太阳能集热器的制作方法

本发明涉及一种太阳能集热器，用于随时地临时储存来自太阳辐射的热量，其包括用于传导太阳辐射的辐射导体、用于将太阳辐射聚集在辐射导体的第一末端(extremity)上的透镜装置，并且包括在辐射导体的相对的第二末端上的热隔离的芯(thermallyinsulatedcore)，该芯通过从辐射导体散发的太阳辐射被加热并能够临时地储存热量。

这种太阳能集热器根据本申请人的国际专利申请wo2009/002168是已知的。这种已知的太阳能集热器包括导热芯，导热芯可以由太阳辐射加热并能够在一定时间内保持该热量。与通过透镜装置来加热液体以直接利用该液体的常规太阳能集热器不同，该已知的太阳能集热器使得即使在所接收的太阳辐射量相对较低的时间段期间，例如在夜晚也能够产生可使用的能量。实际上，导热芯可以储存相对大量的热量，并且因此在太阳辐射低的这样的时间段期间用作能量缓冲器。

虽然该已知的太阳能集热器已经可以有效地用于在较长时间连续地产生能量，但是显然可以进行改进，换句话说，在回收(return)方面可以进行改进，特别是通过阻止热损失进行改进。

因此，本发明的目的是产生上面所提及类型的进一步改进的太阳能集热器。

为了实现预期的目的，根据本发明的在前言部分中所提及类型的太阳能集热器的特征在于，芯和基本上完全包围芯的隔热壳体一起提供，该隔热壳体包括多孔陶瓷材料层(alayerofporousceramicmaterial)。本发明是基于这样的理解，即，尽管存在固有的隔热问题，但是具有尽可能高的热容量的芯导致最佳结果。由于具有高热容量的芯可能实现的高的温度，因此所使用的隔热材料能够耐受这样的温度是非常重要的。多孔陶瓷材料层特别适合作为隔热材料以即使在最高温度下，也不提供热损失或基本上不提供任何热损失。为了尽可能地阻止热量的泄漏，该层设置在基本上完全包围芯的隔热壳体中。虽然这种具有陶瓷材料的隔热壳体并不是特别重量轻的，但是明显的是，特别是对于相对大规模的太阳能集热器而言，并不比预期的那么不方便。通过控制具有增加的重量的太阳能集热器，由于具有高热容量的芯的这种良好的隔热，能量损失未影响回收。

考虑到隔热层中的每个间隙或弱点增加了热泄漏的风险，在优选实施方案中，根据本发明的太阳能集热器的特征在于陶瓷材料层基本上是无缝的。根据本发明，以这种方式，根据太阳能集热器的另外的优选实施方案，陶瓷材料层可以模制在芯周围。陶瓷材料层的这种模制导致不具有接缝的基本上不间断的一体的主体，该主体在整个表面上具有基本上一致的隔热值。这尽可能地防止了隔热材料中的薄弱点。

为了良好地捕获热辐射，陶瓷材料层是多孔的。例如，这可以通过采用多孔材料，或者例如通过向陶瓷材料中添加加热时从层中烧掉以在层中留下期望的网孔的辅助物质来实现。

在另外的优选实施方案中，根据本发明的太阳能集热器的特征在于，陶瓷材料层包括轻质的耐火的砌体制品(masonryproduct)。这样的砌体制品(例如耐火材料)将以所需的形式简单地施加在芯周围的层中，这样的砌体制品(例如耐火材料)耐受非常高的温度并具有出色的隔热值。

在特定实施方案中，根据本发明的太阳能集热器的特征在于，隔热壳体的侧面中的远离芯的一个侧面周围设置有至少一个反射器主体，其中辐射反射侧面指向该芯。反射器主体仅将穿过壳体逸出的红外辐射反射回到该芯，这导致整体的隔热值的进一步提高。

根据本发明的太阳能集热器的另外的优选实施方案的特征在于，芯和隔热壳体容纳在基本上气密封闭的外壳中，并且提供用于在外壳内围绕芯和壳体产生基本上真空的装置。通过在太阳能集热器中在部件之间的所有空间中产生真空，尽可能多地限制了因传导或对流传热引起的可能的热量的释放。这样做，热损失基本上只可能经由辐射，然而，由于根据本发明的上述措施，该辐射尽可能多地被阻止。

在另外的优选实施方案中，根据本发明的太阳能集热器的特征在于，芯包括具有相对高的热容量的耐热的导热材料。根据本发明的太阳能集热器的另外的特定实施方案的特征在于，芯包括实心钢块。钢具有用于太阳能集热器的合适的热容量，并且具有高熔点，使得钢可以用作实心块，而不管芯中积聚的高温。通过使用这种钢芯，可以将芯加热到1500摄氏度的温度。因此，根据本发明的太阳能集热器具有另外的特定实施方案，然而，其特征在于芯储存上至最高1200摄氏度的温度。芯的这种温度为较少或没有太阳辐射的过渡时间段提供了足够长的能量缓冲，而太阳能集热器的所有部件，例如辐射导体似乎都耐受该温度。

根据本发明的太阳能集热器的另外的特定实施方案的特征在于，芯包括液态铝体(liquidmassofaluminum)。铝具有优异的热容量，相对较轻且也非常导热，使得可以快速地从其提取热量以从该热量产生能量。由于铝的熔点相对较低，液态铝体是必要的在芯中实现有效温度。

在另外的优选实施方案中，根据本发明的太阳能集热器的特征在于，光导体部分地包括石英纤维。这种石英纤维特别适合于在纤维的长度上传导太阳辐射，而没有任何明显的光的损失。特别地，石英纤维擅长承受在太阳能集热器的芯中实现的，上至1200摄氏度的高温。以这种方式，石英纤维适合于靠近太阳能集热器的芯来使用。

尽管可以完全地由石英纤维来制造辐射导体，但是使用玻璃纤维也提供了优点。玻璃纤维明显比石英纤维便宜，而且更加柔性。因此，玻璃纤维更适合于在具有弯折(bends)和弯曲(curves)的辐射导体中使用。然而，在较高的温度下，例如在太阳能集热器的芯中可能发生的那些温度，玻璃纤维受到影响，使得因此辐射传导不再是最佳的。为此，根据本发明的太阳能集热器的另外的特定实施方案的特征在于，石英纤维包括辐射导体的第二末端并延伸到隔热壳体的外部，并且，玻璃纤维与石英纤维结合并包括辐射导体的第一末端。

仅辐射导体的必须承受最高温度的那部分(特别是在芯和隔热壳体之间的那部分)由耐热的石英纤维制成，而辐射导体的从隔热壳体直到接近透镜装置的焦点的其它的部分是由更加柔性的玻璃纤维制成的。

根据本发明的太阳能集热器的另外的优选实施方案的特征在于，辐射导体使用第二末端在芯中的凹部的位置处并且在该凹部中的空间的内含物下方紧固到芯的外侧，以允许转变成能量的从辐射导体散发的太阳辐射与芯的表面接触。芯中的凹部在凹部内产生较大的芯区域，从辐射导体散发的太阳辐射通过该较大的芯区域入射，以将热的形式的辐射能量移动到芯。在另外的优选实施方案中，根据本发明的太阳能集热器的特征在于，抗反射涂层抵靠芯施加到凹部中。抗反射涂层吸收从辐射导体散发的太阳辐射，并将其作为热量散发到芯。以这种方式，能够反射回到辐射导体中的太阳辐射(这将意味着能量损失)被阻止。

现在将使用说明性示例和相关联的附图来更详细地解释本发明。在附图中：

图1以横截面的侧视示出了根据本发明的太阳能集热器的说明性示例；

图2示出了如图1中所示的根据本发明的太阳能集热器的说明性示例的外壳中的芯的透视图；

图3示出了根据图1中所示的区域b的外壳中的芯的横截面的详细视图。

顺便提及，附图仅仅是示意性的，并且没有按比例绘制。事实上，为了清楚起见，有些尺寸放大地示出。

其中在可能的情况下，相应的部分在附图中用同一参考数字来表示。

图1中所示出的用于临时储存来自太阳辐射的热量的太阳能集热器1包括在圆柱形金属外壳3内的导热芯2，如在图2中较佳地示出的。在该说明性示例中，根据本发明，芯2是可以被加热到1200摄氏度的实心钢块。为了较长时间地保持该热量，在芯2的周围，完全包围芯提供隔热壳体4。隔热壳体4包括具有高隔热值的陶瓷材料层。在距离隔热壳体4一定距离处提供第一反射器主体5，该第一反射器主体5具有朝向芯反射辐射的一侧，以将从隔热壳体逃逸的辐射朝向芯反射回去。在距离第一反射器主体5一定距离处提供第二反射器主体6，第二反射器主体6用于进一步将辐射反射回到芯。此外，外壳包括能够在外壳内产生真空的装置(未示出)，使得在反射器主体5、6和隔热壳体4之间的空间中基本上完全被真空主导。这基本上排除了通过对流或传导的热损失。

外壳的外侧保持在当使用太阳能集热器时的温度，该温度基本上对应于在1200摄氏度的芯的温度下的环境温度。所以存在损失到外部环境的可忽略的热损失的量。因此，根据本发明的太阳能集热器提供了特别完全的回收，并且不仅能够在日照时间期间提供能量，而且还能够产生能量缓冲器，在较少太阳辐射的时间段期间可以从该能量缓冲器提取连续的能量。

为了加热芯2，在外壳3的前方放置屏7，在该屏7中提供透镜装置以聚集太阳辐射。透镜装置包括等距离间隔开放置并指向太阳的透镜系统，其中在每个分格(case)中，入射到透镜上的太阳辐射聚集在其自身的焦点上。然而，在焦点处，在每个透镜后面放置玻璃纤维的形式的辐射导体的第一末端，使得所聚集的太阳辐射被收集到纤维中。穿过每个透镜的玻璃纤维，太阳辐射朝向外壳3被传导。为了使太阳辐射的收集最大化，提供跟踪装置以能够在一天中跟随太阳的路径。为此，外壳3位于旋转的第一框架20上，该第一框架20可以完全地在太阳能集热器支撑在其上的水平基座21内转动，而具有透镜的屏紧固到旋转的第二框架30，该第二框架30围绕外壳3旋转一定距离。通过响应于跟踪装置的信号自动驱动旋转的框架，实现了透镜从一个位置到下一个位置的连续调节。对于本领域技术人员将明显的是，跟踪装置例如可以包括传感器，该传感器连续地记录太阳的位置并将传递给诸如处理器的处理装置，该处理装置例如然后将输出信号按时地发送到所提供的驱动装置，驱动装置实现两个框架20、30中的一个的必要的调节。

如图3中更详细地所示，玻璃纤维8的末端通过紧固装置10紧固到外壳3的外侧。玻璃纤维的末端由此被接纳，配合到石英纤维9的末端，使得来自玻璃纤维的太阳辐射转移到石英纤维中而没有辐射的损失。石英纤维9通过另外的紧固装置11紧固到外壳3的内侧。以o形圈形式的柔性可调节装置设置在外壳的引入通过部(leadthrough)中，辐射导体延伸穿过该o形圈以将整体密封。石英纤维9从外壳3的内侧被导引至基本上直到芯2，此处石英纤维9形成辐射导体的第二末端。辐射导体的第二末端通过固定装置12抵靠芯2被紧固在芯2中的凹部的位置处。因此，从辐射导体释放的辐射粒子进入凹部中的空间，使得辐射可以入射在更大的芯区域中，并且通过辐射反射回到辐射导体的损失被最小化。

虽然本发明通过仅一个说明性示例来进一步说明，但清楚的是，本发明绝不限于该示例。相反，对本领域普通技术人员而言，在本发明的框架内，许多更多的变型和实施方案是可能的。