CN107003033A - 用于太阳能蒸汽发生的蓄热装置及相关的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了适用于存储太阳能的蓄热装置，以及相关联的系统和方法。具有代表性的系统包括存储壳体，其包含工作流体。工作流体进液管与存储壳体耦接。多个混凝土板被设置在壳体内，相邻的混凝土板至少部分形成单独的流道。工作流体出液管与壳体耦接。控制器维持流道内的工作流体的显著层流。在一些实施方式中，工作流体可以是具有沸点为300℃或者更高的热油。

Description

用于太阳能蒸汽发生的蓄热装置及相关的系统和方法
相关申请交叉引用
本申请要求2014年10月23日提交的申请号为62/067,806的美国临时申请的优先权，在此通过引用被全文并入。
技术领域
本技术总体上涉及用于储存由太阳能聚光器产生的能量的技术，包括用于经济的、稳定的蓄热的方法和装置，以及相关的系统。
背景技术
随着化石燃料变得越来越稀少，能源产业已经研发出了更加精良的技术，用于开采先前由于难度大或成本高而无法开采的燃料。其中一项技术包括将将蒸汽注入含油层中以释放石油。例如，蒸汽可以被注入油井和/或油井的周围，蒸汽的高温加热邻近的岩层以及岩层中的石油，从而降低石油的粘度，使得石油更容易流动至油田的表面。为了让石油开采更加经济，蒸汽可以通过太阳能产生，例如，使用带有聚光器(例如反射镜)的太阳能发电系统将太阳能引导至接收器(例如包含工作流体的管道)。聚光器将太阳能从相对大的区域(例如反射镜被日射的区域)聚集到接收器上相对小的区域(例如管道的轴向横截面区域)，从而在接收器上产生相对高的能量通量。因此，当工作流体流经经受高能量通量的接收器时发生了相变(例如从水变为蒸汽)。一般地，需要稳定的蒸汽供应以确保油田能够稳定产出石油。但是，通过太阳能聚光器的蒸汽的产量是太阳日射量的函数，而太阳日射量本质上是周期性变化的(例如，白天/夜晚、晴天/阴天、冬季/夏季等等)，因此，在某些领域的应用中，太阳能发电系统包括太阳能蓄热装置，当日射量高的时候能够储存过剩的能量，并在日射量低或消失时释放能量。下面将描述这样的系统的一种示例。
图1是现有技术中用于产生蒸汽的系统的示意图。在所示的系统中，太阳13向曲面聚光器(例如反射镜)11发射太阳辐射14，其具有对应于接收器12的位置的线聚焦。因此，太阳辐射14从相对大的曲面聚光器11聚集到接收器12上相对小的区域。当水W流经接收器12时，高度聚集的太阳能导致水从水W到蒸汽S的相变。蒸汽的第一部分(S1)被引导至油井18或其周围，并且蒸汽的第二部分(S2)被引导至热交换器15。阀门V保持蒸汽S1和蒸汽S2的流动之间的适当的平衡，例如，当蒸汽产量相对较低时，阀门V可以被完全关闭，并且所有可用的蒸汽被引导至油井18。当有过剩的蒸汽可用时(例如，在高日射量的期间)，蒸汽的第二部分S2进入热交换器15，并与工作流体WF交换热能E，其中工作流体WF可以是，例如，蒸汽或热油，之后返回至接收器12的入口。根据在热交换器15中的热能E的交换情况，蒸汽的第二部分S2的温度可能仍然高于水W的温度，从而减少水W所需的用于相变为蒸汽的太阳能的量。
正如前文所述，当日射量相对较高时，蒸汽的第二部分(S2)的温度足够高，能够在热交换器15中将热能传递给工作流体WF。之后工作流体WF再将热能传递至蓄热单元16。相反，当日射量相对较低时，蒸汽的第二部分(S2)的温度也相对低，在热交换器15中蒸汽的第二部分(S2)接收来自工作流体WF传递来的热能。总之，当日射量相对较高时被储存在蓄热装置16中的热能在日射量相对较低时被传递回蒸汽。这种热能到蓄热装置16以及来自蓄热装置16的传递促使在油井18处的蒸汽的第一部分S1的更加均匀的流动。下面将描述现有技术中的蓄热装置的一些示例。
图2示出了根据现有技术的蓄热装置的部分20。在蓄热装置(例如，图1中的蓄热装置16)的部分20中，混凝土砌块22包围管道21。当工作流体WF的温度相对较高时，流经管道21的工作流体WF的流动加热相邻的混凝土砌块22。这部分热循环一般发生在日射量高的时期。相反，当日射量较低时，混凝土砌块22加热工作流体WF，然后工作流体WF再将热能传递回在热交换器15(图1)中的水/蒸汽。因此，蓄热装置16能够回收一些由于日射量的周期循环可能会被浪费掉的热能。但是，所示的系统有一些缺陷。例如，管道21相对昂贵，使得整个蓄热装置16较昂贵。由于管道21的相对密集的分布，蓄热装置16中包含的工作流体WF的量可以是相对较多的，从而进一步增加了蓄热装置16的成本；此外，管道21和混凝土砌块22之间的连接处的热传递的速率低，导致蓄热过程的效率下降。
图3是根据现有技术的另一种蓄热装置30的局部截面示意图。第一工作流体WF1(例如蒸汽或油)流经管道系统33并与蓄热装置30中包含的第二工作流体WF2(例如油)交换热能。在高日射量时期，第二工作流体WF2能够被第一工作流体WF1加热，并且在低日射量时期，第一工作流体WF1能够被第二工作流体WF2加热。一般地，由于第二工作流体WF2拥有相对较高的热容量和沸点，因此能够在不受压的条件下吸收相对较大量的热。因为第二工作流体WF2通常价格较高，相对便宜的混凝土板31可以被插入到蓄热装置30中以降低蓄热装置30中所需的第二工作流体WF2的体积。为了提高热传递到混凝土板31/从混凝土板31传递热，泵32使得第二工作流体WF2在蓄热装置30中循环。但是，混凝土板31周围的第二工作流体WF2的流动仍可以显著变化，导致在加热或冷却混凝土板31时的热非均匀性，从而降低了整个系统的热容量。不仅如此，泵32是整个系统中潜在的故障点。因此，需要一种便宜的且热效率高的蓄热装置以促进太阳热量的储存和回收。
附图说明
图1为根据现有技术的用于产生蒸汽的系统的示意图；
图2示出了根据现有技术的蓄热装置的部分；
图3为根据现有技术的蓄热装置的局部截面示意图；
图4A至图4C为根据当前所公开的技术的实施方式的蓄热装置的局部截面示意图；
图5A和图5B为根据当前所公开的技术的实施方式的蓄热装置的板的布置的局部示意图；
图6A至图6C为根据当前所公开的技术的实施方式的制造蓄热装置的模具的示意图；
图7A和图7B为根据当前所公开的技术的实施方式的用于制造蓄热装置的牺牲板的局部等距示意图；
图8A和图8B为根据当前所公开的技术的实施方式的蓄热装置的局部等距示意图；
图9示意性地示出了根据当前所公开的技术的实施方式的蓄热装置的布置。
具体实施例
1.0介绍
下文将描述代表性的蓄热技术、相关联的系统、以及制造和使用的方法的若干实施方式的具体细节。蓄热技术能够与太阳能系统配合使用在油田、发电、住宅或工业加热等领域中。本发明的实施方式能够被用于在，例如，高日射量期间，储存过剩的热能，并在，例如，低日射能量期间，补充蒸汽产量。本领域的技术人员也应该理解本技术可能包含其他实施方式，并且本技术可以在不具备下文结合图4A至图9所描述的实施方式的若干细节的情况下实施。
简而言之，在此公开了储存热能(热量)的方法和系统。公开的方法和系统能够获得成本效益和热能的稳定的存储和回收。与前文所述的传统的蓄热装置相反，本技术使用相互紧密间隔的薄构件(例如，薄板)。相较于较厚的板，相对薄的构件(例如，薄混凝土板)在厚度方向上具有更加均匀的温度分布。因此，每单位质量的薄板能够储存更多的热量，且板的整个横截面处于或接近于等温状态。因为这样的板可以比用相同材料制成的厚板更快建立最终温度梯度，因此这样的板能够更加快速地储存和释放热量。另外，相对薄而紧密间隔的板具有相对大的区域用于热交换，导致更快的热量储存或释放过程。不仅如此，本公开的方法和系统控制工作流体(例如，热油)的流动，使之处于大体上层流态，这样做是有好处的，因为层流态的压降比那些与湍流态相关联的压降小。与本技术相反，现有技术依赖于能够导致具有较高传热系数(此通常为所期望的结果)的湍流，但代价是在系统中的显著较高的压降。通过本技术，层流是通过在邻近的板间的通常较小的距离而得到促进，以及，至少在一些实施方式中，通过控制器限制邻近的板间的空间中的工作流体的流速来促进。在若干实施方式中，层流使得在系统中的较低压降的优点足以抵消其较低的热传导系数的潜在缺点。
在本发明的一些实施方式中，可以在安装位置上制造薄板。例如，将牺牲材料(例如，石蜡板)间隔地放置在模具中，再将混凝土加入至模具内，当在模具中的混凝土凝固后(例如，形成了混凝土板)，即可去除牺牲材料(例如，通过熔化)。在安装位置上进行制造能够降低对于通常是体积大、质量大的蓄热装置的运输成本。在至少一些实施方式中，牺牲材料可以具有孔，这些孔使得混凝土板在模具中相互连接。当倒入模具中的混凝土凝固后即可去除牺牲材料，相互连接的混凝土板可以具备：(1)提升的抗裂性，这是由于板间的连接的额外的结构强度，和/或(2)提升的热传递效果，这是由于在工作流体的流动中该连接创建的额外的热传递区域。
下文所描述的本技术的许多实施方式可以采用计算机或控制器可执行的指令的形式，包括可编程的计算机或控制器执行的程序。相关领域的技术人员能够理解，本技术可以被应用于除下文所展示或描述的以外的计算机或控制器系统。本技术可体现在经过特定的编程、配置或构建的专用的计算机、控制器或数据处理器中，以执行下述的一条或多条计算机可执行指令。因此，在本文中通常被使用的术语“计算机”和“控制器”是指任何数据处理器，且可以包括网络设备和手持装置(包括掌上计算机、可穿戴计算机、蜂窝或移动电话、多处理机系统、基于处理器的或可编程的消费电子产品、网络计算机、小型计算机等)。由这些计算机处理的信息能够被呈现在任何合适的显示媒体上，包括CRT显示器或LCD。
本技术还可以被应用于分布式环境中，其任务或模块由通过通信网络被连接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块或子程序可位于本地和远程存储装置中。下文描述的本技术的方面可被储存于或分布在计算机可读介质中，包括磁或光学可读的或可移除的计算机硬盘，以及以电子地分布于网络中，针对本技术的方面的数据结构和数据的传输同样包含在本技术的实施方式的保护范围内。
2.0代表性的蓄热装置
图4A是根据本技术的实施方式被配置的蓄热装置400的局部截面示意图。该蓄热装置400可以包括被间隔设置和安置在壳体410中的板431(例如，混凝土板)，被连接到进液歧管414的进液管413，以及被连接到出液歧管424的出液管423。在一些实施方式中，板431可以大体上是平行且等距的。在操作中，工作流体WF(例如，热油)的流动(由箭头411所指示的)可以通过进液管413进入蓄热装置400。在一些实施方式中，进液歧管414的横截面大于进液管413的横截面，因此，当工作流体WF进入进液歧管414时，工作流体WF的流速下降并且压力增加，导致工作流体更加均匀地通过沿歧管414间隔设置的开孔412流出。结果是，工作流体可以更加均匀地离开歧管414并靠近板431。
相邻的板431之间的通道441的尺寸可以被调整以促使在通道内的显著层流。例如，在一些实施方式中，工作流体的流速和板431之间的间距可以被选择，使得雷诺数(即，[流体的流速]*[流道的特征尺寸]/[流体的动力粘性])小于2000-5000。本文中的术语“显著层流”包含在某些区域，例如，靠近板431的外缘的湍流或分流，但是在板431之间主要为层流。在本发明的一些实施方式中，相邻板431之间的间距(即，通道441的宽度)可以是1-2mm，这种板之间的间距也能够避免过低的雷诺数(例如，低于3左右)，其使得粘性力会主导流动并且板431之间的流动将过于缓慢。
通道441内的显著层流可以导致蓄热装置400内的压降相对低。相对较低的压降使得蓄热装置400的热性能对通道441的尺寸或形状中的缺陷和非均匀性所造成的影响较不敏感。即，工作流体的流速随着通道441的尺寸或形状中的非均匀性而变化，但是这种变化对层流的影响通常没有对湍流的影响明显。而传递至板431或从板431传递来的热量是工作流体的流速的函数，因此当通道441中为层流时，将会使得传递至板441或从板441传递来的热量变化会更小。
在流经通道441后，工作流体WF可以通过开孔422进入出液歧管424。正如关于进液歧管414的说明一样，出液歧管424的相对较大的直径降低了工作流体的流速从而提高了流经蓄热装置400时的均匀性。工作流体WF可以沿流动箭头421所指的方向经出液管423离开蓄热装置400，并可以流回到太阳能加热系统。
如前文所述，板431可以是相对薄的。例如，在一些实施方式中，单个板431的厚度可以是10-20或20-30mm。对于给定体积的蓄热装置400，相对薄的板431产生了相对较大的总的板表面积。因为热量是经由板431的表面区域在工作流体WF和板431之间传递的，因此板431更大的总表面积(相对于它们的体积)改进了到板或自板而出的热量的传递。这种改进的热量传递能够，例如，减少板431充分加热或冷却的时间，从而增加蓄热装置400的热效率。此外，相对于厚的板，沿板431的厚度方向的温度梯度从一块板至另一块板应该会更加均匀。对于一个单独的板，温度梯度应该会更窄，使薄板比厚板更快地达到均衡。在至少一些实施方式中，板可被设计为在板的厚度方向上的温度分布为在板的给定高度处的厚度方向上的平均温度的±5％或者±1％以内(即，温度沿厚度方向为等温条件的5％或1％以内)。另一部分实施方式中，温度的分布可以是不同的，例如，在板的厚度方向上温度分布可以在平均温度的±10％以内。在每日典型的日照循环中，传统技术中应用的厚板通常无法在板的厚度方向上达到上述窄范围的温度分布。
在至少一些实施方式中，工作流体WF可以在不加压的情况下能够承受相对高的温度(例如，300℃或者更高)，以便于向板431传递大量的能量。在一些实施方式中，工作流体WF可以是能够在更高温度下工作的熔盐(例如，500℃或者更高)。可选的涂层、镀层或其他密封材料或壳体可以在蓄热装置400整体或部分的周围提供隔离，例如，该隔离可包括空气屏障、织物隔离、气吹隔离、陶瓷隔离、和/或其他合适的结构。
图4B和4C是根据本公开的技术的实施方式所配置的蓄热装置400的板的局部示意图。图4B和图4C共同地示出了对流经通道441的工作流体的流动的平衡。在至少一些实施方式中，当工作流体向板431传递热量时(例如，当日射量相对较高时)，工作流体的流动方向可以是向下的，当板431向工作流体传递热量时(例如，当日射量相对较低时)，工作流体的流动方向是向上的。例如，图4B中的流动的方向是从顶部流向底部，其可代表板431被工作流体加热(例如，工作流体的温度高于板431)。图4C中的流动的方向是从底部流向顶部，这表示板431能够被工作流体冷却(例如，工作流体的温度低于板431)。图4B和图4C中的重力的方向均为从顶部至底部。通道441可以具有非均匀的宽度，例如，由于制造误差或公差所造成。例如，在图4B和图4C中，最左边的通道具有宽度W1，其大于最右边的通道的宽度W2。一般地，具有宽度W1的相对宽的通道将导致相对大的工作流体流速U1，这是由于与更宽的通道相关联的更小的压降。相反地，具有宽度W2的相对窄的通道，将导致相对小的工作流体流速U2。这种工作流体流速的非均匀性可能是不希望发生的，因为，例如，相较于其他板431，某些板431可能会被加热或冷却得过快或者过慢。例如，在一个加热周期中，邻近于宽通道的板431相较于蓄热装置400中其余的板被加热得更快，导致至少在部分加热周期中，流经宽通道的热工作流体的流动不从工作流体向板传递热量(例如，在板已经充分加热后)。如下文所述，这种不希望发生的工作流体流动或板的温度的非均匀性可以至少被部分抵消掉。
如前文所述，具有较大宽度W1的通道通常会产生相对较大的工作流体流速U1，较窄的通道宽度W2通常会产生相对较小的工作流体流速U2。在至少一些实施方式中，对于相对薄的板431，从工作流体至板的热量传递可以是相对快速的，即，板相对更快地达到工作流体的温度。例如，在图4B中，较高的流体流速U1(例如，最左边的板)相比于较低的流体流速U2(例如，最右边的板)更快地在通道中加热板的垂直长度。因此，对于宽通道W1的板上处于相对较高温度TH的垂直长度的部分比窄通道W2的板上处于温度TH的对应部分更大。相比于处于较低温度的工作流体，处于较高温度的工作流体的粘性更低、密度更低。因此，同通道W2中的(总体上)相对冷的流体相比，通道W1中的总体上相对热的流体具有总体上相对较小的粘性v1和较小的密度ρ1。相较于通道W1中的流体，对应于通道W1中的工作流体的较低的粘性v1能够进一步加快工作流体的流速。但是，在通道W1中总体上较热的流体也承受了较高的浮力，其可以至少部分抵消通道W1中的工作流体的较高的流速。即，浮力所促进的流动方向为从底部至顶部，也就是说，沿着与重力相反的方向。由于通道W1中的相对较小的密度ρ1，通道W1中的浮力作用将比通道W2更加明显。因此，至少在本发明的一些实施方式中，通道431中的工作流体的浮力能够使具有不同的宽度(例如，W1和W2)的通道内的流动至少大体上均匀。
图4C中，具有不同宽度(W1和W2)的两条通道中的工作流体的流动为从页面的底部流向页面的顶部，且与重力的方向相反。如前文所述，较宽的通道的压降系数通常小于相应的窄通道的压降系数，因此在较宽的通道中通常产生较高的工作速度。在一些实施方式中，进入通道的工作流体可能比板431的温度低，因此热量从板431传递至工作流体。正如前文所解释的，用宽通道W1中的相对较快的流速U1冷却板431通常导致板431上处于相对低温TC的垂直长度较长。相反地，窄通道W2中的相对慢的流速U2将导致板431上处于相对低温TC的垂直长度较短。由于通道441中的工作流体的密度与通道中工作流体的(整体)温度成比例，宽通道W1(由于工作流体的整体温度较低)中的工作流体的平均密度ρ1比相对应的窄通道W2中(由于工作流体的整体温度较高)的工作流体的平均密度ρ2更高。对于工作流体的垂直柱，相对较高密度ρ1使得在较宽通道W1中的相对较高的压头，以及相对较低的密度ρ2使得在较窄通道W2中的相对较低的压头。结果，较宽通道W1中的较高的压头趋向于降低较宽通道内的工作流体流速U1，较窄通道W2中的较低的压头趋向于促进(增加)较窄通道内的工作流体流速U2。综上，较宽通道W1和较窄通道W2的压头的差异促使具有不同宽度的通道内形成大致均匀的流动(或者至少更加均匀的流动)。
图5A和5B为根据本公开的技术的实施方式的用于蓄热装置的板的布置的局部示意图。图5A示出了板431，例如，混凝土板，图5B示意性地示出了在正常使用期间板431被加热时，板431的预期的热膨胀。在某个特定的实施方式中，单独的混凝土板431为0.5-1.5m深(D)、2.5-5m高(H)以及10-30mm厚(d)，并且在其他实施方式中板可以具有其他合适的尺寸。在操作时，工作流体WF进入相邻的板431之间的通道441，如流动箭头411所示，并且如流动箭头421所示离开通道。所以，在所示的本实施方式中，工作流体WF主要沿高度H的方向流入到通道441中。在一些实施方式中，由于在单独的通道441中的大致稳定的流动，板431的温度沿着流动的方向从T1均匀地变化至T2(当日射量高时T1大于T2，当日射量低时T2大于T1)。在至少一些实施方式中，理想的情况是，工作流体的流速和温度不会随着通道的改变而变化，或者至少不会显著地变化，对于各单独的板431能够具有相同或相当的温度曲线(例如，从T1至T2的相同或相当的温度梯度)。因此，在至少一些实施方式中，相邻的板431之间的距离(即，通道441的宽度W)基本上相同(除了，例如，制造误差和公差所造成的不一致)，以促使通道441中的相同的流速，以及各个板431中的相同的温度曲线。
图5B示意性地示出了根据本公开的技术的实施方式的板431的预期的热膨胀。如前文所述，相邻的板431间通道441的宽度可以被设计和形成为大致恒定。但是，板431中产生的裂缝(例如，由于热应力或振动)可能会改变通道的宽度。由于有这些裂缝，板431的一部分可能从板的主平面上偏移，从而改变通道441的有效宽度。例如，裂缝512可能使板431的一部分与板的其余部分分离。在某些情况下，板上分离出的部分可能移出板的主平面(例如，离开图5B中页面所在的平面)，在板431的一侧形成更宽的通道，并在板431的另一侧形成更窄的通道，从而影响通道内流动的均匀性。为了解决这个问题，本技术可以包括如下文所述的用于裂缝发展的一个或多个优选的方向。
图5B中，未加热的板431的初始轮廓520以实线在图中示出。当工作流体在通道441中向下行进时(沿着高度H的方向)，工作流体加热板431。板的上部达到了比板的下部温度T2更高的温度(T1)。加热后的板431的轮廓在图5B中以虚线示出(为了说明，以夸大的方式示出)，并指出板431上部的深度DH大于板下部的深度DC。深度DH和DC之间的差异促使对角裂缝511沿板的对角线进行延伸。这种对角裂缝511通常不会使板的部分分离出板的主平面。在一些实施方式中，板431可以故意地削弱(例如，减薄)，以创造出用于裂缝510发展的优选的方向(例如，如在下文描述的参照图6A至图6C的通过成形石蜡板)。裂缝510和511不会(至少不会显著地)导致板的部分分离，以使得工作流体流经的通道的宽度发生改变。所以，即使当板431包括裂缝510和/或511，通道宽度依然能够保持大致恒定，且各通道内的工作流体的流动保持大致相等。
图6A是根据本技术的实施方式的用于制造蓄热装置的模具600a的示意图。图6B是模具600a的局部细节图。以下将一起讨论图6A和图6B。模具600a可以包括模具壳体610，其包含按照间隔或节距P布置牺牲板641(例如，由可熔化的石蜡制成)。在本技术的一些实施方式中，支撑结构的布置，例如凹槽611，能够使牺牲板641保持所需的间隔。在其他实施方式中，夹子、保持器、或其他合适的装置可被用于将牺牲板保持在适当的位置。在将牺牲板641布置在模具壳体610内之后，可以将成型材料631(例如，混凝土)倒入模具600a中(例如，倒入页面所在的平面)。在本技术的一些实施方式中，成型材料631可以被倒入至牺牲板641之间，以使流入牺牲板641之间的各间隔中的成型材料631的量近似。结果。结果是，混凝土对牺牲板641的两个对立侧面上的压力也相似，并且成型过程中牺牲板641大致保持其初始的位置和形状。在其他实施方式中，模具600a可以转动其侧面使牺牲板641水平放置。成型过程可以始于添加一定量的成型材料631以浇筑一块板431。接着，牺牲板641可以被放置在已添加的成型材料上，然后再添加一定量的成型材料，添加的量足以浇筑另一块板431。之后可以重复这个过程用于板431所需的数目。
当成型材料631凝固后，牺牲板641可以采用，例如，在足够高的温度下熔化它们的方式去除(例如，当牺牲板是由可熔化的石蜡或其他材料制成时)。在一些实施方式中，牺牲板可以通过化学反应去除，例如，溶解或气化牺牲板641。牺牲板641的深度D大致对应于通道441的深度D。在前文所述的任一实施方式中，当成型材料631凝固后，板431可以采用，例如，拆卸模具壳体610的方式去除。本技术的实施方式的一个优点为能够在不需要机器制造混凝土的情况下制造相对薄的板431。进一步地，至少在本发明的至少一些实施方式中，所示的成型过程能够在安装位置上进行，从而减少了运输成本和延迟。
图6C是根据本技术的实施方式的用于制造蓄热装置的模具600b的示意图。模具600b可以包括模具壳体610，其包含牺牲板641(例如，由可熔化的石蜡或塑料制成)。牺牲板641可以是大致水平放置，但无需严格地水平，且可以总体上呈波浪状。在本技术的一个实施方式中，制造板631的工艺可以首先在模具壳体610的底部浇筑混凝土，然后在混凝土上放置牺牲板641(或者浇筑牺牲板641的材料)。之后可以浇筑另一层混凝土(或者其他板材料)，再是另一层牺牲板641，这个过程持续进行。混凝土(或板631的其他材料)凝固后，牺牲板641采用，例如，熔化或化学反应的方式去除。所产生的通道(之前牺牲板641所在的位置)可以具有大致恒定的宽度W。因此，对于流进或流出页面的工作流体的流动，即使通道是波浪形的，通道的宽度W也基本上是恒定不变的(制造或公差变化除外)。至少在一些实施方式中，无需制造平整的板能够简化制造工艺和/或使制造工艺更加稳定。
图7A-B为根据本公开的技术的实施方式所配置的牺牲板的局部等距示意图。图7A和7B分别示出了牺牲板712a和712b，其具有深度DS和高度HS，其基本决定了蓄热装置中的相应通道的深度或高度。在图7A所示的一个实施方式中，牺牲板712a基本上实心的。使得成型的板具有基本平整的侧表面，且不与邻近的板连接。图7B所示的一个实施方式中，牺牲板712b包括开孔710，在成型过程中，允许成型材料流经开孔710，从一个被板占据的空间流动至另一个被邻近板所占据的空间。结果，模具中相邻板的侧表面可以通过开孔710中的成型材料相互连接。当牺牲材料被去除后(例如，通过熔化)，相邻板间的连接依然保持在适当的位置上。总的来说，连接能够增加结构强度，并且减少相对细长的板上产生的裂缝。不仅如此，在操作过程中，当工作流体在通道中流动时，工作流体也可以围绕相邻板之间的连接流动。因此，连接可以为工作流体与板之间的热交换提供额外的面积。此外，该连接还能够保持板之间设计好的间隔，使得板之间通道的宽度也能够被保持。所示的开孔710基本是椭圆的，但是在其他实施方式中也可以是其他的形状(例如，沿着流动方向的狭缝)。
图8A是根据本技术的实施方式被配置的蓄热装置800的局部等距示意图。图8B是蓄热装置800的部分的详细视图。所示的蓄热装置800包括若干个沿长度L布置的板431。该板431具有厚度t、深度D和高度H。相邻板之间的间隔对应于通道441的宽度W。连续的通道441之间的距离为节距P。流动箭头411、412指出了工作流体WF的流动方向。在操作中，工作流体WF可以从蓄热装置800的顶部经通道441流动至蓄热装置800的底部，并向或从板431传递热量。正如流动箭头421所示出的那样，工作流体WF从蓄热装置800的底部离开。
图8B示出了板431的布置的部分。在所示的实施方式中，底座板811支撑板431在相对应的底座槽812内。底座槽812的宽度与板431的厚度大致相同。在另外的实施方式中，底座槽的宽度可以大于板431的厚度。在一些实施方式中，附加的底座板811能够在，例如板431的拐角处，对板431进行支撑，使板保持大体上垂直的位置。相邻的底座槽812之间的距离能够至少部分决定通道441的宽度W。在本技术的一些实施方式中，底座板811可以使用与板431相同的材料(例如，混凝土)制成，以获得更低的成本和更短的生产周期。根据油田或其他应用领域所需的蒸汽量，单个蓄热装置800可能不具备足够的容量，因此，多个蓄热装置800可以被布置在一起，如下文参照图9所描述的一样。
图9示意性地示出了根据本公开的技术的实施方式的多个蓄热装置的布置900。所示的实施方式包括三台蓄热装置(第一至第三台装置被标示为900a至900c)，且在其他实施方式中，布置可以包括其他数目的蓄热装置，这取决于(例如)具体应用中所需的总蓄热容量。在任一实施方式中，当日射量相对高时，工作流体通常(例如，大多数时间)向蓄热装置中的板传递热量。相反，当日射量相对低时，板通常向工作流体传递热量。
在所示的布置900中，工作流体WF可以按单元顶部处的流动箭头411a所示的进入第一蓄热装置900a，当工作流体WF向蓄热装置900a的板传递热量后，再按单元底部处的流动箭头421a所示流出。蓄热装置900a至900c以串联的方式布置，例如，工作流体WF从第一蓄热装置900a的出口流动至第二蓄热装置900b的进口，并且，离开第二蓄热装置900b后，进一步流入第三蓄热装置900c的进口。工作流体WF流经蓄热装置900a至900c的这种布置可以对应于相对高的日射量。相反地，当日射量较低时，工作流体WF可以从第一蓄热装置900a的底部流入，流经第一蓄热装置900a时，从第一蓄热装置900a的板处获得热量，之后从第一蓄热装置900a的顶部流出，并进入第二蓄热装置900b的底部，再继续进入第三蓄热装置900c。
布置900是蓄热装置的简单布置，其他特定领域的串联或并联布置可以被应用于其他实施方式中。进一步地，三台蓄热装置被示为具有大致相同的形状和尺寸，但是在其他实施方式中，蓄热装置可以具有不同的形状和/或尺寸。
布置900可以包括阀门，被放置用于调节流经任一蓄热装置或蓄热装置的组合的工作流体流量。在一些实施方式中，阀门可以通过控制器901控制，以限制或阻断流向一些蓄热装置的工作流体的流动，这取决于，例如，日射量和油田中所需的蒸汽的产量。在其他实施方式中，控制器901能够控制阀门901-913，以保持流经布置900中的蓄热装置或者至少流经一些蓄热装置为层流或者大体上为层流。在其他实施方式中，布置可以包括其他数目和/或位置的阀门。控制器901还可以包括计算机可读介质(例如，硬盘、可编程存储器、光盘、非易失性存储器等等)，其承载基于计算机的指令，用于引导阀门910-913和/或装配和/或更大系统的其他组件的操作。
在某特定的实施方式中，上述的系统可以包括槽形、基于反射镜的太阳能聚光器。在其他实施方式中，太阳能收集系统可以包括其他类型的太阳能收集器，包括但不限于点源收集器、塔式收集器、碟式收集器、和/或菲涅尔收集器。前文记载的系统的特定实施方式以水作为工作流体。在其他实施方式中，系统可以采用其他类型的工作流体，或者不同工作流体的组合，以大致相同的方式进行操作。
虽然前文的某些实施方式的上下文中记载了与那些实施方式相关联的各种优点和特征，但是其他的实施方式也可以展示出这种优点和/或特征，并且并非所有的实施方式都必须展示这样的优点和/或技术特征以落入本技术的保护范围中。因此，本公开可以包括在此美国明确示出或描述的其它实施方式。
在某种程度上若任何通过引用被并入的材料与本公开相矛盾，以本公开为准。

Claims (35)

1.一种用于储存太阳能的系统，包括：
存储壳体；
工作流体进液管，其与所述存储壳体耦接；
多个混凝土板，其被设置于所述壳体中，其中相邻的板至少部分形成单独的流道；
工作流体出液管，其与所述壳体耦接；以及
控制器，其引导工作流体以层流流速在所述流道中流动。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括所述工作流体。
3.根据权利要求1所述的系统，其中单个流道的宽度在相邻的板之间是大体上均匀的。
4.根据权利要求1所述的系统，其中单独的流道具有大体上的矩形的横截面。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述多个板包括：
第一板，其具有与所述工作流体接触的第一表面，以及
与所述第一板相邻的第二板，所述第二板具有面向所述第一板的所述第一表面的第二表面，其中所述第一表面和所述第二表面通过多个混凝土连接被相互连接。
6.根据权利要求1所述的系统，其中单个流道的宽度为1-2mm。
7.根据权利要求1所述的系统，其中单个板的厚度为10-30mm。
8.根据权利要求1所述的系统，其中流经单个流道的所述流动的雷诺数小于2000。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述工作流体为沸点至少为300℃的油。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括：
进液歧管，其与所述进液管流体连通，其中所述进液歧管的流动面积大于所述进液管的流动面积，并且其中所述进液歧管具有第一多个开孔，其被设置以在所述壳体中分配所述工作流体；以及
出液歧管，其与所述出液管流体连通，其中所述出液歧管的流动面积大于所述出液管的流动面积，并且其中所述出液歧管具有第二多个开孔，其被设置以引导所述工作流体进入所述出液歧管并进入出液管。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述存储壳体为第一存储壳体，所述系统进一步包括第二存储壳体，其与所述第一存储壳体串联的流体连通，其中所述第一存储壳体内的所述板的布置与所述第二存储壳体内的所述板的布置大体上类似。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述存储壳体为第一存储壳体，所述系统进一步包括第二存储壳体，其与所述第一存储壳体并联的流体连通，其中所述第一存储壳体内的所述板的布置与所述第二存储壳体内的所述板的布置大体上类似。
13.根据权利要求1所述的系统，其中至少一个混凝土板包括裂缝，所述裂缝从所述至少一个混凝土板的第一侧边缘延伸至第二侧边缘。
14.一种用于储存太阳能的方法，包括：
引导工作流体通过进液管进入存储壳体；
引导所述工作流体经过所述存储壳体内的多个流道，所述流道至少部分以相邻的混凝土板为边界；
从所述工作流体传递热量至所述混凝土板；以及
引导所述工作流体经过出液管流出所述存储壳体；
其中流经所述多个流道的所述工作流体的流动是层状的。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
引导所述工作流体流经进液歧管，所述进液歧管与所述进液管流体连通，其中所述进液歧管具有第一多个开孔，其被设置以引导所述工作流体流出所述进液歧管，并且其中所述进液歧管内的所述工作流体受到大体上均匀的压力，以及
引导所述工作流体流经出液歧管，所述出液歧管与所述出液管流体连通，其中所述出液歧管具有第二多个开孔，其被设置以引导所述工作流体流入所述出液歧管。
16.根据权利要求14所述的方法，其中单个流道具有大体上矩形的横截面。
17.根据权利要求14所述的方法，其中单个流道的宽度为1-2mm。
18.根据权利要求14所述的方法，其中单个板的厚度为10-30mm。
19.根据权利要求14所述的方法，其中流经单个流道的所述流动的雷诺数小于2000。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个流道具有宽度小于1-2mm，所述方法还包括：
引导所述工作流体流经宽流道，所述宽流道具有宽度大于1-2mm；
通过使用流动浮力平衡所述宽流道中的所述工作流体的所述流动；以及
将所述宽流道中的所述工作流体的所述流动维持在显著层流态内。
21.一种用于制造太阳能储存单元的系统，包括：
模具壳体；
在所述模具壳体中的多个牺牲板；以及
用于支撑所述牺牲板的多个支撑部分，
其中，所述牺牲板为可熔化的或者化学上可溶解的，以在所述模具壳体中形成流道。
22.根据权利要求21所述的系统，还包括混凝土材料，其与单独的牺牲板相邻。
23.根据权利要求22所述的系统，其中至少一个牺牲板上设置有孔，并且其中所述混凝土材料至少部分地填充所述孔。
24.根据权利要求21所述的系统，还包括加热器，其被设置以熔化所述牺牲板。
25.根据权利要求21所述的系统，其中单独的牺牲板具有1-2mm的厚度。
26.根据权利要求21所述的系统，还包括具有第一多个开孔的进液歧管以及具有第二多个开孔的出液歧管。
27.一种用于制造太阳能储存单元的方法，包括：
在模具壳体中布置多个牺牲板；
向所述模具壳体添加混凝土材料以用于形成混凝土板；以及
从所述模具壳体中除去所述多个牺牲板以形成相邻混凝土板间的流道。
28.根据权利要求27所述的系统，其中所述牺牲板为石蜡板，并且其中去除所述牺牲板包括熔化所述牺牲板。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述多个牺牲板的单独的牺牲板是大体上平行的。
30.根据权利要求27所述的方法，其中所述多个牺牲板的单独的牺牲板是大体上等间距的。
31.根据权利要求27所述的方法，其中至少一个牺牲板具有填充有所述混凝土材料的多个孔。
32.根据权利要求27所述的方法，还包括：
去除所述模具壳体，以及
将所述混凝土材料放入所述热存储壳体中。
33.根据权利要求32所述的方法，还包括：
将进液歧管添加到所述存储壳体上，具有第一多个开孔的所述进液歧管与所述流道流体连通，以及
将出液歧管添加到所述存储壳体上，具有第二多个开孔的所述出液歧管与所述流道流体连通。
34.根据权利要求27所述的方法，还包括：
在所述太阳能储存单元进行操作的位置处装配所述太阳能储存单元。
35.根据权利要求27所述的方法，还包括：
在至少一个混凝土板中形成薄弱区域，其中所述薄弱区域生成用于所述混凝土板上由于热诱导产生的裂缝的优选的路径，并且其中所述优选的路径从所述至少一个混凝土板的第一侧边缘延伸至第二侧边缘。
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