超临界平板收集器及其使用方法.pdf

本发明揭示一种高效的平板收集器，其使用一体式超临界传热以及一系列故障保护机构。使用带有太阳能集中器和一体式能量转换装置的较佳的结构，包括较佳地使用离子液体或离子液体聚合物作为系统中的工作流体，这样可实现最佳的总能量效率。战略地使用平板集热器还可使机械泵、热泵和膨胀的能量转换装置的功能得到提高。

1.  一种超临界平板集热器，其中，所述平板集热器包括超临界的传热流体，与非超临界平板集热器相比，所述超临界平板集热器具有选自以下一组中的至少一个益处：最大表面张力为20达因/cm、传热流体管的直径小于3000微米，这导致峰值表面收集器温度减小，得到的益处包括热损失减小、热传递提高，以及消除高达至少-40华氏度时传热流体的冻结。

2.  一种超临界平板集热器，包括在大于300psi压力下运行的传热流体，以及选自包括一体式故障保护阀门和热二极管的组群中的至少一个装置，以在发生传热流体泄漏时限制传热流体的损失或将热载荷传递到替代的冷源。

3.  一种超临界集热器，包括选自跨临界或超临界气体组中的传热流体和选自以下组群中的至少一种流体：在大于300psi压力下运行的离子液体或离子液体聚合物。

4.  一种平板热交换器，包括集成到至少一个平表面内的一系列微通道热交换器，由此，所述热交换器具有横贯整个表面的小于10华氏度的温差，且由此所述平板可作为选自以下组群的装置运行：结构构件、地板、墙板、围墙、屋顶、天花板砖或建筑构件和结构。

5.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，还包括非向阳侧上的热障涂层和向阳侧上的太阳能吸收涂层。

6.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，所述平板收集器构造成作为降膜热交换器运行。

7.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，所述平板收集器还包括多个内部层，所述内部层将包括至少两种成分组成的传热流体分离成至少两个不同的流。

8.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，还包括至少一个能量转换装置，所述能量转换装置选自太阳能光电或热离子装置构成的组群，由此，所述集热器提供能量转换装置的积极冷却和较高的能量效率。

9.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，所述平板收集器还包括多个微通道，所述微通道具有宽度小于10微米的通道。

10.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，所述超临界平板集热器具有横贯整个表面的小于10华氏度的表面温差。

11.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，所述超临界平板集热器具有横贯整个表面的小于5华氏度的表面温差。

12.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，与非超临界平板集热器相比，所述超临界平板集热器的辐射损失减少至少10％。

13.  如权利要求7所述的超临界平板集热器，其特征在于，所述至少两个不同的流动通过多种方法予以分离，所述方法包括选自以下组群的方法：密度、分子量，以及不溶合性的变化。

14.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，所述超临界平板集热器还包括传热流体，所述传热流体至少包括一种离子液体或离子液体聚合物以及超临界气体。

15.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，当所述传热流体被加热时，所述超临界平板集热器的所述传热流体进入顶部的内层。

16.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，当所述传热流体被冷却时，所述超临界平板集热器的所述传热流体进入底部的内层。

17.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，所述超临界平板集热器用作热驱动机械泵。

18.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，所述超临界平板集热器的解吸循环驱动机械泵，同时吸收循环加热所述传热流体。

19.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，还包括光子到电子和声子到电子的能量转换装置中的至少一个。

20.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，还包括太阳能集中器。

21.  如权利要求19所述的超临界平板集热器，其特征在于，光子到电子和声子到电子的能量转换装置中的至少一个是集中的能量转换装置。

22.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，还包括一体式温度传感器。

23.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，还包括用来改变所述传热流体的动态系统控制器，以保持出口温度低于最大能量转换安全温度并高于最小热能要求温度。

24.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，还包括一体式热障层以限制热力学的热损失。

25.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，所述超临界平板集热器是机械蒸发压缩热泵系统的一体式部件。

26.  如权利要求25所述的超临界平板集热器，其特征在于，所述机械蒸发压缩热泵同时地实现所述传热流体的温升和所述超临界平板集热器的热损失的降低。

27.  如权利要求20所述的超临界平板集热器，其特征在于，还包括用于所述超临界平板集热器安全储藏的一体式外壳。

28.  如权利要求20所述的超临界平板集热器，其特征在于，所述太阳能集中器还包括故障保护冷源。

29.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，还包括一体式故障保护热二极管，以将热载荷传递到替代的冷源。

30.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，还包括一体式故障保护阀门，以在发生传热流体泄漏时限制所述传热流体的损失。

31.  如权利要求2所述的超临界平板集热器，其特征在于，所述故障保护阀门在正常条件下运行脉动地使所述传热流体流入所述超临界平板集热器内。

32.  如权利要求1所述的超临界平板集热器，其特征在于，所述超临界平板集热器的形状可修改为一体式建筑构件。

33.  一种传热流体，包括至少一种离子液体单体和至少一种离子液体聚合物。

34.  如权利要求33所述的传热流体，其特征在于，所述离子液体聚合物的颗粒大小大约在0.1纳米至500微米之间。

35.  如权利要求33所述的传热流体，其特征在于，所述离子液体聚合物的颗粒大小近似在10纳米至5微米之间。

36.  如权利要求33所述的传热流体，其特征在于，所述离子液体聚合物的颗粒大小近似在0.1纳米至500纳米之间。

37.  如权利要求33所述的传热流体，其特征在于，所述流体在热能转换装置内运行，所述转换装置选自以下的组群：太阳能热平板、太阳能热集中器接收器、热电子发射单元、热伏打电池、发电机、压缩机以及热泵。

38.  如权利要求33所述的传热流体，其特征在于，所述流体和至少一种吸收的气体选自由溶液中跨临界或超临界气体组成的组群，由此，随后在热力学循环中使用解吸的气体，所述热力学循环包括选自以下的组群的循环：高斯瓦米(Goswami)、上原(Uehara)、卡里那(Kalina)、兰金(Rankine)、卡诺(Carnot)、焦耳-布雷顿(Joule-Brayton)、埃里克森(Ericsson)以及斯特林(Stirling)。

超临界平板收集器及其使用方法
相关申请的交叉引用
本申请要求对2005年9月11日提交的美国临时专利申请序列号No.60/596,248的优先权。
技术领域
本发明总的涉及超临界的太阳能收集器和超临界的热交换器，具体来说，涉及超临界的太阳能收集器和高效率能量转换的构造。
背景技术
太阳能收集器在本技术领域内是众所周知的。太阳能收集器实质上是一种传送太阳能的装置，通常将热能作为将光子能引导到能量转换装置，或作为将热量传递到传热流体内的手段。在通篇的本申请中，本发明将涉及到超临界平板收集器，应理解到平板这个名称代表邻接板，其可用形状更改的和非邻接收集器代替，而不会改变本发明目的和装置的操作。
在吸收式热泵中，诸如水那样的吸收剂吸收制冷剂(通常为氨)，由此产生热。当对混合的溶液加压并进一步加热时，可排出制冷剂。当制冷剂被预冷却并膨胀到低压时，它提供冷却功能。然后低压制冷剂与低压的用过的溶液混合而完成该循环。
还没有揭示平板收集器内使用超临界流体的专利或参考文献，也没有使用故障保护的阀门和/或作为对一体的能量转换装置(包括光电装置在内)提供热管理手段的热二极管的专利或参考文献。
该技术效率不高，且没有合并了与真空、集中器和常规平板太阳能收集器相关的多种优点的、成本效益高的平板收集器。
发明内容
本发明是一种故障保护的平板太阳能收集器，通过从非转换的光子对光子中收集诸如电能和热能之类的直接能量转换装置的能量以及收集能量转换装置中低效造成的余热，使这两种收集达到最大化，则所述平板太阳能收集器可实现超级的能量转换效率。从本发明设计中得到的另一基本好处是大大地降低热损失。超临界平板热能收集器的另一优点在于热通量率高和压力损失最小。
附图说明
图1-显示有一体式微通道和涂层的SFPC的截面图。
图2-构造成组合降膜热交换器的固有好处的SFPC的截面图。
图3-显示有一体式流体分离层的SFPC的截面图。
图4-显示有一体式太阳能集中器内安全储存的SFPC的截面图。
图5-显示有一体式能量转换装置的SFPC的截面图。
图6-显示有一体式太阳能光电装置的SFPC的截面图。
具体实施方式
术语“故障保护”定义为能够自动地和安全地补偿机构或电源的故障。
超临界平板热收集器也称之为“SFPC”，其中，平板热收集器包括超临界传热流体，其具有选自以下一组益处中的至少一个益处：压力损失小、热损失小、极佳的热传递以及消除传热流体的冻结。有效地(若不是完全地)消除冻结设计和操作考虑，可导致操作简化和成本降低至少华氏-40度。SFPC的传热流体具有20dynes/cm的最大表面张力，这能部分地减小管子直径。管子直径的至少减小最小50％，这种减小能使横贯SFPC的至少更多的表面达到极佳的传热流体的分布，且在大多数情形中，传热表面的增加超过收集器表面面积的50％。传热表面面积的增加能使收集器峰值表面收集器温度有很大的降低，由此得出的好处包括热损失的减小和极佳的传热。
在超临界压力下运行的任何传热流体的压力损失将低于低压下运行的压力损失。则在大于300psi的压力下运行的超临界收集器流体腔“管”的直径比同样的传热流体在小于100psi运行压力下具有相当的摩擦损失的直径小最少50％。流体流动腔“管”的直径小于1/4英寸。在小于3000微米的直径下摩擦损失可显著地减小。较佳的直径小于1000微米。特别优选的直径是小于100微米。尤其优选的直径是小于10微米。直径主要受到生产超临界收集器所采用的制造工艺过程的限制。目前的制造方法包括半导体工艺过程、印刷电路技术，其有能力生产出小于10微米的期望产品。这些直径包括10纳米、50纳米、100纳米、1微米、5微米和10微米的直径。具体的直径选择取决于制造成本、传热流体的分子量和粘度、运行压力以及流率。
超临界平板热收集器包括一体式故障保护阀门，以在传热流体泄漏的情况下限制传热流体的损失。超临界平板热收集器包括一体式故障保护热二极管，以将热载荷传递到另一替代的冷源中。
超临界平板热收集器可用作超临界太阳能平板热收集器。
超临界平板收集器包括涂敷在非面阳侧上的热障涂层。较佳的超临界平板收集器还具有涂敷在向阳侧上的太阳能吸收涂层。
较佳的超临界平板收集器构造成作为降膜热交换器运行。降膜结构使得热传递最大化，这还导致热损失降低。
超临界平板收集器还可包括内部涂层，以将由至少两个成分组成的传热流体分离为至少两个截然不同的流动。将传热流体分离为其独特成分能形成最快的“蒸发”成分以从主要的传热表面分离，因此，保持与具有较高热传导率的成分接触。特别优选的超临界平板收集器具有一体式微通道。特别优选的收集器的通道宽度小于10微米。特别优选的收集器具有构造成位于收集器内的微通道，位于最大收集器表面区域上，其目的在于，横贯全部表面的表面温度差小于10华氏度。还希望获得最低的温差，例如，横贯全部表面的温度差小于5华氏度。与非超临界(即，常规的)平板热收集器相比，理想的结果包括辐射损失至少降低10％。
本技术领域内已知有多种方法来分离至少两种不同的流动。这些方法包括选自以下的各种方法：密度、分子量和不溶合的变化。较佳的示例性方法包括使用毫微孔基体，例如，能使超临界的二氧化碳吸收物从由至少一种离子液体或离子液体聚合物组成的至少两种传热流体中解吸出来。人们认识到可以采用任何的传热流体，只要该流体由在密度、分子量和/或溶合性方面具有显著差别的至少两种流体组成即可。优选的传热流体应该这样：流体通过将复合的传热流体将流体从溶合区域移到不溶合区域内而分离。
美国怀俄明州82071拉腊米(Lramie)市的怀俄明大学化学和石油工程系的Youqing Shen等人提出“作为CO₂吸收的新材料的聚(离子的液体)”(Poly(ionic liquid)s as New Materials for CO₂ Absorption)，其于2005年2月9日受到后发表，该新材料表明，与离子液体相比，简单地使离子液体成为聚合物形式可大大地提高CO₂的吸收能力。Shen等人还指出，尤其是，基于四烷基铵的离子液体的聚合物具有的吸收CO₂能力是室温下离子液体吸收能力的6.0-7.6倍。CO₂的吸收和聚合物固体的解吸非常快，而解吸完全地可逆。然后，Shen等人具体的指出，所述聚合物可用作为“CO₂分离的非常有前途的吸收和薄膜材料”。由Shen等人提出的示例性聚(离子液)包括具有最高CO₂吸收能力的离子液体PF₆阴离子组成。具体来说，聚(离子液)包括四氟硼酸-1-[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]-3-丁基咪唑鎓([MABI][BF₄])和四氟硼酸1-(对乙烯基苄基)-3-丁基-咪唑鎓([VBBI][BF₄])，聚四氟硼酸[1-(4-乙烯基苄基)-3-丁基-咪唑鎓](PVBIT)、聚六氟磷酸[1-(4-乙烯基苄基)-3-丁基-咪唑鎓](PVBIH)和聚[四氟硼酸-2-(1-丁基咪唑鎓-3-基)乙基-甲基丙烯酸酯](PBIMT)(poly[2-1-butylimidazoliurn-3-y1]ethyl methacrylate tetrafluoroborate(PBIMT))。颗粒大小试验的特定结果得出如下的结论：CO₂吸收能力主要取决于聚(离子液)的化学结构，而CO₂吸收速率则依赖于颗粒大小。
Shen等人理解到聚合物固定为吸收剂或薄膜材料并不能期望使用聚(离子液)作为热力学循环内的传热流体或工作流体。工作流体的较佳实施例是离子液体和聚(离子液)“乳状液”，其具有离子液体单体的流体流动以及聚(离子液)的提高的吸收/解吸吸收物的特性的组合优点，所述聚(离子液)也称之为离子聚合物。离子液体“乳状液”的标准分类表征为两个形态，乳状液的一个形态是“离子液体单体”或缩写为“ILM”，另一个形态是“离子液体浆“或缩写为“ILP”。ILM和ILP形态也可描述为离子液体浆，下文将称之为“ILS”。较佳的ILS包括至少一种离子液体单体和至少一种离子液体聚合物。较佳的ILS由颗粒大小近似在0.1纳米至500微米之间的ILP组成。特别较佳的ILS由颗粒大小近似在10纳米至5微米之间的ILP组成。且特定较佳的ILS由颗粒大小近似在0.1纳米至500纳米之间的ILP组成。
传热流体的特别优选的应用是在热能转换装置内运行，所述热能转换装置选自以下的一组：太阳能热平板、太阳能热集中器接收器、热离子发射单元、热伏达电池、发电机、压缩机，以及热泵。特别优选的应用是溶液中跨临界或超临界区域内运行的流体和至少一种吸收的气体(最好是CO₂)，由此，在热力学循环内使用其后解吸的气体，所述循环包括选自如下一组的循环：高斯瓦米(Goswami)、上原(Uehara)、卡里那(Kalina)、兰金(Rankine)、卡诺(Carnot)、焦耳-布雷顿(Joule-Brayton)、埃里克森(Ericsson)以及斯特林(Stirling)。
超临界平板集热器内的较佳结构是用于传热流体，以在传热流体被加热时进入到顶部内层。或者，超临界平板集热器内的较佳的结构是用于传热流体，以在传热流体被冷却时进入到底部内层。
在超临界平板集热器的运行过程中获得的压力足以直接地驱动机械泵，因此是热驱动的机械泵。作为吸收系统一体式部件运行的收集器利用超临界平板集热器的热增益，来提供驱动解吸循环所需的热载荷的至少一部分，这又驱动机械泵，随后有同时发生的吸收循环，该吸收循环至少预加热或最好加热二级传热流体。二级传热流体最好是诸如城市用水那样的传热流体，它又可被用作为家用热水。
超临界平板的关键特征是因小“管”直径引起的减小的压力损失。最佳压力范围高于传热流体的超临界压力。当运行压力范围是跨临界时，这就是说，低压侧上的运行压力低于超临界压力，使高压侧压力上升到高于超临界压力，仍可获得许多优点(即，当因太阳能而温度上升时发生)。所期望的运行压力是高于100psi的压力。较佳的运行压力是高于300psi。特别较佳的运行压力是高于500psi。特定较佳的运行压力是高于1000psi。
超临界平板集热器还包括光子到电子和声子到电子转换装置中的至少一个。这种能量转换装置也称之为“ECD”，其包括光电的、热离子的和热电的装置，它们将光子或声子(即，热能包)变换成电力。光电装置特别地对温度敏感，因此，它们通常在较高温下获得的效率较低。当能量转换装置与太阳能集中器联接时，这一点就特别重要。优选的结构应该这样：超临界平板集热器位于能量转换装置的背侧上，该转换装置直接与高热传导率的“糊”连接，所述糊具有匹配的热膨胀系数“TCE”。因此，平板收集器起到至少两个重要作用：1)通过有效地利用能量转换过程的热损失产生的热能来提高总的效率，以及2)满足高集中比的太阳能集中器中的高热通量造成的热力上的冷却要求。该结构是将能量转换装置转变为集中的能量转换装置的理想方法。
集中的能量转换装置的安全和长期的运行要求直接集成一体式温度传感器。该一体式温度传感器是动态系统控制器中获得反馈所必须输入中的至少一个，以便变化传热流体流率来保持小于最大能量转换安全温度的出口温度。该目的等于获得高于最小热要求温度的最大传热流体出口温度的热目。第三个控制方案是可实现最大总效率的总的最佳温度，它是能量转换装置效率和热能转换效率的组合。
使总的能量效率达到最大需要包括一体式热障层来限制热损失。热损失归结于对流、辐射和传导的热损失，通过利用热障涂层甚或包括气凝胶、绝热材料和真空腔在内的绝热物，可将所有这些热损失减到最小。减小热损失的一个示例性结构是利用一体式机械蒸发压缩的热泵系统。机械的蒸发压缩热泵同时地获得传热流体的温度提升，并减小超临界平板收热器内的热损失。通过减小横贯集热器大的表面面积的温差由此减小收集器内最大的运行温度，可减小热损失。机械蒸发压缩热泵获得显著较小表面面积内的温升，因此减小热损失。
使横贯超临界平板的整个表面的温差最小，对于太阳能应用之外的众多应用来说是一种基本的优点。这包括辐射地板加热和冷却。事实上，利用超临界流体可防止水或其它液体的传热流体在发生泄漏时形成很大的危险。超临界平板尤其是一种用于辐射冷却应用的极佳的热交换器，其将部分地由于与周围空气的温差减小和表面面积的显著增加引起的冷凝可能性减到最小。
超临界平板收集器包括：用于传热流体的微通道(图1-30)、将一系列微通道热交换器/辐射器集成到一个连续的辐射表面内的基底(图1-40)、以及位于背侧上热障涂层(图1-50)，这样的超临界平板收集器可使传热达到最大。该种称之为超临界平板热交换器“SHX”的结构对于实现辐射加热和冷却装置内的传热最大化是理想的结构，所述辐射和冷却装置可构造在地板、墙板、围墙、屋顶、天花板或建筑构件和结构内。建筑构件包括雕塑或简单设计的构件。
平板热交换器较佳地包括一系列微通道热交换器，所述热交换器集成在至少一个平表面内以获得横贯整个表面的小于10华氏度的温差。形成的平板作为选自如下一组的装置运行：结构件、地板、墙板、围墙、屋顶、天花板或建筑构件和结构。如果足够的表面面积减小了因具有低的雷诺数的足够低的流率引起的传热流体的摩擦损失(即，压力损失)，则还可预期用非超临界流体获得由平板微通道热交换器所实现的益处。
本发明的超临界平板热收集器的最有远景的结构是与线性集中的平板反射弗雷斯纳尔(Fresnel)透镜的组合。平板反射弗雷斯纳尔透镜实现显著的好处，其包括风易感性降低、制造成本低、结构要求相对较低。线性集中区域将太阳能聚焦到相当小的物理区域内。因此，超临界平板收集器做得较小且更加有成本效益。尽管极端天气条件在频度和刚度上是非常不寻常的，但超临界平板收集器设计成在极端天气条件下却安然无恙。降低在这种极端天气条件下生存所要求的工程条件的最佳方法是使用同样有效的跟踪马达，将超临界平板收集器“停放”在太阳能集中器内的一体式外壳内，以便安全地储存超临界平板收集热器。因此，太阳能集中器起到保护超临界平板收集器和其嵌入的能量转换装置(它通常是单一最昂贵的部件)的第二用途。
要实现非常高的集中比对能量转换装置提出了很高的热力学要求。因此，热管理能力的任何损失都会对能量转换装置造成持续的危险。正常的运行将热能传递给传热流体(最好是超临界流体)。尽管较佳的二氧化碳的超临界流体不会呈现任何温室效益提高的可能，但该超临界流体的高压会导致泄漏可能性提高。在发生泄漏或传热流体损失的情况下，通常是能量转换系统内最昂贵部件的能量转换装置必须加以保护。一体式故障保护热二极管的集成可用来将热载荷传递到另外替代的冷源内。较佳的结构将替代的冷源集成到太阳能集中器内。特别较佳的结构利用太阳能集中器机构作为故障保护的冷源，因此，可使集中器结构的功能最大化。
本技术领域内的许多已知方法可适用于热二极管。可以预计能够从正常冷源“切换”到替代冷源的任何装置基本上都是适用的。还可预计该装置，外部的压力传感器即是对常开接触/开关的输入。该常开的接触开关能够驱动被致动的马达，该马达形成通往替代的冷源的热通道。特别优选的热二极管是压力致动的弹簧装置，其响应于压力损失来移动形成通向替代冷源的热通道的机械接触。热通道最好包括低热阻材料，包括选自以下一组的材料：毫微管的热总管/导管和热管。
另一安全特征是包括通过压降而启动的故障防护阀门，压降表示传热流体存在泄漏，阀门的启动可切断超临界平板收集器的泄漏部分。较佳的结构利用正常运行下的故障保护阀门来脉动地使传热流体流向平板收集器。在相对于由太阳增益获得温度上升和提高而获得的较高压力有压力减小时，使相对低温的传热流体能流入平板收集器内。这减小或可能在某些运行条件下消除对增加传热流体液压压力的泵/压缩机的要求。
超临界平板集热器如果还包括太阳能光电装置和太阳能集中器，则它会有很大的热通量。太阳能光电装置通常需要至少被动的冷却，以使光电到电能的转化效率和系统寿命达到最大。太阳能光电装置的成本经济使得太阳能集中器的使用不断提高，在许多情形下太阳能的集中可达到100且往往达到500。超临界流体的进一步使用可实现高热通量从太阳能光电装置中耗散，同时能使废热能有效地转换成有用的包括电能在内的能量，以便提高总效率。由流动腔内的跨临界或超临界流体组成的超临界平板集热器直接集成在太阳能光电或热电子装置的背面上，可用于积极的冷却和提高能量转换，导致组合的能量效率大于每个分量，所述流动腔的通道“管”直径较佳地小于100微米(最好小于10微米)。
最后，有望超临界平板集热器较佳地构造成满足附加的第二用途的形状。一个这种好处包括将平板收集器集成到二级结构构件中的能力，因此只需较少的结构部件用于平板收集器。另一个这种好处是平板收集器的形状可容易地修改成匹配一体式建筑构件的形状。平板收集器集成到建筑物/建筑部件可以获得好多益处，包括成本减小、建筑外观良好，以及建筑物/建筑部件的热阻较高。示例性建筑物/建筑部件包括屋顶构件、外墙以及车库/车库屋顶。较佳形状修改的收集器是其本身在建筑上令人愉悦的建筑太阳能树/结构。所谓树的树干既用作传热流体的管道，又用作用于平板收集器的结构支承件。特别优选的太阳能树使收集器具有收缩和/或坍瘪的固有能力以便而减少暴露于恶劣的天气。
本发明说明书内的附图提供了SFPC最重要部件的示例性结构。下面段落将提供对附图的详细描述。图1示出SFPC，其包括作为结构基底(20)的涂层的太阳能吸收涂层(10)。从太阳能中收集到的热增益通过微通道(30)传递到超临界传热流体。微通道(30)被夹在两个结构基底(20和40)之间。最后，热障涂层(50)涂敷在基底(40)的非向阳侧上以限制热损失。图2示出倾斜角度下的SFPC，它的倾斜能使超临界流体在降膜结构中运行以使传热达到最大。
图3示出还包括介于顶部和底部基底层(120和150)之间的内部流体分离层(140)。获得太阳能过程中的该优选的结构应该这样：内部流体分离层邻近于底部基底层(150)以使超临界传热流体有更多气体分量循着某一路径进一步远离最重要的传热表面基底(120)。
图4示出位于远离太阳能集中器(210)的位置中的SFPC(200)。可用本技术领域内已知的任何方法来移动SFPC以使SPFC对于天气条件保持稳定并跟踪和/或优化太阳能的收集和集中。太阳能集中器具有空穴(210)，其设计成能安全地储藏SFPC，尤其是在恶劣天气过程中，同时SFPC还主管能量转换装置。空穴的最佳布置是将结构成本减到最小和将SFPC(200)移入空穴(210)之间的平衡，同时将可移去的太阳能集中器工作表面侧减到最小，这可减小收集到的太阳能量。在本发明范围之内，空穴可发生在太阳能集中器的一侧上或太阳能收集器的底侧上。
图5示出SFPC(300)，其具有一体式能量转换装置“ECD”(310)、阀门组件装置“阀”(370)，以及热二极管组件装置“热二极管”(350)。阀门组件用于将SFPC与附加的SFPC装置和用于超临界传热流体的管道其它部分隔绝的目的，以限制失效的SFPC(即，泄漏、失去真空等)对传热流体的总能量效率和/或传热流体的损失的任何影响。热二极管组件装置用于消除/减小进入到替代冷源内的热损失的目的，冷源可理想地集成到太阳能集中器(320)内或作为正常运行中的太阳能集中器结构/替代的冷源(340)。然而，在热管理系统失效或简单地达到超过ECD安全运行的峰值温度过程中，热二极管组件装置使到替代冷源的热传递达到最大。该组合装置可确保SFPC的安全有效的长期运行。
本文描述了本发明其它的特征和优点，并将会从对目前优选实施例的详细描述中得以明了。应该理解到，本技术领域内的技术人员将会明白，对于所描述的目前优选的实施例可以作出各种变化和修改。作出这种变化和修改不会脱离本发明的精神和范围且不会减少其附属的优点。因此，附后的权利要求书应涵盖这种变化和修改。