太陽能系統的輻射熱量護罩的製作方法
2024-02-13 06:04:15
專利名稱：太陽能系統的輻射熱量護罩的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及所謂聚焦聚集器型的太陽能收集系統的領域。更加具體地說，本發明涉及一種這樣聚集器的輻射熱量護罩。
背景技術：
快速開採自然能量資源及搜尋對環境友好的能量資源和把能量提供到遠方社區或者工廠中的需要提高了太陽能系統的重要性並且得到了改善。但是，由於考慮到經濟性和效率，商業太陽能仍然只得到有限使用。然後，連續的研究提高了這些太陽能系統的效率，該系統逐漸地能夠更加節省成本，並且使它們變得更加有利的。
各種各樣的太陽能收集系統公知為，藉助收集太陽能並且把它轉換成熱能，從而把太陽能轉換成其它形式的有用能量。然後，以各種方式來消費熱能。
一種特殊的太陽能系統是所謂的「聚焦聚集器型」，其中，聚集器元件(HCE)安裝在反射件的焦點處，為了提高太陽能系統的角度輻射效率，因此設置跟蹤裝置來在太陽通過天空時跟蹤太陽。HCE包括液體流過其中的濺塗管，為了提高太陽能系統的效率，塗覆管安裝在共軸線的半透明保護管(典型地由耐用玻璃形成)內，該保護管在其內部中形成真空。這些系統常常稱為臨界真空聚集器(UVAC)。
玻璃保護管保護塗覆管，該塗覆管由金屬形成，塗有一層具有高輻射吸收係數的材料，並且使塗覆管的熱量損失最小化。太陽熱聚集器系統典型地為數十米長並且佔著較大的場地。出於實際原因，太陽能系統由對準的塗覆管元件構成，這些管元件相互連接起來，以形成連續的線，同時保護玻璃管的段在這些塗覆管元件的主要部分上進行延伸，但是它們也可以不是連續的。
塗覆管和保護管具有不同的熱膨脹係數，相應地，這些保護管不是連續的，因為溫度變化將導致塗覆管和它們的相應保護管產生非均勻膨脹，從而導致對系統的嚴重損害。因此，利用合適的裝置，需要把保護管密封地連接在塗覆管上，而該合適的裝置提供了一些自由度，尤其沿著軸向提供了一些自由度，從而允許玻璃管在金屬塗覆管上進行不同的膨脹，同時在保護管內保持真空。
這種元件是波紋管形連接元件，該連接元件具有一個軸向端，它密封地固定在塗覆管上；及相對端，它藉助所謂的玻璃到金屬的連接共軸線地連接到保護管上，其中波紋管的相應端的厚度明顯減少，並且它的直徑與玻璃管的直徑相一致。藉助熔化玻璃管的端部，厚度減少的屬部分可以加入到熔化的玻璃管的邊緣中，因此，它的邊緣由玻璃來重疊，事實上，密封地焊接在那裡。
但是，玻璃到金屬的連接區域仍然脆弱，並且溫度變化可以引起金屬對玻璃元件的不同膨脹，從而導致真空損失，或者甚至使包封的玻璃保護管破裂。
尤其藉助聚焦或者反射輻射，可以產生玻璃和金屬元件的不同膨脹係數的問題，這些不是反射到熱量收集元件的塗覆管中，而是反射到玻璃到金屬的連接區域中。當太陽處於較小的角度時，產生了特殊問題，輻射被反射到HCE的玻璃到金屬的連接區域中的一個上。例如，由於放置太陽能系統最有效以致HCE的縱向軸線設置成與子午線相平行，即沿著南北方向進行延伸，因此主要在每個保護管的北端上，在北半球上產生了光線撞擊玻璃到金屬的連接區域的問題。
本發明的目的是提供一種輻射護罩，以防止玻璃到金屬的連接區域受到太陽光線的直射或者反射，從而在該連接區域上防止玻璃和金屬元件進行不均勻的膨脹。
發明內容
根據本發明，提供了一種太陽能系統的輻射護罩，該護罩連接到連接元件上，而該連接元件把保護管密封地保持在熱量收集元件上，因此輻射護罩以一種方式並且在一個位置上連接到那裡，此外，在直射和反射太陽光線的太陽的極小輻射角度下，儘管連接元件進行軸向運動，但是它可以足夠地保護玻璃到金屬的連接區域，同時與HCE的有效收集區域的幹擾儘可能地小，從而不會損害太陽能系統的整體效率。
根據本發明，提供一種太陽能系統，該系統包括反射器，熱量收集元件(HCE)安裝在反射器的焦點上，所述HCE包括具有縱向軸線的塗覆管，該縱向軸線在第一端和第二端之間進行延伸；塗覆管安裝在共軸線抽空的包封玻璃管中；藉助共軸線變形的連接元件通過玻璃到金屬的連接(GMC)使它的遠端可密封地固定到HCE上並且使它的近端可密封地連接到包封玻璃管的相應端上，使所述包封玻璃管固定在塗覆管的相應端上，其特徵在於，輻射護罩組件在連接元件和GMC上進行延伸；藉助接合鄰近該近端與連接元件接合的支架，使所述輻射護罩組件固定到連接元件上。
根據本發明的一個實施例，護罩組件包括外部整體式護罩件，該護罩件在變形區域和GMC區域上方進行延伸。根據不同實施例，輻射護罩組件包括第一外部護罩件，它從近匝(convolution)向著連接元件的遠端進行延伸；及第二外部護罩件，它從近匝向著玻璃管的相應端部進行延伸。相應地，第一護罩件保護連接元件，而第二護罩件保護GMC區域。
本發明的一個特殊特徵是提供一種輻射護罩組件，該組件包括第一護罩件，它在連接元件(變形區域)上進行延伸；及第二護罩件，它在過渡區域和GMC區域上進行延伸。
根據另一方面，本發明還提供了一種內部護罩件，它在HCE和鄰近GMC區域的包封玻璃管之間進行延伸；所述內部護罩件與縱向軸線相交。內部護罩件特別有利於在太陽處於小角度時防止玻璃到金屬的連接區域受到光線反射。
根據本發明的實施例，外部護罩件形成有若干支架，這些支架沿著徑向向內地伸出。根據本發明的實施例，所述這些支架與外部護罩件形成一體。但是，對於內部護罩件而言，所述支架可以不與護罩環成一體，並且以傳遞它們以徑向偏壓作用的方式來連接到那裡。
為了得到更好的結果，至少護罩組件的外部表面可以反射，例如藉助太陽能反射塗層劑、藉助合適地精加工(拋光)高反射率的太陽能金屬、等等來實現這種反射。
本發明的其它方面還涉及護罩件的結構和它們的製造。
為了理解本發明和在實踐中如何實現它，現在，參照附圖，藉助非限制性的例子來描述一些實施例，在附圖中圖1A是聚焦聚集器型太陽能系統的示意圖；圖1B是現有技術太陽能裝置中的玻璃到金屬的連接的剖視圖；圖2A是圖1A中標記為II的聚集器的北端的放大視圖，它示出了聚焦太陽光線從聚集器的反射器反射到玻璃到金屬的連接中；圖2B是圖2A的側視圖，它示出了太陽光線從焦點出來反射到玻璃到金屬的連接中；圖3A是熱量收集元件的結合端部的透視圖，其中熱量收集元件安裝有本發明實施例的輻射護罩；圖3B是通過圖3A的縱向剖視圖；圖4是圖3B中標記為IV的部分的局部剖視圖，它示出了本發明的輻射護罩的實施例；圖5A是本發明實施例的外部護罩件的等比例的視圖；圖5B是在圖5A中所看到的護罩件的側視圖；圖5C是圖5A和5B的護罩件的展開圖；圖6是另一個實施例的局部剖視圖，該實施例保護本發明的玻璃到金屬的區域；圖7A是根據圖7的實施例來使用的外部護罩件的等比例視圖；圖7B是圖7A的護罩件的側視圖；圖7C是圖7A的護罩件的展開圖；圖8A是本發明的、內部輻射護罩件的組件的等比例視圖；圖8B是圖8A的護罩件的分解等比例視圖；及圖8C是圖8A的護罩件的側視圖，它藉助虛線示出了護罩件的支架的變形位置。
具體實施例方式
首先參照附圖中的圖1A，這些附圖示出了總體上用10來表示的太陽能連接系統。這種太陽能系統可以是太陽能場中的一部分，而太陽能場可以安裝多達數百米的聚集器裝置，如圖1所示。聚集器系統包括若干共軸線對準的聚集器裝置12，每個裝置12包括集熱元件(HCE)，該集熱元件固定在太陽反射器18的焦點上，該太陽反射器18在這個例子中是槽式反射器。每個太陽能裝置12安裝在具有跟蹤機構的支架20上，該跟蹤機構(未示出)設置成當太陽通過天空時跟蹤太陽。
集熱元件(HCE)包括濺塗管(spatter coated tube)16(塗有輻射能吸收層)，這種布置使得鄰接裝置12的集熱元件相互連接起來，例如藉助使用流過其中的熱量收集流體來焊接，以實現這種連接。
為了提高太陽能系統的熱效率和保護這些塗覆管，因此每個管16共軸線地安裝在真空保護玻璃管24中。為了使空間26(圖1B、3A、3B)保持處於真空，因此提供合適布置來把保護管24密封地支撐在塗覆管16上方，這個藉助波紋管形連接元件來實現，該連接元件總體上用30來表示，如圖1B所示。連接元件30包括若干匝32，其中最未端36密封地支承在保持環38上，而保持環38藉助40處的焊接來密封地固定在塗覆管16上。相應地，連接元件的未端軸向地固定在塗覆管16上。圓筒部分46從連接元件的近匝42進行延伸，該圓筒部分46與管子16共軸線地延伸並且具有逐漸減少的厚度。這個部分稱為玻璃到金屬的連接區域。管形部分46的端部48明顯較薄，並且它的直徑與保護管24的較窄部分50的相一致，因此熔化玻璃管的端部在所謂的玻璃到金屬的連接中可以實現與金屬元件的端部48的連接。
連接元件30和保護管24具有不同的膨脹係數，因此與玻璃保護管24相比，連接元件30膨脹得更多。這種膨脹藉助連接元件30的這些匝來軸向吸收。但是，在極熱的情況下，連接元件不能處理玻璃管的膨脹和連接管的膨脹，這可以導致嚴重損害集熱裝置。這個尤其可以產生在由反射器18所聚焦或者反射的太陽光線56上，在圖2A和2B中用線58來表示。
藉助下面方法來克服上述問題提供輻射護罩組件，在圖3A和3B中該組件總體上用60來表示，而圖4是放大視圖。
輻射組件60包括第一外部護罩件62、第二外部護罩件64和內部輻射護罩件68，該護罩件68隻設置在收集裝置的北端上，即設置在用N來表示的、圖3A和3B的右手側連接處，如圖4中所看到的一樣。當太陽處在較低位置上而光線以傾斜角度進行反射時，內部護罩件68尤其有用。例如，這產生在集熱裝置的北端上(在北半球中安裝在南北方向上)，因此一些特殊裝置設置來阻止這種輻射。
第一和第二外部輻射護罩62和64各自與塗覆管16的縱向軸線共軸線，這種布置使得第一護罩件62保護連接元件30的匝部分，而第二護罩件64保護玻璃到金屬的連接區域46。外部護罩件62和64。
優選地，護罩件的外部表面(面向輻射)通過下面方法來產生高度反射合適地精加工例如拋光高度反射的金屬，或者塗覆例如進行銀塗覆，以提高反射率並且減少加熱護罩件。
最好如圖4所示，外部護罩件62和64在連接元件30和玻璃到金屬的連接區域46上方共軸線地延伸。這種布置使得兩個護罩件各自具有若干支架70和72，這些支架徑向延伸並且適合與連接元件30的最近匝74相接合。這種布置使得連接元件30的軸向變形使得護罩件產生相應的軸向移動，從而使連接元件和玻璃到金屬的連接區域露出到聚焦或者反射輻射中的量最小化，並且防止連接元件30受到環境損害(提高氧化等)。
藉助內部輻射護罩68還可以保護玻璃到金屬的連接區域，該護罩68使得可以縮短第二外部護罩件64的長度，因此可以避免與保護玻璃管24和塗覆管16的有效長度產生幹擾。相應地，第二外部護罩件64的近端76和內部護罩件的徑向部分78共軸線地共同延伸。
現在，參照圖5A-5C，這些圖示出了外部護罩件的一個特殊實施例。事實上，相同結構適合於第一和第二外部護罩件，唯一的不同在於它的長度和直徑。
總體上用90來表示的這種護罩件由材料92的平帶來形成(圖5C)，該平帶形成有若干突出部94，這些突出部94最後構成了支架96(圖5A和5B)，這些支架被摺疊，從而沿著徑向向內地延伸。這些支架與圖4中的支架70和72相一致。
帶92的寬度W與相應第一或者第二外部護罩件64的長度相一致，而突出部94的高度H與支架的實際長度相一致，從而支承近匝74，如圖4所示。
帶92還形成在具有兩個槽102的第一端上，而它的相對端形成有兩個突出部104，因此在使突出部94彎曲從而與帶92的表面相垂直地延伸及然後形成護罩件以得到圓形、而這些支架接合近匝之後，護罩件藉助把突出部104插入到槽102中及使突出部104彎曲來固定在合適位置上，其中這種彎曲類似於拉緊彎曲，如圖3A所示。
外部護罩件的另一個實施例示出在圖6中，其中提供了均勻的外部護罩件110，護罩橫跨連接元件30和玻璃至金屬的連接區域46的整個長度，連接區域46具有若干徑向延伸的支架114，以與近匝74相接合併且支撐護罩件110。
圖7A-7C示出了圖6的外部護罩110的實施例，其中帶116的寬度W與連接元件30和玻璃到金屬的連接區域46的總體長度相一致。在圖7A-7C所示的特殊實施例中，支架114由帶形成一體，該帶藉助形成於其中的一些切口構成了護罩件。但是，應該知道，這種支架也可以由其它裝置來形成，例如由本身公知的點焊這些徑向突出部來形成。
現在，參照圖8A-8C，這些附圖涉及內部護罩件68。內部護罩件68為環形元件，該元件具有L形橫截面，其中第一臂部分120適合在真空空間26內進行徑向延伸(參見圖1B、4和6)，該部分具有外部反射表面122，例如藉助精加工、塗覆反射材料等來形成該反射表面。第二支架部分124與集熱元件的縱向軸線共軸線地延伸，並且用來支撐偏壓支架128。該環形成有三個孔130，這些孔適合於安裝每個支架128的鉤形部分134。
在裝配位置上，支架128支承臂部分124的外部表面，同時鉤形部分134安裝在孔130內。在這個位置上，支架如圖8C所示一樣沿著徑向向外地被偏壓，但是它們可以變形到圖8C中的虛線所示的位置上，從而以橫跨的方式插入和接合連接元件30的近匝中，如圖4和6所示。
如這些附圖所示一樣，內部護罩件在中間安裝在真空空間26內，從而不與塗覆管16或者保護管24相接觸，並且與第二外部護罩件64的延伸程度相類似，它沿著軸向進行延伸。
權利要求
1.一種太陽能系統，它包括反射器和熱量收集元件(HCE)，熱量收集元件安裝在反射器的焦點上，所述HCE具有縱向軸線，該縱向軸線在第一端和第二端之間進行延伸；HCE包括安裝在共軸線排空的包封玻璃管內的塗覆管；藉助可共軸線變形的連接元件通過玻璃到金屬的連接(GMC)使連接元件的遠端密封地固定到塗覆管上並且使連接元件的近端密封地連接到包封玻璃管的相應端上，使所述包封玻璃管在其相應端部處固定在塗覆管上；其中，輻射護罩組件在連接元件和GMC上延伸；藉助鄰近該近端與連接元件接合的支架，使所述輻射護罩組件固定到連接元件上。
2.如權利要求1所述的太陽能系統，其特徵在於，可變形的連接元件是波紋管型元件，該元件包括軸向變形區域，該區域形成有許多匝；及過渡區域，它從最近匝延伸到GMC區域中，其中支架接合連接元件的所述最近匝。
3.如權利要求2所述的太陽能系統，其特徵在於，護罩組件包括外部整體式護罩件，該護罩件在變形區域和GMC區域上進行延伸。
4.如權利要求2所述的太陽能系統，其特徵在於，輻射護罩組件包括第一外部護罩件，它從近匝向著連接元件的遠端進行延伸；及第二外部護罩件，它從近匝向著玻璃管的相應端部進行延伸。
5.如權利要求2所述的太陽能系統，其特徵在於，輻射護罩組件包括第一護罩件，它在變形區域上進行延伸；及第二護罩件，它在過渡區域和GMC區域上進行延伸。
6.如權利要求5所述的太陽能系統，其特徵在於，藉助支架接合到相同匝，使第一護罩件和第二護罩件固定到連接元件上。
7.如權利要求1所述的太陽能系統，其特徵在於，這些支架是徑向段，這些段與護罩件形成一體。
8.如權利要求4所述的太陽能系統，其特徵在於，第一護罩件和第二護罩件相對於HCE的縱向軸線平行地延伸。
9.如權利要求2所述的太陽能系統，其特徵在於，輻射護罩組件包括內部護罩件，該內部護罩件在塗覆管和鄰近GMC區域的包封玻璃管之間進行延伸；所述內部護罩件與縱向軸線相交。
10.如權利要求9所述的太陽能系統，其特徵在於，內部護罩件包括支架，這些支架與連接元件的最近匝相接合。
11.如權利要求10所述的太陽能系統，其特徵在於，內部護罩件是具有L形截面的環形件，環形件的第一臂部分平行於塗覆管地進行延伸，而其它臂部分垂直於它地延伸。
12.如權利要求9所述的太陽能系統，其特徵在於，內部護罩件的遠端和第二護罩件的遠端沿著軸向相互重疊。
13.如權利要求11所述的太陽能系統，其特徵在於，內部護罩件包括支架，這些支架支承在第一臂部分上並且徑向向外地偏壓，從而接合在連接元件的最近匝內。
14.如權利要求1所述的太陽能系統，其特徵在於，HCE的縱向軸線設置成與子午線相平行地延伸，因此第一端和第二端各自與北和南相一致。
15.如權利要求14所述的太陽能系統，其特徵在於，HCE的兩端安裝有護罩組件。
16.如權利要求15所述的太陽能系統，其特徵在於，至少位於HCE第二端處的護罩組件安裝有內部護罩件，該內部護罩件在塗覆管和鄰近GMC區域的包封玻璃管之間進行延伸；所述內部護罩件與縱向軸線相交。
17.如權利要求1所述的太陽能系統，其特徵在於，至少護罩組件的零件的外表面可以反射光。
18.如權利要求4所述的太陽能系統，其特徵在於，至少第一護罩件和第二護罩件的外表面由反射材料形成。
19.一種用於太陽能系統的輻射護罩組件，該太陽能系統包括反射器和熱量收集元件(HCE)，該熱量收集元件安裝在反射器的焦點上，所述HCE包括具有縱向軸線的塗覆管，該縱向軸線在第一端和第二端之間延伸；塗覆管安裝在共軸線排空的包封玻璃管內；藉助可共軸線變形的連接元件通過玻璃到金屬的連接(GMC)使它的遠端密封地固定到塗覆管上並且使它的近端密封地連接到包封玻璃管的相應端上，使所述包封玻璃管在相應端部處固定到塗覆管；其中，所述輻射護罩組件在連接元件和GMC上方延伸；藉助鄰近該近端與連接元件接合的支架，使所述輻射護罩組件固定到連接元件上。
20.如權利要求19所述的輻射護罩組件，其特徵在於，支架接合連接元件的最近匝。
21.如權利要求19所述的輻射護罩組件，它包括整體式護罩件，該護罩件在連接元件的軸向變形區域和GMC區域上方延伸。
22.如權利要求20所述的輻射護罩組件，它包括第一護罩件，它從近匝向著連接元件的遠端進行延伸；及第二護罩件，它從近匝向著玻璃管的相應端部進行延伸。
23.如權利要求20所述的輻射護罩組件，它包括第一護罩件，它在連接元件的變形區域上進行延伸；及第二護罩件，它在連接元件的過渡區域和GMC區域上進行延伸。
24.如權利要求22所述的輻射護罩組件，其特徵在於，藉助支架接合到相同匝中，使第一護罩件和第二護罩件固定到連接元件上。
25.如權利要求19所述的輻射護罩組件，它還包括內部護罩件，該內部護罩件在塗覆管和鄰近GMC區域的包封玻璃管之間進行延伸；所述內部護罩件與縱向軸線相交。
26.如權利要求19所述的輻射護罩組件，其特徵在於，護罩件是材料帶，該材料帶形成封閉的環形並且固定在這個位置上；所述護罩件成一體地包括若干支架，這些支架沿著徑向向內地延伸。
27.如權利要求19所述的輻射護罩組件，其特徵在於，至少該組件的護罩件的外表面是反光的。
28.如權利要求25所述的輻射護罩組件，其特徵在於，內部護罩件包括支架，這些支架與連接元件的最近匝相接合。
29.如權利要求25所述的輻射護罩組件，其特徵在於，內部護罩件是具有L形截面的環形件，環形件的第一臂部分平行於HCE地進行延伸，而其它臂部分垂直於它地延伸。
30.如權利要求29所述的輻射護罩組件，其特徵在於，內部護罩件包括支架，這些支架支承在第一臂部分上並且徑向向外地偏壓，從而接合在連接元件的最近匝內。
全文摘要
一種太陽能系統，它包括反射器和熱量收集元件(HCE)，熱量收集元件安裝在反射器的焦點上。HCE包括安裝在共軸線排空的包封玻璃管內的塗覆管。藉助共軸線變形的連接元件通過玻璃到金屬的連接(GMC)使它的遠端密封地固定到塗覆管上並且使它的近端密封地連接到包封玻璃管的相應端上，使包封玻璃管固定在塗覆管的相應端部上。輻射護罩組件設置在連接元件和GMC上，並且藉助支架接合鄰近近端的連接元件，使輻射護罩組件固定到連接元件上。
文檔編號F24J2/05GK1608189SQ02826061
公開日2005年4月20日 申請日期2002年11月13日 優先權日2001年11月13日
發明者喬爾·施瓦茨曼, 什穆埃爾·克拉普瓦爾德, 梅納什·瓦爾凱, 伊萊·曼德爾伯格, 阿維·布倫米勒 申請人:索勒爾太陽能系統有限公司