住宅太阳热能设备制造技术

一种高效住宅太阳热能设备，用于通过太阳热能经济地产生动力，该设备使用：具有纵向聚焦轴的抛物面槽式镜（２１０）用于聚集阳光；定时器旋转器，用于使所述镜（２１０）围绕聚焦和纵向旋转轴线旋转以跟随太阳；以及围绕流动通道（２８８）的集热器（２２０），该流动通道优选地具有椭圆形截面形状，椭圆形截面形状具有与所述抛物面槽式镜（２１０）的纵向对称面（２１３）对准的长轴。所述集热器沿所述镜（２１０）的聚焦轴共轴定位以接收聚集阳光，使得工作流体被加热并被提供以通过所述集热器的出口端供使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及太阳热能系统。具体而言，本专利技术涉及高效的住宅太阳热能 收集、存储和应用系统，所述系统具有能旋转地安装在例如为住宅屋顶的 优选固定结构上的抛物面槽式太阳聚光器；和共轴定位的用于从聚光器接收 聚集的阳光的管状集热器，其中聚光器和集热器的形状和方位被设置为使阳 光收集效率和传输到热动力发动机的热能最大化，以优化机械能和电能的产 生。
技术介绍
尽管太阳能商业可行性尝试已持续一个世纪，但太阳能目前在总能量供 应中占有的比例微不足道。这主要是由于现有太阳能集热器、聚光器的性能 和成本的低效以及与热存储介质的连接装置，这已经妨碍其广泛采用和使用 于商用和住宅应用。例如，在南加利福尼亚的太阳能发电系统(SEGS)设 备代表当今在聚集太阳能(CSP)中运用的现有技术状态。基于现有SEGS 设备的经验，来自使用目前可用技术新构建的设备的电力成本大约为IOC /kWh。这种成本比通过燃煤发电的大约3C/kWh的成本高得多。各种太阳能集热器和聚光器以及与热存储介质和热机的连接装置已知用于太阳热电能系统，例如SEGS设备中。几个示例包括Nilsson的美国 专利4,586,334和Mehos的美国专利6,487,859。 Nilsson专利公开:"......太阳能发电系统包括用于收集和聚集太阳能的装置；储热装置；用于产生动 力的斯特灵发动机装置"，和"……用于收集和聚集太阳能的所述装置是反 射盘；传热装置包括第一和第二热管；所述储热装置优选地为相变介 质……"。Mehos专利公开"……用于盘/斯特灵系统的钠热管接收器"， 而且引用文献中证明"温度高至790。C的钠蒸气"。此外，美国专利4,125,122 公开从太阳聚光器接收能量的热管，美国专利6700054B2尤其描述了与斯特 灵发动机的连接，美国专利4088120描述了抛物面槽具有在焦点处连接到热 存储介质的热管。美国专利787,145描述了椭圆形盘镜，其被定位成跟踪太 阳，并具有加热器以在镜的焦点产生蒸汽。美国专利3,982,526描述了用于 使太阳能集热器围绕极轴转动的装置，美国专利6,886,339B2描述了具有太 阳跟踪系统的抛物面槽式太阳聚光器。美国专利4,205,657描述了具有蒸汽 产生系统的抛物面槽式太阳聚光器。美国专利4,108,154描述了具有挡风罩 的抛物面槽式太阳能集热器。不过，目前可用的太阳能集热器/聚光器的一个具体局限为它们相对较 低的热聚集效率，该效率为由集热元件传输的热相对于入射到聚集镜表面区 域上的阳光热的比。基于最近的现场测量，最佳的可用集热器(例如，从来 自Schott的Solel或PTR 70集热器的UVAC集热器，其使用被热至400°C 的油类传热流体)在800 W/m2阳光入射的情况下实现的热聚集效率最大值 仅为50%。在更高或更低的阳光辐射水平下，热效率甚至更低。这种效率 较低，主要是由于这些集热器的阳光聚集系数相对较低。例如，在SEGS设 备的发电中，集热元件中的吸收表面的直径为7cm,而抛物面槽孔的宽度为 5.77 m,则聚光器孔面积与集热器吸收面积的比，即阳光聚集系数，仅为26。 与抛物面槽式集热器的相对较低的聚集系数相关的另 一局限在于集热器轴 向长度相对于聚光器孔宽度相当大。在DISS情况下，长宽比例如为46。作为现有技术中抛物面槽式集热器的特征的另一效率损失系数与其水 平配置相关。对于整天和整年的阳光入射角范围取平均，导致87%的平均 几何透视收缩系数。有利的是，在住宅/商用单元环境中提供高效太阳热能系统用于太阳热能的 经济利用，从而克服当前太阳能技术在降低能量成本上的局限。特别地，能够将抛物面槽式集热器的阳光聚集系数增加至超过大约160并将平均几何 透视收缩系数提高至大于大约90%的设备和方法，将特别有利于基本上提 高这种太阳热能设备的热聚集效率。
技术实现思路
本专利技术的一个方面包括一种太阳热能设备，包括具有纵向聚焦轴的抛 物面槽式镜，用于沿所述聚焦轴聚集阳光；用于使所述镜围绕纵向旋转轴线 旋转以跟随太阳的装置；和集热器，该集热器包括围绕流动通道的伸长的供 热管，所述流动通道具有椭圓形截面形状，所述椭圆形截面形状的特征为具 有长轴和短轴，其中所述通道沿所述长轴具有最大直径，所述通道沿所述短 轴具有最小直径，并且所述长轴对准所述抛物面槽式镜的纵向对称面，所述 供热管沿所述镜的聚焦轴共轴定位以接收来自所述镜的聚集阳光，使得在所 述供热管中的工作流体由此被加热并被提供以通过所述供热管的出口端供 使用。本专利技术的另一方面包括一种太阳热能设备，包括具有纵向聚焦轴的抛物面槽式镜，用于沿所述聚焦轴聚集阳光；用于使所述镜围绕旋转轴线旋转以跟随太阳的装置；和管状集热器，该管状集热器包括光学透明厚壁供热管，所述厚壁供热管具有形成流动通道的内壁表面和用于扩大所述流动通道的尺寸的凸曲线外壁表面，所述内壁表面被涂覆以阳光吸收材料，所述供热管沿所述聚焦轴共轴定位以接收来自所述镜的聚集阳光，使得所述流动通道中的工作流体由此被加热并被提供以通过所述供热管的出口端供使用。本专利技术的又一方面包括一种太阳热能设备，包括具有纵向聚焦轴的抛 物面槽式镜，用于沿所述聚焦轴聚集阳光；用于安装所述镜的装置，使得所 述聚焦轴平行于地球的旋转轴线且所述镜能够围绕其纵向旋转轴线旋转；用 于使所述镜围绕所述旋转轴线旋转以跟随太阳的装置；和伸长的管状集热 器，该伸长的管状集热器形成流动通道并沿所述聚焦轴共轴定位以接收来自 所述镜的聚集阳光，使得所述流动通道中的工作流体由此被加热并被提供以 通过所述集热器的出口端供使用。本专利技术的再一方面包括一种太阳热能设备，包括具有纵向聚焦轴的抛 物面槽式镜，用于沿所述聚焦轴聚集阳光；用于安装所述镜的装置，使得所 述聚焦轴平行于地球的旋转轴线且所述镜能够围绕其纵向旋转轴线旋转；用 于使所述镜围绕纵向旋转轴线旋转以跟随太阳的装置；和管状集热器，该管 状集热器包括光学透明厚壁供热管，所述厚壁供热管具有形成流动通道的内 壁表面和用于扩大所述流动通道的尺寸的凸曲线外壁表面，所述流动通道具 有椭圓形截面形状，所述椭圆形截面形状的特征为具有长轴和短轴，其中所 述通道沿所述长轴具有最大直径，所述通道沿所述短轴具有最小直径，所述 长轴对准所述抛物面槽式镜的纵向对称面，所述内壁表面被涂覆以阳光吸收 材料，所述供热管沿所述聚焦轴共轴定位以接收来自所述镜的聚集阳光，使 得所述流动通道中的工作流体由此被加热并被提供以通过所述供热管的出 口端供使用。通常，本专利技术的住宅太阳热能设备，主要基于在此描述的用于太阳热飞 机中使用的太阳热能设备。这样，本专利技术的住宅太阳热能设备具有多个主要 部件，包括能够聚焦/聚集阳光并围绕旋转轴线旋转的阳光聚集镜，定位 以吸收聚集阳光的集热器/供热管，连接到所述集热器的出口端的热能存储 器，和能操作地连接到所述热能存储器的热动力发动机，所有这些部件在结 构和操作上类似于前述用于太阳热飞机的那些部件。不过，所述住宅太阳热能设备包括另外的提高效率的特征，这些特征能够通过能安装到诸如建筑物 的屋顶的优选固定结构上并共同工作以提供动力设备的整体效率而实现。例如，在一个特定实施例中，所述集热器的供热管具有椭圆形截面轮廓， 这增大阳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳热能设备，包括：　具有纵向聚焦轴的抛物面槽式镜，用于沿所述聚焦轴聚集阳光；　用于使所述镜围绕纵向旋转轴线旋转以跟随太阳的装置；和　集热器，该集热器包括围绕流动通道的伸长的供热管，所述流动通道具有椭圆形截面形状，所述 椭圆形截面形状的特征为具有长轴和短轴，其中所述通道沿所述长轴具有最大直径并沿所述短轴具有最小直径，所述长轴对准所述抛物面槽式镜的纵向对称面，所述供热管沿所述镜的聚焦轴共轴定位以接收来自所述镜的聚集阳光，使得所述供热管中的工作流体由此被加热并被提供以通过所述供热管的出口端供使用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯班尼特，
申请(专利权)人：劳伦斯利福摩尔国家安全有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]