DE102016201654B3

DE102016201654B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Entladen eines Wasserstoffspeichers bei Parabolrinnenreceivern

Info

Publication number: DE102016201654B3
Application number: DE102016201654.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kuckelkorn; Oliver Sohr
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2036-02-04
Also published as: US20170219251A1; MA39796A1; MA39796B1; IL250240B; CN107062631A; ES2628680R1; ES2628680A2; IL250240A0; CN107062631B; ES2628680B2; US10458680B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Entladen eines Wasserstoffspeichers, der sich im Ringraum (3) eines Receiverrohres (4) befindet, insbesondere für Sonnenkollektoren, wobei der Ringraum (3) zwischen einem außenliegenden Hüllrohr (2) und einem innenliegenden Absorberrohr (1) des Receiverrohres (4) ausgebildet ist und das außenliegende Hüllrohr (2) gasdicht über eine Wandung (5) mit dem Absorberrohr (1) verbunden ist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine das Hüllrohr (2) oder die Wandung (5) durchdringende Öffnung (O1) erzeugt, freier Wasserstoff in dem Ringraum (3) durch die Öffnung (O1) abgepumpt und die Öffnung O1 anschließend wieder verschlossen wird. Weiterhin beschreibt die Erfindung eine Vorrichtung (100) zum Ausführen des Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entladen eines Wasserstoffspeichers, der sich im Ringraum eines Receiverrohres befindet, wobei der Ringraum zwischen einem außenliegenden Hüllrohr und einem innenliegenden Absorberrohr des Receiverrohres ausgebildet ist und das außenliegende Hüllrohr über eine Wandung gasdicht mit dem Absorberrohr verbunden ist. Die Wandung besteht in der Regel aus Metall und enthält ein Glas-Metall-Übergangselement, ein Dehnungsausgleichselement, sowie weitere Verbindungselemente. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Entladen eines Wasserstoffspeichers, der sich in dem Ringraum des Receiverrohres befindet.
Sonnenkollektoren weisen einen Kollektorspiegel, beispielsweise einen parabolischen Zylinderspiegel (Parabolrinne), und ein Receiverrohr auf und werden in solarthermischen Kraftwerken vorzugsweise zur Stromerzeugung eingesetzt. Das Receiverrohr ist in der Brennlinie der jeweiligen Kollektorspiegel angeordnet und besteht in der Regel aus einem Absorberrohr aus Stahl, welches eine strahlungsabsorbierende Schicht aufweist, und einem Hüllrohr aus Glas, welches das Absorberrohr umgibt und dieses thermisch isoliert. In den bekannten solarthermischen Kraftwerken wird als Wärmeträgermedium ein Thermoöl eingesetzt, dass durch das Absorberrohr geleitet wird und das mittels der von den Kollektorspiegeln reflektierten und auf das Absorberrohr fokussierten Sonnenstrahlung bis auf eine Temperatur von circa 400°C erhitzt werden kann. Die im Wärmeträger gespeicherte Energie wird über einen Wärmetauscher in einen Dampfkreislauf abgegeben und in einer Turbine in elektrische Energie umgewandelt.
Zwischen dem Absorberrohr und dem Hüllrohr ist in dem Receiverrohr ein Ringraum ausgebildet. Dieser dient dazu, die Wärmeverluste an der äußeren Oberfläche des Absorberrohres zu minimieren und somit den Wirkungsgrad des Sonnenkollektors zu steigern. Hierzu ist der Ringraum evakuiert, sodass Wärme weitestgehend nur in Form von Strahlung vom Absorberrohr abgegeben werden kann.
Das in dem Absorberrohr als Wärmeträgermedium eingesetzte Thermoöl weist eine temperaturabhängige Alterung und eine damit verbundene Zersetzungsrate auf. Die Zersetzung des Wärmeträgers führt auf Dauer zur Bildung verschiedener Zersetzungsprodukte, wozu unter anderem auch Wasserstoff zählt. Die bei dem Alterungsvorgang freigesetzte Menge hängt zum einen von dem verwendeten Thermoöl und den Betriebsbedingungen in den solarthermischen Kraftwerken und zum anderen vom Reinheitsgrad des Wärmeträgers ab.
Der durch Zersetzung des Wärmeträgers freiwerdende Wasserstoff gelangt teilweise durch Permeation in den evakuierten Ringraum des Receivers. Da die Wasserstoffpermeabilität von Glas um Größenordnungen niedriger ist als für Stahl, sammelt sich der Wasserstoff im Ringraum an. Folglich steigt in diesem der Druck und die Wärmeleitfähigkeit des Ringraums erhöht sich ebenfalls. Dies geschieht so lange, bis ein Gleichgewicht zwischen den Partialdrücken des Wasserstoffs in dem Absorberrohr und in dem Ringraum herrscht. Besonders von Nachteil ist hier, dass Wasserstoff eine höhere Wärmeleitfähigkeit als beispielsweise Luft aufweist, so dass die Wärmeleitfähigkeit in dem Ringraum bei weiter fortschreitender Wasserstoffpermeation sogar besser ist, als diejenige der Luft außerhalb des Receiverrohres. In Folge dessen sinkt der Wirkungsgrad des Receiverrohres und somit des kompletten Sonnenkollektors.
Um diesem Partialdruckanstieg des Wasserstoffs im Ringraum entgegenzuwirken und damit den hohen Wirkungsgrad des Receiverrohres zu erhalten, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Lösungen bekannt.
Beispielsweise ist aus der DE 10 2009 017 741 A1 ein Receiverrohr bekannt, welches eine Ventilanordnung umfasst, die sich durch die Wand des Hüllrohrs hindurch in den Ringraum erstreckt. Diese Ventilanordnung ermöglicht es, den Ringraum immer dann zu spülen oder zu evakuieren, wenn sich ein großer Anteil von störenden Substanzen, beispielsweise Wasserstoff, angesammelt hat.
Außerdem kann der in den Ringraum diffundierte Wasserstoff mittels eines Getters gebunden werden. Die Aufnahmekapazität solcher Materialien ist jedoch begrenzt, so dass nach Erreichen der materialspezifischen maximalen Aufnahmekapazität kein weiterer Wasserstoff gebunden werden kann und der Druck im Ringraum wieder steigt.
Receiverrohre mit einem im Ringraum angeordneten Gettermaterial sind beispielsweise aus der WO 2004/063640 A1 bekannt. Bei der in dieser Schrift beschriebenen Vorrichtung ist das Gettermaterial in Getterschienen zwischen Absorberrohr und Hüllrohr direkt im Ringraum angeordnet. Durch die Getterschienen wird ein Abstand zwischen dem Absorberrohr und dem Getter erzeugt, so dass die thermische Belastung des Getters vermindert und somit dessen Aufnahmefähigkeit verbessert wird. Außer der Verwendung eines Gettermaterials wird jedoch keine weitere Lösung zur Verminderung der Wasserstoffkonzentration im Ringraum geliefert, so dass die voran beschriebenen Nachteile des Getters weiter bestehen bleiben.
Um das Problem der Gettermaterialien zu verringern ist aus der DE 198 21 137 A1 ein Receiverrohr für solarthermische Anwendungen bekannt, bei dem zusätzlich Edelgas mit einem Partialdruck von bis zu mehreren hundert mbar in dem Ringraum vorhanden ist. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass viele Edelgase eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Luft aufweisen, so dass die Wärmeleitung durch den Ringraum und die damit einhergehende Wirkungsgradverschlechterung reduziert werden kann. Der Nachteil dieser Ausgestaltung besteht jedoch darin, dass der Ringraum von Anfang an mit Edelgas befüllt ist, so dass bereits direkt nach der Installation des Sonnenkollektors ein geringerer Wirkungsgrad als für den Fall des evakuierten Ringraumes erzielt wird.
Alternative Ausführungsformen, wie z.B. in der DE 10 2005 057 276 B3 offenbart, sehen im Ringraum mindestens einen gasdicht verschlossenen, mit mindestens einem Edelgas befüllten Behälter vor, aus dem das Edelgas in den Ringraum eingeleitet wird, sobald das Gettermaterial erschöpft ist. Der Nachteil dieser alternativen Ausführungsform besteht jedoch darin, dass der Sonnenkollektor und insbesondere das Receiverrohr bereits mit gefülltem Behälter gefertigt werden muss. Ein Nachrüsten ist nicht möglich, so dass sich der Kunde direkt bei der Fertigung der Receiverrohre entscheiden muss, die Mehrkosten und den erhöhten Arbeitsaufwand zu tragen. Eine weitere Schwierigkeit stellt zudem das Öffnen des Behälters dar, was nur unter erhöhtem Aufwand erfolgen kann.
Ein Verfahren zum Öffnen des Behälters und zum Befüllen des Ringraums mit Edelgas ist aus der DE 10 2011 082 772 B9 bekannt, wobei der Behälter mittels Laserbohrverfahren geöffnet wird. Ein Laserstrahl wird von außen durch das Hüllrohr auf den Behälter gelenkt und dieser so lange bestrahlt, bis sich im Behälter eine Öffnung bildet und das Schutzgas freigibt. Nachteilig an dieser Erfindung ist jedoch ebenfalls, dass ein Nachrüsten des Receiverrohres mit dem Schutzgasbehälter nicht möglich ist und der Kunde den erhöhten Kosten- und Fertigungsaufwand bereits bei der Fertigung tragen muss, obgleich das Edelgas erst lange Zeit nach Inbetriebnahme zum Einsatz kommt.
Somit ist zurzeit kein Verfahren bekannt, das eine zufriedenstellende Wiederherstellung des Wirkungsgrades eines Receiverrohres ermöglicht, das bereits durch erhöhten Wasserstoffdruck im Ringraum Leistungseinbußen verursacht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die möglichst effektiv und kostengünstig den ursprünglichen Wirkungsgrad des Receiverrohres wiederherstellen.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 17. Die Unteransprüche 2 bis 16 und 18 bis 23 stellen jeweils vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens beziehungsweise der Vorrichtung dar.
Das eingangs genannte Verfahren zum Entladen eines Wasserstoffspeichers sieht erfindungsgemäß vor, dass in einem ersten Prozessschritt eine das Hüllrohr oder die Wandung durchdringende Öffnung erzeugt wird, in einem zweiten Schritt freier Wasserstoff in dem Ringraum durch die Öffnung abgepumpt wird und im dritten Prozessschritt die Öffnung wieder verschlossen wird.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, kann sich Wasserstoff sowohl im Ringraum selbst befinden sowie gegebenenfalls von einem im Ringraum angeordneten Getter durch Sorption gebunden werden. Folglich umfasst der Wasserstoffspeicher hier und im Folgenden sowohl das Ringraumvolumen selbst als auch einen gegebenenfalls sich im Ringraum befindenden Getter. Die Gesamtkapazität des Wasserstoffspeichers umfasst die Aufnahmekapazität des Ringraumes sowie, bei Vorhandensein eines Getters im Ringraum, die Aufnahmekapazität des Getters.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Ringraum eines bereits fertig hergestellten und sogar in einem Sonnenkollektor installierten Receiverrohres nachträglich und ohne großen Zeit- und Kostenaufwand nach Erreichen der Beladungsgrenze des Getters wieder in einen voll funktionsfähigen Zustand nahezu ohne Wirkungsgradeinbuße zurückversetzt werden kann. Desweiteren kann das Receiverrohr mit einem zunächst evakuierten Ringraum ausgeliefert werden, so dass auch zu Beginn des Einsatzes ein maximaler Wirkungsgrad realisierbar ist. Sobald das Receiverrohr Einbußen im Wirkungsgrad aufgrund der Wasserstoffdiffusion aufzeigt, kann der Ringraum entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wieder in den ursprünglichen Funktionszustand zurückversetzt werden. Somit können beispielsweise auch in Fällen, in denen durch eine irreguläre Betriebsweise, die beispielsweise zu erhöhter Betriebstemperatur oder zur Verunreinigung des Wärmeträgers geführt hat, die negativen Einflüsse einer erhöhten Wasserstoffpermeation effizient beseitigt werden.
Es entfällt der kosten- und fertigungsintensive Einbau eines zusätzlichen mit Schutzgas gefüllten Behälters. Zudem können auch die Ringräume bereits bestehender Anlagen jederzeit mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder in den ursprünglichen Funktionszustand zurückversetzt werden. Hierdurch wird die Lebensdauer sämtlicher Receiverrohre erhöht, was einen erheblichen wirtschaftlichen und ökologischen Vorteil bietet.
Ein kritischer Wert möglicher Leistungseinbußen eines Receiverrohres kann beispielsweise aus der im Ringraum tatsächlich vorhandenen Wasserstoffkonzentration abgeleitet werden, die durch geeignete Sensoren gemessen wird. Auch eine an dem Glashüllrohr gemessene Temperatur ist ein geeigneter Indikator, da mit zunehmender Wasserstoffkonzentration die Wärmeleitfähigkeit des Ringraums und somit auch die Temperatur des Glashüllrohrs während des Betriebs steigen. Aber auch schon bevor eine Erhöhung der Glashüllrohrtemperatur im Betrieb erkennbar wird und bereits zu erhöhten Wärmeverlusten führt, kann über die Ermittlung des Beladungszustands des Getters ermittelt werden, ob eine Entladung im Sinne einer vorbeugenden Wartung notwendig ist. Hierzu kann der Getter mit einer von außen auf dem Receiverrohr angebrachten Heizung auf verschiedene Temperaturstufen geheizt werden und die entsprechende charakteristische Hüllrohrtemperatur gemessen werden. Aus der sich ergebenden charakteristischen Kennlinie kann der Beladungszustand des Gettermaterials ermittelt werden. Leistungseinbußen können auf diese Weise vermieden werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Öffnung mittels Laserbohrverfahren gebildet.
Das Laserbohrverfahren hat den Vorteil, dass prinzipiell Öffnungen beliebiger Größe und Form erzeugbar sind. Hierzu muss lediglich die Leistung und/oder Geometrie des Laserstrahls an die jeweilige Geometrie und Beschaffenheit der Receiverrohre, Hüllrohre und/oder Wandungen angepasst werden. Desweiteren bietet das Laserbohrverfahren die Möglichkeit, die Öffnung sowohl in dem Hüllrohr, welches vorwiegend aus Glas besteht, oder in der Wandung, welche vorwiegend aus Metall oder einer Metall-Legierung besteht, gleichermaßen und mit derselben Vorrichtung zu erzeugen. Im Gegensatz zu spanenden Bohrprozessen ermöglicht ein Laserbohrverfahren Öffnungen ohne jeglichen Abrieb zu erzeugen, wodurch Verunreinigungen des Ringraums vermieden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Öffnung mittels Laserschweißverfahren verschlossen.
Das Verschließen mittels Laserschweißverfahren bietet den Vorteil, dass die Öffnung ohne zusätzliches Aufbringen eines Verschlussmaterials verschlossen werden kann. Desweiteren kann ein Laserstrahl durch Variation seiner Leistung und/oder Geometrie an unterschiedlichste Öffnungsgeometrien und an unterschiedliche Anforderungen, wie beispielsweise Wanddicke des Hüllrohres oder der Wandung oder deren Materialzusammensetzungen, angepasst werden.
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform wird die Öffnung mittels Laserbohrverfahren mit einem Laserstrahldurchmesser d_L1 erzeugt und die Öffnung nach dem Entladen des Wasserstoffspeichers mittels Laserschweißverfahren mit einem Laserstrahldurchmesser d_L2 verschlossen, wobei d_L2 größer als d_L1 ist.
Diese Ausführungsform bietet die Möglichkeit, die Öffnung mit nur einer Laservorrichtung zu erzeugen und wieder zu verschließen. Bei dem Verschließen der Öffnung muss lediglich der Durchmesser des Laserstrahls durch beispielsweise ein optisches System erweitert werden. Anschließend wird die Öffnung mit dem Laserstrahl, dessen Radius größer als der Öffnungsradius ist, bestrahlt. Dies führt dazu, dass das um die Öffnung liegende Material durch Absorption erwärmt und schließlich aufgeschmolzen wird. Diese aufgeschmolzenen Bereiche fließen anschließend in die Öffnung hinein und verschließen diese.
In einer alternativen und weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt der Verschluss der Öffnung unter Verwendung eines zusätzlichen Verschlussmaterials.
Gerade bei dünnwandigen Hüllrohren oder Wandungen kann für den Verschluss der Öffnung durch Aufschmelzen nicht genug Material zur Verfügung stehen, so dass die Stabilität des Hüllrohres oder der Wandung im Bereich der verschlossenen Öffnung nicht gewährleistet ist. In solchen Fällen wird erfindungsgemäß zusätzliches Material auf oder in die Öffnung gebracht, wodurch sowohl die Öffnung verschlossen als auch umgebendes Material des Hüllrohres beziehungsweise der Wandung nicht oder weniger beeinträchtigt wird.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass vor dem Erzeugen der Öffnung das zusätzliche Verschlussmaterial auf die zu öffnende Stelle des Hüllrohrs oder der Wandung aufgebracht wird.
Die Öffnung wird durch das aufgebrachte Verschlussmaterial hindurch erzeugt. Das Verschlussmaterial hat dabei keinen signifikanten Einfluss auf den Öffnungs- und Abpumpschritt. Diese Ausführungsform hat ebenfalls den Vorteil, dass nur ein geringer Teil des Wandungs- oder Hüllrohrmaterials für den Verschluss der Öffnung verwendet werden muss. Es steht ausreichend zusätzliches Material zu Verfügung, so dass eine Beeinträchtigung der Stabilität des Hüllrohres oder/und der Wandung vermieden wird und ein sicheres Verschließen ermöglicht wird.
Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, in der das Verschlussmaterial durch ein Löt-, Schweiß- oder Klebeverfahren aufgebracht wird.
Durch sämtliche dieser Verfahren wird das Verschlussmaterial auf dem Hüllrohr oder der Wandung fixiert angeordnet, so dass die Gefahr des Verrutschens während des Öffnungs- oder Abpumpschrittes verringert ist.
Eine Fixierung des Verschlussmaterials über der zu öffnenden Stelle kann auch dadurch erfolgen, dass das Verschlussmaterial als Scheibe geformt wird und die Wände einer Prozesskammer an ihrem dem Receiverrohr zugewandten Ende derart gestaltet sind, dass sie die Scheibe formschlüssig aufnehmen. Dies kann beispielsweise durch an den Wänden angeordnete, in die Kammer hineinragende Nasen oder Vorsprünge erfolgen. Alternativ kann die Kammerwand innenseitig an ihrem dem Receiverrohr zugewandten Ende einen umfänglichen Rücksprung aufweisen, in dem die Scheibe formschlüssig aufgenommen wird.
Vorzugweise ist die Scheibe als Lochscheibe ausgeführt, wobei der Lochdurchmesser dem Querschnitt des Laserstrahls während des Öffnungsprozesses entspricht. Dadurch muss während des Öffnungsprozesses kein zusätzliches Material aufgeschmolzen werden.
Das zusätzliche Verschlussmaterial wird nach dem Abpumpen des Ringraums aufgeschmolzen und läuft anschließend wenigstens teilweise zum Verschließen der Öffnung in diese ein.
Das Aufschmelzen des Verschlussmaterials kann, wie voranstehend beschrieben, mittels Laserstrahl erfolgen, dessen Durchmesser größer als der Öffnungsdurchmesser ist. Zudem kann als Verschlussmaterial ein Material mit einer Schmelztemperatur unterhalb der des Hüllrohres, beziehungsweise der Wandung gewählt werden, wodurch beim Aufschmelzen deutlich weniger Energie benötigt wird und die lokale thermische Belastung des Hüllrohres oder der Wandung weiter reduziert wird.
Handelt es sich bei dem Verschlussmaterial wie vorstehend beschrieben um eine Lochscheibe, wird während des Verschließens der Randbereich um die Lochöffnung durch den defokussierten Strahl des Lasers angeschmolzen. Das Material läuft in die Öffnung und verschließt diese. Dabei entsteht eine Schweißverbindung zwischen der Scheibe und der Wandung. Ein Verrutschen des Verschlussmaterials kann auf diese Weise ohne zusätzliches Löt-, Schweiß- oder Klebeverfahren verhindert werden.
Vorteilhaft ist außerdem die Verwendung eines Verschlussmaterials, das eine hohe Permeabilität für Wasserstoff aufweist.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Palladium, einer Palladiumlegierung, Reineisen oder Niob als Verschlussmaterial.
Damit kann beim Verschließen der Öffnung ein selektives Wasserstofffenster erzeugt werden und der Entladeprozess kann somit vereinfacht und ohne zusätzliche Pumpvorrichtung durchgeführt werden, da der Wasserstoff durch das selektive Wasserstofffenster aus dem Ringraum entweichen kann, während das Wasserstofffenster undurchlässig für andere Gase ist. Solche Wasserstofffenster sind beispielsweise aus der DE 10 2005 022 183 B3 bereits bekannt. Reineisen stellt eine kostengünstige Alternative zu Palladium dar, muss allerdings unter Schutzgas geheizt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Öffnung mit wenigstens zwei verschiedenen Durchmessern d_O1 und d_O2 erzeugt, wobei d_O2 der Öffnungsdurchmesser an der dem Absorberrohr abgewandten Seite und d_O1 der Öffnungsdurchmesser an der dem Absorberrohr zugewandten Seite des Hüllrohrs oder der Wandung darstellen, wobei gilt: d_O2 > d_O1.
Die Ausgestaltung der Öffnung in Form einer Stufenbohrung ermöglicht einen sicheren Verschlussprozess. Durch das Aufschmelzen eines Verschlussmaterials an dem Öffnungsdurchmesser d_O2 läuft das Verschlussmaterial sowohl in den Öffnungsbereich mit kleinerem als auch größerem Durchmesser. Dies führt zu einer Verminderung von möglichen Hohlräumen des Verschlussmaterials innerhalb der Öffnung und somit auch zur Verminderung von möglichen Gasdurchlässen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Erzeugen der Öffnung eine Prozesskammer über der zu öffnenden Stelle zum Abpumpen des Wasserstoffes gasdicht am Hüllrohr und/oder der Wandung angeordnet. An der Prozesskammer sind die Mittel zum Erzeugen und Verschließen der Öffnung angeordnet. Durch ein geeignetes Pumpverfahren wird in der Kammer ein Vakuum erzeugt und nach dem Erzeugen der Öffnung der Wasserstoff durch die Öffnung aus dem Ringraum abgepumpt.
Gettermaterial reagiert mit dem Sauerstoff der Luft und kann durch diesen deaktiviert werden oder bei höheren Temperaturen sogar verbrennen. In jedem Fall wird aber die Aufnahmekapazität eines Getters für Wasserstoff bei einer Wechselwirkung mit Luft dauerhaft verringert. Es ist daher vorteilhaft jeden einzelnen Prozessschritt unter möglichst gutem Vakuum oder unter Schutzgasatmosphäre durchzuführen. Durch das Vakuum in der Kammer wird zunächst gewährleistet, dass kein Gas, insbesondere keine Luft, in den Ringraum strömen kann. Das Verwenden einer Prozesskammer, an der die Mittel zum Erzeugen und Verschließen der Öffnung sowie zum Abpumpen des Wasserstoffs aus dem Ringraum angeordnet sind, ist daher besonders vorteilhaft. Ein Bruch der Vakuumatmosphäre zwischen den verschiedenen Prozessschritten wird so verhindert und das Risiko des Lufteinstroms in den Ringraum vermieden.
Aufgrund des begrenzten Öffnungsdurchmessers ist es notwendig, eine gewisse Zeit zu warten, bis der Wasserstoff durch die Öffnung aus dem Ringraum ausgetreten ist.
Diese Wartezeit hängt neben dem Öffnungsdurchmesser auch von den Druckunterschieden zwischen Ringraum und Prozesskammer ab. Überwacht werden kann der Abpumpprozess direkt über Druckmessungen oder über Zeitmessungen, wenn die Druckverhältnisse und Öffnungsdurchmesser bekannt sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wasserstoffspeicher wie eingangs erwähnt Gettermaterial zur Aufnahme und Speicherung von Wasserstoff enthält.
Der Vorteil der Verwendung eines Gettermaterials besteht wie bereits oben erwähnt in seiner hohen Aufnahmekapazität für Wasserstoff.
Die Aufnahmekapazität des Getters nimmt mit steigender Temperatur ab. Diesen Effekt macht sich eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu nutzen, bei der der Wasserstoffspeicher thermisch entladen wird.
Durch eine herbeigeführte Temperaturerhöhung des Wasserstoffspeichers wird aus diesem Wasserstoff frei und der Wasserstoffpartialdruck im Ringraum steigt. Dieser Schritt wird als thermisches Entladen bezeichnet. Gleichzeitig erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit des Ringraums durch den freien Wasserstoff, was die Erwärmung und somit den gesamten Prozess beschleunigt. Der freigewordene Wasserstoff wird durch die Öffnung abgepumpt. Folglich kann mithilfe der thermischen Entladung des Wasserstoffspeichers der Wasserstoff in kürzerer Zeit aus dem Ringraum abgepumpt werden als ohne thermische Entladung.
Vorteilhafterweise wird das Receiverrohr vor dem Abpumpen und/oder während des Abpumpens beheizt.
Der Heizvorgang kann vor, während oder nach dem Öffnen begonnen werden. Durch den Heizvorgang wird die Gettertemperatur erhöht und die Kapazität des Getters verringert und er gibt folglich Wasserstoff ab. Der Wasserstoffspeicher kann dabei beispielsweise indirekt über die Wandung des Receiverrohres und/oder das Hüllrohr durch Aufbringen von ringförmig oder linear angeordneten Heizelementen und/oder induktiv beheizt werden. Für Getter, die an der metallischen Wandung des Receiverrohres montiert sind, wird vorzugsweise eine Kontaktheizung an einer dem Ringraum gegenüberliegenden Außenseite der metallischen Wandung angebracht. Für Wasserstoffspeicher, die mit einer Schiene im Ringraum auf dem Absorberrohr montiert sind, wird vorzugsweise eine Strahlungsheizung oder Induktionsheizung über der Schiene positioniert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der durch die Öffnung in die Prozesskammer eintretende Wasserstoff durch ein mechanisches und/oder chemisches Pumpsystem abgeführt. Vorteilhaft ist dabei insbesondere die Kombination aus einem mechanischen Pumpsystem und einem externen Getter, welcher sich in einem gasdicht an die Prozesskammer angekoppelten Behälter befindet.
Dies hat den Vorteil, dass gleichzeitig zum Entladeprozess des Ringraumes ein Beladeprozess des externen Gettermaterials außerhalb des Ringraumes stattfindet. Das externe Gettermaterial ist Teil der Pumpeinrichtung zum Abpumpen des Wasserstoff aus dem Ringraum und kann anstelle von, vorzugsweise ergänzend zu einer mechanischen Pumpe verwendet werden.
Vorteilhafterweise wird das externe Gettermaterial nach dem Erreichen eines bestimmten Beladungsgrades wieder entladen.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das externe Gettermaterial während des Abpumpprozesses zyklisch be- und entladen wird.
Auf diese Weise kann ein Abpumpen des Wasserstoffs durch die Öffnung aus dem Ringraum in den Getterbehälter bei konstantem Wirkungsgrad gewährleistet werden und ein Arbeiten der Getterpumpe im Sättigungsbereich wird vermieden. Desweiteren kann die Getterpumpe nach dem Entladen des externen Getters für das Entladen von weiteren Receiverrohren wiederverwendet werden.
Im Anschluss an den Abpumpschritt wird die Öffnung verschlossen. Anschließend kann ein Prüfgas in die Prozesskammer eingelassen werden. Dieses Prüfgas ist vorzugsweise Helium, Argon oder Xenon. Beim Wiederanpumpen der Prozesskammer kann mithilfe eines Massenspektrometers ermittelt werden, ob die Öffnung vakuumdicht verschlossen wurde. Ist ein Teil des Prüfgases durch ein Leck in den Ringspalt des Receivers eingedrungen, so tritt dieses Gas nach Abpumpen der Kammer wieder langsam aus dem Ringspalt in die Kammer ein und kann detektiert werden. Nach bestandenem Lecktest wird die Prozesskammer belüftet und wieder von dem Receiverrohr getrennt.
Die Prozesskammer kann lösbar an dem Receiverrohr angebracht und für mehrere Einsätze und verschiedene Receiverrohre wieder verwendet werden.
Alternativ kann die Prozesskammer unlösbar mit der Wandung und/oder dem Hüllrohr verbunden werden, so dass im Anschluss an den Abpumpschritt die Öffnung verschlossen und die Prozesskammer zwar belüftet, jedoch nicht wieder von dem Receiverrohr getrennt wird.
Neben einem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Entladen eines Wasserstoffspeichers im Ringraum eines Receiverrohres nachfolgend „Entladevorrichtung“ genannt, wobei der Ringraum mindestens von einem außenliegenden Hüllrohr und einem innenliegenden Absorberrohr des Receiverrohres gebildet wird und das außenliegende Hüllrohr mittels einer Wandung mit dem Absorberrohr verbunden ist, und die Vorrichtung eine Prozesskammer, die zusammen mit der Wandung oder dem Hüllrohr einen Hohlraum ausbildet, Mittel zum Erzeugen einer Öffnung durch das Hüllrohr oder die Wandung, Mittel zum Abpumpen von Wasserstoff aus dem Ringraum sowie Mittel zum Verschließen der Öffnung enthält.
Diese Erfindung bietet die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Prozesskammer mindestens eine Auslassöffnung, an die Mittel zum Evakuieren der Prozesskammer beziehungsweise zum Abpumpen des Wasserstoffs aus Ringraum und Prozesskammer angeschlossen werden können, sowie wenigstens eine Durchlassöffnung zum Anschluss von Mitteln zum Erzeugen und Verschließen einer Öffnung durch das Hüllrohr oder die Wandung eines Receiverrohres auf.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Mittel zum Erzeugen und/oder zum Verschließen einer Öffnung durch das Hüllrohr oder die Wandung durch ein Lasersystem gebildet.
Ein Lasersystem bietet die Möglichkeit, schnell und spanlos Öffnungen durch das Hüllrohr oder die Wandung mit verschiedensten Durchmessern oder Geometrien zu erzeugen. Detaillierte Vorteile eines Lasersystems wurden bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist Mittel zum thermischen Entladen des Wasserstoffspeichers, welches bereits im Rahmen der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert wurde, auf.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer außerhalb am Receiverrohr angeordneten Heizvorrichtung, beispielsweise in Form von ringförmig oder linear angeordneten Heizelementen.
Je nach Positionierung und Befestigung eines gegebenenfalls im Ringraum angeordneten Getters, können unterschiedliche Ausführungsformen der Heizvorrichtung vorteilhaft sein. Für Getter, die beispielsweise an der metallischen Wandung des Receiverrohres befestigt sind, wird vorzugsweise eine Kontaktheizung an einer dem Ringraum gegenüberliegenden Außenseite der metallischen Wandung angebracht. Für Wasserstoffspeicher, die mit einer Schiene im Ringraum (direkt) auf dem Absorberrohr montiert sind, wird vorzugsweise eine Strahlungsheizung oder, bei Vorhandensein einer metallischen Schiene, eine Induktionsheizung ausgerichtet auf die Schiene positioniert.
Die Mittel zum Abpumpen des Wasserstoffs aus dem Ringraum sind vorteilhafterweise durch ein mechanisches und/oder chemisches Pumpsystem gebildet.
Vorteilhaft ist insbesondere die Kombination aus einem mechanischen Pumpsystem und einer gasdicht an die Prozesskammer angeschlossenen Getterpumpe.
Die Vorteile einer Getterpumpe die anstelle, vorzugsweise ergänzend zu einer mechanischen Pumpe verwendet wird, wurden bereits im Rahmen der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zusätzlich zur Prozesskammer ein Trägersystem vorgesehen, dass alle mechanisch wirkenden Kräfte des Lasers, der Pumpen etc., die mit dem Trägersystem verbunden sind, aufnimmt, so dass die Andichtung der Prozesskammer an die Wandung oder das Hüllrohr einer deutlich geringeren mechanischen Beanspruchung unterliegt.
Vorteilhafterweise ist die Prozesskammer mit einem vakuumdichten, für den Laserstrahl durchlässigen Fenster ausgestattet. Zusätzlich kann eine Wellschlauchverbindung zwischen Optik des Lasers und dem Fenster angebracht werden, um eine vollständige Kapselung des Laserstrahlweges zu erreichen.
Die Prozesskammer kann außerdem ein Schutzglas aufweisen, welches zwischen Laserfenster und der zu öffnenden Stelle des Receiverrohres angeordnet und vorzugsweise drehbar gelagert ist und das Laserfenster vor Bedampfung während des Öffnungsprozesses schützt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der Vorrichtung zum Entladen eines Wasserstoffspeichers bei Parabolrinnenreceivern werden im Folgenden anhand der Figurenbeschreibung erläutert.
Es zeigen:
1a Eine erste Ausführungsform der Entladevorrichtung im Querschnitt nach dem Erzeugen einer Öffnung;
1b eine erste Ausführungsform der Entladevorrichtung im Längsschnitt;
2a eine erste Variante einer Heizvorrichtung zum Entladen eines sich im Ringraum befindenden, in der Wandung des Receiverrohres angeordneten Getters; und
2b eine zweite Variante einer Heizvorrichtung zum Entladen eines sich Ringraum befindenden, auf einer Getterschiene am Absorberrohr angeordneten Getters.
In den 1a und 1b ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entladevorrichtung 100 dargestellt. Diese Vorrichtung weist eine Prozesskammer 101 auf, die an einem Receiverrohr 4 angeordnet ist, welches sich im Brennpunkt einer Parabolrinne 70 befindet. Das Receiverrohr 4 weist ein Absorberrohr 1 und ein Hüllrohr 2 auf, wobei zwischen dem Absorberrohr 1 und dem Hüllrohr 2 ein Ringraum 3 ausgebildet ist. Das außenliegende Hüllrohr 2 ist über eine Wandung 5 mit dem Absorberrohr 1 verbunden. Die Wandung 5 enthält ein in der 1b dargestelltes Glas-Metall-Übergangselement 6 sowie ein Dehnungsausgleichselement 7.
Im Ringraum 3 ist, wie in der 1a schematisch dargestellt, ein Getter 9 auf einer Getterschiene 10 angeordnet, welche an dem Absorberrohr 1 befestigt ist. Üblicherweise ist der Getter 9 in einer solchen Ausführungsform auf der den Brennpunkt schneidenden Parabelachse P1 und der der Parabolrinne 70 gegenüberliegenden Seite des Absorberrohres 1 angeordnet.
Die Prozesskammer 101 wird mittels eines Befestigungssystems 20 an einem umfänglichen Teil der Wandung 5 im Bereich des Glas-Metall-Übergangselementes 6 gasdicht befestigt. Alternativ kann die Prozesskammer auf dem Hüllrohr 2 befestigt werden. Das Befestigungssystem 20 besteht aus einer Schelle 21 und einem Verschluss 22 und ist so an der Prozesskammer 101 angeordnet, dass beim Spannen der Schelle 21 ein homogener Anpressdruck erzeugt wird. Um die Prozesskammer 101 schnell und lösbar auf verschiedenen Receiverrohren 4 mit unterschiedlichen Durchmessern des Hüllrohres 2 beziehungsweise der Wandung 5 anbringen zu können, ist die umfängliche Größe der Schelle 21 variabel mittels Verschluss 22 einstellbar. Alternativ zu einer Schelle 21 kann auch ein Gummiband, ein Spanngurt oder ein Riemen zum Fixieren der Prozesskammer 101 auf dem Receiverrohr 4 verwendet werden.
Um eine gasdichte Verbindung zwischen Prozesskammer 101 und Receiverrohr 4 herzustellen, ist an der entsprechenden Kontaktfläche der Prozesskammer 101 eine Dichtung angebracht. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Dichtung in Form eines Dichtungsringes 102 ausgebildet. Beim Spannen der Schelle 21 werden der Dichtungsring 102 und die Prozesskammer 101 derart an das Receiverrohr 4 angepresst, dass eine gasdichte Verbindung entsteht.
Die Prozesskammer 101 weist eine Auslassöffnung 103 auf. Über ein Verbindungssystem, welches in der 1b schematisch als Verbindungsrohr 105 ausgebildet ist, steht die Prozesskammer 101 mit Mitteln zum Evakuieren und Abpumpen der Prozesskammer 101 und des Ringraumes 3 sowie einer Sensorik 110 fluidisch in Verbindung. Zwischen Verbindungsrohr 105 und Prozesskammer 101 ist zwecks mechanischer Entkopplung ein flexibles vakuumdichtes Schlauchelement 106 eingefügt. Dazu weist das Verbindungsrohr 105 Anschlüsse auf, welche in der 1b als Flansche 120 angedeutet sind. In dem in den 1a und 1b vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die vorstehend genannten Mittel zum Evakuieren und Abpumpen durch eine Vakuumpumpe 30 und eine Getterpumpe 50 gebildet, wobei die Vakuumpumpe 30 in der 1b mittels eines Vakuumschlauchs 31 mit dem Verbindungsrohr 105 verbunden ist. Die Getterpumpe 50 besteht aus einem Getterbehälter 51, welcher einen externen Getter für den in der vorstehenden Beschreibung erläuterten Entladeprozess beinhaltet. Ventile 121 erlauben während des Abkoppelns der Vakuumpumpe 30 und/oder der Getterpumpe 50 von dem Verbindungsrohr 105 das Vakuum in der Prozesskammer aufrecht zu erhalten. Die Darstellung des Verbindungssystems als Verbindungsrohr 105 ist nicht einschränkend zu verstehen. Denkbar sind ebenfalls andere Ausführungsvarianten, welche ein Evakuieren der Prozesskammer 101 bzw. ein Abpumpen des Ringraums 3 auf wenige Millibar erlauben. Beispielsweise ist eine andere Kombination aus Rohrelementen und flexiblen Verbindungen zur mechanischen Entkopplung der Prozesskammer 101 von den Pumpen (30, 50) und/oder der Sensorik 110 verwendbar.
Die Prozesskammer 101 weist eine Durchführungsöffnung 104 auf. Die Durchführungsöffnung 104 ist mittels einer Verschraubung 46 mit einem gasdichten, für einen Laser durchlässigen Laserfenster 47 ausgestattet. Über dem Laserfenster 47 ist ein Lasersystem angeordnet. Das Lasersystem 40 weist eine Laserquelle 41 in Form beispielsweise einer Laserdiode oder eines Festkörperlasers auf. Diese Laserquelle 41 ist mittels eines Lichtleiters 42 mit einem Laserkopf 43, einem optischen System 44 sowie einer Fokussiereinheit 45 verbunden. Zusätzlich ist in der Prozesskammer 101 ein Schutzglas 48 angebracht, das vorzugsweise drehbar ist und das Laserfenster vor Bedampfung während des Erzeugens und Verschließens der Öffnung O1 schützt.
Das Verbindungsrohr 105 ist an einem Trägersystem 210 befestigt, welches die mechanisch wirkende Kräfte aufnimmt und zusammen mit dem Schlauchelement 106 die Andichtung der Prozesskammer 101 an die Wandung 5 oder das Hüllrohr 2 entlastet. Das Trägersystem 210 weist eine Trägerbasis 211 auf, an der das Verbindungsrohr 105 befestigt ist, wobei an der Trägerbasis 211 ein Trägerarm 212 beweglich angeordnet ist. Der Trägerarm ist starr mit dem Laserkopf 43 verbunden. Auf diese Weise kann der Laser in seine zum Erzeugen und Verschließen der Öffnung O1 notwendige Position gebracht und dort fixiert werden.
In den 2a und 2b sind unterschiedliche Ausführungsformen einer Heizungsvorrichtung 60 in Abhängigkeit von der Position eines sich im Ringraum 3 befindenden Getters 9 schematisch dargestellt.
Ist der Getter 9, wie in 2a gezeigt, beispielsweise ringförmig an der Wandung 5 des Receiverrohres 4 angeordnet, so bietet sich eine Kontaktheizung an der Außenseite der metallischen Wandung 5 an. Dazu wird ein Heizelement 61 und ein Gehäuse 62, welche ebenfalls ringförmig ausgebildet sein können, an der Wandung 5 montiert. Das Gehäuse 62 und das Heizelement 61 sowie der den Getter 9 umgebende Abschnitt der Wandung 5 sind von einer Dämmung 63 eingefasst, die einen Wärmeverlust reduziert.
Ist der Getter 9 dagegen, wie in 1a und 2b dargestellt, auf einer Getterschiene 10, welche am Absorberrohr 1 befestigt ist, angeordnet, so eignet sich besonders eine Strahlungs- und/oder Induktionsheizung. Die Heizvorrichtung 60‘ ist in diesem Fall außerhalb des Receiverrohres 4 angeordnet und so ausgerichtet, dass die Energiestrahlung beispielsweise mittels geeigneter Reflektoren auf den Getter 9 ausgerichtet ist. Während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens befindet sich die Parabolrinne 70 in einer Wartungsstellung – beispielsweise in einer „9-Uhr-Stellung“ bezogen auf die dargestellte Position des Getters 9 – in der das Receiverrohr 4 gut zugänglich ist. Da sich der Getter 9 wie zuvor beschrieben und wie in 1a gezeigt auf der Parabelachse P1 der Parabolrinne 70 befindet, können in der Wartungsstellung der Parabolrinne 70 die Heizvorrichtung 60 und die Prozesskammer 101 im Querschnitt winkelversetzt angeordnet werden.
Anhand der Figuren werden die verschiedenen Prozessschritte zum Entladen des Wasserstoffspeichers eines Receiverrohres 4 mittels einer Ausführungsform der Entladungsvorrichtung 100 erläutert.
Wie in der 1a ersichtlich, wird in einem ersten Schritt die Entladevorrichtung 100, bestehend aus Prozesskammer 101, Vakuumpumpe 30, Lasersystem 40 und Getterpumpe 50 mittels Befestigungssystem 20 an einem Receiverrohr 4 und insbesondere an dessen Wandung 5 oder Hüllrohr 2 angeordnet. Dabei bildet der Dichtungsring 102 vorzugsweise den einzigen Kontakt zwischen der Prozesskammer 101 und der Wandung 5 beziehungsweise dem Hüllrohr 2. Anschließend wird das Befestigungssystem 20 gespannt, so dass die Prozesskammer 101 an das Glas-Metall-Übergangselement 5 angedrückt wird. Wird das Befestigungssystem 20 durch beispielsweise eine Schelle 21 gebildet, so erfolgt das Spannen durch Einstellen des Verschlusses 22.
Nachdem die Prozesskammer 101 gasdicht auf dem Hüllrohr 2 oder der Wandung 5 platziert wurde, wird anschließend deren Inneres mittels Vakuumpumpe 30 über die Auslassöffnung 103 und das Verbindungsrohr 105 evakuiert. Dies geschieht so lange bis in der Prozesskammer 101 Drücke von circa 10^–3 bis 10^–2 mbar vorherrschen. Durch dieses Evakuieren wird das Innere der Prozesskammer 101 von Fremdstoffen befreit, die ansonsten bei der späteren Öffnung des Hüllrohres 2 oder der Wandung 5 zu einer Verunreinigung des Ringraumes 3 führen könnten.
Nachdem die Prozesskammer 101 evakuiert wurde, wird mittels des Lasersystems 40 eine Öffnung O1 durch die Wandung 5 oder direkt das Hüllrohr 2 erzeugt. Dazu wird ein in der Laserquelle 41 erzeugter Laserstrahl über den Laserkopf 43 und die Durchführungsöffnung 104 entlang einer Achse L1 in die Prozesskammer 101 und auf die Oberfläche des Hüllrohres 2 beziehungsweise der Wandung 5 geleitet.
Nachdem die Wandung 5 beziehungsweise das Hüllrohr 2 mittels des Laserstrahls durchbohrt wurde wird der freiwerdende Wasserstoff durch die Öffnung O1 so lange mittels Vakuumpumpe 30 abgepumpt bis ein definierter Druck im Ringraum erreicht wird. Alternativ kann die mechanische Vakuumpumpe 30, die zuvor zum Evakuieren der Prozesskammer 101 verwendet wurde, von der Prozesskammer 101 getrennt und eine an die Prozesskammer 101 angeschlossene Getterpumpe 50 zum Abpumpen des Wasserstoffs aktiviert werden. Um den Abpumpschritt zu beschleunigen wird das im Ringraum 3 angeordnete Gettermaterial 9 durch die außen am Receiverrohr 4 angebrachte Heizvorrichtung 60 erwärmt. Mit dem Heizvorgang kann bereits vor dem Abpumpen begonnen werden.
Im Anschluss an das Abpumpen wird die Öffnung O1 wieder verschlossen. Hierzu wird der Laserstrahl durch das optische System 44 und die Fokussiereinheit 45 aufgeweitet, bis er im Fokuspunkt einen größeren Durchmesser als die Öffnung O1 und nicht mehr die Energiedichte hat, um das Material des Hüllrohres 2 beziehungsweise der Wandung 5 zu verdampfen, sondern dieses lediglich aufzuschmelzen. Zum Verschließen der Öffnung O1 wird der aufgeweitete Laserstrahl entlang der Achse L1 auf die Öffnung O1 gestrahlt. Dies führt dazu, dass die Ränder der Öffnung O1 aufweichen und schließlich aufschmelzen. Das aufgeschmolzene Material fließt in die Öffnung O1 und verschließt diese, wodurch der Ringraum 3 und die Prozesskammer 101 wieder räumlich voneinander getrennt werden.
In einem letzen Schritt wird das Befestigungssystem 20 gelöst, wodurch die Entladungsvorrichtung 100 vollständig von dem Receiverrohr 4 entfernbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Absorberrohr
2: Hüllrohr
3: Ringraum
4: Receiverrohr
5: Wandung
6: Glas-Metall-Übergangselement
7: Dehnungsausgleichselement
9: Getter
10: Getterschiene
20: Befestigungssystem
21: Schelle
22: Verschluss
30: Vakuumpumpe
31: Vakuumschlauch
40: Lasersystem
41: Laserquelle
42: Lichtleiter
43: Laserkopf
44: Optisches System
45: Fokussiereinheit
46: Verschraubung
47: Laserfenster
48: Schutzglas
50: externe Getterpumpe
51: Getterbehälter
60: Heizvorrichtung
61: Heizelement
62: Gehäuse
63: Dämmung
70: Parabolrinne
100: Entladevorrichtung
101: Prozesskammer
102: Dichtung
103: Auslassöffnung
104: Durchführungsöffnung
105: Verbindungsrohr
106: Flexibles Schlauchelement
110: Sensorik
120: Flansch
121: Ventil
210: Trägersystem
211: Trägerbasis
212: Trägerarm
O1: Öffnung
L1: Achse
P1: Parabelachse

Claims

Verfahren zum Entladen eines Wasserstoffspeichers, der sich im Ringraum (3) eines Receiverrohres (4), insbesondere für Sonnenkollektoren, befindet, wobei der Ringraum (3) mindestens von einem außenliegenden Hüllrohr (2) und einem innenliegenden Absorberrohr (1) des Receiverrohres (4) gebildet wird und das außenliegende Hüllrohr (2) mittels einer Wandung (5) mit dem Absorberrohr (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Hüllrohr (2) oder die Wandung (5) durchdringende Öffnung (O1) erzeugt, freier Wasserstoff in dem Ringraum durch die Öffnung (O1) abgepumpt und die Öffnung (O1) anschließend wieder verschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (O1) mittels Laserbohrverfahren erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (O1) mittels Laserschweißverfahren verschlossen wird.
Verfahren, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (O1) mittels Laserbohrverfahren mit einem Laserstrahldurchmesser d_L1 erzeugt und die Öffnung (O1) mittels Laserschweißverfahren mit einem Laserstrahldurchmesser d_L2 verschlossen wird, wobei gilt: d_L2 > d_L1.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss der Öffnung (O1) unter Verwendung eines zusätzlichen Verschlussmaterials erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Verschlussmaterial vor dem Erzeugen der Öffnung (O1) auf die zu öffnende Stelle aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Verschlussmaterial ein Werkstoff mit hoher Wasserstoffpermeabilität verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmaterial aus Palladium oder einer Palladiumlegierung, Reineisen oder Niob besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erzeugen der Öffnung (O1) über der zu öffnenden Stelle zum Abpumpen des Wasserstoffs eine Prozesskammer (101) gasdicht an dem Hüllrohr (2) und/oder der Wandung (5) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffspeicher Gettermaterial enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffspeicher thermisch entladen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Receiverrohr vor dem Abpumpen und/oder während des Abpumpens beheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der freie während des Abpumpens aus dem Ringraum (3) in die Prozesskammer (101) eintretende Wasserstoff durch ein externes Gettermaterial, das sich in einem an die Prozesskammer (101) gasdicht angekoppelten Behälter (51) befindet, gebunden wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Gettermaterial nach Erreichen eines bestimmten Beladungsgrades wieder entladen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Gettermaterial während des Abpumpens zyklisch be- und entladen wird.
Vorrichtung (100) zum Entladen eines Wasserstoffspeichers, der sich im Ringraum (3) eines Receiverrohres (4), insbesondere für Sonnenkollektoren, befindet, wobei der Ringraum (3) mindestens von einem außenliegenden Hüllrohr (2) und einem innenliegenden Absorberrohr (1) des Receiverrohres (4) gebildet wird und das außenliegende Hüllrohr (2) mittels einer Wandung (5) mit dem Absorberrohr (1) verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Prozesskammer (101), Mittel (40) zum Erzeugen einer Öffnung (O1) durch das Hüllrohr (2) oder die Wandung (5), Mittel (30, 50) zum Abpumpen von Wasserstoff aus dem Ringraum (3) und Mittel (40) zum Verschließen der Öffnung (O1).
Vorrichtung (100) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer (101) mindestens eine Auslassöffnung (103) zum Evakuieren und/oder Abpumpen des Wasserstoffs aus der Prozesskammer (101) und mindestens eine Durchführungsöffnung (104) für die Mittel (40) zum Erzeugen und/oder Verschließen der Öffnung (O1) durch das Hüllrohr (2) oder die Wandung (5) aufweist.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (40) zum Erzeugen und/oder Verschließen einer Öffnung (O1) durch das Hüllrohr (2) oder die Wandung (5) durch ein Lasersystem (40) gebildet werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, gekennzeichnet durch Mittel (60) zum thermischen Entladen des Wasserstoffspeichers.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (60) zum thermischen Entladen des Wasserstoffspeichers durch eine außerhalb am Receiverrohr angeordnete Heizvorrichtung (60) gebildet werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (30, 50) zum Abpumpen des Wasserstoffes aus dem Ringraum 3 durch ein mechanisches und/oder chemisches Pumpsystem gebildet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das chemische Pumpsystem durch eine Getterpumpe (50) gebildet wird.