專利名稱：多管式太陽能收集器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能收集器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使用多根吸收器管，這些管被從反光鏡區(qū) 域來的太陽能輻射照射，并將吸收的能量轉(zhuǎn)移至該結(jié)構(gòu)使用中被該管子攜帶的熱交換流 體。本發(fā)明是在所謂緊湊的線性Fresnel反光鏡(CLFR)系統(tǒng)范圍內(nèi)開發(fā)的，以后針對這個 系統(tǒng)來說明。但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可有更廣泛的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
本發(fā)明可以與之比較的先前技術(shù)的太陽能收集器結(jié)構(gòu)一般可分為二組第一組為 有效地使用沿著不可倒置的槽式反光鏡的焦點線延伸的一根吸收器管；第二組為使用沿著 可倒置的槽式反光鏡的焦點線延伸的一根吸收器管。第一組收集器系統(tǒng)的缺點是，該吸收 器管收集只從一個反光鏡元件入射的太陽能，并需要復(fù)雜的安裝和流體連接結(jié)構(gòu)。第二組 收集器系統(tǒng)可以避免第一組的大部分缺點，但仍有缺點，即由需要多次反光，首先是從安 裝在地面上的反光鏡，然后是從可倒置的槽式反光鏡造成損失。另外，第二組(如果不是二 組的話)收集器系統(tǒng)還有一個缺點是發(fā)射率與吸收的比較高，這部分地是由于單管收集器 系統(tǒng)所需要的較大直徑的管造成的表面積與開口的比的結(jié)果引起的。另外，作為第二的問 題，第一和第二組收集器系統(tǒng)的缺點是，由于從該槽式反光鏡的內(nèi)部來的無約束的加熱空 氣的運(yùn)動造成的工作效率損失。另外，作為第三的問題，該第一和第二組的收集器系統(tǒng)使用 一根吸收器管，這些收集器系統(tǒng)不能供可變化的吸收開口使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一個收集器結(jié)構(gòu)，它放置在反光鏡區(qū)域以上的高度，并接收在該區(qū)域 內(nèi)，從反光鏡反射的太陽能輻射。收集器結(jié)構(gòu)包括一個可倒置的槽和位于槽內(nèi)的多根縱向 延伸的，使用中攜帶熱交換流體的吸收器管。該吸收器管并排地支承在該槽內(nèi)，并且每一根 吸收器管的直徑比該槽的開口小。每一根吸收器管的直徑與槽開口尺寸的比可在0.01 1.00 0.10 1.00的范 圍內(nèi)，一般大約可為0.03 1.00。利用這種結(jié)構(gòu)，多根管在極限內(nèi)可以有效地模擬平板吸 收器?！安鄣拈_口 ”和“槽開口 ”的說法應(yīng)理解為有效地確定入射的輻射可通過沖擊在吸 收器管上的槽的開口。上述的多個收集器結(jié)構(gòu)可以共線地連接在一起，形成一排結(jié)構(gòu)。在這種情況下，每 一根吸收器管可作為管路的單一長度或管路的聯(lián)合長度，沿著全排延伸。該吸收器管可以由金屬管構(gòu)成，并且如果需要的話，每一根管可以至少在其表面的一部分，用太陽能吸收涂層涂布。在另一個結(jié)構(gòu)中，每一根吸收器管可以包括用選擇性的太陽能表面涂層涂布的玻璃或金屬管狀零件，和一個周圍的玻璃管狀零件，二個管狀零件 之間的空間抽真空。倒置的槽可(不是必需)以隔開的關(guān)系放置在縱向延伸的頂蓋下面。在這種情況 下，可將絕熱材料放置在該槽和頂蓋之間的空間中。可以使用對太陽能輻射基本上透明的窗口，以關(guān)閉該槽(的開口)，這樣，可在該 槽內(nèi)形成一個熱限制腔。該窗口可由例如玻璃一類的剛性材料制成，或者由與該槽的邊緣 側(cè)壁部分連接的柔性的塑料片材制成。在后一種情況下，可將該腔加壓至在離開吸收器管 的方向上，足以將該窗口吹脹的程度。在該收集器結(jié)構(gòu)使用中，熱交換流體可以控制，以平行的單方向流的方式流過多 根吸收器管。另一種方案為，可以提供一種有選擇地改變熱交換流體通入和通過多根吸收 器管的通道，從而可以在使用時有效地改變收集器結(jié)構(gòu)的吸收開口的裝置。從下面對太陽能收集器結(jié)構(gòu)的一個示例性實施例的說明中，可以更充分地了解本 發(fā)明。現(xiàn)在利用例子，參照附圖進(jìn)行說明。


圖1表示CLFR系統(tǒng)的一個大的示意圖，該系統(tǒng)包括安裝在地面上，排列成多排的 反光鏡的區(qū)域和由多排對準(zhǔn)的收集器結(jié)構(gòu)構(gòu)成的收集器系統(tǒng)；圖2示意地表示在CLFR系統(tǒng)內(nèi)，從4個反光鏡至二個收集器系統(tǒng)的太陽能輻射反 射；圖3表示反光鏡區(qū)域的一部分和靠近該區(qū)域的一個邊緣放置的一個收集器結(jié)構(gòu) 的俯瞰圖；圖4表示圖3所示形式的收集器結(jié)構(gòu)的終端末端的透視圖(從上看)；圖5為圖4所示收集器結(jié)構(gòu)的截面末端視圖；圖6表示圖5中的圓A包圍的收集器結(jié)構(gòu)的一部分；圖7表示圖5中圓B包圍的收集器結(jié)構(gòu)的一部分；圖8示意性地表示包括一排四個互相連接的收集器結(jié)構(gòu)的收集器系統(tǒng)的流體流 動控制結(jié)構(gòu)；和圖9A，9B和9C表示提供不同的有效的吸收開口的另一種流體分路結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式如圖1 3所示，CLFR系統(tǒng)包括安裝在地面一個反光鏡10的區(qū)域，該反光鏡10 排列成多排11，并還包括平行的收集器系統(tǒng)12。每一個平行收集器系統(tǒng)12由對準(zhǔn)的收集 器結(jié)構(gòu)13構(gòu)成。一個完整的CLFR系統(tǒng)可以占據(jù)5X IOm2 25X 106m2內(nèi)的地面面積。圖1 所示的系統(tǒng)可以看成是只是一個較大的CLFR系統(tǒng)的一部分。反光鏡10可以為本申請人2004年7月1日提出的正在審查中的國際專利申請 PCT/AU 2004/000883和PCT/AU 2004/000884號中所述的形式。這里引入這些專利申請的
說明供參考。如示意性地所示和圖2中的例子那樣，反光鏡10作為多個排或單個地可以集中地或分區(qū)域地被驅(qū)動，以跟蹤太陽的運(yùn)動(相對于地球)，并且反光鏡的排列方向可將入射的 輻射反射至相應(yīng)的收集器系統(tǒng)12。另外，當(dāng)需要時，一些或全部的反光鏡10可以被驅(qū)動重 新定向，以便將反射的輻射方向從一個收集器系統(tǒng)12改變至另一個。在圖1所示的系統(tǒng)中，一般每一個收集器系統(tǒng)12從12排反光鏡10接收反射的輻 射。這樣，雖然(如圖2所示)，任何一個接收收集器系統(tǒng)所相關(guān)的反光排不是必需放置在 直接靠近接收收集器系統(tǒng)的地方，每一個收集器系統(tǒng)12從收集器系統(tǒng)一側(cè)的6個排，并從 另一側(cè)的6個排接收反射的輻射。反光鏡10，因而也是每一個收集器系統(tǒng)12的每一個排11 一般的總長度為300m， 平行的收集器系統(tǒng)12 —般彼此隔開30 35m。收集器系統(tǒng)12由支柱14支承在大約Ilm 的高度上，該支柱14由固定在地面的拉線15固定，然而也可使用其他類似的支承結(jié)構(gòu)。如上所述，每一個收集器系統(tǒng)12包括多個共線地連接在一起，形成一排結(jié)構(gòu)的收 集器結(jié)構(gòu)13。一般，每一個收集器結(jié)構(gòu)的長度量級大約為12m，總寬度量級大約為1.04m。每一個收集器結(jié)構(gòu)13包括一個倒置的槽16，一般該槽由不銹鋼片材制成，并且從 圖5中可看出，具有縱向延伸的通道部分17和擴(kuò)張的側(cè)壁18。在側(cè)壁18的邊緣上作出該 倒置的槽的開口。該槽16由側(cè)軌道19和橫向的跨接件20支承并具有結(jié)構(gòu)整體性。該槽 安裝有被拱形結(jié)構(gòu)件22支承的有波紋的鋼頂蓋21。該槽16和頂蓋21之間的空隙用絕熱材料23，一般為玻璃棉材料充滿，但希望用反 光金屬層包覆的絕熱材料充滿。該絕熱材料和反光金屬層的作用為禁止從該槽內(nèi)向上的熱 傳導(dǎo)和輻射。為了使該槽的側(cè)壁18互相連接，設(shè)置一個縱向延伸的窗口 24。該窗口由對太陽能 輻射基本上透明的片材制成，并且其作用為在該槽內(nèi)形成一個封閉的(保持熱)的縱向延 伸的腔25。該窗口 24也可由玻璃制成但希望用厚度約為60X10_6m的透明的耐熱塑料制成。 如圖7所示，該窗口的側(cè)邊緣可以焊接在鋼絲或其他耐熱的繩索芯子26上，并且該窗口可 通過可滑動地將有芯子的側(cè)邊緣放置在有槽的側(cè)面連接器27中，而固定在規(guī)定位置上。圖4表示一個收集器結(jié)構(gòu)13，它可放置在收集器結(jié)構(gòu)的一排12的終端末端上，并 且?guī)в锌砂惭b一個電機(jī)驅(qū)動的鼓風(fēng)機(jī)29的末端壁28。該鼓風(fēng)機(jī)用于在腔25內(nèi)維持正的空 氣壓力(相對于周圍大氣壓力)，并且在該倒置的槽16內(nèi)，在離開吸收器管30的方向上吹 脹該窗口。在所示的收集器結(jié)構(gòu)中，提供了 16根在縱向延伸的不銹鋼的吸收器管30，用于攜 帶熱交換流體(一般為水，或在吸收熱后為水_蒸汽或蒸汽)。然而，如果每一根吸收器管 的直徑相對于該槽的側(cè)壁19之間的槽開口的尺寸小，則吸收器管的實際數(shù)目可以改變，以 適應(yīng)具體系統(tǒng)的要求。另外，該收集器系統(tǒng)一般在該槽內(nèi)具有10 30根并排支承的吸收 器管30。吸收器管直徑與槽開口尺寸的實際比可以變化，以滿足系統(tǒng)的要求，但為了表示 該比值的大小量級，一般可在0.01 1.00 0.10 1.00范圍內(nèi)。每一根吸收器管30的 外徑可為33mm，而開口尺寸為1100mm，因此吸收器管直徑與開口尺寸的比為0.03 1.00。如上所述，與集中槽的單管式收集器比較，采用上述結(jié)構(gòu)，多根吸收器管30在其 極限范圍內(nèi)有效地模擬平板吸收器。由于減少了從吸收器管上部，沒有照射的圓周部分的熱發(fā)射，可以提高工作效率。另外，通過將吸收器管以上述方式放置在倒置的槽中，只有每 一根吸收器管的下側(cè)部分被入射的輻射照射，這可以在水上面帶有蒸汽的吸收器管中進(jìn)行 有效的吸熱。如圖6所示，吸收器管30被在倒置的槽的通路部分17的側(cè)壁32之間垂直延伸的 多個平行支承管31自由地支承；而該支承管31被插頭33支承作回轉(zhuǎn)運(yùn)動。這種結(jié)構(gòu)可適 應(yīng)吸收器管的膨脹和單根管的相對膨脹。圓盤形的隔板34裝在支承管31上，用于保持吸 收器管30互相隔開。每一根吸收器管30沿著其長度和在其暴露在入射太陽能輻射中的圓周(下面) 部分周圍用吸收太陽能的涂層涂布。該涂層可以包括在周圍空氣中的高溫條件下保持穩(wěn)定 的太陽能選擇性表面涂層，或者可以包括在高溫條件下，在空氣中穩(wěn)定的黑色油漆。圖8示意性地表示流動控制裝置，它可控制熱交換流體流入和流過收集器系統(tǒng)的 成一行的4個收集器結(jié)構(gòu)13。如圖所示，每一根流體管路30A，B，C和D都是如圖5所示的 4根吸收器管30的代表。在圖8所示的控制的條件下，流入的熱交換流體首先被引導(dǎo)沿著向前的管路30A， 沿著返回管路30B，沿著向前管路30C和最后沿著和離開返回管路30D。這造成流體可在低 溫下通過沿著倒置的槽的邊緣放置的管子，和接著，當(dāng)輻射集中在倒置的槽的中心區(qū)域上 時，減少發(fā)射。設(shè)置一個電氣驅(qū)動的控制裝置35，以便可以有選擇地控制熱交換流體的分路?？梢越⒘硗獾牧黧w流動條件，以滿足負(fù)載需求和/或普通的周圍條件，并且通 過關(guān)閉選擇的吸收器管可以有效地準(zhǔn)備開口可變的收集器結(jié)構(gòu)。因此，通過用圖9A 9C 所示的另外方式控制熱交換流體的分路，可以改變每一個收集器結(jié)構(gòu)，因而也是完整的收 集器系統(tǒng)的有效的吸收開口。應(yīng)當(dāng)理解，參照附圖所述的本發(fā)明的實施例只是本發(fā)明的 一個可能形式的一個例 子。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可對所述的本發(fā)明的實施例作改變和改造。
權(quán)利要求
一種收集器結(jié)構(gòu)，它放置在反光鏡區(qū)域以上的高度上，并接收從該區(qū)域內(nèi)的反光鏡反射的太陽能輻射，該收集器結(jié)構(gòu)包括倒置的槽和閉合窗，和位于該槽內(nèi)、多根縱向延伸的吸收器管，所述吸收器管攜帶熱交換流體，所述吸收器管并排地支承在該槽內(nèi)，并且，每一根吸收器管的直徑比該槽的開口小，通過該開口照射所述吸收器管，其中所述吸收器管配置地讓處于低溫的熱交換流體被引導(dǎo)通過沿著所述倒置的槽的邊緣放置的所述吸收器管。
2.一種收集器結(jié)構(gòu)，它放置在反光鏡區(qū)域以上的高度上，并接收從該區(qū)域內(nèi)的反光鏡 反射的太陽能輻射，該收集器結(jié)構(gòu)包括倒置的槽，和位于該槽內(nèi)、多根縱向延伸的吸收器 管，所述吸收器管在使用中攜帶熱交換流體，所述吸收器管并排地支承在該槽內(nèi)，并且，每 一根吸收器管的直徑比該槽的開口小。
3.如權(quán)利要求1或2所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，每一根吸收器管的直徑與槽開口尺 寸的比大約為0.01 1.00到0.10 1.00。
4.如權(quán)利要求1或2所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，每一根吸收器管的直徑與槽開口尺 寸的比大約為0.03 1.00。
5.如權(quán)利要求1 4所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，有大約10 30根數(shù)量級的吸收器 管并排地支承在該槽內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1 4中任何一項所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，有16根吸收器管并排 地支承在該槽內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1 6中任何一項所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，每一根吸收器管由金屬 管制成。
8.如權(quán)利要求1 7中任何一項所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，每一根吸收器管至少在 其表面的一部分上用吸收太陽能的材料涂層涂布。
9.如權(quán)利要求1 8中任何一項所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，吸收器管被與吸收器管 垂直延伸的多個回轉(zhuǎn)支承件自由地支承。
10.如前述權(quán)利要求任何一項所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，包括縱向延伸的頂蓋，該 倒置的槽以隔開的關(guān)系放置在頂蓋下面。
11.如權(quán)利要求10所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，在該倒置的槽和頂蓋之間的空間中 放置絕熱材料。
12.如前述權(quán)利要求任何一項所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，基本上對太陽能輻射透明 的窗口延伸過該倒置的槽的開口，從而封閉該槽，在該槽內(nèi)形成限熱腔。
13.如權(quán)利要求12所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，該窗口由柔性的塑料片材制成，該片 材與該槽的邊緣側(cè)壁部分連接。
14.如權(quán)利要求13所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，提供了給該腔加壓并由此在離開吸 收器管的方向吹脹該窗口的裝置。
15.如前述權(quán)利要求任何一項所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，設(shè)置了在使用中控制熱交 換流體以平行的線性流方式通過多根吸收器管流動的裝置。
16.如前述權(quán)利要求任何一項所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，它包括有選擇地改變流入 和通過多根吸收器管的熱交換流體分路，因而在使用中可以有效地改變收集器結(jié)構(gòu)的吸收 開口的裝置。
17.一種收集器系統(tǒng)，它包括如上述權(quán)利要求任何一項所述的多個收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，所述收集器結(jié)構(gòu)共線地連接在一起，形成一排結(jié)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求17所述的收集器系統(tǒng)，其特征為，每一根吸收器管，作為一個單一長度 的管路沿著全排延伸。
19.如權(quán)利要求1 4中任何一項所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，所述槽被由拱形結(jié)構(gòu) 件支撐的波紋頂蓋覆蓋。
20.如權(quán)利要求1 4中任何一項所述的收集器結(jié)構(gòu)，其特征為，所述槽被由拱形結(jié)構(gòu) 件支撐的頂蓋覆蓋。
21.一種線性菲涅耳反光鏡系統(tǒng)，包括安裝在地面上的成排陣列的反光鏡區(qū)域以及如 權(quán)利要求1 20中任一項所述的收集器結(jié)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求21所述的線性菲涅耳反光鏡系統(tǒng)，其特征為，所述反光鏡布置在所述 收集器的任一側(cè)，將太陽能聚焦在所述收集器上。
23.如權(quán)利要求22所述的線性菲涅耳反光鏡系統(tǒng)，其特征為，所述反光鏡配置成 在所 述倒置的槽的中部區(qū)域集中太陽能輻射。
全文摘要
一種收集器結(jié)構(gòu)，它放置在反光鏡區(qū)域以上的高度上，并接收從該區(qū)域內(nèi)的反光鏡反射的太陽能輻射，該收集器結(jié)構(gòu)包括倒置的槽和閉合窗，和位于該槽內(nèi)、多根縱向延伸的吸收器管，所述吸收器管攜帶熱交換流體，所述吸收器管并排地支承在該槽內(nèi)，并且，每一根吸收器管的直徑比該槽的開口小，通過該開口照射所述吸收器管，其中所述吸收器管配置地讓處于低溫的熱交換流體被引導(dǎo)通過沿著所述倒置的槽的邊緣放置的所述吸收器管。
文檔編號F24J2/24GK101839563SQ200910224940
公開日2010年9月22日 申請日期2005年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月17日
發(fā)明者彼得·勒利弗 申請人:澳斯拉有限公司