专利名称：太阳能控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能系统的领域，具体地涉及对诸如锅炉、灶等的太阳能接收器接收的能量进行控制。
背景技术：
在试图有效且高效地利用太阳能的方面发生着相当大的进展。一种典型的系统包括成形为收集太阳射线并将太阳射线聚焦为锥形聚焦日光束的曲面镜。太阳能接收器放置在该锥形的顶点，从而能在该接收器中产生相当多的热量，以执行需要热能的期望功能。曲面镜通常由布置在弯曲框架上的一组较小的平镜片构成，以实现聚焦效果，而且曲面镜可能相当大，这取决于接收器的能量需求。
这样的太阳能系统一般布置在能可靠利用太阳的干旱地方，从而日光束产生的热将至少大致恒定。太阳能接收器能包括锅炉、热反应堆、斯特灵发动机等。这些系统的问题在于，对太阳能接收器接收的热能量进行控制。例如，斯特灵发动机没有这样的控制器，所述控制器对应于节流阀，从而供应到发动机的能量对应于负荷。在通过来自镜阵列的太阳能向斯特灵发动机提供能量时，供应给发动机的太阳能基本恒定，从而必须将负荷维持在足够的水平，以使用通过镜阵列供应的所有太阳能。如果负荷下降，发动机将非常快地过热并损坏。其他的太阳能接收器一样能发生过热和损坏。
为了提供一定程度的控制，能安装镜阵列上的平镜片，使得可通过致动器移动这些平镜片。控制器致动致动器，并使镜枢转，从而产生聚焦的锥形日光束。从而可改变接收器接收的能量的量。因此，例如在斯特灵发动机上的负荷下降时，当检测过热时，移动镜片使其不对焦，从而减少接收的能量。这些系统还可通过逐渐使平镜片对焦，从而使得接收器缓慢加热，直到接收最大或理想的能量。可运动的镜片、致动器和控制器是复杂的，从而这些系统的建造和维护非常昂贵。
还公知通过将板移动到合适位置以阻挡日光束或其一部分，从而防止由于过热而产生损坏。这样的板由难熔的材料制成，以承受日光束的大量热量，而且这些材料相当脆，容易在外部环境的影响下损坏。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种克服了现有技术中的问题的太阳能控制装置。
本发明在第一实施例中提供一种用于在太阳能收集系统使用的装置，该太阳能收集系统包括太阳能集中器、太阳能遮光装置，可操作该太阳能集中器来将集中的日光束引导到太阳能接收器上，该太阳能遮光装置适于定位在所述太阳能集中器和所述太阳能接收器之间，以有选择地阻挡所述日光束的一部分。所述装置包括至少一个遮光板，所述至少一个遮光板可从靠近所述日光束的打开位置运动到闭合位置，在该闭合位置，所述日光束的至少一部分接触所述遮光板的前表面，并被阻挡，从而不与所述接收器接触。可操作冷却管来流通冷却流体，从而从所述遮光板去除热。可操作遮光器驱动器以使所述至少一个遮光板从所述打开位置运动到所述闭合位置，而且遮光器控制器连接到所述遮光器驱动器上，并且可操作该遮光器控制器来使所述遮光板的运动停止在所述打开位置和所述闭合位置之间的多个位置处。
本发明在第二实施例中提供一种太阳能收集系统，该太阳能收集系统包括太阳能集中器，可操作该太阳能集中器来将集中的日光束引导到太阳能接收器上。遮光板定位在所述太阳能集中器和所述太阳能接收器之间，并可从靠近所述日光束的打开位置运动到闭合位置，在该闭合位置，所述日光束的至少一部分接触所述遮光板的前表面，并被阻挡，从而不与所述接收器接触。可操作该冷却管来流通冷却流体，从而从所述遮光板去除热。可操作遮光器驱动器以使所述至少一个遮光板从所述打开位置运动到所述闭合位置，而且遮光器控制器连接到所述遮光器驱动器上，并且可操作该遮光器控制器来使所述遮光板的运动停止在所述打开位置和所述闭合位置之间的多个位置处。
本发明提供一种太阳能控制装置，该太阳能控制装置防止聚焦的日光束的一部分接触太阳能接收器。所述装置包括各从打开位置运动到闭合位置的遮光器，在该打开位置，所有的日光束都达到所述太阳能接收器，在该闭合位置，所述日光束的至少一部分被阻挡，从而防止到达所述太阳能接收器。所述装置可包括一个或多个遮光板，其中每个遮光板具有在其内部限定的冷却管，而且具有连接的冷却流体源，以通过所述冷却管流通，从而从所述遮光板去除热。流通的冷却流体去除在所述遮光板中产生的相当量的热，并在远离所述遮光板的位置处例如通过散热器等耗散热。
本发明提供一种遮光装置，该遮光装置适于定位在太阳能集中器和太阳能接收器之间，所述太阳能集中器例如曲面镜，可操作该太阳能集中器来将太阳射线聚焦为聚焦日光束，而且该太阳能接收器定向为接收所述聚焦日光束。所述太阳能接收器通常为反应腔，斯特灵发动机等，而且通过镜片阵列来形成所述曲面镜。
在一个实施例中，所述遮光装置包括多个枢转地安装在遮光器框架上的遮光板，以及遮光器控制器，可操纵该遮光器控制器来使所述遮光板从打开位置运动到多个部分闭合位置，然后运动到闭合位置，在该打开位置处，全部日光束都到达所述太阳能接收器，在所述多个部分闭合位置，所述日光束的变化部分被阻挡，并被防止到达所述太阳能接收器，在所述闭合位置，所述日光束基本被阻挡。每个遮光板都包括内部冷却管，而且冷却流体源连接到每个冷却管上，从而冷却流体流通所述冷却管，以从所述遮光板去除热。
在第二实施例中，所述遮光装置包括限定中央孔的环形遮光板。同样，该环形遮光板包括一个或多个内部冷却管，而且冷却流体源连接到所述冷却管上，从而冷却流体流通所述冷却管，以从所述环状遮光板去除热。所述环状遮光板安装成横向于所述日光束。在所述环状遮光板定位在所述太阳能接收器附近时，全部的日光束都能通过所述中央孔，并到达所述太阳能接收器。在所述环状遮光板向着所述曲面镜运动离开所述太阳能接收器时，所述锥形日光束的外部碰到所述环形遮光板，从而被防止到达所述太阳能接收器。由于所述日光束的锥形，从而所述环形遮光板在定位成离所述太阳能接收器相当远时可以足够宽，日光束的绝大部分被阻挡，而只有一小部分通过所述中央孔到达所述太阳能接收器。在该实施例中，线性遮光器控制器对所述环形遮光板和所述太阳能接收器之间的距离进行控制。
冷却流体可便利而有效地为诸如在发动机冷却系统中使用的水一乙二醇混合物。大量泵送的这样的混合物具有从所述遮光板去除大量热的能力，并且处理起来安全而且便利。可设想到采用其他流体，液体和气体都可用作冷却流体。
还设想所述遮光板在其面向所述太阳能接收器的后表面上是绝缘或反射性的。于是，在多云期间或在夜晚，可闭合所述遮光板，从而热被保留在所述太阳能接收器中，而不是通过所述遮光装置的开口向外辐射。
在结论部分要求保护本发明，不过在所附的详细描述中提供了优选实施例，结合附图可更好地理解这些实施例，在若干附图中的每一附图中，相同的部件由相同的附图标记表示，而且其中图1为设置在示意性示出为曲面镜的太阳能集中器和太阳能接收器之间的本发明遮光装置的示意性侧视图，其中遮光装置处于打开位置，所有的日光束被太阳能接收器接收；图2为图1的具有遮光板的遮光装置的实施例的示意性侧视图，且遮光板彼此相向运动至部分闭合位置，只有一部分日光束被太阳能接收器接收；图3为图1的具有环形遮光板的遮光装置的替换实施例的示意性侧视图，示出了遮光装置向着太阳能集中器运动至部分闭合位置，只有一部分日光束被太阳能接收器接收；图4为例如可在图2的实施例中使用的、包括枢转遮光板的遮光装置的透视后视图，示出了遮光板处于打开位置；图5为图4的遮光装置的透视前视图，示出了遮光板处于打开位置；图6为图4的遮光装置的透视后视图，示出了遮光板处于部分闭合位置；图7为图4的遮光装置的透视前视图，示出了遮光板处于几乎完全闭合位置，而且示出了安装成保护遮光器控制机构的防护板；图8为示意性后视图，示出了一个遮光板中的内部冷却管；图9为例如可在图3的遮光装置中使用的替换环形遮光板的前视图；图10为图10的遮光装置的操作的示意性说明图。
具体实施例方式
图1示意性示出了本发明的设置在示出为曲面镜4的太阳能集中器和诸如现有技术中公知的太阳能接收器6之间的遮光装置2。曲面镜4将太阳射线聚焦为锥形日光束8，而太阳能接收器6大致定位在该锥形的顶点，从而接收日光束8。如现有技术中公知的那样通过多种方式利用日光束8在太阳能接收器6中产生的热。
在图1中，遮光装置2示出为处于打开位置，在该打开位置，所有日光束通过遮光装置，并被太阳能接收器6接收。图2示意性示出了遮光装置2的实施例的操作，该遮光装置2利用多个可运动的遮光板来阻挡日光束8，并防止日光束8的变化部分达到太阳能接收器6。图2示出了处于部分闭合位置的遮光装置2，只有一部分日光束8被太阳能接收器6接收。
图4至图8中示出了遮光装置2的实施例，该遮光装置2的实施例相当均匀地控制太阳能接收器6接收的太阳能。遮光板10在其一个角部枢转地安装在遮光器框架12上，并限定中央孔14。遮光板10还在其另一角部处通过连杆20枢转地连接到遮光器环16上，该遮光器环16响应于驱动电机18的旋转而相对于遮光器框架转动。从而，遮光板6可从图4和5的打开位置、通过图6的部分闭合位置、并通过图7的更加充分闭合的位置枢转到大致完全闭合的位置。
从而可以看到，当遮光板6从打开位置运动到闭合位置，日光束8的变化部分将被阻挡，并被防止达到太阳能接收器6。因此能通过致动驱动电机18来打开或闭合遮光板10，从而对太阳能接收器6接收的热能并因而对其温度进行精细控制。如能见到的那样，与照相机遮光器不同的是，遮光板10不重叠。日光束8能在遮光板10的边缘之间通过，并能通过中央孔14的中心。图7示出了遮光装置2的面向曲面镜4前部，且安装有防护板21以便保护遮光机构。从而，示出的实施例同时从锥形日光束8的所有侧遮住锥形日光束8，从而日光束8的由太阳能接收器6接收的其余部分大致均匀地分布在太阳能接收器6的表面上，导致对接收器大致均匀的加热。
尽管示出的具体布置简单而且便利，并导致对太阳能接收器6的均匀加热，但可设想到其它的布置，也将达到将遮光板10移到日光束8中以及将遮光板10移出日光束8、从而阻挡太阳能接收器6的接收的目的。例如可通过将一对遮光板定位在日光束8的每一侧的附近，并使它们运动到一起以阻挡日光束8，或使它们运动分开而不阻挡日光束8，从而设置这样的遮光装置。因此，认为其他的这样布置落入到本发明的范围内。
图8示意性示出了一个遮光板10中的内冷却管22，该内冷却管22限定在每个遮光板10的内部。遮光板10相当厚，而且在示出的实施例中，通过从遮光板10的外边缘、在朝向遮光板10的内端的角度上钻一对孔24，从而相当简单地设置冷却管22。孔24在它们的内端附近相接，从而形成冷却管22，流进一个孔的冷却流体也流进另一个孔。软管棘26联接到孔24的露出的端部上，以便于将冷却管22连接到冷却流体源28上。诸如水一乙二醇混合物、空气等的冷却流体从冷却流体源28流通通过冷却管22。
孔24的尺寸和位置确定为使得它们非常接近遮光板10的表面通过，从而快速从该表面汲取热。遮光板由导热性良好并还经受暴露至自然环境的材料制成。铝提供用于遮光板10的良好材料，但也可使用诸如铜的其他材料。遮光板10的面向曲面镜4的前表面还能抛光，以反射日光束8，使得吸收较少的必须由冷却流体带走的热。
而且，在遮光装置2如图1和图2所示定位成非常靠近太阳能接收器6的情况下，遮光板10在其面向太阳能接收器6的后表面上可以是绝缘或反射性的。于是，在多云期间或在夜晚，可闭合遮光板10，从而热被保留在太阳能接收器6中，而不是通过中央孔14辐射从而丧失。
图9示意性示出了适于如图3和10那样使用的替换遮光装置102。遮光装置102包括环形遮光板110。通过与上述类似的方式，将在该环形遮光板110中限定一个或多个内冷却管122，所述一个或多个内冷却管122连接到冷却流体源。环形遮光板110同样由导热材料制成，从而便于借助于流通通过内冷却管122的冷却流体去除热。
如图10所示，在环形遮光板110位于位置A、靠近太阳能接收器6时，所有的目光束8都通过中央孔114，并到达太阳能接收器6。环形遮光板110安装在轨道等上，从而驱动器可使遮光板110向着或离开太阳能接收器6运动。在环形遮光板110离开太阳能接收器6运动时，锥形日光束8的外部被环形遮光板110阻挡。在位置B，日光束8的一小部分被阻挡，而在位置C，日光束8非常大的一部分被阻挡。
尽管示出的具体布置简单而且便利，但可设想到其它的布置，也将达到将遮光板10、110移到日光束8中、以及将遮光板10、110移出日光束8，从而阻挡太阳能接收器6的接收的目的，因此认为其他的这样布置落入到本发明的范围内。
因此，认为以上仅是对本发明原理的说明性描述。此外，因为本领域内技术人员将容易想到大量的变化和修改，从而不将本发明限定为示出的和描述的精确结构和操作，因此，在结构或操作上可采取的所有合适的变化或修改都将落入要求保护的本发明的范围之内。
权利要求
1.一种用于在太阳能收集系统中使用的装置，该太阳能收集系统包括太阳能集中器、太阳能遮光装置，可操作该太阳能集中器来将集中的日光束引导到太阳能接收器上，该太阳能遮光装置适于定位在所述太阳能集中器和所述太阳能接收器之间，以有选择地阻挡所述日光束的一部分，所述装置包括至少一个遮光板，所述至少一个遮光板可从靠近所述日光束的打开位置运动到闭合位置，在该闭合位置，所述日光束的至少一部分接触所述遮光板的前表面，并被阻挡，从而不与所述接收器接触；冷却管，可操作该冷却管来流通冷却流体，从而从所述遮光板去除热；遮光器驱动器，可操作该遮光器驱动器以使所述至少一个遮光板从所述打开位置运动到所述闭合位置；以及遮光器控制器，该遮光器控制器连接到所述遮光器驱动器上，并且可操作该遮光器控制器来使所述遮光板的运动停止在所述打开位置和所述闭合位置之间的多个位置处。
2.根据权利要求1所述的装置，该装置包括多个遮光板，所述多个遮光板布置成使得所述日光束在所述遮光板之间通过，而且，可操作所述遮光器驱动器来使所述遮光板彼此相向运动到所述闭合位置，并使所述遮光板彼此离开运动到所述打开位置。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述遮光板大致布置在横向于所述日光束的平面内，并枢转地安装在遮光器框架上，从而所述日光束通过由所述遮光板在所述打开位置时形成的中央孔，而且可操作所述驱动器来使所述遮光板彼此相向枢转到所述闭合位置，从而减小所述中央孔的尺寸。
4.根据权利要求3所述的装置，该装置还包括可转动地安装到所述遮光器框架上的遮光器环，而且，所述遮光板每个都在其第一部分处枢转地安装到所述遮光器框架上，并在其第二部分处通过连杆枢转地连接到所述遮光器环上，而且可操作所述驱动器来使所述遮光器环相对于所述遮光器框架转动，以使所述遮光板从所述打开位置运动到所述闭合位置。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，日光束呈锥形，且直径在所述太阳能集中器和所述太阳能接收器之间减小，而且，所述至少一个遮光板限定中央孔，而且所述至少一个遮光板在处于所述打开位置时定位在所述太阳能接收器附近，从而所述日光束通过所述中央孔，而且所述至少一个遮光板向着所述太阳能集中器运动到所述闭合位置，从而所述日光束的一部分在所述中央孔附近接触所述至少一个遮光板。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述至少一个遮光板安装在排列在所述太阳能集中器和所述太阳能接收器之间的轨道上，而且，可操作所述驱动器来使所述至少一个遮光板沿所述轨道运动。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述冷却管包括由至少一个遮光板限定并连接到冷却流体源的冷却管。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述冷却管包括第一孔和第二孔，所述第一孔从所述至少一个遮光板的外边缘上的第一位置延伸到定位在所述至少一个遮光板内侧的内端，所述第二孔从所述至少一个遮光板的外边缘上的第二位置延伸到定位在所述至少一个遮光板内侧的内端，使得所述第一孔和第二孔相交，而且使得流通到所述第一孔中的冷却流体流入到所述第二孔中。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第一孔和第二孔位于所述遮光板前表面的附近。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中，所述前表面包括反射表面。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中，所述至少一个遮光板定位在所述太阳能接收器附近，而且，所述至少一个遮光板的后表面包括反射表面和绝缘层中的一个，从而在处于所述闭合位置时，可操作所述至少一个遮光板以减少所述太阳能接收器通过所述至少一个遮光板损失的热。
12.一种太阳能收集系统，该系统包括太阳能集中器，可操作该太阳能集中器来将集中的日光束引导到太阳能接收器上；遮光板，该遮光板定位在所述太阳能集中器和所述太阳能接收器之间，并可从靠近所述日光束的打开位置运动到闭合位置，在该闭合位置，所述日光束的至少一部分接触所述遮光板的前表面，并被阻挡，从而不与所述接收器接触；冷却管，可操作该冷却管来流通冷却流体，从而从所述遮光板去除热；遮光器驱动器，可操作该遮光器驱动器以使所述遮光板从所述打开位置运动到所述闭合位置；以及遮光器控制器，该遮光器控制器连接到所述遮光器驱动器上，并且可操作该遮光器控制器来使所述遮光板的运动停止在所述打开位置和所述闭合位置之间的多个位置处。
13.根据权利要求12所述的装置，该装置包括多个遮光板，所述多个遮光板布置成使得所述日光束在所述遮光板之间通过，而且，可操作所述遮光器驱动器来使所述遮光板彼此相向运动到所述闭合位置，并使所述遮光板彼此离开运动到所述打开位置。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述遮光板大致布置在横向于所述日光束的平面内，并枢转地安装在遮光器框架上，从而所述日光束通过由所述遮光板在所述打开位置时形成的中央孔，而且可操作所述驱动器来使所述遮光板彼此相向枢转到所述闭合位置，从而减小所述中央孔的尺寸。
15.根据权利要求14所述的装置，该装置还包括可转动地安装到所述遮光器框架上的遮光器环，而且，所述遮光板每个都在其第一部分处枢转地安装到所述遮光器框架上，并在其第二部分处通过连杆枢转地连接到所述遮光器环上，而且可操作所述驱动器来使所述遮光器环相对于所述遮光器框架转动，以使所述遮光板从所述打开位置运动到所述闭合位置。
16.根据权利要求12所述的装置，其中，日光束呈锥形，且直径在所述太阳能集中器和所述太阳能接收器之间减小，而且，所述遮光板限定中央孔，而且所述遮光板在处于所述打开位置时定位在所述太阳能接收器附近，从而所述日光束通过所述中央孔，而且所述至少一个遮光板向着所述太阳能集中器运动到所述闭合位置，从而所述日光束的一部分在所述中央孔附近接触所述遮光板。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述至少一个遮光板安装在排列在所述太阳能集中器和所述太阳能接收器之间的轨道上，而且，可操作所述驱动器来使所述至少一个遮光板沿所述轨道运动。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的装置，其中，所述冷却管包括由至少一个遮光板限定并连接到冷却流体源的冷却管。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述冷却管包括第一孔和第二孔，所述第一孔从所述至少一个遮光板的外边缘上的第一位置延伸到定位在所述至少一个遮光板内侧的内端，所述第二孔从所述至少一个遮光板的外边缘上的第二位置延伸到定位在所述至少一个遮光板内侧的内端，使得所述第一孔和第二孔相交，而且使得流通到所述第一孔中的冷却流体流入到所述第二孔中。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述第一孔和第二孔位于所述遮光板前表面的附近。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的装置，其中，所述前表面包括反射表面。
22.根据权利要求12至21中任一项所述的装置，其中，所述至少一个遮光板定位在所述太阳能接收器附近，而且，所述至少一个遮光板的后表面包括反射表面和绝缘层中的一个，从而在处于所述闭合位置时，可操作所述至少一个遮光板以减少所述太阳能接收器通过所述至少一个遮光板损失的热。
全文摘要
一种太阳能收集系统，包括太阳能集中器，可操作该太阳能集中器来将集中的日光束引导到太阳能接收器上。遮光板定位在所述太阳能集中器和所述太阳能接收器之间，并可从靠近所述日光束的打开位置运动到闭合位置，在闭合位置，所述日光束的至少一部分接触所述遮光板的前表面，并被阻挡，从而不与所述接收器接触。可操作冷却管来流通冷却流体，从而从所述遮光板去除热。可操作遮光器驱动器以使所述至少一个遮光板从所述打开位置运动到所述闭合位置，而且可操作遮光器控制器来使所述遮光板的运动停止在所述打开位置和所述闭合位置之间的多个位置处。
文档编号F24J2/46GK101014810SQ200580022766
公开日2007年8月8日 申请日期2005年7月6日 优先权日2004年7月6日
发明者莫里斯·J·图奇尔特 申请人:舍奇实验室－阳光氢能量公司