专利名称：氢渗透管的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能热电厂，特别地涉及用于将游离氢从中去除的装置。
背景技术：
在一片对全球变暖的担忧中，以及对不可再生能源消耗和电力需求增长的预测， 能源供应商正越来越多地寻求替代的主要能源来源。一种这样的能源来源是太阳能，并且一种利用太阳能的方式是使用太阳能热电厂。一种太阳能电厂采用了“辐射集中收集器”，其通过例如使用镜面或透镜将太阳辐射聚焦到较小的区域来集中太阳辐射。在该系统中，通常为抛物面型的反射器接收传入的太阳辐射并将其反射(聚焦)到成型为管的辐射吸收器上。该管辐射吸收器由经处理的玻璃外壳管同心地围绕以限制热损失。该收集器系统进一步包括追踪太阳的器件。该管辐射吸收器由金属制成，其带有涂层，该涂层具有高太阳辐射吸收系数来最大化由反射自反射器的太阳辐射传递的能量转移。通常是液体(例如油)的传热流体(HTF) 在管辐射吸收器中流动。热能由HTF输送来给例如热电厂提供动力以驱动该热电厂的一个或多个发电系统，以便以传统的方式例如通过将各个涡轮机的轴与发电机联接来发电。这种热电厂的一个例子是蒸汽发电厂，其使用提供给其的热能来产生蒸汽以驱动其涡轮机，涡轮机进而驱动发电机，从而产生电力。管辐射吸收器的各部分通常由玻璃封套围绕，其间的容积被排空以便限制由于对流而导致的热损失。然而，通过从HTF中离解或作为与管辐射吸收器内部的阴极反应产物， 氢可能在HTF中被释放，其通过管辐射吸收器的壁脱离而进入排空的容积中。为了保持太阳能电厂的高效率，应该去除尽可能多的这种氢。
发明内容
根据本发明的一方面，提供在太阳能热电厂中用于运送传热流体(HTF)的管道，该电厂包括配置成利用入射太阳辐射来加热HTF的太阳能收集系统，和配置成利用被加热的 HTF发电的电源模块；能够由不锈钢制成的所述管道的特征是穿过该管道(S卩，在面向管道内部的表面和面向管道外部的表面之间)的第一程度的氢渗透率，并且包括配置成在使用过程中暴露于大气且包括氢通道的至少一部分，所述通道的特征是穿过该通道的高于第一程度的氢渗透率的第二程度的氢渗透率。氢通道能够包括包含钯的膜并且能够进一步包括直至大约30%的银。氢通道能够进一步包括机械地固定到管道的覆盖物，覆盖物能够由多孔钢制成， 其特征在于至少和膜的氢渗透率一样高的氢渗透率。由于氢，覆盖物能够牢固地连接到管道的区域以围绕所述膜。所述部分能够成型为腔室，其包括通向管道内部并且填充有惰性气体例如氮气的封闭容积。封闭容积可以设置成使得在电厂运行过程中实质上所有的惰性气体保留在其中。与该部分相邻的管道部段能够被例如由玻璃或不锈钢材料制成的与其隔开的固体封套所围绕，封套和管道之间的容积被排空。HTF能够从包括热油和水/蒸汽的组中选择。太阳能收集系统能够包括多个集中器，例如抛物面反射器，其配置成将入射阳光集中在管道上。根据本发明的另一方面，提供一种太阳能热电厂，其包括配置成利用入射太阳辐射来加热HTF的太阳能收集系统和配置成利用被加热的HTF来发电的电源模块；该太阳能收集系统包括多个如上所述的管道。根据本发明的另一方面，提供能够由不锈钢制成的管道，用于在太阳能热电厂中运送传热流体(HTF)，该电厂包括配置成利用入射太阳辐射来加热HTF的太阳能收集系统和配置成利用被加热的HTF来发电的电源模块；所述管道被一个或多个能够由玻璃或不锈钢材料制成的与其隔开的固体封套所围绕，限定于每个封套和其相应的管道之间的容积被排空；所述管道包括
与容积中的至少一个容积相关联并且流体连通的至少一个腔室；限定腔室并且暴露于大气的壁的至少一部分包括具有高氢渗透率的膜；该腔室包含吸气材料，其适于吸收氢气并且当该吸气材料处于或高于排放温度时释放氢气；
阀门，其配置成当关闭时选择性地将腔室与容积隔离并且当打开时使腔室与容积互相流体连通；以及
配置成使吸气材料达到不低于排放温度的温度的加热元件。管道能够进一步包括配置成调节电厂的元件的控制系统，并且以下述模式中的一种运行
氢释放模式，其中其保证阀门关闭并且加热元件启用；以及 氢存储模式，其中其保证阀门打开并且加热元件停用。电厂能够进一步包括与控制系统通信并且设置成测量腔室内的温度的温度传感器，所述控制系统进一步配置成保证当腔室内的温度处于或高于预定温度时阀门被关闭。 预定温度能够等于排放温度，或其能够是高于环境温度的固定的量，例如环境温度以上大约 25 0C ο管道能够进一步包括与控制系统通信并且设置成测量腔室内的压力的压力传感器，所述控制系统进一步配置成保证当腔室内的压力处于或高于预定压力时阀门被关闭。管道能够是配置成在电源模块和所述太阳能收集系统的集热元件之间运送HTF 的集流管。腔室能够与多于一个的容积关联。例如，管道中的至少一个管道能够被轴向互相隔开的并且限定独立容积的两个透明固体封套所围绕，所述腔室与这两个容积流体连通。HTF能够从包括热油和水/蒸汽的组中选择。太阳能收集系统能够包括多个集中器，例如抛物面反射器，其配置成将入射阳光集中在管道上。根据本发明的又一方面，提供一种太阳能热电厂，其包括配置成利用入射太阳辐射来加热传热流体(HTF)的太阳能收集系统和配置成利用被加热的HTF发电的电源模块；
5所述太阳能收集系统包括至少一个在以上方面中描述的管道。
为了明白本发明并且了解其怎样能够应用到实践中，现在将参考附图仅通过非限定性实例来描述实施例，在附图中
图1是图示出太阳能热电厂的示意图2是沿图1中的线II-II截取的图1中图示出的太阳能热电厂的管辐射吸收器的横截面图3A和;3B是图1中图示出的太阳能热电厂的环路的中间部分的实例的纵向截面图； 图4是图3中图示出的纵向截面图的改型； 图5是太阳能热电厂的集流管的径向截面图；以及图6A和6B是太阳能热电厂的集流管的纵向截面图。
具体实施例方式如图1中图示出的，提供太阳能热电厂，总体上由10表示。电厂10包括电源模块12，例如热电发电装置，其利用热来驱动其运行以产生电；以及，为该电源模块提供热的太阳能收集系统14。太阳能热电厂能够根据本申请人于2009年9月15日提交的PCT/ IL2009/000899中描述的内容来设计，该申请的公开内容被合并在本文中作为参考。电源模块12包括通常存在于电厂中的众所周知的元件，例如一个或多个涡轮机、 冷凝器、给水加热器、泵等等(电源模块的各个元件没有图示出)。涡轮机与用于发电的发电机联接，如本领域中众所周知的。电源模块12能够根据本申请人于2008年9月11日提交的W02009/034577中描述的内容来设计，该申请的公开内容被合并在本文中作为参考。电源模块12进一步包括蒸汽产生系统16，该系统包括具有三个热交换器的蒸汽产生序列，即预热器18、蒸发器20和过热器22。蒸汽产生序列配置成将来自外部源(在这种情况下是太阳能收集系统14)的热转移到电源模块12的工作流体，从而其能够达到所要求的升高的温度和压力以最佳地驱动其涡轮机。蒸汽产生序列能够进一步包括任选的再热器(没有图示出)。太阳能收集系统14包括一个或多个太阳能区域对，其配置成捕获来自撞击在其上的阳光的热并且将热转移到电源模块12的蒸汽产生系统14以用于驱动其运行。为此， 太阳能区域M包括一个或多个能够由不锈钢制成的管辐射吸收器26，以及多个槽收集器观，例如单轴抛物面反射器。如图2中图示出的，管辐射吸收器26在收集器观中的部分被与其隔开的玻璃封套30围绕，因此在管辐射吸收器沈和玻璃封套之间限定了容积32，该容积32被排空以便限制热损失。替代地，能够提供任何用于集中太阳辐射的适合器件，例如菲涅尔收集器。管辐射吸收器沈在其中运送传热流体(HTF)，所述HTF例如是市场上有售的热油(苯基物)，例如商标名称Hierminol VP-I，Dowtherm 等。替代地，HTF也能够是蒸汽/水中的一种，在这种情况下，电厂10能够使用直接蒸汽运行，即HTF被用作用于电源模块12的涡轮机的工作流体，并且因此可以排除蒸汽产生系统16。根据任一实施例，HTF在管辐射吸收器26中通过所述管辐射吸收器暴露于直接太阳辐射以及由槽收集器观集中的太阳辐射而被加热。因此，当其流过管辐射吸收器沈时，HTF被加热。这种太阳能收集系
6统特别是由Solel Solar Systems有限公司(以色列)提供。应了解的是虽然在图1中图示出的太阳能收集系统M包括两个太阳能区域，但是在加以必要的改进的情况下，能够提供任意适合数量的区域而不偏离本发明的精神和范围。各个管辐射吸收器沈构成环路，其运送HTF通过太阳能区域M以进行加热。各个环路在其上游端连接到配置成将来自电源模块12的热耗尽的HTF运送到太阳能区域M 的本地返回集流管34，并且在其下游端连接到配置成从太阳能收集系统14运送被加热的 HTF的本地供应集流管36。太阳能收集系统14进一步包括主返回集流管38和主供应集流管40，主返回集流管38配置成将来自电源模块12的热耗尽的HTF经由本地返回集流管34 运送到该太阳能收集系统，主供应集流管40配置成将来自太阳能收集系统的被加热的HTF 运送到电源模块以驱动其运行。HTF通过管辐射吸收器沈、本地返回集流管34、本地供应集流管36、主返回集流管 38和主供应集流管40的流动方向由图1中的箭头表示。各个环路的中间部分42通常不暴露于来自槽收集器观的集中的太阳辐射。该部分42能够暴露于大气，即不被封套围绕并且因此没有围绕其的被排空的容积。如图3A中图示出的，能够在环路的中间部分42上提供径向延伸的腔室44，其可以制成作为管辐射吸收器沈的延伸部。该腔室限定封闭容积，该封闭容积在一端通向管辐射吸收器沈的内部(图 3中的环路的中间部分42和腔室44的内部之间的线表示HTF的表面，并且不是两者之间的结构性分隔)。腔室44的一部分构成由具有高氢渗透率的材料制成的氢通道45，例如包括薄的(例如，大约0. Imm)钯膜46或由该钯膜46构成，其能够包含例如直至大约20%_30% 的银。因为膜46通常非常薄，其可能容易破裂或从腔室44的其余部分脱落。因此，氢通道 45能够进一步包括在腔室44的外侧上的膜46上的覆盖物48，以便防止在运行过程中相对高的HTF压力将膜46从其位置弹出。覆盖物48能够包括高强度、高渗透性材料，例如多孔不锈钢，例如成型为盘。覆盖物48能够连接到腔室的区域而围绕膜46，例如通过焊接或用高压力压在其上。覆盖物48将膜46保持在适当位置，而不干扰从其转移穿过的气体。如图:3B中图示出的，中间部分42能够被能够是玻璃、不锈钢或任何其他适当材料的封套30a所包围。封套30b和中间部分42之间的容积3 能够被排空。容积32a能够与管辐射吸收器沈和其关联的玻璃封套30之间的容积32流体连通，或者该容积3 能够与容积32隔离。应了解的是，虽然腔室44被描述成位于环路的中间部分42 (即，环路中没有暴露于来自槽收集器观的集中的太阳辐射的部分)，但是其能够被提供在环路的任何部分，例如管辐射吸收器26的暴露于集中的太阳辐射的部分上。应了解的是，虽然提到环路的中间部分42，但是腔室44能够被提供在环路的任何合适部分，或在运送HTF的不构成环路中一条环路的一部分的管道或管上，例如在集流管 34、36、38、40 之一上。腔室44的内部填充有惰性气体，例如氮气(N2)。腔室被保持在HTF上方，以便将惰性气体保持在其中，并且因此防止HTF聚集于其中。在运行过程中，HTF被加热。在HTF被提供为热油的情况中，氢通过从其中离解而被释放。在HTF被提供为水/蒸汽的情况中，即当电厂10如上所述使用直接蒸汽运行时，管辐射吸收器的腐蚀能够与阴极反应相关联，在该阴极反应中氢被释放。在任一情况中，因为氢是相对小的分子，管辐射吸收器26的材料展示出一定程度的氢渗透率；因此，有些氢脱离管辐射吸收器并且进入该吸收器与玻璃封套30之间的被排空的容积32。容积32中这种氢的存在允许管辐射吸收器26和大气之间的传导热流，因此导致热损失。如本领域中众所周知的，能够在被排空的容积32中提供吸气剂(没有图示出)来封存这种氢，并且因此限制热损失。此外，被释放的氢的一部分进入腔室44，其中其上升穿过其中的惰性气体并且通过膜46离开。由于膜对氢的渗透率相对高，并且在任何情况下高于管辐射吸收器沈的材料的渗透率，大量的氢由此被释放到大气。因此，封闭容积32中必须的吸气剂的量能够被减少。替代地，如图4中图示出的，环路的中间部分42的一部分能够被成型为包含膜46， 而不提供如上所述的腔室。例如如上所述或缠绕所述部分42并且覆盖所述膜来提供覆盖物48。如图5中图示出的，集流管34、36、38、40中的一个或多个(在随后进行的讨论和相应的图中，附图标记50将被用来指代可以是任何集流管的集流管；应了解的是下面所述实例，虽然参照特定集流管，但是在加以必要的改进的情况下能够被提供用于电厂10中的任何管道，例如管辐射吸收器沈)被与其隔开的封套52围绕，因此在集流管50和封套之间限定了容积M，该容积M被排空以便限制热损失。在例如屏蔽入射太阳辐射的位置提供与集流管50相关联的腔室56，以便保持其低温。腔室56能够由任何材料制成，例如与封套52的材料相同的材料。然而，腔室56的壁的至少一部分成型为具有高度氢渗透率的膜58。其能够由例如钯制成，其能够包含例如直至大约20%-30%的银。此外，在腔室56中提供吸气剂60 (例如，由吸气材料制成的颗粒或其他元件)。提供一个或多个被设置成使腔室56的内部与容积M流体连通的管62，容积M限定于集流管50和围绕该集流管的封套52之间。提供阀门64从而选择性地关闭管62，因此将腔室56的内部与容积M隔离。如图6A中图示出的，一个管62能够被成型从而使两个另外隔离的容积Ma、Mb 与腔室56的内部流体连通，例如通过在其中提供T型接头66来实现。阀门64能够被置于将两个容积Ma、54b与腔室隔离的位置。替代地，如图6B中图示出的，各个容积Ma、Mb 能够设有其自身的对应阀门64a、64b，从而每个容积能够与腔室56的内部单独地隔离。此外，管62能够按照图6A和6B设有阀门(没有图示出)。此外，各个腔室与加热元件68相关联，该加热元件68配置成将吸气剂加热到封存于其中的氢被释放的温度。能够进一步提供控制系统(没有图示出)以便调节如上所述的元件的运行。能够在例如封套52的外表面上提供温度传感器70，以便测量容积M的温度(温度传感器在封套的外表面上的放置是为了方便；应了解的是温度传感器能够被放置在任何其他方便的位置)。 此外，能够在腔室56中提供压力传感器72。温度和压力传感器70、72与控制系统通信，以便将关于腔室内的条件的信息传输到控制系统。在运行过程中，被加热的HTF流动通过集管50，氢通过该集管被释放到被排空的容积M中。如上所述，氢的来源或者是通过在HTF被提供为热油的情况中从HTF中离解， 或者是来自于能够与释放氢的阴极反应相关联的集流管50的腐蚀。容积M中这种氢的存在允许集流管50和大气之间的传导热流，因此导致热损失。通过吸收氢，吸气剂60用作化学泵，将被释放的氢抽入腔室56并且将其封存在那里，因此帮助保持容积中的真空。在控制系统确定的时间，例如在晚上或者在发电的非峰值时期，控制系统以氢释放模式运行，在该模式中关闭阀门64 (因此将腔室56的内部与容积M隔离)，并且开启加热元件68到达吸气剂释放被封存的氢的温度以上，例如到达400-450°C。由于氢从吸气剂中释放，腔室56中的氢的分压提高，超过大气压力(接近于零)。腔室56和大气中的氢的分压之间的差导致被释放的氢通过膜58离开腔室。在控制系统确定的时间，其运行在氢存储模式，在该模式中关闭加热元件68并且打开阀门64(因此使得腔室56的内部与容积讨流体连通)。控制系统能够仅在延迟之后打开阀门64，在此期间吸气剂60被允许返回其封存氢的温度。控制系统确定何时运行于其氢释放模式能够基于下面的任何一个或多个因素
腔室56中的温度(例如在封套52的外表面所测量的)被确定为高于环境温度的固定的量(例如大约25°C)。这能够表示在腔室中的氢的积累，例如由于吸气剂因其升高的温度或者因其已经达到其氢存储容量而不能够封存氢；
腔室56中的压力可升高到预定压力以上。这能够表示吸气剂60没有存储氢，并且必须立刻从其中释放氢；
从上次控制器运行在氢释放模式经过了预定的时间量。此外，控制系统能够被配置成仅在一天的某一时间运行在其氢释放模式，例如在晚上或者在对电厂10的电力需求相对低的另一个时间。此外，如果腔室56的内部的温度(例如在封套52的外表面所测量的)升高到预定值以上，例如处于吸气剂60释放氢的值，则控制系统能够运行来关闭阀门64，以便允许被释放的氢通过膜68离开。虽然参照图5到图6B的上述装置能够适合于电厂10中的任何运送HTF的管道， 但是其特别地适合于集流管50，因为这使得其能够通过被排空的空间围绕而被隔离，所述空间通过提供从中去除大量氢的系统来形成，所述氢被释放到流经的相对大量的HTF而不需要大量吸气剂。此外，通过从流经集流管50的HTF中去除被释放的氢，环路的封闭容积中必须的吸气剂的量能够被减少。本发明所属领域中的技术人员会很容易明白，，在加以必要的改进的情况下能够进行很多变化、改变和修改而不偏离本发明的范围。
权利要求
1.一种在太阳能热电厂中用于运送传热流体(HTF)的管道，所述电厂包括配置成利用入射太阳辐射来加热所述HTF的太阳能收集系统，和配置成利用被加热的HTF发电的电源模块；所述管道的特征在于穿过该管道的第一程度的氢渗透率，并且包括配置成在使用过程中暴露于大气且包括氢通道的至少一部分，所述氢通道的特征在于穿过该氢通道的高于所述第一程度的氢渗透率的第二程度的氢渗透率。
2.根据权利要求1所述的太阳能热电厂，其中所述氢通道包括包含钯的膜。
3.根据权利要求2所述的太阳能热电厂，其中所述膜进一步包括直至大约30%的银。
4.根据权利要求2和3中任一项所述的管道，其中所述氢通道包括机械地固定到所述管道并且特征是其氢渗透率至少和膜的氢渗透率同样高的覆盖物。
5.根据权利要求4所述的管道，其中所述覆盖物由多孔不锈钢制成。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的管道，其中所述覆盖物牢固地连接到管道的区域以围绕所述膜。
7.根据前述权利要求中任一项所述的管道，其中所述部分被成型为腔室，该腔室包括通向所述管道的内部并且填充有惰性气体的封闭容积。
8.根据权利要求7所述的管道，其中所述封闭容积被设置成使得实质上所有的所述惰性气体在电厂运行过程中保留在其中。
9.根据权利要求7和8中任一项所述的管道，其中所述惰性气体是氮气。
10.根据前述权利要求中任一项所述的管道，其中所述管道由不锈钢制成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的管道，其中所述管道的与所述部分相邻的部段被与其隔开的固体封套所围绕，封套和管道之间的容积被排空。
12.根据权利要求11所述的管道，其中所述封套由来自包括玻璃和不锈钢的组中的材料制成。
13.根据前述权利要求中任一项所述的管道，其中所述HTF选择自包括热油和水/蒸汽的组。
14.根据前述权利要求中任一项所述的管道，所述太阳能收集系统包括配置成将入射阳光集中在所述管道上的多个集中器。
15.根据权利要求14所述的管道，其中所述集中器是抛物面反射器。
16.一种太阳能热电厂，其包括配置成利用入射太阳辐射来加热传热流体(HTF)的太阳能收集系统，和配置成利用被加热的HTF来发电的电源模块；所述太阳能收集系统包括多个根据前述权利要求中任一项所述的管道。
17.—种在太阳能热电厂中用于运送传热流体(HTF)的管道，所述电厂包括配置成利用入射太阳辐射来加热HTF的太阳能收集系统，和配置成利用被加热的HTF发电的电源模块；所述管道被与其隔开的一个或多个固体封套所围绕，限定于每个封套和其相应的管道之间的容积被排空；所述管道包括 与所述容积中的至少一个容积相关联并且流体连通的至少一个腔室；限定腔室并且暴露于大气的壁的至少一部分包括具有高氢渗透率的膜；所述腔室包含吸气材料，该吸气材料适于吸收氢气并且当所述吸气材料处于或高于排放温度时释放氢气； 阀门，该阀门配置成当关闭时选择性地将所述腔室与所述容积隔离并且当打开时使所述腔室与所述容积互相流体连通；以及 配置成使所述吸气材料达到不低于所述排放温度的加热元件。
18.根据权利要求17所述的管道，进一步包括配置成调节电厂的元件并且运行于以下模式中的一种的控制系统 氢释放模式，其中该氢释放模式保证所述阀门关闭并且所述加热元件启用；以及 氢存储模式，其中该氢存储模式保证所述阀门打开并且所述加热元件停用。
19.根据权利要求18所述的管道，进一步包括与所述控制系统通信并且被设置成测量所述腔室内的温度的温度传感器，所述控制系统被进一步配置成保证当腔室内的温度处于或高于预定温度时所述阀门关闭。
20.根据权利要求19所述的管道，其中所述预定温度等于所述排放温度。
21.根据权利要求19所述的管道，其中所述预定温度被计算成环境温度以上的固定的量。
22.根据权利要求21所述的管道，其中所述固定的量是大约25°C。
23.根据权利要求18到22中任一项所述的管道，进一步包括与所述控制系统通信并且被设置成测量所述腔室内的压力的压力传感器，所述控制系统被进一步配置成保证当腔室内的压力处于或高于预定压力时所述阀门关闭。
24.根据权利要求17到23中任一项所述的管道，该管道是配置成在所述电源模块和所述太阳能收集系统的集热元件之间运送HTF的集流管。
25.根据权利要求17到M中任一项所述的管道，其中所述腔室与多于一个容积相关联。
26.根据权利要求25所述的管道，其被互相轴向隔开且限定独立容积的两个透明固体封套所围绕，所述腔室与这两个容积流体连通。
27.根据权利要求17到沈中任一项所述的管道，其中所述管道由不锈钢制成。
28.根据权利要求17到27中任一项所述的管道，其中所述封套由选择自包括玻璃和不锈钢的组的材料制成。
29.根据权利要求17到观中任一项所述的管道，其中所述HTF选择自包括热油和水/ 蒸汽的组。
30.根据权利要求17到四中任一项所述的管道，所述太阳能收集系统包括配置成将入射阳光集中在所述管道上的多个集中器。
31.根据权利要求30所述的管道，其中所述集中器是抛物面反射器。
32.—种太阳能热电厂，其包括配置成利用入射太阳辐射来加热传热流体(HTF)的太阳能收集系统，和配置成利用被加热的HTF来发电的电源模块；所述太阳能收集系统包括至少一个根据权利要求17到31中任一项所述的管道。
全文摘要
提供了一种太阳能热电厂，包括配置成利用入射太阳辐射来加热传热流体(HTF)的太阳能收集系统和配置成利用被加热的HTF来发电的电源模块。太阳能收集系统包括用于运送HTF并且其特征在于第一程度的氢渗透率的多个管道，所述管道中的至少一些管道包括暴露于大气并且包括由特征是比第一程度的氢渗透率高的第二程度的氢渗透率的材料制成的膜的部分。
文档编号F01K23/10GK102292539SQ200980153194
公开日2011年12月21日 申请日期2009年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者巴凯 M. 申请人:西门子聚集太阳能有限公司