CN103221756A - 太阳能直接生成蒸汽 - Google Patents

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Abstract

太阳能在一个“直通”式，无再循环，严密控制蒸汽质量的配置中，以从无结垢或污垢的高污染物供给水中产生湿蒸汽。供给水在一系列暴露于聚光太阳能下的管中加压，预热和蒸发，以产生蒸汽和水混合物，来直接分配到工业生产程序中，比如，增加型石油开采或脱盐。根据太阳能和蒸汽产生量的测量控制水流速，从而监控太阳能的变化。蒸汽发生器管系统使用连续接收器管，该管由能追踪太阳的分段抛物面反光镜所照射。蒸汽发生器管道系统的循环维护规定亦被提供。从热的冷凝液和/或低质量蒸汽中重新获取热能，且加热入口水。

Description

太阳能直接生成蒸汽
对相关申请的交互引用
本申请要求的优先权如附录的申请日期表单，请求，或送达(视情况而定)。在本申请类型所允许的范围内，该申请以各种目的通过引用合并以下在本发明被做出时本申请共同拥有的申请案：
2009年2月2日提交的，第一发明人为罗德·麦格雷戈，名称为“温室里的聚光式太阳能发电”的美国临时申请(案卷号：No.310618-2001和序列号为No.61/149,292)；
2009年5月6日提交的，第一发明人为彼得·冯·贝伦斯，名称为“温室里的聚光式的太阳能电池”的美国临时申请(案卷号：No.CLEN-002、00US和序列号为No.61/176,041)；
2010年2月1日提交的，第一发明人为罗德里克·麦格雷戈，名称为“温室里的聚光式的太阳能发电”的PCT申请(案卷号：No.GP-09-01PCT和序列号为No.PCT/US10/22780)；
2010年7月5日提交的，第一发明人为彼得·冯·贝伦斯，名称为“温室里的聚光式的太阳能发电”的美国临时申请(案卷号：No.GP-10-02和序列号为No.61/361,509)；
2010年7月5日提交的，第一发明人为约翰·赛特尔·奥唐纳，名称为“直接太阳能油田蒸汽生成”的美国临时申请(案卷号：No.GP-10-04和序列号为No.61/361,512)；
2011年2月23日提交的，第一发明人为约翰·赛特尔·奥唐纳，名称为“直接太阳能油田蒸汽生成”的美国临时申请(案卷号：No.GP-10-04A和序列号为No.61/445,545)；
2011年7月2日提交的，第一发明人为彼得·冯·贝伦斯，名称为“温室里的聚光式的太阳能电池”的PCT申请(案卷号：No.GP-10-02PCT和序列号为No.PCT/US11/42891)。
背景技术
技术领域：需要对搜集用太阳能以及使用太阳能的工业进行改进来为其实施，效率和利用提供改善。
相关领域：除非明确被确认是公开或公知的，此处提及的技术和概念，包括内容，定义，或比较，不能解释为这些技术和概念之前就被公众所知或是在先技术的一部分。所有这里引用的参考文献(如果有的话)，包括专利，专利申请，公开出版物，通过引用全部结合于此用于各种目的，无论是否以特别地结合于此。
聚光太阳能发电系统使用反光镜(mirror)，即聚光器(concentrator)，在一大块空间上聚集太阳能并将太阳能对准和集中到接收器中，接收器将入射的太阳能转换为另一种形式，比如热能或电能。在一些应用范围内，聚光系统相比于直接使用入射的太阳能的简单系统有几点优势。一个优势就是，更多聚光的太阳能相比较较少聚光的太阳能能更有效转化成热能或电能。太阳热能和太阳能光伏接收器在太阳能入射率越高时效率越高。另一个优势就是，在一些应用范围内，非聚光太阳能接收器相比聚光的反光镜系统的价格更昂贵。所以，构建具有反光镜的系统，在给定区域聚集光线以及将聚集的光线能降低转化成有用能源的总费用。
在某些情况下，聚光太阳能采集系统被分为四种类型：基于太阳能是聚光到线聚焦(line-focus)接收器还是点聚焦(point-focus)接收器，以及聚光器是单个单片反射镜(single monolithic reflector)还是以多个反射镜作为菲涅尔透镜以近似于单片反射镜。
线聚焦接收器是具有目标的接收器，该目标是像管一样相对长的直线。线聚焦聚光器是反射镜(由单个光滑反射的表面，多个固定面，或多个可移动的菲涅尔面组成)，该反射镜在二维空间接收日光并将日光聚光到一维(宽度)明显更小的焦点上，同时将没有聚光的日光反射到其他维度(长度)来产生焦线。具有线聚焦接收器的线聚焦聚光器在其焦线处是一个基本槽系统(basic trough system)。聚光器可选择地绕着它的焦线在一维空间旋转以追踪太阳的日常或季节性(表面的)运动来改进整个能量捕获和转换。
点聚焦接收器是一个接收器目标，其实质是一个点，但在不同方法中是一个面板，窗口，地点，球，或其他目标形状，通常相比于线聚焦接收器其长宽更接近。点聚焦聚光器是反射镜(由单个光滑反射的表面，多个固定侧面，或多个可移动的菲涅尔面组成)，该反射镜在二维空间接收日光并将日光聚光到二维(宽度和长度)明显更小的焦点上。具有点聚焦接收器的单片点聚焦聚光器(monolithic point-focus concentrator)在其焦点上是一个基本碟式聚光的太阳能系统(basic dish concentrated solar)。单片聚光器可选择地绕着它的焦点使它的焦轴在二维空间旋转以追踪太阳的日常和季节性运动来改进整个能量捕获和转换。
抛物线型槽系统是使用形状像大半管的单片反射镜的线聚光系统(line concentrating system)。反射镜具有1-维曲面(curvature)将日光集中到线聚焦接收器或通过相对于彼此的固定的多个面以近似这样的曲面。
聚光的菲涅尔反射镜是类似于抛物线型槽的线聚光系统，用一系列反光镜代替了槽，接收器的每个长度都是平直的或者在横向上稍微弯曲。每个反光镜单独地绕长轴旋转将入射的日光照到线聚焦接收器上。
抛物线型碟式系统(parabolic dish system)是使用形状像碗的单片反射镜的点聚光系统。反射镜具有2-维曲面将日光集中到点聚焦接收器或通过相互固定的多个平面或者曲面以接近这样的曲面。
太阳能发电塔是类似于抛物线型碟的点聚光系统，用2-维阵列反光镜代替了碟，反光镜都是平面或曲面。每个反光镜(定日镜)单独地在二维空间旋转将入射的日光照到点聚焦接收器上。个别的反光镜和相关的控制系统是具有聚焦轴的点聚焦聚光器的一部分，该聚焦轴绕着焦点旋转。
在太阳热能系统中，接收器是加热传感器的光源。接收器吸收太阳能，将太阳能转化成热能并将热能传输到热传输介质，如水，蒸汽，油，或熔盐。接收器将太阳能转换成热能并最小化和/或减少由于热辐射对热能的损耗。
概要
本发明可以多种方式实现，包括作为一个过程，制造，装置，系统和组合物。在本说明书中，这些实施方式，或发明可采取的任何其他形式，可被称为技术。详细说明阐述了的本发明的一个或多个实施例，使得本发明在上文确定的领域内的使用性能，效率和使用效用得到了改善。详细说明，包括一个能更快速理解详细描述余下部分的简介。该简介包括一个或多个根据本文描述的系统，方法，制造和计算机可读媒介的示例的实施例。如在结论中更详细讨论，本发明包括已授权的权利要求书的范围内所有可能的修改和变化。
附图说明
图1说明了太阳能直接生成蒸汽实施例的各种细节。
图2说明了收集太阳能时蒸汽发生器管道系统实施例的各种细节。
图3a是热(例如工作)状态时悬挂蒸汽发生器连续管道系统实施例的主视图。
图3b是冷(例如非操作)状态时悬挂蒸汽发生器连续管道系统实施例的主视图。
图3c是热(例如操作)状态时悬挂蒸汽发生器连续管道系统实施例的俯视图。
图3d是冷(例如非操作)状态时悬挂蒸汽发生器连续管道系统实施例的俯视图。
图4是蒸汽发生器管道系统悬挂装置实施例的剖面图。
图5a是太阳能直接蒸汽发生器管道系统的水预热器部分实施例的俯视图。
图5b是太阳能直接蒸汽发生器管道系统的蒸发器部分实施例的俯视图。
具体实施方式
下面详细描述了一个或多个本发明的实施例以及描述本发明选定细节的附图。本发明和实施例相联地被描述。此处本发明的实施例，应理解为仅仅是示例性的，本发明很明确并非限定为或通过此处任何或所有的实施例而限定，并且本发明包括了许多替代，修改和等同。为了避免千篇一律的阐述，各种各样的的文字标签(包括但不限于：第一，最后，肯定的，不同的，进一步，其他的，特别是，选择，一些，和显着的)可以应用到几组独立的实施例；正如此处所应用的这些标签不旨在表达质量，或任何形式的偏爱或偏见，但仅仅是为了便于区分独立的各组。公开的方法的一些操作顺序在本发明的范围内是可变的。无论系用于描述过程，方法和/或特征变化的多个实施例，根据预定义的或动态的标准，其他实施例动态和/或静态地选择了多个操作模式中的一种，其操作模式与多个多种实施例各别相应。下述描述阐述了很多特定细节使得能透彻理解本发明。细节的目的在于示例，而发明可能根据没有一些或所有细节的权利要求来实施。为了清楚的目的，和本发明相关的已知技术领域的技术材料未在此处详细描述，因此，本发明不是非必要地模棱两可的。
介绍
此介绍仅仅是为了能促进对详细描述的快速理解；本发明不限于介绍里提及的概念(包括如果有明确的示例)，因为任何介绍的段落是整个客体的示意图，并不意味着是详尽的或限制性的描述。例如，下述介绍由于篇幅限制提供了综述信息和仅有某些实施例的结构。还有很多其他实施例，包括最终会撰写权利要求的实施例，在说明书全篇都有述及。
除非有特殊说明，本文中的术语“管子”和“管”(和其他变体术语)可交换使用。管子和/或管的一个实例是一个传送和/或输送液体，气体，和/或细颗粒固体的空心圆柱体。在各种实施例和/或应用范围中，会详细说明管子系统/管道系统的材料类型，直径(例如内直径或外直径)，热学特性，耐蚀性，和其他指标和/或参数。
在全球，热技术被用于当前的石油开采以增加开采量。例如，蒸汽注入技术用于接近一半的加利福尼亚州的石油开采中，而蒸汽驱技术(steamflood)和蒸汽模拟(steam stimulation)系统的持续发展对稳定能源供给有利。
在一些方法中，油田作业中注入蒸汽的温度范围从300华氏度至700华氏度或750华氏度，压强高达1500或2500磅每平方英寸，该温度和压强由油层(oil formation)特性和开采技术决定。在一些方法中，产生高压高温蒸汽的蒸汽发生器，或称“锅炉”，利用高水纯度防止腐蚀，结垢和其他传热表面的劣化。
在各种实施例和/或应用范围内，用于增加石油开采的蒸汽发生器技术在个方面能提高生产。(该技术)以“直通”路线传送大量水，其中供给水在一系列加热管中加压，预热和蒸发，而出口的蒸汽(一种蒸汽和水混合物)直接分配给油田。在一些情况下，该蒸汽和水混合物直接注入油井；在其他情况下，分离器进一步分离水和蒸汽。不同于例如蒸汽发电厂，净化水并不重复利用，而是不断地处理，加热，和以蒸汽注入。在一些情况下，由于需要大量的水进行处理，油田作业会将供给水提供给一些蒸汽发生器而该供给水不能满足其他蒸汽发生器或锅炉的高压高温蒸汽生成的纯度标准。在一些应用范围中，油田蒸汽发生器的供给水包含硅和其他残余溶解固体，对蒸汽发生器的设计和运作提出各种约束。例如，美国石油学会建议准则11T指定了通常用于油田蒸汽发生器中的水的化学特性要求；总溶解固体可以在百万分之7,000至30,000。
在一些实施例和/或应用范围内，太阳能用作油田蒸汽的一个来源。聚光太阳能收集器可以加热流体至产生油田蒸汽的温度，设计合理的太阳能系统可以减低石油开采成本和温室气体排放。在各种实施例中，聚光太阳能收集器具有移动多个太阳光反射镜的控制系统，使太阳能反射镜追踪太阳的运动并将太阳能引导到接收器的管上。该反射镜控制系统可以控制一些或全部反射镜进入“无日照”状态，即引导光线离开接收器；“无日照”位置在偏离正常操作状态时，防止接收器可能的过热和损坏。
太阳能接收器使用闲置的“燃料”，即太阳能辐射。因此，在一些实施例和/或应用范围中，收集器系统的资本成本和收集器净效率是考虑建造实用和合算的太阳能油田蒸汽生成系统的因素。
各种的实施例和/或应用内容利用太阳能辐射作为能源，使用这里描述的各种技术可以提高油田蒸汽的生成。例如，一些技术提高了太阳能收集的土地利用。再如，一些技术提高了给定时间和入射太阳辐射量(日光)的不可控的操作。这里描述的各种的实施例和/或应用内容可以减低油田蒸汽生成成本。
在总结具体实施方式的介绍之后是一组实施例示例，包括至少一些实施例示例被称作为“示例组合”(Example Combinations)来详细枚举，根据此处描述的内容，为各种实施例类型提供附加描述；这些示例不是相互排斥，详尽的或限制的；本发明不限于这些实施例示例而包括已授权的权利要求书的范围内所有可能的修改和变化。
示例组合1)一种方法，包括：通过塑形，涂层和安装改变管一部分以组成多个连续太阳能接收器管。
示例组合2)如示例组合1所述的方法，其特征在于，所述管的一部分是管的单一部分。
示例组合3)如示例组合1所述的方法，还包括平行地操作所述连续太阳能接收器管的至少一部分，并平衡流过平行地被操作的所述连续太阳能接收器管的液体流量。
示例组合4)如示例组合1所述的方法，其特征在于，每个所述连续太阳能接收器管可以从各别的连续太阳能接收器管的各别的入口端到各别的连续太阳能接收器管的各别的出口端输送水。
示例组合5)如示例组合1所述的方法，其特征在于，每个连续太阳能接收器管可被多个独立的可移动的抛物面反射镜照射。
示例组合6)如示例组合1所述的方法，其特征在于，每个抛物面反射镜悬挂在所述连续太阳能接收器管上。
示例组合7)一种方法，包括：通过端对端焊接多个涂层管组成多个连续太阳能接收器管的每一个。
示例组合8)如示例组合6所述的方法，还包括平行地操作所述连续太阳能接收器管至少一部分，并平衡流过正平行地被操作的所述连续太阳能接收器管的液体流量。
示例组合9)如示例组合6所述的方法，每个所述连续太阳能接收器管可以从各别的连续太阳能接收器管的各别的入口端到各别的连续太阳能接收器管的各别的出口端输送水。
示例组合10)如示例组合6所述的方法，每个连续太阳能接收器管可被多个独立的可移动的抛物面反射镜照射。
示例组合11)如示例组合6所述的方法每个抛物面反射镜悬挂在所述连续太阳能接收器管上。
有效蒸汽质量管理
在各种实施例和/或应用范围内，有效蒸汽质量管理可以提高油田蒸汽生成和/或改善其使用。直通式油田蒸汽发生器的一个要素是对系统中每个加热管的出口蒸汽质量封闭管理。因为当液体水流过蒸汽发生器的管道系统时会蒸发，所以当斜体水容量减少时，供给水携带的残留杂质聚集，随着液体转化为汽相而逐渐增多。术语“蒸汽质量”指转化为汽相的入口水的质量百分比；因此蒸汽质量70％指有30％的初始供给水是液相，杂质浓度是初始水的三倍多。
从概念上看，对给定供给水质量，理想的油田蒸汽发生器传送可能的最高蒸汽质量。更高的蒸汽质量在每磅注入水中传送更多的能量。然而，如果蒸汽质量超过依据水杂质聚集决定的极限，会以无法承受的高速率产生腐蚀和结垢，导致蒸汽发生器的管道系统污垢堵塞，和潜在失效或烧坏。在一些情况下，通过严格控制蒸汽质量，诸如5至10％范围内，可以有经济的操作。
在一些方法中，燃料燃烧蒸汽发生器测量入口空气和水温，控制燃料燃烧率和供水率以维持蒸汽质量在需要范围。各种“重沸器”(reboiler)式太阳能蒸汽发生器，使用太阳能接收器收集太阳能，该接收器在封闭循环中加热高纯度水或其他传热流体。收集的太阳能通过重沸器作为蒸汽传送到油田水中。通过测量进入流体的流量和/或气体温度和流量，以及通过运用类似于已用在燃烧燃料的蒸汽生成中的技术调节供给水流量，能得到经质量管理的油田蒸汽。
在各种实施例和/或应用范围内，如图1，在太阳能接受器中直接加热和蒸发油田供给水，没有重沸器以节约成本。如下描述了一个具有太阳能接收器的系统的一个示例。
控制系统传送经质量管理的被太阳辐射直接加热的油田蒸汽。入水口源1提供增压或常压的液态水，通过水处理设备2去除水中特定杂质。所述水源是一套分配系统，该系统在没有或多个太阳能蒸汽发生器38和零个或多个燃料燃烧蒸汽发生器(图中未显示)中分配。蒸汽出口管7传送具有合适的温度和质量的增压高温蒸汽以满足不同用途。在一些实施例中，通过三个装置的组合维持蒸汽质量。第一个装置是入口水流控制系统39(具有没有或有多个泵以及没有或有多个阀)，根据当前平均日照状况向一个或多个太阳能加热器8传送近似合适的入水量。当前状况包括由本地控制系统测得的年份，日期，和/或天气状况。第二个装置能精确控制流入太阳能场(solar field)的水流，通过由本地蒸汽质量测量系统(包括如水流，温度，和/或蒸汽质量)控制的入口微调阀3实现。第三个装置是放置在太阳能加热器出口的冷凝液罐40，把过量的冷凝液分离并将近似质量的蒸汽送到目的点(例如通过蒸汽出口管7)。在一些实施例中，冷凝液排放的热量(如果有，例如，通过管出口41)回收到预热入口水。
当夜晚时，太阳能接收系统处于低温且充满水。当早晨时，系统先在“预热模式”操作。在一些实施例中，当太阳升起，太阳能收集器的反射镜集热器16聚集日光并开始传递热量，循环泵通过该系统的不同部分再循环水。随着水加热，膨胀，开始沸腾，温/热水和低质量蒸汽通过回流阀5排入一个由冷凝液罐6所示的“水/蒸汽回流容器”，蒸汽通过接触水而再冷凝，最终温水被抽回或排放回入口供给水系统。通过水接触再冷凝的低质量蒸汽，相比于初始的供给水，具有大约同等的溶解杂质，在一些情况下，相较于将蒸汽和再循环液体分离的方法，改善了操作，使得和初始供给水相比提高溶解杂质等级。在一些实施例中，当地规程不允许无人值班锅炉的再循环。在一些实施例中，通过热交换器而非供给水的再循环重新获得热能后，才排放供给水。在一些实施例中，热水提供给另一流程或用户使得消耗热水。在一些实施例中，太阳能系统产生足够操作的热量和压强后，关闭系统的出口。
随着太阳辐射增加，蒸汽质量提高，系统转为“操作模式”。在操作模式，蒸汽从太阳收集器通过出流阀4流入蒸汽出口管，由于关闭了回流阀5蒸汽流不能流入回流容器。通过调节泵速率或入口阀流速，自控系统监控入口水流速。自控系统测量一个或多个参数，确定合适入口流速。测量的参数包括：
入口和出口温度，压强和流速；
即时太阳辐射；
日/年和同一日期/时期的太阳辐射的历史记录；
入口和出口液体纯度(溶解固体物)，可间接通过如导电的代理技术，或直接通过如光透射或敏感材料反应性的代理技术来测量；
和经过一排蒸汽/水分离装置后的液体流速。
在一些情况下，太阳辐射变化迅速：如云层遮住太阳或太阳从云层中出来。一些情况下，这些变化导致蒸汽质量的瞬变，影响整个系统运作。自控系统控制入水流速和入口及出口微调阀，减少，最小化，或防止一些或所有瞬变和/或其他影响。在一些实施例中，由图中冷凝液罐40表示的出口分离罐使太阳能系统提供符合质量要求的蒸汽，以及通过太阳瞬变状态从冷凝液重新获得热量。
当太阳辐射下降，自控装置向下调节入口流速，最小化，减少，和/或防止蒸汽质量的下降。当调节无法改变出口蒸汽质量的下降，出流蒸汽阀4关闭，低质量蒸汽和水混合物流向回流容器，直至蒸汽质量重回合适范围。
当蒸汽质量上升，和/或太阳辐射监测器测得光照增加时，上升预测装置使用同一日期/时期的太阳辐射的历史记录调节水流速率，确保即使在全日照瞬态时蒸汽质量不会过高。在一些实施例中，监控蒸汽质量的控制系统使一些反射镜集热器16进入“无日照”状态，减少在日照时射入太阳能接收器的主要热量，以防蒸汽质量过高。在一些实施例中，通过从蒸汽组分中分离一部分出口液体以及分别测量每一组分的流速或质量来测定出口蒸汽质量。在一些实施例中，通过从蒸汽组分中分离一部分出口液体以及测量该液体包括光学和电学的特性，以确定与供给水中总溶解固体物相对的出口液体中的总溶解固体物，总溶解固体物可表示聚集率，因而确定多少供给水转化为蒸汽，从而测定出口蒸汽质量。在一些实施例中，测量流速和压强，用来计算蒸汽质量；测量系统使用超声波和/或热速度传感器进行一个或多个测量项目，视情况而定。
在一些实施例和/或应用范围内，控制系统可产生油田蒸汽(向油田蒸汽分配系统传送蒸汽)，减少，最小化，和/或防止传送低质量蒸汽。在一些实施例和/或应用范围内，控制系统可使出口蒸汽质量很少或从不过高，从而减少，最小化，和/或防止损坏和腐蚀管。在一些情况下，控制系统对太阳辐射的瞬时状态响应，从而发生供给水的(从概念上说，反常的)“过度调节”(overshoot)，引起出口蒸汽质量的短暂的下降(和/或通过关闭出口蒸汽阀4可选择暂时中断传送太阳收集区域的蒸汽)。过度调节损害很小或没有损害。但是，对太阳辐射的瞬时状态调节不足有可能导致永久的损坏，例如水垢沉积。
蒸汽发生器的连续管道系统
在各种实施例和/或应用范围内，如图2所示，蒸汽发生器的连续管道系统改善油田蒸汽的生成和/或使用。在不同情况下，对蒸汽生成的管道系统的所有点的蒸汽质量精确控制可改善油田蒸汽生成。在一些应用范围内，大范围的蒸汽发生器系统中具有有限数量的测量点是实用的。当管道系统(例如太阳能接收器18)中的状况更趋均匀时，测量的状况更具代表性。均匀的水流有利于受太阳能加热的部分管道系统。去除导致局部流速和蒸汽质量变化的紧缩测量点(从而成为结垢或管损坏的测量点)是有利的。均匀光照对管道系统有利，例如对部分更高蒸汽质量流经的管道系统的光照。在一些情况下，“热点”(hot spots)导致杂质沉积，损坏管。在多个流量区域平行连接的实施例中，均衡流量和光照有利于并行区域，该区域入口总管11连接入口9和太阳能接收器18，出口总管12连接出口10和太阳能接收器18。
在一些方法中，塔型系统使用垂直方向的加热管，流量不完全均匀，光照强弱不可控。在一些实施例中，线性菲涅尔型系统使用光照不等的平行管，较难或无法测量或均衡整个平行管上的辐射。
在各种实施例和/或应用范围内，太阳能接收器18具有一个单一连续的加热管，其被分段的，独立控制的抛物面反光镜照射，如图所示的追踪太阳的反射镜集热器16。一个单一管向一个方向延伸几百英尺传送入口水，在管中流动的水加热沸腾。在一些实施例中，该单一管在起始部分向一个方向延伸几百英尺，连接一个垂直于起始部分的隔热交叉部分(例如交叉部分17)，然后与起始部分平行反向延伸几百英尺至与起点垂直处，在一些实施例中，多个“往返”(out and back)回路(如图2所示的三个平行回路)组合成一个单一的连续管。在有光照的管部分(如组成太阳能接收器18的连续管部分)或无光照的管部分(如交叉部分17，入口总管11和出口总管12部分)处，没有可移动的连接处，软管，或凸缘影响流量。在一些实施例中，多个连续接收器管的每一个是由单一管(无缝或有缝)组成。这些单一管通过塑形，涂层和安装作为部分太阳能收集区域。
在其他实施例中，多个连续接收器管的每一个是由多个端对端焊接的涂层管组成。在一些实施例中，使用轨道焊接方式焊接管。在一些实施例中，连续内表面通过焊接管截面(太阳能接收器，连接部分和交叉组件)接入单一管。在一些实施例中，多个反光镜/接收器串联连接。接收器，连接管，和/或交叉管的连续内表面使热介质均匀流动，清管器平稳通过。在一些实施例中，多个反光镜/接收器平行连接(如图所示三个平行接收器)，水流在平行部分中均分。每个接收器(如图所示的太阳能接受器18)处于一长列分段的抛物面反射镜的各自焦点处，如图所示的反射镜集热器16，该反射镜传在递接收器上均分的能量。
在一些实施例中，清洗和除垢太阳能接受器管的设备需用各种不同的标准管材料。在一些应用范围内，系统设计师视情况选择最便宜的管或者对经常清洗管或替换管做出经济权衡。允许使用符合地方法规(例如地方锅炉法规)要求的任何材料，包括A-106，SA-106，Gr A，Gr B，和API-5，视地方水化学和其他权衡因素而定。
蒸汽发生器管系统维护规定
在各种实施例和/或应用范围内，如图2所示，蒸汽发生器管系统维护需高效的内部清洗。如果不能维持合适的水质，水中杂质会长久地或快速地沉积，所以用于油田的直通式蒸汽发生器需要内部清洗。清洗技术有例如化学清洗(如用酸)和机械清洗(如用移动清洗器，例如清管器，经液压使其通过管系统)。各种直接太阳能油田生产蒸汽的实施例使用一种或多种下列有利于高效清洗的技术：
-太阳能接收器管道系统内直径相等，具有合适的管壁厚度(包括可重复酸液清洗的腐蚀裕量)，管弯头15的弯曲半径适合清管器的通过；
-供给水和蒸汽总管系统分离接收器和清洗液、清管器的入口区13和出口区14；和
-控制系统，供给水和蒸汽总管系统分离单个太阳能收集器，分离的收集器的反射镜“偏离轨迹”使白天能进行清洗操作，而非分离的太阳能收集器照常操作。
在热膨胀下，各种实施例具备相同内半径以及大弯曲半径，没有可移动的连接处或软管，以高效清洗。在一些方法中，太阳能收集区域在收集器基线上使用小半径的“膨胀圈”，承担高温太阳能接收器和相关常温支撑结构体的不同膨胀。各种实施例中，如图3a，图3b，图3c，图3d，和图4所示，具有单一，笔直，定半径的由活动构件19支撑的太阳能深度记录线(receiver line)20(例如管或管子)，该构件延伸和/或悬挂于支撑结构体(图中未示)。深度记录线20在侧向定端21固定，远端24可自由移动，构件19沿其纵向悬挂。如图3a，图3c所示，在操作温度下(接收器接受日照，例如接收器温度高)，构件19对深度记录线20提供相等的拉力，使太阳能接收器相对于构造线22和23水平(或近似水平)悬挂。如图3b，图3d所示，在常温下(接收器没有日照，例如接收器温度低)，太阳能接受器基线20收缩例如1％，对构件19施加弯曲力，深度记录线沿轴向承受拉力，使远端24如图示相对于构造线22和23上升，而保持深度记录线20相对笔直(没有大量/明显弯曲)。在一些实施例中，如图4所示，卡圈25(collar)连接悬挂构件(如构件19)和深度记录线(例如通过永久固定)。每个卡圈在沿垂直于接受器基线的方向安装两个悬挂构件，防止(或减少)深度记录线的侧向移动。
在各种实施例和/或应用范围内，如图5a，5b所示，太阳能直接蒸汽发生器分为水预热器(图5a)和蒸发器(图5b)，在保护结构30如大范围的商用温室内。构造线31内的水预热器包括一个美国机械工程师协会规范卷一(ASME Section I)中的水预热器，置于保护装置30内。每个蒸发器包括一个美国机械工程师协会规范卷一中的蒸发器，置于保护结构30内。蒸汽发生器系统没有货具有多个水预热器(图中显示一个)以及一个或多个蒸发器(图中显示两个)。每个预热器31具有一个或多个连续环路(图中显示两个)。每个蒸发器37具有一个或多个连续环路(图中显示一个)。连接管部分32和太阳能接收器部分18s连接，置于彼此独立的聚光器部分33之间(聚光器部分悬挂在太阳能接收器部分18s)。由于存在如图3a，3b，3c，3d和4所示的悬挂装置，管部分无需具有可膨胀连接处。保护结构30的围墙上具有固定点35，固定接收器管(如组成太阳能接收器部分18s的接收器管)的一端。接收器管交叉部分34是连接接收器管(如组成太阳能接收器部分18s的接收器管)的连续管，具有使清管器通过的可控半径。接收器管(如组成太阳能接收器部分18s的接收器管和接收器管交叉部分34)悬挂在围墙的上部结构，如图3a，3b，3c，3d和4所示，在交叉部分端不与围墙连接，从而因温度变化管膨胀和收缩时可移动。
水流通过42从入口水流控制系统39流出。入口阀门27和出口阀门28分离预热器和蒸发器，同时分别供清管器的出入。微调阀门36可根据太阳能瞬态自控水流量。冷凝液罐40控制出口蒸汽质量提供热水，该蒸汽通过出口管7进入油田或用于其他蒸汽技术用途，该热水通过出口管41进入供给水系统或用于其他技术用途。管29连接水预热器31和蒸发器37。
低温“夜间”太阳能收集区域管理
在各种实施例和/或应用范围内，低温“夜间”太阳能收集区域管理能降低或去除溶解杂质的沉淀。在一些情况下，当水温下降时，向传送油田蒸汽的供给水含有沉淀的溶解杂质。在一些方法中，在高于常温条件下传送供给水，减少或防止溶解杂质的沉淀。通过使用例如整夜操作的备份热源和泵浦，维持供给水的高温(例如高于常温)。在一些方法中，备份热源和/或泵浦消耗大量热能和电能。在一些实施例中，太阳能生成油田蒸汽使用备份热源和泵浦，夜间不断地循环加热的供给水通过太阳能收集区域。为克服热量损失以足够高的速率维持该循环，使所有或任何管道系统部分保持高温，防止溶解杂质(例如矿物)的沉积。
在各种实施例和/或应用范围内，一个“纯净和非纯净水”的混合系统具有一个储存罐，储存有(对高杂质的供给水)充分处理的纯净供给水。太阳能收集区域具有供给水系统，系统设有供给水入口阀门和出口阀门，结束每日太阳能收集时(例如黄昏时)，关闭供给水入口阀门。然后纯净供给水从存储罐泵入太阳能收集区域，替代高杂质供给水。所有或部分降至常温(例如在夜晚)的管道系统充满纯净供给水后，关闭供给水出口阀门。低温蒸汽和/或氮气充入储存罐。每日太阳能收集开始时(例如日出时)，纯净水热膨胀，太阳能收集区域在纯净水循环模式下操作(入口和出口阀门关闭)。然后打开入口阀门，油田蒸汽供给水进入太阳能收集区域，纯净水被替换流回储存罐。当纯净供给水从太阳能收集区域流出，关闭纯净供给水系统阀门，太阳能收集区域操作，收集太阳能，如本文其余处所描述。
纯净供给水每次流入和排出太阳能收集区域的循环会带入一些杂质。在一些实施例中，通过别处新的纯净供给水的替换，定期保养和/或补给某些或任何纯净供给水的成分。在其他实施例中，水处理器白天循环运作，除去纯净供给水中的杂质，一直维持纯净供给水的纯度。例如，离子交换树脂床系统维持合适的纯净供给水水质。再如，反渗透水净化系统维持合适的纯净供给水水质。
选定的实施例细节
在不同实施例和/或应用范围下，示例的实施例互相关联。例如，在一些实施例中，图1的太阳能加热器8运用图2，3a-d，4和5a-b中的技术。再如，在一些实施例中，图3a-b中太阳能深度记录线20代表图2中的太阳能接收器18。
结论
说明书中的特定选择仅仅是为了在准备文本和附图时的方便，除非有相反的指示，否则该选择不应当解释本身作为传达所描述实施例结构或操作的额外信息。选择的示例包括：指定使用数字编号的特定组织或分配，和用于识别和引用的实施例中的特征和元件的元素标识符(如，插图编号或数字指示器)的特定的组织或分配。
单词“包括”明确地解释为描述开放式范围的逻辑组的抽象概念，且不是指物理包含除非明确使用单词“之内”。
尽管前述实施例出于清楚说明和理解目的已详细描述，但是本发明并不限于所提供的细节。本发明有很多实施例。公开的实施例只是列举并没有限制。
可以理解的是，和说明书一致的对构造，排列，和使用的许多变化是可能的，并在已授权专利的权利要求的范围之内。对元件的命名仅仅是示例性的，且不应当解释为限制了所描述的概念。另外，除非特别说明是与之相反的，则指定的取值范围，使用的最高值和最低值，或其他特定的规格，仅仅在所描述的实施例中，期望能在实施技术进行改进和变化，并且不应当解释为限制。
可使用本领域中已知的功能等同的技术，而不是描述的那些来实现它们的各种组件，子系统，操作，功能，或部分。
实施例已描述远超过所需的最小实现描述的实施例的许多方面的细节和上下文。本领域普通技术人员能认识到一些实施例省略了公开的组件或特征，而无需改变剩余元件之间的基本操作。因此，可以理解的是，公开的大部分细节并不需要实现描述的实施例的各个方面。在一定程度上，剩余元件对于在先技术，组件和特征是可区别的，被省略的这些内容不限于这里描述的概念。
设计中的所有变化是由所描述的实施例的教导所传递的非实质性的变化。还应当理解为，这里描述的实施例对其他应用具有广泛的适用性，且并不仅限于所描述实施例特定的应用或行业。因此，本发明解释为包括所有可能的在授权专利的权利要求范围内的修改和变化。

Claims (60)

1.一种系统，包括：
用于收集太阳能的装置；
使用所述收集的太阳能加热入口水以产生包含蒸汽和加热水中至少一种的混合物的装置；
用于分离所述混合物中的加热水和相对低质量的蒸汽部分的装置；
通过接触液态水，再冷凝所述相对低质量的蒸汽以产生温水的装置；以及
提供所述温水作为所述入口水的一部分的装置。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，用于再冷凝的所述装置包括一个水/蒸汽回流容器。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统在预热模式下系可操作的。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统进一步地在操作模式下系可操作的。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述操作模式时，水/蒸汽回流容器的流入阀门系被关闭的。
6.一种系统，包括：
一个单一连续管；和
多个能追踪太阳的抛物面反光镜，使得所述单个连续管的一个或多个部分能被从所述抛物面反光镜反射到所述单个连续管的太阳能所照射。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述单一连续管能够从所述单一连续管的入口端传送水到出口端。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述单一连续管是无缝的。
9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述抛物面反光镜的至少一部分是分段的。
10.一种方法，包括：
通过塑形，涂层和安装改变管的单个部分以组成多个连续太阳能接收器管。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括平行地操作所述连续太阳能接收器管的至少一部分，并平衡流过正平行地被操作的所述连续太阳能接收器管的液体流量。
12.如权利要求10所述的方法，每个所述连续太阳能接收器管可以从所述各别的连续太阳能接收器管的一个各别的入口端输送水到所述各别的连续太阳能接收器管的一个各别的出口端。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，通过多个独立的可移动的抛物面反射镜各别地照射每个连续太阳能接收器管。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述抛物面反射镜悬挂在所述连续太阳能接收器管上。
15.一种方法，包括：
通过端对端焊接多个塑料涂层管部分以组成多个连续太阳能接收器管的每一个。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括平行地操作所述连续太阳能接收器管的至少一部分，并平衡流过正平行地被操作的所述连续太阳能接收器管的液体流量。
17.如权利要求15所述的方法，进一步包括每个所述连续太阳能接收器管可以从各别的连续太阳能接收器管的一个各别的入口端到各别的连续太阳能接收器管的一个各别的出口端输送水。
18.如权利要求15所述的方法，进一步包括通过多个独立的可移动的抛物面反射镜各别地照射每个连续太阳能接收器管。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括所述抛物面反射镜悬挂在所述连续太阳能接收器管上。
20.一种系统，包括：
多个太阳能接收器管；
多个能追踪太阳的太阳能反光镜，使得所述太阳能接收器管的零个或多个部分能被从所述太阳能反光镜反射到所述太阳能接收器管所述部分的太阳能所照射；和
其中所述太阳能接收器管构造为能重复经受酸液清洗并能承受所述太阳能接收器管道腐蚀的厚度，且具有能使清管器通过的弯曲半径。
21.如权利要求20所述的系统，进一步包括能注入和/或抽取一个或多个清管器的设备。
22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述太阳能接收器管和连接管道以及交叉管道连接，所述交叉管道具有与所述太阳能接收器管相同的管壁厚度并具有能使清管器通过的弯曲半径。
23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述太阳能接收器管和所述太阳能反光镜在至少部分包围和至少部分透明的结构中；其中所述设备在所述结构之外。
24.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述太阳能接收器管在清管器注入点到清管器抽取点具有一个连续的内表面。
25.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述太阳能接收器管道具有恒定的名义上的内径。
26.一种系统，包括：
多个太阳能接收器；和
供给水和蒸汽管集箱组件能选择性地分离所述太阳能接收器零个或多个部分，并进一步能够选择性地将清洁剂导入和恢复到所述分离部分的至少一部分。
27.如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述部分的至少一个部分包括整数个所述太阳能接收器。
28.如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述选择性的分离是结合选择性地指定的远离太阳的所述太阳能接收器反光镜的零个或多个部分。
29.如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述清洁剂包括清洗液和清管器的任何组合。
30.如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述太阳能接收器在至少部分包围和至少部分透明的结构中；且其中组件在所述结构之外。
31.一种系统，包括：
用于收集太阳能的装置；
用于在高于常温时提供供给水到用于收集太阳能所述装置的装置；
用于在高温下维持所述供给水的装置；以及
用于油田热能应用的装置，所述热能来自所述收集太阳能的装置。
32.如权利要求31所述的系统，其特征在于，在高温下维持所述供给水的所述装置包括一个或多个备份热源和一个或多个泵。
33.如权利要求31所述的系统，其特征在于，所述高于常温是指足够高于防止溶解于所述供给水中的杂质沉积的温度。
34.如权利要求31所述的系统，其特征在于，所述高温是指足够高于防止溶解于所述供给水中的杂质沉积的温度。
35.一种系统，包括：
可在收集模式和循环模式时操作以收集太阳能的装置；
可选择性地将相对非纯净供给水提供给用于收集太阳能的所述装置的装置；
可选择性地将相对纯净供给水提供给用于收集太阳能的所述装置的装置；以及
其中，在所述收集模式操作时，用于收集太阳能的所述装置使用所述相对非纯净的供给水，在所述循环模式操作时，使用所述相对纯净的供给水。
36.如权利要求35所述的系统，进一步包括用以收集太阳能的所述装置的所述模式的控制装置，所述收集太阳能装置的模式控制装置，当收集太阳能的所述装置从所述收集模式转变为所述循环模式时，所述模式控制装置能够使可选择性地提供相对纯净供给水的所述装置提供所述相对纯净供给水到收集太阳能的所述装置。
37.如权利要求35所述的系统，其特征在于，还包括所述收集太阳能装置的模式控制装置，当收集太阳能装置从循环模式转变为收集模式时，所述模式控制装置使所述可选择性地提供相对非纯净供给水装置提供相对非纯净供给水到收集太阳能装置。
38.一种系统，包括：
一个包括连续单一管道一段区间的太阳能接收器，所述区间具有一个入口端和一个出口端；
多个活动构件，将所述连续单一管道悬挂在结构上；
至少一个固定点(anchor)将所述区间的一个端点和结构固定连接，所述区间的另一端通过悬挂和所述结构活动连接；和
其中所述活动构件和所述固定点设置为能够使所述太阳能接收器沿纵向自由膨胀和收缩。
39.如权利要求38所述的系统，其特征在于，所述出口端是所述活动连接端。
40.如权利要求38所述的系统，其特征在于，所述入口端是所述活动连接端。
41.如权利要求38所述的系统，其特征在于，设置所述活动构件和所述固定点使所述太阳能接收器膨胀和收缩时仍承受拉力。
42.如权利要求38所述的系统，其特征在于，设置所述活动构件和所述固定点使所述太阳能接收器膨胀和收缩时避免受压。
43.如权利要求38所述的系统，其特征在于，设置所述活动构件和所述固定点使所述太阳能接收器膨胀和收缩时保持近似笔直。
44.如权利要求38所述的系统，其特征在于，所述固定点和所述结构体的围墙部分固定连接。
45.如权利要求38所述的系统，其特征在于，所述活动构件和所述结构的上部结构连接。
46.如权利要求38所述的系统，其特征在于，所述太阳能接收器至少被所述结构部分包围，所述结构至少部分透明。
47.如权利要求38所述的系统，进一步包括悬挂在所述太阳能接收器上的一个或多个聚光反光镜，所述反光镜能将太阳能反射到所述太阳能接收器上。
48.如权利要求47所述的系统，其特征在于，所述聚光反光镜的至少一个是抛物面型和/或分段的。
49.如权利要求38所述的系统，其特征在于，所述太阳能接收器是多个太阳能接收器中的一个，其中每个包括连续单一管的各别接收器部分，至少两个所述太阳能接收器具有唯一的轴向，且进一步包括一个或多个交叉组件，所述交叉组件具有一个或多个所述连续单一管的交叉部分，每个交叉部分位于两个具有唯一轴向的接收器部分之间，所述交叉部分具有一个或多个供清管器通过的弯曲处。
50.如权利要求49所述的系统，其特征在于，至少一个所述固定点包括所述交叉组件的至少一部分。
51.如权利要求49所述的系统，其特征在于，交叉组件的其中一个包括至少两个所述固定点的至少一部分。
52.如权利要求38所述的系统，其特征在于，所述太阳能接收器是多个太阳能接收器中的一个，其中每个包括所述连续单一管的各别接收器部分，至少两个所述太阳能接收器具有相同的轴向，且进一步包括一个或多个连接件，所述连接件具有一个或多个所述连续单一管的连接部分，每个连接部分位于两个具有相同轴向的所述接收器部分之间，所述连接部分没有弯曲处。
53.如权利要求38所述的系统，其特征在于，在操作温度时，设置所述活动构件使所述太阳能接收器近似水平。
54.如权利要求38所述的系统，其特征在于，在操作温度时，设置所述活动构件使所述太阳能接收器近似笔直。
55.一种系统，包括：
用于收集太阳能的装置；
使用所述收集的太阳能加热入口水以产生蒸汽和加热水的混合物的装置；
分离所述混合物中的加热水和蒸汽的装置；
从热水中再获取热量产生温水的装置；和
供给温水作为一部分入口水的装置。
56.如权利要求55所述的系统，其特征在于，所述再获取热量的装置包括一个热交换器，所述热交换器能物理上分离入口和出口水蒸气而使热量在入口和出口水蒸气中流动。
57.如权利要求56所述的系统，其特征在于，分别测量从所述混合物分离的所述热水和蒸汽的速率，并在一个系统蒸汽出口处混合所述热水和蒸汽以匹配目标蒸汽的质量。
58.如权利要求55所述的系统，其特征在于，所述收集太阳能的装置包括一个线聚光系统。
59.如权利要求58所述的系统，其特征在于，所述线聚光系统包括多个蒸发器，每个蒸发器测量出口流速，流量控制阀门或泵分别控制以维持每个蒸发器在特定目标范围内的蒸汽质量。
60.如权利要求59所述的系统，其特征在于，所述特定目标范围小于100％。
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