專利名稱：用于吸氣材料或填充有吸氣材料的容器的保持裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在太陽(yáng)能收集系統(tǒng)中使用的吸氣材料或以吸氣材料填充的 容器的保持裝置，并且涉及一種在太陽(yáng)能收集系統(tǒng)中使用的管式輻射收集器，該管式輻射 收集器包括用于引導(dǎo)和加熱載熱介質(zhì)的金屬管、和圍繞金屬管以便在其間形成環(huán)形空間的外殼管。
背景技術(shù)：
由于諸如不可再生資源迅速開(kāi)發(fā)的原因，對(duì)環(huán)境無(wú)害的能源的需求和向社區(qū)和工 廠局部提供能量的優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致對(duì)太陽(yáng)能系統(tǒng)和在此改進(jìn)的興趣持續(xù)地提高。連續(xù)的研究提高 了逐漸變得更具成本效益的太陽(yáng)能系統(tǒng)的效率，這使太陽(yáng)能系統(tǒng)成為不可再生能源真正的 替代者。
一種太陽(yáng)能收集器系統(tǒng)的特殊類型是“聚焦型收集器”類型，該類型利用鏡面或透 鏡將包括在日光中的太陽(yáng)輻射集中在較小的區(qū)域上，從而使日光可用于提供電能。在該系 統(tǒng)中，通常為拋物線狀的反射體接收、發(fā)射入射的太陽(yáng)輻射并將該入射的太陽(yáng)輻射集中到 管式輻射吸收器上。管式輻射吸收器通常包括中心金屬管，該中心金屬管由外殼管同心地 圍繞，以在該金屬管與外殼管之間限定環(huán)形空間，從而限制熱損失。
為了進(jìn)一步使通過(guò)對(duì)流和傳導(dǎo)的熱損失最小化，并且為了提高太陽(yáng)輻射收集效 率，將環(huán)形空間抽空到非常低的壓力，這導(dǎo)致通過(guò)環(huán)形空間的熱傳導(dǎo)明顯減少。
金屬管設(shè)置有具有大的太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)的涂層，以使由反射體反射的太陽(yáng)輻射 給予的能量傳遞最小化。出于實(shí)際考慮通常為諸如油的液體的傳熱介質(zhì)引導(dǎo)在金屬管內(nèi)， 并傳遞至將該傳熱介質(zhì)用于提供電能的蒸發(fā)過(guò)程。
在太陽(yáng)能收集器固有的高溫狀態(tài)下，傳熱介質(zhì)釋放一定量的氫。釋放的氫的量隨 傳熱介質(zhì)老化而增大。作為這樣一種小原子釋放的的氫可滲過(guò)金屬管的壁并進(jìn)入金屬管與 玻璃的外殼管之間的環(huán)形空間。由于該情形降低真空度，從而允許通過(guò)對(duì)流和傳導(dǎo)從金屬 管進(jìn)行熱損失，所以這是不合需要的。因此，關(guān)鍵的是去除該氫，以保持聚焦型太陽(yáng)能收集 器的效率。
—種從環(huán)形空間去除氫的方法是利用位于該環(huán)形空間中的吸氣材料，該吸氣材料 是一種可包括具有用于吸收氫的大表面積和吸附力的各種金屬合金材料。然而，吸氣材料 具有對(duì)氫的極大吸入能力。在太陽(yáng)能收集系統(tǒng)中普遍采用的吸氣材料對(duì)氫的吸入能力與溫 度相關(guān)，并且隨溫度升高而降低。因此，理想地應(yīng)將吸氣材料放置在環(huán)形空間中，使得其不 被太陽(yáng)輻射加熱。
WO 2004/063640 Al公開(kāi)了一種吸氣劑支撐組件，在該吸氣劑支撐組件中，吸氣材 料放置在通過(guò)附接于金屬管的底座與金屬管間隔開(kāi)的槽中。該組件具有的缺點(diǎn)是將槽放置 在可直接暴露于太陽(yáng)輻射的區(qū)域中。尤其由反射體反射和未到達(dá)金屬管的太陽(yáng)輻射可到達(dá) 并加熱槽，從而也加熱吸氣材料。另外，必須考慮槽與金屬管的熱膨脹的差異，以避免槽變 形和其與金屬管分離。此外，熱能從金屬管經(jīng)由底座傳導(dǎo)到槽中，導(dǎo)致加熱吸氣材料。
在吸氣材料的具有游離氫的高負(fù)荷的狀態(tài)下，形成與氫相比較具有明顯較大分子 的氫化物。處于更好處理的原因，常常將吸氣材料擠壓成小球。氫化物的形成導(dǎo)致在吸氣 材料內(nèi)部膨脹，使得小球分裂成許多小顆粒。這些顆?？呻S機(jī)分布在環(huán)形空間內(nèi)，并被太陽(yáng) 輻射加熱。結(jié)果，產(chǎn)生局部熱點(diǎn)。因此，聚積在外殼管上的顆粒造成外殼管的局部加熱，這 可導(dǎo)致該外殼管毀壞。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于吸氣材料的保持裝置，該保持裝置能夠放置 在環(huán)形空間中，而不需要防止或至少減少對(duì)吸氣材料加熱和吸氣材料的顆粒在環(huán)形空間內(nèi) 分布的支撐設(shè)備。
該目的由開(kāi)頭提及的保持裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，該保持裝置包括用于支撐吸氣材料的柔性 支撐件或在保持裝置內(nèi)的容器，并且包括保護(hù)吸氣材料免受太陽(yáng)輻射的外殼。支撐設(shè)備將 吸氣材料保留在保持裝置內(nèi)，使得吸氣材料固定在其位置。支撐設(shè)備將吸氣材料保持在距 任何周圍部件一定的距離處，使得減小到吸氣材料中的熱傳遞。通過(guò)防止太陽(yáng)輻射穿透外 殼并到達(dá)吸氣材料，外殼保護(hù)吸氣材料免受太陽(yáng)輻射。此外，在吸氣材料由于形成氫化物而 可能分裂成許多小顆粒的情況下，外殼防止吸氣材料分布在環(huán)形空間中。此外，吸氣材料還 可以以提供較大的自由內(nèi)表面的粉末形式來(lái)使用，這使得氫能夠聚積在較大的自由內(nèi)表面 上。在此情況下，將吸氣材料填充在容器中。
優(yōu)選地，支撐件形成為第一彈簧。彈簧是柔性的，使得保持裝置在伸展?fàn)顟B(tài)下能裝 載吸氣材料，并且其后在環(huán)形空間內(nèi)形成環(huán)。因此，支撐件能夠容易適應(yīng)環(huán)形空間的幾何約束。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，外殼形成為細(xì)目絲網(wǎng)。細(xì)目絲網(wǎng)是常常在各種技 術(shù)領(lǐng)域中采用的部件，并且容易得到和便宜。細(xì)目絲網(wǎng)沿其縱向軸線是柔性的，然而沿其徑 向延伸相當(dāng)硬。因此，不限制支撐件的柔性，并且穩(wěn)定彈簧且防止該彈簧屈曲。細(xì)目絲網(wǎng)優(yōu) 選由不銹鋼制成。可使細(xì)目絲網(wǎng)的孔足夠小，以在釋放的氫能聚積在吸氣材料上的同時(shí)防 止吸氣材料的小顆粒穿過(guò)該細(xì)目絲網(wǎng)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，外殼包括用于反射太陽(yáng)輻射的反射層。該層不僅防止太陽(yáng)輻射 穿過(guò)外殼，而且將該太陽(yáng)輻射反射回金屬管。因此，減少由外殼吸收的太陽(yáng)輻射的量，這導(dǎo) 致減少加熱外殼以及間接減少加熱吸氣材料。此外，到達(dá)外殼的太陽(yáng)輻射未損失，而是重新 指向金屬管，在那里，太陽(yáng)輻射有助于加熱傳熱介質(zhì)，從而提高太陽(yáng)能收集系統(tǒng)的效率。
本發(fā)明的另一改進(jìn)包括用于連接第一端和第二端的連接元件，其中支撐件具有第 一端和第二端。因此，能夠形成能圍繞金屬管布置的環(huán)形形狀，使得不需要其他的固定裝 置。保持裝置可放置在環(huán)形空間內(nèi)，使得吸氣材料位于避開(kāi)反射體的區(qū)域，從而該吸氣材料 不或者至少不直接地暴露于太陽(yáng)輻射。因此，可減少加熱吸氣材料。
優(yōu)選地，連接元件包括用于可逆地連接連接元件與第一端和第二端的緊固件。能 便于安裝和拆卸保持裝置。緊固件可包括由不銹鋼制成的夾具。該夾具可圍繞保持裝置并 且可通過(guò)灌漿連接至保持裝置。
本發(fā)明的另一布置的區(qū)別在于，支撐件包括可逆地與位于連接元件上的鉤接合的 孔眼?？商娲?，連接元件包括可逆地與位于支撐件上的鉤接合的孔眼。該種形狀鎖合的連接容易打開(kāi)和閉合。此外，制造便宜。
在本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計(jì)中，連接元件由彈性材料制成。例如，在彈性材料具有指向金 屬管中心的微小的力的同時(shí)，保持裝置能夠再次圍繞金屬管布置。因此，在金屬管與保持裝 置之間產(chǎn)生摩擦，使得保持裝置固定在環(huán)形空間內(nèi)的位置。
優(yōu)選地，連接元件由絕熱材料制成。尤其當(dāng)連接元件暴露于熱輻射時(shí)，如此產(chǎn)生的 熱不會(huì)被傳遞到吸氣材料中。
在優(yōu)選實(shí)施例中，連接元件包括將第一端和第二端彼此預(yù)定位到位置中的偏壓元 件。類似于彈性材料，在偏壓元件具有至少部分地指向金屬管中心的微小的力的同時(shí)，保持 裝置能夠再次圍繞金屬管布置。因此，在金屬管與保持裝置之間產(chǎn)生摩擦，使得保持裝置固 定在環(huán)形空間內(nèi)的位置。偏壓元件優(yōu)選形成為第二彈簧。彈簧形成偏壓元件最普通且最便 宜的實(shí)施例。
優(yōu)選地，容器可滲透氣體、尤其可滲透氫。在以粉末形式提供吸氣材料的情形下， 強(qiáng)制將吸氣材料填充到容器中，以將粉末保持在保持裝置內(nèi)。為了確保不限制氫進(jìn)入到吸 氣材料，容器可滲透氣體。這可通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)，即容器的壁由可滲透氣體的材料制成， 或者該壁由氣體、尤其氫能通過(guò)的孔刺穿。
本發(fā)明的另一方面涉及一種使用在太陽(yáng)能收集系統(tǒng)中的管式輻射吸收器，該管式 輻射吸收器包括用于引導(dǎo)和加熱傳熱介質(zhì)的金屬管、圍繞金屬管用于在其間形成環(huán)形空間 的外殼管。根據(jù)本發(fā)明所附權(quán)利要求中的一項(xiàng)的保持裝置位于環(huán)形空間中。這方面的優(yōu)點(diǎn) 與已討論的保持裝置相同。
在有利實(shí)施例中，其中管式輻射吸收器還包括至少部分地位于環(huán)形空間中的補(bǔ)償 元件，以便補(bǔ)償金屬管與外殼管的熱膨脹差異，保持裝置位于該補(bǔ)償元件中或連接至該補(bǔ) 償元件。補(bǔ)償元件通常包括不透太陽(yáng)輻射的部件。因此，吸氣材料能夠維持在對(duì)氫的吸入 能力處于其最大值或靠近其最大值的溫度處，而不需要保護(hù)吸氣材料免受太陽(yáng)輻射的其他裝置。
通常，補(bǔ)償元件包括波紋管，用于補(bǔ)償金屬管和外殼管由于熱力加熱所引起的軸 向位移。優(yōu)選地，保持裝置位于波紋管上。波紋管相對(duì)于管式輻射吸收器的縱向軸線不僅 徑向地而且軸向地固定保持裝置。


下面參考附圖借助優(yōu)選的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的保持裝置的第一實(shí)施例的局部縱向剖面，
圖2是保持裝置的第一實(shí)施例的頂視圖，
圖3是保持裝置的第二實(shí)施例的頂視圖，以及
圖4是包括根據(jù)本發(fā)明的保持裝置的管式輻射吸收器的局部縱向剖面。
部件列表
10保持裝置
12支撐件
14第一彈簧
I6 線圈
18軸線
20外殼
22細(xì)目絲網(wǎng)
24吸氣材料
26圓柱形部分
28容器
30第一端
32第二端
34連接元件
36緊固件
38孔眼
40鉤
42偏壓元件
44第二彈簧
46反射層
47管式輻射收集器
48金屬管
49外殼管
50補(bǔ)償元件
52環(huán)形空間
54波紋管
56外環(huán)
58第一中間件
60第二中間件具體實(shí)施方式
圖1中通過(guò)局部縱向剖面示出根據(jù)本發(fā)明的保持裝置10。保持裝置10包括形成 為第一彈簧14的支撐件12，該第一彈簧14的線圈16同心地圍繞縱向軸線18。保持裝置 10還包括形成為細(xì)目絲網(wǎng)22的外殼20。吸氣材料M放置在第一彈簧14的線圈16內(nèi)。將 吸氣材料M擠壓到圓柱形部分26中或填充在同樣可具有圓柱形形狀的容器觀中。圓柱 形部分沈或容器觀能夠定位成使得它們的前表面或它們的周向表面面向第一彈簧14的 線圈16。
圖2中示范的保持裝置10的第一實(shí)施例的頂視圖示出保持裝置10具有第一端30 和第二端32，并且還包括連接元件34，該連接元件34通過(guò)至少部分地圍繞第一彈簧14和 外殼20的兩個(gè)緊固件36連接至保持裝置10。將連接元件34緊固到保持裝置10的其他裝 置是同樣合適的。緊固件36能可逆地松開(kāi)，并且可具有至少部分地指向保持裝置10的縱向 軸線18的一定的力，從而防止圓柱形部分沈或圓柱形容器觀從保持裝置10滑出。連接 元件；34使得支撐件12和外殼20彎曲。彎曲的程度能夠通過(guò)連接元件34的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)。 然而，第一彈簧14不應(yīng)伸展至圓柱形部分沈或容器28可從線圈16之間滑落的程度。
圖3中通過(guò)頂視圖示出本發(fā)明的第二實(shí)施例。在該實(shí)施例中，連接元件34包括兩 端上的兩個(gè)孔眼38。在支撐件12的兩端30、32上固定有鉤40。也能進(jìn)行顛倒布置。連接 元件34還包括在此形成為第二彈簧44的偏壓元件42。第二彈簧44彼此拉支撐件12的第 一和第二端30、32，使得保持裝置10布置在物體周圍時(shí)產(chǎn)生摩擦，從而接觸該物體。在該實(shí) 施例中，保持裝置10還包括用于反射到達(dá)外殼20的太陽(yáng)輻射的反射層46。
圖4中以局部縱向剖面示出包括保持裝置10的管式輻射吸收器47。該管式輻射 吸收器47包括金屬管48、外殼管49以及用于補(bǔ)償金屬管48與外殼管49的熱膨脹差異的 補(bǔ)償元件50。在金屬管48與外殼管49之間形成有環(huán)形空間52。環(huán)形空間52由補(bǔ)償元件 50軸向密封并能夠被抽空。補(bǔ)償元件50包括形成環(huán)形空間52的邊界的一部分的波紋管 M。此外，補(bǔ)償元件50包括外環(huán)56、第一中間件58和第二中間件60，它們均由不透太陽(yáng)輻 射的材料制成。保持裝置10 (對(duì)比圖1，未示出細(xì)節(jié))放置在波紋管M上，在那里很大程度 上保護(hù)該保持裝置10免受太陽(yáng)輻射的影響。
由傳熱介質(zhì)釋放和穿過(guò)金屬管48并進(jìn)入環(huán)形空間52的游離氫可分別通過(guò)保持裝 置10的外殼20、細(xì)目絲網(wǎng)22，并被吸收在吸氣材料M上，從而防止環(huán)形空間52內(nèi)部壓力 升高并防止從金屬管48通過(guò)環(huán)形空間52到外殼管49的熱傳導(dǎo)的伴隨地增強(qiáng)。結(jié)果，太陽(yáng) 能收集系統(tǒng)能夠較久且以較高的效率運(yùn)行。在由于形成氫化物而引起吸氣材料M分裂成 許多小顆粒的情況下，分別通過(guò)外殼20和細(xì)目絲網(wǎng)22將這些顆粒保留在保持裝置10內(nèi)。
盡管本發(fā)明已被圖示且描述成實(shí)施在用于太陽(yáng)能收集系統(tǒng)中使用的吸氣材料的 保持裝置中，但由于可在不以任何方式偏離本發(fā)明的精神的情況下作出各種修改和變化， 所以并不意圖將本發(fā)明限制于所示的細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
1.在太陽(yáng)能收集系統(tǒng)中使用的用于吸氣材料04)或填充有所述吸氣材料04)的容器 (28)的保持裝置，所述保持裝置包括柔性支撐件(12)，用于在所述保持裝置(10)內(nèi)支撐所述吸氣材料04)或所述容器 (28)；以及外殼(20)，用于保護(hù)所述吸氣材料04)免受太陽(yáng)輻射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保持裝置，其特征在于所述支撐件(1 形成為第一彈簧(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的保持裝置， 其特征在于所述外殼OO)形成為細(xì)目絲網(wǎng)02)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的保持裝置，其特征在于所述外殼OO)包括用于反射太陽(yáng)輻射的反射層06)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的保持裝置，其中所述支撐件(1 具有第一端 (30)和第二端(32)，所述保持裝置還包括用于連接所述第一端(30)和所述第二端(32)的 連接元件(34)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的保持裝置，其特征在于所述連接元件(34)包括用于使所述連接元件(34)與所述第一端(30)及 所述第二端(3 可逆地連接的緊固件(36)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的保持裝置，其特征在于所述連接元件(34)包括能夠與位于所述支撐件(1 上的鉤GO)可逆地 接合的孔眼(38)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的保持裝置，其特征在于所述支撐件(1 包括能夠與位于所述連接元件(34)上的鉤00)可逆地 接合的孔眼(38)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的保持裝置， 其特征在于所述連接元件(34)由彈性材料04)制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至9中任一項(xiàng)所述的保持裝置， 其特征在于所述連接元件(34)由絕熱材料04)制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求4至10中任一項(xiàng)所述的保持裝置，其特征在于所述連接元件(34)包括用于將所述第一端(30)和所述第二端(3 相對(duì) 于彼此預(yù)定位就位的偏壓元件G2)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的保持裝置，其特征在于所述偏壓元件0 形成為第二彈簧G4)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的保持裝置， 其特征在于所述容器08)能滲透氣體、尤其能滲透氫。
14.在太陽(yáng)能收集系統(tǒng)中使用的管式輻射吸收器，包括 金屬管(48)，用于引導(dǎo)和加熱傳熱介質(zhì)，外殼管(49)，圍繞所述金屬管，用于在所述外殼管09)與所述金屬管之間形成環(huán)形空 間(52)，其特征在于位于所述環(huán)形空間(52)中的根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的保持裝置(10)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的管式輻射吸收器，其中所述管式輻射吸收器07)還包括補(bǔ) 償元件(50)，所述補(bǔ)償元件(50)至少部分地位于所述環(huán)形空間(52)中，用于補(bǔ)償所述金屬 管G8)與所述外殼管09)的熱膨脹差異，其特征在于所述保持裝置(10)位于所述補(bǔ)償元件(50)中或連接至所述補(bǔ)償元件 (50)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的管式輻射吸收器，其中所述補(bǔ)償元件(50)還包括波紋管 (M)，其特征在于所述保持裝置(10)位于所述波紋管(54)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在太陽(yáng)能收集系統(tǒng)中使用的吸氣材料(24)的保持裝置，該保持裝置包括用于在保持裝置(10)內(nèi)支撐吸氣材料(24)的柔性支撐件(12)、和用于保護(hù)吸氣材料(24)免受太陽(yáng)輻射的外殼(20)。本發(fā)明還涉及用于在太陽(yáng)能收集系統(tǒng)中使用的管式輻射吸收器，該管式輻射吸收器包括用于引導(dǎo)和加熱傳熱介質(zhì)的金屬管(48)、圍繞金屬管用于在其間形成環(huán)形空間(52)的外殼管(49)、和所述保持裝置(10)。
文檔編號(hào)F24J2/46GK102032691SQ20091020447
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者托馬斯·庫(kù)克爾科恩, 馬蒂亞斯·穆勒 申請(qǐng)人:肖特太陽(yáng)能控股公司