專利名稱：用于太陽能收集和轉(zhuǎn)化的設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于太陽能收集和轉(zhuǎn)化的設備和方法。相關申請本申請要求澳大利亞臨時專利申請2010902580的優(yōu)先權。該申請的內(nèi)容以引用方式并入本文中。
背景技術：
太陽能收集器一般具有用于吸收入射的太陽輻射的吸收裝置，以將太陽輻射轉(zhuǎn)化為便利的能量以供日后使用。這可以通過加熱流過其中的流體來實現(xiàn)以用于諸如驅(qū)動蒸汽渦輪機或加熱房間的應用。然而，收集器一般在將任何太陽輻射轉(zhuǎn)化為便利的能源方面不太有效。因此，本發(fā)明試圖提供更有效的設備、方法和部件以使得能夠進行太陽輻射的能
量轉(zhuǎn)化。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種太陽能收集器，其包括外殼體，該外殼體具有設置在其中的至少一個孔；和吸收器，該吸收器設置在外殼體內(nèi)，孔被布置成接收穿過其中的太陽輻射束，使得光束入射到吸收器上，吸收器被布置成吸收太陽輻射的入射光束的能量以因此將該能量轉(zhuǎn)化為熱能，進而加熱通過吸收器流通的流體，并且吸收器被布置成由移動裝置移動以有助于吸收器的均勻加熱。吸收器的均勻加熱是期望的，因為它提高了收集器的效率。這是因為當吸收器加熱至高于環(huán)境溫度的溫度時，吸收器散發(fā)出更大一部分長波熱射線形式的任何積蓄的熱能，并且隨著溫度的增加，吸收器獲得增加的反射率。通過確保整個吸收器被太陽輻射的入射光束均勻地加熱，更多的入射能量可以被吸收器吸收。當吸收器的點(spot)加熱發(fā)生時，在受熱點處的吸收器的溫度很快高于周圍的環(huán)境溫度。這允許從吸收器的較熱外表面的更大的局部熱輻射和由于局部增加的反射率而對入射的太陽輻射的增加的反射，從而降低收集器的總體效率。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，吸收器被布置成由移動裝置圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)。移動裝置優(yōu)選地也被布置成沿第一軸線平移吸收器，以便吸收器采取正弦運動。流體優(yōu)選地經(jīng)由曲折的通道而通過吸收器流通。優(yōu)選地提供泵送裝置以調(diào)節(jié)通過所述吸收器的傳熱流體的流動。如易于理解的，吸收器的外表面將把太陽輻射的入射光束中的至少一些反射到外殼體的內(nèi)表面上。吸收器的外表面優(yōu)選地為不平的。不平的外表面增加了反射光束將與入射光束成角度的概率。因此，有較大的概率反射光束將不向后導向離開外殼體中的孔。因此，反射光束的能量被保留在收集器中并且不損失到大氣中。 吸收器的不平外表面可以采取不同的形式。例如，不平外表面可以是波狀表面，或者是沿細長吸收器的外表面延伸的細長形，或者水平地圍繞吸收器的的周圍，或者為兩者的組合，形成小丘的十字開口，或者它可以包括多個凹坑，全部是為了影響太陽輻射的入射光束的反射角度的改變。吸收器優(yōu)選地包括充當散熱器的芯部，并且其中通過吸收器流通的流體穿過芯部或緊鄰芯部。收集器的外殼體優(yōu)選地具有反射性內(nèi)表面?？梢栽诜瓷湫詢?nèi)表面和外殼體的外表面之間設置絕緣物，以幫助將熱能保持在收集器中并防止熱能損失到周圍大氣中。有穿孔的篩網(wǎng)優(yōu)選地設置在外殼體和吸收器之間。形成于有穿孔的篩網(wǎng)中的多個穿孔中的至少一個被布置成與收集器中的至少一個孔對準，以允許太陽輻射的入射光束直接傳輸?shù)轿掌魃?。根?jù)本發(fā)明的第二方面，提供了包括主體的吸收器，該主體具有在其中延伸的至少一個流體通道以用于使流體通過所述主體流通，所述吸收器被布置成在使用中吸收太陽·輻射的入射光束，以由此將太陽輻射能量轉(zhuǎn)化成熱能，進而加熱通過吸收器流通的流體，并且所述吸收器被布置成由移動裝置移動以有助于吸收器的均勻加熱。本發(fā)明還在另一個方面中提供一種收集太陽輻射的方法，其包括反射并沿焦線會聚太陽輻射以形成會聚的太陽輻射束；將所述會聚的太陽輻射束入射到吸收器上；由所述吸收器吸收所述會聚的太陽輻射束；由所述吸收器將所述會聚的太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱能；使流體通過吸收器流通以便加熱；以及移動所述吸收器以降低所述吸收器的表面的點溫度。在一個實施例中，收集器還包括泵送裝置，用于調(diào)節(jié)傳送流體通過吸收器的流動。泵送裝置為泵，其被布置成調(diào)節(jié)流體的流動以實現(xiàn)從吸收器輸出的流體的所需溫度。泵送裝置也可具有調(diào)節(jié)通過管道的流體的壓力的重要作用。例如，如果由于管道內(nèi)流體的熱量積聚而使流體壓力達到臨界壓力，以致于威脅到管道的完整性，則更快速地泵送流體通過管道將導致管道內(nèi)的流體的冷卻。傳熱流體通常為水。然而，本領域的技術人員將理解，用作傳熱流體的流體可根據(jù)系統(tǒng)的需求而變化。例如，可以將熔化的鹽泵送通過高溫太陽能集熱系統(tǒng)中的吸收器。還應當理解，流體可以是通過吸收器流通的氣體介質(zhì)。在一種布置中，吸收器為細長的端部凹入的圓柱體。這樣的構型提供了比使用緊湊圓柱體時更大的用來加熱穿過吸收器的流體的接觸區(qū)域。細長圓柱體相對于收集器殼體而言具有足夠的直徑以最大化其效率。


現(xiàn)在將僅以舉例方式結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實施例，在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于太陽能熱能收集的系統(tǒng)的示意圖；圖IA示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的收集器中的直鉆孔和成角度的鉆孔；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的收集器的俯視剖視圖3是從圖2的A-A截取的收集器的剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的收集器的剖視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的具有多個反射器的用于太陽能熱能收集的系統(tǒng)的不意圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的收集太陽輻射的方法。
具體實施例方式圖I示意性地示出了用于太陽能熱能收集的系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括具有圓盤狀表面14的反射器12，圓盤狀表面14被布置成反射并沿焦線會聚太陽輻射以形成太陽輻射束
16。系統(tǒng)10還包括具有外殼體20的收集器18，外殼體20具有設置在其中的孔22。收集器18包括設置在外殼體20內(nèi)的吸收器24。太陽輻射束16被布置成穿過收集器18的孔22到吸收器24上。吸收器24被布置成吸收太陽輻射束16，以將太陽輻射轉(zhuǎn)化為諸如熱能的便利的能量，并且加熱介質(zhì)，例如通過吸收器流通的流體。如圖所示，流體經(jīng)由管道26所形成的通路而通過吸收器24流通。吸收器24被布置成圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)以有助于在吸收器24中均勻分布熱量并防止點加熱。也就是說，在固定吸收器上直接接收入射光束16的那部分表面將具有遠高于固定吸收器的表面的剩余部分的點溫度(spot temperature)。這在局部導致從吸收器的較熱外表面向吸收器外部的收集器輻射且遠離其在吸收器內(nèi)部的期望目的地的熱量增加。它還導致吸收器的該部分的反射率增加，從而通過這兩個過程降低吸收器內(nèi)部的所需吸收能力，并因此減少可用于傳遞到通過吸收器流通的流體的熱能的量。設想，備選地或除了圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)或樞轉(zhuǎn)吸收器24之外，可以沿其縱向軸線來回平移(translate)吸收器24。實際上，吸收器24可以以任何合適的方式移動以有助于將入射光束16均勻施加到吸收器24的表面和/或均勻加熱吸收器24。設想，可能有利的是移動吸收器24以便采取大體正弦的運動。如前所述，吸收器24將入射的太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱能，以便因此加熱通過吸收器24流通的傳送流體。吸收器24的移動降低了吸收器24的表面的點溫度以增加吸收器24的吸收能力，這又可以增加能被加熱至指定溫度的流體的體積和/或增加該流體的溫度。諸如過熱蒸汽的受熱流體可接著用來使用諸如蒸汽渦輪機的常規(guī)方法產(chǎn)生電。本領域的技術人員應當理解，可以使用系統(tǒng)10實現(xiàn)其它應用，例如加熱房間、游泳池等。如圖I所示，從圓盤狀表面14反射的太陽輻射束16被使用凸透鏡15準直，凸透鏡15設置在圓盤狀表面14遠端剛好遠離圓盤狀表面14的焦點處。如上所述，凸透鏡15可以是具有一個平表面和一個凸表面的平面凸透鏡，或者它可以具有兩個凸表面，或者它可以是菲涅耳透鏡。菲涅耳透鏡將具有減少透鏡15自身內(nèi)的太陽輻射吸收的優(yōu)點，但它具有會聚的太陽輻射束中的一些被扭曲而不是平行的缺點。凸透鏡15將反射的太陽輻射準直成光束16，光束16被導向通過收集器18的外殼體20中的孔22以入射到吸收器24上。本領域的技術人員將理解，入射光束16可通過其它方式建立。本發(fā)明不限于用于建立導向到吸收器24上的入射光束的任何特定方式。收集器18中的孔22可采取不同的構型。例如，如圖IA所示，孔22可形成為直孔22’或成角度的孔22"。如果在收集器18中提供直孔22’，則只有平行于孔22’的內(nèi)孔的入射光束會穿過以入射到吸收器24上。當使用成角度的鉆孔22〃時，在成角度的內(nèi)孔的角度范圍內(nèi)的入射光束將能夠穿過孔22〃以入射到吸收器24上。當多個入射的太陽輻射束將穿過孔22時，成角度的鉆孔22"可能是優(yōu)選的。雖然孔22的形狀可以變化，但孔22的總體尺寸應被控制，以相比來自穿過孔22且到達吸收器24的一個或多個入射光束16的能量的量而最小化離開收集器18(即，經(jīng)由反射)損失的能量的量。收集器18的增加的效率通過最大化“截留”在收集器18內(nèi)的熱能的量而實現(xiàn)。 收集器18的另一個實施例在圖2中示出。在該實施例中，收集器18的外殼體20具有相對于孔22A的附加孔22B，以允許另外的太陽輻射束30入射到吸收器24上。本領域的技術人員將理解，外殼體20可具有多個孔22以接收入射的另外的太陽輻射束。圖2所示收集器18包括設置在外殼體20和吸收器24之間的有穿孔的篩網(wǎng)34。有穿孔的篩網(wǎng)34具有多個穿孔36、37A、37B。穿孔37A、37B將與孔22A和22B對準以允許相應的太陽輻射束16、30直接傳送到吸收器24上。剩余的穿孔36通過隨機化從外殼體20的高度反射的內(nèi)表面38反射的太陽輻射而允許最終傳送到吸收器24上。本領域的技術人員將理解，有穿孔的篩網(wǎng)34起到阻止從吸收器24反射或發(fā)出的一些輻射并將其反射回吸收器24的有效作用。從吸收器24穿過穿孔的輻射大部分最終通過隨機化過程而經(jīng)穿孔反射回吸收器24。穿孔36、37A、37B可以采取不同的構型。例如，穿孔36、37A、37B可以是圓形或正方形孔或者可以是細長孔，該細長孔相對于吸收器24的縱向軸線或者水平或者垂直延伸。在多個聚光器水平對準且其所得會聚的平行太陽輻射束被導致穿過收集器的外殼體20中的單個洞口的布置中，允許這樣的光束無阻礙通過的穿孔將是細長的水平穿孔。在另一示例中，所得光束將穿過單個洞口處的多個垂直對準的聚光器將需要細長的垂直穿孔。吸收器24還包括不平的外表面32，以便入射到吸收器24上且不被吸收器24吸收的太陽輻射被反射遠離其初始通道(即，與光束16、30成一角度)。這種布置是優(yōu)選的，以確保反射的輻射不經(jīng)由孔22A和22B向后反射出收集器18而損失到大氣中。如前所述，目的是盡可能將入射光束16、30的所有能量保留在收集器18內(nèi)，以便其能最終用來加熱穿過吸收器24的流體。離開吸收器24的反射的太陽輻射入射到有穿孔的篩網(wǎng)34上，并且或者反射回吸收器24或者將穿過有穿孔的篩網(wǎng)34中的穿孔36。穿過穿孔36的輻射將接著入射到外殼體20的內(nèi)表面38上，以便通過隨機化而經(jīng)由有穿孔的篩網(wǎng)34的穿孔36反射回吸收器24。因此應當理解，入射光束16將從收集器18和/或有穿孔的篩網(wǎng)34和/或吸收器24的各表面反射離開，直到其導向至吸收器24并被吸收器24吸收。入射光束16因此被“截留”在收集器18內(nèi)部，從而最大化可能給通過吸收器24流通的流體的能量傳遞。外殼體20的內(nèi)表面38為高度反射的(例如，拋光鋼)，以將任何入射的太陽輻射通過有穿孔的篩網(wǎng)34中的穿孔36更好地反射回吸收器24。另外，有穿孔的篩網(wǎng)34具有高度反射的表面(例如，拋光鋼)，以將入射的太陽輻射最終反射回吸收器24。本領域的技術人員還將理解，有穿孔的篩網(wǎng)34和外殼體20將熱量保留在收集器18中以經(jīng)由對流和空氣傳導來加熱吸收器24。相應地,收集器18的外殼體20具有設置在外殼體20的反射內(nèi)表面38和外表面之間的絕緣物，以將熱量進一步保留在收集器18中。在一個實施例中，外殼體包括包圍高度反射內(nèi)表面(例如拋光鋼)的厚絕緣物。熱絕緣物阻止由內(nèi)表面吸收且傳輸?shù)浇^緣物的熱量的傳輸并阻止不完美地進入洞口且被絕緣物吸收的輻射或熱量。因此，在絕緣物上存在從內(nèi)部熱的溫度到外部較低的溫度的熱梯度。如果外殼體的外表面變得過熱，則必然將熱絕緣物視為不充足或不適當并已經(jīng)失效。本領域的技術人員將理解，絕緣物對于保持所有類型的輻射在收集器內(nèi)的截留是重要的。如果例如通過將流體(例如水)泵送通過絕緣物而嘗試對絕緣物的任何冷卻，則所產(chǎn)生的外殼體的冷卻將促使更多熱量從收集器的內(nèi)部損失。收集器18可包括可收放的遮板39，其被布置成當通過吸收器24流通的流體達到最大操作溫度時或者當系統(tǒng)處于過熱和損壞自身的危險中時選擇性地關閉孔22A、22B，以停止吸收器24將太陽輻射向熱能轉(zhuǎn)化。在這種情況下，每個遮板39也可具有反射性外表面，用于反射入射的太陽輻射以最小化熱能在收集器18中的吸收。在未示出的布置中，遮·板39被布置成在收集器18外部操作。圖3示出了圖2所示收集器18沿A-A截取的側(cè)剖視圖。吸收器24包封一個或多個管道40，兩個管道以舉例方式示出，以用于通過吸收器24的長度流通流體。吸收器24還包封細長的芯部41，芯部41具有高吸收性和和傳導性兩者，并且其可由例如銅或青銅制成，以保留從吸收器24傳輸?shù)臒崮?，進而通過傳導進一步加熱一個或多個管道40中的流體。吸收器24為包封平行管道40的細長的端部凹入(hollow ended)的圓柱體。然而，設想管道40可以是旋繞的，例如具有螺旋形狀，以增加與吸收器24緊密接觸的管道40的表面積，以增加能被加熱至指定溫度的流體的體積。吸收器可由諸如銅、鑄鐵或青銅的材料制成以便具有高度吸收性。吸收器的表面優(yōu)選地被構造成阻止反射并可包括表面涂層以增加吸收程度。如上所述，吸收器24被布置成被移動以有助于均勻的熱分布和防止在吸收器24上形成熱點。吸收器24的移動可通過任何合適的方法實現(xiàn)。用于向物體施加旋轉(zhuǎn)移動的方法是公知的，因此將不再詳細描述。例如，可以使用簡單的馬達來使吸收器24圍繞其縱向軸線在順時針或逆時針方向上旋轉(zhuǎn)。為了使吸收器24除了周向之外在垂直方向上保持一致的表面溫度，吸收器24可由合適的機構沿吸收器24的縱向軸線來回移動。同樣，用于為物體提供這樣的運動范圍的方法是公知的，因此本文不再描述。設想，本發(fā)明的優(yōu)選實施例將包括這樣的吸收器24 :其根據(jù)需要而旋轉(zhuǎn)、平移和/或旋轉(zhuǎn)且平移，以有助于均勻加熱吸收器24的表面?？梢栽O置傳感器(未示出)以監(jiān)測收集器的內(nèi)部溫度，以便確保實現(xiàn)和保持最優(yōu)化的操作溫度。傳感器可以位于例如中央芯部內(nèi)、管路內(nèi)、外殼體和吸收器之間以及吸收器上?？梢蕴峁┛刂葡到y(tǒng)以接收來自傳感器的輸入，然后控制待加熱流體的泵送速度。控制系統(tǒng)可以另外或備選地控制吸收器24的移動，以最優(yōu)化吸收器24的加熱曲線和/或遮板系統(tǒng)39的操作，以便減少和/或關閉輸入收集器18內(nèi)的太陽輻射。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的收集器118。收集器118包括具有設置在其中的孔222的外殼體220，孔222被布置成接收入射的輻射束16。殼體220的內(nèi)表面被高度拋光，以促進任何入射輻射的反射。在收集器118的殼體220內(nèi)安裝有吸收器224。吸收器224為端部凹入的圓柱形構件，其被布置用于旋轉(zhuǎn)和擺動以防止由于入射的輻射束16而點加熱吸收器224。吸收器224具有暗淡的飾面以阻礙反射。高度傳導材料(例如,銅、青銅)的圓柱體芯部226位于可移動的吸收器224的內(nèi)表面內(nèi)且靠近該內(nèi)表面。細長的芯部提供用于保留轉(zhuǎn)化的熱能。芯部226為固定的，并且包含通路228，傳熱流體通過通路228被泵送或以其它方式布置成流動。傳送流體在穿過芯部226時被加熱并可以后面用來為家庭供熱或驅(qū)動蒸汽潤輪機等。雖然未示出，但通路228可以采取曲折的路徑，以便最大化傳熱流體在芯部226內(nèi)花費的時間以有助于加熱。有穿孔的篩網(wǎng)234固定地安裝在殼體220內(nèi)且圍繞吸收器224。如圖4所示，殼體220可包括上部220A和下部220B，吸收器224和芯部226可以伸入上部220A和下部220B。有穿孔的篩網(wǎng)234不伸入上部220A和下部220B。殼體220形成圍繞吸收器224的室。圖5示出了用于收集太陽能熱能的另一個系統(tǒng)，其中收集器18具有多個孔22A至22J，這些孔被布置成接收來自多個反射器12A至12J的對應的太陽輻射束。在該實施例中，反射器12A至12J周向布置在居中定位的收集器18周圍以接收太陽輻射并將其會聚和反射到收集器18上。反射器12A至12J被布置成橫排，其中第一排反射器12A至I2E具有比第二排反射器12F至12J更大的垂直高度。在這種情況下，第一排反射器12A至I2E被布置成將太陽輻射束反射到第一排對應的孔22A至22E，孔22A至22E周向設置在收集器18上在第二排孔22F至22J之上，孔22F至22J被布置成接收來自第二排反射器12F至12J的太陽輻射束。本領域的技術人員將理解，可以在收集器18中設置兩排以上的孔，并且可以布置不止一個反射器以將太陽輻射束反射通過相同孔。圖6示出了用于收集太陽輻射的方法。方法56包括步驟58，其反射并沿焦線會聚太陽輻射以形成會聚的太陽輻射束；步驟60，其將太陽輻射束入射到吸收器上；以及步驟62，其由吸收器吸收會聚的太陽輻射束。方法56還包括步驟64，其由吸收器將太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱能；步驟66，其使流體通過吸收器流通以被這樣轉(zhuǎn)化的熱能加熱；以及步驟68，其移動吸收器以降低光束入射處的吸收器表面上的點溫度(即，不形成溫度過高的熱點)，并且因此增加吸收器的吸收能力和由此增加太陽輻射向熱能的轉(zhuǎn)化效率。應當理解，根據(jù)所描述的本發(fā)明的實施例，會聚的太陽輻射束被導向以無阻礙地穿過收集器中的小孔或洞口。這以高精度進行，并且一旦在收集器內(nèi)部，輻射就只能以很大的難度逸出。所產(chǎn)生的效果是幾乎所有入射的太陽輻射被最終轉(zhuǎn)化為可用來加熱傳送流體的熱能。根據(jù)優(yōu)選實施例，收集器為圓柱形結(jié)構，其具有高度反射的內(nèi)壁(例如拋光鋼)和具有暗淡的飾面的中央吸收器，這種暗淡的飾面促使截留的太陽輻射優(yōu)先被吸收器吸收。吸收器同時旋轉(zhuǎn)和擺動，從而產(chǎn)生正弦運動以有助于吸收器的均勻加熱。吸收器采取端部凹入的圓柱體的形式，該圓柱體完全包圍并且緊密接觸具有高吸熱性和傳導性的材料的圓柱形塊體(例如銅塊體)。用于傳熱流體的通路延伸通過塊體。在一種形式中，通路由可具有螺旋構型的一個或多個管道建立。傳送流體被泵送通過管道以進行加熱。吸收器被布置成在塊體固定的同時移動。當吸收器加熱時，吸收器充當輻射器并將熱量輻射到其周圍。這意味著除了加熱包含流體通 路的材料塊體之外，吸收器將把熱量輻射到收集器的圓柱形結(jié)構。從吸收器向外輻射的熱量遇到收集器的高度反射的內(nèi)壁，然后反射回吸收器。該過程重復，使得在盡可能的情況下，并且注意到系統(tǒng)中將始終存在一定的低效率和損失，經(jīng)由孔進入收集器的入射輻射最終被吸收器吸收，然后用來加熱傳送流體。該布置為太陽能入射光束轉(zhuǎn)化為最終用來加熱傳送流體的熱能建立了高度的效率。收集器優(yōu)選地在外部很好地絕緣，以防止產(chǎn)生的任何熱量在反射過程中離開內(nèi)壁，或者通過洞口或孔不完美地反射回的輻射從收集器向外逸出。目的是為了捕集任何輻射或熱量，以便允許這種輻射或熱量充當緩沖物以防止更多的熱量逸出收集器20的內(nèi)部。收集器內(nèi)優(yōu)選地采用有穿孔的篩網(wǎng)。在一種形式中，篩網(wǎng)包括在兩側(cè)具有高度拋光的表面的端部凹入的圓柱形構件。篩網(wǎng)的穿孔設計成允許入射的會聚的太陽輻射束直接傳送到吸收器上。從吸收器反射的顯著量的入射輻射和由吸收器發(fā)出的輻射被篩網(wǎng)直接反射回吸收器或被來自篩網(wǎng)的最內(nèi)表面的另外的反射間接反射回吸收器。穿過篩網(wǎng)的穿孔的輻射部分遇到收集器的內(nèi)壁并在收集器內(nèi)被反射，直到其隨機地通過穿孔返回以最終遇到吸收器并被吸收。該系統(tǒng)不可能是完美的，例如一些能量在反射過程中損失并且轉(zhuǎn)變成可以通過收集器的帶絕緣外壁慢慢損失的熱量。因此，進入收集器的太陽能大部分最終被吸收，并且小部分以其它方式散失。吸收器具有不規(guī)則表面(例如，波紋表面)，該表面阻止被反射且未被吸收的任何入射輻射沿與其入口相同的路徑反射回，在這種情況下入射輻射能夠經(jīng)由其相同的入口離開并損失到大氣中。目的是為了防止任何反射的能量經(jīng)由與進入收集器時相同的小孔或洞口離開收集器。在備選布置中，收集器可包括內(nèi)壁和外壁，在兩者之間具有用于接收傳送流體的流的空間。傳送流體被泵送通過該空間并在移動通過該空間時被加熱。內(nèi)壁將具有暗淡且吸收性的內(nèi)表面，并且外壁將被良好地絕緣以防止熱量從該空間損失。在另一備選方案中，容器可包括具有限定在其中的傳送流體通道的壁。該通道可由在容器的壁內(nèi)延伸的導管或管形成。根據(jù)傳送流體行進通過容器壁中的空間或(多個)通道的任何布置，容器中的一個或多個孔被構造成與所述空間或(多個)通道隔離。一種發(fā)明人優(yōu)選的太陽能會聚方法是使用具有高度反射的內(nèi)表面的兩個相對的三維拋物線結(jié)構，一個大，一個小。這些結(jié)構的構型使得平行的太陽輻射在從結(jié)構的內(nèi)表面反射之后被引向焦點。主拋物線反射器大且沿其焦線在其焦點處收集太陽輻射，之后，輻射再次發(fā)散以遇到在主拋物線反射器的焦點遠側(cè)的小的次拋物線反射器。主反射器和次反射器共用公共焦線(但在相反方向上)和公共焦點。最終結(jié)果是平行的會聚輻射從次拋物線反射器沿著公共焦線傳送以通過主拋物線反射器中的孔在其極點(pole)處離開。如果需要更高會聚度的輻射，系統(tǒng)將能夠復制其自身來實現(xiàn)這一目的。平面鏡接著將把會聚的光束導向至收集器中的洞口。如果輻射會聚度高，則可能需要在接收這樣高度會聚的輻射的所有反射器的反射表面之后采用冷卻系統(tǒng)。這樣的聚光器布置能夠在其收集面處和極點(存在孔)處被具有高半透明度的平板玻璃或具有高半透明度的平板合成材料“封鎖”，以形成“密封單元”。這在維護這樣的聚光器時可以具有確保其反射表面清潔和保持高反射性的主要優(yōu)點。作為變型，代替在主拋物線反射器的極點處密封，“密封單元”可以在遠端密封，例如經(jīng)過第一導向平面鏡或在后續(xù)導向鏡遠端。本領域的技術人員將理解，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進行許多修改。貫穿本說明書的描述和權利要求，用語“包括(comprise) ”及其變型，例如“包含(comprising) ”和“構成(comprise) ”并非意圖排除其它添加物、部件、整數(shù)或步驟?！?br> 將對文獻、行為、材料、裝置、制品等的討論包括在本說明書中僅僅是為了給本發(fā)明提供上下文。這并不表示或代表這些內(nèi)容中的任意一項或全部形成了在本申請的每條權利要求的優(yōu)先權日之前存在的與本發(fā)明相關的領域中的現(xiàn)有技術基礎或公知一般技術的一部分。
權利要求
1.一種太陽能收集器，包括外殼體，其具有設置在其中的至少一個孔；和吸收器，其設置在所述外殼體內(nèi)，所述孔被布置成接收穿過其中的太陽輻射束，使得所述光束入射到所述吸收器上，所述吸收器被布置成吸收所述太陽輻射的入射光束的能量以因此將能量轉(zhuǎn)化為熱能，以加熱通過所述吸收器流通的流體，并且所述吸收器被布置成由移動裝置移動以有助于所述吸收器的均勻加熱。
2.根據(jù)權利要求I所述的太陽能收集器，其中，所述吸收器被布置成由所述移動裝置旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的太陽能收集器，其中，所述吸收器被布置成由所述移動裝置沿第一軸線平移。
4.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的太陽能收集器，其中，所述移動裝置移動所述吸收器，以使得所述吸收器采取正弦運動。
5.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的太陽能收集器，其中，所述流體經(jīng)由曲折的通道通過所述吸收器流通。
6.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的太陽能收集器，其中，所述收集器還包括用于調(diào)節(jié)所述流體通過所述吸收器的流動的泵送裝置。
7.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的太陽能收集器，其中，所述吸收器具有外表面，所述外表面被構造成將所述太陽輻射的入射光束的任何未吸收部分反射到所述收集器的內(nèi)表面上。
8.根據(jù)權利要求7所述的太陽能收集器，其中，所述吸收器的所述外表面為不平的。
9.根據(jù)權利要求7所述的太陽能收集器，其中，所述外表面為波狀的，或者包括多個小丘或凹坑。
10.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的太陽能收集器，其中，所述吸收器包括充當散熱器的芯部，并且其中通過所述吸收器流通的所述流體穿過所述芯部或緊鄰所述芯部。
11.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的太陽能收集器，其中，所述外殼體具有反射性內(nèi)表面。
12.根據(jù)權利要求11所述的太陽能收集器，其中，所述外殼體包括設置在所述外殼體的所述反射性內(nèi)表面和外表面之間的絕緣物。
13.根據(jù)權利要求I至12中的任一項所述的太陽能收集器，還包括設置在所述外殼體和所述吸收器之間的有穿孔的篩網(wǎng)，所述有穿孔的篩網(wǎng)包括多個穿孔。
14.根據(jù)權利要求13所述的太陽能收集器，其中，所述多個穿孔中的至少一個與在所述收集器中的所述至少一個孔對準以允許所述太陽輻射束穿過以入射到所述吸收器上。
15.根據(jù)權利要求13或14所述的太陽能收集器，其中，所述穿孔為圓形或正方形孔，或者可以是相對于所述吸收器的縱向軸線或者水平或者垂直延伸的細長孔。
16.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的太陽能收集器，其中，絕緣物設置在所述收集器的所述外殼體內(nèi)。
17.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的太陽能收集器，還包括布置成選擇性地關閉所述至少一個孔的可收放的遮板。
18.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的太陽能收集器，其中，所述外殼體基本上圍繞所述吸收器。
19.一種包括主體的吸收器，所述主體具有在其中延伸的至少一個流體通道以用于使流體經(jīng)過所述主體流通，所述吸收器被布置成在使用中吸收太陽輻射的入射光束，以由此將太陽輻射能量轉(zhuǎn)化成熱能，進而加熱經(jīng)過所述吸收器流通的所述流體，并且所述吸收器被布置成由移動裝置移動以有助于所述吸收器的均勻加熱。
20.根據(jù)權利要求19所述的吸收器，還包括布置成圍繞所述吸收器延伸的有穿孔的篩網(wǎng)。
21.一種收集太陽能輻射的方法，包括反射并沿焦線會聚太陽輻射以形成會聚的太陽輻射束；將所述會聚的太陽輻射束入射到吸收器上；由所述吸收器吸收所述會聚的太陽輻射束；由所述吸收器將所述會聚的太陽輻射轉(zhuǎn)化成熱能；使流體通過所述吸收器流通以便加熱；以及移動所述吸收器以降低所述吸收器的表面的點溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括外殼體(20)和設置在外殼體(20)內(nèi)的吸收器(24)的太陽能收集器(18)，外殼體(20)具有至少一個孔(22)?？?22)被布置成接收穿過其中的太陽輻射束(16)，以便光束(16)入射到吸收器(24)上。吸收器(24)被布置成在使用中吸收太陽輻射束的能量并由此將太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱能以加熱通過吸收器(24)流通的流體。吸收器(24)被布置成由移動裝置移動以有助于吸收器(24)的均勻加熱。
文檔編號F24J2/04GK102959344SQ201180028804
公開日2013年3月6日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權日2010年6月11日
發(fā)明者R.J.沃思恩格頓 申請人:彭沃思私人有限公司