(57)【要約】  本発明は適切なホルダ内に単一のラインで収容されるピル（１１、１１’、１１”．．．）の形の１つ又は複数のゲッタ材料を含むゲッタシステム（１０）を備える改善された太陽熱集熱器集熱管に関連する。
2013534303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的支持体と、ゲッタ材料の圧縮粉末からなるピル（１１、２１、５１）とを備えるゲッタシステム（１０；２０）を収容する太陽熱集熱器集熱管であって、前記機械的支持体は底部（１２）及び２つの側方肩部（１３、１３’）からなるホルダを含み、前記ゲッタ粉末ピル（１１、２１）は１５ｍｍ以上の直径と、２〜５からなる直径／高さ比とを有し、単一のラインで前記底部（１２）において前記ホルダ内に収容されることを特徴とすることを特徴とするゲッタシステムを収容する太陽熱集熱器集熱管。
【請求項２】
前記ゲッタ粉末ピル（１１、２１、５１）の前記直径は３５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の集熱管。
【請求項３】
前記直径は１８ｍｍ〜２５ｍｍからなることを特徴とする請求項２に記載の集熱管。
【請求項４】
前記直径／高さ比は３〜４からなることを特徴とする請求項１に記載の集熱管。
【請求項５】
前記ホルダは、前記ゲッタ粉末ピル（１１、２１、５１）のうちの１つ又は複数と接触する１つ又は複数の弾性要素（３１、３２、３３、３４）を更に含み、前記弾性要素は、前記ゲッタ粉末ピルと接触するための平坦な、又は丸みを帯びた部分（３１１、３１２；３２１、３２２；３３１、３３２；３４１、３４２）を与えることを特徴とする請求項１に記載の集熱管。
【請求項６】
前記弾性要素（３１、３２、３３、３４）は、新品のゲッタピル上に５０Ｎ〜１５０Ｎからなる圧縮力を加えることを特徴とする請求項５に記載の集熱管。
【請求項７】
前記ホルダは金網によって部分的に包まれることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の集熱管。
【請求項８】
前記金網は、１０μｍ〜５００μｍからなる直径を有する開口部を有することを特徴とする請求項７に記載の集熱管。
【請求項９】
前記直径は２０μｍ〜５０μｍからなることを特徴とする請求項８に記載の集熱管。
【請求項１０】
前記金網は前記ホルダの前記側方肩部（１３、１３’）上に固定されることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の集熱管。
【請求項１１】
前記金網は、前記ホルダの底部（１２）の外側に固定されることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の集熱管。
【請求項１２】
前記金網（１４）は部分的に重なり合い、その重なり合った領域において、前記ホルダの底部（１２）の外側に固定されることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の集熱管。
【請求項１３】
前記ホルダは、前記ゲッタ粉末ピル（１１、２１、５１）の直径よりも広い幅を有し、前記ホルダの幅と前記直径との間の差は１ｍｍ〜３ｍｍからなることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の集熱管。
【請求項１４】
前記ホルダの前記側方肩部（１３、１３’）の高さは前記ゲッタ粉末ピル（１１、２１、５１）の高さ未満であり、前記側方肩部（１３、１３’）の高さと、前記ゲッタ粉末ピル（１１、２１、５１）の高さとの間の差は０．５ｍｍ〜１ｍｍからなることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の集熱管。
【請求項１５】
前記ホルダは前記カバーの開口部内に金網（２２）を有する穴あきカバー（２３）によって閉じられ、前記側方肩部（１３、１３’）の高さは前記ゲッタ粉末ピルよりも１ｍｍ〜３ｍｍ高いことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の集熱管。
【請求項１６】
前記金網は、１０μｍ〜５００μｍからなる直径を有する開口部を有することを特徴とする請求項１５に記載の集熱管。
【請求項１７】
前記穴あきカバー（５５）は、前記ゲッタ粉末ピル（１１、２１、５１）との分散接触を達成する１つ又は複数のくぼみ（５３、５３’）を与えることを特徴とする請求項１５に記載の集熱管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽熱集熱器集熱管に対する改善に関連する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱集熱器は、益々重要な代替のエネルギー源になりつつある。これらのデバイス、より具体的には、太陽熱集熱器の集熱管では、水素の存在は、熱除去流体が流れる中央管状体から集熱管の外側に向かって熱伝導を高め、それゆえ、その効率を徐々に低下させるので、水素の存在は有害である。中央管状体内を流れる流体は、高温において分解し、水素を生成する傾向があるので、この場合、水素の存在に関する問題が特に関連する問題となる。
【０００３】
更に高い温度において熱を除去するために異なる流体タイプを利用する新世代の集熱管においても、そのような更に高い温度では集熱管の金属部分から更に多くの水素ガスが放出されるので、水素の存在に関連する問題、及び結果として生じるデバイス特性の劣化が特に問題となる。
【０００４】
集熱管内には、ゲッタ材料を水素容量に関して好ましくない作動条件にする高い内部温度に関連する更なる問題もあり、水素容量は動作温度に反比例する。
【０００５】
このために、特許文献１において開示されるような幾つかの技術的手段が開発されており、特許文献１は、集熱管内にゲッタ材料を配置し、効率的に収容するために、そりの形をとる構成を記述しており、その目的は、ゲッタ材料を太陽放射及び最も高い温度に達する集熱器の部分から遮蔽することである。
【０００６】
このタイプの構成では、通常、標準的な、すなわち、直径１０ｍｍの、圧縮粉末からなるピルの形のゲッタ材料が利用されるために幾つかの欠点があり、これは、集熱管内に十分な量のゲッタ材料を導入して、２０〜３０年にわたって適切なデバイス動作を確保できるようにするために、全てのそりが２つのピルラインを収容することを暗示しており、通常、各集熱管には２つのそりが収容される。
【０００７】
これは異なる性質の２つの問題を引き起こし、一方では、互いに隣接する２つのゲッタピルラインの形でゲッタ材料を装填する際に、より大きな困難があるという問題であり、他方では、互いに接触し、かつそり壁と接触するピルの接触箇所の数が増えるという問題である。
【０００８】
これらの接触箇所は選択的に脆弱性である領域を生み出し、結果として粉末が生成される。粉末の生成、及びその後のピルからの脱離は、それらの粉末が適切な閉じ込め金属メッシュによって閉じ込められる場合でも、できる限り少なくすべき現象である。これらの脱離した粉末は、美感の面だけでなく、機能の面からも問題を引き起こす（例えば、放射に暴露される表面の透明性が劣化し、結果として集熱管の熱効率が低下する）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６８３２６０８号
【特許文献２】米国特許第３２０３９０１号
【特許文献３】米国特許第４３０６８８７号
【特許文献４】英国特許第２０７７４８７号
【特許文献５】米国特許第５９６１７５０号
【特許文献６】国際公開第２００７／１４８３６２号
【特許文献７】国際公開第２００７／０９９５７５号
【特許文献８】国際公開第２０１０／１０５９４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、この現象の激しさを緩和することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、この現象の激しさを緩和することであり、その第１の態様では、本発明は、機械的支持体及びゲッタ材料の圧縮粉末のピルを備えるゲッタシステムを含む太陽熱集熱器集熱管にあり、その機械的支持体は底部及び２つの側方肩部からなるホルダを含み、ゲッタ粉末ピルは１５ｍｍ以上の直径を有し、直径／高さ比は２〜５からなり、それらのピルは単一のラインでホルダ底部においてホルダ内に収容されることを特徴とする。
【００１２】
ゲッタシステムの先に参照されたホルダはＵ字形そりと言うこともでき、本発明の目的において、２つの用語は同等の意味を有する。
【００１３】
本発明は、以下の図面の助けを借りて以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明による、集熱管内で使用されることになるゲッタシステムの第１の実施形態の側面図である。
【図１Ｂ】本発明による、集熱管内で使用されることになるゲッタシステムの第１の実施形態の平面図である。
【図２Ａ】本発明による、集熱管内で使用されることになるゲッタシステムの代替の実施形態の側面図である。
【図２Ｂ】本発明による、集熱管内で使用されることになるゲッタシステムの代替の実施形態の平面図である。
【図３】機械的支持体内で使用されることになる弾性要素のための幾つかの可能な実施形態を示す図である。
【図４】図３に示される弾性要素のうちの１つを組み込む、集熱管内で使用されることになるゲッタシステムの平面図である。
【図５】集熱管内で使用されることになるゲッタシステムの別の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面では、要素の寸法及び寸法比は、それには限らないが、金属メッシュ開口部の寸法を参照する場合に特に、正確ではなく、本発明の図解を理解しやすくするために変更されている。さらに、例えば、オプションの遮熱材、又はホルダ／そりのための固定手段のような、オプションで存在する幾つかの要素は、本発明を理解する上で不可欠ではないので、図示されていない。
【００１６】
本発明によれば、ゲッタ材料ピルをそのハウジングホルダに装填する動作が著しく簡略化される。
【００１７】
ゲッタ材料ピルの表面積を増やすと、表面積が小さいピルに比べて特性が劣化することは理解されたい。それにもかかわらず、この劣化は、その技術分野、すなわち、太陽熱集熱器集熱管に具体的に関連付けられる上記の利点によって補償される。
【００１８】
実際には、同じ高さのままピルの表面が増加すると、脆弱になり、結果として取り扱うのが難しくなるが、一方、高さが増す結果として、排気速度に悪影響を及ぼすことになり、ピル内部領域に達する際にガス状の不純物に遭遇するという問題がある。それゆえ、直径を大きくしたピルを採用する際に予想される悪影響に起因して、当業者がそのような解決策を採用するには至っていなかった。また、本発明において使用されることになるゲッタピルは、ゲッタ材料の粉末を適切に圧縮することによって得られるので、結合剤を含まないことも強調されるべきであり、結合剤が含まれていれば、各ピルによって吸着される水素の量を意味する、材料の容量に影響を及ぼしていた。これは、太陽熱集熱器の応用形態においてうまく利用するためのピル構造抵抗及び関連する制約に影響を及ぼす根本的な態様である。
【００１９】
上記の逆の現象を考慮して、ピル直径とその高さとの最適な比は２〜５からなり、全く同じ理由から、３５ｍｍよりも大きな直径を有するピルの場合に問題が現れ始める。
【００２０】
ピル直径は１８ｍｍ〜２５ｍｍから構成され、その直径と高さとの比は３〜４から構成されることが好ましい。そのような寸法特性を有するピルを装填されたホルダとともに動作させることによって、１つのホルダ／そりのみを用いることによって、２０〜３０年のデバイス寿命を保証することができる十分な量のゲッタ材料を集熱管内に挿入することができる。これに反して、現在利用されている構成は、集熱管毎に２つの異なるホルダを使用することを想定しており、ホルダだけでなく、機械的支持体を完成させる要素、すなわち、閉じ込め金属メッシュ、スペーサ及び適切な遮熱材を含む構造的なコストに加えて、位置決め及び固定に関連する問題を伴う。
【００２１】
また、ホルダはピル直径よりも１ｍｍ〜３ｍｍ広い幅を有することが好ましく、これは、ホルダ内でピルが或る程度適応できるようにすることによって、ゲッタ材料による水素収着の結果としてピル構造が膨張することに関連する技術的問題を解決する。
【００２２】
側方肩部を構成する要素の高さを意味する、ホルダの高さに関して、図１Ｂの要素１４のような、ホルダのための上部閉鎖システムとして金網を使用することを想定する更に好ましい実施形態では、側方肩部の高さは、ピル高よりも０．５ｍｍ〜１ｍｍ低い。これは、網自体がゲッタ材料ピルのための抑止要素としての役割も果たし、その往復運動、及び衝突の結果としてピルが砕けて、それにより粉末の生成が増加する可能性を制限するのを保証する。
【００２３】
図２Ａに示される要素２３の場合と同様に、上部閉鎖システムの一部が硬質である場合、全く同じ理由、及び上記の技術的効果から、肩部高は、ピル高よりも１ｍｍ〜３ｍｍ高いことが好ましい。
【００２４】
更に好ましい実施形態では、ホルダは、１つ又は複数のゲッタ材料ピルと直接接触する１つ又は複数の弾性要素も含む。
【００２５】
これらの弾性要素の主な機能は、ピルに適切な圧縮力を加えて、ピルが互いに押し合うようにすることである。この作用は、ゲッタピルが、ゲッタピルの寸法よりも大きいホルダ、その最も有用な表現では、そり内に収容される場合であっても、弾性要素によって及ぼされる圧縮が、ホルダ内でピルが動くのを防ぐ。
【００２６】
圧力値が過剰であると、ホルダ内でピルが動くのを抑止することによって破壊を防ぐのではなく、ピル構造を破壊することになってしまうので、加えられる圧力値は重要なパラメータであり、厳密には応用分野に依存し、具体的に関連付けられる。そのような値の決定は、ゲッタ材料による水素収着の結果としてピルが膨張すること、及び水素収着の結果としてピル構造の脆弱性が増すことを考慮に入れるという事実によって更に困難になる。本発明人は、弾性手段によって加えられる圧縮力が５０Ｎ〜１５０Ｎからなるべきであることがわかった。この値は、新たに導入されたゲッタシステムにおいて、それゆえ、ゲッタ材料ピルを「新品」と見なすことができる、すなわち、最小量の水素しか吸着していないときに検討及び測定された。
【００２７】
さらに、選択的な粉末生成スポットを有するのを避けるために、弾性要素はゲッタ材料ピルとの接触領域において角張った角部をなくすべきであり、それにより、それらの弾性要素は、そのような接触箇所において、平坦な、又は丸みを帯びた表面を与えるべきである。そのような特徴は、これ以降「分散接触」と呼ばれる。
【００２８】
ゲッタ材料に関しては、高温において使用される場合であっても、良好な水素収着容量を示す材料が好ましい。
【００２９】
それゆえ、本発明にとって有用な好ましいゲッタ材料は、特許文献２（Ｚｒ−Ａｌ合金）、特許文献３（Ｚｒ−Ｆｅ合金）、特許文献４（Ｚｒ−Ｖ−Ｆｅ合金）、特許文献５（Ｚｒ−Ｃｏ−希土類合金）において記述される材料である。例えば、特許文献６、第２００７／０９９５７５号及び第２０１０／１０５９４５号において記述されるように、特に高温における水素収着に関しては、イットリウム合金の使用も知られている。上記のゲッタ合金は、本発明とともに使用されるのが好ましい材料であるが、開示される発明の概念とともに、任意の水素ゲッタ材料を利用することができる。さらに、複数の異なるゲッタ材料を用いて形成されるピルを使用することを想定することもできるか、又はホルダに異なるタイプのピルを装填することもできる。
【００３０】
図１Ａ及び図１Ｂでは、太陽熱集熱器集熱管のためのゲッタシステム１０のための第１の実施形態が示されており、ゲッタ材料のピル１１、１１’、１１”．．．がホルダの平坦な底部１２上に整列しており、閉じ込め金網１４が存在し、例えば、電気溶接によってホルダに固定される。
【００３１】
図１に示される構成では、オプションの要素１５も存在し、要素１５はストッパとしての役割を果たし、ピルがホルダに装填されると機械的に動作する。図１Ａは、ホルダ端部のうちの一方の近くにそのような要素１５のうちの１つのみを示すが、図１Ｂに示されるように、第２の端部にも第２の係止要素１５’が存在することができる。
【００３２】
金網は種々の方法でホルダに固定することができ、例えば、ホルダ側方肩部１３、１３’上に固定することができるか、又はホルダの外面上に巻き付けて、平坦な底部１２において固定することができる。この第２の事例において、好ましい固定構成によれば、網１４の縁部をわずかに重ね合わせて、その後、網１４をホルダに固定するために一度の電気溶接を実行する。
【００３３】
図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、ホルダを集熱管内に固定するために必要とされる実現可能な手段と干渉するのを避けるために、金網は、ホルダの全長を覆わないように配置され、それにより、端部が開けておくことができる。
【００３４】
図２Ａ及び図２Ｂには、代替の実施形態が示されており、ゲッタシステム２０は、ホルダ構造の底部に配置されるゲッタ材料ピル２１、２１’、２１”．．．を含み、その構造は、開口部を含むカバー２３によって閉じられ、開口部には金属メッシュ２２が配置される。
【００３５】
その後、カバー２３は、図示されないが、例えば、クリューのような適切な固定手段によってホルダ底部に固定される。
【００３６】
図２Ａには、ホルダ底部上に配置されたゲッタ材料ピル２１、２１’、２１”．．．のためのストッパとしての役割を果たすように折り込まれた幾つかのタブ２４も存在する。
【００３７】
この構成は、その上に金属メッシュを固定された半完成品のホルダカバーによって閉じたホルダ構造を製造できるようになり、それゆえ、本発明において使用されるゲッタシステムの組立作業を簡単にするという利点を有する。
【００３８】
また、第２の実施形態において、好ましい実現形態では、ホルダの幅はピル直径に対してわずかに広く、その側方肩部高はピル高に対してわずかに低い。また、この場合、好ましい寸法は、ピル直径よりも１ｍｍ〜３ｍｍ広い幅と、ピル高よりも０．５ｍｍ〜１ｍｍ低い側方肩部高とを有するホルダを使用することを想定する。この実施形態では、ピルストッパ２４もピルライン上にわずかな長手方向圧力を加え、それにより、ピルが横方向に動くのを制限するという目的にも役に立つ。
【００３９】
これまでに説明された、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ及び図２Ｂにおいて表される金網のような、本発明によるシステムにおいて用いられる金網の特性に関する限り、その網は、１０μｍ〜５００μｍのサイズを有する穴、より一般的には隙間を有する。金網開口部は、２０μｍ〜５０μｍから構成されることが好ましい。開口部が円形又は概ね円形でない場合、上記のサイズはその最大幅を指している。
【００４０】
ホルダ内で使用されることになる弾性要素のための実現可能な実施形態の例が図３に示される。図示される各要素３１、３２、３３及び３４は、ゲッタピルと接触することになる部分３１１、３１２、３２１、３２２、３３１、３３２、３４１、３４２を有し、それらの部分は平坦であるか、又は丸みを帯びており、ゲッタピル表面との分散接触を実現するのに適している。
【００４１】
図４は、そのような弾性要素のうちの１つの弾性要素４１を含むホルダ４０の平面図を示す。図４では、ホルダ上に配置されるゲッタ材料ピル４２、４２’．．．とともに、ホルダの１つのカバー要素のみが表されている。本発明のゲッタシステムのホルダを参照しながら、一般的に言うと、ホルダのカバー及び底部は、集熱管内でそれぞれ、外側に向けられているか（カバー）、又は管の内側部分に向けられている（底部）、ゲッタシステムの部品を特定する。それゆえ、カバー及び底部は幾何学的配置を指しており、ゲッタシステムが組み立てられる方法を指すものではなく、例えば、図４に示される実施形態では、ゲッタピルは、カバーになるはずの部品上に配置される。
【００４２】
ゲッタシステムの代替の実施形態は、変更された穴あきカバーの使用を想定しており、そのカバーは、平坦な表面を与える代わりに、網内にゲッタピルと一致する一連の１つ又は複数のくぼみを与え、カバーとゲッタピルとの間の分散接触界面を達成するために、そのようなくぼみも丸みを帯びているか、又は平坦な接触面を与える。
【００４３】
この構成の断面５０が図５に概略的に表されており、圧縮されたゲッタ材料５１からなるピルが平坦なホルダ底部５２上に配置され、穴あきカバー５５の一部である網５４のくぼみ５３、５３’によって垂直方向において抑止される。
【００４４】
そのような構成は、垂直方向への変位に関してピルを抑止するという利点も有する。
【００４５】
更に好ましい実施形態は、全方向においてピルの変位を抑止するために、くぼみのある穴あきカバー及び弾性要素の両方の使用を想定するが、それらを単独で採用することもできる。
【００４６】
上記のように、本発明によれば、結果としてピル構造を分解し、それゆえ、粉末を生成することにつながる現象が最小限に抑えられる。それにもかかわらず、そのような現象は常に存在し、水素収着後にピルが脆弱になる結果として、時間の経過とともに徐々に悪化する性質を有するので、粉末を効果的に閉じ込めるために、特に目の詰んだ編み方のメッシュ又は網を有するホルダを提供することが好ましい。
【符号の説明】
【００４７】
１０  ゲッタシステム
１１  ゲッタ材料ピル
１１’  ゲッタ材料ピル
１１”  ゲッタ材料ピル
１２  底部
１３  側方肩部
１３’  側方肩部
１４  金網
１５  要素
１５’  係止要素
２０  ゲッタシステム
２１  ゲッタ材料ピル
２１’  ゲッタ材料ピル
２１”  ゲッタ材料ピル
２２  金属メッシュ
２３  カバー
２４  タブ
３１  弾性要素
３２  弾性要素
３３  弾性要素
３４  弾性要素
３１１  部分
３１２  部分
３２１  部分
３２２  部分
３３１  部分
３３２  部分
３４１  部分
３４２  部分
４０  ホルダ
４１  弾性要素
４２  ゲッタ材料ピル
４２’  ゲッタ材料ピル
５０  断面
５１  ゲッタ材料
５２  ホルダ底部
５３  くぼみ
５３’  くぼみ
５４  網
５５  穴あきカバー
【図１Ａ】
2013534303.tif 000003
【図１Ｂ】
2013534303.tif 000004
【図２Ａ】
2013534303.tif 000005
【図２Ｂ】
2013534303.tif 000006
【図３】
2013534303.tif 000007
【図４】
2013534303.tif 000008
【図５】
2013534303.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月31日(2012.5.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的支持体と、ゲッタ材料の圧縮粉末からなるピル（１１、２１、５１）とを備えるゲッタシステム（１０；２０）を収容する太陽熱集熱器集熱管であって、前記機械的支持体は底部（１２）及び２つの側方肩部（１３、１３’）からなるホルダを含み、前記ゲッタ粉末ピル（１１、２１）は如何なる結合剤も含まず、１５ｍｍ以上の直径と、２〜５からなる直径／高さ比とを有し、単一のラインで前記底部（１２）において前記ホルダ内に収容されることを特徴とする、ゲッタシステムを収容する太陽熱集熱器集熱管。
【請求項２】
前記ゲッタ粉末ピル（１１、２１、５１）の前記直径は３５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の集熱管。
【請求項３】
前記直径は１８ｍｍ〜２５ｍｍからなることを特徴とする請求項２に記載の集熱管。
【請求項４】
前記直径／高さ比は３〜４からなることを特徴とする請求項１に記載の集熱管。
【請求項５】
前記ホルダは、前記ゲッタ粉末ピル（１１、２１、５１）のうちの１つ又は複数と接触する１つ又は複数の弾性要素（３１、３２、３３、３４）を更に含み、前記弾性要素は、前記ゲッタ粉末ピルと接触するための平坦な、又は丸みを帯びた部分（３１１、３１２；３２１、３２２；３３１、３３２；３４１、３４２）を与えることを特徴とする請求項１に記載の集熱管。
【請求項６】
前記弾性要素（３１、３２、３３、３４）は、新品のゲッタピル上に５０Ｎ〜１５０Ｎからなる圧縮力を加えることを特徴とする請求項５に記載の集熱管。
【請求項７】
前記ホルダは金網によって部分的に包まれることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の集熱管。
【請求項８】
前記金網は、１０μｍ〜５００μｍからなる直径を有する開口部を有することを特徴とする請求項７に記載の集熱管。
【請求項９】
前記直径は２０μｍ〜５０μｍからなることを特徴とする請求項８に記載の集熱管。
【請求項１０】
前記金網は前記ホルダの前記側方肩部（１３、１３’）上に固定されることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の集熱管。
【請求項１１】
前記金網は、前記ホルダの底部（１２）の外側に固定されることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の集熱管。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】太陽熱集熱器集熱管に対する改善
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽熱集熱器集熱管に対する改善に関連する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱集熱器は、益々重要な代替のエネルギー源になりつつある。これらのデバイス、より具体的には、太陽熱集熱器の集熱管では、水素の存在は、熱除去流体が流れる中央管状体から集熱管の外側に向かって熱伝導を高め、それゆえ、その効率を徐々に低下させるので、水素の存在は有害である。中央管状体内を流れる流体は、高温において分解し、水素を生成する傾向があるので、この場合、水素の存在に関する問題が特に関連する問題となる。
【０００３】
更に高い温度において熱を除去するために異なる流体タイプを利用する新世代の集熱管においても、そのような更に高い温度では集熱管の金属部分から更に多くの水素ガスが放出されるので、水素の存在に関連する問題、及び結果として生じるデバイス特性の劣化が特に問題となる。
【０００４】
集熱管内には、ゲッタ材料を水素容量に関して好ましくない作動条件にする高い内部温度に関連する更なる問題もあり、水素容量は動作温度に反比例する。
【０００５】
このために、特許文献１において開示されるような幾つかの技術的手段が開発されており、特許文献１は、集熱管内にゲッタ材料を配置し、効率的に収容するために、そりの形をとる構成を記述しており、その目的は、ゲッタ材料を太陽放射及び最も高い温度に達する集熱器の部分から遮蔽することである。
【０００６】
このタイプの構成では、通常、標準的な、すなわち、直径１０ｍｍの、圧縮粉末からなるピルの形のゲッタ材料が利用されるために幾つかの欠点があり、これは、集熱管内に十分な量のゲッタ材料を導入して、２０〜３０年にわたって適切なデバイス動作を確保できるようにするために、全てのそりが２つのピルラインを収容することを暗示しており、通常、各集熱管には２つのそりが収容される。
【０００７】
これは異なる性質の２つの問題を引き起こし、一方では、互いに隣接する２つのゲッタピルラインの形でゲッタ材料を装填する際に、より大きな困難があるという問題であり、他方では、互いに接触し、かつそり壁と接触するピルの接触箇所の数が増えるという問題である。
【０００８】
これらの接触箇所は選択的に脆弱性である領域を生み出し、結果として粉末が生成される。粉末の生成、及びその後のピルからの脱離は、それらの粉末が適切な閉じ込め金属メッシュによって閉じ込められる場合でも、できる限り少なくすべき現象である。これらの脱離した粉末は、美感の面だけでなく、機能の面からも問題を引き起こす（例えば、放射に暴露される表面の透明性が劣化し、結果として集熱管の熱効率が低下する）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６８３２６０８号
【特許文献２】米国特許第３２０３９０１号
【特許文献３】米国特許第４３０６８８７号
【特許文献４】英国特許第２０７７４８７号
【特許文献５】米国特許第５９６１７５０号
【特許文献６】国際公開第２００７／１４８３６２号
【特許文献７】国際公開第２００７／０９９５７５号
【特許文献８】国際公開第２０１０／１０５９４５号
【特許文献９】米国特許第３２２５９１０号
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００８／０２７２３３３号
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００４／００５６３４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、この現象の激しさを緩和することであり、その第１の態様では、本発明は、機械的支持体及びゲッタ材料の圧縮粉末のピルを備えるゲッタシステムを含む太陽熱集熱器集熱管にあり、その機械的支持体は底部及び２つの側方肩部からなるホルダを含み、ゲッタ粉末ピルは１５ｍｍ以上の直径を有し、直径／高さ比は２〜５からなり、それらのピルは単一のラインでホルダ底部においてホルダ内に収容されることを特徴とする。
【００１１】
特許文献９は、単一のライン内に配置されるゲッタピルの一例を開示するが、その特許は、ピルのための如何なる寸法範囲も提供せず、それらのピルは互いに接触しない場合もあり、電子管内の真空を保持するために用いられる。
【００１２】
ゲッタシステムの先に参照されたホルダはＵ字形そりと言うこともでき、本発明の目的において、２つの用語は同等の意味を有する。
【００１３】
本発明は、以下の図面の助けを借りて以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明による、集熱管内で使用されることになるゲッタシステムの第１の実施形態の側面図である。
【図１Ｂ】本発明による、集熱管内で使用されることになるゲッタシステムの第１の実施形態の平面図である。
【図２Ａ】本発明による、集熱管内で使用されることになるゲッタシステムの代替の実施形態の側面図である。
【図２Ｂ】本発明による、集熱管内で使用されることになるゲッタシステムの代替の実施形態の平面図である。
【図３】機械的支持体内で使用されることになる弾性要素のための幾つかの可能な実施形態を示す図である。
【図４】図３に示される弾性要素のうちの１つを組み込む、集熱管内で使用されることになるゲッタシステムの平面図である。
【図５】集熱管内で使用されることになるゲッタシステムの別の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面では、要素の寸法及び寸法比は、それには限らないが、金属メッシュ開口部の寸法を参照する場合に特に、正確ではなく、本発明の図解を理解しやすくするために変更されている。さらに、例えば、オプションの遮熱材、又はホルダ／そりのための固定手段のような、オプションで存在する幾つかの要素は、本発明を理解する上で不可欠ではないので、図示されていない。
【００１６】
本発明によれば、ゲッタ材料ピルをそのハウジングホルダに装填する動作が著しく簡略化される。
【００１７】
ゲッタ材料ピルの表面積を増やすと、表面積が小さいピルに比べて特性が劣化することは理解されたい。それにもかかわらず、この劣化は、その技術分野、すなわち、太陽熱集熱器集熱管に具体的に関連付けられる上記の利点によって補償される。
【００１８】
実際には、同じ高さのままピルの表面が増加すると、脆弱になり、結果として取り扱うのが難しくなるが、一方、高さが増す結果として、排気速度に悪影響を及ぼすことになり、ピル内部領域に達する際にガス状の不純物に遭遇するという問題がある。それゆえ、直径を大きくしたピルを採用する際に予想される悪影響に起因して、当業者がそのような解決策を採用するには至っていなかった。また、本発明において使用されることになるゲッタピルは、ゲッタ材料の粉末を適切に圧縮することによって得られるので、結合剤を含まないことも強調されるべきであり、結合剤が含まれていれば、各ピルによって吸着される水素の量を意味する、材料の容量に影響を及ぼしていた。これは、太陽熱集熱器の応用形態においてうまく利用するためのピル構造抵抗及び関連する制約に影響を及ぼす根本的な態様である。
【００１９】
上記の逆の現象を考慮して、ピル直径とその高さとの最適な比は２〜５からなり、全く同じ理由から、３５ｍｍよりも大きな直径を有するピルの場合に問題が現れ始める。
【００２０】
特許文献１０は、はるかに広い範囲の直径／高さ比を有するゲッタピルを開示しており、その比は０．４から６０まで様々であり、直径は２ｍｍ程度と小さく、本出願における最小ピル高が３ｍｍであるのに対して高さは０．５ｍｍ程度と低く、これらのピルは、その強度を高めるために結合剤を含む場合がある。
【００２１】
特許文献１１は、約２０ｍｍの直径及び約２．５の直径／高さ比を有するゲッタピルの単一の例を開示するが、しかしながら、そのピルは、製造するために、重量比で５％〜２５％の無機結合剤を必要とする。
【００２２】
そのようなピルは、太陽熱集熱器の要件を満たすのに適しておらず、結合剤の存在が、その水素収着容量に悪影響を及ぼす。
【００２３】
ピル直径は１８ｍｍ〜２５ｍｍから構成され、その直径と高さとの比は３〜４から構成されることが好ましい。そのような寸法特性を有するピルを装填されたホルダとともに動作させることによって、１つのホルダ／そりのみを用いることによって、２０〜３０年のデバイス寿命を保証することができる十分な量のゲッタ材料を集熱管内に挿入することができる。これに反して、現在利用されている構成は、集熱管毎に２つの異なるホルダを使用することを想定しており、ホルダだけでなく、機械的支持体を完成させる要素、すなわち、閉じ込め金属メッシュ、スペーサ及び適切な遮熱材を含む構造的なコストに加えて、位置決め及び固定に関連する問題を伴う。
【００２４】
また、ホルダはピル直径よりも１ｍｍ〜３ｍｍ広い幅を有することが好ましく、これは、ホルダ内でピルが或る程度適応できるようにすることによって、ゲッタ材料による水素収着の結果としてピル構造が膨張することに関連する技術的問題を解決する。
【００２５】
側方肩部を構成する要素の高さを意味する、ホルダの高さに関して、図１Ｂの要素１４のような、ホルダのための上部閉鎖システムとして金網を使用することを想定する更に好ましい実施形態では、側方肩部の高さは、ピル高よりも０．５ｍｍ〜１ｍｍ低い。これは、網自体がゲッタ材料ピルのための抑止要素としての役割も果たし、その往復運動、及び衝突の結果としてピルが砕けて、それにより粉末の生成が増加する可能性を制限するのを保証する。
【００２６】
図２Ａに示される要素２３の場合と同様に、上部閉鎖システムの一部が硬質である場合、全く同じ理由、及び上記の技術的効果から、肩部高は、ピル高よりも１ｍｍ〜３ｍｍ高いことが好ましい。
【００２７】
更に好ましい実施形態では、ホルダは、１つ又は複数のゲッタ材料ピルと直接接触する１つ又は複数の弾性要素も含む。
【００２８】
これらの弾性要素の主な機能は、ピルに適切な圧縮力を加えて、ピルが互いに押し合うようにすることである。この作用は、ゲッタピルが、ゲッタピルの寸法よりも大きいホルダ、その最も有用な表現では、そり内に収容される場合であっても、弾性要素によって及ぼされる圧縮が、ホルダ内でピルが動くのを防ぐ。
【００２９】
圧力値が過剰であると、ホルダ内でピルが動くのを抑止することによって破壊を防ぐのではなく、ピル構造を破壊することになってしまうので、加えられる圧力値は重要なパラメータであり、厳密には応用分野に依存し、具体的に関連付けられる。そのような値の決定は、ゲッタ材料による水素収着の結果としてピルが膨張すること、及び水素収着の結果としてピル構造の脆弱性が増すことを考慮に入れるという事実によって更に困難になる。本発明人は、弾性手段によって加えられる圧縮力が５０Ｎ〜１５０Ｎからなるべきであることがわかった。この値は、新たに導入されたゲッタシステムにおいて、それゆえ、ゲッタ材料ピルを「新品」と見なすことができる、すなわち、最小量の水素しか吸着していないときに検討及び測定された。
【００３０】
さらに、選択的な粉末生成スポットを有するのを避けるために、弾性要素はゲッタ材料ピルとの接触領域において角張った角部をなくすべきであり、それにより、それらの弾性要素は、そのような接触箇所において、平坦な、又は丸みを帯びた表面を与えるべきである。そのような特徴は、これ以降「分散接触」と呼ばれる。
【００３１】
ゲッタ材料に関しては、高温において使用される場合であっても、良好な水素収着容量を示す材料が好ましい。
【００３２】
それゆえ、本発明にとって有用な好ましいゲッタ材料は、特許文献２（Ｚｒ−Ａｌ合金）、特許文献３（Ｚｒ−Ｆｅ合金）、特許文献４（Ｚｒ−Ｖ−Ｆｅ合金）、特許文献５（Ｚｒ−Ｃｏ−希土類合金）において記述される材料である。例えば、特許文献６、第２００７／０９９５７５号及び第２０１０／１０５９４５号において記述されるように、特に高温における水素収着に関しては、イットリウム合金の使用も知られている。上記のゲッタ合金は、本発明とともに使用されるのが好ましい材料であるが、開示される発明の概念とともに、任意の水素ゲッタ材料を利用することができる。さらに、複数の異なるゲッタ材料を用いて形成されるピルを使用することを想定することもできるか、又はホルダに異なるタイプのピルを装填することもできる。
【００３３】
図１Ａ及び図１Ｂでは、太陽熱集熱器集熱管のためのゲッタシステム１０のための第１の実施形態が示されており、ゲッタ材料のピル１１、１１’、１１”．．．がホルダの平坦な底部１２上に整列しており、閉じ込め金網１４が存在し、例えば、電気溶接によってホルダに固定される。
【００３４】
図１に示される構成では、オプションの要素１５も存在し、要素１５はストッパとしての役割を果たし、ピルがホルダに装填されると機械的に動作する。図１Ａは、ホルダ端部のうちの一方の近くにそのような要素１５のうちの１つのみを示すが、図１Ｂに示されるように、第２の端部にも第２の係止要素１５’が存在することができる。
【００３５】
金網は種々の方法でホルダに固定することができ、例えば、ホルダ側方肩部１３、１３’上に固定することができるか、又はホルダの外面上に巻き付けて、平坦な底部１２において固定することができる。この第２の事例において、好ましい固定構成によれば、網１４の縁部をわずかに重ね合わせて、その後、網１４をホルダに固定するために一度の電気溶接を実行する。
【００３６】
図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、ホルダを集熱管内に固定するために必要とされる実現可能な手段と干渉するのを避けるために、金網は、ホルダの全長を覆わないように配置され、それにより、端部が開けておくことができる。
【００３７】
図２Ａ及び図２Ｂには、代替の実施形態が示されており、ゲッタシステム２０は、ホルダ構造の底部に配置されるゲッタ材料ピル２１、２１’、２１”．．．を含み、その構造は、開口部を含むカバー２３によって閉じられ、開口部には金属メッシュ２２が配置される。
【００３８】
その後、カバー２３は、図示されないが、例えば、クリューのような適切な固定手段によってホルダ底部に固定される。
【００３９】
図２Ａには、ホルダ底部上に配置されたゲッタ材料ピル２１、２１’、２１”．．．のためのストッパとしての役割を果たすように折り込まれた幾つかのタブ２４も存在する。
【００４０】
この構成は、その上に金属メッシュを固定された半完成品のホルダカバーによって閉じたホルダ構造を製造できるようになり、それゆえ、本発明において使用されるゲッタシステムの組立作業を簡単にするという利点を有する。
【００４１】
また、第２の実施形態において、好ましい実現形態では、ホルダの幅はピル直径に対してわずかに広く、その側方肩部高はピル高に対してわずかに低い。また、この場合、好ましい寸法は、ピル直径よりも１ｍｍ〜３ｍｍ広い幅と、ピル高よりも０．５ｍｍ〜１ｍｍ低い側方肩部高とを有するホルダを使用することを想定する。この実施形態では、ピルストッパ２４もピルライン上にわずかな長手方向圧力を加え、それにより、ピルが横方向に動くのを制限するという目的にも役に立つ。
【００４２】
これまでに説明された、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ及び図２Ｂにおいて表される金網のような、本発明によるシステムにおいて用いられる金網の特性に関する限り、その網は、１０μｍ〜５００μｍのサイズを有する穴、より一般的には隙間を有する。金網開口部は、２０μｍ〜５０μｍから構成されることが好ましい。開口部が円形又は概ね円形でない場合、上記のサイズはその最大幅を指している。
【００４３】
ホルダ内で使用されることになる弾性要素のための実現可能な実施形態の例が図３に示される。図示される各要素３１、３２、３３及び３４は、ゲッタピルと接触することになる部分３１１、３１２、３２１、３２２、３３１、３３２、３４１、３４２を有し、それらの部分は平坦であるか、又は丸みを帯びており、ゲッタピル表面との分散接触を実現するのに適している。
【００４４】
図４は、そのような弾性要素のうちの１つの弾性要素４１を含むホルダ４０の平面図を示す。図４では、ホルダ上に配置されるゲッタ材料ピル４２、４２’．．．とともに、ホルダの１つのカバー要素のみが表されている。本発明のゲッタシステムのホルダを参照しながら、一般的に言うと、ホルダのカバー及び底部は、集熱管内でそれぞれ、外側に向けられているか（カバー）、又は管の内側部分に向けられている（底部）、ゲッタシステムの部品を特定する。それゆえ、カバー及び底部は幾何学的配置を指しており、ゲッタシステムが組み立てられる方法を指すものではなく、例えば、図４に示される実施形態では、ゲッタピルは、カバーになるはずの部品上に配置される。
【００４５】
ゲッタシステムの代替の実施形態は、変更された穴あきカバーの使用を想定しており、そのカバーは、平坦な表面を与える代わりに、網内にゲッタピルと一致する一連の１つ又は複数のくぼみを与え、カバーとゲッタピルとの間の分散接触界面を達成するために、そのようなくぼみも丸みを帯びているか、又は平坦な接触面を与える。
【００４６】
この構成の断面５０が図５に概略的に表されており、圧縮されたゲッタ材料５１からなるピルが平坦なホルダ底部５２上に配置され、穴あきカバー５５の一部である網５４のくぼみ５３、５３’によって垂直方向において抑止される。
【００４７】
そのような構成は、垂直方向への変位に関してピルを抑止するという利点も有する。
【００４８】
更に好ましい実施形態は、全方向においてピルの変位を抑止するために、くぼみのある穴あきカバー及び弾性要素の両方の使用を想定するが、それらを単独で採用することもできる。
【００４９】
上記のように、本発明によれば、結果としてピル構造を分解し、それゆえ、粉末を生成することにつながる現象が最小限に抑えられる。それにもかかわらず、そのような現象は常に存在し、水素収着後にピルが脆弱になる結果として、時間の経過とともに徐々に悪化する性質を有するので、粉末を効果的に閉じ込めるために、特に目の詰んだ編み方のメッシュ又は網を有するホルダを提供することが好ましい。
【符号の説明】
【００５０】
１０  ゲッタシステム
１１  ゲッタ材料ピル
１１’  ゲッタ材料ピル
１１”  ゲッタ材料ピル
１２  底部
１３  側方肩部
１３’  側方肩部
１４  金網
１５  要素
１５’  係止要素
２０  ゲッタシステム
２１  ゲッタ材料ピル
２１’  ゲッタ材料ピル
２１”  ゲッタ材料ピル
２２  金属メッシュ
２３  カバー
２４  タブ
３１  弾性要素
３２  弾性要素
３３  弾性要素
３４  弾性要素
３１１  部分
３１２  部分
３２１  部分
３２２  部分
３３１  部分
３３２  部分
３４１  部分
３４２  部分
４０  ホルダ
４１  弾性要素
４２  ゲッタ材料ピル
４２’  ゲッタ材料ピル
５０  断面
５１  ゲッタ材料
５２  ホルダ底部
５３  くぼみ
５３’  くぼみ
５４  網
５５  穴あきカバー
【国際調査報告】
2013534303.tif 000010
2013534303.tif 000011
2013534303.tif 000012