[发明专利]太阳集热器以及相关系统

说明书

(本申请是申请日为2005年8月31日、申请号为2005800290520、 发明名称为“太阳集热器、阳光聚集反射器、阳光聚集系统和太阳能 利用系统”的申请的分案申请。)

技术领域

本发明涉及一种太阳集热器、阳光聚集反射器、阳光聚集系 统和太阳能利用系统，尤其涉及有效利用太阳能的太阳集热器和 阳光聚集反射器、有效聚集阳光的阳光聚集系统、以及有效利用 聚集的阳光热能的太阳能利用系统。

背景技术

近年来，作为用于发电系统和化学反应处理等的各种类型系 统和处理的、使用从聚集的阳光作为热源获得的热能的设备或系 统，太阳集热器、阳光聚集系统以及利用聚集的阳光热能的太阳 能利用系统的开发和实际利用日益进步。例如，在美国能源部进 行的Solar II计划中，有聚光系统(利用塔式方法)试验示范，该 系统利用置于地面上的多个反射器(以下称之为“日光反射装置 (heliostat)”)，将反射的阳光集中到置于高约100米的塔的上部的 集热器。在该聚光系统中，在通过集热器聚集阳光的位置平行排 列多个管。这样，所聚集的阳光的热能间接加热在管中循环的熔 盐。然后，将加热熔盐的热所生成的蒸汽提供给汽轮机以发电， 这是检验过的(参考非专利文献1)。

然而，在Solar II计划中所使用的设备中，用以接收阳光的光 接收面，即，管的外周面暴露于外界空气。这样，风从光接收面 带走大量的热，并且光接收面反射的阳光和光接收面的热辐射散 失到环境中。因此，实际用于加热熔盐的热能与入射阳光的能量 之比很小。因此，阳光利用的效率是有限的。

而且，在非专利文献2中公开了一种阳光聚集系统(光束向下 方法)，如图40所示，在该系统中，聚光反射器62置于高处位置， 该位置比置于地面上的多个日光反射装置61的反射光的聚光点F 稍低。这样，聚光反射器62将阳光向下反射到地面，从而被集中 到地面附近的集热器63。而且，还公开了一种设备作为在该阳光 聚集系统中使用的集热器，在该设备中，在截去顶端的圆锥形状 双重嵌套集热容器之间的空间中形成循环流路，在该循环流路中 注入熔盐。然后，阳光照射集热容器的内部以间接加热熔盐。

然而，在非专利文献2中，没有讨论优化集热器的形状。另外， 在该集热器中，熔盐在循环流路内部缓慢流动，以至于对应于太 阳辐射量改变时集热容器的出口中熔盐温度的改变控制温度具有 较长的响应时间。因此，难以通过流量控制来精确控制温度。另 外，很难以双层去顶圆锥这样的复杂形状生产大型设备，所以难 以实现实际商业利用。

另外，在图40中所示的光束向下阳光聚集系统中，进一步提 高了阳光利用效率。然而，在半径100m的范围内安装日光反射装 置的聚光系统中，聚光反射器62的半径为几十米或更长，并且安 装高度约为100m。在这种情况下，反射器经受高风压。因此，风 的波动使反射器的位置发生移动或使反射器本身变形，以致于使 光聚集的准确度降低。而且，需要牢固地建造支持反射器的结构 以抵抗暴风雨天气中的强风，这使得建造成本增加。为了解决该 问题，设计了这样的对策：将反射器分成小块，并将这些块放置 成在相邻的块之间留有空间，或以预定比率间除各块，从而形成 风通过的间隙。然而，在这些方法中，不能利用由日光反射装置 所聚集的切到达反射器之间的间隔部分的阳光。结果，降低了聚 光效率。另外，1)在反射器上反射阳光使得光路长度变长；因此， 在光接收面(焦平面)上焦点变得相对较宽，从而使集热器63增 大。而且，2)由于上述1)所导致的聚光不足，当熔盐在集热器63 中聚集热时，熔盐的温度升高不足。3)当将集热器63置于地面附 近时，沿着旋转双曲面形成聚光反射器62，使得入射光热通量更 密集地分布在光接收面上的焦点附近。该特征不利于应用到重整 反应器等系统，在这种系统中，入射热通量相等更为有利。使热 通量的密度相等也是光束向下聚集方法尚需解决的问题。

其次，在非专利文献1和2中所公开的阳光聚集系统中，集热 器或聚光反射器设置在由多个日光反射装置形成的聚光点处。

然而，这些阳光聚集系统是仍处于试验阶段的系统，在这些 系统中，所聚集的光的量相当小。因此，对于建造可以聚集足够 量的光以用于商业规模的大型聚光系统来说，这些系统不能解决 放大这些系统时所出现的问题。例如，由于集热器或反射器所经 受的风压的影响，安装集热器或反射器的高度实际上受到限制。