專利名稱：用于太陽能集熱器吸熱管的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于太陽能集熱器吸熱管的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
太陽能集熱器正在變成日益重要的替代能量來源。在這些裝置中，并且更準(zhǔn)確地說在太陽能集熱器的吸熱管中，氫氣的存在是有害的，原因在于氫氣增加從中央管主體(排熱流體在其中流動)至吸熱管外側(cè)的熱傳導(dǎo)，因此逐漸地降低其效率。在這種情況下，與存在氫氣有關(guān)的問題特別重要，原因在于在中央主體中流動的流體傾向于在高溫下分解，從而產(chǎn)生氫氣。同樣地，在采用用于在更高溫度下排熱的不同流體類型的新一代吸熱管中，與存在氫氣以及由此裝置性能的衰減相關(guān)的問題特別重要，原因在于在如此更高溫度下，存在來自吸熱機(jī)的金屬部件的更高氫氣氣體排放。在吸熱管內(nèi)還存在與高內(nèi)部溫度相關(guān)的其他問題，所述高內(nèi)部溫度使吸氣材料進(jìn)入與氫氣容量(其與運(yùn)行溫度成反比)有關(guān)的不良工作狀況。為此已經(jīng)研發(fā)出一些技術(shù)手段，諸如在美國專利6832608中公開的技術(shù)手段，所述美國專利6832608描述了采用滑架形式的布置，以將吸氣材料定位在吸熱管內(nèi)且有效率地容納于吸熱管內(nèi)，目的在于保護(hù)吸氣材料免受太陽和集熱器中達(dá)到最高溫度的部分的輻射。這種類型的布置具有一些缺陷，原因在于通常以具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸(即10毫米)的壓縮粉末的丸劑的形式采用吸氣材料，這意味著為了能夠?qū)⒆銐蛄康奈鼩獠牧弦胛鼰峁軆?nèi)以確保裝置正常運(yùn)行20-30年，每一個滑架應(yīng)當(dāng)容納兩行丸劑，并且通常在每一個吸熱管中容納兩個滑架。這導(dǎo)致兩個不同性質(zhì)的問題，一方面裝載吸氣材料(其采取彼此相鄰的兩行吸氣劑丸劑的形式)上更大的困難，而另一方面是更多數(shù)量丸劑之間以及丸劑與滑架壁之間的接觸點(diǎn)。這些接觸點(diǎn)產(chǎn)生隨后出現(xiàn)粉末的一些易脆性區(qū)域。來自丸劑的粉末的產(chǎn)生以及隨后分離是需要盡可能多地減少的現(xiàn)象，即使當(dāng)這些粉末通過適合的容納金屬網(wǎng)狀物限制時也是如此。這些分離的粉末不僅產(chǎn)生美觀性的問題，還產(chǎn)生功能性的問題(例如降低暴露于輻射的表面的透明度以及由此降低吸熱管的熱效率)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是減少這種現(xiàn)象的強(qiáng)度，并且在其第一個方面中，本發(fā)明包括太陽能集熱器的吸熱管，所述吸熱管包含吸氣劑系統(tǒng)，所述吸氣劑系統(tǒng)包括機(jī)械支承件以及吸氣材料的壓縮粉末的丸劑，其中所述機(jī)械支承件包括保持器，所述保持器包括基部和兩個橫向軸肩，其特征在于所述吸氣劑粉末丸劑具有等于或大于15毫米的直徑、介于2和5之間的直徑/高度比，且以單行被容納在所述基部上的所述保持器內(nèi)。
上述吸氣劑系統(tǒng)的保持器還能夠被描述為U形滑架并且這兩個術(shù)語具有用于本發(fā)明目的的同等含義。


本發(fā)明將在附圖幫助下在下文中進(jìn)行說明，其中圖1A示出根據(jù)本發(fā)明的待使用于吸熱管內(nèi)的吸氣劑系統(tǒng)的第一實施例的側(cè)視圖，以及和圖1B示出從其上方看的視圖；圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的待使用于吸熱管內(nèi)的吸氣劑系統(tǒng)的替代實施例的側(cè)視圖，以及圖2B示出從其上方看的視圖；圖3示出待使用于機(jī)械支承件內(nèi)的彈性元件的一些可能的實施例；圖4示出待使用于吸熱管內(nèi)的結(jié)合有在圖3中描述的彈性元件之一的吸氣劑系統(tǒng)從其上方看的視圖；圖5為待使用于吸熱管內(nèi)的吸氣劑系統(tǒng)的另一個實施例的橫截面圖。
具體實施例方式在附圖中，元件的尺寸和尺寸比率(特別是參考金屬網(wǎng)狀物開口的尺寸)不是精確的而是已被修改過的，以提高對本發(fā)明的圖形表示的理解。此外，可選地呈現(xiàn)的一些元件(例如用于保持器/滑架的可選隔熱罩或固定裝置)沒有描述，原因在于其對理解來說并非主要的。通過本發(fā)明顯著簡化了吸氣材料丸劑裝載至其殼體保持器內(nèi)的操作。強(qiáng)調(diào)的是，相對于具有較小表面積的吸氣材料丸劑來說，吸氣材料丸劑表面積的增加導(dǎo)致其性質(zhì)惡化。然而，這種惡化由前述與技術(shù)領(lǐng)域(即太陽能集熱器吸熱管)具體關(guān)聯(lián)的益處得以彌補(bǔ)。實際上，丸劑在保持相同高度的同時增加表面積會致使其更脆弱、并且因此更難以掌控，但是在另一方面，增加高度導(dǎo)致對泵浦速度的負(fù)面影響并且導(dǎo)致氣體雜質(zhì)在到達(dá)內(nèi)丸劑區(qū)域時遭遇到困難。因此，在采用具有增大直徑的丸劑時預(yù)見到的不利影響將不會促使本領(lǐng)域的技術(shù)人員采用這種解決辦法。還要強(qiáng)調(diào)的是，在本發(fā)明中待使用的吸氣丸劑通過適當(dāng)壓縮吸氣材料的粉末而獲得并且不包括粘合劑，否則的話所述粘合劑將影響計劃作為每個丸劑所吸收的氫氣量的材料容量。這是影響丸劑結(jié)構(gòu)抗力(structureresistance)以及其在太陽能集熱器應(yīng)用場合中成功采用的相關(guān)約束的關(guān)鍵方面。從上述相反現(xiàn)象的角度來說，丸劑直徑和其高度之間的最佳比率介于2和5之間，并且由于完全相同的原因，對于直徑大于35毫米的丸劑來說問題開始顯現(xiàn)。優(yōu)選地，丸劑直徑介于18和25毫米之間，并且其直徑和其高度之間的比率介于3和4之間。通過使用裝載有丸劑(其具有這樣的尺寸特性)的保持器進(jìn)行操作，可以通過僅使用一個保持器/滑架將足夠量的吸氣材料插入至吸熱管內(nèi)，從而能夠保證20-30年的裝置使用壽命。相反地，目前采用的布置設(shè)想對于每一個吸熱管使用兩個不同的保持器，這除了結(jié)構(gòu)成本之外還有相關(guān)的定位和固定問題，所述結(jié)構(gòu)成本不僅包括保持器還包括完成機(jī)械支承件的元件(即限制金屬網(wǎng)狀物、間隔物和適合的隔熱罩)。還優(yōu)選的是，保持器具有比丸劑直徑大1-3毫米的寬度，這通過允許丸劑在一定程度上包容于保持器內(nèi)解決了與丸劑結(jié)構(gòu)膨脹(其作為吸氣材料吸收氫氣的結(jié)果)有關(guān)的技術(shù)問題。關(guān)于計劃作為構(gòu)成橫向軸肩的元件的高度的保持器高度，在設(shè)想使用金屬網(wǎng)作為用于保持器的上閉合系統(tǒng)的更優(yōu)選實施例(諸如在圖1B中的元件14)中，橫向軸肩的高度比丸劑高度小0.5-1毫米。這確保網(wǎng)本身還作為用于吸氣材料丸劑的約束元件，以限制吸氣材料丸劑的往復(fù)移動以及由于粉末產(chǎn)生的增加使吸氣材料丸劑撞擊碎片的可能性。在上閉合系統(tǒng)的一部分為剛性的情況下，如圖2A中描述的元件23的情況，優(yōu)選的是出于上述完全相同的原因和技術(shù)效果，軸肩高度比丸劑高度大1-3毫米。在更優(yōu)選的實施例中，保持器還容納與一個或多個吸氣材料丸劑直接接觸的一個或多個彈性元件。這些彈性元件的主要功能是在丸劑上施加適合的壓縮力，從而推動丸劑朝向彼此。這種作用保證即使吸氣劑丸劑被包容于保持器(在其最有用的表現(xiàn)狀態(tài)中的滑架，所述滑架比吸氣劑丸劑的尺寸大)中，由彈性元件施加的壓縮力也防止丸劑在保持器內(nèi)的移動。施加的壓力值是關(guān)鍵參數(shù)并且其嚴(yán)格地取決于并具體關(guān)聯(lián)到應(yīng)用場合，原因在于過度的壓力值將幫助破壞丸劑結(jié)構(gòu)、而非通過在保持器內(nèi)約束丸劑結(jié)構(gòu)移動而防止其破壞。難以確定該值，原因在于應(yīng)當(dāng)考慮到如下事實:氫氣被吸氣材料吸收導(dǎo)致丸劑膨脹、以及其吸收氫氣導(dǎo)致丸劑結(jié)構(gòu)的脆性增加。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由彈性裝置施加的壓縮力應(yīng)當(dāng)介于50牛至150牛之間。該值在新近安裝的吸氣劑系統(tǒng)中被考慮和測量，因此此時吸氣材料可被認(rèn)為是“新鮮的”，即已經(jīng)吸收了最小量的氫氣。

此外，彈性元件在其與吸氣材料丸劑接觸的區(qū)域中應(yīng)當(dāng)沒有尖角，以避免具有易產(chǎn)生粉末地點(diǎn)，因此彈性元件應(yīng)當(dāng)在這些接觸點(diǎn)中呈現(xiàn)平坦的或圓形的表面。這些特性將在后文被作為“分布式接觸”。關(guān)于吸氣材料，優(yōu)選的是即使在高溫下使用，吸氣材料也仍展現(xiàn)良好的氫氣吸收容量。 因此用于本發(fā)明的優(yōu)選吸氣材料是在美國專利3203901 (鋯-鋁合金)、美國專利4306887(鋯-鐵合金)、英國專利2077487(鋯-釩-鐵合金)、美國專利5961750(鋯-鈷-稀土合金)中描述的那些。為了吸收氫氣，特別是在高溫下吸收氫氣，還已知使用釔合金，正如在國際專利申請W02007/148362，W02007/099575、以及W02010/105945中描述的。雖然上述吸氣劑合金為優(yōu)選和本發(fā)明一起使用的，但是任何氫氣吸氣材料可以與公開的發(fā)明想法一起使用。此外可以設(shè)想使用由多種不同的吸氣材料制成的丸劑或者以不同類型的丸劑裝載保持器。在圖1A和IB中示出用于太陽能集熱器吸熱管的吸氣劑系統(tǒng)10的第一實施例，其中吸氣材料的丸劑11、11’、11’’…在保持器的平坦基部12上對齊并且存在例如通過電焊被固定至保持器的限制金屬網(wǎng)14。在圖1A中示出的布置中還呈現(xiàn)作為止動器的可選元件15，一旦丸劑被裝載至保持器內(nèi)則所述元件15被機(jī)械地操作。雖然圖1A僅示出這種元件15中靠近保持器其中一個端部的一個，但是能夠存在在第二端部處的第二止動元件15’，如圖1B中所示。金屬網(wǎng)能夠以各種方式被固定至保持器上，例如金屬網(wǎng)可以被固定至保持器橫向軸肩13、13’上、或者在其外表面上被包繞和固定至平坦基部12處。在第二種情況下，優(yōu)選的固定布置提供網(wǎng)14的邊緣的稍微重疊，并且之后進(jìn)行單個電焊以將網(wǎng)14固定至保持器上。如在圖1A和IB中所描述的，金屬網(wǎng)能夠布置為不超過保持器的整個長度，因此保留端部自由，由此避免和用于將保持器錨定在吸熱管內(nèi)所需的可能裝置發(fā)生干擾。在圖2A和2B中示出替代的實施例，其中，吸氣劑系統(tǒng)20包括安放于保持器結(jié)構(gòu)的基部上的吸氣材料丸劑21、21’、21’’...，所述保持器結(jié)構(gòu)通過蓋23閉合，所述蓋23包括其中布置有金屬網(wǎng)狀物22的開口。蓋23隨后通過適合的錨定裝置(例如未示出的索圈)被固定至保持器基部上。在圖2A中，還示出若干凸出部24，凸出部24被折疊以作為安放于保持器基部上的的吸氣材料丸劑21、21’、21’ ’…的止動器。這個布置具有以下優(yōu)勢:容許通過半成品(其上固定有其金屬網(wǎng)狀物的保持器蓋)制造閉合的保持器結(jié)構(gòu)，并且因此簡化在本發(fā)明中使用的吸氣劑系統(tǒng)的組裝操作。同樣地在第二實施例中，在優(yōu)選的實施中，保持器比丸劑直徑稍寬，并且橫向軸肩高度比丸劑高度稍低。同樣地在這種情況下，優(yōu)選的尺寸設(shè)想使用如下的保持器:所述保持器具有比丸劑直徑大1-3毫米的寬度以及比丸劑高度低0.5-1毫米的橫向軸肩高度。在這個實施例中，丸劑止動器24還用于在丸劑線路上施加輕微的縱向壓力，因此限制其橫向的移動。關(guān)于在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中使用的金屬網(wǎng)(諸如在前述圖1A、1B、2A和2B中所表示的那些)的特性，網(wǎng)具有孔、或更一般地為具有尺寸介于10至500微米之間的洞。優(yōu)選地，金屬網(wǎng)開口介于20至50微米之間。在開口不為圓形或大致上圓形的情況下，上述尺寸指代其最大寬度。

在圖3中示出待在保持器內(nèi)使用的彈性元件的可能實施例的示例。描述的元件31、32、33、34中的每一個均具有應(yīng)當(dāng)與吸氣劑丸劑接觸的部分311、312、321、322、331、332、341、342，所述部分為平坦的或圓形的因此適合于實現(xiàn)與吸氣劑丸劑表面的分布式接觸。圖4示出從保持器40 (其包含這些彈性元件41中之一)上方看的視圖。在圖4中僅呈現(xiàn)保持器的蓋元件，其中布置有吸氣材料丸劑42、42’…。應(yīng)當(dāng)注意的是，一般說來，參考本發(fā)明的吸氣劑系統(tǒng)的保持器，保持器的蓋和基部確定出吸氣劑系統(tǒng)中的在吸熱管內(nèi)分別指向管的外側(cè)(蓋)或指向管的內(nèi)部件(基部)的部分。蓋和基部因此指代幾何定位而非吸氣劑系統(tǒng)被組裝的方式，正如例如在圖4中描述的實施例中吸氣劑丸劑被安放于準(zhǔn)蓋上。吸氣劑系統(tǒng)的替代實施例設(shè)想使用修改的穿孔蓋，所述穿孔蓋并非呈現(xiàn)平坦的表面、而是呈現(xiàn)與吸氣劑丸劑相應(yīng)的一系列一個或多個在網(wǎng)中的凹陷部，這些凹陷部還呈現(xiàn)圓形的或平坦的表面以實現(xiàn)蓋和吸氣劑丸劑之間的分布式接觸界面。在圖5中不意性不出這個布置的橫截面50,其中，壓縮的吸氣材料丸劑51布置于平坦保持器基部52上方、并且被網(wǎng)54的凹陷部53、53’(其作為穿孔蓋55 —部分)豎直地約束。該布置具有以下優(yōu)勢:還在豎直位移方面約束丸劑。更優(yōu)選的實施例設(shè)想使用壓下的穿孔蓋和彈性元件以用于在所有方向上約束丸劑的位移，但是穿孔蓋和彈性元件也可以被單獨(dú)采用。
如上所述，由于本發(fā)明，最小化了導(dǎo)致丸劑結(jié)構(gòu)分裂并因此導(dǎo)致產(chǎn)生粉末的現(xiàn)象。然而，作為吸收氫氣后丸劑變脆的結(jié)果，這種現(xiàn)象始終存在并且具有隨時間退化的性質(zhì)，因而優(yōu)選的是向保持器提供具有用于有效容納粉末的特別密織紋的網(wǎng)狀物或網(wǎng)。
權(quán)利要求
1.太陽能集熱器的吸熱管，所述吸熱管包含吸氣劑系統(tǒng)(10、20)，所述吸氣劑系統(tǒng)包括機(jī)械支承件以及吸氣材料的壓縮粉末的丸劑(11、21、51)，其中所述機(jī)械支承件包括保持器，所述保持器包括基部(12)和兩個橫向軸肩(13、13’)，其特征在于，所述吸氣劑粉末丸齊IJ(11、21)具有等于或大于15毫米的直徑、介于2和5之間的直徑/高度比，且以單行被容納在所述基部(12)上的所述保持器內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸熱管，其中吸氣劑粉末丸劑(11、21、51)的直徑等于或小于35暈米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸熱管，其中所述直徑介于18和25毫米之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸熱管，其中所述直徑/高度比介于3和4之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸熱管，其中所述保持器還包含與所述吸氣劑粉末丸劑(11、21,51)中的一個或多個接觸的一個或多個彈性元件(31、32、33、34)，并且所述彈性元件呈現(xiàn)用于接觸吸氣劑粉末丸劑的平坦部分或圓形部分(311、312 ;321、322 ;331、332 ;341、342)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的吸熱管，其中所述彈性元件(31、32、33、34)在新鮮的吸氣劑丸劑上施加介于50牛至150牛之間的壓縮力。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一所述的吸熱管，其中所述保持器被金屬網(wǎng)部分地包繞。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的吸熱管，其中所述金屬網(wǎng)具有直徑介于10至500微米之間的開口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的吸熱管，其中所述直徑介于20至50微米之間。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求7-9中任一所述的吸熱管，其中所述金屬網(wǎng)被固定至保持器的橫向軸肩(13、13’)上。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求7-9中任一所述的吸熱管，其中所述金屬網(wǎng)在其外側(cè)部上被固定到保持器基部(12)。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求7-9中任一所述的吸熱管，其中所述金屬網(wǎng)(14)部分地重疊并且在其重疊區(qū)域中在其外側(cè)部上被固定到保持器基部(12)。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一所述的吸熱管，其中所述保持器具有大于吸氣劑粉末丸齊IJ(11、21、51)的直徑的寬度，并且保持器寬度和直徑之間的差介于I至3毫米之間。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一所述的吸熱管，其中保持器的橫向軸肩(13、13’)的高度小于吸氣劑粉末丸劑(11、21、51)的高度，并且軸肩(13、13’)的高度和吸氣劑粉末丸劑(11、21、51)的高度之間的差介于0.5至I毫米之間。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求1-6中任一所述的吸熱管，其中所述保持器通過穿孔蓋(23)閉合，所述穿孔蓋具有在蓋開口中的金屬網(wǎng)(22)，并且橫向軸肩(13、13’)的高度比吸氣劑丸劑的高度大1-3毫米。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的吸熱管，其中所述金屬網(wǎng)具有直徑介于10至500微米之間的開口。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的吸熱管，其中所述穿孔蓋(55)呈現(xiàn)實現(xiàn)與吸氣劑粉末丸劑(11、21、51)的分布式接觸的一個或多個凹陷部(53、53’)。
全文摘要
本發(fā)明涉及改進(jìn)的太陽能集熱器吸熱管，所述吸熱管包括吸氣劑系統(tǒng)(10)，所述吸氣劑系統(tǒng)包含采取丸劑(11、11’、11”、1”…)形式的一個或多個吸氣材料，所述丸劑以單行容納于適合的保持器中。
文檔編號F24J2/07GK103080666SQ201180038713
公開日2013年5月1日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者A·孔特, P·瑪尼尼, A·加里托努塔, M·布蘭卡萊奧尼 申請人:工程吸氣公司