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1、(10)申请公布号 CN 103080666 A (43)申请公布日 2013.05.01 CN 103080666 A *CN103080666A* (21)申请号 201180038713.1 (22)申请日 2011.07.22 MI2010A001519 2010.08.06 IT F24J 2/07(2006.01) F24J 2/46(2006.01) (71)申请人 工程吸气公司 地址 意大利米兰 (72)发明人 A孔特 P玛尼尼 A加里托努塔 M布兰卡莱奥尼 (74)专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专 利商标事务所 11038 代理人 张涛 (54) 发明名称 用于太阳能集。
2、热器吸热管的改进 (57) 摘要 本发明涉及改进的太阳能集热器吸热管, 所 述吸热管包括吸气剂系统 (10) , 所述吸气剂系统 包含采取丸剂 (11、 11 、 11” 、 1”) 形式的一个或 多个吸气材料, 所述丸剂以单行容纳于适合的保 持器中。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2013.02.06 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2011/062678 2011.07.22 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/016865 EN 2012.02.09 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国。
3、国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103080666 A CN 103080666 A *CN103080666A* 1/1 页 2 1. 太阳能集热器的吸热管, 所述吸热管包含吸气剂系统 (10、 20) , 所述吸气剂系统包 括机械支承件以及吸气材料的压缩粉末的丸剂 (11、 21、 51) , 其中所述机械支承件包括保持 器, 所述保持器包括基部 (12) 和两个横向轴肩 (13、 13 ) , 其特征在于, 所述吸气剂粉末丸 剂 (11、 21) 具有等于或大于 15 毫米的直径、 介于 2 和 5 之间的直径 / 高。
4、度比, 且以单行被 容纳在所述基部 (12) 上的所述保持器内。 2. 根据权利要求 1 所述的吸热管, 其中吸气剂粉末丸剂 (11、 21、 51) 的直径等于或小于 35 毫米。 3. 根据权利要求 2 所述的吸热管, 其中所述直径介于 18 和 25 毫米之间。 4. 根据权利要求 1 所述的吸热管, 其中所述直径 / 高度比介于 3 和 4 之间。 5. 根据权利要求 1 所述的吸热管, 其中所述保持器还包含与所述吸气剂粉末丸剂 (11、 21、 51)中的一个或多个接触的一个或多个弹性元件 (31、 32、 33、 34) , 并且所述弹性元件 呈现用于接触吸气剂粉末丸剂的平坦部分或。
5、圆形部分 (311、 312 ; 321、 322 ; 331、 332 ; 341、 342) 。 6. 根据权利要求 5 所述的吸热管, 其中所述弹性元件 (31、 32、 33、 34) 在新鲜的吸气剂 丸剂上施加介于 50 牛至 150 牛之间的压缩力。 7. 根据上述权利要求中任一所述的吸热管, 其中所述保持器被金属网部分地包绕。 8.根据权利要求7所述的吸热管, 其中所述金属网具有直径介于10至500微米之间的 开口。 9. 根据权利要求 8 所述的吸热管, 其中所述直径介于 20 至 50 微米之间。 10. 根据上述权利要求 7-9 中任一所述的吸热管, 其中所述金属网被固定至。
6、保持器的 横向轴肩 (13、 13 ) 上。 11. 根据上述权利要求 7-9 中任一所述的吸热管, 其中所述金属网在其外侧部上被固 定到保持器基部 (12) 。 12. 根据上述权利要求 7-9 中任一所述的吸热管, 其中所述金属网 (14) 部分地重叠并 且在其重叠区域中在其外侧部上被固定到保持器基部 (12) 。 13. 根据上述权利要求中任一所述的吸热管, 其中所述保持器具有大于吸气剂粉末丸 剂 (11、 21、 51) 的直径的宽度, 并且保持器宽度和直径之间的差介于 1 至 3 毫米之间。 14. 根据上述权利要求中任一所述的吸热管, 其中保持器的横向轴肩 (13、 13 ) 的高。
7、 度小于吸气剂粉末丸剂 (11、 21、 51) 的高度, 并且轴肩 (13、 13 ) 的高度和吸气剂粉末丸剂 (11、 21、 51) 的高度之间的差介于 0.5 至 1 毫米之间。 15. 根据上述权利要求 1-6 中任一所述的吸热管, 其中所述保持器通过穿孔盖 (23) 闭 合, 所述穿孔盖具有在盖开口中的金属网 (22) , 并且横向轴肩 (13、 13 ) 的高度比吸气剂丸 剂的高度大 1-3 毫米。 16.根据权利要求15所述的吸热管, 其中所述金属网具有直径介于10至500微米之间 的开口。 17. 根据权利要求 15 所述的吸热管, 其中所述穿孔盖 (55) 呈现实现与吸气剂。
8、粉末丸剂 (11、 21、 51) 的分布式接触的一个或多个凹陷部 (53、 53 ) 。 权 利 要 求 书 CN 103080666 A 2 1/5 页 3 用于太阳能集热器吸热管的改进 技术领域 0001 本发明涉及用于太阳能集热器吸热管的改进。 背景技术 0002 太阳能集热器正在变成日益重要的替代能量来源。在这些装置中, 并且更准确地 说在太阳能集热器的吸热管中, 氢气的存在是有害的, 原因在于氢气增加从中央管主体 (排 热流体在其中流动) 至吸热管外侧的热传导, 因此逐渐地降低其效率。在这种情况下, 与存 在氢气有关的问题特别重要, 原因在于在中央主体中流动的流体倾向于在高温下分解。
9、, 从 而产生氢气。 0003 同样地, 在采用用于在更高温度下排热的不同流体类型的新一代吸热管中, 与存 在氢气以及由此装置性能的衰减相关的问题特别重要, 原因在于在如此更高温度下, 存在 来自吸热机的金属部件的更高氢气气体排放。 0004 在吸热管内还存在与高内部温度相关的其他问题, 所述高内部温度使吸气材料进 入与氢气容量 (其与运行温度成反比) 有关的不良工作状况。 0005 为此已经研发出一些技术手段, 诸如在美国专利 6832608 中公开的技术手段, 所 述美国专利 6832608 描述了采用滑架形式的布置, 以将吸气材料定位在吸热管内且有效率 地容纳于吸热管内, 目的在于保护吸。
10、气材料免受太阳和集热器中达到最高温度的部分的辐 射。 0006 这种类型的布置具有一些缺陷, 原因在于通常以具有标准尺寸 (即10毫米) 的压缩 粉末的丸剂的形式采用吸气材料, 这意味着为了能够将足够量的吸气材料引入吸热管内以 确保装置正常运行 20-30 年, 每一个滑架应当容纳两行丸剂, 并且通常在每一个吸热管中 容纳两个滑架。 0007 这导致两个不同性质的问题, 一方面装载吸气材料 (其采取彼此相邻的两行吸气 剂丸剂的形式) 上更大的困难, 而另一方面是更多数量丸剂之间以及丸剂与滑架壁之间的 接触点。 0008 这些接触点产生随后出现粉末的一些易脆性区域。 来自丸剂的粉末的产生以及随 。
11、后分离是需要尽可能多地减少的现象, 即使当这些粉末通过适合的容纳金属网状物限制时 也是如此。 这些分离的粉末不仅产生美观性的问题, 还产生功能性的问题 (例如降低暴露于 辐射的表面的透明度以及由此降低吸热管的热效率) 。 发明内容 0009 本发明的目的是减少这种现象的强度, 并且在其第一个方面中, 本发明包括太阳 能集热器的吸热管, 所述吸热管包含吸气剂系统, 所述吸气剂系统包括机械支承件以及吸 气材料的压缩粉末的丸剂, 其中所述机械支承件包括保持器, 所述保持器包括基部和两个 横向轴肩, 其特征在于所述吸气剂粉末丸剂具有等于或大于 15 毫米的直径、 介于 2 和 5 之 间的直径 / 高。
12、度比, 且以单行被容纳在所述基部上的所述保持器内。 说 明 书 CN 103080666 A 3 2/5 页 4 0010 上述吸气剂系统的保持器还能够被描述为 U 形滑架并且这两个术语具有用于本 发明目的的同等含义。 附图说明 0011 本发明将在附图帮助下在下文中进行说明, 其中 : 0012 图 1A 示出根据本发明的待使用于吸热管内的吸气剂系统的第一实施例的侧视 图, 以及和图 1B 示出从其上方看的视图 ; 0013 图 2A 示出根据本发明的待使用于吸热管内的吸气剂系统的替代实施例的侧视 图, 以及图 2B 示出从其上方看的视图 ; 0014 图 3 示出待使用于机械支承件内的弹性。
13、元件的一些可能的实施例 ; 0015 图4示出待使用于吸热管内的结合有在图3中描述的弹性元件之一的吸气剂系统 从其上方看的视图 ; 0016 图 5 为待使用于吸热管内的吸气剂系统的另一个实施例的横截面图。 具体实施方式 0017 在附图中, 元件的尺寸和尺寸比率 (特别是参考金属网状物开口的尺寸) 不是精确 的而是已被修改过的, 以提高对本发明的图形表示的理解。此外, 可选地呈现的一些元件 (例如用于保持器 / 滑架的可选隔热罩或固定装置) 没有描述, 原因在于其对理解来说并非 主要的。 0018 通过本发明显著简化了吸气材料丸剂装载至其壳体保持器内的操作。 0019 强调的是, 相对于具有。
14、较小表面积的吸气材料丸剂来说, 吸气材料丸剂表面积的 增加导致其性质恶化。然而, 这种恶化由前述与技术领域 (即太阳能集热器吸热管) 具体关 联的益处得以弥补。 0020 实际上, 丸剂在保持相同高度的同时增加表面积会致使其更脆弱、 并且因此更难 以掌控, 但是在另一方面, 增加高度导致对泵浦速度的负面影响并且导致气体杂质在到达 内丸剂区域时遭遇到困难。因此, 在采用具有增大直径的丸剂时预见到的不利影响将不 会促使本领域的技术人员采用这种解决办法。还要强调的是, 在本发明中待使用的吸气 丸剂通过适当压缩吸气材料的粉末而获得并且不包括粘合剂, 否则的话所述粘合剂将影 响计划作为每个丸剂所吸收的氢。
15、气量的材料容量。这是影响丸剂结构抗力 (structure resistance) 以及其在太阳能集热器应用场合中成功采用的相关约束的关键方面。 0021 从上述相反现象的角度来说, 丸剂直径和其高度之间的最佳比率介于2和5之间, 并且由于完全相同的原因, 对于直径大于 35 毫米的丸剂来说问题开始显现。 0022 优选地, 丸剂直径介于 18 和 25 毫米之间, 并且其直径和其高度之间的比率介于 3 和 4 之间。通过使用装载有丸剂 (其具有这样的尺寸特性) 的保持器进行操作, 可以通过仅 使用一个保持器 / 滑架将足够量的吸气材料插入至吸热管内, 从而能够保证 20-30 年的装 置使用。
16、寿命。 相反地, 目前采用的布置设想对于每一个吸热管使用两个不同的保持器, 这除 了结构成本之外还有相关的定位和固定问题, 所述结构成本不仅包括保持器还包括完成机 械支承件的元件 (即限制金属网状物、 间隔物和适合的隔热罩) 。 0023 还优选的是, 保持器具有比丸剂直径大 1-3 毫米的宽度, 这通过允许丸剂在一定 说 明 书 CN 103080666 A 4 3/5 页 5 程度上包容于保持器内解决了与丸剂结构膨胀 (其作为吸气材料吸收氢气的结果) 有关的 技术问题。 0024 关于计划作为构成横向轴肩的元件的高度的保持器高度, 在设想使用金属网作为 用于保持器的上闭合系统的更优选实施例。
17、 (诸如在图 1B 中的元件 14) 中, 横向轴肩的高度 比丸剂高度小 0.5-1 毫米。这确保网本身还作为用于吸气材料丸剂的约束元件, 以限制吸 气材料丸剂的往复移动以及由于粉末产生的增加使吸气材料丸剂撞击碎片的可能性。 0025 在上闭合系统的一部分为刚性的情况下, 如图2A中描述的元件23的情况, 优选的 是出于上述完全相同的原因和技术效果, 轴肩高度比丸剂高度大 1-3 毫米。 0026 在更优选的实施例中, 保持器还容纳与一个或多个吸气材料丸剂直接接触的一个 或多个弹性元件。 0027 这些弹性元件的主要功能是在丸剂上施加适合的压缩力, 从而推动丸剂朝向彼 此。 这种作用保证即使吸。
18、气剂丸剂被包容于保持器 (在其最有用的表现状态中的滑架, 所述 滑架比吸气剂丸剂的尺寸大) 中, 由弹性元件施加的压缩力也防止丸剂在保持器内的移动。 0028 施加的压力值是关键参数并且其严格地取决于并具体关联到应用场合, 原因在于 过度的压力值将帮助破坏丸剂结构、 而非通过在保持器内约束丸剂结构移动而防止其破 坏。难以确定该值, 原因在于应当考虑到如下事实 : 氢气被吸气材料吸收导致丸剂膨胀、 以 及其吸收氢气导致丸剂结构的脆性增加。发明人发现, 由弹性装置施加的压缩力应当介于 50 牛至 150 牛之间。该值在新近安装的吸气剂系统中被考虑和测量, 因此此时吸气材料可 被认为是 “新鲜的” 。
19、, 即已经吸收了最小量的氢气。 0029 此外, 弹性元件在其与吸气材料丸剂接触的区域中应当没有尖角, 以避免具有易 产生粉末地点, 因此弹性元件应当在这些接触点中呈现平坦的或圆形的表面。这些特性将 在后文被作为 “分布式接触” 。 0030 关于吸气材料, 优选的是即使在高温下使用, 吸气材料也仍展现良好的氢气吸收 容量。 0031 因此用于本发明的优选吸气材料是在美国专利 3203901(锆 - 铝合金) 、 美国专利 4306887 (锆 - 铁合金) 、 英国专利 2077487 (锆 - 钒 - 铁合金) 、 美国专利 5961750 (锆 - 钴 - 稀 土合金) 中描述的那些。为。
20、了吸收氢气, 特别是在高温下吸收氢气, 还已知使用钇合金, 正如 在国际专利申请 WO2007/148362, WO2007/099575、 以及 WO2010/105945 中描述的。虽然上 述吸气剂合金为优选和本发明一起使用的, 但是任何氢气吸气材料可以与公开的发明想法 一起使用。 此外可以设想使用由多种不同的吸气材料制成的丸剂或者以不同类型的丸剂装 载保持器。 0032 在图 1A 和 1B 中示出用于太阳能集热器吸热管的吸气剂系统 10 的第一实施例, 其 中吸气材料的丸剂 11、 11 、 11 在保持器的平坦基部 12 上对齐并且存在例如通过电焊 被固定至保持器的限制金属网 14。。
21、 0033 在图 1A 中示出的布置中还呈现作为止动器的可选元件 15, 一旦丸剂被装载至保 持器内则所述元件 15 被机械地操作。虽然图 1A 仅示出这种元件 15 中靠近保持器其中一 个端部的一个, 但是能够存在在第二端部处的第二止动元件 15 , 如图 1B 中所示。 0034 金属网能够以各种方式被固定至保持器上, 例如金属网可以被固定至保持器横向 轴肩 13、 13 上、 或者在其外表面上被包绕和固定至平坦基部 12 处。在第二种情况下, 优选 说 明 书 CN 103080666 A 5 4/5 页 6 的固定布置提供网 14 的边缘的稍微重叠, 并且之后进行单个电焊以将网 14 。
22、固定至保持器 上。 0035 如在图1A和1B中所描述的, 金属网能够布置为不超过保持器的整个长度, 因此保 留端部自由, 由此避免和用于将保持器锚定在吸热管内所需的可能装置发生干扰。 0036 在图 2A 和 2B 中示出替代的实施例, 其中, 吸气剂系统 20 包括安放于保持器结构 的基部上的吸气材料丸剂 21、 21 、 21 , 所述保持器结构通过盖 23 闭合, 所述盖 23 包括 其中布置有金属网状物 22 的开口。 0037 盖 23 随后通过适合的锚定装置 (例如未示出的索圈) 被固定至保持器基部上。 0038 在图2A中, 还示出若干凸出部24, 凸出部24被折叠以作为安放于。
23、保持器基部上的 的吸气材料丸剂 21、 21 、 21 的止动器。 0039 这个布置具有以下优势 : 容许通过半成品 (其上固定有其金属网状物的保持器盖) 制造闭合的保持器结构, 并且因此简化在本发明中使用的吸气剂系统的组装操作。 0040 同样地在第二实施例中, 在优选的实施中, 保持器比丸剂直径稍宽, 并且横向轴肩 高度比丸剂高度稍低。 同样地在这种情况下, 优选的尺寸设想使用如下的保持器 : 所述保持 器具有比丸剂直径大 1-3 毫米的宽度以及比丸剂高度低 0.5-1 毫米的横向轴肩高度。在这 个实施例中, 丸剂止动器 24 还用于在丸剂线路上施加轻微的纵向压力, 因此限制其横向的 移。
24、动。 0041 关于在根据本发明的系统中使用的金属网 (诸如在前述图 1A、 1B、 2A 和 2B 中所表 示的那些) 的特性, 网具有孔、 或更一般地为具有尺寸介于 10 至 500 微米之间的洞。优选 地, 金属网开口介于 20 至 50 微米之间。在开口不为圆形或大致上圆形的情况下, 上述尺寸 指代其最大宽度。 0042 在图 3 中示出待在保持器内使用的弹性元件的可能实施例的示例。描述的元 件 31、 32、 33、 34 中的每一个均具有应当与吸气剂丸剂接触的部分 311、 312、 321、 322、 331、 332、 341、 342, 所述部分为平坦的或圆形的因此适合于实现。
25、与吸气剂丸剂表面的分布式接 触。 0043 图 4 示出从保持器 40 (其包含这些弹性元件 41 中之一) 上方看的视图。在图 4 中 仅呈现保持器的盖元件, 其中布置有吸气材料丸剂 42、 42 。应当注意的是, 一般说来, 参 考本发明的吸气剂系统的保持器, 保持器的盖和基部确定出吸气剂系统中的在吸热管内分 别指向管的外侧 (盖) 或指向管的内部件 (基部) 的部分。盖和基部因此指代几何定位而非吸 气剂系统被组装的方式, 正如例如在图 4 中描述的实施例中吸气剂丸剂被安放于准盖上。 0044 吸气剂系统的替代实施例设想使用修改的穿孔盖, 所述穿孔盖并非呈现平坦的表 面、 而是呈现与吸气剂。
26、丸剂相应的一系列一个或多个在网中的凹陷部, 这些凹陷部还呈现 圆形的或平坦的表面以实现盖和吸气剂丸剂之间的分布式接触界面。 0045 在图 5 中示意性示出这个布置的横截面 50, 其中, 压缩的吸气材料丸剂 51 布置于 平坦保持器基部 52 上方、 并且被网 54 的凹陷部 53、 53 (其作为穿孔盖 55 一部分) 竖直地 约束。 0046 该布置具有以下优势 : 还在竖直位移方面约束丸剂。 0047 更优选的实施例设想使用压下的穿孔盖和弹性元件以用于在所有方向上约束丸 剂的位移, 但是穿孔盖和弹性元件也可以被单独采用。 说 明 书 CN 103080666 A 6 5/5 页 7 0048 如上所述, 由于本发明, 最小化了导致丸剂结构分裂并因此导致产生粉末的现象。 然而, 作为吸收氢气后丸剂变脆的结果, 这种现象始终存在并且具有随时间退化的性质, 因 而优选的是向保持器提供具有用于有效容纳粉末的特别密织纹的网状物或网。 说 明 书 CN 103080666 A 7 1/3 页 8 图 1A 图 1B 说 明 书 附 图 CN 103080666 A 8 2/3 页 9 图 2A 图 2B 图 3 说 明 书 附 图 CN 103080666 A 9 3/3 页 10 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103080666 A 10 。