CN103282728B - 特别是用于抛物线日光集中器等的类型的日光接收器 - Google Patents

Abstract

一种日光接收器（10），特别是用于抛物线日光集中器等的类型，其特征在于，它包括用于热传递流体（12）的循环的接收器管（11），接收器管以纵向可调节的方式被支撑在壳体（13）中，壳体包括：防护体（14），其设置有纵向狭槽（15）；和用于封闭所述狭槽（15）的至少一个透镜（16），在使用期间通过集中器镜朝接收器管（11）反射的日光辐射能穿透所述透镜，在使用期间壳体（13）与集中器镜关联。在接收器管（11）与壳体（13）之间设置有环形腔室（17），其容纳预先选择的热绝缘气体，热绝缘气体处于基本包括在1毫巴和31毫巴之间的操作压力下，所述预先选择的气体具有热传导率，所述热传导率在所述操作压力下在操作温度下基本小于0.01W/mK。

Description

特别是用于抛物线日光集中器等的类型的日光接收器

技术领域

本发明涉及一种日光接收器，特别是用于抛物线日光集中器等的类型的日光接收器。

背景技术

当前用于日光集中器的接收器具有金属管，热传递流体流入所述金属管中；集中器镜反射日光辐射，将其集中在所述管上，所述流体在所述管中被加热以作为用于工业处理的热源使用或者用于在热力循环设备中产生电能，所述热力循环设备可选地为用于组合地产生电能和热能的组合循环类型的。

在日光集中设备的领域中，一种强烈的感觉需求是使所吸收的日光能转化成所述热传递流体的热量的转化效率最优化，特别通过使热损失最小化而实现。

这种损失具有辐射性分量、传导性分量以及对流性分量；后两个受到所述管的周围环境的特性的影响。

为了对照辐射性散失，所述管覆盖有选择性的涂层，所述涂层能够允许通过所述管有效地吸收波长基本包括在320nm和2000nm之间的辐射，而对于波长大于2000nm的辐射（对应于红外辐射）所述涂层具有低辐射发射率。

此外，为了对照通过传导和对流从所述管耗散的热散失，所述管装入玻璃壳体中，所述玻璃壳体在它自身与所述管之间限定一个间隙，在所述间隙中产生真空，也就是，在其中存在基本等于10^-4毫巴（mbar）的压力的空气。

在所述间隙中通常布置有气体吸收器（也称为吸气器），适于消除已经通过壁渗入所述间隙中的气体。

当前已知的接收器由模件构成，所述模件包括容纳在玻璃壳体的相应部分中的管部，所述管在端部处通过密封接头器密封至所述玻璃壳体，所述密封接头器设置有可变形的褶状部分，所述褶状部分用于将所述管密封接头至所述壳体而不阻碍它们的不均匀膨胀（特别在纵向方向中）。

所述模件通过焊接而端对端地连接在所述连接器处，使得所述管部限定用于热传递流体的连续的管。

所述连接器的延伸相对于所述模件的长度是相当大的，以允许适应在所述集中器的操作期间所述管和所述玻璃壳体所遭受的相当大的纵向不均匀膨胀。

当前，通常使用合成油作为热传递流体并且其具有通常低于或者等于400℃的操作温度。

在一些最近开发的设备中，在高达约550℃的操作温度下，替代地，使用熔融硝酸盐（nitratesalts）的混合物。

如已知的，随着所述管的温度的升高，在所述集中器的操作期间发生在所述管处的热损失增加。

在包括当前已知的接收器且使用合成油作为热传递流体的设备中，所述集中器将所述油加热至低于大约400℃的温度，实现79%的平均接收器效率。

在当前正开发的其它设备（其使用熔融盐作为热传递流体）中，在当前已知的接收器中，所述流体被带至大约550℃的操作温度，完全达到使用热力循环设备的有利效率，然而可能实现大约70%的接收器效率。

当使用第二个解决方案时与第一个解决方案相比出现的效率损失主要是由于位于所述接收器处的热耗散导致的。

特别地，在与所述热传递流体的操作温度的增加相联系的屈服于效率降低的热消散模式中，辐射模式是突出的并且已知随所述热传递流体的温度的第四个能量而增加。

发明内容

本发明的目标是提供一种日光接收器，特别是用于抛物线日光集中器等的类型的日光接收器，对于相等的操作条件来说，本发明的日光接收器具有比当前已知的接收器更高的热效率。

在这个目标中，本发明的目的是提出一种日光接收器，对于相等的效率来说，其能够实现比当前已知的接收器更高的操作温度。

本发明的另一个目的是提供一种日光接收器，对于相等的操作条件来说，其具有比当前已知的接收器更低的辐射性热耗散。

本发明的另一个目的是提出一种日光接收器，对于相等的操作条件来说，本发明的日光接收器由于所述接收器内部的热传导和对流现象而具有比当前已知的接收器更低的热耗散。

本发明的另一个目的是提供一种日光接收器，其能够在使用期间持久地维持流入其中的所述热传递流体的热绝缘效率。

本发明的另一个目的是提出一种日光接收器，其能够避免铰接接头的故障，所述铰接接头连接所述热传递流体的循环管与输送和排出管，并且适于允许所述镜和所述管的旋转连接，所述管整体地连接至所述镜。

这个目标和将在下文中变得更加显而易见的这些以及其它目的通过日光接收器（特别是用于抛物线日光集中器等的类型的日光接收器）实现，其特征在于，所述日光接收器包括用于热传递流体的循环的接收器管，所述接收器管以纵向可调节的方式被支撑在一壳体中，所述壳体包括：

-防护体，其设置有纵向狭缝，以及

-用于闭合所述狭缝的至少一个透镜，对于使用期间由集中器镜朝向所述接收器管反射的日光辐射来说能够穿透所述透镜，在使用期间所述壳体与所述集中器镜相关联，

在所述接收器管与所述壳体之间设置有环状腔室，所述腔室容纳预先选择的热绝缘气体，所述热绝缘气体处于基本包括在1毫巴与31毫巴之间的操作压力下，所述预先选择的气体在所述操作压力下在操作温度下具有基本小于0.01W/mK的热传导性。

附图说明

本发明的进一步的特性和优点将从根据本发明的日光接收器的优选但不排他的实施例的描述中变得更加显而易见，所述实施例在附图中通过非限定性实例示出，其中：

图1是根据本发明的日光接收器的横截面视图；

图2是替换实施例中的根据本发明的日光接收器的示意性横截面视图；

图3是根据本发明的日光接收器的示意性的纵截面视图。

具体实施方式

参照附图，附图标记10通常表示日光接收器，特别是用于抛物线日光集中器等的类型的日光接收器，根据本发明，其包括用于热传递流体12的循环的接收器管11，该接收管以纵向可调节的方式被支撑在壳体13中，所述壳体包括：

-防护体14，其设置有纵向狭缝15，和

-用于闭合所述狭缝15的透镜16，对于使用期间由集中器镜朝向所述接收器管11反射的日光辐射来说能够穿透所述透镜，在使用期间所述壳体13与所述集中器镜相关联。

此外，根据本发明，一环形腔室17设置在所述接收管11与所述壳体13之间并且容纳预先选择的热绝缘气体，所述热绝缘气体处于基本包括在1毫巴与31毫巴之间（且优选基本等于10毫巴）的操作压力下，在所述操作压力下，所述预先选择的气体在操作温度下具有基本小于0.01W/mK的热传导性。

有利地，所述预先选择的气体在氙和氪之间选择；更特别地，在它俩之间优先选择氙。

适宜地，所述接收器10包括三个辐射防护件18a、18b、18c，它们介于所述接收器管11与所述壳体13的防护体14之间。

有利地，所述辐射防护件18a、18b、18c由在高温下能够支撑自己的材料制成，并且在本发明的实施例（所述实施例的所述接收器管11的操作温度基本小于或者等于550℃）中特别地，由例如铝合金制成。

可替换地，在本发明的这样的实施例中（所述实施例中所述接收管的操作温度基本高于550℃），所述辐射防护件18a、18b、18c由例如钢制成，通常为不锈钢，诸如例如按照AISI（美国钢铁学会）304分类的钢。

适宜地，所述辐射防护件18a、18b、18c具有不大于7%的发射率。

优选地，所述辐射防护件具有银涂层。

以基本等同的方式，在本发明的替换实施例中，根据可能的需求，可能提供多于一个的所述透镜并且此外通常提供至少一个所述辐射防护件，所述辐射防护件介于所述接收管与所述防护体之间。

有利地，所述接收器10也包括反射防护件19，所述反射防护件适合于朝向所述接收器管11反射所述接收器10的使用期间由其发出的辐射。

适宜地，所述反射防护件19设置在所述壳体13内部所述狭缝15的侧部处并且从其处基本延伸至所述接收器管11，限定朝向所述接收器管的狭槽20。

所述反射防护件19还限定用于引导辐射穿过所述透镜16朝向所述接收器管11的通道21。

所述反射防护件19优选地具有银反射涂层。

在根据本发明的以特别有利的方式提供的日光接收器10中，在图2中由附图标记119表示的所述反射防护件适宜地延伸以使得光束b的端部A穿过所述透镜16指向接收器管11。

特别地，所述反射防护件119被成形为用于通过两个或者更多个反射将光束b的端部A反射至所述接收器管11上，所述端部A与图像的外围部分相对应，所述图像通过使用期间与之相关的集中器朝向所述日光接收器10以变形的方式反射。

所反射的辐射的边缘能量部分与所述光束b的端部A相对应。

然而，在其它结构方面是等同的情况下，相对于具有反射防护件的结构，所述反射防护件成形为允许端部A入射在在根据本发明的日光接收器的接收器管上，所述反射防护件119使得能够减小所述狭缝的孔径（在图2中由附图标记120表示），从而减小所述接收器管11的直接暴露于所述壳体13的部分C，完全达到所述日光接收器10的辐射绝缘的优点，其在所述部分C处确实具有最少的辐射绝缘以满足通过集中的日光辐射实现所述接收器管11的有效辐照的需要。

在所述透镜16的位于所述壳体13内部的面上，有利地设置有涂层，具有的波长基本包括在320nm与2000nm之间的辐射能够穿透所述涂层，所述涂层同时适于反射具有的波长基本高于2000nm的辐射（也就是，相当于红外辐射）。

因此，在包括所述日光接收器10的系统的操作期间，所述透镜16朝向所述接收器管11反射由其发射的红外辐射，因此起辐射防护件的作用。

适宜地，所述接收器管11具有选择性涂层，其允许通过所述接收器管11有效地吸收具有的波长基本包括在320nm和2000nm之间的辐射，同时允许具有的波长在2000nm之上的辐射（相当于红外辐射）的低发射率。

特别地，如果根据本发明的所述接收器10用在不进行图像重构的光学领域中，则所述透镜16优选地具有这样的形状，所述形状适于修正由所述集中器镜的反射而产生的光学象差（opticalaberration），所述集中器镜在使用期间朝向所述接收器管11反射日光辐射。

此外，所述透镜16适宜地具有这样的形状，所述形状适于减小在使用期间由所述集中器镜朝向所述接收器管11反射的辐射束的焦距，从而有利地将穿过它的光束集中至所述接收器管11上。

在本发明的替换实施例中，取决于可能发生的要求，适宜地，所述透镜是棱镜的，并且具有这样的形状，所述形状适于将根据本发明的接收器的操作期间由集中器镜朝向所述接收器管11反射的辐射束集中在所述接收器管上。

适宜地，所述接收器10包括滑块22，所述滑块适于将所述接收器管11支撑在所述壳体13中以允许纵向滑动和轴向旋转。

以这种方式，在使用期间适宜地与所述集中器镜连接联合的所述壳体13随其围绕所述接收器管11旋转，在移动期间适于追踪太阳的位置以将其反射的光线集中在日光接收器10上。

适宜地，所述滑块22具有三个轴环（collar）23a、23b、23c，所述轴环支撑相应的辐射防护件18a、18b、18c以允许纵向地相互滑动，以避免（在所述接收器10的使用期间）所述辐射防护件18a、18b、18c的热膨胀出现反差（差别明显，contrast）。

特别地，所述滑块22设置有用于滑动地搁置在防护体14上的支脚24，所述支脚有利地由（或者等同地覆盖有）聚四氟乙烯（缩写为PTFE）、或者同样地适于允许在所述接收器10的操作温度下易于滑动的材料制成。

所述滑块22还适宜地设置有连接器25，其适于与有利地设置在所述接收器管11上的连接法兰配合。

所述连接器25优选地由钢或者（等同地）由适合于经受住所述接收器10的操作温度的材料制成，并且在所述连接器25与所述连接法兰26之间有利地设置有润滑剂（例如石墨粉）。

另外，所述滑块22包括细长的框架杆27，所述框架杆具有微弱的热传导性，其连接所述轴环23a、23b、23c、支脚24与连接器26。

有利地，也设置有弹性垫圈28，其介于透镜16与支撑所述透镜的防护体14之间。

适宜地，所述弹性垫圈28用于保持壳体13密封并且经受住所述日光接收器10的操作温度，特别地在由所述集中器镜（所述日光接收器10与之连接）反射的光束的错误定向的情况（该情况导致光束集中在所述弹性垫圈28上）中，所述弹性垫圈也能经受住所述日光接收器的操作温度。

有利地，所述壳体13由模件式元件13a制成，所述模件式元件由第一密封接头29和第二密封接头30连续地连接，所述第一密封接头连接所述防护体14的连续部分14a，所述第二密封接头连接所述透镜16的连续模件16a。

特别地，所述第二接头包括连接法兰19a和内插垫圈31，所述垫圈设置在所述连接法兰30a与所述透镜16的连续模件16a之间。

实际上已经发现，本发明通过提供一种日光接收器（特别是用于抛物线日光集中器等的类型的日光接收器）实现了所期望的目标和目的，在同等的操作条件下本发明的日光接收器具有高于目前已知的接收器的热效率，这是由于所述辐射防护件的存在、所述反射防护件的存在以及使用基本10毫巴的操作压力下的氙气而实现的，因此，与通过传导和对流两者进行的所述接收器管的热耗散形成有效对照。

因此，对于同等的效率，根据本发明的日光接收器也允许实现高于当前已知的接收器的操作温度，这是由于对于同等操作温度的热传递流体来说其具有更低的热耗散。

本发明的另一个目的是提供一种日光接收器，使得能够以耐久的方式维持在使用期间流入其中的所述热传递流体的热绝缘效率。

所述接收器管与所述壳体的传导和对流绝缘（通过使用在它们之间设置的稀薄气体提供）是易于保持的，因为稀有气体（例如氙和氪）可以用已知的化学和物理方法容易地净化，诸如例如，在使用氙的情形中，液态氮冷阱（coldtrap）使得能够冻结氙并且然后用简单的真空泵从所述接收器的容积中提取杂质，所述杂质存在于大气中的具有具有更高蒸气压力的气体（例如氧气、氮气、氦、氖以及氢）组成，杂质易于污染稀有气体，因此危及它的热绝缘特性。

使用根据本发明的日光接收器也允许优化所述抛物面镜（parabolicmirror）的构造，所述抛物面镜适于将其反射的日光集中在其上。

以这种方式它实际上能够将所述镜构造成使得它提供由它所反射光束的更高集中度，将所述光束集中在所述透镜上，所述透镜是所述管的部分，这不同于当前已知的接收器，光束会以较低的集中度反射在当前已知的接收器上。

特别地，通过使用根据本发明的接收器，能够同时构造所述集中器镜和所述透镜，与当前已知的集中器相比能实现光束的更高集中度。

此外，根据本发明的接收器使得能够避免铰接接头的损坏，在当前已知的接收器中所述铰接接头连接所述热传递流体的循环管与输送和排出管，因为在根据本发明的接收器中所述管可以被固定，因为仅壳体与所述镜整体形成且在太阳追踪移动中与之共同旋转。

如此构思的本发明允许多种修改和变化，所述修改和变化全部落在所附权利要求的保护范围之中；所有细节均可以进一步用其它技术等同元件所取代。

在实际中，所使用的材料可以是根据要求和技术状况允许的任何材料，只要它们与特定用途以及可能的形状和尺寸兼容即可。

在意大利专利申请No.PD2010A000106（本申请要求该专利申请的优先权）中披露的内容通过引用合并在本文中。

在任何权利要求中提及的技术特性标有附图标记的情况下，这些附图标记仅是为了增加对所述权利要求的理解的唯一目的而被包括，因此这些参考附图标记对由这些附图标记通过实例标识的每个元件的解释不具有任何限制效果。

Claims (10)

1.一种日光接收器，其特征在于，它包括用于热传递流体(12)的循环的接收器管(11)，所述接收器管以纵向能调节的方式被支撑在壳体(13)中，所述壳体包括：

-防护体(14)，其设置有纵向狭缝(15)，以及

-用于封闭所述狭缝(15)的至少一个透镜(16)，使用期间由集中器镜朝向所述接收器管(11)反射的日光辐射能穿透所述透镜，在使用期间所述壳体(13)与所述集中器镜相关联，

在所述接收器管(11)与所述壳体(13)之间设置有环状腔室(17)，所述腔室容纳预先选择的热绝缘气体，所述热绝缘气体基本处于1毫巴到31毫巴之间的操作压力下，所述预先选择的气体在所述操作压力下在操作温度下具有基本小于0.01W/mK的热传导率；

其中，所述预先选择的气体在氙和氪之间选择；并且

其中，所述日光接收器包括至少一个辐射防护件(18a，18b，18c)，所述辐射防护件介于所述接收器管(11)与所述壳体(13)的所述防护体(14)之间。

2.根据权利要求1所述的日光接收器，其特征在于，它包括反射防护件(19)，在使用期间所述反射防护件适于朝向所述接收器管(11)反射由其发出的辐射，所述反射防护件(19)设置在位于所述壳体(13)内部的所述狭缝(15)的侧部处且基本从其延伸至所述接收器管(11)，限定朝向所述接收器管的狭槽(20)，所述反射防护件(19)还限定用于引导辐射穿过所述至少一个透镜(16)朝向所述接收器管(11)的通道(21)。

3.根据权利要求2所述的日光接收器，其特征在于，所述反射防护件(19)具有银反射涂层。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的日光接收器，其特征在于，在所述至少一个透镜(16)的位于所述壳体(13)内部的面上设置有涂层，具有基本在320nm和2000nm之间的波长的辐射能透过所述涂层，所述涂层同时反射具有基本高于2000nm的波长的辐射。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的日光接收器，其特征在于，所述至少一个透镜(16)具有如下形状，所述形状适于修正由所述集中器镜的反射产生的光学象差，所述集中器镜在使用期间朝着所述接收器管(11)反射日光辐射。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的日光接收器，其特征在于，所述至少一个透镜(16)具有如下形状，所述形状适于减小使用期间由所述集中器镜朝向所述接收器管(11)反射的辐射束的焦距。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的日光接收器，其特征在于，所述至少一个透镜(16)是棱镜的并且具有如下形状，所述形状适于将使用期间由所述集中器镜朝向所述接收器管(11)反射的辐射束集中在所述接收器管(11)上。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的日光接收器，其特征在于，它包括滑块(22)，所述滑块用于将所述接收器管(11)支撑在所述壳体(13)中以允许纵向滑动和轴向旋转。

9.根据权利要求8所述的日光接收器，其特征在于，所述滑块(22)具有至少一个轴环(23a，23b，23c)，所述轴环用于支撑所述至少一个辐射防护件(18a，18b，18c)，所述至少一个辐射防护件(18a，18b，18c)由所述至少一个轴环(23a，23b，23c)支撑以允许相互纵向地滑动至所述至少一个辐射防护件(18a，18b，18c)。

10.根据权利要求1所述的日光接收器，其特征在于，所述日光接收器是用于抛物线型日光集中器的日光接收器。