流體加熱系統(tǒng)的制作方法
相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2014年12月1日提交的題為mathematicalmodelfortheinactivationofbiologicalcontaminatesusingsolarheating(使用太陽能加熱滅活生物污染物的數(shù)學(xué)模型)的美國臨時(shí)申請第62/085,699號以及2015年11月25日提交題為fluidheatingsystem(流體加熱系統(tǒng))的美國申請第62/259,748號的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容在此以參考的方式全部納入本文。此外，本申請涉及2015年11月30日提交的題為dualaxistrackingdevice(雙軸線追蹤裝置)的美國非臨時(shí)專利申請第14/954,091號、2015年11月30日提交的題為controlvalveassemblyforafluidheatingsystem(用于流體加熱系統(tǒng)的控制閥組件)的美國非臨時(shí)專利申請第14/954,318號、以及2015年11月30日提交的題為methodofcalculatingpathogeninactivationforafluidheatingsystem(流體加熱系統(tǒng)的病原體滅活的計(jì)算方法)的美國非臨時(shí)專利申請第14/954,383號，這些申請中每個(gè)的內(nèi)容在此通過參考的方式全部納入本文。
本申請涉及流體加熱系統(tǒng)以及相關(guān)的機(jī)構(gòu)和裝置。更具體地，本發(fā)明涉及太陽能流體加熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于加熱、熱巴氏殺菌、或以其他方式處理水或其他流體。進(jìn)一步更具體地，本發(fā)明涉及被動(dòng)的或基本被動(dòng)的太陽追蹤和流體加熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于加熱、熱巴氏殺菌、或以其他方式處理水或其他流體。多個(gè)相關(guān)聯(lián)的機(jī)構(gòu)和裝置具有在流體加熱或太陽能流體加熱環(huán)境以外的應(yīng)用。由此，盡管多個(gè)系統(tǒng)和裝置在太陽能收集和流體加熱的環(huán)境中被描述，但要理解到在其他情況中以及用于其他目的的應(yīng)用也是適用的。
背景技術(shù)：
熱巴氏殺菌可指提高水或其他流體的溫度以使得水或流體無害。在水的情形下，水可例如在被巴氏殺菌之后而被安全飲用。巴氏殺菌可能不會(huì)導(dǎo)致所有病原體被殺死或滅活，但可能將病原體等級減少至對于人類消用合適的和/或安全的等級。由此，巴氏殺菌(pasteurization)可能不同于(其他)殺菌(sterilization)。此外，巴氏殺菌可能不將微?；蚧鞚嵛飶乃幸瞥?。然而，相比于諸如慢速/快速砂濾器、化學(xué)處理、以及使用紫外光之類的其他巴氏殺菌過程，熱巴氏殺菌不受混濁物的不利影響。該特征使得熱巴氏殺菌特別有利于可能較不干凈的水或流體。
熱巴氏殺菌已被認(rèn)為是分批(間歇)或流通(流動(dòng))過程。在分批過程中，水或流體容器可通過燃燒燃料或暴露至陽光而被加熱。對于流通過程，水或流體可在其穿過管道或管時(shí)被加熱，而呈現(xiàn)被巴氏殺菌。分批過程的制造可能較為廉價(jià)，但由于每次開始處理新的一批時(shí)都需要將系統(tǒng)提升至合適的溫度，它們的運(yùn)行可能較為昂貴。
各種病原體的滅活和滅活率基于病原體的類型而變化，盡管通常是使水沸騰，以確保病原體的滅活，但大多數(shù)病原體可在沸點(diǎn)以下的溫度被滅活。然而，隨著溫度增加，滅活率仍然快速增加。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
下文提出了對本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的簡要概述，以提供對這些實(shí)施例的基本理解。該概述不是對所有預(yù)期的實(shí)施例的廣泛概述，而是意于既不確定所有實(shí)施例的關(guān)鍵或重要元件，也不描繪任何或所有實(shí)施例的范圍。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，流體加熱系統(tǒng)可包括構(gòu)造成將陽光聚焦在焦軸上的太陽能收集系統(tǒng)、布置且構(gòu)造成沿太陽能收集系統(tǒng)在所述焦軸處運(yùn)輸流體的細(xì)長流動(dòng)元件、以及流動(dòng)控制組件，流動(dòng)控制組件包括恒溫閥，恒溫閥構(gòu)造成控制細(xì)長流動(dòng)元件中的流體流動(dòng)，使得在流體離開流體加熱系統(tǒng)之前，存在于流體中的病原體基本上被滅活。該系統(tǒng)還可包括預(yù)加熱熱交換器，預(yù)加熱熱交換器構(gòu)造成利用離開流體加熱系統(tǒng)的流體來加熱進(jìn)入流體加熱系統(tǒng)的流體。預(yù)加熱熱交換器可包括第一曲折通路和第二曲折通路，第一曲折通路和第二曲折通路基本上彼此對齊，使得熱量可在這些通路之間交換。該系統(tǒng)還可包括水的收集儲(chǔ)槽，該收集儲(chǔ)槽構(gòu)造成收集待巴氏殺菌的水。太陽能收集系統(tǒng)可包括反射元件，反射元件包括層壓至柔性基底的太陽能薄膜。太陽能收集系統(tǒng)還可包括限定拋物形的框架，且反射元件可由該框架保持形狀。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)可包括圍繞細(xì)長流動(dòng)元件的非暴露側(cè)布置的殼體。該殼體可包括隔熱材料。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，檐部可構(gòu)造成阻止細(xì)長流動(dòng)元件旁空氣的對流流動(dòng)。該系統(tǒng)還可包括返回管路，返回管路定位在殼體內(nèi)。返回管路可與細(xì)長流動(dòng)元件隔熱。細(xì)長流動(dòng)元件可在第一端處固定至控制閥組件，在第二端處固定至預(yù)加熱熱交換器，且細(xì)長流動(dòng)元件可在每端處固定有膨脹接頭。
該系統(tǒng)還可包括已處理流體的收集槽罐。該系統(tǒng)還可包括構(gòu)造成將太陽能收集系統(tǒng)引導(dǎo)向太陽的追蹤系統(tǒng)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，收集槽罐可包括與追蹤系統(tǒng)連通的流體高度傳感器，追蹤系統(tǒng)可構(gòu)造成在流體高度傳感器指示已處理流體的收集槽罐已滿時(shí)，引導(dǎo)太陽能收集系統(tǒng)遠(yuǎn)離太陽。
追蹤系統(tǒng)可包括構(gòu)造成將太陽能收集系統(tǒng)引導(dǎo)向太陽的雙軸追蹤系統(tǒng)。雙軸追蹤系統(tǒng)可構(gòu)造成將太陽能收集系統(tǒng)繞兩根軸線樞轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)還可包括支承結(jié)構(gòu)，支承結(jié)構(gòu)包括直立支承構(gòu)件、從直立支承構(gòu)件橫向延伸的臂部分、以及從臂部分偏置并基本平行于臂部分延伸的脊部部分。臂部分可繞季軸樞轉(zhuǎn)，季軸垂直于直立支承構(gòu)件并垂直于臂部分延伸。脊部部分可繞日軸樞轉(zhuǎn)，日軸沿脊部部分縱向延伸。該系統(tǒng)還可包括兩個(gè)致動(dòng)組件，用于將太陽能收集系統(tǒng)繞季軸和日軸樞轉(zhuǎn)。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可提供一種流體加熱系統(tǒng)的操作方法，其中，流體加熱系統(tǒng)包括拋物形太陽能收集器和支承結(jié)構(gòu)。該方法可包括沿地表面上的北/南軸線布置流體加熱系統(tǒng)并將拋物形太陽能收集器引導(dǎo)向太陽。引導(dǎo)拋物形太陽能收集器可包括啟動(dòng)控制模塊，控制模塊包括gps通信裝置，其中，控制模塊從衛(wèi)星接收gps數(shù)據(jù)并自動(dòng)地將太陽能收集器引導(dǎo)向太陽，gps數(shù)據(jù)包括限定流體加熱系統(tǒng)在行星表面上的位置的坐標(biāo)數(shù)據(jù)、日期數(shù)據(jù)和時(shí)間數(shù)據(jù)。將太陽能收集器自動(dòng)地引導(dǎo)向太陽可包括將太陽能收集器繞日軸和季軸樞轉(zhuǎn)。季軸可為相對于行星表面的基本水平軸線。日軸可為基本平行于太陽能收集器的縱向長度布置的軸線。
盡管公開了多個(gè)實(shí)施例，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，從以下示出并描述了本發(fā)明的示意性實(shí)施例的詳細(xì)說明中，本發(fā)明的其他實(shí)施例也將變得顯而易見。如將意識到的，本發(fā)明的各種實(shí)施例能夠具有各種明顯方面的修改，所有這些修改都不脫離本發(fā)明的精神和范圍。由此，附圖和詳細(xì)描述要被看作是本質(zhì)上是示意性的而非限制性的。
附圖說明
盡管該文件由權(quán)利要求結(jié)束，權(quán)利要求特別地指出了且明顯地要求了被認(rèn)為是形成本發(fā)明的各種實(shí)施例的主題，但所認(rèn)為的是，通過與附圖結(jié)合地閱讀以下描述將更好地理解本發(fā)明，附圖中：
圖1為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的流體加熱系統(tǒng)的立體圖。
圖2為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的流體加熱系統(tǒng)的太陽能收集系統(tǒng)部分的立體圖。
圖3為其根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的側(cè)后視圖。
圖4為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的太陽能收集系統(tǒng)的框架部分的立體圖。
圖5為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的框架部分的肋部的立體圖。
圖6為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的肋部和縱向軌道的連接部的立體圖。
圖7為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的太陽能收集系統(tǒng)的反射元件的立體圖。
圖8為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的太陽能收集系統(tǒng)的流體部分支承元件的立體圖。
圖9為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的流體加熱系統(tǒng)的流體控制系統(tǒng)的立體圖。
圖10為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的流體控制系統(tǒng)的各部分的放大立體圖。
圖11為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的流體控制系統(tǒng)的流體加熱元件的立體圖。
圖12為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的流體加熱元件的放大立體圖。
圖13a為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)長流動(dòng)元件和返回管路的接合細(xì)節(jié)的立體圖。
圖13b為其根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
圖14為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的流動(dòng)控制組件的示意圖。
圖15為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的流動(dòng)控制組件的分解圖。
圖16為其根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
圖17為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的排氣閥的連結(jié)件的自由體受力圖。
圖18a為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的排氣閥的立體圖。
圖18b為其根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的分解圖。
圖18c為其根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
圖19a為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的熱交換器的立體圖。
圖19b為其根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的分解圖。
圖20為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的追蹤裝置和有效載荷的立體圖。
圖21為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的圖20中的追蹤裝置的立體圖。
圖22a為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的第一致動(dòng)組件的細(xì)節(jié)圖。
圖22b為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的第二致動(dòng)組件的細(xì)節(jié)圖。
圖23為流程框圖，示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的追蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)并將有效載荷引導(dǎo)向目標(biāo)的方法。
圖24a為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例目標(biāo)相對于追蹤裝置的方位角和高度角的圖形表示。
圖24b為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例基于圖24a中的方位角和高度角的追蹤裝置的第一運(yùn)動(dòng)路徑和第二運(yùn)動(dòng)路徑的圖形表示。
圖25為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的第一運(yùn)動(dòng)路徑和第二運(yùn)動(dòng)路徑的計(jì)算的圖形表示。
圖26a為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的第一線性運(yùn)動(dòng)的計(jì)算的圖形表示。
圖26b為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例用于計(jì)算相對于第一致動(dòng)組件的第一線性運(yùn)動(dòng)的變量的位置的示意圖。
圖27a為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的第二線性運(yùn)動(dòng)的計(jì)算的圖形表示。
圖27b為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例用于計(jì)算相對于第二致動(dòng)組件的第二線性運(yùn)動(dòng)的變量的位置的示意圖。
圖28為框圖，示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的控制模塊的各方面。
圖29為流程圖，示出了根據(jù)某些實(shí)施例的填入誤差修正查找表的方法。
圖30為流程圖，示出了根據(jù)某些實(shí)施例的追蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)并將有效載荷引導(dǎo)向目標(biāo)的方法。
圖31為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的流體加熱系統(tǒng)中在特定位置處的流體溫度隨著時(shí)間變化的圖形表示。
圖32為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的圖20中的溫度位置的示意圖。
圖33為表，示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于計(jì)算流體加熱系統(tǒng)中的流體溫度的參數(shù)數(shù)據(jù)。
圖34為圖形表示，示出了計(jì)算得出的溫度與試驗(yàn)溫度之間的對應(yīng)關(guān)系。
圖35為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的流體加熱系統(tǒng)中在特定位置處的流體溫度隨著時(shí)間變化的圖形表示。
圖36為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的流體加熱系統(tǒng)中在特定位置處的流體溫度隨著時(shí)間變化的圖形表示。
圖37為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的流體加熱系統(tǒng)中在特定位置處的流體溫度隨著時(shí)間變化的圖形表示。
圖38是當(dāng)病原體穿過流體加熱系統(tǒng)時(shí)病原體的存活率隨時(shí)間變化的圖形表示。
具體實(shí)施方式
在某些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種用于水的加熱和/或熱巴氏殺菌的流體加熱系統(tǒng)。特別地，該流體加熱系統(tǒng)可包括細(xì)長的拋物面鏡，用于將陽光聚焦于焦點(diǎn)或焦軸上。流體加熱管可沿該鏡子布置且沿該鏡子的焦軸布置。水可取決于時(shí)間和溫度以校準(zhǔn)的速率可控地穿過加熱管，以滅活病原體并產(chǎn)生可飲用的水。流體流可通過熱致動(dòng)閥控制，該閥特別地適應(yīng)于控制脈沖流并阻止被污染的水穿過該閥。再進(jìn)一步地，該系統(tǒng)可包括獨(dú)特的太陽追蹤系統(tǒng)，該追蹤系統(tǒng)允許通過非常低的功耗和高精度進(jìn)行對太陽的追蹤或其他追蹤過程。
本文中所描述的系統(tǒng)、裝置和機(jī)構(gòu)可允許在世界的偏遠(yuǎn)地區(qū)中或在能量短缺的條件、災(zāi)害性事件、戰(zhàn)爭或其他情況下對水的加熱和/或熱巴氏殺菌。該系統(tǒng)可能基本自動(dòng)地做到這些而幾乎沒有以至于沒有與人類的互動(dòng)，并且?guī)缀醪灰蕾嚮虿灰蕾囉诠苍O(shè)施、網(wǎng)絡(luò)、或其他設(shè)施、電、信息、或其他基礎(chǔ)設(shè)施。該系統(tǒng)可包括其自身的能量源，該能量源可能能夠長時(shí)間維持系統(tǒng)的運(yùn)行，而不連接至外部能量源。設(shè)置于系統(tǒng)上的追蹤系統(tǒng)可能用于諸如當(dāng)前裝置對太陽的追蹤，或該追蹤系統(tǒng)可能用于追蹤其他物體，諸如衛(wèi)星、行星、或相對于該裝置的位置具有已知或可識別的位置的其他目標(biāo)。對于追蹤這些裝置或目標(biāo)或其他裝置或目標(biāo)，可能存在各種目的?？商峁┍鞠到y(tǒng)或其裝置或機(jī)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)的其他實(shí)施方式。
參考圖1，示出了流體加熱系統(tǒng)100的立體圖。在系統(tǒng)層面上，流體加熱系統(tǒng)100可包括太陽能收集系統(tǒng)102、流體控制系統(tǒng)104、支承結(jié)構(gòu)106以及追蹤系統(tǒng)108。太陽能收集系統(tǒng)102可構(gòu)造成用于將太陽能收集并聚焦在交點(diǎn)或焦軸103處。流體控制系統(tǒng)104可構(gòu)造成用于儲(chǔ)存待處理的流體、通過沿焦軸103運(yùn)輸流體而處理流體、以及儲(chǔ)存已處理的流體。支承結(jié)構(gòu)106可構(gòu)造成用于可操作地支承太陽能收集系統(tǒng)和流體控制系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部分。追蹤系統(tǒng)108可構(gòu)造成用于操縱支承結(jié)構(gòu)106或其多個(gè)部分，從而調(diào)整太陽能收集系統(tǒng)102和流體控制系統(tǒng)104的一個(gè)或多個(gè)部分的位置和定向，使得允許太陽能的高效收集和流體的高效加熱。
太陽能收集系統(tǒng)
參考圖2和3，太陽能收集系統(tǒng)102可包括框架110、反射元件112以及一個(gè)或多個(gè)直立流體控制支承元件114?？蚣?10可構(gòu)造成限定太陽能收集系統(tǒng)102的尺寸和形狀并為反射元件112提供框架。反射元件112可構(gòu)造成接收陽光或其他輻射，并將該陽光或其他輻射反射至共用焦點(diǎn)或焦軸103。直立流體控制支承元件114可構(gòu)造成用于在相對于反射元件112基本剛性的位置、特別是在焦點(diǎn)或沿焦軸103處支承流體控制系統(tǒng)104的流體加熱元件?？稍谙挛闹懈敿?xì)地描述太陽能收集系統(tǒng)102的每個(gè)特定元件。
現(xiàn)參考圖4，框架110可包括多個(gè)橫向延伸的肋部116以及一對縱向延伸的軌道118。肋部116可構(gòu)造成限定拋物形或其他形狀并沿反射元件112的長度提供反射元件112的間隔開的支承件。軌道118可構(gòu)造成沿反射元件112的邊緣提供支承以及向內(nèi)作用的阻力。
參考圖5，肋部116可呈條、板、角狀物、管道、管或具有用于限定反射元件的形狀的彎曲形狀或表面的基本上細(xì)長的其他元件的形式。在一個(gè)實(shí)施例中，肋部可包括頂表面120，頂表面120具有拋物形或其他彎曲形狀。在某些實(shí)施例中，頂表面120可由于肋部而形成或成形。在其他實(shí)施例中，頂表面120可通過在肋部中切割形狀而產(chǎn)生。在某些特別的實(shí)施例中，肋部116可為構(gòu)造成布置在邊緣上的板狀元件，且頂表面120和底表面122可通過彼此偏置以限定肋部深度124的基本平行的曲線限定。肋部116的厚度126可為約1/16英寸至約1/4英寸，或?yàn)榧s1/8英寸至約3/16英寸。還可設(shè)置為其他厚度。肋部116的深度124可在約1/4英寸至約4英寸的范圍內(nèi)，或在約1/2英寸至約2英寸的范圍內(nèi)，或在約3/4英寸至約1英寸的范圍內(nèi)。肋部116的長度128取決于太陽能收集系統(tǒng)102的尺寸，且可在約6英寸常至約10英尺常的范圍內(nèi)，或在約1英尺至約6英尺的范圍內(nèi)，或在約2英尺至約4英尺的范圍內(nèi)。
頂表面120的彎曲部或與反射元件112的背側(cè)接合的部分可為拋物形的。在某些實(shí)施例中，彎曲部可基于一函數(shù)，諸如是f(x)＝x2。在其他實(shí)施例中，彎曲部可基于一函數(shù)，諸如是f(x)＝x2–mx。反射元件112的焦軸103可基于肋部116的彎曲部而可在肋部的頂點(diǎn)130上方例如在約6英寸至約8英尺的范圍內(nèi)，或在約1英尺至約4英尺的范圍內(nèi)，或在約2英尺至約3英尺的范圍內(nèi)，或在約24英寸至約26英寸的范圍內(nèi)。
參考圖3和4，肋部116可沿反射元件112的背側(cè)布置、可接合支承結(jié)構(gòu)106并由支承結(jié)構(gòu)106支承、且可以間隔開的關(guān)系支承反射元件112。特別地，肋部116可通過托架、凸片或其他適合于將肋部116栓至脊部的連接元件或可使用焊接連接沿支承結(jié)構(gòu)106的脊部元件間隔和固定。
參考圖6，與肋部116相似，縱向延伸的軌道118可呈條、板、角狀物、管道、管或基本上細(xì)長的其他元件的形式。然而，相比于肋部116，軌道118可具有基本筆直的形狀，用于沿反射元件112的側(cè)邊延伸、用于抵抗反射元件112的橫向向外運(yùn)動(dòng)、并用于保護(hù)反射元件112的邊緣。在某些特別的實(shí)施例中，軌道118可為具有角形截面角狀元件。該角可布置成角的一邊向內(nèi)朝向反射元件112，而角度的另一邊向下沿反射元件112的邊緣定向。即，例如，向內(nèi)延伸的邊可沿反射元件112的邊緣放置在反射元件112的頂表面上，而向下延伸的邊可向下延伸經(jīng)過反射元件112。隨著軌道118沿反射元件112延伸并經(jīng)過沿結(jié)構(gòu)間隔設(shè)置的肋部116的端部，軌道118可被固定至肋部116。由此，來自壓縮成形的反射元件112的任何向外的力可通過抵靠軌道118的向下延伸的邊和軌道118與肋部116的固定而被阻擋。
角形軌道的邊的厚度可為約1/16英寸至約1/4英寸，或?yàn)榧s1/8英寸至約3/16英寸。還可設(shè)置為其他厚度。角的邊可在約1/2英寸至約8英寸的范圍內(nèi)，或在約3/4英寸至約2英寸的范圍內(nèi)，或在約1英寸至約11/2英寸的范圍內(nèi)。還可設(shè)置為其他的角的尺寸，且角的各邊可相同或不同。
現(xiàn)參考圖7，在未組裝的條件下基本平坦的反射元件112可放置、定位、或布置在框架110的頂部上，且可被向下壓入谷形框架110中。保位帶可沿反射元件112的端部放置在反射元件112的頂部上。緊固件可延伸通過保位帶并進(jìn)入布置在反射元件112的端部下方的一個(gè)或多個(gè)肋部116。這些保位帶與反射元件112的背部與肋部116之間的粘合劑以及來自軌道118的阻力一起可共同作用為將反射元件112在框架110上固定到位。
反射元件112可包括膜、薄膜、片材或其他相對平坦且具有上表面和下表面的元件，其中，上表面相對地、顯著地、或高度地具有反射性。在某些實(shí)施例中，反射元件112可包括粘附在一起以形成反射元件的一系列疊層或?qū)?。在某些?shí)施例中，反射元件在未組裝狀態(tài)下可為大致平坦的元件，且該相對平坦的元件可被框架部分110保持在基本彎曲和/或拋物形狀中。在其他實(shí)施例中，反射元件112可被制造成自身具有彎曲和/或拋物形狀而無需框架部分。
在某些實(shí)施例中，反射元件可包括多層。在某些實(shí)施例中，一層可為反射薄膜或反射層，諸如3m太陽膜，或其他全聚合物鏡膜，或部分聚合物鏡膜。在某些實(shí)施例中，薄膜可為波長選擇性的。在某些實(shí)施例中，薄膜可為高反射率、無散射類型的薄膜。還可使用其他反射薄膜。
薄膜可被層壓至背襯材料上，以提供增加等級的剛度和/或均勻性，并在運(yùn)輸期間提供抗刮擦性和其他保護(hù)。即，反射薄膜材料可為相對較薄且柔韌的，且可為類似于紙、塑料薄膜、或其他相對較柔韌且可折疊的材料。相對地，盡管保持可成形，但背襯材料為更剛性而仍然柔性的材料。在某些實(shí)施例中，背襯材料可包括相對較薄的標(biāo)準(zhǔn)尺寸材料，諸如塑料，金屬，諸如鋁、鋼、不銹鋼或其他金屬，或可設(shè)置為其他薄的標(biāo)準(zhǔn)尺寸材料。在某些特定的實(shí)施例中，背襯材料可包括不銹鋼材料，其標(biāo)準(zhǔn)尺寸在從約36標(biāo)準(zhǔn)尺寸至約1/4英寸的范圍內(nèi)，或在從約30標(biāo)準(zhǔn)尺寸至約1/8英寸的范圍內(nèi)，或在約28標(biāo)準(zhǔn)尺寸至約20標(biāo)準(zhǔn)尺寸的范圍內(nèi)，或可使用以下厚度：約21、22、23、24、25、26或27標(biāo)準(zhǔn)尺寸。所選擇的標(biāo)準(zhǔn)尺寸可被選擇為達(dá)到低重量系統(tǒng)，該系統(tǒng)還為反射薄膜提供基本平坦的表面，反射薄膜還基本上抵抗壓痕。
多層反射元件112可被層壓在一起以形成反射元件112。在某些實(shí)施例中，多層可被層壓為平坦或基本上平坦的片材。在某些實(shí)施例中，各層可借助粘合劑被層壓，粘合劑諸如是壓敏粘合劑或其他粘合劑。
現(xiàn)轉(zhuǎn)至如圖8中所示的直立流體控制支承元件114，這些元件可定位在框架110的每端上且可構(gòu)造成支承流體控制系統(tǒng)104的一部分。特別地，這些元件可構(gòu)造成支承流體加熱元件并沿反射元件112的焦軸103定位流體加熱元件。
直立流體控制支承元件114可在框架110的端部處被固定至框架110的肋部116或可用作每端處的肋部116。即，一個(gè)或多個(gè)直立流體控制支承元件114可定位在每個(gè)端部處且可在反射元件112的彎曲部的頂點(diǎn)處或附近向上延伸并直至焦軸103的位置處或附近。直立流體控制支承元件114可為板、管、管道、角狀物或其他形狀。在某些實(shí)施例中，如圖2和3中所示，直立流體控制支承元件114可包括管道引導(dǎo)件132，用于系統(tǒng)端部處的使未處理的水進(jìn)入系統(tǒng)的流入管路和使可飲用的水離開的流出管路。在某些實(shí)施例中，管道引導(dǎo)件132可在直立元件114的底部附近開始并延伸至頂部處或頂部附近的位置。在某些實(shí)施例中，管道引導(dǎo)件132可被隔熱，以保護(hù)使用者免受由于離開的熱水而導(dǎo)致的傷害和/或暴露至由于離開的熱水而導(dǎo)致的相對較熱的管路。
上述太陽能收集組件102可包括可能對于運(yùn)輸目的而言有用的基本平坦的元件。即，包括肋部116和縱向軌道118的框架110、反射元件112以及直立流體支承元件114可包括基本平坦的板狀元件或基本板狀的元件。例如，盡管肋部116是彎曲的，但肋部116可為板狀的，由此，當(dāng)未組裝和以其側(cè)邊放置時(shí)，肋部116可為基本上平坦的。相似地，縱向軌道118也可例如為成角度形式的板狀或基本板狀。反射元件112可為層壓薄膜且由此不借助框架的支承，反射元件112可為基本平坦的。此外，直立流體支承元件114也可為板狀或基本上板狀的，從而允許當(dāng)與框架110斷開時(shí)直立流體支承元件114基本上平坦放置。
當(dāng)太陽能收集系統(tǒng)102到達(dá)其位置時(shí)，其可被組裝以形成如圖1－3中所示的太陽能收集系統(tǒng)102。太陽能收集系統(tǒng)102可定位在下文更詳細(xì)地描述的支承結(jié)構(gòu)106上或由該支承結(jié)構(gòu)106所支承。
流體控制系統(tǒng)
如所提及的，流體控制系統(tǒng)104可構(gòu)造成用于儲(chǔ)存待處理的流體、通過沿焦軸103運(yùn)輸流體而處理流體、以及儲(chǔ)存已處理的流體。應(yīng)理解到，盡管與太陽能收集系統(tǒng)102結(jié)合地來描述流體控制系統(tǒng)104，但流體控制系統(tǒng)104可用于替代的熱源。例如，流體控制系統(tǒng)104可布置成暴露至諸如碳、木材、丙烷、天然氣或其他燃料。在其他實(shí)施例中，流體控制系統(tǒng)104可布置成暴露至電熱源，諸如電加熱器、電伴熱或其他電熱源。流體控制系統(tǒng)104可用于任何熱源并作用為基于流體達(dá)到的溫度控制通過系統(tǒng)的流體流。由此，盡管所供應(yīng)的熱量的量或類型與系統(tǒng)可能供應(yīng)可飲用水或其他已處理流體的速率相關(guān)，但所供應(yīng)的熱量的量或類型不限制于所提及的太陽能收集系統(tǒng)102。
如圖9中所示，流體控制系統(tǒng)104可包括收集儲(chǔ)器134、饋送管路136、流體加熱元件138、流體控制組件140、返回管路142、預(yù)加熱熱交換器144、流出管路146和已處理流體的儲(chǔ)器148。收集儲(chǔ)器134可構(gòu)造成從一個(gè)或多個(gè)源收集水或其他流體，并保持流體直至系統(tǒng)可用來處理該流體。饋送管路136可構(gòu)造成將流體從收集儲(chǔ)器運(yùn)送至流體加熱元件。流體加熱元件138可構(gòu)造成將流體暴露和/或保持在相對于熱源的位置中。流體控制組件140可控制通過流體加熱元件138的流體流量，使得流體被充分地暴露至熱源。返回管路142可構(gòu)造成接收來自控制閥140的流體，并將流體沿流體加熱元件138運(yùn)送至流體加熱元件138的入口。預(yù)加熱熱交換器144可構(gòu)造成將來自返回管路142的已處理流體熱暴露至來自饋送管路136的流入流體，從而當(dāng)流入流體進(jìn)入流體加熱元件138時(shí)預(yù)加熱流入流體并同時(shí)冷卻已處理的流體。流出管路146可將流體運(yùn)送遠(yuǎn)離系統(tǒng)至已處理流體的儲(chǔ)器148。已處理流體的儲(chǔ)器148可構(gòu)造成收集已處理流體并儲(chǔ)存已處理流體直至其被使用。
繼續(xù)參考圖9，收集儲(chǔ)器134可呈槽罐的形式。槽罐可包括絕大多數(shù)類型的槽罐，包括預(yù)制槽罐或現(xiàn)場構(gòu)建的槽罐。在現(xiàn)場構(gòu)建的槽罐的情形中，槽罐可為平底混凝土槽罐或具有栓接或焊接構(gòu)造的鋼槽罐，且槽罐可包括內(nèi)襯。在某些其他實(shí)施例中，槽罐可例如設(shè)置為高位混凝土槽罐、具有栓接或焊接構(gòu)造的高位鋼槽罐、或復(fù)合高位槽罐。在其他實(shí)施例中，收集儲(chǔ)器134可為聚丙烯、聚乙烯或適于收集和儲(chǔ)存水或其他流體的其他聚合物材料。在其他實(shí)施例中，收集儲(chǔ)器134可為玻璃纖維材料、木材或其他材料。還可設(shè)想和使用其他類型的槽罐。
收集儲(chǔ)器134可從一個(gè)或多個(gè)源收集水或其他流體。例如，儲(chǔ)器134可從湖、河、公共水庫、公共或私有的分配系統(tǒng)等收集水。在某些實(shí)施例中，收集儲(chǔ)器134可由這些系統(tǒng)通過重力饋送，且可包括截流閥或其他閥，用以避免過流的情況。在其他實(shí)施例中，收集儲(chǔ)器134可包括布置在水中或流體源中的泵，該泵可在儲(chǔ)器的水面或流體面較低時(shí)將水泵送至收集儲(chǔ)器134。在某些實(shí)施例中，收集儲(chǔ)器134可收集雨水且可與陸地盆或構(gòu)造成收集雨水和/或其他徑流物的其他盆結(jié)合使用。
儲(chǔ)器134可為單個(gè)槽罐或可設(shè)置有多個(gè)槽罐。例如，在多個(gè)流體源或水源可用而饋送單個(gè)槽罐不利時(shí)，則可使用多個(gè)槽罐。在某些實(shí)施例中，多個(gè)系統(tǒng)可依賴于集中的或共享的槽罐。例如，城市、城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)或其他用戶組可依賴于單個(gè)槽罐或一系列槽罐，一系列槽罐中的所有槽罐可定位成利用特定的水源或流體源。
在某些實(shí)施例中，收集儲(chǔ)器134可相對于系統(tǒng)定位使得能夠通過重力來饋送系統(tǒng)。由此，收集儲(chǔ)器134可定位在相對于系統(tǒng)的抬升位置處，諸如山丘上、結(jié)構(gòu)支座上、屋頂上、或另一抬升的結(jié)構(gòu)或陸地構(gòu)造上。在收集的位置不位于相對于處理水的系統(tǒng)的抬升位置中時(shí)，可設(shè)置多個(gè)槽罐。例如，第一收集槽罐134可設(shè)置在有利于收集的位置處，且可設(shè)置泵以將水泵送至有利于饋送系統(tǒng)的第二槽罐或儲(chǔ)器134處。在某些實(shí)施例中，泵可在低峰時(shí)段運(yùn)行或者以減小使用系統(tǒng)所引起的成本的方式被使用。
應(yīng)理解，盡管已提及槽罐或一系列槽罐，但收集儲(chǔ)器134也可采取多種其他形式，諸如盆、湖、河、露天坑、露天溝槽或能夠至少暫時(shí)地保持水或其他流體的其他容器、結(jié)構(gòu)、或陸地構(gòu)造。即，在其他類型的槽罐之外，當(dāng)系統(tǒng)用于相對連續(xù)的靜止或流動(dòng)的水源或流體源處或附近時(shí)，收集儲(chǔ)器134可采取該水源或流體源的形式。
在圖9中還示出了饋送管路136。饋送管路136可與收集儲(chǔ)器134流體連通，從而提供連續(xù)的、基本連續(xù)的或定期的流體或水的供應(yīng)至流體加熱元件138。饋送管路136可接入收集儲(chǔ)器中的例如底部處或接近底部處，從而接收來自收集儲(chǔ)器134的水或流體，除非或直至儲(chǔ)器134接近清空狀態(tài)。饋送管路136可接入底部的稍上方，以允許收集儲(chǔ)器134中的一區(qū)域能用于沉淀物或其他碎屑沉淀而不流入系統(tǒng)中。饋送管路136可從收集儲(chǔ)器134經(jīng)由預(yù)加熱熱交換器144延伸至流體加熱元件138。饋送管路136可為聚丙烯、聚乙烯或其他聚合物材料或可使用其他材料。饋送管路136的尺寸可適應(yīng)于至系統(tǒng)的流體流量或流體，而不過度地限制流量，由此，饋送管路136的直徑和/或流動(dòng)截面面積可合適地相似于流體加熱元件138的直徑或流動(dòng)截面面積。在某些實(shí)施例中，饋送管路136可例如為1/2英寸、3/4英寸、1英寸、11/2英寸、2英寸或3英寸的管路。在其他實(shí)施例中，可使用其他尺寸的饋送管路136。
現(xiàn)參考圖10，示出了流體加熱元件138。流體加熱元件138可包括細(xì)長流動(dòng)元件150和殼體152。細(xì)長流動(dòng)元件150可構(gòu)造成將水或流體沿太陽能收集系統(tǒng)102的焦軸113或沿另一熱源運(yùn)輸而導(dǎo)致水或其他流體被加熱。殼體152可構(gòu)造成用于對細(xì)長流動(dòng)元件150的一部分隔熱。殼體152還可構(gòu)造成控制或減小相對于細(xì)長流動(dòng)元件150的空氣對流流量。
如圖11中所示，細(xì)長流動(dòng)元件150可呈管、管道或其他具有形狀的內(nèi)腔的形式。細(xì)長流動(dòng)元件150可包括暴露側(cè)和非暴露側(cè)，其中，暴露側(cè)是暴露至熱源的一側(cè)，而非暴露側(cè)是與熱源相對的一側(cè)。在某些實(shí)施例中，細(xì)長流動(dòng)元件150可為對稱形狀且具有圍繞其周界基本一致的壁厚。在其他實(shí)施例中，暴露側(cè)的壁厚可小于非暴露側(cè)。細(xì)長流動(dòng)元件150可由傳導(dǎo)性材料構(gòu)建，從而從熱源傳導(dǎo)熱量并將該熱量傳遞至流過其中的水或流體。盡管是傳導(dǎo)性的，但細(xì)長流動(dòng)元件150也可由能夠忍受暴露至極端高溫而沒有過量的變形、伸長等的材料來構(gòu)建。在某些實(shí)施例中，細(xì)長流動(dòng)元件150的熱膨脹系數(shù)可在約10×10-61/c至200×10-61/c的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施例中，細(xì)長流動(dòng)元件的熔點(diǎn)可在約160攝氏度至約1500攝氏度的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施例中，細(xì)長流動(dòng)元件150可例如包括鋼、不銹鋼、鉛、銅或其他管。細(xì)長流動(dòng)元件150可涂覆有高輻射率涂層，以允許細(xì)長流動(dòng)元件150有效地吸收由太陽能收集器102聚焦在其上的能量。
細(xì)長流動(dòng)元件150可在細(xì)長流動(dòng)元件150的入口端處接合預(yù)加熱熱交換器144。細(xì)長流動(dòng)元件150可在細(xì)長流動(dòng)元件150的出口端處接合流動(dòng)控制組件140。在每個(gè)這些連接部處，膨脹接頭154可設(shè)置為允許細(xì)長流動(dòng)元件150相對于支承系統(tǒng)、預(yù)加熱熱交換器144和流動(dòng)控制組件140的直立支承元件114的至少某些膨脹。如圖13a和13b中所示，膨脹接頭154可包括安置于環(huán)形空間中的環(huán)形彈性墊圈或o形環(huán)，其中，環(huán)形墊圈的外直徑和內(nèi)直徑分別相同或相似于細(xì)長流動(dòng)元件150的外直徑和內(nèi)直徑。由此，環(huán)形墊圈可抵靠細(xì)長流動(dòng)元件150的每端并保持密封住細(xì)長流動(dòng)元件150的端部而允許流體在其中流過。彈性墊圈可由在極端溫度條件下保持其彈性的耐溫材料構(gòu)建。在某些實(shí)施例中，彈性墊圈可包括高溫氟橡膠或其他碳氟化合物彈性件。還可設(shè)置用于彈性墊圈的其他材料或其他膨脹接頭元件。對于返回管路142的每端可設(shè)置相同或相似的細(xì)節(jié)。
在圖12中示出了殼體152，且殼體152可布置在細(xì)長流動(dòng)元件150上并可基本上沿細(xì)長流動(dòng)元件150的全長延伸。如所提及的，殼體152可構(gòu)造成對細(xì)長流動(dòng)元件150的一部分進(jìn)行隔熱，且可構(gòu)造成控制細(xì)長流動(dòng)元件150周圍的對流空氣流動(dòng)。即，殼體152可構(gòu)造成減少來自細(xì)長流動(dòng)元件150的、如果細(xì)長流動(dòng)元件150未以此方式被保護(hù)的話可能發(fā)生的熱損耗。此外，殼體152可覆蓋或保護(hù)細(xì)長流動(dòng)元件150的各部分(即側(cè)部和頂部)，使得可由用戶觸碰的或由活體組織接觸的所暴露的表面不會(huì)那么熱，從而減小了燒傷的風(fēng)險(xiǎn)。
殼體152可布置在細(xì)長流動(dòng)元件150非暴露側(cè)上。如所示的，殼體152可封入、卷入或以其他方式基本完全覆蓋細(xì)長流動(dòng)元件150的非暴露側(cè)。殼體152可部分地或基本完全地沿細(xì)長流動(dòng)元件150的長度延伸。即，細(xì)長流動(dòng)元件150的各部分可延伸超出殼體152以在入口端處接合預(yù)加熱熱交換器144或在出口端處接合控制閥組件140，但細(xì)長流動(dòng)元件150的其他區(qū)域可被殼體152完全覆蓋。殼體152可借助耐熱粘合劑粘附至細(xì)長流動(dòng)元件150，耐熱粘合劑比如是雙組分環(huán)氧樹脂或高溫硅。
在某些實(shí)施例中，如所示的，殼體152可圍繞細(xì)長流動(dòng)元件150的側(cè)部延伸至元件150的約一半深度。例如在管的情形下，殼體152可圍繞管的一半延伸，從而將管的底半部暴露至熱源，而保護(hù)管的上半部免受熱量損耗，從而提供保護(hù)免受燒傷。殼體152可包括基本隔熱的材料，比如陶瓷材料或帶有排空的內(nèi)部的玻璃管。用作殼體材料的其他材料可包括隔熱纖維、復(fù)合材料或高溫塑料。還可使用其他材料。殼體152可具有大致圓形、矩形或其他形狀。即，殼體152的底部分可符合細(xì)長流動(dòng)元件150的外表面形狀，且殼體152的剩余部分可具有特定形狀，諸如所建議的圓形或矩形。在某些實(shí)施例中，殼體152的尺寸可允許封入或包括返回管路142以及細(xì)長流動(dòng)元件150的非暴露側(cè)。在某些實(shí)施例中，隔熱材料可布置在返回管路142與細(xì)長流動(dòng)元件150之間，從而減少從細(xì)長流動(dòng)元件150散逸入返回管路142中的能量。
在某些實(shí)施例中，除了將細(xì)長流動(dòng)元件150隔熱，殼體152可橫向延伸遠(yuǎn)離細(xì)長流動(dòng)元件150的側(cè)部，以提供相鄰于細(xì)長流動(dòng)元件150的一種檐部或篷部156。檐部或篷部156可構(gòu)造成阻擋或防止空氣流或其他流體流從細(xì)長流動(dòng)元件150的底部側(cè)向上。對空氣流的該阻擋可減小由對流的空氣流導(dǎo)致的能量從細(xì)長流動(dòng)元件150損失。在某些實(shí)施例中，檐部或篷部156可橫向遠(yuǎn)離細(xì)長流動(dòng)元件150延伸一定距離，該距離與細(xì)長流動(dòng)元件150的尺寸有關(guān)。例如，檐部或篷部156可橫向遠(yuǎn)離細(xì)長流動(dòng)元件150延伸篷部距離158，篷部距離158約在細(xì)長流動(dòng)元件的直徑的1/4至該直徑的4倍的范圍內(nèi)。在其他實(shí)施例中，該距離可約在該直徑的1/2至該直徑的2倍的范圍內(nèi)，或約在該直徑的1倍至該直徑的11/2倍的范圍內(nèi)。檐部或篷部156可基本上水平地(即，沿細(xì)長流動(dòng)元件150或管的橫向中心線)延伸遠(yuǎn)離細(xì)長元件150，或檐部或篷部156可相對于水平方向稍向上或向下地成角度。
現(xiàn)轉(zhuǎn)至圖14－16，流動(dòng)控制組件140可將來自細(xì)長流動(dòng)元件150的已處理流體的受控流提供至返回管路142。在某些實(shí)施例中，流動(dòng)控制組件140可定位在流體加熱元件138的下游且在已處理水的儲(chǔ)器148的上游。在一個(gè)實(shí)施例中，流動(dòng)控制組件140可定位在太陽能收集器的與進(jìn)入端相對的端部處。流動(dòng)控制組件140可構(gòu)造成允許已巴氏殺菌的流體穿過組件140，且可有助于阻止未巴氏殺菌的流體穿過，從而避免了對存在于已處理水的儲(chǔ)器148中的流體的污染。為了調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的流體壓力，且還為了監(jiān)測進(jìn)入返回管路142的流體的溫度，從而減小、最優(yōu)選地阻止未巴氏殺菌的流體進(jìn)入已處理水的儲(chǔ)器148中，已處理流體的這種受控流是期望的。
流動(dòng)控制組件140可包括設(shè)置在細(xì)長流動(dòng)元件138與返回管路142之間的至少一個(gè)恒溫流動(dòng)控制閥160。每個(gè)恒溫流動(dòng)控制閥160可包括運(yùn)行溫度和流速(即，流速取決于系統(tǒng)中的壓力和閥打開的尺寸)。恒溫流動(dòng)控制閥160可被偏置到關(guān)閉位置中。在關(guān)閉位置中，可能阻止流體通過恒溫流動(dòng)控制閥160從細(xì)長流動(dòng)元件150經(jīng)過至返回管路142。當(dāng)流體的溫度滿足或超出恒溫流動(dòng)控制閥160的運(yùn)行溫度時(shí)，閥160可打開，以允許流體穿過閥160。在某些實(shí)施例中，閥160可在運(yùn)行溫度處開始打開并可隨著溫度增加而繼續(xù)進(jìn)一步打開。當(dāng)閥160完全打開時(shí)，流體可以閥流速流過或流經(jīng)閥160，即從細(xì)長流動(dòng)元件150通過恒溫流動(dòng)控制閥160至返回管路142，并最終進(jìn)入已處理水的儲(chǔ)器148中。
在某些實(shí)施例中，使用單個(gè)恒溫流動(dòng)控制閥可造成將未巴氏殺菌的流體引入已處理水的儲(chǔ)器148中的風(fēng)險(xiǎn)。即，當(dāng)恒溫閥打開時(shí)，已在細(xì)長流動(dòng)元件150中被加熱的水穿過閥，由此，細(xì)長流動(dòng)元件150中的水繼續(xù)流動(dòng)并在細(xì)長流動(dòng)元件150中花費(fèi)更少的時(shí)間。由于現(xiàn)流動(dòng)的流體在細(xì)長流動(dòng)元件150中花費(fèi)的時(shí)間量更少，故而流動(dòng)的水可能具有比原先具有運(yùn)行溫度的水或流體更低的溫度。由于閥被暴露至更涼的水，閥可能開始關(guān)閉或完全關(guān)閉。然而，與水的流速配合的閥的響應(yīng)時(shí)間可能使得在未巴氏殺菌的水穿過恒溫閥之后恒溫閥才能關(guān)閉。對于單個(gè)恒溫閥的該類脈沖流量可能具有污染系統(tǒng)的下游方面和已處理水的風(fēng)險(xiǎn)。
為了提供一種帶有容納多種流速和溫度的靈活性的系統(tǒng)，且同時(shí)降低未處理流體會(huì)散逸通過系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，某些實(shí)施例可包括多個(gè)恒溫閥160。多個(gè)恒溫閥160可包括不同的運(yùn)行溫度且還可具有不同的流速。該布置可包括：具有較低運(yùn)行溫度的閥具有較低流速，而具有較高運(yùn)行溫度的閥可具有較高流速。多個(gè)閥一起作用可能減小未巴氏殺菌的流體穿過控制閥組件140并污染下游元件和已處理水的儲(chǔ)器148的風(fēng)險(xiǎn)。
圖14示出了流動(dòng)控制組件140的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖14的流動(dòng)控制組件包括多個(gè)流動(dòng)控制閥160、流動(dòng)控制組件140的第一端處的入口162、以及流動(dòng)控制組件140的第二端處的出口164。在至少一個(gè)實(shí)施例中，如圖14中所示，流動(dòng)控制組件140包括五個(gè)流動(dòng)控制閥160，但對于該組件可使用任何數(shù)量的合適的閥。閥160的數(shù)量可取決于系統(tǒng)的平均或中值流速、太陽能加熱速率、以及巴氏殺菌溫度范圍。每個(gè)流動(dòng)控制閥160可具有一運(yùn)行溫度和一流速，且在至少一個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)行溫度可不同于組件140中的至少一個(gè)其他流動(dòng)控制閥160。每個(gè)流動(dòng)控制閥160可被偏置到關(guān)閉位置中。在某些實(shí)施例中，如所示的，流動(dòng)控制閥160可相對于彼此以并聯(lián)構(gòu)造設(shè)置。在其他實(shí)施例中，至少一個(gè)流動(dòng)控制閥160可相對于另一流動(dòng)控制閥以串聯(lián)構(gòu)造設(shè)置。入口162可與細(xì)長流動(dòng)元件150流體連通，出口164可與返回管路142流體連通。流體可從入口162進(jìn)入流動(dòng)控制組件140?；诹黧w的溫度，一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)控制閥160可基于它們相應(yīng)的運(yùn)行溫度打開，且流體可穿過出口164。如果進(jìn)入流動(dòng)控制組件140的流體低于所有流動(dòng)控制閥160的運(yùn)行溫度，則所有控制閥160可保持關(guān)閉，使得流體不穿過出口164。多個(gè)閥160和每個(gè)的運(yùn)行溫度可被選擇為確保流體隨著其穿過細(xì)長流動(dòng)元件150所經(jīng)歷的溫度以及流體保持在這些溫度的時(shí)間足夠?qū)α黧w巴氏殺菌。以下論述涉及由本系統(tǒng)產(chǎn)生的病原體滅活與溫度和時(shí)間的模型。該系統(tǒng)可允許系統(tǒng)中的流體的流量隨著時(shí)間推移相對恒定并減少或甚至消除脈沖流量。
圖15示出了流動(dòng)控制組件140的一個(gè)實(shí)施例的分解圖。圖16示出了其的剖視圖。圖15－16的流動(dòng)控制組件140可包括殼體，該殼體可包括表面168和本體170，本體170限定腔室172和一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)通道174。該組件還可包括至少部分地設(shè)置在腔室172內(nèi)的多個(gè)流動(dòng)控制閥160。在某些實(shí)施例中，如所示的，流動(dòng)控制組件140還可包括排氣閥176，用于釋放可能在組件內(nèi)積累的任何過量的流體壓力。在某些實(shí)施例中，如所示的，流動(dòng)控制組件140還可包括本體140內(nèi)的沖洗端口，用于清潔腔室172或流動(dòng)通道174內(nèi)的任何污染以及密封沖洗端口的栓塞。如圖15的實(shí)施例中所示，流動(dòng)控制組件140可包括設(shè)置在殼體的本體170內(nèi)的三個(gè)流動(dòng)控制閥160。然而，對于該組件可使用任何數(shù)量合適的閥。三個(gè)流動(dòng)控制閥160可在殼體170內(nèi)平行布置。殼體可保護(hù)流動(dòng)控制閥160免受各元件的影響。除了保護(hù)流動(dòng)控制閥160之外，殼體可提供隔熱，從而阻止或減少流動(dòng)組件140內(nèi)流體的熱量損耗。至少在所示的實(shí)施例中，表面168可能可移除地連接至本體170。在某些實(shí)施例中，殼體的表面168直接與流體加熱元件138匹配。至少在所示的實(shí)施例中，表面168可包括限定入口162的第一開口，且表面168可包括限定出口164的第二開口。入口162可提供腔室172與細(xì)長流動(dòng)元件150之間的流體連通，出口164可提供一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)通道174與返回管路142之間的流體連通。在至少一個(gè)實(shí)施例中，殼體可包括對于每個(gè)流動(dòng)控制閥160的壓降孔，其中，壓降孔的位置和尺寸可取決于流動(dòng)控制閥160的溫度設(shè)定。
在某些實(shí)施例中，流動(dòng)控制閥160可包括恒溫控制閥160或其他機(jī)械致動(dòng)的流動(dòng)控制閥160。至少在圖15－16中所示的實(shí)施例中，每個(gè)流動(dòng)控制閥160包括恒溫元件178、閥管道180、閥柱塞182和彈簧184。在至少一個(gè)實(shí)施例中，恒溫元件178設(shè)置在腔室172內(nèi)且機(jī)械地連接至柱塞182，閥柱塞182設(shè)置在閥管道180內(nèi)。恒溫元件178可具有運(yùn)行溫度，且當(dāng)恒溫元件178與腔室172中達(dá)到或超出運(yùn)行溫度的流體接觸時(shí)，恒溫元件178可被致動(dòng)。閥管道180和閥柱塞182一起作業(yè)，以當(dāng)流體達(dá)到閥178的運(yùn)行溫度時(shí)熱致動(dòng)并允許流體經(jīng)過。在至少一個(gè)實(shí)施例中，柱塞182具有凹部，當(dāng)相應(yīng)的恒溫元件178變暖時(shí)，該凹部沿第一方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)相應(yīng)的恒溫元件178冷卻時(shí)，該凹部沿第二方向運(yùn)動(dòng)。彈簧184將閥柱塞182偏置入關(guān)閉位置中。在至少一個(gè)實(shí)施例中，閥管道180具有設(shè)置在閥管道的側(cè)壁內(nèi)的孔，該孔與流動(dòng)通道174流體連通。當(dāng)柱塞182的凹部與閥管道側(cè)壁上的孔對齊時(shí)，流體從腔室172進(jìn)入、通過流動(dòng)通道、經(jīng)過閥并至出口164。當(dāng)柱塞182定位使得該凹部不與孔對齊時(shí)，流體不能從腔室172進(jìn)入流動(dòng)通道174。在某些實(shí)施例中，當(dāng)閥柱塞182沿第一方向或第二方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，可能是孔的一部分與柱塞182的凹部對齊，從而使得流動(dòng)被限制。
每個(gè)流動(dòng)控制閥160可具有其自身的運(yùn)行溫度和流速。在優(yōu)選的實(shí)施例中，流動(dòng)控制組件內(nèi)的所有流動(dòng)控制閥160的運(yùn)行溫度低于流體的沸點(diǎn)(例如對于水為100攝氏度)。在一個(gè)實(shí)施例中，流動(dòng)控制閥160可全部具有相同的運(yùn)行溫度設(shè)定，使得當(dāng)流體達(dá)到該溫度時(shí)，閥打開，從而可能導(dǎo)致流體的脈沖流量。在優(yōu)選的實(shí)施例中，每個(gè)流動(dòng)控制閥160的運(yùn)行溫度和/或流速區(qū)別于組件中的至少一個(gè)其他流動(dòng)控制閥160。這可能提供系統(tǒng)內(nèi)的流體的相對于脈沖流量的更穩(wěn)定的流量。在至少一個(gè)實(shí)施例中，第一控制閥160可能具有第一運(yùn)行溫度。第一控制閥160還可具有第一流速。第一控制閥160可被偏置到關(guān)閉位置中。第二控制閥160可具有比第一控制閥160的第一運(yùn)行溫度更高的第二運(yùn)行溫度。在某些實(shí)施例中，第二控制閥160還可具有比第一流速更大或不同于第一流速的第二流速。在具有第三控制閥160的實(shí)施例中，第三控制閥160可具有比第二溫度控制閥160的第二運(yùn)行溫度更高且比第一溫度控制閥160的第一運(yùn)行溫度更高的第三運(yùn)行溫度。在至少一個(gè)實(shí)施例中，第三運(yùn)行溫度可低于流體的沸點(diǎn)(例如對于水為100攝氏度)。在某些實(shí)施例中，第三控制閥160可具有比第二流速更大或不同于第二流速且比第一流速更大或不同于第一流速的第三流速。通過系統(tǒng)的各流速可由閥設(shè)定和所供應(yīng)的壓力(或流體供應(yīng)槽罐的高度)來限定。對于例如帶有屋頂水容器的居住應(yīng)用以及高入射太陽能，流速可例如為約每分鐘一加侖或更大。在某些實(shí)施例中，控制閥的運(yùn)行溫度可包括78攝氏度、85攝氏度和90攝氏度。在其他實(shí)施例中，控制閥的運(yùn)行溫度可包括50攝氏度、55攝氏度和60攝氏度。在其他實(shí)施例中，控制閥的運(yùn)行溫度可包括60攝氏度、70攝氏度和80攝氏度。如可理解的，控制閥的較高的溫度設(shè)定可總體減小系統(tǒng)的流速，但可增加處理溫度。以下論述的了解所存在的病原體后得出的模型可用于選擇閥的合適的運(yùn)行溫度，從而通過提供相對較快的流速而確保合適的處理，且還考慮到了太陽能的有效使用。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，流動(dòng)控制閥160可布置成附加地作用。即，當(dāng)?shù)谝豢刂崎y160打開且接著第二個(gè)打開時(shí)，第一閥160的流速可由第二閥160補(bǔ)充，使得流速基于由第二閥160所允許的附加流量而增加。在某些實(shí)施例中，當(dāng)流體的溫度達(dá)到第一運(yùn)行溫度時(shí)，第一控制閥160可打開以允許流體以第一流速穿過腔室172至流動(dòng)通道174。當(dāng)流體的溫度達(dá)到第二控制閥160的運(yùn)行溫度時(shí)，第二控制閥160可打開以允許流體以第二流速穿過腔室172至流動(dòng)通道174。隨著流體流過第一閥和第二閥160兩者，所得到的至返回管142的流量可為第一閥和第二閥160的流速的組合。在系統(tǒng)具有至少三個(gè)控制閥160的情況下，當(dāng)流體的溫度達(dá)到第三控制閥160的運(yùn)行溫度時(shí)，第三控制閥160可打開以允許流體以第三流速穿過腔室172至流動(dòng)通道174。當(dāng)流體的溫度下降至第三運(yùn)行溫度以下時(shí)，第三閥160可關(guān)閉，從而可允許更少的流體流動(dòng)。當(dāng)流體的溫度進(jìn)一步下降至第二運(yùn)行溫度以下時(shí)，第二閥160可關(guān)閉，從而可允許更少的流體流動(dòng)。然而，如果溫度降至閾值溫度以下，則所有控制閥160可返回至它們的偏置的關(guān)閉位置。
在其他實(shí)施例中，溫度腔室172與閥160的流動(dòng)控制部分之間的距離可被確定成防止未處理的水流過系統(tǒng)。即，該距離可與流速和閥關(guān)閉時(shí)間共同選擇，使得當(dāng)溫度下降至給定閥160的運(yùn)行溫度以下時(shí)，閥160具有充足的時(shí)間在運(yùn)行溫度以下的流體或水達(dá)到流動(dòng)控制件之前關(guān)閉。
如所提及的，流動(dòng)控制組件140還可包括排氣閥176。如圖16中所示，排氣閥176可布置在流動(dòng)控制組件140內(nèi)的較上位置處，在該位置處，系統(tǒng)中的氣體將運(yùn)行至閥位置。排氣閥176可構(gòu)造成當(dāng)存在間斷的水源且在系統(tǒng)內(nèi)形成氣體(諸如當(dāng)水蒸氣在沸騰期間積累)時(shí)，在啟動(dòng)時(shí)清除系統(tǒng)中的空氣、蒸氣或其他氣體。如所示的，排氣閥176可例如布置在控制閥160的組件上。
如圖18a－18c中更詳細(xì)地示出的，排氣閥176可包括浮動(dòng)件186、蓋188和連結(jié)件190。蓋188可為相對剛性的元件，且構(gòu)造成在開口上密封地固定至流體控制組件140。即，控制閥組件140可在其表面上具有開口，該開口與延伸通過控制閥組件140的流體通路流體連通?？刂崎y組件140中的開口可例如布置成基本上接近組件140的頂部，在該位置中，氣體可自然地傳送。排氣閥176的蓋188可構(gòu)造為以密封的方式被固定在開口上，以防止液體從控制閥組件140泄漏。當(dāng)蓋188被固定在開口上時(shí)，可在控制閥組件140中限定腔室192，蓋188布置在該腔室上方。蓋188可包括孔194用于允許氣體從系統(tǒng)釋放。
排氣閥176的浮動(dòng)件186可構(gòu)造成布置在由控制閥組件140和蓋188形成的腔室192內(nèi)。浮動(dòng)件186的尺寸和形狀可使得其在腔室192內(nèi)在蓋188下方可基本自由地上下運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，浮動(dòng)件186可例如成形為活塞狀，且可基本為圓柱形的。浮動(dòng)件186可為如所示的兩件式組件，且具有主體部分和基座部分，或者浮動(dòng)件186可為單件式浮動(dòng)件186。浮動(dòng)件186可由基本上輕量的材料構(gòu)建，且當(dāng)與所示的內(nèi)部腔體組裝時(shí)，其重量和體積可提供小于水的密度，使得當(dāng)在腔室192內(nèi)存在水或其他流體時(shí)，浮動(dòng)件186為浮動(dòng)的。
浮動(dòng)件186可能通過連結(jié)件190可相對于蓋188操作。如所示的，連結(jié)件190可設(shè)置為將浮動(dòng)件186固定至蓋188，且在浮動(dòng)件在腔室192內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)在浮動(dòng)件186與蓋188之間鉸接連接。要理解，當(dāng)腔室192中存在水時(shí)，浮動(dòng)件186將在水中上升，從而引起浮動(dòng)件186在腔室192中向上運(yùn)動(dòng)。如圖18b和18c中所示的，連結(jié)件190可包括密封件196，用于當(dāng)浮動(dòng)件186相對于蓋188運(yùn)動(dòng)至腔室192中的上部位置時(shí)密封蓋188中的孔194。由于連結(jié)件的布置，該連結(jié)件190可在蓋孔194上提供特別大的密封力。即，如圖18b和18c中所示的，當(dāng)浮動(dòng)件186位于腔室192中的最上位置中時(shí)，浮動(dòng)件186的進(jìn)一步的向上運(yùn)動(dòng)可被孔上的密封止擋件196阻擋。即，當(dāng)浮動(dòng)件186位于最上位置中時(shí)，連結(jié)件190位于固定的位置中，從而形成靜定結(jié)構(gòu)。如圖17的自由體受力圖中所示，來自浮動(dòng)件186的底部連結(jié)構(gòu)件198的端部上的力可在支柱200中產(chǎn)生壓縮力。由于支柱200沿底部連結(jié)件198定位在比浮動(dòng)連接件更接近樞轉(zhuǎn)點(diǎn)a的位置處，故而支柱200中的壓縮力可大于浮力。例如，支柱力可為來自浮動(dòng)件的向上的力的約4倍。支柱200可向上推動(dòng)上連結(jié)件202，上連結(jié)件202可被安置于孔194上的密封件196阻擋。同樣，由于密封止擋件196沿上連結(jié)件202定位在比支柱力更接近樞轉(zhuǎn)點(diǎn)b的位置處，施加在密封止擋件196處的力可遠(yuǎn)大于支柱力。例如，施加在密封止擋件196處的力可為支柱力的約4或5倍。由此，排氣閥176中的密封力196可為浮動(dòng)件186的力的約16至20倍。該類連結(jié)件190可允許相對較小的浮動(dòng)件186和/或來自浮動(dòng)件186的相對較大的密封力。
參考回圖10和11，示出了返回管路142。返回管路142可與流動(dòng)控制組件140流體連通，且可將水或流體引導(dǎo)回預(yù)加熱熱交換器144。在某些實(shí)施例中，返回管路142可延伸通過如所示的流體加熱元件138的殼體152，并利用殼體152的隔熱特性。在其他實(shí)施例中，可設(shè)置替代的路徑，且可設(shè)置替代的隔熱方式。應(yīng)理解，離開流動(dòng)控制組件140的流體可具有相對較高和/或非常高的溫度。由此，返回管路142可由諸如金屬、陶瓷、復(fù)合材料或高溫塑料之類相對耐熱的材料構(gòu)建。還可使用其他材料。在某些實(shí)施例中，返回管路142可為管道、管或其他腔型元件。在某些其他實(shí)施例中，返回管路142可引導(dǎo)至殼體152并在形成于殼體152中的內(nèi)腔處結(jié)束，使得殼體中的內(nèi)腔可能將流體傳送至預(yù)加熱熱交換器144。
應(yīng)理解，在熱交換器不被使用的情況下(即在水加熱的情況下)，返回管路142可直接引導(dǎo)至已處理水或流體的儲(chǔ)器148或至某使用點(diǎn)，而不是回到預(yù)加熱熱交換器144。即，在系統(tǒng)被實(shí)施于流體被加熱以產(chǎn)生熱水而不是被用于對水巴氏殺菌的情況下時(shí)，由于熱交換操作犧牲了來自流出流體的熱量，故而可省略預(yù)加熱水的步驟。
現(xiàn)轉(zhuǎn)至圖19a和19b，返回管路142可將水或流體返回至預(yù)加熱熱交換器144。如所示的，預(yù)加熱熱交換器144可從饋送管路136接收水或其他流體，并從返回管路142接收水或流體。預(yù)加熱熱交換器144可構(gòu)造成提供這兩份流體之間的熱連通，使得來自返回管路流體的熱量可用于增加饋送管路流體中的溫度。在對水的巴氏殺菌過程的情形下，一旦水被巴氏殺菌，水中的熱量就不再有用或有益，由此，水中的熱量可用于增加流入水的溫度，以通過使用否則被浪費(fèi)的能量為流入水事先加熱。即，如果返回管路142中的水被簡單地引導(dǎo)至已處理水的儲(chǔ)器148，這些水將以非常高的溫度置于儲(chǔ)器148中，并僅僅置于已處理水的儲(chǔ)器148中而讓熱量浪費(fèi)地耗散。此外，如果已處理流體不穿過熱交換器144，則流出管路146可能非常熱。
熱交換器144可包括前本體204、后本體206以及中間本體208。前本體204和后本體206可構(gòu)造為將中間本體208夾在它們之間并保持中間本體208上的基本上恒定和一致的密封壓力。中間本體208可構(gòu)造成接收返回管路流體和饋送管路流體，并將它們熱暴露至彼此而將熱量從返回管路流體傳遞至饋送管路流體。
前本體204和后本體206可為帶有相對較大質(zhì)量的大致塊狀元件。例如，在某些實(shí)施例中，前本體204和后本體206可相對于中間本體208基本上較厚。前本體204和后本體206可基本為矩形且其周界尺寸和形狀可基本上與中間本體208的周界尺寸和形狀相同或相似。由此，當(dāng)前本體204和后本體206與中間本體208組裝時(shí)，可提供一種塊狀元件，該塊狀元件的厚度等于多個(gè)元件的組合厚度。在某些實(shí)施例中，前本體204和后本體206的平面尺寸可在約1英寸至約12英寸的范圍內(nèi)，或在約2英寸至約8英寸的范圍內(nèi)，或在約4英寸至約6英寸的范圍內(nèi)。前本體204和后本體206的厚度可在約1/2英寸至約4英寸的范圍內(nèi)，或在約3/4英寸至約2英寸的范圍內(nèi)，或在約3/4英寸至約11/4英寸的范圍內(nèi)。
中間本體208可包括基本板狀元件，且構(gòu)造為被夾在前本體204與后本體206之間。中間本體208可在每個(gè)表面中形成流體通路216，用于將流體引導(dǎo)于相對或基本上曲折的通路中。在某些實(shí)施例中，如所示的，流體通路216可包括圓形和/或螺旋類型的通路。要理解，每個(gè)面上的通路可為另一個(gè)面上的通路的鏡像，使得流過每個(gè)通路的流體基本上相鄰于中間本體208的相對側(cè)上的流體而僅由所形成的通路216之間留有的厚度分離。在某些實(shí)施例中，中間本體208的每側(cè)上的流體通路216之間的厚度可在約28標(biāo)準(zhǔn)尺寸至約1/4英寸的范圍內(nèi)，或在約21標(biāo)準(zhǔn)尺寸至約1/16英寸的范圍內(nèi)，或在約17標(biāo)準(zhǔn)尺寸至約19標(biāo)準(zhǔn)尺寸的范圍內(nèi)。還可提供其他厚度并選擇盡可能減小該厚度，同時(shí)容納合理的制造公差并考慮磨損、腐蝕效果或可在薄壁中產(chǎn)生孔或穿孔的其他效果。盡管示出的是螺旋通路，但要理解，可使用多種其他通路，諸如z字形、之字形或其他布置。通路216可有效于在小量空間中提供較長長度，從而增加兩份流動(dòng)流體熱暴露至彼此的時(shí)間量。此外，曲折路徑可具有相對較好的流體混合效果，使得中間本體208的每側(cè)上的每份流體與它們自身連續(xù)地混合，因而允許每份流體內(nèi)的更好的熱量分布，并因而允許通過中間本體的更好的熱交換。在某些實(shí)施例中，中間本體208的每側(cè)上的流體可構(gòu)造成沿與另一側(cè)上的流體相同的方向流動(dòng)，或流體可沿相對于另一側(cè)上的流體的相反方向流動(dòng)。
前本體204、后本體206和中間本體208可由相同或不同的材料構(gòu)建。在某些實(shí)施例中，前本體204、后本體206和中間本體208可由相同或相似的傳導(dǎo)性材料構(gòu)建。在其他實(shí)施例中，前本體204和后本體206可包括基本上隔熱的材料，從而避免熱量從系統(tǒng)耗散。相對地，中間本體208可由相對較有傳導(dǎo)性的材料或十分具有傳導(dǎo)性的材料制成，從而將熱量從返回管路流體傳導(dǎo)至饋送管路流體。例如，在某些實(shí)施例中，前本體204和后本體206可包括陶瓷或其他隔熱材料，而中間本體208可包括諸如鋼之類的金屬或其他傳導(dǎo)性材料。在某些實(shí)施例中，中間本體208還可包括隔熱的周界，以阻礙熱量散發(fā)出中間本體208的側(cè)部。
要理解，盡管熱交換器144已被描述為具有三個(gè)零件，但可使用制造技術(shù)來將熱交換器144制造為單個(gè)零件。例如，注?；蛑T如三維打印之類的增材制造可允許熱交換器144形成為單件。還可使用其他制造方法和手段。
現(xiàn)轉(zhuǎn)回圖9，示出了流出管路146。流出管路146可與預(yù)加熱熱交換器144和已處理流體的收集儲(chǔ)器148流體連通。例如，流出管路146可浸入收集儲(chǔ)器148中的頂部處或附近。與饋送管路136類似，流出管路146可為聚丙烯、聚乙烯或其他聚合物材料或可使用其它材料。流出管路146的尺寸可適應(yīng)于來自系統(tǒng)的流體流量，而不過度地限制流量，由此，流出管路146的直徑和/或流動(dòng)截面面積可合適地相似于流體加熱元件138的直徑或流動(dòng)截面面積。在某些實(shí)施例中，流出管路146可例如為1/2英寸、3/4英寸、1英寸、11/2英寸、2英寸或3英寸的管路。在其他實(shí)施例中，可使用其他尺寸的流出管路。
已處理流體的收集儲(chǔ)器148可為閉合的衛(wèi)生槽罐，且構(gòu)造成保持衛(wèi)生條件，從而避免已處理和/或已巴氏殺菌的水或流體被污染。例如，在某些實(shí)施例中，已處理水的儲(chǔ)器148可為不銹鋼槽罐、被涂覆的鋼槽罐、聚乙烯、聚丙烯或其他復(fù)合材料。已處理流體的收集儲(chǔ)器148可基于系統(tǒng)的輸出確定尺寸，且可基于一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)確定尺寸，其中，多于一個(gè)系統(tǒng)將已處理流體引導(dǎo)至槽罐。已處理流體收集儲(chǔ)器148可包括例如均衡槽罐內(nèi)壓力的泄壓閥，和/或允許空氣傳送但阻礙和/或阻止污染物或污染進(jìn)入的呼吸機(jī)構(gòu)。
已處理流體的收集儲(chǔ)器148可與可飲用水的分配或供應(yīng)系統(tǒng)流體連通，使得可飲用水可用于飲用、烹飪或其他目的。在某些實(shí)施例中，收集儲(chǔ)器148可包括龍頭或其他分配機(jī)構(gòu)，使得可從儲(chǔ)器獲得或直接獲取可飲用水。還可設(shè)置其他類型的水獲取系統(tǒng)或裝置。
支承結(jié)構(gòu)和追蹤系統(tǒng)
現(xiàn)轉(zhuǎn)至圖20，示出了雙軸追蹤裝置50。追蹤裝置50可總體上構(gòu)造為追蹤空間中的目標(biāo)，諸如太陽，使得裝置可將諸如太陽能面板之類的有效載荷51引導(dǎo)朝向該目標(biāo)或相對于該目標(biāo)呈一角度。追蹤裝置50可在白天或黑夜的過程中(例如隨著目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跨過天空)追蹤目標(biāo)的位置，使得裝置可基本上連續(xù)地引導(dǎo)其有效載荷51呈合適的角度。
圖21示出了可支承并引導(dǎo)有效載荷51的追蹤裝置50。追蹤裝置50可具有基座210、直立部分220、臂部分230、脊部部分240、第一致動(dòng)組件250和第二致動(dòng)組件260。
直立部分220可總體上支承追蹤裝置50的重量和裝置可承載的任何有效載荷51，諸如太陽能面板。直立部分220可將追蹤裝置50支承到離地面足夠高處，從而允許有效載荷51通過第一致動(dòng)組件250和第二致動(dòng)組件260(可達(dá)到)的全運(yùn)動(dòng)范圍。在某些實(shí)施例中，直立部分220可總體上由鋼、鋁或其他金屬或金屬合金構(gòu)建。在其他實(shí)施例中，直立部分220可由諸如pvc之類的一種或多種塑料、混凝土或任何其他合適的材料構(gòu)建。直立部分220可一般地具有任何合適的長度。在某些實(shí)施例中，直立部分220可具有如圖21中所示的鈍圓的截面。在其他實(shí)施例中，直立部分220可具有任何合適的截面形狀。直立部分220可具有任何合適的寬度或直徑。直立部分220可經(jīng)由基座210與地面連接。
繼續(xù)參考圖21，基座210可向直立部分220提供橫向支承?；?10可包括腳部212以及一個(gè)或多個(gè)角形支承部214。在某些實(shí)施例中，追蹤裝置50可定位在地面上。在其他實(shí)施例中，追蹤裝置50可定位在諸如混凝土基礎(chǔ)之類的基礎(chǔ)或其他表面上。腳部212可定位在直立部分220與地面、基礎(chǔ)或其他表面之間。腳部212可的寬度或直徑可大于直立部分220的寬度或直徑，從而提供對直立部分的橫向支承。在某些實(shí)施例中，腳部212可被栓接或以其他方式聯(lián)接至地面、基礎(chǔ)或其他表面。在其他實(shí)施例中，腳部212可不借助聯(lián)接機(jī)構(gòu)定位在地面、基礎(chǔ)或其他表面上。當(dāng)腳部212未栓接或以其他方式聯(lián)接至地面、基礎(chǔ)或其他表面時(shí)，腳部可具有與直立部分220相比相對較大的寬度或直徑。然而，在某些實(shí)施例中，當(dāng)腳部212被栓接或以其他方式聯(lián)接至地面、基礎(chǔ)或其他表面時(shí)，腳部可具有相對較小的寬度或直徑。在其他實(shí)施例中，腳部212可具有任何合適的寬度或直徑。如圖21中所示，在某些實(shí)施例中，腳部212可具有圓形形狀。在其他實(shí)施例中，腳部212可具有任何合適的形狀。腳部212可一般地具有任何合適的厚度。一個(gè)或多個(gè)角形支承件214可加強(qiáng)腳部212與直立部分220之間的連接。一個(gè)或多個(gè)角形支承件214可具有任何合適的厚度。在某些實(shí)施例中，基座220可由鋼、鋁或其他金屬或金屬合金構(gòu)建。在其他實(shí)施例中，基座220可由諸如pvc之類的一種或多種塑料、混凝土或任何其他合適的材料構(gòu)建。
繼續(xù)參考圖21，臂部分230可聯(lián)接至直立部分220以向脊部部分240提供轉(zhuǎn)動(dòng)支承。臂部分230可具有橫向構(gòu)件232以及一個(gè)或多個(gè)連接臂234。在某些實(shí)施例中，橫向構(gòu)件232可平行于脊部部分240定位。在某些實(shí)施例中，橫向構(gòu)件232的長度可長于、短于或相同于脊部部分240的長度。一般地，橫向構(gòu)件232的長度足夠?yàn)榧共坎糠?40的長度提供足夠的支承，且橫向構(gòu)件的長度可因而與脊部部分的長度成比例。一個(gè)或多個(gè)連接臂234可垂直于橫向構(gòu)件232延伸，以連接至脊部部分240。如圖21中所示，在某些實(shí)施例中，臂部分230可具有在橫向構(gòu)件232的每端處的一個(gè)連接臂234。在其他實(shí)施例中，臂部分230可具有任何合適數(shù)量的連接臂234。每個(gè)連接臂234可經(jīng)由連接器236聯(lián)接至脊部部分240。連接器236可為或可包括夾子、螺栓、螺釘或任何合適的聯(lián)接機(jī)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，連接器236可允許脊部部分240轉(zhuǎn)動(dòng)或扭轉(zhuǎn)。在某些實(shí)施例中，脊部部分240可直接連接至橫向構(gòu)件232。例如，在某些實(shí)施例中，脊部部分240可穿過橫向構(gòu)件232中的開口。橫向構(gòu)件232和連接臂234可具有任何合適的截面形狀，比如矩形。臂部分230可由鋼、鋁或其他金屬或金屬合金構(gòu)建。在其他實(shí)施例中，臂部分230可由諸如pvc之類的一種或多種塑料或任何其他合適的材料構(gòu)建。
在某些實(shí)施例中，臂部分230可通過單軸支承件238聯(lián)接至直立部分220。單軸支承件238可包括樞轉(zhuǎn)連接部，且可提供繞一根或多根軸線、且在某些情形下為兩根軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，單軸支承件238可允許臂部分230繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線252和第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線262轉(zhuǎn)動(dòng)，第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線252可垂直于橫向構(gòu)件232的縱向軸線，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線262正交于第一軸線。第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線252和第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線262可各自穿過臂部分230與直立部分220之間的連接點(diǎn)。在某些實(shí)施例中，脊部部分240可經(jīng)由單軸支承件238直接連接至直立部分230。
繼續(xù)參考圖21，脊部部分240可向由追蹤裝置50保持的有效載荷51提供支承和/或?qū)R。例如，裝置可承載一個(gè)或多個(gè)太陽能面板，其中，脊部部分240可提供用于支承和/或?qū)R一個(gè)或多個(gè)太陽能面板的基座。以此方式，隨著目標(biāo)被追蹤跨過天空，脊部部分240可用于將有效載荷51與目標(biāo)對齊或與相對于目標(biāo)的某點(diǎn)對齊。脊部部分240可為任何合適的長度和寬度或直徑，從而向有效載荷51提供充分的支承。脊部部分240可具有任何合適的截面形狀，比如圓形。脊部部分240可由鋼、鋁或其他金屬或金屬合金構(gòu)建。在其他實(shí)施例中，脊部部分240可由諸如pvc之類的一種或多種塑料或任何其他合適的材料構(gòu)建。
繼續(xù)參考圖21，追蹤裝置50可具有便于裝置的運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)組件。總體上，一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)組件可便于臂部分230、脊部部分240和/或有效載荷51相對于直立部分220和基座210的運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，追蹤裝置50可具有第一致動(dòng)組件250和第二致動(dòng)組件260。
在某些實(shí)施例中，第一致動(dòng)組件250可定位于直立部分220與臂部分230之間。在其他實(shí)施例中，第一致動(dòng)組件250例如可定位于脊部部分240與直立部分220之間或定位于臂部分230與脊部部分240之間。還可設(shè)想第一致動(dòng)組件250的其他定位布置。第一致動(dòng)組件250可便于臂部分230、脊部部分240和/或有效載荷51相對于直立部分220和基座210繞水平軸線的運(yùn)動(dòng)。第一致動(dòng)組件250可使用夾子、螺栓、螺釘或任何合適的聯(lián)接機(jī)構(gòu)聯(lián)接至直立部分220和臂部分230。在某些實(shí)施例中，第一致動(dòng)組件250可借助樞轉(zhuǎn)、鉸接或其他可運(yùn)動(dòng)的連接聯(lián)接至直立部分220和/或臂部分230。
在某些實(shí)施例中，第二致動(dòng)組件260可定位于臂部分230與脊部部分240之間。在其他實(shí)施例中，第二致動(dòng)組件260例如可定位于臂部分230與直立部分220之間或定位于脊部部分230與直立部分220之間。還可設(shè)想第二致動(dòng)組件260的其他定位布置。第二致動(dòng)組件260可便于臂部分230、脊部部分240和/或有效載荷51相對于直立部分220和基座210繞脊部的縱向軸線的運(yùn)動(dòng)。第二致動(dòng)組件260可使用夾子、螺栓、螺釘或任何合適的聯(lián)接機(jī)構(gòu)聯(lián)接至臂部分230和脊部部分240。在某些實(shí)施例中，第二致動(dòng)組件260可借助樞轉(zhuǎn)、鉸接或其他可運(yùn)動(dòng)的連接聯(lián)接至臂部分230和/或脊部部分240。
通過使用第一致動(dòng)組件250和第二致動(dòng)組件260，追蹤裝置50可運(yùn)行以定位脊部部分240，從而將有效載荷51朝向運(yùn)動(dòng)目標(biāo)引導(dǎo)或相對于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)引導(dǎo)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)諸如是太陽。由此，如圖21中所示，第一致動(dòng)組件250可提供臂部分230、脊部部分240和/或有效載荷51繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線252的運(yùn)動(dòng)。第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線252可垂直于脊部部分240的縱向軸線且可大致水平。此外，在某些實(shí)施例中，第二致動(dòng)組件260可提供有效載荷51繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線262的運(yùn)動(dòng)，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線262可為脊部的縱向軸線。在某些實(shí)施例中，兩根轉(zhuǎn)動(dòng)軸線252、262可允許追蹤裝置50將其有效載荷51引導(dǎo)向跨過天空的運(yùn)動(dòng)物體，同時(shí)將脊部部分240的縱向軸線保持沿某方向靜止地指向。即，在第三軸線222與直立部分220對齊的情況下，脊部部分240的縱向軸線可在繞第三軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)方面保持固定。例如，在脊部部分240的縱向軸線指向北和南的情況下，第三軸線222和繞第三軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)可為靜止的，使得在發(fā)生繞第一軸線252和第二軸線262的運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，脊部部分的縱向軸線可連續(xù)地指向北和南。
圖22a示出了第一致動(dòng)組件250。第一致動(dòng)組件250可借助兩個(gè)樞轉(zhuǎn)點(diǎn)257、258而繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線252轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分230、脊部部分240和/或有效載荷51。第一樞轉(zhuǎn)點(diǎn)257可位于第一致動(dòng)組件250聯(lián)接至臂部分230的位置處。第二樞轉(zhuǎn)點(diǎn)258可位于臂部分230經(jīng)由單軸支承件238連接至直立部分220的位置處。第一致動(dòng)組件可包括諸如線性滑動(dòng)件之類的線性致動(dòng)件254，以及驅(qū)動(dòng)該線性致動(dòng)件的馬達(dá)256。線性致動(dòng)件254的滑動(dòng)元件可借助固定連接聯(lián)接至直立部分220。以此方式，隨著馬達(dá)256沿線性致動(dòng)件254驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，臂部分230、脊部部分240和/或有效載荷51可繞第一樞轉(zhuǎn)點(diǎn)257和第二樞轉(zhuǎn)點(diǎn)258樞轉(zhuǎn)且可繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線252轉(zhuǎn)動(dòng)?？衫斫獾?，在某些實(shí)施例中，線性致動(dòng)件254的定向可反向，使得滑動(dòng)元件可聯(lián)接至臂部分230，而樞轉(zhuǎn)點(diǎn)可位于第一致動(dòng)組件250與直立部分220之間的連接部處。在各種實(shí)施例中，線性致動(dòng)件254可具有合適的運(yùn)動(dòng)長度和范圍。在某些實(shí)施例中，該長度可取決于第一致動(dòng)組件250沿臂部分230和直立部分220的何處連接，且還可取決于所提供的繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線252的運(yùn)動(dòng)范圍。
在某些實(shí)施例中，馬達(dá)256可為相對廉價(jià)的馬達(dá)。例如，馬達(dá)256可為低成本的步進(jìn)馬達(dá)。在其他實(shí)施例中，可使用直流馬達(dá)或伺服馬達(dá)。在其他實(shí)施例中，馬達(dá)256可為任何合適的馬達(dá)。馬達(dá)256每一步可轉(zhuǎn)動(dòng)例如螺桿或絲杠。螺桿或絲杠可操作成沿線性致動(dòng)件254驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)元件。以此方式，螺桿或絲杠可將馬達(dá)256的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為線性致動(dòng)件254的線性運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，螺桿或絲杠可聯(lián)接至齒輪箱，該齒輪箱可操作成沿線性致動(dòng)件254驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)元件。在某些實(shí)施例中，齒輪箱可向線性致動(dòng)件254提供附加的轉(zhuǎn)矩。齒輪箱可包括以任何合適的構(gòu)造布置的一個(gè)或多個(gè)齒輪。在某些實(shí)施例中，可使用行星齒輪箱。在其他實(shí)施例中，可使用任何合適的齒輪箱來輔助使滑動(dòng)元件沿線性致動(dòng)件254運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，齒輪箱的任何合適的齒輪減速比可用于增加馬達(dá)和齒輪箱的輸出轉(zhuǎn)矩。
在某些實(shí)施例中，馬達(dá)256、線性致動(dòng)件254和/或其他部件可構(gòu)造用于惡劣條件下或其他室外用途。例如，各機(jī)械部件可構(gòu)造為不帶潤滑劑地運(yùn)行。例如，在某些實(shí)施例中，螺桿或絲杠可借助塑料軸承或可不帶潤滑地作用的其他元件(比如igusdrylin(易格斯轉(zhuǎn)林)軸承或其他裝置)連接至線性致動(dòng)件254，以輔助運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，螺桿或絲杠或一個(gè)或多個(gè)其他部件可由諸如用于igusdrylin裝置中的材料構(gòu)建。在其他實(shí)施例中，相似的材料或任何合適的材料可用于提供不帶潤滑劑的運(yùn)行。
圖22b示出了第二致動(dòng)組件260。第二致動(dòng)組件260可扭轉(zhuǎn)脊部部分240，從而使有效載荷51繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線262轉(zhuǎn)動(dòng)。類似于第一致動(dòng)組件250，第二致動(dòng)組件260可包括線性致動(dòng)件264，以及驅(qū)動(dòng)該線性致動(dòng)件的馬達(dá)266。在某些實(shí)施例中，第二致動(dòng)組件260還可包括轉(zhuǎn)矩臂263。轉(zhuǎn)矩臂可將線性致動(dòng)件連接至脊部部分240。在某些實(shí)施例中，第二致動(dòng)組件可借助固定連接部連接至直立部分220。以此方式，第二致動(dòng)組件260可借助兩個(gè)樞轉(zhuǎn)點(diǎn)267、268而繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線262轉(zhuǎn)動(dòng)脊部部分240和/或有效載荷51。第一樞轉(zhuǎn)點(diǎn)267可位于第二致動(dòng)組件260聯(lián)接至轉(zhuǎn)矩臂263的位置處。第二樞轉(zhuǎn)點(diǎn)268可位于轉(zhuǎn)矩臂263聯(lián)接至脊部部分240的位置處。線性致動(dòng)件264的滑動(dòng)元件可借助固定連接聯(lián)接至直立部分220。以此方式，隨著馬達(dá)266沿線性致動(dòng)件264驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，脊部部分240和/或有效載荷51可繞第一樞轉(zhuǎn)點(diǎn)267和第二樞轉(zhuǎn)點(diǎn)268樞轉(zhuǎn)且可繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線262轉(zhuǎn)動(dòng)?？衫斫獾?，在某些實(shí)施例中，線性致動(dòng)件264的定向可反向，使得滑動(dòng)元件可聯(lián)接至脊部部分240，且樞轉(zhuǎn)點(diǎn)可位于第二致動(dòng)組件260與直立部分220之間的連接部處。在各種實(shí)施例中，線性致動(dòng)件264可具有合適的長度和運(yùn)動(dòng)范圍。在某些實(shí)施例中，該長度可取決于第二致動(dòng)組件260沿脊部部分240和直立部分220的何處連接，且還可取決于所提供的繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線262的運(yùn)動(dòng)范圍。
在某些實(shí)施例中，類似于第一致動(dòng)組件250的馬達(dá)256，第二致動(dòng)組件260的馬達(dá)266可為相對廉價(jià)的馬達(dá)。例如，馬達(dá)266可為低成本的步進(jìn)馬達(dá)。在其他實(shí)施例中，可使用直流馬達(dá)或伺服馬達(dá)。在其他實(shí)施例中，馬達(dá)266可為任何合適的馬達(dá)。馬達(dá)266每一步可轉(zhuǎn)動(dòng)例如螺桿或絲杠。螺桿或絲杠可操作成沿線性致動(dòng)件264驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)元件。以此方式，螺桿或絲杠可將馬達(dá)266的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為線性致動(dòng)件264的線性運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，如馬達(dá)256那樣，螺桿或絲杠可聯(lián)接至齒輪箱，該齒輪箱可操作成沿線性致動(dòng)件264驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)元件。在某些實(shí)施例中，齒輪箱可向線性致動(dòng)件264提供附加的轉(zhuǎn)矩。齒輪箱可包括以任何合適的構(gòu)造布置的一個(gè)或多個(gè)齒輪。在某些實(shí)施例中，可使用行星齒輪箱。在其他實(shí)施例中，可使用任何合適的齒輪箱來輔助使滑動(dòng)元件沿線性致動(dòng)件264運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，齒輪箱的任何合適的齒輪減速比可用于增加馬達(dá)和齒輪箱的輸出轉(zhuǎn)矩。
在某些實(shí)施例中，馬達(dá)266、線性致動(dòng)件264和/或其他部件可構(gòu)造用于惡劣條件下或其他室外用途。例如，各機(jī)械部件可構(gòu)造為不帶潤滑劑地運(yùn)行。例如，在某些實(shí)施例中，螺桿或絲杠可借助塑料軸承或可不帶潤滑地作用的其他元件(比如igusdrylin(易格斯轉(zhuǎn)林)軸承或其他裝置)連接至線性致動(dòng)件264，以輔助運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，螺桿或絲杠或一個(gè)或多個(gè)其他部件可由諸如用于igusdrylin裝置中的材料構(gòu)建。在其他實(shí)施例中，相似的材料或任何合適的材料可用于提供不帶潤滑劑的運(yùn)行。
在某些實(shí)施例中，追蹤裝置50可連接至電源。電源可操作第一致動(dòng)組件250和第二致動(dòng)組件260的馬達(dá)256、266。電源可由交流電和/或諸如電池電之類的直流電組成，或某些實(shí)施例中的其他電源。在某些實(shí)施例中，電源可額外地向控制模塊供電。
在某些實(shí)施例中，追蹤裝置50可連接至控制模塊?？刂颇K可由硬件和/或軟件部件組成。在某些實(shí)施例中，控制模塊可連接至馬達(dá)256、266。在某些實(shí)施例中，控制模塊可確定運(yùn)動(dòng)跨過天空的目標(biāo)的大致位置，目標(biāo)諸如是太陽。在某些實(shí)施例中，控制模塊可包括gps系統(tǒng)，gps系統(tǒng)可包括硬件和/或軟件，使得控制模塊可確定其位于地上的位置以及本地時(shí)間和日期。由gps信息，控制模塊可使用硬件和/或軟件來確定諸如太陽之類的空間中目標(biāo)的位置。例如，如以下更完整地論述的，控制模塊可構(gòu)造為確定太陽離追蹤裝置50所在位置的方位角和高度角?？刂颇K可附加地或替代地構(gòu)造成發(fā)送指令至馬達(dá)256、266以驅(qū)動(dòng)第一致動(dòng)組件250和第二致動(dòng)組件260。例如，控制模塊可指令馬達(dá)256、266將有效載荷51定位成指向運(yùn)動(dòng)目標(biāo)或相對于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)諸如是太陽。在某些實(shí)施例中，控制模塊可包括圖28中所示的任何或所有元件。應(yīng)理解，圖28中所示的具體元件被作為示例示出。在其他實(shí)施例中，控制模塊可包括類似于或涉及圖28中所示的那些元件的元件，或圖28中未示出的其他元件。
在使用中，追蹤裝置可操作成追蹤目標(biāo)的位置，并朝向該目標(biāo)或相對于該目標(biāo)引導(dǎo)有效載荷。例如，在某些實(shí)施例中，追蹤裝置可使用gps信息來確定裝置的位置，并從該信息確定太陽的位置。例如，追蹤裝置可使用諸如三角位置、時(shí)間和日期之類的gps信息來確定空間中目標(biāo)、諸如太陽的高度角和方位角。追蹤裝置可附加地或替代地操作成通過第一致動(dòng)組件和第二致動(dòng)組件引導(dǎo)其有效載荷、諸如一個(gè)或多個(gè)太陽能面板朝向空間中目標(biāo)的確定位置。在其他實(shí)施例中，追蹤裝置可操作成通過第一致動(dòng)組件和第二致動(dòng)組件引導(dǎo)其有效載荷朝向相對于空間中目標(biāo)的確定位置的目標(biāo)位置。可使用各種算法來基于gps信息確定高度角和方位角。一旦獲知方位角和高度角，位置可被轉(zhuǎn)換為由第一致動(dòng)組件執(zhí)行的第一運(yùn)動(dòng)路徑和由第二致動(dòng)組件執(zhí)行的第二運(yùn)動(dòng)路徑。圖23示出了在某些實(shí)施例中追蹤裝置可能執(zhí)行的方法400。該方法可包括校準(zhǔn)步驟(410)、接收gps信息(420)、確定空間中目標(biāo)、諸如太陽的位置(430)、確定裝置的定位(440)以及對裝置定位(450)。
在某些實(shí)施例中，裝置可執(zhí)行校準(zhǔn)步驟(410)。在某些實(shí)施例中，校準(zhǔn)步驟可自動(dòng)地執(zhí)行。例如，校準(zhǔn)步驟可在追蹤裝置在某一位置被初始地供電時(shí)自動(dòng)地執(zhí)行。在其他實(shí)施例中，校準(zhǔn)步驟可基于某些使用者輸入而執(zhí)行。在某些實(shí)施例中，校準(zhǔn)步驟可部分地或完全地手動(dòng)執(zhí)行。校準(zhǔn)步驟可包括確定一個(gè)或多個(gè)假定條件。即，在某些實(shí)施例中，追蹤裝置可至少部分地基于一個(gè)或多個(gè)假定條件運(yùn)行。例如，在某些實(shí)施例中，假定條件可為脊部部分240的縱向軸線一端指向北而相對端指向南。在某些實(shí)施例中，這種假定條件可提供脊部部分和/或有效載荷的更精確的定位?；谶@些假定條件，可使用追蹤裝置來從地表面上的任何位置追蹤目標(biāo)的位置。正確的假定條件(諸如在北半球，脊部部分的縱向軸線的第一端指向北)可允許追蹤裝置精確地追蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置并相應(yīng)地引導(dǎo)其有效載荷。以此方式，可理解到，追蹤裝置可能能夠僅通過改變假定條件而從地表面上的任何位置追蹤目標(biāo)的位置。例如，北半球中的假定條件可為脊部部分的第一端指向北。對于在南半球中的操作，假定條件可改變?yōu)楸憩F(xiàn)出脊部部分的第一端指向南。
校準(zhǔn)步驟(410)可附加地或替代地包括安置第一致動(dòng)組件和第二致動(dòng)組件。安置致動(dòng)組件可包括操作馬達(dá)(諸如步進(jìn)馬達(dá))至行程的一端，直至馬達(dá)到達(dá)限定線性致動(dòng)件的行程極限的限位開關(guān)(諸如機(jī)電限位開關(guān))。追蹤裝置可將限位開關(guān)的該點(diǎn)記錄為致動(dòng)組件的運(yùn)動(dòng)的零點(diǎn)。接著可基于每個(gè)致動(dòng)組件的運(yùn)動(dòng)的零點(diǎn)確定裝置的定位。這可允許控制模塊更精確地確定馬達(dá)操作與脊部部分和/或有效載荷的定位之間的關(guān)系。在某些實(shí)施例中，一旦完成校準(zhǔn)步驟，追蹤裝置可能無需重新校準(zhǔn)就能夠斷電和上電。在某些實(shí)施例中，追蹤裝置可能在校準(zhǔn)后每次打開時(shí)知道其位置，這是由于致動(dòng)組件可具有回零驅(qū)動(dòng)件。即，在某些實(shí)施例中，每個(gè)致動(dòng)組件可具有足夠的力來阻止線性致動(dòng)件和/或驅(qū)動(dòng)螺桿或絲杠運(yùn)動(dòng)，而無需激活馬達(dá)驅(qū)動(dòng)件。在某些實(shí)施例中，例如在馬達(dá)是步進(jìn)馬達(dá)的情況下，馬達(dá)可附加地或替代地有助于阻止線性致動(dòng)件和/或驅(qū)動(dòng)螺桿或絲杠在關(guān)閉期間運(yùn)動(dòng)。此外，在某些實(shí)施例中，齒輪箱可附加地或替代地有助于阻止線性致動(dòng)件和/或驅(qū)動(dòng)螺桿或絲杠在關(guān)閉期間運(yùn)動(dòng)。
在某些實(shí)施例中，諸如旋轉(zhuǎn)編碼器或線性完全編碼器之類的裝置可用于確定線性致動(dòng)件相對于馬達(dá)運(yùn)行的位置。在某些實(shí)施例中，線性完全編碼器或其他相似裝置可向追蹤裝置提供線性致動(dòng)件的位置，使得追蹤裝置可獲知線性致動(dòng)件相對于馬達(dá)的位置。以此方式，線性完全編碼器可至少部分地減少或消除安置致動(dòng)組件的需要。例如，線性完全編碼器可在追蹤裝置上電時(shí)、在裝置開始追蹤程序時(shí)、在追蹤裝置或使用者的請求下、和/或在任何其他合適的時(shí)間提供線性致動(dòng)件的位置。在某些實(shí)施例中，每個(gè)致動(dòng)組件可使用線性完全編碼器來操作。一個(gè)或多個(gè)線性完全編碼器或相似裝置的使用可允許追蹤裝置修正例如可能發(fā)生在斷電期間或各追蹤程序之間的致動(dòng)組件的任何有意的或無意的運(yùn)動(dòng)。
如圖23中所示，追蹤裝置可接收gps信息(420)。在某些實(shí)施例中，可在追蹤裝置處從源接收gps信息。例如，gps信息可通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)被發(fā)送至追蹤裝置。在其他實(shí)施例中，裝置可如上所述具有g(shù)ps硬件和/或軟件，且可在內(nèi)部通過使用例如由gps衛(wèi)星群傳輸并由機(jī)載gps天線和硬件所接收的數(shù)據(jù)而確定gps信息。gps信息可包括位置信息，諸如三角坐標(biāo)、日期和時(shí)間，每個(gè)都涉及追蹤裝置的當(dāng)前位置。通過使用gps信息，追蹤裝置可確定其在地表面上的精確的或大致的位置。
基于接收到的gps信息，追蹤裝置可確定諸如太陽之類的空間中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置(430)。例如，追蹤裝置可確定目標(biāo)相對于裝置位置的方位角和高度角。在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)是太陽的情況下，方位角和高度角可基于例如由美國能源部提供的太陽位置算法由gps信息算得。在其他實(shí)施例中，可使用其他計(jì)算或方法來確定目標(biāo)的方位角和高度角或其他位置信息。圖24a圖示了相對于諸如太陽之類的空間中目標(biāo)的位置530的方位角510和高度角520的位置，以及追蹤裝置50的位置540。位置530、540兩者都關(guān)于北、南、東、西方向和豎直z軸線示出。方位角510和高度角520結(jié)合提供太陽或其他目標(biāo)的位置向量530。圖24b圖示了涉及第一致動(dòng)組件250的第一運(yùn)動(dòng)路徑的角度m1以及涉及第二致動(dòng)組件260的第二運(yùn)動(dòng)路徑的角度m2。圖25圖示了根據(jù)某些實(shí)施例用于計(jì)算第一運(yùn)動(dòng)路徑的角度m1和第二運(yùn)動(dòng)路徑的角度m2的各變量。在某些實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)路徑的角度m1、m2可由下列公式計(jì)算：
a＝180-方位角
a＝|tan(a)|
e＝rtan(高度角)
m1＝tan-1(e)
m2＝<如果a＞180|m|180-m>
在其他實(shí)施例中，可使用其他等式、計(jì)算或其他方法來確定運(yùn)動(dòng)路徑的角度m1、m2。例如，在某些實(shí)施例中，m2(即，日軸線角)的計(jì)算可被調(diào)整，以適應(yīng)于由m1(即，季軸線角)建立的參考角。在某些實(shí)施例中，這可通過將m2變換回到基于m1的偏置圓柱坐標(biāo)系而實(shí)現(xiàn)。該變換會(huì)允許較高高度角的更高的精確度。由此，通過使用三角變換將m2變換回到基于m1的偏置圓柱坐標(biāo)系并接著計(jì)算m2角，對m2的作用導(dǎo)致在緯度和季節(jié)范圍內(nèi)的更高精度。
繼續(xù)參考圖23，從運(yùn)動(dòng)路徑的角m1、m2中，追蹤裝置可確定將脊部部分或有效載荷引導(dǎo)至何處，使得它們指向目標(biāo)(440)。例如，在某些實(shí)施例中，追蹤裝置可確定對于每個(gè)致動(dòng)組件250、260而言將脊部部分或有效載荷引向目標(biāo)的線性距離。圖26a圖示了根據(jù)某些實(shí)施例用于計(jì)算第一線性運(yùn)動(dòng)b3的各變量。在某些實(shí)施例中，第一線性運(yùn)動(dòng)b3可由下列公式計(jì)算：
b2＝轉(zhuǎn)矩臂長度
b1-樞轉(zhuǎn)支承件長度
b4＝m1-(b6-b4)
b3＝第一線性運(yùn)動(dòng)
圖26b示出了轉(zhuǎn)矩臂長度b2和樞轉(zhuǎn)支承件長度b1關(guān)于第一致動(dòng)組件250的位置。在某些實(shí)施例中，可使用其他等式、計(jì)算或方法確定第一線性運(yùn)動(dòng)b3。
圖27a圖示了根據(jù)某些實(shí)施例用于計(jì)算第二線性運(yùn)動(dòng)c2的各變量。在某些實(shí)施例中，第二線性運(yùn)動(dòng)c2可由下列公式計(jì)算：
c1＝轉(zhuǎn)矩臂長度
c3＝樞轉(zhuǎn)支承件長度
c5＝m1+90
c2＝第二線性運(yùn)動(dòng)
圖27b示出了轉(zhuǎn)矩臂長度c1和樞轉(zhuǎn)支承件長度c3關(guān)于第二致動(dòng)組件260的位置。在某些實(shí)施例中，可使用其他等式、計(jì)算或方法確定第二線性運(yùn)動(dòng)c2?？衫斫獾?，在其他實(shí)施例中，追蹤裝置50可通過線性運(yùn)動(dòng)以外的方式確定有效載荷的方向。例如，追蹤裝置可基于第一運(yùn)動(dòng)路徑m1和第二運(yùn)動(dòng)路徑m2定出脊部部分和/或有效載荷離地面的角度。
可理解到，追蹤裝置可構(gòu)造為引導(dǎo)其有效載荷相對于運(yùn)動(dòng)跨過天空的目標(biāo)成一角度。例如，在某些實(shí)施例中，有效載荷可為定日鏡或具有鏡面或其他反射表面的相似裝置。鏡面或其他反射表面可被引導(dǎo)至相對于太陽位置成一角度，使得其可將陽光反射至可能為靜止點(diǎn)的另一點(diǎn)。在這種實(shí)施例中，第一線性運(yùn)動(dòng)和第二線性運(yùn)動(dòng)可由不同于以上公式的公式計(jì)算。即，在確定太陽的方位角和高度角之后，追蹤裝置可基于太陽在天空中的位置以及太陽位置與陽光要被反射至的點(diǎn)的位置之間的角度而確定第一線性運(yùn)動(dòng)和第二線性運(yùn)動(dòng)。一般地，追蹤裝置可構(gòu)造為引導(dǎo)其有效載荷相對于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置成任何角度。以此方式，可理解到，追蹤裝置可接收指令，以沿可能或可能不取決于被追蹤目標(biāo)的位置的總體上任何向量引導(dǎo)有效載荷。可在本地接收指令，或可通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程接收指令。在某些實(shí)施例中，追蹤裝置的定位可完全遠(yuǎn)程控制。
借助第一線性運(yùn)動(dòng)b3和第二線性運(yùn)動(dòng)c2，追蹤裝置可指令馬達(dá)定位致動(dòng)組件，從而將有效載荷引導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)目標(biāo)或朝向不同的位置(450)。例如，在馬達(dá)為步進(jìn)馬達(dá)的情況下，追蹤裝置可確定多個(gè)步驟來操作每個(gè)馬達(dá)，從而將有效載荷繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線252和第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線262轉(zhuǎn)動(dòng)至期望的位置。
在某些實(shí)施例中，追蹤裝置可間歇地或連續(xù)地重復(fù)步驟420至450。例如，在某些實(shí)施例中，追蹤裝置可連續(xù)地運(yùn)行以確定空間中目標(biāo)的位置并連續(xù)地更新裝置的定位。在其他實(shí)施例中，追蹤裝置可以一定間隔確定目標(biāo)的位置并將裝置重新定位。例如，在某些實(shí)施例中，追蹤裝置可每小時(shí)重新計(jì)算位置和定位。在其他實(shí)施例中，追蹤裝置可每15－45分鐘重新計(jì)算位置和定位。在某些其他實(shí)施例中，追蹤裝置可每1－15分鐘重新計(jì)算位置和定位。特別地，在某些實(shí)施例中，追蹤裝置可每2－5分鐘重新計(jì)算位置和定位。以此方式，裝置可利用目標(biāo)在白天或黑夜的過程期間跨過天空的相對緩慢的運(yùn)動(dòng)。例如，太陽的位置可能不會(huì)在2－5分鐘的間隔的過程中相對于裝置運(yùn)動(dòng)得太遠(yuǎn)。在其他實(shí)施例中，系統(tǒng)可以不同的間隔更新位置和定位。以此方式，例如在裝置將太陽能面板的有效載荷引導(dǎo)至太陽的情況下，裝置可能能夠間歇地重新計(jì)算而不造成顯著的太陽能收集效率的損失。此外，間歇運(yùn)行的能力可允許裝置以相對較低的功耗運(yùn)行。在某些實(shí)施例中，低功率定時(shí)器可操作成間歇地為裝置通電，且在調(diào)整之后，裝置可斷電。確定太陽的位置并將裝置重新定位的過程可為相對較快的過程，使得當(dāng)裝置間歇地通電時(shí)不會(huì)需要很多電。例如，在某些實(shí)施例中，在追蹤太陽跨過天空的十二小時(shí)時(shí)段內(nèi)，裝置可在約98％的時(shí)間內(nèi)斷電。
在某些實(shí)施例中，為了誤差修正的目的，追蹤裝置可自動(dòng)地或手動(dòng)地參考校準(zhǔn)查找表。例如，校準(zhǔn)查找表可包括涉及引導(dǎo)有效載荷的多個(gè)角度或運(yùn)動(dòng)路徑和對應(yīng)的修正角度或修正路徑。即，該查找表可包括對于各種計(jì)算出的運(yùn)動(dòng)路徑、角度或目標(biāo)位置的、要由第一和/或第二致動(dòng)組件執(zhí)行的誤差修正值。查找表的誤差修正值可允許裝置修正裝置中固有的或以其他方式發(fā)現(xiàn)的各種誤差源。例如，誤差可通過機(jī)加工中微小的不一致、線性致動(dòng)件響應(yīng)于每個(gè)馬達(dá)節(jié)距的運(yùn)動(dòng)、可能涉及例如大氣的折射率或其他大氣條件的小的計(jì)算錯(cuò)誤和/或其他誤差源引入。查找表可包括多個(gè)計(jì)算的位置或由追蹤裝置執(zhí)行的其他計(jì)算以及對應(yīng)的誤差修正值。在某些實(shí)施例中，查找表可基于在一段時(shí)間內(nèi)執(zhí)行的實(shí)際的裝置計(jì)算來確定，一段時(shí)間諸如是一天、一月或一年的過程中。在某些實(shí)施例中，對應(yīng)的誤差修正值可自動(dòng)地或手動(dòng)地確定。類似地，查找表可自動(dòng)地或手動(dòng)地填入。在某些實(shí)施例中，誤差修正值可通過使用諸如移動(dòng)電話應(yīng)用程序之類的應(yīng)用程序被確定和/或填入查找表中。在某些實(shí)施例中，誤差修正值可確定對于有限數(shù)量的、或比如一天的時(shí)間段內(nèi)的位置或定位計(jì)算，并可外插額外的誤差修正值。在某些實(shí)施例中，這些計(jì)算和外插可使用諸如移動(dòng)電話或計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序之類的應(yīng)用程序遠(yuǎn)程執(zhí)行。在某些實(shí)施例中，誤差修正查找表或其一部分可直接發(fā)送至或提供至追蹤裝置。在某些實(shí)施例中，追蹤裝置可自動(dòng)地或手動(dòng)地定期轉(zhuǎn)至參考查找表，定期是指諸如在每次位置和定位的重新計(jì)算之后。在某些實(shí)施例中，在對于特定的計(jì)算位置、方向或運(yùn)動(dòng)所需的誤差修正值未在查找表中找到的情況下，可使用雙三次插值或另一插值方法在查找表中所找到的兩個(gè)相近的修正誤差之間插值得出所需的誤差修正值。
圖29示出了用于將誤差修正值填入查找表的方法1000。如所示的，追蹤裝置可如以上相對于方法400所論述的那樣接收gps信息(1010)、確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置(1020)以及確定引導(dǎo)有效載荷所需的線性運(yùn)動(dòng)(1030)。附加地，在某些實(shí)施例中，可確定對于線性運(yùn)動(dòng)的誤差修正值(1040)。誤差修正值可諸如通過使用移動(dòng)電話應(yīng)用程序或其他應(yīng)用自動(dòng)地或手動(dòng)地在本地或遠(yuǎn)程地確定?？蓪⑺_定的誤差修正值填入查找表(1050)。在某些實(shí)施例中，可重復(fù)步驟1020至1050，直至在查找表中填入了多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。在某些實(shí)施例中，可外插附加的誤差修正值來擴(kuò)展查找表(1060)。在不同的實(shí)施例中可使用各種外插方法。
圖30示出了方法1100，在某些實(shí)施例中追蹤裝置可能執(zhí)行該方法，以便考慮到查找表誤差修正而定位有效載荷。如所示的，方法1300可如以上相對于方法400所論述的那樣包括校準(zhǔn)步驟(1110)、接收gps信息(1120)、確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置(1130)以及確定引導(dǎo)有效載荷所需的線性運(yùn)動(dòng)(1140)。附加地，方法1100可包括參考誤差修正查找表(1150)。追蹤裝置可自動(dòng)地或手動(dòng)地轉(zhuǎn)至參考查找表。附加地，在某些實(shí)施例中，當(dāng)需要時(shí)，例如如果特定的位置或定位未落入誤差修正查找表內(nèi)，則追蹤裝置可通過插值得出誤差修正值(1160)。一般地，可使用任何合適的插值方法，在某些實(shí)施例中，可采用雙三次插值方法?？紤]到誤差修正，追蹤裝置可使用一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)組件來引導(dǎo)其有效載荷(1170)。在某些實(shí)施例中，可間歇地或連續(xù)地重復(fù)如上所述的步驟1120至1170，以重新計(jì)算被追蹤目標(biāo)的位置和追蹤裝置的定位。
可理解到，在某些實(shí)施例中，第一致動(dòng)組件和第二致動(dòng)組件可總體涉及季軸和日軸。即，第一致動(dòng)組件、第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和第一線性運(yùn)動(dòng)可涉及被追蹤目標(biāo)的季節(jié)性位置。例如，在被追蹤的目標(biāo)是太陽的情況下，太陽的位置可部分地取決于一年中的時(shí)間。在某些實(shí)施例中，第一致動(dòng)組件的定位可與一年中特定的時(shí)間期間的太陽的位置相關(guān)聯(lián)。類似地，可理解到，第二致動(dòng)組件、第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和第二線性運(yùn)動(dòng)可涉及被追蹤目標(biāo)的一天中的位置。例如，在被追蹤的目標(biāo)是太陽的情況下，太陽的位置可部分地取決于一天中的時(shí)間。在某些實(shí)施例中，第二致動(dòng)組件的定位可與一天中特定的時(shí)間的太陽的位置相關(guān)聯(lián)。還可理解到，盡管第一致動(dòng)組件和第二致動(dòng)組件可一般地與一年中的時(shí)間和一天中的時(shí)間關(guān)聯(lián)，但兩個(gè)致動(dòng)組件和轉(zhuǎn)動(dòng)軸線都可用于在一天或一年中的任何時(shí)間引導(dǎo)有效載荷。例如，雖然第一致動(dòng)組件可一般地對應(yīng)于季節(jié)性位置，但第一致動(dòng)組件還可基于一天中的時(shí)間將有效載荷繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以追蹤目標(biāo)。即，兩個(gè)致動(dòng)組件都可例如用于追蹤目標(biāo)在一天的過程期間跨過天空的運(yùn)動(dòng)。
在各種實(shí)施例中，本發(fā)明的追蹤裝置可安裝至或總體上位于地面、平臺表面、塔表面或其他結(jié)構(gòu)上，其他結(jié)構(gòu)諸如是手機(jī)或其他通信塔或太陽能發(fā)電塔。例如，在追蹤裝置安裝在手機(jī)或其他通信塔的情況下，追蹤裝置可追蹤衛(wèi)星的位置和/或可將其有效載荷引導(dǎo)向衛(wèi)星。在其他實(shí)施例中，追蹤裝置可位于太陽能發(fā)電塔上，其中，裝置可追蹤太陽的位置和/或可引導(dǎo)其有效載荷(諸如鏡面或其他反射表面)相對于太陽成一角度，使得陽光可反射至發(fā)電塔上的集電器或其他裝置。在這種塔的某些實(shí)施例中，追蹤裝置可被自動(dòng)地和/或遠(yuǎn)程地被控制或引導(dǎo)。
在某些實(shí)施例中，追蹤裝置可至少部分地通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。無線連接可為例如互聯(lián)網(wǎng)、wi-fi(無線保真)、藍(lán)牙或其他無線連接。在某些實(shí)施例中，裝置可具有數(shù)字無線電，諸如zigbee無線電，數(shù)字無線電可允許追蹤裝置與一個(gè)或多個(gè)附加追蹤裝置或其他通信裝置在無線網(wǎng)絡(luò)上通信。以此方式，一個(gè)或多個(gè)追蹤裝置可構(gòu)造成在無線網(wǎng)絡(luò)上共享信息，諸如gps信息、追蹤和定位信息、耗電信息、效率信息和/或其他信息。在某些實(shí)施例中，可在斷電期間保持網(wǎng)絡(luò)和通信連接。
在某些實(shí)施例中，追蹤裝置可接收指令，以轉(zhuǎn)向遠(yuǎn)離天空上被追蹤的目標(biāo)或者遠(yuǎn)離其指向的點(diǎn)。例如，在追蹤裝置追蹤太陽以收集太陽光或輻射的情況下，如果追蹤裝置達(dá)到一定的輸入極限或輸出極限，或者確定在一段時(shí)間內(nèi)無需收集太陽光或輻射，則追蹤裝置可配置成接收指令，以引導(dǎo)有效載荷遠(yuǎn)離太陽?？稍诒镜鼗蚪邮者@種指令，或可通過有線連接或無線連接遠(yuǎn)程接收指令。例如，可從具有zigbee無線電的裝置接收該指令。在某些實(shí)施例中，當(dāng)例如傳感器確定追蹤裝置應(yīng)停止收集太陽光或輻射時(shí)，可自動(dòng)地接收該指令。在其他實(shí)施例中，該指令可被手動(dòng)地輸入追蹤裝置中，或可基于某些使用者輸入被接收。
在某些實(shí)施例中，一個(gè)追蹤裝置可作為節(jié)點(diǎn)運(yùn)行，以控制一個(gè)或多個(gè)附加追蹤裝置。例如，一個(gè)追蹤裝置可集合從多個(gè)追蹤裝置接收的信息。在某些實(shí)施例中，單個(gè)追蹤裝置可引導(dǎo)和控制附加追蹤裝置的定位。
在某些實(shí)施例中，軟件應(yīng)用程序可允許計(jì)算裝置與一個(gè)或多個(gè)追蹤裝置通信。計(jì)算裝置可例如為臺式計(jì)算機(jī)或筆記本計(jì)算機(jī)、平板電腦或移動(dòng)電話。軟件應(yīng)用程序可用于與一個(gè)或多個(gè)追蹤裝置在有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)上通信。軟件應(yīng)用程序、比如移動(dòng)裝置應(yīng)用程序可允許使用者在本地或遠(yuǎn)程地校準(zhǔn)追蹤裝置。應(yīng)用程序還可允許使用者在本地或遠(yuǎn)程地收集數(shù)據(jù)和/或提供使用者輸入。
在以上描述中，已對追蹤裝置進(jìn)行了描述。追蹤裝置可構(gòu)造成隨著諸如太陽之類的空間中的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跨過天空而追蹤該目標(biāo)。追蹤裝置還可構(gòu)造成將有效載荷引導(dǎo)向空間中的目標(biāo)或引導(dǎo)至相對于空間中目標(biāo)成一角度。追蹤裝置可連續(xù)地或間歇地確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置并相應(yīng)調(diào)整有效載荷的位置。追蹤裝置可基于gps信息計(jì)算運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置，gps信息諸如是追蹤裝置的三角坐標(biāo)、日期和時(shí)間。一般地，追蹤裝置可能能夠從地表面上的任何位置追蹤諸如太陽之類的目標(biāo)。追蹤裝置可采用一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)組件，以將有效載荷定位向運(yùn)動(dòng)目標(biāo)或相對于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位。在某些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)組件可通過線性運(yùn)動(dòng)運(yùn)行。此外，追蹤裝置可以相對較低的功耗運(yùn)行。追蹤裝置可在有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)上與一個(gè)或多個(gè)附加追蹤裝置或其他通信裝置通信。
系統(tǒng)運(yùn)行
在使用中，可通過提供多個(gè)元件并將它們布置成暴露至陽光且可供應(yīng)水而建立系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)的支承結(jié)構(gòu)可布置在相對平坦的表面上，使得支承結(jié)構(gòu)的脊部沿地表面上的北/南軸線布置。在裝置位于赤道以北的情況下，流體控制系統(tǒng)的上端(即，具有控制閥和卸壓裝置的端部)可布置在系統(tǒng)的北端上。相對地，在裝置位于赤道以南的情況下，流體控制系統(tǒng)的上端可布置在系統(tǒng)的南端上?？刂齐娮蛹杀婚_啟，從而允許控制中的gps系統(tǒng)識別裝置在地表面上的位置并且識別日期和時(shí)間。借助該信息，控制電子件可能能夠識別太陽相對于裝置的位置。接著，系統(tǒng)可自動(dòng)地致動(dòng)季節(jié)性致動(dòng)組件以及每日的致動(dòng)組件，以將太陽能收集器傾轉(zhuǎn)至面對太陽的位置。
此外，可布置流體控制系統(tǒng)的各部分。例如，收集儲(chǔ)器可布置在某位置中以收集水，且可定位在相對于系統(tǒng)的剩余部分的抬升位置處。在某些實(shí)施例中，收集儲(chǔ)器可置于山丘上或臺架、塔或用于抬升收集儲(chǔ)器其他裝置上。饋送管路可被固定至收集儲(chǔ)槽和預(yù)加熱熱交換器。此外，流出管路可連接至預(yù)加熱熱交換器并連接至已處理流體收集儲(chǔ)槽。例如，已處理流體收集儲(chǔ)槽可布置在相對于系統(tǒng)的非抬升位置處，使得收集儲(chǔ)槽可基于重力流而從系統(tǒng)接收水。在某些實(shí)施例中，返回管路、預(yù)加熱熱交換器、流出管路和已處理流體收集槽罐可被消毒，從而避免已處理流體流過受污染的管路或裝置、或是被放入受污染的容器的情況。
來自高位收集儲(chǔ)器的水可被允許流入系統(tǒng)中。排氣閥可允許系統(tǒng)中的空氣或氣體隨著水或流體流入系統(tǒng)中而釋放。在某些實(shí)施例中，為了避免對系統(tǒng)的過度加熱和損壞，可在使系統(tǒng)面向太陽之前將水提供至系統(tǒng)。例如，如果系統(tǒng)在允許水或流體進(jìn)入之前就熱起來，水可能在其進(jìn)入時(shí)沸騰，從而產(chǎn)生可能損壞該系統(tǒng)的高壓。
隨著系統(tǒng)準(zhǔn)備好、氣體被排出、并使系統(tǒng)面向太陽，系統(tǒng)可開始加熱流體加熱部分的細(xì)長流動(dòng)元件中的水或流體。如圖31中所示，細(xì)長流動(dòng)元件中水或流體的溫度可總體上基本均勻地增加，直至控制閥組件中的流體達(dá)到引起閥的一個(gè)或多個(gè)部分打開的熱溫度。當(dāng)閥打開時(shí)，細(xì)長流動(dòng)元件中的流體或水可開始流動(dòng)。由此，由于涼的或稍被預(yù)加熱的水可進(jìn)入細(xì)長流動(dòng)元件的入口端，且隨著水流過細(xì)長流動(dòng)元件并連續(xù)地暴露至附加的熱量，水可繼續(xù)變得更暖，故而可開始產(chǎn)生細(xì)長流動(dòng)元件上的溫度梯度。如圖31中所示，當(dāng)閥定期地打開和關(guān)閉時(shí)并開始允許水或流體以脈沖狀通過細(xì)長流動(dòng)元件時(shí)，系統(tǒng)可達(dá)到準(zhǔn)平衡狀態(tài)?？刂崎y組件可被特別地設(shè)計(jì)、構(gòu)建并校準(zhǔn)，以確保細(xì)長流動(dòng)元件中的水或流體暴露至足夠的溫度足夠的時(shí)間長度，使得所有相關(guān)的病原體都被滅活。當(dāng)控制閥打開和關(guān)閉時(shí)，已巴氏殺菌的水可流過控制閥組件并進(jìn)入返回管路中。接著，水或流體可流過返回管路并進(jìn)入預(yù)加熱熱交換器。隨著已巴氏殺菌的水流過預(yù)加熱熱交換器，來自該已巴氏殺菌的水的熱量可從饋送管路傳輸至流入的水，從而允許該水的溫度在進(jìn)入細(xì)長流動(dòng)元件之前增加。接著，已巴氏殺菌的水可穿入流出管路并進(jìn)入已處理水的收集儲(chǔ)器，已巴氏殺菌的水可在該收集儲(chǔ)器中被使用。
如所提及的，控制閥組件可被特別地設(shè)計(jì)、構(gòu)建和校準(zhǔn)，以確保流過控制閥組件的水或流體被完全地巴氏殺菌。即，熱啟動(dòng)閥的使用固有地導(dǎo)致了脈沖型流動(dòng)，其中，當(dāng)閥打開時(shí)，水流過，從而允許更涼的水到達(dá)閥并引起閥關(guān)閉。當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)，閥附近的死水則由于保持暴露至熱源而溫度增加。由此，接著閥再次打開。在水流過閥的過程以及閥響應(yīng)于更冷的溫度所花費(fèi)的時(shí)間期間，存在的風(fēng)險(xiǎn)在于，除非閥被合適地設(shè)計(jì)，否則未巴氏殺菌的水可能通過閥漏出。由此，閥可被設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)，以確保閥打開和關(guān)閉時(shí)的溫度使得沒有未巴氏殺菌的水漏出。同時(shí)，可期望流體的基本連續(xù)的流動(dòng)或準(zhǔn)連續(xù)脈沖流，從而高效地利用熱源并高效地產(chǎn)生已巴氏殺菌的水。
病原體滅活
為了論述如何分析對于脈沖流流體的病原體滅活，首先論述病原體滅活可能是有幫助的?？商峁﹥蓚€(gè)相關(guān)的病原體滅活方法。在某些實(shí)施例中，可使用十進(jìn)制降低時(shí)間，該時(shí)間可能是病原體的1個(gè)數(shù)量級的降低所需的時(shí)間。這可數(shù)學(xué)地表述為：
在該等式中，n0可為初始病原體個(gè)數(shù)，而nt可為稍后時(shí)間t時(shí)的個(gè)數(shù)。d(即，十進(jìn)制降低時(shí)間)的值可取決于暴露溫度和病原體類型。d的值可隨著溫度增加而相對較快地減小。在其他溫度處的d值可由下式得出：
其中，項(xiàng)dr是在某些參考溫度tr處已知的十進(jìn)制降低時(shí)間。另一方面，d是在不同溫度t處的期望的降低時(shí)間。符號z的單位為℃。等式1和2中呈現(xiàn)的信息可具體用于等溫暴露。然而，通常更方便的是通過一級速率模型計(jì)算病原體破壞的瞬時(shí)速率，該模型可被表述為
對于等溫暴露，等式3可對時(shí)間積分，從而得到
等式(1)和(4)的比較可得出k與d之間的關(guān)系，如下：
對于諸如本申請中的流體系統(tǒng)之類的時(shí)變的情況，可數(shù)值地進(jìn)行等式3的積分，從而得到
該式可通過使用前向分步積分方案求解。借助對于各種病原體的(參考溫度下)d和z的值，可確定解。替代地，可使用在兩個(gè)分離的溫度處的d的值。
該微生物模型可應(yīng)用于所描述的流體加熱系統(tǒng)。即，通過了解所描述的系統(tǒng)參數(shù)，可計(jì)算細(xì)長流動(dòng)元件中的流動(dòng)流體的溫度，且可確定對病原體滅活的相關(guān)效果的分析為了分析的目的，可確定系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)位置處的多個(gè)溫度。例如，t入可為流入熱交換器的流體的流入溫度(即，饋送管路中的流體溫度)?？裳丶?xì)長流動(dòng)元件的長度計(jì)算額外的溫度t1－t6。即，如圖32中所示，t1可為流體進(jìn)入細(xì)長流動(dòng)元件時(shí)的溫度(即，在穿過預(yù)加熱熱交換器之后的溫度)。溫度t2、t3、t4、t5和t6可為沿細(xì)長流動(dòng)元件的長度在等距離處計(jì)算得出的溫度，其中，t6是控制閥組件的出口溫度和/或啟動(dòng)溫度。這些溫度位置中的每個(gè)之間的流體容量可構(gòu)成控制容量，其中，在每個(gè)控制容量處上升的溫度可由如下所述的能量平衡確定。除了上述溫度，可計(jì)算返回管道進(jìn)入預(yù)加熱熱交換器處的附加溫度t7。在某些實(shí)施例中，可假設(shè)返回管道具有充分的隔熱，從而t6等于t7。t出可為當(dāng)流體離開預(yù)加熱熱交換器并朝向已處理水的收集儲(chǔ)器時(shí)的溫度。
通過關(guān)注太陽能收集器或其他熱源，溫度隨時(shí)間的演變可基于如下的非穩(wěn)定能量平衡：
其中，符號δ可反映在小區(qū)域(即，沿細(xì)長流動(dòng)元件的多個(gè)控制容量中的一個(gè))處進(jìn)行的能量平衡。符號
熱量的凈注入量δq可包括通過熱輻射獲得的能量以及通過對流和紅外熱損耗兩者損失的能量。例如，δq可由下式得出：
δq＝(δq)太陽-(δq)對流-(δq)紅外輻射等式8
其中，
(δq)太陽＝i太陽·δa收集器·f等式9
是太陽能熱量注入量。符號i太陽可為地面處的日射通量，δa收集器為用于所考慮的控制容量的拋物形太陽能收集面積。項(xiàng)f代表了由鏡表面處不完整的反射或在沿焦軸留置的管處的吸收以及管道沿焦線的任何不良對齊所造成的損失。對于高質(zhì)量的拋物形系統(tǒng)，期望的是該數(shù)字非常接近1。
對流損失可由下式計(jì)算：
其中，符號h是所考慮的控制容量上的平均對流系數(shù)。如果浮力流具有影響，則該值取決于局部風(fēng)以及管的溫度兩者。在許多資源中，相關(guān)性可用于對流計(jì)算。計(jì)算表明，只要分配有合理的值，最終溫度幾乎與對流系數(shù)無關(guān)。
相似地，由紅外輻射導(dǎo)致的熱損耗可由下式計(jì)算：
其中，ε和σ分別為發(fā)射率和stefan-botzmann(史蒂芬－波茲曼)常數(shù)等式11中的控制容量溫度可以絕對單位表述。在等式11中，未考慮到從管的上方進(jìn)入的紅外輻射。然而，期望的是，該分量比其他分量小得多。
對于高性能太陽能集中器，可使用圍繞的管道或殼體來提供隔熱。這種管道的存在可通過包括可應(yīng)用于熱損失的一系列熱阻而被納入本分析中。另一方面，對于針對惡劣環(huán)境和發(fā)展中國家設(shè)計(jì)的低成本太陽能巴氏殺菌系統(tǒng)，可能難以有財(cái)力承受該高成本隔熱管。
當(dāng)求得等式8－11在時(shí)步i的各項(xiàng)時(shí)，可通過對等式7數(shù)值積分如下而獲得在隨后的時(shí)間i+1處的溫度：
在某圖中，溫度t7＝t6。最后的未知項(xiàng)是溫度t1。可使用效率－傳熱單元數(shù)熱交換器分析法來確定該值，該方法給出
t1i+1＝t入+e(t7-t入)i等式13
其中，e是熱交換器效率。
如果使用熱動(dòng)式調(diào)節(jié)閥在溫度低于閾值時(shí)控制流量，則當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)，
此處，δp次要為摩擦以外的對壓力損失的影響。等式14允許計(jì)算管內(nèi)的流體速度，v由下式得出：
此處，k入口和k閥是管入口處和閥處的次級損耗系數(shù)。如果系統(tǒng)內(nèi)存在其他次級損耗，則它們的損耗系數(shù)可被加至分母中。符號f是摩擦因數(shù)，摩擦因數(shù)可在之前的時(shí)步基于流速和雷諾數(shù)確定?，F(xiàn)已知流體速度并由此已知質(zhì)量流率，可連接起完整的計(jì)算算法。
在時(shí)步t＝0時(shí)，所有溫度可被初始化至開始值，開始值等于儲(chǔ)存容器內(nèi)的水溫。在之后的時(shí)步中，
步驟1：t入－儲(chǔ)存槽罐中的水溫；
步驟2：從等式13解出t1，以考慮熱交換器處的預(yù)加熱；
步驟3：可從等式12得出t2、t3、……t6；
步驟4：t7＝t6；
步驟5：將t6與閥運(yùn)行溫度比較，更新質(zhì)量流率，等式15，重復(fù)步驟1。
可在圖31中見到對于特定的輸入?yún)?shù)組的溫度計(jì)算的結(jié)果。在該圖中示出了代表沿細(xì)長流動(dòng)元件溫度的五個(gè)溫度值。在圖33中示出了該計(jì)算的設(shè)定值。水的動(dòng)黏度可在每個(gè)時(shí)步通過以下插值函數(shù)計(jì)算：
v(t)＝1.10x10-10·t2-2.17x10-8·t+1.37x10-6(m2/s)等式16
其中，溫度以攝氏度為單位，以考慮到溫度對黏度的影響。
該圖表明，當(dāng)細(xì)長流動(dòng)元件中流體的溫度基本均勻地上升時(shí)，可能存在初始的非穩(wěn)定階段。即，溫度保持在閥運(yùn)行溫度以下，由此，所有溫度隨著管的溫度增加而上升。如所示的，在大約110秒處，達(dá)到了閥啟動(dòng)溫度，閥開始運(yùn)行，從而允許水流過系統(tǒng)。由此，由于來自儲(chǔ)器的流入水相對較涼，細(xì)長流動(dòng)元件中的上游位置處的溫度被降低，且可達(dá)到溫度的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。要理解到，如所示的，在每個(gè)位置處的溫度隨著閥打開和關(guān)閉規(guī)律地振蕩。此外，每個(gè)位置處的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)溫度可降至特定的溫度，且既然水在流動(dòng)，溫度t2就可得益于熱交換器的效果而可在從約110秒至約150秒期間稍微上升。
如圖34中所示，系統(tǒng)的全比例模型示出了溫度的計(jì)算值相比于實(shí)測值之間相當(dāng)良好的相關(guān)性。
上述模型可允許評價(jià)運(yùn)行參數(shù)的改變的影響。例如，較高性能的熱交換器(e＝0.7)可增加來自已處理流的回收熱量，從而提高進(jìn)入收集器的流體的入口溫度。該結(jié)果可在圖35中見到。如所示的，因?yàn)閠2處的溫度由于增加的熱交換器效率而較高，而溫度t6保持由閥運(yùn)行溫度控制，故而各溫度被更緊密地界定。
可參考圖36來評價(jià)閥系數(shù)的影響。在圖36中，閥損耗系數(shù)已從10變?yōu)?。由此，溫度等級大都未變，但每個(gè)位置處溫度的變化增加了。
在圖37中示出了另一涉及太陽能損耗因數(shù)的影響的示例。太陽能損耗因數(shù)可由許多項(xiàng)目影響，這些項(xiàng)目包括鏡中涉及曲率和表面反射率的缺陷，且還由細(xì)長流動(dòng)元件的吸收率影響。如所示的，太陽能損耗因數(shù)已從0.5增加至0.75，而其他參數(shù)保持與圖37所示的那些相同。圖31與圖37的比較表明，盡管準(zhǔn)穩(wěn)定溫度幾乎相同，但瞬態(tài)加熱過程可由于更高的損耗因數(shù)而縮短。
鑒于對病原體滅活的論述和對太陽能收集器的性能計(jì)算的論述，進(jìn)一步的分析可示出當(dāng)水流過系統(tǒng)時(shí)病原體滅活的結(jié)果。例如，可考慮大腸桿菌o3:h6。已記錄d(即，十進(jìn)制降低時(shí)間)在55攝氏度的溫度下且z值為5.6攝氏度時(shí)為401秒。對于這些值，且通過等式2和5，可得出k為
k＝8.66x10-14·e0.411t(1/秒)等式17
其中，溫度以攝氏度表述。用圖33中所列的值進(jìn)行的計(jì)算可導(dǎo)致準(zhǔn)穩(wěn)定溫度的變化，該變化開始發(fā)生在加熱的約100秒之后。通過將等式6應(yīng)用于細(xì)長流動(dòng)元件中的水而無需依賴于在進(jìn)入細(xì)長流動(dòng)元件之前或在其離開細(xì)長流動(dòng)元件之后的任何加熱，可采用保守的方法來限制活性病原體的風(fēng)險(xiǎn)。即，可忽略t6與t出之間的任何病原體滅活。
在圖38中示出了該計(jì)算的結(jié)果。如所示的，病原體滅活被顯示為初始病原體的百分比。時(shí)間被顯示為規(guī)格化量(由準(zhǔn)穩(wěn)定振蕩的周期規(guī)格化)。即，時(shí)間0是當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)。(記住，在該時(shí)間之前，整個(gè)細(xì)長流動(dòng)元件的溫度達(dá)到閥運(yùn)行溫度，所以在該周期期間存在對病原體更嚴(yán)酷的條件)。為了明確在圖38中所見的，當(dāng)控制容量的水進(jìn)入細(xì)長流動(dòng)元件并以圖31中所示的溫度流過細(xì)長流動(dòng)元件時(shí)，在兩秒的周期內(nèi)發(fā)生大腸桿菌的滅活。
為產(chǎn)生圖38的結(jié)果所完成的計(jì)算也可復(fù)制于其他病原體，只要知道其滅活動(dòng)態(tài)項(xiàng)即可。此外，本文中所描述的方法可用于計(jì)算對于寬范圍的參數(shù)設(shè)定值的結(jié)果。
要理解到，盡管已相對于拋物形太陽能收集器示出了以上模型，但可提供其他熱源。即，例如在細(xì)長流動(dòng)元件被暴露至明火的情況下，可基于所供應(yīng)的熱量以及其對細(xì)長流動(dòng)元件中溫度的效果執(zhí)行相似的計(jì)算，以建立病原體滅活。
示例
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，流體加熱系統(tǒng)可包括構(gòu)造成將陽光聚焦在焦軸上的太陽能收集系統(tǒng)、布置且構(gòu)造成沿太陽能收集系統(tǒng)在所述焦軸處運(yùn)輸流體的細(xì)長流動(dòng)元件、以及流動(dòng)控制組件，流動(dòng)控制組件包括恒溫閥，恒溫閥構(gòu)造成控制細(xì)長流動(dòng)元件中的流體流動(dòng)，使得在流體離開流體加熱系統(tǒng)之前，存在于流體中的病原體基本上被滅活。該系統(tǒng)還可包括預(yù)加熱熱交換器，預(yù)加熱熱交換器構(gòu)造成利用離開流體加熱系統(tǒng)的流體來加熱進(jìn)入流體加熱系統(tǒng)的流體。預(yù)加熱熱交換器可包括第一曲折通路和第二曲折通路，第一曲折通路和第二曲折通路基本上彼此對齊，使得熱量可在這些通路之間交換。該系統(tǒng)還可包括水的收集儲(chǔ)槽，該收集儲(chǔ)槽構(gòu)造成收集待巴氏殺菌的水。太陽能收集系統(tǒng)可包括反射元件，反射元件包括層壓至柔性基底的太陽能薄膜。太陽能收集系統(tǒng)還可包括限定拋物形的框架，且反射元件可由該框架保持形狀。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)可包括圍繞細(xì)長流動(dòng)元件的非暴露側(cè)布置的殼體。該殼體可包括隔熱材料。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，檐部可構(gòu)造成阻止細(xì)長流動(dòng)元件旁空氣的對流流動(dòng)。該系統(tǒng)還可包括返回管路，返回管路定位在殼體內(nèi)。返回管路可與細(xì)長流動(dòng)元件隔熱。細(xì)長流動(dòng)元件可在第一端處固定至控制閥組件，在第二端處固定至預(yù)加熱熱交換器，且細(xì)長流動(dòng)元件可在每端處固定有膨脹接頭。
該系統(tǒng)還可包括已處理流體的收集槽罐。該系統(tǒng)還可包括構(gòu)造成將太陽能收集系統(tǒng)引導(dǎo)向太陽的追蹤系統(tǒng)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，收集槽罐可包括與追蹤系統(tǒng)連通的流體高度傳感器，追蹤系統(tǒng)可構(gòu)造成在流體高度傳感器指示已處理流體的收集槽罐已滿時(shí)，引導(dǎo)太陽能收集系統(tǒng)遠(yuǎn)離太陽。
追蹤系統(tǒng)可包括構(gòu)造成將太陽能收集系統(tǒng)引導(dǎo)向太陽的雙軸追蹤系統(tǒng)。雙軸追蹤系統(tǒng)可構(gòu)造成將太陽能收集系統(tǒng)繞兩根軸線樞轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)還可包括支承結(jié)構(gòu)，支承結(jié)構(gòu)包括直立支承構(gòu)件、從直立支承構(gòu)件橫向延伸的臂部分、以及從臂部分偏置并基本平行于臂部分延伸的脊部部分。臂部分可繞季軸樞轉(zhuǎn)，季軸垂直于直立支承構(gòu)件并垂直于臂部分延伸。脊部部分可繞日軸樞轉(zhuǎn)，日軸沿脊部部分縱向延伸。該系統(tǒng)還可包括兩個(gè)致動(dòng)組件，用于將太陽能收集系統(tǒng)繞季軸和日軸樞轉(zhuǎn)。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可提供一種流體加熱系統(tǒng)的操作方法，其中，流體加熱系統(tǒng)包括拋物形太陽能收集器和支承結(jié)構(gòu)。該方法可包括沿地表面上的北/南軸線布置流體加熱系統(tǒng)并將拋物形太陽能收集器引導(dǎo)向太陽。引導(dǎo)拋物形太陽能收集器可包括啟動(dòng)控制模塊，控制模塊包括gps通信裝置，其中，控制模塊從衛(wèi)星接收gps數(shù)據(jù)并自動(dòng)地將太陽能收集器引導(dǎo)向太陽，gps數(shù)據(jù)包括限定流體加熱系統(tǒng)在行星表面上的位置的坐標(biāo)數(shù)據(jù)、日期數(shù)據(jù)和時(shí)間數(shù)據(jù)。將太陽能收集器自動(dòng)地引導(dǎo)向太陽可包括將太陽能收集器繞日軸和季軸樞轉(zhuǎn)。季軸可為相對于行星表面的基本水平軸線。日軸可為基本平行于太陽能收集器的縱向長度布置的軸線。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，用于被動(dòng)的控制流體流動(dòng)的控制閥組件可包括殼體、入口、出口和多個(gè)恒溫閥，恒溫閥被偏置至關(guān)閉位置且布置在入口與出口之間的殼體內(nèi)。各恒溫控制閥可各自與入口與出口之間的分離的相應(yīng)流動(dòng)路徑相關(guān)聯(lián)，且具有不同的運(yùn)行溫度。各閥可構(gòu)造成在它們相應(yīng)的運(yùn)行溫度時(shí)打開并保持打開，除非流體降至它們相應(yīng)的運(yùn)行溫度以下，使得當(dāng)多個(gè)恒溫控制閥打開時(shí)，流過控制閥的流體的量等于流過每個(gè)閥的流體的量的加和。多個(gè)恒溫控制閥可包括三個(gè)閥。恒溫控制閥的運(yùn)行溫度可選擇為限制病原體穿過控制閥組件。恒溫控制閥的流速可選擇為限制病原體穿過控制閥組件。恒溫控制閥的運(yùn)行溫度和流速可選擇為限制病原體穿過控制閥組件。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)恒溫控制閥中的第一閥可具有一系列流速以及與閥關(guān)閉所花費(fèi)的時(shí)間量相關(guān)聯(lián)的閥關(guān)閉時(shí)間，與第一閥相關(guān)聯(lián)的第一流動(dòng)路徑的一部分從腔室延伸至第一閥且長度被選擇為使得以范圍內(nèi)的流速從腔室通過第一流動(dòng)路徑的一部分流至閥的流體不會(huì)在少于關(guān)閉時(shí)間的時(shí)間內(nèi)到達(dá)閥。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，確定病原體滅活的方法可包括在流體加熱系統(tǒng)上進(jìn)行能量平衡。進(jìn)行能量平衡可包括計(jì)算在隨著流體流過流體加熱系統(tǒng)的多個(gè)位置處的流體溫度。確定病原體滅活的方法還可包括接收關(guān)于流體中存在的病原體的滅活動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以及基于至溫度的暴露而確定病原體滅活量。進(jìn)行能量平衡可包括接收涉及流體加熱系統(tǒng)的多個(gè)輸入?yún)?shù)。多個(gè)輸入?yún)?shù)可涉及太陽能收集系統(tǒng)和相關(guān)聯(lián)的流體控制系統(tǒng)。太陽能收集系統(tǒng)可包括拋物形鏡，流體控制系統(tǒng)包括沿拋物形鏡的焦軸布置的細(xì)長流動(dòng)元件。多個(gè)位置可包括沿細(xì)長流動(dòng)元件的長度的多個(gè)位置。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，該方法可包括調(diào)整輸入?yún)?shù)并計(jì)算多個(gè)位置處的修正的溫度。該方法還可包括基于至修正的溫度的暴露確定修正的病原體滅活量。該方法還可包括接收關(guān)于流體中存在的另一病原體的滅活動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。該方法還可包括基于至溫度的暴露確定另一病原體的病原體滅活量。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，排氣閥可包括在腔室上方固定至殼體的蓋。該蓋可包括氣體釋放孔。該閥還可包括布置在腔室中且構(gòu)造成在腔室內(nèi)的打開位置與關(guān)閉位置之間鉸接的浮動(dòng)件。當(dāng)布置在關(guān)閉位置中時(shí)，浮動(dòng)件可基于其浮力提供關(guān)閉力。連結(jié)件可能可操作地連接至蓋和浮動(dòng)件。該連結(jié)件可具有密封止擋件，密封止擋件構(gòu)造成當(dāng)浮動(dòng)件位于關(guān)閉位置中時(shí)密封氣體釋放孔。連結(jié)件還可構(gòu)造成放大浮動(dòng)件的關(guān)閉力，使得由連結(jié)件提供在密封止擋件上的密封力是浮力的倍數(shù)。浮力的倍數(shù)可在從約10至約30的范圍內(nèi)，或在從約15至約25的范圍內(nèi)，或在從約16至約20的范圍內(nèi)。連結(jié)件可包括底部連結(jié)條、支柱以及頂部連結(jié)條。浮動(dòng)件可在第一端處接合底部連結(jié)條，底部連結(jié)條可能在第二端處可繞相對蓋具有固定位置的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)樞轉(zhuǎn)，支柱可在第一端與第二端之間接合底部連結(jié)件。支柱可在更接近第二端而非第一端的中點(diǎn)處接合底部連結(jié)條。支柱可在第一端處接合頂部連結(jié)條，頂部連結(jié)條可能在第二端處可繞相對蓋具有固定位置的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)樞轉(zhuǎn)，密封止擋件可在第一端與第二端之間接合頂部連結(jié)條。密封止擋件可在更接近第二端而非第一端的中點(diǎn)處布置在頂部連結(jié)條上。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，用于追蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置的追蹤裝置可包括用于承載有效載荷的脊部部分、用于引起有效載荷繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的第一線性致動(dòng)組件、用于引起有效載荷繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的第二線性致動(dòng)組件、以及構(gòu)造成確定天空中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置的控制模塊?？刂颇K還可構(gòu)造成操作第一線性致動(dòng)組件和第二線性致動(dòng)組件，以相對于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)引導(dǎo)有效載荷。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，第一線性致動(dòng)組件和第二線性致動(dòng)組件可各自包括線性致動(dòng)件和馬達(dá)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，第一線性致動(dòng)組件和第二線性致動(dòng)組件可包括線性完全編碼器。在一個(gè)實(shí)施例中，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線可與脊部部分的縱向軸線對齊，且第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線可正交于第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，追蹤裝置還可包括支承脊部部分的直立部分、脊部部分與直立部分之間的臂部分、以及將臂部分聯(lián)接至直立部分的單軸支承件。第一致動(dòng)組件可聯(lián)接至直立部分且可樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接至臂部分。第二致動(dòng)組件可聯(lián)接至臂部分且通過轉(zhuǎn)矩臂可樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接至脊部部分。脊部部分可保持相對于限定為與直立部分對齊的豎直軸線的第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸線靜止。裝置還可構(gòu)造用于無線通信。
在一個(gè)或多個(gè)其他實(shí)施例中，用于在一段時(shí)間內(nèi)追蹤太陽的位置的太陽能追蹤裝置可包括：承載至少一個(gè)太陽能面板、太陽能集中器、以及定日鏡的脊部部分；用于引起一個(gè)或多個(gè)太陽能面板繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的第一線性致動(dòng)組件；用于引起一個(gè)或多個(gè)太陽能面板繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的第二線性致動(dòng)組件；以及控制模塊，控制模塊構(gòu)造成接收全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)、基于全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)確定太陽的位置、引導(dǎo)第一致動(dòng)組件和第二致動(dòng)組件以定位一個(gè)或多個(gè)太陽能面板，使得一個(gè)或多個(gè)太陽能面板相對于太陽被引導(dǎo)，全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括追蹤裝置的位置、時(shí)間和日期。第一線性致動(dòng)組件和第二線性致動(dòng)組件可包括線性致動(dòng)件和馬達(dá)。第一線性致動(dòng)組件和第二線性致動(dòng)組件各自還可包括線性完全編碼器。第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線可與脊部部分的縱向軸線對齊，第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線可正交于第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線。追蹤裝置還可包括支承脊部部分的直立部分、脊部部分與直立部分之間的臂部分、以及將臂部分聯(lián)接至直立部分的單軸支承件。第一致動(dòng)組件可聯(lián)接至直立部分且可樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接至臂部分。第二致動(dòng)組件可聯(lián)接至臂部分且通過轉(zhuǎn)矩臂可樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接至脊部部分。脊部部分可包括第一端和第二端，且第一端可指向北，而第二端可指向南。裝置可構(gòu)造用于無線通信。第一致動(dòng)組件和第二致動(dòng)組件可包括參考誤差修正查找表。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，用于相對于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)引導(dǎo)有效載荷的方法可包括接收與時(shí)間、日期和追蹤裝置的位置相關(guān)的全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)、確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)相對于追蹤裝置的方位角和高度角、計(jì)算對應(yīng)于有效載荷的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的第一角運(yùn)動(dòng)路徑以及對應(yīng)于有效載荷第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的第二角運(yùn)動(dòng)路徑、從第一角運(yùn)動(dòng)路徑和第二角運(yùn)動(dòng)路徑計(jì)算第一線性運(yùn)動(dòng)路徑和第二線性運(yùn)動(dòng)路徑、以及引導(dǎo)裝置根據(jù)第一線性運(yùn)動(dòng)路徑和第二線性運(yùn)動(dòng)路徑轉(zhuǎn)動(dòng)有效載荷。該方法還可包括在一天的過程中以定時(shí)的間隔重復(fù)該方法。該方法還可包括計(jì)算第一線性運(yùn)動(dòng)路徑和第二線性運(yùn)動(dòng)路徑的誤差修正值。誤差修正值可通過參考誤差修正查找表和使用雙三次插值來插值得出誤差修正值而確定。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，塔結(jié)構(gòu)可包括追蹤裝置，用于追蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置。追蹤裝置可包括用于承載有效載荷的脊部部分、引起有效載荷繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的第一線性致動(dòng)組件、引起有效載荷繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的第二線性致動(dòng)組件、以及構(gòu)造成確定天空中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置的控制模塊，控制模塊還構(gòu)造成操作第一線性致動(dòng)組件和第二線性致動(dòng)組件，以相對于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)引導(dǎo)有效載荷。塔結(jié)構(gòu)可包括通信塔。塔結(jié)構(gòu)可包括太陽能發(fā)電塔。有效載荷可包括定日鏡。
為了本發(fā)明的目的，本文中描述的任何系統(tǒng)可包括可操作成計(jì)算、運(yùn)算、確定、分類、處理、傳輸、接收、收取、產(chǎn)生、切換、存儲(chǔ)、顯示、通信、表示、檢測、記錄、復(fù)制、處置或利用用于商業(yè)、科學(xué)、控制或其他目的的任何形式的信息、情報(bào)或數(shù)據(jù)的任何工具或工具的集合。例如，系統(tǒng)或其任何部分可為個(gè)人計(jì)算機(jī)(例如，臺式機(jī)或筆記本)、平板電腦、移動(dòng)裝置(例如，個(gè)人數(shù)字助理(pda)或智能電話)、服務(wù)器(例如，刀片式服務(wù)器或機(jī)架式服務(wù)器)、網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)存裝置、或任何其他合適的裝置或裝置的組合，且其尺寸、形狀、性能、功能和價(jià)格可變化。系統(tǒng)可包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、一個(gè)或多個(gè)處理源(諸如中央處理單元(cpu)或硬件或軟件控制邏輯)、rom(只讀存儲(chǔ)器)和/或其他類型的非易失性存儲(chǔ)器。系統(tǒng)的附加部件可包括一個(gè)或多個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器或一個(gè)或多個(gè)大容量存儲(chǔ)設(shè)備、用于與外部裝置通信的一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口以及各種輸入和輸出(i/o)裝置，諸如鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏和/或視頻顯示器。大容量存儲(chǔ)裝置可包括但不限于：硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器、cd-rom驅(qū)動(dòng)器、智能驅(qū)動(dòng)器、閃存驅(qū)動(dòng)器或其他類型的非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、多個(gè)存儲(chǔ)裝置或各存儲(chǔ)裝置的任意組合。系統(tǒng)可包括被稱作用戶界面的內(nèi)容，其可總體上包括顯示器、鼠標(biāo)或其他光標(biāo)控制裝置、鍵盤、按鈕、觸摸板、觸摸屏、話筒、照相機(jī)、錄像機(jī)、揚(yáng)聲器、led(發(fā)光二極管)、燈光、操縱桿、開關(guān)、蜂鳴器、鈴和/或其他用戶輸入/輸出裝置，用于與一個(gè)或多個(gè)用戶通信或用于將信息輸入系統(tǒng)中。輸出裝置可包括用于向用戶呈現(xiàn)信息的任何類型的裝置，包括但不限于：計(jì)算機(jī)顯示器、扁屏顯示器或其他視覺顯示器、打印機(jī)和/或揚(yáng)聲器或用于提供呈音頻形式的信息的任何其他裝置(諸如電話)、多個(gè)輸出裝置或各輸出裝置的任何組合。系統(tǒng)還可包括可操作成在各硬件部件之間傳輸消息的一個(gè)或多個(gè)總線。
一個(gè)或多個(gè)程序或應(yīng)用程序(諸如網(wǎng)頁瀏覽器)和/或其他應(yīng)用程序可儲(chǔ)存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置的一個(gè)或多個(gè)中。程序或應(yīng)用程序可在處理器的執(zhí)行期間部分地或全部地被載入主存儲(chǔ)器或處理器中。一個(gè)或多個(gè)處理器可執(zhí)行應(yīng)用程序或程序，以運(yùn)行本發(fā)明的系統(tǒng)或方法，或其作為存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中或從因特網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)接收的可執(zhí)行程序或程序代碼的一部分?？墒褂萌魏紊逃没蛎赓M(fèi)網(wǎng)頁瀏覽器軟件，或使用能夠從網(wǎng)絡(luò)收取內(nèi)容并顯示頁面或屏幕的其他應(yīng)用程序。在某些實(shí)施例中，可使用定制的應(yīng)用程序來訪問、顯示和更新信息。
如本文中所論述的，本發(fā)明的硬件和軟件部件可為單個(gè)計(jì)算機(jī)或服務(wù)器的一體的各部分或可為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的相連接的各部分。硬件和軟件部件可位于單個(gè)位置中，或者在其他實(shí)施例中，硬件和軟件部件的各部分可被分在多個(gè)位置中，并直接地或通過全球計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)(諸如英特網(wǎng))連接。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，本發(fā)明的各種實(shí)施例中可作為方法(例如包括計(jì)算機(jī)實(shí)施的過程、商業(yè)過程和/或任何其他過程)、裝置(例如包括系統(tǒng)、機(jī)器、裝置、計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品等等)或前述的組合來實(shí)施。由此，本發(fā)明的實(shí)施例可呈完全硬件的實(shí)施例、完全軟件的實(shí)施例(包括固件、中間軟件、微代碼、硬件描述語言等)、或結(jié)合了硬件和軟件方面的實(shí)施例。此外，本發(fā)明的實(shí)施例可采取具有在介質(zhì)中實(shí)施的且限定了本文中所描述的過程或方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的形式。處理器或多個(gè)處理器可執(zhí)行由計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序代碼限定的必需的任務(wù)。用于執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例的操作的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序代碼可以諸如java、perl、php、visualbasic、smalltalk、c++等等之類的面向?qū)ο蟮?、腳本化或非腳本化的編程語言編寫。然而，用于執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例的操作的計(jì)算機(jī)程序代碼還可以諸如c編程語言或相似的編程語言之類的常規(guī)的過程化編程語言編寫。代碼段可代表過程、函數(shù)、子程序、程序、例程、子例程、模塊、對象、軟件包、類、或指令的任何組合、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或程序聲明。代碼段可通過傳遞和/或接收信息、數(shù)據(jù)、變量、參數(shù)或存儲(chǔ)器內(nèi)容而聯(lián)接至另一代碼段或硬件電路?？赏ㄟ^任何合適的手段傳遞、轉(zhuǎn)遞或傳輸信息、變量、參數(shù)、數(shù)據(jù)等，合適的手段包括內(nèi)存共享、消息傳遞、令牌傳遞、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)取?/p>
在本文件的上下文中，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可為可包含、存儲(chǔ)、通信或傳輸用于本文中所公開的系統(tǒng)或與本文中多公開的系統(tǒng)相關(guān)的程序的任何介質(zhì)?？墒褂萌魏魏线m的介質(zhì)傳輸計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序，合適的介質(zhì)包括但不限于英特網(wǎng)、光纖電纜、射頻(rf)信號或其他無線信號或其他介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可為例如但不限于電子的、磁的、光的、電磁的、紅外的或半導(dǎo)體的系統(tǒng)、設(shè)備或裝置。合適的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的更具體的示例包括但不限于：具有一根或多根線纜的電連接件或?qū)嶓w存儲(chǔ)介質(zhì)，諸如可攜帶的計(jì)算機(jī)磁盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、只讀存儲(chǔ)器(rom)、可擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器(eprom或閃存)，光碟只讀存儲(chǔ)器(cd-rom)或其他光的或磁的存儲(chǔ)裝置。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)但不應(yīng)與計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)混淆，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)旨在覆蓋所有物理的、非暫時(shí)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或其相似的實(shí)施例。
本發(fā)明的各種實(shí)施例可在本文中參考方法、裝置(系統(tǒng))和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程示意圖和/或框圖來描述。所理解的是，流程示意圖和/或框圖的每個(gè)框，和/或流程示意圖和/或框圖中各框的組合可通過計(jì)算機(jī)可讀程序代碼部段實(shí)現(xiàn)。這些計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序代碼部段可提供至通用目的計(jì)算機(jī)、專用目的計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器，以產(chǎn)生特定的機(jī)器，使得經(jīng)由計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器執(zhí)行的代碼部段創(chuàng)建用于實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖的框或多個(gè)框中指定的功能/動(dòng)作的機(jī)制。替代地，由計(jì)算機(jī)程序所實(shí)現(xiàn)的步驟或動(dòng)作可與由操作者或人所實(shí)現(xiàn)的步驟或動(dòng)作結(jié)合，以執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例。
替代地，雖然流程圖可能將方法示出為有順序的過程，但本文中所示的流程圖中的許多操作可平行地或并發(fā)地執(zhí)行。此外，對于某些實(shí)施例，流程圖中所示的方法步驟的順序可重新布置。類似地，流程圖中所示的方法可具有本文中未包括的附加步驟或具有比所示的那些更少的步驟。方法步驟可響應(yīng)于方法、函數(shù)、過程、子例程、子程序等。
如本文中所使用的，術(shù)語“基本上”或“總體上”表示動(dòng)作、特征、特性、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、項(xiàng)目或結(jié)果的完全或幾乎完全的程度或度。例如，“基本上”或“總體上”包含的物件表示物件被完全地包含或幾乎完全地包含。離絕對的完全度的精確的可允許的偏離程度在某些情形下可取決于具體的上下文。然而，一般而言，距完全度的接近程度將使得具有像獲得絕對全部的完全度那樣的大致相同的總體結(jié)果?！盎旧稀被颉按笾律稀笨上嗤貞?yīng)用于否定含義中，以表示完全或幾乎完全沒有動(dòng)作、特征、特性、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、項(xiàng)目或結(jié)果。例如，“基本沒有”或“大致沒有”某原料或元件的元件、組合、實(shí)施例或組合物仍可實(shí)際包含該項(xiàng)目，只要大致上沒有可測量的效果即可。
在以上描述中，已為了說明和描述的目的而提供了本發(fā)明的各種實(shí)施例。它們這不意為窮盡的或用以將本發(fā)明限制至所公開的精確形式?？紤]到以上教導(dǎo)，可能作出明顯的修改或變化。各種實(shí)施例被選擇和描述，以提供對本發(fā)明的原理和它們的實(shí)踐應(yīng)用的最佳說明，并使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠借助各種修改來利用各種實(shí)施例，以適合于所設(shè)想的特定用途。所有這些修改和變化都在如由所附權(quán)利要求在根據(jù)它們合理、合法且公正地享有的幅度被解釋時(shí)所確定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
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