CN106687246A - 用于将保护气体引入接收器管中的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将保护气体引入接收器管(4)特别是用于太阳能集热器的接收器管(4)的环形空间(3)中的方法,其中所述环形空间(3)至少由所述接收器管(4)的一个外套管(2)和内吸热管(1)形成,并且所述外套管(2)通过壁(5)而连接至所述吸热管(1)。所述方法的特征在于产生穿透所述套管(2)或所述壁(5)的开口(O1、O2),将保护气体通过所述开口(O1、O2)引入所述环形空间(3)中,并且随后再次闭合所述开口(O1、O2)。本发明还涉及一种用于执行所述方法的设备(100、200、300、400、500、600)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于将保护气体引入接收器管的环形空间中的方法,其中所述环形空间形成于所述接收器管的外套管与内吸热管之间,并且所述外套管通过壁以气密的方式连接至所述吸热管。所述壁一般由金属构成并且包含玻璃-金属过渡元件、膨胀补偿元件以及附加的连接元件。此外,本发明涉及一种用于将保护气体引入所述接收器管的所述环形空间中的设备。
背景技术
太阳能集热器具有例如抛物柱面反射镜(抛物面槽)等集热器反射镜以及接收器管,并且被利用在太阳能热电厂中,优选地用于发电。所述接收器管布置在每个集热器反射镜的焦线中,并且一般由吸热管和套管组成,所述吸热管具有辐射吸收层,而所述套管由玻璃制成,其包围所述集热器管并使其热绝缘。在已知的太阳能热电厂中,将用作传热介质的导热油输送经过所述吸热管,并且可以通过从所述集热器反射镜反射并聚焦在所述集热器管上的太阳辐射将该导热油加热至约400℃的温度。这种被加热的油最终被引入到汽化过程中,通过该汽化过程可将储存在导热油中的热能转换成电能。
在所述接收器管中的所述吸热管与所述套管之间形成环形空间。该环形空间用于使所述吸热管的外表面处的热损失最小化并从而提高所述太阳能集热器的效率。为此,抽空该环形空间以便获得尽可能低的热导率。
然而,由于高热负荷,在吸热管中用作传热介质的导热油未表现出长期稳定性并随着逐渐老化而释放氢气。在老化过程期间释放的量一方面取决于所使用的导热油以及太阳能热电厂中的运行条件,并且另一方面取决于尤其可在汽化过程期间与油一起形成的水含量。
通过渗透,释放的氢气进入被抽空的环形空间。因此,环形空间的压力和热导率也增加。这会一直发生,直到吸热管中和环形空间中的氢分压之间产生平衡。在这种情况下的一个特定缺点是氢气具有比空气更高的热导率,例如使得随着氢气的渗透进一步进展,所述环形空间中的热导率甚至优于所述接收器管之外的空气的热导率。因此,接收器管的效率降低,并且从而整个太阳能集热器的效率也降低。
为了抵消环形空间中的氢分压的这种增大并从而延长接收器管的使用寿命,由现有技术已知各种解决方案。
例如,可以通过吸气材料来束缚已经扩散至环形空间中的氢气。然而,这样的材料的吸收能力是有限的,使得一旦已经达到吸气材料的最大吸收能力,就无法束缚更多的氢气,并且环形空间中的压力再次增大。
例如由WO 2004/063640 A1已知具有布置在环形空间中的吸气材料的接收器管。在所述说明书中描述的设备中,吸气材料直接在所述环形空间中布置在吸热管与套管之间的吸气桥中。吸气桥在吸热管与吸气剂之间产生间距,使得所述吸气剂上的热负荷减少并且从而增加其长期稳定性。然而,除了使用吸气材料之外,尚未提供用于使环形空间中的氢气浓度减少的解决方案,使得上文描述的吸气剂的缺点仍然存在。
为了减轻吸气材料的问题,DE 198 21 137 A1公开了一种用于太阳能热应用的接收器管,其中在环形空间中另外存在具有高达数百毫巴的分压的稀有气体。这种解决方案的优点是,许多稀有气体具有比氢气更低的热导率,从而可以减少通过所述环形空间的热传导以及与其相关联的效率下降。然而,这种设计的缺点是环形空间从一开始就填充有稀有气体,以至于从太阳能集热器刚一安装起就未实现接收器管像抽空的环形空间的情况下那样的最佳效率。
备选实施方式,举例而言,诸如在DE 10 2005 057 276B3中公开的那些实施方式,提供了位于环形空间中的填充有至少一种稀有气体的至少一个气密密封罐,一旦吸气材料耗尽,就将所述稀有气体从所述气密密封罐引入至所述环形空间中。该备选实施方式的缺点是,太阳能集热器,并且特别是接收器管必须已经被制造成具有填充罐。改装是不可能的,使得客户需要直接在接收器管的制造期间作出关于是否承担所涉及的额外成本和增加的工作投入的决定。另一问题由该罐的打开造成,这只能通过增加的投入来实现。
由DE 10 2011 082 772 B9已知一种用于打开罐并使用稀有气体来填充环形空间的方法,其中通过激光钻孔方法将所述罐打开。激光束从外部通过套管偏转至罐上,所述罐受到照射,直到在该罐中形成开口并释放保护气体。然而,本发明的缺点还在于,使用保护气体罐对接收器管进行改装是不可能的,并且客户需要在制造期间就承担增加的成本和制造投入,尽管在启动之后很长时间才会使用到稀有气体。
例如,在德国公开说明书(待审专利说明书)DE 27 11 889A1中描述了一种通过使用聚焦激光脉冲在一般种类的工件中开孔的方法。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供使得用保护气体填充接收器的环形空间以及其后续填充可行的方法和设备。
该目的通过根据专利权利要求1所述的方法和根据专利权利要求18所述的设备来实现。从属权利要求2至17以及19至24各自分别代表所述方法或所述设备的优选实施方式。
根据本发明的方法用于将保护气体引入接收器管特别是用于太阳能集热器的接收器管的环形空间中,其中所述环形空间形成于所述接收器管的一个外套管与内吸热管之间,并且所述外套管通过壁而连接至所述吸热管,其特征在于,在第一处理步骤中,产生穿透所述套管或所述壁的开口。随后,通过所述开口将保护气体引入所述环形空间中,并且在第三处理步骤中,随后使所述开口再次闭合。
根据本发明的这种方法的优点是,已经制造以及甚至已经安装在太阳能集热器中的接收器管的环形空间可于随后用保护气体填充并且在时间或成本方面没有很大的投入。此外,接收器管可被提供有最初抽空的环形空间,使得在最开始使用时,可以实现最大效率。然而,一旦接收器管的效率由于氢气扩散而达到临界值,就可以按照根据本发明的方法用保护气体填充所述环形空间,并因此有可能阻止任何进一步的效率下降。
免除了填充有保护气体的附加罐的成本密集和制造密集的安装。另外,还可以通过根据本发明的方法在任何时候用稀有气体填充现有装备的环形空间,并因此可以阻止效率的进一步降低。以这种方式,增加了所有接收器管的使用寿命,这提供了显著的经济和生态优势。
在该过程中,可以从实际存在于环形空间中的氢气浓度推导出所述临界值,该浓度由合适的传感器测量。在玻璃套管处测得的温度也是合适的指标,因为随着氢气浓度增加,环形空间的热导率并且因而玻璃套管的温度也在操作期间升高。此外,太阳能集热器的时间或效率也可以构成临界值。
在根据本发明的方法的有利实施方式中,通过激光钻孔方法形成开口。
激光钻孔方法具有在原则上可以产生具有任何大小和形状的开口的优点。为此,仅需要使激光束的功率和/或几何形状适于接收器管、套管和/或壁的相应几何形状和性质。此外,激光钻孔方法在主要由玻璃组成的套管中或者在主要由金属或金属合金组成的壁中同等地提供了通过使用同样的设备产生开口的可能性。与材料去除钻孔工艺相比,激光钻孔方法使得在没有任何磨削物的情况下可以产生开口,由此防止对环形空间的污染。
在另一有利实施方式中,通过激光焊接方法使所述开口再次闭合。
通过激光焊接方法进行的闭合提供了可在无需另外施加闭合材料的情况下使开口闭合的优点。此外,可以通过改变激光束的功率和/或几何形状来使其适于多样化的开口几何形状以及不同的要求,举例而言,诸如套管或壁的壁厚或者其材料组成。
另一有利实施方式提供了在从环形空间的外部到内部中的压力梯度下产生开口。
该实施方式提供的是,在套管的外部以及因此从背离吸热管的一侧存在比环形空间中更高的压力。这种升高的压力可例如通过借助于保护气体施加压力而发生。该实施方式提供了这样的优点:一旦存在开口,保护气体就已经穿透至环形空间中,并且从而在时间上缩短环形空间的填充过程。另外,还强有力地限制了外来气体对环形空间的任何污染。所述压力梯度进一步导致了这样的可行性:也可通过激光钻孔方法产生的非常小的开口保持打开,并且熔融的材料不会再次流入至所述开口中,而作为结果,尽管开口非常小,后续的连续填充过程仍能够实现。
在同样有利的实施方式中,通过利用激光束直径dL1的激光钻孔方法产生开口,并且可以通过利用激光束直径dL2的激光焊接方法在处理室已被填充之后使所述开口闭合,其中dL2大于dL1。该实施方式提供了通过使用仅一个激光装置产生开口和使开口再次闭合的可行性。当开口闭合时,仅需要例如通过光学***来加宽激光束的直径。然后,用激光束照射开口,所述激光束的半径大于开口半径。这样做的结果是,位于开口周围的材料通过吸收而被加热并最终熔融。这些熔融的区域随后流动至开口中并且使其闭合。
在根据本发明的、备选的且进一步的实施方式中,开口的闭合使用附加的闭合材料而发生。
尤其是在薄壁套管或壁的情况下,可能没有足够的材料可用于通过熔融使所述开口闭合,从而在闭合的开口区中无法确保套管或壁的稳定性。在这样的情况下,根据本发明,将附加的材料引入至开口之上或之中,由此使开口闭合并且套管或壁的周围材料也不受损害或较少受损。
根据本发明的另一实施方式提供的是,在生成开口之前,对待开口的管状夹套或壁的部位施加附加的闭合材料。
开口是在所施加的整个闭合材料上产生的。闭合材料从而对环形空间的开口步骤和填充过程没有显著影响。该实施方式还具有这样的优点:不必使用套管或壁的任何直接材料来使开口闭合。有充足的附加材料可供使用,以便防止对套管和/或壁的稳定性的任何损害。
此外,有利的是在其中通过钎焊、焊接或粘接方法而施加闭合材料的实施方式。
通过所有这些方法,将闭合材料布置在套管或壁上的固定位置,从而减小其在开口步骤或填充过程期间不适当地移位的危险。
附加的闭合材料在已经填充环形空间之后熔融,并于随后至少部分地进入开口中以便使其闭合。
如上文所述,闭合材料的熔融可以通过激光束而发生,所述激光束的直径大于开口直径。另外,可以选择具有相比于套管或壁的熔化温度更低的熔化温度的材料作为闭合材料,由此在熔融期间,所需的能量明显减少,并且套管或壁上的局部热负荷进一步降低。或者,所述熔融还可以通过直接引入热能的方式而发生。
作为对施加闭合材料的替代,在另一有利实施方式中提供的是仅在环形空间的填充之后将闭合材料推动至开口之中或之上,并且因此所述开口至少部分地闭合。
仅在环形空间的填充之后引入闭合材料使得可以平滑且不受干扰的开口和填充过程。尽管如此,通过使用闭合材料,仍存在充足的附加材料用于使开口闭合。材料向开口之中或之上的引入可以是自动化的,并且/或者其可以在计算机控制下发生,以便能够以特定而可靠的方式使开口闭合。
在根据本发明的另一实施方式中,在环形空间的填充之后将闭合材料推动至开口之中或之上,并且通过激光而使该材料至少部分地熔融,由此使开口闭合。
这样做的优点是,由于单独的闭合材料的熔融,可以防止热负荷以及随之引起的对套管和/或壁的潜在损坏。
根据本发明的方法的另一有利实施方式的特征在于,所产生的开口具有至少两个不同的直径dO1和dO2,其中dO2表示背离吸热管的一侧的开口直径,而dO1表示面向吸热管的套管或壁的一侧的开口直径,其中以下关系成立:dO2>dO1。
由于套管的外侧的增大的直径,促进了附加闭合材料向开口中的引入。另外,这种阶梯式钻孔形式的开口设计使得可以进行牢固的闭合过程。由于闭合材料在开口直径dO2上或其之中的熔融,该闭合材料既流入具有较小直径的开口区中,又流入具有较大直径的开口区中。这导致开口内部的闭合材料中的潜在空腔减到最小,并且因此还导致潜在的气体进入减到最小。
在另一有利实施方式中,通过电阻焊接来使壁中的开口闭合。
由于壁特别由金属或金属合金组成的这一事实,因此其传导电流。相应地,通过施加电压,可以通过电阻焊接来使开口闭合。这种焊接技术的很大的优点在于,可以在非常短的时间内以电流的形式将高能量集中到工件的小区域,由此,在供应(气动的或机电的)高压力的情况下,产生不可逆连接。因此,所产生的开口能够以快速而坚固的方式闭合。
该有利实施方式还可以通过使用附加的闭合材料而发生。
另一实施方式的特征在于,开口的闭合通过使用至少一个棒电极而发生。
通过使用至少一个棒电极,可以以高度特定而局部的方式限制电阻焊接对开口的影响。因此,不影响壁的周围区域。此外,还可以通过选择棒电极的适当几何形状来实现对壁的不同实施方式的电阻焊接。另外,棒电极使得恰当的压力能够局部地施加在开口的区域中,由此简化并且还促进闭合。
另一同样有利的实施方式提供的是,在环形空间的填充之后,将闭合材料至少部分地推动至开口之中或之上,在每种情况下至少一个棒电极都与闭合材料并且与壁接触,通过电阻焊接使所述闭合材料熔融,并因此使开口闭合。
在该实施方式中,结合了电阻焊接和使用闭合材料的所有上述优点。
在另一实施方式中,机械地产生开口。机械开口可以例如通过使用尖状物(Dorn)而发生。在该过程中,按压尖状物穿过壁并继而将其拉出,由此穿过该壁产生对应的开口。
然而,在一个有利实施方式中,通过使用插管来产生开口,其中按压所述插管穿过壁。
插管的使用具有这样的优点:形成通过所述插管的腔体对环形空间的直接进入,从而无需再次从开口拉出插管。在已经发生用插管进行的穿孔之后,插管的一个节段位于环形空间中,而另一节段从壁突出并且支持容易地附接用于引入保护气体的进气口。在这种情况下,插管起到类似于注射器插管的作用,并且简化了后续的填充过程。此外,插管的使用还有益于开口在以后的闭合。
因此,根据本发明的另一实施方式提供的是,将插管按压穿过壁,经由插管来填充环形空间,并且通过插管的闭合而在随后使开口闭合。
该实施方式的优点在于,壁仅通过插管而被刺穿一次,并且所有进一步的方法步骤都经由该插管而发生。当环形空间打开和闭合时,壁上的热负荷因此减小。此外,开口的闭合通过使插管闭合而间接发生。在该过程中,插管显著地更加容易接近并且更易于闭合,使得在此也存在简化并因此产生了闭合期间的时间节省。
有利地,通过以下方法中的至少一种来使插管闭合:电阻焊接、摩擦焊接或感应钎焊。
已经长期尝试并测试了这种方法,通过该方法,插管的闭合可以快速而可靠地发生。为了使电阻焊接可行,插管至少部分地由金属或合金组成。
根据本发明的方法的另一有利实施方式的特征在于,在生成开口之前,将经抽空的处理室以封闭和气密的方式布置在套管和/或壁的待开口之处,继而将其抽空并填充保护气体。
因此,保护气体向接收器管的环形空间中的引入从该处理室发生。该处理室的优点在于,所述方法能够以受到保护而不受所有环境影响(举例而言,诸如压力或湿度)并且还免遭机械负荷或外来颗粒的方式进行。因此,防止了处理室的任何污染。在处理室中有可能调节任何环境参数,由此所述方法可以灵活地且独立于气候影响而进行。此外,处理室使得可以将所述方法所需的所有方法装置预先布置在处理室之内,从而无需在该方法期间打开处理室。
在同样有利的实施方式中,在生成开口之后,等待直到在环形空间与处理室之间发生期望的气体交换。
由于这样的有限开口直径,一旦保护气体已经引入到处理室中,有必要等待一定的时间,直到保护气体以预期的分压分布在环形空间内。该等待时间取决于开口直径、保护气体以及环形空间与保护气体储器之间的压力差。当已知压力关系和开口直径时,可以通过压力测量或者通过时间测量来直接监测填充过程。
在气体交换之后,使开口闭合,并且继而对处理室进行通气并再次将其从接收器管分离。
因此,处理室能够可拆卸地附接至接收器管并且被重复使用多次,并且能够用于各种接收器管。
然而,备选地,处理室还可以不可拆卸地连接至壁和/或套管,从而在气体交换之后,使开口闭合,并且即使处理室通气,也不再次将其从接收器管分离。
除了涉及方法以外,本发明还涉及用于将保护气体引入接收器管的环形空间中的设备,所述设备在下文称为“填充设备”,特别是用于太阳能集热器,其中所述环形空间形成于所述接收器管的外套管与内吸热管之间,并且所述外套管通过壁而以气密的方式连接至所述吸热管,并且所述设备包括处理室、用于产生穿过所述套管或所述壁的开口的装置、用于将保护气体引入所述环形空间中的装置以及用于使所述开口闭合的装置。
该设备提供了上文结合根据本发明的方法而讨论的优点。
在一个有利实施方式中,用于产生穿过套管或壁的开口的装置由激光***构成。该激光***提供了快速地且在不移除材料的情况下可以产生穿过具有不同直径和几何形状的管状夹套或壁的开口。已经结合根据本发明的方法的描述而解释了激光***的详细优点。
在一个同样有利的实施方式中,用于产生穿过壁的开口的装置由打孔***构成,所述打孔***具有布置在该打孔***上的插管。
此外,用于将保护气体引入环形空间中的装置有利地由气体供应***构成。该供应***使得可以对环形空间进行快速而经济有效的填充过程。在这种情况下,气体供应***具有气体罐,该气体罐以可替换的方式布置在气体供应***中。因此,使得可以进行处理气体的快速替换或者空的气体罐的更换。
所述设备的另一有利实施方式的特征在于,用于使开口闭合的装置由激光***或具有闭合材料的激光***或加热***构成,举例而言,所述加热***诸如为感应线圈或具有闭合材料的加热线圈。
接着参考结合根据本发明的方法的优点描述以获得所述设备的单个组件的相应优点。
同样有利的是这样的实施方式:其中处理室具有用于抽空所述处理室的出口开口、用于所述用于产生穿过套管或壁的开口的装置的馈通开口以及用于用保护气体填充所述处理室的入口开口。可以通过这些开口来实现所述设备的快速而经济有效的操作以及所述方法的高效实施。
在另一有利实施方式中,处理室可以经由出口开口连接至真空***,经由入口开口连接至气体供应***,以及经由馈通开口连接至激光***或打孔***。
为了确保将处理室快速固定在接收器管上并且特别是固定在壁上,在处理室布置用于将该处理室可拆卸地固定在接收器管上并且特别是固定在壁上的装置。
在另一实施方式中,除了处理室之外,还提供了支撑***,该支撑***通过真空密封的波纹软管连接件而连接至处理室。这种布置具有这样的优点:连接至支撑***的激光器、泵等的所有机械作用力都由该支撑***吸收,并且因此在壁上的密封不承受机械负荷。另外,波纹软管连接件可被附接用于接收激光,以便实现对激光束路径的完全封装。
处理室配备有对激光束透明的真空密封窗口。另外,可以将保护玻璃附接在处理室中,所述保护玻璃优选地是可旋转的,并且在开口过程期间保护激光窗口免遭气相沉积。支撑***具有进一步的室***,该室***具有用于泵送和气体供应***的连接端口,包括所有需要的传感器以及用于激光头的安装件和校准装置。可以优选地使用预填充的气体筒匣来代替气体管线,所述预填充的气体筒匣在每个新的填充过程之前更换。优选地,在室***处还存在用于接收真空吸气剂的连接端口,该连接端口确保在填充过程期间保持气体纯度。或者,吸气剂还可以在填充过程之前引入至稀有气体筒匣中,并继而在闭合之后被激活。
在另一优选实施方式中,可以使用位于玻璃管中的汽化钡吸气剂,所述汽化钡吸气剂同时用作对填充操作的质量的指示剂。可以通过使用吸气剂在打开接收器之前拆卸处于稀有气体气氛下的泵送***,并且开口过程可以在用稀有气体充注所述室之后进行。以这种方式,可以防止由于泵送***而造成的干扰振动,并且可以提高过程安全性。而且,从而有可能在打开之前确保室***在所述充注之后仍然是气密的。
附图说明
下文基于对附图的描述而讨论了用于将保护气体引入环形空间中的方法和设备的进一步特征、优点和示例性实施方式。图中示出了:
图1a是填充设备的第一实施方式,
图1b-图1c是用于填充环形空间的各个处理步骤期间的填充设备,
图2a是填充设备的第二实施方式,
图2b-图2d是用于填充环形空间的各个处理步骤期间的第二实施方式的填充设备,
图3a是填充设备的第三实施方式,
图3b-图3e是用于填充环形空间的各个处理步骤期间的第三实施方式的填充设备,
图4a是填充设备的第四实施方式,
图4b-图4e是用于填充环形空间的各个处理步骤期间的第四实施方式的填充设备,
图5a是填充设备的第五实施方式,
图5b是根据第五实施方式的处理室的放大示图,
图6a是填充设备的第六实施方式,
图6b是根据第六实施方式的处理室的放大示图。
具体实施方式
图1a中图示了根据本发明的填充设备100的第一实施方式。该设备100具有处理室101,该处理室101可以通过固定***20在接收器管4上固定就位,固定***20由夹具21和固定件22组成。接收器管4的特征在于吸热管1和套管2,其中环形空间3形成于吸热管1与套管2之间。填充设备100通过夹具21固定在套管2上或者优选地固定在壁5上。壁5包含膨胀补偿件,该膨胀补偿件未在图1中图示出并且已经在开头部分中讨论过。结合图5b讨论关于壁5的更多详细细节。或者,填充设备100还可以直接置于套管2的玻璃上。优选地,固定***20部分地布置在处理室101的侧壁106处,从而在壁5上或者在套管2上产生均匀的压缩压力。
为了能够将处理室101迅速且可拆卸地附接至套管2或壁5的具有不同直径的各个接收器管4,可以通过固定件22可变地调节夹具21的周向大小。举例而言,市售的蜗杆夹具适合作为固定***20。然而,作为夹具21的备选,还有可能使用橡胶带或橡胶条来将处理室101在接收器管4上固定就位。
为了将处理室101的内部密封,以免外部环境的影响,将密封件102附接在处理室101与接收器管4之间的接触部位处。这些密封件102可例如被设计成密封环102。可以通过固定***20和密封件102以可逆的方式将处理室101的内部固定在接收器管4上。
为了能够抽空处理室101,所述处理室具有出口开口103并且通过凸缘连接件33而连接至真空***30。该真空***30包括真空泵31和真空软管32,其中至少一个真空软管32经由凸缘连接件33将真空泵31连接至处理室101。因此,可以经由出口开口23a来抽空处理室101,并且可以在处理室101内获得几毫巴的压力。
此外,处理室101布置在馈通开口104之上。在填充设备100的第一实施方式中,该开口104将处理室101连接至激光***40。在这种情况下,激光***40具有例如激光二极管或固态激光器等形式的激光源41。该激光源41经由至少一个光导42连接至激光头43,其中激光头43与凸缘连接件46一起构成了激光***40与处理室101之间的连接部位。为了能够使从激光源41发出的激光束适于套管2或壁5的相应特性,举例而言,诸如其材料组成或壁厚,激光头43具有用于调节激光束的束宽的光学***44以及用于控制激光束在接收器管4的径向方向上的焦点的聚焦单元45。经由激光头43,激光束通过馈通开口104进入处理室101的内部,并且其焦点最终到达接收器管4的套管2或壁5的表面。
为了能够用气体并且特别是用例如稀有气体等惰性处理气体来填充处理室101,所述处理室经由入口开口105连接至气体供应***50。气体供应***50具有气体罐51,该气体罐51用处理气体填充并且通过凸缘连接件52连接至处理室101。为了能够控制处理室101内的处理气体的比例,将例如图1a中未示出的阀布置在凸缘连接件52与气体罐51之间。或者,可以通过气体流量计来分析和控制处理气体向处理室101中的流动速率,所述气体流量计也布置在凸缘连接件52与气体罐51之间并且未在图1a中图示出。
入口开口105、馈通开口104和出口开口103各自布置在处理室101的一侧,即布置在背离接收器管4的盖壁107上。
将会基于图1a至图1c通过填充设备100的第一实施方式来讨论用于填充接收器管4的环形空间3的各个处理步骤。
如图1a中可见,在第一步骤中,将由处理室101、真空***30、激光***40以及气体供应***50组成的填充设备100通过固定***20布置在接收器管4上并且特别是布置在其壁5或套管2上。在该过程中,密封件102优选地在处理室101与壁5或套管2之间形成唯一接触。随后,将固定***20固定,使得处理室101被按压在玻璃-金属过渡元件5上。如果固定***20例如由夹具21形成,则所述固定通过调节固定件22而发生。
一旦处理室101已经以气密的方式放置在套管2或壁5上,其内部就通过真空***30的真空泵31经由出口开口103而抽空。这会一直发生,直到处理室中存在约10-3至10-2毫巴的压力。由于这种抽空,处理室101的内部没有外来材料,所述外来材料否则可能在以后打开套管2或壁5时造成对环形空间3的污染。
可选地,在抽空处理室101之后并且在打开套管3或壁5之前,处理室101的内部可能已经经由入口开口105而填充有来自气体供应***50的气体罐51的处理气体。这样的压力施加有利地作用于壁5或套管2的后续打开,因为压力防止了材料进入孔中。另外,处理室101的预先填充减少了环形空间3的后续填充时间。
一旦处理室101已被抽空并且可选地已填充有处理气体,就通过激光***40产生穿过壁5或者直接穿过套管2的开口O1,这在图1b中图示出。
在激光源41中,例如由激光二极管产生激光束,并且经由光导42将其引导至激光头43中。在该激光头43中,通过光学***44来调节激光束的束宽。还可以经由聚焦单元45来调节和改变激光束沿轴线L1的焦点。
因此,将激光源41中产生的激光束经由激光头和馈通开口104沿轴线L1引导至处理室101中并且引导至套管2或壁5的表面上。由于激光束的高能量,在激光束与套管2或壁5的接触点处发生汽化过程,从而移除材料。这会一直发生,直到穿过套管2或壁5产生完整开口O1。因此,处理室101的内部和环形空间3的内部在空间上彼此相连,并且处理气体可以从气体供应***50的气体罐51流出,经由入口开口105进入处理室101的内部中并且经由开口O1进入环形空间3中。
这会一直发生,直到期望量的处理气体已流动到环形空间3中。作为特征参数,在这种情况下可以例如测量处理室101内部的压力、流过入口开口105的处理气体的量或者处理时间。
在该填充过程之后,开口O1再次闭合,这在图1c中描绘出。为此目的,通过光学***44使激光束在其焦点中变宽。因此,焦点中的激光束具有比开口O1更大的直径,并且不再具有使套管2或壁5的材料汽化所需的能量密度,而是仅使该材料熔融。为了使开口O1闭合,将变宽的激光束沿轴线L1照射到开口O1上。由此,开口O1的边缘软化并最终熔融。熔融的材料继而流动至开口O1中并且使其闭合,并且因此,环形空间3和处理室101在空间上再次彼此分离。因此,不需要用于使开口O1闭合的附加闭合材料。
在最后的步骤中,松开固定***20,由此可以从接收器管4完全移除填充设备100。
图2a中图示了填充设备200的第二实施方式,其中类似于图1a中的设备100,处理室201通过固定***20可拆卸地固定至接收器管4。同样在该实施方式中,固定***20并且特别是夹具21的夹紧力可以通过固定件22来调整,使得处理室201的压缩力可以可变地调节。
为了能够密封处理室201的内部以免受外部环境影响,还将例如密封环形式的至少一个密封件202附接在处理室201与接收器管4之间的接触区处,并且该实施方式中的密封件202也优选地代表处理室201与接收器管4之间的唯一接触。通过固定***20和密封件21,处理室201的内部可拆卸地固定在接收器管4上。
如在第一实施方式的情况中那样,处理室201还具有出口开口203、馈通开口204以及入口开口205。在这种情况下,出口开口203经由凸缘连接件33将处理室201的内部连接至真空***(在图2a中未图示出),使得处理室201可以通过出口开口203而抽空。入口开口205转而通过凸缘连接件52将处理室201的内部连接至气体供应***50。在这种情况下,气体供应***50还具有填充有处理气体的气体罐51。此外,馈通开口204经由凸缘连接件46将处理室201连接至激光***的激光头43,所述激光***未在图2a中完全示出。
除了出口开口203、馈通开口204和入口开口205的定位之外,真空***、激光***和气体供应***50的其他性质和特征类似于图1a中图示的填充设备100。与图1a中图示的填充设备相比,第二实施方式200中的开口203、204、205没有集成在盖壁207中,而是集成在处理室201的侧壁206中。在这种情况下,出口开口203和入口开口205布置成与馈通开口204相对。然而,馈通开口204不会垂直地延伸穿过侧壁206,相反其以这样的方式成角度布置而使得穿过开口204的激光束照射在接收器管4的套管2或壁5的表面上的处理室201之内。由于馈通开口204和连接至该馈通开口204的激光***的这种布置,可以通过激光束来产生穿过套管2或壁5的开口O2,该开口O2在图2b中图示出。
为了能够在气体交换之后使开口O2再次闭合,将焊丝形式的闭合材料209附加地布置在处理室201内。该焊丝209沿轴线D延伸通过穿过盖壁207的气密馈通开口208而进入处理室201中。如果处理室201布置在接收器管4上,则闭合材料209在套管2或壁5的方向上从盖壁207优选地关于接收器管4径向地在处理室201内部延伸。在这种情况下,闭合材料209沿优选地垂直穿过盖壁207的轴线D布置,以便能够在轴线D的方向上移动。此外,闭合材料209、馈通开口204以及激光头43以这样的方式布置:对于安装在接收器4上的处理室201,激光束的束轴线L2和闭合材料209的轴线D在套管2或壁5的表面上的交叉点S处相交。该交叉点S位于处理室201的内部。
为了能够可靠地密封处理室201以免受外部环境影响,优选地将馈通开口208设计成真空馈通开口。
作为对图1a和图2a中讨论的填充设备100、200的实施方式的固定的替代,通过夹具21,还可以将处理室101、201直接可拆卸地连接至接收器管4,并且这将会结合图3a和图3b详细讨论。
在图2a至图2d中,讨论了用于通过填充设备200的第二实施方式来填充接收器管4的环形空间3的各个处理步骤。
首先,通过固定***20将处理室201布置在接收器管4上并且特别是布置在其套管2或其壁5上,其中密封件202优选地在处理室201与套管2或壁5之间形成唯一接触。
一旦处理室201已经以气密的方式放置在套管2或壁5上,就通过真空***经由出口开口203将其内部抽空。可选地,在抽空处理室201之后并且在对套管3或壁5进行开口之前,可以经由入口开口205用处理气体填充处理室201的内部。
对于有关这些处理步骤的详细信息,在这一点上参考图1b的描述,因为这些步骤在填充设备100、200的第一实施方式和第二实施方式中是相同的。
一旦处理室201已被抽空并且可选地填充有处理气体,就通过激光***产生穿过套管2或壁5的开口O2,这在图2b中示出。开口O2的生成与第一实施方式形式100的开口的生成类似地发生。然而,开口O2不径向延伸穿过套管2或壁5,而是成角度,其中开口O2的中尖状物线与轴线D相交于处理室201内部的点S处。一旦已经产生开口O2,环形空间3就在空间上再次连接至处理室201,使得利用处理气体对环形空间3进行填充可以发生。这种填充也与通过使用填充设备100的第一实施方式来填充环形空间3相同地发生。
为了能够使开口O2再次闭合,通过使用图2c中未示出的行程装置使闭合材料209在接收器管4的方向上沿轴线D行进。这会一直发生,直到闭合材料209至少接触激光束的轴线L2。然而,优选地,闭合材料延伸至套管2或壁5。一旦闭合材料209已经到达该位置,激光束使材料209在交叉点S处熔化。随后,熔化的闭合材料209至少部分地流动至开口O2中,在开口O2中,其随后重新凝固。由此,开口O2闭合,并且环形空间3在空间上与处理室201分离。为了使材料209熔融,与开口O2的生成相比,激光束优选地具有更小的能量密度。这例如通过焦点直径的扩大或者通过束能量减少而实现。
随后,如图2d中所示,沿轴线D将闭合材料209远离接收器管4再次移动于其初始位置,并且可以通过松开固定件20将填充设备200从接收器管4提升离开。
为了保护脆弱的套管2和壁5免受由于固定***20造成的过强负荷并从而保护其免受可能发生的损坏,图3a中所示的填充设备300的第三实施方式可以在没有附加固定装置的情况下附接至接收器管4并且特别是附接至壁5。为此目的,在侧壁306与套管2或壁5之间的接触部位处将处理室301直接连接至套管2并且特别是连接至壁5。由于这样的连接,处理室301的内部以气密方式闭合以免受外部环境影响。如果壁5和处理室301各自由导电材料组成,则所述连接可例如通过电阻焊接而发生。或者,所述连接可以通过钎焊方法或粘合剂附接而产生。
结合图3b-图3e讨论关于处理室301的附接以及环形空间3的填充操作的详细信息。
如前两个实施方式的情况那样,根据图3a的处理室301具有出口开口303和入口开口305,其各自布置在处理室301的侧壁306处。处理室301接着经由出口开口303连接至未示出的真空***,其中该实施方式中的耦合也通过凸缘连接件33而发生。处理室301的内部可以通过出口开口303而抽空。处理室301经由入口开口305连接至气体供应***50,从而可以利用来自气体罐51的适当处理气体来填充处理室301。气体供应***50、真空***及其到处理室301的连接的进一步特征和性质可以从结合第一实施方式和第二实施方式的讨论中获得。
此外,处理室301具有馈通开口304,该馈通开口304布置在处理室301的盖壁307处。为了将处理室301的内部连接至接收器管4的环形空间3,填充设备300包括打孔***70,通过该打孔***70,可以将两端处开口的插管309按压穿过壁5。打孔***70具有打孔杆72,该打孔杆72垂直地穿过馈通开口304而至少部分地延伸至处理室301的内部中,并且可移动地布置在轴线T上。为了能够使打孔杆72移动,其连接至处理室301之外的行程装置,该行程装置未在图3a中示出。当通过行程装置沿轴线T在打孔杆72上施加力时,所述打孔杆可被推动至处理室301的内部并继而回缩至其初始位置。
在处理室301的内部,打孔杆72由波纹管形式的密封件74完全包围。该密封件74使处理室301的内部相对于馈通开口304密封,并且从盖壁307延伸至打孔头73。在这种情况下,打孔头73形成背离盖壁307并且布置在处理室301内部的打孔杆72的一端。
插管309可拆卸地固定在该打孔头73处。插管309具有两个端310和311。端310在插管309与打孔头73之间形成连接端310,而端311形成穿孔端311,利用该穿孔端311迫使插管309穿过壁5。连接端310是扁平的,以获得插管309与打孔头73之间的无损力传递,而穿孔端311具有用于促进对壁5的穿透的尖端。
螺旋弹簧可以布置在密封件74内,并且在打孔杆72移动时产生回复力,该回复力用于使打孔***70返回至其初始位置。
另外,在填充设备300的第三实施方式中,穿过侧壁306布置两个馈通开口313(其各自用于电极312)。这些电极312可以在垂直于侧壁306的轴线E上移动。此外,电极312连接至电压源,该电压源未在图3a中示出。结合图3e讨论关于电极312的更多信息。
在图3b至图3e中,通过填充设备300的第三实施方式示意性地图示了接收器管4的环形空间3的填充操作的各个步骤。
图3b中描绘了环形空间3的填充操作的第一处理步骤,其中将处理室301放置到套管2上并且特别是放置到壁5上,使得侧壁306与壁5直接接触。处理室301和壁5都由导电材料组成。随后,将处理室301和壁5通过电线81a连接至电压源82a。电线81a和电压源82a一起构成电气***80a。在侧壁306与壁5之间生成的电压导致电流流过连接部位并且由于焦耳电流加热而造成处理室301与壁5在其连接部位处的焊接。由此产生的连接Va以气密方式使处理室301的内部向外密封。或者,可以通过钎焊或粘合剂粘结而以材料结合的方式产生连接Va。
一旦已经产生连接Va,就通过使用图3c中所示的真空***30的真空泵31经由出口开口303来抽空处理室301。一旦处理室301的内部下降至低于最大压力,就可以用来自气体供应***50的气体罐51的处理气体可选地填充处理室301。随后,通过打孔***70将插管309按压穿过壁5。为此目的,将插管309布置成使其连接端310位于打孔头73处。通过外部行程装置,致使打孔杆72与插管309一起在轴线T上从初始位置沿接收器管4的方向行进。这样的移动优选地一直发生,直到穿孔端311已经完全穿透至环形空间3中。在这种情况下,处理室301内部的真空或处理气体防止当插管309对壁5进行穿孔时环形空间3受到污染。
由于密封件74连接至盖壁307和打孔头73,因此其在移动期间沿轴向方向膨胀。在该过程中,处理室301的内部空间在打孔***70的完全移动期间保持与馈通开口304密封。
为了确保插管309穿过壁5的牢固滑动,插管309和壁5都优选地由金属组成。金属还具有导电和可焊接的优点,这是下文描述的插管309与壁5之间的连接处理所需要的。打孔杆72也由导电材料组成,并且打孔杆72与插管309彼此电连接。
一旦插管309的穿孔端311已被完全按压穿过壁5,就通过电压源82b和电线81b在打孔***70与壁5之间也感应出电压。由于打孔杆72和插管309之间的电接触,该电压造成经过插管309和壁5的连接部位的电流流动,这进而由于焦耳电流加热而在该连接部位处造成插管309与壁5之间的材料结合的焊接连接Vb。因此,插管309以坚固且流体密封的方式连接至壁5。
由电线81b和电压源82b组成的电气***80b可以与电气***80a相同。图3d中图示了在插管309与壁5之间产生连接Vb之后的处理步骤。
为了在处理室301的内部与环形空间3之间产生空间连接,使打孔杆72与打孔头73一起沿轴线T远离接收器管4而移动,以便恢复打孔***70的初始位置。然而,插管309保持连接至壁5。因此,插管的连接端310自由地位于处理室301的内部,并且穿孔端311自由地位于接收器管4的环形空间中,其结果是,插管309在处理室301与环形空间3之间形成空间通路。一旦将处理气体从气体罐51引入到处理室301中,该处理气体就通过插管309从处理室301流动至接收器管4的环形空间3中,这是由于现在存在从处理室301到环形空间3中的压力梯度。这种气体流动G会一直发生,直到环形空间3中存在预定压力、预定气体量流动至环形空间3中,或者预定流动时间已经到期。
在已经用处理气体填充环形空间3之后,将插管309再次闭合,这在图3e中示出。
为了使这种闭合可行,将位于处理室301的侧壁306中的两个相对的电极312投入使用。它们安装在轴线E上,使得它们可以移位到位并且通过馈通开口313从处理室301的外部延伸至内部中。在这种情况下,馈通开口313优选地为真空馈通开口。
电极312经由电线81c而连接至电压源82c,通过该电压源82c可以在两个电极312之间生成电压。电线81c与电压源82c一起构成电气***80c。该***80c可以与电气***80b和/或80a相同。
为了使插管309闭合,使电极312在轴线E上朝向插管309移动,直到其彼此接触。在这种情况下,接触部位优选地位于靠近插管309的连接端310处。随后,在电极312处施加电压。由于焦耳电流加热,该电压造成温度升高并最终造成插管309在该插管309与电极312之间的接触部位处的软化。因此可以通过施加的力而使插管309的端310变形。一旦插管309已经在与电极312的接触部位处达到适于变形的高粘度,电极312就在轴线E上进一步朝向彼此移动。这会一直发生,直到插管309的相对的壁彼此接触。当在插管309的壁上存在对电极312的适当高的压力时,最终形成材料结合的焊接连接Vc,并且以气密方式使环形空间3与处理室301的内部再次分离。
因此,接收器管4的环形空间3填充有处理气体并且以气密方式再次闭合以免受外部影响。
图4a中图示了填充设备400的第四实施方式。该设备400也具有处理室401,该处理室401以气密方式直接布置在接收器管4上。在这种情况下的布置可以通过固定***20而发生,例如,如图1a中所示,或者通过不可逆连接而发生,如图3a或图4a中所示。
如两个实施方式200和300的情况那样,处理室400具有出口开口403和入口开口405,其各自布置在处理室401的侧壁406上,其中开口403和405彼此相对。处理室401接着经由出口开口403而连接至真空***30,其中在该实施方式中,耦合也通过凸缘连接件33而发生。处理室401经由入口开口405而连接至气体供应***50。因此,可以抽空并用处理气体来填充处理室401。
气体供应***50、真空***30及其到处理室401的连接的进一步特征和性质可以从结合第二实施方式和第三实施方式的讨论中获得。
图4b描绘了图4a的剪切示图。从该图可以看出,处理室401具有布置在盖壁407处的馈通开口404。为了将处理室401的内部连接至接收器管4的环形空间3,填充设备400包含打孔***70,通过该打孔***70可以将在两端处开口的插管409按压穿过壁5。
打孔***70具有与已结合图3a所讨论的性质和特征相同的性质和特征。
然而,插管409不同于填充设备300的第三实施方式的插管309。插管409具有两个不同的部分414和415。部分414表示闭合部分414,而部分415表示穿孔部分415,其中闭合部分414的直径大于穿孔部分415的直径。此外,闭合部分414包括连接端410,通过该连接端410将插管409连接至打孔***70的打孔头73。例如,用于穿透壁5的插管409的穿孔端411位于穿孔部分415的底端。另外,将闭合材料417布置在插管409中,并且特别是布置在闭合部分414中。该闭合材料417以这样的方式布置:最初,在两个端410与411之间存在空间通路,并且插管的功能得到确保。
此外,闭合材料418在插管409外布置于闭合部分414与穿孔部分415之间的连接区域中。闭合材料417和418可以是相同的或不同的。如果闭合材料417和闭合材料418各自都由焊料组成,则闭合材料417优选地具有比材料418更高的熔化温度。
为了加热和熔化闭合材料417和418,处理室401具有形式为螺旋加热元件或感应线圈的加热装置416,该加热装置416位于处理室401的内部中。加热装置416以这样的方式布置:插管409至少部分地延伸穿过该加热装置416。
将会结合图4c至图4e来讨论接收器管4的环形空间3的填充过程。
将处理室401放置就位、将处理室401连接至壁5以及随后抽空处理室401并用处理气体对其进行填充的第一处理步骤对应于结合图3b所讨论的处理步骤。
在处理室401以气密的方式放置在接收器管4的壁5上、经抽空并且可选地已经填充有处理气体之后,通过打孔***70将插管409按压穿过壁5。该步骤在图4c中示出。为此目的,将插管409布置成使其连接端410位于打孔头73处。通过图4c中未示出的外部行程装置,致使打孔杆72与插管409一起在轴线T上从初始位置沿接收器管4的方向行进。这种移动会一直发生,直到穿孔端411已经优选地完全穿透至环形空间3中并且闭合材料418在插管409的闭合部分414与壁5之间进行直接连接。在该过程中,插管409仅利用其穿孔部分415对壁5进行穿孔。闭合部分414完全保持在处理室401之内。
优选地,闭合材料418由耐热粘合剂形成。闭合材料418可以备选地由焊料形成,在插管409已经对壁5进行穿孔之后,所述焊料通过加热装置416而熔融。在后续凝固之后,其将插管409在壁5处固定就位并且对连接部位进行密封。
处理室401内部的真空或处理气体防止当插管409对壁5进行穿孔时环形空间3受到污染。
由于密封件74连接至盖壁407和打孔头73,因此其在移动期间膨胀。处理室401的内部空间因此在打孔***70的完全移动期间相对于馈通开口404密封。
图4d中图示了在通过插管409对壁5进行穿孔之后发生的处理步骤。
为了在处理室401的内部与环形空间3之间产生空间连接,使打孔杆72与打孔头73一起沿轴线T远离接收器管4而移动,以便再次恢复打孔***70的初始位置。然而,插管409继续以材料结合的方式连接至壁5。因此,插管409的连接端410自由地位于处理室401的内部,而穿孔端411自由地位于接收器管4的环形空间3中。插管409在处理室401与环形空间3之间形成空间通路。处理气体从气体罐51流动至处理室401中,这是由于在该方向上存在压力梯度。这种气体流动G会一直发生,直到环形空间3中存在预定压力、预定气体量流动至环形空间3中、或者预定流动时间已经到期。
在已经用处理气体填充环形空间3之后,插管409再次闭合,这在图4e中示出。
为此目的,布置在闭合部分414内部的闭合材料417也优选地由焊料组成,所述焊料通过加热装置416而熔融。一旦闭合材料417已经由加热装置416熔融,其至少部分地流动至穿孔部分415中并且使插管409闭合。
如果闭合材料417和闭合材料418各自都均由焊料组成,则需要确保闭合材料417在熔融期间不流入闭合部分414中,以便使插管在壁5处固定就位。出于该理由,其优选地具有比闭合材料418更高的熔化温度。否则,当两种闭合材料相同时,这两种材料仅在填充之后熔融一次,由此插管与壁之间的连接部位以及插管中的馈通开口均在一个处理步骤中得到密封。
在闭合材料的后续凝固之后,环形空间3和处理室409再次在空间上彼此分离地存在,并且利用处理气体对环形空间3进行的填充过程被终止。
在图5a中穿过接收器管的纵截面图示了填充设备500的第五实施方式。图5b示出了放大剪切图。壁5具有由现有技术已知的玻璃-金属过渡元件6、膨胀补偿器件7以及其他连接元件8。
填充设备500具有处理室501,该处理室501以气密方式直接布置在壁5上。此外,填充设备500具有支撑***502,该支撑***502以例如减振的方式布置在套管2处。该支撑***520通过两个波纹软管526和527连接至处理室501,并且用于将例如由于真空***30或激光***40而造成的任何机械负荷从处理室501解耦。
支撑***520具有两个阀525和529。可以通过这些阀525和529将支撑***520在一方面连接至真空***30以便对真空***520和处理室501进行抽空,并且在另一方面连接至气体供应***550以便用处理气体填充支撑***520和处理室501,并且任意将它们断开。
将吸气剂551放置在气体供应***550中。锆基吸气剂551吸收空气或氢气,但不吸收优选使用的处理气体氙气。因此,当已经通过阀529的闭合而将真空***30分离时,吸气剂551用于保持支撑***520和处理室501不含来自周围的空气或来自接收器管4的环形空间3的氢气。
此外,支撑***520具有传感器521,通过该传感器521可以确定支撑***520的状态数据并因此确定处理室501的状态数据。因此,可例如确定支撑***520的现有压力、气体组成、温度和其他特征参数。
支撑***520还具有支撑臂522,在该支撑臂522处布置激光***40并且特别是布置激光头43。通过波纹软管526,处理室501连接至支撑臂522并因此还连接至激光头43。在这种情况下,支撑臂522和激光头43以这样的方式布置:从激光头43发出的激光束沿着纵向方向上的中尖状物线传穿过处理室501并且垂直照射在壁5上。
在图5b中还可以看出,在处理室501中面向壁5的一侧布置了保护玻璃530,而在面向激光头43的一侧布置了窗口531。窗口531和保护玻璃530全都对激光束光学透明。另外,窗口531以气密方式安装在处理室501中,使得仅激光束可以进入处理室501中,而诸如灰尘或气体等其他外来杂质则不能进入。
相比之下,保护玻璃530以这样的方式布置在处理室501中:在激光束钻孔期间,可以捕获从所钻的孔汽化的金属,而对环形空间3的后续抽空仍然是可行的。因此,保护玻璃530可拆卸地布置在处理室501中并且/或者被设计成可透气体。
图6a中图示了填充设备600的第六实施方式。该填充设备600除了两处差异以外与填充设备500相同。作为第一差异,吸气剂641布置在可视玻璃640中。该可视玻璃640连接至支撑***620并且使得可视玻璃640与支撑***620之间的气体交换成为可能。例如,吸气剂641由汽化型吸气剂形成。这样的汽化型吸气剂通过钡在可视玻璃640的内侧的沉淀物而形成。钡沉淀物在一方面起到吸收不期望的气体的作用,然而在另一方面,钡沉淀物还在其已经吸收更大量的气体时改变其金属光泽外观。因此可以利用可视玻璃640中的汽化型吸气剂641来确定在填充操作期间是否有不允许的大量空气或其他反应气体渗透到处理室601或支撑***620中。
作为与填充设备500的第二差异,保护玻璃630可以旋转并且布置在处理室601内部。这在下文中基于图6b中的放大剪切图而更详细地讨论。
与处理室501类似,处理室601通过两个波纹软管626和627连接至支撑***620。与处理室501类似,处理室601也具有与窗口531相同性质的窗口631。然而,如前文已经提到,相对于处理室501的差异在于其旋转能力以及保护玻璃630在处理室601内的布置。保护玻璃630经由旋转轴633连接至马达634,该马达634可以使保护玻璃630围绕旋转轴633的纵向轴线旋转。在这种情况下,马达634优选地布置在支撑臂622上。或者,替代于马达634,还可以提供手柄,从而可以手动地使保护玻璃630围绕旋转轴633的纵向轴线旋转。
可旋转式保护玻璃630也对激光束光学透明,并且用于捕获在激光钻孔期间从所钻的孔汽化的金属并且使其远离窗口631。在已经产生钻孔之后,可以进一步旋转保护玻璃630,使得激光束可以再次穿过未受到气相沉积的玻璃区域。或者,保护玻璃630还可以是分段的或穿孔的,使得在其旋转之后,激光束照射在自由区上,即不再穿过保护玻璃的材料。
作为对旋转移动的替代,还可以进行滑动移动,以便使未受到气相沉积或自由的窗口部分进入到激光束的路径中。另外,保护玻璃630可以备选地从光束路径围绕方向垂直于附图平面的轴线枢转(摆出)。
为了对第五实施方式和第六实施方式中的环形空间3进行抽空并利用处理气体对其进行填充,执行以下方法步骤。所述方法的描述例如参考第六实施方式。
首先,将处理室601通过波纹软管626和627连接至支撑***620。随后,将气体供应***650和传感器621也连接至支撑***620。在此之后,将处理室601固定在壁5处,并且将支撑***620固定在接收器管4的套管2处。在将真空***30也附接至支撑***620之后,对支撑***620和处理室601两者进行抽空。这会一直发生,直到传感器621记录到小于10-3毫巴的压力。
随后,通过打开可视玻璃641与支撑***620之间的阀642来将吸气剂640连接至支撑***620的内部空间。在此之后,关闭阀629,由此真空***30与支撑***620分开存在。为了产生穿过壁5的开口,将激光头43固定至支撑臂622。在穿过壁5的激光钻孔开始时,吸气剂640必须具有金属光泽,这表明在前述处理步骤期间未发生对处理室601或者对支撑***620的污染。随后,通过激光束来进行穿过壁5的孔O1的实际钻孔。
为了用处理气体填充环形空间3,打开阀624和625,使得处理气体(举例而言,诸如氙气)从气体供应***650流动至环形空间3中,直到达到约10毫巴的压力补偿。所述压力例如通过传感器621来测量。为了进一步监测在填充操作期间没有发生空气进入到支撑***620或处理室601中,可以继续检查吸气剂640的可见变化。为了随后使壁5中的开口闭合,通过光学***44使激光束的焦点直径变宽并且再次照射壁5中的开口。为了监测开口是否已经成功地闭合,一方面进行视觉检查,而另一方面可以通过传感器621来记录氢分压的下降。对于第三种监测可能性,可以再次打开阀629,由此由于真空***30而发生压力的迅速下降,并且应当会实现约10-3毫巴的最终压力。如果该最终压力未实现或者仅非常缓慢地实现,则气体有可能从环形空间3流回到处理室601中,而这将会指出开口的泄漏闭合。如果已经成功地用处理气体填充了环形空间3,则对处理室601和支撑***620进行通气,并且从接收器管4拆卸填充设备600的所有组件。
附图标记列表
1 吸热管
2 套管
3 环形空间
4 接收器管
5 壁
6 玻璃-金属过渡元件
7 膨胀补偿装置
8 连接元件
20 固定***
21 夹具
22 固定件
30 真空***
31 真空泵
32 真空软管
33 凸缘连接件
40 激光***
41 激光源
42 光导
43 激光头
44 光学***
45 聚焦单元
46 凸缘连接件
50 气体供应***
51 气体罐
52 凸缘连接件
70 打孔***
72 打孔杆
73 打孔头
74 密封件
80a、80b、80c 电气***
81a、81b、81c 电线
82a、82b、82c 电压源
100 填充设备的第一实施方式
101 处理室
102 密封件
103 出口开口
104 馈通开口
105 入口开口
106 侧壁
107 盖壁
200 填充设备的第二实施方式
201 处理室
202 密封件
203 出口开口
204 馈通开口
205 入口开口
206 侧壁
207 盖壁
208 馈通开口
209 闭合材料
300 填充设备的第三实施方式
301 处理室
303 出口开口
304 馈通开口
305 入口开口
306 侧壁
307 盖壁
309 插管
310 插管的连接端
311 插管的穿孔端
312 电极
313 馈通开口
400 填充设备的第四实施方式
401 处理室
403 出口开口
404 馈通开口
405 入口开口
406 侧壁
407 盖壁
409 插管
410 插管的连接端
411 插管的穿孔端
414 闭合部分
415 穿孔部分
416 加热装置
417 闭合材料
418 闭合材料
500 填充设备的第五实施方式
501 处理室
502 密封件
503 入口/出口开口
504 馈通开口
520 支撑***
521 传感器
522 支撑臂
524 阀
525 阀
526 波纹软管
527 波纹软管
528 波纹软管
529 阀
530 保护气体
531 窗口
550 气体供应***
551 吸气剂
600 填充设备的第六实施方式
601 处理室
602 密封件
603 入口/出口开口
604 馈通开口
620 支撑***
621 传感器
622 支撑臂
624 阀
625 阀
626 波纹软管
627 波纹软管
628 波纹软管
629 阀
630 保护气体
631 窗口
633 旋转轴
634 马达
640 可视玻璃
641 吸气剂
642 阀
650 气体供应***
O1 第一实施方式的开口
O2 第二实施方式的开口
D 闭合材料的轴线
E 电极的轴线
G 气体流动
L1 第一实施方式的激光束的轴线
L2 第二实施方式的激光束的轴线
S 轴线D和L2的交叉点
T 打孔杆的轴线
Va 材料结合连接
Vb 材料结合连接
Vc 材料结合连接
Claims (25)
1.一种用于将保护气体引入接收器管(4)、特别是用于太阳能集热器的接收器管(4)的环形空间(3)中的方法,其中所述环形空间(3)至少由所述接收器管(4)的外套管(2)和内吸热管(1)形成,并且所述外套管(2)通过壁(5)而连接至所述吸热管(1),
其特征在于,
产生穿透所述套管(2)或所述壁(5)的开口(O1、O2),将保护气体通过所述开口(O1、O2)引入所述环形空间(3)中,并且随后再次闭合所述开口(O1、O2)。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过激光钻孔方法产生所述开口(O1、O2)。
3.根据权利要求1或2中之一所述的方法,其特征在于,通过激光焊接方法使所述开口(O1、O2)闭合。
4.根据权利要求1至3中之一所述的方法,其特征在于,通过使用激光束直径dL1的激光钻孔方法产生所述开口(O1、O2),以及通过利用激光束直径dL2的激光焊接方法使所述开口(O1、O2)闭合,其中dL2>dL1。
5.根据权利要求1至4中之一所述的方法,其特征在于,所述开口(O2)的闭合通过使用附加的闭合材料(209)而发生。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,在对所述环形空间(3)的填充之后,将所述闭合材料(209)引入所述开口(O2)中,并因此使所述开口(O2)至少部分地闭合。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,在对所述环形空间(3)的填充之后,所述闭合材料(209)至少部分地被推动至所述开口(O2)之中或之上,至少部分地通过激光而熔融,并因此使所述开口(O2)闭合。
8.根据权利要求1、2或5中之一所述的方法,其特征在于,所述壁(5)中的所述开口(O2)通过电阻焊接闭合。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述开口(O2)的闭合通过使用至少一个棒电极而发生。
10.根据权利要求8或9中之一所述的方法,其特征在于,在对所述环形空间(3)的填充之后,所述闭合材料(209)至少部分地被推动至所述开口(O2)之中或之上,至少一个电极分别地与所述闭合材料(209)以及与所述壁(5)接触,所述闭合材料(209)通过电阻焊接而熔融,并因此使所述开口(O2)闭合。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,机械地产生所述开口。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,通过使用插管(309、409)产生所述开口,其中将所述插管(309、409)按压穿过所述壁(5)。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,将所述插管(309、409)按压穿过所述壁(5),通过所述插管(309、409)来填充所述环形空间(3),并且通过使所述插管(309、409)闭合来使所述开口闭合。
14.根据权利要求12或13所述的方法,其特征在于,通过以下方法中的至少一种来使所述插管(309、409)闭合:电阻焊接、摩擦焊接或感应钎焊。
15.根据权利要求1至14中之一所述的方法,其特征在于,在产生所述开口之前,能够抽空的处理室(101、201、301、401)以包围待开口位置的方式以及气密的方式布置在所述套管(2)和/或所述壁(5)处,将其抽空并利用保护气体进行填充。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,在产生所述开口之后,等待直到在所述环形空间(3)与所述处理室(101、201、301、401)之间已经发生期望的气体交换。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,在所述气体交换之后,使所述开口闭合并于随后对所述处理室(101、201、301、401)进行通气。
18.一种用于将保护气体引入接收器管(4)、特别是用于太阳能集热器的接收器管(4)的环形空间(3)中的设备(100、200、300、400、500、600),其中所述环形空间(3)至少由所述接收器管(4)的外套管(2)和内吸热管(1)形成,并且所述外套管(2)通过壁(5)而连接至所述吸热管,
其特征在于,处理室(101、201、301、401、501、601)、用于产生穿过所述套管(2)或所述壁(5)的开口(O1、O2)的装置(40、70、309、409)、用于将保护气体引入所述环形空间(3)中的装置(50)以及用于使所述开口(O1、O2)闭合的装置(40、80、209、312、416、417、418)。
19.根据权利要求18所述的设备(100、200、300、400、500、600),其特征在于,所述用于产生穿过所述套管(2)或所述壁(5)的开口(O1、O2)的装置(40、70、309、409)由激光***(40)或穿孔***(70)构成,所述穿孔***(70)具有布置在其上的插管(309、409)。
20.根据权利要求18或19所述的设备(100、200、300、400、500、600),其特征在于,所述用于将保护气体引入所述环形空间(3)中的装置(50)由气体供应***(50)构成。
21.根据权利要求18至20中之一所述的设备(100、200、300、400、500、600),其特征在于,所述用于使所述开口(O1、O2)闭合的装置(40、80、209、416、417、418)由激光***(40)或具有闭合材料(209)的激光***(40)或具有闭合材料(417、418)的加热装置(416)或电气***(80)构成。
22.根据权利要求18至21中之一所述的设备(100、200、300、400),其特征在于,所述处理室(101、201、301、401)具有用于抽空所述处理室(101、201、301、401)的出口开口(103、203、303、403)、用于所述用于产生穿过所述套管(2)或所述壁(5)的开口(O1、O2)的装置(40、70、309、409)的馈通开口(104、204、304、404)以及用于用保护气体填充所述处理室(101、201、301、401)的入口开口(105、205、305、405)。
23.根据权利要求22所述的设备(100、200、300、400),其特征在于,所述处理室(101、201、301、401)能够经由所述出口开口(103、203、303、403)连接至真空***(30),经由所述入口开口(105、205、305、405)连接至气体供应***(50),以及经由所述馈通开口(104、204、304、404)连接至激光***(40)或穿孔***(70)。
24.根据权利要求18至21中之一所述的设备(500、600),其特征在于支撑***(520、620),所述支撑***(520、620)能够连接至所述处理室(501、601),并且在其上布置用于所述产生穿过所述包壳管(2)或所述壁(5)的开口(O1、O2)的装置(40、70、309、409)、所述用于将保护气体引入所述环形空间(3)中的装置(50)以及所述用于使所述开口(O1、O2)闭合的装置(40、80、209、312、416、417、418)。
25.根据权利要求18至24中之一所述的设备(100、200、300、400、500、600),其特征在于,在所述处理室(101、201、301、401)上布置用于将所述处理室(101、201、301、401)可拆卸地固定在接收器管(4)上并且特别是固定在所述壁(5)上的装置(20)。
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