CN1720419A - 用于太阳能收集器系统的吸气剂支撑组件 - Google Patents

用于太阳能收集器系统的吸气剂支撑组件 Download PDF

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Abstract

一种吸气剂支撑组件(20)，用于支撑聚焦收集器型太阳能收集器系统(10)中的吸气剂(30)，所述太阳能收集器系统(10)包括辐射吸收管(TIA)(12)和玻璃罩管(16)、限定在上述两管之间的环形空间(18)和太阳辐射聚焦反射器(14)。所述吸气剂支撑组件(20)包括桥状物(32)，桥状物上形成有细长的槽(34)，该槽(34)具有吸气剂支撑部分(37)。该桥状物还包括多个固定连接到TRA(12)上的足部(36)，这些足部支撑着槽(34)，从而使槽(34)与TIA(12)隔开。槽(34)还包括面对TIA(12)的辐射反射表面(33)，用于阻断由TIA(12)散发的辐射和由反射器(14)反射的遗漏的太阳辐射。

Description

用于太阳能收集器系统的吸气剂支撑组件
技术领域
本发明涉及所谓的聚焦收集器型太阳能收集系统的领域，尤其涉及固定到这种太阳能系统的金属辐射吸收管上的吸气剂的支架和热保护装置。
在下面的说明书和权利要求书中，术语“吸气剂”和“吸气剂材料”可以互换使用。
背景技术
由于不可再生能源的快速开采、对环保型能源的需求以及向偏远的社区和工厂就地提供能量的优越性等诸如此类的原因，人们一直对太阳能系统及其改进感兴趣。连续的研究提高了太阳能系统的效率，因此使其成本效率逐渐提高，并且更受欢迎。
一种具体类型的太阳能收集器系统是“聚焦收集器”型，这种系统用镜面或透镜将太阳能聚焦到一个较小的面积上，从而增强了太阳能的效果。在这种系统中，用反射器(通常为抛物面形)来接收入射的太阳辐射，并将其反射(聚焦)到管子形式的金属辐射吸收管(TRA)上；TRA被处理过的玻璃罩管围在中间，这样可以减少热量损失。为了增加太阳辐射的收集以进一步提高效率，该收集器系统通常包括跟踪太阳的装置。
为了使通过对流和传导损失的热量最小并提高太阳辐射的收集效率，将辐射吸收管(TRA)和玻璃罩管之间的空间抽空到非常低的压力。
TRA由金属制成，且具有太阳辐射吸收系数高的涂层，从而使反射器反射的太阳辐射所提供的能量传输最大化。传热介质在TRA内流动，出于实用方面的考虑，传热介质通常为油之类的液体。
在太阳能收集器的高温特性中，传热介质释放出一定量的氢。释放的氢是小的原子，可以穿过TRA的管壁而进入TRA和玻璃罩管之间的空间。这种情况是非常不希望的，因为它降低了所述空间内的真空，从而导致热量通过对流和传导从TRA流失。因此，关键是要除去上述的氢，从而保持聚焦型太阳能收集器的效率。
一种从所述空间去除氢的方法是使用位于该空间内的吸气剂，它是一种可以包括多种金属合金的材料，它具有用于吸收氢的大表面积和亲和性。诸如CO、CO2、N2和H2O之类的其他活性气体杂质可能寻隙进入上述空间，因此它们也可以被吸收。
工业吸氢剂的平衡图(equilibrium)上公开的数据表明在温度降低相对较小的情况下，吸氢剂的吸气能力和吸气速率可能增加很大，这对太阳能收集器系统的成本影响很大。为了保持吸气剂的吸气能力和吸气速率，吸气剂必须被支撑在TRA和玻璃罩管之间的空间内，并且必须保持在相对较低的温度下。这样，吸气剂就会尽可能地与传热(例如传导和辐射)绝缘。
辐射可以来自两个辐射源中的任意一个，其中一个是TRA散发的辐射。尽管TRA具有限制发散的涂层，但TRA散发的辐射量仍然是不可忽略的。潜在地加热吸气剂的第二个辐射源是所谓的“遗漏的太阳辐射(missed solar radiation)”。这种辐射可能由以下情况引起：即一些太阳辐射不是被完全反射聚焦到TRA上，而是被遗漏了。这通常是由于反射器没有对齐，或者说TRA的安装位置不合适。这种“遗漏的太阳辐射”中的一些可以直接或间接地接触吸气剂支架上的吸气剂，从而将其加热。
授予Doevenspeck等人的第4,306,543号美国专利公开了一种太阳能收集器，它包括一种位于一个抽空的透明罩内的吸气剂，该真空透明罩由一根玻璃外管和一根金属内管限定而成。一个在玻璃管和金属管之间延伸的刚性支架结构支撑着吸气剂，并且还支撑着一个加热器。这一设计的目的是在真空罩内提供一个加热元件，用它来裂解可能存在的烃类物质。然而，这一设计没有保护吸气剂不受加热。
授予Kroontje等人的第4,455,998号美国专利公开了一种太阳能收集器，它包括一种可以被可逆地加热的吸氢剂，这种吸氢剂位于一个由玻璃管限定而成的真空透明罩内。形成在玻璃管内的贮存器支撑着由纱网覆盖的吸气剂。然而，公开的这种贮存器仅仅涉及到板形吸收器型太阳能收集器。另外，该贮存器需要特别配置的玻璃管，而该贮存器是该玻璃管的一部分，并且该贮存器对玻璃管吸收的热不绝缘。此外，所述组件被设计成交替地加热或不加热吸气剂，以有助于控制收集器内的传热介质的温度，而不是将吸气剂保持在低温下。
授予Takeuchi等人的第4,508,104号美国专利也公开了一种太阳能收集器，它包括位于真空透明罩内的一种吸气剂。一个由多根板簧组成的保持装置用于固定收集器的内管相对外管的位置。该保持装置也支撑着“吸气剂金属(getter metal)”的垫圈形外壳。所公开的支撑吸气剂金属的保持装置部分仅为C形，并且看起来无法保护吸气剂不受太阳辐射。
因此，本发明的一个目的在于提供一种用于太阳辐射聚焦型太阳能收集器系统的组件，该组件用于支撑吸气剂，并将其保持在相对较低的温度下。
发明内容
根据本发明，提供了这样一种组件，它用于支撑太阳能收集器系统的辐射吸收管(TRA)和玻璃管之间的真空空间内的吸气剂，该组件包括桥状物，该桥状物用于在吸气剂和辐射吸收管之间提供间隙，其中该桥状物被设计为由几个部件组装而成，以使它们之间的接触面积最小，从而限制了热传导。
根据本发明，提供了这样一种组件，它包括辐射保护装置，用于限制太阳辐射反射到和/或散发到吸气剂上或与吸气剂直接或间接接触的部件(即，桥状物)上。
本发明提供了一种吸气剂支撑组件，用于支撑聚焦收集器型太阳能收集器系统内的吸气剂，所述太阳能收集器系统包括辐射吸收管(TRA)和玻璃罩管、限定在上述两管之间的环形空间和太阳辐射聚焦反射器，所述吸气剂支撑组件包括桥状物，该桥状物上形成有细长的槽，该槽具有吸气剂支撑部分，所述桥状物还包括多个固定连接到辐射吸收管上的足部，这些足部支撑着所述槽，从而使所述槽与所述辐射吸收管隔开；所述槽还包括面对TRA的辐射反射表面，用于阻断由TRA散发的辐射和由反射器反射的遗漏的太阳辐射。
根据本发明的一个实施例，除了所述槽之外，所述桥状物还包括用于阻断并反射辐射的部件，即防辐射罩，以使吸气剂的温度最低。
所述桥状物还包括多个狭槽(slots)，它可为TRA和桥状物提供轴向的运动自由度，从而允许TRA和桥状物热膨胀。
附图说明
为了理解本发明并明白它是如何实施的，下面将参照附图来说明各实施例，这些实施例仅作为非限制性的例子。其中：
图1是聚焦收集器型太阳能收集器的太阳能吸收器部分的截面，该部分装配有根据本发明的吸气剂支撑组件；
图2是辐射吸收管(TRA)的立体图，该辐射吸收管上固定有根据本发明实施例的吸气剂支撑组件；
图3是根据本发明的吸气剂支撑组件的一个不同的实施例的侧视图；
图4是吸气剂支撑槽的俯视图，展示了根据本发明的另一个实施例的槽盖；以及
图5是根据本发明的另一个实施例的吸气剂组件的改进槽的侧视图。
具体实施方式
首先来看一下附图的图1，该图展示了整体由10表示的太阳能吸收器的截面，包括太阳能收集器系统(未示)的一部分。这种太阳能吸收器10可以是太阳能场的一部分，该太阳能场拥有数百个收集器单元的仪表。这些收集器可以是平面(板)或非平面的收集器。
太阳能吸收器10包括辐射吸收管或TRA12、反射器14和玻璃罩管16。TRA12上涂有太阳辐射吸收涂层，TRA12被同轴容纳在玻璃罩管16内，两者之间限定了空间18，并且TRA12被固定在通常为抛物面形的反射器14的焦点处。
位于TRA12上的是根据本发明的一个实施例的吸气剂支撑组件20，在随后的附图中对其作了详细的展示。需要指出的是，组件20被固定在所谓的一个太阳(one-sun)位置处，在该位置处，它面对太阳，因此理想地，它只接收直接来自太阳光线的太阳辐射，而不接收反射器14反射的更集中的光线。
太阳辐射光线R1和R2说明了太阳光线如何从反射器14反射、并通过玻璃罩管16到达TRA12的不同位置上。相比之下，光线R3说明了没有反射到TRA12上而是反射到吸气剂支撑组件20上的辐射。该光线R3表示了所谓的“遗漏的太阳辐射”，它可以加热所述组件20，因此降低吸气剂30(如图2所示)的吸气能力。
不难理解，其他光线(例如光线R4)也可以从TRA12的顶部反射，并再次反射到组件20上，因此加热所述组件从而降低吸气剂30的吸气能力。
图2显示了TRA12顶上的组件20。组件20的最简单形式仅包括桥状物32和多个L形的金属足部36，桥状物32由槽34构成，槽34内容纳有吸气剂30(用虚线表示)。足部36通常由标准规格的金属薄片制成，用于限制传导路径，这些足部就是与组件20相连的所有部件。槽34具有吸气剂支撑部分37，它上面搁有吸气剂30。
下面就可以关注本设计的一些重要特征。足部36在尽可能有限的接触点处连接到TRA12上，这些接触点由足部36的下部片39处的点焊接头38表示。同样，足部36和槽34通常仅在或主要在其边缘处接触，因此限制了两者之间的热传导。
此外，槽34上有多个狭槽40(用虚线表示)，狭槽40不只允许足部36的上部通过以稳定地支撑所述槽，而且这些狭槽还沿所述槽的纵向延伸，从而允许所述槽和足部之间有“游隙”。在横向上通常也可以有“游隙”。这种“游隙”消除了因桥状物32和TRA12的不同膨胀而引起的问题，当收集器每天交替地暴露于或不暴露于太阳，或者由于太阳经过云层时，在收集器的加热和冷却循环过程中会产生这种不同的膨胀。在这些时候，与桥状物32相比，TRA12可以更快地变热，并且变得比桥状物32热得多，从而造成与桥状物不同的膨胀程度和尺寸。
槽34本身可以反射太阳辐射，因此至少它的外表面33(面对TRA12和反射器14的表面)通常会被抛光和/或涂上涂层，所述涂层通常由难熔的金属(例如银或金或反射率高的其他材料)构成，并且/或者外表面被抛光以反射红外辐射和可见光辐射，因此槽没有被加热，并且不会成为吸气剂30的传导源。
红外辐射由TRA12发出，而可见光辐射如图1中的光线R3所示，由反射器14直接反射。然而，正如本领域技术人员所理解的那样，为了保护槽34不受太阳辐射，从而保护吸气剂30不受高温，优选用一个或多个额外的部件来反射上述辐射。
在本发明的另一个实施例中，图3展示了组件50的侧视图，其中提供了额外的部件，即防辐射罩52。尽管图中只给出了一个防辐射罩52，但可以使用多个。图示的防辐射罩52被连接到足部54上，在该实施例中，足部54上有多个用于保持该防辐射罩的狭槽56。防辐射罩52包括沿槽60的长度纵向延伸的翼部或侧壁57和58，现在就不需要限定槽的尺寸、也不需要对其进行抛光和/或涂上涂层以阻断和反射太阳辐射。防辐射罩52还具有基部62(用虚线表示)，其位于侧壁57和58之间并且在槽60的位于两个足部54(图3中只能看到一个)之间的部分的下方延伸。足部54的片74(图3中只能看到一个)可阻挡TRA12散发的辐射到达槽60的两端。
防辐射罩52最好由一个零件制成，关于侧壁57和58以及基部62的论述是为了阐明防辐射罩的几何形状，并且强调它既可反射来自下方的辐射(来自TRA12的)，也可反射来自侧面的辐射(来自TRA12的，但也可以是来自反射器14的遗漏的太阳辐射)。
如同图2的实施例的槽34一样，防辐射罩52通常至少在其面对TRA12和反射器14的表面63上被合适的涂层涂覆和/或抛光，和/或所述外表面被抛光，以反射辐射，因此它没有被加热，并且不会成为吸气剂30的传导源，所述合适的涂层通常由难熔的金属(例如银或金或反射率高的其他材料)构成。
下面可以观察到本发明的其他重要细节。由于组件50可以稳定地连接到TRA12上，而不需要使片74与TRA的圆柱形状一致，因此在TRA12和足部54之间是楔形的间隙70。另外，足部54的外下部72没有向下延伸到TRA12。这两个特征都有助于使吸气剂30的温度保持最低。
此外，足部54上有狭槽76，这有助于进一步限制从TRA12经槽60到吸气剂30的传热路径。每个足部54都具有T形的延长部分77，该延长部分77具有侧部凸起79，尽管配合不紧，以至于在槽60和足部54之间有“游隙”，但侧部凸起79仍可以固定槽60。
在图3中还可以看到盖子78，它可以部分或完全地包围槽60。这个盖子78便于将吸气剂30装到槽60上，这是由于吸气剂30可以在槽60上快速滑动，并且在太阳能收集器系统的组装和工作过程中，盖子也可防止吸气剂离开槽。盖子78可以是像套子一样的网状物(优选如图4所示)，因此可以为氢或其他气体杂质提供接近吸气剂30并被其吸收的开口区域和更容易的路径。
为了阐述某些部件，图4显示了槽80(该槽在设计上可以与上述的槽34、60相似)的俯视图，其显示了在所述槽上的多个吸气剂30以及为网状物82形式的槽盖的结构。该图还更清楚地展示了狭槽40，正如结合图3所理解的那样，狭槽40在足部36、54之间提供运动自由度或“游隙”，该自由度或“游隙”虽然在横向方向上也有，但尤其是在纵向方向上，且包括这两个方向之间的角度，以允许TRA12和桥状物32之间的热膨胀的变化。
举例来说，槽80还可以包括辅助元件84，目的是例如为了以适当的方式连接其他部件，例如温度指示器等。
图5显示了一个改进的设计，它进一步限制对吸气剂30的热传导，其中槽86包括沿其长度延伸的脊部88，从而形成吸气剂支撑部分89。如图所示，吸气剂30与槽86的物理接触因此更为有限，这也限制了源自TRA12的热传导路径。
不难理解，在吸气剂30位于其上的槽34、60、80、86的吸气剂支撑部分37、89中可以制作出许多图案，这可减少槽和吸气剂之间的热传导，该图案例如可以是波纹(未示)。
需要指出的是，上述吸气剂支撑组件的各个部件及其变化仅仅是为了说明，没有任何排他的意思，且它们可以有多种变化和改进。
例如，防辐射罩52可以连接到TRA12或槽60上，而不是足部54上。
在另一个例子中，上述任意一个实施例的槽34、60、80、86本身都可以形成为卷曲，这有助于将吸气剂30固定到其上。或者，在吸气剂支撑组件50具有防辐射罩52的实施例中，槽可以被全部或部分穿孔，这样提供的热传导路径会更少。将上述例子结合起来，槽34、60、80、86可以被穿孔，并且本身可以为卷曲，甚至为管状，这样既固定了吸气剂30，并且仍然允许氢或其他气体杂质相对自由地接近吸气剂，所述槽以与网状物82类似的方式工作。
不难理解，上述说明书仅仅是为了举例说明，在本发明的思想和范围内还可以有许多其他实施例。

Claims (23)

1、一种吸气剂支撑组件，用于支撑聚焦收集器型太阳能收集器系统中的吸气剂，所述太阳能收集器系统包括辐射吸收管(TRA)和玻璃罩管、限定在上述两管之间的环形空间和太阳辐射聚焦反射器，所述吸气剂支撑组件包括：
桥状物，该桥状物形成有细长的槽，该槽具有吸气剂支撑部分，所述桥状物还包括多个固定连接到辐射吸收管上的足部，这些足部支撑着所述槽，从而使所述槽与所述辐射吸收管隔开；所述槽还包括面对TRA的辐射反射表面，用于阻断由TRA散发的辐射和由反射器反射的遗漏的太阳辐射。
2、如权利要求1所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述吸气剂为吸氢剂。
3、如权利要求1所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述辐射反射表面既反射红外辐射又反射可见光辐射。
4、如权利要求1所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，在所述槽和所述足部之间至少有轴向的运动自由度，从而允许TRA和桥状物之间热膨胀的变化。
5、如权利要求4所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述运动自由度通过所述槽中的狭槽而容易实现，这些狭槽的纵向尺寸大于与所述槽相接的足部部分的尺寸。
6、如权利要求1所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述足部中的每个都只在一点处被固定连接到所述辐射吸收管(TRA)上。
7、如权利要求1所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述吸气剂位于其上的所述槽的吸气剂支撑部分不为平面。
8、如权利要求1所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述组件还包括槽盖，其可便于将吸气剂装载和保持在其上。
9、如权利要求8所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述盖是网状部件。
10、如权利要求1所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述组件还包括一个或多个防辐射罩，该罩在所述槽的下方延伸并延伸到槽的侧面，并且该罩具有基部和多个侧壁，用于阻断由辐射吸收管(TRA)散发的辐射和由反射器反射的遗漏的太阳辐射。
11、如权利要求10所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述一个或多个防辐射罩至少在其外表面上包括有反射辐射的涂层。
12、如权利要求10所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述一个或多个防辐射罩连接到该组件的足部上。
13、如权利要求1所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述足部和所述槽之间在其边缘处相互连接。
14、一种太阳能收集器系统，它包括太阳热能吸收器，该吸收器包括抛物面反射器、辐射吸收管(TRA)和玻璃罩管，其中所述太阳能收集器系统还包括吸气剂支撑组件，该组件包括：
桥状物，其上形成有细长的槽，该槽具有用于支撑吸气剂的吸气剂支撑部分，所述桥状物还包括多个固定连接到所述辐射吸收管上的足部，这些足部支撑着所述槽，从而使所述槽与所述辐射吸收管隔开；所述槽还包括面对TRA的辐射反射表面，用于阻断由TRA散发的辐射和由反射器反射的遗漏的太阳辐射。
15、如权利要求14所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述吸气剂是吸氢剂。
16、如权利要求14所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，在所述槽和所述足部之间至少有轴向的运动自由度，从而允许TRA和所述桥状物之间热膨胀的变化。
17、如权利要求14所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述组件还包括防辐射罩，该罩在所述槽的下方延伸并延伸到所述槽的侧面，并且该罩具有基部和多个侧壁，用于阻断由辐射吸收管(TRA)散发的辐射和由反射器反射的遗漏的太阳辐射。
18、如权利要求17所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述防辐射罩至少在其外表面上包括有反射辐射的涂层。
19、一种太阳能吸收器，包括抛物面反射器、辐射吸收管(TRA)和玻璃罩管，所述太阳热能吸收器还包括吸气剂支撑组件，该组件包括：
桥状物，其上形成有细长的槽，该槽具有用于支撑吸气剂的吸气剂支撑部分，所述桥状物还包括多个固定连接到所述辐射吸收管上的足部，这些足部支撑着所述槽，从而使所述槽与所述辐射吸收管隔开；所述槽还包括面对TRA的辐射反射表面，用于阻断由TRA散发的辐射和由反射器反射的遗漏的太阳辐射。
20、如权利要求19所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述吸气剂是吸氢剂。
21、如权利要求19所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，在所述槽和所述足部之间至少有轴向的运动自由度，从而允许TRA和桥状物之间热膨胀的变化。
22、如权利要求19所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述组件还包括防辐射罩，该罩在所述槽的下方延伸并延伸到槽的侧面，并且该罩具有基部和多个侧壁，用于阻断由辐射吸收管(TRA)散发的辐射和由反射器反射的遗漏的太阳辐射。
23、如权利要求22所述的吸气剂支撑组件，其特征在于，所述防辐射罩至少在其外表面上包括有反射辐射的涂层。
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