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高温直接 太阳能热转换

阅读：1016发布：2020-11-08

专利汇可以提供高温直接太阳能热转换专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且高效并具成本效益地从太阳得到能量的技术挑战使用呈蝶形安排或其他平坦安排的、处于流体连接的一个歧管和一个抽真空管道阵列得到解决。多个管道流体导管和歧管流体导管被管接用于同轴流和/或平行流，并且通过套管、不锈钢管子和/或真空进行热保护。多个管道设有一个选择性低辐射率涂层和/或内反射镜以减少热损耗。抽真空管道的太阳能吸收表面可为五平方米或更多，其中仅使用了低质量的聚集光学器件、或不使用聚集光学器件。该管道阵列利用一个两轴运动平台来跟踪太阳。流体操作温度的范围是从150摄氏度至300摄氏度，这取决于阳光暴露、工作流体以及补充热源(若有的话)。流体可使热量在该歧管与热力发动机、废热发电设施和/或其他模块之间循环。，下面是高温直接太阳能热转换专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种系统，包括：
多个抽真空管道，每个抽真空管道包含一个阳光吸收表面和一个管道流体导管，该管道流体导管具有一个管道流体供应管路和一个管道流体返回管路；
一个歧管，该歧管包含一个歧管流体供应管路和一个歧管流体返回管路，该歧管流体供应管路连接至多个该管道供应管路上，并且该歧管流体返回管路连接至多个该管道流体返回管路上；
其中该系统进一步按以下方式中的至少一种进行表征：
(a)每个流体导管是这样的一个直流同轴流式流体导管：具有同轴位于一个流体供应管内的一个流体返回管，并且该流体返回管是不锈钢、或具有低于相同大小和构型的铜管的热传导率的另一种材料；
(b)每个流体导管是这样的一个直流同轴流式流体导管：具有同轴位于一个流体供应管内的一个流体返回管，并且该流体返回管是(例如，通过一个套管)与该流体供应管的内部热隔绝的；
(c)每个流体导管是这样的一个直流同轴流式流体导管：具有同轴位于一个流体供应管内的一个流体返回管，一个供应配件位于该歧管流体供应管路与该管道流体供应管路的一个接合处，一个返回配件位于该歧管流体返回管路与该管道流体返回管路的一个接合处，并且该返回配件包含在一个流体供应管路内；或者
(d)该歧管流体返回管路和/或相关联的管件的至少一部分包含在一个抽真空的歧管腔室内。
2.如权利要求1所述的系统，其中这些抽真空管道位于该歧管的至少两侧，即呈一种蝶形安排、一种辐射辐条安排、或包括一个中心歧管或在一个歧管的至少两侧上的多个抽真空管道的另一种安排。
3.如权利要求1所述的系统，其中该阳光吸收表面的一个光反射部分(该表面的通常未直接暴露于阳光的一侧)具有一个选择性涂层，该涂层增加阳光热吸收和/或减少热辐射造成的吸收器热损耗。
4.如权利要求1所述的系统，其中这些抽真空管道是呈一种平坦安排(而非呈例如抛物面槽体)。
5.如权利要求1所述的系统，其中连接到该歧管上的多个抽真空管道的阳光吸收表面的多个直射光接收部分的总面积为至少五平方米。
6.如权利要求1所述的系统，其中连接到该歧管上的多个抽真空管道的阳光吸收表面的多个直射光接收部的总面积为至少十平方米。
7.如权利要求1所述的系统，其中该系统能够在无太阳能聚集的情况下达到操作温度，因为该系统不具有将阳光反射到和/或聚焦到连接至该歧管上的多个抽真空管道的该阳光吸收表面的多于10％上的任何反射镜或透镜。
8.如权利要求1所述的系统，其中该系统包括一种工作流体，该工作流体在这些抽真空管道和该歧管内循环并且具有至少150摄氏度的温度，并且该系统不具有将多于10％的阳光重定向从而使其随后被接收在这些抽真空管道的该阳光吸收表面上的任何光学器件。
9.如权利要求1所述的系统，其中该系统包括一种工作流体，该工作流体在这些抽真空管道和该歧管内循环并且具有至少200摄氏度的温度，并且该系统不具有将多于10％的阳光重定向从而使其随后被接收在这些抽真空管道的该阳光吸收表面上的任何光学器件。
10.如权利要求1所述的系统，其中该系统包括一种工作流体，该工作流体在这些抽真空管道和该歧管内循环并且具有至少250摄氏度的温度，并且该系统不具有将多于10％的阳光重定向从而使其随后被接收在这些抽真空管道的该阳光吸收表面上的任何光学器件。
11.如权利要求1所述的系统，其中该系统包括一种工作流体，该工作流体在这些抽真空管道和该歧管内循环并且具有至少300摄氏度的温度，并且该系统不具有将多于10％的阳光重定向从而使其随后被接收在这些抽真空管道的该阳光吸收表面上的任何光学器件。
12.如权利要求1所述的系统，其中每个流体导管是这样的一个直流同轴流式流体导管：具有同轴位于一个流体供应管内的一个流体返回管，并且该流体返回管是由具有低于相同大小和构型的铜管的热传导率的一种材料制成。
13.如权利要求1所述的系统，其中每个流体导管是这样的一个直流同轴流式流体导管：具有同轴位于一个流体供应管内的一个流体返回管，并且该流体返回管是通过一个套管与该流体供应管的内部热隔绝的。
14.如权利要求1所述的系统，其中每个流体导管是这样的一个直流同轴流式流体导管：具有同轴位于一个流体供应管内的一个流体返回管，一个供应配件位于该歧管流体供应管路与该管道流体供应管路的一个接合处，一个返回配件位于该歧管流体返回管路与该管道流体返回管路的一个接合处，并且该返回配件包含在一个流体供应管路内。
15.如权利要求1所述的系统，其中该歧管流体返回管路的至少一部分包含在一个抽真空的歧管腔室内。
16.如权利要求1所述的系统，其中该系统通过这些(a)、(b)、(c)和(d)表征中的至少两个进行表征。
17.如权利要求1所述的系统，其中该系统通过这些(a)、(b)、(c)和(d)表征中的至少三个进行表征。
18.如权利要求1所述的系统，进一步包括在该歧管和这些流体导管内的一种流体，并且其中该歧管流体返回管路具有至少150摄氏度的晴天30分钟阳光暴露停滞流体温度。
19.如权利要求1所述的系统，该系统与以下项中的至少一个组合并且热连接：蒸汽发动机、斯特林发动机、郎肯循环发动机、埃里克森循环发动机、热交换器、热能储存系统、吸收式冷冻器系统、要求至少150摄氏度的热量注入以进行正常操作的系统。
20.如权利要求1所述的系统，进一步包括一个运动平台，该运动平台被配置成使得该歧管和这些抽真空管道一起移动以跟踪在垂直于吸收器平面的垂线的45度内的太阳。
21.如权利要求1所述的系统，进一步包括在该歧管和这些流体导管内的作为一种工作流体的无防冻剂的水。
22.如权利要求21所述的系统，其中该工作流体在16小时时间段内在0摄氏度的环境温度下并且在无阳光到达该吸收器的情况下(例如，在足够长且足够冷的夜间)不冻。
23.如权利要求21所述的系统，其中该工作流体在16小时时间段内在低于0摄氏度的环境温度下并且在无阳光到达该吸收器的情况下(例如，在夜间)不冻，并且该系统包含与该工作流体热连接的一种加温流体的周期性循环，并且该热连接对总体系统热效率的影响可忽略不计。
24.一种用于将阳光转变成所含热量的方法，该方法包括以下步骤：
在一个抽真空管道阵列内的多个吸收器表面上接收阳光；并且
允许一种流体从一个歧管内的一个供应管路向每个抽真空管道内的多个对应供应管路、再向这些抽真空管道内的多个对应返回管路、接着向该歧管内的一个流体返回管路进行循环，由此将热量从这些吸收器表面传递至该流体；
并且其中该方法是进一步以持续为至少四个小时的至少一个时间段的以下方式中的至少一种进行表征：
(a)该方法在一个抽真空的歧管腔室内将循环到该歧管中的流体与这些抽真空管道隔离；
(b)该方法在一个抽真空的歧管腔室内将在该歧管内循环的基本上所有的流体隔离；
(c)该方法仅接收未聚集的阳光；
(d)该方法接收为至少90％直射阳光的阳光；
(e)该方法在这些抽真空管道内的至少五平方米的吸收器表面上接收阳光；
(f)该方法在这些抽真空管道内的至少十平方米的吸收器表面上接收阳光；
(g)该方法在不要求太阳能聚集的情况下，在该歧管内的该流体返回管路内将该流体加热至至少150摄氏度；
(h)该方法在不要求太阳能聚集的情况下，在该歧管内的该流体返回管路内将该流体加热至至少200摄氏度；
(i)该方法在不要求太阳能聚集的情况下，在该歧管内的该流体返回管路内将该流体加热至至少250摄氏度；
(j)该方法在不要求太阳能聚集的情况下，在该歧管内的该流体返回管路内将该流体加热至至少300摄氏度；
(k)该方法接收除了在吸收器前表面上所接收的直射阳光之外，通过多个成像光学器件(例如，多个非天花板光学器件)重定向(即，反射和/或聚集)到这些吸收器表面的前面和/或背面的阳光。
25.如权利要求24所述的方法，其中该方法是以持续为至少四个小时的至少一个时间段的这些方式(a)至(k)中的至少三个进行表征。
26.如权利要求24所述的方法，其中该方法是以持续为至少四个小时的至少一个时间段的这些方式(a)至(k)中的至少五个进行表征。
27.如权利要求24所述的方法，其中该方法是以持续为至少四个小时的至少一个时间段的这些方式(a)至(k)中的至少七个进行表征。
28.如权利要求24所述的方法，进一步包括使该流体与以下项中的至少一个热连接：
蒸汽发动机、斯特林发动机、郎肯循环发动机、埃里克森循环发动机、热交换器、热能储存系统、吸收式冷冻器系统、要求至少200摄氏度的热量注入以进行正常操作的系统。
29.如权利要求24所述的方法，进一步包括使这些抽真空管道和该歧管在无阳光到达这些抽真空管道的情况下在16小时时间段内暴露于0摄氏度的环境温度，其中该暴露未使该工作流体结冻。
30.如权利要求24所述的方法，其中该方法以持续为至少六个小时的至少一个时间段的以下方式进行表征：(d)、(e)和(h)。
31.如权利要求24所述的方法，其中该方法以持续为至少六个小时的至少一个时间段的以下方式进行表征：(d)、(f)和(i)。
32.如权利要求1所述的系统，其中至少一个抽真空管道的一个背侧的至少一部分已用一种低辐射率涂层进行了处理。
33.如权利要求1所述的系统，其中至少一个抽真空管道进一步包括一个抛物面反射镜，该抛物面反射镜将自该流体导管的热损耗和/或自该吸收表面的一个背侧的热损耗反射回该吸收表面和/或反射回该流体导管。

说明书全文

高温直接太阳能热转换

通过引用结合

[0001] 本申请通过引用结合以下每个申请的全部内容：2012年7月7日提交的美国临时专利申请号61/669,057、2013年3月1日提交的美国临时专利申请号61/771,621、2013年3月19日提交的美国临时专利申请号61/803,130。在适用法律所允许的范围内，本申请还要求前述通过引用结合的每个申请的优先权。
背景

[0002] 例如，利用太阳能的技术宽泛地分为：(a)将阳光转换成电力的那些技术；以及(b)将阳光转换成热量(热量又可用于发电、或用于加热水或加热起居空间)的那些技术。光伏系统是通过使用在暴露于阳光时电特性改变的太阳能电池来将阳光转换成电力的技术的一个实例。太阳能热收集器是通过吸收阳光并将所得热量传递至水或传递至循环通过该太阳能热收集器的另一工作流体来将阳光转换成热量的技术的一个实例。
概述

[0003] 在此所描述的一些实施例涉及高效并具成本效益地从太阳得到能量这种技术问题。所面对的一些技术挑战是如何来提供一种能够产生高到足以运行高效热力发动机的温度的太阳能热技术、以及如何支持高温太阳能热系统进行安全并容易地现场组装。在此还解决了其他技术挑战。

[0004] 从系统的角度来看，一些实施例包括一个歧管和多个抽真空管道。每个抽真空管道包含一个阳光吸收表面和一个管道流体导管。该管道流体导管具有一个管道流体供应管路和一个管道流体返回管路。该歧管包含一个歧管流体供应管路和一个歧管流体返回管路，其中该歧管流体供应管路连接至多个该管道流体供应管路上并且该歧管流体返回管路连接至多个该管道流体返回管路上。取决于实施例，一个歧管和多个抽真空管道的这种基础系统进一步按照以下方式中的至少一种进行表征：

[0005] (系统改进A)在一些实施例中，每个流体导管是这样的一个直流同轴流式流体导管：具有同轴位于一个流体供应管内的一个流体返回管。另外，该流体返回管是不锈钢、或具有低于相同大小和构型的铜管的热传导率的另一种材料。

[0006] (系统改进B)在一些实施例中，每个流体导管同样是这样的一个直流同轴流式流体导管：具有同轴位于一个流体供应管内的一个流体返回管。另外，该流体返回管是(例如，通过一个套管)与该流体供应管的内部热隔绝的。

[0007] (系统改进C)在一些实施例中，每个流体导管同样是这样的一个直流同轴流式流体导管：具有同轴位于一个流体供应管内的一个流体返回管。在这种改进中，一个供应配件位于该歧管流体供应管路与该管道流体供应管路的一个接合处。一个返回配件位于该歧管流体返回管路与该管道流体返回管路的一个接合处，并且该返回配件包含在一个流体供应管路内。

[0008] (系统改进D)在一些实施例中，歧管流体返回管路和/或相关联的管件的至少一部分包含在一个抽真空的歧管腔室内。即，流体返回管路和/或相关联的管件穿过一个真空腔室。

[0009] 这些经改进的系统各自也顺从于在此所描述的另外的改进和变化。例如，在一些实施例中，这些抽真空管道位于该歧管的至少两侧，即呈一种蝶形安排、一种辐射辐条安排、或包括一个中心歧管或在一个歧管的至少两侧上的多个抽真空管道的另一种安排。在这些实施例和其他实施例的一些中，这些抽真空管道是呈一种平坦安排(而非呈例如抛物面槽体)。

[0010] 在一些实施例中，至少一个抽真空管道的一个背侧的至少一部分已用一种低辐射率涂层进行了处理。在一些实施例中，至少一个抽真空管道包括一个抛物面反射镜，该抛物面反射镜将自该流体导管的热损耗和/或自吸收表面的一个背侧的热损耗反射回该吸收表面和/或反射回该流体导管。

[0011] 在一些实施例中，该阳光吸收表面的一个光反射部分(该表面的通常未直接暴露于阳光的一侧)具有一个选择性涂层，该涂层增加了阳光热吸收和/或减少热辐射造成的吸收器热损耗。在一些实施例中，连接到该歧管上的抽真空管道的阳光吸收表面的直射光接收部分的总面积为至少五平方米。在一些实施例中，该面积为至少十平方米。在一些实施例中，该系统可在无太阳能聚集的情况下达到操作温度，因为该系统不具有将阳光反射到和/或聚焦到连接至该歧管上的多个抽真空管道的阳光吸收表面的多于10％上的任何反射镜或透镜。一些实施例包括一个运动平台，该运动平台被配置成使得该歧管和这些抽真空管道一起移动以跟踪处于垂直于吸收器平面的垂线的45度内的太阳。

[0012] 关于操作温度，在一些实施例中，该系统包括一种工作流体，该工作流体在这些抽真空管道和该歧管内循环并且具有至少150摄氏度的操作温度，即使该系统不具有将阳光重定向到这些抽真空管道的阳光吸收表面的多于10％上的任何光学器件。在一些变化中，取决于实施例，操作温度分别为至少200摄氏度、至少250摄氏度、或至少300摄氏度。一些实施例包括在歧管和流体导管内的一种流体，并且该歧管流体返回管路具有至少150摄氏度的晴天30分钟阳光暴露停滞流体温度。在一些实施例中，无防冻剂的水是在歧管和流体导管内的工作流体。在一些实施例中，该工作流体在16小时时间段内在0摄氏度的环境温度下并且在无阳光到达吸收器的情况下(例如，在足够长且足够冷的夜间)不冻。在一些实施例中，一种加温流体与该工作流体热连接地进行周期性循环，但是该热连接对总体系统热效率的影响可忽略不计。

[0013] 关于具有同轴位于一个流体供应管内的一个流体返回管的直流同轴流式流体导管，在一些实施例中，该流体返回管是由具有低于相同大小和构型的铜管的热传导率的一种材料制成。在一些实施例中，该流体返回管是通过一个套管与该流体供应管的内部热隔绝的。在一些实施例中，一个供应配件位于该歧管流体供应管路与该管道流体供应管路的一个接合处，一个返回配件位于该歧管流体返回管路与该管道流体返回管路的一个接合处，并且该返回配件包含在一个流体供应管路内。

[0014] 一些实施例包括与以下项中的至少一个组合并且热连接的一个歧管和多个抽真空管道：蒸汽发动机、斯特林发动机、郎肯循环发动机、埃里克森循环发动机、热交换器、热能储存系统、吸收式冷冻器系统、要求至少150摄氏度的热量注入以正常操作的系统。

[0015] 从方法的角度来看，一些实施例是通过以下方式将阳光转变成所含热量：在一个抽真空管道阵列内的多个吸收器表面上接收阳光；并且允许一种流体从一个歧管内的一个供应管路向每个抽真空管道内的多个对应供应管路、再向这些抽真空管道内的多个对应返回管路、接着向该歧管内的一个流体返回管路进行循环，由此将热量从这些吸收器表面传递至该流体。接收阳光并循环流体的这种基础方法进一步以持续为至少四个小时的至少一个时间段的以下方式中一种进行表征(这取决于实施例)：

[0016] (方法改进A)在一个抽真空的歧管腔室内，将循环到歧管中的流体与这些抽真空管道隔离；

[0017] (方法改进B)在一个抽真空的歧管腔室内，将在该歧管内循环的基本上所有的(按体积计超过90％)流体隔离；

[0018] (方法改进C)仅接收未聚集的阳光；

[0019] (方法改进D)接收为至少90％直射阳光的阳光；

[0020] (方法改进E)在这些抽真空管道内的至少五平方米的吸收器表面上接收阳光；

[0021] (方法改进F)在这些抽真空管道内的至少十平方米的吸收器表面上接收阳光；

[0022] (方法改进G)在不要求太阳能聚集的情况下，在该歧管内的该流体返回管路内将该流体加热至至少150摄氏度；

[0023] (方法改进H)在不要求太阳能聚集的情况下，在该歧管内的该流体返回管路内将该流体加热至至少200摄氏度；

[0024] (方法改进I)在不要求太阳能聚集的情况下，在该歧管内的该流体返回管路内将该流体加热至至少250摄氏度；

[0025] (方法改进J)在不要求太阳能聚集的情况下，在该歧管内的该流体返回管路内将该流体加热至至少300摄氏度；和/或

[0026] (方法改进K)除了吸收器前表面上所接收的直射阳光之外，接收通过成像光学器件(例如，非天花板(anidolic)光学器件)重定向(即，反射和/或聚集)到吸收器表面的前面和/或背面的阳光。

[0027] 这些经改进的方法各自也顺从于在此所描述的另外的改进和变化。例如，一些实施例使改进中的一个或多个维持至少六个小时而非仅仅四个小时。一些实施例组合特定多个改进，例如，D、E和H或者D、F和I。

[0028] 一些实施例使该流体与以下项中的至少一个热连接：蒸汽发动机、斯特林发动机、郎肯循环发动机、埃里克森循环发动机、热交换器、热能储存系统、吸收式冷冻器系统、要求至少200摄氏度的热量注入以进行正常操作的系统。

[0029] 一些实施例包括使这些抽真空管道和该歧管在无阳光到达这些抽真空管道的情况下在16小时时间段内暴露于0摄氏度的环境温度，其中该暴露未使工作流体结冻。

[0030] 所给出的这些实例仅是说明性的。本概述不旨在标识出要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制要求保护的主题的范围。相反，本概述被提供用来介绍(以简化的形式)一些技术概念，这些技术概念将在以下详细描述中得到进一步描述。新颖性由权利要求书限定，并且程度为如果本概述与权利要求书有冲突，则权利要求书应占主导。附图

[0031] 将通过明确地和隐含地参考附图来给出一个描述。这些附图仅仅示出各实施例所选择的方面，并且因此并未完全确定覆盖面或范围。

[0032] 图1为示出具有闭合着的一个蝶形歧管的一个实施例的前(面朝太阳的)视图，其中多个抽真空管道安装在该歧管中；

[0033] 图2为图1所示出的实施例的后视图；

[0034] 图3为具有多个抽真空管道、一个歧管以及一个运动平台的一个实施例的俯视图；

[0035] 图4为图3所示出的实施例的侧视图；

[0036] 图5为具有一个单阵列式(非蝶形的)歧管的一个替代性实施例的前(面朝太阳的)视图；

[0037] 图6为示出适合在一些实施例中使用的一个平行流式抽真空管道的侧视图；

[0038] 图7为示出一个平行流式抽真空管道的截面视图；

[0039] 图8为示出一个平行流式抽真空管道的截面视图，其中一个涂层被施加至该管以将热辐射损耗反射回一个或多个吸收器板；

[0040] 图9为示出一个平行流式抽真空管道的截面视图，其中多个大致抛物面反射镜位于该管中以将热辐射损耗反射回一个或多个吸收器板；

[0041] 图10为示出一个平行流式抽真空管道的一部分和一个歧管区段的局部截面视图，为了清楚示出，歧管的一部分已被切除；

[0042] 图11为示出一个同轴流式抽真空管道的截面视图；

[0043] 图12为示出一个同轴流式抽真空管道的截面视图，其中一个涂层被施加至该管道以将热辐射损耗反射回一个或多个吸收器板；

[0044] 图13为示出一个同轴流式抽真空管道的一部分和一个歧管区段的局部截面视图，为了清楚示出，歧管的一部分已被切除；

[0045] 图14为示出就一些实施例而言适合用作一个部件并且就一些其他实施例而言适于根据在此的教导内容而修改的一个歧管的前视图，为了清楚示出，一个歧管壳箱的一部分已被切除；

[0046] 图15为根据在此的教导内容的一个同轴返回-供应管路配件和一个歧管区段的透视图；

[0047] 图16为在一个歧管中用作一个歧管流体导管的一部分的一个带套管的管的视图；

[0048] 图17为在一个管道中用作一个管道流体导管的一部分的一个带套管的抽真空管道的视图；

[0049] 图18为示出具有一种配备有多个抽真空管道的一个歧管且还具有一个热力发动机的系统的方框图；并且

[0050] 图19为示出一些方法实施例的多个步骤的流程图。描述

[0051] 概述

[0052] 虽然太阳能是丰富并有力的，但是高效并具成本效益地从太阳得到能量是一具有挑战性的任务。当前可用的太阳能发电产品一般限于少量百万瓦特级的发电厂以及进口光伏(PV)系统。常规较小型的聚集式太阳能发电(CSP)系统正在进入市场，但它们的光学系统是复杂的。这些系统还在生产、安装以及维护方面是昂贵的，且它们的光学器件总引起一些效率损耗。现成的PV系统是昂贵的，但却实现不到20％的效率。

[0053] 将有帮助的是具有一种太阳能热技术，这种技术能够产生高到足以在不通过多个反射镜或透镜进行太阳能聚集的情况下运行一台高效热力发动机的温度。在此所描述的一些实施例提供了这种太阳能热技术的各方面。在此所描述的一些实施例提供了一种高温太阳能热系统，该系统与热力发动机结合提供了一种局部制造解决方案，其有可能通过规模生产经济来达到或超过当前PV技术每瓦特的成本。这些实施例中的多数不如常规CSP复杂，并适于上到大规模发电厂下到住宅应用的安装。相关和对应的方法也在此进行了描述。

[0054] 术语

[0055] 在本披露中阐明多个术语的含义，因此应在仔细留意这些阐明内容的情况下对权利要求书进行阅读。虽然给出多个特定实例，但相关领域的技术人员应当理解，其他实例也可落入所使用的这些术语的含义内，并且落入一条或多条权利要求的范围内。术语在此不一定具有与它们在一般用法中、在特定行业的用法中或在特定一本词典或一套词典中相同的意义。参考数字可与不同词组一起使用，以帮助示出术语范围。从给定一段文本中省略一个参考数字并不一定意味着该文本未讨论附图的内容。本发明人持有并行使其对自己所用术语进行编纂的权利。在此可在申请文件中的详细说明和/或其他地方明确或含蓄地定义多个术语。

[0056] 如在此所使用，“包括(include)”允许另外的要素(即，包括(include)意指包括(comprise))，除非另外表明。“由……组成”意指“基本上由……组成”、或“完全地由……组成”。就考虑到一条相关权利要求而言，当可以自由更改、移除和/或添加X的非Y部分(若有的话)而不更改要求保护的各实施例的功能性时，X基本上由Y组成。

[0057] 在整个这篇文献中，任选复数形式“(多个)”的使用意指存在一个或多个所指示的特征。例如，“管道(多个)”意指“一个或多个管道”、或等同地意指“至少一个管道”。

[0058] 在整个这篇文献中，除非另外明确表明，否则对方法中一个步骤的任何引用都假定该步骤可由相关方直接执行和/或由相关方通过多个中间机构和/或中间实体间接执行，并仍在该步骤的范围内。即，并不要求由相关方直接执行步骤，除非明确表明要求直接执行。

[0059] 标题仅是为了方便。本文献的标题不旨在将特征严格地分类成例如实施例特征类和非实施例特征类，或是排除并未在一个特定标题下出现的定义或实例。

[0060] 系统

[0061] 在此所给出的这些实例仅是说明性的。参考多个示例性实施(诸如附图中示出的那些)，并且在此将会使用特定语言描述它们。但相关领域的技术人员和拥有本披露的人员通常将做出的对在此所示出的特征的更改和进一步修改以及对在此所示出的原理的额外应用都被认为是在本权利要求的范围之内。

[0062] 如图1所示，一些实施例包括了一个系统100，该系统具有一个歧管102和多个抽真空管道104。图1是示出具有一个蝶形歧管102的一个系统100的前(面朝太阳的)视图，其中多个抽真空管道104被安装在位于歧管的相反侧上的两个阵列106之中。参考数字100是指一系列实施例，它们可以各种方式有所不同，诸如运动平台的包括或省略、抽真空管道内部使用的特定流体导管构型以及在此所讨论的其他变化。

[0063] 图2为图1所示出的实施例的后视图。这些抽真空管道安排在一个支架108中，并由其物理地支撑。在示出的实施例中，将支架108和歧管102紧固到一个运动平台110上，这个运动平台被机动化并配置成将歧管102和这些抽真空管道104一起移动到以跟踪太阳。如图7所示，多个抽真空管道包含吸收太阳能的一个吸收器板表面702。该吸收器表面是大致平坦的；在附图中，物理吸收器板表面702与一个几何形状吸收器平面704重合。在一些实施例中，运动平台110是跟踪在垂直于吸收器平面的一条垂线706的45度内的太阳的一个两轴运动平台110。吸收器平面704和垂直于该平面704的垂线706是无形的几何形状构造，用于帮助描述在此所讨论的有形物理构造，诸如吸收器表面702和运动平台
110。

[0064] 图3为具有多个抽真空管道104、一个歧管102以及一个运动平台110的一个实施例的俯视图，该运动平台包括一种具有多个齿轮和一个电机的安排302。图4为图3所示出的实施例的侧视图，进一步示出了运动平台110中的安排302的多个齿轮402和一个电机404。可以使用任何惯用的安排302，诸如每天至少四个小时移动支架108以跟踪在垂直于吸收器平面的垂线706的45度内的太阳的一个两轴安排。

[0065] 图5示出一种具有一个单阵列式(因此，非蝶形的)歧管102的替代性系统500。在该系列的单阵列式系统500内，关于运动平台存在、流体导管构型等，有所变化是可能的。在另一些实施例中，抽真空管道104是呈一种辐射辐条安排(未示出)、或呈包括一个中心歧管或包括在一个歧管的至少两侧上的多个抽真空管道的一些其他安排而定位的。

[0066] 图6为示出一个平行流式抽真空管道104的侧视图。一些实施例仅使用平行流式抽真空管道104，一些实施例仅使用同轴流式抽真空管道104(例如在图11和图12中示出的)，而一些实施例则使用两种流配置的混合形式。在一个实施例中，一个蝶形歧管102的一侧管接用于多个同轴流式抽真空管道，而该蝶形歧管102的另一侧管接用于多个平行流式抽真空管道。在另一个实施例中，多个平行流式管道104和多个同轴流式管道104在一个阵列106中交替。

[0067] 如图6所示，一个抽真空管道104包括一个玻璃管壁602，该玻璃管壁包含管件和一个吸收器板604。在一些实施例中，管件被配置有一个U形弯头606供平行流通过与一个平行流体返回管610间隔开的一个流体供应管608，如例如图6至图9所示。一些其他实施例使用了同轴流式管件(例如图11和图12所示)，其中供应管在返回管内，或反之亦然。一个选择性涂层612被涂覆至或以其他方式粘结至吸收器板604的一侧或两侧上。

[0068] 一些实施例使用了多个可商购的抽真空管道104，诸如一个可商购的欧晟真空太阳能系统股份有限公司(EuroSun Vacuum-Solar-Systems GmbH)(德国马尔堡市(Marburg,Germany))DF120收集器(其为一种高真空收集器，其中直流从其中流过)中使用的管道104。欧晟是欧晟真空太阳能系统股份有限公司的商标。图6和图7示出这些可商购的抽真空管道的一些设计改变。所更改的设计使用如在此所描述的具有不同管子的相同玻璃缸体602，其与一个常规管道104的管子差异和其他差异根据所使用的实施例而呈现变化。为了方便，参考数字104在此大体是指多个抽真空管道，无论这些抽真空管道是可商购的和/或在设计方面相比可商购的管道有所改变。

[0069] 图7为示出接收阳光720的一个平行流式抽真空管道104的截面视图。图8为示出一个平行流式抽真空管道的截面视图，其中一个反射涂层802被施加至管壁602以将热辐射损耗反射回一个或多个吸收器板604。图9为示出一个平行流式抽真空管道104的截面视图，其中多个大致抛物面反射镜902位于该管中以将热辐射损耗反射回一个或多个吸收器板604。

[0070] 更一般地，在一些实施例中，每个抽真空管道104包含一个阳光720吸收表面702和一个管道流体导管904。管道流体导管904具有一个管道流体供应管路608和一个管道流体返回管路610。如例如图10所示，一个歧管102包含一个歧管流体供应管路1008和一个歧管流体返回管路1010。歧管流体供应管路1008为流体流动而连接到管道104流体供应管路608，并且歧管流体返回管路1010为流体流动而连接到管道104流体返回管路610。在一些实施例中，电加热带和/或另一外部热源1012被定位来加热一些或全部的可接取的流体导管，作为防止供应线路1018和内部部件1008、608在严寒天气中结冻的一个预防措施。

[0071] 图11为示出一个同轴流式抽真空管道104的截面视图。在这种同轴构型中，流体导管904是这样的一个直流式流体导管：具有同轴位于一个流体供应管608内的一个流体返回管610。图12为示出一个同轴流流式抽真空管道104的截面视图，其中一个反射涂层802被施加至该管道以将热辐射损耗反射回一个或多个吸收器板604。

[0072] 图13示出一个同轴流式抽真空管道104和一个歧管102区段，其中歧管区段的一部分被切除以示出位于歧管102内的同轴管件1008、1010。示出的实施例包括围绕歧管的管件的一个壳1302(诸如气密不锈钢室)、或允许管件1008、1010的内部部分在真空中封闭以最小化热损耗的另一个壳。如本文所使用，“真空”意指0.5atm或更少的压力，即，一个标准大气的一半或更少。在一些实施例中，壳1302的不锈钢室部分被进一步容纳在一个铝箱1304中，该铝箱利用一个基于气凝胶的隔热件1306隔热，以便进一步减少热损耗。

[0073] 图14进一步示出了具有连接到多个抽真空管道102的同轴管件1008、1010的一个歧管102。箱1304的一部分已被移除以帮助示出多个抽真空管道104与歧管管件1008、1010之间的连接。在一些实施例中，壳的使用使得管子1008、1010的至多一个短的区段暴露出来，即，从抽真空管道向抽真空歧管延伸的管未受真空保护。图13和图14示出了其他的实施例，其中多个抽真空管道102末端装配到壳箱1302中的多个插座1308中，使得管子
1008、1010都不完全暴露出来。

[0074] 正如在此其他参考数字那样，参考数字102是指一系列项，而非仅仅是指一个单独实例。因此，相同参考数字102用于指示图10的具有平行流式管件的歧管102，同样用于指示图13的具有同轴流式管件的歧管102。

[0075] 图15为一个同轴返回-供应配件1502(有时称为一个“配件中的配件(ﬁtting-in-a-ﬁtting)”)的透视图。在此实施例中，为服务于抽真空管道中的管件的同轴安排(例如图11和图12所示)，该歧管的管件包括位于返回管路1010每侧上的一个供应管路1008。因此，在此实施例中，歧管102每侧上的太阳能管104的阵列106将由一个对应的专用供应线路1008服务。流体将从歧管供应管路1008通过配件供应管路1508流入管道供应管路608之中。同样，流体将从管道返回管路610通过配件返回管路1510流入歧管返回管路1010之中。在一些实施例中，这些配件1502连同歧管供应管路1008和歧管返回管路1010被视为歧管流体导管1002的一部分。在其他实施例中，歧管流体导管1002包括歧管供应管路1008和歧管返回管路1010、但不包括这些配件1502。

[0076] 图16示出一个带套管1614的管1610的一部分，这一部分在一个歧管102中用作一个歧管流体导管1002的一部分，诸如一个歧管返回管路1010的一部分。套管1614的一部分在此图示中已移除以便示出套管1614内的管1610，但在许多实施例中，管1610的大部分(如果不是全部的话)都将由该套管1614覆盖，至少覆盖达到管道流体导管。在示出的实施例中，套管1614延伸超过一个配件1616。带套管1614的管1610可以用于同轴流式管件构型和/或直流式管件构型；配件1616可以是一个同轴返回-供应配件1502或一个平行流式配件。图17类似地示出了一个带套管1614的管1610的一部分，这一部分用于在一个管道流体导管904中作为一个抽真空管道返回管路610的一部分。

[0077] 就所有图而言，不同的实施例可以按不同方式进行表征。在一些实施例中，每个流体导管904、1002是这样的一个直流式流体导管：具有同轴位于一个流体供应管内的一个流体返回管。在一些实施例中，一个管道流体返回管610和/或歧管流体返回管1010是不锈钢、或具有低于相同大小和构型的铜管的热传导率的另一种材料。

[0078] 在一些实施例中，每个流体导管904、1002是这样的一个直流式流体导管：具有同轴位于一个流体供应管608、1008内的一个流体返回管610、1010。在一些实施例中，该流体返回管是(例如，通过一个套管1614)与该流体供应管的内部热隔绝的。

[0079] 在一些实施例中，每个流体导管904、1002是这样的一个直流式流体导管：具有同轴位于一个流体供应管内的一个流体返回管，并且一个供应配件1508位于歧管流体供应管路1008与管道流体供应管路608的一个接合处。一个返回配件1510位于歧管流体返回管路1010与管道流体返回管路610的一个接合处。返回配件1510包含在一个流体供应管路内，如例如图13所示。

[0080] 在一些实施例中，歧管流体返回管路和/或相关联的管件的至少一部分包含在一个抽真空的歧管腔室，诸如由歧管箱1304或由一个歧管壳1302的最外侧壁所形成的一个腔室内。

[0081] 应当了解，不同的抽真空管道104实施例可与适当管接的歧管102实施例一起使用，并且一种给定设备可以包括在此所描述的新颖抽真空管道特征、在此所描述的新颖歧管特征、或这两种新颖特征。一种给定设备还可包括在此所描述的其他新颖特征，诸如多种新颖操作方法，而不一定包括特定歧管102或抽真空管道104特征。

[0082] 具体来说，技术人员应当理解，一个“同轴流式”抽真空管道104是具有同轴流体供应管和返回管的抽真空管道，如例如图11和图12所示；而一个“平行流式”抽真空管道104是具有一个大致U形的管的抽真空管道，这个大致U形的管在一个位置处进入管道作为流体供应管路并且在一个分开的非同轴位置处离开管道，在该分开的非同轴位置处该管用作流体返回管路，如例如图6至图9所示。术语“平行”并不限于一种严格的常规几何形状解释，而相反是用作用于将同轴流与其中一个管不在另一管内的一种替代性安排区分的一个方便术语。实际上，平行流甚至不需要包括直管。另外，“同轴”并不限于其中纵向轴线相重合的一种严格的常规几何形状解释，而仅指示一个管在另一管内部。虽然抽真空管道104内的管子针对同轴流和平行流通常是呈直的区段，但是管道内的流体也可遵循其他形状，诸如线圈、蛇形弯路以及其他路径。同轴流式管道和平行流式管道是“直流式”管道的两个实例，如该术语在此所使用的那样。

[0083] 一些实施例包括同轴流式抽真空管道104，其与管接用于同轴流式抽真空管道的一个歧管102流体连接，如例如图13所示。一些其他实施例包括平行流式抽真空管道104，其与管接用于平行流式抽真空管道的一个歧管102流体连接，如例如图10所示。

[0084] 平行流式歧管因具有更少的接头和更少的材料而比同轴流式歧管更为简单。在一个平行流式设备中，抽真空管道104包括一个独立且分开的冷流体供应管路608和一个返回热流体返回线路610，并且不同于同轴流式方法，小型内部较热流体返回管610并不穿过该歧管的冷流体供应管路1008。由于直接接触并且因此从热返回管路向冷供应管路的热逸出不再是个显著问题，因此两个导管(供应管路和返回管路)可以由铜制成，并且不采用一些同轴流实施例中使用的编织套管1614。吸收器板702与抽真空管道104内的流体导管904之间的接触表面区域通过使用平行流而可增加一倍以上，这改进了两个部件702、904之间的热传递。图13示出管接用于同轴流式构型的一个歧管和抽真空管道组件中的流体流，并且图10示出管接用于平行流式构型的一个歧管和抽真空管道组件中的流体流。

[0085] 虽然一些实例在此描述一种特定流，但是一个给定实施例可以包括具有相对应的歧管管件的直流式和/或其他管道(例如，同轴流式管道、平行流式管道)。一些实施例包括与在此所描述的其他特征组合的多个热管管道。在一些实施例中使用单壁抽真空管道104，在一些实施例中使用双壁抽真空管道104，并且一些实施例包括单壁管道104和双壁管道104的混合形式。

[0086] 在一些实施例中，诸如图1至图3所示的那些，抽真空管道104位于歧管102的至少两侧上。例如，管道104可以被配置呈一种蝶形安排(如图1)、一种辐射辐条安排(未示出)、或包括一个中心歧管102或至少包括在一个歧管102的两侧上的多个抽真空管道104的一些其他安排。

[0087] 在一些实施例中，多个光伏面板112可定位在中心歧管区域上方，如例如图1所示。面板112电力输出用于帮助向主要部件和辅助部件供电，这些部件例如，跟踪太阳移动的电机404、防止在极冷天气下结冻的加热带1012、和/或在运动平台110中的带有警报和面板重新定位功能以防止系统100因部件故障而过热至损坏点的安全特征诸如恒温器。

[0088] 在一些实施例中，如图6所示，阳光吸收表面702的一个光发射部分具有一个选择性涂层612，该涂层增加了阳光热吸收和/或减少热辐射造成的吸收器热损耗。在一些实施例中，阳光吸收表面的光发射部分是表面702的通常未直接暴露于阳光的一侧，例如，背对太阳安装的一个背侧。

[0089] 在一些实施例中，一个或多个抽真空管道的背侧(背对阳光720安装)部分的部分或全部已用一个涂层802进行处理，以将热辐射损耗反射回吸收器板604或其他吸收器表面。一个这样的实施例在图8中以一个平行流式管道104示出；如图12所示，同轴流式管道104也可利用这种背侧反射涂层802进行处理。涂层802可以包括一种常规低E(低辐射率)涂层或等效涂层，诸如窗户上使用的低E涂层。在一些实施例中，一个低E涂层802沉积在管道104的在管道背部区域中与吸收器板604的位置相对应的内侧。涂层802可以是连续的或间断的。一些惯用的抽真空管道已在管道内侧的几个位置处具有像这样的一个涂层，但该涂层在那里是用来在其整个使用寿命期间牺牲性地吸收试图泄漏到该管道中的任何氧气，而非将热辐射损耗反射回吸收器。因此，一些实施例使用了这个涂层802、或类似涂层用于抽真空管道104的全长(而非间断地使用)，并且基于反射能力而非氧气吸收能力来对涂层802进行选择。

[0090] 作为像图8和图12中那样的涂层实施例的一个替代形式，一些实施例包括一个抛物面的或其他弯曲的反射镜表面902，如例如图9所示。反射镜902将热辐射损耗反射回吸收器板604或其他吸收器表面。一个这样的实施例在图9中以一个平行流式管道104示出，但是同轴流式管道104也可以利用一种类似的单反射镜902进行配置。在收集器后面的完全覆盖将是最有效的，但一些实施例仅仅提供部分覆盖。反射镜902不一定是抛物线面的。将反射热辐射损耗并将该热辐射损耗的至少一部分重定向到和/或聚焦在管道流体导管904上的任何一个或多个物体、材料、涂层和/或装置都可以(单独地或共同地)用作反射镜902。更一般地，将减少从吸收表面的背侧的红外辐射损耗的任何方法都可以在高温下提高系统效率。

[0091] 为进一步突出在无用于太阳能聚集的光学器件的情况下进行有效操作的实施例的能力，应当注意，在许多实施例中，抽真空管道104是呈平坦安排，而非呈例如抛物面槽体或常用于太阳能聚集的其他不平坦的安排。这种平坦安排例如在图3和图4中示出。

[0092] 在一些实施例中，连接到该歧管102上的抽真空管道104的阳光吸收表面的直射光接收部分的总面积为至少五平方米。在一些实施例中，该直射光接收面积为至少十平方米。一般来说，未使用跟踪的实施例倾向于具有一个较大的阳光720吸收表面面积。

[0093] 由于在此所描述的较大接收面积以及其他特征，一些实施例能够在无太阳能聚集的情况下达到一个操作温度。它们不具有将阳光720反射到和/或聚焦到连接至歧管102上的多个抽真空管道104的阳光吸收表面702的多于10％(例如或5％、15％或20％，这取决于实施例)上的任何反射镜或透镜。

[0094] 一些实施例包括在这些抽真空管道104和该歧管102内循环的一种工作流体1702。在一个实施例中，工作流体1702具有至少150摄氏度的温度，并且例如在其他对应的实施例中，具有至少200、250、275或300摄氏度的温度。这些实施例中的一些不具有将阳光720重定向到这些抽真空管道104的阳光吸收表面702的多于10％(例如)上的任何光学器件。一些实施例重定向阳光720，将照射这些抽真空管道104的阳光吸收表面702的总光量相比利用非重定向阳光进行照射的总光量增加了多于10％。

[0095] 在一些实施例中，每个流体导管904、1002是这样的一个直流同轴流式流体导管：具有同轴位于一个流体供应管608、1008内的一个流体返回管610、1010。另外，流体返回管是由具有低于相同大小和构型的铜管的热传导率的一种材料(诸如不锈钢)制成。在一些实施例中，该流体返回管是通过一个套管1614与该流体供应管的内部热隔绝的。例如，在一些实施例中，使用具有一个丙烯酸饱和的涂层的一个编织纤维玻璃套管1614。在一些实施例中，使用一个“配件中的配件”1502。即，一个供应配件位于该歧管流体供应管路与该管道流体供应管路的一个接合处，一个返回配件位于该歧管流体返回管路与该管道流体返回管路的一个接合处，并且该返回配件包含在一个流体供应管路内。

[0096] 在一些实施例中，该歧管流体返回管路1010的至少一部分包含在一个抽真空的歧管腔室1021内。歧管102是真空密封的。一些歧管实施例包括位于一个铝箱1304内的一个气密不锈钢室1021，该铝箱还包含诸如气凝胶的隔热件。“气凝胶”是得自凝胶的一种合成多孔材料，其中凝胶中的液体组分已被气体替代。在一些实施例中，箱1304由不锈钢而非铝制成。对于箱1304和/或腔室1021的壁也可以使用其他材料，例如其他金属、塑料和/或碳纤维增强的聚合物材料。

[0097] 一些实施例包括在歧管和流体导管内的一种流体1702。在一些实施例中，歧管流体返回管路1010具有至少150摄氏度的晴天30分钟阳光暴露停滞流体1702温度。在一些实施例中，暴露持续60分钟或90分钟，并且停滞流体1702温度例如对于任一暴露而言是175或200或225度，这取决于实施例。

[0098] 如图18所示，一些实施例包括与以下热管理模块1802中的至少一个组合并热连接的歧管和抽真空管道流体管件：蒸汽发动机、斯特林发动机、郎肯循环发动机、埃里克森循环发动机、热交换器、热能储存系统、吸收式冷冻器系统、要求至少150/200/250/300摄氏度的热量注入以正常操作的系统(所要求的注入取决于实施例)。在一些实施例中，添加一个第二或补充的热源1012(例如，通过燃烧燃料得到)以将组合系统的流体温度增加至更高范围，并且因此允许一个热力发动机或其他加热管理模块1802在一个更高效的电力包络中操作。

[0099] 一些实施例包括在歧管和流体导管内的作为一种工作流体1702的无防冻剂的水。在一些实施例中，工作流体1702在16小时时间段内在0摄氏度的环境温度下并且在无阳光720到达吸收器604的情况下(例如，在足够长且足够冷的夜间)不冻。在一些实施例中，工作流体1702在16小时时间段内在低于0摄氏度的环境温度下并在无阳光720到达吸收器604的情况下(例如，在夜间)不冻，并且系统包含与该工作流体热连接的一种加温流体的周期性循环作为一个补充热源1012，而该热连接对总体系统热效率的影响可忽略不计。

[0100] 图19以流程图1900示出了一些过程实施例。在一些实施例中，可以自动执行所示出的过程(亦称方法)。还可以部分自动并部分手动地执行多个过程，除非另外指明。在一个给定的实施例中，可以重复一个过程中的零个或多个步骤，但可能是以不同参数或数据进行操作。在一个实施例中的多个步骤还可以按照不同于图19中展开的从上到下次序的次序完成。可以连续地、以部分重叠的方式、或完全并行地执行多个步骤。遍历流程图1900以指示一个过程期间所执行的步骤的次序可在过程的一次执行与过程的另一次执行之间有所不同。该流程图遍历次序还可以在一个过程实施例与另一个过程实施例之间有所不同。步骤也可被省略、组合、重新命名、分组、或以其他方式背离所示流程，只要所执行的过程是可操作的并符合至少一个权利要求。

[0101] 一些实施例是通过以下方式将阳光转变成所含热量：在一个抽真空管道104阵列内的多个吸收器表面702上接收1902阳光；并且允许1914一种流体1702从一个歧管102内的一个供应管路1008向每个抽真空管道内的多个对应供应管路608、再向这些抽真空管道内的多个对应返回管路610、接着向该歧管内的一个流体返回管路1010进行循环。循环将热量从吸收器604表面传递1216至流体1702。

[0102] 在此上下文中，进一步在不同实施例中以持续不同时间段(例如，至少两个小时、四个小时、六个小时、或八个小时，这取决于实施例)的不同方式对转变进行表征。

[0103] 在一个实施例中，转变在一个抽真空的歧管腔室1021内将循环到该歧管102中的流体1702与这些抽真空管道104隔离1934。在一些实施例中，转变在一个抽真空的歧管腔室1021内将在该歧管102内循环的基本上所有的(按体积计至少90％)流体1702隔离1934。

[0104] 在一些实施例中，转变仅接收1904未聚集的阳光进行转变。在一些实施例中，转变接收1904为至少90％(或80％或75％，这取决于实施例)直射阳光的阳光720。

[0105] 在一些实施例中，转变在这些抽真空管道内的至少五平方米的吸收器表面上接收1208阳光720，而在一些实施例中，转变在这些抽真空管道内的至少十平方米的吸收器表面上接收1208阳光720。

[0106] 更一般地，抽真空管道104、歧管102以及上文或在此其他地方指出的其他系统的变化一般在不同转变方法实施例的步骤中有对应部分。例如，一些转变方法使该流体与以下模块1802中的至少一个热连接1918：蒸汽发动机、斯特林发动机、郎肯循环发动机、埃里克森循环发动机、热交换器、热能储存系统、吸收式冷冻器系统、要求至少200摄氏度的热量注入以进行正常操作的系统。作为各对应部分的另一实例，一些转变方法包括使这些抽真空管道和该歧管在无阳光到达这些抽真空管道104的情况下在16小时时间段内暴露1920于0摄氏度的环境温度，并且这样做时，该暴露未使工作流体1702结冻1922。

[0107] 在一些实施例中，在不要求太阳能聚集的情况下，转变在该歧管102内的该流体返回管路1010内加热1932流体1702达到至少150/200/250/300摄氏度，其中所达到的温度根据特定实施例而变化(150/200/250/300)。太阳能聚集的缺乏可以通过多种方式清楚。例如，不要求太阳能聚集的一些实施例如所描述的在没有将阳光反射和/或聚集到抽真空管道吸收器表面上的反射镜、透镜、或其他光学元件的情况下操作—作为替代，在无人工路径改变的情况下，阳光720从太阳直射穿过外太空和地球磁层以及大气层并且穿过抽真空管道104的壁到达吸收器板604。作为透镜，抽真空管道104的壁被认为具有可忽略不计的影响。

[0108] 然而，在一些实施例中，使用某种程度的太阳能聚集。在一些实施例中，除了吸收器前表面702上所接收的直射阳光720之外，转变方法还接收1906通过成像光学器件1804(例如，非天花板光学器件)重定向(即，反射和/或聚集)的有待在吸收器板表面的前面接收1910和/或在吸收器板表面的背面接收1912的阳光720。

[0109] 一些实施例包括一个运动平台110，该运动平台被配置成使得该歧管102和这些抽真空管道104一起移动1924以跟踪处于垂直于吸收器平面的垂线706的45度内的太阳。

[0110] 一些实施例使用具有低于相同大小和构型的铜管的热传导率的一种管608、610、1008、1010材料(诸如不锈钢)。避免1926铜管增加了制造难度但减少了热损耗。在一些实施例中，该歧管流体返回管路1010和/或相关联的管件的至少一部分包含在一个抽真空的歧管腔室1021内。利用1928一个抽真空的(并且有时是隔热的)歧管腔室1021增加了制造难度和成本但减少了热损耗。

[0111] 一些实施例的一些适当用途包括使用当前和未来的热力发动机技术的低成本、高容量废热发电应用。其中可以利用1936一个实施例的一些示例性废热发电太阳能设备包括多个设施1806，诸如洗车中心、公共水池、融雪系统、政府建筑以及其中废热使用将提高投资回报率(ROI)的地点。非废热发电太阳能设备的一个实例是用作光伏(PV)设备的可行竞争产品的实施例，尤其是在热力发动机技术改进并且当国内生产具有高优先级时。

[0112] 由于阳光720普遍存在于许多地方，并且一些实施例包括了有待安装1930的相当简单的产品，它们提供一种用于将太阳能源置于需要热量的设施1806附近的良好解决方法，从而最终给出比传统CSP甚至PV好得多的回报。这是具有更广泛的用途并且在太阳能应用外较为有名的废热发电的一般概念的一个实例。

[0113] 附加实例

[0114] 以下提供各种附加的细节和设计考虑。在一个给定实施例中，以下或在此其他地方描述的特征可以单独和/或组合使用、或完全不使用。技术人员应当了解，附图所示实现方式细节无需出现在每一个实施例中。技术人员还应了解，原型限制无需涉及每一个实施例。不过，虽然并不一定要求将这些细节在此处呈现出来，但是由于这些细节可以通过提供上下文来帮助一些读者和/或可以示出在此所讨论的技术的许多可能实现方式的一些，所以提供这些细节。

[0115] 一些实施例是利用流体操作范围内的常见流体1702(诸如油、水、乙二醇、蒸汽或熔融盐)来起作用的。在对抽真空管道104做出所提议的设计改变后，一些实施例(有时通过发明人的商标10xCalibur和/或发明人的商标HESolar指示)可以用于通过热交换器生成1936就蒸汽的高压而言超临界的蒸汽。大多数情况下，即使不是全部，热力发动机1808采用热交换器，因为它们的工作流体被保持在发动机内部。

[0116] 虽然在此所描述的许多实施例提供相对高的操作温度，诸如150至300摄氏度或更高的温度，但是在此所描述的新颖内容的一些方面还可以提高以较低温度(低于150摄氏度)操作的系统和方法的效率。

[0117] 例如，一个有机郎肯循环(ORC)发动机1802典型地以低至足以使用常规抽真空管道太阳能面板的温度操作，并且不需要在此所描述的新颖技术，但仍然可以具有得益于这些新颖内容的提高的效率。ORC发动机为了较低温度输入而牺牲效率/性能，这在某些像是使用常规基于抽真空管道的面板的情况下具有优势。

[0118] 一些实施例提供了一种能够产生高至足以在无太阳能聚集的情况下运行一台高效热力发动机1808的温度的太阳能热系统。促成此能力的新颖技术的一些方面包括：围绕歧管内部(例如，真空密封的歧管102)的气密腔室1021，其阻止从歧管的热损耗；使用不锈钢管件、而非惯用的但更导热的铜管件；将选择性涂层612添加至吸收器板604的背面，以便捕获屋顶或收集器管下方的其他表面所反射的阳光720；以及在具有中心歧管102的收集器中使用蝶形或其他大密度的管道阵列106。其他方面也在此进行了描述。

[0119] 一些实施例使用商用现货原料和专有设计来提供一种适于发电的太阳能热收集器(如例如在附图中所示)。一些系统和方法体现了以下设计成就中的一个或多个。10kW单个单位输出(热)的输出通过在聚集式太阳能发电(CSP)连接之前进行直接太阳能暴露来获得。使用一个十平方米真空封闭的收集器区域702，这容忍低质量的CSP光学器件1804，包括作为光学器件1804的基于建筑、地貌和地理的反射表面。约500摄氏度(“约”意指增减10％)的最大流体1702操作温度是可用的，并且在一些情况下，更高的限值也是可以实现的。在一些实施例中，约400摄氏度的最大流体1702温度是可用的，并且在一些实施例中，约300摄氏度的最大流体1702温度是可用的。通过40个直流式抽真空管道104收集器(0.27平方米/收集器)实现了高效的太阳能捕获。由于在此所描述的新颖歧管102和流体传送设计(例如附图中所示)，所发生的热损耗可忽略不计。提供一种仪表化的且受计算机控制的系统例如用于跟踪1924太阳。通过多个自动过程和/或利用经最低程度至中等适度训练的人力进行国内制造是可行的。通过最低程度的训练以及简单的工具作业，甚至在遥远位置当地商人都可以进行容易的货运、组装和安装。

[0120] PV具有不到20％效率的已知极限，并且在利用更低成本的面板时显著更差。同时，太阳能热可以在低成本国内生产下实现80％的效率，而热力发动机生产者则声称10％至60％的效率，但却要求更高级的热量。

[0121] 本发明的太阳能面板106设计的一些实施例可以提供每单位超过10kW的高级热量。一些可由现成的原料制造。一些大量制造起来成本低廉。一些可在没有复杂且昂贵的高级CSP光学器件的情况下操作，但仍容易地通过简单聚集方法得以增强。此外，一些实施例的设计使得它们极为适于安装在需要电力的点处。

[0122] 一些实施例可有效将流体1702加热至高于300C(摄氏温度，亦称摄氏度)。这转化成在应用任何太阳能聚集之前由斯特林热力发动机1808生成电力的约25％的效率。

[0123] 典型地采用传统太阳能聚集器(通常称为CSP)来实现类似输出，但其复杂得多并且损耗更高。使用太阳能热生成电力优于光伏(PV)之处在于：PV效率无法尝试超过20％，并且由太阳能热面板106驱动的热力发动机1808所产生的废热可以得到良好利用，诸如加热水和建筑1806。由于阳光720普遍存在于许多地方，并且一些实施例包括了有待安装的相当简单的产品，它们提供一种用于将太阳能源置于需要热量的设施1806附近的良好解决方法，从而最终给出比传统CSP甚至PV好得多的回报。这是具有更广泛的用途并且在太阳能应用外较为有名的称为废热发电的更一般的概念的一个实例。另外，当与聚集式太阳能发电相比较考虑在此所描述的一些实施例时，技术人员应当理解，聚集式太阳能发电在捕获非直射的或散射的太阳能方面效率较低，而该实施例与吸收直射太阳能同等地吸收散射太阳能。即使在晴天时，照射地表的散射光量也是显著的。利用空中的云和其他颗粒，散射光组分进一步增加，并且即使在多云条件下，一些实施例也可产生可用的热量，即使不一定足以用于驱动热力发动机。

[0124] 在一些实施例中，面板106收集器面积本身多于10平方米。另一方面，CSP使用相当精确的光学器件将阳光聚焦到非常小的收集器上，因为较小的大小促成更高的温度更高。一些实施例可通过聚集阳光而实现，但是一个或多个面板106的大表面非常容忍质量差的光学器件，诸如基于建筑、地理和地貌的特征。

[0125] 一些实施例包括跟踪太阳的一个简单2轴运动平台110，参见例如图2至图4。相比之下，在CSP中，需要更精确的跟踪。

[0126] 一些实施例使用40个用于以上所指明的欧晟六管面板的相同的抽真空管道104。在这种六管面板中，并且或许在许多其他情况下同样地，歧管是面板中主要的热损耗源。一些实施例包括减少或防止这种热损耗的设计特征。

[0127] 在一些实施例中，管道104附接至歧管102的两侧上，而非附接至仅一侧上，例如，一个实施例包括为流体流动而附接至歧管102左侧上的20个管道104以及为流体流动而附接至歧管102右侧上的20个管道104；歧管本身是大致竖直的。这导致了相比总体收集器106面积而言小得多的歧管102大小。在一些实施例中，主要流体输入和输出管位于歧管中心点(例如，图2中的运动平台110附近)，在此位置，它们更少暴露；这与在歧管102的每个末端130、132处进行附接形成对比。歧管末端处的附接目的在于使得产品同轴联动。

[0128] 在一些实施例中，不锈钢用于可引起热损耗的所有管件部件。虽然铜的使用在行业中是常见的，但铜展现出比不锈钢大得多的热传导率。

[0129] 在一些实施例中，配件1616的安排允许所有大型部件容易地组装和拆卸，同时保护真空封闭体1021，以有利于货运和安装方便。例如，抽真空管道流体导管904可释放地装配到歧管流体导管1002上，而非永久地附接到其上。

[0130] 本发明人在原型中使用的欧晟抽真空管道104具有增加至原型的功能的不一般的特征。这些特征包括：单壁614玻璃缸体(与较廉价的两壁614缸体不同)，其提高了太阳能得热；直流式管(与更常见的热管管件不同)，其实现了更高的最大温度并且消除了低效率换热步骤；在行业中最大的每管吸收器604面积(0.268平方米)，使得每吸收器面积的热损耗显著减少，这是因为热损耗主要在每个管的顶部处的小区域处发生(在原型中该管还利用气凝胶隔热件1306进行隔热)。

[0131] 本发明人已向欧晟请求对欧晟抽真空管道的一些设计改变。一种改变包括将选择性涂层612添加至吸收器的背侧以减少热辐射损耗，并且允许吸收反射到面板106的背侧的阳光。另一改变包括将流体流管内的同轴管替换成在分开的位置处进入和离开抽真空管道的U形管(平行流式)。这将显著减少歧管102的复杂程度并且消除供应流体与返回流体之间的热传递。其他改变包括在吸收器的背侧上添加反射器，这有助于恢复自吸收器的背侧的热辐射损耗。

[0132] 在一些实施例中，从热力发动机1808供给和返回流体的主要供应管1018和返回管1020的刚性区段是由常见的铜管件和配件制成的真空隔热导管。

[0133] 当在艳阳条件下与斯特林发动机1808组合时，上述面板106实施例中的一些在理论上可以25％转换效率产生超过3kW的电力。

[0134] 参考数字

[0135] 已通过参考数字对附图进行了参考。为方便起见，以下提供此类参考数字的一个列表。除非另外明确指示，否则附图或文本中与一个给定参考数字相关联的词组中的任何明显的不一致应理解为仅放宽该数字所表示的内容的范围。

[0136] 文本或附图中一个给定参考数字的不同实例可涉及不同的实施例，即使使用的是相同参考数字。例如，参考数字102指代图1中的一个双面板式歧管并且指代图5中的一个单面板式歧管。同样，参考数字104指代图7中的一个平行流式抽真空管道并且指代图11中的一个同轴流式抽真空管道。

[0137] 102歧管

[0138] 104抽真空管道

[0139] 106抽真空管道阵列(亦称面板)

[0140] 108固持抽真空管道和歧管的支架

[0141] 110运动平台

[0142] 112光伏面板

[0143] 130歧管的底端

[0144] 132歧管的顶端

[0145] 302运动平台中的齿轮和电机的安排

[0146] 402运动平台中的齿轮

[0147] 404运动平台中的电机

[0148] 602玻璃管壁

[0149] 604吸收器板

[0150] 606U形弯头

[0151] 608管道中的流体供应管

[0152] 610管道中的流体返回管

[0153] 612吸收器板上的选择性涂层

[0154] 614一个或多个抽真空管道缸壁

[0155] 702吸收器板表面

[0156] 704吸收器平面

[0157] 706垂直于吸收器平面的垂线

[0158] 720阳光

[0159] 802反射涂层

[0160] 902抛物面反射镜

[0161] 904管道流体导管

[0162] 1002歧管流体导管

[0163] 1008歧管中的流体供应管路

[0164] 1010歧管中的流体返回管路

[0165] 1012电加热带和/或另一种外部热源

[0166] 1018(例如)从热力发动机至歧管的供应线路

[0167] 1020从歧管的返回线路

[0168] 1021抽真空的歧管腔室

[0169] 1302围绕歧管的壳

[0170] 1304壳内的箱

[0171] 1306基于气凝胶的隔热件或其他隔热件

[0172] 1308铝箱内的管道插座

[0173] 1502同轴返回-供应配件

[0174] 1508配件供应管路

[0175] 1510配件返回管路

[0176] 1610带套管的管

[0177] 1614套管

[0178] 1616配件

[0179] 1702工作流体

[0180] 1802热量管理模块

[0181] 1804光学器件

[0182] 1806废热发电设施

[0183] 1808热力发动机

[0184] 结论

[0185] 在此提供多个实例以帮助示出该技术的多个方面，但本文献中给出的多个特定实例并未描述出所有可能的实施例。实施例不限于在此所提供的特定实现方式、安排、材料、紧固技术、特征、方法、或情景。一个给定实施例可以包括例如附加或不同的特征、机制和/或结构，并且可以其他方式背离在此所提供的实例。

[0186] 虽然多个具体实施例在此被明确地示出并描述为方法或系统，但将理解，对一种类型的实施例的讨论通常也延伸至其他类型的实施例。例如，结合图19对方法的描述还有助于描述像结合其他图来讨论的那些的系统和制品的操作。但不能断定来自一个实施例的限制一定适于另一个实施例。具体来说，方法并不一定限于在讨论系统或制品时呈现的结构和安排。

[0187] 附图中示出的每一项并非都需要被呈现在每一个实施例中。相反，一个实施例可包含未在附图中明确示出的一个或多个项。虽然此处在文本和附图中通过特定实例示出一些可能性，但实施例可以背离这些实例。例如，一个实例的多个特定特征可被省略、重新命名、差异地分组、重复，或可以是在两个或更多个实例中出现的多个特征的混合。在一些实施例中，一个位置处示出的功能也可提供在一个不同位置处。

[0188] 如在此所使用，诸如“一个”和“该”的术语包括所指示的项或步骤中的一个或多个。具体来说，在权利要求书中，提及一个项一般表示存在至少一个这样的项，而提及一个步骤表示执行该步骤的至少一个实例。

[0189] 标题仅是出于方便；关于一个给定主题的信息可在其标题指示该主题的章节之外找到。

[0190] 摘要是本说明书的部分。所提出的所有权利要求也都是本说明书的部分。描述可以在诉讼期间从权利要求书至本说明书的其余部分、或从以上本说明书的部分至权利要求书自由变动，而不因此注入在提交时未呈示的新的主题。

[0191] 尽管已在附图中示出并在上文描述了多个示例性实施例，但对本领域的技术人员来说将清楚的是，可以在不背离权利要求书中阐述的原理和概念的情况下进行许多修改，并且此类修改无需涵盖完整抽象概念。尽管以结构特征和/或方法动作的特定语言对本主题进行了描述，但应理解，所附权利要求书中限定的本主题并不一定限于所附权利要求书所描述的特定特征或动作。在给定定义或实例中标识出的每一个手段或方面并不一定存在或被利用于每一个实施例中。相反，所描述的特定特征和动作是作为在实现权利要求书时考虑的实例而被披露的。

[0192] 达不到包含完整抽象概念但在权利要求书等价物的意义和范围内的所有改变都将以法律所允许的最大程度被包括在权利要求书的范围内。

[0193] 权利要求书：

标题	发布/更新时间	阅读量
斯特林循环发动机压力壳加工工艺	2020-05-15	234
一种斯特林循环机的头部罐	2020-05-16	347
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开式循环斯特林发动机	2020-05-12	128
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一种斯特林循环机的磁石支撑结构	2020-05-16	29
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