[发明专利]多孔吸氢元件及其在太阳能集热管中的安装方法

说明书

本发明公开了一种多孔吸氢元件及其在太阳能集热管中的安装方法。该多孔吸氢元件包括具有孔隙的容器，以及填充在该容器中的吸氢材料颗粒，吸氢材料颗粒的最小粒径大于容器孔隙的过滤精度。其在太阳能集热管中的安装方法为：在吸氢元件的封盖边缘焊接用于与集热管端部波纹管焊接的触片，将吸氢元件整体置于真空夹层内，其端盖边缘的触片与波纹管内壁相接触，吸氢元件不与外侧波纹管以及内侧的内管相接触，同时吸氢元件安装位置不暴露在外波管外。该吸氢元件可以使吸氢材料的吸氢性能得到充分发挥，同时能够避免吸氢材料颗粒的脱落。该吸氢元件用于太阳能集热管，在较低的温度下工作，保证了吸氢容量，同时具有较高的吸氢动力学性能。

技术领域

本发明涉及一种具有多孔结构的吸氢元件及其在太阳能集热管中的安装方法。

背景技术

吸氢元件广泛用于在封闭环境中长期维持真空或者获得超高真空的工业或科学研究领域。其中一个比较重要的应用是在太阳能光热发电领域用于太阳能集热管的真空维持，太阳能光热发电的核心部件之一真空集热管在使用过程中，由于内管内导热油分解向内管与外波管之间的真空夹层内渗氢、大气通过外波管向真空夹层泄漏等原因，在使用过程中必须使用吸氢元件来吸收氢气及其它活性气体，从而保证集热管真空夹层内的真空度。否则随着真空度的降低，特别是氢分压的提高，其热发电效率会大幅度降低。

吸氢元件内的主要活性材料为吸氢材料，主要是以钛、锆、稀土金属等为主，以及其余一种或多种金属元素组成的合金，其活性相通常为钛、锆、钇或其金属间化合物相。吸氢材料对氢具有较强的吸收作用，在室温和极低的氢分压(＜10^-2Pa)下即具有良好的吸氢动力学特性和吸氢容量。有些吸氢材料在一定温度下对氧、水、碳氢化合物等活性气体甚至是氮都具有良好的吸附特性。因此，一种典型的吸氢元件是通过将吸氢材料制成粉末状，直接压制成柱状、片状或者丸状来应用。然而，为了保证吸氢元件具有足够的机械强度，唯一的途径是通过增加成型时的压力，来保证颗粒之间有足够的作用力，毫无疑问的，成型压力越大，吸氢元件内部的孔隙度越低，吸氢材料颗粒和活性气体的接触面积越小，吸附动力学特性越差，甚至在较低的温度条件下，氢气难以完全扩散到吸氢材料颗粒内部，吸氢元件的吸氢容量也会受到影响。为了在有限的吸氢元件尺寸、吸氢材料重量的条件下获得尽可能高的吸氢动力学性能，并且充分利用吸氢材料的吸氢容量，通常采用的方法是将吸氢材料与其他材料混合，制成一定形状和尺寸的器件，或通过丝网印刷技术将吸氢材料涂覆在衬底上，然后在高温下烧结热处理得到具有孔隙结构的吸氢元件。例如在专利DE-A-2204714中，描述了一种基于金属锆的多孔吸氢元件，以锆粉为吸氢成分，加入有机组分作为造孔剂，石墨作为抗烧结剂，经过高温烧结后，锆粉通过烧结作用形成具有一定强度的骨架，石墨粉起到防止粉末过度压缩的作用，造孔剂在高温下分解形成多孔结构，从而得到具有多孔结构的吸氢元件。又如在专利文献US5882727中，通过采用具有高沸点的有机化合物水溶液作为粘结剂与吸氢材料颗粒混合形成浆料，将浆料通过适合的丝网，沉积在二维衬底上，待沉积物干燥后，在800℃-1000℃下真空烧结制成具有高比表面积的膜状吸氢元件。在专利文献US5908579中描述了一种具有高孔隙度的吸氢元件，通过将吸氢材料颗粒与氨基甲酸铵混合并压制成型，在900℃-1200℃下真空烧结，烧结过程中氨基甲酸铵蒸发，吸氢材料颗粒形成具有孔隙的骨架结构，使氢气能够最大限度与吸氢元件内部的颗粒表面接触。