多孔吸氢元件及其在太阳能集热管中的安装方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
多孔吸氢元件及其在太阳能集热管中的安装方法
本专利技术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。
技术介绍
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。现有技术水平在提高吸氢元件的孔隙度和比表面积方面取得了很大的进展，使得吸氢元件的吸氢动力学性能以及吸氢容量都得到了极大的提升，然而同时也存在两个的问题。一个问题是由于其表面颗粒的粘合强度较弱，比表面积或孔隙度越高的吸氢元件，其表面颗粒越容易脱落，而脱落的游离颗粒对于许多吸氢元件的应用环境来说都是有害的，例如在太阳能集热管应用中，脱落的吸氢材料颗粒吸附在外波管内壁上，被聚焦的太阳光加热，从而对外波管造成损害；又例如在电子工业领域中，游离的吸氢材料颗粒可能沉积在制备的电子元器件上，形成有害杂质；另一个问题是，现有技术水平通常使用真空烧结使吸氢材料颗粒之间键联从而形成机械强度较高的骨架结构，为了使吸氢材料颗粒能够形成有效键联，烧结温度通常较高，在上述文献中，烧结温度在800℃-1200℃之间，吸氢材料在烧结过程中和烧结后均处于活化状态。一方面，在烧结过程中，吸氢材料颗粒始终处于活化状态，真空烧结过程中的残余气体、大气向真空炉内的泄漏以及粘结剂的分解产生的氢、氧、水、碳氢化合物甚至是氮等不可避免的和吸氢材料发生反应，从而影响吸氢材料的吸氢容量，氧、水、氮等甚至会影响吸氢材料的吸氢动力学性能；另一方面，在吸氢元件的使用过程中，吸氢元件在安装过程中难以避免的会暴露在大气中，从而与活性气体剧烈反应，对吸氢元件的吸氢容量造成二次降低，而随后的活化过程中，活化温度远低于烧结温度，难以使吸氢元件获得良好的吸氢动力学性能。多孔吸氢元件现有技术水平上述两个问题使其难以在太阳能集热管中的得到应用：一方面吸氢材料颗粒脱落问题对于太阳能集热管无疑是有害的；另一方面，在太阳能集热管制造过程中，吸氢元件可能在大气中暴露相当一段时间，可能会对吸氢元件本身的吸氢容量和吸氢动力学性能造成损害，影响吸氢元件维持集热管真空度和真空寿命的能力。因此，在太阳能热发电领域，采用的吸氢元件的形式仍然是最原始的压制成型的片状吸氢元件。如上所述，压制成型的吸氢元件存在的最致命的缺陷是活性气体难以扩散至吸氢元件内部的颗粒表面，特别是在低温下，活性气体在吸氢材料颗粒内部的扩散动力学性能较差。为了保证吸氢元件的吸氢动力学性能，吸氢元件必须放置在集热管真空夹层内温度较高的部位，但根据吸氢材料的在不同温度下吸氢P-C-I曲线，随着工作温度的提高，吸氢材料的本征吸氢容量越差。现有技术对于吸氢元件应放置在温度较低的部位以保证吸氢元件的吸氢容量，还是放置在集热管内温度较高的部位以保证吸氢动力学性能还存在争议。在一些专利文献中，通过设计特殊的吸氢元件支撑组件，使吸氢元件处于集热管内温度较低的区域，以保证吸氢元件的吸氢容量，如US682608公开了一种太阳能集热管的吸氢元件的支撑组件，使吸氢元件免受太阳辐射影响，并保持在相对较低的温度下，然而该专利没有解决吸氢元件在较低温度下吸氢动力学性能差的问题；在另一些专利文献中，通过对吸氢材料的创新，使吸氢材料在较高温度下也具有较大的吸氢容量，如US5961750公开的Zr-Co-RE吸氢材料，US772308公开的Zr-Y-Fe吸氢材料等，这些专利技术中所述材料在高温下(400℃以上)的吸氢容量比目前广泛应用的牌号为St707的Zr70％-V24.6％-Fe5.4％的商业合金产品有显著的提高，但其吸氢容量与其室温下的吸氢容量相比还存在很大的差距。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多孔吸氢元件，该吸氢元件内部的吸氢材料颗粒表面可以与活性气体充分接触，使得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。本专利技术的另一目的在于提供一种所述吸氢元件在太阳能集热管中的安装方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种多孔吸氢元件，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。其中，所谓过滤精度指的是多孔材料的孔隙能够通过的最大颗粒尺寸，在本专利技术的多孔吸氢元件中，所述容器孔隙的过滤精度不超过100μm，优选不超过50μm，更优选为0.5-10μm。所述容器一端开口，开口端由封盖密封，封盖的材质与容器的材质相同。封盖与容器的材质为镍、镍合金、铁、铁合金、钢、不锈钢、铜、铜合金等多种材质。所述吸氢材料颗粒优选为Ti、Zr、La、Y、Zr-V-Fe合金、Zr-Co-RE合金、Zr-Y-Fe合金、Zr-TM合金、Ti-TM合金或Zr-Al合金，其中RE为稀土金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔吸氢元件，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种多孔吸氢元件，其特征在于，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；所述吸氢材料颗粒粒径范围为20-200μm；所述容器孔隙的过滤精度为0.5-10μm；所述吸氢材料颗粒振实后的装填量为吸氢元件容器密封后容积的90％-99％；所述容器一端开口，开口端由封盖密封。2.根据权利要求1所述的多孔吸氢元件，其特征在于，所述封盖与容器的材质相同，为镍、镍合金、铁、铁合金、铜或铜合金。3.根据权利要求2所述的多孔吸氢元件，其特征在于，所述铁合金为钢。4.根据权利要求3所述的多孔吸氢元件，其特征在于，所述钢为不锈钢。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱昊辰，袁宝龙，杨阳，李志念，叶建华，郭秀梅，赵旭山，卢淼，王树茂，刘晓鹏，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11