CN104334978B - 用于太阳能发电系统的多储热单元系统、流体流动控制装置和低压太阳能接收器、以及其相关部件和用途 - Google Patents

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Abstract

一般地描述了使用太阳能接收器的发明的聚光太阳能发电系统、以及相关装置和方法。

Description

用于太阳能发电系统的多储热单元系统、流体流动控制装置 和低压太阳能接收器、以及其相关部件和用途
相关申请的交叉引用
本申请依据35 U.S.C.§ 119(e)要求于2012年3月21日提交的题为“Multi-Thermal Storage Unit Systems and Related Components”的美国临时专利申请系列第61/613,948号的优先权；于2012年3月21日提交的题为“Fluid Flow Control Devices forSolar Power Systems”的美国临时专利申请系列第61/613,947号的优先权；于2012年3月21日提交的题为“Low Pressure Solar Receivers with Double-Walled Windows andUses Thereof”的美国临时专利申请系列第61/613,950号的优先权；以及于2012年3月21日提交的题为“Low Pressure Solar Receivers with Segmented Windows and UsesThereof”的美国临时专利申请系列第61/613,954号的优先权。这些申请中的每个申请通过引起其全部内容出于所有目的被合并到本文中。
技术领域
一般地描述了与使用太阳能接收器的聚光太阳能发电相关的系统、装置和方法。
背景技术
关于温室气体对全球气候变化的影响的日益关注促进了专注于限制温室气体排放的研究。太阳能发电因在发电源处基本上不产生温室气体而特别吸引人。
使用太阳能接收器的聚光太阳能发电(CSP)是本领域已知的。简言之，聚光太阳能发电系统使用透镜、反射镜或其他元件以将入射到相对大区域上的阳光集中到称为太阳能接收器的小区域上。集中的阳光可以被用于加热太阳能接收器内的流体。太阳能接收器内的经加热流体可以用于驱动涡轮机发电。
发明内容
一般地描述了使用太阳能接收器的发明的聚光太阳能发电系统、以及相关装置和方法。在一些实施方式中，聚光太阳能发电系统包括一个或更多个低压太阳能接收器。在一些实施方式中，聚光太阳能发电系统包括在大气压力或低于大气压力下操作的一个或更多个低压太阳能接收器。另外，提供了利用多个储热单元的发明的太阳能发电系统和方法，其可以用于例如提供基本上连续的操作。还描述了其中太阳能接收器和涡轮机保持彼此流体地隔离的系统和方法。在一些实施方式中，提供了流体流动控制装置，其有助于在一个或更多个储热系统与用于将热从低压流体(例如，约2个大气压或低于约2个大气压)传递至高压布雷顿循环流体(例如，大于约2个大气压)的一个或更多个热交换系统之间的气流的切换。
在一个方面中，提供了一种发电系统。在一些实施方式中，该发电系统包括：太阳能接收器、压缩机、涡轮机、第一储热系统、第二储热系统、和阀子系统。在某些实施方式中，该阀子系统被配置成使得在第一阀位置，在太阳能接收器与第一储热系统之间存在第一流体通路，并且在压缩机、涡轮机和第二储热系统之间存在第二流体通路；以及在第二阀位置，在太阳能接收器与第二储热系统之间存在第三流体通路，并且在压缩机、涡轮机和第一储热系统之间存在第四流体通路。
在一些实施方式中，发电系统包括将太阳能接收器与第一储热系统流体地互相连接的第一流体通路；以及将压缩机、涡轮机和第二储热系统流体地互相连接的第二流体通路。在某些实施方式中，第一储热系统与第二储热系统流体地隔离。在一些实施方式中，该系统被配置成使得太阳能接收器在以下时间的至少一部分期间对第一流体通路内的流体进行加热：在涡轮机被用于使用第二流体通路内的流体产生电力期间。
在某些实施方式中，提供了流体流量控制装置。在某些实施方式中，该流体流量控制装置包括：壳体，其由熔模铸造金属合金构成并且限定流体室，流体室具有第一开口、第二开口和第三开口，每个开口均被配置成允许流体流到流体室中或者从流体室中流出；具有环向表面的盘状构件，在环向表面周围设置有一个或更多个能够拆装的环向密封元件，盘状构件能够旋转地设置在流体室内，以使得一个或更多个环向密封元件中的每一个与流体室的内表面面接，并且使得在第一操作位置盘状构件在流体室内限定了在第一开口与第二开口之间的、与第三开口流体地隔离的流体流动路径，并且在第二操作位置盘状构件在流体室内限定了在第二开口与第三开口之间的、与第一开口流体地隔离的流体流动路径；以及杆部件，其具有：设置在流体室外部的第一端；延伸穿过通过壳体的通道进入流体室内的细长轴；以及连接到流体室内部的盘状构件的第二端，杆部件被配置成使得杆部件的旋转引起盘状构件在流体室内在至少第一操作位置与第二操作位置之间旋转，其中，流体流动控制装置被配置成在1000°F至2500°F的范围内的温度下操作。
在一些实施方式中，流体流动控制装置包括：限定流体室的壳体，流体室具有第一开口、第二开口和第三开口，每个开口均被配置成允许流体流到流体室中或者从流体室中流出；具有环向表面的盘状构件，在环向表面周围设置有至少两个环向密封元件，盘状构件能够旋转地设置在流体室内，以使得至少两个环向密封元件中的每一个与流体室的内表面面接，并且使得在第一操作位置盘状构件在流体室内限定了在第一开口与第二开口之间的、与第三开口流体地隔离的流体流动路径，并且在第二操作位置盘状构件在流体室内限定了在第二开口与第三开口之间的与第一开口流体地隔离的流体流动路径；以及杆部件，其具有：设置在流体室外部的第一端；延伸穿过通过壳体的通道进入流体室内的细长轴；以及连接到流体室内部的盘状构件的第二端，杆部件被配置成使得杆部件的旋转引起盘状构件在流体室内在至少第一操作位置与第二操作位置之间旋转。在一些这样的实施方式中，流体流动控制装置被配置成在1000°F至2500°F的范围内的温度下操作，并且其中，至少两个环向密封元件设置在杆部件连接到盘状构件的位置的相对侧上，任选地其中，两个环向密封元件由钴基材料构成。
在一些实施方式中，流体流动控制装置包括：壳体，其由熔模精密铸造金属合金构成并且限定流体室，流体室具有第一开口和第二开口，每个开口均被配置成允许流体流到流体室中或者从流体室中流出；具有环向表面的盘状构件，在环向表面周围设置有一个或更多个环向密封元件，盘状构件能够旋转地设置在流体室内，以使得一个或更多个环向密封元件中的每一个与流体室的内表面面接，并且使得在第一操作位置在第一开口与第二开口之间存在流体流动路径，并且在第二操作位置盘状构件与第一开口和第二开口流体地隔离；以及杆部件，其具有：设置在流体室外部的至少一端；以及延伸穿过通过壳体的至少一个通道进入流体室内的细长轴，杆部件连接到流体室内部的盘状构件，杆部件被配置成使得杆部件的旋转引起盘状构件在流体室内在至少第一操作位置与第二操作位置之间旋转。在某些这样的实施方式中，流体流动控制装置被配置成在1000°F至2500°F的范围内的温度下操作。
在一组实施方式中，提供了一种太阳能接收器，该太阳能接收器包括：低压流体室，其被配置成在高达2个大气压的压力下操作并且包括流体入口、流体出口、以及用于接收聚光太阳辐射的开口；太阳能吸收器，其容纳在低压流体室内；第一透明物体，其限定了低压流体室的壁的至少一部分；以及第二透明物体，其与第一透明物体并置，其中，第一透明物体和第二透明物体被配置成使得在第一透明物体与第二透明物体之间限定有第一流体流动路径。在一些这样的实施方式中，通过开口接收的聚光太阳辐射穿过第一透明物体和第二透明物体到达低压流体室中并且射到太阳能吸收器上。
在一些实施方式中，提供了一种太阳能接收器，该太阳能接收器包括：低压流体室，其被配置成在高达2个大气压的压力下操作并且包括流体入口、流体出口、以及用于接收聚光太阳辐射的开口；太阳能吸收器，其容纳在低压流体室内；以及多个透明物体，其限定了低压流体室的分段壁。在一些这样的实施方式中，通过开口接收的聚光太阳辐射穿过分段壁以及透明物体之间以传递到低压流体室中并且射到太阳能吸收器上。
由以下本发明的多个非限制性实施方式的详细描述，在结合附图进行考虑时，本发明的其他特点和新的特征将变得明显。在本说明书和通过引用并入的文献包括冲突和/或不一致的公开内容的情况下，以本说明书为准。如果通过引用合并的两个或更多个文献相对于彼此包括冲突和/或不一致的公开内容，则以生效日期靠后的文献为准。
附图说明
将参照附图通过举例的方式描述本发明的非限制性的实施方式，这些附图是示意性的并非旨在按比例绘制。在附图中，所示出的每个相同的部件或几乎相同的部件通常由一个附图标记表示。为了清楚的目的，在每个附图中没有标记每个部件，本发明的每个实施方式的在没必要说明的地方示出的每个部件也没有标记以使得本领域的普通技术人员能够理解本发明。在附图中：
图1A至图1C是根据一组实施方式的包括低压太阳能接收器的聚光太阳能发电系统的示意图；
图2A至图2C包括根据一些实施方式的可以与聚光太阳能发电系统一起使用的热回收配置的示例性示意图；
图3A至图3C包括可以用于储热系统的储热单元的示例性示意图；
图4A至图4B包括根据一组实施方式的发电塔系统的示意图；
图5包括包含高压太阳能接收器的聚光太阳能发光系统的示例性示意图；
图6包括根据一些实施方式的包含多个太阳能接收器的聚光太阳能发电系统的示意图；
图7A至图7I包括低压太阳能接收器的示例性示意图；
图8A至图8C包括二次聚光器的示例性示意图；
图9A至图9C包括高压太阳能接收器的示例性示意图；
图10A至图10F包括聚光太阳能发电系统的示例性示意图；以及
图11A至图11C包括流体流动装置的示例性示意图。
具体实施方式
一般地描述了使用太阳能接收器的所发明的聚光太阳能发电系统、以及相关装置和方法。在一些实施方式中，聚光太阳能发电系统包括用于加热相对低压力的流体的太阳能接收器。来自通过太阳能接收器加热的低压流体的热可以被传递至相对高压力的流体，这可以用于向作为例如布雷顿循环的一部分的燃气涡轮机供给电力。低压流体和高压流体之间的热交换可以经由使用热交换系统来实现。在某些实施方式中，通过太阳能接收器提供的热可以被传递至单独的流体通路，其中通过改变发电系统内的一个、两个、或更多个储热系统之间的阀配置使相对高压的流体被传输至涡轮机。
在一些实施方式中，燃气涡轮机的排出物可以被传输至太阳能接收器并且用作低压的经加热流体。任选地，可以使用鼓风机来向低压太阳能接收器提供附加环境空气，这可以用于例如调节通过该系统的流体的流动。在一些实施方式中，可以使用控制器来调整来自鼓风机的气体的流量。控制器可以被构造成并且布置成至少部分基于从燃气涡轮机向太阳能接收器传输的气体的条件来调节从鼓风机向太阳能接收器传输的气体的流量。例如，控制器可以被构造成并且布置成使得从鼓风机向太阳能接收器传输的气体的流量取决于从燃气涡轮机向太阳能接收器传输的气体的温度、压力、和/或流量中的一种或更多种。
除了向布雷顿循环内的高压工作流体提供热之外，来自太阳能接收器的低压流体可以用于向储热系统提供热，该储热系统可以例如通过存储来自低压流体的相当大的热来进行操作。该储热系统可以用于例如，通过除通过太阳能接收器提供的热之外向低压流体提供热或者代替通过太阳能接收器提供的热向低压流体提供热，在少阳光的时间段期间对供电循环进行操作。在一些实施方式中，例如储热系统可以通过在例如将加压流体传输至涡轮机之前，使该加压流体传输通过储热单元以对加压流体进行加热来例如在涡轮机的高压下进行操作。
在一些实施方式中，可以使用多个储热系统(多个储热系统中的每个储热系统可以包括一个或更多个储热单元)，以使得一个储热系统可以用于存储由太阳能接收器提供的大量的热而另外储热系统可以用于向布雷顿循环的工作流体提供热。在一些这样的实施方式中，第一储热系统可以在接近大气压或低于大气压的压力下操作而第二储热系统可以在升高的压力下操作。通过以这样方式对该发电系统进行操作，可以消除对于必须在加压流体与非加压流体之间进行热交换(这往往是充满挑战的任务)的热交换系统的需要。另外，以这种方式对该系统进行操作可以确保热源总是可获得的，以向布雷顿循环提供经加热的工作流体。因而，在一些实施方式中，可以在高压流体与低压流体之间不进行直接热交换的情况下实现布雷顿循环的基本上连续的操作。
在一些实施方式中，可以在储热系统与用于将来自低压流体中的热传递至高压布雷顿循环流体的热交换系统之间切换(switch)来自太阳能接收器的气流。在一些实施方式中，可以连接有鼓风机以将经加热的空气从储热系统传输到太阳能接收器中。
在一些实施方式中，提供了流体流动控制装置(例如，阀、三通阀、挡板阀)，其有利于气流在一个或更多个储热系统与用于将来自低压流体的热传递至高压布雷顿循环流体的一个或更多个热交换系统之间进行切换。在一些实施方式中，流体流动控制装置包括限定流体室的壳体，其中流体室具有多个开口(例如，第一开口、第二开口和第三开口)。在一些实施方式中，每个开口均被配置成允许流体流到流体室中或者从流体室中流出。在某些实施方式中，流体流动装置被配置成在1000°F至2500°F的范围内的温度下操作。在某些实施方式中，流体流动装置被配置成在最高达1150°F至2200°F的范围内的温度下操作。
在某些实施方式中，流体流动装置的壳体使用熔模精密铸造来构造。在一些实施方式中，熔模精密铸造是一种铸造工艺，其中，可消耗模型被熔模化合物(例如，陶瓷部件)包围然后烘烤以使得熔模硬化以形成模具，该模型材料(例如，蜡)熔化并且被去除。在这样的实施方式中，使金属(例如，金属合金)进入该模具中，并且使其固化，之后去除模具(例如，通过将该模具捶击成块)以获得铸造金属物体。
在一些实施方式中，流体流动控制装置的壳体和/或其他部件(例如，杆部件、盘形构件)可以由金属合金构成。在某些实施方式中，金属合金为不锈钢合金或镍基超合金，例如IN-718、IN-713LC或CMSX4。在一些实施方式中，钴材料用于在配置成在高温下操作的流体流动装置中的摩擦表面，这是因为钴与空气中的氧或工作流体形成润滑氧化物层。
在一些实施方式中，流体流动装置安装在外部，这可以有助于在操作温度和操作压力下的内部密封。
在一些实施方式中，壳体限定了用于在第一开口、第二开口和第三开口中的一处或更多处的流体管道的连接接口。在一些实施方式中，连接接口为(i)带凸缘，例如，“V”带凸缘，其任选地被配置成用于快速更换组件；(ii)螺栓凸缘，其任选地配置有垫圈表面；(iii)低压热配合/滑动接头；(iv)凸或凹螺纹式连接接口；(v)散热器钳，其任选地配置成重量轻的管道；或者(vi)其他合适的连接接口。
在一些实施方式中，流体流动装置还包括具有环向表面的盘状构件(例如，挡板)，在该环向表面周围设置有一个或更多个能够拆装的环向密封元件，其中该盘状构件能够旋转地设置在流体室内，以使得一个或更多个环向密封元件与流体室的内表面面接(interface)。在一些实施方式中，盘状构件能够旋转地设置在流体室内，以使得在第一操作位置盘状构件在流体室内限定了在第一开口与第二开口之间的、与第三开口流体地隔离的流体流动路径(例如，气流路径)，并且在第二操作位置盘状构件在流体室内限定了在第二开口与第三开口之间的、与第一开口流体地隔离的流体流动路径(例如，气流路径)。在一些实施方式中，一个或更多个环向密封元件由钴基材料构成。在一些实施方式中，一个或更多个环向密封元件为活塞环。
在一些实施方式中，流体流动控制装置还包括杆部件，该杆部件具有：设置在流体室外部的第一端；延伸穿过通过壳体的通道进入流体室内的细长轴；以及连接到流体室内部的盘状构件的第二端。在一些实施方式中，杆部件被配置成使得杆部件的旋转引起盘状构件在流体室内在至少第一操作位置与第二操作位置之间旋转。在一些实施方式中，杆部件连接到自动控制马达。在一些实施方式中，杆部件配置成使盘状构件360度旋转。在一些实施方式中，盘状构件在第一操作位置与第二操作位置之间的旋转角度可以最高达约90度。在一些实施方式中，盘状构件在第一操作位置与第二操作位置之间的旋转角度在45度至60度、45度至135度、或60度至120度的范围内。
在一些实施方式中，杆部件穿过轴衬，该轴衬设置在通过壳体的通道内。在一些实施方式中，轴衬的至少面对杆部件的表面由钴基材料构成。在一些实施方式中，杆部件由钴基材料构成。在一些实施方式中，环向密封元件(例如，活塞环密封件)设置在旋转杆构件的前侧和尾侧上的盘状构件上以提供环绕构件的周围(例如，360度)的有效密封。在一些实施方式中，环向密封元件(例如，活塞环密封件)由钴基材料或类似材料制成以使得其在高温下操作时能够低摩擦移动、寿命长、以及最小磨损或无磨损。在一些实施方式中，杆轴衬也由钴基材料或类似材料制成以提供在高操作温度下的低摩擦、低磨损、寿命长和低磨损。
在一些实施方式中，流体流动控制装置包括设置在壳体内部在开口处的适配器/套管以有利于制造、组装和低泄露。在一些实施方式中，套管由与壳体相同的材料构成。
在一些实施方式中，设置有流体流动控制装置，该流体流动控制装置具有限定了具有第一开口和第二开口的流体室的壳体。在某些实施方式中，每个开口均被配置成允许流体流到流体室中或者从流体室中流出。在一些实施方式中，流体流动控制装置包括具有环向表面的盘状构件，在该环向表面周围设置有一个或更多个环向密封元件。在一些实施方式中，盘状构件能够旋转地设置在流体室内以使得至少两个环向密封元件与流体室的内表面面接(interface)。在一些实施方式中，盘状构件能够旋转地设置在流体室内，以使得在第一操作位置在第一开口与第二开口之间限定有流体流动路径，并且在第二操作位置盘状构件与第一开口和第二开口流体地隔离。在一些实施方式中，流体流动控制装置包括杆部件，该杆部件具有：设置在流体室外部的至少一端；以及延伸穿过通过壳体的至少一个通道进入流体室内的细长轴。在一些实施方式中，杆部件连接到流体室内部的盘状构件并且配置成使得杆部件的旋转引起盘状构件在流体室内在至少第一操作位置与第二操作位置之间旋转。在一些实施方式中，流体流动控制装置起到低压阻尼器的作用。
在图11A中示出了示例性流体流动装置1100的截面图，流体流动控制装置1100包括：限定了流体室1102的壳体1105(例如，由熔模铸造金属合金构成)，其中，流体室1102具有第一开口11011、第二开口11012和第三开口11013。在该装置中的每个开口均配置成允许流体流到流体室1102中或者从流体室1102中流出。流体流动装置1100还包括盘状构件11031-2(在此示出为两个位置中的顶视图)，盘状构件11031-2具有环向表面，在该环向表面周围设置有能够拆装的环向密封元件11041-2。在该装置中，盘状构件11031-2能够旋转地设置在流体室1102内，以使得环向密封元件中的每一个与流体室1102的内表面11071-2面接(interface)，并且使得在第一操作位置盘状构件11031在流体室1102内限定了在第一开口11011与第二开口11012之间的与第三开口11013流体地隔离的流体流动路径，并且在第二操作位置盘状构件11032在流体室1102内限定了在第二开口11012与第三开口11013之间的与第一开口11011流体地隔离的流体流动路径。流体流动装置1100还包括杆部件(未示出)，该杆部件具有：设置在流体室外部的第一端；延伸穿过通过壳体的通道进入流体室内的细长轴；以及连接到流体室1102内部的盘状构件(在盘状构件11031-2的中心x处)的第二端。杆部件被配置成使得杆部件的旋转引起盘状构件11031-2在流体室1102内在至少第一操作位置与第二操作位置之间旋转。
图11B示出了盘状构件11033的示例，盘状构件11033具有设置在位置1106的相对侧上的两个环向密封元件11041-2，其中，杆部件连接到盘状构件(11033)。
在一些情况下，可以通过回收来自退出用于向高压流体传递热的热交换系统的低压流体的热来提高该系统的总效率。例如，在一些情况下，退出热交换系统的低压流体可以用于产生蒸气以向布雷顿循环中的蒸气涡轮机提供电力。在一些情况下，退出热交换系统的低压流体可以用于向吸收式制冷机提供热，该吸收式制冷机可以用于例如生产用于空气调节器和/或制冷系统的冷却水。来自热交换系统的低压流体也可以用于提供热用于一般空间加热目的(例如，经由空气向液体热交换机提供热)。
可以使用本发明的一些实施方式与太阳能发电塔系统(也称为中心塔太阳能发电厂或定日装置太阳能发电厂)协调。这样的系统包括多个定日装置，该定日装置布置成将阳光朝集热塔(有时称为中心塔)的顶部重定向，在集热塔上安装有一个或更多个太阳能接收器。在一些这样的实施方式中，在太阳能塔的顶部可以与太阳能接收器一起安装有燃气涡轮机和/或压缩机。在塔的顶部或塔的其他部件内部还可以安装其他部件，例如储热系统。在一些实施方式中，进行设置以调节太阳能接收器相对于地面以及相对于地面安装的定日装置的角度。在某些实施方式中，可以基于塔高、定日装置场地尺寸和/或形状、和/或纬度来对角度进行调节。
在一些实施方式中，设置有低压太阳能接收器，其可以与本文中公开的发电系统结合使用。太阳能接收器至少部分用于将太阳辐射能转换成工作流体(例如，发电系统或储热系统的工作流体)的热能。太阳能接收器通常包括低压流体室，该低压流体室被至少部分地设计并且构造成：提供用于降低或消除来自太阳能接收器的热损失的绝缘套管；包含低压工作流体；和/或提供太阳能吸收器的支承结构。低压太阳能接收器通常还包括设置成与在用于接收太阳辐射的接收器中的开口相邻的透明物体(例如，窗口)。透明物体至少部分用于：容纳低压工作流体以允许太阳辐射传递至太阳能接收器(其中辐射射到太阳能吸收器上)并且用于消除或降低与来自太阳能吸收器二次辐射关联的热损失。
因为低压接收器在低压下操作(例如，低于1个大气压、低于2个大气压)，所以通常可以使用与经受更高压的室所需要的相比较少的材料和较少的设计限制来构造室。此外，低压设计使得能够使用赋予高太阳能收集能力的相对大(例如，直径为1米至5米)透明物体。因而，根据一些方面，低压太阳能接收器相对于目前可获得的太阳能收集器具有较低制造成本和显著地较大的收集能力。
在其他实施方式中，设置有高压接收器，其可以与本文中公开的发电系统结合使用。高压太阳能接收器至少部分用于将太阳辐射能转换成工作流体(例如，发电系统或储热系统的工作流体)的热能。在一些实施方式中，高压接收器包括容纳通过吸收入射太阳辐射获得热能的高压太阳能吸收器的绝缘套管。进入接收器的高压流体(例如，在大于2个大气压至50个大气压的压力下的流体)穿过在高压太阳能吸收器内的一个或更多个流体通道并且在通道中部分地通过与通道壁接触来获得热能。高压太阳能吸收器往往具有黑色表面涂层以促进入射太阳辐射的吸收并且通常由单晶超合金(例如，镍基单晶超合金)构成。
目前的高压接收器通常使用经常相对于其可以运行的最大温度而被限制的金属。例如，某些高压接收器采用不锈钢或其他合金用于加压的接收器部件，这些材料通常将接收器出口温度限定为不足以赋予(至少以高效率)某些下游用途的水平，例如，在布雷顿电力循环内的用途。本文中提供的高压太阳能接收器采用显著地较高温度材料(例如，高温单晶超合金)用于热交换元件，因此可以在显著地较高温度下操作。在一些实施方式中，高压吸收器由镍基高温超合金制造(例如，使用熔模精密铸造)，并且赋予接收器相对高的最高出口温度(例如，最高达约1150℃的温度)。因而，在一些实施方式中，接收器可以在布雷顿循环系统内使用以实现高功率输出和高整体电效率。
在某些实施方式中，设置附加热传递特征到热交换元件的内部(例如，改进截面形状)以有利于传热效率。在一些实施方式中，将铸造单晶管经由独特的真空硬焊工艺(被称为激活扩散连接(ADB)或瞬间液相(TLP))附接到类似材料的头部和歧管。在一些实施方式中，这种结合技术使得结合处保持最大的强度和温度能力。在一些实施方式中，高压接收器还结合有透明物体(例如，石英玻璃前窗)。在一些实施方式中，透明物体在内部具有抗辐射反射涂层以限制二次辐射对热效率的影响。此外，在一些实施方式中，向接收器施加高电阻绝缘以提高热效率。
在一些实施方式中，设置有二次聚光器。二次聚光器至少部分提供从一次聚光器(例如，定日镜场或其他源)收集聚光太阳辐射并且将太阳辐射引导到太阳能接收器的开口中的机构。二次聚光器通常提高了太阳能接收器的太阳能收集效率。在一些实施方式中，二次聚光器构造有多个反射板，每个反射板通常具有反射表面和预定形状。多个反射板通常以有利于入射太阳辐射朝接收器开口的反射的构造布置。在某些实施方式中，二次聚光器包括冷却管，其部分地用于将冷却水递送到在每个反射板内的冷却通路以及将来自每个反射板内的冷却通路中的水进行递送。
本文中描述的发明的系统和方法的某些实施方式可以提供在某些应用中优于传统聚光太阳能发电技术的某些优点。例如，低压部件(例如，太阳能接收器，储存容器等)可以相对便宜地制造并且相对安全的操作。另外，与其中大窗口可能在高压下裂开的加压系统相比，低操作压力使得能够在太阳能接收器内使用相对的大窗口。本文中描述的布雷顿循环系统相对于采用例如朗肯循环的系统具有较高热效率。低压流体的流动在用于发电的热交换与低压存储器之间切换的能力可以使得能够在夜间和其他少阳光条件下的操作。本文中描述的热集成方法还可以提高整体系统性能。
图1A至图1B是其中使用聚光太阳能用于产生电力的系统10的示意图。图1A至图1B中的流体流通常可以分为：包括相对高压流体的流(在图1A至图1B中示出为虚线)；包括相对低压流体的流(在图1A至图1B中示出为实线)；以及基本上没有流体传输通过的流(在图1A至图1B中示出为短划线，例如，图1A中的流30至33，以及图1B中的流16至17和23至24)。应该注意，这些规定仅用于说明目的，不意味着表明在所有相对低压力流中的压力都相同，并且/或者在所有相对高压力流中的压力都相同。
系统10包括太阳能接收器102，其构造成并且配置成使得接收器的至少一部分(例如，在图1A至图1B中的面104)暴露于入射太阳辐射106。来自入射太阳辐射的能量可以用于加热在太阳能接收器内的流体。在一些实施方式中，太阳能接收器可以被构造成并且布置成在相对低压力下操作。例如，在太阳能接收器内(和/或包括太阳能接收器的任意流体通路内)的流体的压力可以最高达2个大气压并且包括约2个大气压、小于约1.5个大气压、小于约1.25个大气压、小于约1.1个大气压、小于约1个大气压、在约0.9个大气压至约2个大气压之间、在约0.9个大气压至约1.5个大气压之间、在约0.9个大气压至约1.25个大气压之间、在约0.9个大气压至约1.1个大气压之间、或者在约0.9个大气压至约1个大气压之间。在一些情况下，太阳能接收器可以被构造成并且布置成使得接收器内的流体在被传输至接收器之前除了可能由于流体的加热和/或传输而引起的偶然的压缩之外基本上不被压缩。例如，在一些情况下，传输至太阳能接收器的流体可以基本上等于周围环境的压力。在接收器处的降低的压力可以使得接收器的“窗口”(例如，阳光穿过其以加热接收器中的流体的接收器的透明部分)与其他相对高压力接收器中的“窗口”相比能够被制做成显著较大。例如，先前接收器可能被限制为约60cm直径的窗口尺寸，然而，本发明的一些实施方式中的接收器的可以具有最高达约150cm或更大的尺寸。在一些实施方式中，接收器可以具有4米或更大的窗口尺寸。下文中更详细地描述与太阳能接收器的设计和操作相关的附加细节。
系统10还包括涡轮机。在系统10中示出的一组实施方式中，主要使用布雷顿循环产生电力。在图1A至图1B中示出的布雷顿循环包括燃气涡轮机122。虽然在图1A至图1B中示出了单个涡轮机，但是应该理解本发明不限于此，在一些实施方式中，可以采用多个涡轮机。例如，在一些实施方式中，发电系统包括至少2个、至少3个、至少4个、至少5个或更多个涡轮机。单个燃气涡轮机和/或多个燃气涡轮机的组合能够产生任意合适的功率值(例如，至少约100kW、至少约500kW、至少约1MW、至少约4MW)。假设期望的功率输出要求，本领域的普通技术人员能够选择合适的燃气涡轮机和/或燃气涡轮机的组合来使用。
为了增加系统效率，供应到燃气涡轮机122的气体应该相对热并且相对高地加压。为了实现此，可以使用压缩机124来使流20中的相对低压力气体(例如，环境空气)压缩以产生相对高压力流21。在一些实施方式中，可以使用压缩机产生具有大于2个大气压、至少约3个大气压、至少约4个大气压、至少约5个大气压、至少约10个大气压或至少约15个大气压的流体流(例如，气体流)。
在图1A至图1B中示出的一组实施方式中，保持独立的流体通路。例如，在图1A中，保持流体通路11和12。在图1B中，保持第三流体通路和第四流体通路，如在下面更详细的描述的。在图1A中，未使用流30至33传输流体，这是因为三通阀13A至13D被切换至允许在第一配置中的流动，其不包括通过流30至33的流动。另一方面，在图1B中，阀13A至13D被切换使得使用流30至33传输流体，并且未使用流16、17、23和24(其在图1A中示出的配置中用于传输流体)传输流体。
返回参照图1A，第一流体通路11(包括图1A中的流15至18)可以使太阳能接收器102与储热系统134A流体地相互连接，以使得相对的低压流体可以在太阳能接收器102与储热系统134A之间传输。以这种方式，来自太阳能接收器中的热可以用于加热储热系统内的介质。低压流体流内的压力可以例如最高达2个大气压并且包括约2个大气压、小于约1.5个大气压、小于约1.25个大气压、小于约1.1个大气压、小于约1个大气压、在约0.9个大气压至约2个大气压之间、在约0.9个大气压至约1.5个大气压之间、在约0.9个大气压至约1.25个大气压之间、在约0.9个大气压至约1.1个大气压之间、或者在约0.9个大气压至约1个大气压之间。第二流体通路12可以使压缩机124、储热系统134B和涡轮机122流体地相互连接。第二流体通路12可以用于将来自压缩机124的相对高压流体传输通过储热系统并且随后传递至涡轮机122以产生电力。第二流体通路12内的流体的压力(包括图1A中的流21至26、和118)可以例如大于2个大气压、至少约3个大气压、至少约4个大气压、至少约5个大气压、至少约10个大气压或至少约15个大气压。通过以这种方式操作系统10，可以在不将热从流体通路11直接传输至流体通路12的情况下产生电力。更佳地，如在下文中更详细的描述的，可以使用阀子系统(例如，包括图1A至图1B中三通阀13A至13D)来更改流体通路，以使得在流体通路11与流体通路12之间、以及在阀被切换时存在的第三通路与第四通路之间保持流体隔离。
现在描述如图1A至图1B所示出的操作系统10的示例性方法。低压流体可以经由入口(例如图1A至图1B中的入口线14)传输至太阳能接收器102。通常，当阳光是可获得的以提供用于加热流体的能量时，流体被传输通过太阳能接收器。相对低压流体可以源于任意合适的源。例如，在某些实施方式中，相对低压流体可以源于环境大气。在某些实施方式中，低压流体的至少一部分可以在低压流体通路(在图1A中示出为流体通路11)内循环。在某些实施方式中，低压流体通路可以包括流体回路，以使得基本上没有流体在操作期间从通路排出(expelled)。
一旦相对低压流体已经在太阳能接收器内被加热，则其可以例如经由图1A中的流15传输到接收器之外。流15内的流体的至少一部分可以经由阀13D和流16被传输至第一储热系统134A，在第一储热系统134A中该热可以用于加热储热介质。储热系统134A可以包括单个储热单元，而在其他实施方式中，储热系统可以包括多个储热单元。
在使用来自相对低压力流的热用于加热储热系统134A内的介质之后，相对低压流体可以经由流17被传输到储热系统之外。相对低压流体然后可以经由阀13C被重定向到流18并且随后到达太阳能接收器102。在某些实施方式中，可以使用任选的鼓风机140将任选的补充流19中的附加低压流体传输至太阳能接收器102。在该系统中可以包括任意合适类型的鼓风机。鼓风机可以包括例如电动感应式流动扇。
虽然鼓风机140和补充流190已经在图1A中示出，但是应该理解，在其他实施方式中，它们可以不存在，并且流18可以被直接供应到太阳能接收器102。在另外其他实施方式中，鼓风机140和补充流190可以存在，并且流18可以被直接排出(即，在这样的实施方式中，基本上没有低压流体返回到太阳能接收器的再循环)。
如上所述，在某些实施方式中，在系统10内还可以存在第二流体通路12。在某些实施方式中，在流体传输通过第一流体通路11的时间的至少一部分(其可以为例如，至少5分钟、至少30分钟、至少1小时、至少6小时或至少12小时)期间流体可以传输通过第二流体通路12。
在第二流体通路12中，入口流体(例如，来自环境大气的流体或源自另外的单元操作的排出物(exhaust)的流体)可以经由流20被传输至压缩机124。任选地，经由流21退出压缩机124的相对高压流体可以利用退出涡轮机122和热交换机112的残余热进行预加热。热交换机112的使用是任选的，并且在其他实施方式中，退出压缩机124的高压流体未被预加热。
在图1A中，相对高压流体(在直接来自压缩机124的流21中或者在来自任选的热交换机112的流22中)可以被传输至阀13A，在阀13A处相对高压流体可以经由流23被重定向至储热系统134B。在一些实施方式中，储热系统134B可以被预加热，因此，可以被用于加热流23内的相对高压流体。储热系统134B可以例如，通过将热流体(例如，来自太阳能接收器102的低压加热流体)以相对热的温度(例如，约2000°F)传输通过储热系统134B而被预加热。一旦相对高压流体在储热系统134B内已经被加热，则该流体就经由流24被传输出储热系统134B。流24内的流体可以通过阀13B被重定向通过流25(例如，当不存在任选的辅助加热器130时为潜在的单个流；并且当存在任选的辅助加热器130时为潜在的至少两个流)到涡轮机122。在涡轮机122处，可以使用高压流体以产生电力。在高压流体在涡轮机122内被至少部分地减压之后，其可以经由流26被排出。在某些实施方式中，可以使用任选的热交换机用于将来自流26中的流体的残余热传输至如上所述的压缩机排出流21。在某些实施方式中，涡轮机排出物(直接来自流26或者来自流118)可以包含残余热，该残余热被回收在热回收系统120内以增加系统效率。下面更详细地描述用于回收来自一次热交换系统的排出流的残余热的系统和方法。
在一些实施方式中，可以包括任选的鼓风机140B。虽然鼓风机140B在图1A中被示出作为任选的热交换机112的下游，但是可以在太阳能接收器102的任意下游位置处包括鼓风机140B(当存在时)。在太阳能接收器102下游包括鼓风机140B可以有助于在接近于大气压的压力下对太阳能接收器内的气体进行操作(例如，在压力小于或等于约1.1个大气压的压力下，例如从约0.9个大气压到约1.1个大气压)。
在如图1A所示的系统10被操作已知时间段之后，储热系统134B内的储热介质可以被冷却到如下点：其中流24内的流体未被加热至用于有效地操作涡轮机122的充分高温度。另外，储热系统134A内的储热介质可以变得相对热，抑制了热从流16内的流体向储热系统的进一步传输。当实现了该状态时，可以期望地是转变流体流动路径，以使得储热系统134A被用于加热被传输至涡轮机122的流体，储热系统134B被用于存储被太阳能接收器102内的流体吸收的热。
如上所述，这样的流体切换可以通过致动阀13A至13D来实现，阀13A至13D一起可以形成用于改变流体的流动的阀子系统的至少一部分，如图1B中所示的。在图1B中，阀子系统内的阀13A至13D已经被致动以创建第三流体通路和第四流体通路。例如，在图1B中，第三流体通路使太阳能接收器102和储热系统134B流体地相互连接。在图1B中，第三流体通路通常由实线流(例如，包括流15、32、33、18和14)表示。另外，在图1B中，第四流体通路使压缩机124、涡轮机122和储热系统134A流体地相互连接。第四流体通路包括由虚线表示的流(例如，包括流21、22、30、31、25A、25B、26和118)。如图1B所示，第三流体通路和第四流体通路彼此流体地隔离。
在图1B中，阀13A已经被切换使得流22内的流体经由流30被传输至储热单元134A，而不是传输至储热系统134B。另外，阀134B已经被切换使得流25内的流体源于从储热系统134A排出的流31。因而，在图1B中示出的阀布置中，被供应到涡轮机的工作流体通过储热系统134A而不是通过储热系统134B传输。
另外，在图1B中，阀13D已经被切换，以使得流15内的流体经由流32被传输至储热系统134B而不是传输至储热系统134A。另外，阀13C已经被切换，以使得流18内的流体源于从储热系统134B排出的流33。因而，在图1B中示出的阀布置中，通过太阳能接收器102加热的相对低压流体被传输通过储热系统134B而不是通过储热系统134A(如图1A所示)。
在某些实施方式中，包括阀13A至13D的阀子系统可以被操作，以使得第一流体通路和第二流体通路被消除并且基本上同时建立第三流体通路和第四流体通路。例如，使用阀13A至13D，可以在其中从太阳能接收器102向储热系统134A提供热的第一操作模式与其中从太阳能接收器102向储热系统134B提供热的第二操作模式之间基本上瞬间(例如，切换时间小于约1分钟、小于约30秒、小于约10秒、或者小于约5秒)切换。在一些实施方式中，使用阀13A至13D，可以在其中从储热系统134B向用于在涡轮机122中产生电力的流体提供热的第一操作模式与其中从储热系统134A向用于在涡轮机122中产生电力的流提供热的第二操作模式之间基本上瞬间(例如，切换时间小于约1分钟、小于约30秒、小于约10秒、或者小于约5秒)切换。在一些这样的实施方式中，储热系统134A和储热系统134B可以被认为被“交换”。例如，储热系统134A可以从“存储”模式(即，其中来自太阳能接收器的热被传递到储热系统134A内的介质)切换到“提供”模式(即，其中来自储热系统134A的热被提供到涡轮机122)，基本上同时储热系统134B从“提供”模式切换到“存储”模式。
在一些实例中，在阀13A至阀13D已经被切换以改变通过系统10的流体的流的路线之后不久，退出高压流体通路中的储热系统的流体的温度可以相对低。在一些这样的情况中，可以采用任选的辅助加热器130以向流25A中的流体提供附加热，从而产生可以被传输至燃气涡轮机122的流25B。辅助加热器130可以包括例如燃烧燃料以提供附加热的辅助燃烧器，有时称为加速燃烧器。本领域的普通技术人员能够在给出已知系统的功率需求和操作条件下选择合适的装置以提供所需的补充热的量。例如，加热器130可以包括诱导流动燃烧器。
在一组实施方式中，在高压流内的流体在切换阀不久之后的相对低温度可以通过调整系统的功率需求来补偿。例如，在刚刚切换阀13A至13D之后，可以降低系统的功率需求(例如，降低至零或者降低至在切换后可获得的温度和流量下经加压的流体所产生的功率的水平)。随着系统接近稳定状态，可以增加功率需求直至在达到稳定状态的情况下能够满足系统功率的100％为止。
图1C为其中聚光太阳能被用于产生电力的另一系统100的示意图。与在图1A至图1B中所采用的规定类似，在图1C中示出的各组实施方式的流体流可以通常被分为：包括相对高压流体的流(在图1C中示出为虚线)；以及包括相对低压流体的流(在图1C示出为实线)。如上所述，这些规定仅用于说明目的，不意味着表明在所有相对低压力流中压力都相同，并且/或者在所有相对高压力流中的压力都相同。
系统10包括太阳能接收器102，其构造成并且配置成使得接收器的至少一部分(例如，在图1C中的面104)暴露于入射太阳辐射106。来自入射太阳辐射的能量可以用于加热在太阳能接收器内的流体。在一些实施方式中，太阳能接收器可以被构造成并且布置成在相对低压力下操作。例如，在太阳能接收器内的压力可以最高达2个大气压并且包括约2个大气压、小于约1.5个大气压、小于约1.25个大气压、小于约1.1个大气压、小于约1个大气压、在约0.9个大气压至约2个大气压之间、在约0.9个大气压至约1.5个大气压之间、在约0.9个大气压至约1.25个大气压之间、在约0.9个大气压至约1.1个大气压之间、或者在约0.9个大气压至约1个大气压之间。在一些情况下，太阳能接收器可以被构造成并且布置成使得接收器内的流体在被传输至接收器之前除了可能由于流体的加热和/或传输而引起的偶尔压缩之外基本上不被压缩。例如，在一些情况下，传输至太阳能接收器的流体可以基本上等于周围环境的压力。在接收器处的降低的压力可以使得接收器的“窗口”(例如，阳光穿过其以加热接收器中的流体的接收器的透明部分)与其他相对高压力接收器中的“窗口”相比能够被制成显著较大。例如，先前接收器可能被限制为约60cm直径的窗口尺寸，然而，本发明的一些实施方式中的接收器的可以具有最高达约150cm或更大的尺寸。在一些实施方式中，接收器可以具有4米或更大的窗口尺寸。
流体可以经由入口被传输至(例如图1C中的入口线108)太阳能接收器。通常，当阳光是可获得的以提供用于加热流体的能量时，流体被传输通过太阳能接收器。在一些情况下，被传输至太阳能接收器的相对低压流体可以包括用于在系统内产生电力的涡轮机的出口流。然而，相对低压流体还可以源于其他源，除涡轮机的排出流之外或者代替涡轮机的排出流。例如，在一些情况下，被传输至太阳能接收器的相对低压流体可以源于环境大气(例如，大气)。下文中更详细地描述与太阳能接收器的设计和操作相关的附加细节。
一旦相对低压流体已经在太阳能接收器内被加热，则其可以例如，经由图1C中的流110传输出接收器。流110内的流体的至少一部分可以经由流114被传输至热交换(或回流换热器)系统112。如在下文中更详细的描述的，该热交换系统112可以用于将来自相对低压流体流(例如，来自太阳能接收器和/或来自储热系统)中的热传递至相对高压流体流116，该热可以用于驱动燃气涡轮机。
在来自相对低压力流的热已经被传输至相对高压力流之后，相对低压力流可以经由流118被传输出热交换系统112。在一些实施方式中，流118可以包含残余热，该残余热被回收在热回收系统120内以增加系统效率。下面更详细地描述用于回收来自一次热交换系统的排出流的残余热的系统和方法。
在一些实施方式中，可以包括任选的鼓风机140B。虽然鼓风机140B在图1C中被示出作为任选的热交换系统112的下游，但是可以在太阳能接收器102的任意下游位置处包括鼓风机140B(当存在时)。在太阳能接收器102下游包括鼓风机140B可以有助于在接近于大气压的压力下对太阳能接收器内的气体进行操作(例如，在压力小于或等于约1.1个大气压的压力下，例如从约0.9个大气压到约1.1个大气压)。
在系统100中示出的各组实施方式中，主要使用布雷顿循环产生电力。在图1C中示出的布雷顿循环包括燃气涡轮机122。虽然在图1C中示出了单个涡轮机，但是应该理解本发明不限于此，并且在一些实施方式中，可以采用多个涡轮机。例如，在一些实施方式中，发电系统包括至少2个、至少3个、至少4个、至少5个或更多个涡轮机。单个燃气涡轮机和/或多个燃气涡轮机的组合能够产生任意合适的功率值(例如，至少约100kW、至少约500kW、至少约1MW、至少约4MW)。假设期望功率输出要求，本领域的普通技术人员将能够选择使用合适的燃气涡轮机和/或燃气涡轮机的组合。
为了增加系统效率，供应到燃气涡轮机122的气体应该相对热并且相对高地加压。为了实现此，可以使用压缩机124来使流126中的相对低压力气体(例如，环境空气)压缩以产生相对高压力流116。如上所述，相对高压力116可以通过经由热交换系统112将来自经加热的低压流114(例如，来自太阳能接收器102和/或来自储热系统134)的热传递至流116以产生相对高压、相对高温流128。在一些实施方式中，可以使用压缩机产生具有大于2个大气压、至少约3个大气压、至少约4个大气压、至少约5个大气压、至少约10个大气压或至少约15个大气压的流体流(例如，气体流)。
如图1C所示，一次热交换系统112包括两个热交换机(或回流换热器)112A和112B。应该理解，虽然附图示出了使用两个热交换机，但是本发明不限于使用包括两个热交换机的热交换系统，并且在一些实施方式中，可以在热交换系统中使用单个热交换机或大于两个热交换机(例如，3个、4个、5个或更多个热交换机)。在图1C中，第一热交换机112A可以用于在较高温度下交换热，例如去除来自高温流114的热以产生中间温度流115同时将热传递至中间温度流117以产生高温流128。第二热交换机112B可以用于在较低温度下交换热，例如去除来自中间温度流115的热以产生低温流118同时将热传递至低温流116以产生中间温度流117。高温热交换(例如，在约800℃至约1250℃下的温度)可以涉及使用非常昂贵的材料，例如，特别设计的陶瓷和/或高温超合金。使用多个热交换机(例如，一个相对小的便宜的热交换机和一个相对小的昂贵的热交换机)代替单个大的、相对昂贵的热交换机使得能够实现高效率的热交换同时降低了成本。虽然在图1C中的热交换系统112示出为包括两个热交换机，但是应该理解，在一些实施方式中，可以采用单个热交换机。另外，在一些情况下，可以在热交换系统112中采用大于两个的热交换机。
在一些实施方式中，在热交换系统中的热交换机中的至少一个可以被配置成使得热交换机同时包含第一低压流体(例如，气体)和第二高压流体(例如，气体)，在某些实施方式中，其可以涉及通过热交换机同时流动的第一流体和第二流体。例如，在一些实施方式中，在热交换系统中的至少一个热交换机包括：第一入口，通过该第一入口相对低压力(例如，小于或等于2个大气压的压力)的气体被传输至热交换机中；以及第二入口，通过该第二入口相对高压力(例如，大于2个大气压)的气体被传输至热交换机中同时第一气体被传输至热交换机中。通过以这种方式配置一个或更多个热交换机，相对于其中第一流体和第二流体连续传输通过热交换机(例如，由于在流体流动时间段期间来自热交换机的热消散)的情况，可以增加从高温流体向低温流体传递的热量。以这种方式配置的热交换机可以被配置成以逆流或顺流模式(具有相同或相反方向的流动)操作。
在一些实施方式中，用于将来自相对低压流体中的热传递至相对高压流体的一个或更多个热交换机(例如，在图1C中的热交换机112A和/或热交换机112B)可以为旋转式热交换机。在本文中描述的系统中使用的合适的旋转热交换机(例如，旋转回流换热器)包括在以下中描绘的热交换机：例如，于1995年3月25日提交的于2001年4月17日出版的，题为“Heat Exchanger Containing a Component Capable of Discontinuous Movement”的美国专利第RE37134号；于2006年10月17日提交的于2007年4月26日公布的题为“Intermittent Sealing Device and Method”的美国公开第2007/0089283号；于2007年4月16日提交的于2008年10月16日公布的题为“Regenerator Wheel Apparatus”的美国公开第2008/0251234号；于2007年6月29日提交的于2009年1月1日公布的题为“RegenerativeHeat Exchanger with Energy-Storing Drive System”的美国公开第2009/0000761号；于2007年6月29日提交的于2009年1月1日公布的题为“Brush-Seal and Matrix forRegenerative Heat Exchanger and Method of Adjusting Same”的美国公开第2009/0000762号；以及于2004年12月16日提交的于2006年3月16日公布的题为“Variable AreaMass or Area and Mass Species Transfer Device and Method”的美国公开第2006/0054301号。陶瓷旋转式热交换机能够在相对高的操作温度(例如，最高达约2100°F(1200℃)下操作，其可以允许向燃气涡轮机供给较高温度，从而增加了系统的效率。当然，本发明不限于使用旋转式热交换机，并且在一些实施方式中一个或更多个热交换机(例如，用于将热从相对低压流体向相对高压流体传递的热交换机，例如，在图1C中的热交换机112A和/或112B)可以是各种各样合适的热交换机配置中的任意的热交换机，包括但不限于板式热交换机、管式热交换机(例如，壳管式热交换机)等。
在一些实施方式中，热交换机中的至少之一可以为金属热交换机。第一热交换机和第二热交换机可以为不同类型。例如，在一些实施方式中，在热交换系统内的热交换机之一可以为陶瓷热交换机(例如，陶瓷旋转式热交换机、陶瓷板式热交换机、陶瓷管式热交换机等)，而热交换机中的第二个热交换机可以是金属热交换机。例如，来自太阳能接收器中的气体可以被传输到陶瓷热交换机(其中可以观察到相对高的最大温度)中，并且随后被传输至金属热交换机(其中最大温度可能低于在陶瓷热交换机中观察到的最大温度)。
在一些实施方式中，系统可以包括配置成在相对高温度下操作的热交换机。例如，在一些实施方式中，系统可以包括在大于1500°F的温度下并且在一些实施方式中在最高达1800°F的温度下操作的一个或更多个热交换机(例如，图1C中的热交换机112A和/或热交换机112B)。在一些实施方式中，该系统可以包括可以在最高达2100°F或甚至最高达2500°F的温度下操作的一个或更多个热交换机。高温热交换机可以包括配置成经受高温操作的一种或更多种材料，例如，包括一种或更多种陶瓷(氧化铝、氧化铁、氧化硅和氧化镁等)。在一些实施方式中，热交换机可以包括一种或更多种金属(例如，超合金，例如包括镍、铬、钛、钨、钼、钽和铌等的超合金、包括本文中其他地方描述的任意超合金)。作为具体示例，高温热交换机的整体或部分可以由来自Haynes international的合金合金和/或合金形成。
在一些实施方式中，在高压、高温流128内的流体可以被直接传输到燃气涡轮机122中，在燃气涡轮机122处该流体可以用于产生电力。燃气涡轮机122可以被构造成并且布置成使用具有相对高压力的引入气流进行操作。在一些实施方式中，被供应到燃气涡轮机的气流具有大于2个大气压、至少约3个大气压、至少约4个大气压、至少约5个大气压、至少约10个大气压或至少约15个大气压。在一些情况下，例如在启动期间或者在当流114中的流体的温度相对低时间段期间(例如，在少阳光的时间段期间和/或当存储容器112(下文中描述的)未被充分加热以供给高温流体)，可以采用任选的辅助加热器130以向流128中的流体供给附加热，从而产生能够被传输至燃气涡轮机122的流128B。辅助加热器130可以包括例如，燃烧燃料以提供附加热的辅助燃烧器，有时称为加速燃烧器。本领域的普通技术人员能够在给出已知系统的功率需求和操作条件下选择合适的装置以提供所需的补充热的量。例如，加热器130可以包括诱导流动燃烧器。
一旦流128(或128B)中的气体膨胀，就可以产生相对低压力、低温度涡轮排出流。如上所述，在一些实施方式中，涡轮排出流132可以被供应到太阳能接收器102中，在太阳能接收器102中涡轮排出流132可以被再加热并且用于向热交换系统112供应热。涡流排出物以这种方式布线可以是有利的，因为涡流排出物可以包含残余热，否则该残余热在排出物被直接排出到大气的情况下被丢失。
在一些实施方式中，系统100可以包括任选的储热系统134。在一些实施方式中，储热系统可以包括单个储热单元，而在其他实施方式中，储热系统可以包括多个储热单元。储热系统可以用于存储热以在相对少阳光的时间段期间和/或在系统启动期间使用。在相对多阳光的时间段期间，退出太阳能接收器(例如，经由流110)的流体的至少一部分可以被传输至储热系统134(例如，经由流136)，在储热系统134处可以将热保留用于稍后使用。在少阳光的时间段期间，相对低压流体可以经由流138被传输至储热系统。在储热系统134内所存储的热可以被用于加热相对低温度流体以产生高温度流体，该高温度流体可以例如经由流136和114被传输至热交换系统112。在一些实施方式中，供给到流138的流体可以包括涡轮机122的排出流132。例如，在一些情况下，在少阳光的时间段期间，少的流体或没有流体经由流108被供应到太阳能接收器102，来自涡轮机122排出流132的低压流体(以及任选的来自环境大气的一些流体)可以经由导管138被重定向到储热系统134。在一些实施方式中，可以使用控制器和阀以调整通过太阳能接收器102和储热系统134的低压流体的分布。
在一些实施方式中，任选的鼓风机140可以结合到系统中。在系统中可以包括任意合适类型的鼓风机；鼓风机可以包括例如电动感应式流动扇。鼓风机可以用于例如在相对多阳光的时间段期间将燃气涡轮机退出流(例如，图1C中的流132)传输通过太阳能接收器。另外，可以使用鼓风机140以在多光的时间段期间提供电力以使热空气循环通过储热系统。在一些实施方式中，鼓风机140可以用于将经加热的空气从储热系统134传输至太阳能接收器102(例如，经由通路138)以向太阳能接收器提供预加热空气(例如，在相对少阳光时间段的期间)。在一些实施方式中，在相对少阳光的时间段期间，当储热系统可以给系统提供热时，鼓风机140可以被关闭。
在某些情况下，鼓风机可以被布置成除了接受来自燃气涡轮机的排出气体外，还接受环境空气或来自另一源的流体。以这种方式，鼓风机可以用于控制在相对低压区段内(即，通过热交换系统112以及通过任选的热回收系统120的、来自燃气涡轮机的排出物)流体的总流量。例如，当通过低压区段的较高流量是期望的时，鼓风机可以从环境或另一非涡轮排出源获得相对大量的流体。当通过低压区段的较低流量是期望的时，鼓风机可以从环境或另一非涡轮排出源获得相对小量(或没有)流体。
如上所述，在流118内的余热(例如，来自图1A至图1B中的热交换机112的热或者来自图1C中热交换系统112的热)可以在任选的热回收系统120内交换。热回收系统120可以包括各种配置。例如，在一些情况下，可以采用郎肯底部循环以回收余热。图2A包括示出了使用郎肯循环从流118回收能量的示意图。图2A中，源于热交换机112的流118被供应到热交换锅炉210。流118内的热可以传递至另一包含水的流体流(例如，图2A中的流211)，这可导致蒸气或热水的生成。在这种热交换期间生成的蒸气可以经由流212退出。锅炉210也可以生成流出物流213，流出物流213可以包括来自流118的经冷却流体。流212可以被供应至蒸气涡轮机214，在蒸气涡轮机214处可以使用流212以生成能量以及排出流216。排出流216可以在任选的冷凝器218中被冷凝成水，从而生成热的冷凝流(这可在该过程的其他区域中使用)。如图2A所示，来自冷凝器的冷凝流被示出用作热交换锅炉入口流211，入口流211可以被重新加热以生成蒸气。任选的，蒸气涡轮机排出流216可以用作热交换锅炉入口流211。
在一些情况下，吸收式制冷器可以用于从流118回收余热。图2B包括一组这样的实施方式的示意图。在图2B中，流118被传输至吸收式制冷器220，在吸收式制冷器220处来自流118的热被用于向吸收式制冷器提供用于冷却流222中相对温暖的流体(例如，环境空气)所必需的能量以生成冷却的流体流224。除了生成冷却的流体流224外，吸收式制冷器可以生成排出流226，其包含已经冷却的来自流118的流体。冷却的流体224可以用作，例如，空气调节系统的一部分。作为另一示例，冷却流224可以例如，在很热的气候下的操作期间(例如，在100°F或以上的温度)用于冷却系统部件(例如，燃气涡轮机)。本领域的普通技术人员能够基于所需的制冷负载、引入流体流118的温度和流量以及其他设计参数选择合适的吸收式制冷器。
在其他情况下，流118内的余热可用来提供热(例如，在该过程的其他区域和/或发电过程之外的区域)。图2C包括一组这样的实施方式的示例性示意图。在图2C中，流118被传输至热交换机230，在热交换机230处流118被用来加热流232中相对冷的流体(例如，环境空气)以生成经加热流体流234。另外，可以生成包含来自已被冷却的流118的流体的排出流236。经加热流234可以用来，例如，生成热水或其他液体，用于自来水系统、空间加热系统(例如，在建筑物或其他合适的结构中为一个或多个房间提供热量)或需要经加热流体的其他合适系统。本领域的普通技术人员能够基于所需的热载荷、引入流体流118的温度和流量以及其他设计参数选择合适的吸收式制冷器。
包括热回收系统120可以导致整体系统效率的相对大增加。通常，整体系统效率被计算为通过系统产生的功率(以可以在另一系统中使用的电的形式和/或以经加热或经冷却的流体的形式，例如，在图2B和图2C中的流224和234)除以入射到太阳能接收器上的太阳能的功率并且乘以100％。在一些实施方式中，采用在图2A中示出的朗肯底部循环，整体效率可以接近约50％(例如，在约40％至约50％之间)。对于包括吸收式制冷器的系统，例如，图2B中示出的系统，整体系统效率可以接近约60％(例如，在约40％至约60％之间)。采用热交换机以向发电系统的其他部分和/或外部系统提供热的发电系统的整体效率可以接近约80％(例如，在约40％至约80％之间)。
如上所述，在系统100中的储热系统134可以包括一个或更多个储热单元。储热单元可以赋予实际效益和成本效率方法以实现在没有阳光或少阳光的数小时期间用于产生电的CSP能量的储热。在一些实施方式中，储热单元可以包括罐，其中具有流体流动通过的通路的固体介质设置成在相对高温度下(例如，在至少约1800°F、在至少约2000°F、或更高)存储热能。
合适的储热单元的示例性图示示出在图3A至图3C中。图3A包括含有管路312和管路314的存储单元310，管路312和管路314中的每个管路可以用作入口或出口。单元310还包括含有多个通道的板316A。板316A以上述方式设计以使流体可以穿过板传输同时板支承容积(volume)318内的储热介质，防止储热介质进入管路314。另外，单元310可以包括也可以含有多个通道的板316B。通过以上述方式设计板316B，可以使流体被从容积318并且穿过板316B传输，在流体离开管路312时没有夹带储热介质。通过避免使储热介质传输出储热单元310，可以减小当介质与涡轮机、鼓风机、太阳能接收器或其他系统部件接触时可能产生的对这些部件的损伤(例如，腐蚀损伤)。
可以使用包括例如金属(例如，不锈钢)的各种材料来制造储热单元310。在一些实施方式中，储热单元310被配置成使得储热单元310为经认证的压力容器(例如，ASME认证的压力容器、EN13445认证的压力容器或满足一组类似认证标准的压力容器)。另外，板316A和板316B可以由任何合适金属制成，例如金属(例如，不锈钢、高熔点金属例如钨、等)、陶瓷和/或这些材料的组合。
储热单元310可以分节制造，使得节中的两个或更多个节可以用螺栓固定在一起以组装成具有期望容量的存储单元。分节制造存储单元有利于具有相对大容量的存储单元的工厂施工、运输和现场组装。在一些构造中，存储单元的节长度可以在8英尺至16英尺的范围并且直径可以在8英尺至16英尺的范围。在一些构造中，存储单元的节长度可以为大约12英尺并且直径可以为10英尺至12英尺。
板316A和/或板316B内的通道可以被配置成给予容积318内期望的流动剖面。例如，可以选择板316A和/或板316B内的通道的尺寸(例如，直径、长度)、截面形状和/或流动角度来是实现期望的流动剖面。板316A和/或板316B的一侧或两侧上的流体通道的开口可以被布置成包括例如蜂窝图案的任何合适的图案。
如上所述，管路312和管路314均可以用作入口或出口。例如，在单元310内的储热介质通过进来的流体(例如，在1800°F和1900°F之间的温度下)加热的一些情况下，管路312可以用作入口并且管路314可以用作出口。在这样的情况下，板316A可以防止在加热流体中夹带储热介质并使储热介质穿过出口314。在单元310内的储热介质用于加热进来的流体(例如，在100°F和1200°F之间的温度下)的一些情况下，管路314可以用作入口并且管路312可以用作出口。在这样的情况下，板316B可以防止在加热流体中夹带储热介质并使储热介质穿过出口312。在单元310内的流体流动的方向可以根据发电系统的操作模式而自由改变。
在一些情况下，可以将通过太阳能接收器加热的气体的第一部分传输至储热系统，并且可以将通过太阳能接收器加热的气体的第二部分传输至热交换系统(即，来自太阳能接收器的气流可以在储能系统和用于将热从低压流体传递到高压布雷顿循流体的热交换系统之间切换)。在一些情况下，在第一段时间内将来自太阳能接收器的基本上所有的气体传输至储热系统，并且在与第一段时间不重叠的第二段时间内将来自太阳能接收器的基本上所有的气体传输至热交换系统。例如，可以在第一段时间内将来自太阳能接收器的基本上所有的排出流传输至储热系统，并且以后，可以将来自太阳能接收器的流动切换成使得基本上所有的太阳能接收器排出物被传输至热交换系统。在其他情况下，在第一段时间内将来自太阳能接收器的气体的第一部分传输至储热系统，并且在第一段时间内将来自太阳能接收器的气体的第二部分传输至热交换系统。换言之，可以对来自太阳能接收器的排出流进行如下划分：使太阳能接收器排出物的第一部分传输至储热系统，于此同时使太阳能接收器排出物的第二部分传输至热交换系统。
在一些实施方式中，储热系统(包括储热系统内的任何储热单元)可以被构造或布置成在对系统100进行操作的时间段中的至少一部分期间以相对低的压力操作。例如，例如在加热储热系统期间和/或加热正通过储热系统传输的流体期间，储热系统内的流体的压力可以最高达且包括2个大气压、小于约1.5个大气压、小于约1.25个大气压、小于约1.1个大气压、小于约1个大气压、约0.9个大气压与约2个大气压之间、约0.9个大气压与约1.5个大气压之间、约0.9个大气压与约1.25个大气压之间、约0.9个大气压与约1.1个大气压之间或者约0.9个大气压与约1个大气压之间。在一些情况下，储热系统可以被这样构造或布置：除由于流体的加热和/或传输而可能产生的附带压缩之外，在被传输至储热系统之前基本上不压缩储热系统内的流体。例如，在一些情况下，储热系统内的流体可以基本上等于周围环境的压力。在一些实施方式中，在通过低压流体(例如，来自太阳能接收器102的气流136中的低压流体)加热的情况下，储热系统134在相对低的压力下操作。在一些实施方式中，在用于预热待传输至涡轮机122的流体的情况下，储热系统134在相对低的压力下操作。
应该理解的是，本发明不限于在储热系统134内使用低压流体，并且在一些实施方式中，在对系统100进行操作期间，可以通过储热系统134传输高压流体。例如，在一些实施方式中，可以通过储热系统134传输和加热相对高压的流体(例如，在如下压力下：2个大气压以上、至少约2.1个大气压、至少约2.25个大气压、至少约2.5个大气压、至少约3个大气压、至少约4个大气压、至少约5个大气压、至少约10个大气压或至少约15个大气压，以及在一些实施方式中，最高达50个大气压)(例如，在储热系统134已经通过流体例如来自太阳能接收器102的低压流体加热之后)。在一些实施方式中，在高压流体通过储热系统134加热之后，可以将其传输至涡轮机122以发电。
在许多先前的储热系统中，采用高压，这会增加建造系统所需的费用。其他先前的储热系统使用经受相变的各种盐和其他材料，上述材料中的许多材料也非常昂贵。通过未加压并且完全工业生产以及低成本的填充(储热)介质，该方法显著降低了CSP储热系统的成本。使用模块形式的CSP储热罐作为CPS塔的一部分可以进一步改进与系统相关的基建成本。
储热系统内的储热单元可以是模块化的，在一些情况下，模块化的储热单元可以使人们容易扩增系统以便于使CSP系统能够操作成针对阳光弱或没有阳光的给定时间产生给定电力。例如，图3B包括使用单个单元以存储热能的系统。在图3C中，连接两个储热单元(例如，通过使盖320旋转成使管路312彼此面对)以使储热容量加倍。当然，可以通过例如如下方式来以其他方式改变储热单元所递送的能量总量：该方式为使一个或更多个单元部分填充有介质和/或限制加热单个单元的一个或更多个节的程度(可以包括沿着一个或更多个存储单元的纵轴建立热梯度)。
在一些实施方式中，可以将罐的尺寸确定为实现相对容易的运输。例如，各储热单元可以为直径在约2英尺和约12英尺之间并且长最高达40英尺以能够容易装运。储热单元可以现场填充或在运输至现场之前填充，这可以实现成本效益生产并且降低现场建造成本和/或减少工期拖延。
在储热系统中的储热单元中可以使用各种填充介质。填充介质可以包含能够在高温下保持其结构的具有高热容的各种材料，例如陶瓷和其他耐火材料。示例性材料包括但不限于包含铝氧化物、铁氧化物、硅氧化物和/或镁氧化物的材料。例如，耐火砖、莫来石、磁铁矿、PYRO GRAN 35/38、PYRO KOR 60NR、PYRO KOR 95NK和/或PYROFER 70。在一些实施方式中，储热介质具有至少约600J/kg K、至少约800J/kg K或至少约900J/kg K的热容。在一些实施方式中，可以有利的是，使用具有相对低的密度(例如，小于约5g/cm3、小于约3g/cm3或小于约2g/cm3)的材料。
储热单元内的储热介质可以为任何合适的形状因子和尺寸。例如，在一些情况下，可以使用最大截面直径为mm尺度、cm尺度或更大长度尺度的球状物(例如，基本为球形的球状物或具有下面所述的形状中的任何形状的球状物)作为储热介质。在一些实施方式中，储热介质可以包含球状物，并且球状物中的至少约50％、至少约75％、至少约90％、至少约95％或至少约99％具有小于约100cm、小于约10cm、小于约1cm、约1mm与约100cm之间或约1cm与约100cm之间的最大截面直径。合适的球状物形状包括但不限于：基本为矩形棱柱体的形状(例如，砖块、基本为立方体的形状)；基本为三角形棱柱体的形状；基本为球、蝴蝶结、蜂窝、马鞍等的形状。在一组实施方式中，储热介质可以包括使加热流体穿过其传输的细长管道。
在某些实施方式中，可以将储热单元内的储热介质选择成观察不到温度上的阶跃函数变化。也就是说，在这样的系统中，当根据流体通过储热单元传输的距离进行线性描绘时，储热介质的温度曲线图会呈现出非阶跃函数行为。在某些这样的实施方式中，储热单元的一端将处于相对热的温度，同时储热单元的另一端将处于相对冷的温度，两端之间在温度上具有非阶跃函数变化(例如，温度的线性变化、温度的上凹变化或温度的下凹变化)。可以例如通过使用具有相对低的热导率的储热介质例如陶瓷来形成这样的曲线。
在一些实施方式中，储热单元的内部可以排列有隔热材料和/或储热单元的外侧可以覆盖有隔热材料以减小损失至大气中的热。例如，在罐由金属制造的情况下，罐可以排列有和/或覆盖有耐火材料(例如，陶瓷，例如氧化铝、二氧化硅、氧化镁等)。在一些实施方式中，可以就地浇铸耐火材料和/或耐火材料可以包括密度和/或热容可以随层而变化的多层结构。在一些实施方式中，排列在单元内的隔热材料的厚度可以在约5英寸和约15英寸之间(例如，对于直径最高达12英尺并且长度最高达40英尺的罐)。在一些实施方式中，储热单元的外部上的隔热材料的厚度可以在厚度上最高达1英尺或最高达2英尺。
如上所述，可以将CSP系统的部件放置在太阳能发电塔的各个部分中。图4A包括一组发电塔实施方式的示意性图示。图4A中的系统400包括流体地连接至涡轮组件412的太阳能接收器410，该涡轮组件412可以包括燃气涡轮机和压缩机。在该实施方式中，涡轮组件412被制造为可以在工厂完全组装、运输到操作现场(例如，通过卡车或铁路货车)以及安置(例如，通过起重机)到塔结构414上的单个模块单元。涡轮组件412可以不仅包括压缩机和燃气涡轮机，还包括热交换机、或回流换热器、单元、发电机和相关电力电子器件、辅助加热器和/或控制阀以及其他用于控制发电系统的一个或更多个部分的操作的其他部件。涡轮组件412可以被制造为具有接收器410(在该实施方式中也包括二次聚光器)的单个单元并进行运输，或者组件412和接收器410可以被制造为单独模块单元并且在操作现场集成在塔结构414上。通过以模块布置制造涡轮机和接收器节，可以使模块单元的制造更有效。也就是说，可以在工厂设施中制造涡轮机组件412和接收器410，在发送至操作现场之前通过熟练的技术员建造和测试涡轮机组件412和接收器410。可以在真实条件下例如在接收来自定日镜场的阳光的塔或其他结构上，或者在更人造的条件下测试涡轮机组件412和接收器410。例如，可以通过将加热的空气或其他流体供应至通过燃料燃烧器或其他合适的布置加热的组件412来测试涡轮机组件412。类似地，可以通过用不是源自定日镜场的人造光或其他辐射来照射接收器410以测试接收器410。在该方式中，涡轮机组件412和接收器410可以在不同条件下(例如低光照等级、高光照等级、高和/或低环境温度条件、高以及低功率输出条件等)单独或作为功能整体进行测试。因此，可以多个步骤帮助确认充分运作的涡轮机组件412和/或接收器410单元被运输至操作现场。
在一些实施方式中，一个或更多个储热单元可以被结合为可以例如使得相对容易组装或进一步减小CSP系统的整体成本的塔结构414的一部分。例如，储热介质可以储存在可以用作储热单元的塔结构414内。例如，在图4A所示的一组实施方式中，塔结构414可以被填充有储热介质并且给系统400提供储热能力。在另一实施方式中，塔结构414可以被布置成容纳在与图3A至图3C中所示的储热罐类似的一个或更多个储热罐。如果设置两个或更多个罐，则罐可以堆叠在塔结构414内。将罐布置在塔结构414内可以提供不同的特征，例如，减小发电单元的整体占地面积；为罐提供额外的保温盖；和/或增强塔结构414的强度。例如，罐可以被结合至塔结构414中以不仅提供储热而且还为塔结构414提供结构支撑。与接收器410和涡轮机组件412类似，储能罐和/或塔结构414可以被制造成运输至操作现场并组装在一起的一个或更多个模块单元。
图4B示出与塔结构414无关的包括储热单元416的另一组实施方式。也就是说，在该实施方式中，储热罐416被安装至具有接收器410和涡轮机组件412的塔结构414。接收器401、涡轮机组件412和罐416可以被制造为可以在工厂制造并且运输到操作现场(例如，通过卡车或铁路货车)以及安置在塔结构414上的单个模块单元，或者接收器410、涡轮机组件412和/或罐416可以被制造为单独模块单元。模块结构可以显著减小在操作现场的组装成本，例如，因为接收器410、涡轮机组件412和罐416可以通过起重机安置在塔结构414上并且在操作现场准备好仅以相对最小的组装件进行操作。例如，如果被制造为单个单元，则接收器410、涡轮机组件412和罐416的安置可以仅需要电力挂钩以及连接至用于已准备好产生能量的系统的塔414。
本发明的方面所提供的一个优点涉及降低例如包括图4A的接收器410和涡轮机组件412的发电系统的整体重量。在一组实施方式中，接收器410和涡轮机组件412的总重量可能大约为每MWe电力输出50吨。例如，1MWe系统可以具有大约100000磅(或50吨)重的接收器410和涡轮机组件412。当然，部件的重量可以根据各种因素而变化，因而每MWe电力输出的重量可以从约25吨/MWe至100吨/MWe或更多的范围内变化。预计根据本发明的方面的塔基太阳能发电系统可以被构造成从约100kWe至5MWe的范围内的功率输出。当然，可以有较大或较小的输出系统，但是不一定经济上可行(例如，小输出系统不一定经济上适合设施成本)或技术上可行(例如，大输出系统可能具有对合理塔配置而言过大的接收器和涡轮机组件重量。)
尽管图4A和图4B中所示的实施方式示出以模块形式布置的接收器410、涡轮机组件412和/或罐316，但是发电系统的各种部件不必以模块单元布置。相反，在一些实施方式中，在塔上可以组装固定有系统的单独零件(例如燃气涡轮机、压缩机、回流换热器、接收器、收集器等)。因而，本发明的方面不一定受限于附接至塔结构414的部件的模块化布置。
如上所述，在一些实施方式中，代替或除在相对低的压力下操作的太阳能接收器以外，发电系统可以包括在相对高的压力下(例如，大于2个大气压、至少约3个大气压、至少约4个大气压、至少约5个大气压、至少约10个大气压或至少约15个大气压)操作的太阳能接收器。
图5包括含有高压太阳能接收器的聚光太阳能发电系统500的示例性示意图。在图5中，流体气流526(例如，包含环境空气)被馈送至压缩机524，在压缩机524中流体流526被压缩至相对高的压力。然后将来自压缩机524的高压气流516馈送至可以包括一个或更多个热交换机的热交换系统512。尽管在其他实施方式中可以使用单个热交换机或多于两个的热交换机，但是在图5中所示的一组实施方式中示出两个热交换机(512A和512B)。例如，在一些情况下，可以在热交换系统512中使用单个旋转式热交换机(例如，陶瓷旋转式热交换机、金属旋转式热交换机)。在其他情况中，可以在热交换系统512中使用两个或更多个旋转式热交换机(例如，陶瓷旋转式热交换机、金属旋转式热交换机或两者的组合)。
在图5中所示的一组实施方式中，来自热交换系统512的加热的高压气流528被传输至高压太阳能接收器502，在太阳能接收器502中高压气流528经由穿透表面504的太阳辐射506被进一步加热。然后高压、高温气流510被传输至涡轮机522(例如，可以作为布雷顿循环的一部分的燃气涡轮机)，其中气流用于发电。可以将来自燃气涡轮机522的排出流514传输至热交换系统516，其中气流中的残余热可以用于预加热压缩器排出流516。在一些情况下，排出流518可以用于提供能量以加热回收系统520，该回收系统520可以包括以上所述的与回收热系统120相关的部件中的任何部件。图5中所示出的高压接收系统可以用于例如采用单晶镍接收器的实施方式中。
图6包括采用两个太阳能接收器的发电系统600的示例性示意图示。在图6中所示的一组实施方式中，流体气流626(例如，包含环境空气)被馈送至压缩机624，在压缩机624中流体流626被压缩至相对高的压力。然后将来自压缩机624的高压气流616馈送至可以包括一个或更多个热交换机的热交换系统612。尽管在其他实施方式中可以使用单个热交换机或多于两个的热交换机，但是在图6中所示的一组实施方式中示出两个热交换机(612A和612B)。例如，在一些情况下，可以在热交换系统612中使用单个热交换机(例如，旋转式热交换机(例如陶瓷旋转式热交换机或金属旋转式热交换机)、或者任何其他类型的高温热交换机)。在其他情况中，可以在热交换系统612中使用两个或更多个热交换机(例如，两个或更多个旋转式热交换机(例如陶瓷旋转式热交换机或金属旋转式热交换机)、或者其他类型的高温热交换机中的两个或更多个热交换机)。
在图6中，来自热交换系统612的加热的高压气流628的一部分被传输至高压太阳能接收器602，在太阳能接收器602中高压气流628经由穿透表面604的太阳辐射606被进一步加热。在一些情况中，可以将高压气流628的一部传输至燃烧器630，在燃烧器630中高压气流628可以被进一步加热。可以将退出高压太阳能接收器602的高压、高温气流610的一部分传输至燃烧器630，如果需要可以在燃烧器630中对其进一步加热。
在一些情况下，可以将退出高压太阳能接收器602的高压、高温气流610的至少一部分传输至储热系统634。在一些实施方式中，可以使用气流610将能量递送至储热系统。在一些情况下，储热系统634可以从退出在下面更详细描述的低压太阳能接收器603的低压气流吸热。在一些这样的情况下，可以将退出储热系统634的高压、高温气流635传输至可以任选地进一步加热该高压、高温气流635的燃烧器630。随后可以将传输至燃烧器630的流体气流经由气流637传输至燃气涡轮机622，在燃气涡轮机622中该流体气流可以用于发电。
可以将涡轮机排出流614传输至热交换系统612，在热交换系统612中可以使用残余热来在将压缩器排出气体616传输至高压太阳能接收器602之前对其进行预加热。在一些情况下，可以将来自热交换系统612的排出流618的一部分(或全部)传输至(在一些情况下，经由任选的鼓风机640)第二、低压太阳能接收器603。低压太阳能接收器603内的流体可以经由穿透表面605的太阳辐射607加热。可以将低压接收器排出流650传输至储热系统634，在该储热系统634中低压接收器排出流650可以用于供热(例如低压接收器排出流650可以用于加热高压太阳能接收器排出流610的全部或一部分)。在一些实施方式中，可以在热回收区621内使用退出储热系统634的低压气流652，该热回收区621可以包括上述与热回收系统120相关的部件中的任何部件。
在一些情况下，储热系统可以包括被构造和布置成在相对高的压力(例如，至少约3个大气压、至少约4个大气压、至少约5个大气压、至少约10个大气压或至少约15个大气压)下操作的第一部分和被构造和布置成在相对低的压力(例如，等于小于约2个大气压、小于约1.5个大气压、小于约1.25个大气压、或小于约1.1个大气压、小于约1个大气压、约0.9个大气压和约2个大气压之间、约0.9个大气压和约1.5个大气压之间、约0.9个大气压和约1.25个大气压之间、约0.9个大气压和约1.1个大气压之间、或约0.9个大气压和约1个大气压之间)下操作的第二部分。例如，在图6中所示的一组实施方式中，储热系统634包括被构造和布置成处理低压气流650的流动的第一部分和被构造和布置成处理高压气流610的流动的第二部分。
在一些实施方式中，可以将来自热交换系统612的排出流618的一部分传输至热回收区620，该热回收区620可以包括上述与热回收系统120相关的部件中的任何部件。
图中所示的部件中的许多部件可以流体地连接。作为一个具体实施例，图1C中的接收器102和热交换系统112被示出为直接流体地连接。另外，在图1C中，热回收系统120和燃气涡轮机122被示出为流体地连接(尽管没有直接流体地连接)。当两个部件被构造和布置成使得流体可以在两个部件之间流动时，可以称为将两个部件“流体地连接”。在一些情况下，两个部件可以“直接流体地连接”，“直接流体地连接”用于指代如下情况：在该情况中，两个部件被构造和布置成使得流体可以在没有被传输至被构造和布置成大幅改变流体的温度和/或压力的单元操作的情况下在两个部件之间流动。本领域普通技术人员之一应该能够区分被构造和布置成大幅改变流体的温度和/或压力的单元操作(例如，压缩机、冷凝器、热交换机等)和没有如此构造和布置的部件(例如，穿过其可能产生附带热交换和/或压力积累的传输管)。应该理解的是，虽然在图中两个部件可以被示出为直接流体地连接，但是其他实施方式可以包括连个部件流体地连接而非直接流体地连接的布置。
在一些实施方式中，太阳能接收器，例如图7A至图7D所示的那些太阳能接收器，被设计和构造成与在本文中所提供的发电系统结合使用。图7A和图7B中的示例性太阳能接收器包括被设计和构造成提供隔热壳体700的低压流体室700，该低压流体室700用于减小或消除来自太阳能接收器的热损失并且包含低压工作流体。低压太阳能接收器包括设置在低压流体室700的前面与用于接收太阳辐射的开口708相邻的透明物体703。
在图7A和图7B中所示的实施方式中，流体路径被限定在低压流体室700内，使得在接收器的背面处进入流体入口702的相对低温的工作流体(例如，温度在300℃至800℃范围内的流体)围绕内衬周边穿过接收器进入流体室700的前面区并且横穿透明物体703(例如，窗口)。通过横穿透明物体703，相对低温的工作流体部分地用于冷却被入射的太阳辐射和来自太阳能吸收器704的热辐射加热的透明物体703。相对低温的工作流体穿过太阳能吸收器704，在太阳能吸收器704中工作流体被其进一步加热。在太阳能吸收器内，相对低温的工作流体被转换成相对高温的工作流体(例如，温度在800℃以上至1200℃的范围内的流体)。相对高温的工作流体通过流体出口701退出低压流体室700。在离开太阳能接收器之后，在一些实施方式中，相对高温的工作流体被导向燃气涡轮机系统、储热系统(例如，合理储热系统)或如在本文中的其他地方所示例性示出的其他储热系统。
通常，太阳能吸收器，例如图7A中所示的太阳能吸收器，由如下材料构成：该材料能够经受相对高的温度(例如，超过1000℃的温度)并且具有足够的热特性(例如，热导率、辐射率)以吸收来自入射太阳辐射的热能并将热能传递至经过太阳能接收器内的工作流体。在一些情况下，太阳能吸收器由例如金属(例如，高温合金、耐热铸造合金)、耐火材料(例如，陶瓷)或碳基材料等材料构成。太阳能吸收器常常由陶瓷材料构成，例如玻璃陶瓷、碳化硅、氮化硅、氧化铝或氧化硅。
低压吸收器的太阳能吸收器704，例如图7A中所示的太阳能吸收器704，通常具有高的表面面积以有利于使热能传递至经过太阳能接收器内的工作流体。在一些实施方式中，太阳能吸收器704被设计和构造成具有使工作流体从中穿过的流体通道网络(例如，蜂窝状网络、壳管式网络、泡沫式网络等)。太阳能吸收器704被浸入到低压室内使得在低压室700的流体流动路径内行进的相对低温的工作流体被导向成进入太阳能吸收器704，穿过太阳能吸收器704的流体通道网络，在该流体通道网络中工作流体从太阳能吸收器704获得热。
虽然图7A和图7B中所示的太阳能吸收器具有带角的形状，但是不对太阳能吸收器如此限制并且可以构造其他合适的形状并与本文中所公开的太阳能接收器一起使用。例如，太阳能吸收器可以具有平面形状、椭圆形状、盘状、多边形形状或其他合适形状。
图7A中所示的太阳能接收器的透明物体703被设置在低压流体室700的前面与用于接收太阳辐射的开口708相邻。透明物体703的外圈被固定在低压流体室700的槽705内。透明物体703和低压流体室700通常由具有不同热膨胀系数的材料构成。例如，透明物体703通常由玻璃材料(例如，二氧化硅、石英等)构成，而低压流体室700通常由金属(例如，不锈钢、铝)构成。当透明物体703和低压室700经受热涨落时，例如太阳能接收器活动与不活动之间产生的那些热涨落，常常存在两个部件的不同热膨胀和热收缩。因而，透明物体703和低压流体室700之间的连接通常必须被设计和构造成适应两个部件之间的不同移动。
在一些实施方式中，在低压流体室700和透明物体703上的界面之间设置有柔性封条。界面可以在槽705内，在槽705中设置和/或紧固有透明物体703。槽705可以具有超过透明物体703的外直径的内直径，由此允许透明物体703在槽705内膨胀。封条常常经受相对高的温度(例如，超过500℃的温度)，因而，封条通常由可以经受相对高的温度的材料制成。在一些实施方式中，封条可以由金属、碳基材料或硅基材料制成。在一些实施方式中，封条由室温固化(RTV)硅橡胶制成。在一些实施方式中，封条为金属垫片。其他合适的封条材料对于技术人员将是明显的。
在某些实施方式中，低压流体室700被设计和构造成具有最高达且包含2个大气压的最大允许工作压力。在某些实施方式中，低压流体室700被设计和构造成具有1个大气压、1.1个大气压、1.2个大气压、1.3个大气压、1.4个大气压、1.5个大气压或2个大气压的最大允许工作压力。如在本文中所使用的，术语“最大允许工作压力”指代压力容器所能保持的最大压力，例如，组装的太阳能接收器的最薄弱部件所能保持的最大压力。最大允许工作压力常常通过执行流体静压测试来确定。执行流体静压测试的方法在本领域是公知的并且对于技术人员将是明显的。在一个实施方式中，太阳能接收器的最大允许工作压力通过如下方式来确定：基本上完全地组装太阳能接收器；打开流体入口和流体出口盖；以及通过惰性气体例如空气对太阳能接收器的低压室进行加压。在该实施方式中，通过惰性气体以相对慢的速率例如以1psi/秒至5psi/秒范围内的速率对低压室进行加压，直到低压室不能保持压力为止。测试期间所保持的最高压力就是太阳能接收器的最大允许工作压力。在某些实施方式中，太阳能接收器如图7A中所示的太阳能接收器的最薄弱部件例为透明物体和低压室之间的封条。
如图7A和图7B所示，透明物体703可以具有各种形状。例如，透明物体703可以具有平面形状(如图7A中所示)，例如具有多边形截面例如矩形或正方形截面的平面盘或平面物体。透明物体可以具有朝太阳能吸收器相对轻微的向内曲率(如图7B中所示)。透明物体可以具有半圆形状、抛物线形状、椭圆形状等。在一些实施方式中，朝太阳能吸收器的向内曲率用于使由于透明物体中的热膨胀而引起的张应力最小。因而，在某些实施方式中，透明物体具有一定的曲率半径。例如透明物体可以具有1英尺至50英尺、1英尺至10英尺、1英尺至5英尺或者1英尺至2英尺的曲率半径。透明物体可以具有最高达1英尺、2英尺、3英尺、4英尺、5英尺、10英尺、25英尺、50英尺或更大的曲率半径。
图7A至图7C中所示的太阳能接收器在低压下(例如，最高达且包括2个大气压)操作。因为透明物体703在正常操作下经受相对小的流体静应力，所以透明物体703可以被构造成具有相对大的直径和相对小的厚度。在一些实施方式中，透明物体具有0.5米至5米、2米至4米或0.5米至2米的范围内的直径。在一些实施方式中，透明物体具有0.5米、1米、1.2米、1.4米、1.6米、1.8米、2米、3米、4米、5米或更大的直径。在一些实施方式中，透明物体(例如，具有一定曲率半径的透明物体)的直径为透明物体的边圈(例如，与低压室700的槽705适配的透明物体703的边缘)的直径。
透明物体703的厚度可以影响透明物体703吸收太阳辐射的程度，相对厚的透明物体通常比相对薄的透明物体吸收较多的太阳辐射。因此，透明物体的厚度影响透明物体在太阳能接收器的操作期间经受热应力的程度。因此常常期望透明物体具有相对小的厚度，以便于使热应力最小化。在一些实施方式中，透明物体的厚度在0.25英寸至4英寸、0.5英寸至2英寸或0.5英寸至1英寸的范围内。在一些实施方式中，透明物体的厚度为0.25英寸、0.5英寸、1英寸、1.5英寸、2英寸、3英寸、4英寸或更大。然而，本发明不限于具有这些厚度的透明物体。在一些情况下其他厚度可以是合适的。
太阳能吸收器通常由如下材料构成：该材料可以经受相对高的温度；可以吸收入射辐射；并且可以容易地将热能传递至与吸收器接触的工作流体。例如，太阳能吸收器可以由如下材料构成：金属、不锈钢、陶瓷、耐热铸造合金、高温金属材料、耐火材料、弥散有氧化钍的合金、石墨或碳纤维增强碳基材料。用于太阳能吸收器的合适陶瓷包括例如玻璃陶瓷、碳化硅、氮化硅以及氧化硅。太阳能吸收器可以具有各种形式中的任何形式。通常，太阳能吸收器被设计和构造成具有相对高的表面面积以用于与工作流体接触。太阳能吸收器通常包括可以使工作流体穿过的多个渠道或通道。在穿过太阳能吸收器的流体渠道或通道时，工作流体通过与吸收器接触而获得热能。例如吸收器可以具有金属网、蜂窝或泡沫构造。通常，太阳能吸收器包括覆盖吸收表面的至少一部分的黑色表面涂层，以有利于入射太阳辐射的吸收。在前述太阳能接收器的一些实施方式中，太阳能吸收器是金属网吸收器和陶瓷吸收器的组合。在这样的实施方式中，金属网吸收器可以为进气吸收器并且陶瓷吸收器可以为出气吸收器。在其他实施方式中，陶瓷吸收器可以为进气吸收器并且金属网吸收器可以为出气吸收器。
在太阳能接收器的一些实施方式中，太阳能吸收器的多个区段可以通过陶瓷支承结构系统来固定。在太阳能接收器的一些实施方式中，在吸收器的进气侧和/或出/退气侧安置有流量调节结构。在一些实施方式中，流量调节结构为具有可以使空气穿过的一个或更多个孔的孔板。在前述太阳能接收器的一些实施方式中，流量调节结构可以由存在有用于使空气穿过的小孔的陶瓷、金属或其他合适材料制成。在一些实施方式中，流量调节结构被配置成产生相对层流的空气流动。在一些实施方式中，流量调节结构被配置成以相对均匀的方式导引空气流动穿过吸收器。
图7A至图7B中所示的低压太阳能接收器与二次聚光器706固定。二次聚光器706用于聚集来自一次聚光器例如定日镜场或其他源的聚光太阳辐射，并且将该太阳辐射导引至太阳能接收器的开口708中。在一些实施方式中，二次聚光器706提高了太阳能接收器的太阳能聚光效率。二次聚光器706常常通过多个反射面板707来构造。各反射面板通常具有反射表面和预定形状。多个反射面板707通常以有利于是入射太阳辐射朝着接收器开口708反射的构造来布置。在一些实施方式中，多个反射面板被布置成使得整体抛物线形状，虽然其他形状可以是合适的。例如，二次聚光器可以具有椭圆形状、半圆形状、双曲线形状等。
二次聚光器的与接收器的开口平行的截面也可以具有各种形状。例如，二次聚光器的与接收器的开口平行的截面可以具有圆形、椭圆形状、多边形形状、矩形形状等。
二次聚光器706的尺寸和形状(例如，二次聚光器的最外部分的直径、二次聚光器的深度等)可以根据各种因素而变化，例如包括期望的聚光效率、一次收集器的尺寸和布置、接收器的开口的尺寸、太阳能吸收器的热性质等。在一些实施方式中，二次聚光器的深度与接收器的开口的直径的比为1、1.25、1.5、2、2.5、3、4、5或更大。在一些实施方式中，二次聚光器的深度与接收器的开口的直径的比在1至1.5、1至1.25、1至3、1至4或者1至5的范围内。在一些实施方式中，二次聚光器的最外直径与接收器的开口的直径的比为1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5、6或更大。在一些实施方式中，二次聚光器的深度与接收器的开口的直径的比在1.5至2、1.5至3、1.5至4、1.5至5或者1.5至6的范围内。
图7C示出在低压流体室的不同侧上具有进入以及退出太阳能接收器的流体入口701和流体出口702的示例性太阳能接收器。在该实施方式中，太阳能接收器被连接至具有矩形状开口的二次聚光器706。
图7D示出具有低压流体室的示例性太阳能接收器，该低压流体室包括一个或更多个流体入口7151-2和流体出口714、太阳能吸收器712以及容纳旋转式回热基体713的回热结构717。在该实施方式中，来自聚光太阳辐射的热能通过二次聚光器718至少部分地穿过透明物体711被导向和聚集到低压流体室716中并且射到太阳能吸收器712由此加热太阳能吸收器712。太阳能吸收器712将热能传递至在低压流体室716内经过的相对低温的工作流体，由此产生相对高温的工作流体。离开低压流体室的相对高温的工作流体穿过旋转式回热基体713并且将热能传递至旋转式回热基体713。
在图7D中，旋转式回热基体713在两个流体地隔离的导管之间旋转。第一导管为用于使流体退出太阳能接收器的低压流体室716的流动路径，并且第二导管为第二流体系统的流动路径。例如，旋转式回热基体713可以将来自离开低压流体室716的相对高温的流体的热能传递至穿过与如下接收器相邻的导管的第二流体，该接收器与旋转式回热基体流体连通。例如，第二流体可以为如下流体：例如进入燃气涡轮机的压缩机的环境空气或者用于加热二次储热材料的流体。
图7E示出将来自聚光太阳辐射的热能传递至低压工作流体的示例性太阳能接收器719的截面图。太阳能接收器719包括限定第一流体导管721和流体入口722的外壳720。外壳720还限定用于在太阳能接收器719的前端接收太阳辐射的孔径723。透明物体724通过在孔径723处的凸缘组件725连接至外壳720。太阳能接收器719还包括限定第二流体导管727和流体出口728的内壳726。如下面进一步描述的，第二流体导管727与第一流体导管721共轴。另外，太阳能吸收器732在接近孔径723的位置处被连接至内壳726。虽然入口导管和出口导管可以共轴，但是应该理解的是，在一些实施方式中，入口导管和出口导管不是共轴的。
在示例性执行方案中，聚光太阳辐射被导向至孔径723；穿过透明物体724，并且在穿过透明物体724之后射到太阳能吸收器732，由此加热太阳能吸收器732。太阳能接收器719限定从流体入口722开始、向前穿过朝着孔径723的第一流体导管721的流体路径。流体穿过透明物体724的内侧，经过太阳能吸收器732的多个通道，经过第二流体导管727，并且通过流体出口728退出太阳能接收器719。
在某些实施方式中，流体入口722在相对接近透明物体724的位置处使得流体进入相对接近透明物体724的接收器。在流体以该方式进入接收器的情况下，例如，比如，在接收器具有相对大的直径的情况下，流体可以较容易地经过一些构造的太阳能吸收器，。
流体入口722可以与燃气涡轮机排出物出口或其他工作流体供应导管流体地连接，使得相对低温(例如，大约1100°F)的流体进入太阳能接收器719。太阳能吸收器732在相对低温的流体经过太阳能吸收器732中的多个通道时将热能传递至相对低温的流体，由此将该流体加热至相对高的温度(例如，大约1800°F)。流体出口728可以与燃气涡轮机压缩机入口、储热单元或使用相对高温的流体的其他下游部件流体地连接。
太阳能接收器719包括用于在孔径723处连接透明物体724的凸缘组件725。凸缘组件725包括被连接至内凸缘730的外凸缘729。凸缘组件725一般由耐受在相对高的温度下操作(例如，能够在1700°F至2000°F的范围内的温度下操作)的材料构成。使用耐高温材料以确保如果在聚光太阳辐射(例如，从定日镜场导引至接收器的辐射)被不恰当地导引成使得过量的太阳辐射射到到凸缘组件725上的情况下凸缘组件725也不会失效(例如，熔化或劣化)。此外，在某些实施方式中，凸缘组件725由热性质与透明物体724的材料的热性质类似的材料构成，以使凸缘组件725或透明物体724由于部件的不同热膨胀而损坏的风险最小化。例如，如果透明物体724由石英构成，则选择具有与石英的热膨胀系数类似的热膨胀系数的用于凸缘组件725的材料是有利的。例如，用于凸缘组件725的示例性材料包括陶瓷和在本文中公开的或本领域以另外方式公知的其他耐高温材料。在所示的实施方式中，外凸缘729和内凸缘730通过设置在凸缘组件725周围的多个螺栓连接。凸缘组件725还可以用螺栓固定至外壳720。在一些构造中，连接外凸缘729和内凸缘730的螺栓用于将整个凸缘组件725接合至外壳720。将凸缘组件725接合至外壳720的螺栓孔可以被塑造成径向缝隙以容许凸缘组件725和外壳720的不同热膨胀，以及允许缝隙内的螺栓移动。
透明物体724通过凸缘组件725的方式连接至孔径723。柔性封条7311-3设置在凸缘组件725内的封条腔中并且在透明物体724的前表面、背表面和周围表面处提供凸缘组件725和透明物体724之间的接触。柔性封条7311-3允许凸缘组件725和透明物体724之间沿轴向方向(前面膨胀和背面)和径向方向(周围膨胀)的不同热膨胀(热生长)。柔性封条7311-3通过提供具有相对低的接触应力的密封表面来防止透明物体724和凸缘组件725之间的直接接触(硬点)。柔性封条7311-3在操作和运输期间提供对透明物体724的支承，并且分散密封接触负载以增加部件寿命。柔性封条7311-3可以由适合于高温操作并且符合凸缘组件725中的密封腔的尺寸的陶瓷纤维绳或等同密封材料制成。
太阳能接收器719包括由石英二氧化硅玻璃构成的透明物体724(可以称为窗口)。透明物体724可以弯曲成型以包含且分散内压力以及容许来自不同热暴露的热应力。透明物体724的弯曲形状还限制了破坏性高张应力的形成。透明物体724可以被设计成适应如下执行方案：在透明物体724中心部分处产生相对高的温度并且在接近凸缘的部分处产生相对较冷的温度。因而，透明物体724可以在一些执行方案中用作热铰链以在没有产生破坏性高张应力的情况下适应热生长。所示实施方式中的透明物体724的弯曲(或碗状)还有利于在一定程度上的引导下使相对低温的流体朝着太阳能吸收器732流动并流过太阳能吸收器732。相对低温的流体还可以用于当相对低温的流体经过透明物体724的内表面上方时冷却透明物体724。
在一些实施方式中，透明物体由一个零件例如单个固体石英二氧化硅玻璃窗口构成。然而，在其他实施方式中，透明物体由固定在一起、接合在一起或用螺栓固定在一起的若干个零件构成。在一些实施方式中，直径在2米至4米或更大的范围内的透明物体由多个区段(例如，2个、3个、4个或更多个区段)构成。
太阳能接收器719被构造和布置有共轴(共环)的第一流体导管和第二流体导管，其中第一流体导管721为相对低温的流体提供通道并且第二流体导管727为获得来自太阳能吸收器732的热能的相对高温的流体提供通道。在某些实施方式中，太阳能接收器719在最小隔热和最小的热损失的情况下容纳穿过第一流体导管721的相对低温的流体(例如，大约1100°F)和穿过第二流体导管727的相对高温的流体(例如，大约1800°F)。例如，从第二流体导管727损失的热被传递到第一流体导管721中，因而在整个热循环中没有损失。
此外，太阳能接收器719的低压操作(例如，在最高达1.1个大气压下操作)可以使限定第一流体导管721和第二流体导管727的壳体由重量轻且成本低的材料构成，并且能够实现工厂预制和便利的现场安装。在某些构造中，外壳720由适合在1000°F至1200°F的范围内(例如，大约1100°F)的温度下操作的材料构成。例如，外壳720可以由不锈钢或其他类似材料构成。外壳720可以具有外隔热材料以保存热能并且提供安全的工作环境。通常构造的内壳726由适合在1700°F至2000°F的范围内(例如，大约1800°F)的温度下操作的材料构成。内壳726可以具有隔热材料以使热能传递回第一流体导管721中的低温流体的程度最小化。因为接收器的低压操作条件，在一些实施方式中，外壳720和/或内壳726具有0.001英寸至0.1英寸(例如，大约0.05英寸)范围内的厚度。
在外壳720和内壳726之间连接有波纹管733并且波纹管733允许两个壳体之间的不同热膨胀。波纹管733通常由耐高温材料例如比如镍基超合金或其他合适的材料构成。波纹管733可以通过钎焊或焊接或者其他合适的方法连接至外壳720和内壳726。应该理解的是，太阳能接收器719可以被构造有用于控制两个壳体的轴向中心和径向中心并且用于允许两个壳体之间的不同热膨胀的任何合适的部件。例如，在壳体之间可以包括有竖直支承和伸缩接合。
太阳能吸收器732可以由限定穿过吸收器的多个通道的多孔材料构成。例如太阳能吸收器732可以具有蜂窝状或泡沫结构。在某些实施方式中太阳能吸收器732由碳化硅材料构成。在其他实施方式中，太阳能吸收器732可以由包括在本文中公开的用于太阳能吸收器的材料中的任何材料的其他合适材料构成。太阳能吸收器732被设置在通过内壳726限定的槽735中。内壳726通过螺栓7341-2在槽735的位置处被固定至外壳720，螺栓7341-2包括进入太阳能吸收器732的孔中以设置太阳能吸收器732的在螺栓7341-2端部处的固定销。
太阳能吸收器732的整体形状可以弯曲。例如，太阳能吸收器732可以具有与透明物体724的曲率半径类似的曲率半径。太阳能吸收器732的整体形状可替代地可以基本上为平面。太阳能吸收器732可以为单个固体物体或可以被布置成一组分段部件。例如，太阳能吸收器732可以被布置成固定在太阳能接收器719内的碗状构造的一组饼状区段。分段设计允许不同区段的不同热膨胀，因而适应跨太阳能吸收器的不均匀温度分布。在一些构造中，跨太阳能吸收器732的温度分布可以通过在太阳能吸收器的前端处包括孔板而至少在一定程度上控制。孔板可以包括构造和布置成有利于穿过整个吸收器流体入口722面进入太阳能吸收器732的流体的基本上均匀的分布。在一些实施方式中，孔板被设计成实现均一流动。在其他实施方式中，孔板被设计成相对于板中的具体位置具有不同数量和/或直径的孔。在一些实施方式中，改变通过吸收器的一个或更多个区域的流量的孔板被配置成控制从吸收器传递至流过吸收器的空气的热并由此控制在吸收器的退出侧上的温度。在一些实施方式中，改变流量的孔板是有利的，原因是太阳能通量可能从吸收器的一部分到另一部分而变化并且孔板可以通过改变吸收器上方的流量来补偿吸收器温度上的差以产生更均一的热传递。
应该理解的是，太阳能接收器719可以在最高达1.1个大气压、最高达1.2个大气压、最高达1.3个大气压、最高达1.4个大气压、最高达1.5个大气压或最高达2个大气压的压力下操作。在具体实施方式中，接收器被配置和布置为在1个大气压以上至1.5个大气压的范围内的压力下操作。在其他实施方式中，接收器被配置和布置为在1个大气压以上至1.2个大气压的范围内的压力下操作。此外，在一些实施方式中，太阳能吸收器732具有50英寸至250英寸的范围内的曲率半径(A)。在一些实施方式中，太阳能吸收器732具有150英寸至200英寸的范围内的曲率半径(A)。在一些实施方式中，太阳能吸收器732具有170英寸至190英寸的范围内的曲率半径(A)。可替代地，太阳能吸收器可以基本上为平面。在一些实施方式中，透明物体724具有50英寸至250英寸的范围内的曲率半径(B)。在一些实施方式中，透明物体724具有150英寸至200英寸的范围内的曲率半径(B)。在一些实施方式中，透明物体724具有170英寸至190英寸的范围内的曲率半径(B)。在一些实施方式中，内壳726的至少一部分具有10英寸至50英寸的范围内的内直径(C)。在一些实施方式中，内壳726的至少一部分具有20英寸至40英寸的范围内的内直径(C)。在一些实施方式中，内壳726的至少一部分具有30英寸至35英寸的范围内的内直径(C)。在一些实施方式中，外壳720的至少一部分具有25英寸至65英寸的范围内的内直径(D)。在一些实施方式中，外壳720的至少一部分具有35英寸至55英寸的范围内的内直径(D)。在一些实施方式中，外壳720的至少一部分具有40英寸至50英寸的范围内的内直径(D)。在一些实施方式中，透明物体的厚度(E)在约0.5英寸至约3英寸的范围内。在一些实施方式中，透明物体的厚度(E)约在1英寸至约2.5英寸的范围内。在一些实施方式中，透明物体的厚度(E)约在1.5英寸至约2英寸的范围内。在一些实施方式中，凸缘组件限定直径(F)在46英寸至86英寸的范围内开口。在一些实施方式中，凸缘组件限定直径(F)在56英寸至76英寸的范围内开口。在一些实施方式中，凸缘组件限定直径(F)在60英寸至70英寸的范围内开口。在一些实施方式中，透明物体724的内面和太阳能吸收器732的外面之间的距离(G)在2英寸至12英寸的范围内。在一些实施方式中，透明物体724的内面和太阳能吸收器732的外面之间的距离(G)在5英寸至8英寸的范围内。然而，在一些构造中其他尺寸可以是合适的。
与图7E中所示的类似，图7F和图7G均示出具有包括流体入口7411-2、流体出口742和用于接收聚光太阳辐射的开口的低压流体室以及容纳在低压流体室内的太阳能吸收器744的低压太阳能接收器的实施例。图7F至图7G中的低压太阳能接收器均包括：限定低压流体室的壁的至少一部分的第一透明物体736；以及与第一透明物体736并置的第二透明物体737。第一透明物体736和第二透明物体737被配置成使得在第一透明物体736与第二透明物体737之间限定有第一流体流动路径740。在各实施例中，通过开口接收的聚光太阳辐射以与图7E中所示的方式类似的方式穿过透明物体到达低压流体室中并且射到太阳能吸收器上。
在图7F和图7G中所示的构造中，外部冷却空气在外空气入口7381-2处进入第一流体流动路径740，并且通过出口739退出第一流体流动路径740。穿过第一透明物体736和第二透明物体737之间的第一流体流动路径740的外部空气冷却第一透明物体736和第二透明物体737。在一些构造中，低压流体室限定从流体入口7411-2延伸至流体出口742的第二流体流动路径743，其中，在流体入口7411-2和流体出口742之间，第二流体流动路径743跨透明物体736的至少一部分并且穿过太阳能吸收器744内的一个或更多个通道延伸。
在图7F中所示的构造中，第一透明物体736和第二透明物体737被配置成使得第一流体流动路径740与第二流体流动路径743流体地隔离。此外，在图7F中所示的构造中，第二透明物体737包括将第一流体流动路径740与太阳能接收器周围的环境流体地连接的一个或更多个开口739。在图7G中所示的构造中，第一透明物体736包括将第一流体流动路径740与第二流体流动路径743流体地连接的一个或更多个开口739。
在一些实施方式中，太阳能接收器被设置成包括：包含流体入口、流体出口和用于接收聚光太阳辐射的开口的低压流体室；容纳在低压流体室内的太阳能吸收器；以及限定低压流体室的分段壁的多个透明物体。图7H和图7I示出用于接收器的布置成产生分段壁的多个透明物体的实施例。图7H中的分段壁745由四个纵向布置的透明物体S1-S4组成。图7I中的分段壁746由八个径向布置的透明物体S1-S8组成。这些图示非旨在限制。可以使用其他合适的布置和多个透明物体来产生容许太阳辐射通过至低压流体室中的分段壁。在一些实施方式中，多个透明物体是半管(例如，切割长度式的管)并且被并置布置在接收器的开口处。在一些实施方式中，管直径为最高达9英寸或更大。在一些实施方式中，管的凸出侧面对吸收器，并且凹入侧面对使太阳辐射朝着吸收器的开口直接聚集的定日镜。在其他实施方式中，管的凹入侧面对吸收器，并且凸出侧面对定日镜。在一些实施方式中，管由石英二氧化硅制成。
在一些实施方式中，太阳能接收器被配置成使得穿过开口接收的聚光太阳辐射穿过多个透明物体至低压流体室中并且射到太阳能吸收器上。在一些实施方式中，低压流体室限定从流体入口至流体出口的流体流动路径，其中，在流体入口和流体出口之间，流体流动路径跨多个透明物体的至少一部分并且穿过太阳能吸收器内的一个或更多个通道延伸。在一些实施方式中，多个透明物体被配置成使得：当低压流体室内的压力低于太阳能接收器周围的环境压力时，太阳能接收器周围的流体(例如，环境空气)穿过多个透明物体之间的间隙被吸入低压流体室。在一些实施方式中，低压流体室被配置成使得穿过多个透明物体之间的间隙被吸入低压流体室的流体(例如，环境空气)进入低压流体室内的流体流动路径并且穿过太阳能吸收器。在一些实施方式中，当流体(例如，环境空气)穿过多个透明物体之间的间隙被吸入低压流体室时，流体冷却透明物体。图8A至图8C示出具有集成流体冷却系统的二次聚光器800。图8A中所示的二次聚光器800包括多个被连接的反射面板801。多个反射面板801中的每个反射面板具有截面为多边形的平面形状。各反射面板具有内反射表面和外表面，内反射表面被定为成面对二次聚光器800的内侧。反射面板801被布置成使得二次聚光器800将聚光太阳辐射反射至与二次聚光器800连接的接收器的开口。在一些实施方式中，反射面板，例如如图8A中所示的反射面板，具有0.1英寸至1英寸或者0.1英寸至0.5英寸的范围内的厚度。
在图8A中所示的二次聚光器800中，反射面板被布置成形成三个圆锥环。圆锥环的布置为使得直径最小的圆锥环设置至二次聚光器800的后面并且直径最大的圆锥环设置至二次聚光器800的前面。在图8A中，二次聚光器800包括两个相对大直径的冷却管线802、803，冷却管线802、803部分用于将冷却流体递送到发射面板801内的冷却通道并且将来自发射面板801内的冷却管道的冷却流体进行递送并且还用于提供支承以用于使反射面板801布置且固定成有利于引入太阳辐射的聚光以及将引入聚光太阳辐射反射至低压接收器的开口的预定形状。
图8B示出二次聚光器800的可替代的图，示出供应导管802、出口管线803、与供应导管802流体地连通的较小直径管线804以及反射面板的冷却通道806。805处的嵌入物表示用于冷却反射面板的冷却通道806的嵌入物。
图8C提供了图8B中的嵌入物805的放大图。如所示，供应导管802与反射面板801的冷却通道806流体地连通。一系列开口缝隙810限定使冷却流体从供应导管802流至反射面板801内的冷却通道806的通道。还示出反射面板806的壳体808和内反射表面807。在一些实施方式中，壳体808为厚度在0.01英寸至0.5英寸或者0.1英寸至0.5英寸的范围内的金属板。
可以使用任何合适的冷却流体来冷却具有图8A至图8C中所示的那样的冷却系统的反射面板。在一些实施方式中，冷却流体为水和制冷剂例如乙二醇的混合物。在一些实施方式中，冷却流体为水和制冷剂例如乙二醇的50:50的混合物。
二次聚光器的反射面板可以包括各种材料中的任何材料。使用常规的金属、聚合物、玻璃及其组合。反射面板可以包含金属例如铝、银及其组合。反射面板可以包含具有反射涂层例如反射性银涂层或反射性铝涂层的非反射性材料。反射面板可以包含玻璃基板、用于反射太阳能的反射层以及任选的介入层(例如，由例如二氧化钛构成的在玻璃和反射层之间的层)。通常，反射面板具有至少一个用于反射太阳辐射的表面。
图9A至图9C示出可以与在本文中公开的发电系统结合使用的示例性高压接收器。在这些实施方式中，高压接收器包括壳体900，该壳体900具有工作流体入口901、工作流体出口902以及连接至二次聚光器906的背部的开口904。在一些实施方式中，例如在图9B至图9C中所示的那些，高压接收器包括与用于接收太阳辐射的开口904相邻的透明物体905例如窗口。如在低压接收器部分一样，二次聚光器906用于收集来自一次聚光器例如定日镜场或其他源的聚光太阳辐射，并且将该太阳辐射导向太阳能接收器的开口904中。
穿过接收器的高压流体(例如，压力在2个大气压之上至50个大气压的流体)被保持在高压太阳能吸收器903内。如图9A至图9C中所示例性示出的高压太阳能吸收器903，通常包括通道网络(例如，管状网络)以用于容纳高压流体并且将高压流体的流动引导至高压太阳能吸收器903并且引导出高压太阳能吸收器903。
高压工作流体进入高压太阳能吸收器903，穿过通道网络并且获得通过与通道壁接触部分获得通道网络中的热能。高压太阳能吸收器903常常具有黑色表面涂层以提高入射太阳辐射的吸收。表面涂层可以使用本领域公知的方法来施加，包括例如化学气相沉积(例如，包覆涂层工艺、气相涂层工艺等)。此外，高压吸收器通常由耐受极高温度的材料构成，包括例如超过1000℃的温度。
高压太阳能吸收器903可以以各种形式中的任何形式设计和构造。如图9A和图9B中所示例的，管状网络可以为管状螺旋管的网络。如图9C中所示例的，管状网络可以具有壳管式形式。仍然预想其他构造例如比如板式热交换机。在一些实施方式中，高压太阳能吸收器包括管状网络，其中网络的管具有直径在0.5英寸至5英寸范围内的直径，以及在一些实施方式中0.1英寸至1英寸范围内的壁厚。在一些实施方式中，高压太阳能吸收器包括管状网络，其中网络的管具有直径在1英寸至3英寸范围内的直径，以及在一些实施方式中0.1英寸至0.5英寸范围内的壁厚。
在一些实施方式中，高压太阳能吸收器由单晶超合金构成。超合金常常包含：镍基体；足以耐氧化的水平(例如，约10％的水平)的铬；用于形成增强伽马主相的铝和/或钛(例如，约2.5％至5％的水平)；以及作为固溶体增强剂的耐火金属例如钨、钼、钽和铌(例如，约2.5％至5％的水平)。通常，镍基超合金还包含钴(例如，约10％的水平)和用作晶界增强剂并且形成强化合金的碳化物的碳(例如，约0.1％的水平)。此外常常以小的量添加硼和锆作为晶界增强剂。
在下面的美国专利中公开了可以用于构造高压太阳能吸收器的示例性单晶超合金，通过应用将其与单晶超合金相关的内容的全部内容并入本文：US 4,371,404、US 4,222,794、US 4,514,360、US 4,643,782、US 4,765,850、US 4,923,525、US 5,047,091、US5,077,004、US 5,100,484、US 5,154,884、US 5,366,695、US 5,399,313、US 5,540,790以及US 6,074,602。
高压太阳能吸收器的部件(例如，管、板壁等)可以通过合适技术例如挤压成型或铸造来制造。此外，可以使用本领域中公知的各种方法中任一方法将高压太阳能吸收器的部件接合在一起，例如，激光焊接、电子束焊接、激活扩散接合等。
透明物体905提供了用于减小再辐射损失的阻挡物，借此透明物体905允许非红外范围内(例如，在可见光范围内)的聚光太阳辐射传输至太阳能接收器中，而不允许红外范围内的辐射传输。因而，从加热的高压太阳能吸收器主要在红外范围内发射的热再辐射通过透明物体905反射回到接收器中。
接收器的壳体900被设计和构造成隔热并且为高压吸收器903提供结构支承，并且固定二次聚光器906。在图9A至图9C中所示的示例性高压接收器中，壳体900基本上在常压下操作。因此，在这些实施方式中，透明物体不经受显著的流体静压引起的应力。因而，在不考虑流体静压引起的应力的情况下，透明物体可以被设计和构造成相对大的尺寸(例如，超过5米例如5米至10米的尺寸)。在一些实施方式中，透明物体被构造为多个透明物体的组合(例如，重叠透明物体的组合)以得到用于防止再辐射损失的透明窗口。在某些实施方式中，多个透明物体是平坦的。在某些实施方式中，多个透明物体是弯曲的。在某些实施方式中，多个透明物体基本上竖直地站立。在某些实施方式中，多个透明物体基本水平地布置。在某些实施方式中，多个透明物体为被沿纵向方向切片成区段的圆柱的形状。在某些实施方式中，多个透明区段表示圆柱的一半。在某些实施方式中，多个透明区段表示圆柱的三分之一或管。在某些实施方式中，多个透明区段表示圆柱的四分之一。在某些实施方式中，多个透明区段被布置有被定向成朝着开口的弯曲形状的凸出面。在某些实施方式中，多个透明区段被布置成基本没有间隙或在多个透明区段之间没有间隙。在某些实施方式中，多个透明区段被布置成在多个透明区段之间有间隙。
如果未以另外方式指出，则在本文中所描述的压力都指代绝对压力。
下面的专利和专利申请通过引用出于所有目的被合并到本文中：2002年1月1日提交2002年9月12日公布的题为“Low Cost High Efficiency Automotive Turbines”的美国专利公开第2002/0124991号；2002年1月1日提交2004年1月27日公布的题为“Low CostHigh Efficiency Automotive Turbines”的美国专利第6,681,557号；1990年11月5日提交1993年11月9日公布的题为“Heat Exchanger Containing a Component Capable ofDiscontinuous Movement”的美国专利第5,259,444号；1995年3月25日提交2001年4月17日公布的题为“Heat Exchanger Containing a Component Capable of DiscontinuousMovement”的美国专利第RE37134号；2006年10月17日提交2007年4月26日公布的题为“Intermittent Sealing Device and Method”的美国公开第2007/0089283号；2007年4月16日提交2008年10月16日公布的题为“Regenerator Wheel Apparatus”的美国公开第2008/0251234号；2007年6月29日提交2009年1月1日公布的题为“Regenerative HeatExchanger with Energy-Storing Drive System”的美国公开第2009/0000761号；2007年6月29日提交2009年1月1日公布的题为“Brush-Seal and Matrix for Regenerative HeatExchanger and Method of Adjusting Same”的美国公开第2009/0000762号；2004年12月16日提交2006年3月16日公布的题为“Variable Area Mass or Area and Mass SpeciesTransfer Device and Method”的美国公开第2006/0054301号；以及2011年9月16日提交的题为“Concentrated Solar Power Generation Using Solar Receivers.”的国际专利申请系列第PCT/US2011/052051号。同日提交的下面三篇美国临时专利申请通过引用其全部内容出于所有目的也被合并到本文中：2012年3月21日提交的题为“Fluid Flow ControlDevices for Solar Power Systems”的代理号为第W0644.70020US00号的美国临时专利申请；2012年3月21日提交的题为“Low Pressure Solar Receivers with Double-WalledWindows and Uses Thereof”的代理号为第W0644.70021US00号的美国临时专利申请；以及2012年3月21日提交的题为“Low Pressure Solar Receivers with Segmented Windowsand Uses Thereof”的代理号为第W0644.70020US00号的美国临时专利申请。
下面的实施例旨在说明本发明的某些实施方式，但没有例示出本发明的全部范围。
实施例1
该实施例描述了一种使用加压太阳能接收器的聚光太阳能发电系统。图10A包括这样的系统的示意图。在该实施例中，来自压缩机的压缩空气被馈送至太阳能接收器并在加压的同时加热。来自太阳能接收器的加热的流出物然后穿过燃气涡轮机膨胀以产生电力。来自燃气涡轮机的排出物用于在将来自压缩机的加压气体传输至太阳能接收器之前对其进行预加热。
实施例2
该实施例描述了一种结合储热系统的聚光太阳能发电系统。图10B包括示例系统的示意图。在该实施例中使用空气作为流体。过程流的温度在图中示出。在该实施例中，将59°F的环境空气供应至压缩机，在压缩机中环境空气被压缩并且在包括一个、两个或更多个回流换热器的热交换系统中被加热至1700°F的温度。1700°F的空气经过涡轮机以发电，产生1100°F的排出流。涡轮机排出物和热交换系统排出物的一部分被传输至太阳能接收器，在太阳能接收器中将上述排出物加热至1800°F。可以将太阳能接收器加热的空气的一部分传输至用于储存的储热系统(类似于考巴氏热风炉)。太阳能接收器加热的空气的余量被传递至两阶热交换机，在两阶热交换机中其用于加热上游的压缩空气。应该注意的是，在该实施例中还可以包括其他部件例如启动燃烧器和/或热回收单元。
实施例3
该实施例描述了一种没有包括储热系统的聚光太阳能发电系统。图10C包括示例系统的示意图。在该实施例中使用空气作为流体。过程气流的温度在图中示出。与在实施例2中所述的系统类似，将59°F的环境空气供应至压缩机，在压缩机中环境空气被压缩并且在包括一个、两个或更多个回流换热器的热交换系统中被加热至1700°F的温度。1700°F的空气经过涡轮机以发电，产生1100°F的排出流。涡轮机排出物(以及任选地，热交换系统排出物的一部分)被传输至太阳能接收器，在太阳能接收器中将上述排出物加热至1800°F。然后太阳能接收器加热的空气被传递至两阶热交换机，在两阶热交换机中其用于加热上游的压缩空气。
实施例4
该实施例描述了一种聚光太阳能发电系统，其中在该系统内使用一个、两个或更多个储热单元和一个、两个或更多个回流换热器。图10D包括示例系统的示意图。在该实施例中，使用单个旋转式热交换机，而没有使用两阶热交换机来加热来自压缩机的压缩空气。在图的左上角中示出旋转式热交换机的截面图。
图10D还包括两个储热单元。上述单元可以被配置成使得上述单元中的没有一个、一个或两个能够接收来自太阳能接收器的加热空气和/或将加热的空气提供给旋转式回热器以用于加热压缩空气气流至涡轮机。
实施例5
该实施例描述了一种聚光太阳能发电系统，其中两个或更多个压缩机和两个或更多个涡轮机用于产生能量。图10E包括示例系统的示意图。如在先前的实施例中一样，在图中提供了气流温度。
实施例6
该实施例描述了一种聚光太阳能发电系统，其中在单个系统中使用高压太阳能接收器和低压太阳能接收器。图10F包括示例系统的示意图。如在先前的实施例中一样，在图中提供了气流温度。在该实施例中的部件的布局类似于结合图10E所描述的布局。
尽管在本文中已经描述和图示了本发明的几个实施例，但是本领域技术人员将容易预见用于执行这里描述的功能和/或获得这里描述的结构和/或这里描述的一个或者更多个优点的各种其它手段和/或结构，并且每个这样的变化和/或修改都视为在本发明的范围内。更一般而言，本领域技术人员将容易认识到这里描述的所有参数、尺度、材料和配置旨在于举例说明，并且实际参数、尺度、材料和/或配置将依赖于对本发明的教导进行运用的一个或者多个具体应用。本领域技术人员将认识或者能够确定仅使用常规实验即可获得与这里描述的本发明具体实施例等效的具体实施例。因此将理解仅作为例子呈现前述实施例，并且在所附权利要求及其等效的范围内可以用具体描述和要求保护的方式之外的方式实施本发明。本发明涉及这里描述的各单独特征、系统、产品、材料和/或方法。此外，两种或者更多这样的特征、系统、产品、材料和/或方法如果并非互不一致，则它们的组合包含于本发明的范围内。
除非有相反指明，不定冠词“一个/一种”如在说明书中和在权利要求书中使用的那样应当理解为意指“至少一个/一种”。
措词“和/或”如在说明书中和在权利要求书中使用的那样应当理解为意指这样联合的元素中的“任一个或者两个”，即在一些情况下共同存在而在其它情况下分开存在的元素。除了由措词“和/或”具体标识的元素之外的其它元素无论与具体标识的那些元素相关还是无关都可以任选地存在。因此，作为非限制性的例子，“A和/或B”这个引用在与开放式语言如“包括”结合使用时，可以在一个实施例中仅指代A没有B(任选地包括除B之外的元素)，在另一实施例中仅指代B没有A(任选地包括除A之外的元素)，在又一实施例中指代A和B(任选地包括其它元素)等等。
如在说明书中和在权利要求书中使用的那样，“或者”应当理解为具有与上文定义“和/或”相同的含义。例如，当分离列表中的项目时，“或者”或者“和/或”应当解释为包括性的，即既包括多个元素或者元素列表中的至少一个也包括多于一个，并且任选地包括附加的未列举元素。只有比如“……中的仅一个”或者“……中的恰好一个”或者在使用于权利要求书中时“由……构成”这样的有相反指明的用语将指代包括多个元素或者元素列表中的恰好一个元素。一般而言，如这里使用的用语“或者”在前文有排他性的用语如“任一个”、“……之一”、“……中的仅一个”或者“……中的恰好一个”时应当仅解释为表示排他性的选择(即“一个或者另一个但不是二者”)。“实质上由……构成”在使用于权利要求书中时应当具有如它在专利法领域中使用的普通含义。
如在说明书中和在权利要求书中使用的那样，短语“至少一个”在提及一个或者更多个元素的列表时应当理解为意味着从元素列表中的任何一个或者更多个元素中选择的至少一个元素，但是并非必然地包括在元素列表中具体列举的所有每个元素中的至少一个元素，也不排除元素列表中的元素的任何组合。这个定义也允许除了在短语“至少一个”所提及的元素列表内具体标识的元素之外的元素，无论与具体标识的那些元素相关还是无关，都可以任选地存在。因此，作为非限制性的例子，“A和B中的至少一个”(或者等效地“A或B中的至少一个”或者等效地“A和/或B中的至少一个”)可以在一个实施例中指代至少一个任选地包括多个A而不包括B(并且任选地包括除B之外的元素)，在另一实施例中指代至少一个任选地包括多个B而不包括A(并且任选地包括除A之外的元素)，在又一实施例中指代至少一个任选地包括多个A以及至少一个任选地包括多个B(并且任选地包括其它元素)等等。
在权利要求书中以及在以上说明书中，诸如“包括”、“携带”、“具有”、“包含”、“涉及到”、“保持”等所有过渡短语将理解为开放式，即意指包括但不限于。只有过渡短语“由……组成”和“实质上由……组成”才应当分别是封闭式或者半封闭式过渡短语，如在United States Patent Office Manual of Patent Examining Procedures(美国专利局专利审查程序指南)第2111.03节中阐明的那样。

Claims (19)

1.一种太阳能接收器，包括：
低压流体室，其被配置成在高达2个大气压的压力下操作并且包括流体入口、流体出口、以及用于接收聚光太阳辐射的开口；
太阳能吸收器，其被容纳在所述低压流体室内；以及
多个透明物体，其限定了所述低压流体室的分段壁，其中，所述分段壁配置有所述透明物体之间的间隙；
其中，通过所述开口接收的聚光太阳辐射穿过所述分段壁以及所述透明物体之间，以传递到所述低压流体室中并且射到所述太阳能吸收器上。
2.根据权利要求1所述的太阳能接收器，其中，所述低压流体室限定从所述流体入口到所述流体出口的流体流动路径，
其中，在所述流体入口与所述流体出口之间，所述流体流动路径跨越所述透明物体的至少一部分并且穿过所述太阳能吸收器内的一个或更多个通道而延伸。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能接收器，
其中，所述多个透明物体被配置成使得：当所述低压流体室内的压力低于所述太阳能接收器周围的环境压力时，所述太阳能接收器周围的流体穿过所述多个透明物体之间的所述间隙被吸入所述低压流体室内。
4.根据权利要求3所述的太阳能接收器，其中，所述低压流体室被配置成使得通过所述多个透明物体之间的所述间隙被吸入到所述低压流体室内的所述流体进入所述流体流动路径。
5.根据权利要求4所述的太阳能接收器，其中，所述低压流体室被配置成在低于大气压的压力下操作。
6.一种发电系统，包括：
根据权利要求1所述的太阳能接收器；
压缩机；
涡轮机；
第一储热系统；
第二储热系统；和
阀子系统，所述阀子系统被配置成使得：
在第一阀位置，在所述太阳能接收器与所述第一储热系统之间存在第一流体通路，并且在所述压缩机、所述涡轮机和所述第二储热系统之间存在第二流体通路；以及
在第二阀位置，在所述太阳能接收器与所述第二储热系统之间存在第三流体通路，并且在所述压缩机、所述涡轮机和所述第一储热系统之间存在第四流体通路。
7.根据权利要求6所述的发电系统，其中，所述阀子系统包括多个三通阀。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的发电系统，其中，所述第一流体通路和所述第三流体通路包含压力小于或等于2个大气压的流体。
9.根据权利要求8所述的发电系统，其中，所述第二流体通路和所述第四流体通路包含压力大于2个大气压的流体。
10.根据权利要求9所述的发电系统，其中，所述第一流体通路和所述第二流体通路彼此流体地隔离。
11.根据权利要求10所述的发电系统，其中，所述第三流体通路和所述第四流体通路彼此流体地隔离。
12.根据权利要求6或7所述的发电系统，其中，所述第一储热系统和/或所述第二储热系统均包括单个储热单元。
13.根据权利要求6或7所述的发电系统，其中，所述第一储热系统和/或所述第二储热系统均包括多个储热单元。
14.一种发电系统，包括：
第一流体通路，其将根据权利要求1所述的太阳能接收器与第一储热系统流体地互相连接；以及
第二流体通路，其将压缩机、涡轮机和第二储热系统流体地互相连接，其中，
所述第一储热系统与所述第二储热系统流体地隔离，并且
所述系统被配置成使得所述太阳能接收器在以下时间的至少一部分期间对所述第一流体通路内的流体进行加热：在所述涡轮机被用于使用所述第二流体通路内的流体产生电力期间。
15.根据权利要求14所述的发电系统，还包括阀子系统，所述阀子系统被配置成使得：
当所述阀子系统处于第一阀位置时，所述第一流体通路使流体在所述太阳能接收器与所述第一储热系统之间传输，并且所述第二流体通路使流体在所述压缩机、所述涡轮机和所述第二储热系统之间传输，以及
当所述阀子系统处于第二阀位置时，第三流体通路使流体在所述太阳能接收器与所述第二储热系统之间传输，并且第四流体通路使流体在所述压缩机、所述涡轮机和所述第一储热系统之间传输。
16.根据权利要求14至15中任一项所述的发电系统，其中，所述第一流体通路包含压力小于或等于2个大气压的流体。
17.根据权利要求16所述的发电系统，其中，所述第二流体通路包含压力大于2个大气压的流体。
18.根据权利要求14或15所述的发电系统，其中，所述第一储热系统和/或所述第二储热系统均包括单个储热单元。
19.根据权利要求14或15所述的发电系统，其中，所述第一储热系统和/或所述第二储热系统均包括多个储热单元。
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