專利名稱：一種太陽(yáng)能熱利用真空管吸氫材料及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能熱利用真空管吸氫材料及其使用方法，特別是一種太陽(yáng)能 熱利用真空管鈦基多元吸氫材料及其使用方法，其最低可在200 250°C活化，工作溫度為 25 250°C，可替代目前太陽(yáng)能熱利用真空管內(nèi)的灶-Co-Re、&-V_Fe、鋇基和鍶基吸氫材 料。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能光熱利用已得到廣泛普及，近年來(lái)，隨著建筑節(jié)能、太陽(yáng)能熱發(fā)電等中高 溫太陽(yáng)能光熱技術(shù)發(fā)展的需要，對(duì)真空集熱管的集熱效率提出了越來(lái)越高的要求。而中 高溫太陽(yáng)能真空集熱管的工作溫度高達(dá)200-400°C，在此溫度下，集熱管內(nèi)的傳熱介質(zhì)將 在管內(nèi)金屬催化劑的作用下裂解產(chǎn)生氫氣，并很容易借助滲透作用進(jìn)入集熱管的真空夾 層，而H2在0°C的導(dǎo)熱系數(shù)為0. 163W/ (m K)，分別為空氣、02、N2和C02導(dǎo)熱系數(shù)的7. 0、 6.8、7.2和11. 9倍。因此，H2含量對(duì)真空集熱管集熱效率的影響極大，其良好的導(dǎo)熱性將 造成大量的熱損失，即使是極微量的氏，對(duì)真空集熱管的集熱效率也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重危害。為 減少熱損失，提高集熱效率，需要在真空集熱管的真空夾層中放入一定量的吸氫材料以降 低其中的氫分壓，提高管內(nèi)真空度。目前，常用的真空吸氫材料有&-Co-Re(EP0869195)、 Zr-V-Fe (US4312669)、Zr-V-Fe-Ti (ZL89106797. 3)和 Zr-Ni-V-Fe (ZL96106343. 2)，在真空 集熱管中放入上述合金中的一種，能吸附真空集熱管工作中產(chǎn)生和滲透的氫，起到較好的 隔熱的效果。但上述合金吸氫速率和容量均較低，且需要450°C以上高溫才能活化，難以滿 足中高溫太陽(yáng)能真空集熱管的要求，因此，迫切需要一種活化溫度低、吸氫容量高、吸氫速 率快的吸氫材料，以滿足太陽(yáng)能中高溫?zé)崂谜婵展艿母哒婵招枨蟆?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種具有更高的吸氫容量和速率，可在更低溫度 (200 250°C )下活化的鈦基多元吸氫材料，且其制造工藝簡(jiǎn)單，易掌握。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種太陽(yáng)能熱利用真空管吸氫材料，其特征在于其包括鈦Ti、釩鐵合金VFe和稀 土金屬Re，所述的稀土金屬Re為單一的Y、La或Ce或Y、La和Ce按任意比例的混合物，它 們的含量是鈦Ti為30 79重量份，釩鐵合金VFe為20 69. 5重量份，稀土金屬Re為 0. 5 2. 5重量份。一種太陽(yáng)能熱利用真空管吸氫材料，其特征在于其包括鈦Ti、釩鐵合金VFe、過(guò) 渡金屬M(fèi)和稀土金屬Re，所述的過(guò)渡金屬M(fèi)為Mn、Co、Cr、Ni、Zr、Nb或Hf中的一種或其兩 種或兩種以上按任意比例形成的混合物，所述的稀土金屬Re為單一的Y、La或Ce或Y、La 和Ce按任意比例的混合物，它們的含量是鈦Ti為30 79重量份，釩鐵合金VFe為20 69. 5重量份，過(guò)渡金屬M(fèi)為0. 5 47. 5重量份，稀土金屬Re為0. 5 2. 5重量份。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的釩鐵合金中，釩的含量為> 50wt%。
本發(fā)明的另一目的是提供一種上述太陽(yáng)能熱利用真空管吸氫材料的使用方法。為 實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種太陽(yáng)能熱利用真空管吸氫材料的使用方法，其特征在于將所述的太陽(yáng)能熱 利用真空管吸氫材料的合金粉末在真空條件下加熱至200-450°C，活化10-30min，之后冷 卻到工作溫度進(jìn)行吸氫，所述的工作溫度為25-350°C。本發(fā)明的吸氫材料的制造工藝按照合金成分設(shè)計(jì)范圍分別稱出塊狀金屬鈦、釩 鐵合金、過(guò)渡金屬或合金和稀土金屬或合金，將上述原材料烘烤除濕氣后分別置于坩堝中， 采用普通中頻感應(yīng)熔煉成錠，經(jīng)氬氣保護(hù)破碎和研磨，取-100目的顆粒粉末。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明的合金采用真空中頻感應(yīng)爐熔煉制備，具有制造工藝簡(jiǎn)單、活化溫度低、 吸氫容量大和吸氫速率快等顯著優(yōu)點(diǎn)。合金活化溫度比通常的&基合金低200°C，其在 25°C的吸氫容量和吸氫速率分別是&-V-Fe合金的2倍和5倍以上。本發(fā)明的吸氫材料最 低可以在200-250°C下活化，活化時(shí)間小于30min，活化后正常工作溫度為25_250°C。2、本發(fā)明的產(chǎn)品有顆粒粉末、片和壓制在金屬鎳帶上的帶和環(huán)，應(yīng)用范圍廣泛，適 用于中高溫太陽(yáng)能真空管，也可用于電光源元器件、惰性氣體凈化器和允許加熱溫度較低 的真空器件如真空保溫杯(瓶)和石油勘探隔熱管中。下面通過(guò)附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但并不意味著對(duì)本發(fā)明保 護(hù)范圍的限制。


圖1為1175作 6)24.5\5合金4501活化后在251的吸氫速率隨吸氫量變化的特征 曲線。圖2為T(mén)iadVFeDn^Y^合金200°C活化后在25°C的吸氫速率隨吸氫量變化 的特征曲線。圖3為T(mén)i3Q(VFe)46.5Mn21Y2.5合金450°C活化后在25°C的吸氫速率隨吸氫量變化的 特征曲線。圖4為T(mén)i45.5 (VFe) 30Mn12.5Nb10.5LaL5合金450°C活化后在25°C的吸氫速率隨吸氫量 變化的特征曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1原料采用Ti (純度彡99. 5% )，VFe (V含量為50% )，Y(純度彡99. 5% )，合金按 照 Ti75(VFe)24.5Ya5 化學(xué)計(jì)量(即按照 Ti :75wt%, VFe 24. 5wt%, Y 0. 5wt%，以下同)，采 用普通中頻感應(yīng)真空熔煉方法制備，熔煉后的鑄錠經(jīng)破碎，在氬氣保護(hù)下研磨成-100目的 顆粒粉末后，取0. 32g壓制成①6X3mm的小片，按照GB/T 8763-1988測(cè)試合金片在室溫下 吸氫速率、容量隨時(shí)間變化的關(guān)系。為了比較，采用相同工藝熔煉:70wt%, V 24. 6wt%,Fe 5. 4wt% )合金并壓制成①6X3mm的小片，進(jìn)行了同樣條件下吸氫性能的對(duì) 比測(cè)試。測(cè)試條件為樣片在450°C，優(yōu)于5X10_3Pa真空下活化10分鐘，工作溫度25°C， 氫氣工作壓力2. 7 X 10_4Pa，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。Ti75 (VFe) 24.5Ce0.5合金在25 °C對(duì)H2在10分鐘時(shí)的吸氫速率S1Q(cm3 S—1 g—1)和120分鐘時(shí)的吸氫容量Q12C1(cm3 Pa g—1)分別 為4021cm3 S-1 g—1和6412. 7cm3 Pa g4，而同條件測(cè)試的Zr-V-Fe合金對(duì)應(yīng)值分別為 876. 4cm3 S"1 g"1 和 1454. 5cm3 Pa g"1, Ti75 (VFe) 24.5YQ. 5 合金吸氫性能比 Zr-V-Fe 合金 的吸氫性能提高了 4倍以上。實(shí)施例2原料采用Ti (純度彡99. 5 % )，VFe (V含量為80 % )，Mn (純度彡98 % )，Y (純 度彡99.5% )，合金按照TiaJVFehuMr^.Ju化學(xué)計(jì)量，采用普通中頻感應(yīng)真空熔煉方 法制備，熔煉后的鑄錠經(jīng)破碎，在氬氣保護(hù)下研磨成-100目的顆粒粉末。取0.32g壓制成 06X3mm的小片，按照GB/T 8763-1988測(cè)試合金片在室溫下吸氫速率、容量隨時(shí)間變化的 關(guān)系。合金小片在優(yōu)于5X 10_3Pa真空、200°C下活化30分鐘。測(cè)試工作壓力2. 7X 10_4Pa， 測(cè)試結(jié)果如圖2所示，可見(jiàn)，T^jVFehuMr^.Ju合金25°。對(duì)112在10分鐘時(shí)的吸氫速率 S10(cm3 S-1 g-1)為1491. 7cm3 S-1 g—1，吸氫速率在120分鐘內(nèi)基本保持恒定，120分鐘時(shí) 的吸氫容量 Q120 (cm3 Pa g-1)為 2830. 9cm3 Pa g、。實(shí)施例3原料采用Ti (純度彡99. 5 % )，VFe (V含量為80 % )，Mn (純度彡98 % )，Y (純 度彡99.5% )，合金按照Ti3(1(VFe)46.5Mn21Y2.5化學(xué)計(jì)量，采用普通中頻感應(yīng)真空熔煉方法 制備，熔煉后的鑄錠經(jīng)破碎，在氬氣保護(hù)下研磨成-100目的顆粒粉末。取0.32g壓制成 100片①6X3mm規(guī)格的小片，任取其中一片，按照GB/T 8763-1988測(cè)試合金片在室溫下 吸氫速率、容量隨時(shí)間變化的關(guān)系。測(cè)試條件為樣片在優(yōu)于5X10_3Pa真空，450°C下活化 10分鐘，工作溫度25°C，工作壓力2. 7X10_4Pa，測(cè)試結(jié)果如圖3所示，Ti30 (VFe) 46.5Mn21Y2.5 合金在25°C對(duì)吐在10分鐘時(shí)的吸氫速率S1(1(cm3 S—1 g—1)和120分鐘時(shí)的吸氫容量 Q120(cm3 Pa g—1)分別為 4179. 3cm3 S—1 g—1 和 7578. 8cm3 Pa 表現(xiàn)出優(yōu)異的吸氫性 能。實(shí)施例4原料采用Ti (純度彡99. 5% )，VFe(V含量為80% )，Mn (純度彡98% )，Nb (純度 彡99 % )，La (純度彡98. 5 % )，合金按照Ti46.5 (VFe) 30Mn12.5Nb10.5LaL 5化學(xué)計(jì)量，采用普通 中頻感應(yīng)真空熔煉方法制備，熔煉后的鑄錠經(jīng)破碎，在氬氣保護(hù)下研磨成-100目的顆粒粉 末。取0. 32g壓制成100片①6X 3mm規(guī)格的小片，任取其中一片，按照GB/T 8763-1988測(cè) 試合金片在室溫下吸氫速率、容量隨時(shí)間變化的關(guān)系。測(cè)試條件為樣片在優(yōu)于5X10_3Pa 真空，450°C下活化10分鐘，工作溫度25°C，工作壓力2. 7X 10_4Pa，測(cè)試結(jié)果如圖4所示， Ti45.5(VFe)3QMni2.5Nb1Q.5Lai.5 合金在 25°C對(duì) H2 在 10 分鐘時(shí)的吸氫速率 S10(cm3 S-1 g-1)和 120 分鐘時(shí)的吸氫容量 Q120(cm3 .Pa .g-1)分別為 4745. 8cm3 .S-1 .g-1 和 8407. 5cm3 .Pa .g-1， 合金吸氫速率高，穩(wěn)定性好，吸氫容量大。實(shí)施例5-18原料為T(mén)i(純度≥99. 5 % ), VFe (V ≥50%), Mn(純度≥ 98 % ), Nb(純度 ≥ 99 % ), La(純度≥ 98. 5% )，Y(純度≥ 99. 5% )，Ce(純度≥ 98. 5 % ), Co(純度 ^≥99. 5 % ), Cr(純度≥99. 5% )，Ni(純度≥ 99. 5% )，Zr(純度≥ 99% )，Hf(純度≥ 99% )。按照表1中所示的各成分的重量份比配料，采用普通中頻感應(yīng)真空熔煉方法制備，熔煉后的鑄錠經(jīng)破碎，在氬氣保護(hù)下研磨成-100目的顆粒粉末。表1、實(shí)施例5-18中吸氫材料的組分及重量份
權(quán)利要求
一種太陽(yáng)能熱利用真空管吸氫材料，其特征在于其包括鈦、釩鐵合金和稀土金屬，所述的稀土金屬為單一的Y、La或Ce或Y、La和Ce按任意比例的混合物，它們的含量是鈦為30～79重量份，釩鐵合金為20～69.5重量份，稀土金屬為0.5～2.5重量份。
2.一種太陽(yáng)能熱利用真空管吸氫材料，其特征在于其包括鈦、釩鐵合金、過(guò)渡金屬和 稀土金屬，所述的過(guò)渡金屬為Mn、Co、Cr、Ni、Zr、Nb或Hf中的一種或其兩種或兩種以上按 任意比例形成的混合物，所述的稀土金屬為單一的Y、La或Ce或Y、La和Ce按任意比例的 混合物，它們的含量是鈦為30 79重量份，釩鐵合金為20 69. 5重量份，過(guò)渡金屬為 0. 5 47. 5重量份，稀土金屬為0. 5 2. 5重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽(yáng)能熱利用真空管吸氫材料，其特征在于所述的釩 鐵合金中，釩的含量為≥50wt%。
4.一種太陽(yáng)能熱利用真空管吸氫材料的使用方法，其特征在于將所述的太陽(yáng)能熱利 用真空管吸氫材料的合金粉末在真空條件下加熱至200-450°C，活化10-30min，之后冷卻 到工作溫度進(jìn)行吸氫，所述的工作溫度為25-350°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能熱利用真空管吸氫材料及其使用方法，其包括鈦、釩鐵合金和稀土金屬，所述的稀土金屬為單一的Y、La或Ce或Y、La和Ce按任意比例的混合物，它們的含量是鈦為30～79重量份，釩鐵合金為20～69.5重量份，稀土金屬為0.5～2.5重量份；還可以包括0.5～47.5重量份的過(guò)渡金屬，所述的過(guò)渡金屬為Mn、Co、Cr、Ni、Zr、Nb或Hf中的一種或其兩種或兩種以上按任意比例形成的混合物。所述的吸氫材料在真空條件下加熱至200-450℃，活化10-30min，之后冷卻到工作溫度進(jìn)行吸氫，所述的工作溫度為25-350℃。本發(fā)明的吸氫材料具有制造工藝簡(jiǎn)單、活化溫度低、吸氫容量大和吸氫速率快等顯著優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C14/00GK101994028SQ20091009184
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者劉曉鵬, 呂芳, 李國(guó)斌, 李志念, 王樹(shù)茂, 蔣利軍, 郝雷 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院