專利名稱：用于將太陽光線轉(zhuǎn)換成熱能的吸收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將太陽光線轉(zhuǎn)換成熱能的吸收器，尤其應(yīng)用 在太陽能收集器中，該吸收器被傳熱介質(zhì)流過。
背景技術(shù)：
太陽能收集器用于將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，并且使之成為能利用的。
太陽能收集器基本上由一個(gè)吸收器和一個(gè)管路系統(tǒng)構(gòu)成，該吸收器由 一種帶有好的導(dǎo)熱性的材料例如銅或鋼構(gòu)成，液體或氣體通過該管路
系統(tǒng)將吸收的能量從吸收器輸送到得到的熱能的使用地點(diǎn)。為了提高 太陽能收集器的工作溫度，可以使用附加的光學(xué)設(shè)備，例如定日鏡或 拋物面凹槽，以便將太陽光線聚焦到吸收器上。
吸收器通常由一個(gè)黑色的表面，這通過施加一種黑色素的漆實(shí)現(xiàn)， 以便確保對太陽能最大的吸收能力。然而在此的缺點(diǎn)是，當(dāng)吸收器在 一個(gè)帶有相應(yīng)有效功率的太陽能收集器內(nèi)例如一個(gè)太陽能發(fā)電廠內(nèi)使 用時(shí)，在大面積的光學(xué)設(shè)備中用于將射入的陽光集中到吸收器上，以 便實(shí)現(xiàn)高的吸收器溫度，這可能導(dǎo)致破壞吸收器涂層或油漆。為了所 述涂層或油漆及其色彩不過快地被破壞，因此吸收器本身被固定在抽 成真空的玻璃管內(nèi)，以便防止氧氣進(jìn)入，然而這一方面提高成本，并 且另一方面要求定期清潔抽成真空的玻璃管，因?yàn)榉駝t所述玻璃管本 身可能被加熱，并且從而可能被破壞，然而這可能必須切斷相應(yīng)的設(shè) 備。

發(fā)明內(nèi)容
與此相對，本發(fā)明的目的是，提供一種被傳熱介質(zhì)流過的用于將 太陽光線轉(zhuǎn)換成熱能的吸收器，尤其應(yīng)用在太陽能收集器中，該吸收
器即使在高功率的太陽能收集器中使用時(shí)也允許廉價(jià)的且盡可能無維 修的使用。
所述目的按本發(fā)明通過如下方式解決，即吸收器基本上由一個(gè)無 細(xì)孔的由深色材料制成的陶瓷構(gòu)成。即本發(fā)明的中心思想在于，代替 帶有深色尤其是黑色油漆或涂層的金屬管，使用無細(xì)孔的陶瓷管，所 述陶瓷管本來就由一種深色材料制成，這一方面具有的優(yōu)點(diǎn)是，吸收 器不必額外涂黑，并且另一方面消除通過包封的方式防止氧氣進(jìn)入到 真空管內(nèi)的必要性。此外通過使用陶瓷存在下述的可能性，即取決于
使用的光學(xué)設(shè)備允許吸收器溫度直到遠(yuǎn)超過40(TC，尤其直到800°C， 甚至更高。
按本發(fā)明在此建議，無細(xì)孔或密封的陶瓷是一種以碳化硅(SIC) 為基礎(chǔ)的非氧化陶瓷，尤其是工程碳化硅，其中該碳化硅具有高的導(dǎo) 熱性和小的熱膨脹性，并且此外在非常高的溫度時(shí)也可使用。工程碳 化硅由于存在雜質(zhì)而呈深色(黑色到綠色)，其中色度隨著碳化硅的純 度的增加而降低。
作為特別合適的以碳化硅為基礎(chǔ)的非氧化陶瓷，主要是無壓力燒 結(jié)的碳化硅(SSIC)和反應(yīng)結(jié)合的硅滲透的碳化硅(SISIC)，而且也 可以使用液相燒結(jié)的碳化硅(LPSIC)、熱壓的碳化硅(HPSIC)以及 熱均衡壓制的碳化硅(HIPSIC)。
無壓力燒結(jié)的碳化硅(SSIC)由碾碎的SIC精細(xì)粉末制成，該 SIC精細(xì)粉末與燒結(jié)添加劑一起在通常的陶瓷成型方案中加工，并且 在2000至2200°C時(shí)在保護(hù)氣體下被燒結(jié)。SSIC由于高的強(qiáng)度而出眾， 該強(qiáng)度直到大約1600。C的高溫時(shí)幾乎保持不變。此外該材料具有高的 耐溫度交變性、高的導(dǎo)熱性、高的耐磨性和金剛石般的硬度。
與此相對，反應(yīng)結(jié)合的硅滲透的碳化硅(SISIC)例如由大約85 至94%的SIC和相應(yīng)15至6%的金屬硅(Si)構(gòu)成。此外SISIC實(shí)際 上沒有殘余細(xì)孔性。這通過如下方式實(shí)現(xiàn)，即由碳化硅和碳制成的成 型體用金屬硅滲透。液態(tài)硅和碳之間的反應(yīng)導(dǎo)致一種SIC結(jié)合基體， 其中剩余的細(xì)孔空間用金屬硅充滿。所述制造技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，與粉末
燒結(jié)技術(shù)相比，構(gòu)件在硅化過程中不產(chǎn)生收縮。因此能制造特別大的
或長的具有精確尺寸的吸收器。SISIC的使用范圍雖然由于金屬硅的 熔點(diǎn)限制在大約1380°C，但是直到該溫度范圍SISIC具有高的強(qiáng)度和 耐腐蝕性以及良好的耐溫度交變性和耐磨性。
因此總之碳化硅由于特性如高的硬度、即使在高溫時(shí)的耐腐蝕性， 高的耐磨性、即使在高溫時(shí)的高的強(qiáng)度、直到非常高的使用溫度的抗 氧化性、良好的耐溫度交變性、小的熱膨脹性和非常高的導(dǎo)熱性而出 眾。尤其小的熱膨脹是特別有利的，其中吸收器構(gòu)成為管形的，或者 如在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中規(guī)定的，由多個(gè)密封地互相連接的管形 元件構(gòu)成。這種吸收器尤其在太陽能發(fā)電廠中使用，所述太陽能發(fā)電 廠使用拋物面內(nèi)部收集器，所述拋物面內(nèi)部收集器由拱形鏡子構(gòu)成， 所述鏡子將陽光聚焦到一根在收集器焦線上延伸的吸收器管上，該吸 收器管通過支架固定在收集器的焦線上。這樣的收集器的長度并且從 而使用的吸收器管的長度可以根據(jù)結(jié)構(gòu)類型在20至150米之間，其中 各個(gè)互相連接的管形吸收器元件通常具有大約2至4米的長度。此外 上面列舉的碳化硅的特性允許盡可能地放棄在現(xiàn)有技術(shù)中規(guī)定的用于 承受長度膨脹、支承重量和防止在使用的吸收器材料的高溫時(shí)變形的 措施。
為了能將多個(gè)構(gòu)成為管形的吸收器簡單地連接成一個(gè)唯一的吸收 器元件，按本發(fā)明可以規(guī)定，兩個(gè)管形元件的連接通過一個(gè)插塞連接 實(shí)現(xiàn)。這種類型的連接允許快速裝配，然而缺點(diǎn)是，它對于縱向力是 敏感的，然而所述縱向力由于按本發(fā)明的使用帶有小的熱膨脹性的非 氧化陶瓷僅僅很小地出現(xiàn)。然而也可以想像的是，使用法蘭連接或螺 紋連接用于連接兩個(gè)管形元件。
然而也可以附加地規(guī)定，為了固定插塞連接設(shè)有金屬夾，所迷金 屬夾防止在吸收器內(nèi)出現(xiàn)的縱向力松開插塞連接。
由于碳化硅例如反應(yīng)結(jié)合的硅滲透的碳化硅(SISIC)的特性，
該碳化硅在制造過程中不產(chǎn)生收縮，各個(gè)管件可以非常精確地制造， 這甚至能使各個(gè)管形元件在沒有附加密封的情況下精確配合且密封地
互相連接。然而按本發(fā)明可以規(guī)定，插塞連接的密封借助于一個(gè)硅樹 脂密封件實(shí)現(xiàn)，該硅樹脂密封件與管形元件的管子形狀相適配，或者 插塞連接的密封通過耐火的油骨或粘結(jié)劑實(shí)現(xiàn)。
作為傳熱介質(zhì)可以使用液態(tài)或氣態(tài)的載熱流體，如水、液態(tài)鈉、 異丁烷、導(dǎo)熱油或過熱的水蒸汽等等。當(dāng)導(dǎo)熱油用作為傳熱介質(zhì)時(shí)，
溫度可以達(dá)到直到390°C，所述溫度在一個(gè)熱交換器中用于產(chǎn)生蒸汽， 并且然后輸入到一個(gè)傳統(tǒng)的蒸汽渦輪機(jī)內(nèi)。過熱的水蒸汽相反在直接 產(chǎn)生蒸汽時(shí)使用，直接產(chǎn)生蒸汽在沒有熱交換器的情況下也行，因?yàn)?加熱的水蒸汽直接在吸收器管內(nèi)產(chǎn)生，并且輸入到一個(gè)蒸汽渦輪機(jī)內(nèi)， 這在使用拋物面內(nèi)部收集器時(shí)能使溫度超過500°C。此外當(dāng)按本發(fā)明 的吸收器在太陽能發(fā)電廠中使用時(shí)，其中太陽光線借助于成百上千的 自動(dòng)拋物面鏡子(定日鏡)集中到中央吸收器上，最大溫度能達(dá)到大 約1300 °C。
按本發(fā)明可以附加地規(guī)定，傳熱介質(zhì)由硅油構(gòu)成，該硅油由于小 的揮發(fā)性、粘度的小的溫度系數(shù)、耐火性和對于酸和堿的高耐性而出 眾，然而也具有高的電阻和低的表面張力。此外硅油是氣味或味覺中 性的以及在生理學(xué)上中性的。通過使用按本發(fā)明的帶有以硅油為基礎(chǔ) 的傳熱介質(zhì)的吸收器可以實(shí)現(xiàn)直到遠(yuǎn)超400。C、尤其直到800'C、可能 甚至更高的溫度。


下面參考附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明的實(shí)施例。其中
圖1 拋物面內(nèi)部收集器的透視圖，該拋物面內(nèi)部收集器包括按 本發(fā)明的吸收器；
圖2兩個(gè)通過插塞連接互相連接的管形吸收器的連接位置的橫截 面圖3在圖2中示出的插塞連接的放大的視圖； 圖4按本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的插塞連接的放大的視圖，類似 于圖3;
圖5按本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的插塞連接的放大的視圖；
具體實(shí)施例方式
圖1示出一種拋物面凹槽轉(zhuǎn)換器10的透視圖。拋物面凹槽轉(zhuǎn)換器 IO具有一個(gè)長形的反射器12,該反射器一般由玻璃構(gòu)成，該玻璃涂有 一層銀并且從而作為鏡子。在橫截面內(nèi)反射器12具有拋物面形狀，并 且在反射器12的未示出的焦線上存在一個(gè)由大量單個(gè)吸收器-管件 16構(gòu)成的長形的吸收器14，傳熱介質(zhì)例如硅油、導(dǎo)熱油或水蒸氣在該 吸收器內(nèi)循環(huán)。載熱體和吸收器管14的結(jié)構(gòu)在圖1中未示出。
由大量反射器元件13構(gòu)成的反射器12具有一個(gè)支承結(jié)構(gòu)18，該 支承結(jié)構(gòu)基本上由大量固定在地面上的支架20構(gòu)成，并且具有一個(gè)固 定在所述支架上的骨架結(jié)構(gòu)22，該骨架結(jié)構(gòu)不僅無變形地支承各個(gè)反 射器元件13，而且用于安置支承元件24，用所述的支承元件24將吸 收器管14始終固定在反射器12的焦線上。此外為了能使反射器12 跟蹤陽光，設(shè)有未示出的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，這些旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置允許骨架 結(jié)構(gòu)22相對于支架20在回轉(zhuǎn)軸承26上轉(zhuǎn)動(dòng)，其中示出一個(gè)回轉(zhuǎn)軸承。
在吸收器14的相對的端部28和30上，所述吸收器14與一個(gè)管 路系統(tǒng)32連接，該管路系統(tǒng)具有一根輸入管34，通過該輸入管傳熱 介質(zhì)可以導(dǎo)入到吸收器14內(nèi)；以及具有一根輸出管36，通過該輸出 管導(dǎo)出傳熱介質(zhì)。此外取決于使用的傳熱介質(zhì)可能的是，傳熱介質(zhì)或 者首先輸入到一個(gè)未示出的用于產(chǎn)生蒸汽的熱交換器內(nèi)，然后該蒸汽 輸入到傳統(tǒng)的蒸汽渦輪機(jī)內(nèi)，或者當(dāng)過熱的水蒸汽直接在吸收器管內(nèi) 產(chǎn)生時(shí)，所述的水蒸汽在沒有中間連接熱交換器的情況下直接輸入到 一個(gè)蒸汽渦輪才幾內(nèi)。
圖2是兩個(gè)吸收器管件16、 16的連接部的橫截面圖，所述吸收器 管件在本實(shí)施方式中都是吸收器14的一部分。每個(gè)吸收器管件16由 一種以碳化硅為基礎(chǔ)的無細(xì)孔的/密封的非氧化陶資構(gòu)成，該碳化硅以 工程形式存在并且是深色的。使用的碳化硅具有非常高的硬度、即使 在高溫時(shí)的耐腐蝕性、高的耐磨性、即使在高溫時(shí)的高的強(qiáng)度、直到
高的使用溫度的抗氧化性、良好的耐溫度交變性、小的熱膨脹性、非 常高的導(dǎo)熱性和良好的摩擦特性。
優(yōu)選使用無壓力燒結(jié)的碳化硅(SSIC)和反應(yīng)結(jié)合的硅滲透的碳 化硅(SISIC)，該碳化硅由于其制造方法使構(gòu)件在硅化過程中不產(chǎn)生
收縮，由此可以制造特別大的具有精確尺寸的構(gòu)件。因?yàn)榇送馓蓟?只有小的熱膨脹性，也可以使用非常長的相應(yīng)帶有許多單個(gè)吸收器管
件16的吸收器14，而不必關(guān)注吸收器管14的軸向膨脹。
然而可選的也可以使用液相燒結(jié)的碳化硅(LPSIC)或熱壓的碳 化硅(HPSIC)以及熱均衡壓制的碳化硅(HIPSIC)，這些碳化硅也 屬于密封的或無細(xì)孔的碳化硅一類。
使用的工程碳化硅由于存在的雜質(zhì)取決于純度呈深色(淡綠色/ 深綠色、黑色、灰色)，以便不必還將管子額外涂黑，由此也不必通過 包封的方式防止氧氣進(jìn)入到真空管內(nèi)，以便防止過快地破壞吸收器涂 層或色彩，如這在現(xiàn)有技術(shù)中是必需的。
如在圖2中可見，兩個(gè)所述吸收器管件16、 16通過一個(gè)插塞連接 互相連接，其中一個(gè)吸收器管件16的尖端38嵌入到一個(gè)鄰接的吸收 器管件16的套筒端40內(nèi)，這使快速裝配成為可能。傳熱介質(zhì)的流動(dòng) 方向在圖2中通過一個(gè)箭頭42示出，并且從管件的套筒端流到其尖端。 此外插塞連接附加地通過未示出的固定夾或固定螺釘固定，以便防止 插塞連接松開。
圖3示出圖2的插塞連接的放大視圖，在該視圖內(nèi)可見，插塞連 接附加地通過合適的陶資粘結(jié)劑或金屬陶瓷粘結(jié)劑44密封，該粘結(jié)劑 不含有機(jī)溶劑，不可燃，并且可以在遠(yuǎn)超1000。C的溫度范圍內(nèi)使用。 然而可選地也可以使用其他耐火的粘結(jié)劑或具有直到1700。C耐溫性 的密封油骨或陶乾粘結(jié)材料，它們在兩個(gè)所述吸收器管件的連接區(qū)域 內(nèi)以液態(tài)形式加入并且在硬化后可靠地連接吸收器管件16。
圖4示出本發(fā)明的一種可選的實(shí)施方式，在該實(shí)施方式中兩個(gè)吸 收器管件如在圖3中通過一個(gè)插塞連接互相連接，其中一個(gè)吸收器管 件16的一個(gè)尖端38導(dǎo)入到另一個(gè)吸收器管件16的套筒端40內(nèi)。然
而附加地在該實(shí)施方式中設(shè)有一個(gè)硅樹脂密封件46，以便密封該插塞 連接。在圖4中示出的實(shí)施方式中， 一個(gè)吸收器管件16的尖端38設(shè) 有一個(gè)斜角48，以便一方面便于尖端38導(dǎo)入到另一個(gè)管件16的套筒 端40內(nèi)，而且作為硅樹脂密封件46的套裝助手，以便在將尖端38 導(dǎo)入到套筒端40內(nèi)時(shí)不夾住該硅樹脂密封件。在所示實(shí)施方式中不僅 尖端38而且套筒端40具有各一個(gè)用于接納硅樹脂密封件46 (該硅樹 脂密封件在圖4中示出為O形環(huán))的槽或空隙50或52，以便用所述 的方式能附加地固定兩個(gè)互相連接的吸收器管件16、 16。
圖5示出本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，在該實(shí)施方式中兩個(gè)吸收器 管件16、 16如在圖4中通過一個(gè)插塞連接互相連接，其中一個(gè)吸收器 管件16的一個(gè)尖端38導(dǎo)入到另一個(gè)管件16的套筒端40內(nèi)，其中插 塞連接通過一個(gè)硅樹脂密封件54密封。然而該實(shí)施方式與在圖4中示 出的實(shí)施方式的不同在于，尖端38不僅如在圖4中所示的成斜角，而 且構(gòu)成為一個(gè)瓶頸狀逐漸變細(xì)的尖端38和一個(gè)相應(yīng)對立構(gòu)成的喇-八 形的套筒端40。此外在該實(shí)施方式中彈性體的套筒密封件(硅樹脂密 封件)54不是嵌入到槽或空隙內(nèi)，而是面狀地貼靠在尖端38與套筒 端40之間，以便密封連接區(qū)域。
在裝配彈性體的套筒密封件54時(shí)，該套筒密封件"干式地"插到一 個(gè)(左側(cè)的)吸收器管件16的尖端38上，然后外面涂上潤滑劑，同 樣在另 一個(gè)(右側(cè)的)吸收器管件的套筒密封件40的內(nèi)側(cè)上涂上潤滑 劑。現(xiàn)在帶有插上的密封件的(左側(cè)的)吸收器管件16裝到另一個(gè)(右 側(cè)的)吸收器管件16的套筒端40上，并且與套筒密封件54 —起壓入 到套筒端40上，其中尖端38通過套筒密封件54的圓錐形狀在套筒端 40內(nèi)對中。
尖端38的在圖5中示出的瓶頸狀的形狀只是示例性地選擇，并且 取決于使用的套筒密封件可以不同地構(gòu)成，例如帶有一個(gè)較長或較短 的頸部，帶有不同的材料厚度等等。此外所述插塞連接的類型也可以 附加地通過一個(gè)未示出的固定夾或固定螺釘固定，以便防止插塞連接 松開。
然而此外也可能的是，代替設(shè)置在一個(gè)相應(yīng)吸收器管件16的一端 上的套筒端40，可以將這些端部構(gòu)成為尖端并且設(shè)有單獨(dú)的套筒，所 述套筒在兩個(gè)需要連接的管件上移動(dòng)。然而可選地也可能的是，取決 于使用的碳化硅的材料特性使用其他類型的連接，例如法蘭連接或螺 紋連接，以便用這種方式在吸收器內(nèi)能實(shí)現(xiàn)較高的壓力。
權(quán)利要求
1.用于將太陽光線轉(zhuǎn)換成熱能的吸收器，尤其應(yīng)用在太陽能收集器(10)中，該吸收器被傳熱介質(zhì)流過，其特征在于吸收器(14)基本上由無細(xì)孔的深色陶瓷構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的吸收器，其特征在于無細(xì)孔的陶瓷是 以碳化硅為基礎(chǔ)的非氧化陶瓷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸收器，其特征在于碳化硅以工程形 式存在。
4. 根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的吸收器，其特征在于吸收 器(14)構(gòu)成為管形的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的吸收器，其特征在于吸收器(14)由 多個(gè)密封地互相連接的管形元件(16、 16)構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的吸收器，其特征在于兩個(gè)管形元件(16、 16)的連接通過插塞連接實(shí)現(xiàn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的吸收器，其特征在于為了固定插塞連 接設(shè)有金屬夾。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的吸收器，其特征在于插塞連接的 密封借助于硅樹脂密封件(46)實(shí)現(xiàn)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的吸收器，其特征在于插塞連接的 密封通過耐火的油骨或粘結(jié)劑(44)實(shí)現(xiàn)。
10. 根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的吸收器，其特征在于設(shè) 有一個(gè)將太陽光線反射到吸收器(14)上的鏡子(12)。
11. 根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的吸收器，其特征在于傳 熱介質(zhì)優(yōu)選由硅油構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將太陽光線轉(zhuǎn)換成熱能的吸收器，尤其應(yīng)用在太陽能收集器(10)中，該吸收器由無細(xì)孔的深色陶瓷構(gòu)成，其中吸收器(14)被傳熱介質(zhì)流過。
文檔編號F24J2/48GK101351674SQ200680050181
公開日2009年1月21日 申請日期2006年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
發(fā)明者格拉爾德·格貝爾 申請人:格拉爾德·格貝爾