[發明專利]太陽能收集裝置及方法

有效

• 申請號: 200580043271.4
• 申請日: 2005-12-15
• 公開（公告）號: CN101080599A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: 莫里斯·圖赫爾特
• 申請（專利權）人: SHEC實驗室－太陽能氫能公司
• 主分類號: F24J2/10
• 分類號: F24J2/10;F03G6/06
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 章社杲;吳貴明

技術領域

本發明屬于太陽能領域，具體地，屬于為了推進熱化學處理、熱機械處理、或其它熱處理的目的而收集集中的太陽輻射的領域。

背景技術

現今，人們對于開發用于許多熱力驅動處理的可更新的太陽熱能存在著相當大的興趣。這些處理可以包括斯特林(sterling)發動機或汽輪機發電系統中的熱機械處理、熱化學重整、熱裂解、工程采暖、綜合采暖、材料加工等。太陽能收集系統一般放置在容易利用陽光的地方。在典型系統中，將鏡子(或者平面鏡或者曲面鏡)設置在拋物面或槽式結構中，以將入射的太陽輻射集中到預定目標上。當太陽橫穿天空時，跟蹤控制系統或預編程的算法通過移動鏡子來保證所需的光學幾何條件。

目標通常是一些空腔或淺盤的形式，集中的光錐射向該空腔或淺盤。空腔通常設置有多個管，冷卻劑流到該管內，以將所吸收的熱量傳遞到工作過程。一些腔體的設計如同美國專利#5,113,659，在腔體內包括一系列熱導板(hot?shoe)，以將熱能傳導至多個自由活塞斯特林(sterling)發電機。在一些太陽能熱量化學處理中，采用圖像火球在透明工藝管中直接加熱催化劑床，經常導致熱點，造成催化劑結塊以及處理溫度控制不良。

在所有這些收集方案中，必須使光斑尺寸和形狀適合于熱交換和腔體參數。為了避免局部過熱效應，經常使火球散焦，或者使多個火球偏斜，以提供均勻熱區，該熱區中放置有工藝熱交換管。由于擴大的太陽能圖像尺寸且伴隨有增大的熱輻射表面面積，造成太陽能火球在目標上的不太理想的聚焦以及輻射損失的增加。

通過全面的產品轉換效率將最大程度地控制太陽能收集技術的規模和成本，因此任何太陽能收集系統的目標都是對于盡可能小的太陽能收集面積獲得最大的產品產量。實現該目標的關鍵因素在于使由于目標二次輻射造成的寄生損失最小。

所需的處理溫度控制收集裝置，所述收集裝置對于低等熱供應為槽式反射器，或者對于更高的溫度為拋物面集中器。蒸汽系統可以在小于800K的中等溫度下運轉，然而在一些吸熱反應中，嘗試獲得高平衡常數時的熱化學可能需要相當高的溫度。不幸地是，隨著處理溫度的增加，寄生輻射損失遵循Stefan定律(Pr＝σεAT⁴)，使得對于目標的絕對溫度每翻一番，在處理溫度處由于熱輻射造成的損失就增加16倍。通過利用與最優腔體容納結構結合的盡可能小的火球圖像或最高太陽能濃度(其中黑體面積等于聚焦的太陽能圖像)，可以實現最小輻射損失。

發明內容

本發明的目的在于提供一種克服了現有技術中的問題的太陽能熱量收集裝置及方法。

在本發明的第一實施例中，提供了一種用于從太陽能集中器收集熱量并將所收集的熱量傳遞到吸熱器的裝置。該裝置包括等溫體，該等溫體限定了具有大體為圓形入口的細長腔體，該入口具有的直徑基本上等于太陽能收集器的聚焦直徑，該腔體具有反射壁，使得接觸所述壁的太陽光線被基本上反射。該等溫體適于定向成使得圓形入口基本上位于太陽能收集器的焦點處且基本上垂直于太陽能集中器的主軸，并且使得腔體的軸線與太陽能集中器的主軸基本上對齊。該等溫體適于熱連接至吸熱器，使得等溫體中產生的熱量被吸熱器吸收。腔體的長度足以吸收進入腔體的太陽光線中所需比例的能量。

在本發明的第二實施例中，提供了一種用于從太陽收集熱量并將所收集的熱量傳遞到吸熱器的裝置。該裝置包括太陽能集中器和等溫體，其中，該等溫體限定了具有大體為圓形入口的細長的基本為圓柱形的腔體，該入口具有的直徑基本上等于太陽能收集器的聚焦直徑，該腔體具有反射壁，使得接觸所述壁的太陽光線被基本上反射。該等溫體定向成使得圓形入口基本上位于太陽能收集器的焦點處且基本上垂直于太陽能集中器的主軸，并且使得腔體的軸線與太陽能集中器的主軸基本上對齊。該等溫體適于熱連接至吸熱器，使得等溫體中產生的熱量被吸熱器吸收，并且腔體的長度大約為圓形入口直徑的5至9倍。