• / 30
  • 下載費用:30 金幣  

用于輸送熔鹽的管路.pdf

關 鍵 詞:
用于 輸送 管路
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
摘要
申請專利號:

CN201280035681.4

申請日:

2012.05.16

公開號:

CN103688096A

公開日:

2014.03.26

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F16L 53/00申請日:20120516|||公開
IPC分類號: F16L53/00 主分類號: F16L53/00
申請人: 巴斯夫歐洲公司
發明人: J·沃特曼; M·魯茨; M·蓋特納; K·希爾勒-阿恩特; S·莫勒; M·萊登伯格; K·蓋耶; F·加爾利希斯
地址: 德國路德維希港
優先權: 2011.05.19 EP 11166724.2; 2011.09.27 EP 11182898.4; 2011.05.19 US 61/487,719; 2011.09.27 US 61/539,494
專利代理機構: 北京市中咨律師事務所 11247 代理人: 管瑩;吳鵬
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201280035681.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.09.28|||2014.06.18|||2014.03.26

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種用于輸送熔鹽的管路,其具有相對于所存在的溫度穩定的管壁。在管路(5)的內部中延伸有用于加熱的導熱體(21),其中,所述導熱體(21)優選不貼靠在所述管路(5)的內壁上。

權利要求書

權利要求書
1.  一種用于輸送熔鹽的管路,所述管路具有相對于所存在的溫度穩定的管壁,在所述管路(5)的內部延伸有用于加熱的導熱體(21),所述導熱體(21)優選不貼靠在所述管路(5)的內壁上。

2.  根據權利要求1所述的管路,其特征在于,所述導熱體(21)被偏心地布置在所述管路(5)中,在以45°的最大坡度延伸的管段中,導熱體(21)沿向下的方向的距離大于沿向上的方向的距離。

3.  根據權利要求1所述的管路,其特征在于,如果所述管路(5)具有大于45°的坡度,則所述導熱體(21)被同心地布置在所述管路(5)中。

4.  根據權利要求1至3中任一項所述的管路,其特征在于,所述導熱體(21)穿過位于熔鹽經其流動的管路(5)中的環圈(29)延伸。

5.  根據權利要求4所述的管路,其特征在于,在所述導熱體(21)上安裝有絕緣體(33),所述導熱體(21)通過所述絕緣體(33)被固定在所述環圈(29)中。

6.  根據權利要求1至3中任一項所述的管路,其特征在于,所述導熱體(21)通過彈性間隔件被固定在所述管路(5)內部。

7.  根據權利要求1至3中任一項所述的管路,其特征在于,在所述導熱體(21)上安裝有圈(37),所述圈被懸掛到固定鉤(39)中,以將所述導熱體(21)固定在所述管路(5)中。

8.  根據權利要求1至7中任一項所述的管路,其特征在于,所述導熱體(21)構造為具有任意截面的管(69)或通道的形式,在所述管或通道的壁中形成有開口。

9.  根據權利要求1至7中任一項所述的管路,其特征在于,所述導熱體(21)構造為環形的針織物(65)或者紡織物。

10.  根據權利要求1至7中任一項所述的管路,其特征在于,所述導熱體(21)具有至少一個在軸向方向上延伸的U形或者V形的凹部(71)。

11.  根據權利要求1至10中任一項所述的管路,其特征在于,所述管 路(5)包括熔鹽經其流動的內部管。

12.  根據權利要求1至11中任一項所述的管路,其特征在于,所述導熱體(21)被分成多個導熱體部段,其中,所述多個導熱體部段通過低電阻連接。

13.  根據權利要求1至12中任一項所述的管路,其特征在于,所述管路(5)被分成獨立的部段(51)。

14.  根據權利要求12和13所述的管路,其特征在于,所述導熱體部段的長度相當于所述管路(5)的一個或多個部段(51)的長度。

15.  根據權利要求1至14中任一項所述的管路,其特征在于,所述管路(5)為拋物面槽式太陽能發電設備的太陽能電池陣列(1)中的管路。

16.  根據權利要求1至15中任一項所述的管路,其特征在于,用于流動轉向的管彎部(45)均具有沿管路(5)的方向繼續的管路區段(47),其中,所述管路區段(47)由封閉件(49)封閉,所述導熱體(21)穿過所述管路區段(47)的封閉件(49)延伸。

17.  根據權利要求16所述的管路,其特征在于,所述管路區段(47)的所述封閉件(49)構造為封閉凸緣。

18.  根據權利要求1至17中任一項所述的管路,其特征在于,用于所述導熱體(21)的表面材料從耐硝酸鹽腐蝕的高級鋼中選擇。

19.  根據權利要求1至18中任一項所述的管路,所述導熱體(21)以不絕緣的方式在所述管路中延伸。

20.  根據權利要求19所述的管路,其特征在于,所述導熱體(21)由多個填充有具有良好導電性的材料的管制成。

21.  包含硝酸鈉和硝酸鉀的熔鹽的作為太陽能發電設備中的載熱介質的用途,其中,硝酸鈉的比例為按重量計至少60%,所述太陽能發電設備包括至少一個根據權利要求1至20中任一項所述的管路。

說明書

說明書用于輸送熔鹽的管路
本發明基于一種用于輸送熔鹽的管路,其具有相對于所存在的溫度穩定的管壁。
例如在太陽能發電設備、特別是是拋物面槽式太陽能發電設備中使用被熔鹽流經的管路。在此,管路連接成用于在太陽能發電設備中獲取太陽能的網路。在這種太陽能發電設備中,太陽的輻射能借助于拋物面鏡被集中到接收器上。拋物面鏡和接收器的組合被稱為集流器。一列集流器串聯成太陽能環路。由接收器獲取的輻射能被傳遞至載熱流體。目前,特別是使用聯苯/聯苯醚混合物作為載熱流體,但是,該混合物由于其大約400℃的分解溫度而在最大工作溫度方面受限。為了獲得能夠實現較高效率的較高工作溫度,需要使用其他載熱流體。為此,特別是使用熔鹽,例如所謂的太陽鹽60,其是一種由硝酸鈉和硝酸鉀以60:40的比例組成的混合物。
但是,熔鹽的缺點是,它們具有高熔點。硝酸鈉/硝酸鉀混合物例如熔合成共晶系統,這指的是在218℃的溫度下以56:44的混合比例的情況。如在太陽能發電設備中存在的長的管路網路中,難以使具有高熔點的熔鹽可靠地工作。熔鹽在管路系統中的凝固會造成大的經濟損失。這種損失的原因例如為熔鹽在熔化時的大的體積膨脹。這存在使配件和管路被壓開和被嚴重損壞的風險。
如果熔鹽凝固,則可存在體積收縮,體積收縮可能根據管路連接和運行狀態導致不同的固化狀態,熔鹽的凝固基本上在太陽能發電設備停止運行時、即在日照時間之外發生。熔鹽的凝固通常會在管路中產生真空氣泡,所述氣泡或多或少地會聚成更大的單元。在再熔時,如果在具有體積膨脹的熔化部位與真空區域之間存在大的空間距離,則不能實現足夠的體積補償以降低所出現的壓力。
為了防止熔鹽凝固,目前常規做法是在長時間停止運行期間清空管路系統。替代地并且可能的是,加熱管路系統。為此,例如可以使用電能或者使用來自可用的熱存儲器的熱量。如果使用來自可用的熱存儲器的熱量,則通常經由管路系統泵送熱的載熱流體。這種方法的缺點是:為此需要消耗大量的電能或熱能。
如果設置電加熱裝置,則目前通常通過沿管路鋪設高度耐溫的、礦物質絕緣的電導熱體來實現該設置。但是,在如在拋物面槽式太陽能發電設備中所使用的太陽能接收器的情況下,不能應用這種技術,因為各接收器通過抽真空的玻璃罩非常良好地針對環境隔熱。因此,接收器目前被電加熱,即,管路系統本身在低電壓下被加載高強度的電流。但是,這具有如下缺點:在管路連接處會出現變化的傳遞電阻或者熱損。在具有高電阻的部位上存在增加的電加熱。而且存在產生不均勻加熱和局部溫度下降到低于被用作載熱介質的鹽的熔化溫度的風險。
已知內部導熱體并且其在例如斯堪的納維亞地區在水管路系統防凍方面具有廣泛的應用。在此,絕緣的電導熱體被松動地放置到被保護的管路系統中。在存在霜凍危險時,導熱體防止管路凍結。這種方法在熱技術上比從外部加熱更有效。但是,這種放置在管路中的導熱體不能夠應用到輸送熔鹽的管路。除了高得多的工作溫度和熔鹽的氧化條件以外,水系統中的內部導體在結凍時提供保護以免體積膨脹。但是,與此不同,熔鹽的體積膨脹不發生在結凍時而是發生在熔化時。
特別是在投入運行之前必需加熱輸送鹽的管路系統。如果為此需要為管路系統本身加載電壓,則必需在太陽能發電設備投入運行之前將管路系統的總的鋼質量加熱到明顯高于鹽熔點的溫度。為此需要大量的能量。
為了在沒有熔鹽發生固化的情況下操作具有長管路的太陽能發電設備,目前嘗試使用具有較低的熔點的鹽來替代太陽鹽。但是,這具有如下缺點:這種鹽具有較低的熱穩定性并且使用范圍局限于500℃以下的溫度。這導致與太陽鹽相比較低的太陽能發電設備效率。
此外,必需將低熔點的載熱鹽保持在封閉的系統中,這導致另外的花 費,因為必須在太陽能電池陣列中鋪設惰化裝置系統。惰化裝置特別是在使用含亞硝酸鹽的混合物作為載熱鹽時是必需的,因為亞硝酸鹽在空氣存在時會被氧氧化成硝酸鹽,并因此會不受控地提高鹽的固化。如果使用含鈣的鹽混合物,則鈣會與包含在空氣中的二氧化碳反應生成不可溶的碳酸鈣。
此外,可以通過加入元素鋰、銣和銫的硝酸鹽來降低太陽鹽的熔點。但是,這些鹽僅可小規模地獲得并且在經濟方面不能以對于特別是具有熱存儲器的太陽能發電設備所需的量來使用。
本發明的目的是提供一種用于輸送熔鹽的管路,該管路允許使在管路中已固化的載熱鹽再熔,而不對管路造成損害。本發明的另一目的是通過降低載熱鹽的工作溫度來減小太陽能電池陣列在停止狀態下例如在夜間的熱耗。
該目的通過一種用于輸送熔鹽的管路實現,所述管路具有相對于所存在的溫度穩定的管壁,用于加熱的導熱體在管路的內部中延伸,所述導熱體優選不貼靠在所述管路的內壁上。
通過在管路的內部使用導熱體可以使已固化的鹽沿著導熱體在管路內部均勻地熔化,從而圍繞導熱體形成通道,熔化的鹽能夠經由該通道被運走。由此避免由于熔鹽體積膨脹而在管路上施加過高的壓力。溫度沿著導熱體均勻分布還使得導熱體周圍的鹽在管路的總長度上同時熔化,并且因此也構成通道,熔鹽能夠經由該通道流動,并且由此能夠平衡壓力。
根據本發明的、引導導熱體通過的管路特別是用在太陽能發電設備、例如拋物面槽式太陽能發電設備中。在這種發電設備中,管路通常基本上水平地延伸,即具有小于5°、通常小于1°的坡度。
這種太陽能發電設備中的各管路分別具有無彎曲的區段,該區段具有至少長達100m、通常長達300m的長度。由于這種長直的區段,可以將導熱體鋪設到管中,而不必經管彎部引導導熱體。
在一種優選的實施方式中,導熱體偏心地布置在管中,其中,在以45°的最大坡度延伸的管路區段的情況下,導熱體在向下方向上(與管壁) 的距離大于在向上方向上(與管壁)的距離。在管中偏心地鋪設導熱體避免了在溫度引起導熱體長度膨脹時產生的、兩個固定部位之間的導熱體下垂區域導致導熱體觸及管路的內壁。在該下垂情況下,必需使導熱體與管路的內壁不直接接觸。為了固定導熱體,例如可以使導熱體穿過被熔鹽流經的管路中的環圈延伸。
在坡度大于45°的情況下,特別是在管路區段豎直延伸的情況下,優選的是,導熱體在管路中央延伸。
為了避免由于高溫已在其長度方面伸長的導熱體被熔鹽攜帶走、特別是在流動方向上看時在管路開端處張緊,優選的是,將絕緣體套在導熱體上并且將導熱體與絕緣體固定在環圈中。由此確保導熱體總是在相同的部位處被固定在環圈中。這避免了由于流動的熔鹽而使導熱體被拉過環圈。由此,能夠避免當導熱體又收縮時導熱體由于在冷卻時所出現的應力而破裂。導熱體的該收縮特別是在被攜帶走的部分在熔鹽固化時被固定在固化的鹽中并且導熱體不能再移動時會產生問題。
作為通過環圈固定導熱體的替代,也可以通過彈性的間隔件將導熱體固定在管內部。在此,優選特別是分別通過至少三個、優選四個交叉地固定在導熱體上的間隔件將導熱體固定在管壁中。間隔件能夠例如通過螺栓被可釋放地固定在管壁上,或者通過焊接被不可釋放地固定在管壁上。但是,優選的是,間隔件不與管壁連接。在這種情況下,除了環圈還通過間隔件將導體固定在管路內部。
在另一替代的實施方式中,在導熱體上安裝有被懸掛到固定鉤中的圈,以將導熱體固定在管路中。設置這些圈實現了導熱體的固定,其中避免了導熱體被流動的熔鹽移動。圈在導熱體上的固定例如可以通過焊接實現。為此,例如可以將與導熱體焊接的套拉套在導熱體上并且在套上安裝圈。除了焊接在套上以外,也可以使用例如與導熱體夾固在一起的夾套。
為了在鹽熔化時盡可能迅速地形成熔化的鹽能夠經其流動的通道,優選的是,將導熱體構造為具有任何截面的管或通道的形式并且所述管或通道的壁設有開口,熔化的鹽能夠穿過所述開口流到構造為管或者通道的形 式的導熱體內部并且在導熱體內部被運送。
除了設有開口的實心外壁以外,替代地并且可能的是,例如將導熱體構造為環形的針織物或者紡織物。在這種情況下,也在針織物或者紡織物的內部構成已經熔化的鹽能夠經其流動的空腔。
作為將導熱體構造為在其內部形成有熔鹽能夠經其流動的通道的空心體的替代,也可以使導熱體具有至少一個在軸向方向上延伸的U形或者V形的凹部。鹽將首先在所述凹部中熔化,從而所述凹部形成熔化的鹽能夠經其流動的通道。具有多于一個U形或者V形的凹部的導熱體例如可以具有星形截面。也可能的是,這種導熱體例如構造為具有U形截面的通道的形式。
除了空心體或者具有至少一個U形或者V形凹部的導熱體以外,還可以例如設置實心的、以線網纏繞的電導體。在這種情況下,在線網之外形成圍繞導熱體的通道之前,熔化的鹽可以首先在線網中流動。
除了前面提到的可能性以外,當然也可以將導熱體構造為實心的線或者繩的形式。導熱體還可以由導電性良好的材料、例如銅或者鋁形成,所述材料被耐腐蝕的套管包封。由此避免具有良好導電性的材料在流經管路的鹽存在時被腐蝕,由此污染載熱鹽并且使其耐熱性喪失。
此外,也可以使用例如具有施以電流的芯和電絕緣部的傳統導體作為內部導熱體,其中,附加地將耐腐蝕的套管安裝到電絕緣部上。在這種情況下,作為耐腐蝕的套管的保護性的金屬套管也可以用作用于電流的回流導體。替代地,也可以使用具有由高級鋼(Edelstahl(根據DIN標準EN10020))制成的外套管的雙芯組件。這種絕緣的導熱體也可以貼靠在管路的壁上。
如果使用剛性的導體、例如硬桿,則設置一個或者多個膨脹區域,以便能夠補償由于工作期間的溫度波動而引起的膨脹。使用剛性的導體的優點在于,其與柔性導體相比在管路系統內部需要較少的防止沿流動方向移位的保持裝置。
所述導體也可以由多個部段組成,例如每個接收器一個部段,所述區 段在裝配時例如通過旋擰、焊接或者夾固相互導電連接。分部段的結構還使得能夠設想通過切斷和重新連接更換列中的接收器。該連接必須構造成實現足夠低的過渡電阻。
如果導熱體構造成繩的形式,則將一個或者多個絞合線扭成繩。繩優選為多股的。通過將絞合線扭成繩在繩的中心處形成已經熔化的鹽能夠經其流動并且因此能夠通過其平衡壓力的楔形通道。以絞合線扭成繩能夠產生在其中心處具有楔形通道的螺旋線圈。使用繩的另一優點是,能夠容易地水平地補償熱膨脹。此外,可以通過繩的類型來調節導體的剛度,使得通過相應的扭絞,繩具有近乎于剛性導體的高硬度。這允許設置更少數量的、確保繩不在流動方向上移位的保持裝置。
扭成繩的絞合線可以采取線的形式,即,構造為實心的,或者也可以構造為管。如果絞合線構造為管的形式并且不被高度導電的材料或者流動的載熱介質填充,則絞合線分別優選通過焊接在端部閉合。各管優選被填充氣體例如空氣。管形絞合線中的氣體能夠提高在熔鹽中的上升力。這允許減小為了固定在管中心附近所需的彈性件的保持力。當管形絞合線的平均密度相應于熔鹽的1800kg/m3的密度時產生最小的下沉力。管形絞合線可以具有圓形截面或者非圓形截面。非圓形截面例如為卵形或者橢圓形截面。在非圓形截面的情況下,能夠使在鹽熔化時局部出現的升高的壓力被更好地彈性地吸收。此外,非圓形截面增大了楔形的截面積并且由此有利于楔形通道中的壓力補償流動。為了獲得非圓形截面,例如可以制造用于構成絞合線的管并例如通過碾壓將其壓平。另一種以非圓形管構造絞合線的可能性是腎形截面。該腎形截面例如通過在圓的成形芯軸上壓縮卷繞圓管獲得,由此在絞合線之間實現特別大的楔形通道。因為絞合線被容納在熔鹽中,因此有利的是,對機械地變形的部件進行無應力退火以使腐蝕介入的危險最小化。
在管形地構造絞合線的情況下,也可以替代電加熱或者除了電加熱之外為了加熱而使用流經管形管道的液態或者氣態的載熱介質。
如果管路被用作拋物面槽式太陽能發電設備的太陽能電池陣列中的管 路,則該管路通常包括處于內部的、被熔鹽流經的管和由玻璃制成的、處于外部的套管。內部的管和由玻璃制成的、處于外部的套管之間的中間腔是抽真空的。內部的管的表面通常構造為吸收太陽輻射并且以這種方式被加熱。該熱則從處于內部的管傳遞到流經管的載熱介質上。所述區域通常也被稱為接收器。
在太陽能發電設備中,管路通常U形地延伸,其中,管路的一個腿/分支與入口連接并且第二腿/分支與出口連接。管路的腿在通常至少100m的距離上、優選在至少300m的距離上無彎曲地延伸。在與入口和出口對置的一側上,兩個腿相互通過跨接的管件連接。熔鹽則通過彎曲部流到該跨接件中并且從該彎曲部流到水平的構成第二腿的第二管路中。在一種優選實施方式中,用于流動轉向的管彎部分別具有沿所述管路的方向繼續的管路區段,其中,所述管路區段被封閉件封閉并且導熱體穿過管路區段的該封閉件延伸。為了在絕緣的導熱體工作時沒有電壓傳遞到所述管路上,通常通過穿過管路的封閉件的絕緣裝置引導導熱體。該絕緣裝置同時用于密封。
管路區段的封閉件例如可以構造為封閉凸緣/盲凸緣。也可以使用任何承受在管路中出現的壓力的其他蓋件。但是優選封閉凸緣。
無論導熱體的種類和形狀如何,優選在導熱體的端部上安裝圓桿。該圓桿例如可以通過焊接連接,螺紋連接或者夾固連接與導熱體連接并且絕緣或者不絕緣地與管路連接。在此,該連接必須構造為使得圓桿良好導電地與導熱體連接。如果管路區段的封閉件為封閉凸緣,則為了獲得例如電絕緣或者非絕緣的固定,圓桿在填充套結構(密封套結構,Stopfbuchs-konstruktion)中被引導和固定。為了在絕緣的導熱體的情況下防止電流傳導到管上,電絕緣地構造填充套結構的填充套包裝。該填充套包裝實現了圓桿與導熱體的進入管路中的絕緣套管之間的間隙。在該間隙上可以施加低至0.7V的電壓。盡管有該低電壓,但在該間隙中和在該間隙附近具有高的電場強度。當管路系統被導電熔鹽填充時,高的電場強度使得電流流向管路壁并且在管路壁上流動。
管路內部的內部導體在其進口處的例如通過封閉凸緣形成的完全電絕緣抑制不希望的電流。電絕緣例如可以在填充套的區域中或者在面密封裝置的區域中建立。如果使用面密封裝置,則還使用電絕緣的螺接裝置。
由于電絕緣的材料通常不耐受在管路內部由于熔化的熔鹽而占主導的溫度,因此可以通過合適的隔熱材料來產生溫度梯度。例如,可在管路中的封閉凸緣的區域中包括用于隔熱的纖維材料。例如可以使用石英纖維紡織物作為所述纖維材料。固定在導熱體上的圓桿穿過電絕緣并耐高溫的、例如由陶瓷或者碳化硅制成的套延伸。在由陶瓷或者碳化硅制成的第一套上連接不必再耐受這么高的溫度的第二電絕緣套。例如聚四氟乙烯(PTFE)或者其他高溫塑料適合作為用于第二套的材料。兩個電絕緣套均被另一套包封,該另一套終止于凸緣中。該凸緣通過帶有第二凸緣的電絕緣裝置封閉。為了使圓桿通過封閉的凸緣,使用被密封裝置密封的填充套。由于所使用的絕緣材料,填充套區域中的溫度很低,從而使得密封裝置能夠由標準材料制造。
如果使管路中的固化的鹽熔化,導熱體在進口的區域中僅可產生少量的熱,以便不危及溫度梯度的形成。這例如可以如此實現,即,使導熱體在其進入到管路的區域中與在固有的加熱區域中相比具有較低的電阻。較低的電阻例如可以如此實現,即,使導熱體進入的圓桿構造為與加熱區域中的導熱體相比具有較大的直徑。附加地和替代地,導熱體在進入管路的區域中包含具有特別好的導電性的材料,以避免導熱體在進入管路的區域中的加熱。合適的具有良好導電性的材料例如為銅或者鋁。在此,導熱體在進口的區域中可以完全地或者部分地由具有良好導電性的材料制成。例如可將進口區域中的導熱體設計成包含實心的銅芯。
作為圓桿的替代,也可以使用具有任意其他截面的桿。但是,優選圓桿。
內部導體也可以被不絕緣地安裝到管路系統中。在這種情況下,進口處可不包括任何絕緣措施。這在例如太陽能環路的各管路區段不通過凸緣連接裝置相互連接而是相互焊接時特別有利。此時不再能夠通過各管路區 段的絕緣來控制整個管路的電阻。如果導熱體不相對于相互焊接的管路區段電絕緣,則在施加電壓時,電流流經各管路區段和內部導體的比例正比于管路的電導率與導熱體的電導率之比。相應于該比例在管路和在導熱體上產生熱。通過選擇足夠大的導熱體截面和選擇用于導熱體的具有非常好的導電性的材料、例如銅或者鋁,可以使導熱體的電阻減小并且電導率增加到如下的程度,即,使得電流被足夠強地引入到內部導體中,并且熱的形成以如下的程度被集中到設置在管路內部的導熱體上,即,使得內部導熱體與管路相比被更快地加熱。內部導體的更快的加熱的傳導需要管路通常具有比內部導體明顯更大的質量以及因此具有明顯更大的熱容。
在具有不絕緣的導熱體的這種布置結構中,在整個管路上不產生導熱體與管路之間的電勢差。管路可相對于承載管路的設備框架電絕緣。
為了使導熱體不被流經管路的熔鹽損壞,導熱體優選由相對于所使用的鹽、特別是相對于硝酸鹽耐腐蝕的材料制成。替代地,可與如前面已經說明的為導熱體設置耐腐蝕的套管。如果導熱體由耐腐蝕的材料制成,則特別適合使用高級鋼,例如優選St1.4571和St1.4541型鋼,但是也可以是St1.4301或者基于鎳的鋼如St2.4856。
如果使用高級鋼,例如St1.4571,則首先在導熱體上形成鈍化的、防止腐蝕的、大約15μm厚的金屬氧化物層/金屬硝酸鹽層,該層對電流產生相當大的電阻。該保護層的電阻有助于對導熱體系統的電勢的控制。即使傳導鹽上的小的電壓也能夠觸發導致腐蝕性沉積的電極過程。該電極過程可以從一確定的極限電壓開始。防止腐蝕的保護層通過過壓產生保護并且因此提高系統的分解電壓。
在管路內部使用導熱體允許操作保持在管路中所使用的載熱介質的高熔點之上。這使得也可使用鹽混合物作為載熱介質,該鹽混合物與之前所討論的鹽混合物相比具有較高的熔點。例如可以使用硝酸鹽混合物,其包含硝酸鈉作為主要成分。這具有如下優點:能夠很大程度上節省能用于生產鉀肥的鉀儲備。所謂的“太陽鹽60”目前包含按重量計60%的硝酸鈉和按重量計40%的硝酸鉀。硝酸鈉在鹽中的份額可提高到按重量計80%或者 甚至超過按重量計90%及更高。鹽的熔點相應地從在按重量計40%的硝酸鉀和按重量計60%的硝酸鈉的混合物的情況下的235℃升高到在按重量計80%的硝酸鈉和按重量計20%的硝酸鉀的混合物的情況下的273℃和在按重量計90%的硝酸鈉和按重量計10%的硝酸鉀的混合物的情況下的293℃。在使用純硝酸鈉的情況下熔點為306℃。
除了熔鹽的化學計量成分以外,內部導體與熔鹽結合具有很大優點。固化的、高熔點的晶體比周圍的熔鹽比重大并且沉向管路的底部。大晶粒的下沉速度大于小晶粒的下沉速度。可以想象晶粒在管壁上的附著和其覆蓋,但是,在絕緣良好的管中迄今沒有觀察到這種情況。在管的彎曲部,高熔點的晶粒在較低的位置處分離。在此,這種分離的程度取決于管路絕緣的質量。非常好地絕緣的、熔化物在長時間范圍內緩慢地固化的管路與不那么好地絕緣的管路相比會表現出更大的分離。
但是,下沉的、高熔點的晶粒不能完全排除低熔點的熔化物。更確切地說,在管路較低區域中存在大量的高熔點晶粒,但是在它們的間隙處還存在低熔點的物質。在完全固化時形成由具有不同熔化溫度的晶粒組成的不勻質的混合物。
在加熱這種混合物時,具有低熔點的晶粒首先熔化。所產生的熔化物首先完全浸潤具有較高熔化溫度的晶粒的組合物。在此,所產生的兩相混合物起先幾乎不喪失其任何機械穩定性。僅當進行支承的晶粒的組合物的具有較高的熔化溫度的部分熔化時,該混合物才轉變為可泵的形式。對于在太陽能發電設備中的應用,這意味著具有在其中具有固化的熔鹽的管路必須在能夠達到無害的可泵性之前被加熱超過預期的熔點(在太陽鹽60的情況下為242℃)。
通過含有高比例硝酸鈉的晶粒的選擇性結晶以及其下沉到管路的較低區域中,處于上部的剩余熔化物在硝酸鈉含量方面被貧化。這種貧化一直持續到在熔化物中達到共晶濃度比例。剩余熔化物則以這種濃度比例在管路系統的上部區域中固化。
通過在管路內部使用導熱體,經濟并可靠地實現了這種固化結構的熔 化。
特別是在水平的管路線路的情況下,可以將導熱體有目的地放置在管路的上部區域中。在該處,導熱體被具有增加的比例的并具有低熔化溫度的晶粒、即共晶系統的晶粒的混合物圍繞。此外,在管路的上部區域中會出現大量空腔。在該處能夠以相對簡單的方式實現可能降低在加熱時產生的水平壓力差的熔化物通道。
由于例如如前所述的太陽鹽60的固化結構,幾乎不可能限定鹽混合物中的熔鹽的有意義的熔點。例如,熔化在221℃的溫度下已經開始,但是,最后的晶體在高于280℃的溫度時才消失。
因為管路通常除了固有的管路區段以外還包含配件,例如閥,還必需相應地加熱閥,以確保其功能并且在熔鹽熔化膨脹時不使其損壞。為了加熱閥,例如可以直接由內部導熱體從內向外加熱靜態封閉元件的區域,由此使閥中的鹽熔化。在此,導熱體從閥的兩側直接連接到靜態封閉元件上。如果在該處需要電阻匹配,可以圍繞該靜態封閉元件鋪設以環的形式的良好導電體。在此,該環優選以如下方式裝配到閥體中,即,該環不削弱閥結構的承載部件。通過針對閥體電絕緣,導熱體的被釋放的熱集中到閥座上。替代地,也可由具有非常好的導電性的材料、例如銅來制成該環。閥中的加熱環優選在其電阻值方面與導熱體的值匹配。在此,該環構成導熱體的在閥區域中的部分。除了使用閥以外,例如在瓣閥或者滑閥的情況下,還可以使用具有其他配件的類似結構。在此,該環分別具有熔鹽經其流動的套管的幾何形狀。
本發明的實施例在附圖中示出并且在以下說明中進一步闡明。
在附圖中:
圖1示出拋物面槽式太陽能發電設備的太陽能電池陣列的示意圖,
圖2示出具有凝固的熔鹽的管路區段,
圖3示出具有在其中固化的太陽鹽60的管路的剖切面,
圖4示出太陽能環路中的導熱體的示例性走向,
圖5示出在其中延伸有導熱體的管路區段,
圖6示出經過管的流動對不固定的導熱體的影響,
圖7示出導熱體與絕緣體在環圈中的固定,
圖8示出導熱體與圈在鉤上的固定,
圖9示出在固化的鹽中形成的沿著導熱體的通道
圖10示出導熱體在用于流動轉向的管彎部的區域中的固定
圖11示出內部導體在具有180°彎曲的端部件處的設置,
圖12示出彎折90°的管路的替代方式
圖13示出具有多個部段的管路區段的截面,
圖14示出導熱體和管壁之間的寄生電流的走向,
圖15A至15E示出不同導熱體的幾何形狀的截面,
圖16示出具有膨脹補償的剛性導熱體,
圖17示出具有由彈性的間隔件保持的導熱體的管路的截面,
圖18示出所述管路沿著圖17中的線A-A'的剖切面,
圖19示出所述管路沿著圖17中的線B-B'的剖切面,
圖20示出構造為繩并且完全不絕緣地位于由焊接的管路件組成的長管路中的導熱體,
圖21示出構造為繩的導熱體,其穿過封閉凸緣延伸,
圖22A至22C示出構造為繩的不同導熱體的截面,
圖23示出使導熱體通過封閉凸緣的一種替代方案,
圖24示出導熱體被設置在可移動的管連接裝置中,
圖25示出在其中設置有導熱體的閥的截面,
圖26示出圖25中的閥的俯視剖切面。
圖1示出拋物面槽式太陽能發電設備的太陽能電池陣列的示意圖。
拋物面槽式太陽能發電設備的太陽能電池陣列1具有多個太陽能環路3。太陽能環路3分別由被載熱介質流經的管路5構成。根據本發明,作為載熱介質使用的是熔鹽,優選使用太陽鹽,即,由硝酸鉀和硝酸鈉以40:60的比例組成的混合物,或者具有44:56的混合比例的共晶系統。
在太陽能環路3中,載熱介質借助于照射的太陽能被加熱。為此,管 路5分段式地被玻璃管7包封。管路5和玻璃管7之間的空間被抽真空。在玻璃管7的下方還存在拋物面槽,照射的太陽光在該拋物面槽中被反射并且被偏轉到玻璃管7上。照射到玻璃管7上的射束將熱量傳導到流經管路5的載熱介質上,由此使載熱介質被加熱。
流經太陽能環路3的管路5的載熱介質流入收集器9中并且從該收集器9繼續流入載熱介質出流口11中。流過載熱介質出流口11的載熱介質通常被引導到熱交換器中,在該熱交換器中,熱量被釋放到蒸汽回路上,通過該蒸汽回路例如使用于產生電能/動力的渦輪運行。離開熱交換器的、被冷卻的載熱介質通過載熱介質輸入口13被引導到分配器15中并且從分配器15被引導到太陽能環路3的管路5中。
由于熔鹽的高熔點,當太陽能發電設備不運行時,所述熔鹽通常固化。例如在過少的太陽光照射拋物面槽時、例如夜間總是發生這種情況。當例如需要進行維護作業時,也必須暫停操作。
在停止運行期間,流經管路5的熔鹽可能固化。這例如針對圖2中的管段示出的。
熔鹽在管路5中固化時通常發生體積收縮。這導致在管路5中形成真空氣泡17。真空氣泡17在此處于固化的鹽19內部。
如果試圖使固化的鹽熔化,可能的是,如果恰巧在產生具有體積膨脹的熔化的部位與真空氣泡17之間具有大的空間距離,則可能不具有足夠的體積平衡來降低所產生的壓力。于是,由于鹽的熔化而產生的這種體積膨脹會導致管路5的損壞。
在圖3中示例性地示出固化的太陽鹽60的形態,也就是說由按重量計60%的硝酸鈉和按重量計40%的硝酸鉀組成的鹽混合物。
在太陽鹽60固化時,富含硝酸鈉的、具有大約280℃的熔化溫度的結晶體在大約244℃時首先固化。硝酸鈉形成在管路區段47內部向下沉的晶粒。在此,下沉速度特別是取決于晶粒變得多大。晶粒的大小取決于固化速度。由于由硝酸鈉構成的晶粒下沉,晶粒的濃度在管段53內部向上地降低。由于鹽的體積收縮,在固化的鹽19的內部形成間隔開的空腔。在固化 的鹽19的表面上形成泡沫狀區域20,在所述區域中太陽鹽60的共晶組成固化。該區域通常不包含任何硝酸鈉晶粒。在泡沫狀區域20上方形成有真空氣泡17。所述結晶體聚集到管路區域的流可達到的下部區域中。空腔優選在管路區域的流可到達的上部區域中形成。
為了獲得熔鹽在管路5內部的均勻熔化,根據本發明,經管路5布置有具有均勻的電阻率的導熱體21。這在圖4中示例性地示出。
根據本發明,導熱體21在管路5的內部延伸。在此,導熱體例如構造為電阻線。在施加電壓時,導熱體21升溫并且導熱體21周圍的鹽熔化以形成圍繞導熱體21的通道。
通過主供電裝置23為導熱體21供電。由主供電裝置23分支出用于導熱體21的供電線25。在變壓器27中,供電電壓被變壓為加熱管路5中的熔鹽所必需的電壓。可以將多個加熱環路連接到一個電壓供應裝置上。電壓供應裝置與環路相繼接通并且相繼加熱環路。
為了能夠簡單地安裝導熱體21,導熱體優選在U形地延伸的管路5的一腿的端部處從管路5引出并且與從第二腿中引出的導熱體導電地連接。由此,能夠避免復雜的鋪設,特別是是在可移動的、需要許多用于導熱體21的支承裝置的集流器管路5的情況下。
特別優選的是,為了加熱而使用具有由不接地的變壓器27產生的浮動的交變電勢的電加熱線路。浮動的交變電勢具有在安全性方面的優點。例如能夠容許在環路中有絕緣故障。
接收器本身要保持電絕緣。接收器也要相互絕緣。通常絕緣體的電阻比導熱體的電阻大10倍即足夠。這樣,例如如果導熱體具有小于0.1歐姆的優選的小電阻,對于接收器而言,一歐姆的電阻通常已足以用于充分絕緣。導熱體的絕緣狀態例如可以通過在線電阻測量來監控。
在圖5中示出具有在其中延伸的導熱體的管路區段。
導熱體21在管路5中例如如圖5中示出的那樣被懸掛地固定。為此,導熱體21例如可以穿過環圈29延伸。在此,環圈29例如被懸掛地固定在管路5的上側上。
導熱體21優選在管路5中偏心地設置,其中,與管路5的上側的距離選擇為小于與管路5的下側的距離。偏心地鋪設導熱體21避免了導熱體21在加熱時以及伴隨的長度膨脹時與管壁發生接觸。在此,導熱體21的下垂與溫度特別相關。溫度越高,長度膨脹越大,并且導熱體21下垂越厲害。
除了在圖5中示出的通過環圈29固定以外,替代地并且可能的是,例如使用彈性的間隔件。在此,彈性的間隔件優選以交叉的形式布置在管路5中并且導熱體21在所述交叉的交點處延伸。
偏心地將導熱體21布置在管路5的上部區域中的另一優點還在于,真空氣泡17通常在管路5的上部區域中出現。在加熱導熱體21和伴隨地管路5中的鹽熔化時,沿著導熱體21迅速地形成液體通道。通過所形成的這種通道能夠將由于熔化時的體積膨脹所可能產生的壓力排散到起卸放作用的真空氣泡17處。
然而,如果導熱體21在環圈29中不固定則可能導致導熱體21與流經管路5的熔鹽一起流動直到導熱體在管路5中被張緊。這在圖6中示例性地示出。僅在端部上、也就是說在導熱體21的固定位置的緊上游形成可能會接觸管路5的大的彎曲線31。
導熱體21張緊使得構成彎曲線31的另一缺點在于,在熔鹽固化的情況下,這種導體移位可導致導熱體21的非常大的機械負載,從而導致機械損壞。導熱體在鹽固化時被固定在其位置中并且開始由于熔鹽溫度下降而收縮。由此,在導熱體21的已被張緊的部分上作用有強烈的拉力。
為了避免導熱體21的這種移位,導熱體優選軸向地固定在管路5中。
導熱體21的可能的固定在圖7和8中示例性地示出。
在圖7中示出導熱體通過絕緣體被固定在環圈中。
為了固定導熱體21,例如可以為導熱體21設置絕緣套33。在此,絕緣套33以使絕緣套不可移位的方式與導熱體21連接。為此,例如可以將絕緣套33夾固到導熱體21上。替代地并且可能的是,將絕緣套33例如通過旋擰可釋放地與導熱體21連接,或者例如通過焊接不可釋放地與導熱體 21連接。
絕緣套33在一側具有擴寬部35。為了使導熱體21被固定在管路5中,導熱體21與套在其上的絕緣套33穿過在管路5中固定的環圈29延伸。絕緣套33則以擴寬部35抵靠在環圈29上,使得絕緣套33不能夠穿過環圈29滑動。為了避免在進行操作時滑動穿過(環圈),擴寬部35定位在環圈29的迎著載熱介質流的一側上。
如果意圖使流動反向或者以載熱介質能夠在任意方向上流動的方式操作太陽能環路3,替代地并且可能的是,在導熱體21延伸穿過環圈29之后在與擴寬部35對置的一側上安裝另一擴寬部。
導熱體21的替代的固定在圖8中示出。
在圖8中示出的實施方式中,在導熱體21上安裝有圈37。圈37可以被懸掛在鉤39中,鉤39可具有例如如圖8中所示的盤繞形的構型。通過盤繞形地設計的鉤39避免了圈37在進行操作時由于不同的流動影響而脫開。
圈37例如可以借助于套41被固定在導熱體21上。在此,套41例如為與導熱體21連接的夾套。套41的固定例如可以通過夾固或者通過焊接或旋擰來進行。
特別優選的是,套41和/或圈37由絕緣材料制成。
使用絕緣套33(如在圖7中所示的)或者使用由絕緣材料制成的圈37和套41具有如下的優點,沒有電流從導熱體21流到套29或鉤39上。以這種方式能夠降低通過經由導熱體21在管路5上的固定而流過的寄生電流。
在圖9中示出在固化的鹽中形成的沿著導熱體的通道。
如果在太陽能發電設備的不期望的停止狀態之后,例如在夜間斷電的情況下,鹽在管路5中已固化,則為了重新投入運行首先對導熱體21供應電壓,由此,導熱體被加熱。在被加熱的導熱體21周圍,包含在管路5中的鹽開始熔化。在導熱體21中操作均勻電流的情況下,鹽均勻地熔化,并且在那里形成通道43。熔化的鹽能夠經通道43流動,由此,能夠減小 由于鹽熔化時的體積增加所產生的壓力。
通過允許鹽經通道43流動來避免壓力增大能夠避免在太陽能發電設備投入運行時對管路5的損壞。
使用導熱體21還可以在存在不希望的停止狀態的情況下省去清空管路5以及相應地省去清空整個太陽能電池陣列1。也不必作為清空管路5的替代而完全防止鹽固化。導熱體僅須保持空出足夠大的流動通道。
此外,內部的導熱體在環路清空之后重新啟動的情況下提供很大的優點。一方面,當僅導熱體已經明顯超過熔化溫度而管路系統沒有明顯超過熔化溫度時,可容許流到管路系統的流動。另一方面,在導熱體的總長度上一致的電阻率確保不存在冷點。
導熱體在用于流動偏轉的管彎部的區域中的固定在圖10中示例性地示出。
如從圖1可見的,太陽能環路3通常以U形形式構造。在此,兩個管路5構成U形太陽能環路3的腿,其中,構成腿的管路5在背離收集器9或分配器15的一側上通過橫跨的管相互連接。熔鹽流經U形太陽能環路3的一個腿,隨后流經連接兩個腿的、橫跨的管件并且經由第二管路5流回收集器9。為了避免在熔鹽流動轉向的區域中將導熱體21費事地安裝在腿的端部上,有利的是將為了流動轉向而使用的管彎部45構型為T形件并且設有沿管路5的方向繼續的管路區段47。管路區段47由封閉件49封閉,并且導熱體21延伸穿過封閉件49。
例如封閉凸緣適合作為用于管路區段47的封閉件49。
為了避免電流經管路區段47流至管路5,導熱體21以絕緣的方式延伸穿過封閉件49。延伸穿過封閉件49的導熱體21則可以連接到合適的電勢供應裝置上。替代地并且可能的,如圖4中示出的,兩個相鄰管路5的兩個導熱體分別相互連接。
熔鹽經由兩個如在圖10中示出的管彎部偏轉180°的情況在圖11中示出。
為了能夠加熱管的內部,首先以絕緣的方式使導熱體21沿著管路5 穿過封閉件49延伸。旋轉90°的管路區段121與管路5連接。類似地使導熱體21經過旋轉90°的管路區段121延伸。為了為既在管路5中又在旋轉90°的管路區段中的導熱體21供電,絕緣地穿過封閉件49延伸的各導熱體的端部通過外部的布線119相互電接觸。
以相同的方式,相對于旋轉90°的管路區段121也旋轉90°的第二管路5連接到旋轉90°的管路區段121上,從而總體上實現180°的轉向。在這個部位上導熱體21也分別穿過管路端部的封閉件49延伸并且通過外部的布線119相互電連接,從而能夠通過處于內部的一個導熱體21總體地加熱所有被熔鹽流經的管段。
在圖12中示出彎轉90°角的管路的替代方式。導熱體21通過拉緊裝置122被保持在管的中心。拉緊裝置122通過夾固或者焊接被固定在導熱體21的拐角處。這種結構可以使內部的導熱體跟隨載熱介質的流動方向。相比于圖11中示出的實施方式,省去了管路連接件和外部的布線。
在圖13中示出經過具有多個部段的管路區段的截面。
太陽能發電設備的太陽能環路3通常被分成多個部段51。這些部段51中的每一個具有被玻璃管7包封的管路區段53。在此,對應的每個部段51用作用于接收太陽能的接收器。
各個管路區段53通常由具有良好導電性的金屬、例如由高級鋼制成。為了將從導熱體21到管路5的可能的寄生電流限制在局部,優選的是,各個管路區段53被絕緣體55相互分開。用于絕緣體55的材料選擇為與用作導熱體21的導熱體的電阻相比具有更大的電阻的材料。耐熱陶瓷、礦質纖維密封件或者云母密封件特別適合用作用于絕緣體55的材料。
除了絕緣體55,各個部段51通過機械的連接裝置或補償器57相互連接。需要機械的補償器57來補償管路5在運行中的長度膨脹。
盡管絕緣的導熱體21能夠通過絕緣體被固定在管路5的內部,如在圖7和8中示例性地示出的,但是有利的是,將圖13中示出的一部分絕緣體55放置在太陽能環路中,以防止所饋入的寄生電流在管系統中累積。
除了在太陽能環路3的管路5中使用以外,根據本發明的用于管路5 的內部加熱的導熱體21還可以用于加熱收集器9、分配器15、載熱介質出流口11和載熱介質輸入口13以及其他所有被熔鹽流經的管路。在使用柔性的導體的情況下,還可以用在柔性的軟管管道中。
因為金屬的電阻通常與溫度有關,因此此外還可以將導熱體21用于測量內部導熱體的平均溫度以及間接地測量管路5中的熔鹽的平均溫度。這在將具有與溫度非常相關的電導率的材料用于導熱體21時特別有利。
導熱體21的以圖13中示出的實施方式的固定分別在部段51的開端處通過如在圖8中示出的圈37和鉤39實現。通過鉤39固定確保導熱體21不在部段51內移位。導熱體21在對應管路區段53內的固定例如通過彈性的間隔件59進行。在此,可以在部段51的管段53中的一個或多個位置處設置通過彈性的間隔件的固定。在此,彈性的間隔件59優選為了安裝而被推入管中并且不與管壁連接而是僅抵靠管壁被支承。
高耐熱鋼、例如St2.4668或者Inconel X750優選作為用于彈性間隔件59的材料。
寄生電流在導熱體和管壁之間的流動在圖14中示例性地示出。
在絕緣的導熱體21不被絕緣地固定的情況下,例如在使用彈性的間隔件59的情況下,電流通過彈性的間隔件59流到管路5上。這示例性地以虛線箭頭示出。所產生的寄生電流61導致加熱功率不作用在導熱體21上,而是作用在其他部位、例如管路5的壁上。只要通過導熱體21的電流占主導,雖然寄生電流61降低加熱效率,但是其不危及導熱體21的加熱功能。
除了經由固定裝置流到管壁的寄生電流61以外,還產生由于管路5中的熔鹽的高導電性而經過熔鹽的電流。這示例性地通過箭頭63示出。如果管路5的壁被固化的、具有低導電性的鹽覆蓋,則通過熔鹽的電流63很大程度上減小。
在將高級鋼用于導熱體21的情況下,通過通常形成在高級鋼上的大約15μm厚的、鈍化的金屬氧化物/金屬硝酸鹽層來減小通過熔鹽的寄生電流63,其中,金屬氧化物/硝酸鹽層對電流產生顯著的電阻。
此外,所施加的電壓還可能由電化學反應而引起腐蝕。出于這個原因, 必須確保導熱體21與管路5的壁之間的電壓低于發生電化學反應的極限電勢。
合適的導熱體的幾何形狀的例子在圖15A至15E中示出。
導熱體21例如可以如圖15A中示出的那樣構造為管形繩。在此,導熱體21優選由鋼網構成。在構造為管形繩65形式的導熱體21的工作期間,首先是導熱體21內部的鹽熔化,由此,在導熱體21內部形成通道,熔鹽能夠流經所述通道。導熱體21周圍的、熔化的鹽能夠通過形成管形繩65的網中的開口流入內部通道67。
作為如圖15A中示出的管形繩65的替代,也可以將導熱體21構造為管69的形式。在這種情況下還有利的是為管設置穿孔,熔鹽能夠通過所述穿孔流入管的內部。在此,在圖15B中示出的導熱體21的工作方式很大程度上對應于在圖15A中示出的導熱體21的工作方式。
在圖15C中示出具有星形截面的導熱體。這種星形截面具有V形的凹部71。在導熱體21工作時,鹽首先在V形的凹部71中開始熔化,從而在V形的凹部71中分別形成通道,熔鹽能夠通過所述通道流動。
除了圖15C中示出的為五角星的實施方式以外,還可以具有任何其他數目的V形凹部和相關的角。除了V形的凹部以外,也可以替代地例如設置U形凹部。
在圖15D中示出構造為桿73的導熱體,其中,桿73被網75、優選導電的線網包封。在如在圖15D中示出的那樣構造的導熱體工作時,首先在網75中形成熔鹽能夠流經的通道。隨后形成導熱體21周圍的通道。
在圖15A至15D中示出的實施方式分別需要由不被流經管路5的熔鹽腐蝕的材料制成的導熱體。在此,所述材料例如為高級鋼,例如St1.4571或者St1.4301。
但是,高級鋼與例如銅或鋁相比具有較差的導電性,然而銅或鋁通常容易在所使用的鹽中腐蝕。為了能夠使用比高級鋼導電更好的材料制成導熱體,例如可以如圖15E中示出的那樣設置由具有非常好的導電性的材料、例如銅或鋁制成的芯77,所述芯被耐腐蝕的層79包封。在此,耐腐蝕的 層79例如也可以為耐腐蝕的、與芯77導熱良好地連接的管。這種結構提供了使內部的導熱體完全無電絕緣措施地在管路中工作的選擇。
具有如圖15A至15E中示出的截面幾何形狀的導熱體可以為柔性的或者剛性的導體。如果導熱體21構造為剛性的導體,則有利的是,設置膨脹區域81以補償由于溫度波動產生的長度變化。具有膨脹區域81的剛性的導熱體示例性地在圖16中示出。在此,膨脹區域81構造為波形的。除了這里示出的波形的形狀以外,任何其他能夠實現長度補償的幾何形狀都適合于膨脹區域的形狀。
在圖17至19中示出在管路中通過彈性的間隔件被保持的導熱體。
彈性的間隔件59優選交叉地布置。但是,替代地并且可能的是,例如僅設置三個彈性的間隔件59,在這種情況下,彈性的間隔件59中的一個優選豎直地取向。在此,豎直地取向的彈性的間隔件可以被布置在導熱體21下方或者導熱體21上方。
用于將彈性的間隔件59固定在導熱體21上的一種可能方式在圖18中示出。為了固定,例如可以使用套83夾固彈性的間隔件59。為此,套83被推到導熱體21和彈性的間隔件59的端部85上。也可以例如通過將套83焊接到導熱體21上而進行附加的固定。
彈性的間隔件59的背離導熱體的端部87優選彎成支腳89。在此,支腳89例如可以構造為環圈的形式。彈性的間隔件59通過支腳89被支承在管路的壁上。這在圖19中示出。如在圖17至19中示出的彈性的間隔件59的使用用于將導熱體21保持在管路5中的預先給定的高度。彈性的間隔件59僅通過其彈性壓力以其相應的支腳89被壓靠在管路5的壁上使得可以使彈性的間隔件59隨熔鹽的流動一起在管路5中運動。因此,優選的是,如圖13中示出的,以均勻的間距優選在每個接收器中至少設置一次如在圖7和8中示出的用于導熱體21的保持件。
僅通過將支腳89壓靠在管路5的壁上來定位彈性的間隔件59具有如下的優點:導熱體21連同彈性的間隔件59能夠在需要的情況下被簡單地從管路5中拉出。這在例如需要維修的情況下是必需的。
除了圖19中示出的支腳以外,也可以以任何其他允許保持在管路5中的形式構造彈性的間隔件59的背離導熱體的端部87。
此外,也可以不僅通過彈性的間隔件59在管路5中的壓緊力來保持該彈性的間隔件,而且可以例如通過旋擰將彈性的間隔件59可釋放地固定在管路中,或者可以例如通過焊接將彈性的間隔件59不可釋放地固定在管路中。
在圖20中示出包括通過焊接相互連接的管路區段53、例如太陽能環路的接收器的長管路5。如果導熱體21不相對于相互焊接的管路區段53的串電絕緣并且施加電壓,電流Ia流經管路區段53的串并且電流Ii流經內部導體,電流強度Ii/Ia的比值為管路5的電阻相對于導熱體21的電阻的比值。相應于所述比值,在管路5上以及在導熱體21上產生熱。通過選擇導熱體21的截面和選擇導電非常好的材料、例如銅或鋁,能夠使導熱體21的電阻低至如下的程度,即使得被引入到導熱體21中的電流足夠強,并且熱輸出集中在導熱體21上。
在這里示出的布置結構中,在整個管路5上在導熱體21與管路5之間不形成電勢差。管路5應相對于在這里未示出的承載管路5的設備架電絕緣。
在不絕緣的內部導熱體的情況下,可以簡單地通過夾固螺接裝置將導熱體21引入管內空間。
在圖21中示出構造為繩的、具有穿過封閉凸緣的套管的導熱體。
在這里示出的實施方式中,導熱體21采用繩91的形式。在此,繩91由多股絞合線93扭成。
在此,繩例如可以由三股絞合線、如圖21中所示地制成,或者也可以由一個或者兩個或者大于三股絞合線制成。
為了將構造為繩91的導熱體21固定在管路區段47的端部件上,繩91與圓桿95連接。繩91與圓桿95的連接例如通過焊接或者替代地通過旋擰或夾固來進行。在夾固連接的情況下,圓桿95被夾固到繩91上。在這里示出的實施方式中,繩91通過焊接部97與圓桿95連接。
圓桿95穿過填充套套管99被引導通過封閉凸緣101,管路區段53通過該封閉凸緣被封閉。為了固定圓桿95,填充套套管99包括密封部103。該密封部通過夾套105被固定。
在圓桿95上可以施加電壓,以對構造為繩91的導熱體21供以電壓。
在圖22A至22C中示出構造為繩的導熱體的不同截面。
在此,在圖22A至22C中示出的繩91分別由三股絞合線93組成。
在圖22A中,絞合線93具有實心構型。在各單獨的絞合線之間形成楔形通道107,在再熔時,熔化的鹽能夠通過所述楔形通道流走。
在圖22B中示出的實施方式中,絞合線93構造為被壓平的管。通過壓平形成與圖22A中示出的實施方式相比更大的楔形通道107。在圖22C中示出的實施方式中獲得甚至更大的楔形通道107,其中,扭成繩91的各絞合線93具有腎形形狀。
用于使導熱體延伸穿過管路的端部段的替代實施方式在圖23中示出。
為了由傳統的材料制造密封部、特別是由常規聚合物材料制成密封環,必要的是實現沿著導熱體和圓桿的溫度梯度。通過使管路5的被圓桿95穿過的端部不那么好地絕緣來調節該溫度梯度。此外,導熱體21的套管的內部隔熱有助于所述梯度的形成。內部隔熱例如可以通過使用例如具有高達580℃的耐熱性的陶瓷纖維來實現。相應的使用陶瓷纖維的填充以附圖標記109標示。
圓桿95首先被由電絕緣并耐溫的材料、例如陶瓷或者碳化硅制成的第一套包封。第一套111優選具有高達580℃的耐溫性。
第一套111與第二套113相接。第二套113也由電絕緣材料制成,但是,該電絕緣材料可以具有較低的耐溫性。例如高達260℃的耐溫性即足夠。例如高溫塑料如PTFE可用于作為制成第二套113的材料。
第二套113則與填充套套管99相接。為此,填充套套管99在管路的端部處固定到凸緣115上。
所使用的圓桿95優選包含具有良好導電性的材料。在此,圓桿可以完全由具有良好導電性的材料制成或者替代地設置有導電良好的芯、該芯由 導電不那么良好的材料例如鋼包封。例如銅或者鋁適合作為具有良好導電性的材料。特別優選地,使用具有銅芯的圓桿95。
在圖24中示出導熱體在可移動的管連接裝置中延伸。
除了如圖10和11中示出的流動轉向以外,替代地并且可能的是,為了流動轉向例如設置可移動的管連接裝置。在此,管彎部117由柔性材料制成。為此,例如可以將管彎部構造成具有波形的或者鋸齒形的壁,以獲得必要的柔性。
為了能夠使在管彎部117中凝固的鹽再熔,還必須使導熱體21在管彎部117中延伸。為了避免導熱體與管彎部117的壁產生接觸,導熱體21例如通過如在圖17和18中示出的、彈性的間隔件59被固定在管路中。各彈性的間隔件59的間距選擇為,使得即使在管連接裝置彎曲的情況下導熱體21也不與管壁接觸。
除了在太陽能環路端部上的轉向以外,如圖24中示出的可移動的管連接裝置例如也可以被包括在各太陽能接收器之間,以使管路與分別處于朝向太陽的最優位置的接收器適配。
如果除了柔性的管彎部還設置如圖24中示出的以90°轉向,則有利的是,將導熱體從例如在圖21和23中示出的封閉凸緣中的管路區段47引出管路,并且在端部處使導熱體與外部的布線119導電地連接。以90°轉動的管路區段121也終止于封閉件49中,該封閉件例如為封閉凸緣,導熱體21穿過該封閉件延伸,然后延伸通過可移動的管連接裝置。
除了轉向和可移動的管段以外,還通常在管路中包含配件例如閥。閥的截面與設置在其中的導熱體在圖25和26中示例性地示出。
圖25示出閥123的截面與設置在其中的導熱體21,圖26以俯視圖示出圖25中的閥的剖切面。
閥通常包括帶有閥座127的閥體125以及關閉元件129。為了能夠使閥內部的固化的鹽熔化,導熱體21沿著閥座127環形地延伸。這意味著,導熱體構成加熱環131。在此,將加熱環131定位成使得閥123的關閉功能不受影響。此外,在導熱體21帶電壓時,應避免在加熱環131與關閉元 件129之間形成直接接觸。由于這個原因,有利的是,在閥座127上設置電絕緣裝置133。在這種情況下,電絕緣裝置133優選構成閥座127。為了避免短路電流從導熱體21或者加熱環131流到閥體125,還有利的是,使加熱環131和導熱體21也相對于閥體125電絕緣。為此,例如將電絕緣材料、例如陶瓷安裝到閥體125中的位于加熱環131抵靠閥體125的區域中。在此,重要的是,用于電絕緣裝置的材料相對于以閥的形式出現的配件來說是熱穩定的。
除了閥的在圖25和26中示出的實施方式以外,類似地也可能的是,例如加熱環131形式或者其他幾何構型的導熱體21在例如瓣閥或者滑閥的其他配件中延伸。
示例
示例1
使用構造為高級鋼桿的導熱體21來加熱200m長的管路。該導熱體具有25mm的直徑。在此,該導熱體由高級鋼St1.4301制成。
導熱體21的電阻率在290℃的工作溫度下為0.00073Ω/mm。用于加熱所必需的比功率為100W/m。為了加熱所施加的電壓為77.3V并且電流強度為259A。由于200米的長度而必需的功率為20kW。但是,該功率僅在非常短的熔化時間內是必要的。
如果使用較高的電壓進行加熱,則可以選擇較小的導熱體截面積。例如可以通過閘流體接通的脈沖操作來減小跨導熱體所下降的熱功率。
在通過非電絕緣的導熱體保持件將導熱體固定在管路5中時,其中,導熱體保持件例如構造為具有1.5mm直徑的彈簧,寄生電流一方面通過導熱體保持件另一方面通過導電的熔鹽形成到管壁上。所產生的寄生電流在下表中示例性地列舉。
表格:寄生電流


與導熱體中的電流強度相比小得多的、通過導熱體保持件和外管以及經由熔鹽的電流強度表明:即使具有導電連接和通過導熱體保持件和經由熔鹽的寄生電流,也能夠在導熱體中產生足夠大的加熱功率,以熔化導熱體21周圍的鹽,由此,形成導熱體21周圍的通道,熔鹽能夠通過該通道流動,以平衡/補償由于鹽熔化引起的體積增加所產生的壓力。
示例2
由高級鋼1.4541制成的管路具有1.7m/(Ω·mm2)的電導率和65mm的內直徑以及2mm的壁厚。管路的截面積為421mm2。管的電導率為716m/Ω。如果90%的熱在管路中的內部導體上形成,必需使內部導體接收10倍的電流量。為此,該內部導體需要具有7.157m/Ω的電導率。銅在20℃的溫度下具有56.2m/(Ω·mm2)的電導率。由此,計算出由銅制成的內部導體所需的截面積為127mm2。這相應于具有12.7mm的直徑的銅線或者三個分別具有7.4mm直徑的銅線。如果使用由鋁制成的內部導體,則對于相同電導率,內部導體需要具有15.8mm的直徑。
由于內部導體相對于管路具有小得多的質量以及相應地小得多的熱容,內部導體的較小的直徑即足以實現其優選的加熱。通常足夠的是將甚至少于總電流的50%的電流引向內部導體。這使得能夠將內部導體構造成具有小的直徑并且僅使用不那么昂貴的、能良好導電的材料,例如銅。在DN65管路系統的情況下,例如可以足夠的是,導熱體由三個分別具有5mm直徑的銅線構成。在此,銅線優選扭成繩。
應注意的是,在溫度升高時,銅的導電性比高級鋼的導電性明顯更迅 速地下降。但是,該相對下降沒有大到會干擾內部導體的預期加熱。在此,應考慮的是,不必將內部導體加熱到超過載熱鹽的熔點很多。
作為標準管材料使用的St1.4541具有對鋼而言低的導電性。但是,在此可以有利的是,完全地或者部分地由其他具有更低的導電率的高級鋼制成管路材料、例如太陽能環路中的各接收器的吸收管。這種鋼例如為St1.4301。但是,在此也必須考慮與所使用的載熱介質的腐蝕相容性。
根據熔鹽的種類,可能必須避免用于導熱體的銅或者鋁與熔鹽的直接接觸,以避免導熱體上的腐蝕或者不損害鹽的穩定性。導熱體的材料例如銅或者鋁與用作載熱介質使用的鹽的可能的不相容性例如可以如此解決,即,導熱體的各絞合線構造有外部的高級鋼套。
替代地并且可能的是,內部導體盡可能近地被固定在管路的壁上。通過選擇具有高導電性的材料,可在該壁上使電流經由管路集中到特別合適的區域上、例如管路的上部區域上。但是,這種結構與處于內部的導熱體相比柔性和熱特性較差。
參考標記列表
1太陽能電池陣列           75網
3太陽能環路               77芯
5管路                     79耐腐蝕的管
7玻璃管                   81膨脹區域
9收集器                   83套
11載熱介質出流口          85彈性間隔件59的端部
13載熱介質輸入口          87背離導熱體的端部
15分配器                  89支腳
17真空氣泡                91繩
19固化的鹽                93絞合線
20泡沫狀區域              95圓桿
21導熱體                  97焊接部
23主供電裝置              99填充套套管
25供電線                  101封閉凸緣
27變壓器                  103密封部
29環圈                    105夾套
31彎曲線                  107楔形通道
33絕緣套                  109陶瓷纖維
35擴寬部                  111第一套
37圈                      113第二套
39鉤                      115凸緣
41套                      117管彎部
43通道                    119外部的布線
45管彎部                  121轉動90°的管路區段
47管路區段122拉緊裝置
49封閉件                  123閥
51部段                    125閥體
53管路區段                127閥座
55絕緣體                  129焊接元件
57機械的補償器            131加熱環
59彈性間隔件              133電絕緣裝置
61寄生電流
63經過熔鹽的電流
65管形繩
67內部的通道
69穿孔的管
71V形的凹部
73桿

關于本文
本文標題:用于輸送熔鹽的管路.pdf
鏈接地址:http://www.pqsozv.live/p-6180819.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
钻石光影