專利名稱：太陽能用吸熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(huán)繞中央金屬管的玻璃套管，在其自由端上設(shè)置玻璃-金屬-過渡件，構(gòu)成金屬管和套管之間的環(huán)形室，其中，金屬管和過渡件借助于至少一個膨脹補(bǔ)償裝置在縱向上可彼此相對移動相互連接。本發(fā)明還涉及拋物面槽形集熱器和吸熱管的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
例如2002年5月第124期“太陽能工程學(xué)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(yù)氧化達(dá)到界面接觸。玻璃在這種情況下持續(xù)與金屬氧化物形成化學(xué)結(jié)合。對質(zhì)量來說關(guān)鍵的是在預(yù)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 6,324,870 B1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?？v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(shù)相同。在這些過渡件中也要通過有目的地預(yù)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(nèi)部吸收輻射涂層的鋼管和環(huán)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(shè)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(shù)和運(yùn)行時不同強(qiáng)度的受熱，其中金屬管達(dá)到約400℃，而玻璃管僅100℃，要求金屬管和套管之間膨脹補(bǔ)償。這一點(diǎn)一般由金屬波紋管承擔(dān)，如2002年5月第124期“太陽能工程學(xué)雜志”第109-115頁上介紹的那樣。
在迄今為止公開的結(jié)構(gòu)中，玻璃-金屬-過渡件和波紋管直線并排設(shè)置。其結(jié)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(dǎo)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(yīng)力侵蝕的玻璃-金屬-過渡件進(jìn)行過熱防護(hù)。
這種防護(hù)由附加的遮光板承擔(dān)，然而在光傾斜入射時，遮光板不能完全遮住進(jìn)入套管而繞開吸熱管到達(dá)套管內(nèi)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(jié)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(fèi)用極高，因?yàn)闉榇吮仨殞⒄麄€太陽能場帶停止運(yùn)行。一般不采用這種措施，而是由于吸熱管每年2％以上的運(yùn)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 100 36 746 A1公開了一種補(bǔ)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(jù)DE 100 36 746 A1另一種設(shè)置在管端上的密封裝置，具有密封接受套管端的環(huán)形槽。密封裝置在該案例中固定保持在中央管上。環(huán)形槽內(nèi)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(shè)置費(fèi)用高且不能可靠運(yùn)行，以至于不得不考慮到經(jīng)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℃。在玻璃套管和中央金屬管之間設(shè)置金屬板，借助于粘結(jié)劑粘貼在套管的端面上。這種設(shè)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(bǔ)償裝置。帶有環(huán)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種更加耐用的的吸熱管。本發(fā)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(yīng)用。
該目的通過這樣的吸熱管得以實(shí)現(xiàn)，即其膨脹補(bǔ)償裝置至少部分設(shè)置在金屬管和玻璃-金屬過渡件之間的環(huán)形室內(nèi)。
膨脹補(bǔ)償裝置因此承擔(dān)兩個功能。一是保證金屬管和套管之間的膨脹補(bǔ)償，同時通過膨脹補(bǔ)償裝置防止玻璃-金屬-過渡件受到輻射，從而在該區(qū)域內(nèi)不會出現(xiàn)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(bǔ)償裝置在軸向上不是設(shè)置在玻璃-金屬-過渡件的旁邊，而是設(shè)置在吸熱管下面的該玻璃-金屬-過渡件的下面，結(jié)構(gòu)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(bǔ)償裝置和玻璃-金屬-過渡件構(gòu)成緊湊式組件，按簡單方式保證真空密封連接，并且像內(nèi)置的遮光板這種附加部件變得多余。
另一優(yōu)點(diǎn)在于，玻璃-金屬-過渡件通過內(nèi)置的膨脹補(bǔ)償裝置，防止受到進(jìn)入套管內(nèi)后從內(nèi)部向過渡區(qū)的輻射。因?yàn)槠駷橹?，玻?金屬-過渡件因輻射受熱和破裂是吸熱管報(bào)廢的主要原因，所以，通過依據(jù)本發(fā)明的設(shè)置明顯提高了耐用性。此外，通過雙重真空絕緣減少端區(qū)內(nèi)的熱損耗。雙重真空絕緣由此形成連接件到金屬管已經(jīng)絕緣。隨之向外產(chǎn)生連接件和波形管之間的環(huán)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(bǔ)償裝置不直接受熱內(nèi)管輻射，這同樣導(dǎo)致玻璃-金屬-過渡件較低的負(fù)荷。
最好膨脹補(bǔ)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(nèi)部而擴(kuò)大。這也造成更高的能源生產(chǎn)量。
依據(jù)第一實(shí)施方式，波形管的內(nèi)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(nèi)端表示指向環(huán)形室內(nèi)的末端，而外端或者處于環(huán)形室的外面，或者指向向外的環(huán)形室。該連接件最好與金屬管氣密焊接。在該實(shí)施方式中，玻璃-金屬-過渡件具有指向內(nèi)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(nèi)端通過在波形管和金屬管之間構(gòu)成的第一環(huán)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(jìn)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(huán)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(yuǎn)，功效就越大。
連接件最好具有固定在波形管上的環(huán)形片，它過渡成錐形的管狀的通過第一環(huán)狀間隙延伸的段。錐形造型特別是對于將平面出現(xiàn)的輻射反射到金屬管上來說具有優(yōu)點(diǎn)，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(nèi)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(huán)狀間隙。
為了進(jìn)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(jù)另一實(shí)施方式，波紋管的內(nèi)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(shí)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(nèi)端通過在波紋管和套管之間構(gòu)成的第二環(huán)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(huán)形片，它在其外部邊緣上過渡成管狀的圓柱形通過第二環(huán)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(shí)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(shè)置這種膨脹補(bǔ)償裝置。
套管和金屬管之間的環(huán)形室被抽真空或者依據(jù)另一實(shí)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(shè)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℃的溫度。吸熱管由于其結(jié)構(gòu)非常適合于在此方面的應(yīng)用。


下面借助附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)說明。其中圖1示出依據(jù)第一實(shí)施方式的吸熱管的局部縱剖面；圖2示出依據(jù)第二實(shí)施方式的吸熱管的局部縱剖面，和圖3示出依據(jù)第三實(shí)施方式的局部縱剖面。
具體實(shí)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(gòu)成的套管2和同心設(shè)置在套管2內(nèi)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(cè)的末端，固定有玻璃-金屬-過渡件5，它具有徑向向內(nèi)的束帶。在套管2和金屬管3之間構(gòu)成的環(huán)形室4內(nèi)，設(shè)置波紋管11形式的膨脹補(bǔ)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(huán)形室4內(nèi)，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(huán)形片16。該環(huán)形片16在其內(nèi)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(huán)狀間隙8內(nèi)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(gòu)成的優(yōu)點(diǎn)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(hù)管20覆蓋，其軸向延伸大致相當(dāng)于波紋管的長度?？梢詫⒈Ｗo(hù)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(hù)管20和波紋管11以及通過連接件15遮蓋，不會出現(xiàn)過熱，因此不會對該部件造成損害。
圖2示出另一實(shí)施方式，其中，波紋管11同樣設(shè)置在套管2和金屬管3之間的環(huán)形室4內(nèi)。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(gòu)成第二環(huán)狀間隙9延伸。因?yàn)樵谠搮^(qū)域內(nèi)不取決于反射，所以連接件的中間段構(gòu)成圓柱形段18，它在內(nèi)置末端上過渡成固定在波紋管11上的環(huán)形片16。在這種情況下，波紋管的內(nèi)邊至少部分構(gòu)成反射。
圖3示出另一實(shí)施方式，它原則上相當(dāng)于圖1示出的實(shí)施方式。但波紋管11的直徑較小，以至于第一環(huán)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(huán)形室5 玻璃-金屬-過渡件6 向內(nèi)束帶7 向外束帶8 第一環(huán)狀間隙9 第二環(huán)狀間隙10膨脹補(bǔ)償裝置11波紋管12內(nèi)端13外端14固定件15，15’，15”連接件16環(huán)形片17錐形段18，18’ 圓柱形段19固定束帶20保護(hù)管
權(quán)利要求
1.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(huán)繞中央金屬管的玻璃套管(2)，在其自由端上設(shè)置玻璃-金屬-過渡件(5)，構(gòu)成金屬管(3)和套管(2)之間的環(huán)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(bǔ)償裝置(10)在縱向上可彼此相對移動相互連接，其特征在于，膨脹補(bǔ)償裝置(10)至少部分設(shè)置在金屬管(3)和玻璃-金屬-過渡件(5)之間的環(huán)形室(4)內(nèi)。
2.按權(quán)利要求1所述的吸熱管，其特征在于，膨脹補(bǔ)償裝置(10)具有波紋管(11)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的吸熱管，其特征在于，波紋管(11)的內(nèi)端(12)通過連接件(15)與金屬管(3)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。
4.按權(quán)利要求3所述的吸熱管，其特征在于，連接件(15)從波紋管(11)的內(nèi)端(12)通過在波紋管(11)和金屬管(3)之間構(gòu)成的第一環(huán)狀間隙(8)延伸。
5.按權(quán)利要求3或4之一所述的吸熱管，其特征在于，連接件(15)一直延伸到波紋管(11)外端(13)的附近。
6.按權(quán)利要求3-5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(huán)形片(16)，它在其內(nèi)部邊緣上過渡成錐形或者圓柱形、管狀通過第一環(huán)狀間隙(8)延伸的段(17，18′)。
7.按權(quán)利要求3-6之一所述的吸熱管，其特征在于，連接件(15)在靠近金屬管(3)的面上至少部分反射。
8.按權(quán)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(nèi)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。
9.按權(quán)利要求1，2或8之一所述的吸熱管，其特征在于，連接件(15′)從波紋管(11)的內(nèi)端(12)通過在波紋管(11)和套管(2)之間構(gòu)成的第二環(huán)狀間隙(9)延伸。
10.按權(quán)利要求1，2，8或9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。
11.按權(quán)利要求1，2或8-10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(huán)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(huán)狀間隙(9)延伸的段(18)。
12.按權(quán)利要求1，2或8-11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。
13.按權(quán)利要求1，2或8-12之一所述的吸熱管，其特征在于，波紋管(11)在其靠近金屬管(3)的面上至少部分反射。
14.按權(quán)利要求1-13之一所述的吸熱管，其特征在于，在每個末端上設(shè)置膨脹補(bǔ)償裝置(10)。
15.按權(quán)利要求1-14之一所述的吸熱管，其特征在于，環(huán)形室(4)被抽真空。
16.按權(quán)利要求1-14之一所述的吸熱管，其特征在于，環(huán)形室(4)充入惰性氣體。
17.拋物面槽形集熱器，帶有縱向延伸的線性拋物面狀的反射器，在其焦線上至少設(shè)置一個按權(quán)利要求1-16之一所述的吸熱管。
18.按權(quán)利要求1-16之一所述的吸熱管用于拋物面槽形集熱器。
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(huán)繞中央金屬管(3)的玻璃套管(2)。具有膨脹補(bǔ)償裝置(10)，它部分設(shè)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(huán)形室(4)內(nèi)。膨脹補(bǔ)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F24J2/05GK1495394SQ0315883
公開日2004年5月12日 申請日期2003年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月8日
發(fā)明者T·庫克爾科恩, F·-D·德尼茨, N·本茨, T 庫克爾科恩, さ履崠 申請人:肖特玻璃制造廠