[发明专利]通过不可蒸发的钇基吸气合金从氢敏感装置移除氢的方法

说明书

本发明涉及具有提高的氢容量的新的吸气合金，涉及利用所述合金吸附氢的方法及使用所述合金用以移除氢的氢敏感装置。

本发明主题的合金在需要吸附大量氢的所有应用中都特别有用，即使在高温下使用也是如此。吸气合金在高温下的使用具有重要性，因为高温使得合金对于其它气态杂质(例如H₂O、O₂、CO、CO₂、N₂)的能力最大化，但是同时该合金在高温下操作负面地影响合金对于氢移除的能力，且在一些情况中，合金本身可成为氢污染的来源。

因此，根据本发明的合金的对于氢的改良特性必须就提高对于H₂的总容量及非常低的氢平衡压力的双重可能意义方面作尝试和评价，当该合金在低(室)温下使用及当在高温下(100℃或更高)下使用时，存在着这些性质。就根据本发明的最感兴趣的合金而言，应考虑这两种性质。

在用于这些新的吸附材料的最感兴趣的应用中，存在太阳能收集器(特别是指为所述系统的必要部分的接收管)、照明灯、真空泵和气体净化。

在这些应用中使用吸气材料用于移除氢已为人知，但是目前已开发和使用的方案未能符合设定越来越多的严格限制和约束的连续技术发展所提出的要求。

特别地，在用于太阳能收集器的接收管的领域中，氢的存在因为增加从中心体的导热而有害，在中心体中热移除液朝向接收管的外部流动，因此而逐渐降低其效率。由于在中心体中流动的流体典型包含在高温下分解因而产生所述氢的油，所以与氢存在相关的问题特别明显。

在新一代的接收管(其使用不同材料以移除热)中，氢存在及造成性能衰退的问题特别明显。

用于氢移除的最有效的方案之一公开于以本申请人之名的专利EP0869195B中，其使用锆-钴-A合金，其中A可为至多10％且选自钇、镧和其它稀土。特别地，该合金具有下列重量百分比：Zr 808％-Co 14.2％和A 5％，由申请人以名称St售于市面上，其特别得到认同。

在用于太阳能收集器的接收管中的另一问题与内部达到的高温有关，这造成吸气材料在不利于氢吸附容量(其与操作温度成反比)的条件下操作。为此，开发一些技术措施，如专利US 6,832,608中描述的那种，其描述了将吸气材料放置在太阳能收集器内的特别方案，目的为遮蔽吸气材料以免受太阳能射线和收集器内具有最高温度的部分。

使用前述吸气合金和遮蔽方案足以符合用于太阳能收集器的接收管领域中的目前要求，但就操作温度(预见其可高于500℃)和收集器的接收管内的最高操作温度(在没有有效遮蔽方案的情况下，可接近管的操作温度)下的氢容量二者而言，无法确保与新一代接收器相关的要求。

需要有效移除氢的另一领域是在照明灯中，特别是金属卤化物放电灯，其中即使低水平的氢存在也会明显降低灯的特性；关于此降低现象的主要信息可以见于国际专利申请WO 03/029502和WO 2007/148362，其本身使用不同的吸附氢的材料。

在此特别的应用领域中，关于惯用的NEG合金，不仅材料在高温下有效吸附氢的容量特别重要，就一些灯而言，材料与其它气体物质的吸收相关的低活化温度也是重要的。事实上，希望具有能够在不高于300℃的温度下活化的材料，因为这允许吸气材料的活化过程与灯的制法的简单整合。

存在于一些类型的灯中的吸气材料的另一要求在于，其应当能够在氮存在下或在富氮的气氛中在高温下吸附氢。

能够从在高温下使用吸附氢的吸气合金受益的另一应用领域是吸气泵的应用。此类型的泵公开于许多专利中，例如US 5,324,172和US 6,149,392，二者都以本申请人之名。

能够在高温下使用泵的吸气材料提高其吸附其它气体的容量性能；特别地，以最有效的方式从泵移除的气体之一是甲烷。

从能够在高温下吸附氢的吸气材料的优点受益的另一应用领域是在半导体工业中使用的气体的净化。事实上，特别是当需要高流率(通常高于数升/分钟)时，吸气材料需要在高温下操作以具有足够容量用于移除气体污染物，例如H₂O、O₂、CH₄、CO、CO₂。显然，此条件不利于氢吸附，因此，已实施以温度梯度操作净化系统的方案。通常，将含有吸气材料的筒体的较低部分冷却或以其它方式使其在比较高部分低的温度下操作，以有利于氢吸附。此种方案描述于专利US 5,238,469中。