(57)【要約】本発明は、特に、少なくとも１つの集光ミラー（１２）を有するソーラコレクタ（１０）のための、太陽熱発電所における吸収管であって、熱伝達媒体を通しかつ加熱する金属管（２２）と、真空可能な環状空間（２６）を形成するための、金属管（２２）を囲むシース管（２４）と、環状空間（２６）に設けられておりかつ不活性ガスが充填された第１の容器（４０）と、を有し、第１の容器（４０）は、出口開口部（５２）を有し、該出口開口部は、封止材（５４）で閉じられており、該封止材は、不活性ガスを環状空間（２６）に導入するために、外部作用下で、出口開口部（５２）を開け、外部作用は、出口開口部（５２）を開けるための作動可能な開始ユニット（６７）によって、加えられることができ、環状空間（２６）を密閉するために金属管（２２）を囲む外輪（３７）および移行要素（３６）と、を有する吸引管に関する。第１の容器（４０）は、保持装置（５０）によって、環状空間（２６）に取り付けられており、該保持装置は、外輪（３７）および／または移行要素（３６）に設けられている。【選択図】      図２
2013513080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に、少なくとも１つの集光ミラー（１２）を有するソーラコレクタ（１０）のための、太陽熱発電所における吸収管であって、
-熱伝達媒体を通しかつ加熱する金属管（２２）と、
-真空可能な環状空間（２６）を形成するための、前記金属管（２２）を囲むシース管（２４）と、
-前記環状空間（２６）に設けられておりかつ不活性ガスが充填された第１の容器（４０）と、を有し、前記第１の容器（４０）は、出口開口部（５２）を有し、該出口開口部は、封止材（５４）で閉じられており、該封止材は、不活性ガスを前記環状空間（２６）に導入するために、外部作用下で、前記出口開口部（５２）を開け、前記外部作用は、前記出口開口部（５２）を開けるための作動可能な開始ユニット（６７）によって、加えられることができ、
-前記環状空間（２６）を密閉するために前記金属管（２２）を囲む外輪（３７）および移行要素（３６）と、を有する吸引管において、
前記第１の容器（４０）は、保持装置（５０）によって、前記環状空間（２６）に取り付けられており、該保持装置（５０）は、前記外輪（３７）および／または前記移行要素（３６）に設けられていることを特徴とする吸引管。
【請求項２】
前記外部作用は、熱作用であることを特徴とする請求項１に記載の吸引管。
【請求項３】
前記出口開口部（５２）は、誘導加熱可能であり、前記開始ユニット（６７）は、電気コイル（６８）および金属ディスク（７０）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の吸引管。
【請求項４】
前記保持装置（５０）は、金属製はんだからなる１つまたは複数のソルダーポイント（６２）を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の吸引管。
【請求項５】
前記封止材（５４）は、金属製はんだ（６２）からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の吸引管。
【請求項６】
前記環状空間（２６）に前記第１の容器（４０）を固定するための前記ソルダーポイント（５８）のうちの少なくとも１が、前記出口開口部（５２）を閉じることを特徴とする請求項５に記載の吸引管。
【請求項７】
自由水素を結合させるためのゲッタ材が充填されておりかつ前記環状空間（２６）に設けられた第２の容器（４２）を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の吸引管。
【請求項８】
前記第２の容器（４２）は、前記保持装置（５０）によって前記環状空間（２６）に固定されていることを特徴とする請求項７に記載の吸収管。
【請求項９】
前記外輪（３７）は、前記第１のおよび／または第２の容器（４０，４２）を位置決めするための、前記環状空間（２６）に突入している１つまたは複数の突出部（６０）を有することを特徴とする請求項７または８に記載の吸収管。
【請求項１０】
前記複数の突出部（６０）のちの１が、前記第１の容器（４０）の前記出口開口部（５２）に突入しており、かつ、該出口開口部（５２）を識別するためのマーキング（４２）を備えていることを特徴とする請求項９に記載の吸引管。
【請求項１１】
前記第１の容器（４０）および第２の容器（４２）は、環状に構成されており、かつ、前記金属管（２２）を囲繞していることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の吸収管。
【請求項１２】
前記第１の容器（４０）は、第１の面（４４）を有し、前記第２の容器（４２）は、第２の面（４６）を有し、双方の面では、前記第１のおよび前記第２の容器（４０、４２）が結合されることができて、１つの構成要素（４８）を形成することを特徴とする請求項１１に記載の吸収管。
【請求項１３】
前記吸収管（１８）は長手方向軸線（２０）を有してなる吸収管において、
前記第１の面（４４）および前記第２の面（４６）は、前記長手方向軸線（２０）に径方向に延びていることを特徴とする請求項１２に記載の吸収管。
【請求項１４】
前記吸収管（１８）は長手方向軸線（２０）を有してなる吸収管において、
前記第１の面（４４）および前記第２の面（４６）は、前記長手方向軸線（２０）に平行に延びていることを特徴とする請求項１２に記載の吸収管。
【請求項１５】
前記第１の容器（４０）は、第１のリング部分（８０）として、前記第２の容器（４２）は、第２のリング部分（８２）として構成されており、かつ、互いに結合されて、閉じたリング（８８）を形成していることを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれか１項に記載の吸収管。
【請求項１６】
前記第１の容器（４０）は、１つまたは複数の第１のリング部分（８０）を有し、前記第２の容器（４２）は、１つまたは複数の第２のリング部分（８２）を有し、双方のリング部分は、前記環状空間（２６）の中で互いに別に取付可能であることを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれか１項に記載の吸収管。
【請求項１７】
前記第１のリング部分（８０）および前記第２のリング部分（８２）は、半リング（５６）として構成されていることを特徴とする請求項１５または１６に記載の吸収管。
【請求項１８】
前記吸収管（１８）は、前記集光ミラー（１２）に向いた半体（２８）と、前記集光ミラー（１２）から離隔した半体（３０）とを有してなる吸収管において、
前記第２の容器（４２）は、集光ミラー（１２）から離隔した前記半体（３０）に設けられていることを特徴とする請求項７ないし１７のいずれか１項に記載の吸収管。
【請求項１９】
前記移行要素（３６）は、熱膨張を減少させるために、第１の直径（ｄ１）を有する第１の領域（８４）および第２の直径（ｄ２）を有する領域（８６）を具備することを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の吸収管。
【請求項２０】
前記外輪（３７）は、ステンレス鋼からなり、前記移行要素（３６）はコバールからなることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の吸収管。
【請求項２１】
吸収管（１８）の環状空間（２６）に不活性ガスを導入する装置であって、
-請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の吸収管（１８）と、
-シース管（２４）の温度値を測定するための温度測定ユニット（７４）と、
-前記シース管（２４）の測定された温度値を、選択可能な臨界温度値と比較するための比較ユニット（７６）と、
-不活性ガスを前記環状空間（２６）に導入すべく前記出口開口部を開くための、前記比較ユニット（７６）によって起動可能な開始ユニット（６７）と、
を有する装置。
【請求項２２】
吸収管（１８）の環状空間（２６）に不活性ガスを導入するための方法であって、
以下の工程、すなわち、
-前記シース管（２４）の温度値を温度測定ユニットによって測定すること、
-前記シース管（２４）の測定された温度値を、比較ユニット（７６）によって、選択可能な臨界温度値と比較すること、および
-前記測定された温度値が前記臨界温度値を上回る場合のために、開始ユニット（６７）を起動し、前記出口開口部（５２）を開き、かつ、不活性ガスを前記環状空間（２６）に導入すること、
を有する方法。
【請求項２３】
-集光ミラー（１２）と、
-請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の吸収管（１８）と、
有するソーラコレクタ。
【請求項２４】
請求項２１に記載の前記吸収管（１８）の環状空間（２６）に不活性ガスを導入するための装置（７２）を更に有する、請求項２３に記載のソーラコレクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、少なくとも１つの集光ミラーを有するソーラコレクタのための、太陽熱発電所における吸収管であって、熱伝達媒体を通しかつ加熱する金属管と、真空可能な環状空間を形成するための、金属管を囲むシース管と、環状空間に設けられておりかつ不活性ガスが充填された第１の容器と、を有し、第１の容器は、出口開口部を有し、該出口開口部は、封止材で閉じられており、該封止材は、不活性ガスを環状空間に導入するために、外部作用下で、出口開口部を開け、外部作用は、出口開口部を開けるための作動可能な開始ユニットによって、加えられることができ、環状空間を密閉するために金属管を囲む外輪および移行要素と、を有する吸引管に関する。更に、本発明は、不活性ガスを吸収管の環状空間に導入するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラコレクタに、例えば、集光ミラーとも呼ばれる放物面ミラーを備えることができ、ソーラコレクタを、いわゆるパラボリック・トラフ方式発電所に用いることができる。知られたパラボリック・トラフ方式発電所では、熱伝達媒体としては、放物面ミラーから反射されかつ吸収管へ集中された太陽光によって約４００℃まで加熱することができる熱油が用いられる。加熱された熱伝達媒体は、金属管を通って導かれ、蒸発過程に供給される。該蒸発過程によって、熱エネルギが、電気エネルギに変換される。
【０００３】
この場合、吸収管は、通常、放射線吸収層を有する金属管と、ガラスからなりかつ金属管を囲む被覆管とから構成される。このことによって形成された環状空間は、金属管の外面での熱損失を最小限化し、かつ、かくして、エネルギ収率を高めるために役立つ。個々の吸収管は、最大限４ｍの長さであり、溶接されて、最大限２００ｍの全長を有するソーラフィールドループに形成される。このタイプの吸収管は、例えば、特許文献１から公知である。
【０００４】
熱伝達媒体として使用される熱油は、経年劣化が増加するにつれて、熱油中に溶けている自由水素を解放する。溶解した水素の量は、一方では、使用された熱油およびオイル回路の動作条件に依るが、他方では、熱油に接触する水の量にも依る。特に、熱交換器における漏れによって、水との接触がより頻繁に生じることがある。自由になった水素は、金属管を通る透過の故に、真空排気された環状空間に達する。透過速度は、金属管の作動温度の増加につれて、同様に増加する。そのことの結果として、環状空間中の圧力も増大する。このことは、結果として、環状空間を介する熱伝導の向上を伴う。向上は、同様に、熱損失、および吸収管またはソーラコレクタの効率の低下をもたらす。
【０００５】
環状空間内の圧力上昇を少なくとも減少させ、従ってまた吸収管の寿命を延ばすために、環状空間に到達した水素を、ゲッタ材によって結合することができる。しかし、ゲッタ材の吸収能力は、制限されている。環状空間内の圧力は、ローディングの能力の限界に達した後に、熱油から環状空間に達した自由水素の分圧と平衡状態にあるまで、上昇する。水素によって、環状空間における熱伝導の増大が、ソーラコレクタの効率にとって上記のマイナスの結果を伴って、生じる。
【０００６】
環状空間にゲッタ材を備えている吸収管は、例えば特許文献２から公知である。ここに記載した装置では、ゲッタ材は、ゲッタ用レール状部材にある。該ゲッタ用レール状部材は、反射された太陽光に直に晒されており、従って、加熱される。ゲッタ用レール状部材は、真空化された環状空間で、金属管およびシース管から熱的にほぼ分離されているので、レール状部材の従ってまたゲッタ材の温度が大幅に変動することがある。このことによって、ゲッタ材の吸収能力も変動する。従って、環状空間内で、望ましくない不均一な圧力状況が生じる。
【０００７】
特許文献３から公知の吸収管では、希ガスが、環状空間に導入されるのは、ゲッタ材の能力が使い尽くされている場合である。多くの希ガスは、低い熱伝導率を有する。それ故に、環状空間を介する熱伝導を、水素の存在にもかかわらず、減少することができる。それ故に、希ガスが導入されるとき、ソーラコレクタの効率が、真空化された金属管に比較して、約１％だけ低下する。希ガス用容器の、特許文献３に記載された実施の形態は、実質的に理論的性質のみを有し、技術的には、製造するには非常に複雑であって、従って実際にはほとんど実現不可能である。特に、この公報は、希ガス用容器が所定の時点で容易に開けられるためには、如何にして希ガス用容器が構成されかつ設けられるかという実際的な手引きを有しない。更に、該公報には、希ガス用容器に関して、ゲッタ材の、環状空間における設置の記述がなされない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】DE 102 31 467 B4
【特許文献２】WO 2004/063640 A1
【特許文献３】DE 10 2005 057 276 B3
【発明の概要】
【０００９】
従って、本発明の課題は、従来の技術から知られた吸収管を、機能性を制限することなく、特に、寿命を低下させることなく、吸収管が従来の技術よりも容易に製造されるように、改善することである。更に、環状空間への希ガスの導入を容易に可能にすることが意図される。
【００１０】
上記課題は、第１の容器が保持装置によって、環状空間に取り付けられており、該保持装置は、移行要素に設けられていることによって、解決される。
【００１１】
外部作用は、ここでは、外部作用が、吸収管の外側で、または、少なくとも、環状空間および金属管の外側で発生され、吸収管の作動によっては発生されないことを意味することが意図される。かような外部作用は、例えば、機械的な種類であってもよい。保持装置の設置は、外部作用が、保持装置によって伝達されるように、選択されることが好ましい。
【００１２】
開始ユニットを、保持装置を介して出口開口に作動接続しているプッシュボタンの形態で実現することができる。このプッシュボタンが、例えば、ソーラコレクタの保守要員によって作動されるとき、出口開口部は、不活性ガスが環状空間に導入されるように、突き破られかつ開けられる。
【００１３】
外部作用が熱作用であることは好ましい。この実施の形態では、保守要員は、可動の加熱装置によって、出口開口部の近くで、例えば外輪で、外から、吸収管を加熱することができる。それ故に、封止材が、熱作用下で溶解し、出口開口部が開けられる。保持装置の作用接続は、この場合、機械的な種類ではなく、熱伝導性の種類である。保持装置が、この場合、熱伝導材料、例えば金属からなることは好ましい。この実施の形態の利点は、開始ユニットが追加の構成要素を要しないこと、および可動の加熱装置は、太陽熱式の発電所のすべての吸収管のために使用可能であることである。
【００１４】
出口開口部が誘電加熱可能であり、開始ユニットが、電気コイルおよび金属ディスクを有することは好ましい。この実施の形態では、出口開口部を自動的に開け、かつ不活性ガスを自動的に環状空間に導入することができる。何故ならば、電気コイルを、予備設定可能なイベントが生じる際に電気コイルを起動させる制御ユニットに接続させることができるからである。従って、出口開口部が、保守要員によって開かれことは、必要でなく、このことによって、プラントの作動のための人件費を減じることができる。この場合、保持装置が製造されている元である材料は、重要ではない。
【００１５】
保持装置が金属製はんだからなる１つまたは複数のソルダーポイントを有することは好ましい。ソルダーポイントは、非常に容易にかつ安価に製造される。金属製はんだは、該金属製はんだが、ソーラコレクタの作動中に支配的な温度では溶解しないように、選択される。ここでは、４００℃を越える温度ではじめて溶融する硬質はんだを使用することができる。
【００１６】
封止材が金属製はんだからなることは好ましい。金属製はんだは、保持装置の中のソルダーポイントのために使用されるのと同じはんだであってもよい。このことによって、吸収管の製造の際に、材料の多様性、および、材料交換の故の製造エラーの確率を減少させることができる。
【００１７】
本発明に係わる吸収管の好ましい実施の形態では、環状空間に第１の容器を固定するための複数のソルダーポイントのうちの少なくとも１が、出口開口部を閉じる。この場合、これらのソルダーポイントのうちの１が、２つの機能を担う。一方では、ソルダーポイントは、保持機能を有する。何故ならば、ソルダーポイントは、環状空間内の自らの位置に第１の容器を固定するからである。他方では、ソルダーポイントは、封止機能を有する。何故ならば、はんだは、同時に、出口開口部のための封止材料だからである。
【００１８】
本発明に係わる吸収管の特に好ましい実施の形態は、自由水素を結合させるためのゲッタ材が充填されておりかつ環状空間に設けられた第２の容器を有することを特徴とする。２つの容器を有し、一方の容器にはゲッタ材が充填されており、他方の容器には不活性ガスが充填されていてなる、本発明に係わる解決策は、製造技術的な観点から、有利である。何故ならば、２つの容器は、既に予め組み立てられており、容器にゲッタ材および不活性ガスを充填することができ、その次に、容器が環状空間に挿入されるからである。
【００１９】
第２の容器が、保持装置によって環状空間に固定されていることは好ましい。第１のおよび第２の容器の配置に従って、２つの容器または該容器のうちの一方のみが、保持装置によって固定されるかが、決定されることができる。特許文献２に記載されている、例えばゲッタ用レール状部材のような、特別な担持装置は、不要である。
【００２０】
好ましい実施の形態では、外輪は、第１のおよび／または第２の容器を位置決めするための、環状空間に突入している１つまたは複数の突出部を有する。移行要素および外輪は、従来の技術から知られた膨張補償ユニットの構成要素である。膨張補償ユニットによって、吸収管の作動中のシース管および金属管の異なった膨張は、調整される。それ故に、環状空間は気密に密閉されている。
【００２１】
その代わりに、複数の突出部のちの１が、第１の容器の出口開口部に突入しており、かつ、該出口開口部を識別するためのマーキングを備えている。ここでも、突出部は、これらの突出部の１のみが出口開口部に収まるように、構成されている。金属製はんだによって、出口開口部は閉じられ、対応の容器は、同時に、外輪に固定される。出口開口部のマーキングを、例えば対応の凹部によって、外輪の外側に実現することができる。それ故に、保守要員は、封止材を開けるための加熱装置がどの側に取り付けられねばならないかを知る。
【００２２】
第１の容器および第２の容器が環状に構成されており、かつ、金属管を囲繞していることによって、本発明に係わる吸収管が、改善されることは好ましい。容器の環状の実施の形態は、一方では、ゲッタ材が、環状空間に均等に分散されており、従って、等しくアクセス可能であり、自由水素を障害なしに吸収することを引き起こし、他方では、各々の容器が、自己完結型のユニットを形成することを引き起こす。このことは、吸収管の組込みおよび特に環状空間における吸収管の位置決めを容易にする。
【００２３】
第１の容器が、第１の面を有し、第２の容器が、第２の面を有し、双方の面では、第１のおよび第２の容器が結合されることができて、１つの構成要素を形成することは好ましい。２つの容器を、既に環状空間への挿入前に、互いの所望の位置で、互いに接続することができる。それ故に、これらの容器を、共に、１つの作業過程で、環状空間に挿入することができる。この実施の形態では、本発明に係わる吸収管の製造は、更に簡略化される。
【００２４】
吸収管が長手方向軸線を有してなる好ましい実施の形態では、第１の面および第２の面は、長手方向軸線に径方向に延びており、すなわち、第１の面および第２の面の法線ベクトルは、長手方向軸線に平行に延びている。この実施の形態では、２つの容器を、製造技術的な観点から、特に容易に互いに結合することができる。２つの容器に同一の寸法を備えることは特に可能である。それ故に、只１つの容器用型を製造すればよい。このことは、製造コストを更に簡素化する。この場合に注意すべきことは、不活性ガスのための容器は気密に閉じられていなければならず、他方、ゲッタ材のための容器は、遊離した水素が環状空間の中でゲッタ材に上手く結合するように、構成されていなければならないことである。
【００２５】
更に、本発明に係わる吸収管の好ましい実施の形態は、第１の面および第２の面が、長手方向軸線に径方向に延びており、すなわち、第１の面および第２の面の法線ベクトルは、長手方向軸線に垂直に延びていることを特徴とする。この実施の形態では、例えば、不活性ガスが充填された第１の容器が、シェル形に、ゲッタ材が充填されている第２の容器に挿入することができる。２つの容器が、この実施の形態で、異なった容量を有するので、例えばより多くのゲッタ材を環状空間に挿入するために、この状況を利用することができる。このことによって、自由水素のための吸収能力従ってまた吸収管の寿命が向上される。
【００２６】
本発明に係わる好都合な実施の形態では、第１の容器は、第１のリング部分として、第２の容器は、第２のリング部分として構成されており、かつ、互いに結合されて、閉じたリングを形成している。ここでも、第１の容器の容量対第２の容器の容量の割合を、リング部分の大きさによって、各々の吸収管の特殊な実状に適合させることが可能である。その目的は、より多くのゲッタ材を環状空間に挿入するためである。不活性ガスの比較的大きい容量が有利であることが万が一判明するときは、このことを、同様に、構造的に簡単な方法で考慮することができる。
【００２７】
本発明の好ましい実施の形態は、第１の容器が、１つまたは複数の第１のリング部分を有し、第２の容器が、１つまたは複数の第２のリング部分を有し、双方のリング部分は、環状空間の中で互いに別に取付可能であることを特徴とする。第１のまたは第２のリング部分も、第１のおよび第２の容器も、この実施の形態では、重なり合って結合されていない。ゲッタ材も希ガスも、複数のリング部分に分布することができる。この場合、ゲッタ材が充填されているリング部分の数は、希ガスが充填されているリング部分の数と同じでない。従来の技術より柔軟な配列が可能にされる。更に、ゲッタ材および希ガスの必要量を、その時々の適用例に容易に適合させることができる。
【００２８】
第１のリング部分および第２のリング部分は、半リングとして構成されていることは好ましい。この実施の形態では、リング部分は、特に容易に、閉じたリングを中心で切断することによって製造される。それ故に、製造は、ここでは、安価であり、従来の技術より多くのスクラップなしに設計することができる。
【００２９】
吸収管が、集光ミラーに向いた半体と、集光ミラーから離隔した半体とを有してなる、特に好ましい実施の形態では、第２の容器は、集光ミラーから離隔した半体に設けられている。吸収管の、コレクタから離隔した半体には、ソーラコレクタの作動中に、金属管の遮蔽によって、集光ミラーに向いた半体よりも低い温度が支配的である。自由水素に関するゲッタ材の吸収能力は、温度の低下と共に向上する。従って、集光ミラーから離隔した半体に第２の容器を設けることは、環状空間を、自由水素なしに、比較的長く保つことができ、それ故に、環状空間内の圧力従ってまた環状空間を介する熱伝導が後ではじめて上昇することをもたらす。従って、ソーラコレクタは、比較的長い時間、最大の効率で作動されることができ、あるいは、吸収管の寿命が向上する。
【００３０】
突出部によって、環状空間における容器の位置が、製造の際に、容易な方法で定めることができる。それ故に、例えば、第２の容器が、吸収管の、集光ミラーから離隔した半体にあることが保証されている。この目的のために、容器は、対応の凹部を有する。該凹部は、１つの凹部が１つの突出部に収まり、それ故に、第１のおよび第２の容器の配置が、外輪に相対して疑いなく定められているように、構成されている。
【００３１】
移行要素が、第１の直径を有する第１の領域および第２の直径を有する第２の領域を具備することは好ましい。移行要素は、通常は、外輪に溶接される。溶接のために必要な熱入力は、移行要素が外側に湾曲することを引き起こす。このことの原因は、移行要素の長手方向熱膨張である。このことは、結果として、移行要素とシース管との接続部に負荷がかけられ、接続が場合によっては損傷を受けることがあることを伴う。２つの異なる直径によって、移行要素は、シース管との接続部への負荷が、溶接の際に減少されるように、硬化される。従って、接続部は、保護されて、損傷を受けない。外輪は、該外輪が、熱入力の故の長手方向の膨張を問題なく吸収することができるように、構成されている。
【００３２】
外輪がステンレス鋼からなり、移行要素がコバールからなることは好ましい。コバールは、鉄・ニッケル・コバルトの合金である。使用されるコバールの熱膨張係数を、シース管のための使用されるガラスの熱膨張係数に適合させることができる。それ故に、移行要素が外輪に溶接されるときは、熱の発生に基づく長手方向の膨張が、ソーラコレクタの作動中におよび吸収管の製造の際に、互いにマイナスの影響を受けない。外輪のためのステンレス鋼の使用は、ベローズへの溶接を容易にする。コバールは、ＤＩＮ１７７４５に記載の１．３９８１とも呼ばれる。
【００３３】
本発明の他の態様は、吸収管の環状空間に不活性ガスを導入する装置であって、前記吸収管と、シース管の温度値を測定するための温度測定ユニット、シース管の測定された温度値を、選択可能な臨界温度値と比較するための比較ユニットと、不活性ガスを環状空間に導入すべく出口開口部を開くための、比較ユニットによって起動可能な開始ユニットと、を有する装置に関する。
【００３４】
この装置によって、ソーラコレクタを自動的にモニタすることが可能であり、所定の条件が満たされるかまたは最早満たされないときは、特に、非活性ガスを環状空間に導入することが可能である。
【００３５】
この場合では、或る条件は、シース管の温度値が選択可能な臨界値を上回ることであるだろう。この条件の発生は、熱伝導率が、環状空間を介して増加して、従って、シース管における熱損失が生じることの表われである。従って、今や、熱損失を再度最小限に減らすために、不活性ガスを環状空間に導入するほうがよい。
【００３６】
温度測定ユニットを、シース管に取り付けられた温度センサの形態で、しかしまた、熱画像カメラの形態で実現することができる。特に熱画像カメラは、熱画像カメラによって、多数のシース管の温度をモニタすることができ、ここでは、各々のシース管に、別個の温度センサを取り付ける必要はなく、比較センサに接続する必要もないという利点を有する。熱画像カメラによって提供される画像を、特殊な画像解析ソフトウェアによって、すべての検出されたシース管の温度値を測定し、かつ比較ユニットに供給することができるように、解釈することができる。比較ユニットは、各々のシース管に関するこれらの情報を用いて、測定された温度値と、臨界温度値との比較を行ない、比較の結果に従って、出口開口部を開けるための開口ユニットを起動することができる。この装置によって、保守要員を振り向けることなく、吸収管が常時モニタされることが保証されている。
【００３７】
更に、不活性ガスが、すべての吸収管の中で、同一条件で、環状空間に導入され、それ故に、ソーラコレクタが、比較的長い時間に亘って、実際に達成可能な効率を下回って、不必要に作動されないことが保証されている。
【００３８】
本発明の他の態様は、吸収管の環状空間に不活性ガスを導入するための方法であって、以下の工程、すなわち、
-シース管の温度値を温度測定ユニットによって測定すること、
-シース管の測定された温度値を、比較ユニットによって、選択可能な臨界温度値と比較すること、および
-測定された温度値が臨界温度値を上回る場合のために、開始ユニットを起動し、前記出口開口部を開き、かつ、不活性ガスを環状空間に導入すること、を有する方法に関する。
【００３９】
本発明に係わる方法が、記載の順序で実行されることは好ましく、しかし、他の順序も考えられる。この方法の利点は、不活性ガスを環状空間に導入するための、本発明に係わる、対応の装置に関して議論された利点に一致する。
【００４０】
更に、追加の態様は、集光ミラーと、請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の吸収管と有するソーラコレクタに関する。本発明に係わるソーラコレクタの他の実施の形態は、更に、請求項２０に記載の吸収管の環状空間に不活性ガスを導入するための装置を有する。
【００４１】
本発明を、図面を参照し、好ましい実施の形態に基づいて詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ソーラコレクタの略図を示す。
【図２】本発明に係わる吸収管の第１の実施の形態を半断面図で示す。
【図３】本発明に係わる吸収管の第２の実施の形態を半断面図で示す。
【図４】本発明に係わる吸収管の第３の実施の形態を半断面図で示す。
【図５】本発明に係わる吸収管の第４の実施の形態を半断面図で示す。
【図６】本発明に係わる吸収管の第５の実施の形態を半断面図で示す。
【図７】本発明に係わる吸収管の第６の実施の形態を半断面図で示す。
【図８】不活性ガスを吸収管の環状空間に導入するための装置の略図を示す。
【図９】移行要素の単独図を示す。
【図１０】本発明に係わる第１の容器および本発明に係わる第２の容器の第１の実施の形態を、図５に定められた面Ａ-Ａに沿って切った断面図を示す。
【図１１】第１のおよび第２の本発明に係わる容器の第２の実施の形態を、図５に定められた面Ａ-Ａに沿って切った断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１には、知られたタイプのソーラコレクタ１０が示されている。該ソーラコレクタ１０は集光ミラー１２を有する。集光ミラーは、太陽放射線１４を反射し、かつ、反射された太陽放射線１６を吸収管１８に向ける。集光ミラー１２は、樋状に構成されている。それ故に、集光ミラーは、反射された太陽放射線を焦線に沿って集束させる。この焦線を通って、吸収管１８の長手方向軸線２０が延びている。
【００４４】
吸収管１８は、金属管２２およびシース管２４を有する。金属管２２は、放射線吸収層で被覆されており、熱伝達媒体によって貫流される。シース管２４は、金属管２２とシース管２４との間の環状空間２６が形成されるように、金属管２２を囲む。シース管２４は、典型的には、ガラスから構成される。集光ミラー１２の樋状の構成に基づいて、吸収管１８は、集光ミラー１２に向いた半体２８と、集光ミラーから離隔した半体３０とに分けることができる。
【００４５】
熱伝達媒体の流れ方向は、矢印Ｐによって示されている。熱伝達媒体は、金属管２２を貫流する際には、反射された太陽放射線１６によって加熱される。到達可能な温度は、約４００℃である。加熱された熱伝達媒体は、ここには詳述しないプロセスに供給される。このプロセスで、電気エネルギが得られる。吸収管１８の、集光ミラー１２から離隔した半体３０は、混合対流によって、すなわち自然対流によっておよび例えば風により強制された対流によって、冷却される。このことは、熱損失をもたらし、従って、熱伝達媒体の加熱プロセスを悪化させる。従って、金属管２２から外への熱伝導性を可能な限り減じることが試みられる。このことは、シース管２４によって形成される環状空間２６によって、なされる。該環状空間は、まず真空化されている。本発明によれば、作動中に、第１の容器４０を開けることによって、環状空間に不活性ガスを充填することができる。真空化されたおよび不活性ガスが充填された環状空間２６は、減じられた熱伝導性を有する。このことによって、熱損失が制限される。
【００４６】
図２には、本発明に係わる吸収管１８の第１の実施の形態が、半断面図で示されている。吸収管１８は、シース管および金属管の膨張を補償するための、およびソーラコレクタ１０の作動中の環状空間２８を気密に密閉するための膨張補償ユニット３２を有する。
【００４７】
シース管２４と金属管２２との間の、異なった膨張の故に生じる相対運動は、ベローズ３４によって補償される。シース管２４の膨張は、ここでは、移行要素３６および外輪３７を介して、ベローズ３４に伝達される。他方、金属管２２の膨張は、接続要素３８を介してベローズ３４に伝達されることができる。外輪３７は、溶接継目３９によって、移行要素３６に接続される。
【００４８】
吸収管は、不活性ガスが充填された第１の容器４０を有する。第１の容器４０は、保持装置５０によって、外輪３７に取り付けられており、かつ、出口開口部５２を有する。該出口開口部は、封止材５４によって閉じられている。封止材５４としては、例えば、金属製はんだ６２を用いることができる。金属製はんだは、熱作用下で溶融することができる。このことによって、出口開口部５２が開けられ、不活性ガスが環状空間２６に導入される。不活性ガスとしては、アルゴンまたはキセノンのような希ガスまたは他の不活性ガスを使用することができる。該不活性ガスは、低熱伝導率を特徴とする。封止材５４を開けるために必要とされる熱を、例えば、開始ユニット６７によって発生させることができる。この場合、開始ユニット６７は、熱を発生させることができるあらゆる適切な装置、例えば、加熱用ランプまたははんだごてであってもよい。発生された熱は、保持装置５０を介して、第1の容器４９に送られ、そこで、熱が、出口開口部５２を開く。
【００４９】
図３には、本発明に係わる吸収管１８の第２の実施の形態が示されている。吸収管１８は、この実施の形態では、第１の容器４０に追加して、ゲッタ材が充填されている第２の容器４２を有する。２つの容器は、環状空間２６内にある。第１の容器４０は第１の面４４を有し、第２の容器４２は第２の面４６を有する。２つの容器は、これらの面によって互いに接続されている。第１のおよび２の面４４，４６の法線ベクトルＮは、ここでは、吸収管１８の長手方向軸線２０に対し垂直に延びている。
【００５０】
図示した例では、２つの容器４０，４２は、閉じたリングまたは中空シリンダとして設計されている。第１の容器４０は、第２の容器４２に挿入されている。それ故に、両者は１つの構成要素４８を形成する。構成要素４８は、第２の容器４２を介して、保持要素５０によって移行要素３６に接続されており、かくして、環状空間２６内に取り付けられている。この代わりに、構成要素４８を、以下のような、すなわち、構成要素が移行要素３６に接触しており、摩擦結合（Reibschluss）および／または形状結合（Formschluss）によって自らの位置に固定されており、それ故に、保持装置５０がもはや不要とされるような、寸法にすることができる。
【００５１】
図４には、本発明に係わる吸収管１８の第３の実施の形態が、半断面図で示されている。この吸収管は、第１の実施の形態とは、第１の及び第２の面４４，４６の法線ベクトルＮが、吸収管１８の長手方向軸線２０に対し平行に延びている点で、異なっている。更に。２つの容器４０，４２は、同一の寸法を有し、長手方向軸線２０に沿って見て相前後して設けられている。
【００５２】
図５には、本発明に係わる吸収管１８の第４の実施の形態が、半断面図で示されている。ここでは、２つの容器４０、４２は、同一の寸法を有する半リング５６または半分の中空シリンダとして設計されている（図１０を参照せよ）。更に、第１の容器４０は、吸収管１８の、集光ミラー１２に向いた半体２８に設けられており、第２の容器４２は、集光ミラー１２から離隔した半体３０に設けられている。
【００５３】
図６に示した第５の実施の形態は、吸収管１８の、集光ミラー１２に向いた半体２８を示す。この半体には、第１の容器４０がある。前記複数の実施の形態とは異なり、保持装置５０は、ソルダーポイント５８として設計されている。該ソルダーポイントによって、第１の容器４０は、外輪３７に取り付けられている。この目的のために、外輪３７は、突出部６０を有する。該突出部は、出口開口部５２に突入している。
【００５４】
封止材５４として、金属製はんだ６２が使用される。該金属製はんだは、同時に、第１の容器４０を外輪３７に取り付けるために用いられる。ちなみに、第１の容器４０は、第３の実施の形態と同じに構成されており、同様に、第２の容器４２（ここでは図示せず、図１０を参照せよ）に接続されている。全体として、第１のおよび第２の容器４０．４２は、図示した例では、３つソルダーポイント５８´、５８´´、５８´´´によって、外輪３７に接続されている（図１０を参照せよ）。しかしながら、同時に、ソルダーポイント５８´のみが、第１の容器４０の出口開口部５２をも閉じている。このソルダーポイント５８にマークを付し、かつ、出口開口部５２を開けるために熱作用を、このソルダーポイントに、施さねばならないことを示すために、外輪３７は、この箇所で、マーキング６４を有する。該マーキングは、ここでは、凹部６６として設計されている。ソルダーポイント５８´が開けられるとき、第１のおよび第２の容器４０，４２が、ソルダーポイント５８´´および５８´´´によって、まだ十分に取り付けられている（図１０を参照せよ）。
【００５５】
図７に示されている第６の実施の形態では、第１のおよび（図示されていない）第２の容器４０，４２は、保持装置５０によって、移行要素３６に取り付けられている。吸収管１８は、出口開口部５２を開けるための開始ユニット６７を有する。該開始ユニットは、環状空間２６の外側に設けられた電気コイル６８と、金属ディスク７０とを有する。両者によって、封止材５４を誘導加熱し、かつ、出口開口部５２を開けることができる。ここでも、外輪３７に、出口開口部５２にマークを付するための凹部６６を備えることができる。その目的は、電気コイル６８を、正確な位置に取り付けるためである。
【００５６】
図８には、吸収管１８の環状空間２６に不活性ガスを導入するための装置７２が略示されている。該装置は、ここでは、図７に示された吸収管１８を有する。追加的に、該装置は、温度測定ユニット７４および比較ユニット７６を有する。両者は、電気ケーブル７８によって互いにかつ開始ユニット６７の電気コイル６８に接続されている。ケーブルレスまたはワイヤレスの接続も同様に考えられる。温度測定ユニット７４は、熱画像カメラまたは温度センサとして設計されていてもよく、シール管２４の温度値を測定する。この温度値は、コンピュータとして設計されてもよい比較ユニット７６に送られる。比較ユニットは、測定された温度値を、選択可能なかつ比較ユニット７５に入力可能な温度値と比較する。測定された温度値が臨界温度値を上回るとき、比較ユニット７６は、開始ユニット６７の電気コイル６８を作動させる。それ故に、第１の容器４０が開かれ、かつ、不活性ガスが吸収管１８の環状リング２６に導入される。
【００５７】
図９には、移行要素が単独で示されている。移行要素は、第１の直径ｄ１を有する第１の領域８４および第２の直径ｄ２を有する領域８６を具備する。移行要素３６のこの形状によって、剛性強化が達成される。それ故に、ソーラコレクタ１０の作動中の、および移行要素３６の、外輪３７との溶接中の熱入力の故の、移行要素３６と、シース管２４との間の結合部にかかる負荷が、減少される。
【００５８】
図１０および１１には、第１のおよび第２の容器４０，４２の異なった実施の形態が、図５に定められた断面Ａ−Ａに沿った横断面で示されている。図２ないし７の断面に沿った、２つの容器４０,４２の横断面は、円形または多角形であってもよい。図１０には、第１の容器４０は、第１のリング部分８０として、第２の容器４２は、第２のリング部分８２として設計されている。２つの容器は、ここでは、閉じたリング８８を共に形成する同じ大きさの半リング５６として設計されている。他の実施の形態も同様に考えられる。例えば、第１のリング部分８０は、４分の１リングとして、第２のリング部分８２は、４分の３リングとして構成されている。２つより多い容器および２つより多いリング部分への区分も同様に可能である。
【００５９】
図１１には、第１の容器４０および第２の容器４２が、夫々、半リング５６として設計されており、かつ、第１のリング部分８０および第２のリング部分８２を形成するが、互いに接続されてはいないという例が示されている。両者は、夫々個々に、環状空間２８に固定されねばならない。
【００６０】
本発明を、複数の好ましい実施の形態を参照して詳述した。明細書から当業者にとって明らかな変更例または変形例は、本発明の基礎になっている思想とは異ならず、かつ、以下の請求項によって定義される保護範囲によって包括される。
【符号の説明】
【００６１】
１０  ソーラコレクタ
１２  集光ミラー
１４  太陽放射線
１６  反射された太陽放射線
１８  吸収管
２０  長手方向軸線
２２  金属管
２４  シース管
２６  環状空間
２８  吸収管の、集光ミラーに向いた半体
３０  吸収管の、集光ミラーから離隔した半体
３２  膨張補償ユニット
３４  ベローズ
３６  移行要素
３７  外輪
３８  接続要素
３９  溶接継目
４０  第１の容器
４２  第２の容器
４４  第１の面
４６  第２の面
４８  構成要素
５０  保持装置
５２  出口開口部
５４  封止材
５６  半リング
５８  ソルダーポイント
６０  突出部
６２  金属製はんだ
６４  マーキング
６６  凹部
６７  開始ユニット
６８  電気コイル
７０  金属ディスク
７２  不活性ガスを吸引管の環状空間に導入するための装置
７４  温度測定ユニット
７６  比較ユニット
７８  ケーブル
８０  第１のリング部分
８２  第２のリング部分
８４  第１の領域
８６  第２の領域
８８  閉じたリング
ｄ１  第１の直径
ｄ２  第２の直径
Ｎ  法線ベクトル
【図１】
2013513080.tif 000003
【図２】
2013513080.tif 000004
【図３】
2013513080.tif 000005
【図４】
2013513080.tif 000006
【図５】
2013513080.tif 000007
【図６】
2013513080.tif 000008
【図７】
2013513080.tif 000009
【図８】
2013513080.tif 000010
【図９】
2013513080.tif 000011
【図１０】
2013513080.tif 000012
【図１１】
2013513080.tif 000013
【国際調査報告】
2013513080.tif 000014
2013513080.tif 000015
2013513080.tif 000016
2013513080.tif 000017
2013513080.tif 000018
2013513080.tif 000019