[发明专利]太阳辐射接收器

说明书

技术领域

本发明公开了一种太阳辐射接收器，适用于将太阳能转化为热能和电能。它的使用是发电工业中所感兴趣的。

背景技术

当前有三种大型的将太阳能转化为热能和电能的太阳能利用技术：圆柱形抛物面接收器、带有定日镜的塔式太阳能系统和抛物面反射器。本发明以抛物面反射器技术作为研究主题，其中，太阳辐射照射在抛物面(“抛物面反射器(parabolic dish)”，其通常是具有圆截面的抛物面)上，并且热机设置在其焦点处。该热机通常是完善的斯特林发动机(最初由罗伯特·斯特林在他的1816年的专利中描述，见1816年英国专利文件GB4081)，其在热焦点(太阳辐射接收器)和冷焦点之间操作。斯特林发动机或等效的发动机产生的机械能驱动交流发电机产生电能。

如前所述，在具有抛物面反射器的系统中，太阳辐射被接收于接收器上。所述接收器加热工作气体，工作气体驱动热机。对于给定的热能，提高接收器性能包括提高工作气体温度，并且随之提高发动机性能。这导致机器的总的性能变得更加有效率。

已经被用在这些太阳能设备中的斯特林发动机利用由管束形成的接收器，接收器被定位成面向抛物面轴线。然而，在这种构造中，已经被来自集中器(concentrator)(抛物面反射器)的热能利用的表面仅仅是集中器投影的百分比。此外，用在现有技术中的管束是由多个部件制成的装置，所述多个部件被彼此焊接起来并被焊接到聚光器(co11ecter)。这种焊接的构造在承受热循环时比较通常地会产生机械张力的问题，而这种问题通常产生材料应力并随之导致破损。另一方面，非常常见的是那些斯特林循环之后的装置使用氢作为工作流体，以提高它们的效率。我们知道，H₂接触空气时会燃烧，在当前技术领域中所提供的形状意味着存在起火和爆炸的风险。

为了解决前述问题，本发明提出了一种太阳能接收器(其中有些形状是平的，而另外一些则不是)，其使用集中器的整个投影表面，因此所利用的面积是最大的。此外，其构造比目前通常使用的管束式解决方案更加牢固和安全，因为它避免了当前因不同构件的焊接点导致存在的问题。

链接到斯特林发动机的太阳能接收器的各种形状在本领域中目前是已知的。因此，专利文件GB2296047A1描述了一种带有曲轴的斯特林发动机，其中在曲轴上组装了一个结构，并且限定了(热的或冷的)工作腔(工作流体在其中流动)的一系列柔性膜片被连接到所述曲轴。专利文件CN201433829Y公开了一种用于太阳能装置的斯特林发动机的热腔式吸热器，其带有U形通道。

发明内容

所描述的发明公开了一种太阳辐射接收器，其具有入口和出口收集器，和从入口收集器通向出口收集器的一系列通道，工作流体流动穿过所述通道，从而当接收太阳辐射时，所述工作流体被加热。所述接收器包括：a)上层，太阳辐射照射该上层；b)至少一个中间层，所述中间层被定位在上层的下方，供工作流体从中流过的管道布置在所述中间层处；和c)下层，所述下层被定位在所述至少一个中间层的下方，用于工作流体的所述入口和出口收集器被连接到所述下层。该装置构造是通过使所述上层、具有通道的所述至少一个中间层和所述下层构成一个单个部件的方式实现的。

供工作流体从中流过的通道具有可以是三角形、或带倒圆的端部的矩形、或椭圆形、或正多边形、或圆形、或上述几何形状中的两种或更多种的结合的形状。

在具有一个以上的中间层的情况下，每个所述中间层的内部都设有供工作流体从中流过的通道。

设置在中间层中的所述管道被布置成迷宫状，覆盖接收器的中间层的所有被使用的表面。

用于制造所述接收器的所述部件是能够承受600℃以上温度的合金，例如钢、不锈钢、或或类型的合金。

所述接收器可以根据不同的几何形状来成形，以呈现出以下几何构造中的一些，例如：圆形或圆扇形、空心圆锥形、空心半球形、或对半切开的空心多面体。

附图说明

通过结合附图阅读说明书的内容，本发明将更容易被理解，附图中的附图标记用于指代构成本发明的不同元件。

图1是适用于具有抛物面反射器的太阳热能装置的外燃式热力发动机的示意图。

图2是扁平形状的接收器的具有部分截面的透视图，其中可以观察到其中流过工作流体的管道。

图3是接收器截面的详细视图，其中示出了不同形状的管道。

图4示出了可用于替换扁平的接收器形状的其他形状，例如半圆锥形接收器(图4A)、半球形的(图4B)或对半切开的具有正多面体形状(例如正十二面体)的(图4C)接收器。