(57)【要約】本発明は、太陽熱発電所における、特にソーラコレクタ（１０）のための、少なくとも１つの集光ミラー（１２）を有する吸収管であって、熱伝達媒体を通しかつ加熱する金属管（２２）と、真空可能な環状空間（２６）を形成するための、金属管（２２）を囲むシース管（２４）と、環状空間（２６）を密閉するための、シース管（２４）と金属管との間に延びている壁部（３２）と、環状空間（２６）にある自由水素を結合させるためのゲッタ材（３８）と、を具備する吸収管に関する。吸収管（１８）は、ゲッタ材（３８）および壁部（３２）の温度を変化させるための温度変化装置(４２)を有する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱発電所における、特にソーラコレクタ（１０）のための、吸収管であって、
-熱伝達媒体を通しかつ加熱する金属管（２２）と、
-真空可能な環状空間（２６）を形成するための、前記金属管（２２）を囲むシース管（２４）と、
-前記環状空間（２６）を密閉するための、前記シース管（２４）と前記金属管との間に延びている壁部（３２）と、
-前記環状空間（２６）にある自由水素を結合させるためのゲッタ材（３８）と、を具備する吸収管において、
前記ゲッタ材（３８）および前記壁部（３２）の温度を変化させるための温度変化装置(４２)が設けられていることを特徴とする吸収管。
【請求項２】
前記ゲッタ材（３８）は前記環状空間（２６）に設けられていてなる供給管において、
前記温度変化装置(４２)は、前記環状空間（２６）の外側におよび前記ゲッタ材（３８）の向かい側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の吸収管。
【請求項３】
前記自由水素を前記環状空間（２６）から排出するための、前記自由水素が浸透可能である膜（５６）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の吸収管。
【請求項４】
前記温度変化装置(４２)は、前記膜（５６）の温度を変化させることを特徴とする請求項３に記載の吸収管。
【請求項５】
前記壁部（３２）は移行要素（３４）および外輪（３６）を有してなる供給管において、
前記膜（５６）は、前記移行要素（３４）および／または前記外輪（３６）の中にまたは上に設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の吸収管。
【請求項６】
前記吸収管（１８）は、前記シース管（２４）および前記金属管（２２）の異なった膨張を補償するためのベローズ（４６）を有してなる供給管において、
前記膜（５６）は前記ベローズ（４６）の中にまたは上に設けられていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の吸収管。
【請求項７】
前記膜（５６）は、鉄、パラジウムまたはニオブを含むことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に帰しの吸収管。
【請求項８】
前記ベローズ（４８）および／または前記壁部（３２）は、前記自由水素のための透過性を増大させるためのドープ領域（６４）を有することを特徴とする請求項６または７に記載の吸収管。
【請求項９】
前記ゲッタ材（３８）は、前記外輪（３６）および／または前記移行要素（３４）に取り付けられている容器（４０）の中に充填されていることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載の吸収管。
【請求項１０】
前記容器（４０）は、前記環状空間（２６）内の前記自由水素に対する前記ゲッタ材（３８）の出入り可能性を増大させるための複数の孔（５８）を有することを特徴とする請求項９に記載の吸収管。
【請求項１１】
前記容器（４０）は、織物ストッキング（５４）として形成されていることを特徴とする請求項９に記載の吸収管。
【請求項１２】
前記外輪(３６)は、前記ゲッタ材（３８）に突出している突出部（６０）を有し、かつ、前記温度変化装置（４２）は、前記突出部（６０）の領域に設けられていることを特徴とする請求項５ないし１１のいずれか１項に記載の吸収管。
【請求項１３】
前記外輪(３６)は、前記突出部（６０）の領域に凹部（６２）を有し、該凹部の中で、前記温度変化装置（４２）が延びていることを特徴とする請求項１２に記載の吸収管。
【請求項１４】
前記外輪(３６)は、前記ゲッタ材（３８）に向いておりかつ前記膜（５６）によって閉じられている開口部（６６）を有することを特徴とする請求項５ないし１３のいずれか１項に記載の吸収管。
【請求項１５】
前記外輪（３６）および／または前記移行要素（３４）は、前記ゲッタ材（３８）を少なくとも部分的に囲む部分（８２）を有することを特徴とする請求項５ないし１１のいずれか１項に記載の吸収管。
【請求項１６】
前記膜(５６)は、前記部分（８２）に設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の吸収管。
【請求項１７】
前記温度変化装置（４２）は、前記部分（８２）に隣接していることを特徴とする請求項１５または１６に記載の吸収管。
【請求項１８】
前記ベローズ（４６）は、１つまたは複数の襞（５２）を有してなる吸収管において、
前記温度変化装置（４２）は、少なくとも部分的に、前記ベローズ（４６）の前記襞（５２）に延びていることを特徴とする請求項６ないし１７のいずれか１項に記載の吸収管。
【請求項１９】
前記温度変化装置（４２）は、加熱装置（４８）として設計されていることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の吸収管。
【請求項２０】
前記加熱装置（４８）は、電熱線（５０）を有することを特徴とする請求項１９に記載の吸収管。
【請求項２１】
前記加熱装置（４８）は、前記ゲッタ材（３８）を誘導加熱するための電気コイル（７０）および金属ディスク（７２）を有することを特徴とする請求項２０に記載の吸収管。
【請求項２２】
前記温度変化装置（４２）は、ヒートパイプ（５９）および／または光電池モジュール（５９）を有することを特徴とする請求項１ないし２１のいずれか１項に吸収管。
【請求項２３】
前記温度変化装置（４２）は、冷却装置（４９）を有することを特徴とする請求項１ないし２２のいずれか１項に吸収管。
【請求項２４】
吸収管（１８）の環状空間（２６）に設けられたゲッタ材（３８）の温度を変化させるための方法であって、
以下の工程、すなわち、
-温度変化装置（４２）によって膜（５６）および／または壁部（３２）の温度を変化させること、および
-前記膜（５６）によって前記ゲッタ材（３８）の温度を変化させること、を有する方法。
【請求項２５】
吸収管の膜（５６）の温度を変化させるための方法であって、
以下の工程、すなわち、
-温度変化装置（４２）によってゲッタ材（３８）の温度を変化させること、および
-前記ゲッタ材（３８）によって前記膜（５６）の温度を変化させること、を有する。
【請求項２６】
請求項１ないし２３のいずれか１項に記載の吸収管中の自由水素をゲッタ材（３８）へまたはゲッタ材から可逆的にロードおよびアンロードするための方法であって、
以下の工程、すなわち、
-第１の温度（Ｔ１）で自由水素に前記ゲッタ材（３６）をロードすること、
-温度変化装置（４２）によって前記ゲッタ材（３６）を第２の温度（Ｔ２）に変化させること、
-前記第２の温度（Ｔ２）で前記ゲッタ材（３８）から自由水素をアンロードすること、および
-前記温度変化装置（４２）によって前記ゲッタ材（３８）の温度を前記第１の温度（Ｔ１）に変化させること、を有する方法。
【請求項２７】
自由水素を吸収管の環状空間（２６）から排出するための装置であって、
-請求項１ないし２３のいずれか１項に記載の吸収管（１８）と、
-前記シース管（２４）の温度値を決定するための温度測定ユニット（７８）と、
-前記シース管(２４)の前記決定された温度値を、選択可能な臨界温度値と比較するための比較ユニット（７６）と、を具備する装置。
【請求項２８】
自由水素を吸収管の環状空間（２６）から排出するための方法であって、
以下の工程、すなわち、
-温度測定ユニット（７８）によって前記シース管（２４）の温度値を決定すること、
-比較ユニット（７６）によって、前記決定された温度値を、選択可能な臨界温度値と比較すること、および
-前記ゲッタ材（３８）に結合した水素が、解放されかつ前記環状空間（２６）から排出されるように、前記温度変化装置（４２）によって、前記ゲッタ材（３８）のおよび前記壁部(３２)のおよび／または前記膜(５６)の温度を変化させること、を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱発電所における、特にソーラコレクタのための、吸収管であって、熱伝達媒体を通しかつ加熱する金属管と、真空可能な環状空間を形成するための、金属管を囲むシース管と、環状空間を密閉するための、シース管と金属管との間に延びている壁部と、環状空間にある自由水素を結合させるためのゲッタ材と、を具備する吸収管に関する。更に、本発明は、ゲッタ材へまたはゲッタ材から自由水素を可逆的にロードおよびアンロードするための方法に関する。更に、本発明は、自由水素を吸収管の環状空間から排出するための装置及び対応の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラコレクタに、例えば、集光ミラーとも呼ばれる放物面ミラーを備えることができ、ソーラコレクタを、いわゆるパラボリック・トラフ方式発電所に用いることができる。知られたパラボリック・トラフ方式発電所では、熱伝達媒体としては、放物面ミラーから反射されかつ吸収管へ集中された太陽光によって約４００℃まで加熱することができる熱油が用いられる。この場合、吸収管は、通常、放射線吸収層を有する金属管と、典型的にはガラスからなりかつ金属管を囲む被覆管とから構成される。加熱された熱伝達媒体は、金属管を通って導かれ、例えば、水蒸気を発生させる装置に供給される。該水蒸気によって、熱プロセスにおいて、熱エネルギが、電気エネルギに変換される。金属管および被覆管は、互いに並行にかつ同軸に延びている。金属管と被覆管との間には、環状空間が形成される。該環状空間は、通常は金属からなる壁部によって軸方向に密閉される。個々の吸収管は、最大限４ｍの長さであり、溶接されて、最大限２００ｍの全長を有するソーラフィールドループに形成される。このタイプの吸収管は、例えば、特許文献１から公知である。
【０００３】
熱伝達媒体として使用される熱油は、経年劣化が増加するにつれて、熱油中に溶けている自由水素を解放する。自由になる水素の量は、一方では。使用された熱油および操作者による熱油の維持に依るが、他方では、熱油に接触する水の量にも依る。自由になった水素は、金属管を通る透過の故に、真空排気された環状空間に達する。金属管を通る透過速度は、金属管の作動温度の増加につれて、同様に増加する。そのことの結果として、環状空間中の圧力も増大する。このことは、結果として、０，０００１ｍｂａｒと０，００１ｍｂａｒの間の圧力から始まって、環状空間を介する熱伝導の向上を伴う。向上は、同様に、熱損失の増加、および吸収管またはソーラコレクタの効率の低下をもたらす。
【０００４】
環状空間内の圧力上昇を回避し、従ってまた吸収管の寿命を延ばすために、環状空間に到達した水素を、いわゆるゲッタ材によって結合することができる。しかし、ゲッタ材の吸収能力は、制限されている。環状ギャップ内の圧力は、能力の限界に達した後に、熱油から解放された自由水素と平衡状態にあるまで、上昇する。従来の研究によれば、平衡圧力は、数ｍｂａｒである。水素によって、環状ギャップにおける熱伝導の増大が、ソーラコレクタの効率にとって上記のマイナスの結果を伴って、生じる。環状空間にゲッタ材を備えている吸収管は、例えば特許文献２から公知である。
【０００５】
特許文献３から公知の吸収管では、希ガスが、環状空間に導入されるのは、ゲッタ材の能力が使い尽くされている場合である。希ガスは、僅かな熱伝導率を有する。それ故に、環状ギャップを介する熱伝導を、自由水素の存在にもかかわらず、減少することができる。
【０００６】
２つの上記の装置では、環状空間に達した自由水素は、ゲッタ材の吸収能力が使い尽くされているまで、結合されている。特許文献３に記載の、環状空間に導入可能な希ガスの量は、同様に制限されている。それ故に、２つの措置は、吸収管の寿命を、一定の限度でのみ延ばすことができる。
【０００７】
特許文献４は、膜を有し、環状空間内で自由水素の濃度を低く保つために、膜を通って、自由水素が環状空間から外へ運ばれてなる吸収管を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】DE 102 31 467 B4
【特許文献２】WO 2004/063640 A1
【特許文献３】DE 10 2005 057 276 B3
【特許文献４】EP 0286 281
【発明の概要】
【０００９】
従って、本発明の課題は、従来の技術から知られた吸収管と比較して延びた寿命を有する吸収管を提供することである。
【００１０】
上記課題は、ゲッタ材および壁部の温度を変化させるための温度変化装置を有する、明細書の最初の部分に記載されたタイプの吸収管によって、解決される。
【００１１】
この場合、温度変化装置は、ゲッタ材および／または壁部の温度の変化すなわち増減を引き起こすことができるあらゆる装置を意味することが意図される。
【００１２】
自由水素に対するゲッタ材の吸収能力は、温度に依存している。通常用いられるゲッタ材では、温度の低下につれて、吸収能力は、増加する。従って、本発明によれば、ゲッタ材の冷却によって吸収管の作動中に吸収能力を向上させることが可能である。適切な材料の選択の際に、他方では、壁部を通る自由水素の透過速度が、壁部の温度の増加につれて、大幅に上昇する。他方、壁部は、通常は作動中に支配的な温度で、環状空間を気密に密閉する。
【００１３】
ゲッタ材の吸収能力が消尽されており、かつ、冷却によっては最早適切に向上されないとき、本発明によれば、ゲッタ材および壁部の温度が、温度変化装置によって増加される。ゲッタ材は、吸収能力の低下により、自由水素を、環状空間に放出する。自由水素は、今や、壁部を通ってかつ環状空間から拡散することができる。この拡散プロセスは、環状空間内の圧力が自由水素の濃度の上昇につれて増加することによって、支持される。
【００１４】
ゲッタ材から放出される水素が、環状空間から排出されるや否や、温度は、再度、元の数値、すなわち作動温度に低下される。それ故に、壁部を通る透過速度は再度低下し、かつ、水素に対するゲッタ材の吸収能力が増大する。今や、熱伝達媒体から再度新たに放出されかつ環状空間に到達した自由水素は、吸収能力が消尽されるまで、ゲッタ材によって結合される。次に、上記温度変化が新たに実行される。このプロセスを、任意にしばしば繰り返すことができる。それ故に、吸収管の寿命を著しく増大させることができる。このことは、太陽熱発電所の稼働を著しく従来の技術より効果的にする。
【００１５】
ゲッタ材は、通常、圧縮されて、シリンダ状の部分（ピル）に形成される。ゲッタ材に水素をロードする際に、容量変化従ってまた粒子形成をもたらす水素化物が形成される。本発明によれば、臨界ローディング度（kritischer Beladungsgrad）を達成する前にさえ、温度変化およびゲッタ材からの自由水素のアンロードを実行して、ゲッタ材の粒子形成を防止することが可能である。粒子形成が不利であるのは、維持されることができない少なくとも比較的小さい粒子が、環状空間の中で自由に動くことができ、そこで、局所的な温度上昇（ホットスポット）をもたらし、あるいは、粉衣として、透過を悪化させるからである。このことは、吸収管の寿命および効率にマイナスの影響を及ぼす。
【００１６】
ゲッタ材が環状空間に設けられていてなる本発明の好ましい実施の形態では、温度変化装置は、環状空間の外側にかつゲッタ材の向かい側に設けられている。温度変化装置を環状空間の外側に設けることによって、温度変化装置は、上手にアクセス可能である。それ故に、環状空間に介入する必要なしに、温度変化装置を容易に取り付け、かつ修理することができる。温度変化装置に向かい合うようにゲッタ材を環状空間に設けることは、行なわれた温度変化が実際にゲッタ材に作用することを保証する。
【００１７】
本発明の好都合な実施の形態は、自由水素を環状空間から排出するための、自由水素が浸透可能である膜が設けられていることを特徴とする。膜は、他種のガスに対して不透過である。膜がパラジウム、ニオブまたは純鉄、あるいは前記物質が含まれている合金からなることは好ましい。膜を、更に、適切なコーティングによって、腐食に対して保護することができる。膜は、壁部に挿入され、水素の透過速度の温度依存性が、吸収管の作動中に支配的である温度に基づいて最適化されているように、構成されることができる。パラジウムの膜は、２００℃未満で不動態化する。加熱によって、膜を活性化させることができる。従来知られた解決策では、膜は、ガラスカバーに、あるいはガラスと金属のベローズとの間の移行領域に組み入れられた（特許文献４またはUS 4892142を参照せよ）。この場合、膜は、僅かな差圧（環状ギャップにおいて＜０，０００１ｍｂａｒ、大気中では０，００００５ｍｂａｒ）で環状ギャップから大気へ水素が連続的に透過するために用いられることが意図される。これらの解決策は、膜の温度が定められていないという欠点を有する。このことによって、一方では、膜が臨界温度限界を下回るとき、不動態化がなされることができ、これにより、内圧が上昇する。他方では、直接照射によって、強すぎる加熱が生じることがある。該加熱は、ガラスまたは移行領域における高い応力をもたらし、かつ、シース管の破壊を引き起こす。この実施の形態の高い破損率は、カリフォルニア州の発電所クレイマー・ジャンクションの作動から知られている。非常に強く温度依存性の透過速度を有する膜が選択されるとき、ガスが外から環状空間に侵入することなく、自由水素を環状空間から排出するためには、膜温度の僅かな上昇で十分である。従って、加熱のためのエネルギ消費を少なく保つことができる。
【００１８】
温度変化装置が膜の温度を変化させることは好ましい。前記実施の形態では、膜の温度を、壁部の温度の変化により変化させる。かくして、そこには、壁部から膜への熱伝導による膜の温度の間接的な変化が生じる。この実施の形態では、膜の温度は、直接に変化される。このことは、エネルギ的に有利である。ゲッタ材の温度は、膜を介して間接的に変化される。かくして、温度変化装置から膜を通ってゲッタ材への温度変化が生じる。
【００１９】
壁部が移行要素および外輪を有してなる好ましい実施の形態では、膜は、移行要素および／または外輪の中にまたは上に設けられている。移行要素および外輪は、知られた膨張補償装置の通常の構成要素である。膨張補償装置によって、シース管および金属管の異なった膨張が補償され、環状空間は、吸収管の作動中に気密に密閉される。外輪全体または移行要素全体を膜として製造する必要はない。むしろ、この目的のためには、所定の部分で十分である。このことによって、製造コストを減少させることができる。更に、市販の膨張補償装置を用いることができる。製造技術の出費の増加が少ないためには、膨張補償装置には膜のみを備えればよい。
【００２０】
吸収管が、シース管および金属管の異なった膨張を補償するためのベローズを有する、本発明の追加的に好ましい実施の形態では、膜は、ベローズの中にまたは上に設けられている。このことによっても、本発明の原理の安価な実現を達成することができる。
【００２１】
膜が、鉄、パラジウムまたはニオブからなることは好ましい。これらの３つの元素は、該元素の水素の透過速度の温度依存性が、吸収管の作動中に支配的な条件に適切であることを特徴とする。
【００２２】
ベローズおよび／または壁部が、自由水素に対する透過性を増大させるためのドープ領域を有することは好ましい。ここでは、例えば、パラジウム原子を、ベローズまたは壁部の基材に導入することができる。ドーピング法を、今日では、例えば、拡散によって、気相からの昇華によって、または、真空下での高エネルギの粒子砲による射撃によって、安価に実行することができる。ドーピングの際に、極僅かな量の外来原子が基材に導入される。このことは、しかし、透過速度に強く影響を及ぼすためには十分である。従って、用いられたパラジウムまたはニオブの量を、非常に少なく保ち、追加のドーピング法の費用を上回るコスト削減を達成することができる。
【００２３】
本発明の他の改善では、ゲッタ材は、外輪および／または移行要素に取り付けられている容器の中に充填されている。ゲッタ材は、通常は、圧縮されて、ピルに形成される。ゲッタ材への自由水素のロードが増加するにつれて、複数のシリンダ状の部分が多くの小さな粒子に分解するように、該シリンダ状の部分を破壊する水素化物が形成される。実際また、更に、自由水素がゲッタ材に堆積することができ、かつ、ゲッタ材の吸収能力が変化されない。とはいっても、小さな粒子が、環状空間の中で、無制御に分布している。環状空間では、該粒子が、反射された太陽光によって加熱され、局部的なホットスポットを環状空間に形成する。このことは、吸収管の熱出力および寿命にマイナスの影響を及ぼす。容器によって、ゲッタ材は、或る箇所に永続的に固定されている。それ故に、上記欠点は生じない。特には、ゲッタ材を、粉末形態で用いてもよい。更に、複数の容器には、組立前に、既に環状空間の外でゲッタ材が充填される。それ故に、充填された容器は、環状空間へ挿入されるだけでよい。従って、吸収管の製造は容易化される。同様に、これらの容器を、既に吸収管の組立の前に、例えば留めることまたははんだ付けによって、外輪または移行要素に結合することができる。
【００２４】
容器が、環状空間内の前記自由水素にとってのゲッタ材への出入り可能性を増大させるための複数の孔を有することは好ましい。これらの孔は、レーザで形成された微小孔であってもよい。水素は、微小孔を容易に通り抜けることができるが、ゲッタ材は通り抜けることができない。かようにして、ゲッタ材が、特に粉末形態では、無制御に環状空間に分布することなく、水素は、ゲッタ材に蓄積し、ゲッタ材から再度ロードされる。
【００２５】
有利な実施の形態では、容器は、織物ストッキングとして形成されている。織物ストッキングは、柔軟性があり、追加の締付装置なしに、環状空間に挿入されることができる。この場合に有利であるのは、織物ストッキングには、伸ばされた状態で、ゲッタ材が充填されているが、環状空間には、曲げられた状態で織物ストッキングが取り付けられている。この目的のためには、織物ストッキングは、自らの両端で、閉鎖可能な結合装置を有する。該結合装置によって、織物ストッキングは、例えばベローズの周囲に設けられることができる。そこでは、織物ストッキングは、摩擦によって固定される。所定の組込み箇所を保つ必要はない。むしろ、織物ストッキングは、環状空間の任意の箇所に設けることができる。
【００２６】
外輪が、ゲッタ材に突出している突出部を有し、かつ、温度変化装置が突出部の領域に設けられていることは好ましい。かようにして、熱伝導のために使用可能な面が拡張される。それ故に、ゲッタ材の温度変化は、従来の技術より効果的になされることができる。
【００２７】
本発明の好ましい実施の形態では、外輪は、突出部の領域に凹部を有し、該凹部の中で、温度変化装置が延びている。この実施の形態は、熱源またはヒート・シンクを、ゲッタ材に非常に近くにもたらすことを可能にし、それ故に、熱伝導が、一層最適化される。
【００２８】
本発明に係わる吸収管は、外輪が、ゲッタ材に向いておりかつ膜によって閉じられている開口部を有することによって改善される。この場合、膜は、開口部自体に設けられていてもよいし、あるいは、開口部を閉じるキャップとして形成されていてもよい。この改善では、膜を、既に開口部の寸法に適合させることもできる。それ故に、膜を、開口部に押し被せるか、または開口部に挿入しさえするだけでよい。このことは、製造技術的な観点から、有利である。
【００２９】
本発明の好ましい実施の形態では、外輪および／または移行要素は、ゲッタ材を少なくとも部分的に囲む部分を有する。かようにして、熱伝導のために使用可能な面が拡張される。それ故に、ゲッタ材の温度変化は、従来の技術より効果的になされることができる。この部分は、環状空間から見て外側に湾曲されていてもよい。それ故に、吸収管の環境からのまたは該環境への熱伝導のために使用可能な面が拡大される。
【００３０】
膜が、前記部分に設けられていることは好ましい。このことによって、ゲッタ材から放出される自由水素の輸送は、環状空間から効果的になされることができる。
【００３１】
温度変化装置が前記部分に隣接していることは好ましい。このことによって、温度変化装置によって発生される温度変化は、熱伝導のための部分によって拡大された面を介して使用されることができる。それ故に、ゲッタ材の温度は、非常に効果的な方法で変化される。
【００３２】
ベローズが１つまたは複数の襞を有してなる本発明の他の実施の形態では、温度変化装置は、少なくとも部分的に、ベローズの襞に延びている。このために必要な製造費用は僅かであり、更に、さほどの追加的な固定措置は、全然不要である。ベローズが少なくとも部分的に環状空間に隣接しているので、ここでは、ゲッタ材の温度の効果的な変化が可能である。
【００３３】
温度変化装置が加熱装置として設計されていることは好ましい。この実施の形態では、膜または壁部部の冷却は不可能ではあるが、ゲッタ材の本発明に係わるローディング処理およびアンローディング処理は、技術的に簡単かつ市販の手段によって、効果的に行なうことができる。
【００３４】
加熱装置が電熱線を有することは好ましい。電熱線は、該電熱線を柔軟に敷設し、かつ、吸収管における公比に適合することができるという利点を有する。特に、電熱線は、外輪の凹部に上手に敷設される。
【００３５】
本発明に係わる吸収管の好ましい実施の形態では、加熱装置は、ゲッタ材を誘導加熱するための電気コイルおよび金属ディスクを有する。環状空間が気密に密閉されており、かつ真空化されるので、密封を損なうことなく、導線および電線を外側から環状空間に導くことが不可能であるか、あるいは、不釣合いに高い費用でのみ可能である。金属ディスクが環状空間の中にあるか、環状空間の外にあるかにかかわらず、電気コイルによって、金属ディスクを無接触で誘導加熱することができる。金属ディスクの適切な設置の際には、膜が今や間接的に加熱されるように、ゲッタ材を直接に加熱することが可能である。この場合、従って、温度変化装置からゲッタ材を介しての膜への温度変化が、なされる。
【００３６】
温度変化装置が、ヒートパイプおよび／または光電池モジュールを有することは好ましい。この実施の形態では、一方では、熱が、比較的長い距離に亘って輸送される。かくして、両者は、熱を任意の箇所で発生させ、かつ、熱を必要とする箇所に運ぶことを可能にする。逆に、両者は、熱も、冷却されねばならない箇所から放出することができる。このことは、構造的な利点を有する。何故ならば、温度変化装置は、吸収管に直接的に設ける必要がないからである。このことによって、構造空間の不足から生じる問題を回避することができる。光電池モジュールによって、更に、熱を、好ましくかつ環境に優しい方法で利用することができる。
【００３７】
吸収管の特に好ましい実施の形態では、温度変化装置は冷却装置を有する。この場合、利点は、熱を吸収管から活発に放出して、ゲッタ材の温度を調整することができることである。
【００３８】
本発明の他の態様は、吸収管中の自由水素をゲッタ材へまたはゲッタ材から可逆的にロードおよびアンロードするための方法であって、
以下の工程、すなわち、
-第１の温度で自由水素にゲッタ材をロードすること、
-温度変化装置によってゲッタ材を第２の温度に変化させること、
-第２の温度でゲッタ材から自由水素をアンロードすること、および
-温度変化装置によってゲッタ材の温度を第１の温度に変化させること、を有する方法に関する。
【００３９】
この方法を、しばしば任意に適用することができる。それ故に、ゲッタ材を、繰り返し従ってまた、従来の技術から知られた吸収管の場合に知られているよりも著しく効果的に、使用することができる。従来の吸収管では、自由水素のための吸収能力の消尽までゲッタ材に自由水素が一度のみロードされる。吸収管の寿命を、本発明に係わる方法によって、著しく伸ばすことができる。それ故に、太陽熱発電所を、従来の技術より効果的に作動させることができる。
【００４０】
通常使用されるゲッタ材の場合、自由水素に対する吸収能力は、温度の上昇につれて、減少する。従って、アンロードは、ゲッタ材の温度の増加によって、引き起こされる。従って、通常は、第２の温度は、第１の温度よりも高い。この場合、第１の温度は、大抵、ゲッタ材の組込み箇所に支配的である、吸収管の使用温度である。しかし、第１の温度を、温度変化装置によって、吸収管の使用温度より下にもたらすことができる。それ故に、ゲッタ材の吸収能力は一層増加される。
【００４１】
本発明の他の態様は、吸収管の環状空間に設けられたゲッタ材の温度を変化させるための方法であって、
以下の工程、すなわち、
-温度変化装置によって膜または壁部の温度を変化させること、および
-膜によってゲッタ材の温度を変化されること、を有する方法に関する。
【００４２】
この場合、ゲッタ材の温度の変化は、温度変化装置から膜および／または壁部を通ってゲッタ材への道のりに沿ってなされる。従って、ゲッタ材は、膜および／または壁部を介して間接に加熱される。
【００４３】
他の態様は、吸収管の膜および／または壁部の温度を変化させるための方法であって、
以下の工程、すなわち、
-温度変化装置によってゲッタ材の温度を変化させること、および
-ゲッタ材によって膜および／または壁部の温度を変化させること、を有する方法に関する。
【００４４】
この場合、膜および／または壁部の変化は、温度変化装置からゲッタ材を通って膜および／または壁部への道のりに沿ってなされる。従って、ゲッタ材は、膜および／または壁部を介して、間接に加熱される。
【００４５】
本発明の他の態様は、自由水素を吸収管の環状空間から排出するための装置であって、
-請求項１ないし２３のいずれか１項に記載の吸収管と、
-シース管の温度値を決定するための温度測定ユニットと、
-シース管の決定された温度値を、選択可能な臨界温度値と比較するための比較ユニットと、を具備する装置に関する。
【００４６】
この装置によって、ゲッタ材へまたはゲッタ材から自由水素を自動的にロードおよびアンロードさせることが可能である。従って、吸収管は、常に、最適な範囲で作動され、ロードおよびアンロードをモニタする保守要員は不要である。
【００４７】
更に他の態様は、自由水素を吸収管の環状空間から排出するための方法であって、
以下の工程、すなわち、
-温度測定ユニットによってシース管の温度値を決定すること、
-比較ユニットによって、決定された温度値を、選択可能な臨界温度値と比較すること、および
-ゲッタ材に結合した水素が、解放されかつ前記環状空間から排出されるように、温度変化装置によって、ゲッタ材のおよび壁部のおよび／または膜の温度を変化させること、を有する方法に関する。
【００４８】
本発明に係わる方法は、前記順序で実行されるが、他の順序も考えられる。この方法の利点は、自由水素を吸収管の環状空間から排出するための、適切な、本発明に係わる装置に関して記述された利点と一致する。
【００４９】
今、本発明を、図面を参照して、好ましい実施の形態を基づいて詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ソーラコレクタの略図を示す。
【図２】本発明に係わる吸収管の第１の実施の形態を半断面図で示す。
【図３】本発明に係わる吸収管の第２の実施の形態を半断面図で示す。
【図４】本発明に係わる吸収管の第３の実施の形態を半断面図で示す。
【図５】本発明に係わる吸収管の第４の実施の形態を半断面図で示す。
【図６】本発明に係わる吸収管の第５の実施の形態を半断面図で示す。
【図７】本発明に係わる吸収管の第６の実施の形態を半断面図で示す。
【図８】本発明に係わる吸収管の第７の実施の形態を半断面図で示す。
【図９】本発明に係わる吸収管の第８の実施の形態を半断面図で示す。
【図１０】ゲッタ材へまたはゲッタ材から自由水素を可逆的にロードおよびアンロードするための方法の図解を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１には、知られたタイプのソーラコレクタ１０が示されている。該ソーラコレクタ１０は集光ミラー１２を有する。集光ミラーは、太陽放射線１４を反射し、かつ、反射された太陽放射線１６を吸収管１８に向ける。集光ミラー１２は、樋状に構成されている。それ故に、集光ミラーは、反射された太陽放射線を焦線に沿って集束させる。この焦線を通って、吸収管１８の縦軸線２０が延びている。吸収管１８は、金属管２２およびシース管２４を有する。金属管２２は、放射線吸収層で被覆されており、熱伝達媒体によって貫流される。シース管２４は、金属管２２とシース管２４との間の環状空間２６が形成されるように、金属管２２を囲む。シース管２４は、典型的には、ガラスから構成される。集光ミラー１２の樋状の構成に基づいて、吸収管１８は、集光ミラー１２に向いた半体２８と、集光ミラーから離隔した半体３０とに分けることができる。
【００５２】
熱伝達媒体の流れ方向は、矢印Ｐによって示されている。熱伝達媒体は、金属管２２を貫流する際には、反射された太陽放射線１６によって加熱される。到達可能な温度は、約４００℃である。加熱された熱伝達媒体は、ここには詳述しないプロセスに供給される。このプロセスで、電気エネルギが得られる。吸収管１８の、集光ミラー１２から離隔した半体３０は、混合対流によって、すなわち自然対流によっておよび例えば風により強制された対流によって、冷却される。このことは、熱損失をもたらし、従って、熱伝達媒体の加熱プロセスを悪化させる。従って、金属管２２から外への熱の伝達を可能な限り減じることが試みられる。このことは、シース管２４によって形成される環状空間２６によって、なされる。該環状空間は、真空化されている。このことによって、環状空間を通る熱の伝達が減じられ、従って、熱損失が制限される。
【００５３】
図２には、本発明に係わる吸収管１８の第１の実施の形態が、半断面図で示されている。吸収管１８は、壁部３２を有する。該壁部は、図示した実施の形態では、移行要素３４および外輪３６からなり、移行要素３４は、シース管２４に結合されている。この壁部３２は、環状空間２６を、吸収管の縦軸線２０の軸方向に、気密に閉じる。
【００５４】
ゲッタ材３８が充填された容器４０は、例えば綴じること、はんだ付けまたは貼着によって、外輪３６に固定されている。移行要素３４への固定も、同様に実現可能である。環状空間２６の外側では、容器４０の隣に、温度変化装置４２が取り付けられている。温度変化装置は、この装置が壁部３２の温度、図示した例では外輪３６の温度を変化させることができるように、設けられている。この目的のために、温度変化装置４２は、加熱装置４８および冷却装置４９を有する。容器４０が外輪３６に固定されているので、特に熱伝導による、外輪３６の温度の変化が、ゲッタ材３８の温度の変化も引き起こす。
【００５５】
更に、吸収管１８は、接続要素４４およびベローズ４６を有する。接続要素は、金属管２２に結合されており、ベローズは、吸収管１８の動作中にシース管および金属管の膨張差を補償する。この実施の形態では、外輪３６は接続要素４４に接触しているが、接続要素上で軸方向に移動可能である。
【００５６】
図３には、本発明に係わる吸収管１８の第２の実施の形態が示されている。温度変化装置４２は，同様にベローズ４６の襞５２に敷設されている電熱線５０を有する加熱装置４８として設計されている。ここでは、外輪３６は、接続要素４４に接触していない。それ故に、ベローズ４６は、環状空間２６から離隔した側で出し入れ可能である。ゲッタ材３８が入っている容器４０は、環状空間２８でベローズ４６上にある織物ストッキング（Gewebestrumpf）５４としてデザインされている。移行要素３４には膜５６が設けられており、該膜５６の温度を変化させる際には自由水素が膜を通って拡散することができる。電熱線５０は、ベローズ４６によって、まず、ゲッタ材３８を加熱する。ゲッタ材は、同様に、膜５６を加熱する。それ故に、膜５６は、間接的に加熱される。
【００５７】
図４には、吸収管１８の第３の実施の形態が示されている。ここでは、ゲッタ材３８は、同様に、容器４０に入っている。該容器は、多数の孔５８を有し、孔は、自由水素が良好に通過することができ、しかしながら、ゲッタ材３８が容器４０に留まるような寸法である。移行要素３４のみならず、外輪３６もまた、膜５６を有する。温度変化装置４２は、この場合、ヒートパイプとして、または光電池モジュール５９として設計されている。両者は、比較的長い距離に亘る熱の輸送のために用いられる。かくして、両者は、任意の箇所で熱を発生し、かつ、熱を必要とする場所に案内することを可能にする。反対に、両者は、冷却される必要がある箇所から熱を排出することもできる。この場合、熱は、ヒートパイプ５９の端部５７で発生され、かつ、外輪３６の膜５６の直ぐ近くで放出される。このことによって、膜がまず加熱される。それ故に、ゲッタ材３８は、ここでは、間接に加熱される。同様に、このことは、温度の低下にも当てはまる。光電池モジュール５９は、更に、非常に好適なおよび環境に優しい発熱を可能にする。
【００５８】
図５に示された第４の実施の形態では、外輪３６は、ゲッタ材３８に突入した突出部６０と、突出部６０の直ぐ近くに位置している凹部６２とを有する。該凹部６２には、加熱装置４８の電熱線５０が延びている。それ故に、ゲッタ材３６の温度を非常に効率的に増加させることができる。更に、外輪３６は、ドープ領域６４を有する。該ドープ領域は、同様に、突出部６０の直ぐ近くに位置しており、かつ、突出部６０を含む。
【００５９】
図６には、本発明に係わる吸収管１８の第５の実施の形態が示されている。ここでは、外輪３６は、開口部６６を有する。開口部は、ゲッタ材３８に突入し、かつ、膜５６によって閉じられる。図示した例では、膜５６は、開口部６６を閉じるキャップ６８として設計されている。温度変化装置４２は、膜５６のおよびゲッタ材３８の温度を変化させることができるように、開口部６６の直ぐ近くに設けられている。
【００６０】
吸収管１８の、図７に示した第６の実施の形態では、温度変化装置４２は、電気コイル７０および金属ディスク７２を有する。金属ディスク７２および電気コイル７０は、金属ディスク７２が電気コイル７０で誘導加熱されることができるように、配置されている。この場合、金属ディスク７２は、ゲッタ材３８を直接に加熱することができるように、ゲッタ材３８の中に設けられている。膜５６は、この実施の形態では、ベローズ４６に設けられており、かつ、ゲッタ材３８を介して間接的に加熱される。
【００６１】
図８には、自由水素を吸収管１８の環状空間２８から運び出すための装置７４が略示されている。該装置は、図２に示した第６の実施の形態に示す吸収管１８を有する。すべての他の実施の形態も使用可能である。温度変化装置４２は、比較ユニット７８に接続されている。比較ユニットは、同様に、温度測定ユニット７８に接続されている。この場合、接続は、ケーブル８０を介して実現されている。ワイヤレスの接続も同様に考えられる。比較ユニット７６として、コンピュータまたはマイクロコンピュータを用いてもよい。温度測定ユニット７８は、熱画像カメラまたは温度センサとして形成されていてもよい。
【００６２】
温度測定ユニット７８は、シース管２４の温度の値を決定し、決定された値を、比較ユニット７６に転送する。比較ユニットは、この値を、選択可能なかつ比較ユニット７６に入力可能な臨界温度値と比較する。シース管２４の、決定された温度値が臨界温度値を上回るとき、このことは、吸収管１８の環状空間２６内での自由水素の蓄積のあらわれであり、自由水素に関するゲッタ材３８の吸収能力の消尽のあらわれである。この場合、比較ユニット７６は、温度変化装置４２に、ゲッタ材３８の温度を低下させ、かくして、ゲッタ材の吸収能力を向上させる。この代わりに、比較ユニット７６は、ゲッタ材３８および壁部３２の温度の上昇を引き起こすことができる。このことによって、ゲッタ材に結合した水素が、ゲッタ材３８から分離され、かつ、膜５６によって、環状空間２６から除去される。
【００６３】
図９に示した実施の形態では、外輪３６は、ゲッタ材３８を少なくとも部分的に囲む部分８２を有する。膜５６は、図示した例では、領域８２に設けられている。例えば加熱装置４８として設計されている温度変化装置４２は、同様に、この領域８２に設けられている。
【００６４】
図１０には、ゲッタ材３８へまたはゲッタ材から自由水素を可逆的にロードおよびアンロードするための方法が図形で示されている。ここには、環状空間２６における圧力ｐの依存性が、ゲッタ材３８の第１の温度Ｔ１および第２の温度Ｔ２に対する、ゲッタ材３８中の自由水素の濃度の等温的な増加に関して、描かれている。この場合、第１の温度Ｔ１は、第２の温度Ｔ２よりも低い。この場合、線Ｌは、自由水素に対するゲッタ材３８の最大限の吸収能力を示す。低い温度Ｔ１におけるゲッタ材３８の吸収能力は、高い温度Ｔ２よりも高いことが明らかである（等温線と線Ｌとの交点）。
【００６５】
環状空間に入り込む水素は、ゲッタ材３８の最大吸収能力に達するまで、ゲッタ材３８に結合される。このローディングは、図示した例では、温度Ｔ１で生じる。第１の温度Ｔ１において最大限の吸収能力に達する際に、または、図示のように、達する直前に、温度変化装置４２の作動によって、ゲッタ材３８の温度は、第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２へ上昇される。最大限の吸収能力に達する前の、温度の上昇は、ゲッタ材の粒子形成を防止する。第２の温度Ｔ２では、ゲッタ材３８は、より低い吸収能力を有する。それ故に、ゲッタ材に結合された自由水素の多くは、第２の温度Ｔ２でゲッタ材３８の最大限の吸収能力に達するまで、放出される。この点（等温線Ｔ２とＬとの交点）で、ゲッタ材３８の温度は、第１の温度Ｔ１に低下される。該第１の温度では、吸収能力は高まる。それ故に、ゲッタ材３８は、他の自由水素を吸収することができる。
【００６６】
ゲッタ材３８の温度の変化は、閉部３２および／または膜５６および／またはベローズ４６の温度の変化を伴って生じる。壁部３２は、通常、少なくとも部分的に金属から、特に、鉄含有の材料から製造されているので、壁部は、温度の上昇とともに増大する、温度依存の透過性を有する。同じことは、ベローズが金属材料で製造されている限りは、ベローズ４６にも、ならびに壁部３２のまたはベローズ４６のドープ領域６４にも当てはまる。
【００６７】
本発明を、複数の好ましい実施の形態を参照して詳述した。明細書から当業者にとって明らかな変更例または変形例は、本発明の基礎になっている思想とは異ならず、かつ、以下の請求項によって定義される保護範囲によって包括される。
【符号の説明】
【００６８】
１０  ソーラコレクタ
１２  集光ミラー
１４  太陽放射線
１６  反射された太陽放射線
１８  吸収管
２０  縦軸線
２２  金属管
２４  シース管
２６  環状空間
２８  吸収管の、集光ミラーに向いた半体
３０  吸収管の、集光ミラーから離隔した半体
３２  壁部
３４  移行要素
３６  外輪
３８  ゲッタ材
４０  容器
４２  温度変化装置
４４  接続要素
４６  ベローズ
４８  加熱装置
４９  冷却装置
５０  電熱線
５２  襞
５４  織物ストッキング
５６  膜
５７  端部
５８  孔
５９  ヒートパイプ、光電池モジュール
６０  突出部
６２  凹部
６４  ドープ領域
６６  外輪の開口部
６８  キャップ
７０  電気コイル
７２  金属ディスク
７４  装置
７６  比較ユニット
７８  温度測定ユニット
８０  ケーブル
８２  部分
Ｌ  線
Ｔ１  第１の温度
Ｔ２  第２の温度
【図１】
2013508670.tif 000003
【図２】
2013508670.tif 000004
【図３】
2013508670.tif 000005
【図４】
2013508670.tif 000006
【図５】
2013508670.tif 000007
【図６】
2013508670.tif 000008
【図７】
2013508670.tif 000009
【図８】
2013508670.tif 000010
【図９】
2013508670.tif 000011
【図１０】
2013508670.tif 000012
【国際調査報告】
2013508670.tif 000013
2013508670.tif 000014
2013508670.tif 000015
2013508670.tif 000016
2013508670.tif 000017
2013508670.tif 000018
2013508670.tif 000019
2013508670.tif 000020