CN1957210A - 多管式太阳能收集器结构 - Google Patents

Abstract

一种收集器系统(12)，它包括一排直线地连接的收集器结构(13)。该收集器系统放置在反光镜(10)的区域以上的高度上，并可接收从该区域内的反光镜反射的太阳能辐射。该收集器结构(13)包括一个倒置的槽(16)和位于该槽内，多根纵向延伸的吸收器管(30)，该吸收器管在使用中携带热交换流体。吸收器管(30)并排地支承在该槽内，并且每一根吸收器管的直径比该槽的开口小。每一根吸收器管的直径与该槽开口尺寸的比大约为0.01∶1.00～0.10∶1.00。因此多根吸收器管在一定限度内起到有效地模拟平板吸收器的作用。

Description

多管式太阳能收集器结构

技术领域

本发明涉及太阳能收集器结构，该结构使用多根吸收器管，这些管被从反光镜区域来的太阳能辐射照射，并将吸收的能量转移至该结构使用中被该管子携带的热交换流体。本发明是在所谓紧凑的线性Fresnel反光镜(CLFR)系统范围内开发的，以后针对这个系统来说明。但应当理解，本发明可有更广泛的应用。

背景技术

本发明可以与之比较的先前技术的太阳能收集器结构一般可分为二组：第一组为有效地使用沿着不可倒置的槽式反光镜的焦点线延伸的一根吸收器管；第二组为使用沿着可倒置的槽式反光镜的焦点线延伸的一根吸收器管。第一组收集器系统的缺点是，该吸收器管收集只从一个反光镜元件入射的太阳能，并需要复杂的安装和流体连接结构。第二组收集器系统可以避免第一组的大部分缺点，但仍有缺点，即：由需要多次反光，首先是从安装在地面上的反光镜，然后是从可倒置的槽式反光镜造成损失。另外，第二组(如果不是二组的话)收集器系统还有一个缺点是发射率与吸收的比较高，这部分地是由于单管收集器系统所需要的较大直径的管造成的表面积与开口的比的结果引起的。另外，作为第二的问题，第一和第二组收集器系统的缺点是，由于从该槽式反光镜的内部来的无约束的加热空气的运动造成的工作效率损失。另外，作为第三的问题，该第一和第二组的收集器系统使用一根吸收器管，这些收集器系统不能供可变化的吸收开口使用。

发明内容

本发明提供一个收集器结构，它放置在反光镜区域以上的高度，并接收在该区域内，从反光镜反射的太阳能辐射。收集器结构包括一个可倒置的槽和位于槽内的多根纵向延伸的，使用中携带热交换流体的吸收器管。该吸收器管并排地支承在该槽内，并且每一根吸收器管的直径比该槽的开口小。

每一根吸收器管的直径与槽开口尺寸的比可在0.01∶1.00～0.10∶1.00的范围内，一般大约可为0.03∶1.00。利用这种结构，多根管在极限内可以有效地模拟平板吸收器。

“槽的开口”和“槽开口”的说法应理解为有效地确定入射的辐射可通过冲击在吸收器管上的槽的开口。

上述的多个收集器结构可以共线地连接在一起，形成一排结构。在这种情况下，每一根吸收器管可作为管路的单一长度或管路的联合长度，沿着全排延伸。

该吸收器管可以由金属管构成，并且如果需要的话，每一根管可以至少在其表面的一部分，用太阳能吸收涂层涂布。在另一个结构中，每一根吸收器管可以包括用选择性的太阳能表面涂层涂布的玻璃或金属管状零件，和一个周围的玻璃管状零件，二个管状零件之间的空间抽真空。

倒置的槽可(不是必需)以隔开的关系放置在纵向延伸的顶盖下面。在这种情况下，可将绝热材料放置在该槽和顶盖之间的空间中。

可以使用对太阳能辐射基本上透明的窗口，以关闭该槽(的开口)，这样，可在该槽内形成一个热限制腔。该窗口可由例如玻璃一类的刚性材料制成，或者由与该槽的边缘侧壁部分连接的柔性的塑料片材制成。在后一种情况下，可将该腔加压至在离开吸收器管的方向上，足以将该窗口吹胀的程度。

在该收集器结构使用中，热交换流体可以控制，以平行的单方向流的方式流过多根吸收器管。另一种方案为，可以提供一种有选择地改变热交换流体通入和通过多根吸收器管的通道，从而可以在使用时有效地改变收集器结构的吸收开口的装置。

从下面对太阳能收集器结构的一个示例性实施例的说明中，可以更充分地了解本发明。现在利用例子，参照附图进行说明。

附图说明

图1表示CLFR系统的一个大的示意图，该系统包括安装在地面上，排列成多排的反光镜的区域和由多排对准的收集器结构构成的收集器系统；

图2示意地表示在CLFR系统内，从4个反光镜至二个收集器系统的太阳能辐射反射；

图3表示反光镜区域的一部分和靠近该区域的一个边缘放置的一个收集器结构的俯瞰图；

图4表示图3所示形式的收集器结构的终端末端的透视图(从上看)；

图5为图4所示收集器结构的截面末端视图；

图6表示图5中的圆A包围的收集器结构的一部分；

图7表示图5中圆B包围的收集器结构的一部分；

图8示意性地表示包括一排四个互相连接的收集器结构的收集器系统的流体流动控制结构；和

图9A，9B和9C表示提供不同的有效的吸收开口的另一种流体分路结构。

具体实施方式

如图1～3所示，CLFR系统包括安装在地面一个反光镜10的区域，该反光镜10排列成多排11，并还包括平行的收集器系统12。每一个平行收集器系统12由对准的收集器结构13构成。一个完整的CLFR系统可以占据5×10m²～25×10⁶m²内的地面面积。图1所示的系统可以看成是只是一个较大的CLFR系统的一部分。

反光镜10可以为本申请人2004年7月1日提出的正在审查中的国际专利申请PCT/AU 2004/000883和PCT/AU 2004/000884号中所述的形式。这里引入这些专利申请的说明供参考。

如示意性地所示和图2中的例子那样，反光镜10作为多个排或单个地可以集中地或分区域地被驱动，以跟踪太阳的运动(相对于地球)，并且反光镜的排列方向可将入射的辐射反射至相应的收集器系统12。另外，当需要时，一些或全部的反光镜10可以被驱动重新定向，以便将反射的辐射方向从一个收集器系统12改变至另一个。

在图1所示的系统中，一般每一个收集器系统12从12排反光镜10接收反射的辐射。这样，虽然(如图2所示)，任何一个接收收集器系统所相关的反光排不是必需放置在直接靠近接收收集器系统的地方，每一个收集器系统12从收集器系统一侧的6个排，并从另一侧的6个排接收反射的辐射。

反光镜10，因而也是每一个收集器系统12的每一个排11一般的总长度为300m，平行的收集器系统12一般彼此隔开30～35m。收集器系统12由支柱14支承在大约11m的高度上，该支柱14由固定在地面的拉线15固定，然而也可使用其他类似的支承结构。

如上所述，每一个收集器系统12包括多个共线地连接在一起，形成一排结构的收集器结构13。一般，每一个收集器结构的长度量级大约为12m，总宽度量级大约为1.04m。

每一个收集器结构13包括一个倒置的槽16，一般该槽由不锈钢片材制成，并且从图5中可看出，具有纵向延伸的通道部分17和扩张的侧壁18。在侧壁18的边缘上作出该倒置的槽的开口。该槽16由侧轨道19和横向的跨接件20支承并具有结构整体性。该槽安装有被拱形结构件22支承的有波纹的钢顶盖21。

该槽16和顶盖21之间的空隙用绝热材料23，一般为玻璃棉材料充满，但希望用反光金属层包覆的绝热材料充满。该绝热材料和反光金属层的作用为禁止从该槽内向上的热传导和辐射。

为了使该槽的侧壁18互相连接，设置一个纵向延伸的窗口24。该窗口由对太阳能辐射基本上透明的片材制成，并且其作用为在该槽内形成一个封闭的(保持热)的纵向延伸的腔25。

该窗口24也可由玻璃制成但希望用厚度约为60×10^-6m的透明的耐热塑料制成。如图7所示，该窗口的侧边缘可以焊接在钢丝或其他耐热的绳索芯子26上，并且该窗口可通过可滑动地将有芯子的侧边缘放置在有槽的侧面连接器27中，而固定在规定位置上。

图4表示一个收集器结构13，它可放置在收集器结构的一排12的终端末端上，并且带有可安装一个电机驱动的鼓风机29的末端壁28。该鼓风机用于在腔25内维持正的空气压力(相对于周围大气压力)，并且在该倒置的槽16内，在离开吸收器管30的方向上吹胀该窗口。

在所示的收集器结构中，提供了16根在纵向延伸的不锈钢的吸收器管30，用于携带热交换流体(一般为水，或在吸收热后为水-蒸汽或蒸汽)。然而，如果每一根吸收器管的直径相对于该槽的侧壁19之间的槽开口的尺寸小，则吸收器管的实际数目可以改变，以适应具体系统的要求。另外，该收集器系统一般在该槽内具有10～30根并排支承的吸收器管30。

吸收器管直径与槽开口尺寸的实际比可以变化，以满足系统的要求，但为了表示该比值的大小量级，一般可在0.01∶1.00～0.10∶1.00范围内。每一根吸收器管30的外径可为33mm，而开口尺寸为1100mm，因此吸收器管直径与开口尺寸的比为0.03∶1.00。

如上所述，与集中槽的单管式收集器比较，采用上述结构，多根吸收器管30在其极限范围内有效地模拟平板吸收器。由于减少了从吸收器管上部，没有照射的圆周部分的热发射，可以提高工作效率。另外，通过将吸收器管以上述方式放置在倒置的槽中，只有每一根吸收器管的下侧部分被入射的辐射照射，这可以在水上面带有蒸汽的吸收器管中进行有效的吸热。

如图6所示，吸收器管30被在倒置的槽的通路部分17的侧壁32之间垂直延伸的多个平行支承管31自由地支承；而该支承管31被插头33支承作回转运动。这种结构可适应吸收器管的膨胀和单根管的相对膨胀。圆盘形的隔板34装在支承管31上，用于保持吸收器管30互相隔开。

每一根吸收器管30沿着其长度和在其暴露在入射太阳能辐射中的圆周(下面)部分周围用吸收太阳能的涂层涂布。该涂层可以包括在周围空气中的高温条件下保持稳定的太阳能选择性表面涂层，或者可以包括在高温条件下，在空气中稳定的黑色油漆。

图8示意性地表示流动控制装置，它可控制热交换流体流入和流过收集器系统的成一行的4个收集器结构13。如图所示，每一根流体管路30A，B，C和D都是如图5所示的4根吸收器管30的代表。

在图8所示的控制的条件下，流入的热交换流体首先被引导沿着向前的管路30A，沿着返回管路30B，沿着向前管路30C和最后沿着和离开返回管路30D。这造成流体可在低温下通过沿着倒置的槽的边缘放置的管子，和接着，当辐射集中在倒置的槽的中心区域上时，减少发射。设置一个电气驱动的控制装置35，以便可以有选择地控制热交换流体的分路。

可以建立另外的流体流动条件，以满足负载需求和/或普通的周围条件，并且通过关闭选择的吸收器管可以有效地准备开口可变的收集器结构。因此，通过用图9A～9C所示的另外方式控制热交换流体的分路，可以改变每一个收集器结构，因而也是完整的收集器系统的有效的吸收开口。

应当理解，参照附图所述的本发明的实施例只是本发明的一个可能形式的一个例子。因此，在不偏离由所附的权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，可对所述的本发明的实施例作改变和改造。

Claims (17)

1.一种收集器结构，它放置在反光镜区域以上的高度上，并接收从在该区域内的反光镜反射的太阳能辐射；该收集器结构包括一个倒置的槽，和位于该槽内，多根纵向延伸的吸收器管；该吸收器管在使用中携带热交换流体，该吸收器管并排地支承在该槽内，并且，每一根吸收器管的直径比该槽的开口小。

2.如权利要求1所述的收集器结构，其特征为，每一根吸收器管的直径与槽开口尺寸的比在0.01∶1.00～0.10∶1.00范围内。

3.如权利要求1所述的收集器结构，其特征为，每一根吸收器管的直径与槽开口尺寸的比大约为0.03∶1.00。

4.如权利要求1～3中任何一条所述的收集器结构，其特征为，有大约10～30根数量级的吸收器管并排地支承在该槽内。

5.如权利要求1～3中任何一条所述的收集器结构，其特征为，有16根吸收器管并排地支承在该槽内。

6.如权利要求1～5中任何一条所述的收集器结构，其特征为，每一根吸收器管由金属管制成。

7.如权利要求1～6中任何一条所述的收集器结构，其特征为，每一根吸收器管至少在其表面的一部分上用吸收太阳能的材料涂层涂布。

8.如权利要求1～7中任何一条所述的收集器结构，其特征为，吸收器管被与吸收器管垂直延伸的多个回转支承件自由地支承。

9.如上述权利要求中任何一条所述的收集器结构，其特征为，包括纵向延伸的顶盖，该倒置的槽以隔开的关系放置在顶盖下面。

10.如权利要求9所述的收集器结构，其特征为，在该倒置的槽和顶盖之间的空间中放置绝热材料。

11.如上述权利要求中任何一条所述的收集器结构，其特征为，基本上对太阳能辐射透明的窗口延伸过该倒置的槽的开口，从而封闭该槽，形成在该槽内的一个限热腔。

12.如权利要求11所述的收集器结构，其特征为，该窗口由柔性的塑料片材制成，该片材与该槽的边缘侧壁部分连接。

13.如权利要求12所述的收集器结构，其特征为，提供了给该腔加压，和因而在离开吸收器管的方向吹胀该窗口的装置。

14.如上述权利要求中任何一条所述的收集器结构，其特征为，设置了在使用中控制以平行的线性流方式通过多根吸收器管的热交换流体流动的装置。

15.如上述权利要求中任何一条所述的收集器结构，其特征为，它包括有选择地改变流入和通过多根吸收器管的热交换流体分路，因而在使用中可以有效地改变收集器结构的吸收开口的装置。

16.一种收集器系统，它包括如上述权利要求中任何一条所述的多个收集器结构，其特征为，该收集器结构共线地连接在一起，形成一排结构。

17.如权利要求16所述的收集器系统，其特征为，每一根吸收器管，作为一个单一长度的管路沿着全排延伸。

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