專利名稱：用于太陽能收集器系統(tǒng)的吸氣劑支撐組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及所謂的聚焦收集器型太陽能收集系統(tǒng)的領域，尤其涉及固定到這種太陽能系統(tǒng)的金屬輻射吸收管上的吸氣劑的支架和熱保護裝置。
在下面的說明書和權利要求書中，術語“吸氣劑”和“吸氣劑材料”可以互換使用。
背景技術：
由于不可再生能源的快速開采、對環(huán)保型能源的需求以及向偏遠的社區(qū)和工廠就地提供能量的優(yōu)越性等諸如此類的原因，人們一直對太陽能系統(tǒng)及其改進感興趣。連續(xù)的研究提高了太陽能系統(tǒng)的效率，因此使其成本效率逐漸提高，并且更受歡迎。
一種具體類型的太陽能收集器系統(tǒng)是“聚焦收集器”型，這種系統(tǒng)用鏡面或透鏡將太陽能聚焦到一個較小的面積上，從而增強了太陽能的效果。在這種系統(tǒng)中，用反射器(通常為拋物面形)來接收入射的太陽輻射，并將其反射(聚焦)到管子形式的金屬輻射吸收管(TRA)上；TRA被處理過的玻璃罩管圍在中間，這樣可以減少熱量損失。為了增加太陽輻射的收集以進一步提高效率，該收集器系統(tǒng)通常包括跟蹤太陽的裝置。
為了使通過對流和傳導損失的熱量最小并提高太陽輻射的收集效率，將輻射吸收管(TRA)和玻璃罩管之間的空間抽空到非常低的壓力。
TRA由金屬制成，且具有太陽輻射吸收系數(shù)高的涂層，從而使反射器反射的太陽輻射所提供的能量傳輸最大化。傳熱介質在TRA內流動，出于實用方面的考慮，傳熱介質通常為油之類的液體。
在太陽能收集器的高溫特性中，傳熱介質釋放出一定量的氫。釋放的氫是小的原子，可以穿過TRA的管壁而進入TRA和玻璃罩管之間的空間。這種情況是非常不希望的，因為它降低了所述空間內的真空，從而導致熱量通過對流和傳導從TRA流失。因此，關鍵是要除去上述的氫，從而保持聚焦型太陽能收集器的效率。
一種從所述空間去除氫的方法是使用位于該空間內的吸氣劑，它是一種可以包括多種金屬合金的材料，它具有用于吸收氫的大表面積和親和性。諸如CO、CO2、N2和H2O之類的其他活性氣體雜質可能尋隙進入上述空間，因此它們也可以被吸收。
工業(yè)吸氫劑的平衡圖(equilibrium)上公開的數(shù)據(jù)表明在溫度降低相對較小的情況下，吸氫劑的吸氣能力和吸氣速率可能增加很大，這對太陽能收集器系統(tǒng)的成本影響很大。為了保持吸氣劑的吸氣能力和吸氣速率，吸氣劑必須被支撐在TRA和玻璃罩管之間的空間內，并且必須保持在相對較低的溫度下。這樣，吸氣劑就會盡可能地與傳熱(例如傳導和輻射)絕緣。
輻射可以來自兩個輻射源中的任意一個，其中一個是TRA散發(fā)的輻射。盡管TRA具有限制發(fā)散的涂層，但TRA散發(fā)的輻射量仍然是不可忽略的。潛在地加熱吸氣劑的第二個輻射源是所謂的“遺漏的太陽輻射(missed solar radiation)”。這種輻射可能由以下情況引起即一些太陽輻射不是被完全反射聚焦到TRA上，而是被遺漏了。這通常是由于反射器沒有對齊，或者說TRA的安裝位置不合適。這種“遺漏的太陽輻射”中的一些可以直接或間接地接觸吸氣劑支架上的吸氣劑，從而將其加熱。
授予Doevenspeck等人的第4,306,543號美國專利公開了一種太陽能收集器，它包括一種位于一個抽空的透明罩內的吸氣劑，該真空透明罩由一根玻璃外管和一根金屬內管限定而成。一個在玻璃管和金屬管之間延伸的剛性支架結構支撐著吸氣劑，并且還支撐著一個加熱器。這一設計的目的是在真空罩內提供一個加熱元件，用它來裂解可能存在的烴類物質。然而，這一設計沒有保護吸氣劑不受加熱。
授予Kroontje等人的第4,455,998號美國專利公開了一種太陽能收集器，它包括一種可以被可逆地加熱的吸氫劑，這種吸氫劑位于一個由玻璃管限定而成的真空透明罩內。形成在玻璃管內的貯存器支撐著由紗網覆蓋的吸氣劑。然而，公開的這種貯存器僅僅涉及到板形吸收器型太陽能收集器。另外，該貯存器需要特別配置的玻璃管，而該貯存器是該玻璃管的一部分，并且該貯存器對玻璃管吸收的熱不絕緣。此外，所述組件被設計成交替地加熱或不加熱吸氣劑，以有助于控制收集器內的傳熱介質的溫度，而不是將吸氣劑保持在低溫下。
授予Takeuchi等人的第4,508,104號美國專利也公開了一種太陽能收集器，它包括位于真空透明罩內的一種吸氣劑。一個由多根板簧組成的保持裝置用于固定收集器的內管相對外管的位置。該保持裝置也支撐著“吸氣劑金屬(getter metal)”的墊圈形外殼。所公開的支撐吸氣劑金屬的保持裝置部分僅為C形，并且看起來無法保護吸氣劑不受太陽輻射。
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于太陽輻射聚焦型太陽能收集器系統(tǒng)的組件，該組件用于支撐吸氣劑，并將其保持在相對較低的溫度下。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明，提供了這樣一種組件，它用于支撐太陽能收集器系統(tǒng)的輻射吸收管(TRA)和玻璃管之間的真空空間內的吸氣劑，該組件包括橋狀物，該橋狀物用于在吸氣劑和輻射吸收管之間提供間隙，其中該橋狀物被設計為由幾個部件組裝而成，以使它們之間的接觸面積最小，從而限制了熱傳導。
根據(jù)本發(fā)明，提供了這樣一種組件，它包括輻射保護裝置，用于限制太陽輻射反射到和/或散發(fā)到吸氣劑上或與吸氣劑直接或間接接觸的部件(即，橋狀物)上。
本發(fā)明提供了一種吸氣劑支撐組件，用于支撐聚焦收集器型太陽能收集器系統(tǒng)內的吸氣劑，所述太陽能收集器系統(tǒng)包括輻射吸收管(TRA)和玻璃罩管、限定在上述兩管之間的環(huán)形空間和太陽輻射聚焦反射器，所述吸氣劑支撐組件包括橋狀物，該橋狀物上形成有細長的槽，該槽具有吸氣劑支撐部分，所述橋狀物還包括多個固定連接到輻射吸收管上的足部，這些足部支撐著所述槽，從而使所述槽與所述輻射吸收管隔開；所述槽還包括面對TRA的輻射反射表面，用于阻斷由TRA散發(fā)的輻射和由反射器反射的遺漏的太陽輻射。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，除了所述槽之外，所述橋狀物還包括用于阻斷并反射輻射的部件，即防輻射罩，以使吸氣劑的溫度最低。
所述橋狀物還包括多個狹槽(slots)，它可為TRA和橋狀物提供軸向的運動自由度，從而允許TRA和橋狀物熱膨脹。


為了理解本發(fā)明并明白它是如何實施的，下面將參照附圖來說明各實施例，這些實施例僅作為非限制性的例子。其中圖1是聚焦收集器型太陽能收集器的太陽能吸收器部分的截面，該部分裝配有根據(jù)本發(fā)明的吸氣劑支撐組件；圖2是輻射吸收管(TRA)的立體圖，該輻射吸收管上固定有根據(jù)本發(fā)明實施例的吸氣劑支撐組件；圖3是根據(jù)本發(fā)明的吸氣劑支撐組件的一個不同的實施例的側視圖；圖4是吸氣劑支撐槽的俯視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的槽蓋；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的吸氣劑組件的改進槽的側視圖。
具體實施例方式
首先來看一下附圖的圖1，該圖展示了整體由10表示的太陽能吸收器的截面，包括太陽能收集器系統(tǒng)(未示)的一部分。這種太陽能吸收器10可以是太陽能場的一部分，該太陽能場擁有數(shù)百個收集器單元的儀表。這些收集器可以是平面(板)或非平面的收集器。
太陽能吸收器10包括輻射吸收管或TRA12、反射器14和玻璃罩管16。TRA12上涂有太陽輻射吸收涂層，TRA12被同軸容納在玻璃罩管16內，兩者之間限定了空間18，并且TRA12被固定在通常為拋物面形的反射器14的焦點處。
位于TRA12上的是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的吸氣劑支撐組件20，在隨后的附圖中對其作了詳細的展示。需要指出的是，組件20被固定在所謂的一個太陽(one-sun)位置處，在該位置處，它面對太陽，因此理想地，它只接收直接來自太陽光線的太陽輻射，而不接收反射器14反射的更集中的光線。
太陽輻射光線R1和R2說明了太陽光線如何從反射器14反射、并通過玻璃罩管16到達TRA12的不同位置上。相比之下，光線R3說明了沒有反射到TRA12上而是反射到吸氣劑支撐組件20上的輻射。該光線R3表示了所謂的“遺漏的太陽輻射”，它可以加熱所述組件20，因此降低吸氣劑30(如圖2所示)的吸氣能力。
不難理解，其他光線(例如光線R4)也可以從TRA12的頂部反射，并再次反射到組件20上，因此加熱所述組件從而降低吸氣劑30的吸氣能力。
圖2顯示了TRA12頂上的組件20。組件20的最簡單形式僅包括橋狀物32和多個L形的金屬足部36，橋狀物32由槽34構成，槽34內容納有吸氣劑30(用虛線表示)。足部36通常由標準規(guī)格的金屬薄片制成，用于限制傳導路徑，這些足部就是與組件20相連的所有部件。槽34具有吸氣劑支撐部分37，它上面擱有吸氣劑30。
下面就可以關注本設計的一些重要特征。足部36在盡可能有限的接觸點處連接到TRA12上，這些接觸點由足部36的下部片39處的點焊接頭38表示。同樣，足部36和槽34通常僅在或主要在其邊緣處接觸，因此限制了兩者之間的熱傳導。
此外，槽34上有多個狹槽40(用虛線表示)，狹槽40不只允許足部36的上部通過以穩(wěn)定地支撐所述槽，而且這些狹槽還沿所述槽的縱向延伸，從而允許所述槽和足部之間有“游隙”。在橫向上通常也可以有“游隙”。這種“游隙”消除了因橋狀物32和TRA12的不同膨脹而引起的問題，當收集器每天交替地暴露于或不暴露于太陽，或者由于太陽經過云層時，在收集器的加熱和冷卻循環(huán)過程中會產生這種不同的膨脹。在這些時候，與橋狀物32相比，TRA12可以更快地變熱，并且變得比橋狀物32熱得多，從而造成與橋狀物不同的膨脹程度和尺寸。
槽34本身可以反射太陽輻射，因此至少它的外表面33(面對TRA12和反射器14的表面)通常會被拋光和/或涂上涂層，所述涂層通常由難熔的金屬(例如銀或金或反射率高的其他材料)構成，并且/或者外表面被拋光以反射紅外輻射和可見光輻射，因此槽沒有被加熱，并且不會成為吸氣劑30的傳導源。
紅外輻射由TRA12發(fā)出，而可見光輻射如圖1中的光線R3所示，由反射器14直接反射。然而，正如本領域技術人員所理解的那樣，為了保護槽34不受太陽輻射，從而保護吸氣劑30不受高溫，優(yōu)選用一個或多個額外的部件來反射上述輻射。
在本發(fā)明的另一個實施例中，圖3展示了組件50的側視圖，其中提供了額外的部件，即防輻射罩52。盡管圖中只給出了一個防輻射罩52，但可以使用多個。圖示的防輻射罩52被連接到足部54上，在該實施例中，足部54上有多個用于保持該防輻射罩的狹槽56。防輻射罩52包括沿槽60的長度縱向延伸的翼部或側壁57和58，現(xiàn)在就不需要限定槽的尺寸、也不需要對其進行拋光和/或涂上涂層以阻斷和反射太陽輻射。防輻射罩52還具有基部62(用虛線表示)，其位于側壁57和58之間并且在槽60的位于兩個足部54(圖3中只能看到一個)之間的部分的下方延伸。足部54的片74(圖3中只能看到一個)可阻擋TRA12散發(fā)的輻射到達槽60的兩端。
防輻射罩52最好由一個零件制成，關于側壁57和58以及基部62的論述是為了闡明防輻射罩的幾何形狀，并且強調它既可反射來自下方的輻射(來自TRA12的)，也可反射來自側面的輻射(來自TRA12的，但也可以是來自反射器14的遺漏的太陽輻射)。
如同圖2的實施例的槽34一樣，防輻射罩52通常至少在其面對TRA12和反射器14的表面63上被合適的涂層涂覆和/或拋光，和/或所述外表面被拋光，以反射輻射，因此它沒有被加熱，并且不會成為吸氣劑30的傳導源，所述合適的涂層通常由難熔的金屬(例如銀或金或反射率高的其他材料)構成。
下面可以觀察到本發(fā)明的其他重要細節(jié)。由于組件50可以穩(wěn)定地連接到TRA12上，而不需要使片74與TRA的圓柱形狀一致，因此在TRA12和足部54之間是楔形的間隙70。另外，足部54的外下部72沒有向下延伸到TRA12。這兩個特征都有助于使吸氣劑30的溫度保持最低。
此外，足部54上有狹槽76，這有助于進一步限制從TRA12經槽60到吸氣劑30的傳熱路徑。每個足部54都具有T形的延長部分77，該延長部分77具有側部凸起79，盡管配合不緊，以至于在槽60和足部54之間有“游隙”，但側部凸起79仍可以固定槽60。
在圖3中還可以看到蓋子78，它可以部分或完全地包圍槽60。這個蓋子78便于將吸氣劑30裝到槽60上，這是由于吸氣劑30可以在槽60上快速滑動，并且在太陽能收集器系統(tǒng)的組裝和工作過程中，蓋子也可防止吸氣劑離開槽。蓋子78可以是像套子一樣的網狀物(優(yōu)選如圖4所示)，因此可以為氫或其他氣體雜質提供接近吸氣劑30并被其吸收的開口區(qū)域和更容易的路徑。
為了闡述某些部件，圖4顯示了槽80(該槽在設計上可以與上述的槽34、60相似)的俯視圖，其顯示了在所述槽上的多個吸氣劑30以及為網狀物82形式的槽蓋的結構。該圖還更清楚地展示了狹槽40，正如結合圖3所理解的那樣，狹槽40在足部36、54之間提供運動自由度或“游隙”，該自由度或“游隙”雖然在橫向方向上也有，但尤其是在縱向方向上，且包括這兩個方向之間的角度，以允許TRA12和橋狀物32之間的熱膨脹的變化。
舉例來說，槽80還可以包括輔助元件84，目的是例如為了以適當?shù)姆绞竭B接其他部件，例如溫度指示器等。
圖5顯示了一個改進的設計，它進一步限制對吸氣劑30的熱傳導，其中槽86包括沿其長度延伸的脊部88，從而形成吸氣劑支撐部分89。如圖所示，吸氣劑30與槽86的物理接觸因此更為有限，這也限制了源自TRA12的熱傳導路徑。
不難理解，在吸氣劑30位于其上的槽34、60、80、86的吸氣劑支撐部分37、89中可以制作出許多圖案，這可減少槽和吸氣劑之間的熱傳導，該圖案例如可以是波紋(未示)。
需要指出的是，上述吸氣劑支撐組件的各個部件及其變化僅僅是為了說明，沒有任何排他的意思，且它們可以有多種變化和改進。
例如，防輻射罩52可以連接到TRA12或槽60上，而不是足部54上。
在另一個例子中，上述任意一個實施例的槽34、60、80、86本身都可以形成為卷曲，這有助于將吸氣劑30固定到其上?；蛘撸谖鼩鈩┲谓M件50具有防輻射罩52的實施例中，槽可以被全部或部分穿孔，這樣提供的熱傳導路徑會更少。將上述例子結合起來，槽34、60、80、86可以被穿孔，并且本身可以為卷曲，甚至為管狀，這樣既固定了吸氣劑30，并且仍然允許氫或其他氣體雜質相對自由地接近吸氣劑，所述槽以與網狀物82類似的方式工作。
不難理解，上述說明書僅僅是為了舉例說明，在本發(fā)明的思想和范圍內還可以有許多其他實施例。
權利要求
1.一種吸氣劑支撐組件，用于支撐聚焦收集器型太陽能收集器系統(tǒng)中的吸氣劑，所述太陽能收集器系統(tǒng)包括輻射吸收管(TRA)和玻璃罩管、限定在上述兩管之間的環(huán)形空間和太陽輻射聚焦反射器，所述吸氣劑支撐組件包括橋狀物，該橋狀物形成有細長的槽，該槽具有吸氣劑支撐部分，所述橋狀物還包括多個固定連接到輻射吸收管上的足部，這些足部支撐著所述槽，從而使所述槽與所述輻射吸收管隔開；所述槽還包括面對TRA的輻射反射表面，用于阻斷由TRA散發(fā)的輻射和由反射器反射的遺漏的太陽輻射。
2.如權利要求1所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述吸氣劑為吸氫劑。
3.如權利要求1所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述輻射反射表面既反射紅外輻射又反射可見光輻射。
4.如權利要求1所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，在所述槽和所述足部之間至少有軸向的運動自由度，從而允許TRA和橋狀物之間熱膨脹的變化。
5.如權利要求4所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述運動自由度通過所述槽中的狹槽而容易實現(xiàn)，這些狹槽的縱向尺寸大于與所述槽相接的足部部分的尺寸。
6.如權利要求1所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述足部中的每個都只在一點處被固定連接到所述輻射吸收管(TRA)上。
7.如權利要求1所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述吸氣劑位于其上的所述槽的吸氣劑支撐部分不為平面。
8.如權利要求1所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述組件還包括槽蓋，其可便于將吸氣劑裝載和保持在其上。
9.如權利要求8所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述蓋是網狀部件。
10.如權利要求1所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述組件還包括一個或多個防輻射罩，該罩在所述槽的下方延伸并延伸到槽的側面，并且該罩具有基部和多個側壁，用于阻斷由輻射吸收管(TRA)散發(fā)的輻射和由反射器反射的遺漏的太陽輻射。
11.如權利要求10所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述一個或多個防輻射罩至少在其外表面上包括有反射輻射的涂層。
12.如權利要求10所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述一個或多個防輻射罩連接到該組件的足部上。
13.如權利要求1所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述足部和所述槽之間在其邊緣處相互連接。
14.一種太陽能收集器系統(tǒng)，它包括太陽熱能吸收器，該吸收器包括拋物面反射器、輻射吸收管(TRA)和玻璃罩管，其中所述太陽能收集器系統(tǒng)還包括吸氣劑支撐組件，該組件包括橋狀物，其上形成有細長的槽，該槽具有用于支撐吸氣劑的吸氣劑支撐部分，所述橋狀物還包括多個固定連接到所述輻射吸收管上的足部，這些足部支撐著所述槽，從而使所述槽與所述輻射吸收管隔開；所述槽還包括面對TRA的輻射反射表面，用于阻斷由TRA散發(fā)的輻射和由反射器反射的遺漏的太陽輻射。
15.如權利要求14所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述吸氣劑是吸氫劑。
16.如權利要求14所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，在所述槽和所述足部之間至少有軸向的運動自由度，從而允許TRA和所述橋狀物之間熱膨脹的變化。
17.如權利要求14所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述組件還包括防輻射罩，該罩在所述槽的下方延伸并延伸到所述槽的側面，并且該罩具有基部和多個側壁，用于阻斷由輻射吸收管(TRA)散發(fā)的輻射和由反射器反射的遺漏的太陽輻射。
18.如權利要求17所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述防輻射罩至少在其外表面上包括有反射輻射的涂層。
19.一種太陽能吸收器，包括拋物面反射器、輻射吸收管(TRA)和玻璃罩管，所述太陽熱能吸收器還包括吸氣劑支撐組件，該組件包括橋狀物，其上形成有細長的槽，該槽具有用于支撐吸氣劑的吸氣劑支撐部分，所述橋狀物還包括多個固定連接到所述輻射吸收管上的足部，這些足部支撐著所述槽，從而使所述槽與所述輻射吸收管隔開；所述槽還包括面對TRA的輻射反射表面，用于阻斷由TRA散發(fā)的輻射和由反射器反射的遺漏的太陽輻射。
20.如權利要求19所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述吸氣劑是吸氫劑。
21.如權利要求19所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，在所述槽和所述足部之間至少有軸向的運動自由度，從而允許TRA和橋狀物之間熱膨脹的變化。
22.如權利要求19所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述組件還包括防輻射罩，該罩在所述槽的下方延伸并延伸到槽的側面，并且該罩具有基部和多個側壁，用于阻斷由輻射吸收管(TRA)散發(fā)的輻射和由反射器反射的遺漏的太陽輻射。
23.如權利要求22所述的吸氣劑支撐組件，其特征在于，所述防輻射罩至少在其外表面上包括有反射輻射的涂層。
全文摘要
一種吸氣劑支撐組件(20)，用于支撐聚焦收集器型太陽能收集器系統(tǒng)(10)中的吸氣劑(30)，所述太陽能收集器系統(tǒng)(10)包括輻射吸收管(TIA)(12)和玻璃罩管(16)、限定在上述兩管之間的環(huán)形空間(18)和太陽輻射聚焦反射器(14)。所述吸氣劑支撐組件(20)包括橋狀物(32)，橋狀物上形成有細長的槽(34)，該槽(34)具有吸氣劑支撐部分(37)。該橋狀物還包括多個固定連接到TRA(12)上的足部(36)，這些足部支撐著槽(34)，從而使槽(34)與TIA(12)隔開。槽(34)還包括面對TIA(12)的輻射反射表面(33)，用于阻斷由TIA(12)散發(fā)的輻射和由反射器(14)反射的遺漏的太陽輻射。
文檔編號F24J2/46GK1720419SQ03825785
公開日2006年1月11日 申請日期2003年8月7日 優(yōu)先權日2003年1月9日
發(fā)明者梅納什·巴爾卡伊, 什穆埃爾·克拉普瓦爾德, 約爾·施瓦茨曼, 埃利·曼德爾伯格, 拉米·埃澤爾 申請人:索萊爾太陽能系統(tǒng)有限公司