专利名称：集热器模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及管状集热器模块，它有一个具有用于载热介质的入口和出口的集管、至少一个同轴线流经它的集热管，该集热管有一个套管、一个吸热管和一个同轴管。
背景技术：
该被同轴流经的集热管属于具有一个直接流经的吸热器的集热管。这些集热管有一个套管、一个吸热管和一个同轴管。这三种管一个套一个，套管在最外面，吸热管与套管偏心或同轴地放置，同轴管与套管同轴地放置。套管和吸热管彼此之间相互密封。在套管与吸热管之间的空隙内，存在真空或惰性气体。这首先用来使吸热管与外界隔绝。吸热管覆有吸热材料以吸收太阳热能。为了继续传输这些热能，载热介质流过吸热管。在同轴流动的集热管中，载热介质被引导经过一同轴管。这是一个两端开口的管，载热介质通过吸热管管两端之一进入吸热管。吸热管的另一端是闭合的。没有伸入吸热管内的同轴管端与集管入口相通。载热介质经入口流入同轴管并从那里经吸热管再回到出口。从集管出口把载热介质送往一热交换器，在那里，它把热量释放给蓄热器。
在市场上，可以得到各种各样的同轴流经式管状集热器。一种广泛使用的管状集热器具有用于集管的入口和出口的独立管线。易弯的波纹管被用作入口和出口。吸热管和同轴管通过卡紧螺纹连接机构与入口和出口相连。这种装配非常复杂并且成本比较高。为入口和出口采用独立管线同样意味着需要更大的地方。另外，如果使用了易弯波纹管，则同样必须为收集设备提供一个壳体上述管状集热器通常被构造成包括由多个全都连接到一个公共入口和一个公共出口上的集热管构成的模块的形式。单独的管状集热器模块可以通过双O形环插接方式彼此结合。
在另一个可在市场上得到同轴流经式管状集热器中，集管也被载热介质同轴流过。在这里，吸热管和同轴管以及集管的外同轴管都被设计成一个整体。这样做的优点是，套管必须相对吸热管被密封。但是，这些管状集热器的生产非常复杂。
在德国实用新型DE 29808532U1中，描述了另一个同轴经式管状集热器。在这里，集管成集流箱组件的形式。入口和出口被描述成是两个平行延伸的且成整体的管道，它们只被一道壁被分隔开，该壁具有用于不同同轴管的各自开口。同轴管被插入隔壁开口中，吸热管由在集流箱侧壁内的一开口来容纳，所述侧壁与出口管道相通，套管被容纳在外壳延长部内。这三个管通过粘合剂与外壳部或集流箱部连接。这样，真的实现了更加紧凑的结构。但事实证明，在较高热负荷下，通过粘合剂获得的密封是不够严密的。
德国实用新型29908190U1描述了一种用于太阳能集热器的特殊固定装置。真空管和载热介质循环管与90°角交叉，以便传递热，其中借助一固定装置使交叉管形状配合地连接起来，所述固定装置包括两个卡爪，可以通过一夹紧机械将卡爪头预夹紧。
德国实用新型DE 29710494U1公开了一种有热管的太阳集热器，它通过蒸发和冷凝载热液体来传递热。为避免过热，设置一由双金属构成的封闭装置，如果超过了极限温度，则它限制载热液体从冷凝器流到蒸发器。
DE 3206624A1涉及一种基于空气/水的热交换器的太阳能集热器，其中许多集热器件按照流体过程技术地连接在一起。为加强空气循环，设置一台鼓风机。
WO 83/3891公开了一种在吸热管中没有同轴管的管状太阳能集热器，吸热管相对集管向下倾斜。借助O形环使吸热管相对集管被密封。
发明内容
基于这样的背景技术，本发明的目的是提供一种管状集热器模块，它同时具备简单安装和良好密封的优势。
通过根据权利要求1的管状集热器模块，实现了此目的。
本发明的管状集热器模块可以非常简单地装配而成。如果同轴管没有与吸热管和套管牢固连接，则首先穿过套口管使同轴管伸到入口的容纳件中。接着，一个弹性件被引入吸热管的背对收集设备的端部中。现在，通过同轴管并通过收集设备的套口管插入所述吸热管。
借助在套口管与吸热管之间的密封件，在套口管与吸热管之间的载热介质无法跑掉。设置在吸热管内的弹性件又把同轴管压到入口容纳件中。现在，载热介质可以从入口流入同轴管并在同轴管的相反端上进入吸热管并且又经过套口管与同轴管之间地返回出口。
如果集热器管没有与吸热管相连，则它后来被套到吸热管上；如果吸热管和集热器管彼此牢固相连，则吸热管和集热器管同时被套到同轴管和套口管之上。
为能够保证载热介质在弹性件密封效率很高时也能不受阻碍地流动，弹性件有利地成螺旋弹簧的形式。
在套口管与吸热管之间的密封件被有利地设计成至少一个O形环的形式。因此，不仅实现了最佳密封，而且0形环廉价且易安装。此外，通过选择适当的塑料，可以最佳化使用寿命，尽管在连续工作时有很高的热负荷。
有利的是，至少一个吸热管和至少一个套管成一体形式。这样做的优点是，在吸热管与套管之间的并用于保证太阳能集热器正常工作的真空或惰性气体没有因如在吸热管与套管之间有未密封点而受到不利影响。
集热器管是透阳光的套管。它由透明材料制成。确切地说，它通常是热导率较低的材料，但此特性不重要，因为管没有打算要剧烈升温。套管最好由玻璃构成。最好是一种如被用作药物产品的主包装的的少铁玻璃(碱石灰玻璃或硼硅玻璃)，它有较高的阳光透射性和较低的生产成本。套管也可以由透明塑料构成，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。玻璃具有比塑料更高的耐扩散性和更高的耐紫外线性的优势；相反，与玻璃相比，塑料不易碎并且容易使用。在多数实施例中，套管装配一个反射器。
吸热管由具有高的耐高温性(直到至少250℃)和低导热性的材料制成。在这里，低导热性材料被理解成表示具有≤2J/msK的比热导率的材料。内管最好是玻璃的，最好是硼硅玻璃的。它也可以由耐温塑料构成。它装配有一个吸热器。
所述的至少一个吸热管和至少一个套管最好都是玻璃的。吸热管和套管被有利地彼此偏心熔接。在熔接点，为减小玻璃内应力，形成大半径。
在一个优选实施例中，收集设备成一个集管状，它有至少一个沿纵向设置于集管内的分配板，从而集管被分成至少一个入口室和至少一个出口室。用于入口室同轴管的容纳件设置于分配板内。通过把收集设备设计成一单管系，每个接上的集热器管只需要一个连接点。此外，唯一一个集管所需要的地方较小并且安装起来不太复杂。
分配板最好是金属的。借助弹性件的弹力，金属分配板还被压在同轴管上。如果存在着压力跃升(如由蒸汽冲击决定)，则分配板通过压缩弹簧的反作用力而转向。由此在分配板与集管之间沿管轴线出现一缝隙，结果，可以使入口室与出口室之间的压力得到均衡。
通过在集管内适当地固定分配板，如只通过两个相对边缘且最好是分配板在集管轴向上彼此相对的边缘使分配板与集管相连，可以有利地加强上述效果。
分配板有利地有至少一个挡板，当它被打开时，它使至少一个入口室和至少一个出口室连同，而当它被关闭时，它分隔开了至少一个入口室和至少一个出口室。借助这种分配板上的只通过载热介质流体被压到集管上的挡板，能够实现整个系统的快速通风。在集热器启动之前，在分配板上的挡板在同轴管与吸热管之间产生对流。这改进了集热器集管内的热传递。
在另一个优选实施例中，分配板被一个置于集管内的内管所代替。内管形成了入口室，在内管与集管之间的空间形成了出口室。
一方面，内管可以成圆柱形，它在流入方向上靠后的端部是闭合的。这种闭合可以是如通过焊接或其它固定方式被固定的圆板或盖。相反，在其开口端上，借助一密封环使内管相对集管被密封住。为了获得更好的稳定性，还可以使内管在其封闭端上借助一带孔的环而相对集管对中。对中环内的开口用来允许载热介质流出。
另一方面，内管可以基本上成圆柱形，它的在流入方向上靠后的那端逐渐会聚，从而该端是闭合的。这可以通过如压瘪内管来实现。借助一个圆锥形接头，这样的内管在其开口端上相对集管被密封起来。
事实证明特别有利的是，至少一个容纳同轴管的部件成带隆起凹槽的孔或开口碗的形式。这样形成的容纳件用来引导同轴管并且对它进行密封。
为了在管状集热器模块工作更快速地从管状集热器模块中排出空气，内管闭合端有利地有一个小开口。
有利的是，管状集热器模块有一个外壳，在外壳中装有收集设备并且部分装有所述的至少一个集热器关。外壳的作用是总体上使管状集热器模块机械稳定。套管与外壳相连是有利的。这种连接可以形式配合地如此实现，即在外壳内在套管中有一个凹槽，或者外壳内有一个凸起或带O形环的O形环槽。传力配合连接也行，它们可以被设计成在套管上的一个O形环和在外壳壁内的一个O形环槽。
使套管和外壳相连的另一个可行方法是，把夹子、锁紧环和/或固定梁安装在套管周围，它们同时被放入外壳内。为了更加安全，可以在收集设备周围放置一个束环，尤其是在收集设备成一集管状时，这个束环可以被固定到固定梁上。这些锁紧件承受着如可能由于系统中的高压或单个部件的长度热伸缩而产生的力。
在有不止一个集热器管的管状集热器模块中，这些集热器管最好彼此平行相连。由同一入口给所有集热器管提供载热介质，并且载热介质从所有集热器管中流出到同一出口。这些管状集热器模块彼此可以串联。
管状集热器模块可通过直接安置在收集设备的插接装置彼此相连。特别优选双O形环系统。也可以有利地还将一个夹子安置在连接部的周围。
现在，要接合以下附图来举例详细说明本发明主题。图中所示为图1表示管状集热器模块的在流动面内的截面；图2a-2g表示管状集热器模块的不同实施例的垂直于流动平面的截面；图3表示套管与外壳的一可行连接结构；图4a，4b表示在管状集热器模块中按照流体技术工程并借助分配板使集热器管相互连接的情况；图5a，5b表示许多管状集热器模块的连接情况。
具体实施例方式
图1表示一有多个集热器管3的管状集热器模块1。载热介质经入口室9进入单独的集热器管3的同轴管6内并流经各同轴管6，直到到达与入口室9相反的那端，在那里，它流出同轴管6并流过各集热器管3的吸热管5地返回平行于入口室9而设的出口室10。载热介质从那里被送往一个把热转换成能量的装置或一个蓄热器。
入口室9和出口室10由集管2形成，集管2被一分配板7分成两半，即分出入口室9和出口室10。分配板7具有一些用来容纳同轴管6的带铆钉13的开口。同轴管6被插入铆钉13中并且通过弹簧11被压在铆钉13和分配板7上，所述弹簧在与集管2相对的那端上被设置在吸热管5内，由此获得了密封功能。
吸热管5与套管4一体地由玻璃构成。由吸热管5和套管4构成的单元通过套口管12紧密连接，所述套口管设置在集管2内并且分别有两个O形环15。载热介质可以经过在套口管12内壁与同轴管6外壁之间的空隙而流入出口室10。
在图2a-2g中，示出了这样的截面，它垂直于载热介质在集热器管位置上流经管状集热器模块的不同实施形式的流动面。在所有这七个实施例中，入口室和出口室由一个集管形成，它被分配板7或一内管21沿纵向分成两个室。一个由两部分构成的外壳17围绕集管2。该外壳也围绕着套管4的面向集管的末端。
在图2a和2d中，套管4如此与外壳1 7形状配合地连接，即套管有一凹槽，而外壳17有一个O形环槽。一个密封用O环15被放置在凹槽14与O形环槽之间。在图2c中，套管4也与外壳17形状配合地连接。套管4有一个凹槽14，而外壳17有一个相应的凸起18。套管4与机架17之间的连接也可以被设计成传力配合方式，如图2b所示。为此，一个O形环15被放到外壳17的一个O形环槽内，但在套管4内没有凹槽。
在图2e-2g所示的实施例中，选择了另一种将套管4与外壳17或集管2固定在一起的方法。一个夹子25被放置在套管4的凹槽14内。通过锁紧环24，防止夹子25松开。在背对集管2的那端上，夹子25有一个凸肩26。用夹子25和锁紧环24使套管4插入梁27中。通过凸肩26，整个系统被支承在梁27上。梁27内的孔的尺寸是这样的，即套管4在集管2热膨胀时有足够大的移动自由空间。结果，可以补偿由于尤其是集管4长度的变化而产生的位置变化。
由于在系统中存在高压，所以造成在集管2与集热器管之间的离开套管4、吸热管5和同轴管6的抽拉力。为了截住该抽拉力，借助束环28将梁27固定在集管2上(见图2g)。为此，借助螺母30将束环28固定在梁27上。然后，如此安装的管状集热器模块可以被放到绝缘壳22内，所述绝缘壳和壳体外壁23一起形成了外壳17。
这种固定方式的一个特别优势在于，单独的组件在所有方向上都能自由移动，这使得没有应力地将管状集热器模块安装到屋顶上成为可能。所有实施例2a-2g都有这样的优点，即在已装好的系统中的各集热器管可以简单更换。
在所有这七个实施例中，通过一个套口管12保证了吸热管密封，所述套口管12被焊接到集管2上并有两个O形环15，O形环套在吸热管5上。在图2a-2d所示的实施例中，如果分配板是金属的，则通过设置在分配板7内的铆钉13或通过经深冲分配板7而制成的容纳件20来容纳设置于吸热管5内的同轴管6。为了在分配板7或容纳件20或铆钉13中密封和固定集热器管，同轴管6通过一个在与集管2相反的那端上设置在吸热管5内的弹簧被压在容纳件20或铆钉13上。在分配板由塑料构成的情况下，如图2d所示，同轴管6也通过弹簧11来压在形成于分配板内的容纳件。
在图2e-2g所示的有内管2 1的变型方案中，用于容纳同轴管6的部件20被设计成有穿孔底部的碗的形式，如图2e所示，或简单地成有隆起或倾斜的凹槽的孔的形式，如图2f、2g所示。结果，同轴管6一方面被引导并且另一方面被密封。
在图2a-2g所示的所有这七个实施例中，主要考虑的是，通过简单的插接而能够使管状集热器模块的独立组件紧密连接。
图3再次示出了如何将套管4与外壳17之间的连接设计成是形状配合连接的。借助嵌入套管4内的凹槽14中的凸起18，产生了形状配合。相反，为了外面密封，容纳O形环15的槽16设置在外壳17内。这些O形环15压在套管4外壁上，结果导致外壳17与套管4之间的密封。
在图4a中示出一个有14个集热器管3a，3b的管状集热器模块1。入口室9a，9b和出口室10a，10b由一个被两个分配板7a和7b分成不同室的集管2形成。
通过载热介质流动方向上的第一入口室9a，前七个集热器管3a装满了载热介质。载热介质通过出口室10a流出这七个集热器管3a。换句话说，前七个集热器管3a彼此平行地相连。
出口室10a通入第二入口室9b内。通过入口室9b，给剩下七个集热器管3b提供载热介质。载热介质流出所有这七个集热器管3b并且经出口室10b流出。通过插接连接机构19，载热介质被带走以便进一步利用它的热量。
在图4a所示的管状集热器模块1中，七个集热器管彼此平行地相连成单元7a和7b，这些单元彼此又顺序串连。结果，可以实现更有效的热量利用，这是因为，从集热器管3b流入第二单元7b中的载热介质已经因流过由七个集热器管3a构成的第一单元7a而被预热。
入口室9a通过一个挡板8与入口室9b分隔开。图4b放大示出这个挡板。挡板8被如此置于集管2内，即它被流动载热介质压在集管2上并因此密封地使开入口室9a同入口室9b分隔开。当填充管状集热器模块1时，挡板8就开启，从而能够更快速地给整个管状集热器模块1通风。
在图5a中示出了管状集热器模块1，其中收集装置成集管2和内管21的形式。内管21的内部形成了入口室9，在内管21与集管2之间的空隙形成了出口室10。通过密封环31和焊接盖32，使入口室9相对出口室10被密封起来。此外，为使内管21获得机械稳定性，在焊接盖32所覆盖的内管21端上设有一个对中环29。对中环29有开口，以使载热介质可以无阻碍地流入出口室10。管状集热器模块1可以通过连接件35彼此相连。图5a所示的连接件35与其中一个管状集热器模块1的集管2牢固连接。每个连接件35有3个槽16，其中两个各容纳一个O形环15。第三个槽16用来容纳夹子30。O形环15主要具有密封功能，同时，在图形下部中从侧面放大示出的夹子30用于把一个管状集热器模块1真正固定在另一个管状集热器模块1上。借助于夹子30，管状集热器模块1被相互锁定，以避免无意间的脱开。
在图5b中，同样示出了两个连在一起的管状集热器模块1。这设计这样的管状集热器模块1，即其中集管2和内管21经内部高压成形而制成。内管21一方面相对集管2地通过一个圆锥形接头33而被密封住，而另一方面通过在内管相反端34的压瘪被密封住。结果，内管21形成入口室9。在内管21与集管2之间的空隙形成了出口室10。在两个管状集热器模块1之间的连接件35又是一个双O形环插接接头。内管21的圆锥形接头33位于其上的集管2端部具有有容纳O形环的内槽16。在另一管状集热器模块1的内管闭合侧上，此管端和O形环一起被推到集管的一未进一步加工的端部上。
与它的具体实施形式无关地，内管21在流动方向上的后端上可以有一个小开口，当集热器开始工作时，该小开口允许管状集热器模块1能更快速地通风。
权利要求
1.一种有一个收集设备(2)的管状集热器模块，该收集设备有用于载热介质的一入口(9)和一出口(10)，该管状集热器模块有至少一个经过同轴流经的集热器管(3)，它有一个套管(4)、一个吸热管(5)和一个同轴管(6)，其特征在于，
-所述出口(10)有至少一个空心的套口管(12)，所述套口管在收集系统(2)的径向上延伸并且至少一个吸热管(5)被同轴放置到其上面，其中在套口管(12)与吸热管(5)之间设有至少一个密封件(15)；-入口(9)有至少一个用于容纳同轴管(6)的部件(13，20)；-至少一个同轴管(6)被同轴地放置在套口管(12)内并且通过一个弹性件(11)在细热管(5)的背对收集装置(2)的端部上被压在容纳件(13，20)上。
2.如权利要求1所述的管状集热器模块，其特征在于，所述弹性件成弹簧(11)状。
3.如权利要求1或2所述的管状集热器模块，其特征在于，所述的至少一个密封件成至少一个O形环(15)的形式。
4.如权利要求1-3之一所述的管状集热器模块，其特征在于，所述的至少一个吸热管(5)和至少一个套管(4)被设计成是一体的。
5.如权利要求1-4之一所述的管状集热器模块，其特征在于，所述的至少一个吸热管(5)和至少一个套管(4)是玻璃的。
6.如权利要求1-5之一所述的管状集热器模块，其特征在于，所述收集设备成一个集管(2)的形式，它有至少一个分配板(7)，分配板(7)沿纵向设置在集管(2)内，从而集管(2)被分成至少一个入口室(9)和至少一个出口室(10)，其中该分配板(7)有至少一个容纳同轴管(6)的部件。
7.如权利要求6所述的管状集热器模块，其特征在于，所述分配板(7)是金属的。
8.如权利要求1-5之一所述的管状集热器模块，其特征在于，所述收集设备被设计成一个集管(2)的形式，它有一个同轴放置的内管(21)，所述内管(21)沿纵向设置于集管(2)内，从而集管(2)被被分成至少一个入口室(9)和至少一个出口室(10)，所述内管(21)有至少一个容纳同轴管(6)的部件(13，20)。
9.如权利要求8所述的管状集热器模块，其特征在于，所述内管(21)成圆柱形并且该管的在流入方向上的后端被封闭。
10.如权利要求8或9所述的管状集热器模块，其特征在于，借助一个密封环(31)，内管(21)在其开口端上相对集管(21)被密封住。
11.如权利要求8-10之一所述的管状集热器模块，其特征在于，借助一个带孔的环(29)，所述内管(21)在其封闭端上相对集管(2)被对中。
12.如权利要求8所述的管状集热器模块，其特征在于，所述内管(21)基本上成圆柱形，它的在流入方向上靠后的端部会聚，从而该端是闭合的。
13.如权利要求8或12所述的管状集热器模块，其特征在于，内管(21)在其开口端借助一个圆锥形接头(33)而相对集管(2)被密封起来。
14.如权利要求8-13之一所述的管状集热器模块，其特征在于，所述的至少一个容纳件(13，20)成一个有隆起凹槽的孔状。
15.如权利要求8-13之一所述的管状集热器模块，其特征在于，所述的至少一个容纳件(13，20)成一个开口的碗状。
16.如权利要求1-15之一所述的管状集热器模块，其特征在于，它有一个外壳(17)，在该外壳中容纳收集设备(2)并且部分装有所述的至少一个集热器管(3)。
17.如权利要求16所述的管状集热器模块，其特征在于，所述套管(4)与外壳(17)连接。
全文摘要
本文描述了一个有一集管(2)的集热器模块(1)，该集管有一个用于载热介质的入口(9)和出口(10)。集热器模块(1)还包括至少一个同轴流经的集热器管(3)，集热器管(3)有一个套管(4)、一个吸热管(5)和一个同轴管(6)。本发明的目的是制造一个同时具备良好安装质量和良好密封性的且确保长使用寿命的集热器模块。根据本发明，出口(10)包括至少一个在集热器管径向上延伸的空心的套口管(12)，所述的至少一个吸收管(5)套在其上，其中在套口管(12)与吸收管(5)之间设置至少一个密封件(15)。入口(9)包括至少一个容纳同轴管的部件(13，20)。所述的至少一个同轴管(6)被同轴放置在套口管(12)内并在吸热管(5)的与集管相反的那端上通过一个弹性件(11)被压在容纳件(13，20)上。
文档编号F24J2/05GK1531638SQ02804015
公开日2004年9月22日 申请日期2002年1月23日 优先权日2001年1月23日
发明者M·布鲁诺特, G·哈尔斯, K·夸斯特, M 布鲁诺特, 固 申请人:肖特玻璃制造厂