CN111052399A - 通过菲涅耳透镜通道实现的改进的聚光太阳能发电设备 - Google Patents

Abstract

一种用于捕获热能形式的直射法向辐射(DNI)并将热形式的热能存储在多种储热材料中以用作热源的聚光太阳能发电(CSP)设备。该设备包括至少一个菲涅耳透镜通道12。采用了一种包含再循环TES材料的接收器7。该设备可以进一步包括FLT 12，该FLT 12包括至少三个非成像聚光光学元件和至少一个包围式线性菲涅耳反射器13，以向FLT 12的不接收DNI的每一侧供能，并且包括至少一个带屏蔽的反射器和透镜安装件(RLMS 14)，该可旋转装置包括一对中心毂，用于将RLMS 14连接到旋转装置，并向RLMS 14提供旋转运动，其中负载由安装承载基座承受。

Description

通过菲涅耳透镜通道实现的改进的聚光太阳能发电设备

相关申请的交叉引用和优先权

本申请要求于2017年8月24日提交的印度专利申请201721030093的优先权。

技术领域

本发明涉及热能存储领域，尤其涉及能够捕获热能形式的直射法向太阳辐射并以热源形式来存储热能以用于各种应用的聚光太阳能发电设备。

背景技术

在背景技术部分中讨论的主题不应仅仅由于其在背景技术部分中被提及而被认为是现有技术。类似地，在背景技术中提到的或与背景技术的主题相关的问题不应被认为是现有技术中先前已经认识到的。背景技术部分中的主题仅表示不同的方法，其本身也可以对应于所要求保护的技术的实现。

当前，许多聚光太阳能发电设备或装置被用于通过使用反射器将大面积的阳光聚集到小面积来产生太阳能。这种热量通常被存储或用于驱动热力发动机或用于任何其他目的。

目前，使用成像光学器件的聚光太阳能发电技术有四种类型，包括具有吸收管的线性菲涅尔反射器、具有定日镜的太阳能塔(带有2轴跟踪的反射镜称为定日镜)、具有接收器的碟式聚光器以及具有吸收管的抛物线直通。此外，使用平面成像光学器件的现有技术包括具有吸收管的线性菲涅尔反射器和具有定日镜的太阳能塔。

在使用平面成像技术的上述两种技术中，太阳能塔产生的温度最高，其周围的反射镜将光反射到中央高架塔上，其中接收器位于定日镜阵列的焦点处。太阳能塔产生的热约为650℃。通过将反射的聚光太阳辐射转换为熔融盐，在次级热交换器中产生蒸汽，该次级热交换器在涡轮机上膨胀以产生所需的电能。

另一方面，具有吸收管的线性菲涅尔反射器可以是旧的线性菲涅尔反射器系统，也可以是新的紧凑型线性菲涅尔反射器。新的紧凑型线性菲涅尔反射器由平行排列的反射器或反射镜以及围绕焦点延伸的吸收管组成。熔融盐流经吸收器，吸收器直接穿过反射镜的焦点。线性菲涅耳排列近似于槽系统的抛物线形状，可达到约550℃的温度。这种熔融盐被用作热源以产生蒸汽并发电。

通常，可行的聚光太阳能发电技术使用成像光学器件，并且该技术设想了将太阳辐射集中到称为焦点的点的设计。参考图7和图8，分别显示了规则或紧凑的线性菲涅尔反射器和定日镜场，其中，原理设计考虑有效地设想了反射器阵列，以将入射的太阳光线反射到点、线或圆，即有效地指向放置吸收管或接收器的二维固定标识/目标。这种考虑与几何光学原理一起导致这样的情况，其中，根据反射器的尺寸，可以得出反射器的无限数量和位置。

采用非成像光学技术的聚光太阳能发电正被用于超高温炉。如图9所示的若狭湾能源研究中心(Wakasa Wan Energy Research Centre,WERC)太阳能炉就是这样一个例子。该太阳能炉系统由一个带有9个部件的巨型菲涅尔透镜组成，每个部件的厚度为1300mm×1300mm×5mm。

该系统具有2轴跟踪功能。该炉可产生超过10kW的功率和在焦点处约2500℃的温度。最大的菲涅尔透镜由日本公司NKTJ有限公司制造。参考图12，示出了一个5mtrs×4mtrs的巨型透镜。非成像聚光太阳能发电的技术趋势是使用更大的菲涅耳透镜。

日本公司理研达芬奇有限公司(Riken and Da Vinchi Co.Ltd.)正在使用菲涅耳透镜为来产生用于运行旋转热机的热量。这家日本公司的工作基于旋转热机的原理，其中菲涅耳透镜安装在固定结构上。参照图10和图11，示出并描述了它们用于仰角跟踪(elevation tracking)的原理，这些原理已被要求保护并获得了固定的多边形太阳房“由切成多边形形状且没有运动部件的菲涅尔透镜构成的半球”的专利。

然而，已经观察到，使用成像光学器件的聚光太阳能发电(CSP)具有多个缺点。一个主要缺点是成像类型的太阳能聚光器的效率非常低。这种低效率是由于反射器和接收器之间的距离所导致的。巨大的反射器通常安装在具有跟踪装置的单极上。很多时候，由于风所引起的反射角的微小变化可能导致反射光束错过目标接收器。所达到的最大浓度约为设计接收角理论最大值的15％至20％。研究学者考虑的观点是，可以通过使用基于非成像光学器件的更精细的聚光器来实现接近理论最大值的可能性。

来自英国伯明翰的阿斯顿大学(Aston University)研究学者Nixon,J.D.、Dey,P.K.以及Davies,P.A于2010年在Energy,Vol.35,No.12,12.2010,p.5230-5240上发表的研究论文，其关于印度的特定主题“在印度西北部哪种太阳能集热技术最适合发电？使用层次分析法评估选项”(Which is the best solar thermal collection technology forelectricity generation in north-west India？Evaluation of options using theanalytical hierarchy process)。结论如下：“研究表明，带有次级复合抛物面聚集器或抛物面碟形反射器的线性菲涅尔透镜是印度西北部的首选技术。”

由于使用成像光学器件的技术效率低下，必须大幅增加额定容量的设备尺寸，以满足承诺的所需热能存储。这种缺点大大增加了土地需求和设备成本。这导致使用成像光学器件的在经济上不可行的小规模CSP。大多数现有的CSP都具有暴露的反射器，其覆盖的区域很大，因此需要连续清洁。此外，由于自然原因造成的损坏也是一个问题。

此外，基于历史/传统非成像光学器件的CSP具有其自身的局限性。例如，在将这些CSP菲涅尔透镜商业化生产之前，要使用工业级塑料。仅凸面玻璃透镜是可用的替代选项。这些凸透镜的局限在于它们非常重且体积大，无法用于CSP。在使用菲涅尔透镜进行加热和TES应用的大多数实验中，都存在增加透镜尺寸的概念。增大的尺寸通过处理大透镜和在焦点处实现的高温而引起主要问题。大镜片由PMMA(一种塑料)制成，并暴露于自然环境中。另外，这些透镜的物理保护是一个大问题，并且很多时候整个装置被封闭在能够滑出的封闭结构中，其中引入这种装置使得透镜不会干扰太阳能炉的工作。这样的系统对于实验设置是负担得起并且可接受的，但是对于商业应用来说是不可接受的。

发明概述

提供本概述是为了介绍用于远程操作来自泵的管理排放的相关系统和方法的概念，并且在以下详细描述中进一步描述了这些概念。本概述既不旨在标识所要求保护的主题的必要特征，也不旨在用于确定或限制所要求保护的主题的范围。

在一个实施例中，描述了一种聚光太阳能发电(Concentrated Solar Power，CSP)设备，其以热能形式捕获直射法向辐射(DNI)，并以热的形式将热能存储在多种储热材料(Thermal Storage Material，TES)中，以用作热源。该设备可以进一步包括至少一个菲涅尔透镜通道(Fresnel Lens Tunnel，FLT)，其具有预定的直径和预定的长度，以热点形式将DNI集中在内切接收器(inscribing receiver)上。该设备可以进一步包括接收器，该接收器包含再循环的TES材料并且具有预定的半径和预定的长度，该接收器还包括入口、提供加热表面的管状体和出口，其中入口是通过固定装置固定在入口歧管上，将出口通过固定装置固定在出口歧管上，并且接收器沿南北方向相对于地面水平地放置，使得热点能够沿着接收器的预定长度和横截面区域的外围产生，从而使得TES材料能够在管状体中被加热，其中接收器是单通道管状体或多通道管状体中的一种。该设备可以进一步包括FLT，该FLT包括至少三个非成像聚集光学元件，每个非成像聚集光学元件具有预定高度h、预定宽度w和预定焦距f，放置成使得高度h与包含预定FLT直径的圆相切，以形成具有N个侧面的FLT，其中N等于多个非成像光学元件的数量，非成像光学元件的高度h与包含预定FLT直径的圆相切，并保持所需的自由度进行径向进出运动，将FLT的每一侧平行于接收器的预定长度移动并由滑动装置保持，以改变位于可旋转装置的安装结构部件上的所产生的热点的径向距离，其中FLT的半径等于接收器的半径、非成像聚光器元件的焦距和容差之和，该容差等于FLT侧面的允许的径向进出运动，并且预定的FLT长度等于多个至少一个预定宽度w的总和，并具有利用旋转装置通过可旋转装置绕着内切接收器同心旋转的能力。该设备可以进一步包括至少一个包围式线性菲涅尔反射器(Enveloped Linear Fresnel Reflector,ELFR)，以向未接收DNI的FLT的每一侧供能，另外一个反射器用于不接收DNI的FLT的每一侧，其中每个反射器具有FLT的预定长度，通过固定装置将其固定在可旋转装置的固定结构部件上，使得入射的太阳光线在朝向和垂直于FLT相应侧面的方向上从相应的反射器反射，并能够通过旋转装置旋转，从而与可旋转装置一起与FLT一致地旋转。该设备可以进一步包括至少一个带屏蔽的反射器和透镜安装件(Reflector and Lens Mount with Shield，RLMS)，该可旋转装置包括用于将RLMS连接到旋转装置并向RLMS提供旋转运动的一对中心毂，用于通过滑动装置安装FLT的安装结构部件，用于通过固定装置固定ELFR并能够通过旋转装置与FLT和ELFR一起旋转的固定结构部件，围绕接收器同心并提供仰角跟踪以保持在接收器上生成的热点。该设备可以进一步包括至少一个主承载基座(Main Carrier Base，MCB)，该主承载基座(MCB)包括主承载空心笛卡尔装置和用于容纳和承载FLT、ELFR、RLMS、接收器的负载的设备，以及TES材料从隔热筒仓通过接收器再返回到筒仓完整的再循环回路，还包括通过质心牢固地保持的空心浮动基座，其通过旋转装置以所需的旋转自由度围绕垂直于地球表面并穿过MCB的质心的轴线旋转，并与空心的垂直立柱连接，立柱具有一定的高度，以允许通过固定装置将RLMS与ELFR固定；在立柱之间具有一定的宽度，以便允许通过保持装置将RLMS旋转装置的一侧以一定程度的旋转自由度保持到RLMS轮毂上，并且另一侧通过由一对水平稳定梁支撑的固定装置固定到的MCB上，其通过固定装置固定在空心基座上，并保持在圆形导轨上，该圆形导轨通过固定装置固定在隔热筒仓的顶部，该隔热筒仓装有再循环的TES材料，并与旋转装置耦合，以通过旋转装置使MCB旋转，围绕垂直于地球表面的轴线至少围绕太阳分点(Solar Equinox)旋转+/-23°，以向FLT CSP提供所需的方位角跟踪。

附图说明

参照附图来对详细说明进行描述。在附图中，附图标记的最左边的数字标识该附图标记首次出现的附图。在所有的附图中使用相同的附图标记来指代相同的特征和部件。

图1示出了根据本主题的实施例的点型菲涅耳透镜，其右侧示出了截面图。

图2示出了根据本主题的实施例的线性菲涅耳透镜。

图3示出了根据本发明主题的实施例的线性菲涅耳透镜和点型菲涅耳透镜的聚焦轮廓。

图4和图5示出了根据本主题的实施例的两个不同的再循环机构。

图6示出了根据本主题实施例的FLT CSP的截面图。

图7示出了根据本主题的实施例的线性菲涅耳透镜反射器和紧凑型线性菲涅耳透镜反射器的布置。

图8示出了根据本主题的实施例的定日镜场。

图9示出了具有本主题的实施例的用于聚光太阳能发电瓦卡萨湾能源研究中心(WERC)太阳能炉的非成像光学器件的设置。

图10和图11展示了Riken和Da Vinchi Co.Ltd.的两幅图，描述了根据本主题的实施例的仰角跟踪原理，这些原理已被要求保护并获得了固定的多边形太阳房“由切成多边形形状且没有运动部件的菲涅尔透镜构成的半球”的专利。

图12示出了根据本主题的实施例的尺寸为5mtrs×4mtrs的透镜。

在此必须注意，以上图7、8、9、10和11描绘了用于聚光太阳能发电的现有方法/装置/设备。下文中描述的附图与本发明提出的改进的聚光太阳能发电有关。

图13示出了根据本主题的实施例的FLT 12概念的图形表示。

图14示出了根据本主题的实施例的FLT 12的特写，该FLT 12具有透镜保持器31的阵列，其中4个透镜固定在每个透镜保持器上。

图15示出了根据本主题的一个实施例的三角形挤出的FFLT 12’和挤出成两部分的FFLT 12’。

图16示出了根据本主题的实施例的手动布置的特写，该手动布置包括多个平行的狭槽57，用于将透镜保持器31滑动和固定在ELFR透镜保持器安装环52上。

图17示出了根据本主题实施例的使用线性运动引导件的动力机构的特写。

图18示出了根据本主题的实施例的FLT 12设备的概念和发展。

图19和图20示出了根据本主题实施例的不使用编号为2和14的透镜阵列来将DNI反射离开反射器44的原因和MFLT的概念。

图21示出了根据本主题实施例的FLT 12的与4号透镜阵列相对应的4号反射器的最大理论尺寸的设计示例。

图22和图23示出了根据本主题实施例的在理论反射器44位置之间的偏移46。

图24和图25示出了根据本主题的实施例的手动布置。

图26示出了根据本主题的实施例的具有屏蔽件的RLMS反射器和透镜安装件。

图27示出了根据本主题的实施例的位于MCB 5结构上的齿轮箱主体。

图28、图29和图30示出了根据本发明主题的实施例的接合结构齿轮箱、花键支架和中心毂。

图31、图32和图33示出了根据本主题的实施例的在上午、中午和下午的高度跟踪倾斜。

图34示出了在暴风雨或雨天期间与MCB 5一起在屏蔽位置旋转和停放的RLMC14以及MCB旋转机构的特征。

图35示出了可以构建根据本主题的实施例的玻璃防尘罩66的适当布置。

图36示出了根据本发明主题的实施例的接收器7与入口歧管9和出口歧管的连接。

图36A示出了根据本主题的实施例的接收器。

图36B示出了根据本发明主题的实施例的接收器和辅助吸入管的内部视图。

图36C示出了根据本发明主题的实施例的多通道接收器。

图37示出了根据本发明主题的实施例的主承载基座(MCB)5。

图38、图39和图40示出了根据本主题实施例的具有用于对MCB 5的旋转运动的适当机构的方位角跟踪。

图41示出了根据本主题的实施例的并行的MCB布置。

图42示出了根据本主题的实施例的串行的MCB布置。

详细说明

本公开涉及用于存储热能的装置和方法，更具体地，涉及以热能的形式捕获直射法向辐射并以热源的形式来存储热能的聚光太阳能发电设备。

为了本发明的目的，“热能存储”(也称为TES)是一种将热能存储在存储介质中的过程。

为了本发明的目的，“太阳能聚光器(Solar Concentrator)”是将太阳辐射或日光聚集到预定点的反射镜或透镜的布置。这样的点称为焦点(F)。太阳能聚光器中用于产生实际用作热源的热能的技术称为聚光太阳能发电。目前在工业上可用的聚光太阳能发电(Concentrated Solar Power，也称为CSP)技术分类为：

1.反射式聚光器

2.折射式聚光器

其中所有反射式聚光器本质上都是成像光学器件。成像光学器件，即它们反射入射的太阳光线并产生图像。

商业上使用的反射式聚光器是：

i)反射镜；

ii)抛物面反射槽；

iii)线性菲涅尔反射器

iv)抛物面碟形反射器

此外，市售的折射式聚光器包括菲涅耳透镜，该菲涅耳透镜是折射式聚光器并且是非成像光学器件。使用非成像光学技术的聚光器不反射而是折射太阳光线，使入射的太阳光线聚集，并在焦点处产生热点。菲涅耳透镜分为线型或点型。线型或点型之间的基本区别在于折射边缘的轮廓。

参考图1，示出了根据本主题的实施例的点型菲涅耳透镜，其右侧具有截面图。对于呈圆形图案的点型菲涅耳透镜，存在多个锯齿。

参考图2，示出了根据本主题的实施例的线性菲涅耳透镜。对于呈平行图案的线性菲涅耳透镜，存在多个锯齿。

参考图3，示出了根据本主题的实施例的线性菲涅耳透镜和点型菲涅耳透镜的聚焦轮廓。线性透镜可具有沿着锯齿的长度的聚焦轮廓。聚焦轮廓可以类似于粗线。该点型透镜可以具有聚焦轮廓，该聚焦轮廓是界限清楚的照明点。对于给定的尺寸，点聚焦菲涅耳透镜可以达到比线性聚焦菲涅耳透镜高得多的温度。可商购获得的菲涅耳透镜是注模成型的，或在某些情况下用各种工业塑料机械加工而成，还包含丙烯酸树脂(聚甲基丙烯酸甲酯，也称为PMMA)。随着工业塑料的批量生产，它们比玻璃镜片相对便宜。

为了本发明的目的，“接收器”可以是容器载体，其包含流过接收器的储能材料并且被放置在太阳能聚光器的焦点(F)上。用于接收器的其他术语是诸如吸收管和吸收器之类的术语。

为了本发明的目的，在接收器中公开的“能量存储介质”可以是由太阳能聚光器加热的再循环材料或介质。加热时，能量存储介质可以改变或可以不改变其相。能量存储介质可以包括水、特殊的熔融盐或高温油。当前，特殊能量存储介质的成本非常高，并且在某些情况下，该成本可能高达聚光太阳能发电设备成本的约60％。为了降低这种CSP设备的成本，正在研究包含沙、氧化铝、混凝土、粉煤灰的材料的热能保持能力、可用性和成本因素。能量存储介质存储在多个隔热筒仓2中，隔热筒仓2通常具有用于进一步传递热量的次级热交换器。

为了本发明的目的，可以使用“跟踪系统”以在聚集太阳能方面实现最大可能的效率，其中，太阳能聚光器表面应当以与太阳辐射即太阳光线成期望的角度连续对准。这种连续对准是通过称为太阳跟踪系统的设备实现的。跟踪系统要跟踪的参数是方位角和仰角。

为了本发明的目的，“直射法向辐射”(Direct Normal Irradiance，也称为DNI)是由表面的每单位面积接收的太阳辐射量，该表面始终垂直于从太阳在天空中的当前位置处的方向以直线入射的光线。为了进行计算，使用6小时的1000W/小时的标准数据。

本发明涉及一种用于构造菲涅耳透镜通道12的聚光太阳能发电(也称为FLT12CSP)系列的机械设备、用于捕获太阳辐射并以热的形式将热能存储在TES材料中的设备，所述TES材料包括但不限于进一步用作热源的熔融盐、沙、氧化铝、粉煤灰等。该装置和设备使用成像和非成像光学器件以及方位角和仰角跟踪原理来实现聚集太阳辐射作为热点的任务。热点77沿着接收器7的横截面区域的外围产生，接收器7与地球表面水平并且沿南北方向放置。

该设备可以进一步包括菲涅耳透镜通道12，该菲涅耳透镜通道12是根据几何光学原理操作的机械装置，并且具有由至少3个非成像光学元件形成的阵列，该非成像光学元件能够将入射的太阳辐射聚集到可预测的聚集区域以用于进一步聚集，或聚集到可预测的焦点和热点轮廓(profile)。通过在假想的内切圆上围绕固定的或可旋转的接收器7滑动的装置，非成像光学元件还可以以一定的径向运动自由度保持就位，该假想的内切圆的半径几乎等于接收器7的半径和非成像光学装置的焦距之和，并且能够绕接收器7旋转。接收器7的材料可以承受的最高温度可以决定在热点77处产生的热的强度，这可进一步允许确定内切圆的精确半径。一种这样的机械布置可以是3个菲涅耳透镜的阵列。菲涅耳透镜可以是点型或线型菲涅耳透镜，或两者的组合。在另一个实施例中，菲涅耳透镜可以是玻璃上硅(Silicon on Glass，SOG)型菲涅耳透镜。

参考图13，示出了根据本主题的实施例的FLT 12的图形表示。如图所示，每个透镜被固定在透镜保持器31中，并且每个透镜保持器31可以保持一个透镜。

参考图14，示出了根据本主题的实施例的FLT 12，该FLT 12具有透镜保持器31的阵列和固定在每个透镜保持器31上的4个透镜(对于每个透镜保持器31中的4行透镜有效)。

在一个实施例中，菲涅耳透镜通道的机械布置可以进一步包括通道形状的设备，该通道形状的设备整体地制造或分批地制造并且通过固定装置组装在一起成为组合件，并且具有至少3个侧面，其中每个侧面能够模仿非成像光学元件，该非成像光学元件还能够将入射的太阳辐射聚集到可预测的焦点和热点轮廓上。

在另一个实施例中，菲涅耳透镜通道可以是整体或部分挤出的三角形型材37，并且可以如图15所示用螺栓组装在一起，其由丙烯酸或任何其他工业塑料/玻璃/材料制成，在其表面上机械加工或挤压有所需的锯齿。在这种情况下，菲涅尔透镜通道的焦距将是固定的，并且装置的长度可以根据要求进行更改。这样的装置可以称为固定菲涅耳透镜通道(Fixed Fresnel Lens Tunnel，在下文中称为FFLT，并且以附图标记12’表示)。

参照图15，示出了根据本公开的实施例的三角形挤压的FFLT 12’和挤压成两部分的FFLT 12’，其以五边形的螺栓进行组装。

在一个实施例中，在用于对接收器7上的焦点进行微调的FLT 12的情况下，具有透镜的每个透镜保持器31能够在径向方向上移入或移出。保持器31的径向移动可以通过手动或机动实现。参照图16，其示出了包括多个平行槽57的手动布置，所述多个平行槽57便于用螺母和螺栓将透镜保持器31滑动并固定在ELFR透镜保持器安装环52上。在一个实施例中，机动方式更具有优势，因为可以根据要求和需求改变太阳能聚集。该要求可能还包括在辐照度较弱的早晨和晚上，聚集会增加，而在一天中的其他时间，聚集会进一步下降。参照图17，示出了使用线性运动引导件的动力机构，其中线性运动块43固定到透镜保持器31，线性运动轨固定到ELFR透镜保持器安装环52。气缸38安装在ELFR 13环上，气缸杆39通过气缸块40和穿过ELFR 13环上的槽的销41连接到透镜保持器31。气缸从下止点BDC到上止点TDC的移动可以提供所需的焦距变化结果。如果是采用FFLT 12’，则焦距是固定的，可以在设计阶段通过改变接收器7的直径来调节要达到的温度。

在一个实施例中，FLT 12’或FFLT 12’的直径尺寸以及每个保持器31中的透镜的行数(其为FLT 12’或FFLT 12’设备的长度)可以决定由该模块所聚集的能量的量。

在另一个实施例中，透镜的尺寸可能是FLT 12’模块的重要设计方面，因为它决定间距(P)，如图18，该图示出了沿接收器7的长度生成的热点之间的距离。点型透镜的间距P将为大于0的数值，而线性透镜的间距P将为0。

参照图13a，示出了根据本主题的实施例的具有3个透镜保持器31的阵列的FLT12的概念。

参照图18，示出了根据本主题的实施例的FLT 12模块和实现为FLT 12供能的反射器阵列44的概念和发展。在一个实施例中，FLT 12模块可以由尺寸为315mm(宽)×385mm(高)的点型菲涅耳透镜制成。参照图18，将FLT 12描述为本主题的实施例，其进一步具有在内切圆上的14个透镜保持器31的阵列，该内切圆的半径几乎等于接收器7的半径与菲涅耳透镜的焦距之和。在一个实施例中，每个透镜保持器31可保持一行4个透镜。透镜的总面积可以量度为6.7mtr²。用于描述上述带有点型菲涅耳透镜的FLT 12的优选术语是0.315×0.385×4P0.315，6.7mtr²，使用线性菲涅耳透镜的是0.315×0.385×4P0，6.7mtr²。此外，在图11.1.A中描述长度为2米且每边尺寸为315mm的三角形和五边形线性FFLT 12的术语为0.315×S3×2×P0，1.89mtr²和0.315×S5×2×P0，3.15mtr²。

在另一个实施例中，作为法向太阳光线的入射的直射法向辐射从反射器44反射。每个反射器44可以专门设计用于形成透镜阵列的透镜保持器31，使得反射的光线垂直于保持在透镜保持器31中的透镜的表面。由于几何限制，8号透镜阵列不能用于反射光。此外，图19和图20说明了不使用2号和14号透镜阵列将DNI从反射器44反射的原因。

参考图19，示出了消除8号透镜阵列，因为不能使用它，这进一步导致了具有13个透镜阵列的FLT 12的设计。现在，FLT 12的面积为6.3mtrs²，产生的热点数量为13×4＝52。在一个实施例中，各个反射器44的展开可以显示出用于透镜阵列2号和13号的反射器44距接收器7的中心的径向距离为8300mm，以及用于透镜阵列3号和12号的反射器44距接收器7的中心的径向距离为4199mm(类似于图18中所示的2号和14号透镜阵列，它是具有14个透镜阵列的FLT 12)。将反射器44用于2号和13号透镜阵列可以使保持反射器44的阵列和其他相关部件的设备的尺寸几乎翻倍。因此，需要在保持反射器44阵列和其他相关部件的设备的尺寸、稳定性、经济性和易于操作性之间保持平衡，这可能导致如图20所示的改进的菲涅耳透镜通道(也称为MFLT 12”)的发展。在一个实施例中，也可以对FFLT 12’进行类似的修改。

参照图20，其示出了改进的菲涅耳透镜通道(MFLT 12”)的发展，这样就不需要以较大的径向距离满足需要反射器44的透镜阵列的需要，该较大的径向距离如图19所示的FLT12中的2号和13号透镜阵列的8300mm的径向距离。此外，对比图19和图20，注意到，1号、2号和13号透镜阵列由使用改进透镜45的单个组合透镜阵列代替。通过保持与透镜阵列1、2和13号中的透镜相似的焦距和相似的宽度(以便具有相似的聚焦间距P)而产生了改进的透镜45，但具有一定的高度以将改进的透镜45容纳在一个框架中，该框架固定在3号和12号透镜阵列的框架之间。在本实施例中，透镜的尺寸已修改为1348mm×315mm×3mm厚。图20进一步示出了具有800mm和629mm的焦距的两个透镜的示例。任何这样的透镜都可以用作改进的透镜45。因此，现在MFLT 12的面积为{(0.135mtr×.385mtr×10)+(1.348mtr×.315)}×4＝6.549mtrs²。必须得出的结论是，与相应的FLT 12相比，MFLT 12”的面积有所增加，但热点数量已从52减少到44(即10×4+4)。在示例性实施例中，可以使用相同的过程来修改任何相邻的透镜，例如透镜阵列编号6、7和8、9(在图20中)，以获得较小的ELFR 13和RLMS 14，但是热点减少。

可以使用标准的可用DNI数据来计算FLT 12或MFLT 12”的理论热集中能力(Theoretical Thermal Concentration Capacities)。考虑到对于至少约6小时/天的日照辐射的1000w/h/m²的DNI，上述具有约6.549mtr²面积的改进的FLT 12可以产生约6.549mtr²×1000瓦特/mtr²/小时×6小时/天＝39,294w/天或39.29KW/天。

在一个实施方式中，公开了线性菲涅尔反射器44的设计目的。规则或紧凑型线性菲涅尔反射器44或定日镜场可以主要设计成使得反射器阵列44可以将入射的太阳光线反射到有效地形成固定的二维标识的点、线或圆，吸收管或接收器7穿过该固定的二维标识。用于反射到二维目标/标识上的几何光学原理可能导致这样一种情况，其中，对于反射器44的任何给定尺寸，可以得出反射器44的无限数量和无限位置。

在另一个实施方式中，公开了包围式线性菲涅尔反射器44(ELRF)的设计方面。如上所述，保持反射器44的阵列的设备被称为包围式线性菲涅尔反射器(ELFR 13)。在一个实施例中，视情况而定，针对FLT 12或MFLT 12”或FFLT 12’设计ELFR 13，可以设想将ELFR 13的每个反射器44构件设计为使得入射光线被相应的反射器44以与相应的一行透镜(即FLT12透镜阵列)垂直的角度反射出去，其中每个透镜阵列具有固定的面积和取向，其可以是具有三维标识的平面。根据本公开的实施例，在图21中进一步示出了针对图18所示的FLT12的对应于4号透镜阵列的4号反射器的最大理论尺寸的设计示例。考虑到用于将入射的太阳光线反射到三维标识的几何光学原理，在反射器44的阵列中只能容纳固定数量的反射器44，该反射器44具有固定的最大理论尺寸而不会在相邻的反射器44上产生阴影。在一个实施例中，如果需要，如图22和图23所示，可以通过在理论反射器44的位置之间引起偏移46来改变反射器44的该固定最大理论尺寸并使其更大，以适应任何制造/操作误差。

在另一个实施例中，在线性菲涅尔反射器44或定日镜的情况下的二维固定标识和在ELFR 13的情况下的三维旋转标识在设计考虑上的基本差异可以使得包围式线性菲涅尔反射器44(ELFR 13)布置成为独特的机械布置和设备。

在又一个实施例中，ELFR 13是为具有N个透镜阵列的特定的FLT 12或FFLT12构建的机械设备，其中N为大于或等于3的数，并且通过固定装置将每个透镜阵列44的各个反射器44放置并保持在适当的位置来构造和形成，以使入射的太阳光线在朝向相应透镜阵列且垂直于相应透镜阵列表面的方向上从相应反射器44反射，并能够通过旋转装置与FLT 12或FFLT 12'一起围绕接收器7旋转。为精细调整反射器44反射的入射太阳光线并克服任何制造或操作误差，通过旋转装置为位于ELFR 13中的每个反射器44提供了附加功能，以围绕其自身的水平轴旋转并固定在期望的位置。保持器31的旋转和锁定可以采用手动或机动来实现。如图24和图25所示，示出了手动布置，其中，每个反射器44被牢固地保持在各自的反射器保持器31框架中，并且每个反射器保持器框架被安装到ELFR 13的角形结构件48部件上。每个反射器保持器框架可以绕着枢轴49旋转，并通过穿过圆形槽50的螺栓固定在它们各自的三维位置，以便提供所需的精细调节。因此，入射的太阳光线被完全垂直于相应透镜阵列的相应反射器44反射，并进一步提供校正，以克服结构中的任何制造误差或翘曲。

带有垂直结构件47的角形结构件48以及ELFR 13的反射器保持器31和反射器44通过诸如螺母和螺栓或铆钉或焊接之类的固定装置51被牢固地固定到具有屏蔽结构的反射器和透镜安装件(RLMS 14)上，以使FLT 12中的菲涅尔透镜阵列接收从相应的反射器44反射后垂直于FLT 12的每个透镜阵列表面的太阳光线，从而使每个菲涅尔透镜的太阳光聚集最大化。牢固地安装在RLMS 14上的ELFR 13与FLT 12一起通过旋转机构围绕接收器7旋转，并且这种旋转提供了所需的仰角倾斜以太阳能聚集度最大化。这种布置在图25中进一步示出。

在一个实施例中，RLMS 14是一种机械设备，用于通过手动或动力装置将FLT12或MFLT 12”或FFLT 12’安装在透镜保持器31安装环52上。在图16中示出了这种进一步包括手动装置的布置，在图17中示出了动力装置。此外，在图26中示出了RLMS 14的布置。可以利用诸如螺母和螺栓或铆钉或焊接之类的固定装置通过ELFR13支撑支柱55将ELFR13牢固地安装和固定在RLMS 14上。为了使RLMS 14围绕其中心轮毂56安装和旋转，RLMS 14在两端通过合适的布置与主承载基座(MCB 5)连接。图27示出了使用已知机械部件的优选布置，例如带有蜗轮驱动器62和蜗轮63兼容的齿轮箱8的电机，其中齿轮箱主体通过托架32螺栓连接到MCB 5结构，称为齿轮箱安装垂直板58。如图27、图28、图29和图30所示，具有外部花键空心驱动轴59的齿轮箱8与相应的内部花键支架60啮合并啮合，该内部花键支架60通过螺栓61固定在中心轮毂56上。在保持在接收器7外围生成的热点77的相对位置的同时，RLMS 14与FLT 12或MFLT 12”或FFLT 12’以及相应的ELFR 13一致地围绕其中心轮毂56的这种旋转提供了所需的高度跟踪倾斜，如图31中的上午，图32中的下午和图33中的下午所示。

在一个实施例中，图14中所示的洗涤器或喷气嘴33形式的一个或多个反射器清洁机构设置在RLMS 14上。通过以适当的布置封闭RLMS来提供对FLT 12、ELFR 13和所有其他组件的物理保护。一种这样的合适布置可以是安装在帽部53椽上的用于支撑的多个波纹板54。在仍然暴露于入射太阳光线的正面区域上，可以通过适当的布置来安装玻璃防尘罩66。一种这样的合适的布置可以是通过将矩形玻璃片安装在框架中来构建玻璃防尘罩66，并且该框架通过螺母和螺栓固定在RLMS 14上以保护FLT 12/MFLT 12”/FFLT 12’和ELFR 13以及其它部件，如图34所示。如图35所示，在暴风雨或下雨的情况下，RLMS 14连同MCB 5一起旋转并停放在屏蔽位置。

在又一个实施例中，接收器7优选是热交换器。接收器7根据选择用于FLT CSP的TES材料进行设计。TES材料的选择决定了将TES材料通过FLT CSP系统输送的输送机制，该系统从隔热筒仓2穿过吸入管1、入口歧管到达入口管69的端部连接部，接着是接收器7，接着是出口管68的端部连接部，再接着是排出管19，然后再返回到筒仓2。该输送机构决定了回路中要使用的组件。参考图4和图5，示出了两种不同的再循环机构。图4示出了用于流体的液压输送机构，其中，诸如液压泵、各种类型的阀、放置在滚筒中的传感器10A等工业组件用于使TES流体循环。图5示出了用于细颗粒如飞灰、氧化铝、砂的压差输送机构，其中使用了例如真空泵6B/鼓风机、终端容器10B、阀、传感器等工业组件。接收器7使用合适的布置连接在入口歧管9和出口歧管15之间，该布置穿过使RLMS 14旋转的空心驱动轴59。在图29和图36中示出了使用法兰、螺母和螺栓将接收器7与入口歧管9和出口歧管15以及管道连接的布置。真空泵6B通过从筒仓输送TES材料和空气的吸入口11从终端容器10B吸入空气。TES材料落入容器10B中，并且空气与TES材料一起从真空泵6B的出口泵送至接收器7以进行加热。一旦排出真空泵17B从接收器7吸入空气，则TES进入容器16并流回筒仓2。

在又一实施例中，接收器7实质上是热交换器，并且基于涡流或非层流的原理设计，以使热传递最大化。接收器7的主要特征在于，热点77是沿着接收器7的横截面区域的周边产生的，该接收器7的横截面水平于地球表面并且在南北方向上。接收器7可以进一步分类为a)单通道接收器(SPR)和b)多通道接收器(MPR)。SPR是外管和内管的组合件。内管的出口端是封闭的，并且为了使储热材料通过内管，内管在周边沿着长度方向具有特定的孔。对于具有点型透镜的FLT 12，以间距P钻出孔，即，由对应的FLT12模块产生热点77的间距。对于具有线性透镜的FLT 12，沿整个周边等距地钻孔。参照图36B，示出了接收器和次级此类管道的内部视图。如图36A和图36B所示，在接收器7的上半部的孔中固定有次级吸入管70。即使内管中的TES材料水平被部分填充，次级吸入管70也能够将TES材料从内管抽吸到外管。外管包含FLT 12将聚焦于其上的内管。如图36A所示，TES材料将从内管从开口端进入接收器7，并通过内管的下半部上的孔直接喷射到与FLT 12产生的热点77的下方重合的外管的内表面上，并且TES材料将通过存在于内管的上半部中的次级吸入管70被吸出。有效地，TES材料被加热并传送到内管的外表面和外管的内表面之间的出口管15。取决于所需的工作温度和所使用的储热材料，接收器7可以由高级不锈钢、陶瓷涂覆不锈钢、陶瓷管、高温石英玻璃等制成。陶瓷涂覆的金属接收器7可以用于相对较低温度的TES。石英或陶瓷管可用于高温TES。使用石英管的优势在于，TES材料可以通过传导直接加热，并且可以通过将太阳辐射直接聚集在石英管中流动的材料上来实现更快的热传递速率。

在又一个实施例中，如图36C所示的MPR可以是“N”个管的阵列，其中“N”等于对应的FLT 12的侧面的数量，其串行连接并与FLT 12同心地放置，并且MPR的平均直径为FLT 12径向移动所允许的公差的一半，这样，可以通过FLT 12的移动来聚焦具有起伏和外壳(ebbsand crusts)的MPR的外圆周。在这样的MPR中，通过持续聚焦于MPR的波浪形外围，带动力装置的FLT 12可以使DNI聚集度最大化。MPR的另一个优点是，接收器7的有效长度变为FLT 12长度的“N”倍，即具有13个侧面的10M长的FLT 12将具有130M的接收器7长度，从而使接收器7适合于将TES材料加热到更高的温度。MPR可以由高级不锈钢、陶瓷涂覆不锈钢、陶瓷管等制成。

在又一个实施例中，在图4、图5和图37中示出了作为主承载笛卡尔机械装置和布置的主承载基座(MCB)5。MCB 5具有一个与具有高度75的空心垂直立柱71连接的的大型浮动空心基础梁，以便接纳与ELFR 13连接的RLMS 14，如图4、图5和图37所示，并且立柱之间具有宽度74，以便接纳与ELFR 13和RLMS 14旋转机构连接的RLMS 14，如图4、图5和图37所示，并且能够承受图4、图5和图37中描述的现有工业和部件的设计风荷载、静态和动态荷载，通过适当的布置，通过FLT 12CSP的质心牢固地保持在隔热筒仓2的顶部，并具有所需的自由度。合适的布置可以是回转环3、大型轴承或任何其他装置，其固定在连接空心立柱71的水平基础梁的中心，其结构上由诸如一对水平稳定梁73或任何其他装置的合适布置支撑在MCB 5的垂直柱的底部，并保持在合适的装置上，例如图37所示的带有上止机构和侧摩擦轮的圆形导轨18，或与装置或合适的机构连接的任何其他装置，如图38、图39和图40所示，对MCB 5进行旋转运动，围绕垂直于地球表面的轴至少围绕太阳分点(Solar Equinox)旋转+/-23°，以向FLT 12CSP提供所需的方位角跟踪67。如图4、图5、图35和图37所示，用于这种方位角跟踪67的合适的布置可以是回转环3，该回转环3在筒仓的顶部设有齿圈，并且与联接至兼容齿轮箱8的小齿轮啮合，电机安装在MCB5的基座上。

在一个实施例中，隔热的入口管9和出口管15穿过质心，以具有零相对运动，从而消除了使用任何种类的挠性管，并且使得能够将FLT 12CSP用于诸如细砂、氧化铝、粉煤灰等高温储存材料。

在一种实施方式中，MCB 5可以分别如图41和图42所示以并行设置或串行设置来实现。对于温度相对较低的储热材料，并行设置是首选。对于温度相对较高的储热材料，例如砂、氧化铝、粉煤灰，最好采用带有必要的旁通阀和管道的串行设置。

在一种实施方式中，FLT 12CSP的基本工作原理如下：直接接收法向入射太阳辐射的透镜阵列可以将辐射聚集在合适的接收器7上并产生所需的热点77。ELFR13反射入射的辐射，垂直于其他相应的透镜阵列，并为FLT 12供能，并且在接收器7上生成所需的热点77。接收器7上的热点77是通过传导加热的原理产生的。要使用的TES材料和要存储在CSP中的TES温度决定了再循环机构和要使用的接收器7的类型。图4示出了使用流体时的再循环回路。在这种情况下，TES材料按照水力学原理流动。入口泵6A从隔热筒仓2中抽吸TES流体，并且流过热接收器7，在该热接收器中，TES流体被加热。压力和流量控制阀可以保持所需的流速和压力。排出泵17A可以通过将热的TES流体从接收器7泵送到隔热的筒仓2来完成回路。图5示出了当使用颗粒时的再循环回路。在这种情况下，TES材料可能会按照气动原理(压差)流动。真空泵6B可将空气从入口侧的终端容器10B抽出，并且TES颗粒从隔热筒仓2被吸入到容器中。出口侧的真空泵6B可从出口侧的终端容器中抽吸空气，TES颗粒从入口侧的终端容器10B流经热接收器7，从而被加热并流向出口侧的终端容器16，并且该回路可以通过将来自终端容器16的热排气从排出侧泵送至排出管15来完成，从而使热的TES材料重新沉积到隔热筒仓2中，以供进一步利用。

尽管已经用特定于结构特征和/或方法的语言描述了由菲涅耳透镜通道实现的改进的聚光太阳能发电设备的实施方式，但是应当理解，所附权利要求书不一定限于所描述的特定特征或方法。相反，公开的具体特征和方法仅作为由菲涅耳透镜通道实现的改进的聚光太阳能发电设备的实施例。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种聚光太阳能发电(CSP)设备，其以热能的形式捕获直射法向辐射(DNI)，并以热的形式将所述热能存储在热能存储(TES)材料中，其中所述TES材料用作热源，其特征在于，该设备包括：

具有直径和长度的至少一个菲涅耳透镜通道(FLT 12)，所述FLT能够将热点77形式的直射法向辐射聚集在内切接收器7上；

所述接收器7包含再循环的TES材料并且具有半径和长度，其包括入口、用于加热表面的管状主体和出口，其中所述入口固定至入口歧管9，所述出口固定至出口歧管，并且所述接收器7在南北方向上与地球表面水平地放置，从而能够沿着所述接收器7的所述长度和所述接收器7的横截面区域的周边产生所述热点77，使得所述TES材料能够在所述管状体内被加热，并且其中所述接收器7是单通道管状体或多通道管状体之一；

所述FLT 12包括至少三个非成像聚光光学元件30，每个非成像聚光光学元件具有高度h、宽度w和焦距f，放置成使得所述高度h与包含所述FLT 12的直径的圆相切，从而形成具有N个侧面的所述FLT 12，其中N等于多个所述非成像光学元件30的数量，其中高度h与包含所述FLT12的直径的圆相切，并保持所需的自由度以便进行径向进出运动，使所述FLT 12的每一侧平行于所述接收器7的长度移动并保持以改变产生的所述热点77的径向距离，设置在可旋转装置的安装结构部件上，其中所述FLT 12的半径等于所述接收器7的半径、非成像聚光器元件的焦距和容差之和，其中该容差等于所述FLT 12的侧面的允许的径向进出运动，并且所述FLT 12的长度相当于沿着所述FLT 12的长度放置的所述非成像光学元件30的一个或多个宽度w的总和，并且所述FLT 12具有通过所述可旋转装置围绕所述内切接收器7同心旋转的能力；

至少一个包围式线性菲涅尔反射器(ELFR 13)来为未接收DNI的所述FLT 12的每一侧供能，其中一个反射器44能够为未接收DNI的所述FLT 12的每一侧供能，其中每个反射器44具有所述FLT 12的长度，固定在所述可旋转装置的固定结构部件上，以使入射的太阳光线在朝向和垂直于所述FLT 12相应侧面的方向上从相应的反射器44反射，并且能够旋转以便与所述可旋转装置一起与所述FLT 12一致地旋转；

至少一个带屏蔽的反射器和透镜安装件(RLMS 14)，其中所述RLMS 14由所述可旋转装置提供旋转运动，所述RLMS 14包括用于将所述RLMS 14连接到所述可旋转装置的一对中心毂56，所述RLMS包括用于安装所述FLT 12的安装结构部件和包括用于固定所述ELFR 13并能够与所述FLT 12和所述ELFR 13一致地旋转的固定结构部件，同心地围绕所述接收器7并且提供仰角跟踪以便保持在所述接收器7上产生的热点77；

用于提供方位角跟踪的至少一个主承载基座(MCB)5，其包括主承载空心笛卡尔装置和用于容纳和承载所述FLT 12、ELFR 13、RLMS 14及接收器7的负载的设备，以及所述TES材料从隔热筒仓2通过所述接收器7再回到所述筒仓的再循环回路，还包括通过质心牢固地保持的空心浮动基座，其以所需的旋转自由度围绕垂直于地球表面并穿过所述MCB 5的质心的轴线旋转，并与具有高度75的空心垂直立柱71连接，以允许所述RLMS 14与所述ELFR 13固定，所述立柱之间具有宽度74，以允许将所述RLMS 14的一侧以一定程度的旋转自由度保持在所述RLMS 14的轮毂上，并且另一侧通过一对水平稳定梁的支撑而固定在所述MCB 5上，其固定在空心基座上并保持在固定于装有再循环TES材料的隔热筒仓2的顶部的圆形导轨18上，并与所述旋转装置耦合以使所述MCB 5旋转，围绕垂直于地球表面的轴线至少围绕太阳分点旋转+/-23°，以向所述FLT 12CSP提供所需的方位角跟踪67。

2.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中通过用单个非成像聚光光学元件30替换与包含形成FLT 12的FLT 12直径的圆相切放置的两个或多个相邻的非成像聚光光学元件以形成改进的菲涅耳透镜通道(MFLT 12”)，以便容纳在被替换的非成像聚光光学元件30的空间之间，所述非成像聚光光学元件30具有焦距，以便在所述内切接收器7上产生热点77。

3.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，所述FLT 12也被制造成具有固定焦距，并且被称为作为通道形状设备的固定菲涅尔透镜通道(FFLT 12')，其整体地制造或分批地制造并且组装或粘贴在一起成为组合件，并具有至少3个侧面，其中每个侧面都能够模仿非成像光学元件30，能够将入射的太阳辐射聚集到所述接收器7上的焦点和热点轮廓。

4.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，固定在所述ELFR 13中的所述反射器44反射垂直于三维旋转标识的DNI，所述标识是所述FLT 12的相应侧面，其中，为特定的FLT 12设计的所述ELFR 13包含固定数量的反射器44，其中每个反射器44的位置导出为固定的三维理论位置，每个反射器44的尺寸导出为固定的最大理论尺寸，该尺寸能够容纳在ELFR 13中而不会在相邻的反射器44上产生阴影，其中，通过在两个相邻反射器44的导出的固定三维位置之间引起偏移46，将导出的三维固定位置和导出的反射器44的最大理论固定尺寸进行改变，以使位置偏离FLT 12的相应侧面，并增大所述固定尺寸，以适应并考虑制造公差。

5.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，所述反射器44被分批地制造并且固定到框架上，并且为所述ELFR 13中的每个反射器44提供额外的旋转和固定能力，以围绕其自身的水平轴线进行旋转和固定在所需的位置。

6.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，反射器44清洁装置包括接合在所述ELFR 13上的洗涤器的形式，而非成像聚光光学元件30清洁装置包括接合在所述FLT 12上的喷气嘴33的形式。

7.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，通过在五个侧面上用保护板和在前面用玻璃防尘罩66包围所述ELFR 13和RLMS 14来提供对所述FLT 12和ELFR 13的物理保护。

8.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，MCB 5能够以360°旋转，并且在发生暴风雨或雨天时能够停在屏蔽位置，从而在屏蔽模式下提供最小的风阻。

9.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，所述热源用于热能应用，包括次级TES材料的加热、发电、热机、蒸汽吸收式制冷机、脱盐装置、强化油回收、热空气产生以及用作熔炉。

10.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，每个菲涅耳透镜是线性菲涅尔透镜或点型菲涅尔透镜或玻璃上硅型菲涅尔透镜或者点型菲涅尔透镜和线性菲涅尔透镜的组合。

11.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，所述单通道接收器7是外管和内管的组合件，并且所述内管的出口端是封闭的，并且在其周边沿长度方向具有特定的孔，以供储热材料通过，在上半部的孔中设置有次级吸入管1。

12.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，所述多通道接收器7是多个管的阵列，其中，管的数量“N”等于对应的FLT 12的侧面的数量，其串行连接并与所述FLT12同心地放置，并且所述多通道接收器7的平均直径为FLT 12的径向运动所允许的公差的一半，从而能够通过FLT 12的移动来聚焦具有起伏和外壳的所述多通道接收器7的外圆周，并且其中通过持续聚焦于所述多通道接收器7的波浪形外围，所述FLT 12能够使DNI聚集度最大化。

13.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，隔热的入口管9和出口管15穿过所述质心，以具有零相对运动。

14.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，所述MCB 5用于并行设置或串行设置中。

Claims (14)

1.一种聚光太阳能发电(CSP)设备，其以热能的形式捕获直射法向辐射(DNI)，并以热的形式将所述热能存储在用作热源的多个热存储材料(TES)中，该设备包括：

具有预定直径和预定长度的至少一个菲涅耳透镜通道(FLT 12)，以将热点77形式的直射法向辐射聚集在内切接收器7上；

所述接收器7包含再循环的TES材料并且具有预定半径和预定长度，其包括入口、用于加热表面的管状主体和出口，其中所述入口通过固定装置固定至入口歧管9，所述出口通过固定装置固定至出口歧管，并且所述接收器7在南北方向上与地球表面水平地放置，从而能够沿着所述接收器7的所述预定长度和所述接收器7的横截面区域的周边产生所述热点77，使得所述TES材料能够在所述管状体内被加热，并且其中所述接收器7是单通道管状体或多通道管状体之一；

所述FLT 12包括至少三个非成像聚光光学元件30，每个非成像聚光光学元件具有预定高度h、预定宽度w和预定焦距f，放置成使得所述高度h与包含所述FLT12的预定直径的圆相切，从而形成具有N个侧面的所述FLT 12，其中N等于多个所述非成像光学元件30的数量，其中高度h与包含所述FLT12的预定直径的圆相切，并保持所需的自由度以便进行径向进出运动，使所述FLT 12的每一侧平行于所述接收器7的预定长度移动并通过滑动装置保持以改变产生的所述热点77的径向距离，设置在可旋转装置的安装结构部件上，其中所述FLT 12的半径等于所述接收器7的半径、非成像聚光器元件的焦距和容差之和，该容差等于所述FLT 12的侧面的允许的径向进出运动，并且所述FLT 12的预定长度相当于多个至少一个预定宽度w的总和，并且具有利用旋转装置通过所述可旋转装置围绕所述内切接收器7同心旋转的能力；

至少一个包围式线性菲涅尔反射器(ELFR 13)来为未接收DNI的所述FLT 12的每一侧供能，用于未接收DNI的所述FLT 12的每一侧的另一个反射器44，其中每个反射器44具有所述FLT 12的预定长度，通过固定装置固定在所述可旋转装置的固定结构部件上，以使入射的太阳光线在朝向和垂直于所述FLT 12相应侧面的方向上从相应的反射器44反射，并且能够利用旋转装置旋转以便与所述可旋转装置一起与所述FLT 12一致地旋转；

至少一个带屏蔽的反射器和透镜安装件(RLMS 14)，所述可旋转装置，包括用于将所述RLMS 14连接到所述旋转装置并向所述RLMS 14提供旋转运动的一对中心毂56，用于通过滑动装置安装所述FLT 12的安装结构部件和用于通过固定装置固定所述ELFR 13并能够利用旋转装置与所述FLT 12和所述ELFR 13一致地旋转的固定结构部件，同心地围绕所述接收器7并且提供仰角跟踪以便保持在所述接收器7上产生的热点77；

至少一个主承载基座(MCB)5，其包括主承载空心笛卡尔装置和用于容纳和承载所述FLT 12、ELFR 13、RLMS 14及接收器7的负载的设备，以及所述TES材料从隔热筒仓2通过所述接收器7再回到所述筒仓的完整的再循环回路，还包括通过质心牢固地保持的空心浮动基座，其利用旋转装置以所需的旋转自由度围绕垂直于地球表面并穿过所述MCB 5的质心的轴线旋转，并与具有高度75的空心垂直立柱71连接，以允许所述RLMS 14通过固定装置与所述ELFR 13固定，所述立柱之间具有宽度74，以允许将所述RLMS 14旋转装置的一侧以一定程度的旋转自由度通过保持装置保持在所述RLMS 14的轮毂上，并且另一侧通过一对水平稳定梁的支撑而通过固定装置固定在所述MCB 5上，其固定在空心基座上并通过固定装置保持在固定于装有再循环TES材料的隔热筒仓2的顶部的圆形导轨18上，并与所述旋转装置耦合以利用旋转装置使所述MCB 5旋转，围绕垂直于地球表面的轴线至少围绕太阳分点旋转+/-23°，以向所述FLT 12CSP提供所需的方位角跟踪67。

2.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，通过用单个非成像聚光光学元件30替换与包含形成FLT 12的FLT 12预定直径的圆相切放置的两个或多个相邻的非成像聚光光学元件以形成改进的菲涅耳透镜通道(MFLT 12”)，以便容纳在被替换的非成像聚光光学元件30的空间之间，所述非成像聚光光学元件30具有焦距，以便在所述内切接收器7上产生热点77。

3.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，所述FLT 12也被制造成具有固定焦距，并且被称为作为通道形状设备的固定菲涅尔透镜通道(FFLT 12')，其通过合适的方式整体地制造或分批地制造并且组装或粘贴在一起成为组合件，并具有至少3个侧面，其中每个侧面都能够模仿非成像光学元件30，能够将入射的太阳辐射聚集到所述接收器7上的预定焦点和热点轮廓。

4.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，固定在所述ELFR 13中的所述反射器44反射垂直于三维旋转标识的DNI，所述标识是所述FLT 12的相应侧面，其中，为特定的FLT 12设计的所述ELFR 13包含固定数量的反射器44，其中每个反射器44的位置导出为固定的三维理论位置，每个反射器44的尺寸导出为固定的最大理论尺寸，该尺寸能够容纳在ELFR 13中而不会在相邻的反射器44上产生阴影，其中，通过在两个相邻反射器44的导出的固定三维位置之间引起偏移46，将导出的三维固定位置和导出的反射器44的最大理论固定尺寸进行改变，以使位置偏离FLT 12的相应侧面，并增大所述固定尺寸，以适应并考虑制造公差。

5.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，所述反射器44被分批地制造并且通过固定装置固定到框架上，并且为所述ELFR 13中的每个反射器44提供额外的旋转和固定能力，以利用旋转装置围绕其自身的水平轴线进行旋转和通过固定装置固定在所需的位置。

6.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，反射器44清洁装置包括接合在所述ELFR 13上的洗涤器的形式，而非成像聚光光学元件30清洁装置包括接合在所述FLT 12上的喷气嘴33的形式。

7.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，通过在五个侧面上用保护板和在前面用玻璃防尘罩66包围所述ELFR 13和RLMS 14来提供对所述FLT 12和ELFR 13的物理保护。

8.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，MCB 5能够以360°旋转，并且在发生暴风雨或雨天时能够停在屏蔽位置，从而在屏蔽模式下提供最小的风阻。

9.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，所述热源用于热能应用，包括次级TES材料的加热、发电、热机、蒸汽吸收式制冷机、脱盐装置、强化油回收、热空气产生以及用作熔化具有低熔点温度的材料的熔炉。

10.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，每个菲涅耳透镜是线性菲涅尔透镜或点型菲涅尔透镜或玻璃上硅型菲涅尔透镜或者点型菲涅尔透镜和线性菲涅尔透镜的组合。

11.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，所述单通道接收器7是外管和内管的组合件，并且所述内管的出口端是封闭的，并且在其周边沿长度方向具有特定的孔，以供储热材料通过，在上半部的孔中设置有次级吸入管1。

12.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，所述多通道接收器7是多个管的阵列，其中，管的数量“N”等于对应的FLT 12的侧面的数量，其串行连接并与所述FLT12同心地放置，并且所述多通道接收器7的平均直径为FLT 12的径向运动所允许的公差的一半，从而能够通过FLT 12的移动来聚焦具有起伏和外壳的所述多通道接收器7的外圆周，并且其中通过持续聚焦于所述多通道接收器7的波浪形外围，所述FLT 12能够使DNI聚集度最大化。

13.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，隔热的入口管9和出口管15穿过所述质心，以具有零相对运动。

14.根据权利要求1所述的聚光太阳能发电(CSP)设备，其中，所述MCB 5用于并行设置或串行设置中。

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