[0002] 本申请要求于2015年4月1日提交的62/141,488号美国临时
专利申请的优先权，以上全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本公开涉及太阳能收集系统和使用该系统来收集太阳能以用于消耗的方法。
背景技术
[0004] 近年来聚光太阳能(CSP)收集器已经越来越多地与如熔盐等热存储介质配合使用，以便最大限度地将收集的太阳能转换成可用的机械功。例如，盐基热存储介质已用在了大规模太阳能热电项目，以持续输出
能源到太阳不发光的时期。现有的太阳能收集器使用抛物面镜、碟形镜、菲涅尔透镜以及其他透镜和镜子结构来将太阳能聚焦在平板或
真空管收集器上，其又将热量提供给热存储介质或
热交换器。
[0005] 真空管和平板收集器通常通过使用收集自抛物面、碟形、平板或线性菲涅尔收集器的太阳能来加热吸收介质，吸收介质接着加热
传热流体，例如熔融盐或如丙二醇等防冻化合物，该流体之后用于加热热存储介质或者通
过热交换器产生
蒸汽或其它热气体。虽然这种方法适应传热流体的高温，在300-400摄氏度的范围内，热存储介质，通常是例如
硝酸盐和其它熔盐混合物等
相变材料，可以直接吸收更高的
温度而不
沸腾。但是，例如抛物线或平板收集器等大多数现有的太阳能收集器没有被配置为产生更高的加热温度，并且利用传热流体将热量传递到热存储介质，这可能是由于难以吸收温度(其可能损坏现有平板或真空管收集器)和难以抽运热存储介质。例如，抛物线收集器使得入射的
太阳辐射仅穿过单个空间维度而聚焦到长的真空管收集器上，导致在收集器表面的大面积上的辐射、
对流和其它
热损失。使用熔融盐作为传热流体的项目也受到了因盐介质的高冻
结温度和由此对
管道系统造成的损害的挑战。目前使用太阳辐射直接加热吸收中心点的热存储介质的项目，例如采用盐储存介质的太阳能塔项目，通常利用大型
定日镜聚焦太阳辐射，这样将对路人和
鸟类造成危险，并且因为反射回环境和反射镜技术的低效而损失大量的
能量。这种方法也受到所谓的“余弦损失”的影响，这是由于太阳辐射在中心吸收塔上的不完全聚焦造成的。
发明内容
[0006] 本公开提供了一种太阳能收集的可替代形式，其利用
准直的、基本上准直的、或者基本上集中的太阳辐射束，例如由菲涅尔透镜与会聚或发散透镜的结合或者由适当形状的镜面，通过光束
接触元件上的凹形或锥形沉陷部(depression)来直接加热瓷或其它高
热容的陶瓷加热元件，该元件可以所示的一种方式放置在与热存储介质例如
相变材料直接接触或非常接近的
位置。加热元件通过传导将
热能传输至热存储介质。瓷由于其韧性和对热应
力的极端的适
应力而被使用了数千年，由此产生的太阳能吸收装置能够将入射的太阳辐射极少地反射到环境中，被视为适合住宅使用。
[0007] 在一方面，本发明提供了一种太阳能收集系统，包括：形成准直的太阳辐射束的装置；加热元件；以及热存储介质，其中所述加热元件可以承受来自准直的或者其他方式集中的太阳辐射束的加热而不损坏；并且其中所述准直或其他方式集中的光束通过与所述元件上的锥形或凹形沉陷部的接触而直接加热所述加热元件；并且其中所述加热元件通过传导直接将太阳能传递到热存储介质。
[0008] 在另一方面，本发明提供了用于收集太阳能的根据本文所述的任何一个
实施例或其任何组合的太阳能收集系统的用途。
[0009] 在又一方面，本发明提供了一种对能量消耗装置供能的方法，该方法包括通过使用根据本文所述的任一实施例的太阳能收集系统或其任何组合来收集太阳能，以及使用所收集的太阳能为能量消耗装置供能。
[0010] 在本公开所示的一个实施例中，准直的电磁射
线束会聚在锥形陶加热元件的内腔，并且其外部部分直接沉入或嵌入热存储介质中。可以通过具有高导热性的金属护套任选地从存储介质保护元件的外部。由平方米菲涅尔透镜生产的光束可以在平均阳光照射的环境中的各种材料表面上产生超过500摄氏度的热点温度，其在瓷和其它陶瓷可以吸收而不会破裂的范围内，并且可以产生熔融盐以存储热。
[0011] 具有融合
潜热的相变材料，例如某些硝酸盐混合物，如所谓的太阳盐—硝酸钠和硝酸
钾的60-40混合物—以及其他盐混合物，例如含有
硫酸钠及其
水合物，
氯化钠，
氯化铵，
硫酸镁，如硝酸
钙及其水合物、硝酸钠和硝酸钾等其它硝酸盐，填充粘土以及陶瓷本身，对热存储介质来说是很好的选择。
[0012] 使用菲涅尔透镜与会聚或发散透镜结合来产生准直光束将不需要使用聚焦镜，尽管它可以使用镜子来改变光束的方向，从而使得由于反射回设备的环境或者由于
镜面反射率的低效而损失的太阳辐射能最小。在本公开中所示的太阳能收集单元被设计成吸收所产生的强烈
电磁辐射而不破裂并且具有最小的辐射损耗，并且使用一种方式，该方式产生可用于各种应用中的高比例的吸收能量。
[0013] 通过本公开中所示的太阳能收集方法形成的储热室可以用于多种有用的目的，例如在各种构造中产生太阳热能，例如用作驱动有机
朗肯循环的
蒸发器来发电、加热水、融
雪或防止积雪、用于产生高压蒸汽为
发动机供能、或者通过高压蒸汽或其他气体来产生能量从而为排列有珀尔帖发生器元件的一系列
涡流管、各种烹饪应用以及人类事务中其他热量使用供能。
附图说明
[0014] 图1示出了利用菲涅尔透镜和会聚或发散透镜产生的准直光束；
[0015] 图2A示出了具有锥形或凹形内腔的陶瓷加热元件(剖面图和俯视图)；
[0016] 图2B示出了具有两个实例的用于增加表面积的表面纹理的陶瓷加热元件；
[0017] 图2C以垂直剖面图和俯视图示出了具有镍铬
合金丝附件的陶瓷加热元件，其中存储弹壳(capsule)的
盖子是透明的；
[0018] 图3示出了陶瓷加热元件(剖面图和俯视图)和储热室，该储热室指示热存储介质的体积变化的空隙；
[0019] 图4示出了包含与
锅炉/
蒸发器系统耦合的耐火
外壳的太阳能收集系统的设置；
[0020] 图5示出了太阳能收集系统的烹饪应用；
[0021] 图6示出了作为用于
有机朗肯循环的蒸发器的太阳能收集系统的设置，示出了可选的冷却/再生罐和喇叭钟形反射室的可能位置，以重定向或准直或以其他方式集中太阳辐射；
[0022] 图7示出了具有分离室的
太阳能吸收器的实施例，其分离远离中心吸热点并且容纳逐渐降低熔点的相变材料；
[0023] 图8示出了涡
流管—珀尔帖系列发生器系统。
具体实施方式
[0024] 一方面，本发明提供了一种太阳能收集系统，包括：形成准直或其他方式集中的太阳辐射束的装置；加热元件；以及热存储介质，其中所述加热元件可以承受来自准直的或者其他方式集中的太阳辐射束的加热而不损坏；并且其中所述光束通过与该元件上的锥形凹陷或凹面的接触而直接加热所述加热元件；并且其中所述加热元件通过传导将太阳能以热能的形式传递到所述热存储介质。
[0025] 在该方面的一个实施例中，形成准直或以其他方式集中的太阳辐射束的装置包括结合了会聚或发散透镜的菲涅尔透镜。
[0026] 在该方面的另一个实施例中，形成准直的太阳辐射束的装置包括菲涅尔透镜，该透镜的焦点位于具有反射内表面的管的顶部，该顶部具有朝向开口逐渐变细的区段，光被聚焦进该开口，其中逐渐变细的部分被弯曲成使得其类似于对准管的其余部分的喇叭口。
[0027] 在该方面的另一个实施例中，加热元件被置于与热存储介质直接接触，以便能够通过传导将热能从加热元件高效地传递到热存储介质。
[0028] 在该方面的另一个实施例中，加热元件通过金属护套与热存储介质分离。
[0029] 在该方面的另一个实施例中，加热元件的形状包括锥形或凹形内腔和外壁，以使得准直或以其他方式集中的太阳辐射束对准加热元件的内腔。
[0030] 在该方面的另一个实施例中，加热元件的内腔形成包括了会聚在加热元件内腔底部的一点的斜壁的锥形或者凹形沉陷部；并且其中锥形或凹形沉陷部的直径等于或大于准直光束的直径。
[0031] 在该方面的另一个实施例中，加热元件的斜壁跨准直或以其他方式集中的光束的直径成锥形，从而在加热元件的锥形或凹形内腔的整个高度上收集来自光束的电磁辐射。
[0032] 在该方面的另一个实施例中，加热元件的外壁被置于与热存储介质直接接触。
[0033] 在该方面的另一个实施例中，准直或以其他方式集中的电磁辐射束被聚焦在加热元件的内腔上，并且加热元件的外壁被直接沉入或嵌入在热存储介质中。
[0034] 在该方面的另一个实施例中，加热元件由陶瓷材料制成。
[0035] 在该方面的另一个实施例中，加热元件由
玻璃化的瓷制成，其内腔的表面选择性地被富含
氧化物的釉料层涂覆，以增强入射的太阳辐射的吸收并充当热
密封剂。
[0036] 在该方面的另一个实施例中，加热元件的外表面被布置为接触或面向热存储介质，该外表面被纹理化以增加其表面积。
[0037] 在该方面的另一个实施例中，被置为接触或面向热存储介质的表面纹理被纹理化为
蜂巢图案。
[0038] 在该方面的另一个实施例中，接触或面对热存储介质的热吸收器元件的表面被嵌入镍铬丝以增加热扩散率。
[0039] 在该方面的另一个实施例中，热存储介质包含能够在吸收从加热元件传递的热量时改变
相位以储存能量的矿物盐或盐的混合物。
[0040] 在该方面的另一个实施例中，热存储介质选自由硫酸钠及其水合物、硫酸镁、氯化铵、氯化钠、陶瓷、如硝酸钙及其水合物、硝酸钾和钠硝酸盐等硝酸盐及其混合物组成的群组。
[0041] 在该方面的另一个实施例中，热存储介质是氯化钠。
[0042] 在该方面的另一个实施例中，热存储介质是硝酸钠和硝酸钾的60-40混合物。
[0043] 在该方面的另一实施例中，热存储介质通过热传递装置与能量消耗装置联接，使得存储在热存储介质中的热能可以被能量消耗装置使用。
[0044] 在该方面的另一个实施例中，太阳能收集系统还包括太阳能
跟踪装置，以确保所述准直或以其他方式集中的太阳辐射束的取向不变，从而全天最佳地利用太阳照射。
[0045] 在该方面的另一个实施例中，太阳能收集系统连接太阳能跟踪装置或者产生准直的或以其他方式集中的太阳辐射束的设备，随着太阳光全天改变方向，该太阳辐射束具有固定的方向。
[0046] 在该方面的另一个实施例中，加热元件由准直的或以其他方式集中的太阳辐射束加热，该太阳辐射束直接聚焦在加热元件的凹形或锥形内表面上，而加热元件的外表面被布置成与热存储介质直接接触。
[0047] 在该方面的另一个实施例中，加热元件的形状设计为，避免当加热元件和热存储介质之间的热传递最大化时对其产生过大的
热应力。
[0048] 在该方面的另一个实施例中，如图1a或1b分别所示，使用菲涅尔透镜与会聚透镜或发散透镜产生准直或以其他方式集中的太阳辐射束。
[0049] 在该方面的另一个实施例中，热存储介质围绕加热元件，并且被包含在由陶瓷、不锈
钢、或者其它耐
腐蚀和耐热材料制成的弹壳中。
[0050] 在该方面的另一个实施例中，加热元件形成弹壳的盖子；其中可选的通
风孔或其它形状的开口被布置在加热元件的顶部或其他区域或者在弹壳中，或者可选的压力
阀被集成，以允许释放在弹壳中积聚的压力。
[0051] 在该方面的另一个实施例中，弹壳包括足够空的空间以适应由热存储介质的相变引起的体积变化。
[0052] 在该方面的另一个实施例中，弹壳被包裹在耐火材料中以增加
隔热，或者部分地被真空包围，如在杜瓦管中。
[0053] 在该方面的另一个实施例中，热存储介质形成储存在地下或部分地下的储热室，使得周围的大地用作隔热材料。
[0054] 在一些实施例中，太阳能收集系统包括储热室阵列，其中每个内室由被导热材料隔开的外室包围，并且每个室容纳作为热存储介质的相变材料。
[0055] 在一些实施例中，所述储热室阵列包括两个、三个、四个或五个室；并且其中每个外室中的所述相变材料具有比相邻的内室中的相变材料更低的熔点。
[0056] 在该方面的另一个实施例中，太阳能收集系统还包括与所述热存储介质接触的导
热管或翅片管，使得
工作流体可以穿过管道，该管道又穿过由热存储介质形成的储热室，且用作工作流体的热能源。
[0057] 在该方面的另一个实施例中，所述管道中的工作流体用作锅炉或蒸发器来为发动机或
涡轮机供能。
[0058] 在该方面的另一个实施例中，管道由选自
不锈钢或陶瓷的材料制成。
[0059] 在该方面的另一个实施例中，管道或翅片管道穿过更大的挤出陶瓷或导热塑料管，该挤出陶瓷或导热塑料管通过热存储介质，其中可选地使用小直径的多个管或翅片管来确保从热存储介质到工作流体的快速热传递。
[0060] 在该方面的另一个实施例中，加热管围绕加热元件的外表面的尖端卷绕。
[0061] 在该方面的另一个实施例中，工作流体通过重力供给系统被
泵送到热单元中，以允许产生最佳的净能量。
[0062] 在该方面的另一个实施例中，
单向阀被布置在储热室的入口处，以确保工作流体仅流向出口。
[0063] 在该方面的另一个实施例中，单向阀包括特斯拉阀瓣
导管。
[0064] 在该方面的另一个实施例中，重力供给系统或泵系统包括供给罐，以将工作流体供给到热单元/锅炉。
[0065] 在该方面的另一个实施例中，将供给罐布置在紧邻热单元的位置，以使得能够利用容纳在容器中的流体或其它介质从单元中重新捕获损失的热量。该罐也可用作有机朗肯循环中的热回收器。
[0066] 在其他实施例中，本发明包括本文基本描述和示出的实施例的任何和所有合理的组合。
[0067] 在另一方面，本发明提供了用于收集太阳能的根据本文所述的任何一个实施例或其任何组合的太阳能收集系统的用途。
[0068] 另一方面，本发明提供了一种对能量消耗装置供能的方法，该方法包括通过使用根据本文所述的任一实施例或其任何组合的太阳能收集系统来收集太阳能，以及使用所收集的太阳能为能量消耗装置供能。
[0069] 在一个实施例中，能量消耗装置是用于有机朗肯循环的蒸发器。
[0070] 在另一个实施例中，能量消耗过程选自：产生太阳热能、加热水、融雪、防止积雪、产生高压蒸汽、通过高压蒸汽发电；作为蒸发器来加热制冷剂流体以为有机朗肯循环供能；并且所述能量消耗装置选自：动力发动机，例如
转子发动机、蒸汽发动机、
涡轮机、涡流管冷却器的液压发动机，排列有珀尔帖发生器的一系列涡流管，烹饪应用和人类事务中的热的其它用途。
[0071] 在另一个实施例中，储热室用作锅炉或蒸发器，以为家用蒸汽涡轮机、基于发生器的蒸汽发动机、使用涡旋式或摆线式膨胀机的有机朗肯循环提供动力，或者提供热水和蒸汽热。
[0072] 在另一个实施例中，储热室用于加热作为烹饪表面的烹饪用石头，或加热
烤箱。
[0073] 在另一个实施例中，在从太阳辐射源移除单元之后，将单元用作烹饪表面。
[0074] 在另一个实施例中，由加热元件产生的储热室用于产生蒸汽或其它加热的蒸汽，用于为涡流管供能，该涡流管将加压气体分成热流和冷流，其可用于使用根据
塞贝克效应的珀
耳帖发生器的小规模发电。
[0075] 在另一个实施例中，涡流管的冷端和热端朝向循环系列中的珀耳帖热电发生器元件的冷端和热端。
[0076] 在下文中，提供了一些更具体的非限制性示例或实施例，以参照附图进一步说明本发明的某些方面。
[0077] 图1表示用菲涅尔透镜和会聚或发散透镜产生准直光束的实施例，其中101表示阳光，102表示菲涅尔透镜，103表示发散透镜，104表示会聚透镜，105表示准直或以其他方式集中的光束。
[0078] 图2A示出了具有锥形或凹形内腔的陶瓷加热元件(剖视图和俯视图)的实施例。在剖面图中，201表示准直或以其他方式集中的光束；202表示陶瓷加热元件；203表示通气孔；204表示可由陶瓷、不锈钢或其他材料制成的盐储存容器；205表示盐介质。在俯视图中，211表示
通风孔。
[0079] 图2B示出了具有两个实例的用于增加表面积的表面纹理(206和207)的陶瓷加热元件，以。
[0080] 图2C以垂直剖面和俯视图示出了具有镍铬合金丝附件的陶瓷加热元件的实施例，其中储存弹壳的盖子是透明的(208-陶瓷；209-盐介质；和210-嵌入的镍铬合金丝)。
[0081] 图3示出了陶瓷加热元件(剖面图和俯视图)和储热室的一个实施例，其表示热存储介质体积变化的空隙(在剖面图中，301-准直光束，302-用于热存储的体积变化的空隙；在俯视图中，303-通风孔，304-弹壳盖)。
[0082] 图4示出了包含与锅炉/蒸发器系统耦合的耐火壳的太阳能收集系统的设置(401-阀，例如特斯拉单向阀；402-重力供给或泵供给的入口；403-陶瓷单元；404-不锈钢外壳；405-耐火外壳；406-准直或其他方式集中的光束；407-出口和408-发动机)。
[0083] 图5示出了太阳能收集系统的烹饪应用(501-陶瓷单元；502-盐储存器；503-氧化物表面(釉)和504-陶瓷单元)。
[0084] 图6示出了作为有机朗肯循环的蒸发器的太阳能收集系统的设置，表示了可选的冷却/再生罐和喇叭口形反射室的可能位置，以重定向、准直或以其他方式集中太阳辐射(601-太阳辐射；602-“喇叭口”
反射器；603-液体
冷凝器介质；604-反射室；605泵；606-止回阀；607-耐火外壳；608-金属外壳；609-盐介质；610-隔热；611-冷凝器；612--再生式热交换器；以及613-膨胀机/发生器)。
[0085] 图7示出了具有分级室的太阳能吸收器的实施例，该分级室远离中心吸热点散发并且包含逐渐降低熔点的相变材料(PCM)(701-最高熔点PCM；702-中熔点PCM；703-最低熔点PCM)。
[0086] 图8示出了涡流管-珀尔帖系列发生器系统(801-蒸汽入口；802-涡流管；803-热出口；804-珀尔帖热电发生器；805-冷出口)。
[0087] 在各种实施例中，提供了使用瓷或其他高热容量陶瓷加热元件(图2和图3)，用于收集太阳辐射以加热具有高蓄热能力的热存储介质的装置和方法，热存储介质例如相变材料，如太阳盐。加热元件202通过将准直的或以其他方式集中的太阳辐射束201直接聚焦到元件202(图2A)(或图4中的403)上的凹部或凹形内表面上而被加热，且该元件的
反面被布置成与存储介质205直接接触。元件202(图2A)(或图4中的403)被成形为防止对元件的过度的热应力，同时通过传导最大化加热元件和热存储介质205之间的热传递。在一个实施例中，元件可以是锥形或球形202(图2A)(或图4中的403)，以及与热存储介质205(图2A)(图6中的609)接触的元件的表面是纹理化的206-207(图2B)以产生高
比表面积来增加热吸收，例如在蜂窝状图案206(图2B)中。在一个实施例中，为了防止毁坏，瓷吸收器元件通过金属护套与热存储介质分离，并且护套和吸收器元件之间的空间被如各种粘土的保护材料填充。在另一个实施例(图2C)中，镍铬合金丝210可以直接熔接到暴露于热存储介质209中或其附近的吸收器元件208的部分，以便促进热扩散到存储介质中。
[0088] 可以使用菲涅尔透镜与会聚透镜104或发散透镜105(分别为图1A和图1B)而产生准直太阳辐射束。这种方法可以最佳地利用进入空间区域的太阳辐射。在一个实施例(图6)中，如图6所示，通过将顶部部分为喇叭口602形状的反射室604
定位使得该室602的开口靠近菲涅尔透镜的焦点，可以使光为准直或基本准直。反射室604的底部将连接在储热室608的顶部，使得准直或以其他方式集中的光束将照在瓷吸收器元件202(图2A)(或图4中的403)的内部。但是，本公开中所述的太阳能收集方法不限于产生准直或以其他方式集中的太阳辐射束的方法。
[0089] 光束瞄准瓷或者具有对热应力的高回弹性的其它陶瓷元件202的内腔。加热元件的总体形状如图2A所示，该图表示了加热元件的垂直剖面：加热元件的内腔形成锥形或凹形凹部202(图2A)(或图4中的403)，其具有会聚在加热元件内腔的底部的一点的倾斜的或者弓形的边缘。锥形或锥形腔202(图2A)(或图4中的403)的直径被选为等于或大于聚焦在其上的准直或以其他方式集中的光束201的直径(图2A)。
[0090] 加热元件202(图2A)(或图4中的403)的内部的弓形或倾斜的边缘(图2A和图3)允许太阳辐射分布在加热元件的内表面的大部分高度上，防止准直或以其他方式集中的光束201的大功率在加热元件中产生不可接受的热应力和/或跨加热元件
质量的不同的热应力。
斜壁跨准直光束的直径成锥形，从而在加热元件的锥形或凹形内腔202(图2A)(或图4(a))的整个高度上收集来自光束的电磁辐射。
[0091] 用于陶瓷加热元件组成的一种材料选择是完全陶瓷化的瓷。该材料的高熔点、相对不渗透性和总体强度使其成为积累和分布热量的良好选择。此外，材料缺乏金属含量—特别是氧化物形式—极大降低了加热元件内外表面的单位破坏性腐蚀的可能性。但是，为了增强入射的太阳辐射201的吸收并且充当热密封剂，可以在加热元件的内腔的表面上施加暗的浓氧化物的釉。
[0092] 在一个实施例中，加热元件的外部部分与热存储介质205、609(图2A和6)直接接触。在一些实施例中，可以将含有硫酸钠或其水合物、氯化铵、氯化钠、硫酸镁、如太阳盐等硝酸盐和硝酸盐混合物的盐混合物用作热存储介质，这是因为其具有高的
显热和潜热容量、低成本和高可用性，并且在长时间暴露于高热和热循环之后，其热存储容量的不会明显降低。盐或其它热存储介质205围绕加热元件202(图2A)(或图4中的403)的锥体，并且可以被容纳在不锈钢或陶瓷弹壳204(图2A)(图4中的403)或由另一种耐腐蚀和耐热弹性材料制成的弹壳。为了增加热存储介质205、609(图2A和6)的热导率，在一个实施例中，其可以布满或敷在金属网上，例如由
铝制成的金属网。一种可能的配置如图2-4所示，其中示出了形成热存储弹壳的盖子202、403、304的加热元件。因此，热量通过传导直接从加热元件转移到热存储介质。当与作为相变材料的热存储介质如太阳盐等一起使用时，可以留下空间302的间隙(图3的俯视图)，以允许材料的体积变化。可选择的小通风孔303(图3)或其他形状的开口可以布置在加热元件的顶部或弹壳中，或者可以集成可选的压力阀，以允许单元中的压力累积消散。
[0093] 在各种实施例中，加热元件202、403和热存储介质205可以形成由陶瓷、不锈钢、高热容塑料或其他合适的一种或多种材料制成的弹壳204、404的盖子，以向热存储介质205、609提供隔热和防止热存储介质(图2A和4)的腐蚀。弹壳可以包含足够空的空间302以适应相变热存储材料的体积变化。整个弹壳又可以被
包装在耐火材料405中以增加隔热(图4)，和/或部分地被真空包围，例如在杜瓦管404中。在各种实施例中，不锈钢、陶瓷或其他管道
402、407可以允许水或其它工作流体通过由热存储介质205、609形成的储热室，以允许其用作锅炉或蒸发器，从而为发动机或涡轮机408、613供能，或者用于其他用途(图4和图6)。在一个实施例中，储热室用作有机朗肯循环(图6)中的蒸发器，其可以使用相反的涡旋
压缩机或
摆轮马达作为膨胀器元件613。
[0094] 为了在全天最佳地利用太阳能，本公开中描述的方法将最佳地与
太阳跟踪方法结合使用，或者利用如4,183,612号、4,124,017号和8,689,784号美国专利以及PCT/US2016/021753号
国际申请中所述的随着太阳在全天内移动而产生固定方向的准直的太阳辐射束的方法，上述专利全部通过引用的形式并入本文。在本公开中描述的收集太阳辐射的方法不限于制造准直太阳辐射束的方法。
[0095] 在一个实施例中，由热存储介质205、609形成的储热室205、609可以被储存在地下或部分地下以利用周围地的隔热特性。使用透镜和镜子轻松投射和重定向电磁辐射使得该应用很适合住宅使用。
[0096] 热存储介质捕获的热量可以由通过包含如水或如R245fa等有机流体的工作流体的管道或翅片管402、407而被提取使用。因此，它可以用作图4的锅炉或蒸发器609。为了储热室进一步绝热，整个设备可以被包裹在耐火材料405、607中和/或被部分真空404包围。在图4中示出了使用耐火壳405和蒸发器/锅炉配置的一个可能的实施例。在图6中示出了在有机朗肯循环中使用的太阳能吸收装置的更全面的图示。
[0097] 在另一个实施例中，容纳与加热元件202、403接触的太阳盐或其它热存储介质205、609的室可被另一个或多个室701、702、703包围，该另一个或多个室701、702、703容纳了熔点低于内部室(图7)的相变材料。这些次级室702、703也可以填充有填充粘土或具有低
反应性和高显热容的其它物质。在图7所示的一个实施例中，几个相邻的次级室702、703围绕中央集热点排列，并被如金属之类的导热材料分隔开，并且离中央集热点701越远，其含有的相变材料的熔点越低，以便最大化储热室的能量存储能力(图7表示具有三个室的一个示例，但该概念可以扩展到大于3个室)。
[0098] 由如不锈钢、
挤压陶瓷或导热塑料等材料制成的耐腐蚀和耐热的管或翅片管402、407穿过热存储介质205、609，并且工作流体通过管并吸收周围的热量(图4和图6)。可以使用小直径的一个多个管或翅片管402、407来确保从热存储介质到工作流体的快速热传递。
在一个实施例中，加热管可以围绕陶瓷加热元件的外表面403的尖端卷绕。工作流体可以被泵送到管道605中，或者在一个实施例中，可以通过简单的重力供给进料。在各种实施例中，诸如特斯拉瓣形导管(1,329,559号美国专利)等单向阀机构606或止回阀606可以被布置在储热室的入口处，以确保传热流体仅流向出口。在各种实施例中，存储了进入热单元/蒸发器609的工作流体、或者其他热存储或冷却材料的罐610可以被布置在紧邻热单元本身的位置，以允许在罐(图6)的流体中部分地重新捕获任何来自单元的热量损失。在由涡轮机或发动机613或热交换器612使用之后，将工作流体送回供给泵或重力供给的罐中之前还可以使用冷凝器611，将整个组件用作闭环朗肯循环(图6)。
[0099] 实用性
[0100] 本公开中提出的太阳能收集器可能是住宅应用的理想选择，这是因为所得储热室的可能的紧凑性以及与不具有反射表面的太阳能聚焦器一起使用的能力，这消除了对路人和鸟类的物理风险。储热室可以用作如上所述的锅炉或蒸发器来为家庭蒸汽涡轮机或基于蒸汽发动机的发生器或有机朗肯循环供电，例如那些使用反向运行的涡旋式压缩机作为膨胀机或摆线马达，或者提供热水和蒸汽热或其他加热液体。
[0101] 储热室也可以用来加热烹饪用石头作为烹饪表面，或者加热烤箱。在本公开中描述的加热元件的一种可能的构造可以将其嵌入陶瓷单元中，陶瓷单元本身可用作烹饪表面，如图5所示。陶瓷材料和热存储介质的高
比热允许在单元远离太阳辐射源之后，使单元可以长时间用作烹饪表面的可能性。
[0102] 由本公开中描述的加热元件产生的储热室的另一有用应用是产生用于为涡流管提供动力的蒸汽或其它热气体，其将加压气体分离成热流和冷流，其可用于使用根据塞贝克效应工作的珀尔帖发生器来小规模发电(例如，如第8,134,066号美国专利)。例如，涡流管的冷805和热803端可以朝向珀尔帖热电发生器元件804的冷端和热端，定向成环状(图8)。虽然目前的热电材料效率相当低，但是这种发电方法成本非常低，并且不存在可移动部件的维护。
[0103] 提供前述示例或优选实施例是为了说明的目的，而不是为了限制本发明。所有专利或非专利参考文献通过引用整体并入本文。
