用于真空密封地封闭双壁玻璃管的方法与流程

文档序号:11106144
用于真空密封地封闭双壁玻璃管的方法与制造工艺

本发明涉及一种太阳能收集器,所述太阳能收集器由双壁玻璃管构成。尤其,本发明涉及一种用于真空密封地封闭双壁玻璃管的方法和一种用于真空密封地封闭双壁玻璃管的设备。



背景技术:

在太阳能热收集器中,最有效的系统是:使用具有外部的增透层、例如由MgF2构成的增透层的双壁玻璃管。然后,将要加热的液态介质(水)直接在内管中加热。在双壁之间的介质用于热绝缘。在理想情况下,所述介质是真空。在所述方法方式中需要:在真空室中,在真空下直接在MgF2蒸镀工艺之后,以首先敞开的另一端部可靠地封闭在一个端部处已经熔化的双壁玻璃管。

借助于燃气火焰、借助于激光器的加热以及在玻璃焊料辅助下进行根据现有技术的、用于在真空下熔化双壁玻璃管的最后的方法步骤。在之前提到的方法中的缺点是,例如,火焰法在真空中的操作是成问题的,尤其要考虑由燃烧残渣构成的杂质。这通常引起密封性问题。激光法的缺点是:例如在真空接收器中聚焦是非常耗费的并且是成本高的。此外,必须从外部加热玻璃焊料。



技术实现要素:

能够视为本发明的目的的是,提出一种尤其在生产和制造太阳能收集器时用于真空密封地封闭双壁玻璃管的方法。

根据一个实施例,提出一种用于真空密封地封闭具有内玻璃管和外玻璃管的双壁玻璃管的方法。所述方法具有如下步骤:在真空室内部存在期望的负压的情况下,在真空室内部提供双壁玻璃管。作为下一步骤提出:借助于至少一个加热导体在双壁玻璃管的第一端部处以导电的方式加热外玻璃管和/或内玻璃管。在第三步骤中,以导电的方式加热的玻璃管在双壁玻璃管的第一端部处变形,尤其持久地变形,使得外玻璃管和内玻璃管接触进而气密地封闭双壁玻璃管的第一端部。

因此,提供一种在真空条件/负压条件下真空密封地封闭双壁玻璃管的方法,所述方法的操作简单,丝毫不产生杂质或燃烧残渣并且也关于在从相应的部件输送到真空中时的常见的密封性问题方面是不成问题的。根据本发明的以导电的方式的加热不需要附加材料、例如焊料,在激光工艺中的金属的辅助元件等。这允许在真空接收器中、即在真空室中进行简单的安装,并且对于至少一个加热元件的供电仅需要最小的真空穿通件。能够实现到双壁玻璃管的直接的热传递和因此快速的工艺控制。

所述用于真空密封地封闭双壁玻璃管的方法尤其能够是用于制造太阳能收集器的生产方法或生产方法的一部分。

在方法的一个实施例中,在真空室中将内玻璃管和外玻璃管之间的空隙抽真空。至少一个加热导体同样位于真空室中并且安装在那。显然地,在本实施例中和在本发明的任意其他实施例中能够使用两个或也使用更多个加热导体或加热模块。在下文中,在实施例的段落中详细阐述本发明的所述方面。加热导体在真空室内部的设置能够实现通过将加热导体直接安置到双壁玻璃管的表面上来加热和封闭这两个玻璃管。在此,加热导体能够施加到玻璃管的内表面和/或外表面上。这能够实现到玻璃管的表面上的直接的热传递。能够直接在抽真空过程之后借助于导电的加热导体进行一个或多个表面的接触。如果期望,那么在此双壁玻璃管能够旋转,使得确保均匀的加热。这是实施例的在下文中再详细阐述的部分。

双壁玻璃管的第一端部的变形例如能够通过移动所使用的加热导体来进行。但是,在否则静止的、不移动的加热导体的情况下移动双壁玻璃管也是本发明的一部分。在使用两个加热导体的情况下、例如在使用如图2中示出的两个加热导体半部的情况下,能够通过将相应的加热导体半部相对彼此在垂直位置中移动来进行变形。在实现期望的变形之后能够将加热导体从双壁玻璃管移除,使得能够使用冷却过程。

对于使用两个加热导体的情况,因此能够将所述两个加热导体设置用于加热外管和内管,使得能够进行这两个管的同时加热。此外,存在根据另一实施例的附加的可能性:在单独的室隔间中蒸镀吸收层、例如增透覆层。所述方法基本上能够实现减少抽真空时间进而能够实现更合理的生产流程。换言之,借助于根据本发明的方法,如果期望在蒸镀工艺之后或直接在蒸镀工艺之后,在负压/真空下可靠地封闭在一个端部处已经熔化的双壁玻璃管。在此,之前提到的蒸镀工艺是根据本发明的另一实施例的可选的补充。

例如,能够借助于一个或多个陶瓷加热导体、尤其借助于硅渗透的碳化硅(SiSiC)加热导体进行根据本发明的以导电的方式进行的加热。尤其,这种加热导体能够构成为,使得所述加热导体的轮廓形状配合地容纳要封闭的玻璃管。换言之,能够通过一个或多个加热导体部分地或完全地环绕双壁玻璃管的环周,并且在相应的接触面处用于到双壁玻璃管的热传递。

在此,变形和封闭的过程仅能够持续几秒。然而也可行的是:根据本发明的方法在较长的时间段期间执行。用于在太阳能收集器领域中使用的玻璃管的玻璃的典型的熔化温度为200和500℃之间。因此,双壁玻璃管在该范围中通过加热导体进行加热是本发明的一部分。双壁玻璃管通过加热导体所达到的优选的温度范围是300℃和350℃之间的范围。然而也可行的是:使用其他材料、例如石英玻璃,由此熔化温度升高至1000℃。典型地,在真空室内部使用10-2mbar的负压或还更小的压力。然而也可行的是:使用不同的压力,而不脱离本发明的保护范围。

在此可行的是:或者以导电的方式仅加热外玻璃管,或者以导电的方式仅加热内玻璃管,或者以导电的方式加热外玻璃管和内玻璃管。根据图2的示例的实施例示出:从外部安置的部分圆柱作为加热导体接触双壁玻璃管的外管,并且将热能输出给所述外管。同样可从图3中获取直观的描述。然而,本发明的一部分是:加热导体沿着纵轴线引入双壁的管中并且从内部接触、加热、变形双壁玻璃管的内玻璃管,进而将整个管封闭。这两个加热和变形可能性的组合也是本发明的一部分。

根据一个实施例,所提供的加热导体输送和/或移向双壁玻璃管,并且借助于电流将加热导体加热。由于与玻璃管的直接接触,玻璃管被加热并且达到其熔点。借助于玻璃管和加热导体之间的相对运动能够使之前以导电的方式加热的玻璃管变形,使得整体上产生玻璃管的气密地封闭的端部。换言之,在加热导体内部产生电流,所述电流引起加热导体的加热。

在此,全自动化地执行所述方法或者也借助于用户干预执行所述方法。例如,能够将双壁玻璃管手动地引入真空室、即接收器中,然而全自动地引入真空室中也是可行的。

根据本发明的另一实施例,通过在真空室内部的至少一个加热导体进行以导电的方式加热和变形。

换言之,双壁玻璃管不仅通过加热导体加热,而且通过所述加热导体变形。例如,能够借助于机械的控制装置、例如借助于液压的提升或下降设备在真空室内部移动加热导体,所述加热导体直接或间接地设置在所述机械的控制装置上。所述关于加热导体移动的方面能够示例地从实施例中得到,所述实施例在图2和3中示例地描述。

根据本发明的另一实施例,所述方法具有产生双壁玻璃管和加热导体之间的相对运动的步骤,由此引起双壁玻璃管在第一端部处变形。

在此,一个或多个加热元件的平移运动例如用于:使双壁玻璃管的外部的玻璃壁在其加热的状态中向内压到内部的玻璃壁上。两个加热导体的这种平移运动例如能够从图2和3得到。然而也可行的是:通过加热导体执行旋转和平移运动的组合。因为其为相对运动,所以同样可行的是:一个或多个加热导体在方法执行期间静止地设置,并且通过相应的设备移动双壁玻璃管,使得在玻璃管处产生变形和尤其引起的气密的封闭。

根据本发明的另一实施例,在方法中使用至少两个加热导体。在此,在本实施例中,两个加热导体作为部分罩构成用于包住双壁玻璃管的各一部分。因此,本实施例的方法还具有如下步骤:借助于第一加热导体至少部分地包住外玻璃管,并且具有如下步骤:借助于第二加热导体至少部分地包住外玻璃管。通过垂直于双壁玻璃管移动两个加热导体以使以导电的方式加热的玻璃管变形和气密地封闭,实现双壁玻璃管的期望的封闭。

在图2的示例的、非限制性的实施例中说明两个部分罩形式的加热导体的这种垂直的移动。因此在此,产生两个加热导体和双壁玻璃管的外玻璃管之间的形状配合,使得从加热导体到玻璃管的特别良好的导热是可行的。这缩短方法的持续时间并且能够实现特别有效的封闭方法。

本发明的一个或多个加热导体能够由不同的材料构成。一方面,为一个/多个加热导体提供陶瓷材料。优选能够是硅渗透的碳化硅(SiSiC)。对于SiSiC替代地,例如能够使用碳纤维增强的碳(CFC)或碳纤维增强的碳化硅。在此,C纤维也能够通过SiC纤维取代。原则上考虑将致密烧结的SiC考虑作为加热导体材料,当然,电流流动特性不完全表现为如在其他提到的特性中那样好。

对于陶瓷的加热导体材料替代地,也能够使用金属的加热导体。例如镍和/或镍基合金、钽和/或钽基合金、铌和/或铌基合金。使用由前述材料构成的混合物也是本发明的一部分。

根据本发明的另一实施例,加热导体由陶瓷形成、尤其由硅渗透的碳化硅(SiSiC)形成。

材料SiSiC由于其良好的热导率根据本实施例优选使用在本发明的封闭方法中。以电的方式在SiSiC中产生热实际上同样是特别有利的。SiSiC是由SiC多孔基本结构构成的复合材料。以熔化金属冶金的方式将硅渗透到所述结构中,由此实现无孔的均匀的复合结构。根据本发明,所述复合结构是极好的加热导体并且以有利的方式适合于本发明的所述实施例。

根据本发明的另一实施例,通过将加热导体直接安置到双壁玻璃管的表面上以及在将真空室抽真空过程之后来以导电的方式进行加热。

根据本发明的另一实施例,将位于内玻璃管和外玻璃管之间的体积抽真空。

要注意的是:对于本发明而言,原则上,低真空条件、即大约0.01mbar是足够的。当然,当用户期望并且对于具体应用情况需要较小的压力时,同样能够使用较小的压力。当然,原则上要考虑的是:由此可实现的提高的热绝缘作用反对成本密集的高或高度真空工艺。

根据本发明的另一实施例,在以导电的方式加热期间产生内玻璃管和外玻璃管相对于加热导体的旋转运动。

例如可行的是:使加热导体围绕静止的玻璃管以旋转运动的方式来运动。替选地同样可行的是:将加热导体静止地设置在真空室中并且产生玻璃管的旋转运动。然而,这两种旋转运动的组合也是可行的。例如,双壁玻璃管能够安置到滚动引导装置上,所述滚动引导装置是根据本发明的设备的一部分。在此情况下,所述滚动引导装置同样设置在真空室中。管的不通过加热导体加热的部分能够置于用于产生旋转的滚动引导装置上。电驱动器能够旋转所述滚动引导装置,使得整体上能够产生双壁玻璃管相对于至少一个加热导体的旋转运动。根据本发明的设备的相应的电子装置的相应的控制装置同样是本发明的一部分。

由于至少一个加热导体和玻璃管之间的相对旋转,能够确保均匀的加热。这能够实现可靠地封闭加热的玻璃区域,而不使本身还未达到在管中所需的温度的区域变形。

根据本发明的另一实施例,所述方法具有如下步骤:在玻璃管变形和气密地封闭之前,在双壁玻璃管的外表面上蒸镀附加层、尤其增透层。

例如,增透层能够是MgF2层。然而也可行的是:使用其他材料,以便在真空室内部对双壁玻璃管覆层。

根据本发明的另一实施例,提出一种用于真空密封地封闭具有内玻璃管和外玻璃管的双壁玻璃管的设备。根据另一实施例,所述设备构成和设置为用于执行根据本发明的其中所描述的方法。

根据另一实施例,所述设备具有真空室,以在所述真空室内部提供期望的负压。此外,所述设备具有保持元件,以在真空室内部固定双壁玻璃管。同样,所述设备具有用于以导电的方式加热双壁玻璃管的至少一个加热导体。所述设备构成为,用于使双壁玻璃管在玻璃管的一个端部处变形,使得双壁玻璃管的第一端部能够气密地被封闭,其中所述双壁玻璃盖固定在保持元件上且通过加热导体以导电的方式加热。

换言之,所述设备提供如下功能:将保持和固定在设备中的双壁玻璃管在真空/负压下借助于电能和到双壁玻璃上的热传导加热,使得所述双壁玻璃管可机械地变形并且借助于例如加热导体的移动将双壁管挤压到一起。因此,所述设备构成为,用于使所述管端部变形和气密地封闭。随后,能够将加热导体从双壁玻璃管移除,使得能够使用冷却过程。

在此,在本实施例中或在任意其他实施例中可行的是:所述设备包含这种双壁玻璃管。然而,将设备根据其具有双壁玻璃管的功能进行描述,由此说明设备的结构上的和功能上的特征和特性。

根据本发明的另一实施例,所述设备具有第一部分圆柱罩作为第一加热导体,以及具有第二部分圆柱罩作为第二加热导体。在此,两个部分圆柱罩构成用于直接地且形状配合地接触和包住由保持元件固定的双壁玻璃管的外玻璃管。

所述实施例能够从图3的还未详细说明的实施例中够得到。图4同样示出在此提到的所述实施例的这种特征。

根据另一实施例,所述设备具有第一气动设备和第二气动设备。在此,第一气动设备构成为,用于将第一加热导体沿朝第二加热导体的方向移动。第二气动设备构成为,用于将第二加热导体沿朝第一加热导体的方向移动。

换言之,借助于气动设备产生双壁玻璃管和两个加热导体之间的相对运动,使得借助于外玻璃壁和/或内玻璃壁的期望的变形可实现期望的封闭。在此,在本实施例中或任意其他实施例中,所述设备能够匹配于不同的玻璃管。例如,能够减小或增大所使用的加热导体的间距,使得能够加工不同的玻璃管的不同的直径。

根据本发明的另一实施例,加热导体构成为,用于在以导电的方式加热期间执行移动,使得实现使双壁玻璃管变形和封闭。

在此,加热导体也能够构成为,用于在加热之后执行移动。能够通过不同的机械驱动器和/或电驱动器进行移动。例如,能够通过气动设备控制加热导体以平移移动,使得玻璃管被挤压到一起。

根据本发明的另一实施例,设备的保持元件通过至少一个加热导体提供。优选地,保持元件以部分圆柱罩的形式构成。

换言之,在本实施例中,加热导体提供固定双壁玻璃管以及以导电的方式加热玻璃管的功能。如从图3中能够示范性地得出:玻璃管在那置于下部的部分圆柱形的加热导体上,并由所述加热导体保持。同样,通过上部的部分圆柱形的加热导体进一步进行固定,由此在工艺期间实现稳定性。

根据另一实施例,所述设备具有供电单元,所述供电单元以20至400伏的工作电压工作。供电单元是直流电流源。换言之,玻璃管通过一个/多个加热导体在20至400伏的工作电压下加热。

根据另一实施例,所述设备具有交流电单元作为供电单元。在需要较高电压水平时尤其表明是这种情况。因此,能够减少可能的等离子电弧。

附图说明

下面,根据附图详细深入本发明的实施例。

图1示出根据本发明的一个实施例的用于真空密封地封闭双壁玻璃管的方法的流程示意图。

图2示出贯穿根据本发明的一个实施例的用于真空密封地封闭双壁玻璃管的设备的一部分的横截面。

图3示出根据本发明的一个实施例的用于真空密封地封闭双壁玻璃管的设备。

图4示出用于真空密封地封闭双壁玻璃管的设备的另一实施例。

在下文中参照附图根据优选实施例的示意描述再次更详细地阐述本发明。从中也得到本发明的其他细节和优点。

在图中的描述是示意性的且不是符合比例的。在附图描述中,对相同的或类似的元件使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1的方法是用于真空密封地封闭双壁玻璃管的方法并且尤其能够视为用于制造太阳能收集器的生产方法或生产方法的一部分。在图1中用步骤S1示出:在真空室内部存在期望的负压的情况下,在真空室内部提供双壁玻璃管。这种玻璃管能够视为太阳能收集器。在步骤S2中,以导电的方式加热外玻璃管和/或内玻璃管,更确切地说在双壁玻璃管的第一端部处加热。这借助于使用至少一个加热导体进行。以导电的方式加热的玻璃管在双壁玻璃管的第一端部处变形,使得外玻璃管和内玻璃管接触进而气密地封闭双壁玻璃管的第一端部。该变形和封闭的步骤在图1中用步骤S3示出。

在此要注意的是:所述实施例能够通过之前和之后描述的步骤来补充。例如,能够产生双壁玻璃管和加热导体之间的相对运动,由此使双壁玻璃管在第一端部处变形和封闭。同样,能够将位于内玻璃管和外玻璃管之间的体积抽真空。附加地或替代地,能够产生双壁玻璃管相对于加热导体的旋转运动。这能够通过例如滚动设备实现,所述滚动设备同样是根据本发明的设备的相应的真空室的一部分。根据图1的方法能够实现通过直接安置加热导体、尤其陶瓷加热导体来加热和封闭两个玻璃管,并且能够实现直接在抽真空过程之后进行到玻璃管的表面上的直接的热传递。例如,能够通过将相应的加热导体相对于彼此移动进行变形。同样存在如下可能性:在单独的室隔间中蒸镀吸收层。因此,图1的方法能够实现减少抽真空时间,进而实现更合理的生产流程。同样,在真空室中简单的安装是可行的。在真空区中仅需要对加热导体供电。到双壁玻璃管上的直接的热传递和因此快速的工艺控制能够通过图1的方法实现。

图2示出用于真空密封地封闭双壁玻璃管206的设备200的一部分。在此,图2在上部示出在双壁玻璃管变形之前和封闭之前,双壁玻璃管206的以及与加热导体202、204的相应的接触的状态。与此相对,在图2的下部中示出在玻璃管变形之后和气密之后的双壁玻璃管206。图2的实例的两个加热导体202、204构成为,使得所述加热导体的轮廓形状配合地容纳要封闭的玻璃管206、尤其外部的子管201。双壁玻璃管的环周通过两个加热导体部分地环绕,并且在接触面处进行期望的热传递。因此,在此形成两个加热导体和双壁玻璃管的外玻璃管之间的形状配合,使得从加热导体到玻璃管的特别良好的导热是可行的。图2示出外玻璃管201和内玻璃管203的横截面。同样,在图2的上部中示出分别处于加热位置中的、即与双壁玻璃管206接触的第一加热导体202和第二加热导体204。在此,箭头205表示:产生加热导体202、204与双壁玻璃管206之间的相对运动、尤其相对旋转。

在图2的下部中示出在变形之后的外玻璃管201并且同样示出在变形之后的内玻璃管203。同样在图2的下部中示出处于变形位置的第一加热导体202,而且也图2中示出处于变形位置中的第二加热导体204。换言之,所述设备构成为,用于使双壁玻璃管206在玻璃管的一个端部处变形,使得气密地封闭双壁玻璃管的第一端部,其中所述双壁玻璃管固定在保持元件(在图2中未示出)上且通过加热导体202、204以导电的方式加热。这个状态在图2的下部中示出。在此要说明的是:图2的上部中的第一加热导体202的位置与图2的下部中的加热导体202的位置相同。同样的内容适用于在图2的上图中示出的第二加热导体204和在图2的下图中示出的第二加热导体204。设备200构成为用于产生双壁玻璃管和加热导体202、204之间的相对运动,由此在第一端部处引起双壁玻璃管的变形。在此,在图2的下部中用附图标记207示出:由于两个加热导体的移动,在方法结束时,这两个加热导体与在方法开始时相比相对于彼此更近地设置,如这在图2的上部中示出。在图2的实例中,这两个加热导体分别沿径向方向相向移动。这例如能够通过用于产生移动的液压的或气动的机械装置实现。示例的实施方式根据图3阐述。

图3示出用于真空密封地封闭双壁玻璃管的设备300的另一实施例。在此,设备300借助于其部件和具有双壁玻璃管的功能进行描述,由此说明设备300的结构上的和功能上的特征和特性。在此,设备300具有用于外管的上部的第一加热导体301并且在图3中在加热位置中示出。同样,设备300具有用于外管的下部的加热导体,所述下部的加热导体同样在加热位置中示出。设备具有上部的气动缸303,借助于所述上部的气动缸能够产生上部的加热导体的竖直运动。所述平移运动用箭头311在图3中表明。在图3中,外玻璃管以304示出而内玻璃管以305示出。同样,电端子306和307设置在设备300的右侧和左侧上。如从图3中能够得出:下部的加热导体302以部分圆柱罩的形式构成并且提供用于双壁玻璃管的保持元件。同样,上部的加热导体301固定双壁玻璃管的位置。下部的气动缸309以与上部的气动缸303类似的方式实现下部的加热导体的平移运动。在此,在设备300中存在基板308,在基板上侧向地设置有引导杆310,所述引导杆引导加热导体的平移运动,所述平移运动通过气动缸303和309产生。根据图3的设备的进一步构成的实施例,在设备300中存在滚动引导装置,所述滚动引导装置能够在加热期间产生双壁玻璃管的旋转。所有部件、尤其气动缸和旋转设备的相应的电控制装置同样能够包含在内。同样从图3中得出:呈第一和第二加热导体形式的两个部分圆柱罩以与外玻璃管直接且形状配合地接触且对其进行包住的形式构成。整体上,所述设备能够实现在制造太阳能收集器时、尤其在真空密封地封闭双壁玻璃管时减少抽真空时间,所述双壁玻璃管用作太阳能收集器。

图4示出用于真空密封地封闭双壁玻璃管的设备400的另一实施例。设备400具有用于外管的上部的加热导体401和用于内管的加热导体402。在此,外管用403表示而内管用404表示。同样,用于外管403的下部的加热导体405在图4中示出。衬套406用于绝缘。衬套406具有电绝缘体的功能。本发明的用户能够根据需求选择衬套406的材料。由于相对高的工艺温度,通常不考虑例如由塑料构成的绝缘体。非常适合的例如是氧化陶瓷的材料,例如氧化铝、氧化锆、氧化钇、氧化硅或其混合物。此外,还考虑铝硅酸盐的物质种类,例如莫来石和堇青石。供电单元407优选构成为直流电源/直流工艺。由于可能的等离子击穿,应不超过大约800伏。但是在一些情况下,大于800伏的电压也是可行的。适合于工艺的、与加热导体的电阻率、其横截面积和长度相关的工作电压处于20至400伏的范围中。作为交流电单元的实施方案同样是可行的,并且当应以更高电压水平运行时尤其是这种情况。因此,能够减少可能的等离子击穿。

图4的设备400具有由矿物材料构成的支架408,所述支架直至1400℃是电绝缘的。在此,能够使用不同的材料。在此,图4的上部的、之前所描述的部分是根据本发明的设备在加热阶段之内的状态。在图4的下部中,现在示出根据本发明的设备400在变形阶段之内的状态。在此,外管409以其变型的配置示出。同样,用于外管401的上部的加热导体在向下移动的位置中示出。用于内管的加热导体402同样在下部中示出以及也示出内管404和用于外管的下部的加热导体405。支架408同样在图4的下部中示出。同样的内容适用于衬套406和系统407。

本发明原则上能够用于不同类型的用于真空密封地封闭双壁玻璃管的方法,并且不局限于权利要求1和从属权利要求的特征的所说明的组合。此外,得到其他的可能性:将从权利要求、实施例的描述中或直接从附图中得出的各个特征彼此组合。

补充地需要指出:“包括”不排除其他元件或步骤,并且“一个”或“一”不排除复数。此外,要指出的是:参照上面的实施例所描述的特征或步骤也能够以与其他上文所描述的实施例的其他特征或步骤组合地使用。在权利要求中的附图标记不视为限制。

再多了解一些
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