太阳热集中器及其形成方法
【专利摘要】一种集中器管包括：反射器部分，其具有两个壁；以及孔径，其闭合所述反射器部分的开口。所述孔径和所述反射器部分纵向延伸。所述孔径相对于所述反射器部分的曲率基本是平的。
【专利说明】太阳热集中器及其形成方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年7月12日提交的发明名称为“太阳热集中器及其形成方法”的美国临时专利申请N0.61/670,823的权益，其全部内容通过引用合并于此。
【技术领域】
[0003]本公开涉及太阳能收集器和集中器，且更具体地涉及在无需追踪的情况下在热力学上有效率的收集器和集中器。
【背景技术】
[0004]许多太阳能系统由于各种因素而缺乏效率。另外，许多这样的系统需要昂贵的追踪能力来对天空中的太阳进行追踪。在没有这种追踪的情况下，这些系统不能够收集充足的太阳能。
[0005]过去已经生产了用于太阳能的被动或非追踪反射集中的一些系统。这样的系统在美国专利号 5，537，991,3, 957，041,4, 002，499,4, 003，638,4, 230，095,4, 387，961、4，359，265,5, 289，356和6，467，916中示出，所有这些通过引用合并于此，如同全文列出。将反射器称为光传输设备是适当的，因为反射器是将来自大的立体入射角的辐射(例如，将太阳光集中至太阳能电池上)，还是将从相对小的源传播辐射至相对大的立体角(例如，收集来自LED芯片的光以形成光束)，并不重要。
[0006]仅当辐射的投射立体角增加时，辐射的集中才是可能的。这一要求是保持集光率(其是辐射的相空间)定律的直接结果。实现高集中的太阳能集中器必须对太阳进行追踪，即，它们必须不断地重新定向，以补偿太阳在地球中心(托勒密)坐标系统中的似动。相比之下，对于大多数照明用途，反射器是固定在位的。为了追踪，收集器朝向太阳中心的方向关于其孔径静止。这种集中器可以在空中实现约45000的极高集中。在透明介质内甚至已实现了更高的集中。
[0007]然而，技术上是需要追踪的，因为太阳能收集器通常很大，且设计这些用于定向移动性的系统可能大幅增加成本。此外，吸收器，其包含一些热传递流体和管路，也可能是需要移动的。这正是研究能够以静止的、非追踪的设备来实现集中的动机。当需要从小的源向相对大的立体角传输光或其他辐射能量时，也是同理的。
【发明内容】
[0008]发明人发现，可以利用集中器组件例如来收集太阳能以产生电能。集中器组件的实施例特点在于宽的接收角，由此允许使用在非追踪应用中。
[0009]本公开的实例的各种方面在权利要求中列出。
[0010]根据第一方面，公开了一种集中器管，其从远端向近端延伸，包括:槽形反射器部分，其在近端和远端之间延伸且限定上部开口，反射器配置成将来自源的光集中至吸收器上；光传输孔径构件，其闭合槽形构件的上部开口 ；以及吸收器，其位于管内部；其中，反射器部分被配置成使得从吸收器发射至反射器上的基本任何辐射能量被引导至源或被引导回吸收器。
[0011]在一些实施例中，管包围一体积。在一些实施例中，所述体积是基本排空的。
[0012]在一些实施例中，反射器部分位于所述体积的内壁上。
[0013]在一些实施例中，反射器部分位于所述体积的外部。
[0014]在一些实施例中，孔径构件比反射器部分弯曲得更小。
[0015]在一些实施例中，孔径构件基本是平的。
[0016]在一些实施例中，吸收器定位成适应经由孔径进入集中器管的光的折射。
[0017]在一些实施例中，反射器部分被配置成适应经由孔径进入集中器管的光的折射。
[0018]在一些实施例中，反射器部分配置成使得由孔径折射的边缘射线光线从反射器部分反射且接触吸收器。
[0019]在一些实施例中，吸收器被配置成具有流过其中的热能传递流体。
[0020]在一些实施例中，吸收器包括用于热能传递流体的输入部和输出部。在一些实施例中，所述输入部和输出部二者都延伸穿过集中器管的第一端部。
[0021]在一些实施例中，吸收器具有接近集中器管的第二端部而定位的端部部分。在一些实施例中，端部部分响应于热膨胀或收缩而在管内自由移动。
[0022]吸收器包括多个微型通道，所述多个微型通道被配置成允许热能传递流体流经其中。
[0023]在一些实施例中，管以与光轴的角度小于接收角来集中经由孔径构件入射的光。
[0024]在一些实施例中，管以与光轴的角度小于接收角来经由孔径构件集中，光学效率大于80%。
[0025]在一些实施例中，管以与光轴的角度小于接收角来经由孔径构件集中，光学效率大于90%。
[0026]在一些实施例中，管以与光轴的角度小于接收角来经由孔径构件集中，光学效率大于95%。
[0027]在一些实施例中，管以与光轴的角度小于接收角来经由孔径构件集中，光学效率大于99%。
[0028]在一些实施例中，接收角大于10度、20度、25度、35度或更大。
[0029]在一些实施例中，吸收器包括热管。
[0030]在一些实施例中，吸收器包括耦接至吸收器鳍片的u形管。
[0031]在另一个方面，一种形成集中器管的方法包括:形成在近端和远端之间延伸且限定上部开口的槽形反射器部分，所述反射器配置成将来自源的光集中至吸收器上；形成闭合所述槽形构件的所述上部开口的光传输孔径构件；以及将吸收器定位在所述管内部；在一些实施例中，所述反射器部分被配置成使得从所述吸收器发射至所述反射器上的基本任何辐射能量被引导至所述源或被引导回所述吸收器。
[0032]在一些实施例中，通过在软化的玻璃管的外部表面上卷滚芯轴来形成反射器部分和孔径。
[0033]一些实施例包括在管的每个端部处形成密封以在管内部形成基本的真空。在一些实施例中，至少一个端部处的密封是金属一玻璃密封。
[0034]在另一个方面，公开了一种方法包括:使用集中器管从源接收光，所述集中器管包括:槽形反射器部分，其在近端和远端之间延伸且限定上部开口，所述反射器配置成将来自源的光集中至吸收器上；光传输孔径构件，其闭合所述槽形构件的所述上部开口 ；以及位于所述管内的吸收器；在一些实施例中，所述反射器部分被配置成使得从所述吸收器发射至所述反射器上的基本任何辐射能量被引导至所述源或被引导回所述吸收器。
[0035]一些实施例包括将来自源的光集中至吸收器上；在吸收器中将来自光的能量转换成热能。在一些实施例中，源是太阳。
[0036]各种实施例可以包括上述元件的任何适当组合。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]为了更完整地理解本公开的示例的实施例，现在参考以下描述并结合附图，在附图中:
[0038]图1是理论的椭球/球体包围体的示意图；
[0039]图2和图3示出包围体以说明对线的使用；
[0040]图4是一般的太阳能集中器的示意图；
[0041]图5说明在设计太阳能集中器时对线的使用；
[0042]图6是说明根据本公开的一个实施例的形成集中器的方法的流程图；
[0043]图7说明在设计太阳能集中器的壁时对线的使用；
[0044]图8是现有技术的内部集中器的示意图；
[0045]图9是根据本公开的一个实施例的内部集中器的立体图；
[0046]图10是图9的内部集中器的正视图；
[0047]图11A-11F说明根据本公开的实施例的与收集器一起使用的集中器和吸收器的各种配置；
[0048]图12说明根据本公开的一个实施例的偏差校正；
[0049]图13A-13C说明特点在于微型通道的u管吸收器；
[0050]图14说明安装至集中器管端盖的图15的U管吸收器；
[0051]图15说明安装在集中器管中的图15的U管吸收器。如所示，为了清楚，移除了管的反射部分；
[0052]图16说明图15中所示的集中器管组件的射线轨迹；
[0053]图17说明锥形吸收器；
[0054]图18说明与图17的锥形吸收器一起使用的在热力学上有效率的集中器的设计；
[0055]图19A和图19B示出与图17的锥形吸收器一起使用的集中器管的射线轨迹；
[0056]图20A说明具有吸收器鳍片的U管吸收器；
[0057]图20B说明图20A的具有吸收器鳍片的U管吸收器的有效形状；
[0058]图20C示出与图20A的具有吸收器鳍片的U管吸收器一起使用的集中器设计；
[0059]图21A说明具有进口通道和出口通道的吸收器；
[0060]图21B说明特点在于热管的吸收器；
[0061]图21C示出与图21B和21C的吸收器一起使用的集中器设计；
[0062]图22是集中器管的光学效率根据入射光的角度的曲线。
【具体实施方式】
[0063]太阳能收集器和集中器的各种配置已以不同程度的效率使用。在热力学上有效率的集中器可以提供对集中器所捕获的热辐射的更高水平的集中。例如，在美国专利公开N0.2012/0073567(其全部内容通过引用合并于此)中描述了一种外部复合抛物面集中器。
[0064]传统太阳能收集器仅仅或主要是基于成像光学的原理来设计的。然而，可以说明成像光学的使用在现实应用中是失败的。关于这个方面，参见图1，图1说明椭球/球体包围体100。椭球110的一部分由球体120的一部分代替。点A和B表示椭球110的焦点，而点B还表示球体120的中心。如果点质体(point mass)位于点A和B中的每个处,则Fab是辐射从点A处的质体到达点B处的质体的概率，以及Fba是辐射从点B处的质体到达点A处的质体的概率。利用成像光学的原理，从椭球体100中显然的是,Fab远小于F BA。因而,A处的点质体不断升温，而B处的点质体不断冷却。当然，这违反了热力学第二定律。
[0065]本公开的实施例摒弃了成像光学，而替代地依靠热力学原理。现在参见图2和图3，以及炉理论(theory of furnaces)。首先参见图2，示出了三壁包围体，其具有壁1、2和3。Fij是辐射从壁i到达壁j的概率。因而，根据图2的包围体，我们可以获得六个未知量(F12 > F13、F21、F23、F31 和 F 32)和六个方程式:
[0066]F12+F13= I
[0067]F21+F23= I
[0068]F31+F32= I
[0069]A1F12= A2F21
[0070]A1F13=A3F31
[0071]A2F23=A3F32
[0072]其中，Ai是壁i的表面积。现在解这些方程式可以获得:
[0073]F12= (A !+A2-A3) / (2A1)
[0074]F13= (A !+A3-A2) / (2A1)
[0075]F23= (AJA3-A1VOa2)
[0076]现在参见图3，示出了四壁包围体，其具有壁1、2、3和4。利用表示假想壁5和6的线，四壁包围体可以划分成两个三壁包围体。利用与图3中针对两个三壁包围体所描述的相同的处理且对结果进行合并，提供:
[0077]F14= [(Aj^A6)-(AjA3)VOA1)
[0078]F23= [ (A 5+A6) - (AjA4) ] / (2A2)
[0079]如在图4至图7中所示，可以使用线方法来设计最佳的太阳能集中器。首先参见图4，示意性地示出了一般的集中器。图4说明辐射源410、诸如太阳，以及集中器420。集中器420具有孔径430和吸收器440。集中器的设计可以变化，且可以根据多种因素，诸如材料的成本、制造的方便等。在设计理论上最佳的集中器时，将吸收器440处的温度最大化，同时保持辐射源410的温度，所述辐射源410被看作储热器。这要求来自吸收器440的辐射能量仅到达辐射源410或吸收器440。
[0080]因此，可以利用这些概念来设计在热力学上有效率的集中器。关于这点，上述集中问题可以被反过来使用以获得在热力学上有效率的集中器。现在参见图5和图6，示出了设计的一个特别实例。图5示出了源510和集中器520，集中器520包括孔径530和吸收器540。图6是描述根据一个实施例的设计方法的流程图。在框610处，所述设计以选择用于收集器或源510的输入开始，其在大多数情况下是给定的(8卩，太阳)。接下来，在框620处，选择孔径530。关于这点，虽然图5中的孔径530被示出为直线(或平的表面)，但是孔径530不限于任何特定形状。然而，如上所述的，在有效率的集中器中，辐射能量从吸收器540到达源510的概率应当是I或I减去辐射从吸收器540返回吸收器540的概率。
[0081]接下来，在框630处，计算辐射从源510到达孔径530的的概率。关于这点，从源(a，a’)的端点至孔径(b，b’)的端点画线。假设表面积针对源510是A1，针对孔径530是A2，针对吸收器540是A3，针对由a’b形成的表面是A4，针对由ab’形成的表面是A5，针对由a’b’形成的表面是A6,以及针对由ab形成的表面是A7。利用以上参照图3示出的结果，辐射能量从源510到达孔径530的概率可以被计算为=F12= [(A 4+A5)-(A6+A7) !/(2A!)。
[0082]根据这个方程式，计算吸收器的尺寸(框640)。关于这点，我们可以解出A3，其等于 A2F21 = A2F21= 1/2 [ (A 4+A5)-(A6+A7)],使得，
[0083]A3= 1/2[(ab，+a，b)-(ab+a，b，)]
[0084]在一个实施例中，A3约是0.46A2或约是0.21Alt)当然，本领域的技术人员将理解的是，这些是对于一个实施例的示例值，绝不构成任何限制。
[0085]接下来，可以利用计算出的尺寸来画出吸收器540的表面。通过将线a’ b’和ab延长且在延长线之间画出吸收器来画出吸收器540。应该注意到的是，虽然吸收器540在图5中被示出为平的表面，但是在各种实施例中，吸收器540可以具有另外的形状，诸如凸面形状。
[0086]此外，吸收器540可以以各种配置来定向。如在图5中所示，吸收器540不需要平行于任何其他表面。
[0087]最后，可以通过画出侧壁be和b’c’将吸收器连接至孔径(框650)来完成集中器520的设计。现在参见图7，说明根据一个实施例的画出侧壁的方法。
[0088]将边缘光线波阵面以预定接收角Θ置于孔径处。波阵面提供有一个环，所述环以类似于浴帘的方式滑动。线的一个端部在波阵面的靠近图7中的点C的一端连接至所述滑动的环，另一个端部连接至B’。然后线从C拉伸至A，接着至B。线在点C垂直于波阵面W而拉紧。随着点C处的环朝着A’沿着波阵面W滑动，线保持紧绷，从而绘出壁AB。
[0089]所得的集中器因为基于热力学和非成像光学的设计而显示更大的效率。然而，最佳的集中器可能需要入射到孔径上的所有辐射还到达吸收器，所以这样的设计可能不实用或过于昂贵。例如，这样的设计可能导致热的吸收器接触光学表面。关于这点，一个实施例允许入射到孔径上的一些辐射错过吸收器，以带来有效率和实用的设计。
[0090]除了利用非成像的热力学的集中之外，本公开的实施例通过将集中器形成为内部收集器来实现进一步的效率增加。内部集中器利用真空绝缘的益处。
[0091]图8是现有技术的内部集中器800的示意图。集中器800形成在具有圆形截面的玻璃管810中。反射器820形成在玻璃管810内部。吸收器830位于反射器820上面。因而，热能进入玻璃管810且通过反射器820集中至吸收器830上。
[0092]在现有技术的内部集中器800中，玻璃管810的顶部形成具有圆形形貌的孔径。孔径的圆形形貌具有一些缺点。例如，孔径的曲率导致进入的热能射线的折射。折射导致能量损耗，例如因为集中器的有效接收角的减小。此外，孔径的曲率导致与更平的孔径相比需要额外的材料。
[0093]现在参见图9和图10，示出了根据本公开的一个实施例的内部集中器。图9示出了内部集中器900的立体图，图10示出了内部集中器900的正视图。内部集中器管900包括反射器部分910，所述反射器部分910纵向延伸且具有可以根据上述线方法形成的壁。在一个实施例中，反射器部分与在反射器部分910的内部上的反射表面912形成在热力学上有效率的集中器。在各种实施例中，在热力学上有效率的集中器可以具有各种配置，诸如复合抛物面集中器。在一个实施例中，反射表面912通过以反射材料涂覆反射器部分910的内部来形成。
[0094]内部集中器管900还包括孔径920，所述孔径920关闭反射器部分910的开口。在一个实施例中，孔径920和反射器部分910 —体地形成，由此消除两个部件之间密封的需要。根据本公开的实施例，与反射器部分910相比，孔径920基本是平的。关于这点，如在本文使用的，基本是平的包括但不限于:平的表面或具有基本大于反射器部分910的开口尺寸的一半的半径的弧。在各种实施例中，弧具有开口尺寸的一半的2倍至20倍之间的半径。
[0095]在一个实施例中，反射器部分910和孔径920的接合处形成基本垂直的角度。在各种实施例中，由反射器部分910和孔径920形成的角度在约60度至约120度之间，优选地在约70度至约110度之间，更优选地在80度至约100度之间，以及更为优选地在约85度至约95度之间。图9的内部集中器管900示出了形成在反射器部分910和孔径920的相交处的尖角。在一些实施例中，反射器部分910和孔径920的相交处可以圆的，例如由于玻璃管形成技术的限制。
[0096]因而，当与反射器部分920相比时，以及当与现有技术的内部集中器相比时，孔径920基本是平的。较平的配置最小化或消除了由于进入的热能射线的折射而导致的有效接收角的减小。此外，较平的配置减少了用以形成玻璃管的材料量。
[0097]内部集中器管900还包括沿着管900的长度延伸的吸收器930。所述管被定位为接收从反射表面912反射的热能。流经吸收器930的流体通过热能被加热。流过的流体用于将热能传递至例如连接多个内部集中器管的岐管。以下参照图11A-11F示出并描述吸收器930的各种配置。
[0098]如在图9中的内部集中器管900的一个端部上示出的，形成有玻璃一金属密封940。当然，管900的两个端部都应该被密封以允许在管900内部形成真空。在一个实施例中，内部集中器管900在其内部保持真空，玻璃一金属密封940位于管的一个端部，并且一体形成的玻璃盖(未示出)位于另一个端部。关于这点，作为管形成工艺的一部分，可以将管的一个端部形成为封闭端部。吸收器930可以是U形管，其经由具有玻璃一金属密封的端部将热传递流体输送至内部集中器管900以及输送出内部集中器管900。在另一个实施例中，管的两个端部都利用玻璃一金属密封来密封。真空消除或减少了由于传导或对流导致的效率损失。在各种实施例中，保持1.0X 10_2N/m2的真空压力。
[0099]玻璃管900可以以任意若干方式形成，包括对于本领域的技术人员来说已知的方法。例如，现在参考美国专利N0.7，475，567，其描述了一种形成连续的玻璃管的方法，所述玻璃管在管的内部上具有成形体。在一个实施例中，通过按压位于软化的玻璃管外部上的芯轴(mandrel)或模具以将管成形来形成所述玻璃管。
[0100]现在参见图1IA-11F，示出了反射器部分和吸收器的各种配置。吸收器基于反射器部分的精确构造和所需的接收角来形成且定位。另外，吸收器应该被配置成允许热能流体从中流过而没有显著的摩擦损耗，同时获得热能从反射器至流体的有效传递。关于这点，吸收器可以包括吸热鳍片。
[0101]此外，如在图11A-11F所示，反射器部分可以形成为使得在吸收器与反射器部分的底部之间存在间隙。这可以根据在热力学上有效率的设计方法来设计。
[0102]根据各种实施例，由玻璃管形成内部集中器。通过将反射涂层置于玻璃管的内部表面的一部分上来形成反射器。反射涂层可以通过例如将银或铝溅射至玻璃管上或通过将银化学沉积在玻璃管上来形成。
[0103]在各种实施例中，形成孔径920的玻璃的厚度可能导致进入内部集中器900的光的偏差(例如，折射)。关于这点，内部集中器900可以被配置成考虑且校正这种偏差。关于这点，以下参照图12描述一个示例的配置。
[0104]图9说明具有反射器部分910和孔径920的内部集中器900。类似的内部集中器在图12中示出，其额外图示了某些光线。图9和图12中示出了示例的吸收器930，但如上所述，在本公开的范围内可设想各种形状的吸收器。现在参见图12，来自源901的光经由孔径920引导至内部集中器900。在图9的图示中，来自源901的光以入射角O (R0B’)进入内部集中器900。孔径920假设是对称的(ABB’ A’ )且具有任意的折射率。
[0105]基于吸收器930的周长，计算孔径920的内部长度AA’。这个长度AA’被计算为吸收器930的周长(RSTS，R)除以入射角Θ的正弦:AA’ = (RSTS，R)/sin(0)。
[0106]反射器在A’处的斜率被选择为反射射线A’ C以与AC’镜面对称。因而，AC’和A’ C在中心线OR处相交。吸收器930相对于孔径920的位置是基于在孔径920的边缘上进入内部集中器900的射线，AC’和A’ C。由于射线DB和D’ B’平行、具有入射角Θ和已知的孔径玻璃折射率，所以可以计算对称的射线AC’和A’C的角度或位置。因而，假设吸收器930是对称的，则吸收器930接触射线AC’和A’ C但不穿越射线AC’和A’ C，且位于射线A’ C和AC’的交叉点之下。因而，可以根据折射射线A’ C和AC’来相对于孔径920定位吸收器930。
[0107]现在，可以针对考虑由孔径920引起的偏差的构造来计算反射器部分910的形状。从位置A’开始，在这里反射器斜率已经确定，弧线以每个连续斜率延续，其以通常的方式将来自DD’的边缘射线反射成与吸收器相切的射线。以这种方式，即使存在由孔径920的玻璃造成的折射，也可以使用非成像边缘射线设计的方法。可以针对A’和C’之间的所有的点重复这种过程。反射器的从C’至R的部分被设计成将来自吸收器930的相切射线反射回这些射线上。因而，可以基于穿过形成孔径920的玻璃的折射射线来计算反射器部分910的形状。
[0108]各种实施例可以使用具有各种形状因数的吸收器。如上所述，在一些实施例中，吸收器可以具有允许热能传递流体流经吸收器的进口和出口。
[0109]在一些实施例中，吸收器可以形成为U形管或“u管”，其中流体进口和出口位于吸收器的同一端，u形的流动路径连接进口 /出口。
[0110]例如，图13A-13C说明u管吸收器1300。U形管的每个分支1301包含多个通道，所述多个通道用于增加通道中的流体和吸收器之间的接触面积。端连接器1302将流体从一个分支的通道输送至另一个。在从端连接器1302起的相对端上，转换器1303将流体收集至通道以及从通道收集流体，以提供用于吸收器1300的单个进口 1304和出口 1305。在一些实施例中，进口 1304和出口 1305可以延伸穿过端盖构件。进口 1304和出口 1305之间的接合处可以例如使用焊接来密封。
[0111]图14示出了附接至端盖1306的u管吸收器1300的全视图。图15示出了位于本文所述类型的集中器管1501内的u管吸收器1300。端盖1306可以例如是金属构件(例如，由科瓦铁镍钴合金(Kovar)制造)。
[0112]在一些实施例中，通道可以是微型通道，所述微型通道具有小于1(:πΓ2、1πιπΓ2、0.1mnT 2或更小的横截面积。
[0113]图15说明安装至集中器管端盖的图13的u管吸收器1300。端盖1306例如使用金属一玻璃密封来密封至管。注意吸收器1300的相对端部例如响应于热膨胀和收缩而在管内自由移动。
[0114]图16说明图15中所示的在热力学上有效率的集中器管组件的射线轨迹。每个窗格示出了以不同角度入射的光线。
[0115]图17示出了具有锥形形状因数的单通道u管吸收器1700。吸收器1700具有将上部管1701连接至下部管1702的一个密封端部(未示出)。吸收器1700的相对端部具有连接至管1701和1702中的每个的进口 /出口端口。
[0116]图18说明与图17的锥形吸收器一起使用的在热力学上有效率的集中器的设计。图19Α和图19Β示出了与图17的锥形吸收器一起使用的集中器管1900的射线轨迹。图19Α示出了仅集中器管的反射器部分1901的轨迹。图19Β示出了包括反射部分1901和输入孔径窗口 1902的全管1900的轨迹。
[0117]图20Α说明u管吸收器2000。吸收器2000包括通过u形连接器(未示出)连接在一个端部处的两个流体通道2001和2002。流体通道2001和2002耦接(物理地和热地)至增加吸收器的表面积的鳍片构件2003 (例如，在通道之间延伸)。图20B说明在设计与u管吸收器2000 —起使用的集中器时可以使用的有效形状2005 (以虚线表示)。图20C说明基于使用本文描述的技术而产生的有效形状2005的集中器设计。
[0118]图21A说明具有进口通道2101和出口通道2102的吸收器2100。吸收器1700具有连接通道的一个密封端部(未示出)。中央构件2103限定通道2101和2102。在一些实施例中，这个中央构件可以是中空的管构件，例如，为了节省材料成本。
[0119]图2IB说明吸收器2105，其具有包围且热耦接至内通道构件2107的外构件2106。内通道构件垫包含热管。在一些实施例中，外构件2106可以是中空管构件(例如，为了节省材料成本)。
[0120]图21C说明使用本文描述的技术的针对吸收器2100或2105的集中器设计。
[0121]图22是本文描述的类型的集中器管的计算出的光学效率根据入射光的角度的曲线。集中器管特点是反射器具有94%反射率，吸收器具有92%吸收率，孔径尺寸为125mm，吸收器尺寸为84.5mm,以及管直径为120mm。注意光学效率对于小于30%的角度而言基本恒定且大于80%。因此，集中器特别适于非追踪应用。在其他实施例中，集中器的特点可以是在甚至更宽的接收角上的甚至更大的光学效率。
[0122]出于图示和描述的目的呈现了前述描述的实施例。前述描述非旨在穷尽或将本公开的实施例限制成所公开的精确形式，且修改和变型鉴于以上教义是可能的，或可以根据各种实施例的实践获得。选出且描述本文讨论的实施例以解释各种实施例和其实践应用的原理和性质，以使得本领域的技术人员能够以各种实施例和各种修改(适于预期的特殊用途)利用本公开。本文描述的实施例的特征可以合并成方法、装置、模块、系统和计算机程序广品的所有可能的组合。
[0123]本文描述的技术的一个或更多个部分或其任何部分可以以计算机硬件或软件或两者的组合实施。沿着本文描述的方法和附图，这些方法可以使用标准编程技术以计算机程序实现。程序代码被应用于输入数据以执行本文描述的功能且产生输出信息。输出信息应用于一个或更多个输出设备(诸如显示器监视器)。每个程序可以以高级过程或面向对象编程语言实施以与计算机系统通信。然而，如果需要，程序可以以组件或机器语言实施。在任何情况下，语言可以是编译的或解释的语言。此外，程序可以在为此目的的专用集成电路上运行。
[0124]每个这样的计算机程序优选地储存在通用或专用可编程的计算机可读储存媒介或设备(例如，ROM或磁盘)上，用于在通过计算机读取储存媒介或设备时配置且操作该计算机以执行本文描述的过程。在程序执行期间，计算机程序还可以保留在高速缓冲存储器或主存储器中。分析方法还可以实现为配置有计算机程序的计算机可读储存媒介，其中，这样配置的储存媒介使得计算机以特定和预定义方式操作以执行本文描述的功能。
[0125]已描述了本发明的一些实施例。然而，将理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种修改。
[0126]如在本文中使用的，术语“光”和相关术语(例如，“光学”)将被理解为包括可见光谱(包括例如，紫外和红外辐射)之内和之外的电磁辐射。
[0127]具有本发明的至少一个实施例的这样描述的一些方面，将理解的是，各种变化、修改和改进对于本领域的技术人员来说是容易发生的。这样的变化、修改和改进旨在成为本公开的一部分，且旨在落入本发明的精神和范围内。因此，前述描述和附图仅是实例。
【权利要求】
1.一种从远端至近端延伸的集中器管，包括: 槽形反射器部分，其在所述近端和所述远端之间延伸且限定上部开口，所述反射器配置成将光从源集中至吸收器上； 光传输孔径构件，其闭合所述槽形构件的所述上部开口 ；以及 吸收器，其位于所述管内； 其中，所述反射器部分被配置成使得从所述吸收器发射至所述反射器上的基本任何辐射能量被弓I导至所述源或弓I导回所述吸收器。
2.如权利要求1所述的集中器管，其中，所述管包围一体积。
3.如权利要求2所述的集中器管，其中，所述体积是基本排空的。
4.如权利要求2所述的集中器管，其中，所述反射器部分位于所述体积的内壁上。
5.如权利要求2所述的集中器管，其中，所述反射器部分位于所述体积的外部。
6.如权利要求1所述的集中器管，其中，所述孔径构件比所述反射器部分弯曲得更小。
7.如权利要求7所述的集中器管，其中，所述孔径构件基本是平的。
8.如权利要求1所述的集中器管，其中，所述吸收器定位成适应经由所述孔径进入所述集中器管的光的折射。
9.如权利要求1所述的集中器管，其中，所述反射器部分被配置成适应经由所述孔径进入所述集中器管的光的折射。
10.如权利要求9所述的集中器管，其中，所述反射器部分被配置成使得由所述孔径折射的边缘射线光线从所述反射器部分反射且接触所述吸收器。
11.如权利要求1所述的集中器管，其中，所述吸收器被配置成具有流经其中的热能传递流体。
12.如权利要求11所述的集中器管，其中，所述吸收器包括用于所述热能传递流体的输入部和输出部，且其中，所述输入部和所述输出部延伸经过所述集中器管的第一端部。
13.如权利要求13所述的集中器管，其中，所述吸收器具有接近所述集中器管的第二端部而定位的端部部分，且其中，所述端部部分响应于热膨胀或收缩而在所述管内自由移动。
14.如权利要求11所述的集中器管，其中，所述吸收器包括多个微型通道，所述多个微型通道被配置成允许所述热能传递流体流经其中。
15.如权利要求1所述的集中器管，其中，所述管以与光轴的角度小于接收角来集中经由所述孔径构件入射的光。
16.如权利要求15所述的集中器，其中，所述管以与光轴的角度小于接收角来经由所述孔径构件集中，光学效率大于80%。
17.如权利要求16所述的集中器，其中，所述管以与光轴的角度小于接收角来经由所述孔径构件集中，光学效率大于90%。
18.如权利要求16所述的集中器，其中，所述管以与光轴的角度小于接收角来经由所述孔径构件集中，光学效率大于95%。
19.如权利要求16所述的集中器，其中，所述管以与光轴的角度小于接收角来经由所述孔径构件集中，光学效率大于99%。
20.如权利要求15所述的集中器，其中，所述接收角大于10度。
21.如权利要求15所述的集中器，其中，所述接收角大于20度。
22.如权利要求15所述的集中器，其中，所述接收角大于25度。
23.如权利要求15所述的集中器，其中，所述接收角大于35度。
24.如权利要求1所述的集中器管，其中，所述吸收器包括热管。
25.如权利要求11所述的集中器，其中，所述吸收器包括耦接至吸收器鳍片的u形管。
26.—种形成集中器管的方法，包括: 形成在近端和远端之间延伸且限定上部开口的槽形反射器部分，所述反射器被配置成将来自源的光集中至吸收器上； 形成闭合所述槽形构件的所述上部开口的光传输孔径构件；以及 将吸收器定位在所述管内部； 其中，所述反射器部分被配置成使得从所述吸收器发射至所述反射器上的基本任何辐射能量被引导至所述源或被引导回所述吸收器。
27.如权利要求26所述的方法，其中，通过在软化的玻璃管的外部表面上卷滚芯轴来形成所述反射器部分和所述孔径。
28.如权利要求27所述的方法，还包括: 在所述管的每个端部处形成密封以在所述管内部形成基本的真空。
29.如权利要求28所述的方法，其中，位于至少一个端部上的所述密封是金属一玻璃密封。
30.一种方法,包括: 利用集中器管从源接收光，所述集中器包括: 槽形反射器部分，其在近端和远端之间延伸且限定上部开口，所述反射器配置成将来自源的光集中至吸收器上； 光传输孔径构件，其闭合所述槽形构件的所述上部开口 ；以及 位于所述管内的吸收器； 其中，所述反射器部分被配置成使得从所述吸收器发射至所述反射器上的基本任何辐射能量被引导至所述源或被引导回所述吸收器。
31.如权利要求31所述的方法，还包括: 将来自所述源的光集中至所述吸收器上； 在所述吸收器中将来自所述光的能量转换成热能。
32.如权利要求30所述的方法，其中，所述源是太阳。
【文档编号】F24J2/10GK104487784SQ201380036958
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】罗兰·温斯顿, 江伦 申请人:加利福尼亚大学董事会