專利名稱：用于太陽(yáng)能發(fā)電裝置的槽式集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1前序部分所述的用于太陽(yáng)能發(fā)電裝置的槽式集熱器。
背景技術(shù)：
一段時(shí)間以來(lái)，太陽(yáng)能熱力發(fā)電站業(yè)已能夠以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)電力，其價(jià)格與光致 電壓相比，接近目前常見(jiàn)的以常規(guī)方式生產(chǎn)的電力的價(jià)格。在太陽(yáng)能熱力發(fā)電站，太陽(yáng)的輻射是利用聚能器反射的，通過(guò)集熱器并且以定向 方式聚焦在產(chǎn)生高溫的位置。所聚集的熱能可以被帶走，并且用于運(yùn)轉(zhuǎn)熱機(jī)，如渦輪機(jī)，后 者再驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。目前使用的太陽(yáng)能熱力發(fā)電站包括三種基本形式碟式/斯特拉(等溫等容)系 統(tǒng)，太陽(yáng)塔發(fā)電裝置系統(tǒng)和拋物面槽式系統(tǒng)。拋物面槽式發(fā)電裝置具有大量的集熱器，它具有長(zhǎng)形聚能器，這些聚能器具有小 的橫向尺寸，因此不具備焦點(diǎn)，但是具備焦線，這是這種發(fā)電裝置與碟式斯特拉和太陽(yáng)塔發(fā) 電裝置在設(shè)計(jì)上的根本區(qū)別。目前，所述線性聚能器的長(zhǎng)度為20m-150m，而寬度可以達(dá)到 3m，5m和更高。用于聚集的熱能(高達(dá)400°C左右)的吸熱管沿所述焦線分布，由吸熱管將 熱能傳輸給發(fā)電裝置。在所述吸熱管中循環(huán)的、諸如熱油或過(guò)熱水蒸氣的流體可以作為傳 熱介質(zhì)。盡管槽式集熱器優(yōu)選被制作成拋物面槽式集熱器，具有球面或僅接近拋物面形式 的聚能器的槽式集熱器是常用的，因?yàn)榫哂猩鲜龀叽绲耐耆膾佄锩婢勰芷髦荒芤院芨叩?成本生產(chǎn)，因此經(jīng)濟(jì)上是不合算的。在南加州，9個(gè)SEGS槽式發(fā)電裝置一起能夠傳輸大約350麗的電力；在內(nèi)華達(dá)州， 額外的發(fā)電裝置目前被并入電網(wǎng)，并且輸送超過(guò)60麗電力。槽式發(fā)電裝置的另一個(gè)例子 是正在安達(dá)盧西亞建造的Andasoll，聚能器面積為510，000m2，功率為50MW，吸熱管內(nèi)的溫 度可以達(dá)到400°C左右。用于在這種發(fā)電裝置中循環(huán)傳熱流體的管路系統(tǒng)的長(zhǎng)度可以達(dá)到 IOOkm或以上，如果未來(lái)的大型發(fā)電站構(gòu)想得以實(shí)現(xiàn)的話。據(jù)估計(jì)，Andasol 1的造價(jià)為幾 億歐元。根據(jù)粗略估算，可以確定的是所述太陽(yáng)能發(fā)電裝置的比例日益增加的總成本，例 如，目前為65%或以上是因?yàn)椴凼郊療崞骱陀糜谒鰝鳠崃黧w的管路系統(tǒng)。考慮到所述槽式集熱器的高造價(jià)和高維護(hù)成本，早期的設(shè)計(jì)中就減少了反射聚能 器表面的污染，并因此降低了維修費(fèi)，還降低了集熱器本身的造價(jià)。因此，F(xiàn)R-PS 1，319，144披露了上述類(lèi)型的用于太陽(yáng)能發(fā)電裝置的管或槽式集熱 器，它具有圓柱形壓力傳感器，包括具有透明區(qū)和反射區(qū)的柔性膜。由于內(nèi)壓的增加，所述 圓柱形壓力傳感器保持其形狀，以便通過(guò)所述透明區(qū)的太陽(yáng)輻射入射達(dá)到所述球形彎曲的 反射區(qū)，并且從這里聚集到分布在所述壓力傳感器中的吸熱管。采用上述結(jié)構(gòu)，基本上可以對(duì)沿其長(zhǎng)度方向通過(guò)上述圓柱形壓力傳感器分布的吸 熱管進(jìn)行加熱，吸熱管受到所述壓力傳感器的保護(hù)免受污染，并且通過(guò)風(fēng)力冷卻。因此，消除了所述吸熱管的清洗費(fèi)用，特別是對(duì)冷卻的保護(hù)在以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)太陽(yáng)能時(shí)是不可低估 的價(jià)格因子。常規(guī)吸熱管，例如，露天分布的吸熱管，由于散熱和通過(guò)環(huán)境空氣冷卻損失高達(dá) 100W/m，這相當(dāng)于IOOkm(或以上)的管長(zhǎng)損失了 10MW。因此，這種損失的任何減少，例如， 防止風(fēng)冷是重要的，并且是追求的目標(biāo)。具有低重量的柔性膜形式的聚能器的制作，進(jìn)一步提供了制作所述集熱器的更簡(jiǎn) 單、因此更有利的整體支撐結(jié)構(gòu)的可能性，因?yàn)榕c常規(guī)固態(tài)鏡子相比，需要安裝和旋轉(zhuǎn)(根 據(jù)太陽(yáng)的位置)的重量明顯更小。最后，與常規(guī)聚能器相比，由柔性膜組成的聚能器同樣更 有利于生產(chǎn)，并且更容易運(yùn)送到建筑工地(由于其特殊性質(zhì)，工地可能位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，例如 沙漠)，并且更容易安裝。不過(guò)，目前制作具有圓柱形壓力傳感器的上述尺寸的槽式集熱器是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。 風(fēng)力的極大的工作面，例如，通過(guò)所述圓柱形膜主體形成的工作面，需要用牢固的構(gòu)架加固 所述圓柱形主體的壓力傳感器，如在所述法國(guó)專利說(shuō)明書(shū)中業(yè)已提到的，有關(guān)加強(qiáng)所述圓 柱形主體的“nervures annulaires”。所述圓柱的除了所述支撐結(jié)構(gòu)之外的上述構(gòu)架，本來(lái) 就更輕，并且更便于制作，損失了在所述法國(guó)專利說(shuō)明書(shū)中披露的實(shí)施方案和最初提到的 與明顯更輕和更有利于制作相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。FR-PS 2 362 347示出了具有可充氣集熱器主體的槽式集熱器的相同的設(shè)計(jì)。該 專利考慮到了入射在所述膜的透明部分的太陽(yáng)輻射由于入射角而被部分反射的因子；實(shí)際 上，太陽(yáng)輻射垂直入射在所述透明部分的比例很小，更多的情形是傾斜入射。因此，圓柱形壓力傳感器具有的特性是(從太陽(yáng)輻射的方向看)入射在其邊緣的 太陽(yáng)光線基本上被反射，即僅有小部分能到達(dá)所述聚能器。因此，在FR-PS 2 363 347中提供的圓柱形槽式集熱器具有反射層，反射層沒(méi)有 覆蓋在所述圓柱套管可能的一半上，而是僅覆蓋所述一半圓柱的一段。結(jié)果，對(duì)于相同的聚能器面積來(lái)說(shuō)，獲得了比FR-PS 1 319 144的設(shè)計(jì)更大的圓 柱直徑，這是相當(dāng)有利的。通過(guò)在一定程度上“切掉”在所述圓柱形主體中平行于太陽(yáng)輻射 分布的套管部分尋求幫助；因此獲得了雙凸面、透鏡狀的結(jié)構(gòu)，與具有相同入射或非反射陽(yáng) 光比值的圓柱直徑相比，其厚度或高度降低。作為所述雙凸面結(jié)構(gòu)的替代，還可以采用這樣一種結(jié)構(gòu)，其中，所述透明的膜被固 定的(透明)平板取代，該平板的取向垂直于入射陽(yáng)光，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)際上不再有太陽(yáng)輻射被 反射，其缺點(diǎn)是所述槽式集熱器的造價(jià)增加，使用膜時(shí)的優(yōu)點(diǎn)(輕質(zhì)結(jié)構(gòu)同樣允許集熱器 構(gòu)架的更有利的結(jié)構(gòu)等)至少在某種程度上再次失去。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以確定的是所披露的實(shí)施方案同樣是雙凸面即透鏡狀的 構(gòu)造，實(shí)際上仍然具有相當(dāng)?shù)母叨?，因?yàn)槠浣咕€區(qū)位于所述壓力傳感器內(nèi)部，因此所述聚能 器的曲率半徑相當(dāng)小，對(duì)于寬度為5或IOm的槽式集熱器來(lái)說(shuō)，會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)大的壓力傳感器 體積。其工作面即使對(duì)于橫向進(jìn)入的風(fēng)來(lái)說(shuō)(例如，對(duì)于靜止位置的強(qiáng)風(fēng)來(lái)說(shuō))與以前一 樣如此強(qiáng)勁，以致這里同樣必須將能在風(fēng)力作用下穩(wěn)定所述壓力傳感器的額外構(gòu)架附在所 述壓力傳感器本身的支撐結(jié)構(gòu)上，即不能夠省略。所述壓力傳感器的支撐結(jié)構(gòu)大體上可以由簡(jiǎn)單的矩形構(gòu)架組成，其中，所述壓力 傳感器沿其縱向邊緣分布。
WO 90/10182(相當(dāng)于US 5 365 920)的圖1示出了一種槽式集熱器，與圓柱形構(gòu) 造相比，其高度減少，不過(guò)，盡管如此，可以獲得較大長(zhǎng)度的球形彎曲的聚能器2。這種大長(zhǎng) 度對(duì)于高度聚集的輻射來(lái)說(shuō)意味著吸熱管6距離不會(huì)比聚能器2截面的曲率半徑小太多。 考慮到聚能器2的球面彎曲，所述焦線區(qū)進(jìn)而以如下方式延伸，使得所述只能通過(guò)聚能器2 不充分聚集的輻射必須進(jìn)行"再聚集"，再聚集是借助于輔助聚能器5完成的，根據(jù)提到 過(guò)的文獻(xiàn)，它是圓柱形的。不過(guò)，本領(lǐng)域技術(shù)人員很好理解的是，對(duì)于圓柱形輔助聚能器5 來(lái)說(shuō)，這實(shí)際上是不可能的實(shí)際上，對(duì)于輔助聚能器5上的反射來(lái)說(shuō)，所述輻射的入射角 與射出角相同，所述角度是相對(duì)垂直于輔助聚能器5的相應(yīng)表面部位的方向測(cè)量的。該垂 線隨后從吸熱管7的縱軸上落下，落在所述輔助聚能器的表面上。因此，實(shí)際上對(duì)于在聚能 器2上反射的所有射線來(lái)說(shuō)，由于大的焦線區(qū)其偏離吸熱管7 —定距離(并因此使其射在 輔助聚能器5上)，在其反射到圓柱形輔助聚能器上時(shí)，它們必須偏離相同的距離。因此，本 領(lǐng)域技術(shù)人員幾乎不能理解的是，圖1所示結(jié)構(gòu)，以及所述優(yōu)選的實(shí)施方案不需要上面的 文獻(xiàn)中所提到的輔助聚能器(第9頁(yè))。上述實(shí)施方案示出了具有足夠大的聚能器M的曲 率半徑的壓力傳感器。因此，這種類(lèi)型的壓力傳感器具有需要的優(yōu)選的小的高度，不過(guò)，吸 熱管50必須安裝在所述壓力傳感器外部。DE OS 27 33 915(相當(dāng)于FR PS 2 398 982)披露了一種具有剛性聚能器的常規(guī) 槽式集熱器(就是說(shuō)沒(méi)有壓力傳感器)，它是按照將聚能器保持在相對(duì)太陽(yáng)的正確方向，并 且防止吸熱管冷卻(在夜間)的目標(biāo)制作的。為此，將輔助聚能器安裝在位于聚集的輻射的 焦點(diǎn)f后面的焦線區(qū)，它將聚集的輻射反射到相對(duì)聚能器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)固定的吸熱管中。所 述固定的吸熱管在夜間可以通過(guò)門(mén)與外界隔離，以防熱量損失。由于沒(méi)有壓力傳感器，沒(méi)有 必要降低該結(jié)構(gòu)的高度。所述焦線區(qū)的高度或距離，以及輔助聚能器離聚能器的距離相當(dāng) 于吸熱管50距離所示出的壓力傳感器的聚能器的高度或距離(按照上述WO 90/10182)。因此，這種具有槽式集熱器的類(lèi)型的太陽(yáng)能發(fā)電裝置，現(xiàn)在正被建造或規(guī)劃具有 這樣的沒(méi)有壓力傳感器的常規(guī)類(lèi)型，因此不會(huì)獲得所述固有的可能的優(yōu)點(diǎn)(節(jié)省成本的輕 質(zhì)結(jié)構(gòu)，由于聚能器不受污染，簡(jiǎn)化了維護(hù)，不用風(fēng)冷卻吸熱管等)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有壓力傳感器的槽式集熱器，它不僅能夠以常 規(guī)寬度實(shí)現(xiàn)，而且還能夠以8m，IOm或以上的寬度實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明的槽式集熱器具有權(quán)利要求1的特征。由于所述聚能器能夠?qū)⑷肷涞奶?yáng)輻射朝向分布在所述壓力傳感器外側(cè)的焦線 區(qū)聚集，可將其設(shè)計(jì)成扁平形式，即具有較大的曲率半徑，它提供了保持所述壓力傳感器的 高度較小的基礎(chǔ)；由于在最初的聚集輻射的通道上，即所述焦線區(qū)的上游提供了輔助聚能 器，所述吸熱管可以安裝在所述壓力傳感器中的合適位置而不增加其高度，其結(jié)果是，例 如，所述壓力傳感器現(xiàn)在可以建造成沒(méi)有自身的加強(qiáng)構(gòu)架，因此可以實(shí)現(xiàn)其廉價(jià)輕質(zhì)構(gòu)造 方案的優(yōu)點(diǎn)。除了上述目的之外，另一個(gè)目的是提供用于生產(chǎn)所述輔助聚能器的方法，該方法 不依賴于實(shí)驗(yàn)，并且同樣適合作為本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐中快速簡(jiǎn)便設(shè)計(jì)用于集熱器的輔 助聚能器的工具，因此能夠生產(chǎn)它，以正確的、改進(jìn)的或校正的方式設(shè)計(jì)，如果需要甚至可以現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)。后一種情況還可考慮用于改裝常規(guī)集熱器。本發(fā)明的方法可以簡(jiǎn)單地并且不費(fèi)事地計(jì)算所述輔助聚能器的反射表面曲率，在 任何情況下都具有需要的精度，以便所述輔助聚能器能夠按照槽式集熱器的設(shè)計(jì)方便地正 確設(shè)計(jì)，并且在實(shí)際上生產(chǎn)。優(yōu)選的實(shí)施方案具有從屬權(quán)利要求的特征。


下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地說(shuō)明。其中圖1示意性地表示本發(fā)明槽式集熱器的示意圖，圖2表示通過(guò)所示圖1槽式集熱器的剖視圖，具有輔助聚能器第一種結(jié)構(gòu)，圖3表示通過(guò)所示圖1槽式集熱器的剖視圖，具有輔助聚能器第二種結(jié)構(gòu)，圖4表示本發(fā)明槽式集熱器的優(yōu)選的實(shí)施方案，圖5表示通過(guò)具有兩個(gè)的壓力室的槽式集熱器的壓力傳感器的剖視圖，圖6表示通過(guò)吸熱管的剖視圖，和圖7表示放入圖4所述結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)系統(tǒng)，具有用于本發(fā)明方法的矢量。
具體實(shí)施例方式圖1表示本發(fā)明槽式集熱器1的示意圖，具有支撐結(jié)構(gòu)2，由安裝在旋轉(zhuǎn)裝置4上 的矩形構(gòu)架3組成，所述旋轉(zhuǎn)裝置又安裝在合適的支撐裝置5上。旋轉(zhuǎn)裝置4允許槽式集 熱器1按照相應(yīng)的太陽(yáng)位置對(duì)準(zhǔn)。矩形構(gòu)架3優(yōu)選用混凝土制作，這有利于現(xiàn)場(chǎng)，就是說(shuō)在 建造現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)化生產(chǎn)。該附圖還示出了在工作壓力下，即在充氣狀態(tài)下的壓力傳感器10，具有用輔助線 11表示的緩沖墊樣形狀。這種槽式集熱器1的長(zhǎng)度可能超過(guò)250m，寬度可能超過(guò)10m。壓 力傳感器10的高度取決于所述寬度，但是，任何情況下都比該寬度小。吸熱管12通過(guò)反射的太陽(yáng)輻射加熱；所述聚能器位于壓力傳感器10中，因此，附 圖中看不到。吸熱管12安裝在合適的支撐裝置13上，以便它位于所述聚能器的焦線區(qū)。在下面的附圖中，將相同的附圖標(biāo)記用于相同的部件。圖2示意性表示通過(guò)槽式集熱器1的第一種實(shí)施方案20的剖視圖。旋轉(zhuǎn)裝置4 是由在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置7中移動(dòng)的弓形轉(zhuǎn)環(huán)6形成的，它通過(guò)滾輪8調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)環(huán)6，以便使構(gòu)架 3對(duì)準(zhǔn)正確位置。壓力傳感器25安裝在構(gòu)架3上(因此通過(guò)該構(gòu)架張緊)，壓力傳感器由柔性膜部 分26，27形成，這里是由兩個(gè)膜部分形成，它們是沿其邊緣觀，29連接的。在這里，其中的 一個(gè)部分，即上膜部分26對(duì)于通過(guò)射線30，31表示的入射陽(yáng)光來(lái)說(shuō)至少是部分透明的 ’另 一部分，即下膜部分27是由反射涂層32形成的，作為聚能器33朝向太陽(yáng)的射線30，31。在工作壓力下，膜部分沈，27用壓力加載，因此是球形彎曲的，以便聚能器33在構(gòu) 架3中調(diào)適其槽式形狀，這種類(lèi)型的太陽(yáng)能集熱器也由此得名。與真正的拋物面彎曲相比，由于所述球面彎曲，通過(guò)聚能器33反射的射線30'， 31'被聚集到焦線區(qū)34而不是聚集到焦線上。焦線區(qū)34通過(guò)虛線示意性表示。要建造的 槽式集熱器20的設(shè)計(jì)，即長(zhǎng)度，寬度等，還有曲率半徑36的設(shè)計(jì)，是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)5/11 頁(yè)
具體目的完成的。對(duì)聚能器33的曲率半徑36選擇的足夠大，以便焦線區(qū)34位于壓力傳感器25外 部，其優(yōu)點(diǎn)是它被設(shè)計(jì)成扁平的，即具有小的高度。由于高度小，在遇到強(qiáng)風(fēng)時(shí)，可以通過(guò)旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置7使壓力傳感器25對(duì)準(zhǔn)，僅使其窄的一側(cè)受到風(fēng)的作用。因此，省略了用于穩(wěn) 定壓力傳感器25的構(gòu)架(或用于穩(wěn)定壓力傳感器25的其他設(shè)計(jì)措施)。具有聚能器33的 壓力傳感器25與具有常規(guī)牢固結(jié)構(gòu)的聚能器相比重量較輕，其結(jié)果是構(gòu)架3以及具有支撐 裝置5的旋轉(zhuǎn)裝置4可以具有較小的尺寸。這種輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的結(jié)果是，不僅從材料方面節(jié)省 了成本，而且還明顯簡(jiǎn)化了生產(chǎn)和組裝，這特別適合于偏遠(yuǎn)地區(qū)，如沙漠地區(qū)。在壓力傳感器25上還提供了輔助聚能器40和吸熱管42，后者通過(guò)具有用虛線表 示的支撐裝置44的支撐構(gòu)架懸掛在構(gòu)架3的固定板45上。盡管聚能器33具有大的曲率 半徑，它仍然具有以下優(yōu)點(diǎn)，即太陽(yáng)輻射30，31不必兩次通過(guò)透明的膜沈；其結(jié)果是由于膜 沈老化造成的損失同樣相應(yīng)保持較小膜沈透明度損失(例如，污染或刮擦其表面)， 在太陽(yáng)輻射30，31兩次通過(guò)膜沈的情況下，總是會(huì)造成2%的加倍的能量損失。上述支撐構(gòu)架的制作和尺寸可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員輕易應(yīng)用于要特制的槽式集 熱器1。帶走由入射聚集的輻射30，31產(chǎn)生的熱能的傳熱流體以已知的方式在吸熱管42 中循環(huán)。輔助聚能器40和吸熱管42的維修費(fèi)用較小，因?yàn)槎?與聚能器33本身類(lèi)似) 都不會(huì)受到壓力傳感器25的污染。另外，它還可以用，例如，氮?dú)馊〈h(huán)境空氣填充，這能 夠額外預(yù)防或延緩聚能器33的反射層以及輔助聚能器40 (如果它是由金屬薄板組成的話， 例如，參見(jiàn)下文)的腐蝕。另外，壓力傳感器25中的空氣可進(jìn)行除濕。與此同時(shí)，輔助聚能器40被安裝在通過(guò)聚能器33聚集的輻射30' ,31'的路徑 上，并且以如下方式制作聚集的輻射30’，31’進(jìn)一步聚集到位于吸熱管42部位的輔助焦 線區(qū)41。獲得了一種結(jié)構(gòu)，其中，輔助聚能器40與聚能器33相對(duì)安裝，并且靠近透明的膜 部分26，吸熱管42分布在聚能器33和輔助聚能器40之間，由于聚能器33的曲率對(duì)于特定 寬度的槽式集熱器1是微小區(qū)別的(大曲率半徑36)，焦線區(qū)34僅有很小的延伸，其優(yōu)點(diǎn) 是輔助聚能器40僅有窄的結(jié)構(gòu)并且僅產(chǎn)生很少的陰影。吸熱管42不受諸如風(fēng)力的外部影響，因此，在工作時(shí)損失較少的熱能。在附圖中示出的本發(fā)明槽式集熱器的基本布置是相對(duì)沿通過(guò)聚能器33形成的槽 形的中央分布的對(duì)稱平面對(duì)稱的，該對(duì)稱線通過(guò)虛線43表示。圖3表示本發(fā)明槽式集熱器1的第二種實(shí)施方案。支撐結(jié)構(gòu)50將聚能器51劃分 成多個(gè)，這里是兩個(gè)縱向分布區(qū)52，53，它們彼此相對(duì)以ν形方式傾斜，當(dāng)它們受到壓力作 用時(shí)，分布呈球形彎曲。聚集的太陽(yáng)光線30' ,31'分別落在相應(yīng)制作的輔助聚能器M的 相關(guān)部位陽(yáng)，56，并且以射線30"，31"的形式通過(guò)它進(jìn)一步聚集到吸熱管42。因此，聚能 器51和輔助聚能器M各自被劃分成兩個(gè)縱向分布的相互對(duì)稱的部分52，53和55，56。當(dāng)壓力傳感器25僅有沒(méi)有明顯放大的結(jié)構(gòu)高度時(shí)，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是少有或沒(méi)有 陰影落在聚能器表面52，53上，吸熱管42本身是通過(guò)太陽(yáng)輻射照明的。圖4表示本發(fā)明集熱器1的另一種優(yōu)選的實(shí)施方案。聚能器60具有兩個(gè)縱向分布 的反射區(qū)61，62，在它們之間包括中央條63，該條優(yōu)選屬于所述槽式集熱器的支撐結(jié)構(gòu)，并因此是可行走的。因此，分布在中央條63上的吸熱管64可方便地接近，用于組裝和維護(hù)，同 樣在中央條63上延伸的、并且安裝在透明的膜部分沈下面的輔助聚能器65也是這樣，該 輔助聚能器本身具有兩個(gè)部分66，67，它們分別將分配給它們的來(lái)自聚能器60的部位61， 62的太陽(yáng)輻射30' ,31'進(jìn)一步聚集到吸熱管64。與圖2所示結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)具有不變 的小的總體高度，這有利于組裝和維護(hù)，但是對(duì)所述輔助聚能器的陰影投射額外不敏感，因 為陰影不能到達(dá)或勉強(qiáng)到達(dá)聚能器60的兩個(gè)部分61，62，因?yàn)樗鼈儽舜耸潜恢醒霔l63隔開(kāi) 的。原則上希望將所述焦線區(qū)設(shè)計(jì)的盡可能小，這會(huì)導(dǎo)致高溫，并因此使所述太陽(yáng)能 發(fā)電裝置的熱機(jī)具有改進(jìn)的效率。另一方面，在接近理想焦線的焦線區(qū)，可能產(chǎn)生高溫，這 會(huì)導(dǎo)致由金屬組成的常規(guī)吸熱管局部發(fā)光。吸熱管42，64上的溫度分布同樣基本上是通過(guò)輔助聚能器40，54，65的設(shè)計(jì)確定 的，因?yàn)槟ば问降乃鼍勰芷髟趬毫Φ淖饔孟乱恢笔乔蛐螐澢摹Ｔ谝粋€(gè)具體例子中，吸熱 管42，64上理想的溫度分布是通過(guò)輔助聚能器40，54,65或其垂直于長(zhǎng)度方向的部分55，56 或66，67的相應(yīng)的彎曲實(shí)現(xiàn)的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可方便地確定所述彎曲的合適的型面，例 如，通過(guò)實(shí)驗(yàn)。因此，可以在導(dǎo)軌上平行移動(dòng)例如小型激光燈(用它模擬太陽(yáng)射線)，所述聚 能器的焦線區(qū)可以通過(guò)反射窄條(具有所述聚能器的彎曲)表示，通過(guò)平行移動(dòng)所述激光 燈使該窄條垂直于所述射線。在所述輔助聚能器的位置上，存在第二個(gè)反射窄條(同樣垂 直于所述射線安裝)，其曲率可以連續(xù)改變，直到獲得所述輔助焦線區(qū)的理想結(jié)果或形成焦 線。在這里，要補(bǔ)充說(shuō)明的是，由于太陽(yáng)的直徑，基本上不可能形成理想焦線。除了上 述目的之外，對(duì)于本發(fā)明的構(gòu)造來(lái)說(shuō)，通過(guò)將輔助聚能器40，54,65用在聚集的射線30 ‘， 31'上，產(chǎn)生了明顯的優(yōu)點(diǎn)，聚能器33，60，65和吸熱管42，64之間的光程小于沒(méi)有輔助聚 能器40，54，65的相當(dāng)構(gòu)造的光程；因此，可以獲得較小的散焦，并且焦線更接近理想焦線。輔助聚能器40，54，65優(yōu)選由金屬薄板構(gòu)成的型面組成(或由兩個(gè)這樣的型面形 成所述輔助聚能器的部分陽(yáng)，56或66，67)，該金屬薄板是長(zhǎng)形的，并且相對(duì)其長(zhǎng)度方向彎 曲，在其凹面一側(cè)具有反射層。本領(lǐng)域技術(shù)人員隨后確定(如上文所述，必要時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確 定)所述型面的理想曲率，以便在聚能器33，60，65和輔助聚能器40，54，65的預(yù)定的相對(duì) 位置形成理想的焦線區(qū)。另外，根據(jù)吸熱管64的構(gòu)造(參見(jiàn)下文，圖6)，自然可以尋求焦線 而不是焦線區(qū)。所述預(yù)定的曲率還可以通過(guò)多個(gè)追隨所述彎曲的型面的直線部分接近；如果使用 金屬薄板型面，要生產(chǎn)的型面形狀就容易通過(guò)一次或多次彎邊形成。另一方面，所述需要的型面形狀可以通過(guò)在壓機(jī)中對(duì)金屬薄板進(jìn)行成型方便地形 成，它使得所述焦線區(qū)(或焦線)能夠精確地確定。可以在所述成型工藝之前或之后將反 射層涂覆在金屬薄板上或涂覆在所述金屬薄板型面的凹面一側(cè)。換句話說(shuō)，事實(shí)上輔助聚能器40，54，65還具有簡(jiǎn)單而且牢固的結(jié)構(gòu)，并且具有較 小的重量；另外，它還便于輸送和必要時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。圖5表示通過(guò)用于槽式集熱器1的壓力傳感器70的另一個(gè)實(shí)施方案的剖視圖，該 傳感器被聚能器71劃分成第一壓力室72和第二壓力室73。聚能器71的反射太陽(yáng)輻射30， 31的側(cè)面74朝向至少部分透明的膜部分沈的透明區(qū)。該圖還示出了聚能器71遠(yuǎn)離太陽(yáng)輻射的側(cè)面75。在第一壓力室72中的壓力超過(guò)了第二壓力室71中的壓力，以便所述聚能 器在工作壓力下是球形彎曲的，并且輻射30，31聚集到輔助聚能器上。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于壓力室72，73中的工作壓力差可以保持非常小，這使得聚 能器71能夠以相應(yīng)的薄壁形式制作，從而能夠提供質(zhì)量非常高的反射涂層。相反，膜部分 26和75可以牢固制作。在第一壓力室72中，工作壓力是通過(guò)流體管線施加的，該管線優(yōu)選被制作成空氣 管線77，其中，優(yōu)選提供風(fēng)扇78作為流體泵。第二壓力室73是通過(guò)溢流管79供壓的，該溢 流管將兩個(gè)壓力室72，73連接在一起。壓力室72，73之間的(小的)壓力差是通過(guò)被制作 成風(fēng)扇80的另一個(gè)流體泵產(chǎn)生的。該壓力小于0. 5毫巴，優(yōu)選在0. 05-0. 2毫巴的范圍內(nèi)， 特別優(yōu)選在0. 05-0. 1毫巴的范圍內(nèi)。通過(guò)以上措施，如果壓力室72，73中的一個(gè)或兩個(gè)的體積在諸如風(fēng)壓的外部因子 作用下發(fā)生改變時(shí)，在壓力室72，73的每一個(gè)中有效產(chǎn)生并且維持預(yù)定水平的壓力。特別 是當(dāng)膜部分26或沈的彎曲由于陣風(fēng)作用被推入或以其他方式變形時(shí)就是這種情況。通過(guò) 提供的所述措施，所述壓力差一直保持大體上穩(wěn)定，以便薄壁構(gòu)造的聚能器能保持其球形 形狀，并且還不會(huì)過(guò)載如果所述壓力室的體積變小，必要時(shí)封閉的空氣還能夠沿與風(fēng)扇的 工作方向相反的方向快速流出。具有連接的風(fēng)扇78，80的構(gòu)造擴(kuò)展了本發(fā)明的壓力傳感器 25的有利特性，就是說(shuō)，允許使用具有高質(zhì)量反射涂層的聚能器，而所述壓力傳感器不必提 供其自身的構(gòu)架(或其他裝置)支撐。具有兩個(gè)上述類(lèi)型的壓力室72，73的壓力傳感器70 披露于相同申請(qǐng)人的申請(qǐng)PCT/CH2007/000480中，該申請(qǐng)內(nèi)容被收入本申請(qǐng)，特別涉及本 發(fā)明的可實(shí)施性和保護(hù)范圍。圖6表示具有套管77的吸熱管70，套管減少了向外散熱，不過(guò)，具有在它上面縱向 延伸的熱開(kāi)口 72，該開(kāi)口允許通過(guò)輔助聚能器40，54，65聚集的太陽(yáng)輻射30〃，31〃通過(guò)， 經(jīng)過(guò)套管77進(jìn)入吸熱管70的內(nèi)部73。結(jié)果，由所述吸熱管聚集的熱能是從內(nèi)部輸送的，以 便套管77能夠簡(jiǎn)單而且完美地隔熱。傳熱的流體在內(nèi)部73和套管77之間形成的環(huán)形空 間75中循環(huán)。內(nèi)壁76優(yōu)選以波形方式制作，它通過(guò)多次反射將局部入射的太陽(yáng)輻射擴(kuò)散 到其整個(gè)表面上，直到被完全吸收。與現(xiàn)有技術(shù)的吸熱管相比，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于熱損耗具有改進(jìn)的隔熱作用，并且在此 方面拓展了通過(guò)本發(fā)明獲得的優(yōu)點(diǎn)。如果所述輔助聚能器的彎曲與盡可能小的熱開(kāi)口 72 匹配，通過(guò)本發(fā)明的槽式集熱器可以獲得最佳的熱利用效果。圖7表示放入圖4所示結(jié)構(gòu)中的χ-y坐標(biāo)系統(tǒng)，將其矢量用于本發(fā)明的方法中，使 該坐標(biāo)系統(tǒng)位于橫截面上，這里是位于輔助聚能器65的橫截面上。當(dāng)然，還可以放入通過(guò) 槽式集熱器20(圖2)或具有理想結(jié)構(gòu)的集熱器的截面。在圖7中示出的中央條63是用于說(shuō)明目的的，不是要在下面披露的計(jì)算方法中發(fā) 揮任何作用?？梢钥闯鏊o出的聚能器32，62在所示出的截面圖中具有圓弧形狀，因?yàn)榇?時(shí)它受到壓力的作用，并且要確定用于它的輔助聚能器40，65。還可以看見(jiàn)太陽(yáng)光線31、在 聚能器32，62上反射的太陽(yáng)光線31'，以及在輔助聚能器上反射的太陽(yáng)光線31"(用虛線 表示)，后者入射在用虛線表示的吸熱管42，64上，并且被后者吸收。在該圖中，吸熱管42， 64是通過(guò)焦點(diǎn)或焦線F上的點(diǎn)(0; yep)表示的。因此，吸熱管42，64是以與聚能器32，62 相同的方式預(yù)定的，就是說(shuō)用于所述計(jì)算過(guò)程。
在下面披露的輔助聚能器40，65的生產(chǎn)方法步驟中，矢量是通過(guò)加下劃線方式表 示的。C(xc;yc)表示預(yù)定的聚能器32，62的曲率中心點(diǎn)。(φ)表示聚能器32， 62 (或所述聚能器表面)上的普通點(diǎn)；I^1表示通過(guò)點(diǎn)ΡΜ( φ )的聚能器32，62的曲率半徑， 其中，9是&相對(duì)y軸的角度。換句話說(shuō)，聚能器32，62上所有將太陽(yáng)輻射31反射到吸熱管42，64中的點(diǎn)都給予 角度φ。矢量S (φ) ,S' (φ )和f ( φ )是相應(yīng)太陽(yáng)光線路徑上的單位矢量(為簡(jiǎn)明起 見(jiàn)，下面不再作為φ的函數(shù)明確示出)&位于所述太陽(yáng)光線31的路徑上，^位于在所述聚 能器32，62上反射的射線31'的路徑上，^位于在所述輔助聚能器上反射的射線31"的 路徑上。Rm作為曲率半徑形成了在點(diǎn)PM ( φ )上垂直于聚能器的垂線。入射和反射的射
線形成了與所述垂線相同的射線，相應(yīng)地, 和射線31，以及冗和^之間的角度彼此相等， 并且等于φ.反射的射線31'在點(diǎn)SM (φ, k)處于輔助聚能器40，65會(huì)合，作為^的伸長(zhǎng) 因子k值是未知數(shù)。tSM ( φ )是在點(diǎn)SM ( φ, k )處與輔助聚能器40，65相切的切線。單位矢量^和W之間形成了角2α。由于k是在點(diǎn)^M (φ, k)處與輔助聚 能器40，65的切線，因此，它還是^和^之間的角平分線，按照上述原理，入射和反射的 射線與所述垂線形成相同的角度。(作為切線丄,在點(diǎn)SM (φ, k)處垂直于所述垂線)。如果未知因子k現(xiàn)在是這樣定義的，^通過(guò)焦點(diǎn)E(或吸熱管42，64)，則 SM (φ, k)是已知的。因此，輔助聚能器40，65的反射表面的形狀是已知的，因?yàn)槊恳粋€(gè) 值φ (就是說(shuō)，所述聚能器表面上的每一個(gè)輻射點(diǎn))可以在輔助聚能器40，65的表面上確定 一個(gè)相應(yīng)的點(diǎn)，這相當(dāng)于這些點(diǎn)共同形成了尋找的輔助聚能器40，65的表面。總之，矢量 + CPM (φ) + ki的矢量總和等于矢量SM ( φ, k ),這相當(dāng)于 在所述相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)于角φ的輔助聚能器40，65的反射表面上的那個(gè)點(diǎn)。在本發(fā)明方法的優(yōu)選的實(shí)施方案中，k是這樣定義的標(biāo)量積S’ · tSM ( φ)和 S" · tSM ( φ )等于圣’ · tSM ( φ ) = S" · tSM ( φ )，因?yàn)樵诿恳环N情況下形成的角α 相等。在該優(yōu)選的實(shí)施方案中，計(jì)算公式如下
權(quán)利要求
1.用于太陽(yáng)能發(fā)電裝置的槽式集熱器，具有安裝在壓力傳感器(10，25，70)中的聚能 器，以便它能夠加載壓力，并且制作成柔性膜，所述聚能器能在工作壓力下聚集射入壓力傳 感器(10,25,70)的太陽(yáng)輻射(30，31)，射向在壓力傳感器(10,25,70)外部延伸的焦線區(qū) (34)，并且具有用于吸收聚集的太陽(yáng)輻射(30"，31")的吸熱管02，64)，其特征在于所述 吸熱管(42，64)安裝在壓力傳感器(10，25，70)中，并且在所述壓力傳感器(10，25，70)中 還設(shè)置有輔助聚能器G0，M，65)，它位于所述聚集的輻射(30' ,31')的路徑上，并且是 以如下方式制作的所述聚集的輻射(30' ,31')朝向位于所述吸熱管02，64)的輔助焦 線區(qū)或輔助焦線進(jìn)一步聚集。
2.如權(quán)利要求1所述的槽式集熱器，其中，至少部分由柔性膜形成的所述壓力傳感器 (10,25,70)具有用于要反射的太陽(yáng)輻射(30,31)的透明區(qū)，所述聚能器(33,60,71)具有朝 向所述透明區(qū)并且反射所述太陽(yáng)輻射(30，31)的側(cè)面(74)，和背離所述輻射(30，31)的側(cè) 面(75)，同時(shí)，將所述壓力傳感器(10，25，70)細(xì)分成第一壓力室(7 和第二壓力室(73)， 其中，設(shè)置有制作成風(fēng)扇(78，80)的裝置，以便在運(yùn)行中當(dāng)壓力室(72，7 中的一個(gè)或兩個(gè) 的體積通過(guò)外部作用而改變時(shí)，在所述壓力室(72，73)中可操作地產(chǎn)生壓力，并且維持在 預(yù)定的水平。
3.如權(quán)利要求1-2中任意一項(xiàng)所述的槽式集熱器，其中，所述預(yù)定壓力差小于0.5毫 巴，優(yōu)選在0. 05-0. 2毫巴的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在0. 05-0. 1毫巴的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的槽式集熱器，其中，所述輔助聚能器00巧4，65) 是相對(duì)所述聚能器(33，60，71)安裝的，靠近所述具有對(duì)于太陽(yáng)輻射(30，31)透明的部位的 膜( )，其中，所述吸熱管(42，64)在所述聚能器(33，60，71)和輔助聚能器(40,54,65)之 間延伸。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的槽式集熱器，其中，所述吸熱管(64)具有套管 (77)，它能減少向外部散熱，并且具有在所述套管(77)中縱向延伸的熱開(kāi)口(72)，所述開(kāi) 口咖允許太陽(yáng)輻射(30，31)通過(guò)，通過(guò)所述輔助聚能器00，M，6 進(jìn)一步聚集，通過(guò)所 述套管(77)進(jìn)入所述吸熱管(42，64)的內(nèi)部(73)，其中，所述吸熱管(64)是以如下方式進(jìn) 一步制作的傳熱流體能夠在所述套管(77)和內(nèi)部(7 之間循環(huán)，以便將通過(guò)所述熱開(kāi)口 (72)入射的輻射熱輸送走。
6.如權(quán)利要求1所述的槽式集熱器，其中，所述聚能器(33，51，60，71)和輔助聚能器 (40,54,65)分別分成兩個(gè)縱向分布的相互對(duì)稱的部分。
7.如權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的用于槽式集熱器的輔助聚能器(40，54，65)，其特 征在于由金屬薄板構(gòu)成的長(zhǎng)形型面形成了所述聚能面，該金屬薄板被反射層覆蓋，其中，所 述型面是相對(duì)其長(zhǎng)度橫向彎曲的，以便在相對(duì)聚能器(33，60，71)的預(yù)定的相對(duì)位置上，它 能聚集從所述聚能器中接收的輻射(30' ,31')，使其進(jìn)一步朝向預(yù)定的焦線或預(yù)定的焦 線區(qū)。
8.一種用于生產(chǎn)如權(quán)利要求7所述的輔助聚能器的方法，其特征在于長(zhǎng)形金屬薄板是 在壓力機(jī)中成型的，以便它是以預(yù)定的方式相對(duì)其長(zhǎng)度橫向彎曲的，這樣，當(dāng)所述金屬薄板 安裝在相對(duì)所述聚能器(33，60，71)的預(yù)定的相對(duì)位置時(shí)，從聚能器(33，60，71)中接收的 輻射(30' ,31')進(jìn)一步朝向預(yù)定的焦線或預(yù)定的焦線區(qū)聚集。
9.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，在成型之前為所述金屬薄板設(shè)置反射層。
10.一種用于生產(chǎn)用于太陽(yáng)能集熱器的輔助聚能器的方法，包括用于確定所述輔助聚 能器的反射表面的形狀的以下步驟■假設(shè)所述輔助聚能器的至少一個(gè)橫截平面，其中，執(zhí)行以下操作，其中 ■定義所述入射的太陽(yáng)光線的單位矢量5 (φ) ■定義在所述聚能器上反射的所述太陽(yáng)光線的單位矢量f (φ ) ■假定在所述輔助聚能器上反射的所述太陽(yáng)光線的單位矢量i" ( φ ) ■通過(guò)所述矢φ)在所述輔助聚能器上定義多個(gè)點(diǎn)·(φ)，其中， PM ( φ )位于所述聚能器上，其中，SM (φ) - PM (φ) + k-s'( φ )■以如下方式定義因子k，使得f ( φ )通過(guò)由所述聚能器和輔助聚能器組成的裝置 的預(yù)定的焦點(diǎn)或焦線F■定義所述曲線，并因此定義通過(guò)所獲得的多個(gè)點(diǎn)SM (φ)的反射表面的尋求的形狀■利用以上步驟將獲得的曲線轉(zhuǎn)移到所述輔助聚能器上，以便形成其反射表面。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，因子k是通過(guò)以下標(biāo)量積公式定義的S' · _ = S" . ￡(φ)其中， ( Φ )是針對(duì)所述輔助聚能器的點(diǎn)SM (φ)的正切。
12.如權(quán)利要求Ii所述的方法，其中，所述公式S' _ (φ) = s" ■ (φ)是按照dk/d(p分解的，并且，k值是根據(jù)所得到的橢圓積分?jǐn)?shù)字定義的。
13.如上述權(quán)利要求10-12中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，假設(shè)所述入 射太陽(yáng)光線31是平行的。
14.如上述權(quán)利要求10-13中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，假設(shè)所述聚能器具有弓形截
15.如上述權(quán)利要求10-14中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，假設(shè)所述坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)位 于所述聚能器的曲率中心點(diǎn)。
16.如上述權(quán)利要求10-15中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述曲線是通過(guò)所述最小平 方方法，通過(guò)所述獲得點(diǎn)SM ( φ )定義的。
17.如上述權(quán)利要求10-16中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述曲線被轉(zhuǎn)移到泡沫塊 上，由此產(chǎn)生的彎曲表面被反射箔鎖覆蓋。
18.如權(quán)利要求10-17中任意一項(xiàng)所述的方法生產(chǎn)的輔助聚能器。
19.用于太陽(yáng)能發(fā)電裝置的槽式集熱器，其特征在于輔助聚能器是通過(guò)如權(quán)利要求 10-18中任意一項(xiàng)所述的方法生產(chǎn)的。
20.太陽(yáng)能發(fā)電裝置，其特征在于槽式集熱器是通過(guò)如權(quán)利要求10-19中任意一項(xiàng)所 述的方法生產(chǎn)的。
全文摘要
用于太陽(yáng)能發(fā)電裝置的槽式集熱器(1)，包括壓力傳感器(25)，包含用于載熱流體的吸熱管(42)，還包含同樣安裝在壓力傳感器(25)中的輔助聚能器。因此，可以降低壓力傳感器(25)的高度，從而消除了對(duì)以構(gòu)架結(jié)構(gòu)形式強(qiáng)化壓力傳感器(25)的需求，否則，就需要這種強(qiáng)化。
文檔編號(hào)F24J2/18GK102084191SQ200980119318
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者A·佩德雷蒂 申請(qǐng)人:空氣光能源Ip有限公司