohr. Durch diese Wärmeeinwirkung können mechanische Spannungen im Hüllrohr entstehen, welche das Hüllrohr schädigen können. Es ist deshalb vorzugsweise vorgesehen, das verdampfte und ausgeworfene Material des Behälters aufzufangen, bevor es sich an der Innenseite des Hüllrohrs niederschlagen kann. Da das Material entgegen des eintreffenden Laserstrahls ausgeworfen wird, ist es von Vorteil, wenn das ausgeworfene Material von einem optischen Element aufgefangen wird, das der eintreffende Laser- strahl ungehindert durchdringen kann. With appropriate laser power, the container can be opened in a very short time. The material of the container is evaporated or ejected in the laser bombardment against the incoming beam and settles in the annular space of the absorber tube. Here, the materia! u. U. also precipitate on the inside of the cladding tube. Due to the still ongoing laser bombardment, the precipitate and thus the cladding tube heats up. As a result of this heat, mechanical stresses can occur in the cladding tube which can damage the cladding tube. It is therefore preferable to collect the vaporized and ejected material of the container before it can precipitate on the inside of the cladding tube. Since the material is ejected against the incoming laser beam, it is advantageous if the ejected material is captured by an optical element, which can penetrate the incoming laser beam unhindered.
Im Ringraum ist vorzugsweise benachbart zum Behälter ein optisches Element angeordnet, was den Vorteil hat, dass das Material des Behälters, das beim Laserbeschuss entgegen des eintreffenden Strahls in Richtung des Hüllrohres verdampft bzw. ausgeworfen wird, sich an diesem optischen Element niederschlägt. Es wird dadurch verhindert, dass sich dieser Niederschlag am Hüllrohr ausbildet. In the annular space, an optical element is preferably arranged adjacent to the container, which has the advantage that the material of the container, which is vaporized or ejected in the direction of the cladding tube during laser bombardment, is deposited on this optical element. It is thus prevented that this precipitate forms on the cladding tube.
Das optische Element kann am Metallrohr, am Hüllrohr, an einem das Metallrohr und das Hüllrohr verbindenden Element oder am Behälter angeordnet sein. The optical element may be arranged on the metal tube, on the cladding tube, on an element connecting the metal tube and the cladding tube, or on the container.
Das optische Element ist vorzugsweise im Bereich zwischen dem Behälter und dem Hüllrohr angeordnet. Ein solches optisches Element kann eine Glasplatte, insbesondere eine planare Glasplatte, sein. Diese Glasscheibe fängt das Behäl- termaterial auf und schützt so das Hüllrohr. Das Laserbohren kann beispielsweise mit Laserpulsen durchgeführt werden. Ein kurzer Laserpuls mit hoher Leistungsdichte bringt beim Laserbohren die Energie in sehr kurzer Zeit in das Werkstück ein. Dadurch schmilzt und verdampft das Material. Je größer die Pulsenergie ist, desto mehr Material schmilzt und verdampft. Beim Verdampfen vergrößert sich das Materialvolumen im Bohrloch schlagartig und ein hoher Druck entsteht. Dieser Dampfdruck treibt das aufgeschmolzene Material aus dem Bohrloch. Vorzugsweise werden Laserpulse eingesetzt, deren Energie 0,5 J bis 80 J beträgt. Mit Pulsenergien im Bereich von 0,5 J bis 4 J und ohne ein optisches Element zum Auffangen des ausgeworfenen Materials konnte der Behälter geöffnet werden, ohne Schäden am Hüllrohr zu verursachen. Mit Pulsenergien im Bereich von 4 J bis 80 J konnte der Behälter ebenfalls geöffnet werden, hier war jedoch ein optisches Element zum Auffangen des ausgeworfenen Materials erforderlich, um Schäden am Hüilrohr zu vermeiden. The optical element is preferably arranged in the region between the container and the cladding tube. Such an optical element may be a glass plate, in particular a planar glass plate. This glass pane absorbs the container material and thus protects the cladding tube. The laser drilling can be carried out for example with laser pulses. A short laser pulse with high power density brings the energy into the workpiece in a very short time during laser drilling. As a result, the material melts and evaporates. The larger the pulse energy, the more material melts and evaporates. During evaporation, the volume of material increases suddenly in the borehole and a high pressure is created. This vapor pressure drives the molten material out of the borehole. Preferably, laser pulses are used whose energy is 0.5 J to 80 J. With pulse energies in the range of 0.5 J to 4 J and without an optical element for collecting the ejected material, the container could be opened without causing damage to the cladding tube. With pulse energies in the range of 4 J to 80 J, the container could also be opened, but here an optical element was required to catch the ejected material to prevent damage to the Hüilrohr.
Eine Besonderheit stellt die Laserbearbeitung mit Ultrakurzpulslasern im Pikosekundenbereich dar. Dabei wird das Material durch Sublimation direkt ohne Materialaufschmelzung aus dem festen Zustand verdampft. Der Behälter selbst wird hierbei nur geringfügig erwärmt. A special feature is the laser processing with ultrashort pulse lasers in the picosecond range. The material is evaporated by sublimation directly without material melting from the solid state. The container itself is heated only slightly.
Vorzugsweise wird das Einzeipulsbohren oder das Perkussionsbohren verwendet. Im einfachsten Fall erzeugt ein einzelner Laserpuls mit vergleichsweise hoher Pulsenergie und relativ langer Pulsdauer die Bohrung. Auf diese Weise lassen sich sehr schnell viele Löcher erzeugen. Beim Perkussionsbohren entsteht die Bohrung durch mehrere Laserpuise mit geringerer Pulsdauer und Pulsenergie. Dieses Bohrverfahren liefert tiefere und präzisere Löcher, als das Einzelpulsbohren. Perkussionsbohren ermöglicht außerdem kleinere Loch- durchmessen Vorzugsweise wird ein diodengepumpter oder blitzlampengepumpter Pulslaser verwendet. Pulslaser haben den Vorteil, dass sie hohe Spitzen Intensitäten aufweisen, was das Öffnungsverfahren verkürzt. Preferably, single-pulse drilling or percussion drilling is used. In the simplest case, a single laser pulse with comparatively high pulse energy and relatively long pulse duration generates the bore. In this way, many holes can be generated very quickly. Percussion drilling involves boring through several laser pulses with a shorter pulse duration and pulse energy. This drilling technique provides deeper and more precise holes than single-pulse drilling. Percussion drilling also enables smaller hole diameters Preferably, a diode pumped or flash lamp pumped pulse laser is used. Pulse lasers have the advantage that they have high peak intensities, which shortens the opening process.
Vorzugsweise werden zum Öffnen maximal fünf Pulse, insbesondere maximal 3 Pulse und besonders bevorzugt ein Puls eingesetzt. Beim Einsatz von z. B. zwei oder mehreren Pulsen muss unter Umständen das vom jeweils vorhergehenden Puls verdampfte und ausgeworfene Material vom nachfolgenden Puls durch- drungen werden. Die auf dem Behälter ankommende Energie des nachfolgenden Pulses kann dadurch verringert werden. Es ist deshalb bevorzugt, nur einen einzigen Puls einzusetzen. Preferably, for opening a maximum of five pulses, in particular a maximum of 3 pulses and more preferably a pulse used. When using z. If, for example, two or more pulses have to be transmitted through the subsequent pulse, the material vaporized and ejected by the respective preceding pulse must be penetrated. The energy of the subsequent pulse arriving on the container can thereby be reduced. It is therefore preferable to use only a single pulse.
Vorzugsweise werden Laserpulse mit einer Pulsdauer im Bereich von 2 ms bis 15 ms eingesetzt. Bevorzugte Pulsdauern liegen bei 2 bis 10 ms, insbesondere bei 3 bis 6 ms. Es hat sich gezeigt, dass auch mit Puisdauern von weniger 2 ms der Behälter geöffnet werden kann, insbesondere wenn der Durchmesser des Auftreff punktes auf dem Behälter kleiner als ca. 300 μρη ist. Je geringer der Durchmesser des Laserstrahles am Auftreffpunkt und je kleiner die Pulsdauer ist, desto weniger Material des Behälters wird verdampft und ausgeworfen. Damit kann sich weniger Material auf dem Hüllrohr niederschlagen, welches dort Schäden verursachen oder das Eindringen der Strahlung weiterer Laserpulse verhindern könnte. Es ist daher auch bevorzugt, Laserpulse mit einer Pulsdauer von 1 bis < 2 ms einzusetzen. Preferably, laser pulses are used with a pulse duration in the range of 2 ms to 15 ms. Preferred pulse durations are 2 to 10 ms, in particular 3 to 6 ms. It has been found that even with Puisdauern of less than 2 ms, the container can be opened, especially if the diameter of the point of impact on the container is less than about 300 μρη. The smaller the diameter of the laser beam at the point of impact and the smaller the pulse duration, the less material of the container is vaporized and ejected. Thus, less material can be deposited on the cladding tube, which could cause damage there or prevent the penetration of the radiation of further laser pulses. It is therefore also preferable to use laser pulses with a pulse duration of 1 to <2 ms.
Die Leistung des Lasers wird vorzugsweise auf 2 kW bis 12 kW, insbesondere auf 6 kW bis 0 kW eingestellt. Es hat sich gezeigt, dass bereits eine Laserleis- tung von 1 kW ausreicht. Zwecks Energieeinsparung wird die Laserleistung vorzugsweise auf 1 kW bis < 2 kW eingestellt. Bevorzugte Wellenlängen des Laserstrahls liegen bei 400 bis 1500 nm. The power of the laser is preferably set to 2 kW to 12 kW, in particular to 6 kW to 0 kW. It has been shown that a laser power of just 1 kW is sufficient. In order to save energy, the laser power preferably set to 1 kW to <2 kW. Preferred wavelengths of the laser beam are at 400 to 1500 nm.
Es hat sich gezeigt, dass auch Wellenlängen > 1500 nm, vorzugsweise im Be- reich von > 1500 nm bis 1600 nm eingesetzt werden können. Der Vorteil dieses Wellenlängenbereichs liegt darin, dass in diesem Wellenlängenbereich besonders wenig Strahlungsenergie des Lasers vom Material des Hüllrohrs absorbiert wird. Damit wird die Gefahr einer Schädigung des Hüllrohres durch den Laser- beschuss verringert. It has been shown that it is also possible to use wavelengths of> 1500 nm, preferably in the range of> 1500 nm to 1600 nm. The advantage of this wavelength range is that in this wavelength range, particularly little radiation energy of the laser is absorbed by the material of the cladding tube. This reduces the risk of damage to the cladding tube as a result of the laser bombardment.
Vorzugsweise werden Behälter aus Stahl eingesetzt. Nach EN 00 20 ist Stahl ein Werkstoff, dessen Massenanteil an Eisen größer ist als der jedes anderen Elementes, dessen Kohlenstoffgehalt im Allgemeinen < 2% ist und der andere Elemente enthält. Stahl ist korrosionsresistent, gasundurchlässig und mecha- nisch stabil und somit als Schutzgasbehälter im besonderen Maße geeignet. Preferably, steel containers are used. According to EN 00 20, steel is one whose mass of iron is greater than that of any other element whose carbon content is generally <2% and which contains other elements. Steel is corrosion-resistant, gas-impermeable and mechanically stable and therefore particularly suitable as a protective gas container.
Der Schmelzpunkt kann in einem großen Bereich bis ca. 1500 °C eingestellt werden. Es ist daher möglich, den Schmelzpunkt des Behältermaterials einschließlich der Wanddicke des Behälters und die Laserparameter zum Öffnen des Behälters in optimaler Weise aufeinander einzustellen. The melting point can be set in a wide range up to about 1500 ° C. It is therefore possible to optimally adjust the melting point of the container material including the wall thickness of the container and the laser parameters for opening the container.
Die Wandstärke des Behälters liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 1 mm, vorzugsweise bei 0,6 bis 0,8 mm. Es hat sich gezeigt, dass auch Behälter mit einer Wandstärke von 0,2 bis < 0,5 mm eingesetzt werden können. The wall thickness of the container is preferably in the range of 0.5 to 1 mm, preferably 0.6 to 0.8 mm. It has been shown that containers with a wall thickness of 0.2 to <0.5 mm can be used.
Vorzugsweise wird ein Laserstrahl eingesetzt, dessen Durchmesser im Auftreffpunkt auf den Behälter 200 bis 500 μηι, vorzugsweise 200 bis 300 m beträgt. Preferably, a laser beam is used whose diameter at the point of impact on the container 200 to 500 μηι, preferably 200 to 300 m.
Der Behälter ist mit einem Schutzgas, z.B. einem Edelgas mit geringer Wärme- leitfähigkeit gefüllt. Es sind insbesondere Xenon oder Krypton bevorzugt. Das Verfahren sieht weiterhin vor, dass die Hüllrohrtemperatur kontinuierlich gemessen wird. Wenn diese Hüllrohrtemperatur über einen vorgegebenen Temperaturwert ansteigt, was ein Zeichen für erhöhte Wärmeverluste im Absorberrohr ist, ist es erforderlich, den Behälter zu öffnen. Die Hüllrohrtemperatur wird beispielsweise mit einem Thermoelement, einem Widerstandsthermometer oder einem Pyrometer gemessen und ein entsprechendes Signal wird in einer Überwachungseinrichtung angezeigt. Es ist auch möglich, von Zeit zu Zeit die Hüllrohrtemperatur vor Ort zu messen. Die Kontrolle der Wärmeleitfä- higkeit des Ringraumes an Hand der Temperatur des Hüllrohres ist im Prinzip aus der DE102009047548 A1 bekannt. The container is filled with a protective gas, eg a noble gas with low thermal conductivity. In particular, xenon or krypton are preferred. The method further provides that the cladding tube temperature is continuously measured. If this cladding tube temperature rises above a predetermined temperature value, which is an indication of increased heat losses in the absorber tube, it is necessary to open the container. The cladding tube temperature is measured, for example, with a thermocouple, a resistance thermometer or a pyrometer and a corresponding signal is displayed in a monitoring device. It is also possible from time to time to measure the cladding tube temperature on site. The control of the thermal conductivity of the annular space on the basis of the temperature of the cladding tube is known in principle from DE102009047548 A1.
Wenn erhöhte Wärmeverluste festgestellt werden, wird der Behälter vorzugsweise mit einem mobilen Laser geöffnet. Die Beurteilung, ob der Behälter offen ist oder nicht, kann wiederum anhand der Hülirohrtemperatur beurteilt werden, die nach dem Laserbohrverfahren weiterhin gemessen wird. Wenn die Hülirohrtemperatur absinkt, kann davon ausgegangen werden, dass der Behälter ordnungsgemäß geöffnet worden ist. Beispielhafte Ausführungsformen werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. If increased heat losses are detected, the container is preferably opened with a mobile laser. The judgment as to whether the container is open or not can again be judged from the tube tube temperature, which is still measured by the laser drilling method. When the tube temperature drops, it can be assumed that the container has been properly opened. Exemplary embodiments will be explained in more detail with reference to the drawings.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 einen Schnitt durch ein Ende eines Absorberrohrs, und 1 shows a section through one end of an absorber tube, and
Figur 2 ein Querschnitt durch ein Absorberrohr gemäß einer weiteren 2 shows a cross section through an absorber tube according to another
Ausführungsform. ln der Figur 1 ist ein Ende eines Absorberrohrs 1 im Schnitt schematisch dargestellt. Das Absorberrohr 1 weist ein Metallrohr 10 auf, das von Wärmetauscherflüssigkeit durchströmt wird und wie eingangs beschrieben worden ist, strah- lungsabsorbierende Schichten aufweist. Embodiment. In the figure 1, an end of an absorber tube 1 is shown schematically in section. The absorber tube 1 has a metal tube 10 through which heat exchanger liquid flows and, as has been described initially, has radiation-absorbing layers.
Dieses Metallrohr 10 ist konzentrisch in einem Hüllrohr 20 angeordnet, das aus einem für Solarstrahlung transparenten Material, vorzugsweise aus Glas besteht. Zwischen dem Metallrohr 10 und dem Hüllrohr 20 wird ein Ringraum 5 ausgebildet, der evakuiert ist. This metal tube 10 is arranged concentrically in a cladding tube 20, which consists of a transparent material for solar radiation, preferably made of glass. Between the metal tube 10 and the cladding tube 20, an annular space 5 is formed, which is evacuated.
Am freien stirnseitigen Ende des Hüllrohres 20 ist ein Übergangselement 22 befestigt, das einen radial nach innen weisenden Bund 23 aufweist. In dem zwischen Hüllrohr 20 und Metallrohr 10 gebildeten Ringraum 5 ist eine Dehnungsausgleichseinrichtung 24 in Form eines Faltenbalgs 25 angeordnet, der mit seinem äußeren Ende 26 an dem Bund 23 des Übergangselementes 22 befestigt ist. At the free end face of the cladding tube 20, a transition element 22 is fixed, which has a radially inwardly facing collar 23. In the annular space 5 formed between the cladding tube 20 and metal tube 10, a strain compensation device 24 is arranged in the form of a bellows 25, which is fastened with its outer end 26 on the collar 23 of the transition element 22.
Der Faltenbalg 25 erstreckt sich unterhalb des Übergangselementes 22 in den Ringraum 5 und ist am gegenüberliegenden Ende an einem Anschlusselement 27 befestigt, das zu diesem Zweck eine Ringscheibe 28 aufweist. An dieser Ringscheibe 28 ist ein Behälter 30 mit Schutzgas angeordnet, der entsprechend der Ringscheibe 28 gebogen ausgeführt ist und sich über einen Halbkreis erstreckt. Ein Laserstrahl 50, der senkrecht von oben auf das Hüllrohr 20 auftrifft, durchdringt das Hüllrohr 20 und gelangt anschließend auf den Behälter 30. The bellows 25 extends below the transition element 22 in the annular space 5 and is fastened at the opposite end to a connecting element 27, which has an annular disk 28 for this purpose. At this annular disc 28, a container 30 is arranged with inert gas, which is designed according to the annular disc 28 bent and extends over a semicircle. A laser beam 50 which strikes the cladding tube 20 perpendicularly from above penetrates the cladding tube 20 and subsequently reaches the container 30.
Beim Bohrprozess wird Material des Behälters 30 freigesetzt und der Behälter geöffnet. Nach dem Laserbohren strömt das Schutzgas aus dem Behälter in den Ringraum 5. In der Figur 2 ist ein Querschnitt durch ein Absorberrohr 1 mit Meta!lrohr 10 und Hüllrohr 20 dargestellt, wobei im Bereich zwischen dem Behälter 30 und dem Hüllrohr 20 ein optisches Element 40 in Form einer planaren Glasplatte 42 angeordnet ist. Beim Bohrprozess wird Material des Behälters 30 freigesetzt, das sich an der Unterseite der planaren Glasplatte 42 niederschlägt. During the drilling process, material of the container 30 is released and the container is opened. After laser drilling, the protective gas flows out of the container into the annular space 5. FIG. 2 shows a cross section through an absorber tube 1 with a metal tube 10 and a cladding tube 20, wherein an optical element 40 in the form of a planar glass plate 42 is arranged in the region between the container 30 and the cladding tube 20. During the drilling process, material of the container 30 is released, which deposits on the underside of the planar glass plate 42.
Es wird somit verhindert, dass das Behältermaterial sich an dem Hüllrohr 20 niederschlägt. Die Haltemittel für den rohrförmigen Behälter 30 und für das optische Element 20 sind nicht eingezeichnet. Die entsprechenden Haltemittel können am Metallrohr 10, am Hüllrohr 20 oder an einem das Metallrohr und das Hüllrohr verbindenden Element angebracht sein. It is thus prevented that the container material is deposited on the cladding tube 20. The holding means for the tubular container 30 and for the optical element 20 are not shown. The corresponding holding means may be attached to the metal tube 10, to the cladding tube 20 or to an element connecting the metal tube and the cladding tube.
Ausführungsbeispiel 1 : Embodiment 1
Es wird ein Absorberrohr mit folgender Spezifikation verwendet: An absorber tube with the following specification is used:
Durchmesser des Metallrohres: 70 mm, Hüllrohr aus beschichtetem Borosilikat - Glas mit einer solaren Transmission von mehr als 96%, Durchmesser des Hüllrohres: 125 mm, Diameter of the metal tube: 70 mm, cladding made of coated borosilicate glass with a solar transmission of more than 96%, diameter of the cladding: 125 mm,
Wandstärke des Hüllrohres: 3 mm. Derartige Absorberrohre werden von der Anmelderin unter der Bezeichnung SCHOTT PTR 70 Receiver vertrieben. Wall thickness of the cladding tube: 3 mm. Such absorber tubes are distributed by the applicant under the name SCHOTT PTR 70 receiver.
Im Ringraum befindet sich ein Behälter aus Stahl mit einer Wandstärke von 0,7 mm. Es kommt beispielsweise ein lampengepumpter gepulster Neodym:YAG. Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm zum Einsatz. Die Laserleistung be- trägt beispielsweise 8 kW. Alternativ können andere Festkörperlaser wie Scheibenlaser, Faserlaser oder Diodenlaser eingesetzt werden, sofern sie Strahlung mit ausreichender Leistung im geeigneten Wellenlängenbereich aussenden. Der Laserstrahl wird senkrecht auf das Hüllrohr gerichtet, durchdringt das Hüllrohr und gegebenenfalls das optische Element und trifft senkrecht auf die Wand des Behälters auf. In the annulus is a container made of steel with a wall thickness of 0.7 mm. For example, there is a lamp-pumped pulsed neodymium: YAG. Laser with a wavelength of 1064 nm is used. The laser power carries for example 8 kW. Alternatively, other solid-state lasers such as disk lasers, fiber lasers or diode lasers can be used provided they emit radiation of sufficient power in the appropriate wavelength range. The laser beam is directed perpendicular to the cladding tube, penetrates the cladding tube and optionally the optical element and is perpendicular to the wall of the container.
Es wird mit einem einzelnen Laserpuls gearbeitet. Die Pulsdauer beträgt bei- spielsweise 5 ms. It is worked with a single laser pulse. The pulse duration is, for example, 5 ms.
Nach einem Laserpuls ist der Behälter geöffnet und das Schutzgas tritt in den Ringraum aus. Es hat sich gezeigt, dass mit Pulsdauern zwischen 2 ms und 15 ms der Behälter geöffnet werden konnte, ohne dass sich ein unnötig großer atehalabtrag am Hüllrohr niederschlägt. After a laser pulse, the container is opened and the protective gas exits into the annulus. It has been shown that the container could be opened with pulse durations between 2 ms and 15 ms, without an unnecessarily large atehalabtrag precipitating on the cladding tube.
Mit Laserleistungen zwischen 1 kW und 12 kW konnte der Behälter ohne einen zu großen Materialabtrag geöffnet werden. Das Hüllrohr hatte durch diese Bestrahlung seine kritische Belastungsgrenze noch nicht erreicht. With laser powers between 1 kW and 12 kW, the container could be opened without excessive material removal. The cladding tube had not yet reached its critical load limit by this irradiation.
Ausführungsbeispiel 2: Es wird ein Absorberrohr mit gleichen Eigenschaften wie in Ausführungsbeispiel 1 verwendet. Embodiment 2: An absorber tube having the same characteristics as in Embodiment 1 is used.
Auch in diesem Beispiel befindet sich im Ringraum ein Behälter aus Stahl, allerdings mit einer Wandstärke von 0,45 mm. Es kommt beispielsweise ein lampen- gepumpter gepulster Neodym:YAG. Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm zum Einsatz. Die Laserleistung beträgt 1 ,5 kW. Also in this example is located in the annulus a container made of steel, but with a wall thickness of 0.45 mm. For example, there is a lamp pumped pulsed neodymium: YAG. Laser with a wavelength of 1064 nm is used. The laser power is 1, 5 kW.
Auch hier wird der Laserstrahl senkrecht auf das Hüllrohr gerichtet, durchdringt das Hüllrohr und gegebenenfalls das optische Element und trifft senkrecht auf die Wand des Behälters auf. Again, the laser beam is directed perpendicular to the cladding tube, penetrates the cladding tube and optionally the optical element and is perpendicular to the wall of the container.
Es wird ebenfalls mit einem einzelnen Laserpuls gearbeitet. Die Pulsdauer beträgt nur 1 ms, so dass die gesamte Pulsenergie 1 ,5 J beträgt. It is also worked with a single laser pulse. The pulse duration is only 1 ms, so that the total pulse energy is 1.5 J.
Auch in diesem Beispiel ist nach einem Laserpuls der Behälter geöffnet und das Schutzgas tritt in den Ringraum aus. Also in this example, after a laser pulse, the container is opened and the inert gas exits into the annulus.
Ausführungsbeispiel 3: Embodiment 3
Absorberrohr, Lasertyp und Behälter weisen die gleichen Eigenschaften wie in Ausführungsbeispiel 2 auf. Absorber tube, laser type and container have the same properties as in Embodiment 2.
Allerdings wird hier der Laser auf eine Leistung von 1 ,0 kW und eine Pulsdauer von 1 ms eingestellt, so dass die gesamte Pulsenergie 1 J beträgt. However, here the laser is set to a power of 1, 0 kW and a pulse duration of 1 ms, so that the total pulse energy is 1 J.
Es gelingt hier ebenfalls mit einem einzelnen Laserpuls den Behälter zu öffnen, so dass das Schutzgas in den Ringraum austritt. Bezugszeichenliste Absorberrohr It also succeeds here with a single laser pulse to open the container, so that the protective gas exits into the annulus. Absorber tube
Ringraum annulus
Metallrohr Hüllrohr Metal tube cladding tube
Übergangselement Transition element
Bund Federation
Dehnungsausgleicheinrichtung Expansion compensating means
Faltenbalg bellow
äußeres Ende outer end
Anschlusselement connecting element
Ringscheibe Behälter Optisches Element Ring disc container Optical element
Planare Glasplatte Planar glass plate
Laserstrahl laser beam

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zum Einleiten von Schutzgas, das sich in einem Behälter befindet, der im evakuierten Ringraum eines Absorberrohres zwischen dessen außenliegendem Hüllrohr und dessen innenliegendem Metallrohr angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter mittels eines Laserbohrverfahrens geöffnet wird, wobei ein Laserstrahl eines Lasers von außen durch das Hüllrohr auf den Behälter gelenkt wird und der Behälter so lange bestrahlt wird, bis sich im Behälter eine Öffnung bildet und das Schutzgas freigegeben wird. Method for introducing inert gas, which is located in a container which is arranged in the evacuated annular space of an absorber tube between the outer casing tube and the inner metal tube, characterized in that the container is opened by means of a laser drilling method, wherein a laser beam of a laser from the outside through the cladding tube is directed onto the container and the container is irradiated until an opening forms in the container and the protective gas is released.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Laserstrah! verdampfte und ausgeworfene Material des Behälters aufgefangen wird. A method according to claim 1, characterized in that by the laser beam! evaporated and ejected material of the container is collected.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material von mindestens einem benachbart zum Behälter angeordneten optischen Element aufgefangen wird. A method according to claim 2, characterized in that the material is collected by at least one adjacent to the container arranged optical element.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserbohrverfahren ein Einzelpulsbohrverfahren oder ein Perkussionsbohrverfahren ist. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the laser drilling method is a Einzelpulsbohrverfahren or a Perkussionsbohrverfahren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein diodengepumpter oder ein blitzlampengepumpter Pulslaser verwendet wird. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a diode-pumped or a flash lamp pumped pulse laser is used.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Laserpulse eingesetzt werden und dass maximal fünf Laserpulse eingesetzt werden. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that laser pulses are used and that a maximum of five laser pulses are used.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserpuls eingesetzt wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a laser pulse is used.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Lasers beim Laserbohren 2 kW bis 12 kW beträgt. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the power of the laser during laser drilling is 2 kW to 12 kW.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Lasers beim Laserbohren 1 kW bis < 2 kW beträgt. 0. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der Laserstrahls 400 nm bis 1500 nm beträgt. 9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the power of the laser during laser drilling is 1 kW to <2 kW. 0. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the wavelength of the laser beam is 400 nm to 1500 nm.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der Laserstrahls > 1500 nm bis 1600 nm beträgt. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the wavelength of the laser beam is> 1500 nm to 1600 nm.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Laserpulse mit einer Pulsdauer von 2 ms bis 15 ms eingesetzt werden. 12. The method according to any one of claims 4 to 11, characterized in that laser pulses are used with a pulse duration of 2 ms to 15 ms.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Laserpulse mit einer Pulsdauer von 1 ms bis < 2 ms eingesetzt werden. 13. The method according to any one of claims 4 to 12, characterized in that laser pulses are used with a pulse duration of 1 ms to <2 ms.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserstrahl eingesetzt wird, dessen Durchmesser im Auf- treffpunkt auf den Behälter 200 - 500 pm beträgt. 14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that a laser beam is used, whose diameter at the point of impact on the container is 200-500 pm.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserstrahl eingesetzt wird, dessen Durchmesser im Auftreffpunkt auf den Behälter 200 - 300 pm beträgt 15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that a laser beam is used, whose diameter at the point of impact on the container is 200 - 300 pm
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Hüllrohres gemessen wird und dass bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur der Behälter geöffnet wird. 16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the temperature of the cladding tube is measured and that when a predetermined temperature is exceeded, the container is opened.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter aus Stahl verwendet wird. 17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that a container made of steel is used.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter mit einer Wandstärke von 0,5 bis 1 mm verwendet wird. 18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that a container with a wall thickness of 0.5 to 1 mm is used.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter mit einer Wandstärke von 0,2 bis < 0,5 mm verwendet wird. 19. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that a container with a wall thickness of 0.2 to <0.5 mm is used.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Laserpulse eingesetzt werden, deren Energie 0,5 J bis 80 J beträgt. 20. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that laser pulses are used whose energy is 0.5 J to 80 J.
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