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CN102483264B - 辐射热集热装置 - Google Patents

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CN102483264B
CN102483264B CN201080023340.6A CN201080023340A CN102483264B CN 102483264 B CN102483264 B CN 102483264B CN 201080023340 A CN201080023340 A CN 201080023340A CN 102483264 B CN102483264 B CN 102483264B
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endothermic tube
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曼纽尔·朱利安·露娜桑切斯
亚伯·加西亚-米简戈麦兹
费尔南多·路达希门尼斯
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Aries Ingenieria Y Sist S S A
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Aries Ingenieria Y Sist S S A
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Abstract

本发明涉及一种集热装置，其包括至少一个集热单元(11)，该单元带有位于支撑件(23)上的吸热管(21)，吸热管由外罩管(33)和形状形成为连续的内吸热管(31)形成。集热单元(11)还包含有用于将辐射反射至吸热管的反光镜(15)。此外，该集热装置还包括用于将内吸热管(31)与外罩管(33)之间的吸热管(21)的空间的压力保持在5·10-1-5·10-2毫巴之间的装置(41和43)。

Description

辐射热集热装置
技术领域
本发明涉及一种辐射热集热装置，更具体地说，本发明涉及一种使用将太阳热辐射聚焦到吸热管上的抛物面反射镜的集热装置。
背景技术
目前使用槽式抛物面聚光镜(cylindrical parabolic concentrator)的太阳能集热装置均是基于一种被称为“SEGS”的太阳能热发电电站的建设，该电站于上世纪八十年代在美国开始使用。
已知的设计使用用作用于组成抛物型反光镜曲面的反光镜构件及吸热管的支撑件的结构，其中吸热管位于反光镜所构成的槽式抛物面的理论焦线上。这些结构通常由相互连接的模块组成，并配备有朝向调整装置，以通过跟随太阳的角度旋转，最大可能地收集光照量。
反射镜构件可采用不同的材料加工而成，并可采用不同的加工工艺及采用不同的支撑方式，不过，无论采用何种材料、工艺或支撑方式，其目标是实现最大可能的反射率及最高的几何精度，以根据反射和折射的光学原理，让反射后光线相对理论焦点的光截获偏离度尽可能的小。
这种装置的其中一个主要构件就是吸热管，吸热管负责以最大可能的效率吸收反光镜表面所反射能量，然后再将这些能量以尽可能高的效率传送给所使用的换热流体。为了防止热对流造成的损失，吸热管一般为金属材料结构，上面做有合适的镀层，然后外面使用玻璃管罩住；玻璃管与吸热管之间保持高度真空，一般需要采用玻璃-金属密封接缝工艺及高质量的金属-金属焊接工艺。在美国专利6,705,311中，描述了有关保证真空度的具体解决方案。
而在另一方面，这种要求在高度真空下完全密封的换热的装置的结构促进了用于吸氢的吸气器(Getter)系统的使用，如美国专利US2004134484中所披露的相关技术。
在目前工艺水平下，这种太阳能集热装置具有以下缺点：
-吸热管成本高。
-玻璃与金属之间的接缝会发生开裂，造成失去真空度，进而造成热能传递降低。
-玻璃管在接缝区发生碎裂。
-需要执行成本高昂的温度和真空脱气流程，以启动Getter系统。
-无法测量吸热管是否出现真空损失，或是特定跟踪监测构件具有很大的不确定性，在发生失效前所提供的监测信息可信度低。
-长久在低于工作温度的条件下，可能导致Getter系统中的氢气饱和，造成严重的热收益损失。
-在装置的运行寿命内，不可能有简易方式测量真空度。
-需要使用玻璃等材料作为罩管，由于要求高度的真空，需要玻璃金属封接。
-如果发生开裂，更换费用高。
-更换后的吸热管无法维修。
-由于需要使用波纹管和连接构件用于抵消内管和罩管之间的膨胀差，有用面积有限。
本发表的目的就是克服这些缺点。
发明内容
本发明的一个目的就是提供稳健、可控的光热电站，在电站装置使用寿命中，将由于装置部件破裂及更换部件时所需复杂维护操作造成的电站不可运行性降至最低水平。
本发明的目的还包括使光热电站具备灵活、成本优化的建设和开发。
本发明的目的还包括使光热电站有可能提高聚光系数，从而增加其热收益量(或热产出量)。
本发明的目的还包括提供能够提高吸热构件有效面积，从而增加其热收益量。
这些目标通过如下集热装置实现，该集热装置包括至少一套配有集热管(集热管由内吸热管和外罩管组成)的集热单元及用于聚光到集热管的反光镜，其中：
-内吸热管的形状为连续的管子。
-外罩管由多个分段组成，这些分段之间通过气密密封带由接头连接在一起，这种接头包括用于内吸热管的支撑和滑动装置。
-集热管支撑件带有刚性结构，并固定至集热单元的支承结构上。
-具有能够在装置工作时将内吸热管与外罩管之间空间的压力保持在5·10-1-5·10-2毫巴(mbar)之间的装置。
在本发明的一种优选实施方案中，集热装置采用抛物面反光镜采集太阳光照。
在发明的一种优选实施方案中，所述的集热装置还包含有将气体引入到集热管中的装置，以抽出氢气。将这种装置与生成真空的装置结合使用，可使特定装置能够监视和控制内吸热管和外罩管之间的中间区域内的真空度，及监视内吸热管和外罩管之间的中间区域内是否有氢气，这将有助于优化装置的热收益(或热产出)。
在本发明的一种优选实施方案中，构成外罩管的所有区段的接头均固定到集热管支撑件上。这样可以让集热装置非常牢固。
在本发明的一种优选实施方案中，部分构成外罩管的区段的接头在采用可替换的方式支撑在集热管支撑件上。这样可以减小集热装置的维护操作。
在本发明的一种优选实施方案中，外罩管由厚度在2.5至3.5mm之间的玻璃制成。这可使得集热装置的集热管具有很高的光学效率。
在本发明的一种优选实施方案中，外罩管采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。这样可以降低集热装置上集热管的成本。
在本发明的一种优选实施方案中，内吸热管的横截面形状为椭圆形。这使得集热装置上的集热管能够提高对太阳光照的利用率。
在本发明的一种优选实施方案中，采用横截面为圆形的内吸热管，管径在70到90mm之间，和/或集热管的布置方式保证焦距在1,700mm和1,900mm之间。这样使得集热装置具有更高的效率。
在本发明各种不同的优选实施方案中，外罩管分段的长度均在4到6米之间，内吸热管分段的长度均在12到16米之间，这样集热装置更易于组装。
通过下面结合附图具体描述说明本发明的目的的实施方式可以理解本发明的其它特点和优点。
附图说明
图1为根据本发明的集热装置的集热单元的透视图。
图2以示意图地方式示出了朝向根据本发明的太阳能集热装置的集热管的太阳辐射的定向。
图3为根据本发明的集热装置的集热单元末端部分的透视图。
图4示意性图示了根据本发明的由四个集热单元形成的集热装置中的真空形成过程。
图5为图示根据本发明的由四个集热单元形成的集热装置的气阻(gas drag)的示意图。
图6为显示了热损失与外罩管和内吸热管之间的空间内的空气和氢气的压力之间的关系。
图7与图2类似，除了内吸热管的横截面形状为椭圆形之外。
图8为根据本发明的集热装置中，外罩管的分段接头的第一实施例的透视图。
图9为所述接头的第一实施例的局部剖切透视图，图9a和9b为接头的两个区域的详细视图。
图10为图9中所示的接头的隔热头的剖面图。
图11为根据本发明的集热装置中，外罩管的分段接头的第二实施例的局部剖视图。
图12为图11中所示接头的纵剖局部视图。
图13为图11和图12中所示接头的隔热头的透视图。
图14为图11-13中所示接头的剖面图。
图15为根据本发明的使用外罩管的分段接头的第三实施例的集热装置的局部正视图。
图16为图17所示区域的详细视图，该区域包含两个接头和中间波纹管。
图17为图15-16中所示接头的局部剖面透视图。
图18为图17中所示接头的纵剖局部视图。
图19显示在本发明优选实施方案中，使用波纹管和隔离部件(dummycomponents)连接管段。
图20显示在本发明优选实施方案中，使用可伸缩套管和隔离部件连接管段。
图21显示了连接到齿部件的隔热陶瓷头的混合组合。
具体实施方式
图1示出集热装置的集热单元11，该集热单元11由两个带有反光镜15、15’的半集热器13、13’形成，反光镜15、15’将太阳光(或辐射)朝集热管21反射，集热管21沿所述反光镜15、15’的聚焦线延伸，集热管21放置在支架23上，支架23固定于集热单元11的支承和导向结构上。所述支承和导向结构的中间区域17内还包含有后面描述的真空系统和气阻系统(gas drag system)的部件19。
油或其他流体循环流过集热管21，并由太阳辐射加热并传输到热交换器，或是如果使用水蒸汽作为换热流体，则直接传输到涡轮机，以产生电能等；或是传输至使用流体热能的其他装置。如图2中所示，集热管21用于接收反光镜15所反射的光线，集热管包括内吸热管31和外罩管33，如图中示出的，内吸热管31和外罩管33之间的空间在集热单元11工作时处在受控的真空度。
在现有技术已知的设备中，内吸热管31的直径约为70mm，焦距F1位于大约1700mm处；众所周知，这些值的大小是由抛物面聚光镜的特性决定的，以优化反射后光线的截获率。
内吸热管31和外罩管33可采用当前光热电站技术使用的材料，一般内吸热管为带有选择性涂层的金属管，外罩管为玻璃材料管。
在本发明的一种优选实施方案中，外罩管33采用玻璃制成，厚度为2.5至3.5mm之间；对于硼硅玻璃，厚度首选3mm。
外罩管33还可采用其他适用的透明材料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，包括可以选择对其做紫外线过滤防护处理。
在本发明的一种优选实施方案中，内吸热管31由长度在12至16米之间的焊接管段构成，外罩管33由长度在4至6米之间的管段制成。外罩管33的所述管段可由伸缩套管连接在一起，使得外罩管33的有效长度可达原长的98.5％和99％之间。
内吸热管31和外罩管33可通过可拆卸的临时支撑件组装在一起，待管段部件焊接和闭合后好，可以将该临时支撑件拆除。此外，管段之间可安装适应性的固定系统，最好是球形约束接头(bridle joints)，以使得部件之间能够允许角度偏移或错位。
在本发明的优选实施方案中，在组装过程中，焊接管段的连接包括由隔离部件(dummy components)123、125隔离包括在外罩管33内的管段。如图19中所示，包含有补偿波纹管124的接头允许通过压缩该波纹管而焊接内管段；而隔离部件123(最好为陶瓷材料制成)将保持在外管段之间的连接区域内，直至内吸热管31焊好，且波纹管返回到其非压缩状态。
在本发明的另一种优选实施方案中(图20)，外罩管33管段之间通过位于所述外罩管33中的伸缩套管127连接，而不是使用波纹管连接。这种实施方案具有增加外罩管33有效长度的优点。在图19中所示的实施方案中，可使用一个或多个隔离部件125，以在焊接或切割内吸热管31时对外罩管33进行隔离。
外罩管33的管段接头位于支撑件23上，其形状如下面所述形成为满足三个目的：外罩管33和内吸热管31之间的中间空间可能承受真空；当外罩管33的管段由于温度升降而可能发生膨胀/收缩时，不会影响所述中间空间的完好性和气密性；可为内吸热管31提供一个支撑和滑动底座，以使其能够在上面自由膨胀和收缩。在本发明的其他实施方案中，每根内吸热管31中所包含的每对相邻的管段可由共用的支撑件23提供支撑。
这样，内吸热管31可以独立于外罩管33自由膨胀；而后者的膨胀则可由管段之间的接头吸收掉；因此，延伸过整个装置的二者之间的中间空间可作为真空室。在每根集热管21的尾部，通过波纹管25(见图3)聚集内吸热管31相对最后一根支撑件23的总膨胀量，而不会向外罩管33传递环化荷载。因此，波纹管25是上面所述真空室的闭合构件。
图4和图5以示意图的方式显示了根据本发明的集热装置的真空系统和气阻系统，该集热装置包含四个集热单元11，每个集热单元由两个半集热器13、13’形成。
对于每个集热单元11，真空系统包括位于中央的真空泵41和位于两端的真空泵43。图4示出了在所有真空泵41和43处于工作状态下的气流。
气阻系统包括连接到每一个集热单元11的中间部分的送气元件45。图5示出了该系统由送气元件45启动且在两端的真空泵43处于工作状态下的气流。作为替代方案，气阻系统可仅包含一部交换泵(commutable pump)，该泵连接到每一个集热单元11的中间部分，每一个集热单元11的中间部分包括用于抽出(drag)集热单元11内部的气体的气体蓄存系统，以便根据非同步的方式管理每一个半集热器13和13’内部的压力状态。
下面描述根据本发明的集热装置的工作过程。
集热装置通过沿单轴或双轴(对于热发电运用，最好沿单轴)朝辐射源定向而接收直接辐射，通过加热内吸热管31的表面，对其内部循环的导热油进行加热。就在集热装置朝向辐射热源定向前，真空泵41和43开始在内吸热管31和外罩管33之间的空间内生成真空，直至在整个长度上均达到5·10-1到5·10-2毫巴之间的最大压力。这种压力几乎足以完全避免真空腔内主要是空气时可能形成的热损失；当气体为氢气时则不是这样，如图6中所示，曲线27和29分别显示了对于空气和氢气的热损失与压力之间的关系。图6摘自“Technical Report：Heat transferanalysis and Modeling of a Parabolic Trough Solar Receiver Implementin Engineering Equation Solver.R.Forristel”。外罩管33的接头(下面详细说明)使得集热装置可以实现该真空度，而不需要采用带气密密封、GTMS焊接和吸气器(Getter)系统的高真空集热管。当开始加热时，内吸热管31的温度上升至其最高温度(400℃至600℃之间)，因此会造成管子长度膨胀，沿支撑件及放置在接头上的定位装置滑动，这些定位装置均设计为点接触。外罩管33的支撑件23为固定式，因此，在所述的过程中会保持在规定的位置。
在集热装置工作过程中，由于内吸热管31的部件表面产生脱气作用，仅在需要时执行真空操作。装置可根据其内部的直接脱气系统执行日常的真空操作，而不需要在装配前，对每根内吸热管执行所述操作。若由于存在氢气而造成热损失增加，将会执行气阻操作，该气阻操作包括通过送气元件45将特定的气体，如干燥空气、二氧化碳或传导系数等于或低于空气的其他气体引入到真空腔中；控制所引入气体的流量和/或温度以在使用玻璃外罩管时，防止出现潜在的热冲击；以及利用真空系统进行随后的排出。通过前面所述操作，可在需要时控制氢气的局部压力，进而控制由于已有气体混合物及真空腔的压力所造成的热损失率。若外罩管33由适用的透明塑料材料如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成，则不会出现上面所述的热冲击风险。
真空系统和气阻系统均为电子可编程和可控系统，设计成基于每次的需要，动态地控制真空度，而省去了确保数千根集热管持续25年达到10-4mbar的真空度的复杂性。
内吸热管31和外罩管33之间的独立性还使得内吸热管31可以做成如图7中所示的椭圆形状，其长半轴朝向抛物面的轴向方向定向，以特别是在抛物面15的端部提高对反射光线的截获率，在抛物面15的端部，在对焦区内，这里最可能出现分离。由于在不同点上抛物面和焦点之间距离存在差值，抛物面指定点上所反射光线的概率分布可转换成一个孔径角(angular aperture)β，其线性角“a”为到相关点的焦点的距离“d”的函数。图7显示了对于在抛物面15的大致中心位置和端部位置处的P1和P2两点(距离分别为d1和d2)的线性角a1和a2的不同。如果内吸热管31采用椭圆形状，与使用圆形几何形状相比，可以提高系统的热收益量，同时覆盖相同的面积所使用的材料更少。同样的，横向部分的辐射损失也小于圆形的等同物。
对于外罩管33的管段接头，下面根据图8至图10描述本发明的第一种实施方案。
每个接头51包括：
-两个带有轴向紧固机构的法兰53和53’(图8和图9中未显示这种法兰中所使用的典型螺栓，但是都显示了法兰上的开口)，这种结构包括斜面55和55’，二者通过接触构件59和59’与位于外罩管33的管段35和35’端部的扩大边缘57和57’配合；这些部件均具有高弹性和低硬度，以防止玻璃内产生局部应力。
-环61，位于法兰53和53’之间，该环上有两个气密带63和63’，用于保持真空度，同时在支撑件23上设有固定底座69。
-约束到环61上的隔离头62，及用于内吸热管31的支撑和滑动装置，支撑和滑动装置包括内径向齿64，其提供与内吸热管的点接触，并允许内吸热管31以使得摩擦和磨损最小化的适当的摩擦性能滑动。隔离头62还起到隔热的功能，以最大程度地降低热传导产生的损失。隔离头最好为陶瓷材料。
在本发明的可选实施方案(图21中所示)中，隔离头62还可由多种材料混合构成，优选地，结合陶瓷头129，陶瓷头129插入有齿部件131，齿部件131可由硬度较低且具有适当几何形状的其他材料制成，以提高所述齿部件131和内吸热管31之间的接触点处摩擦性能的同时，又确保不会影响热隔离性能。
隔离头62通过浮动接触(floating contact)与支撑环61相连接(图9a、9b)。所述的浮动接触可避免由于材料之间热膨胀系数和温度不同而出现的热径向膨胀不同而在隔离头62和支撑环61之间产生热应力，而用作热障。
如前面所述，外罩管33的管段35和35’的端头55和55’采用了加大结构，以与法兰53和53’相配合；此外，对其端头区域56进行了保护，以防止聚光IR和太阳辐射。
接头51的这种结构充分利用了由于温度增加外罩管33出现的膨胀，具体地，由于其位置固定，在环61的底座69固定到支撑件23上时，会对密封带63产生辅助的压紧效果。
热隔离系统可保证密封带63、63’区域内的温度不会超过100℃；因此，可以使用满足相关要求的不同材料。这表示，外罩管33的温度取决于其所使用的材料，不过，在任何情况下，其所采用材料所产生的有限膨胀都将被密封带63和63’吸收。外罩管33的管段35和35’的紧固和接触构件必须具有足够的灵活性，以在其发生位移时，能够在径向保持其位置。法兰53、53’的倾斜表面55、55’即设计用于实现此目的。所使用的坡度角Ω是紧固系统的弹性及所述系统需要承受的荷载(每空载重量)的函数，此会形成一个作为所述角度Ω的函数的正交分量。
此外，隔离头62用于以充足的传导率连接真空腔或隔热腔，其设计要考虑到内吸热管31和外罩管33之间所形成真空腔端点之间的压力差，最大压力差始终不超过5*10-1毫(mbar)。为此，横截面的水力直径必须至少大于外罩管33的内径和内吸热管31的外径所限定的环形部分的直径的75％。
在第二种实施方案中，参照图11-14，接头81包括：
-两个带有径向紧固装置(图中未示)的夹紧法兰83、83’，该夹紧法兰83、83’连接至固定至支撑件23上的框架84和84’。
-隔离头85，一方面，具有槽87、87’，槽87、87’设计成容纳外罩管33的一对管段35，35’，并留有足够的间隙；另一方面，具有用于内吸热管31的支撑和滑动装置，所述支撑和滑动装置包括内径向齿86，内径向齿86为内吸热管31提供了点接触，并允许内吸热管31以使得摩擦和磨损最小化的适当的摩擦性能滑动。隔离头85还起到热隔离的功能，以最大程度地降低热传导产生的损失。隔离头最好为陶瓷材料。
-位于隔离头85横向开孔及所述安装槽87、87’边缘处的两对密封带89、89’，密封带使得所述的管段35和35’保持在密封带之间，因此，使得内吸热管31和外罩管33之间的中间空间能够保持真空度。
在法兰83、83’和隔离头85之间，放置一个中间部件88，该中间部件88由弹性体材料制成，并设计成用于保证紧固法兰83、83’所产生的作用力在隔离头85上均匀分布。管段35、35’所产生的膨胀由密封带89和89’的小变形吸收。
尽管接头51和81的结构不同，不过，其功能是等同的。
在本发明的第三种实施方案中，如图15-18中所示，外罩管33的两个管段36和37组成的管段组通过固定到支撑件23上的接头95连接在一起，该管段组的端头通过成对的接头95’与其他相邻管段组相连接，其中成对的接头95’以可移动的方式通过波纹管97支撑于支撑件23上，波纹管97通过波纹管97的收缩功能便于内吸热管31的部件在两个接头95’之间的焊接操作，同时，波纹管97使得装置易于组装。
如图15中所示，管段36和37所组成的管段组长度为L(例如12米)，该管段组在中间通过接头95固定到支撑件23上，在两端通过接头95’以可移动的方式固定至支撑件23上。然后，各管段组的端头接头95’通过波纹管件97相连接。箭头f指示了由于外罩管的管段36和37出现膨胀造成的端头接头的移动。
对于最大温差100℃，玻璃外罩管23的管段36和37的轴向膨胀可按每6米膨胀2mm计算；因此，由管段36和37组成的每个管段组端头处的支撑件23应允许接头95’出现约3mm的位移。
波纹管件97具有以下三个功能：
-吸收相邻玻璃管段的轴向移动，根据上面所述，可按不超过6mm考虑。
-保证内吸热管31和外罩管33之间所形成真空腔的连续性。
-通过使用波纹管97，使得内吸热管的部件在需要时可以拆下，以进行维修。
接头95、95’包括：
-两个法兰101和101’，具有第一紧固装置103、103’和第二紧固装置104、104’，第一紧固装置103、103’和第二紧固装置104、104’由封装拉伸弹簧组成；两个法兰101和101’的结构包括斜面105和105’，斜面105和105’通过接触构件109和109’与外罩管33的管段36和37’的端部的扩大边缘107和107’配合，接触构件109和109’由诸如特氟纶的低弹性常数和中等硬度的材料制成。
-环111，位于法兰101、101’之间，该环上有两个气密带113和113’，设计成用于保持真空度，同时在支持件23上设有支撑底座119。由于紧固装置103、103’以及104、104’的紧固作用，气密带113、113’始终保持预定的压紧度(气密带113、113’由带有适用涂层的弹性体材料制成，以在其使用寿命中保持其特性)，例如其直径的20％，而不论换热流体的工作温度，以及因此不论与外罩管33和内吸热管31的工作温度。在接头95中，支撑底座119与支撑件23相连接；在接头95’中，支撑底座119支撑于支撑件23上使得支撑底座119可以在支撑件23上滑动。
-连接至环111的隔离头112，具有用于内吸热管31的支撑和滑动装置，所述支撑和滑动装置包括内径向齿114，内径向齿114为内吸热管提供点接触，并允许内吸热管31能够以使得摩擦和磨损最小化的适当的摩擦性能滑动。同时，其还包含一个“平底锅”样式的内保护件121，121用于保护密封带113、113’和接触构件109和109’，防止由于光学误差，其被反光镜所产生的可能会到达它们的聚焦光线损坏。隔热头112还起到热隔离的功能，以最大程度地降低热传导产生的损失。隔热头的首选材料为陶瓷，尽管也可以考虑采用其他的实施方案，如图21中所示。
根据本发明的集热装置，至少可在以下方面优于现有技术中已知的各种抛物面聚光装置：
-圆形吸热管31的直径，该直径可在70-90mm之间，若吸热管采用椭圆形或其他横截面形状，可为等同尺寸。
-焦距FI，该值可在1,700-1,900mm之间。
这主要是因为更高的光学精度，该更高的光学精度通过采用刚性支撑件23及集热管21不会出现显著移动而实现。这使得吸热管31的位置与热流体的温度无关。当前系统通过刚性支撑件的旋转位移吸收轴向膨胀，因此，可导致吸热管的位置偏离理论位置，若不考虑到加工和组装精度，根据设计原理进行计算，该偏离值平均可达到12mm，最大可达到24mm。在运送到电站之前，通过使用刚性支撑23，可将内吸热管31组装到集热装置11中，这会大大改进集热装置的装配工艺。
此外，由于使用连续的内吸热管31，不再使用玻璃—金属接头及用于补偿热膨胀(由于内管和外管之间膨胀差，每6米膨胀差约为25mm)的中间波纹管，提高了集热管21的有用集热面积，预计可达到总长度的97-98％之间。
与现有技术的太阳能集热装置相比，根据本发明的集热装置具有以下优点：
●不再需要GTMS焊接。
●每米长度内阴影区更小。更多有效集光表面。
●不需要用于控制氢气的Getter系统。
●由于可采用固定支撑件，可实现更高的光能收益。在端头处吸收膨胀。
●可使用非圆形几何形状的吸热管，具体来说，可以使用椭圆形几何形状的吸热管，这提高了光能收益。
●易于组装和使用。不需要进行脱气以实现高真空度。
●不需要高气密性接头。
●由于降低了疲劳应力，减小了玻璃破裂。
●由于不再需要GTMS焊接及降低了端头处所承受的应力，因此，可减小玻璃外罩管的厚度。由于厚度降低，光传播性更佳，提高了光能收益。
●通过对真空度和是否有氢气进行主动管理，与气密系统不同，现在可以了解每次的位置以及监管其进展(或发展)。
●易于加工。
●降低了对真空度的要求。
●不再需要在密封的腔体内使用Getter系统和真空控制构件。
●吸热管相对理论焦点具有更高的位置精度，因为其在膨胀过程中可在固定支撑件上移动。
●可在运送到电站前将内吸热管31组装到集热装置11中，简化装配工艺。
对于所述发明的实施方案，可以执行包括在下面权利要求所定义的保护范围内的那些修改。

Claims (24)

1.一种辐射热集热装置，包括：
－至少一个集热单元（11），该集热单元配备有反光镜（15）和放置在支撑件（23）上的集热管（21），所述集热管由内吸热管（31）和外罩管（33）形成，外罩管由通过接头（51、81、95、95’）连接在一起的多个管段（35、35’、36、37）形成，所述反光镜（15）将光辐射朝向所述集热管（21）引导，
其特征在于，所述集热装置还包括：
－加压装置（41、43），所述加压装置当所述集热装置工作时，将所述内吸热管（31）与所述外罩管（33）之间的空间的压力保持在5×10-1–5×10-2mbar之间；
－用于内吸热管（31）的支撑和滑动装置，所述支撑和滑动装置包括具有内径向齿（64、86和114）的多个隔热头（62、85和112），
其中，所述多个管段（35、35’、36、37）与接头（51、81、95、95’）通过气密带（63、63’、89、89’、113、113’）连接，所述气密带能够吸收所述管段（35、35’、36、37）的轴向和径向热膨胀;
所述接头（81）包括固定至支撑件（23）的法兰（83,83’)及用于所述法兰的径向紧固装置；且
具有内径向齿（86）的隔热头（85）带有横向槽(87,87’)，所述内径向齿（86）用于支撑所述内吸热管（31）并且使得所述内吸热管（31）滑动，所述横向槽（87、87’）用于容纳所述外罩管（33）的在成对的气密带（89,89’）之间的每一对管段(35,35’)。
2.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
由所述隔热头(62,85,112)和气密带(63,63’,89,89’,113,113’)所提供的热隔离使得所述气密带(63,63’,89,89’,113,113’)区域内的温度保持在100℃以下。
3.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
所述内吸热管（31）的最高工作温度在400℃至600℃之间。
4.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
所述隔热头(62,85,112)由陶瓷材料制成。
5.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
所述隔热头(129)由陶瓷材料和金属材料混合制成。
6.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
所述内吸热管（33）的形状形成为连续管。
7.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
所述集热装置还包含闭合构件（25），所述闭合构件（25）聚集所述内吸热管（31）相对支撑件（23）的总膨胀/收缩量，而不会不利地影响外罩管（33）的完整性及所述外罩管（33）与内吸热管（31）之间的气密性。
8.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
所述集热管（21）的支撑件（23）的形状形成为刚性结构，并且被固定到所述集热单元（11）的支承结构上。
9.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
每个集热单元（11）由两个半集热器(13,13’)形成，并且在中间和端部与所述加压装置（41,43）相连接。
10.根据权利要求9所述的集热装置，其特征在于：
所述加压装置（41,43）是真空泵。
11.根据权利要求10所述的集热装置，其特征在于：
所述集热装置还包括连接到每一个集热单元（11）的中间部分的构件（45），该连接到每一个集热单元（11）的中间部分的构件用于与连接到每一个集热单元（11）的端部的真空泵（43）配合以引入允许将外罩管（33）与内吸热管（31）之间的集热管（21）的空间内存在的氢气抽出的气体。
12.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
所述外罩管（33）由玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制成。
13.根据权利要求12所述的集热装置，其特征在于：
所述外罩管（33）在由玻璃制成的情况下，其厚度在2.5至3.5mm之间。
14.根据权利要求12所述的集热装置，其特征在于：
所述外罩管（33）包括紫外线过滤器防护处理。
15.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
所述内吸热管（31）具有圆形横截面，且其直径在70至90mm之间。
16.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
所述内吸热管（31）具有椭圆形横截面。
17.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
所述集热管（21）的有用集热面积在其总长度的97%至98%之间。
18.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
所述集热管（21）的有用集热面积在其总长度的98%至99%之间。
19.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
焦距FI在1700mm至1900mm之间。
20.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
所述外罩管（33）的由所述接头(51,81,95,95’)连接在一起的管段的长度在4到6米之间。
21.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
所述内吸热管（31）的通过焊接连接在一起的管段的长度在12到16米之间。
22.根据权利要求21所述的集热装置，其特征在于：
所述外罩管（33）的管段之间的连接通过伸缩套管（127）完成。
23.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于：
太阳辐射通过抛物面反光镜收集。
24.根据权利要求7所述的集热装置，其特征在于：
所述闭合构件（25）为波纹管。
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