專利名稱：太陽能用吸熱管的制作方法
技術領域：
本發明涉及吸熱管，特別是用于太陽能熱電廠中的拋物面槽形集熱器吸熱管，帶 有中央金屬管和環繞中央金屬管的玻璃套管，在其自由端上設置玻璃_金屬_過渡件，構成 金屬管和套管之間的環形室，其中，金屬管和過渡件借助于至少一個膨脹補償裝置在縱向 上可彼此相對移動相互連接。本發明還涉及拋物面槽形集熱器和吸熱管的應用。
背景技術：
例如2002年5月第124期“太陽能工程學雜志”在109頁上介紹了拋物面槽形集熱器。玻璃-金屬接合的特征在于，這是一種無附加粘接材料的直接的材料接合(金屬 與玻璃或者玻璃焊劑=熔化的玻璃)。通過金屬的預氧化達到界面接觸。玻璃在這種情況 下持續與金屬氧化物形成化學結合。對質量來說關鍵的是在預處理和溶接時的過程控制。玻璃-金屬-過渡件例如在US 1，292，466，US 1，293，441 或 US 6，324，870B 1 中 有所介紹。這種玻璃_金屬-過渡件具有成錐形的由玻璃體包圍的金屬末端段，并一般具 有金屬與玻璃之間很高的熱縱向膨脹差。縱向差由很薄的金屬接受。在所謂匹配的玻璃_金屬-過渡件中，例如像X射線管中公知的那樣，膨脹系數相 同。在這些過渡件中也要通過有目的地預氧化獲得良好的附著性。玻璃-金屬-過渡件可以直接封接或者借助于玻璃焊劑連接。吸熱管一般由內部吸收輻射涂層的鋼管和環繞的玻璃套管組成。單個吸熱管約4 米長，并組裝成最長800米的太陽能場帶。太陽輻射通過設置在管子后面的鏡子聚焦到管 子上。玻璃管和金屬管通過玻璃-金屬-過渡件相互氣密連接。管子中間空隙抽真空，以 便使熱損耗最小化并由此提高能源收益率。由于金屬和玻璃不同的熱膨脹系數和運行時 不同強度的受熱，其中金屬管達到約400°C，而玻璃管僅100°C，要求金屬管和套管之間膨 脹補償。這一點一般由金屬波紋管承擔，如2002年5月第124期“太陽能工程學雜志”第 109-115頁上介紹的那樣。在迄今為止公開的結構中，玻璃_金屬-過渡件和波紋管直線并排設置。其結果 是2-3%的管表面的重要部分不能作為太陽輻射的收集面使用，從而導致光效率的降低。此外，聚焦在吸熱管上的太陽輻射需要對易受應力侵蝕的玻璃-金屬-過渡件進 行過熱防護。這種防護由附加的遮光板承擔，然而在光傾斜入射時，遮光板不能完全遮住進入 套管而繞開吸熱管到達套管內的輻射。因此，首先是在吸熱管的北面造成玻璃-金屬-接 合失去作用。結果是真空失效，并由此限制了吸熱管的效率。更換單個吸熱管費用極高，因 為為此必須將整個太陽能場帶停止運行。一般不采用這種措施，而是由于吸熱管每年2%以上的運行故障率，造成整個太陽能場的效率逐漸降低。為降低遮光效果和提高開口面積，迄今為止提出了在玻璃管和套管之間采用滑動 支承的各種解決方案。DE 10036746A1公開了一種補償裝置，具有可軸向移動的密封裝置，固定在兩個管 中的一個上，而另一個管可以在密封裝置上滑動。密封裝置例如在金屬管上收縮并相對于 玻璃套管移動。依據DE 10036746A1另一種設置在管端上的密封裝置，具有密封接受套管端的環 形槽。密封裝置在該案例中固定保持在中央管上。環形槽內有以密封裝置和套管的末端為 界的空腔，用于接受可施加壓力的液體。這種設置費用高且不能可靠運行，以至于不得不考 慮到經過一段時間后真空失效。然而，如果沒有真空，吸熱管涂層在正常大氣的高溫下會比 真空下退化得更快。US 4. 231. 353公開了一種熱水管集熱器，工作溫度僅為70°C。在玻璃套管和中央 金屬管之間設置金屬板，借助于粘結劑粘貼在套管的端面上。這種設置沒有玻璃-金屬-過 渡件。同樣沒有保證管子在縱向上大距離彼此相對移動的膨脹補償裝置。帶有環狀卷邊的 蓋最多只能接受很小的長度差，卻會對玻璃邊緣施加徑向力。這種集熱器管根本不適合在 拋物面槽形集熱器中使用。
發明內容
本發明的目的在于提供一種更加耐用的的吸熱管。本發明的目的還在于提供一種 更加耐用的拋物面槽形集熱器以及吸熱管的應用。該目的通過一種吸熱管得以實現，即其膨脹補償裝置至少部分設置在金屬管和玻 璃-金屬過渡件之間的環形室內。該吸熱管特別用于太陽能熱電廠中的拋物面槽形集熱器，該吸熱管帶有中央金屬 管和環繞該中央金屬管的玻璃套管，在該玻璃套管的自由端上設置玻璃_金屬-過渡件，構 成金屬管和套管之間的環形室，其中，金屬管和玻璃_金屬-過渡件借助于至少一個膨脹補 償裝置在縱向上可彼此相對移動地相互連接。根據本發明，膨脹補償裝置至少部分地設置 在金屬管和玻璃_金屬-過渡件之間的環形室內，并且膨脹補償裝置具有波紋管和連接件， 其中該連接件從波紋管的內端一直延伸到波紋管的外端的附近。膨脹補償裝置因此承擔兩個功能。一是保證金屬管和套管之間的膨脹補償，同時 通過膨脹補償裝置防止玻璃_金屬-過渡件受到輻射，從而在該區域內不會出現過熱，并不 會損害金屬管和套管之間的真空密封連接。通過膨脹補償裝置在軸向上不是設置在玻璃_金屬-過渡件的旁邊，而是設置在 吸熱管下面的該玻璃_金屬-過渡件的下面，結構明顯縮短，同時減小了吸熱管的遮光面， 隨之而來的是再次提高了吸熱管的效率。由此膨脹補償裝置和玻璃_金屬-過渡件構成緊 湊式組件，按簡單方式保證真空密封連接，并且像內置的遮光板這種附加部件變得多余。
另一優點在于，玻璃-金屬-過渡件通過內置的膨脹補償裝置，防止受到進入套管 內后從內部向過渡區的輻射。因為迄今為止，玻璃-金屬-過渡件因輻射受熱和破裂是吸 熱管報廢的主要原因，所以，通過依據本發明的設置明顯提高了耐用性。此外，通過雙重真 空絕緣減少端區內的熱損耗。雙重真空絕緣由此形成連接件到金屬管已經絕緣。隨之向外產生連接件和波形管之間的環狀空隙和波形管與玻璃之間的第二個真空絕緣。由于套管和 波形管之間很窄的間隙量，不會形成空氣交換，從而向外形成真空_空氣-真空的絕緣層效 果。膨脹補償裝置不直接受熱內管輻射，這同樣導致玻璃_金屬_過渡件較低的負荷。最好膨脹補償裝置具有波形管。波形管在吸熱管的縱向上延伸。吸熱管的有效面通過波形管置入吸熱管的內部而擴大。這也造成更高的能源生產 量。依據第一實施方式，波形管的內端通過連接件與金屬管連接，波形管的外端通過 玻璃-金屬-過渡件與套管連接。內端表示指向環形室內的末端，而外端或者處于環形室 的外面，或者指向向外的環形室。該連接件最好與金屬管氣密焊接。在該實施方式中，玻 璃-金屬-過渡件具有指向內部的束帶，其上固定波形管的外端。為提高吸熱管的效率，連接件從波形管的內端通過在波形管和金屬管之間構成的 第一環狀間隙延伸。這種造型的連接件提供了特別是將平面入射的輻射再反射到吸熱管上 的可能性，由此可以進一步提高效率。最好連接件一直延伸到波形管外端的附近。第一環狀間隙中的連接件直到波形管 的位于對面的末端延伸得越遠，功效就越大。連接件最好具有固定在波形管上的環形片，它過渡成錐形的管狀的通過第一環狀 間隙延伸的段。錐形造型特別是對于將平面出現的輻射反射到金屬管上來說具有優點，并 用于由于工作中的變形必須保持波形管和吸熱管之間最小距離的地方。如果使用較小內徑 的波形管的話，也可以是圓柱形的造型，從而提供窄的第一環狀間隙。為了進一步提高效率，連接件在靠近金屬管的面上至少部分反射。依據另一實施方式，波紋管的內端通過連接件和玻璃-金屬-過渡件與套管連接， 其中，波紋管的外端固定在金屬管上。在該實施方式中，無論是連接件還是波紋管也處于玻 璃-金屬-過渡件和金屬管之間。最好連接件從波紋管的內端通過在波紋管和套管之間構成的第二環狀間隙延伸。 但也可以具有更短的變型，從而波紋管的外端與連接件相對。連接件最好具有固定在波紋管上的環形片，它在其外部邊緣上過渡成管狀的圓柱 形通過第二環狀間隙延伸的段。玻璃-金屬-過渡件固定在連接件上成形的外束帶上。波紋管在其靠近金屬管的面上至少部分反射，從而波紋管在該實施方式中也可用 于入射的平面輻射的再反射，由此提高吸熱管的效率。最好在吸熱管的每個末端設置這種膨脹補償裝置。套管和金屬管之間的環形室被抽真空或者依據另一實施方式充入惰性氣體。拋物面槽形集熱器具有縱向延伸的線性拋物面狀的反射器，在其焦線上至少設置 一個帶有上述特征的吸熱管。吸熱管在用于拋物面槽形集熱器中時必須承受約400°C的溫 度。吸熱管由于其結構非常適合于在此方面的應用。
下面借助附圖對本發明的實施方式作詳細說明。其中圖1示出依據第一實施方式的吸熱管的局部縱剖面；
圖2示出依據第二實施方式的吸熱管的局部縱剖面，和圖3示出依據第三實施方式的局部縱剖面。
具體實施例方式圖1以剖面示出吸熱管1的末端。吸熱管1具有玻璃構成的套管2和同心設置在 套管2內的金屬管3，金屬管在其外面涂有吸收太陽輻射的輻射選擇涂層。在套管2的自由端側的末端，固定有玻璃_金屬-過渡件5，它具有徑向向內的束 帶。在套管2和金屬管3之間構成的環形室4內，設置波紋管11形式的膨脹補償裝置10， 它利用其外端13固定在玻璃_金屬_過渡件5的束帶6上。波紋管11因此在玻璃-金屬-過渡件5的下面延伸到環形室4內，并固定在連接 件15上的位于對面的末端上，為此目的連接件具有環形片16。該環形片16在其內部邊緣 上過渡成錐形段17，它在波紋管11和金屬管3之間的第一環狀間隙8內延伸。在位于對面的末端上，連接件15具有固定束帶19，連接件15與其最好釬焊固定在 金屬管3上。段17的錐形構成的優點是，平面入射的輻射可以反射到吸熱管3上。由此提高了 效率。吸熱管的末端附加由保護管20覆蓋，其軸向延伸大致相當于波紋管的長度。可以將 保護管20支承在套管2或者玻璃_金屬-過渡件5上，并防止波紋管11的直接照射。玻璃-金屬-過渡件5因此通過保護管20和波紋管11以及通過連接件15遮蓋， 不會出現過熱，因此不會對該部件造成損害。圖2示出另一實施方式，其中，波紋管11同樣設置在套管2和金屬管3之間的環 形室4內。套管2具有帶徑向向外束帶7的玻璃-金屬-過渡件5，連接件15'的固定束 帶19固定在向外束帶上。連接件15'通過在波形管11和套管2或玻璃-金屬-過渡件5 之間構成第二環狀間隙9延伸。因為在該區域內不取決于反射，所以連接件的中間段構成 圓柱形段18，它在內置末端上過渡成固定在波紋管11上的環形片16。在這種情況下，波紋 管的內邊至少部分構成反射。圖3示出另一實施方式，它原則上相當于圖1示出的實施方式。但波紋管11的直 徑較小，以至于第一環形室4也較小。出于該原因，連接件15”具有圓柱形段18'。參考符號表1吸熱管
2套管
3金屬管
4環形室
5玻璃-金屬_
6向內束帶
7向外束帶
8第一環狀間隙
9第二環狀間隙
10膨脹補償裝置
11波紋管
6
12內端
13外端
14固定件
15，15’，15” 連接件
16環形片
17錐形段
18，18’圓柱形段
19固定束帶
20保護管
權利要求
吸熱管，特別是用于太陽能熱電廠中的拋物面槽形集熱器的吸熱管，帶有中央金屬管(3)和環繞該中央金屬管的玻璃套管(2)，在該玻璃套管的自由端上設置玻璃 金屬 過渡件(5)，構成金屬管(3)和套管(2)之間的環形室(4)，其中，金屬管(3)和玻璃 金屬 過渡件(5)借助于至少一個膨脹補償裝置(10)在縱向上可彼此相對移動地相互連接，其特征在于，膨脹補償裝置(10)至少部分地設置在金屬管(3)和玻璃 金屬 過渡件(5)之間的環形室(4)內，并且膨脹補償裝置(10)具有波紋管(11)和連接件(15，15’，15”)，其中該連接件(15)從波紋管(11)的內端(12)一直延伸到波紋管(11)的外端(13)的附近。
2.按權利要求1所述的吸熱管，其特征在于，波紋管(11)的內端(12)通過連接件(15) 與金屬管⑶連接，波紋管(11)的外端(13)通過玻璃-金屬-過渡件(5)與玻璃管(2) 連接。
3.按權利要求2所述的吸熱管，其特征在于，連接件(15)從波紋管(11)的內端(12) 通過在波紋管(11)和金屬管(3)之間構成的第一環狀間隙(8)延伸。
4.按權利要求2或3所述的吸熱管，其特征在于，連接件(15)具有固定在波紋管(11) 上的環形片(16)，它在其內部邊緣上過渡成錐形或者圓柱形的、管狀的、通過第一環狀間隙 (8)延伸的段(17，18')。
5.按權利要求1或2之一所述的吸熱管，其特征在于，波紋管(11)的內端(12)通過連 接件(15')并通過玻璃-金屬-過渡件(5)與玻璃管(2)連接；波紋管(11)的外端(13) 固定在金屬管(3)上。
6.按權利要求1，2或5之一所述的吸熱管，其特征在于，連接件(15')從波紋管(11) 的內端(12)通過在波紋管(11)和套管(2)之間構成的第二環狀間隙(9)延伸。
7.按權利要求1，2，5或6之一所述的吸熱管，其特征在于，連接件(15')通過波紋管 (11)的外端(13)延伸。
8.按權利要求1，2，5，6或7之一所述的吸熱管，其特征在于，連接件(15')具有固定 在波紋管(11)上的環形片(16)，它在其外部邊緣上過渡成管狀的、圓柱形的、通過第二環 狀間隙(9)延伸的段(18)。
9.按權利要求1，2，5，6，7或8之一所述的吸熱管，其特征在于，玻璃-金屬-過渡件 (5)固定在連接件(15')上成型的外束帶(19)上。
10.按權利要求1至9之一所述的吸熱管，其特征在于，在每個末端上設置膨脹補償裝 置(10)。
11.按權利要求1至10之一所述的吸熱管，其特征在于，環形室(4)被抽真空。
12.按權利要求1至11之一所述的吸熱管，其特征在于，環形室(4)充入惰性氣體。
13.拋物面槽形集熱器，帶有縱向延伸的線性的拋物面狀的反射器，在其焦線上至少設 置一個按權利要求ι至12之一所述的吸熱管。
14.按權利要求1至12之一所述的吸熱管用于拋物面槽形集熱器的應用。
全文摘要
一種吸熱管(1)，特別是用于太陽能熱電廠中的拋物面槽形集熱器的吸熱管。吸熱管(1)具有中央金屬管(3)和環繞中央金屬管(3)的玻璃套管(2)。具有膨脹補償裝置(10)，它部分設置在金屬管(3)和固定在套管(2)上的玻璃-金屬-過渡件(5)之間的環形室(4)內。膨脹補償裝置(10)可以具有波紋管(11)。此外具有連接件(15)，它或者具有圓柱形或者具有錐形段(17，18，18′)。
文檔編號F24J2/24GK101893340SQ20101023402
公開日2010年11月24日 申請日期2003年7月8日 優先權日2002年7月8日
發明者F·-D·德尼茨, N·本茨, T·庫克爾科恩 申請人:肖特股份有限公司