CN102032691B - 用于吸气材料或填充有吸气材料的容器的保持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在太阳能收集系统中使用的吸气材料(24)的保持装置，该保持装置包括用于在保持装置(10)内支撑吸气材料(24)的柔性支撑件(12)、和用于保护吸气材料(24)免受太阳辐射的外壳(20)。本发明还涉及用于在太阳能收集系统中使用的管式辐射吸收器，该管式辐射吸收器包括用于引导和加热传热介质的金属管(48)、围绕金属管用于在其间形成环形空间(52)的外壳管(49)、和所述保持装置(10)。

Description

用于吸气材料或填充有吸气材料的容器的保持装置

技术领域

本发明涉及一种用于在太阳能收集系统中使用的吸气材料或以吸气材料填充的容器的保持装置，并且涉及一种在太阳能收集系统中使用的管式辐射收集器，该管式辐射收集器包括用于引导和加热载热介质的金属管、和围绕金属管以便在其间形成环形空间的外壳管。

背景技术

由于诸如不可再生资源迅速开发的原因，对环境无害的能源的需求和向社区和工厂局部提供能量的优点导致对太阳能系统和在此改进的兴趣持续地提高。连续的研究提高了逐渐变得更具成本效益的太阳能系统的效率，这使太阳能系统成为不可再生能源真正的替代者。

一种太阳能收集器系统的特殊类型是“聚焦型收集器”类型，该类型利用镜面或透镜将包括在日光中的太阳辐射集中在较小的区域上，从而使日光可用于提供电能。在该系统中，通常为抛物线状的反射体接收、发射入射的太阳辐射并将该入射的太阳辐射集中到管式辐射吸收器上。管式辐射吸收器通常包括中心金属管，该中心金属管由外壳管同心地围绕，以在该金属管与外壳管之间限定环形空间，从而限制热损失。

为了进一步使通过对流和传导的热损失最小化，并且为了提高太阳辐射收集效率，将环形空间抽空到非常低的压力，这导致通过环形空间的热传导明显减少。

金属管设置有具有大的太阳辐射吸收系数的涂层，以使由反射体反射的太阳辐射给予的能量传递最小化。出于实际考虑通常为诸如油的液体的传热介质引导在金属管内，并传递至将该传热介质用于提供电能的蒸发过程。

在太阳能收集器固有的高温状态下，传热介质释放一定量的氢。释放的氢的量随传热介质老化而增大。作为这样一种小原子释放的的氢可渗过金属管的壁并进入金属管与玻璃的外壳管之间的环形空间。由于该情形降低真空度，从而允许通过对流和传导从金属管进行热损失，所以这是不合需要的。因此，关键的是去除该氢，以保持聚焦型太阳能收集器的效率。

一种从环形空间去除氢的方法是利用位于该环形空间中的吸气材料，该吸气材料是一种可包括具有用于吸收氢的大表面积和吸附力的各种金属合金材料。然而，吸气材料具有对氢的极大吸入能力。在太阳能收集系统中普遍采用的吸气材料对氢的吸入能力与温度相关，并且随温度升高而降低。因此，理想地应将吸气材料放置在环形空间中，使得其不被太阳辐射加热。

WO 2004/063640 A1公开了一种吸气剂支撑组件，在该吸气剂支撑组件中，吸气材料放置在通过附接于金属管的底座与金属管间隔开的槽中。该组件具有的缺点是将槽放置在可直接暴露于太阳辐射的区域中。尤其由反射体反射和未到达金属管的太阳辐射可到达并加热槽，从而也加热吸气材料。另外，必须考虑槽与金属管的热膨胀的差异，以避免槽变形和其与金属管分离。此外，热能从金属管经由底座传导到槽中，导致加热吸气材料。

在吸气材料的具有游离氢的高负荷的状态下，形成与氢相比较具有明显较大分子的氢化物。处于更好处理的原因，常常将吸气材料挤压成小球。氢化物的形成导致在吸气材料内部膨胀，使得小球分裂成许多小颗粒。这些颗粒可随机分布在环形空间内，并被太阳辐射加热。结果，产生局部热点。因此，聚积在外壳管上的颗粒造成外壳管的局部加热，这可导致该外壳管毁坏。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于吸气材料的保持装置，该保持装置能够放置在环形空间中，而不需要防止或至少减少对吸气材料加热和吸气材料的颗粒在环形空间内分布的支撑设备。

该目的由开头提及的保持装置来实现，该保持装置包括用于支撑吸气材料的柔性支撑件或在保持装置内的容器，并且包括保护吸气材料免受太阳辐射的外壳。支撑设备将吸气材料保留在保持装置内，使得吸气材料固定在其位置。支撑设备将吸气材料保持在距任何周围部件一定的距离处，使得减小到吸气材料中的热传递。通过防止太阳辐射穿透外壳并到达吸气材料，外壳保护吸气材料免受太阳辐射。此外，在吸气材料由于形成氢化物而可能分裂成许多小颗粒的情况下，外壳防止吸气材料分布在环形空间中。此外，吸气材料还可以以提供较大的自由内表面的粉末形式来使用，这使得氢能够聚积在较大的自由内表面上。在此情况下，将吸气材料填充在容器中。

优选地，支撑件形成为第一弹簧。弹簧是柔性的，使得保持装置在伸展状态下能装载吸气材料，并且其后在环形空间内形成环。因此，支撑件能够容易适应环形空间的几何约束。

本发明优选实施例的特征在于，外壳形成为细目丝网。细目丝网是常常在各种技术领域中采用的部件，并且容易得到和便宜。细目丝网沿其纵向轴线是柔性的，然而沿其径向延伸相当硬。因此，不限制支撑件的柔性，并且稳定弹簧且防止该弹簧屈曲。细目丝网优选由不锈钢制成。可使细目丝网的孔足够小，以在释放的氢能聚积在吸气材料上的同时防止吸气材料的小颗粒穿过该细目丝网。

在优选实施例中，外壳包括用于反射太阳辐射的反射层。该层不仅防止太阳辐射穿过外壳，而且将该太阳辐射反射回金属管。因此，减少由外壳吸收的太阳辐射的量，这导致减少加热外壳以及间接减少加热吸气材料。此外，到达外壳的太阳辐射未损失，而是重新指向金属管，在那里，太阳辐射有助于加热传热介质，从而提高太阳能收集系统的效率。

本发明的另一改进包括用于连接第一端和第二端的连接元件，其中支撑件具有第一端和第二端。因此，能够形成能围绕金属管布置的环形形状，使得不需要其他的固定装置。保持装置可放置在环形空间内，使得吸气材料位于避开反射体的区域，从而该吸气材料不或者至少不直接地暴露于太阳辐射。因此，可减少加热吸气材料。

优选地，连接元件包括用于可逆地连接连接元件与第一端和第二端的紧固件。能便于安装和拆卸保持装置。紧固件可包括由不锈钢制成的夹具。该夹具可围绕保持装置并且可通过灌浆连接至保持装置。

本发明的另一布置的区别在于，支撑件包括可逆地与位于连接元件上的钩接合的孔眼。可替代地，连接元件包括可逆地与位于支撑件上的钩接合的孔眼。该种形状锁合的连接容易打开和闭合。此外，制造便宜。

在本发明的优选设计中，连接元件由弹性材料制成。例如，在弹性材料具有指向金属管中心的微小的力的同时，保持装置能够再次围绕金属管布置。因此，在金属管与保持装置之间产生摩擦，使得保持装置固定在环形空间内的位置。

优选地，连接元件由绝热材料制成。尤其当连接元件暴露于热辐射时，如此产生的热不会被传递到吸气材料中。

在优选实施例中，连接元件包括将第一端和第二端彼此预定位到位置中的偏压元件。类似于弹性材料，在偏压元件具有至少部分地指向金属管中心的微小的力的同时，保持装置能够再次围绕金属管布置。因此，在金属管与保持装置之间产生摩擦，使得保持装置固定在环形空间内的位置。偏压元件优选形成为第二弹簧。弹簧形成偏压元件最普通且最便宜的实施例。

优选地，容器可渗透气体、尤其可渗透氢。在以粉末形式提供吸气材料的情形下，强制将吸气材料填充到容器中，以将粉末保持在保持装置内。为了确保不限制氢进入到吸气材料，容器可渗透气体。这可通过如下方式实现，即容器的壁由可渗透气体的材料制成，或者该壁由气体、尤其氢能通过的孔刺穿。

本发明的另一方面涉及一种使用在太阳能收集系统中的管式辐射吸收器，该管式辐射吸收器包括用于引导和加热传热介质的金属管、围绕金属管用于在其间形成环形空间的外壳管。根据本发明所附权利要求中的一项的保持装置位于环形空间中。这方面的优点与已讨论的保持装置相同。

在有利实施例中，其中管式辐射吸收器还包括至少部分地位于环形空间中的补偿元件，以便补偿金属管与外壳管的热膨胀差异，保持装置位于该补偿元件中或连接至该补偿元件。补偿元件通常包括不透太阳辐射的部件。因此，吸气材料能够维持在对氢的吸入能力处于其最大值或靠近其最大值的温度处，而不需要保护吸气材料免受太阳辐射的其他装置。

通常，补偿元件包括波纹管，用于补偿金属管和外壳管由于热力加热所引起的轴向位移。优选地，保持装置位于波纹管上。波纹管相对于管式辐射吸收器的纵向轴线不仅径向地而且轴向地固定保持装置。

附图说明

下面参考附图借助优选的实施例来说明本发明，其中：

图1是根据本发明的保持装置的第一实施例的局部纵向剖面，

图2是保持装置的第一实施例的顶视图，

图3是保持装置的第二实施例的顶视图，以及

图4是包括根据本发明的保持装置的管式辐射吸收器的局部纵向剖面。

部件列表

10 保持装置

12 支撑件

14 第一弹簧

16 线圈

18 轴线

20 外壳

22 细目丝网

24 吸气材料

26 圆柱形部分

28 容器

30 第一端

32 第二端

34 连接元件

36 紧固件

38 孔眼

40 钩

42 偏压元件

44  第二弹簧

46 反射层

47 管式辐射收集器

48 金属管

49 外壳管

50 补偿元件

52 环形空间

54 波纹管

56 外环

58 第一中间件

60 第二中间件

具体实施方式

图1中通过局部纵向剖面示出根据本发明的保持装置10。保持装置10包括形成为第一弹簧14的支撑件12，该第一弹簧14的线圈16同心地围绕纵向轴线18。保持装置10还包括形成为细目丝网22的外壳20。吸气材料24放置在第一弹簧14的线圈16内。将吸气材料24挤压到圆柱形部分26中或填充在同样可具有圆柱形形状的容器28中。圆柱形部分26或容器28能够定位成使得它们的前表面或它们的周向表面面向第一弹簧14的线圈16。

图2中示范的保持装置10的第一实施例的顶视图示出保持装置10具有第一端30和第二端32，并且还包括连接元件34，该连接元件34通过至少部分地围绕第一弹簧14和外壳20的两个紧固件36连接至保持装置10。将连接元件34紧固到保持装置10的其他装置是同样合适的。紧固件36能可逆地松开，并且可具有至少部分地指向保持装置10的纵向轴线18的一定的力，从而防止圆柱形部分26或圆柱形容器28从保持装置10滑出。连接元件34使得支撑件12和外壳20弯曲。弯曲的程度能够通过连接元件34的长度来调节。然而，第一弹簧14不应伸展至圆柱形部分26或容器28可从线圈16之间滑落的程度。

图3中通过顶视图示出本发明的第二实施例。在该实施例中，连接元件34包括两端上的两个孔眼38。在支撑件12的两端30、32上固定有钩40。也能进行颠倒布置。连接元件34还包括在此形成为第二弹簧44的偏压元件42。第二弹簧44彼此拉支撑件12的第一和第二端30、32，使得保持装置10布置在物体周围时产生摩擦，从而接触该物体。在该实施例中，保持装置10还包括用于反射到达外壳20的太阳辐射的反射层46。

图4中以局部纵向剖面示出包括保持装置10的管式辐射吸收器47。该管式辐射吸收器47包括金属管48、外壳管49以及用于补偿金属管48与外壳管49的热膨胀差异的补偿元件50。在金属管48与外壳管49之间形成有环形空间52。环形空间52由补偿元件50轴向密封并能够被抽空。补偿元件50包括形成环形空间52的边界的一部分的波纹管54。此外，补偿元件50包括外环56、第一中间件58和第二中间件60，它们均由不透太阳辐射的材料制成。保持装置10(对比图1，未示出细节)放置在波纹管54上，在那里很大程度上保护该保持装置10免受太阳辐射的影响。

由传热介质释放和穿过金属管48并进入环形空间52的游离氢可分别通过保持装置10的外壳20、细目丝网22，并被吸收在吸气材料24上，从而防止环形空间52内部压力升高并防止从金属管48通过环形空间52到外壳管49的热传导的伴随地增强。结果，太阳能收集系统能够较久且以较高的效率运行。在由于形成氢化物而引起吸气材料24分裂成许多小颗粒的情况下，分别通过外壳20和细目丝网22将这些颗粒保留在保持装置10内。

尽管本发明已被图示且描述成实施在用于太阳能收集系统中使用的吸气材料的保持装置中，但由于可在不以任何方式偏离本发明的精神的情况下作出各种修改和变化，所以并不意图将本发明限制于所示的细节。

Claims (15)

1.在太阳能收集系统中使用的用于吸气材料(24)或填充有所述吸气材料(24)的容器(28)的保持装置(10)，所述保持装置包括：

柔性支撑件(12)，用于在所述保持装置(10)内支撑所述吸气材料(24)或所述容器(28)，其中所述支撑件(12)形成为第一弹簧(14)，所述第一弹簧(14)具有线圈(16)，其中所述吸气材料(24)或所述容器(28)被放置在所述第一弹簧(14)的线圈(16)内；以及

外壳(20)，用于保护所述吸气材料(24)免受太阳辐射。

2.根据权利要求1所述的保持装置，

其特征在于所述外壳(20)形成为细目丝网(22)。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的保持装置，

其特征在于所述外壳(20)包括用于反射太阳辐射的反射层(46)。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的保持装置，其中所述支撑件(12)具有第一端(30)和第二端(32)，所述保持装置还包括用于连接所述第一端(30)和所述第二端(32)的连接元件(34)。

5.根据权利要求4所述的保持装置，

其特征在于所述连接元件(34)包括用于使所述连接元件(34)与所述第一端(30)及所述第二端(32)可逆地连接的紧固件(36)。

6.根据权利要求4所述的保持装置，

其特征在于所述连接元件(34)包括能够与位于所述支撑件(12)上的钩(40)可逆地接合的孔眼(38)。

7.根据权利要求4所述的保持装置，

其特征在于所述支撑件(12)包括能够与位于所述连接元件(34)上的钩(40)可逆地接合的孔眼(38)。

8.根据权利要求4所述的保持装置，

其特征在于所述连接元件(34)由弹性材料(24)制成。

9.根据权利要求4所述的保持装置，

其特征在于所述连接元件(34)由绝热材料(24)制成。

10.根据权利要求4所述的保持装置，

其特征在于所述连接元件(34)包括用于将所述第一端(30)和所述第二端(32)相对于彼此预定位就位的偏压元件(42)。

11.根据权利要求10所述的保持装置，

其特征在于所述偏压元件(42)形成为第二弹簧(44)。

12.根据权利要求1-2中任一项所述的保持装置，

其特征在于所述容器(28)能渗透气体、尤其能渗透氢。

13.在太阳能收集系统中使用的管式辐射吸收器，包括：

金属管(48)，用于引导和加热传热介质，

外壳管(49)，围绕所述金属管，用于在所述外壳管(49)与所述金属管之间形成环形空间(52)，

其特征在于位于所述环形空间(52)中的根据前述权利要求中任一项所述的保持装置(10)。

14.根据权利要求13所述的管式辐射吸收器，其中所述管式辐射吸收器(47)还包括补偿元件(50)，所述补偿元件(50)至少部分地位于所述环形空间(52)中，用于补偿所述金属管(48)与所述外壳管(49)的热膨胀差异，

其特征在于所述保持装置(10)位于所述补偿元件(50)中或连接至所述补偿元件(50)。

15.根据权利要求14所述的管式辐射吸收器，其中所述补偿元件(50)还包括波纹管(54)，其特征在于所述保持装置(10)位于所述波纹管(54)上。