CN102159903A - 微通道管太阳能集热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能集热器设备。所述太阳能集热器设备包括真空管和装配在所述真空管内的微通道管，所述微通道管包括用于使传热流体流入的多个第一端口和用于使所述传热流体流出至热交换系统的多个第二端口。所述微通道管可具有的水力直径为约3毫米至约200微米。所述微通道管可具有的水力直径为约200微米至约10毫米。

Description

微通道管太阳能集热器
相关申请的交叉引用
本申请涉及并要求2008年7月22日提交的美国临时专利申请第61/082,698号的优先权，该美国临时专利申请的全部内容在此通过引用并入本文。
技术领域
总体上，本发明公开的内容的领域涉及太阳能集热器，并且更具体而言涉及使用传热流体的太阳能集热器。
背景技术
作为降低依赖矿物燃料以及减少向大气中排放污染物和温室气体的方法，可再生能源的利用变得很普遍。太阳能热系统提供了产生热、电力的能力和/或以可持续的方式冷却的能力，并且对于由相对大的温度范围而产生的多种应用而言，可提供不同的集热器配置。市场上易于获得的太阳能集热器基于它们的设计而在性能方面不同。将从太阳获得的热量向传热流体的有效传递仍然是继续研究的主题。
发明内容
在示例性的实施方式中，本发明提供太阳能集热器设备。所述设备包括但不限于：真空管(或其他形状的外壳)和装配在所述真空管内的微通道管。所述微通道管包括用于使传热流体流入的多个第一端口和用于使所述传热流体流出至热交换系统的多个第二端口。所述太阳能集热器设备可并入太阳能集热系统中，所述太阳能集热系统可包括被配置成将太阳能引导至所述太阳能集热器设备上的太阳能集中器和将所述太阳能集热器设备装配至所述太阳能集中器的连接器。所述太阳能集热系统可并入太阳能系统，所述太阳能系统可包括所述热交换系统和配置成控制所述传热流体流过所述微通道管的流体流动系统。
一方面，本发明公开了太阳能集热器设备，所述太阳能集热器设备包括：真空管和装配在所述真空管内的微通道管，所述微通道管包括用于使传热流体流入的多个第一端口和用于使所述传热流体流出至热交换系统的多个第二端口。所述微通道管包括多个微通道，每个微通道从各自的用于使传热流体流入的多个第一端口中的一个延伸至各自的用于使所述传热流体流出的多个第二端口中的一个。
一些实施方式包括装配在所述真空管内且装配至所述微通道管的吸收器翅片。
在一些实施方式中，所述多个第一端口装配在所述多个第二端口内。
在一些实施方式中，将所述多个第二端口装配至所述吸收器翅片。
在一些实施方式中，所述多个第一端口中的至少一个装配在各自的多个第二端口中一个内。
在一些实施方式中，将所述多个第二端口装配至所述真空管。
在一些实施方式中，在所述真空管内的所述微通道管是U型的。在一些实施方式中，所述U型的微通道管具有弯曲的大尺寸(curved major dimension)。
在一些实施方式中，所述多个第一端口是矩形。在一些实施方式中，所述多个第一端口是圆形。
一些实施方式包括封在所述微通道管内的传热流体。
在一些实施方式中，每个微通道管具有的水力直径为：大约3豪米至大约200微米、或10毫米至大约200微米、或大约50毫米至大约200微米、或大约100毫米至大约200微米、或大约1000毫米至大约200微米。
在一些实施方式中，每个微通道管具有的水力直径为大约200微米至大约10毫米。
另一方面，本发明公开了太阳能集热系统，所述太阳能集热系统包括：包括真空管在内的太阳能集热器；和装配在所述真空管内的微通道管，所述微通道管包括用于使传热流体流入的多个第一端口和用于使所述传热流体流出至热交换系统的多个第二端口；配置成将太阳能引导至所述太阳能集热器上的太阳能集中器；以及将所述太阳能集热器装配至所述太阳能集中器的连接器。所述微通道管包括多个微通道，每个微通道从各自的用于使传热流体流入的多个第一端口中的一个延伸至各自的用于使所述传热流体流出至热交换系统的多个第二端口中的一个。
在一些实施方式中，在所述真空管内的所述微通道管是U型的。
在一些实施方式中，所述U型微通道管具有弯曲的大尺寸。
在一些实施方式中，所述微通道管具有的水力直径为：大约3豪米至大约200微米、或大约10毫米至大约200微米、或大约50毫米至大约200微米、或大约100毫米至大约200微米、或大约1000毫米至大约200微米。
在一些实施方式中，所述微通道管具有的水力直径为大约200微米至大约10毫米。
另一方面，本发明公开了太阳能系统，所述太阳能系统包括：热交换系统；具有真空管的太阳能集热器；装配在所述真空管内的微通道管，所述微通道管包括用于使传热流体流入的多个第一端口和用于使所述传热流体流出至所述热交换系统的多个第二端口，其中所述微通道管包括多个微通道，每个微通道从各自的用于使传热流体流入的多个第一端口中的一个延伸至各自的用于使所述传热流体流出的多个第二端口中的一个；以及配置成控制所述传热流体流过所述微通道管的流体流动系统。
一些实施方式包括配置成将太阳能引导至所述太阳能集热器上的太阳能集中器。
在一些实施方式中，在所述真空管内的所述微通道管是U型的。在一些实施方式中，所述U型微通道管具有弯曲的大尺寸。
在一些实施方式中，所述微通道管具有的水力直径为：大约3豪米至大约200微米、或大约10毫米至大约200微米、或大约50毫米至大约200微米、或大约100毫米至大约200微米、或大约1000毫米至大约200微米。
在一些实施方式中，所述微通道管具有的水力直径为大约200微米至大约10毫米。
另一方面，本发明公开了太阳能集热器，所述太阳能集热器包括：真空外壳，所述真空外壳至少部分透过太阳辐射；用于使传热流体流入的输入端口；用于使所述传热流体流出的输出端口；混合腔室。吸收器被包括在所述外壳中，所述外壳包括：多个流入微通道和多个流出微通道，每个流入微通道在各自的与所述输入端口流体连通的流入端和各自的与所述混合腔室流体连通的流出端之间延伸，每个流出微通道在各自的与所述混合腔室流体连通的流入端和各自的与所述输出端口流体连通的流出端之间延伸。
在一些实施方式中，所述吸收器在远端和近端之间延伸；所述多个流入微通道的各自的流入端和所述多个流出微通道的各自的流出端位于所述管的近端；所述多个流入微通道的各自的流出端和所述多个流出微通道的各自的流入端位于所述管的近端。
一些实施方式包括末端端盖(end cap)，所述末端端盖容纳所述吸收器的远端并且包括所述混合腔室。
在一些实施方式中，所述吸收器包括：具有所述多个流入微通道的第一部件和具有所述多个流出微通道的第二部件；其中所述第一部件和第二部件不相互接触。所述末端端盖包括用于以不透水连接(fluid-tight connection)的方式容纳所述第一部件的远端的第一开口和用于以不透水连接的方式容纳所述第二部件的远端的第二开口。
一些实施方式包括流体输入连接，所述流体输入连接包括：以不透水连接的方式容纳所述第一部件的近端的开口和与所述输入端口和所述多个流入微通道的各自的流入端流体连通的通路，这样流入所述输入端口的流体将流过所述通路，流入所述多个流入微通道的流入端。
一些实施方式包括流体输出连接，所述流体输出连接包括：以不透水连接的方式容纳所述第二部件的近端的开口和与所述输出端口和所述多个流出微通道的各自的流出端流体连通的通路，这样从各自的流出端流出的流体将流过所述通路，流入所述输出端口。
在一些实施方式中，所述流体输入连接和所述流体输出连接彼此热绝缘。
在一些实施方式中，所述吸收器包括：绕在远端和近端之间延伸的纵轴布置的中空管，所述管包括从近端延伸至接近远端的点以限定所述管的第一和第二分支的一对纵向狭缝；多个流入微通道，所述多个流入微通道沿所述第一分支延伸至位于所述第一分支的近端的多个流入微通道的各自的流入端；以及多个流出微通道，所述多个流出微通道沿所述第二分支延伸至位于所述第二分支的近端的多个流出微通道的各自的流出端。
在一些实施方式中，所述中空管包括外表面和内表面，所述末端端盖包括：与所述管的外表面不透水连接的外部端盖；与所述管的内表面不透水连接的内塞，其中，所述混合腔室包括在所述外部端盖和所述内塞之间限定的容积。
在一些实施方式中，所述管大体上为圆柱形，并且所述外部端盖和所述内塞包括嵌套的半球体。
在一些实施方式中，所述管大体上为圆柱形，所述外部端盖和所述内塞各自包括嵌套的圆柱体。
一些实施方式包括流体输入连接，所述流体输入连接包括：用于以不透水连接的方式容纳所述第一分支的近端的开口，所述近端包括多个流入微通道的各自的流入端；与所述输入端口和所述多个流入微通道的各自的流入端流体连通的通路，这样流入所述输入端口的流体将流过所述通路，流入所述多个流入微通道的各自的流入端。
一些实施方式包括流体输出连接，所述流体输出连接包括：用于以不透水连接的方式容纳所述第二分支的近端的开口，所述近端包括多个流出微通道的各自的流出端；与所述输出端口和所述多个流出微通道的各自的流出端流体连通的通路，这样从各自的流出端流出的流体将流过所述通路，流入所述输出端口。
在一些实施方式中，所述流体输入连接包括：具有底面和弯曲的桡侧面的大体上半圆柱形的鼓状物，每个面在前端面和后端面之间延伸，其中，所述输入端口装配至所述前端面；用于容纳所述第一分支的近端的开口位于所述后端面上；以及与所述输入端口和所述多个流入微通道的各自的流入端流体连通的通路位于所述鼓状物内。
在一些实施方式中，所述流体输出连接包括：具有底面和弯曲的桡侧面的大体上半圆柱形的鼓状物，每个面在前端面和后端面之间延伸。所述输入端口装配至前端面；用于容纳所述第一分支的近端的开口位于所述后端面上，与所述输出端口和所述多个流入微通道的各自的流出端流体连通的通路位于所述鼓状物内。
在一些实施方式中，所述流体输出连接的底面位于所述流体输入连接的底面的附近且面向所述流体输入连接的底面。
在一些实施方式中，所述外壳包括具有弯曲的内表面的中空管，并且其中，流体输入和输出连接的弯曲的桡侧面邻近所述外壳的内表面且面向所述外壳的内表面。
一些实施方式包括一个或一个以上支架，所述支架在第一和第二分支之间延伸并位于吸收器的近端末梢的其中一个纵向狭缝内。
一些实施方式包括从管的远端延伸的一个或一个以上纵向狭缝，其中所述管包括另一对纵向狭缝，该纵向狭缝从远端延伸至近端末梢的点以限定所述管的第三和第四分支；多个流入微通道沿所述第三分支延伸至位于所述第三分支的远端的多个流入微通道的各自的流出端；以及多个流出微通道沿所述第四分支延伸至位于所述第四分支的远端的多个流出微通道的各自的流入端。
在一些实施方式中，末端端盖包括第一开口和第二开口，所述第一开口容纳所述第三分支的近端以形成与混合腔室的不透水连接；所述第二开口容纳第四分支的近端以形成与混合腔室的不透水连接。
在一些实施方式中，吸收器包括具有大于约0.9的高太阳能辐射吸收率和在可见光至红外范围内小于约0.1的低发射率的表面。
在一些实施方式中，每个微通道具有的水力直径为约10毫米至约200微米。
在一些实施方式中，每个微通道具有的水力直径为约100毫米至约200微米。
在一些实施方式中，每个微通道具有的水力直径为约200微米至约10毫米。
一些实施方式包括配置为将太阳辐射集中到吸收器上的一个或一个以上集中器。
一些实施方式包括与输出端口流体连通且配置为从传热流体吸取能量的热交换器。
在一些实施方式中，在运行过程中，吸收器接收太阳能的面积与吸收器接触传热流体的面积的比例为约1/pi至约1/(2*pi)。
另一方面，本发明公开了太阳能集热器，所述太阳能集热器包括：至少部分透过太阳辐射的真空外壳；用于使传热流体流入的输入端口；用于使所述传热流体流出的输出端口；所述外壳内的U型吸收器，所述吸收器具有第一和第二延长部件，第一和第二延长部件各自具有近端，所述延长部件通过弯曲部件在远端连接；所述U型吸收器内的多个微通道，每个微通道在位于所述第一延长部件的近端处的流入端和位于所述第二延长部件的近端处的流出端之间延伸。每个微通道的流入端与所述输入端口和所述流出端流体连通，每个微通道的流出端与所述输出端口流体连通。
在一些实施方式中，每个微通道被配置为：接收来自所述输入端口的传热流体，并引导传热流体沿所述第一延长部件流过所述通道，沿所述第二延长部件流过弯曲部件且流至所述输出端口。
一些实施方式包括流体输入连接，所述流体输入连接包括：用于以不透水连接的方式容纳第一延长部件的近端的开口；与输入端口和位于所述第一延长部件的近端处的多个微通道的流入端流体连通的通路，这样，流入所述输入端口的流体将流过所述通路，流入所述多个流入微通道的流入端。
一些实施方式包括流体输出连接，所述流体输出连接包括：用于以不透水连接的方式容纳第二延长部件的近端的开口，与输出端口和位于所述第二延长部件的近端处的多个微通道的各自的流出端流体连通的通路，这样，从各自的流出端流出的流体将流过所述通路，流入所述输出端口。
在一些实施方式中，所述第一和第二延长部件大体上是平面部件，并且，其中在所述流体输入连接和所述流体输出连接中的各自的开口成型为狭缝。
另一方面，本发明公开了太阳能集热器，所述太阳能集热器包括：至少部分透过太阳光的真空外壳；用于使传热流体流入的输入端口；用于使所述传热流体流出的输出端口；在所述外壳内的吸收器。所述吸收器包括：面向各自的外部且从近端延伸至远端的第一和第二延长面；和在第一表面和第二表面之间延伸的多个翅片，所述翅片限定了多个微通道，每个微通道在位于所述表面的近端处的流入端和位于所述表面的远端处的流出端之间延伸。每个微通道的流入端与所述输入端口和所述流出端流体连通，每个微通道的流出端与所述输出端口流体连通。
在一些实施方式中，所述第一延长面是绕纵轴布置的管状表面；所述第二延长面是绕第一延长面和第二延长部件布置的管状表面；并且所述多个翅片基本上从第一延长面向外辐射延伸至第二延长面。
在一些实施方式中，所述第一和第二延长面是同轴圆柱体。
在一些实施方式中，所述多个翅片基本上是刚性的部件，其在所述第一和第二延长面之间提供机械支撑。
在一些实施方式中，所述多个翅片在所述第一和第二延长面之间布置成波纹形状。
在一些实施方式中，所述多个翅片成型为位于所述第一和第二延长面之间的波纹板。
另一方面，本发明公开了一种方法，所述方法包括：提供太阳能集热器，所述太阳能集热器包括：至少部分透过太阳光的真空外壳；用于使传热流体流入的输入端口；用于使所述传热流体流出的输出端口。所述方法还包括提供在所述外壳内的吸收器，所述吸收器包括：混合腔室，多个流入微通道，每个流入微通道在与所述输入端口流体连通的流入端和与所述混合腔室流体连通的流出端之间延伸，以及多个流出微通道，每个流出微通道在与所述混合腔室流体连通的流入端和与所述输出端口流体连通的流出端之间延伸。所述方法还包括接收通过所述外壳入射的太阳辐射以加热所述吸收器；使传热流体从所述输入端口流出，流过所述流入微通道，流至所述混合腔室，这样，所述传热流体从所述吸收器吸收热量；所述流体从所述流入微通道输出，流入所述混合腔室；所述流体在所述混合腔室中混合；以及混合过的流体流过所述流出微通道，流至所述输出端口。
一些实施方式包括将所述流体从所述输出端口引导至热交换系统。
一些实施方式包括将太阳辐射集中至所述吸收器上。
另一方面，本发明公开了一种方法，所述方法包括：提供太阳能集热器，所述太阳能集热器包括：至少部分透过太阳光的真空外壳；用于使传热流体流入的输入端口；用于使所述传热流体流出的输出端口；在所述外壳内的U型吸收器，所述吸收器具有第一和第二延长部件，每个延长部件具有近端，所述延长部件通过弯曲部件在远端连接；以及在所述U型吸收器内的多个微通道，每个微通道在位于所述第一延长部件的近端处的流入端和位于所述第二延长部件的近端处的流出端之间延伸，其中每个微通道的流入端与所述输入端口和所述流出端流体连通，每个微通道的流出端与所述输出端口流体连通。所述方法还包括接收通过外壳入射的太阳辐射以加热所述吸收器；使传热流体从所述输入端口流出，流过所述微通道，这样所述传热流体从所述吸收器吸收热量；并且所述传热流体从所述微通道流至所述输出端口。
一些实施方式包括将所述流体从所述输出端口引导至热交换系统。
一些实施方式包括将太阳能辐射集中在所述吸收器上。
另一方面，本发明公开了一种方法，所述方法包括：提供太阳能集热器，所述太阳能集热器包括真空管和装配在所述真空管内的微通道管，所述微通道管包括用于使传热流体流入的多个第一端口和用于使所述传热流体流出至热交换系统的多个第二端口；其中所述微通道管包括多个微通道，每个微通道从各自的用于使传热流体流入的多个第一端口中的一个延伸至各自的用于使所述传热流体流出的多个第二端口中的一个。所述方法还包括接收太阳辐射来加热所述微通道管；使所述传热流体流过所述微通道管，这样所述传热流体从所述吸收器吸收热量；并且所述传热流体从所述微通道管流出至热交换系统。
一些实施方式还包括交换来自所述传热流体的热量。
一些实施方式还包括将太阳辐射集中至所述吸收器上。
另一方面，本发明公开了一种制造太阳能集热器的方法，所述方法包括：提供面向各自的外部且从近端延伸至远端的第一和第二延长面；放置在第一表面和第二表面之间延伸的多个翅片，将所述翅片结合到所述第一和第二延长面以形成多个微通道，每个微通道在位于所述表面的近端处的流入端和位于所述表面的远端处的流出端之间延伸。
在一些实施方式中，所述第一延长面是绕纵轴布置的管状表面；所述第二延长面绕第一延长面和第二延长部件布置的管状表面；并且所述多个翅片基本上从所述第一延长面向外辐射延伸至所述第二延长面。
在一些实施方式中，所述第一和第二延长面是同轴圆柱体。
在一些实施方式中，所述多个翅片在第一和第二延长面之间布置成波纹形状。在一些实施方式中，多个翅片成型为位于所述第一和第二延长面之间的波纹板。
在一些实施方式中，将所述翅片结合到所述第一和第二延长面包括铜焊。
在一些实施方式中，将所述翅片结合到所述第一和第二延长面包括选自焊接(welding)、粘合、钎焊(soldering)、卷曲、机械加固、铆接和化学加固中的至少一种。
各种实施方式可包括上面描述的任何特征(单独或结合)。
根据下面的附图、具体实施方式和所附权利要求书，本发明的其他主要特征和优势对于本领域技术人员而言是显而易见的。
附图说明
本发明示例性的实施方式将在下面参照附图来描述，其中相同的附图标记表示相同的元件。
图1描述了根据示例性的实施方式太阳能系统的实施方式的框图。
图2表示根据示例性的实施方式图1的太阳能系统的太阳能集热系统的实施方式的侧视图。
图3表示根据第一示例性的实施方式图2的太阳能集热系统的第一太阳能集热器的实施方式的俯视图。
图4表示根据第一示例性的实施方式第一微通道管的实施方式的侧视图。
图5表示根据第二示例性的实施方式第二微通道管的实施方式的侧视图。
图6表示根据第二示例性的实施方式图2的太阳能集热系统的第二太阳能集热器的实施方式的侧视图。
图7表示根据第三示例性的实施方式图2的太阳能集热系统的第三太阳能集热器的实施方式的侧视图。
图8表示根据示例性的实施方式图3的太阳能集热器的第一实施方式与图6的太阳能集热器的第二实施方式的计算出的温度差之间的比较。
图9表示根据示例性的实施方式图3的太阳能集热器的第一实施方式的计算出的效率、图6的太阳能集热器的第二实施方式的计算出的效率与图7的太阳能集热器的第三实施方式的计算出的效率之间的比较。
图10是太阳能集热器的实施方式的示意图。
图11是太阳能集热器的实施方式的示意图。
图12是吸收器组件的实施方式的立体分解图。
图12a是图12的吸收器组件的侧视分解图。
图12b是图12的吸收器组件的末端端盖的详细的立体图。
图12c是图12的吸收器组件的末端端盖的正视图。
图12d是图12的吸收器组件的末端端盖的纵向横截面图。
图13是吸收器组件的实施方式的立体分解图。
图13a是图13的吸收器组件的末端端盖的详细的立体图。
图13b是图13的吸收器组件的末端端盖的正视图。
图13c是图13的吸收器组件的末端端盖的纵向横截面图。
图14是吸收器组件的实施方式的立体分解图。
图14a是图14的吸收器组件的侧视分解图。
图14b是图14的吸收器组件的末端端盖的详细的立体图。
图14c是图14的吸收器组件的末端端盖的正视图。
图14d是图14的吸收器组件的末端端盖的纵向横截面图。
图14e是图14的吸收器组件的正面立体图。
图15是吸收器组件的实施方式的立体分解图。
图15a是图15的吸收器组件的末端端盖的详细的立体图。
图15b是图15的吸收器组件的末端端盖的正视图。
图15c是图15的吸收器组件的末端端盖的纵向横截面图。
图16是吸收器的实施方式的立体图。
图17是以图16的吸收器为特征的吸收器组件的实施方式的立体分解图。
图18是以图16的吸收器为特征的吸收器组件的可选的实施方式的立体分解图。
图19a是吸收器的实施方式的立体图。
图19b是图19a的吸收器的侧示图。
图20a是吸收器的实施方式的立体图。
图20b是图20a的吸收器的侧示图。
图21是吸收器组件的实施方式的立体分解图。
图22是吸收器组件的实施方式的立体分解图。
图23a是连接器的实施方式的正视立体图。
图23b是图23a的连接器的后视立体图。
图23c是图23a的连接器的纵向横截面图。
图24a是连接至吸收器组件的图23a的连接器的详细的正视立体图。
图24b是连接至吸收器组件的图23a的连接器的详细的后视立体图。
图25是以图23a至图23b所示类型的连接器为特征的太阳能集热器的实施方式的立体图。
图26示出了工作流体流过图25的连接器。
图27a是具有连接器的吸收器组件的实施方式的立体图。
图27b是图27a的吸收器组件的侧视图。
图27c是图27a的吸收器组件的俯视图。
图28a至图28d是显示出具有图27a的连接器的吸收器组件的细节的立体图。
图29是吸收器的实施方式的立体图。
图30示出了太阳辐照的吸收器面积与工作传热流体接触的吸收器的面积的比值的估算。
具体实施方式
参见图1，根据示例性的实施方式示出了太阳能系统100的实施方式的框图。太阳能系统100可包括太阳能集热系统102、流体流动系统104、以及热交换系统106。太阳能集热系统102吸收太阳辐射并将太阳辐射转化为热能，该热能传递至传热流体。因此，所述传热流体流过太阳能集热系统102并由太阳能集热系统102加热。所述传热流体可以是：例如水、油、乙二醇或任何其他合适的传热流体。流体流动系统104可包括泵和用于控制传热流体流过太阳能集热系统102和热交换系统106的控制阀。热交换系统106将热能转化为电能和/或机械能。例如，热交换系统106可包括水加热器、涡轮、烤炉等等。太阳能系统100可包括本领域技术人员熟知的其他元件。例如，太阳能集热系统100可包括保护太阳能系统100的元件不受环境因素影响的外壳。
参见图2，根据示例性的实施方式示出了太阳能集热系统102的实施方式的侧视图。太阳能集热系统102可包括太阳能集中器200，连接系统202和太阳能集热器204。太阳能集中器200可包括多种机制，所述机制包括用于将太阳辐射收集并集中至太阳能集热器204上的镜子和透镜。太阳能集中器200可由多种材料形成并且具有本领域技术人员熟知的相对于太阳能集热器204的多种形状。例如，太阳能集中器200可具有槽状形状。连接系统202使用多种机制将太阳能集热器204装配至太阳能集热器200。本文使用的术语“装配”包括结合、黏结、连接、联合、插入、悬挂、夹住、贴附、附着、加固、粘接、黏贴、固定、栓接、拧、铆接、钎焊(solder)、焊接(weld)以及其他类似的术语。例如，连接系统202可包括支柱，所述支柱包括使用了一个或一个以上托架的杆。
太阳能集热器204可包括真空管206，吸收器翅片208和管210。参见图6，真空管206是使用第一玻璃管602和第二玻璃管604形成的双层玻璃容器。第二玻璃管604同轴地插入第一玻璃管602。第一玻璃管602和第二玻璃管604一端关闭以形成半球体并且另一端融合在一起。将第一玻璃管602和第二玻璃管604之间密封的间隙606排空以避免热损失。然而，在其他实施方式中，真空管206可由单层玻璃管形成。吸收器翅片208可以是由例如铝、铜或其他金属形成的金属吸收器。吸收器翅片208装配在真空管206和管210之间以促进将热量传递至在管2l0中流动的传热流体。在管210的外表面内的离散位置可将吸收器翅片208超声波焊接至管210。管210可用涂层来涂覆，所述涂层促进入射在太阳能集热器204上的太阳辐射的吸收。管210可通过在多孔壁内延长穿透的方法直接连接至多支管，管210穿过所述多孔壁插入，并通过支撑、焊接等方法与所述多孔壁结合。
参见图3，根据示例性的实施方式示出了太阳能集热器300的第一实施方式的俯视图。继续参见图2和图3，第一太阳能集热器300包括管210，管210包括用于使待加热的传热流体流入的第一端口212和用于使加热过的传热流体流出至热交换系统106的第二端口214。在图3的示例性的实施方式中，管210是U型圆管。管210可由多种材料形成，所述材料包括铝、铜、黄铜等。可使用其他类型的管而不受限制。例如，第一太阳能集热器300可包含使用同轴管的逆流设计，在该同轴管中传热流体流过内管并返回流过连接至吸收器翅片208的外侧。第一太阳能集热器300还可包括Dewar集热器，在该Dewar集热器中，传热流体通过末端开口的金属管流入太阳能集热器204。传热流体流沿真空管206的内表面返回。
参见图4，根据示例性的实施方式示出了微通道管400的第一实施方式的侧视图。第二微通道管400可包括多个端口402。第二微通道管400的特征为具有大外部尺寸406(major external dimension 406)和小外部尺寸404(minorexternal dimension 404)以及由端口的横截面积之和形成的自由流动面积。因为多个端口402是矩形，所以自由流动面积由多个端口402中的每一个的宽408和高410限定的面积之和形成。
参见图5，根据示例性的实施方式示出了微通道管500的第二实施方式的侧视图。第三微通道管500可包括多个端口502。第三微通道管500的特征为具有大外部尺寸506和小外部尺寸504以及由端口的横截面积之和形成的自由流动面积。因为多个端口502是圆形，所以自由流动面积由多个端口402中的每一个的直径508限定的面积之和形成。
参见图6，根据示例性的实施方式示出了太阳能集热器600的第二实施方式的侧视图。第二太阳能集热器600可包括真空管206、吸收器翅片208和第一微通道管608。在图6的示例性的实施方式中，第一微通道管608是U型微通道管，该微通道管包括用于使待加热的传热流体流入的矩形第一端口610和用于使加热过的传热流体流出至热交换系统106的矩形第二端口612。例如使用铜焊、焊接、超声焊接等方法将第一微通道管608装配至吸收器翅片208。在示例性的实施方式中，微通道管的水力直径为3毫米(mm)至200微米(μm)。在另一示例性的实施方式中，微通道的水力直径可为200μm至10μm(也称为micro-channel)。水力直径被定义为4A/U，其中A是横截面积，U是第一微通道管608的横截面的润周。具有相同水力直径的作为圆管的微通道管可具有非常大的自由流动面积和大得多的润周。端口尺寸趋于很小以使得当分析微通道管的性能时压力下降是需要考虑的因素。第一微通道管608可由包括铝、铜、黄铜等在内的多种材料形成。第一微通道管608可包括具有不同形状(例如但不限于：圆形、三角形或诸如N型之类的非传统形状、诸如翅片之类的具有延伸的表面的壁等)的端口。此外，微通道管的端口形状可具有相同的形状或可具有不同的形状。
参见图7，根据示例性的实施方式示出了第三太阳能集热器700的侧视图。第三太阳能集热器700可包括真空管206和第四微通道管702。在图7的示例性的实施方式中，第四微通道管702是U型微通道管，该微通道管包括用于使待加热的传热流体流入的矩形第一端口704和使加热过的传热流体流出至热交换系统106的矩形第二端口706。第四微通道管702可包括具有不同形状(例如圆形)的端口。第四微通道管702具有替代吸收器翅片208的弯曲的大尺寸。第四微通道管702可由包括铝、铜、黄铜等在内的多种材料形成。
第一微通道管608和第四微通道管702可以逆流设计和/或Dewar集热器设计配置在真空管206内。
参见图8，示出了太阳能集热器300的第一实施方式的入口和出口之间的温度差和太阳能集热器600的第二实施方式的入口和出口之间的温度差的第一比较图800。第一比较图800的X轴是流体入口温度(摄氏度)，第一比较图800的Y轴是出口处的温度增加(摄氏度)。第一比较图800包括第一曲线802和第二曲线804且每个曲线基于五个入口温度数据点来限定。第一曲线802显示了使用第二太阳能集热器600的结果。第二曲线804显示了使用第一太阳能集热器300的结果。第二太阳能集热器600比第一太阳能集热器300具有略微更优的性能，主要是与使用第一太阳能集热器300相比第二太阳能集热器600具有0.3±摄氏度的较高的出口温度和较高的运行温度。
在计算第一比较图800的第一曲线802和第二曲线804时，真空管206被模压成型为分别具有65mm和61.8mm的外径和内径。吸收器翅片208的直径为56mm，长度为1.6m。管210和第一微通道管608由铜管形成，具有12mm的外径和10.5mm的内径。涂覆在管210和第一微通道管608上的选择性涂层的辐射性能为αA＝0:95和εA＝0:05。环境和天空温度被认为等于25±摄氏度。管210和第一微通道管608的自由流动面积近似为约90mm2并且使用2L/分的体积流速来模拟。第一微通道管608的大尺寸为吸收器翅片208的周长的一半。小尺寸保持与管210相同的自由流动面积。
参见图9，示出了太阳能集热器300的第一实施方式的效率、太阳能集热器600的第二实施方式的效率和太阳能集热器700的第三实施方式的效率之间的第二比较图900。第二比较图900的X轴是流体入口温度(摄氏度)，第二比较图900的Y轴是效率值。第二比较图900包括第一曲线902、第二曲线904和第三曲线906，且每个曲线基于五个入口温度数据点来限定。第一曲线902显示了使用第二太阳能集热器600的结果。第二曲线904显示了使用第一太阳能集热器300的结果。第三曲线906显示了使用第三太阳能集热器700的结果。效率以
Figure BPA00001330525300151
来计算，其中
Figure BPA00001330525300152
为质量流速，Cpf为传热流体的比热，Tin为入口温度，Tout为出口温度，Age为外部玻璃的面积，Gs为入射辐射。
如第二比较图900中所显示的，第二太阳能集热器600和第一太阳能集热器300之间的入口温度为180±摄氏度时获得的效率增加为4.7％。效率的提高随运行温度的降低而降低。Tin＝30±摄氏度时获得1.5％的增加。虽然自由流动面积保持恒定，但是第一微通道管608的较大的润周转化成较小的水力直径。这影响了通过第二太阳能集热器600的压力下降。使用Darcy摩擦因子且不考虑U型管/通道内的弯曲作用，显示出通过第二太阳能集热器600的压力下降在低运行温度下较大，这主要是由于传热油的粘度值变化较大。在Tin＝180±摄氏度条件下，第二太阳能集热器600的压力下降比第一太阳能集热器300的压力下降大6.7倍。
如第二比较图900中所显示的，第二太阳能集热器600和第三太阳能集热器700之间获得的效率增加为0.9％。预见到如果采用具有更薄的吸收器翅片的集热器用于比较目的，那么效率提高更加明显。然而，与使用相对于第一微通道管608更宽的第四微通道管702而获得的高得多的压力下降相比，性能提高显著不足。较宽的管也使用较多的材料，这使得集热器的成本可能增加。保持微通道管的大尺寸的同时增加小尺寸并且保持微通道管的壁厚度和网厚度相同可通过让压力下降和管质量之间折中来支持优化设计。
参见图10，太阳能集热器1000的实施方式包括封住吸收器组件1020的真空外壳1010。吸收器组件1020接收通过外壳1010入射的太阳辐射并由外壳1010入射的太阳辐射来加热。组件1020包括流入部件1030，流入微通道(用虚线表示)通过该流入部件1030延伸。注意到虽然显示出了两个微通道，但是可使用任何数目。组件1020包括流出部件，流出微通道(用虚线表示)通过该流出部件延伸。注意到虽然显示出了两个微通道，但是也可使用任何数目。组件1020还包括末端端盖1050，该末端端盖限定了混合腔室1060。输入连接器1070提供输入端口1090和吸收器1020的流入部件1030中的微通道之间的流体连通。输出连接器1030提供输出端口1100和吸收器组件1040的流出部件1050中的微通道之间的流体连通。
如图中箭头所示，在集热器1000运行过程中，传热工作流体通过输入端口1090输入并流入吸收器组件1020的流入部件1030的微通道中。流体流过流入微通道，从吸收器组件1020的流入部件1030吸收热量。流体到达流入部件1030的微通道的末端，流入混合腔室1060中。来自微通道的加热的流体在混合腔室1060中混合。在一些实施方式中，该混合降低或排除了因例如吸收器组件1020的流入部件1030上入射的太阳辐射的非均匀分布而引起的工作流体的非均匀加热。
来自混合腔室1060的流体流入流出部件1040的微通道。流体流过流出微通道，从吸收器组件1020的流出部件1040吸收额外的热量。流体流出微通道，流过输出连接器1090并从输出端口1100流出。例如使用上述技术的任何一种，输出端口1100可与热交换器(未示出)流体连通。
在图10所示的类型的太阳能集热器中，它通常对降低或防止吸收器流入部件1030的流入端与吸收器流出部件1040的流出端之间的热接触有益。这防止了流入吸收器组件1020的流体(相对冷的)和流出吸收器组件1020的相对热的工作流体之间的热短路。
如图10所示，输入端口1090和输出端口1100都位于外壳1010的近端，且混合腔室1060位于远端附近。这种布置可提供有利的紧凑形状因子(compactform factor)，尤其当外壳1010成型为管状时。然而，可以理解的是可以使用任何合适的布置。
例如，图11显示了具有输入端口1070的太阳能集热器的实施方式，输入端口1070位于外壳1010的相对于输出端口1090的相反端。在该实施方式中，混合腔室1060位于吸收器组件1020的输入部件1030和输出部件1040之间。如图所示，混合腔室1060与流入部件1030和流出部件1040是一体的。在其他实施方式中，混合腔室可以是由任何合适的固定装置连接的分离的部件。在图10中，传热工作流体的流动用箭头表示。
图12示出吸收器组件1020的实施方式的立体分解图。流入部件1030和流出部件1040各自形成彼此不接触的分离的部件。流入部件1030和流出部件1040成型为具有弯曲的小尺寸的延长的部件。如图所示，部件1030、1040基本上是形成管状结构的半圆柱形部件，所述管状结构由沿管状结构的完全长度方向延伸的一对狭缝1203、1204分开。流入微通道1201沿流入部件1030的长度方向延伸，流出微通道1202沿流出部件1203的长度方向延伸。注意：这对狭缝防止位于部件1030和1040的近端处或附近的流入微通道1201和流出微通道1202之间的热短路。
末端端盖1050位于流入和流出部件1040的远端。开口1210和1220分别容纳流入部件1030和流出部件1040的远端并且可提供与流入部件1030和流出部件1040的远端的不透水连接。混合腔室1060在末端端盖1050内形成。
图12a显示图12的吸收器组件1020的侧视分解图。流入和流出微通道1201和1202分别在吸收器部件1030和1040内部延伸，用虚线来表示(显示了两个，但是可使用任何数目)。
图12b显示了图12的末端端盖1050的详细的立体图。图12c显示了正视或主视图，图12d显示了末端端盖1050的纵向横截面。末端端盖1050由内部和外部分别嵌套半球体部件1240和1230来形成。混合腔室1060成型为半球体部件1240和1230之间的容积。支架1250和1260各自在半球体部件1240和1230之间延伸以限定开口1210和1220。这些开口分别容纳流入和流出部件1030和1040的远端。开口1210和1220可具有与部件1030和1040的远端的形状对应的形状，从而使得开口1210和1220用于不透水连接。
如图所示，内部半球体部件1240成型为具有开放的底部的实心半球体。然而，可以理解的是其他合适的结构也可使用。
图13显示了图12和图12a至图12d中所示的类型的吸收器组件1020的实施方式的立体分解图，但是特征在于末端端盖1050的可选的实施方式。图13b显示了图13的末端端盖1050的详细立体图。图13c显示了正视或主视图以及图13d显示了末端端盖1050的纵向横截面。末端端盖1050由内部和外部分别嵌套圆柱形部件1340和1330来形成。混合腔室1060成型为圆柱形部件1340和1330之间的容积。支架1250和1260分别在圆柱形部件1340和1330之间延伸以限定开口1210和1220。这些开口分别容纳流入和流出部件1030和1040的远端。开口1210和1220可具有与部件1030和1040的远端的形状相对应的形状，从而使得开口1210和1220用于不透水连接。
如图所示，内部圆柱形部件1340成型为实心圆柱体，而外部圆柱形部件1330成型为具有开放的底部的空心圆柱体。然而，可以理解的是也可使用其他合适的结构。末端端盖1050的一些实施方式可以内部圆柱形部件和外部半球体部件(或相反)为特征。任何其他合适形状的部件(规则的或不规则的)可被使用，和/或以任何合适的形式连接或结合的任何数目的部件可被使用。
图14显示了吸收器组件1020的另一实施方式的立体分解图。分离的流入部件l030和流出部件1040已由一体的流入/流出吸收器部件代替。如图所示，吸收器部件是延长的管状部件1400，其从近端延伸至由末端端盖1050容纳的远端。管状部件1400包括沿其长度方向从近端部分向远端延伸的一对狭缝。然而，狭缝并不完全沿长度方向延伸，因此狭缝没有将管状部件1400分为物理上分离的部分(如图12和图13所示的实施方式的情况)。相反，该对狭缝限定了第一分支1401和第二分支1402。分支1401和1402是延长部件，其被狭缝沿管状部件1400的一部分物理上分离，但是在管状部件1400的远端处连接。
流入微通道1201在第一分支1401内形成并沿第一分支1401延伸。流入微通道1201在第一分支1401内形成并沿第一分支1401延伸。流出微通道1201在第一分支1402内形成并沿第二分支1402延伸。图14a显示了图12的吸收器组件1020的侧视分解图。分别在第一和第二分支1401和1402的内部延伸的流入和流出微通道1201，1202用虚线来表示(显示了每种类型的两个微通道，但是可使用任何数目)。
注意的是因为第一和第二分支1401和1402在管状部件1400的近端被狭缝分开，所以降低或防止了管状部件1400的近端处的流入和流出微通道1201和1202之间的热短路。图14所示的部件1400的正视图举例说明了将管状部件1400的近端处的第一和第二分支1401和1402分开。
图14b显示了图14的末端端盖1050的详细立体图。图14c显示了主视图，以及图14d显示了末端端盖1050的纵向横截面。末端端盖1050由内部和外部分别嵌套圆柱形部件1440和1430来形成。混合腔室1060成型为在圆柱形部件1440和1340之间的容积。注意的是在该实施方式中不需要连接圆柱形部件的支架。例如，内部圆柱形部件1440可被管状部件1401容纳从而起塞子的作用，而外部圆柱形部件1430绕管状部件1400的外表面安装。例如，如图所示，管状部件1400是中空的圆柱形管，内部圆柱形部件安装在内部并与管远端的管内表面形成流体密封。外部部件1430是圆柱体，其安装在上方并与管远端的内表面形成流体密封。
当这样组装时，末端端盖1050包括开口1410，其容纳管状部件1400的远端。在运行过程中，工作流体流出管状部件1400的远端处的流入微通道1201，在混合腔室1060中混合，通过管状部件1400的远端的流出微通道1202流出。
如图所示，内部和外部圆柱形部件1440和1430成型为具有开放的底部和关闭的顶部的中空的圆柱体。然而，可以理解的是，可使用其他合适的结构。图15和图15a至图15c显示了用内部和外部半球体部件1540和1550来代替圆柱形部件1440和1430的实施方式。末端端盖1050的一些实施方式可以内部圆柱形部件和外部半球体部件(或相反)为特征。可使用任何其他合适的形状的部件(规则的或不规则的)和/或以任何合适的形式连接的任何数目的部件。
图16显示了管状吸收器部件1400的另一实施方式的立体图，其以在分支1401和1402之间延伸的支架1601为特征。支架1601可位于将分支1401和1402分开的狭缝内的任何点并且可提供分支之间的机械支撑。在一些实施方式中，优选的是支架位于远离管状部件1400的近端的地方，以便避免在第一分支1401的近端处进入流入微通道1201的相对冷的工作流体和在第二分支1402的近端处离开流出微通道的相对热的工作流体之间的热短路。在一些实施方式中，支架1601可与管状部件1601一体成型和/或由管状部件1601的材料制造。在一些实施方式中，支架1601可由绝热材料来制造。虽然在管状部件1400的每一个狭缝中显示了两个支架，但是可使用任何数目。
注意：因为如图16所示的管状部件1400的远端的结构未被加入支架1601所改变，所以，适于使用基本上类似于图14至图15c所示的末端端盖。例如，图17和图18分别显示了以具有支架1601的管状部件1400为特征的吸收器组件连接至嵌套的圆柱形末端端盖(例如，类似于图14b至图14d的详细描述)和嵌套的半球体末端端盖(例如，类似于图15a至图15c的详细描述)的各自的实施方式。
参见图19a和图19b，在一些实施方式中，管状部件1400(例如图14所示的类型)包括从部件1400的远端向部件1400的近端延伸的第二对狭缝。因此，第一对狭缝限定了部件1400的近端处的第一和第二分支1401和1402，而第二对狭缝限定了部件1400的远端处的第二组分支1901和1902。如图19b虚线所示，流入微通道1201沿分支1401和1901延伸，而流出微通道沿分支1402和1902延伸。这提供了流入微通道1201和流出微通道1202的良好的热绝缘。分支在支架部件1910处会合并承受来自支架部件1910的机械支撑，支架部件1910位于管状部件1901的远端和近端之间。
参见图20a和图20b，在一些实施方式中，支架部件1910还可包括一个或一个以上狭缝1920。这些狭缝可提供流入微通道1201和流出微通道1202的额外的热绝缘。
在一些实施方式中，支架部件1910可与管状部件1910一体成型和/或由与管状部件1910相同的材料来制造。在一些实施方式中，支架部件1910可由热绝缘材料来制造。
在不同的实施方式中，管状部件1400可包括其他狭缝、开口或类似的特征。例如，图20a和图20b显示了如下实施方式：管状部件1400包括位于支架部件1400内的狭缝，该狭缝沿与限定分支1401，1402，1902和1902的狭缝的相同方向延伸。
注意：图19a至图20b所示的管状部件1400的远端具有对开管，该对开管的形状与图12和13所示的吸收器部件1030和140的远端形成的对开管类似。因此，这些管状部件14与图12b至图12d和图13b至图13d所示的类型的末端端盖兼容。例如，图21和图22显示了具有远端分支1901和1902的管状部件1400，远端分支1901和1902分别连接至嵌套的圆柱形末端端盖(例如类似于图13b至图13d的详细描述)和嵌套的半球体末端端盖(例如类似于图12a至图12c的详细描述)。
如图10和图11所示，在不同的实施方式中，输入和输出连接器1070、1080分别提供流入/流出微通道1201、1201与流体输入/输出端口1090和1100之间的流体连通。在典型的实施方式中，连接器1070、1080起多支管的作用，将来自单一输入或输出端口的流体分配至一些流入或流出微通道。然而，可以理解的是可使用任何合适的输入或输出端口。
图23a至图23c显示了示例性的半鼓状连接器2300的各自的视图，该半鼓状连接器2300可用作具有上述类型的管状吸收器组件1020的输入连接器1070或输出连接器。半鼓状连接器2300在前端面和后端面2302和2303之间由曲面2301和底面2304形成。输入端口1090或输出端口1100装配在前端面2302上。后端面2303内的槽式开口2305容纳吸收器组件1020的部件的远端，吸收器组件1020的部件的远端包括流入微通道1201或流出通道1202的末端。例如，图24a和图24b显示了在开口2305内容纳管状组件1400的分支1401的半鼓状连接器2300。开口2305可具有与其所容纳的部件相对应的形状，从而允许不透水连接。当这样连接时，连接器2300提供用于使流体在输入或输出端口1090、1100与流入或流出微通道之间流动的通路2306，输入或输出端口1090、1100装配在前端面2302上，流入或流出微通道容纳在开口2305内。
参见图25，太阳能集热器1000的实施方式具有以管状组件1400为特征的吸收器组件1050，两个半鼓状连接器2300a、2300b可以其底部2304相向的方式来放置。这种结构具有紧凑形状因子。输入和输出端口1090和1100彼此接近地位于集热器1000的一端，以便于输入和输出管道连接。此外，曲面2301形成了圆柱体，如图所示该圆柱体非常适合于放在圆柱形真空外壳1010内。可以理解的是，对于其他外壳形状而言，曲面2301可采用任何合适的形状，例如，可与外壳的形状基本一致。注意：图24中出现的斜线说明集热器1000通常比所显示的更长。
图26图解说明工作流体流入和流出(箭头所示)图25的太阳能集热器1000。工作流体流入输入端口1090，流过半鼓形输入连接器2300a中的通路2306并流入吸收器组件1050的管状组件1400的分支1401的近端中的流入微通道1201。工作流体流过上述吸收器组件1050(未示出)并从分支1401的近端中的流出微通道1202流出，流过半鼓形输出连接器2300b的通路2306，从输出端口1100流出。
在其他实施方式中，输入和输出连接器1070和1080可具有适于吸收器组件1020的不同形状的其他形状因子。例如，参见图27a至图27c，吸收器组件2700成型为平的U型微通道管2710。管2710具有第一和第二延长部件2720和2730，第一和第二延长部件2720和2730各自具有近端、通过弯曲部件2740在远端连接的延长部件。U型管中的微通道2750(以虚线表示)中的每一个在位于第一延长部件2720的近端处的流入端2760和位于第二延长部件2730的近端处的流出端2770之间延伸。
输入和输出连接器2780a和2780b包括在面2791之间延伸的延长的圆柱形部件2790。输入或输出端口1070、1080装配在圆柱形部件2790上。槽式开口2792位于圆柱形部件2790内与输入或输出端口相对。槽式开口2792容纳部件2720、2730的近端中的一个。槽式开口2792具有与部件2720、2730的末端的形状相对应的形状，以有利于不透水连接。输入和输出连接器2780a和2780b各自包括通路2793，通路2793置于分别与输入和输出端口1090和1100流体连通的、被容纳在槽式开口2792内的微通道的末端。
图27d图解说明了工作流体的流动(用箭头表示)。流体进入输入端口1090并流过输入连接器2780a的通路2793，流入微通道2750的流入端2760(显示出了一个微通道，用虚线表示)。工作流体流过平的U型管2710，从微通道2760的流出端2770流出。流体经过输入连接器2780b的通路2793并通过输出端口1100流出。
图28a至图28d显示了输入和输出连接器2780a和2780b的详细立体图。注意：该构造具有紧凑形状因子。输入和输出端口1090和1100彼此接近地位于集热器1000的一端，以便于输入和输出管道连接。
图29显示了吸收器2900，其包括绕内部延长管状组件2920布置的外部延长管状组件2910。翅片2930在内部管状组件2920的外表面和外部管状组件2910的内表面之间延伸，并且翅片2930限定了沿管状组件2910和2920的长度方向延伸的微通道2940。翅片2920可提供管状组件2910和2920之间的机械支撑。吸收器2900可包括任何数目的狭缝开口，例如，如上述各种实施例中所描述的。
如图所示，翅片29可被布置成波纹形状，但是可使用任何合适的形状。在一些实施方式中，翅片29由单一波纹板来形成。
在一些实施方式中，吸收器的接收入射太阳能的面积与吸收器的接触工作流体的面积的比例可以为约1/π至约1/(2π)。例如，参见图30，圆柱形吸收器具有直径D，并且该圆柱形吸收器包括具有直径d1的圆柱形微通道，该圆柱形微通道围绕圆柱形吸收器排列并分开距离d(中心至中心)。在这样的结构中，接收太阳能的面积与接触流体的面积的比例为约d/π*d1，其在1/π至1/(2π)变化。在该具体结构中，较低的极限值是近似的和限制的，因为长度d是弧形而不是直线以及两个连续的圆相互接触是极限情况。
在一些实施方式中，上述技术可用于具有其他形状的吸收器。例如，在两个平板之间放置波纹板以形成平的微通道管。
翅片2930可使用任何合适的技术与管状组件连接，所述任何合适的技术包括铜焊、焊接(welding)、粘合、钎焊(soldering)等。注意：上述技术可用于构建微通道吸收器而不需要挤压工艺。
吸收器组件和其他部件、连接器、末端端盖等等可使用任何合适的技术彼此连接或结合，所述任何合适的技术包括：例如铜焊、焊接(welding)、粘合、钎焊(soldering)等。
在各种不同的实施方式中，上述任何部件可包括涂覆或本领域已知的其他处理方法以增加对太阳辐射的吸收率或最小化发射率。
上述部件可由任何合适的材料构成，所述任何合适的材料包括金属、塑料、玻璃等。本领域技术人员将会理解的是，具体材料的选择将取决于即将应用的领域和相关的操作参数(例如，温度、温度变化、环境条件等等)。
一个或一个以上泵或其他水力、重力流等系统可被包括在内以引导工作流体流过本文所述的太阳能集热器。在不同的实施方式中，工作流体可以任何合适的速度流动，例如：约1加仑/小时、1加仑/分钟、1加仑/秒等等。
虽然上述实施例涉及太阳能的收集，但是本文所述的设备和技术可用于收集其他类型的电磁辐射，例如，激光辐射。
本文所述的设备可与本领域已知的任何太阳能集中器和/或跟踪系统联合使用。在不同的实施方式中，这些系统可增加吸收器上入射光的量并且可改变入射光的分布(例如，提供均匀的吸收)。
虽然上面已描述了吸收器组件的许多实施例，可以理解的是可使用其他结构。例如，圆柱形管状元件可被具有包括椭圆、多边形、不规则形等等在内的其他横截面的元件代替。上述各种不同的狭缝和开口可采用不同于所显示的那些形状，例如，当它们沿上述不同的吸收器延伸时它们可弯曲。吸收器可包括任何数目的狭缝、分支、开口、槽等。微通道可沿任何合适的路径延伸，例如，直线路径、弯曲的路径、迷宫似的或曲折的路径、不规则的路径等。微通道可具有任何合适的横截面，并且所述横截面可沿微通道的长度而不同。
为了公开的目的，除非另有说明，不指明具体数目(“a”或“an”)是指一个(种)或一个(种)以上。为了举例说明和描述的目的，已说明本发明前面描述的示范性的实施方式。那不是意在穷尽或限制本发明于所公开的严格的形式，基于上述教导，修改和改变是有可能的或者修改和改变可从本发明的实践中获得。为了解释本发明的原理来选择和描述实施方式，当实践本发明的应用时，本领域的技术人员能够以各种不同的实施方式和具有考虑到的适于具体使用的各种不同的改变的实施方式来使用本发明。本发明的范围由所附的权利要求书及其等同的内容来限定。

Claims (78)

1.一种太阳能集热器设备，所述太阳能集热器设备包括：
真空管；和
微通道管，所述微通道管装配在所述真空管内，所述微通道管包括用于使传热流体流入的多个第一端口和用于使所述传热流体流出至热交换系统的多个第二端口，
其中，所述微通道管包括多个微通道，每个微通道从各自的用于使传热流体流入的多个第一端口中的一个延伸至各自的用于使所述传热流体流出的多个第二端口中的一个。
2.如权利要求1所述的太阳能集热器设备，所述太阳能集热器设备还包括吸收器翅片，所述吸收器翅片装配在所述真空管内并装配至所述微通道管。
3.如权利要求2所述的太阳能集热器设备，其中，所述多个第一端口装配在所述多个第二端口内。
4.如权利要求3所述的太阳能集热器设备，其中，所述多个第二端口装配至所述吸收器翅片。
5.如权利要求1所述的太阳能集热器设备，其中，所述多个第一端口中的至少一个装配在各自的所述多个第二端口中的一个内。
6.如权利要求5所述的太阳能集热器设备，其中，所述多个第二端口装配至所述真空管。
7.如权利要求1所述的太阳能集热器设备，其中，在所述真空管内的所述微通道管是U型的。
8.如权利要求7所述的太阳能集热器设备，其中，所述U型微通道管具有弯曲的大尺寸。
9.如权利要求1所述的太阳能集热器设备，其中，所述多个第一端口是矩形。
10.如权利要求1所述的太阳能集热器设备，其中，所述多个第一端口是圆形。
11.如权利要求1所述的太阳能集热器设备，所述太阳能集热器设备还包括封入所述微通道管内的传热流体。
12.如权利要求1所述的太阳能集热器设备，其中，每个微通道具有的水力直径为约10毫米至约200微米。
13.如权利要求1所述的太阳能集热器设备，其中，每个微通道具有的水力直径为约200微米至约10毫米。
14.一种太阳能集热系统，所述太阳能集热系统包括：
太阳能集热器，所述太阳能集热器包括：
真空管，和
微通道管，所述微通道管装配在所述真空管内，所述微通道管包括：
用于使传热流体流入的多个第一端口，和
用于使所述传热流体流出至热交换系统的多个第二端口；
太阳能集中器，所述太阳能集中器被配置为将太阳能引导至所述太阳能集热器上；和
连接器，所述连接器被配置为用于将所述太阳能集热器装配至所述太阳能集中器，
其中，所述微通道管包括多个微通道，每个微通道从各自的用于使传热流体流入的多个第一端口中的一个延伸至各自的用于使所述传热流体流出至热交换系统的多个第二端口中的一个。
15.如权利要求14所述的太阳能集热系统，其中，在所述真空管内的所述微通道管是U型的。
16.如权利要求15所述的太阳能集热系统，其中，所述U型微通道管具有弯曲的大尺寸。
17.如权利要求14所述的太阳能集热系统，其中，所述微通道管具有的水力直径为约3毫米至约200微米。
18.如权利要求14所述的太阳能集热系统，其中，所述微通道管具有的水力直径为约200微米至约10毫米。
19.一种太阳能系统，所述太阳能系统包括：
热交换系统；
太阳能集热器，所述太阳能集热器包括：
真空管，和
微通道管，所述微通道管装配在所述真空管内，所述微通道管包括
用于使传热流体流入的多个第一端口和用于使所述传热流体流出至所述热交换系统的多个第二端口，
其中，所述微通道管包括多个微通道，每个微通道从各自的用于使传热流体流入的多个第一端口中的一个延伸至各自的用于使所述传热流体流出的多个第二端口中的一个；以及
流体流动系统，所述流体流动系统被配置为控制所述传热流体流过所述微通道管。
20.如权利要求19所述的太阳能系统，所述太阳能系统还包括被配置为将太阳能引导至所述太阳能集热器上的太阳能集中器。
21.如权利要求19所述的太阳能系统，其中，在所述真空管内的所述微通道管是U型的。
22.如权利要求21所述的太阳能系统，其中，所述U型微通道管具有弯曲的大尺寸。
23.如权利要求19所述的太阳能系统，其中，所述微通道管具有的水力直径为约10毫米至约200微米。
24.如权利要求19所述的太阳能系统，其中，所述微通道管具有的水力直径为约200微米至约10毫米。
25.一种太阳能集热器，所述太阳能集热器包括：
真空外壳，所述真空外壳至少部分透过太阳辐射；
用于使传热流体流入的输入端口；
用于使所述传热流体流出的输出端口；
混合腔室；以及
在所述外壳内的吸收器，所述吸收器包括：
多个流入微通道和多个流出微通道，每个流入微通道在各自的与所述输入端口流体连通的流入端和各自的与所述混合腔室流体连通的流出端之间延伸，每个流出微通道在各自的与所述混合腔室流体连通的流入端和各自的与所述输出端口流体连通的流出端之间延伸。
26.如权利要求25所述的太阳能集热器，其中：
所述吸收器在远端和近端之间延伸；
所述多个流入微通道的各自的流入端和所述多个流出微通道的各自的流出端位于所述管的近端；并且
所述多个流入微通道的各自的流出端和所述多个流出微通道的各自的流入端位于所述管的近端。
27.如权利要求26所述的太阳能集热器，所述太阳能集热器还包括容纳所述吸收器的远端且包括所述混合腔室的末端端盖。
28.如权利要求27所述的太阳能集热器，其中，所述吸收器包括：
第一部件，所述第一部件包括多个流入微通道；和
第二部件，所述第二部件包括多个流出微通道；
其中，所述第一和第二部件不相互接触；并且
其中，所述末端端盖包括用于以不透水连接的方式容纳所述第一部件的远端的第一开口和用于以不透水连接的方式容纳所述第二部件的远端的第二开口。
29.如权利要求28所述的太阳能集热器，所述太阳能集热器包括流体输入连接，所述流体输入连接包括：
以不透水连接的方式容纳所述第一部件的近端的开口；和
与所述输入端口和所述多个流入微通道的各自的流入端流体连通的通路，这样流入所述输入端口的流体将流过所述通路，流入所述多个流入微通道的流入端。
30.如权利要求29所述的太阳能集热器，所述太阳能集热器包括流体输出连接，所述流体输出连接包括：
以不透水连接的方式容纳所述第二部件的近端的开口；和
与所述输出端口和所述多个流出微通道的各自的流出端流体连通的通路，这样从各自的流出端流出的流体将流过所述通路，流入所述输出端口。
31.如权利要求29所述的太阳能集热器，其中，所述流体输入连接和所述流体输出连接彼此热绝缘。
32.如权利要求27所述的太阳能集热器，其中，
所述吸收器包括绕在所述远端和所述近端之间延伸的纵轴布置的中空管，
所述管包括从所述近端延伸至邻近所述远端的点以限定所述管的第一和第二分支的一对纵向狭缝；
所述多个流入微通道沿所述第一分支延伸至位于所述第一分支的近端的多个流入微通道的各自的流入端，并且
所述多个流出微通道沿所述第二分支延伸至位于所述第二分支的近端的多个流出微通道的各自的流出端。
33.如权利要求32所述的太阳能集热器，其中，所述中空管包括外表面和内表面，并且所述末端端盖包括：
与所述管的外表面不透水连接的外部端盖；和
与所述管的内表面不透水连接的内塞，
其中，所述混合腔室包括在所述端盖和所述塞之间限定的容积。
34.如权利要求33所述的太阳能集热器，其中，所述管大体上是圆柱形，并且所述外部端盖和所述内塞包括嵌套的半球体。
35.如权利要求33所述的太阳能集热器，其中，所述管大体上是圆柱形，所述外部端盖和所述内塞各自包括嵌套的圆柱体。
36.如权利要求32所述的太阳能集热器，所述太阳能集热器包括流体输入连接，所述流体输入连接包括：
用于以不透水连接的方式容纳所述第一分支的近端的开口，所述近端包括所述多个流入微通道的各自的流入端；和
与所述输入端口和所述多个流入微通道的各自的流入端流体连通的通路，这样流入所述输入端口的流体将流过所述通路，流入所述多个流入微通道的各自的流入端。
37.如权利要求36所述的太阳能集热器，所述太阳能集热器包括流体输出连接，所述流体输出连接包括：
用于以不透水连接的方式容纳所述第二分支的近端的开口，所述近端包括多个流出微通道的各自的流出端；和
与所述输出端口和所述多个流出微通道的各自的流出端流体连通的通路，这样从各自的流出端流出的流体将流过所述通路，流入所述输出端口。
38.如权利要求37所述的太阳能集热器，其中，所述流体输入连接包括大体上半圆柱形的鼓状物，所述鼓状物包括底面和弯曲的桡侧面，每个面在前端面和后端面之间延伸，其中，所述输入端口装配至所述前端面，用于容纳所述第一分支的近端的开口位于所述后端面上，以及，与所述输入端口和所述多个流入微通道的各自的流入端流体连通的通路位于所述鼓状物内。
39.如权利要求36所述的太阳能集热器，其中，所述流体输出连接包括大体上半圆柱形的鼓状物，所述鼓状物包括底面和弯曲的桡侧面，每个面在前端面和后端面之间延伸，其中，所述输入端口装配至所述前端面，用于容纳所述第一分支的近端的开口位于所述后端面上，以及，与所述输出端口和所述多个流入微通道的各自的流出端流体连通的通路位于所述鼓状物内。
40.如权利要求39所述的太阳能集热器，其中，所述流体输出连接的底面位于所述流体输入连接的附近并且面向所述流体输入连接的底面。
41.如权利要求40所述的太阳能集热器，其中，所述外壳包括具有弯曲的内表面的中空的管，并且，其中所述流体输入和输出连接的弯曲的桡侧面邻近所述外壳的内表面且面向所述外壳的内表面。
42.如权利要求32所述的太阳能集热器，所述太阳能集热器还包括一个或一个以上支架，所述支架在第一和第二分支之间延伸并且位于所述吸收器的近端的末梢的纵向狭缝中的一个内。
43.如权利要求32所述的太阳能集热器，所述太阳能集热器包括一个或一个以上从所述管的远端延伸的纵向狭缝，其中
所述管包括另一对纵向狭缝，该对纵向狭缝从远端延伸至近端的末梢的点以限定所述管的第三和第四分支；
多个流入微通道沿所述第三分支延伸至位于所述第三分支的远端的多个流入微通道的各自的流出端，并且
多个流出微通道沿第四分支延伸至位于所述第四分支的远端的多个流出微通道的各自的流入端。
44.如权利要求43所述的太阳能集热器，其中，所述末端端盖包括：
第一开口，所述第一开口容纳所述第三分支的近端以形成与所述混合腔室的不透水连接；和
第二开口，所述第二开口容纳所述第四分支的近端以形成与所述混合腔室的不透水连接。
45.如权利要求25所述的太阳能集热器，其中，所述吸收器包括表面，所述表面具有大于约0.9的高太阳辐射吸收率和在可见光至红外范围内小于约0.1的低发射率。
46.如权利要求25所述的太阳能集热器，其中，每个微通道具有的水力直径为约10毫米至约200微米。
47.如权利要求25所述的太阳能集热器，其中，每个微通道具有的水力直径为约100毫米至约200微米。
48.如权利要求25所述的太阳能集热器，其中，每个微通道具有的水力直径为约200微米至约10毫米。
49.如权利要求25所述的太阳能集热器，所述太阳能集热器还包括一个或一个以上集中器，所述集中器被配置为将太阳辐射集中至所述吸收器上。
50.如权利要求25所述的太阳能集热器，所述太阳能集热器还包括与所述输出端口流体连通并且被配置为从所述传热流体中吸取能量的热交换器。
51.如权利要求25所述的太阳能集热器，其中，在运行过程中，所述吸收器的接收太阳能的面积与所述吸收器的接触传热流体的面积的比为约1/pi至约1/(2*pi)。
52.一种太阳能集热器，所述太阳能集热器包括：
真空外壳，所述真空外壳至少部分透过太阳辐射；
用于使传热流体流入的输入端口；
用于使所述传热流体流出的输出端口；
在所述外壳内的U型吸收器，所述吸收器具有第一和第二延长部件，每个延长部件具有近端，所述延长部件通过弯曲部件在远端连接；和
在所述U型吸收器内的多个微通道，每个微通道在位于所述第一延长部件的近端处的流入端和位于所述第二延长部件的近端处的流出端之间延伸，
其中，每个微通道的流入端与所述输入端口和所述流出端流体连通，每个微通道的流出端与所述输出端口流体连通。
53.如权利要求52所述的太阳能集热器，其中，每个微通道被配置为：
从所述输入端口接收传热流体；和
引导所述传热流体沿所述第一延长部件流过所述通道，流过所述弯曲部件，沿所述第二延长部件流至所述输出端口。
54.如权利要求53所述的太阳能集热器，所述太阳能集热器包括流体输入连接，所述流体输入连接包括：
用于以不透水连接的方式容纳所述第一延长部件的近端的开口；和
与所述输入端口和位于所述第一延长部件的近端处的多个微通道的流入端流体连通的通路，这样流入所述输入端口的流体将流过所述通路，流入所述多个流入微通道的流入端。
55.如权利要求54所述的太阳能集热器，所述太阳能集热器包括流体输出连接，所述流体输出连接包括；
用于以不透水连接的方式容纳所述第二延长部件的近端的开口；和
与所述输出端口和位于所述第二延长部件的近端处的多个微通道的各自的流出端流体连通的通路，这样从各自的流出端流出的流体将流过所述通路，流入所述输出端口。
56.如权利要求55所述的太阳能集热器，其中，所述第一和第二延长部件大体上是平面部件，并且其中，所述流体输入连接和所述流体输出连接中各自的开口成型为狭缝。
57.一种太阳能集热器，所述太阳能集热器包括：
真空外壳，所述真空外壳至少部分透过太阳光；
用于使传热流体流入的输入端口；
用于使所述传热流体流出的输出端口；以及
在所述外壳内的吸收器，所述吸收器包括：
第一和第二延长表面，所述第一和第二延长表面面向各自的外部并且从近端延伸至远端；和
多个翅片，所述翅片在第一表面和第二表面之间延伸，所述翅片限定了多个微通道，每个微通道在位于所述表面的近端处的流入端和位于所述表面的远端处的流出端之间延伸，
其中，每个微通道的流入端与所述输入端口和所述流出端流体连通，每个微通道的流出端与所述输出端口流体连通。
58.如权利要求57所述的太阳能集热器，其中：
所述第一延长表面是绕纵轴布置的管状表面；
所述第二延长表面是绕所述第一延长表面和第二延长部件布置的管状表面；并且
所述多个翅片基本上从所述第一延长表面向外辐射延伸至所述第二延长表面。
59.如权利要求58所述的太阳能集热器，其中，所述第一和第二延长表面是同轴圆柱体。
60.如权利要求58所述的太阳能集热器，其中，所述多个翅片基本上是刚性部件，所述刚性部件提供所述第一和第二延长表面之间的机械支撑。
61.如权利要求58所述的太阳能集热器，其中，所述多个翅片在所述第一和第二延长表面之间布置成波纹形状。
62.如权利要求58所述的太阳能集热器，其中，所述多个翅片成型为位于所述第一和第二延长表面之间的波纹板。
63.一种方法，所述方法包括：
提供太阳能集热器，所述太阳能集热器包括：
真空外壳，所述真空外壳至少部分透过太阳光；
用于使传热流体流入的输入端口；
用于使所述传热流体流出的输出端口；
在所述外壳内的吸收器，所述吸收器包括
混合腔室；
多个流入微通道，每个流入微通道在与所述输入端口流体连通的流入端和与所述混合腔室流体连通的流出端之间延伸；和
多个流出微通道，每个流出微通道在与所述混合腔室流体连通的流入端和与所述输出端口流体连通的流出端之间延伸；
接收通过所述外壳入射的太阳辐射以加热所述吸收器；
使传热流体从所述输入端口流出，流过所述流入微通道，流至所述混合腔室，以使所述传热流体从所述吸收器吸收热量；
使所述流体从所述流入微通道输出，流入所述混合腔室；
在所述混合腔室内混合所述流体；以及
使混合过的流体流过所述流出微通道，流至所述输出端口。
64.如权利要求63所述的方法，所述方法还包括将所述流体从所述输出端口引导至热交换系统。
65.如权利要求64所述的方法，所述方法还包括将太阳辐射集中在所述吸收器上。
66.一种方法，所述方法包括：
提供太阳能集热器，所述太阳能集热器包括：
真空外壳，所述真空外壳至少部分透过太阳光；
用于使传热流体流入的输入端口；
用于使所述传热流体流出的输出端口；
在所述外壳内的U型吸收器，所述吸收器具有第一和第二延长部件，每个延长部件具有近端，所述延长部件通过弯曲部件在远端连接；和
在所述U型吸收器内的多个微通道，每个微通道在位于所述第一延长部件的近端处的流入端和位于所述第二延长部件的近端处的流出端之间延伸，其中，每个微通道的流入端与所述输入端口和所述流出端流体连通，每个微通道的流出端与所述输出端口流体连通；
接收通过所述外壳入射的太阳辐射以加热所述吸收器；
使传热流体从所述输入端口流出，流过所述微通道，以使所述传热流体从所述吸收器吸收热量；以及
使所述传热流体从所述微通道流出，流至所述输出端口。
67.如权利要求66所述的方法，所述方法还包括将所述流体从所述输出端口引导至热交换系统。
68.如权利要求66所述的方法，所述方法还包括将太阳辐射集中在所述吸收器上。
69.一种方法，所述方法包括：
提供太阳能集热器，所述太阳能集热器包括：
真空管；和
装配在所述真空管内的微通道管，所述微通道管包括用于使传热流体流入的多个第一端口和用于使所述传热流体流出至热交换系统的多个第二端口，
其中，所述微通道管包括多个微通道，每个微通道从各自的用于使传热流体流入的多个第一端口中的一个延伸至各自的用于使所述传热流体流出的多个第二端口中的一个；
接收太阳辐射以加热所述微通道管；
使传热流体流过所述微通道管，以使所述传热流体从所述吸收器吸收热量；和
使所述传热流体从所述微通道管流至所述热交换系统。
70.如权利要求69所述的方法，所述方法还包括交换来自所述传热流体的热量。
71.如权利要求70所述的方法，所述方法还包括将太阳辐射集中在所述吸收器上。
72.一种制造太阳能集热器的方法，所述方法包括：
提供第一和第二延长表面，所述表面面向各自的外部并且从近端延伸至远端；
布置多个翅片，所述翅片在第一表面和第二表面之间延伸；和
将所述翅片结合至所述第一和第二延伸表面以形成多个微通道，每个微通道在位于所述表面的近端处的流入端和位于所述表面的远端处的流出端之间延伸。
73.如权利要求72所述的方法，其中：
所述第一延伸表面是绕纵轴布置的管状表面；
所述第二延伸表面是绕第一延伸表面和第二延伸部件布置的管状表面；并且
所述多个翅片基本上从所述第一延伸表面向外辐射延伸至所述第二延伸表面。
74.如权利要求72所述的方法，其中，所述第一和第二延伸表面是同轴圆柱体。
75.如权利要求72所述的方法，其中，所述多个翅片在所述第一和第二延长表面之间布置成波纹形状。
76.如权利要求72所述的方法，其中，所述多个翅片成型为位于所述第一和第二延长表面之间的波纹板。
77.如权利要求72所述的方法，其中，将所述翅片结合至所述第一和第二延长表面包括铜焊。
78.如权利要求72所述的方法，其中，将所述翅片结合至所述第一和第二延长表面包括选自焊接、粘合、钎焊、卷曲、机械加固、铆接和化学加固中的至少一种。
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