CN1179822A - 具有新颖聚焦区的改进的太阳能收集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及改进的太阳能收集装置以及该装置的优选新颖聚焦区。一般来说,该装置包括一支撑在一圆弧形太阳能反射器(10)上方的可转动长条形太阳能收集器(30)。该太阳能收集器(30)呈复合抛物线非成象形。在一优选实施例中,该收集器的位置不是设置成围绕反射器的曲率中心转动而向下伸展到该曲率中心与该反射器之间的一半处,而是在本发明中,该太阳能收集器按照一特殊算法向下伸展到更远处。

Description

具有新颖聚焦区的改进的太阳能收集装置
                          技术领域
本发明涉及改进的太阳能收集装置以及该装置的优选新颖聚焦区。一般来说，该装置包括一支撑在一圆弧形太阳能反射器上方的可转动长条形太阳能收集器。该太阳能收集器有一最好是基于非成象镜片的复合抛物线横截面。在一优选实施例中，该收集器的位置不是设置成围绕反射器的曲率中心转动而向下伸展到该曲率中心与该反射器之间的一半处，而是在本发明中，该太阳能收集器按照一特殊算法向下伸展到更远处。
                          相关申请
本发明可做成如与本申请同时申请从而作为本申请的参考材料的题为“一具有一体化太阳能收集装置的屋顶”的申请所述的模件形式。
本发明还使用了如与本申请同时申请从而作为本申请的参考材料的题为“其反射器可更换的改进的太阳能收集装置”的申请所述的可更换的太阳能反射器。
本发明还使用了如与本申请同时申请从而作为本申请的参考材料的题为“具有自动安全装置的改进的太阳能收集装置”的申请所述的自动安全装置。
                          现有技术
以往，太阳能收集装置使用种种方法从组合的一圆弧形主反射器和一可动的太阳能副收集器收集最大量的太阳能。例如Barr的U.S.4,602,613公开了组合使用一固定的圆弧形主收集器和一可动的副收集器。但是，该副收集器为一在水平方向上运动的平板式收集器。
在U.S.3,868,823所述的另一种结构中，只使用一导管作为太阳能副收集器与一由许多布置成圆弧形的纵向板条构成的圆形主收集器组合。该导管围绕该主收集器的曲率中心转动。该导管放置在一从该曲率中心向上伸展的转动件上。该转动件的长度等于该反射器的曲率半径的1/2-1。
也有使用复合抛物线镜片收集太阳能的。这类装置应用Roland Winson博士的创造性成果，可见US4,230,095；US4,359,265；US4,387,96 1和US5,289,356(对于本发明来说，词汇“复合抛物线”和“非成象镜片”遵从Winson给出的定义)。但是，在所有这些专利中，基于复合抛物线镜片的收集器只用作太阳能主收集器，从不作为太阳能副收集器与主反射器配对使用。
                          本发明简述
本发明涉及能提高太阳能收集效率的改进的太阳能收集装置。本发明使用的所有部件都是现有的。本发明的新颖之处在于改变部件之间的关系、特别是把用作副太阳能收集器的一复合抛物线太阳能收集器与用作主收集器的一圆弧形太阳能反射器配对，从而获得意想不到的效果。
在本发明中，该太阳能主反射器呈一约达220°的圆弧形下凹面，包括一底边、一顶边和两弧形侧边。(对本发明来说，“顶”和“底”未必表示两边之间的相对位置。例如，若反射器水平安装成180°弧形，则这两边与该反射器的一支撑面等距离。)该反射器的朝阳面为下凹面。该反射器下方有一支撑构件。该支撑构件的大小和形状做成可支撑至少是该反射器、一太阳能收集器和一收集器支撑件的重量。一收集器支撑件从顶边到底边横跨该反射器。该收集器支撑件连接到一复合抛物线太阳能副收集器以及或是该反射器、该支撑构件或是该支撑构件下方的一支撑面上。该收集器支撑件的大小和形状做成可支撑一太阳能收集器并使该太阳能收集器可在主反射器上方作弧线运动而始终位于一太阳能聚焦区内。
一长条形复合抛物线太阳能副收集器的纵向从反射器的一弧形侧边伸展到另一弧形侧边。该收集器位于收集器支撑件上而可在预定的聚焦区内作弧线运动而收集经反射器反射的太阳能。聚焦区的位置可按照收集器所使用的精确的复合抛物线横截面而改变。该聚焦区一般位于主反射器曲率半径的一半处。该收集器的大小和形状做成可把太阳能收集入其中有传能液体流动的一导管中。
本发明优选实施例还包括收集器定位装置。连接到收集器支撑件上的该定位装置把收集器置于聚焦区中最佳位置上以便在整个日循环之类的太阳循环中收集太阳能。
最后一个部件是把该导管连接到热能使用装置或热能储存装置的液体输送装置。当阳光照射时，太阳能从反射器反射到收集器上后照射到该导管上。收集器的导管中的液体被加热。液体输送装置把该加热液体输送到热能使用装置或热能储存装置。
在一使用复合抛物线副收集器的优选实施例中，本发明包括围绕反射器的曲率中心转动的收集器，同时该收集器位于该曲率中心下方(1±5％)L处，L＝(R*1.1)/2；其中，R为太阳能反射器的曲率半径。使用这一位置较之现有位置、包括现有技术中把收集器安装在一半位置上可提高所反射的太阳能的收集量。
                        附图的简要说明
图1为本发明的剖视图。
图2为本发明的立体图。
                     本发明的最佳实施方式
图1示出本发明的一优选实施例。一呈约60°的下凹圆弧形的太阳能主反射器(10)包括一底边(12)、一顶边(14)和两弧形侧边(16)。该反射器的合适材料包括抛光金属或具有喷涂或层压涂层的反光材料。在一优选实施例中，该反射器包括其上喷涂有铝反光表面的紫外线稳定化的塑料或聚合物。该反射器的朝阳面为下凹面。在另一优选实施例中，第一反射器的弧形侧边或底边旁可有第二反射器。若第二反射器在第一反射器的底边旁，第一反射器的整个底边与第二反射器的底边相邻，每一反射器呈约90°的圆弧形，从而该对反射器呈约180°的圆弧形。
该反射器下方有一立体桁架之类的支撑构件(20)。该支撑构件的大小和形状做成可支撑至少是该反射器、一复合抛物线副太阳能收集器和太阳能收集器支撑件以及现有活载荷和死载荷的重量。本领域的普通技术人员可设计出它其他种种构型。如由从顶边(14)伸展到底边(12)的轴线所界定的，一收集器支撑件的纵向横跨在反射器上方。该收集器支撑件包括两弓架(22)、每一弓架上的一轴承件(24)、一与轴承件连接的驱动轴件(26)(从而包括一转动件)和两向下的定位件(28)。该转动件如图1中弧形路径(29)所示位于反射器的曲率中心处。该向下定位件的大小做成使得收集器位于该曲率中心下方(1±5％)L处，L的公式为：
                    L＝(R*1.1)/2
其中，R为该反射器的曲率半径。各部件的上述布置使得副收集器在预定的聚焦区内运动而收集从主反射器反射的太阳能。
复合抛物线、非成象太阳能收集器(30)通过收集器支撑件连接到支撑构件(20)上。连接点(32)位于反射器的顶边和底边旁，连接点还与弓架(22)连接。该收集器支撑件也可连接到该支撑构件下方的一支撑面上。收集器支撑件的大小和形状做成可支撑收集器并使它可作弧形运动，因此本领域普通技术人员对其种种设计是很熟悉的。
在比方说图1所示实施例那样的某些优选实施例中，收集器的长度方向在真正东西轴线的30°内。但若把图1中的非反射板(40)换成一反射器，则可把收集器的长度方向设置在真正南北轴线的30°内。
驱动轴件(26)上最好连接有太阳能收集器的一定位装置(34)。该定位装置可包括种种现有装置，例如由液压泵和控制装置驱动的液压马达、步进电动机或机械链/传动机构或钢缆/滑轮装置。在所有这些装置中，该定位装置在整个太阳循环、最好是日循环中把收集器保持在收集太阳能的最佳位置上。因此，该定位装置可包括微处理器按照考虑到纬度、季节和一天中的时刻的算法周期性地计算收集太阳能的最佳位置。这类算法对本领域普通技术人员来说是公知的。
该收集器的大小和形状做成可把太阳能收集到其中有传能液体流动的一内部导管中。与圆弧形反射器配套使用的复合抛物线副收集器的优选横截面实施例可见US5,274,497或US5,289,356。收集器导管中所使用的合适液体包括市场上有售的传热液体。一未示出的液体输送装置把收集器导管连接到热能使用装置或热能储存装置。该液体输送装置循环由太阳能加热的液体。该液体输送装置对本领域普通技术人员来说是公知的。
前述所有公告或未公告的专利申请均作为参考材料包括在本申请中。
当前或在本专利说明书发出后的专利期中对本领域技术人员来说一目了然但这里未示出的本发明的其他实施例也在本发明的精神和范围内。

Claims (12)

1、一种改进的太阳能收集装置，包括：
(a)至少一呈约达220°的圆弧形下凹面的太阳能主反射器，包括一底边、一顶边和两弧形侧边，该反射器的朝阳面为下凹面；
(b)位于该反射器下方、装到该反射器上的一支撑构件，所述支撑构件的大小和形状做成可支撑至少是该反射器、一复合抛物线太阳能副收集器和一收集器支撑件的重量；
(c)一横跨在该反射器上方的收集器支撑件，所述收集器支撑件连接到一太阳能收集器以及或是该支撑构件或是该支撑构件下方的一支撑面上，所述收集器支撑件的大小和形状做成可支撑该太阳能收集器并使该太阳能收集器可作弧线运动；
(d)一具有复合抛物线横截面的长条形太阳能副收集器，所述收集器沿反射器的横向伸展，所述收集器的位置设置成可在预定的聚焦区内作弧线运动而收集经反射器反射的太阳能，所述收集器的大小和形状做成可把经反射的太阳能收集入其中有传能液体流动的一导管中，所述液体由经反射的太阳能加热；
(e)一在整个太阳循环中把收集器置于聚焦区中最佳位置上的定位装置，所述定位装置连接到收集器支撑件上；
(f)一把收集器的导管连接到热能使用装置或热能储存装置的液体输送装置，其中，该液体输送装置循环该导管中的由太阳能加热的液体。
2、按权利要求1所述的太阳能收集装置，其特征在于，定位装置受一微处理器的控制，该微处理器周期性地计算收集器在聚焦区中收集经反射器反射的太阳能的最佳位置。
3、按权利要求1所述的太阳能收集装置，其特征在于，该收集器的纵向在真正的东西轴线的30°内。
4、按权利要求1所述的太阳能收集装置，其特征在于，包括两个反射器，其中，第一反射器的整个底边与第二反射器的底边相邻，每一反射器呈约达110°的圆弧形。
5、按权利要求1所述的太阳能收集装置，其特征在于，收集器支撑件包括至少两个分别位于收集器两端的收集器支撑部件。
6、按权利要求4所述的太阳能收集装置，其特征在于，收集器的纵向在真正的南北轴线的30°内。
7、一种改进的太阳能收集装置，包括：
(a)至少一呈约达220°的圆弧形下凹面的太阳能反射器，包括一底边、一顶边和两弧形侧边，该反射器的朝阳面为下凹面；
(b)位于该反射器下方、装到该反射器上的一支撑构件，所述支撑构件的大小和形状做成可支撑至少是该反射器、一太阳能收集器和一收集器支撑件的重量；
(c)一横跨在该反射器上方的收集器支撑件，所述收集器支撑件连接到一太阳能收集器以及或是该支撑构件或是该支撑构件下方的一支撑面上，所述收集器支撑件的大小和形状做成可支撑该太阳能收集器并使该太阳能收集器可作弧线运动；
(d)一具有复合抛物线横截面的长条形太阳能副收集器，所述收集器沿反射器的横向伸展，所述收集器的位置设置成可在预定的聚焦区内运动而收集经反射器反射的太阳能，所述收集器的大小和形状做成可把经反射的太阳能收集入其中有传能液体流动的一导管中，所述液体由经反射的太阳能加热；
(e)一在整个太阳循环中把收集器置于聚焦区中最佳位置上的定位装置，所述定位装置连接到收集器支撑件上；以及
(f)一把收集器的导管连接到热能使用装置或热能储存装置的液体输送装置，其中，该液体输送装置循环该导管中的由太阳能加热的液体；
而且，收集器可围绕反射器的曲率中心转动，该收集器位于该曲率中心下方(1±5％)L处，L的公式为：
                      L＝(R*1.1)/2
其中，R为该太阳能反射器的曲率半径。
8、按权利要求7所述的太阳能收集装置，其特征在于，定位装置受一微处理器的控制，该微处理器周期性地计算收集器在聚焦区中收集经反射器反射的太阳能的最佳位置。
9、按权利要求7所述的太阳能收集装置，其特征在于，该收集器的纵向在真正的东西轴线的30°内。
10、按权利要求7所述的太阳能收集装置，其特征在于，包括两个反射器，其中，第一反射器的整个底边与第二反射器的底边相邻，每一反射器呈约达110°的圆弧形。
11、按权利要求7所述的太阳能收集装置，其特征在于，收集器支撑件包括至少两个分别位于收集器两端的收集器支撑部件。
12、按权利要求7所述的太阳能收集装置，其特征在于，收集器的纵向在真正的南北轴线的30°内。
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