專利名稱：交叉線性型太陽能熱收集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過平行地設置太陽光反射線形成的線性型太陽能熱收集裝置，且更特定地，涉及交叉線性型太陽能熱收集裝置，該裝置具有被放置為與被設置為平行的反射線垂直相交的接收線，且涉及使用該交叉線性型太陽能熱收集裝置作為中繼的太陽能熱收
集裝置。
背景技術(shù)：
所謂線性菲涅耳太陽能熱收集裝置被已知為通過平行設置太陽能熱反射線形成的常規(guī)線性型太陽能熱收集裝置。這樣的常規(guī)線性型太陽能熱收集裝置的示例被圖示為

圖1la和圖1lb中的常規(guī)示例I (見非專利文獻I和專利文獻I)。在常規(guī)示例I的線性菲涅爾太陽能熱收集裝置中，多個反射線L1、L2…被平行地設置在地上，且接收線C1、C2…被設置為在反射線L1、L2…上方預定間距且與反射線的方向平行，從而像跨在反射線上的橋一樣延伸。在每一個反射線L1、L2…中，用作日光反射裝置的很多鏡面盤H、H…被設置，且在每一個接收線C1、C2…中，接收器(太陽能熱收集器)R、R...以相互間的預定間距被平行地設置。在圖1lb中，每一個線的鏡面盤H、H…具有它們的轉(zhuǎn)向角，該轉(zhuǎn)向角被獨立控制從而圍繞每一個反射線L1、L2…的中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)向，且反射入射在它們的鏡面上的陽光，從而從中反射出來的光由鄰近的接收器R接收。由接收器R所接收的反射光的熱經(jīng)由熱媒介被轉(zhuǎn)換為高溫水蒸氣。每一個反射線L1、L2…和接收器R被部署為在南北方向中平行，且每一個反射線的角度經(jīng)受東西方向的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，從而部署在每一個反射線L1、L2…上的鏡面盤H、H…跟隨太陽的移動且， 作為結(jié)果，從中被反射的光總是被收集在接收器R附近。該太陽能熱收集裝置被用在，例如，太陽能發(fā)電系統(tǒng)中。拋物面槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)和中央塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)被操作為用在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能熱收集裝置的商用裝置。在拋物面槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，使用槽型的拋物面鏡，且在將陽光聚焦在部署于鏡子的焦點位置處的管子上時流過管子的熱媒介(如，油)被加熱，從而通過所得到的熱能來產(chǎn)生電力。在中央塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，使用被設置有太陽追蹤器的平面鏡，且在將陽光聚焦在部署于其中央部分的塔的太陽能熱收集器上時收集陽光，從而通過被允許流至塔的上部的熱媒介所收集的所得到的熱來發(fā)電。拋物面槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)成本相對較低，但是所加熱的熱媒介的溫度低，且因此，不利的是，在實現(xiàn)高效率方面有困難，而中央塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)能獲得高溫熱媒介，但是需要很準確的光收集能力，且因此，不利的是，成本高。另一方面，線性菲涅爾太陽能熱收集裝置是更為受到關(guān)注的用作太陽能發(fā)電系統(tǒng)的商業(yè)裝置的太陽能熱收集裝置之一，因為線性菲涅爾太陽能熱收集裝置更不易受到風的影響且具有較為不剛性、更簡單的結(jié)構(gòu)，且具有更高的用地效率，且因此相比拋物面槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)和中央塔式型太陽能發(fā)電系統(tǒng)可實現(xiàn)更低的發(fā)電成本。盡管如上所述，線性菲涅爾太陽能熱收集裝置的特征在于具有更簡單的結(jié)構(gòu)且相比拋物面槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)和中央塔式型太陽能發(fā)電系統(tǒng)獲得更低的發(fā)電成本，存在的問題在于由于下列原因陽光的光損失變得較大，且難以獲得較高的光/熱收集效率。陽光的光損失是由例如以下情況引起，入射光束撞擊(kicked on)在鏡面盤(被稱為“余弦損失”)、由鏡面盤反射的光束由另一個鏡面盤中途截取(被稱為“阻截”)、或者入射在鏡面盤上的光束由另一個鏡面盤中途截取(被稱為“遮蔽”)。在光損失的原因中，“余弦損失”的發(fā)生和“阻截”的發(fā)生被圖示于圖12中作為圖像。當入射陽光對角線地入射在鏡上時“遮蔽”被特別顯著地引起，且因此“遮蔽”未被圖示在圖12中。當鏡H相對于地平面的傾斜角較大或當在根據(jù)太陽高度進行的鏡H的角度調(diào)節(jié)中的鏡H的旋轉(zhuǎn)角的變化較大，這樣的光損失易于變大。在圖12中，例如，當常規(guī)線性菲涅爾太陽能熱收集裝置的接收器R以南北方向設置時·，通過傾斜以東西方向設置在反射線上的鏡面盤H、H...，從鏡面盤H、H…反射的光線明顯地輻射向單個接收器R。因此，鏡相對于地平面的傾斜角隨著被放置在反射線上的鏡與接收器R之間的距離的增加而成比例地變大，且由“余弦損失”和“阻截”引起的光損失較大。另外，為了跟隨從早到晚的太陽的軌跡，鏡面盤經(jīng)受了較大變化，其調(diào)節(jié)角度在東西方向大于加上或減去45度角度，且因此當太陽高度在早上和晚上較低時，由“余弦損失”和“阻截”引起的光損失變得特別大，且一天中光收集/熱收集能量的變化量較大。因此，作為低的光收斂度的結(jié)果，所獲得的溫度的上限在水蒸氣中落在400度到500度之間，且不能獲得600度以上的高溫。此外，即使很多鏡面盤東西方向地設置在反射線上且即使設置了較寬的鏡安裝空間，上述光損失隨著鏡面盤與接收器之間的距離愈加變大，且因此不能獲得較高的光收集效率。另外，單個接收器在輻射反射光從而由該接收器所接收的鏡面盤的數(shù)量上有限制，且因此，如果很多鏡面盤以較寬的范圍被設置，需要向一個接收線分配每一組數(shù)量預定的鏡面盤，且需要為每一個接收線設置接收器R，且由每一個接收器R所接收的經(jīng)反射的光的熱必須被收集且取出。因為這些理由，常規(guī)線性菲尼爾太陽能熱收集裝置所獲得的極限溫度最多約500度。作為減少上述光損失的方法，專利文獻2提出了一線性菲涅爾太陽能熱收集裝置，其中每一個反射線的縱向和接收器的縱向在東西方向上被平行設置。這個系統(tǒng)被描述為常規(guī)示例2。簡短地而言，在常規(guī)示例2的該系統(tǒng)中，在每一個反射線LI (L2, L3，...)上的每一個鏡面盤H、H…相對于太陽的軌跡僅在南北方向被旋轉(zhuǎn)，而不在在東西方向被旋轉(zhuǎn)，從而將經(jīng)反射的光引導至接收器，如圖13中所示。根據(jù)這個方法，鏡在南北方向中的旋轉(zhuǎn)角度是一天內(nèi)(早上和晚上)不超過數(shù)度的小角度，且是在一年內(nèi)約增加或減少15度角度的小角度，且因此可極大地減少上述光損失。因此，通過將很多鏡面盤設置在南北方向且通過增加鏡面盤的安裝空間，也可增加接收器R接收到的熱收集能量的總量。然而，在常規(guī)示例2的系統(tǒng)中，不能在東西方向調(diào)節(jié)鏡的角度，且因此，特別在早晨和晚上太陽高度較低時，由鏡面盤收斂的光所進入的線性光收集范圍極大地偏離接收器，且不利地，一天內(nèi)光收集能量極大地變化。此外，在常規(guī)示例I和2中，常規(guī)線性菲涅爾太陽能熱收集裝置具有其中反射線和接收器平行彼此地設置的結(jié)構(gòu)，且因此收集在接收器上的光線成為基本均勻的線性照射范圍。不利地，在這個照射范圍內(nèi)，當溫度上升至約600度的高溫時，熱的再輻射變大，且易于劣化熱媒介吸收熱量的效率。 引用列表
專利文獻
專利文獻1:
US2009/0056703A1:申請人 Ausra 公司，“LINEAR FRESNEL SOLAR ARRAYS ANDCOMPONENTS THEREFOR”
專利文獻2:
US2010/0012112A1:申請人，AUSRA PTY 有限公司，“ENERGYCOLLECTOR SYSTEMHAVING EAST-WEST EXTENDING LINEAR REFLECTORS”
非專利文獻
非專利文獻1:
Solar2004:Life, the Universe and Renewables, “Steam-circuit Model for the compact Linear Fresnel Reflector Prototype，，

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題要解決的問題在于以下事實:在常規(guī)的所謂線性菲尼爾太陽能熱收集裝置中，在常規(guī)示例I的方法中，由鏡面盤上的“余弦損失”、“阻截”、或“遮蔽”所引起的光損失較大，且因此加熱溫度的極限是500度且一天內(nèi)的熱收集能量極大地變化；在常規(guī)示例I的方法中，即使很多鏡面盤被設置在較寬范圍內(nèi)，光損失隨著與接收器之間的距離的增加而成比例地變得更大，且因此對于光收集效率有限制；以及，在常規(guī)示例I和2的方法中，當溫度上升至約600度的高溫時， 在接收器的照射范圍內(nèi)，熱的再輻射變大，且熱介質(zhì)的吸收熱量的效率易于劣化。本發(fā)明的目的在于解決常規(guī)線性菲涅爾太陽能熱收集裝置的上述問題并提供能實現(xiàn)600度以上加熱溫度且能減少相對于一天內(nèi)太陽高度的變化引起的光收集/熱收集能量的變化的交叉線性型太陽能熱收集裝置。問題的解決方案為了解決這些問題，根據(jù)本發(fā)明的交叉線性型太陽能熱收集裝置的特征在于，在南北方向平行地設置多個反射線、在東西方向設置單個接收線從而與發(fā)射線的設置方向垂直地相交、在每一個反射線上部署日光反射裝置、且調(diào)節(jié)鏡面盤的角度然后將入射在反射線的每一個部分上的陽光向著接收線輻射。交叉線性型太陽能熱收集裝置的最顯著特征在于，在行的方向(即，南北方向)的每一個反射線上部署多個鏡段，且從而可在行的方向(南北方向)和在列的方向(即，東西方向)進行角度調(diào)節(jié)，且入射在鏡段上且從其被反射的陽光被收集在部署于接收線上的接收器上。通過將反射線和接收線彼此平行地設置來構(gòu)建常規(guī)線性型太陽能熱收集裝置，而本發(fā)明的線性型太陽能熱收集裝置具有被部署為與線性型反射線垂直相交的線性型接收線，且因此被稱為“交叉線性型太陽能熱收集裝置”。
發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明的裝置，可使得由“余弦損失”、“阻截”、或“遮蔽”引起的光損失顯著變小，且可在控制光損失的同時使得南北方向的反射線更長，且因此相比被部署于較小面積中的常規(guī)線性菲涅爾太陽能熱收集裝置而言更易于增加陽光的光收斂度。此外，不論反射線的數(shù)量，接收線僅需要設置單個接收器，且從部署于較寬范圍內(nèi)的日光反射裝置反射的光被收斂在該單個接收器上，且因此可易于產(chǎn)生600度以上的高溫水蒸氣或高溫空氣，且結(jié)合中央塔式太陽能熱收集系統(tǒng)，可以低成本獲得約800度的相當高的溫度。附圖簡述 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的交叉線性型太陽能熱收集裝置的實施例中的日光反射裝置和接收器的設置示例的示圖。圖2是示出部署在反射線上的鏡段的設置方式的示圖。圖3是示出其中在南北和東西方向中調(diào)節(jié)部署在反射線上的每一個鏡段的旋轉(zhuǎn)角度的方式的示圖。[圖4是示出接收器的結(jié)構(gòu)的示例的截面圖。圖5a是示出其中五個照射范圍Fl到F5被設置在置于部署在接收線上的接收器中的熱收集管的總長度的范圍內(nèi)的示例的示圖，圖5b是示出相對于熱收集管的流體的溫度分布Tl和在不將非照射范圍固定在每一個照射范圍Fl到F5兩側(cè)的情況下經(jīng)反射的光被集中地輻射到熱收集管的特定范圍時所獲得的熱媒介的溫度分布T2之間的比較，圖5c是示出其中在不將非照射范圍固定在每一個照射范圍Fl到F5兩側(cè)的情況下，照射范圍Fl到F5被集中部署到熱收集管的特定范圍內(nèi)的示例的示圖。圖6是示出其中預熱裝置和主要加熱裝置彼此被組合的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的太陽能熱收集裝置的示例的示圖。圖7是示出部署在反射線上的鏡段的另一個設置示例的示圖。圖8a示出本發(fā)明與常規(guī)技術(shù)之間的差異，圖8a是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)模型，圖8b示出本發(fā)明與常規(guī)技術(shù)之間的差異，圖8b是常規(guī)示例I的結(jié)構(gòu)模型，圖8c示出本發(fā)明與常規(guī)技術(shù)之間的差異，圖8c是常規(guī)示例2的結(jié)構(gòu)模型。圖9是示出本發(fā)明的實施例2和3以及常規(guī)示例I和2的光收集模擬結(jié)果的示圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例3的交叉線性型太陽能熱收集裝置的俯視圖。圖1la示出常規(guī)線性菲涅爾太陽能熱收集裝置的示例(S卩，常規(guī)示例I)。圖1lb示出常規(guī)線性菲涅爾太陽能熱收集裝置的示例(即，常規(guī)示例I)。圖12是用于描述由“余弦損失”和“阻截”所引起的光損失的示圖。圖13是示出常規(guī)線性菲涅爾太陽能熱收集裝置的另一個示例(即，常規(guī)示例2)的示圖。實施例的描述下文中將參考附圖描述本發(fā)明的各個實施例。在圖1中，本發(fā)明是交叉線性型太陽能熱收集裝置，其具有多個反射線L1、L2…和一個接收線C。在地面上南北方向(S-N)中設置的熱接收區(qū)中彼此平行地設置反射線L1、L2...，且每一個反射線被設置日光反射裝置I。盡管這個實施例示出其中反射線的總數(shù)是從LI到L8的八個，反射線的數(shù)量并不限于此，且根據(jù)本發(fā)明可被設置為任意數(shù)量。通過調(diào)節(jié)每一個反射線(B卩，每一列上)上的鏡表面的角度，每一個反射線L1、L2…的日光反射裝置I將入射在反射線L1、L2…的每一個部分上的日光的經(jīng)反射的光向著接收線C輻射。另一方面，接收線C被設置為在東西方向(E-W)上與反射線L1、L2…垂直相交且從而占據(jù)反射線的中心之上的預定位置，且被設置有單個接收器2。接收器2接收從每一個反射線的日光反射裝置I所輻射的陽光的經(jīng)反射的光，并收集其熱。如果日光反射裝置大小為lm*2m，接收器2的安裝高度為約20m。在本發(fā)明中，其中反射線L1、L2…延伸的方向是地面上的南北方向(S-N)，且接收線C的方向是東西方向(E-W)。對于反射線L1、L2…的設置方向而言，當反射線L1、L2…的方向被調(diào)節(jié)為準確地與地面上的南北方向(S-N)重合且只要入射在每一個反射線L1、L2上的日光反射裝置I上的陽光的經(jīng)反射的光可由接收線C的接收器2有效地接收，則反射線L1、L2…設置方向的輕微變化當然被包括在南北方向的范圍內(nèi)。這對于接收線C也是一樣的。只要來自日光反射裝置I的陽光的經(jīng)反射的光可由接收器2有效地接收，接收線C的設置方向的輕微變化被包括在東西方向的范圍內(nèi)。圖2示出被部署在被圖示為反射線的代表的反射線LI上的日光反射裝置I的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，作為日光反射裝置I的組件的多個鏡段la、lb、lc…被部署在地面上預定范圍內(nèi)的行方向中的反射線LI上。類似地，在每一個反射線L2、L3…中，在行方向中設置多個鏡段la、lb、lc…，且作為結(jié)果，設置在行方向中的鏡段la、lb、lc…被部署在熱接收區(qū)Z中。
`
同一線的鏡段la、lb、lc…沿著圖3中所示的行方向(南北方向)共同附連到主旋轉(zhuǎn)軸X，且主旋轉(zhuǎn)軸X通過列方向驅(qū)動器3在列方向(東西方向)可控制地旋轉(zhuǎn)，且每一個反射線的(即，每一列的)鏡段la、lb、lc…經(jīng)受對于旋轉(zhuǎn)軸X上的旋轉(zhuǎn)角度的調(diào)節(jié)。另一方面，每一行的鏡段la、lb、lc…在垂直于接收線C的方向(東西方向)中，各自獨立地被附連至獨立軸Yl、Y2、Y3…的行方向驅(qū)動器4a、4b、4c…所控制和旋轉(zhuǎn)，且在行方向(東西方向)中獨立地經(jīng)受對于每一個獨立軸Yl、Y2、Y3…的旋轉(zhuǎn)角度的調(diào)節(jié)。對于部署在其他反射線L2、L3…的每一個上的日光反射裝置I (鏡段la、lb、Ic…)同樣適用，盡管給出的描述是調(diào)節(jié)部署在作為反射線代表的反射線LI上的日光反射裝置I的旋轉(zhuǎn)角度的方式。每一個反射線的鏡段la、lb、lc…各自被設置為具有典型模塊，諸如在反射線的方向(南北方向)中長度為Im且在橫向方向(東西方向)中長度為2m。作為示例，圖1示出其中串聯(lián)設置的五個鏡段la、lb、lc、ld、和Ie被設置為圖2中所示的一個單元，且串聯(lián)設置的兩個單元被設置在每一個反射線L1、L2…上，且一個單元和一個單元之間的位置作為每一列(即，每一個反射線)的中間位置。然而，鏡段的數(shù)量并不限于一個單元由五個鏡段組成，且設置在每一個反射線上的單元的數(shù)量并不限于兩個單元。此外，在本發(fā)明中，在北側(cè)反射線的長度和在南側(cè)反射線的長度并不一定要求相對于在作為在北側(cè)和南側(cè)之間的分界線的東西方向中延伸的接收線對稱。例如，如果本發(fā)明的交叉線性型太陽能熱收集裝置設置在北半球，反射線的長度被設置為在北側(cè)相比在南側(cè)較長，且北側(cè)上的鏡安裝空間被設置為比在南側(cè)上更寬，且作為結(jié)果，增加了光收集效率和熱收集效率，因為太陽的軌跡相對于接收線在南側(cè)運行。另一方面，如果本發(fā)明的交叉線性型太陽能熱收集裝置被設置在南半球，通過使得在南側(cè)上的反射線的長度比在北側(cè)上的更長，來增加光收集效率和熱收集效率。在上述反射線中，其中部署反射線的占地面積可被設置在行方向(南北方向)中比在列方向(東西方向)中更長。通過在東西方向中部署接收器、通過在執(zhí)行鏡段的角度調(diào)節(jié)的同時照射接收線、并通過在行方向(南北方向)中延伸反射線，可設置比常規(guī)線性菲涅爾太陽能熱收集裝置具有更小光損失的光收集光學系統(tǒng)。因此，通過形成在南北方向中延伸的鏡段，可獲得具有較小損失的較高的熱收集能量。此外，可將東西方向中的接收器制作得比常規(guī)線性菲涅爾太陽能熱收集裝置的接收器更小，且因此可能減少由于所吸收的熱的再輻射引起的熱損失。圖4示出了接收器2的實施例。在這個實施例中，單個接收器2具有多個熱收集管6、6...(例如，不銹鋼管)，每個熱收集管內(nèi)部被填充有熱媒介(例如，空氣或蒸汽)且平行設置這些熱收集管。接收器2被部署在具有日光反射裝置的所有反射線(在這個實施例中是LI到L8)之上，從而像跨在反射線上的橋一樣延伸，且接收器2的一端連接至供熱源5，如圖1中所示。熱收集管6接收從日光反射裝置I反射的光，此后，收集由所反射的熱所加熱的熱媒介，并將熱媒介提供至供熱源5。在這個實施例中，數(shù)個熱收集管之上的空間覆蓋有隔熱外壁7，具有腔窗功能的吸熱網(wǎng)8被放在一行熱收集管6正下方。隔熱外壁7是圓弧截面的蓋，且包含著平行設置的一組熱收集管6、6...。隔熱外壁7的下表面由吸熱網(wǎng)8所截止。通過將隔熱外壁7的兩個邊緣從吸熱網(wǎng)8的邊緣向下突出，可顯著限制由隔熱外壁7中的上升的電流引起的對流熱損失。吸熱網(wǎng)8是不銹鋼網(wǎng)，其帶有具有預定厚度的平行交叉結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)等，且被構(gòu)造為允許從日光反射裝置反射的光穿過網(wǎng)壁向內(nèi)。然而，其輻射光不能易于從網(wǎng)壁內(nèi)出來。

在本發(fā)明中，優(yōu)選的是將作為接收器2的組件的熱收集管6分為照射范圍和非照射范圍，從而在熱收集管的整個長度上的照射范圍和非照射范圍之間以預定間隔交替地出現(xiàn)，且優(yōu)選的是通過用從每一個反射線的鏡段la、lb…反射的光僅照射每一個照射范圍來增加包含在熱收集管中的流體的熱轉(zhuǎn)移效率。圖5a示出其中在接收器2位于接收線C上的熱收集管6的總長度(長度P)的范圍內(nèi)設置五個照射范圍Fl到F5的示例。非照射范圍d被固定在照射范圍Fl到F5的相鄰范圍之間的預定長度范圍內(nèi)，且照射范圍Fl到F5被基本均勻地分隔開且設置在熱收集管6的長度Pl的基本整個長度上。相對于照射范圍Fl到F5，照射每一個反射線的鏡段la、Ib…光的反射光被輻射至熱收集管6，且包含在熱收集管6中的熱媒介被加熱。如果照射范圍Fl被定義為起始端且如果照射范圍F5被定義為終止端，當熱媒介流過非照射范圍d時，由照射范圍Fl到F5所加熱的熱媒介還由存儲于每一個非照射范圍d中的熱所加熱，且該熱媒介從作為終止端的照射范圍F5向著供熱源5傳送。當非照射范圍d隔熱時，限制了從這個范圍到外部的熱輻射，且因此包含在熱收集管6中的熱媒介可被加熱至甚至更高的溫度且被傳送向供熱源。圖5b是示出相對于熱收集管(長度Pl)的熱媒介的溫度分布Tl。為了比較，圖5c示出在沒有將非照射范圍固定在每一個照射范圍Fl到F5兩端的情況下，當熱收集管的特定范圍被集中地由所反射的光照射時，所包含的熱媒介的溫度分布T2。從兩個溫度分布之間的比較可清楚看到，在照射范圍F5之外的位置處，包含在熱收集管6中的熱媒介的溫度分布是Τ1ΧΓ2。根據(jù)本發(fā)明，當通過在每一個照射范圍Fl到F5的兩端固定非照射范圍d來加熱照射范圍Fl到F5時，熱從熱收集管6的照射范圍Fl到F5傳遞到被固定在每一個照射范圍兩端的非照射范圍d，且除了從照射范圍直接到包含在熱收集管內(nèi)的熱媒介的熱傳遞之外，還發(fā)生從非照射范圍2d到熱媒介的熱傳遞，且增加了熱介質(zhì)與熱收集管6接觸來加熱至高溫的時間。作為結(jié)果，從熱收集管傳遞至包含在其中的熱媒介的熱的量增加，且可將高溫流體傳送至供熱源5。每一個照射范圍Fl到F5的長度以及照射范圍Fl到F5的相鄰范圍之間的非照射范圍d的長度各自都不限于特定長度，且在熱收集管6的總長度(長度Pl)范圍內(nèi)，照射范圍Fl到F5的長度可自由地被設置為彼此相等或不相等。在圖1中，部署在每一個反射線L1、L2、L3…上的鏡段la、Ib…作為一組鏡段經(jīng)受東西方向中每一列的鏡段的旋轉(zhuǎn)角度的控制，而部署在其上的鏡段la、lb…獨立地經(jīng)受南北方向中每一段的旋轉(zhuǎn)角度的控制。鏡段的旋轉(zhuǎn)角度在南北方向和東西方向中被調(diào)節(jié)，且直接來自太陽的光由鏡段接收，且然后所反射的光向著部署在上面的接收器2輻射。從每一行和每一列的鏡段la、Ib…反射的光穿過接收器2的吸熱網(wǎng)8，然后行進通過由隔熱外壁7所封圍住的空間內(nèi)部，并通過熱收集管6對于填充熱收集管6內(nèi)部的熱媒介進行加熱。在流過熱收集管6的過程中，熱媒介被重復地加熱至高溫，且傳送至供熱源5。例如，在供熱源5中，產(chǎn)生高溫蒸汽且被用于蒸汽渦輪發(fā)電，或者產(chǎn)生吸熱化學反應來轉(zhuǎn)化為化學能量燃料。在上述實施例中，已經(jīng)示出了其中無論至接收器2的距離是長是短，沿反射線L1、L2…設置的鏡段之間的間隔不變的示例。然而，盡管由鏡段和相鄰鏡段之間的阻截造成的光損失在接收線上的接收器2附近較小，但是例如鏡段和相鄰鏡段之間的阻截引起的光損失隨著與接收器2之間的距離成比例地變大。為了防止由例如鏡段和相鄰鏡段之間的阻截引起的光損失，優(yōu)選的是將列方向上相鄰鏡段之間的間隔設置為在與接收線接近的那側(cè)上較小，且優(yōu)選的是將它們之間的間隔設置為隨著與接收線之間的距離增加成比例地變大。使得反射光的阻截和與接收線C之間的距離的增加成比例，且因此優(yōu)選的是通過向后和向前改變部署在接收器2的接收線C的北側(cè)和南側(cè)上的鏡段之間的間隔來固定鏡段之間的空間作為北側(cè)和南側(cè)之間的分界線。然而，每一對相鄰鏡段之間的間隔并不必需被改變，且作為對策，推薦的是以從最接近接收線C的位置開始的順序分為數(shù)個區(qū)并且改變每個區(qū)內(nèi)包括的鏡段的數(shù)量。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，形成其中接收器2以東西方向被部署在接收線C上的結(jié)構(gòu)，且在對部署在反射線L上的鏡段la、lb...執(zhí)行角度調(diào)節(jié)的同時鏡段la、lb...接收的陽光被輻射至接收線C，且因此在太陽軌道的跟蹤過程中在南北方向中對于鏡段的角度的調(diào)節(jié)量是一天內(nèi)數(shù)度或更少的小角度，且是一年內(nèi)數(shù)十度或更少的小角度(鏡角度的調(diào)節(jié)量約是地球旋轉(zhuǎn)軸的23.4度的1/2)，且因此鏡角度變化引起的光損失極小。此外，只通過沿接收線收集光，來固定東西方向中鏡段角度的調(diào)節(jié)量，且因此相對于在頂點處的入射陽光的鏡設置角比常規(guī)的小， 且余弦損失輕微。此外，相對于一天內(nèi)太陽高度的變化，光損失的變化也是輕微的，且因此一天內(nèi)熱收集能量的變化也可被控制為較小。通過使用本發(fā)明的交叉線性型熱收集裝置作為中繼器且通過將用作中繼器的這個裝置與具有良好的熱收集能力的太陽能熱收集裝置組合，已經(jīng)被預加熱的熱媒介可被加熱至甚至更高的溫度。圖6示出其中根據(jù)本發(fā)明的四個交叉線性型太陽能熱收集裝置IOa到IOd各自被用作對于中央塔式太陽能熱收集裝置11的中繼器。根據(jù)這個配置，通過對于四個交叉線性型太陽能熱收集裝置IOa到IOd將預熱至300度的熱媒介分開并通過加熱所分開的熱媒介，可將熱媒介的溫度提升至600度，且由交叉線性型熱收集裝置IOa到IOd所加熱的熱媒介進一步由中央塔式太陽能熱收集裝置11中獲得的光收集熱進一步加熱。作為最終結(jié)果，獲得具有800度高溫的熱媒介。在其中只通過中央塔式太陽能熱收集裝置11來收集光且收集熱來提升溫度的方法中，塔的高度超過100m，且日光反射裝置領(lǐng)域覆蓋數(shù)千米從而實現(xiàn)具有例如100MW級的熱收集能力的裝置。因此，構(gòu)建成本也變得巨大，且難以執(zhí)行電力的低成本提供。因此，如上所述，本發(fā)明的交叉線性型太陽能熱收集裝置被用作預熱裝置，且與用作主加熱裝置且相比上述交叉線性型太陽能熱收集裝置更適于高溫光收集的另一個類型太陽能熱收集裝置(諸如中央塔式太陽能熱收集裝置)組合。兩級加熱使得可能將熱媒介的溫度提升至目標高溫。此外，可能實現(xiàn)熱收集能量損失(諸如熱的再輻射)較小且構(gòu)建成本與占地面積較低的高功率太陽能熱收集裝置，且高溫熱媒介的如此獲得的熱可用作為太陽能熱發(fā)電的熱源或化學反應的反應熱。下文示出本發(fā)明的實施例。[示例 I]如圖7中所示，接收線C被設置在距離長度為210m的反射線中心20m高度處的位置，且其上部署有接收器2。在接收線C前后的每一個105米范圍被分為，從接收線C的最近位置開始的順序，為Dl區(qū)、D2區(qū)、和D3區(qū)，各自具有35m長度。每一區(qū)的鏡段的數(shù)量為Dl區(qū)中34、D2區(qū)中30、且D3區(qū)中26。接收器的寬度被設置為0.5m。在這些條件下接收陽光。作為結(jié)果，當陽光強度為0.8kff/m2時，輸入接收器的熱量約為400kW/m2。設置七十條線，且在接收器中設置二十個管，在十個大氣壓的壓力下，室溫空氣氣體從接收器的一端(入口)注入這二十個管中的每一個。通過將氣流速度設置為約2.5m/sec,穿過70條線的在接收器出口處的空氣溫度能被基本加熱至700度。此時在接收器入口處的400kW/m2的光收集能量是常規(guī)使用的線性菲涅爾太陽能熱收集裝置的5-10倍。70條線的總的光收集功率為25MW。[示例2]在實施例2中模擬了一天內(nèi)在接收器上的照射能量的變化。為了比較，在常規(guī)示例I和2中執(zhí)行相同的模擬。為了執(zhí)行這個模擬，在如下相同條件下設置本發(fā)明的太陽能熱收集裝置的結(jié)構(gòu)模型和常規(guī)示例I和2的太陽能收集裝置的結(jié)構(gòu)模型。在圖8a到圖Sc中圖示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)模型和常規(guī)示例I和2的結(jié)構(gòu)模型。圖8a是示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)模型的示圖，圖8b是示出常規(guī)示例I的結(jié)構(gòu)模型，且圖Sc是示出常規(guī)示例2的結(jié)構(gòu)模型。關(guān)于每一個模型的太陽能熱收集裝置，模擬性能日期、模擬性能地點、和模擬設置條件如下。
-日期:春分日(2011/3/21)-地點:西班牙亞美尼亞地區(qū)(維度:北36.84度的角度/經(jīng)度:西2.47度的角度)-鏡段的總面積:64m2-接收器長度:11m-接收器高度:距離地面5m圖9示出相對于一天內(nèi)接收器上的照射能量的變化，通過在實施例2和常規(guī)示例I和2之間的比較獲得的模擬結(jié)果。藉此獲得的結(jié)果是，當使用被構(gòu)造為在東西方向部署接收器并被構(gòu)造為執(zhí)行鏡段角度調(diào)整的同時照射接收線的本發(fā)明的太陽能熱收集裝置來追蹤太陽軌道時，在南北方向中鏡段的角度調(diào)節(jié)量是一天內(nèi)數(shù)度或更少的較小角度，且甚至是一年內(nèi)數(shù)十度或更少的較小角度(鏡角的調(diào)節(jié)量是約地球旋轉(zhuǎn)軸的23.4度的1/2)，比使用常規(guī)示例I和2的太陽能熱收集裝置時更小，且因此通過鏡角變化引起的光損失極小。此外，只通過沿接收線收集光，來固定東西方向中鏡段角度的調(diào)節(jié)量，且因此相對于在頂點處的入射陽光的鏡設置角比常規(guī)的小，且余弦損失輕微。此外，相對于一天內(nèi)太陽高度的變化，光損失的變化也是輕微的。此外，根據(jù)本發(fā)明的太陽能熱收集裝置，在頂點(約12點鐘)時的照射能量較高，且早晨和晚上的照射能量的上升也變得比常規(guī)示例I的太陽能熱收集裝置更陡峭，且因此一天內(nèi)總累計的照射能量變得大于常規(guī)示例2的太陽能熱收集裝置，且變得可能將包含在接收器的熱收集管內(nèi)的熱媒介的溫度保持在約700度達較長時間。[示例3]在其中如圖10中所示，在其中相比按接收線C不對稱的南側(cè)，在北側(cè)上部署更多的鏡段la、lb...(比例為南側(cè)上是I且北側(cè)上是7)(接收線C被設置在東西方向(E-W)中且被認為是北側(cè)和南側(cè)之間的分界線)，且其中部署反射線L1、L2…的范圍被設置為在行方向(南北方向)上比列方向(東西方向)上更長的情況下，來模擬一天內(nèi)接收器2上的照射能量的變化。模擬結(jié)果被圖示為圖9中的實施例3。根據(jù)維度，圍繞放置在南側(cè)和北側(cè)之間的線不對稱地部署鏡段la、Ib…，且如果，鏡段la、Ib…的安裝地是在北部緯度(北半球)，如實施例3中所示，更多鏡被部署在北側(cè)，且如果安裝地是在南部緯度(南半球)，更多鏡被部署在南側(cè)，且，作為結(jié)果，相對于每一個鏡，可使得余弦損失更小，且可增加照射能量，如從圖9中可明顯看出的。此外，通過南北不對稱配置在南北方向變得更長的北側(cè)上的鏡間隔使得可能減少通過阻截引起的損失。從實施例3和常規(guī)示例I之間的比較(特定地，在頂點附近)，可了解增加了照射能量，如從圖9中明顯看出的。根據(jù)本發(fā)明，從部署在沿南北方向中延伸的每一個反射線上的鏡段反射的光被輻射向部署在與每一個反射線垂直相交的接收線上的接收器，且因此熱可從廣范圍被收集到部署在接收線上的單個接收器上，而不需要對反射線的數(shù)量做出限制，且提高了陽光的光收斂度，且可能易于實現(xiàn)常規(guī)線性菲尼爾太陽能熱收集裝置10-30倍的光收斂度。

此外，根據(jù)本發(fā)明，通過將接收器的接收線的高度設置在5到30米范圍內(nèi)，可設計100MW-級太陽能熱收集器，且可易于獲得具有500度到600度的高溫的水蒸氣。此外，占地面積的利用率是中央塔式太陽能熱收集裝置的兩到三倍，且可構(gòu)建緊湊的發(fā)電站。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，可能創(chuàng)建其中所收集的太陽能被用于化學反應的吸熱反應的燃料廠，且可能穩(wěn)定地提供所發(fā)的電力。此外，例如，通過將本發(fā)明應用于從一氧化碳中合成地產(chǎn)生甲醇的技術(shù)中，可極大地減少甲醇生產(chǎn)工藝中二氧化碳的釋放，且本發(fā)明可廣泛地應用于各種技術(shù)領(lǐng)域，諸如海水脫鹽技術(shù)以及太陽能發(fā)電和化學裝置。 附圖標記列表
L1、L2…反射線；
C接收線；
Z熱接收區(qū)；
I日光反射裝置；
la, lb, lc,…鏡段；
2接收器；
3列方向的驅(qū)動器；
4a, 4b,...行方向序
5供熱源；
6熱收集管；
7隔熱外壁；
8吸熱網(wǎng)
權(quán)利要求
1.一種交叉線性型太陽能熱收集裝置，包括多個反射線和一個接收線； 所述多個反射線被平行地以南北方向設置在地面上； 所述多個反射線中的每一個被設置有日光反射裝置，所述日光反射裝置由多個鏡段構(gòu)成； 所述接收線在與所述多個反射線垂直相交的東西方向中延伸，且所述接收線被部署在所述多個反射線之上； 所述接收線設置有單個接收器； 入射在所述反射線的所述日光反射裝置的每一個鏡段上的日光的所反射的光向著所述接收線輻射， 同時允許所述鏡段經(jīng)受角度調(diào)節(jié)；且 所述接收線的所述接收器收集從所述日光反射裝置輻射的日光的所反射的光的熱。
2.如權(quán)利要求1所述的交叉線性型太陽能熱收集裝置，其特征在于，所述接收線的所述接收器具有其中包含熱媒介的熱收集管，且 所述熱收集管被分為用從所述反射線的所述鏡段反射的光所照射的照射范圍和被固定在所述照射范圍兩端的非照射范圍。
3.如權(quán)利要求2所述的交叉線性型太陽能熱收集裝置，其特征在于，所述照射范圍是通過由日光的所反射的光加熱將來自所述照射范圍的熱傳遞至所述非照射范圍并允許包含在所述熱收集管內(nèi)的所述熱媒介做出熱傳遞的范圍。
4.如權(quán)利要求1所述的交叉線性型太陽能熱收集裝置，其特征在于，置于每一個反射線上的所述鏡段能經(jīng)受在南北方向和在東西方向中的轉(zhuǎn)動角的調(diào)節(jié)。
5.如權(quán)利要求1所述的交叉線性型太陽能熱收集裝置，其特征在于，置于每一個反射線上的所述鏡段被設置為在行方向(南北方向)對齊，且能經(jīng)受在東西方向和在南北方向中的轉(zhuǎn)動角的調(diào)節(jié)，且 在所述反射線上的列方向(東西方向)中的所述鏡段的旋轉(zhuǎn)角度被作為一組一起調(diào)節(jié)，而設置在行方向中的所述鏡段的旋轉(zhuǎn)角度被獨立地調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求1所述的交叉線性型太陽能熱收集裝置，其特征在于，所述鏡段被設置為其中在行方向(南北方向)的長度是列方向(東西方向)長度的兩倍的典型模塊，且 串聯(lián)設置的數(shù)個鏡段被設置為一組，且被設置為使得，相對于被置于每一個反射線上的一組和另一組之間的接收線的位置，該一組面對著該另一組。
7.如權(quán)利要求1所述的交叉線性型太陽能熱收集裝置，其特征在于，在行方向(南北方向)彼此相鄰的鏡段之間的間隔被設置為在更為接近所述接收線的一側(cè)上更小，且被設置為隨著距離所述接收線的距離的增加成比例地變大，從而減少由所述相鄰鏡段之間的阻截和遮蔽引起的光損失。
8.如權(quán)利要求1所述的交叉線性型太陽能熱收集裝置，其特征在于，當線性型太陽能熱收集裝置被安裝在北半球時，所述反射線的長度被設置為所述北側(cè)上的北反射線比所述南側(cè)上的南反射線更長，其中所述接收線作為北側(cè)和南側(cè)之間的分界線在東西方向中延伸，且 當所述線性型太陽能熱收集裝置被安裝在南半球時，所述反射線的長度被設置為所述南側(cè)上的南反射線比所述北側(cè)上的北反射線更長，其中所述反射線作為北側(cè)和南側(cè)之間的分界線在東西方向中延伸的接收線的。
9.如權(quán)利要求1所述的交叉線性型太陽能熱收集裝置，其特征在于，所述單個接收器具有內(nèi)部填充有熱媒介的熱收集管，且所述熱收集管被部署在所述日光反射裝置的所有線上，從而像跨在所述線上的橋一樣延伸，且具有連接至供熱源的一端；且 所述熱收集管接收從所述日光反射裝置所反射的光，并收集被加熱至高溫的所述熱媒介的熱。
10.如權(quán)利要求1所述的交叉線性型太陽能熱收集裝置，其特征在于，所述單個接收器具有平行設置的數(shù)個熱收集管； 在所述熱收集管的行之上的空間被覆蓋有隔熱外壁； 具有腔窗功能的吸熱網(wǎng)被置于所述熱收集管的行正下方； 所述隔熱外壁是圓弧截面的蓋，且包含著平行設置的一組熱收集管； 所述隔熱外壁的兩端從所述熱吸收網(wǎng)的邊緣向下突出； 所述吸熱網(wǎng)是不銹鋼網(wǎng)，該不銹鋼網(wǎng)具有具預定厚度的平行交叉結(jié)構(gòu)或具有蜂窩結(jié)構(gòu)；且 從所述日光反射裝置反射的光穿過網(wǎng)壁且向內(nèi)行進，且，然而，其輻射光不易于從所述網(wǎng)壁內(nèi)中出來。
11.一種太陽能熱收集裝置，通過將預熱裝置和主加熱裝置組合在一起而形成，其特征在于，所述預熱裝置是用于通過使用權(quán)利要求1中所定義的交叉線性型太陽能熱收集裝置作為中繼器來加熱至低于目標溫度的第一溫度的裝置，而所述主加熱裝置是用于通過使用比所述交叉線性型太陽能熱收集裝置更適于高溫光收集的另一種類型的太陽能熱收集裝置來將溫度提升至作為目標 溫度的第二溫度的裝置。
全文摘要
旨在增強線性型太陽能熱收集裝置的熱收集效率。包括多個反射線和一個接收線。反射線在地面上南北方向中被基本平行地設置。每一個反射線L1,L2,...具有日光反射裝置1。日光反射裝置1由串聯(lián)部署在每一個反射線L1,L2,...上的多個鏡段構(gòu)成。接收線C在與反射線L1,L2,...垂直的東西方向中延伸，且被部署在反射線L1,L2,...上預定位置處。接收線C具有單個接收器。部署在每一個反射線L1,L2,...上的鏡段將入射在鏡面上的陽光的所反射的光向著接收線C輻射出。部署在接收線C上的接收器2收集從部署在每一個反射線上的鏡段輻射的陽光的經(jīng)反射的光。
文檔編號G02B5/08GK103140723SQ201180047049
公開日2013年6月5日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月1日
發(fā)明者玉浦裕 申請人:國立大學法人 東京工業(yè)大學