用于太陽(yáng)能集熱器吸熱管的改進(jìn)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及通過(guò)在太陽(yáng)能集熱器吸熱管中使用具有基本環(huán)形幾何形狀的吸氣系統(tǒng)而對(duì)太陽(yáng)能集熱器吸熱管的改進(jìn)。
【專利說(shuō)明】用于太陽(yáng)能集熱器吸熱管的改進(jìn)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于太陽(yáng)能集熱器吸熱管的改進(jìn)，特別是涉及一種用于控制在設(shè)備中的氫氣量的吸氣器系統(tǒng)，該設(shè)備使用相互串聯(lián)連接的吸熱管。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能集熱器正在成為日益重要的替代能源。這些集熱器的一個(gè)問(wèn)題與氫氣的存在(也處于低水平)相關(guān)聯(lián)。實(shí)際上，在太陽(yáng)能集熱器吸熱管中，氫氣的存在是有害的，因?yàn)樗黾恿藦墓苄沃行捏w(排熱流體在其中流動(dòng))朝向吸熱管外側(cè)的導(dǎo)熱性，從而逐漸降低它的效率。在一些類型的吸熱管中(例如使用透熱油的吸熱管)，與氫氣的存在相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題特別重要，因?yàn)樵谥行捏w中流動(dòng)的流體傾向于在高溫下分解，從而產(chǎn)生氫氣。
[0003]還有，在使用不同類型流體以便在較高溫度下除熱的新一代吸熱管中，與氫氣的存在以及裝置性能隨之產(chǎn)生的降低相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題特別重要，因?yàn)樵谶@樣的溫度下有來(lái)自吸熱器金屬部件的較高氫氣脫氣。
[0004]在太陽(yáng)能集熱器吸熱管內(nèi)的另一問(wèn)題也與吸氣材料的正確定位和用于它的殼體的裝置相關(guān)聯(lián)，即與吸氣系統(tǒng)和它怎樣與太陽(yáng)能集熱器吸熱管的其它部件相互作用相關(guān)聯(lián)。
[0005]特別是，有與吸熱管工作溫度和在吸氣系統(tǒng)內(nèi)的吸氣材料溫度相關(guān)聯(lián)的三個(gè)不同問(wèn)題方面。
[0006]一方面，吸氣材料在工作狀態(tài)中的溫度應(yīng)當(dāng)不會(huì)過(guò)高，理想的是包含在200和400°C之間，因?yàn)樵谳^高溫度下系統(tǒng)吸收氫氣的能力明顯變差；另一方面，在較低溫度下，吸氣系統(tǒng)除去存在于系統(tǒng)中的其它氣體(例如N2、02、C0、C02和烴)的能力降低。實(shí)際上，盡管氫氣是對(duì)于吸熱管最有害的氣體物質(zhì)，但是其它氣體物質(zhì)的積累也使它逐漸變差。
[0007]在第二方面，溫度也在太陽(yáng)能集熱器吸熱管的調(diào)節(jié)和脫氣階段起到非常重要的作用。在這種情況下，最普通的一種脫氣方法預(yù)計(jì)是通過(guò)內(nèi)部電阻、通過(guò)電流或者爐加熱而加熱吸熱管，且最大溫度取決于吸熱管類型(透熱油或熔融鹽)以及玻璃-金屬接頭的熱-機(jī)械阻力?；旧?，在該階段也有吸氣系統(tǒng)的激活，因此認(rèn)為這樣將使得包含于其中的材料達(dá)到高于300°C的溫度。
[0008]第三方面(不如前面兩個(gè)方面重要，但是能夠明顯影響在吸熱管內(nèi)部的吸氣系統(tǒng)的功能)與太陽(yáng)能集熱器設(shè)備預(yù)計(jì)使用串聯(lián)連接的多個(gè)元件的情況相關(guān)聯(lián)。特別是，在普通設(shè)備中，有在100個(gè)和150個(gè)之間串聯(lián)連接的吸熱管，且各吸熱管有大約4米的長(zhǎng)度。元件的數(shù)目能夠根據(jù)多個(gè)參數(shù)而明顯變化，例如它們的地理位置，這也決定了對(duì)串聯(lián)連接的元件數(shù)目的限制。實(shí)際上，除熱流體在初期的元件中相對(duì)較冷，但是它的溫度逐漸升高直到最終元件，在該最終元件處，已經(jīng)達(dá)到最高溫度的流體離開(kāi)而進(jìn)入換熱器。因此，在設(shè)備中的元件的最佳數(shù)量將通過(guò)平衡來(lái)確定，以便獲得足夠高溫度以便實(shí)現(xiàn)高效換熱，但并不過(guò)高以避免損害系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性，例如通過(guò)使得除熱流體達(dá)到過(guò)高溫度，從而使得它退化；當(dāng)為油時(shí)最高溫度為大約400°C，而當(dāng)為鹽時(shí)最高溫度為大約550°C。較高溫度還將導(dǎo)致過(guò)度脫氣，這將快速降低在出口附近的元件內(nèi)部的真空情況。在該方面，在本【技術(shù)領(lǐng)域】中，保證有效隔熱所需的普通真空水平將等于或小于10_4mbar。
[0009]與溫度相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題和限制需要一些特殊的解決方案，該解決方案可能根據(jù)吸熱管的類型而不同。更具體地說(shuō)，在下文中，提及用于可以達(dá)到高于450°C的溫度的那些管的高工作溫度吸熱管，例如使用熔融鹽的管，而術(shù)語(yǔ)在中等工作溫度下操作的吸熱管是指工作溫度不超過(guò)450°C的管，例如使用透熱油作為冷卻流體的吸熱管。
[0010]因此，理想的是，吸氣系統(tǒng)將根據(jù)吸熱管在構(gòu)成設(shè)備的順序中的位置而以稍微不同的方式來(lái)與吸熱管相互作用，因?yàn)槟軌蚩朔搯?wèn)題的方案將提高設(shè)備的總體效率。
[0011]本領(lǐng)域已知的解決方案不能夠同時(shí)解決所有這些方面。例如，美國(guó)專利6832608表示了一種成滑架形狀的吸氣系統(tǒng)，該吸氣系統(tǒng)包含吸氣材料丸劑，因此只集中在與材料的過(guò)高溫度相關(guān)的方面，因?yàn)榛艿募夹g(shù)功能是屏蔽吸氣材料防止太陽(yáng)輻射和使得吸氣材料與最高溫度的集熱器部分屏蔽。
[0012]在國(guó)際專利申請(qǐng)W02011/039281中也緊接著提出了類似問(wèn)題，該國(guó)際專利申請(qǐng)W02011/039281介紹了多種幾何形狀和解決方案，其目的是屏蔽吸氣材料防止進(jìn)入的集中
太陽(yáng)輻射。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是通過(guò)一種能夠解決與在太陽(yáng)能集熱器吸熱管中的吸氣材料的正確溫度相關(guān)的問(wèn)題的方案而克服在已知技術(shù)中仍然存在的問(wèn)題。所述目的通過(guò)一種太陽(yáng)能集熱器吸熱管來(lái)實(shí)現(xiàn)，該太陽(yáng)能集熱器吸熱管包括:中心管形元件，除熱流體在該中心管形元件中流動(dòng)；外部管形元件，該外部管形元件用作封套；具有可變長(zhǎng)度的元件，用于補(bǔ)償兩個(gè)管形元件的不同熱膨脹；以及吸氣系統(tǒng)，該吸氣系統(tǒng)包括容器，該容器容納吸氣材料的壓縮圓柱形丸劑，其特征在于:該容器有基本環(huán)形形狀，且所述容器環(huán)繞中心管形元件布置，該容器的截面的寬度包括在1.05*1和1.2*i之間，其中i表示吸氣材料丸劑的側(cè)向保留數(shù)(encumbrance)ο
[0014]側(cè)向保留數(shù)將是吸氣材料丸劑相對(duì)于環(huán)形容器的截面寬度的保留數(shù)，即圓柱形吸氣材料丸劑在容器截面中的側(cè)向總尺寸。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]下面將借助于以下附圖來(lái)進(jìn)一步介紹本發(fā)明，附圖中:
[0016]圖1表示了用于根據(jù)本發(fā)明的吸熱管的吸氣系統(tǒng)從上面看的示意圖；
[0017]圖2表示了沿圖1中的I1-1I的截面；
[0018]圖3表示了圖1中所示的吸氣系統(tǒng)的可選實(shí)施例；
[0019]圖4和5表示了圖2的實(shí)施例的剖視圖，其有兩個(gè)可選的吸氣材料丸劑配置；
[0020]圖6和7表示了在中心管形元件上的錨固裝置的兩個(gè)不同實(shí)施例，該中心管形元件用于根據(jù)本發(fā)明的吸熱管中的吸氣系統(tǒng)；
[0021]圖8A和8B分別表示了還一錨固裝置實(shí)施例的兩種不同布置；
[0022]圖9表示了用于吸氣系統(tǒng)內(nèi)部的彈性裝置的一些可能實(shí)施例；
[0023]圖10表示了包括彈性裝置的吸氣系統(tǒng)，該彈性裝置與吸氣材料丸劑接觸；以及[0024]圖11表示了根據(jù)本發(fā)明的吸氣系統(tǒng)的可選優(yōu)選實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0025]在附圖中，元件的尺寸和尺寸比率(特別是但不排他，參考容納網(wǎng)的網(wǎng)眼的尺寸或壓縮吸氣材料粉末的丸劑)可以變化，以便提高對(duì)本發(fā)明的理解。而且，可選擇存在的元件(例如用于容納網(wǎng)的焊接點(diǎn)或約束以及吸熱管的構(gòu)成元件)并沒(méi)有表示，因?yàn)閷?duì)于本發(fā)明的
理解并不重要。
[0026]對(duì)于成壓縮粉末的丸劑的形式使用的吸氣材料(特別是當(dāng)用于從密封裝置的內(nèi)部容積中除去氫氣時(shí)，例如在太陽(yáng)能集熱器吸熱管的情況下)具有的一個(gè)問(wèn)題是與由于吸收較大氫氣水平引起的膨脹現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)，該膨脹現(xiàn)象與丸劑結(jié)構(gòu)由于形成氫化物而變脆的現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生。這些現(xiàn)象的產(chǎn)生和強(qiáng)度不容易預(yù)計(jì)，因?yàn)樗鼈冇蓺怏w負(fù)載來(lái)決定。觀察到的問(wèn)題是即使在吸氣材料丸劑能力耗盡之前，上述現(xiàn)象導(dǎo)致丸劑逐漸解體，因此產(chǎn)生吸氣材料粉末。
[0027]在太陽(yáng)能集熱器吸熱管中使用的一些吸氣系統(tǒng)設(shè)想使用裝置來(lái)保持粉末，不過(guò)，這些裝置的尺寸通常設(shè)置成保持一小部分分開(kāi)的粉末，例如由于定位在其殼體支承件中的丸劑。當(dāng)由于丸劑解體而有過(guò)多粉末產(chǎn)生時(shí)，這樣的裝置沒(méi)有效率。特別是，當(dāng)使用網(wǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)，如果網(wǎng)眼足夠緊密地保持可以從丸劑結(jié)構(gòu)分開(kāi)的所有粉末顆粒粒度，網(wǎng)眼產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象(已知英語(yǔ)術(shù)語(yǔ)為clogging)，因此在其中存在的吸氣材料的能力耗盡之前損害吸氣系統(tǒng)除去氣體的能力。相反，當(dāng)網(wǎng)眼的尺寸設(shè)置成只保持具有最大顆粒粒度的粉末時(shí)，較細(xì)的粉末將分散至容器內(nèi)部，因此產(chǎn)生不同類型的問(wèn)題，其中，外部管形元件的內(nèi)表面的透明度損失是最明顯和最有害的。
[0028]后一類型解決方案在國(guó)際專利申請(qǐng)W02010/144930中介紹，該國(guó)際專利申請(qǐng)W02010/144930處理了粉末約束的問(wèn)題，但是沒(méi)有提出避免粉末產(chǎn)生的方式，考慮該專利申請(qǐng)的主要優(yōu)選實(shí)施例，吸氣材料用于粉末形式。前述W02011/039281也有類似考慮，它并沒(méi)有介紹或公開(kāi)由于使用具有環(huán)形幾何形狀的容器而產(chǎn)生的可能性和優(yōu)點(diǎn)。
[0029]與已知技術(shù)不同，本發(fā)明認(rèn)為使用具有基本環(huán)形形狀的支承件的吸氣系統(tǒng)提供了多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，特別是更容易安裝在太陽(yáng)能集熱器中、由所述幾何形狀而相對(duì)于它的固定提供的更高柔性以及通過(guò)采用吸氣系統(tǒng)的最小結(jié)構(gòu)變化而對(duì)于不同類型吸熱管(熔融鹽或透熱油)采用相同方案的可能性。
[0030]而且，具有基本環(huán)形幾何形狀的吸氣系統(tǒng)還表示了與吸熱管的處置或重新處理需要(由于在制造處理過(guò)程中弄臟的缺陷)相關(guān)聯(lián)的第二優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，在兩種情況下，都需要回收吸氣系統(tǒng)。根據(jù)已知技術(shù)制造的標(biāo)準(zhǔn)吸氣系統(tǒng)(即具有線性幾何形狀，例如滑架，焊接至中心管上)在它從吸熱管中取出時(shí)很難通過(guò)保持它的結(jié)構(gòu)或功能特性的完整性而進(jìn)行回收。這種已知系統(tǒng)在耗盡的吸熱管的處置操作過(guò)程中導(dǎo)致產(chǎn)生吸氣材料粉末，該吸氣材料粉末由于環(huán)境影響和安全原因而需要通過(guò)合適的抽吸系統(tǒng)來(lái)收集。另一方面，在吸熱管重新處理的情況下，有對(duì)吸氣系統(tǒng)產(chǎn)生不可逆損壞的危險(xiǎn)和在任何情況下的粉末產(chǎn)生現(xiàn)象，盡管這與耗盡管的情況相比并不明顯。具有基本環(huán)形幾何形狀的系統(tǒng)能夠在無(wú)損壞的情況下回收吸氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在耗盡管的情況下更容易處置，或者在管要重新處理的情況下更容易重新使用。[0031]而且，如下面所述，基本環(huán)形幾何形狀能夠更高效地解決在吸氣系統(tǒng)內(nèi)部校正吸氣材料溫度的問(wèn)題。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的吸氣材料支承件的第一實(shí)施例在圖1從上方看的示意圖中和在圖2的、沿軸線I1-1I的剖視圖中表示。吸氣系統(tǒng)10的金屬容器為基本環(huán)形形狀，吸氣材料丸劑12、12’、12〃布置在該金屬容器的基部11上。基部11為實(shí)心體，該實(shí)心體是限定環(huán)形高度的部件，即容器的內(nèi)壁13和外壁14，它在頂部由合適的容納裝置15來(lái)閉合，該容納裝置15在最普通的實(shí)例中(例如圖1和2中所示的實(shí)例)包括金屬網(wǎng)，以便容納可能與吸氣材料丸劑分開(kāi)的粉末。所述金屬網(wǎng)通常有孔，該孔有在0.05和0.2_之間的開(kāi)口。圖2的剖視圖表示了容器可能裝有多個(gè)交疊排的丸劑，成對(duì)地表示為12、22和12’、22’。
[0033]在圓形孔的情況下，前面給出的值是指它們的直徑，否則是指網(wǎng)開(kāi)口的最大尺寸。
[0034]可選和等效實(shí)施例設(shè)想閉合金屬條帶作為容納裝置，該閉合金屬條帶有開(kāi)口，金屬網(wǎng)或等效的多孔隔膜設(shè)置于該開(kāi)口中，或者金屬條帶完全閉合，但是它的寬度比環(huán)的冠(由基部11的寬度限定，或者由在壁13和14之間的距離等效地確定)寬。后一種類型的實(shí)施方式在圖3中以相對(duì)于軸線I1-1I的剖視圖的示意圖來(lái)表示。在這種情況下，在容器的周邊旁邊延伸的狹縫16布置在容納裝置17和容器的一個(gè)壁(更具體地說(shuō)內(nèi)壁13)之間。狹縫16的寬度在0.05和0.2mm之間，以便保持與丸劑分開(kāi)的吸氣材料粉末，同時(shí)使得吸氣材料能夠從吸熱管的內(nèi)部環(huán)境中除去氣體物質(zhì)，特別是氫氣。
[0035]為了不會(huì)削弱吸氣系統(tǒng)的功能，需要使得吸氣材料丸劑不會(huì)失去過(guò)多的粉末部分，因此在本發(fā)明中所述的方案能夠盡可能地減緩它們的形成，基本上通過(guò)使用容納吸氣系統(tǒng)的太陽(yáng)能集熱器吸熱管，該吸氣系統(tǒng)有基本環(huán)形幾何形狀，它裝有吸氣材料丸劑，其中，環(huán)形容器截面的寬度(即在側(cè)壁13和14之間的距離，如前面在圖1-3中的實(shí)例所示匕吸氣材料丸劑的側(cè)向保留數(shù)(即在環(huán)的冠寬度方面)稍微更寬。特別是，容器的截面寬度在
1.05*i和1.2*i之間，其中，i表示吸氣材料丸劑的總側(cè)向保留數(shù)(然后考慮有多個(gè)對(duì)齊排的可能性)。容器的過(guò)窄截面可能導(dǎo)致在丸劑結(jié)構(gòu)中由于它們膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力，而過(guò)寬截面可能導(dǎo)致容器的不合適保留數(shù)和丸劑可能通過(guò)在吸氣系統(tǒng)運(yùn)輸或安裝至太陽(yáng)能集熱器中的過(guò)程中撞擊容器壁而破碎，因此引起粉末產(chǎn)生和增加粉末源數(shù)目。
[0036]這種寬度值的確定很不簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼘⒖紤]對(duì)于“新”吸氣系統(tǒng)不容易觀察到的現(xiàn)象，該“新”吸氣系統(tǒng)即新近驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)或還沒(méi)有受到有意義的H2負(fù)載的系統(tǒng)。相反，這種現(xiàn)象只能在系統(tǒng)吸收了大量氫氣后才能觀察到，還考慮了對(duì)于顆粒損失和裝置的預(yù)期壽命(該預(yù)期壽命應(yīng)當(dāng)為至少10年)的特殊應(yīng)用要求。
[0037]將丸劑布置在容器內(nèi)基本有三種可能方式。第一方式在圖1中表示，其中，丸劑水平地放置在容器的基部11上，即吸氣材料(圓柱形)丸劑的軸線基本平行于環(huán)形容器的軸線。在這種情況下，假定所有丸劑有相同直徑，側(cè)向保留數(shù)i基本與吸氣材料丸劑12、12’、12〃的直徑d—致。
[0038]如前所述，在這種情況下，還能夠?qū)⒏嗯盼鼩獠牧贤鑴┮粋€(gè)布置在另一個(gè)上，例如圖2中所示的實(shí)例，其中，有兩層交疊的丸劑，第一層包括丸劑12、12’，第二層包括丸劑22,22'。
[0039]特別是，如圖1和2中所示，閉合容器的上部部件15 (盡管并不完全閉合，因此在膨脹的丸劑上施加較小的力)也可能由于吸附氫氣而導(dǎo)致不可控制的粉末產(chǎn)生的相同現(xiàn)象，因此優(yōu)選是容器的高度也根據(jù)圓柱形丸劑的高度h和交疊丸劑層的數(shù)目η來(lái)確定。特別是，容器高度優(yōu)選是在n*h*l.05和n*h*l.2之間。
[0040]圖4表示了根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形容器20的剖視圖，不過(guò)，圓柱形丸劑22、22’豎直地布置于該環(huán)形容器20中，其中，它們的軸線基本垂直于容器軸線，且并不與它相交。
[0041]在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)所有丸劑都有相同直徑d時(shí)，側(cè)向保留數(shù)i由吸氣材料丸劑的直徑給出。在這種情況下，優(yōu)選實(shí)施例將設(shè)想容器有在1.05*d和1.2*d之間的高度。
[0042]圖4通過(guò)穿孔網(wǎng)眼來(lái)表示了閉合件25，不過(guò)，它可以采取用于容器的不同閉合元件，該不同閉合元件從功能的觀點(diǎn)來(lái)看絕對(duì)等效(即它允許接近要除去的氣體的吸氣材料以及有粉末保持作用)，作為非限定實(shí)例，如在圖3中所示的類型，即完整的條帶17，該條帶17留下在吸氣系統(tǒng)的環(huán)形容器邊緣旁邊延伸的狹縫16。
[0043]類似地，圖5表示了上述類型的容器30，該容器30包括豎直布置的多排吸氣材料丸劑32、33，其中，它們的軸線基本垂直于容器的軸線，但是在本例中，丸劑軸線與容器軸線相交。在這種布置中，當(dāng)丸劑有相同高度h時(shí)，側(cè)向保留數(shù)i由高度h乘以在容器的側(cè)壁之間丸劑一個(gè)在另一個(gè)旁邊層疊的數(shù)目而給出。
[0044]在還一優(yōu)選實(shí)施例中(在吸熱管使用透熱油的情況中特別有利)，容器由部件形成，該部件由具有不同輻射系數(shù)ε的至少兩種不同材料來(lái)制造。特別是，容器由具有低輻射系數(shù)的材料(意味著ε < 0.2)與具有高福射系數(shù)的材料(意味著ε >0.8)來(lái)制造,其中，低輻射系數(shù)材料用于制造容器的、面對(duì)處于最低溫度的吸熱管區(qū)域的部件或組件，即并不面對(duì)中心管的那些部件，例如參考圖1，外壁14。由于相同原因，內(nèi)壁13優(yōu)選是由高輻射系數(shù)的材料來(lái)制造。不過(guò)，這種方案也可以有利地用于具有不同幾何形狀的太陽(yáng)能集熱器吸熱管，例如在美國(guó)專利6832608中所述的吸熱管，在這種情況下，通過(guò)使用低輻射系數(shù)材料來(lái)用于容納吸氣材料丸劑的滑架部分，該部分面對(duì)外部管形元件。
[0045]有不同的可能方法來(lái)將吸氣系統(tǒng)固定在吸熱管內(nèi)，其中，特別有利的是使用基本環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，該基本環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)設(shè)有彈性錨固裝置，以便將容器限制在中心管上。
[0046]為了有效固定，需要至少三個(gè)錨固裝置，優(yōu)選是相互等間距，以便將負(fù)載更好地分布在中心管上。而且，所述錨固裝置優(yōu)選是柔性，即能夠變形，以便將容器限制在吸熱管的中心管形元件上。術(shù)語(yǔ)柔性的意思是彈性元件(即當(dāng)容器從中心管形元件上拆卸時(shí)能夠恢復(fù)它們的形狀)以及由于安裝操作而不可逆地變形的元件。
[0047]圖6和7中表不了兩個(gè)可能的實(shí)施例。圖6表不了根據(jù)本發(fā)明的吸氣系統(tǒng)310的剖視圖，該吸氣系統(tǒng)裝有豎直布置的吸氣材料丸劑312、312’。成鉤形狀的錨固彈性裝置313、313’、313”固定在容器310的基部311上。根據(jù)圖6的實(shí)施例制造的吸氣系統(tǒng)有四個(gè)錨固點(diǎn)，圖中表示了它們中的三個(gè)。
[0048]圖7中表示了可選和絕對(duì)等效的實(shí)施例，其中，吸氣系統(tǒng)320的基部321有8個(gè)錨固裝置，圖中表示了它們中的五個(gè)323、323’、323”、232’”、323””，成可變形金屬條帶的形式。
[0049]由于實(shí)際和高效的原因，用于將錨固裝置固定在容器上的優(yōu)選方式是通過(guò)焊接。
[0050]一種可選擇和特別優(yōu)選的方案是在圖8Α和8Β中所示的方案，其中，吸氣系統(tǒng)40包含兩個(gè)吸氣材料丸劑層41、41’、42、42’，它們水平布置(當(dāng)丸劑豎直布置時(shí)完全等效)。容器的穿孔蓋43朝著內(nèi)部延伸，并有基本徑向切口，該基本徑向切口限定了多個(gè)金屬翅片44、44’、44n。在本例中，沒(méi)有彎曲的所有翅片都將成為錨固在中心管形元件上的錨固裝置，如圖Sb中所示，其中，未彎曲的翅片45、45’、45”成為將環(huán)形吸氣系統(tǒng)錨固在吸熱管的中心管形元件上的錨固裝置。
[0051]在特殊實(shí)施例中，所述錨固裝置有良好的熱導(dǎo)率，即熱導(dǎo)率高于或等于50W/m°C。當(dāng)太陽(yáng)能集熱器吸熱管在中等工作溫度下使用時(shí)(例如使用透熱油作為冷卻流體的太陽(yáng)能集熱器吸熱管)，這種方案特別有利。
[0052]相反的實(shí)施例設(shè)想使用具有低熱導(dǎo)率的錨固裝置，即熱導(dǎo)率小于或等于20W/m°C。這種方案在高工作溫度的太陽(yáng)能集熱器吸熱管中很有利，例如熔融鹽吸熱管。
[0053]必須強(qiáng)調(diào)，吸氣系統(tǒng)的基本環(huán)形容器能夠設(shè)有附加的錨固裝置，以便提高它的固定，該裝置例如在設(shè)備的吸熱管的安裝和裝配階段中使用。這些附加的錨固裝置將吸氣系統(tǒng)容器相對(duì)于中心管形元件限制在不同元件上，通常通過(guò)與外部管形元件或可變長(zhǎng)度元件(用于補(bǔ)償不同熱膨脹)交接。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的還一改進(jìn)形式設(shè)想在容器內(nèi)部有利地使用一個(gè)或多個(gè)彈性元件，其與吸氣材料丸劑直接接觸。
[0055]這些彈性元件的主要功能是通過(guò)使得丸劑相互推靠而在該丸劑上施加壓縮力。這保證如前所述容納于基本環(huán)形容器(該容器稍微大于丸劑的尺寸)中的丸劑通過(guò)由彈性元件施加的壓縮力來(lái)限制。
[0056]而且，彈性元件在沒(méi)有吸氣材料的容器區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生，因此，該彈性元件由于它們的壓縮而能夠補(bǔ)償吸氣材料丸劑由于吸附氫氣而引起的體積增大，因此進(jìn)一步減小了由于內(nèi)部丸劑應(yīng)力而引起的粉末產(chǎn)生現(xiàn)象。由彈性元件施加的力優(yōu)選是在50和150N之間，以便保證吸氣材料丸劑在容器內(nèi)的良好阻擋作用，同時(shí)由于它們的壓縮而補(bǔ)償吸氣材料丸劑由于吸收H2而引起的體積膨脹。而且，這種彈性力的值的確定特別關(guān)鍵，因?yàn)檫^(guò)大壓縮將導(dǎo)致丸劑破裂，這很不容易，因?yàn)橐紤]丸劑阻力由于變脆(由于吸收氫氣)而隨時(shí)間變化。
[0057]彈性元件還應(yīng)當(dāng)在與丸劑的接觸區(qū)域中沒(méi)有邊緣，以避免優(yōu)選的粉末產(chǎn)生點(diǎn)，因此它們優(yōu)選是應(yīng)當(dāng)為平的或圓角的。這種特征在后面將被稱為分布式接觸。圖9表示了適合在根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能集熱器吸熱管的吸氣系統(tǒng)中使用的彈性元件51、52、53、54的一些實(shí)例。可以看見(jiàn)，必須與吸氣材料丸劑接觸的部分511、512、521、522、531、532、541、542為平的或圓角，以獲得與丸劑表面的分布式接觸。
[0058]圖10表示了吸氣系統(tǒng)60，該吸氣系統(tǒng)60與圖8B中所示的吸氣系統(tǒng)類似，其中，彈性兀件61、61’、61”存在于容器內(nèi)部。
[0059]顯然，這種方案可用于任意可能的、具有前述基本環(huán)形幾何形狀的吸氣系統(tǒng)。例如，吸氣材料丸劑可以豎直地定位，而不是水平地定位在兩個(gè)交疊排上，因此錨固裝置可以選擇地為鉤，類似于圖6和7中所示的元件313、323，且特殊實(shí)施例預(yù)計(jì)有固定在容器的基部上的鉤或彈性錨固裝置以及在它的蓋上的翅片，以便有錨固件，該錨固件在中心管形元件上施加力，該力盡可能大地分布。
[0060]彈性元件還可以用于使得容器的一部分保持沒(méi)有吸氣材料，在這種情況下，只需要這些元件的末端部分有前述幾何(分布式接觸)和彈性特征。
[0061]當(dāng)彈性元件用于使得容器的一部分保持沒(méi)有吸氣材料時(shí)，有利地，吸氣材料占據(jù)可用體積的40%和80%之間。[0062]最后，可能特別有利的最后實(shí)施例是圖11中表不的實(shí)施例。在該實(shí)例中，吸氣系統(tǒng)110裝有豎直布置的一系列吸氣丸劑112、112’，置于基部111上。吸氣系統(tǒng)的上部部分由穿孔蓋113來(lái)制成?；?11有一系列翅片114、114’、114”，根據(jù)太陽(yáng)能吸熱器的特殊類型的結(jié)構(gòu)，這些翅片114、114’、114”中的一些可以彎曲，或者當(dāng)它們將成為錨固裝置以及用于增加吸氣材料的溫度的裝置(由于它們的熱導(dǎo)率)時(shí)保留。
[0063]在最后方面，本發(fā)明固有的是太陽(yáng)能集熱器吸熱管，它包括容器，該容器包括兩個(gè)元件，這兩個(gè)元件有基本半環(huán)形形狀，并相互連接。用于連接兩個(gè)半環(huán)的最有利方式是通過(guò)彈性裝置，例如彈簧，定位在它們的末端。這種系統(tǒng)還由于安裝容易而特別有利，盡管其它方案也可以使用(雖然不太實(shí)際)，例如半環(huán)形末端的焊接。這種方案簡(jiǎn)化了吸氣系統(tǒng)在吸熱管內(nèi)的安裝處理過(guò)程。
[0064]目標(biāo)是簡(jiǎn)化吸氣系統(tǒng)在吸熱管內(nèi)的安裝處理的還一實(shí)施例預(yù)計(jì)使用具有基本環(huán)形形狀的容器，其在至少一點(diǎn)中斷，即它并不在自身上閉合，而是有彼此面對(duì)的至少兩個(gè)閉合末端。所述容器由具有良好彈性特性的金屬材料來(lái)制造，并有在閉合容器末端處的彈性拉動(dòng)系統(tǒng)。
[0065]最后，對(duì)于吸氣材料，優(yōu)選是當(dāng)在高溫下使用時(shí)也有良好氫氣吸收特性的吸氣材料。為此，優(yōu)選的吸氣材料例如是在美國(guó)專利3203901 (Zr-Al合金)、美國(guó)專利4306887(Zr-Fe合金)、英國(guó)專利2077487 (Zr-V-Fe合金)、美國(guó)專利5961750 (Zr-Co-稀土合金)中介紹的吸氣材料。為了吸收氫氣，特別是在高溫下，還已知使用基于釔的合金，例如在國(guó)際專利申請(qǐng)W02007/148362和W02007/099575中所述以及在國(guó)際專利申請(qǐng)W02010/105945中所述。還有優(yōu)選的吸氣合金，但是用于氫氣的任何吸氣材料都可以用于上面所述的本發(fā)明方面。
【權(quán)利要求】
1.太陽(yáng)能集熱器吸熱管，包括:至少一個(gè)中心管形元件，所述中心管形元件布置在外部管形元件中；至少一個(gè)具有可變長(zhǎng)度的元件，用于補(bǔ)償兩個(gè)所述管形元件的不同熱膨脹；以及至少一個(gè)吸氣系統(tǒng)(10 ；20 ；30 ；310 ；320 ；40 ；60 ;110)，所述吸氣系統(tǒng)包括容器，所述容器裝有由吸氣材料的壓縮粉末制成的圓柱形的吸氣材料丸劑(12、12’、12” ;22、22’ ；32、33;312、312’ ；322、322’ ；41、41’、42、42’ ；112、112’)，其特征在于:所述容器基本為環(huán)形形狀，并繞中心管形元件布置，所述容器的截面的寬度在1.05*i和1.2*i之間，其中i是圓柱形的吸氣材料丸劑的側(cè)向總尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸熱管，其中:所述圓柱形吸氣材料丸劑布置成使得它們的軸線基本垂直于容器的軸線，容器的高度在1.05*d和1.2*d之間，其中，d表示圓柱形吸氣材料丸劑的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸熱管，其中:所述圓柱形吸氣材料丸劑布置成使得它們的軸線基本平行于容器的軸線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸熱管，其中:容器的高度在n*h*l.05和n*h*l.2之間，其中，h是圓柱形吸氣材料丸劑的高度，η是堆疊的丸劑的層數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸熱管，其中:容器的上部部分(15、43；113)包括至少一個(gè)穿孔元件，所述穿孔元件從金屬網(wǎng)眼、多孔隔膜和/或穿孔片材中選擇，其中，所述穿孔元件的孔具有在0.05mm和0.2mm之間的開(kāi)口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸熱管，其中:容器的上部部分包括閉合金屬部件(17)，所述閉合金屬部件形成狹縫(16)，所述狹縫的寬度在0.05mm和0.2_之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸熱管，其中:容器包括由輻射系數(shù)低于或等于0.2的材料制造的部分以及由輻射系數(shù)大于或等于0.8的材料制造的部分，具有較低輻射系數(shù)的部分由處于最低溫度的吸熱管區(qū)域來(lái)布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的吸`熱管，其中:具有較低輻射系數(shù)的部分包括容器的外壁(14)，和/或具有較高輻射系數(shù)的部分包括容器的內(nèi)壁(13)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸熱管，其中:所述容器設(shè)有錨固裝置(313、313’、313”;323、323’、323”、323’”、323””;45、45’、45”)，用于將所述容器固定在中心管形元件的至少三個(gè)點(diǎn)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的吸熱管，其中:所述錨固裝置為基本等距離間隔開(kāi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的吸熱管，其中:所述錨固裝置為柔性的。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的吸熱管，其中:所述錨固裝置(45、45’、45”;114、114’、114”)通過(guò)彎曲金屬翅片(44、44’、……、44n)而獲得。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的吸熱管，其中:所述吸熱管的工作溫度不高于450°C，所述錨固裝置具有大于或等于50W/m°C的熱導(dǎo)率。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的吸熱管，其中:所述吸熱管的工作溫度高于450°C，所述錨固裝置具有低于或等于20W/m°C的熱導(dǎo)率。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的吸熱管，其中:容器設(shè)有附加錨固裝置，用于將容器也限制在吸熱管的其它構(gòu)成元件上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的吸熱管，其中:所述其它構(gòu)成元件包括所述外部管形元件和/或具有可變長(zhǎng)度的所述元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸熱管，其中:所述容器包括一個(gè)或多個(gè)彈性元件(51、52、53、54)，所述彈性元件與圓柱形吸氣材料丸劑接觸，且所述彈性元件與圓柱形吸氣材料丸劑的表面進(jìn)行分布式接觸(511、512 ;521、522 ;531、532 ;541、542)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的吸熱管，其中:在所述容器的內(nèi)部容積的40%和80%之間的容積沒(méi)有吸氣材料，所述彈性裝置確定了沒(méi)有吸氣材料的部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸熱管，其中:所述容器包括具有基本半環(huán)形形狀的兩個(gè)相互連接的元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的吸熱管，其中:所述相互連接通過(guò)布置在所述基本半環(huán)形形狀的元件的末端處的彈性裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸熱管，其中:所述容器至少在一點(diǎn)中中斷，并具有至少兩個(gè)相互面對(duì)的閉合末端，牽引 彈性系統(tǒng)布置在容器的所述閉合末端處。
【文檔編號(hào)】F24J2/05GK103717979SQ201280038027
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月4日
【發(fā)明者】M·厄巴奴, G·圣泰拉, L·維亞萊, A·孔特 申請(qǐng)人:工程吸氣公司