用于回收光学加工装置的未利用的光学辐射能的方法、回收装置和光学加工装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于回收光学加工装置的未利用的光学辐射能的方法、一种回收装置以及一种光学加工装置。
【背景技术】
[0002]在过去的几年里，光学加工装置、尤其是激光加工装置在技术上的重要性得到显著提高，借助这些光学加工装置通过加载电磁射线(尤其是激光)可以加工不同类型的材料。迄今为止，在工业上的激光加工装置中较少使用具有明显大于1kW光学辐射功率的激光光源。新类型的加工方法同时需要具有明显更高功率的激光光源。在这方面要提及的例如是用于热加工金属的、用于适配在功能层中的材料特性的或者在制造太阳能电池时作为对传统炉的补充的激光加工装置。
[0003]在此，尤其是具有多个单独发射体的二极管激光器用作激光光源，这些单独发射体在与光学机构的配合作用方面实施为，使得这些单独发射体在工作区域中可以产生线形的强度分布，在该工作区域中工件被加载激光。
[0004]在所有的激光加工装置中存在如下问题，S卩，由激光光源提供的光学(电磁)辐射能的仅仅比较小的一部分被实际用于加工工件，从而由现有技术已知的激光加工装置的能量平衡是相对不利的。正是激光加工装置的上述工业应用是典型的实例，在这些实例中，在技术上不可能的(并且有时甚至是不合理的)是使用所提供的光学辐射能的大部分用于加工工件。金属材料反射入射激光的大部分。与此相对，玻璃和用于制造太阳能电池的材料透射和反射入射激光的大部分。研宄显示，在由现有技术已知的激光加工方法和激光加工装置中仅仅在10%至20%之间的入射激光被实际用于激光加工过程。在一些加工方法中，甚至入射激光的超过90%未被用于激光加工过程。
[0005]目前在现有技术中，激光的不可被用于激光加工过程的那个份额利用所谓的光陷阱来收集。所述光陷阱典型地构成为，使得该光陷阱可以有针对性地收集通过要加工的工件透射的或者由要加工的工件反射的激光。这种光陷阱构成为，使得激光能够通过至少一个光入口到达光陷阱的空腔中。空腔设计成，使得激光的大部分不能够通过散射过程和/或反射过程由光入口重新从光陷阱射出，而是被吸收器机构(尤其被至少一个吸收层)吸收。为了阻止由于给吸收器机构加载激光而引起光陷阱过热，例如可以设有水冷装置。
[0006]因为在激光加工时入射到工件上的光学辐射能的大部分未被利用，所以由现有技术已知的激光加工装置的能量平衡是相对不利的。
[0007]代替激光光源例如也可以使用(高功率)发光二极管，这些发光二极管的光学功率通过技术上的进一步开发而在过去的几年里迅速增加并且这些发光二极管因此有可以预见的在光学加工装置中用作光源的潜能。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于，提供一种用于回收光学加工装置的未利用的光学辐射能的方法、一种回收装置以及一种光学加工装置，它们允许改善光学加工装置的能量平衡。
[0009]关于方法，所述目的通过一种具有权利要求1的特征的方法来实现，关于回收装置，所述目的通过一种具有权利要求4的特征的回收装置和通过一种具有权利要求8的特征的回收装置来实现，以及关于光学加工装置，所述目的通过一种具有权利要求14的特征部分的特征的光学加工装置来实现。从属权利要求涉及本发明有利的进一步扩展方案。
[0010]按照本发明的用于回收包括至少一个激光光源的光学加工装置的未利用的光学辐射能的方法包括如下步骤:
[0011 ] 一一运行所述至少一个光源并且产生电磁射线，
[0012]——给至少一个工件加载用于加工工件的电磁射线，
[0013]一一将未用于加工所述至少一个工件的电磁射线的至少一部分收集在至少一个回收装置的光陷阱机构中，
[0014]一一将由所述至少一个回收装置的光陷阱机构收集的电磁射线的光学辐射能的至少一部分转化成电能。
[0015]按照本发明的方法具有如下优点，即，未用于加工工件的并且借助所述至少一个回收装置的光陷阱机构收集的电磁射线的光学辐射能的至少一部分转变成电流并且以此转变成可利用的电能。光学加工装置的能量平衡由此可以被显著改善。
[0016]在一种特别优选的实施方式中提出，将光学辐射能的至少一部分转化成电能的步骤包括给光伏机构加载由光陷阱机构收集的电磁射线的至少一部分。光伏机构能够以有利的方式直接在光陷阱机构的空腔的内部中将收集的电磁射线的辐射能的至少一部分直接转化成电流并且以此转化成电能。
[0017]在一种备选的实施方式中存在如下可能性，S卩，为了将光学辐射能的一部分转化成电能，
[0018]——给在光陷阱机构的内部的至少一个吸收器机构加载由光陷阱机构收集的电磁射线的至少一部分并且由此将所述至少一个吸收器机构加热，
[0019]——由吸收器机构加热载热流体，
[0020]一一将载热流体输送给热机、尤其是汽轮机或者斯特林发动机，该热机耦联到发电机机构上，从而载热流体的热能的至少一部分借助热机转化成机械能，利用该机械能运行发电机机构，其中，机械能的至少一部分转化成电能。
[0021]在这种备选的实施方式中，也可以将由光陷阱收集的、未用于加工工件的电磁射线的至少一部分的光学辐射能用于产生电流并且以此用于提供电能，以便由此改善光学加工装置的能量平衡。与本发明的再上面阐述的第一方案相比，在此，光学辐射能的转化在一个多级的过程中进行，在该过程中，首先将辐射能的至少一部分由吸收器机构转变成热能，该热能可以加热载热流体。载热流体被输送给热机，在该热机中将热能的一部分转变成机械能，该机械能可以驱动发电机机构。发电机机构又能够产生电流并且以此将机械能的至少一部分转化成电能。
[0022]一种按照本发明的用于回收光学加工装置的未利用的电磁辐射能的回收装置的第一方案包括:
[0023]--光陷讲机构，该光陷讲机构具有一个空腔和至少一个光入口，电磁射线通过所述光入口能够进入空腔中，以及
[0024]一一光伏机构，所述光伏机构在光陷阱机构的空腔之内设置成，使得所述光伏机构能够至少被进入空腔中的电磁射线的一部分加载并且能够将电磁射线的辐射能的至少一部分转化成电能。
[0025]光伏机构能够以有利的方式直接在光陷阱机构的空腔的内部将收集的电磁射线的辐射能的至少一部分直接转化成电流并且以此转化成电能。由此可以改善具有至少一个按照本发明的回收装置的光学加工装置的能量平衡。
[0026]优选地，光伏机构可以包括如下带隙，该带隙选择和设定成，使得该带隙适配于电磁射线的波长。光伏机构可以通过这种措施专门为了在此阐述的使用目的而优化。光伏机构的带隙例如可以设定成，使得效率在所使用的激光光源的已知的、窄光谱的波长时特别高。简单的光伏机构在太阳光中的两个最大的损失机理(在光子能量大时的热化和不吸收具有太小能量的光子)可以因此被有效避免。例如为了在电磁射线的波长在900nm至IlOOnm之间时获得高效率，光伏机构应当具有在大致1.12715eV(该值在能量方面相当于IlOOnm的波长)范围内的带隙。这例如可以通过如下的光伏机构来实现，该光伏机构包括基于1-1I1-VI半导体Cu (In、Ga) Se2 (简称:CIGS)的薄的黄铜矿层。经由适配镓的份额可以在1.05eV(CuInSe2;因此完全由铟取代镓)至1.68eV(CuGaSe 2)之间设定带隙。基于GaInAs的光伏机构能够吸收从大致740nm到大致1050nm的范围内的电磁射线，如所述光伏机构例如被用作在光伏的串联电池中的子电池。
[0027]在一种特别优选的实施方式中提出，光伏机构构成为光伏集中器机构。如用在光伏集中器电池中的光伏集中器机构特征尤其在于，所述光伏集中器机构设计用于高的光功率密度。这样的集中器机构具有如下优点，即，所述集中器机构能够处理高的光强并且达到高的效率，并且因此能够极其高效地将电磁射线的辐射能转变成电能。为了避免过热，在一种有利的实施方式中光伏集中器机构可以是流体冷却(例如水冷)的。
[0028]按照权利要求8，一种备选的按照本发明的用于回收光学加工装置的未利用的电磁辐射能的回收装置包括:
[0029]--光陷讲机构，该光陷讲机构具有一个空腔和至少一个光入口，电磁射线通过所述光入口能够进入空腔中，
[0030]一一至少一个吸收器机构，所述吸收器机构设置在光陷阱机构的空腔之内并且构成为，使得所述吸收器机构能够将进入空腔中的电磁射线的至少一部分吸收并且转化成热能，并且能够加热载热流体，
[0031]——热机，载热流体能够被输送给该热机并且该热机被构造成，使得该热机能够将载热流体的热能的至少一部分转化成机械能，
[0032]——发电机机构，该发电机机构与热机耦联并且该发电机机构构成为，使得该发电机机构能够将机械能的至少一部分转化成电能。
[0033]在回收装置的这种实施方式中，与本发明的再上面阐述的第一方案相比，光学辐射能的转化在一个多级的过程中进行