專利名稱：太陽(yáng)能傳遞及存儲(chǔ)設(shè)備的制作方法
太陽(yáng)能傳遞及存儲(chǔ)設(shè)備本發(fā)明涉及采集并傳遞太陽(yáng)能的設(shè)備和方法，特別但并不完全地涉及利用作為能源的太陽(yáng)輻射以及氣相傳熱介質(zhì)的發(fā)電設(shè)備，從而熱能可被存儲(chǔ)且可從用于發(fā)電的設(shè)備中提取。電力形式的動(dòng)力供應(yīng)或能量供應(yīng)通常需要能源，能源隨后可轉(zhuǎn)換為電力和/或作為電力被供應(yīng)。通常，礦石燃料被用作能源來驅(qū)動(dòng)用于發(fā)電的渦輪機(jī)。由于天然資源的減少以及面對(duì)氣候變化，對(duì)用于發(fā)電的可再生能源進(jìn)行了研究。具體地，太陽(yáng)能作為傳統(tǒng)的礦石燃料的替代能源受到了適度的關(guān)注。太陽(yáng)能采集裝置得到了良好的建立并可根據(jù)兩種類型進(jìn)行分類。非聚光采集器直接接收太陽(yáng)輻射，例如平行射線的輻射。通常，這樣的裝置包括可能被加熱且傳遞及存儲(chǔ)太陽(yáng)輻射的太陽(yáng)能電池板或光伏電池陣列。太陽(yáng)能采集器的另一類型被稱為聚光型，其使用透鏡或反射鏡組件將輻射反射或折射，從而將射線匯聚在作為更集中的太陽(yáng)能覆蓋區(qū)的目標(biāo)體上。W02009/147651公開了用于匯聚太陽(yáng)射線的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，該太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)用于使用氣體循環(huán)或蒸汽循環(huán)和渦輪機(jī)來發(fā)電的熱力循環(huán)中。太陽(yáng)射線匯聚系統(tǒng)包括用于將輻射朝向適合的吸收體和堆積體反射的多個(gè)聚光鏡。US2009/0308072公開了使用由太陽(yáng)輻射加熱的工作流體的改進(jìn)的布雷頓循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)(Brayton cycle engine)。具體地，存儲(chǔ)單元內(nèi)的金屬氫化物材料被加熱，從氫化物材料中得出的氫以可控的速率與材料重新化合進(jìn)行放熱反應(yīng)以加熱可壓縮的布雷頓工作流體用于隨后驅(qū)動(dòng)與發(fā)電機(jī)耦接的渦輪機(jī)。W02010/019990公開了太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。該發(fā)電系統(tǒng)包括封閉的工作流體，其具有過熱器、渦輪機(jī)、冷凝器、再冷卻器、接收器和泵。工作流體被分為第一平行流和第二平行流。太陽(yáng)能采集系統(tǒng)通過熱交換器將第一流和第二流形式的工作流體加熱。然后，第一流體流和第二流體流匯合、加熱至過熱并傳遞至渦輪機(jī)。W02010/021706公開了通過可再生的地?zé)帷L(fēng)能以及太陽(yáng)能源運(yùn)行的基于蒸汽的動(dòng)力裝置。風(fēng)能或太陽(yáng)能被轉(zhuǎn)換為電解單元中的氫。然后，生成的氫被提供到用于向渦輪機(jī)和發(fā)電器供應(yīng)熱能的鍋爐。W02009/129166公開了包括蒸汽發(fā)電機(jī)和渦輪機(jī)的太陽(yáng)能熱電裝置。使用太陽(yáng)能將水轉(zhuǎn)換為蒸汽。然后，過熱器將來自蒸發(fā)器的蒸汽加熱，從而提供要供應(yīng)至渦輪機(jī)的過熱蒸汽。然而，通過太陽(yáng)能的發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行來捕集太陽(yáng)能并將太陽(yáng)能用于發(fā)電的傳統(tǒng)的基于太陽(yáng)能的發(fā)電系統(tǒng)具有許多缺點(diǎn)，特別包括運(yùn)行效率差。另外，傳統(tǒng)的系統(tǒng)還主要由于沒有足夠的容量來存儲(chǔ)捕集到的太陽(yáng)能而受限。通常，傳統(tǒng)系統(tǒng)的使用限制在炎熱氣候下， 并且不斷需要將受限的能量?jī)?chǔ)存裝置再充電，這樣會(huì)導(dǎo)致在差的或惡劣的天氣條件下難以獲得動(dòng)力或電力。此外，傳統(tǒng)的系統(tǒng)在熱載體被限制在固有的限制運(yùn)行輸出溫度時(shí)，采用液相或非氣相工作流體?？梢庾R(shí)到，發(fā)電時(shí)使用許多不同類型的具有不同效率的渦輪機(jī)。水基超臨界工作流體渦輪機(jī)常被認(rèn)為是最有效的，其迫使工作流體的溫度保持在約400°C，并能夠達(dá)到 700"C。因此，需要可解決上述問題的更好的利用可再生能源發(fā)電的設(shè)備及方法。因此，發(fā)明人提供了基于太陽(yáng)能的發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)將太陽(yáng)能有效地轉(zhuǎn)換為便于存儲(chǔ)且隨后被轉(zhuǎn)換為電能的熱能。該系統(tǒng)包括透鏡或反射鏡陣列來利用太陽(yáng)能并將太陽(yáng)能匯聚在氣相工作流體循環(huán)中的目標(biāo)體上，氣相工作流體循環(huán)可耦接至熱能存儲(chǔ)裝置。合適的熱交換器和渦輪機(jī)布置為耦接至流體循環(huán)和/或蓄熱裝置以在太陽(yáng)能采集周期中以及可選地在太陽(yáng)能采集周期之間按需提供電力供應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供了太陽(yáng)能采集設(shè)備，包括多個(gè)透鏡和/或反射鏡，用于接收并匯聚太陽(yáng)輻射；多個(gè)目標(biāo)體，分別接收從每個(gè)透鏡和/或反射鏡匯聚的太陽(yáng)輻射； 管道網(wǎng)絡(luò)，包含氣相工作流體并允許流體流動(dòng)地接觸目標(biāo)體，使得工作流體被目標(biāo)體加熱。優(yōu)選地，該設(shè)備還包括蓄熱裝置，蓄熱裝置通過管道網(wǎng)絡(luò)與目標(biāo)體流體連通地連接以接收加熱的工作流體，蓄熱裝置包括用于存儲(chǔ)從工作流體接收的熱能的蓄熱材料。優(yōu)選地，目標(biāo)體包括圍繞管道網(wǎng)絡(luò)的一部分定位的絕熱護(hù)套。優(yōu)選地，每個(gè)目標(biāo)體包括傳熱體，隨著工作流體流過目標(biāo)體，傳熱體定位在工作流體的流徑中。優(yōu)選地，傳熱體包括多個(gè)金屬板或散熱片。優(yōu)選地，護(hù)套包括玻璃窗口，從透鏡或反射鏡接收的匯聚的太陽(yáng)輻射可通過玻璃窗口進(jìn)入目標(biāo)體。可替換地，護(hù)套包括孔，從透鏡或反射鏡接收的匯聚的太陽(yáng)輻射可通過孔進(jìn)入目標(biāo)體。優(yōu)選地，設(shè)備還包括移動(dòng)透鏡或反射鏡來追蹤太陽(yáng)位置的裝置。更優(yōu)選地，設(shè)備還包括自動(dòng)移動(dòng)透鏡或反射鏡來追蹤太陽(yáng)移動(dòng)的裝置。優(yōu)選地，透鏡包括菲涅爾透鏡。優(yōu)選地，管道網(wǎng)絡(luò)包括陶瓷基管件和/或黏土基管件。優(yōu)選地，蓄熱材料包括礦石基材料，礦石基材料可為至少一種類型的巖石，例如開采的石料或玄武巖。優(yōu)選地，礦石基材料構(gòu)造為由氣體流道形成蓄熱器中的迷宮部的壁。可選地，設(shè)備還包括耦接至管道網(wǎng)絡(luò)的至少一個(gè)氣流泵和/或風(fēng)機(jī)單元，氣流泵和/或風(fēng)機(jī)單元配置為驅(qū)動(dòng)或促進(jìn)工作流圍繞管道網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)地接觸目標(biāo)體、熱交換器和/ 或蓄熱裝置?？蛇x地，設(shè)備還包括定位在管道網(wǎng)絡(luò)處的多個(gè)閥以控制圍繞管道網(wǎng)絡(luò)的工作流體的流動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面提供了用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備，包括如本文所述的太陽(yáng)能采集設(shè)備；熱交換器，與管道網(wǎng)絡(luò)和/或蓄熱裝置流體連通地連接，以接收加熱的工作流體并將接收的熱能傳遞；渦輪機(jī)，耦接至熱交換器；以及發(fā)電機(jī)，耦接至渦輪機(jī)以生成電力。優(yōu)選地，熱交換器的工作流體為水和蒸汽，特別包括超臨界水。特別地，采集設(shè)備的管道網(wǎng)絡(luò)中的氣相工作流體能夠被加熱至400°C以上的高溫，特別地可達(dá)到約700°C， 700°C被認(rèn)為是渦輪機(jī)的最大可運(yùn)行溫度。優(yōu)選地，該采集設(shè)備的工作流體為空氣，特別地為包括地面空氣成分的大氣。根據(jù)本發(fā)明的第三方面提供了采集太陽(yáng)能的方法，包括使用多個(gè)透鏡和/或反射鏡接收并匯聚太陽(yáng)輻射；從位于目標(biāo)體處的每個(gè)透鏡和/或反射鏡接收匯聚的太陽(yáng)能； 使用管道網(wǎng)絡(luò)允許氣相工作流體流動(dòng)地接觸目標(biāo)體從而加熱工作流體。優(yōu)選地，該方法還包括將通過工作流體獲取的熱能存儲(chǔ)在蓄熱裝置中，蓄熱裝置
5與目標(biāo)體流體連通地連接，蓄熱裝置包括蓄熱材料。根據(jù)本發(fā)明的第四方面提供了將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的方法，包括如本文所述地采集太陽(yáng)能；將加熱的工作流體從管道網(wǎng)絡(luò)和/或蓄熱裝置傳遞至熱交換器；使用熱交換器的工作流體將渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，熱交換器的工作流體已由管道網(wǎng)絡(luò)和/或來自蓄熱裝置的熱能加熱；通過耦接至渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)發(fā)電。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式提供了蓄熱器，包括外殼，具有配置為熱隔絕的外壁，外壁限定出內(nèi)腔；多個(gè)內(nèi)壁，在腔中延伸，內(nèi)壁包括石料；其中，石料壁布置為與行之間創(chuàng)建的流道成行，熱交換介質(zhì)能夠穿過行流動(dòng)；用于熱交換介質(zhì)的入口朝向每個(gè)流道的每個(gè)端部定位；位于外殼的出口允許熱交換介質(zhì)排出內(nèi)腔；其中，熱交換介質(zhì)通過入口被供應(yīng)至腔，并流過通道從而滲透與石料接觸的壁，通過出口排出腔來將熱能傳遞至腔中的石料?？蛇x地，將太陽(yáng)輻射引導(dǎo)至目標(biāo)體的裝置包括至少一個(gè)反射鏡，特別地包括槽鏡、 拋物面反射鏡、圓鏡或矩形鏡。優(yōu)選地，該設(shè)備包括與每個(gè)透鏡和/或反射鏡和/或目標(biāo)體連接的機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置， 以將透鏡、反射鏡和/或目標(biāo)體的相對(duì)位置改變。特別地，目標(biāo)體可配置為橫向轉(zhuǎn)動(dòng)(從東向西)。另外，透鏡或反射鏡可配置為圍繞兩個(gè)軸(從東向西以及從北向南)機(jī)械地樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而全年且全天地追蹤太陽(yáng)的位置來將太陽(yáng)輻射持續(xù)地匯聚在目標(biāo)體上。優(yōu)選地，該設(shè)備包括多個(gè)工作流體管道，其形成為循環(huán)回路并與單個(gè)蓄熱器或多個(gè)蓄熱器連接。每個(gè)循環(huán)回路可包括多個(gè)目標(biāo)體室，用于接收太陽(yáng)輻射并將流過管道的流體加熱。每個(gè)循環(huán)回路可包括相同或不同的透鏡和/或反射鏡布置。優(yōu)選地，熱交換器為對(duì)流式熱交換器，其中水從輸入口流至熱交換器的輸出口并以與從蓄熱器向熱交換器供應(yīng)熱空氣相反的方向被轉(zhuǎn)換為蒸汽。優(yōu)選地，熱交換器和渦輪機(jī)配置為使用超臨界水運(yùn)行，超臨界水由通過目標(biāo)體加熱的氣相工作流體依次直接加熱，目標(biāo)體依次由太陽(yáng)輻射加熱。本發(fā)明可包括可直接耦接至管道網(wǎng)絡(luò)或如果采集設(shè)備包括合適的蓄熱器則耦接至蓄熱器的多個(gè)熱交換器渦輪機(jī)系統(tǒng)。如果本發(fā)明不包括工作流體網(wǎng)絡(luò)中的蓄熱器，則熱交換器可耦接至傳統(tǒng)的礦物燃料源且由礦物燃料源加熱，從而在陽(yáng)光不足的情況下持續(xù)地按需提供能量?，F(xiàn)在，將參照附圖僅通過示例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行描述，在附圖中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的太陽(yáng)能采集及存儲(chǔ)設(shè)備的示意圖，其中，太陽(yáng)能采集和存儲(chǔ)設(shè)備與熱交換器、渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)耦接；圖2為圖1所示的蓄熱器的一部分的側(cè)剖視圖；圖3為圖2所示的蓄熱器的俯視剖視圖；圖4為圖3所示的蓄熱器的一部分的俯視剖視圖；圖5為由支承柱分隔的一段蓄熱器內(nèi)壁的側(cè)向正視圖；圖6為由支承盤堆分隔的一段蓄熱器內(nèi)壁的側(cè)向正視圖；圖7為圖3所示的蓄熱器的示意性側(cè)向正視圖；圖8A示意性地示出圖2所示的蓄熱器的俯視圖，該蓄熱器與多個(gè)太陽(yáng)能目標(biāo)體流體連通地耦接；圖8B為穿過圖8A中的A-A的截面；
圖8C為穿過圖8B中的B-B的截面；圖9A示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的、具有接收太陽(yáng)輻射的窗口的目標(biāo)體室以及封裝在目標(biāo)體室內(nèi)的輻射傳遞板；圖9B為穿過圖9A中的C-C的截面；圖IOA為根據(jù)另一實(shí)施方式的包括目標(biāo)體室護(hù)套中的孔的目標(biāo)體室剖視圖的進(jìn)一步的示意圖；圖IOB為穿過圖IOA中的D-D的截面；圖11為太陽(yáng)輻射目標(biāo)體的另一具體實(shí)施方式
的剖視正視圖，太陽(yáng)輻射目標(biāo)體從透鏡接收太陽(yáng)輻射；圖12示意性地示出通過管道網(wǎng)絡(luò)與蓄熱器流體連通地耦接的透鏡陣列和相關(guān)的目標(biāo)體，管道網(wǎng)絡(luò)能夠傳遞氣相工作流體；圖13示出另一實(shí)施方式，其中，由反射鏡替代透鏡或作為透鏡的補(bǔ)充將太陽(yáng)輻射匯聚到目標(biāo)體上；圖14示意性地示出另一實(shí)施方式，包括用于將太陽(yáng)輻射直接匯聚到管道網(wǎng)絡(luò)的管件上的布置在管道網(wǎng)絡(luò)下方的槽鏡；圖15示意性地示出圖2所示的蓄熱器的與熱交換器耦接的一部分的剖視圖；以及圖16為圖15所示的熱交換器的進(jìn)一步的示意圖。參照?qǐng)D1，太陽(yáng)能采集及存儲(chǔ)設(shè)備包括多個(gè)透鏡100，用于將太陽(yáng)輻射108朝向多個(gè)相應(yīng)的目標(biāo)體101匯聚。每個(gè)目標(biāo)體101通過形成為管件的管道網(wǎng)絡(luò)103流體連通地耦接至蓄熱器102。管件103能夠承受600°C的特別高溫，并包括為陶瓷基材料或黏土基材料的合適材料。能量采集及存儲(chǔ)設(shè)備與熱交換器113、渦輪機(jī)114以及發(fā)電機(jī)115耦接，以提供用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備。每個(gè)目標(biāo)體101包括環(huán)繞的護(hù)套116，護(hù)套116熱隔離出管道網(wǎng)絡(luò)103的相對(duì)小的區(qū)域。窗口 122設(shè)置在護(hù)套116的區(qū)域處，并由合適的玻璃或其它低吸收材料形成，允許傳遞由每個(gè)透鏡100接收的匯聚的太陽(yáng)射線108，透鏡100配置為將太陽(yáng)輻射107從太陽(yáng)引導(dǎo)至每個(gè)目標(biāo)體101上。特別地，窗口 122配置為阻止或防止由加熱的目標(biāo)體(其接收相對(duì)較短波的太陽(yáng)輻射)產(chǎn)生的長(zhǎng)波輻射形式的太陽(yáng)輻射的再發(fā)射。蓄熱器102位于目標(biāo)體101的下游。蓄熱器102包括多個(gè)內(nèi)壁104，多個(gè)內(nèi)壁104 由配置為承受600°C高溫的合適的蓄熱材料(如巖石、石料或人工材料/合成材料)構(gòu)成。 壁104由流體流道117分隔，從而形成蓄熱器102主體內(nèi)的由壁圍成的迷宮結(jié)構(gòu)。蓄熱器 102位于熱交換器113上游并與熱交換器113流體連通，熱交換器113依次與渦輪機(jī)114和發(fā)電機(jī)115流體連通。在使用時(shí)，太陽(yáng)輻射107由透鏡100匯聚并穿過每個(gè)窗口 122朝向目標(biāo)體101匯聚，從而將流過管道網(wǎng)絡(luò)103的氣相工作流體105加熱。工作流體流106從目標(biāo)體101穿過合適的控制閥109流入蓄熱器110。然后，加熱的工作流體流111穿過礦石壁104，從而將熱量傳遞至蓄熱器102。然后，冷卻空氣120通過合適的控制閥109回流至管道網(wǎng)絡(luò)103。當(dāng)需要發(fā)電時(shí)，存儲(chǔ)器102內(nèi)的熱量由工作流體的流118提取，工作流體的流118 由位于熱交換器113與蓄熱器102之間的合適的泵或風(fēng)機(jī)112控制。然后，熱量通過熱交換器113從工作流體118傳遞至驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)114，渦輪機(jī)114將熱能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)能，轉(zhuǎn)動(dòng)能再通過發(fā)電機(jī)115被依次轉(zhuǎn)換為電能。然后，低溫的工作流體流119通過控制泵或風(fēng)機(jī)112 回流至蓄熱器102和/或管道網(wǎng)絡(luò)103，從而在目標(biāo)體區(qū)域101處被重新加熱。參照?qǐng)D2，每個(gè)基本垂直的石壁104可由兩種不同類型的材料構(gòu)成，從而將每個(gè)壁從垂直平面的中心分開來限定高溫側(cè)208和低溫側(cè)209。高溫側(cè)208包括玄武巖而低溫側(cè) 209可由非特異性巖石207形成。合適的絕熱材料200包住迷宮部的石壁104，絕熱材料200具有本領(lǐng)域技術(shù)人員可意識(shí)到的適當(dāng)厚度。絕熱材料200可包括巖棉或玻璃纖維。絕熱材料200還設(shè)置在工作流體流道117 的底部，以將蓄熱器102與下方的地面210隔絕。參照?qǐng)D2和圖3，為了給巖石迷宮部104提供結(jié)構(gòu)性支撐，鋼支承柱206布置為圍繞最外側(cè)壁104的外周。最外側(cè)壁還由合適的框籠300支撐。最外側(cè)的熱絕緣材料200環(huán)繞鋼支承柱206，并且熱絕緣材料200自身包含在內(nèi)鋼網(wǎng)301與外鋼網(wǎng)301之間。在使用時(shí)，加熱的氣態(tài)工作流體通過管件103流入蓄熱器102，并且流入在巖石壁 104之間延伸的流體流道117。然后，加熱的氣體滲透穿過石壁的熱的一側(cè)208，從而將熱能傳遞至礦石。加熱的氣體繼續(xù)滲透穿過第二側(cè)209進(jìn)入相鄰的流道117，隨后通過再循環(huán) 120進(jìn)入管道網(wǎng)絡(luò)103，從而在目標(biāo)體101處重新加熱以繼續(xù)循環(huán)。蓄熱器102內(nèi)的氣流管道可與管件103相同或由與管件103不同的材料組成。合適的孔和/或分流器205設(shè)置在管件204內(nèi)以將氣流202引導(dǎo)至的迷宮的流道117，并最終經(jīng)過流動(dòng)203通過石壁104。參照?qǐng)D4，迷宮部的石壁104通過中間支撐支柱400支撐在蓄熱器102內(nèi)，中間支撐支柱400配置為將限定氣流流道117的壁104的相對(duì)面之間的間隙連接。支撐支柱400 彼此分開一定距離，該距離對(duì)應(yīng)于壁104的每個(gè)獨(dú)立巖石207的約一半直徑。圖5示出圖4所示的支撐支柱400的側(cè)向正視圖，支撐支柱400布置在相對(duì)的壁 104的巖石207之間。圖6示出另一實(shí)施方式，其中，由在流道117中彼此堆疊的一列盤600 將壁104之間支撐。每個(gè)盤可通過機(jī)械緊固件緊固至其相鄰的盤，機(jī)械緊固件與盤構(gòu)成一體或不構(gòu)成一體，包括預(yù)成型的夾具或砂漿基材料或水泥基材料。類似地，每個(gè)盤可通過砂漿基材料或水泥基材料緊固至相對(duì)的壁104。根據(jù)具體的實(shí)施方式，支撐支柱400、600由陶瓷基材料或黏土基材料形成。參照?qǐng)D7，由支柱或卷纜柱對(duì)蓄熱器102進(jìn)行側(cè)向支撐，支柱或卷纜柱附接至每個(gè)最外側(cè)鋼支承柱206的最上方區(qū)域以及地平面210處的合適的固定位置702。橫桿或橫纜701在相鄰的鋼支承柱206之間延伸以為蓄熱器102提供剛性支撐框架。根據(jù)具體的實(shí)施方式，蓄熱器102的直徑可為13m，高可為約9m，并且包含約1000噸的
巖石O參照?qǐng)D8A至圖8C，管件103通過合適的絕熱材料將其整個(gè)外周絕熱，絕熱材料可選地為適當(dāng)厚度的巖棉或玻璃纖維。類似地，蓄熱器102內(nèi)的管件204也通過與上述絕熱材料相同或不同的絕熱材料800絕熱。因此，工作流體的熱損失被降至最低，從而提高了采集和存儲(chǔ)設(shè)備的效率使得用于從太陽(yáng)能發(fā)電的系統(tǒng)和處理過程最優(yōu)化。本發(fā)明適合使用多個(gè)目標(biāo)體101，這些目標(biāo)體串聯(lián)布置(例如位于上游的一組目標(biāo)體)，并與蓄熱器102流體連通。根據(jù)具體的實(shí)施方式，蓄熱器102包括四個(gè)入口導(dǎo)管802，每個(gè)導(dǎo)管分別將相應(yīng)的一組目標(biāo)體101連接至蓄熱器102的內(nèi)室。因此，蓄熱器102包括一個(gè)或多個(gè)出口，以將工作流體再循環(huán)至蓄熱器102上游的每組目標(biāo)體101。參照?qǐng)D9A至圖9B，每個(gè)目標(biāo)體101包括環(huán)繞管件103區(qū)域的熱護(hù)套116。多個(gè)導(dǎo)熱板1000在目標(biāo)體101的內(nèi)室1001中縱向延伸，從而沿管道103的長(zhǎng)度軸向延伸。導(dǎo)熱板 1000并列定位以在相對(duì)的表面之間留出小空隙，從而允許氣態(tài)工作流體在其從相對(duì)于目標(biāo)體101的上游位置1003向下游位置1004流動(dòng)時(shí)經(jīng)過，最終進(jìn)入蓄熱器102。來自太陽(yáng)900 的太陽(yáng)輻射107通過透鏡100匯聚在熱護(hù)套116中形成的窗口 122上。匯聚的輻射108由導(dǎo)熱板1000接收，由于暴露在太陽(yáng)輻射下導(dǎo)熱板1000的溫度升高。流至與導(dǎo)熱板1000的暴露表面接觸的氣態(tài)工作流體102被依次加熱。然后，該熱能被傳遞至蓄熱壁104的蓄熱材料207。圖IOA和圖IOB示出本發(fā)明的另一具體實(shí)施方式
。孔1100設(shè)置在熱護(hù)套116處， 使得匯聚的輻射108直接進(jìn)入護(hù)套內(nèi)室1103，從而通過另外的孔1102接收于導(dǎo)熱板1000， 孔1102形成在目標(biāo)體區(qū)域處的管件103中。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)穿過孔1100的對(duì)流的熱損失相對(duì)較小，并可約等于窗口 122的材料的熱吸收。絕熱材料1101定位為從外部圍繞熱護(hù)套116， 從而將目標(biāo)體區(qū)域處的熱損失最小化并確保從導(dǎo)熱板1000至工作流體的有效熱傳遞。圖11提供了目標(biāo)體101的另一示意圖。目標(biāo)體101的中部1200被形成并制成特定尺寸以當(dāng)工作流體從1203至1204流過目標(biāo)體時(shí)創(chuàng)造紊流。特別地，凸出的偏向部1201 將工作流朝向傾斜的壁1202向上引導(dǎo)，壁1202從窗口 122朝向?qū)岚?000延伸。因此， 位于導(dǎo)熱板1000區(qū)域處的工作流體的照射時(shí)間增加，使得熱傳遞最大化。圖12示意性地示出兩組平行的透鏡100和目標(biāo)體單元101，其中每組分別包括9 個(gè)獨(dú)立的透鏡和目標(biāo)體單元。每組中的每個(gè)目標(biāo)體形成穿過蓄熱器102的流體流動(dòng)循環(huán)的一部分。出口管道1300從蓄熱器102延伸，然后分成分開的管道1301來將工作流體提供至每個(gè)目標(biāo)體組的開始處。然后，流體通過流動(dòng)110從各組的最后目標(biāo)體處進(jìn)入蓄熱器102， 并將熱能傳遞至120處的蓄熱器出口以沿管道130流動(dòng)。合適的裝置1302設(shè)置為將透鏡100沿整個(gè)預(yù)定的網(wǎng)格空間1303自動(dòng)移動(dòng)以便全天且全年地追蹤太陽(yáng)的位置。每個(gè)透鏡100通過裝置1302還配置為響應(yīng)于太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)而關(guān)于網(wǎng)格空間1304側(cè)向移動(dòng)，并確保太陽(yáng)輻射持續(xù)地朝向目標(biāo)體101匯聚。透鏡100遍及空間1303和1304的移動(dòng)發(fā)生在基于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)平面中。因此，每個(gè)透鏡的中心能夠移動(dòng)遍及球表面的假想部分，使得每個(gè)透鏡的中心持續(xù)指向目標(biāo)體，透鏡與目標(biāo)體之間的分隔距離基本等于透鏡的焦距。圖13示出另一實(shí)施方式，包括多個(gè)反射鏡901，反射鏡901配置為將從太陽(yáng)900接收的太陽(yáng)輻射朝向目標(biāo)體窗口 122匯聚。因此，每個(gè)目標(biāo)體102包括相對(duì)應(yīng)的反射鏡901 而不是透鏡100，或每個(gè)目標(biāo)體102除了透鏡100之外還包括相對(duì)應(yīng)的反射鏡901。圖14示出另一可替換的實(shí)施方式，包括位于管道103下方的槽鏡1400，從而將太陽(yáng)輻射引導(dǎo)至管道103的下半?yún)^(qū)。絕熱材料1401位于管道103的整個(gè)上半?yún)^(qū)，使得從反射鏡1400匯聚的輻射103直接入射在管道103上。參照?qǐng)D15和圖16，蓄熱器102耦接至熱交換器113。熱交換器工作流體1503從入口 1502至出口 1501循環(huán)穿過熱交換器主體1500。出口 1501耦接至渦輪機(jī)114的輸入端，入口 1502耦接至渦輪機(jī)114的輸出端。熱交換器113與蓄熱器102的工作流體流體連通，使得(蓄熱器102的)加熱的流體1602流入熱交換器1500的主體以將入口 1502與出口 1501之間的熱交換器工作流體1503加熱。然后，蓄熱器102的冷卻的工作流體1603流出熱交換器主體1500并通過再循環(huán)1503進(jìn)入蓄熱器內(nèi)室與最外側(cè)絕熱材料200之間的腔部1600。因此，該腔部1600提供了圍繞蓄熱器的另一冷卻器的熱層，從而減少壁圍成的迷宮部104的熱損失。
權(quán)利要求
1.太陽(yáng)能采集設(shè)備，包括多個(gè)透鏡和/或反射鏡，用于接收并匯聚太陽(yáng)輻射；多個(gè)目標(biāo)體，分別接收從每個(gè)所述透鏡和/或反射鏡匯聚的太陽(yáng)輻射；管道網(wǎng)絡(luò)，用于包含氣相工作流體并允許所述流體流動(dòng)地接觸所述目標(biāo)體，使得所述流體由所述目標(biāo)體加熱。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括蓄熱裝置，通過所述管道網(wǎng)絡(luò)與所述目標(biāo)體流體連通地連接以接收加熱的工作流體， 所述蓄熱裝置包括蓄熱材料以存儲(chǔ)接收自所述工作流體的熱能。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中，所述目標(biāo)體包括圍繞所述管道網(wǎng)絡(luò)的一部分設(shè)置的絕熱護(hù)套。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，每個(gè)目標(biāo)體均包括傳熱體，隨著所述工作流體流過所述目標(biāo)體時(shí)，所述傳熱體定位在所述工作流體的流徑中。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述傳熱體包括多個(gè)金屬板或散熱片。
6.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述護(hù)套包括玻璃窗口，從所述透鏡接收的匯聚的太陽(yáng)輻射能通過所述玻璃窗口進(jìn)入所述目標(biāo)體。
7.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述護(hù)套包括孔，從所述透鏡接收的匯聚的太陽(yáng)輻射能通過所述孔進(jìn)入所述目標(biāo)體。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，包括移動(dòng)所述透鏡和/或反射鏡以追蹤太陽(yáng)位置的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，包括自動(dòng)移動(dòng)所述透鏡和/或反射鏡以追蹤太陽(yáng)移動(dòng)的直ο
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述透鏡包括菲涅爾透鏡。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述管道網(wǎng)絡(luò)包括陶瓷基管件和/或黏土基管件。
12.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述蓄熱材料包括礦石基材料。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述礦石基材料包括至少一種類型的巖石材料。
14.如權(quán)利要求12或13所述的設(shè)備，其中，所述礦石基材料被構(gòu)造以形成由氣流流道分隔的迷宮部的壁。
15.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)基于權(quán)利要求的所述的設(shè)備，還包括至少一個(gè)氣流泵和 /或風(fēng)機(jī)單元，所述至少一個(gè)氣流泵和/或風(fēng)機(jī)單元耦接至所述管道網(wǎng)絡(luò)和/或所述蓄熱裝置，并驅(qū)動(dòng)或促使所述工作流體圍繞所述管道網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)。
16.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，還包括多個(gè)閥，所述多個(gè)閥定位在所述管道網(wǎng)絡(luò)處以對(duì)圍繞所述管道網(wǎng)絡(luò)的所述工作流體的流動(dòng)進(jìn)行控制。
17.用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能采集設(shè)備；換熱器，與所述管道網(wǎng)絡(luò)流體連通地連接，從而接收加熱的所述工作流體并將接收的熱能傳遞；渦輪機(jī)，耦接至所述換熱器；以及發(fā)電機(jī)，耦接至所述渦輪機(jī)以發(fā)電。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，包括蒸汽渦輪機(jī)。
19.如權(quán)利要求17或18所述的設(shè)備，包括水基工作流體熱交換器。
20.一種采集太陽(yáng)能的方法，包括使用多個(gè)透鏡和/或反射鏡接收并匯聚太陽(yáng)輻射；從位于多個(gè)目標(biāo)體處的每個(gè)透鏡或反射鏡接收所匯聚的太陽(yáng)能；使用管道網(wǎng)絡(luò)允許氣相工作流體流動(dòng)地接觸所述目標(biāo)體以將所述工作流體加熱。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括將通過所述工作流體獲取的熱能存儲(chǔ)在蓄熱裝置中，所述蓄熱裝置與所述目標(biāo)體流體連通地連接，所述蓄熱裝置包括蓄熱材料。
22.將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的方法，包括根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的方法采集并存儲(chǔ)太陽(yáng)能； 將加熱的工作流體從所述管道網(wǎng)絡(luò)傳遞至熱交換器；使用所述熱交換器的工作流體驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，所述工作流體通過來自所述管道網(wǎng)絡(luò)的熱能加熱；通過耦接至所述渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)發(fā)電。
全文摘要
使用一組透鏡(100)或反射鏡采集太陽(yáng)能(108)的設(shè)備，透鏡或反射鏡將太陽(yáng)能匯聚在目標(biāo)體(101)上。流過目標(biāo)體(101)的氣相工作流體被加熱并可選地供應(yīng)至蓄熱器(102)，蓄熱器具有內(nèi)部的壁圍成的合適材料的迷宮部(104)。熱交換器(113)、渦輪機(jī)(114)和發(fā)電機(jī)(115)與采集及存儲(chǔ)設(shè)備耦接，從而提供用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的動(dòng)力裝置。
文檔編號(hào)F24J2/51GK102388277SQ201080016016
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
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