CN113423998A - 多腔室太阳能收集器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用太阳能加热流体的装置。该装置包括：流体源，第一腔室，所述第一腔室包括流体入口以允许流体从流体源单向运动到第一腔室，第二腔室，所述第二腔室包括流体出口以允许第二腔室内部流体受控运动到另一腔室或装置外部，以及第一腔室和第二腔室之间的流体连接，所述流体连接允许流体从第一腔室到第二腔室基本上单向的运动。每个腔室都是流体密封的并且被配置为太阳能收集器以加热其中的流体。该装置作为一个整体运行，使得在均匀的入射太阳辐射下，流体在每个腔室中被加热，并且在流体热膨胀时，流体以受控方式基本上单向地从第一腔室移动到第二腔室，并从第二腔室移到另一腔室或到装置的外部。通过流体从第一腔室移动到第二腔室，第一腔室将其中流体所保持的一部分热能提供给第二腔室，第二腔室通过获得流体而变得富含热能，并且第一腔室由于流体的损失变得缺乏能量，使得第二腔室包含比第一腔室热的流体。

Description

多腔室太阳能收集器

技术领域

本发明涉及加热流体(例如液体水或空气)的类型的太阳能收集器。加热的流体可以直接使用(例如加热可居住的房间或家用热水)或间接使用(例如通过驱动涡轮机做机械功)。

背景技术

已知许多发明用于从太阳辐射中收集热能。通常，细长的管状太阳能吸收器暴露于阳光下，而某种规格的传热介质穿过吸收器的管腔。吸收器通常为金属且颜色较深，以便捕获热能并将其传送到穿过管腔的介质。因此，通过吸收器的介质被加热并且在离开吸收器时可用于任何合适的目的。

传热介质可以是空气或水，其加热形式可用于驱动涡轮机发电。或者，加热的空气或水可以被直接使用。例如，加热的空气可用于工业干燥过程或在家中使用以加热房间。太阳能加热的水可直接用于家庭淋浴或作为工业过程中的溶剂。

在一些布置中，传热介质可以是在整个系统中再循环的油，从位于再循环系统的一部分中的介质提取热量并通过太阳能收集器装置添加热量。

本领域中存在的问题是介质通常没有被加热到用于预期目的的足够高的温度。在某些情况下，缺陷来自装置本身的限制。例如，可被吸收的太阳辐射量可能由于抛物面镜的尺寸或吸收器壁的未达最佳标准的传热特性而受到限制。在其他情况下，缺陷来自于由于天空中的云层覆盖或太阳的低角度造成的低水平的可用太阳辐射。

为了提高流体输出的温度，可能需要补充加热装置，例如燃气或电力驱动的加热器。当然，这些增加了安装的费用，优选地要避免。

或者，可以使用大尺寸的抛物面镜，将更大量的太阳辐射集中到吸收器上。更大的镜子制造成本更高，占用更多空间并且需要广泛的支撑框架来稳定抵抗风的作用。作为该策略的延伸，吸收器管可以加长，以提供传热介质与吸收器的更长接触时间。

作为进一步的替代，传热介质的流速可以通过吸收器减慢。这种策略在一定程度上是有效的，但是在某些情况下，这种减慢可能仍然不足以将流体的温度升高到所需的温度。

当然，许多其他类型的太阳能收集器也会出现加热不足的问题。另一个例子是安装在家庭屋顶上的家用热水系统。在这些系统中，许多吸收器管彼此平行地布置在浅矩形壳体内。或者，吸收器可以是板的形式。可以理解，在这些系统中没有任何弯曲的反射器来聚集太阳辐射会导致相对较低的水输出温度。因此，通常将输出的水加热到家庭使用的最低可接受温度(通常为60摄氏度)。因此，虽然家用太阳能热水系统可以节省一些能源成本，但如果可以提高输出水的温度，则可以显著改善这些系统。

本发明的一个方面是提供对现有技术太阳能收集器的改进，以提高输出流体的温度。本发明的另一方面是提供现有技术的太阳能收集器的有用替代。

本说明书中包括的文献、法案、材料、设备、文章等的讨论仅用于为本发明提供背景的目的。并不因为其存在于本申请的每个临时权利要求的优先权日期之前而暗示或表示这些内容中的任何或全部构成现有技术基础的一部分或者是与本发明相关的领域中的公知常识。

发明内容

在一个实施方式(但不一定是最广泛的实施方式)中，本发明提供了一种用于使用太阳能加热流体的装置，该装置包括：(i)流体源，(ii)第一腔室，其包括流体入口，该流体入口被配置为允许流体从流体源到第一腔室的基本上单向的运动，(iii)第二腔室，其包括流体出口，该流体出口被配置为允许第二腔室内部的流体受控地移动到另一个腔室或装置外部，和(iv)第一腔室和第二腔室之间的流体连接，其被配置为允许流体从第一腔室到第二腔室的基本上单向的运动，其中第一腔室和第二腔室中的每一个基本上是流体密封的并且被配置为太阳能收集器以加热其中的流体，并且该装置如此配置，使得在使用中并且在均匀的入射太阳辐射下，流体在第一腔室和第二腔室中的每一个中被加热，并且在流体热膨胀时，流体以受控的方式基本上单向地从第一腔室移动到第二腔室以及从第二腔室移动到另一腔室或装置外部，并且其中当第二腔室开始接收来自第一腔室的流体时，第二腔室已经将流体供应到另一腔室或装置外部，并且其中通过流体从第一腔室到第二腔室的运动，第一腔室将其中流体所保持的热能的一部分赠予第二腔室，第二腔室由于获得流体而变得富含热能，而第一腔室由于流体的损失而变得缺乏能量，使得第二腔室包含比第一腔室更热的流体。

在第一方面的一个实施方式中，第二腔室的出口被配置为允许流体从第二腔室到另一腔室或第二腔室外部的基本单向运动。

在第一方面的一个实施方式中，第二腔室的流体出口被配置为可由人类用户或在软件指令下运行的处理器控制。

在第一方面的一个实施方式中，第二腔室的流体出口构造成本质上控制流体从第一腔室到第二腔室外部的运动。

在第一方面的一个实施方式中，该装置包括一个或多个传感器，该传感器被配置为感测以下中的任何一个或多个：第一腔室内的流体压力(或其替代物)、第一腔室内的流体温度(或其替代物)、第二腔室内的流体压力(或其替代物)、第二腔室内的流体温度(或其替代物)、装置外部流体的温度(或其替代物)和装置外部流体的压力(或其替代物)，其中传感器与第二腔室的流体出口可操作地连接，使得在一个或多个传感器感测到一个或多个预定温度和/或压力时，出口从第一流体流动状态转变到第二流体流动状态。

在第一方面的一个实施方式中，第一或第二流体流动状态独立地是零流体流动、最大流体流动或中间流体流动。

在第一方面的一个实施方式中，第一腔室和第二腔室构造成在压力下容纳流体。

在第一方面的一个实施方式中，第一腔室和第二腔室均被构造为通过太阳辐射入射到腔室壁上或太阳辐射入射到腔室内的辐射吸收器上来加热其内部的流体。

在第一方面的一个实施方式中，该装置包括在第一腔室和第二腔室中的每一个的内部的太阳辐射吸收器，并且其中第一腔室和第二腔室中的每一个包括壁或壁部分，允许入射的太阳辐射通过腔室内部并且入射到太阳辐射吸收器上。

在第一方面的一个实施方式中，太阳辐射吸收器具有回旋表面，以增加可用于接收入射太阳辐射的表面积。

在第一方面的一个实施方式中，第一腔室和第二腔室(i)彼此热隔离，以及(ii)与环境热隔离。

在第一方面的一个实施方式中，该装置包括在第一腔室和第二腔室内的流体。

在第一方面的一个实施方式中，流体是气体(例如空气)或液体(例如水或其他可流动的传热介质)。

在第一方面的一个实施方式中，该装置进行配置，使得在暴露于太阳辐射之后，第一腔室和第二腔室中的流体被加热并加压到超大气压，并且当第二腔室内的被加热的流体的一部分被允许经由第二腔室的流体出口离开第二腔室，保留在第二腔室中的流体以比第一腔室中的流体更快的速率被太阳辐射加热。

在第一方面的一个实施方式中，该装置包括一个或多个中间腔室，该中间腔室设置在第一腔室和第二腔室之间以形成一系列腔室，限定了从该系列的第一腔室到该系列的最后一个腔室的流体路径，中间腔室中的每一个通过流体连接与该系列的相邻腔室流体连接，该流体连接被配置为允许流体循序地从第一腔室到系列中间腔室以及从系列中间腔室到第二腔室的基本上单向的运动。

在第一方面的一个实施方式中，一个或多个中间腔室中的任何一个或全部具有如在第一方面的装置的任何实施方式中为第一腔室或第二腔室限定的特征。

在第一方面的一个实施方式中，第一腔室和第二腔室以及任何中间腔室(如果存在)的形状和/或尺寸设计成彼此基本相同。

在第二方面，本发明提供一种用于加热流体的系统，该系统包括与第一方面的任何实施方式的装置的第一腔室的流体入口流体连接的流体源。

在第二方面的一个实施方式中，加热的流体从第二腔室的出口抽出并直接使用，或间接使用，在这种情况下，系统还包括热交换器，并且系统配置成使得从第二腔室出口抽出的加热的流体被传送到热交换器并用于加热与其接触的第二流体。

在第三方面，本发明提供了一种用于做功的系统，该系统包括作为权利要求1至17中任一项的装置的第一子系统和作为功输出组件的第二子系统，所述第二子系统进行配置以直接或间接地利用已经离开第二腔室出口的流体中存在的热能或动能。

在第四方面，本发明提供一种使用太阳能加热流体的方法，该方法包括以下步骤：(i)供应输入流体，(ii)将输入流体分成第一流体主体和第二流体主体，使得第一流体主体和第二流体主体可以达到和保持彼此不同且也与环境不同的温度，第一流体主体和第二流体主体的划分使得流体从第一流体主体到第二流体主体的移动是可能的，但是从第二流体主体到第一流体主体的移动是不可能的，(iii)使用太阳辐射加热第一流体主体和第二流体主体一段时间，使得第一流体主体和第二流体主体中的每一个都达到升高的温度，(iv)从第二流体主体移除流体，同时防止流体从第一流体主体到第二流体主体的任何运动，以及(v)使用太阳辐射进一步加热第一流体主体和第二流体主体一段时间，使得第二流体主体达到比第一流体主体更高的温度。

在第四方面的一个实施方式中，该方法包括以下步骤：在第二流体主体达到比第一流体主体更高的温度之后，从第二流体中移出一定体积的流体，或在第二流体主体达到比第一流体主体更高的温度之后，允许一定体积的流体从第二流体中移出。

在第四方面的一个实施方式中，该方法包括以下步骤：将一定体积的流体从第一流体主体移动到第二流体主体，或允许一定体积的流体从第一流体主体移动到第二流体主体；以及将一定体积的输入流体移入第一流体主体中；或允许一定体积的输入流体移动到第一流体主体中。

在第四方面的一个实施方式中，移动的流体的体积使得第一流体主体和第二流体主体中的每一个的流体体积基本不变。

在第四方面的一个实施方式中，通过将第一流体主体和第二流体主体分别设置在第一方面的任何实施方式的装置的第一腔室和第二腔室中来实现划分步骤。

附图说明

图1高度示意性地示出了本发明的非限制性装置的横截面侧视图。该装置包括两个腔室。

图2示出了用于图1的实施方式的操作以从入射的太阳辐射产生加热的流体的一组非限制性方法步骤。

图3高度示意性地示出了本发明的替代的非限制性装置的横截面侧视图。本发明的这种形式可以用作传统槽形抛物面收集器中的吸收器管。该装置包括两个腔室。

图4高度示意性地示出了具有四个隔室的本发明的非限制性装置的透视图。每个隔室在功能上等同于图1所示实施方式的腔室。在相关描述中，前景中的隔室(如图所示)被称为“近端”或“前部”，而背景中的隔室(如图所示)被称为“远端”或“后部”。

图5高度示意性地示出了图4中绘制的非限制性装置的平面图。

图5(a)高度示意性地示出了与连接到第一(近端)腔室输入侧的泵相结合的、包括如图4中所绘的非限制性装置的系统的平面图。

图6高度示意性地示出了图4中所绘装置的一个隔室的横截面侧视图，示出了使用两块玻璃板以及在内部隔室壁和底板中的盘旋。

图7高度示意性地示出了具有相对的玻璃板和相对的盘旋壁和底板的隔室的横截面侧视图。该实施方式能够接收来自装置的两侧的太阳辐射。

具体实施方式

在考虑了该描述之后，本领域技术人员将清楚如何在各种替代实施方式和替代应用中实施本发明。然而，尽管本文将描述本发明的各种实施方式，但应理解，这些实施方式仅作为示例呈现，而非限制。因此，各种替代实施方式的这种描述不应被解释为限制本发明的范围或广度。此外，优点或其他方面的陈述适用于特定的示例性实施方式，不一定适用于权利要求涵盖的所有实施方式。

在本说明书的整个描述和权利要求中，单词“包括”和该单词的变体并不旨在排除其他添加物、组分、整数或步骤。

在整个说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的引用意味着结合实施方式描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，在本说明书各处出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定都指代相同的实施方式，只是有可能。

本发明至少部分基于发明人的发现，即可以通过在收集器内使用多个加热腔室来提高由太阳能收集器加热的流体的温度。无需增加输入到收集器中的太阳辐射量即可实现温度升高。明确地说，本发明人并不声称本文描述的太阳能收集器在其利用太阳辐射方面必然更有效(尽管在一些实施方式中可能是这种情况)。相反，建议的是，可以使用给定量的太阳辐射将流体加热到比不具有本文公开类型的单独加热腔室的类似收集器另外可能的温度更高的温度。

本发明首先将参考简单的二腔室装置进行描述，以便于理解。这两个腔室代表了大量腔室的一个子集，可能需要大量腔室以显著提高流体的温度。每个腔室以某种方式配置，以将来自入射在其上的太阳辐射的热能传递到存在于其中的流体。为了说明的目的，每个腔室都是有壁的腔室，壁的一部分是光学透明的。可以通过使用玻璃板来实现光学透明度。

腔室的非透明壁涂有适合吸收太阳辐射的深色材料。

第一腔室具有允许待加热的流体进入腔室的入口，以及允许加热的流体离开腔室的出口。第二腔室具有允许来自第一腔室的加热的流体进入第二腔室的入口，以及允许加热的流体离开腔室以供最终使用的出口。

在该上下文中，术语“第一腔室”用于表示输入流体首先接触的腔室，并且术语“第二腔室”用于表示输入流体第二次接触的腔室。

每个腔室(或作为整体的装置)进行配置，以允许其中存在的流体接触深色腔室壁并且由于该接触被壁加热。可以理解的是，壁本身将被穿过腔室的透明部分并入射在壁的深色表面上的太阳辐射加热，其中热能可传递至接触流体。

每个腔室(或作为整体的装置)进行配置，以抑制壁中和腔室的流体中获得的热量流失到环境中。对于许多现有技术的太阳能收集器，使用绝热材料来防止任何捕获的太阳能泄漏到环境中。

腔室(或作为整体的装置)进一步配置为抑制第一腔室与第二腔室之间的热传递。这可以通过在腔室之间布置绝缘材料或通过腔室的物理分离来实现(在后一种情况下，管道可以将流体从第一腔室运送到第二腔室)。从这里的进一步讨论可以清楚地看出，本发明的作用是使整个装置的热量分层(第二腔室容纳的流体比第一腔室中容纳的流体更热)，需要抑制腔室之间的热传递以保持分层。

腔室(或作为整体的装置)进行配置，使得流体能够从第一腔室运动到第二腔室，但不能从第二腔室运动到第一腔室。这通常通过在两个腔室之间的流体路径中使用单向阀(例如止回阀)来实现。可以设想实现流体单向运动的其他方式。例如，可以使用双向阀，但仅当第一腔室中的流体压力大于第二腔室中的流体压力时，该阀才会打开(手动、由于压差自动或在处理器控制下)，使得流体仅从第一腔室移动到第二腔室。

如上所述，腔室中的流体可能处于不同的压力。因此，第一腔室和第二腔室(或作为整体的装置)可以被配置为允许流体被容纳在升高的压力下。所述压力可以高于另一个腔室中的压力或腔室环境中的压力或装置环境中的压力或大气压。相关腔室中的压力可比参考中的压力高至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或100％。或者，相关腔室中的压力可比参考中的压力小至少约100％、99％、98％、97％、96％、95％、94％、93％、92％、91％、90％、89％、88％、87％、86％、85％、84％、83％、82％、81％、80％、79％、78％、77％、76％、75％、74％、73％、72％、71％、70％、69％、68％、67％、66％、65％、64％、63％、62％、61％、60％、59％、58％、57％、56％、55％、54％、53％、52％、51％、50％、49％、48％、47％、46％、45％、44％、43％、42％、41％、40％、39％、38％、37％、36％、35％、34％、33％、32％、31％、30％、29％、28％、27％、26％、25％、24％、23％、22％、21％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％。

在压力下容纳流体的能力要求将腔室构造成在预定压力下基本不变形。此外，腔室应该构造成在预定压力下基本上是流体密封的。

为了使第一腔室将流体保持在压力下，可能需要输入侧的单向阀。以此方式，处于升高压力的流体不能通过与进入时相同的路径离开腔室。在某些实施方式中，来自流体源的流体在腔室输入上的压力本身很高，因此能够防止流体回流出第一腔室，因此可能不需要止回阀。作为进一步的替代，第一腔室输入侧的阀是双向的，但仅在第一腔室中建立相对负压时打开。

从本文的进一步公开可以清楚的是，待加热的流体从第一腔室流向第二腔室，但不以相反的方向流动。这种运动发生在两个腔室中的流体被加热到相同温度之后，然后允许来自第二腔室的一定体积的流体离开，而来自第一腔室的流体进入第二腔室以替换排出的体积。因此，止回阀可放置在腔室的输出侧以仅允许流体从第二腔室离开。离开的流体代表输出产品(加热的流体)，并且不希望这种流体重新进入第二腔室。在一些实施方式中，第二腔室中的压力总是或有时高于流体离开进入的环境，因此输出侧的阀可以允许双向流动，但由于第二腔室中的压力相对较高，流体仅以单一方向离开。当第二腔室中的压力下降到可能发生回流的水平时，可以(手动地、自动地或由处理器)关闭所述阀。当然，当第二腔室中的流体压力上升到预定水平时，第二腔室的出口侧上的阀可以被初始地(手动地、自动地或由处理器)打开，以允许一定体积的流体离开。

现在参考图1，其示出了大致与上面的描述一致的本申请的简单的两腔室实施方式。图1的装置(10)包括第一腔室(15)和第二腔室(20)，腔室(15)(20)中的每一个由厚壁(25)形成，厚壁(25)具有绝热特性并且还抗变形，以允许将流体在压力下容纳在腔室(15)(20)中。腔室(15)(20)中的每一个具有内表面(30)，所述内表面是深色的，因此能够吸收太阳辐射并将如此产生的热能传递给与内表面(30)接触的流体。

腔室(15)(20)中的每一个具有透明部分，在该示例中为玻璃板(35)。玻璃板(35)允许太阳辐射进入每个腔室(15)(20)，并且还入射到其内表面(30)上。考虑到对流体紧密性和压力紧密性的一般要求，玻璃板(35)密封地固定到腔室(15)(30)的相邻壁(25)。玻璃板(35)可以机械地固定(例如通过槽或支架，未示出)并且在壁(30)和玻璃板(35)之间的任何界面上施加合适的可固化液体密封剂(未示出)。

通过装置(10)的流体路径由虚线箭头指示。因此，每个腔室具有左侧的一个输入侧(如图所示)和右侧的一个输出侧(如图所示)。

第一腔室(15)在输入侧具有管道(40)，该管道将待加热的输入流体输送到腔室(15)中。在该实施方式中，输入流体由泵(未示出)在低压下提供。阀V1(45)用于调节通过管道(40)的输入流体的流动。在该实施方式中，阀V1(45)是简单的止回阀，当第一腔室(15)中的流体压力下降到管道(40)上游压力以下时，该止回阀自动地打开。

第一腔室在输出侧具有另一管道(50)，管道(50)也用作第二腔室(20)的输入管道。换言之，管道(50)可以被认为是起到将第一腔室(15)流体地连接到第二腔室(20)的作用的连接管道。

管道(50)具有控制第一腔室(15)和第二腔室(20)之间的流体流动的阀V2(55)。该阀的功能是限制流体仅从第一腔室(15)流向第二腔室(20)并防止回流。在该实施方式中，阀V2(55)由计算机处理器(未示出)控制。出于下文进一步解释的原因，阀V2(55)打开和关闭的判断正确的时机对于装置(10)的有效操作是重要的。

第二腔室(20)在结构、尺寸和功能上与第一腔室(15)基本相同。这样，腔室(15)(20)同样能够吸收太阳辐射并将热能传递给包含在其中的流体。

第二腔室(20)在输出侧具有管道(60)，加热的流体(作为装置(10)的最终产品)通过该管道离开。流体从第二腔室(20)到输出管道(60)的运动由阀V3(65)控制。在该实施方式中，阀V3(65)由控制阀V2(55)的同一处理器控制，允许阀V2(55)和V3(65)的协调打开和关闭以实现装置(10)的正确操作。

在图2的帮助下，现在提供图1的实施方式的操作。在图2所示的所有工艺步骤中，第一腔室和第二腔室中的每一个都保持充满流体，经由腔室的输出侧移除的流体被经由输入侧流入腔室的流体所替代。

参考图2的第一步，示出了两个腔室之前填充有流体。通过将流体经由V1推入腔室1，然后经由V2进一步推入腔室2来填充腔室。为了在填充过程中允许空气逸出，V3保持打开。当两个腔室都充满时，V1、V2和V3关闭。这是步骤1所示装置的状态，所有阀都关闭，两个腔室都充满。

在图2的步骤2，两个腔室都朝向太阳，使得太阳辐射(由斜的虚线箭头表示)穿过玻璃板并入射到两个腔室的内部深色表面上。考虑到腔室基本相同，两个腔室中的流体以相同的速率加热。所有阀保持关闭。

在图2的步骤3，V3暂时打开以允许加热的流体从腔室2离开。因为腔室2在加热过程中基本上是密封的，流体的压力增加，因此，当V3打开时，流体自然地经由V3向外移动。在该步骤离开腔室2的流体与腔室1中的温度相同，并且被释放不是因为它特别热，而是为了减少第二腔室中的流体质量，从而开始产生比腔室1更热的流体。

在图2的步骤4，所有阀都关闭，两个腔室继续暴露在太阳辐射下，从而加热两个腔室中的流体。在此步骤中，整个装置出现质量分层，因为腔室2中的流体分子数量现在低于腔室1中的分子数量。质量差异的原因是当V3暂时打开时一些流体分子从腔室2中离开，但腔室1保持密封(V1和V2保持关闭)并且腔室1中的流体分子数量保持不变。

不希望以任何方式受理论约束，建议在步骤4所示的状态下，腔室2中的流体的温度升高(由于入射的太阳辐射)的速度比腔室1中的流体更快。提出的原因是两个腔室接收到相同数量的入射太阳辐射，但是对于腔室2，该辐射量用于加热相对少量的流体分子，而腔室1的相同辐射量用于加热相对大量的流体分子。回想一下，腔室之间的质量(即流体颗粒的数量)差异是由于从腔室2中而不是从腔室1中移除流体所致。

在设定的时间段之后，产生跨越装置的温度分层，如图2的步骤5所示。由于腔室2中的流体相对快速地加热，腔室2中的流体相对较热。因为腔室1中的流体一直在相对缓慢地加热，所以腔室1中的流体相对较冷。

当这种温度分层在适当的位置时，V3被打开，使得相对较热的流体(该流体比在步骤3中离开腔室2的流体热，并且在任何步骤中都比腔室1中的流体热)作为装置的最终产品离开第二腔室。V3的打开如图2的步骤6所示。在此步骤中，V1也打开以允许(i)流体从腔室1运动到腔室2，以及(ii)流体从流体源运动到腔室1。一旦腔室2被排空，V2打开(未示出)以允许进入的流体从腔室1运动到腔室2。流体经由V1和V2的这些运动导致腔室1和腔室2中的流体主体冷却。应当理解，对于任何给定的阀开启，每个腔室中的所有流体中只有一部分被移动。

图2中详述的过程循环继续，步骤6之后的步骤为步骤2。

应该注意的是，对于每个循环，在步骤3，一定体积的热(但不是特别热)流体离开装置，而在步骤6，第二体积的特别热的流体离开。这两个体积可以混合以提供中温流体。或者，这两个体积可以保持分开，以保持在步骤6离开的体积的特别高的温度。在一些实施方式中，在步骤3离开的流体可以返回到流体源以预热输入流体。

图3示出了图1的太阳能收集装置的变体。在图3，装置(10a)是由一系列金属管(100a)(100b)(100c)(100d)形成的简单管状太阳能收集器，每个管具有导热壁(105)和深色的外表面(105)。外表面(105)在功能上等同于图1的实施方式中的表面(30)。太阳辐射入射在表面(105)上，从而加热金属管(100b)(100c)的壁，从而加热第一腔室(15)和第二腔室(20)内的流体。为了使第一腔室(15)与第二腔室(20)热绝缘，由绝热材料制成的环形环(110b)设置在它们之间。绝热环形环(110a)和(110c)还设置在第一腔室(20)的输入侧和输入管道(40)之间，以及设置在第二腔室(20)的输出侧和输出管道(60)之间，以有助于防止腔室(15)(20)中流体的热损失。

图3的变体可以在抛物面反射器的背景下用作吸收器管，由此吸收器管沿着反射器的焦线布置。相比之下，图3的实施方式将更适合安装在屋顶或其他平面上。

现在参考图4，其向前公开了本发明的进一步的、更具体的但非限制性的实施方式。关于以下实施方式和操作方法公开的任何特征可以独立地应用于以上关于图1至图3公开的更通用的实施方式和方法。此外，关于以下实施方式和操作方法公开的两个或多个特征的任何组合可以独立地应用于以上关于图1至图3公开的实施方式和方法。

图4的装置由两个或多个隔室组成，并且理论上可以使用许多隔室，例如一百个。隔室可以是任何形状和任何尺寸，例如，组合隔室可以形成线性结构，该结构可以在两个维度上是矩形，并具有更浅的第三维，或者组合的隔室可以是圆形并呈蛋糕状，并且在该示例中，各个隔室可以比作蛋糕的一片。

为了便于描述，详细描述了具有四个隔室的矩形结构。隔室相互连接并且在本描述中尺寸相等。每个隔室是一个太阳能收集器，一系列太阳能收集器构成了该装置。

每个太阳能收集器都由一个吸收器组成，并被对太阳辐射半透明的材料板覆盖。吸收器由暗哑黑色材料制成或涂有暗哑黑色材料，并且吸收器能够吸收大部分入射到吸收器(例如黑铁、具有涂成黑色的氧化表面的铜)的太阳辐射。半透明材料板可以例如是合适类型的玻璃，或者它可以是蓝宝石玻璃，或者它可以是半透明云母。

在随后的描述中，该装置被方便地描述为一个矩形箱体，其长度是其宽度的四倍，其内部深度是其宽度的三分之一。箱体有三个分隔件，因此创建了四个相等的隔室。在图4，这些隔室标记为C1、C2、C3和C4。每个隔室的底板都被吸收器占据，该吸收器至少大部分沿着其隔室的每个壁延伸(见图6)。围绕每个吸收器的是一个厚度很好的绝热体，它包括箱体的底板、侧面和分隔件(见图4)，但箱体每个隔室的顶部由两块几乎方形的玻璃板和它们的框架组成，玻璃板在其边缘固定在框架上，这种固定形成了玻璃板与框架的牢固连接和高质量密封。仅在特定设计中，如本说明书中所示，连接到分隔件的框架的部分能够保持相邻隔室的玻璃板(见图6)。框架还能够牢固地连接到矩形箱体的侧面和分隔件的上表面，使框架及其玻璃板与其他隔室的框架和玻璃板组合在一起，形成上臂，从而使矩形箱体完整。希望框架具有良好的绝热性能。

图4是具有三个分隔件和四个隔室的矩形箱体的图。隔室标记为C1、C2、C3和C4。为了便于装置的描述，箱体被描述和定义为具有(如图所示)前部、后部、两侧、顶部或顶板以及底板或底部。因此，通过定义，这些词“前部、后部、侧面、顶部或顶板和底板或底部”在本发明的描述中具有特殊含义。在图4，顶部或顶板未示出且缺少。因此，在图4没有绘制顶板。

附图标记是指：-

(1)没有顶部或顶板的箱体

(2a)箱体的一侧

(2b)箱体的前部

(2c)箱体的背部

(2d)箱体的另一侧

(3)箱体的分隔件

(4)箱体中的入口

每个隔室都有其自己的入口。

箱体由高绝热抗性材料制成，该材料不可燃且具有高熔点。

图5示出了通过如图6所示的水平B--B处的截面俯视该装置的视图。它示出了具有标记为C1、C2、C3和C4的四个隔室的箱体。

附图标记是指：-

(2a)耐热箱体的一侧

(3)分隔件

(5)吸收器

(6)压力阀

(7)管

(8)出口管的装置端

(9)出口管周围高绝热套管

(22)排气阀

(23)闸式阀

(24)进气过滤器

图5a与图5相同，除了矩形箱体外部和装置的矩形箱体(如定义)前部的前面的装置部分之外。标记与图5中相同，但示出了附加特征。进气过滤器(24)示出在不同的位置，并连接到通向管(7)的进气阀(20)。

附加特征的标记编号是指：-

(20)闸式阀，其打开时允许从大气中吸入空气

(21)闸式阀

(24)入口过滤器，也在图2中示出

(79)闸式阀

(80)泵

(81)泵的进气口

(82)进气过滤器

在图5(a)中，管(7)连接到泵(80)。阀(20)放置在管(7)和空气过滤器(24)之间。在正常操作中，阀(20)完全打开并允许从大气到装置的自由进气。空气过滤器(24)不是位于管(7)的末端，而是位于管(7)的一侧，并通过阀(20)与其隔开。

图6示出了穿过图5和图5(a)中标记为A--A的截面的装置的侧视图。

附图标记是指：-

(3)分隔件

(5)吸收器，示出其至少大部分沿腔室C2的分隔件的壁延伸的表面，以及由高突起组成并且仅在图6提供的在二维视图中可描述为锯齿的表面。

(10)第二玻璃板或第二片玻璃

(11)第一玻璃板或第一片玻璃

(12)真空

(14)玻璃板的框架

(15)接合处

(40)耐热箱体底板的一部分

图7示出了穿过图5中标记为A--A的截面的装置的侧视图。这在后面的装置正文中作为变体进行了描述。它与图6相同，除了吸收器能够从矩形箱体的两侧(包括顶部和底部(如定义))吸收。为了实现这一点，装置的底部(如定义)有两片玻璃，以与顶部(如定义)相同的方式通过真空隔开。一个空间将吸收器与底部玻璃板隔开，并且由耐热材料制成的箱体的底板的一部分是不存在的。下半部分实际上是其上半部分从吸收器底部水平的镜像，除了吸收器表面的突起与其上表面不重合，而是从吸收器的上表面的突起之间上升。这是为了为吸收器提供平衡的厚度，从而促进吸收器吸收太阳能和再辐射热能的能力。其标记与图6相同(吸收器的底部是吸收器与矩形箱体的耐热壳体底部接触的吸收器的下表面)。

关于任何实施方式，该装置可以是太阳能收集器。收集器可以使用气体(例如空气或氮气或氩气或二氧化碳)作为介质。该装置可适于使用液体，例如但不限于水。如果装置要使用水，最终产品可能是蒸汽，并且装置需要进行改进。例如，它的出口管需要靠近或位于装置的顶部(如定义)，以允许蒸汽逸出以执行有用的功。如果最终产品不是蒸汽，随着进一步加热(例如随着添加更多腔室时可能发生)，可能会产生超级蒸汽。这假定装置的坚固性能够承受所涉及的压力。

该装置可以是小的，例如适合于家庭使用，或者它可以是大的，例如足球场的大小并且以工业规模使用。该装置可以采用多种形状，例如圆形或方形或不规则形状。

在下面的描述中讨论了一个简单示例的操作方法，装置是一个矩形箱体，由隔热材料制成，具有双层玻璃顶部，发明人选择的介质是空气。本说明书中的每个隔室在下文中不同地称为腔室或隔室，这些术语至少就每个的功能而言是可互换的。

在本发明的主体中，该装置主要以被动方式操作，但对此有一些变化，将在下文详细描述。每个腔室都有其自己的阀。每个阀只允许空气从装置前部流向装置后部，不允许空气以相反方向流动，即空气进入装置后只能从腔室1流向腔室2再流向腔室3到腔室4，并仅通过其出口管离开装置。在接下来的运行描述中，这些腔室分别被称为C1、C2、C3和C4。每个腔室的阀分别被称为V1、V2、V3和V4。

运行描述

关于该实施方式，“近端”一词意味着更靠近流体源(更靠近装置的前部，如图所示)，而“远端”一词意味着更远离流体源(更靠近装置的后部，如图所示)。

阀V1、V2、V3和V4是压力敏感阀。阀响应于压力而打开和关闭。阀的类型是，当一个腔室的压力等于其更近端的相邻腔室中的压力时，阀会松开，当压力进一步低于其更近端的相邻腔室时，阀会打开，随着压力的进一步下降，阀会大范围打开。当腔室中的压力上升并等于其更近端的相邻腔室中的压力时，阀关闭。随着压力的进一步升高，阀保持关闭。这适用于阀V2、V3和V4。在阀V1的情况下，当腔室C1中的压力变得等于大气压时，阀会松开，随着压力的进一步下降，阀V1会打开，随着压力的进一步下降，阀V1会大范围打开。

下面的讨论提供了对从近端到远端移动通过装置的腔室中加热空气的温度逐渐升高的解释。

在本说明书和本文档中，术语“运行中”和“使用中”是指装置的隔室或腔室接受均匀且充足的太阳日晒，以产生可产生有用功的一定质量的加热空气供应，并且该装置作为一个整体在其正常工作能力下运行。

如果从最远端隔室C4开始并在近端工作，则更容易理解为什么从装置前部到装置末端的每个腔室中的温度升高。

闸式阀(23)由计算机控制。在运行中(如定义)，腔室C4是腔室中最热的。当达到释放腔室C4中某些内容物的标准时，计算机打开阀(23)，一部分内容物，即热空气，通过阀从腔室C4释放以产生有用的功。计算机在装置的每个腔室中都有传感器，可以感知温度和压力，也具有可以感知大气的温度和压力的传感器。计算机计算出要释放的热空气的合适的量。空气的这种释放导致腔室C4中的压力下降。当腔室C4中的压力下降低于腔室C3中的压力时，阀V4打开并允许空气从腔室C3流入腔室C4，直到两个腔室中的压力相等。此时阀V4关闭(但请参阅下面的内部阀的打开和关闭时机)。来自腔室C3的空气流动导致腔室C3中的压力下降。当腔室C3中的压力低于腔室C2中的压力时，阀V3打开并允许空气从腔室C2流入腔室C3，直到两个腔室中的压力相等。

此时阀V3关闭(但请参阅下面的内部阀的打开和关闭时机)。来自腔室C2的空气流动导致腔室C2中的压力下降。当腔室C2中的压力低于腔室C1中的压力时，阀V2打开并允许空气从腔室C1流入腔室C2，直到两个腔室中的压力相等。

此时阀V2关闭(但请参阅下面的内部阀的打开和关闭时机)。来自腔室C1的空气流动导致腔室C1中的压力下降。当腔室C1中的压力下降到大气压力时，阀V1松开，随着腔室C1中的压力趋于低于大气压力，阀V1打开，空气从大气自由流动通过空气过滤器(24)和管(7)进入腔室C1。

了解装置内部的内部阀打开和关闭的顺序和时机是很重要的。阀V4如上所述打开，并在C3和C4中的压力相等时关闭，但是在阀V4关闭之前阀V3已经打开，并且从C2进入C3的空气流动减轻了C3中的压力下降。阀V3的打开发生在阀V4的开启和关闭期间的后期，因此从C3进入C4的热空气的贡献主要是阀V4打开之前存在于C3中的那部分空气(而不是由于阀V3打开而开始的空气混合物)。

阀V3如上所述打开并在C2和C3中的压力相等时关闭，但是阀V2在阀V3关闭之前已经打开，并且从C1进入C2的空气流动减轻了C2中的压力下降。阀V2的这种打开发生在阀V3的开启和关闭期间的后期，因此从C2进入C3的热空气的贡献主要是阀V3打开之前存在于C2中的那部分空气(而不是由于阀V2的打开而开始的空气混合物)。

阀V2如上所述打开并在C1和C2中的压力相等时关闭，但是在阀V2关闭之前阀V1已经打开，并且空气从大气流入C1减轻了C1中的压力下降。阀V1的打开发生在阀V2的开启和关闭期间的后期，因此从C1进入C2的热空气的贡献主要是阀V2打开之前存在于C1中的那部分空气(而不是由于打开阀V1而开始的空气混合物)。

在运行(如定义)中，装置的单个循环在本文中被定义为事件序列，包括：由于计算机控制打开阀(23)，导致腔室C4中的压力开始损失，以及由于腔室C1中的压力等于大气压力，阀V1在打开后关闭。在装置的单个循环完成后，跟随一段时间，其中装置的所有内部阀和闸式阀、阀23关闭[在运行中阀22保持关闭]，并且装置的所有腔室继续接收由于穿过装置的玻璃板并照射到装置的每个腔室的吸收器上的太阳辐射被转化为热辐射而产生的持续和不间断的装置的腔室的加热，热辐射被传递到装置的腔室内的空气中并加热该腔室中的空气，在任何给定的大气条件下，由该装置的每个腔室连续获得的热能的量以相等的量获得。由装置的每个腔室连续(虽然也会有变化)获取的在装置的每个腔室中等量的热能已经在本文的其他地方讨论过，并且被认为是非常合理的假设，每个腔室的尺寸相同。在该阶段结束时，装置的下一个循环开始于腔室C4中的压力下降。

因此，在装置(如定义)运行(如定义)的单个循环结束时，腔室C4受益于热空气的贡献，该热空气主要是腔室C3的原始内容物，但可能包含来自腔室C3和腔室C2的一部分混合空气。腔室C3受益于热空气的贡献，该热空气主要是腔室C2的原始内容物，但可能包含来自腔室C2和腔室C1的一部分混合空气。腔室C2受益于热空气的贡献，该热空气主要是腔室C1的原始内容物，但可能包含来自腔室C1和大气的一部分混合空气。

在该单个循环结束时，从近端腔室到其最近的下一个远端腔室的热空气的贡献以热能的形式将优势赋予接收腔室，并导致通过装置从近端到远端移动的每个腔室中的温度逐渐升高。

在该阶段且在该装置(如定义)的下一个循环开始之前，由于太阳辐射在所有腔室中均匀接收并转化为热辐射，所有腔室中的空气继续接受热量并被加热。但是温度较高的腔室的温度上升速度略高于较冷的腔室。因此，温度较高的腔室的压力上升速度略高于较冷的腔室。这种压力升高确保了腔室和腔室之间阀的安全关闭。

在运行中，装置继续循环，每个近端腔室以加热空气的形式向其下一个紧邻的远端腔室提供热量，并且由于这种贡献，每个下一个紧邻的远端腔室比其下一个紧邻近端腔室热。

重要的是要认识到，计算机不应引导阀(23)从腔室C4吸收过多比例的热空气，否则可能会出现使得所有内部阀(即装置的V1、V2、V3和V4)同时打开的结果。这可能会在单个循环(如定义)的最后发生，尽管只是非常短暂(只是短暂的，由于装置的持续加热)。这是不可取的，因为它会产生一个短暂的“流通情况”，应该避免。计算机优选地被编程以避免这种情况，或者至少确保最小的流通结果。

在一种变型中，装置的内部阀可以是闸式阀，并且装置内部和外部的所有阀都由计算机控制。这将进一步简要讨论。计算机由于其计算能够优化从近端腔室到其下一个紧邻远端腔室的最大热空气的传递，从而通过稍微改变装置内部阀的打开和关闭(仅作为示例)，几乎所有来自近端腔室的热空气贡献都传递到其下一个紧邻远端腔室。这可能对装置的效率有一些好处。

由于腔室C4加热，通过将太阳辐射转化为热辐射，在运行中，C4中的温度和压力上升到满足阀(23)打开标准的点。该阀由计算机指导打开。阀(22)保持关闭。因此，热空气从C4流过管(8)，C4中的压力下降。由于C4中的压力下降，阀V4松动，随着压力进一步下降打开，进一步下降时大范围打开。空气从C3流入C4。C3中的空气比C4中的空气冷。随着C4中压力的下降，达到了满足阀(23)关闭标准的另一个点。该阀由计算机指导关闭。空气继续从C3流入C4，直到C3和C4中的压力变得相等。此时阀V4关闭。随着进一步加热(通过太阳辐射间接加热腔室C3和C4)，C4中的压力上升的速度比C3的上升速度更快，并且C4中的上升的压力完成了阀V4的关闭。C4中的混合空气(来自C4中的剩余空气和C3的贡献)最初在阀V4关闭时处于比C3中空气更高的总体温度，并且随着进一步加热腔室C3和C4，这种温差更加突出。由于太阳辐射间接的进一步加热，C4中的温度和压力再次上升到满足打开阀(23)标准的点，因此重复循环。

可以假设在任何给定的日照条件下，四个腔室中的每一个上都有等量的太阳辐射入射，假设在该装置的描述中，每个腔室具有相同的尺寸。还可以合理地假设，由于这种太阳照射，每个腔室产生等量的热能。当装置安装在跟踪器上时尤其如此，这将在下文进一步描述。当装置较大时(例如足球场大小)，也是尤其如此。

盖-吕萨克定律指出，气体的温度和压力在开氏温标上“或多或少”成正比，如果显示在图表中，则该图表是线性的。[T＝QP，其中Q是常数]。不希望以任何方式受理论限制，建议盖-吕萨克定律为本发明或其至少一些实施方式提供基础。空气是气体的混合物。盖-吕萨克定律适用于空气中存在的所有气体。道尔顿定律指出，气体混合物的总压力是它们分压的总和。[P＝p1+p2+p3/////////////+pn]。

到目前为止，在“运行描述”中很容易理解的是，随着阀(23)的打开，腔室C4中的压力下降，而当它下降到腔室C3中的压力以下时，阀V4已大开，由此，空气从C3流入C4。当两个腔室中的压力相等时，阀V4关闭。可能更难以理解的是，随着腔室的进一步加热(间接来自对两个腔室均等施加的太阳辐射)，腔室C4中的温度上升速度比腔室C3中的温度上升速度略快或更准确。在这种情况下，速度可以定义为T2-T1除以Δt，其中T2是t2时刻的温度，T1是之前时刻t1的温度，而Δt是一小段时间，在此期间读取两个温度读数。这假设大小相同的每个腔室接收相同量的太阳辐射。

作为进一步的解释，并且不希望以任何方式受到理论的限制，在阀V4关闭时，腔室C4中的空气(是保留在C4中的空气和已移动到C4的从C3接收到的较冷空气的空气混合物)比C3中的空气更热，但两个腔室中的压力相等。两个腔室中的这种压力相等仅存在于(打开和)关闭阀V4时。随着腔室的进一步加热(间接来自同等施加的太阳辐射)，两个腔室都会获得更多的热量。C4中的温度上升速率大于C3中的原因是，尽管腔室具有相同的体积并接收相同量的太阳辐射，但C4中的空气的质量小于C3中的空气的质量。具体而言，腔室C4中的原子和分子(包括水蒸气和二氧化碳)比C3中的原子和分子少。这意味着C4中的每个原子和分子都必须单独承受比C3中的原子和分子更大的热负荷。这进一步意味着，与C3中的原子和分子相比，C4中的原子和分子的振动更剧烈和混乱。由于C4中的温度上升速度大于C3中的温度上升速度，因此C4中的压力上升速度大于C3中的压力上升速度。这确保阀V4牢固关闭。

随着C3中的压力下降，由于空气从C3流入C4，到达了C3中的压力等于C2中的压力的点。因此，阀V3松开，随着C3中压力的进一步下降，阀V3打开，然后大开。空气从C2流入C3，直到C2和C3中的压力相等。此时阀V3关闭。随着进一步加热(通过太阳辐射间接加热腔室C2和C3)，C3中的压力上升的速度比C2的上升速度更快，并且C3中的该上升的压力完成了阀V3的关闭。C3中的混合空气保持在比C2中更高的整体温度。

随着C2中的压力下降，由于空气从C2流入C3，到达了使C2中的压力等于C1中的压力的点。因此，阀V2松开并随着C2中压力的进一步下降而打开，然后大开。空气从C1流入C2，直到C1和C2中的压力相等。此时阀V2关闭。随着进一步加热(通过太阳辐射间接加热腔室C1和C2)，C2中的压力上升的速度比C1的压力上升速度更快，并且C2中的该上升的压力完成了阀V2的关闭。C2中的混合空气保持在比C1中更高的整体温度。

随着C1中的压力下降，由于空气从C1流入C2，达到了C1中的压力与大气中的压力相等的点。因此，阀V1松开，随着C1中压力的进一步下降，阀V1打开，然后大开。空气通过空气过滤器(24)和管7从大气流入C1，直到C1中的压力达到大气压。此时阀V1关闭。随着腔室C1的进一步加热(间接通过太阳辐射)，C1中的压力上升，C1中的该上升的压力完成了阀V1的关闭。C1中的混合空气(来自C1中剩余的空气和大气的贡献)保持在比大气温度更高的整体温度。

因此，在运行中，有一系列事件，C4中的压力下降导致空气从C3转移到C4，C3中的压力下降导致空气从C2转移到C3，C2中的压力下降导致空气从C1转移到C2，最后C1中的压力下降使得空气从大气转移到C1。由于这一系列事件，包含在加热空气中的热能从C1传递到C2，从C2传递到C3，从C3传递到C4。由于加热的空气从C1到C2、从C2到C3、从C3到C4(由于从C4释放空气)的这种交换或者(更确切地)分流，每个腔室包含的空气处于比其更近端的腔室(更近端的腔室是(并在此定义为)更靠近装置前部的腔室，“前部”的意思已在图4的描述中定义)更高的温度。因此，在运行中，随着充分供应的太阳辐射入射到装置上，C4中的空气非常热并且可包含足够的能量来驱动燃气轮机。

请注意，由于装置的设计，空气不可能以逆行路径行进，即从C4到C3再到C2到C1再到大气。

在运行中，如上一段所述的系列事件以循环方式一遍又一遍地重复。该系列的频率和释放的加热空气的量由控制阀(23)的计算机确定。阀(23)允许从C4释放加热的空气或关闭释放。它是一种与作为压力释放阀的阀V1、V2、V3和V4不同的阀(参见上文第[104]段的“阀描述”)。阀(23)可以被认为是闸门，如果需要，它可以不同程度地打开和不同程度地关闭和关闭。它由计算机控制。计算机依赖于每个腔室中和大气中的传感器提供给它的信息。传感器提供有关每个腔室中的温度和压力的连续信息。传感器未显示在该装置的任何图片或图中。接收该信息的计算机具有计算传感器提供的信息所需的软件，并向马达发出指令，该马达例如可以是操作阀(23)的电动马达。计算机确保装置的最佳运行。请注意，在运行中，阀(22)保持关闭。

计算机

计算机可以控制这里描述的任何装置。“计算机”或“该计算机”已经在上面的“运行描述”中提到和讨论过。现在进一步讨论计算机的作用。计算机控制图4的实施方式中的装置的所有阀，除了分别为压力敏感阀的阀V1、V2、V3和V4。计算机控制的所有其他阀都是闸式阀。在一个变体中，计算机控制装置的所有阀，包括阀V1、V2、V3和V4，在这个变体中，这些阀是闸式阀而不是压力型阀。在该装置的进一步变体中，计算机控制电机，该电机在运行中使泵泵送。在另一个变体中，计算机控制放置在腔室C1中的加热器。计算机通过打开电机来控制阀，所述电机例如为电动机，直接导致阀打开和关闭。阀的开度也通过其电机受计算机控制。计算机控制的每个阀都有自己的独立电机。计算机通过放置在装置每个腔室中的传感器和放置在大气中的传感器接收信息。传感器向计算机报告有关每个腔室中的温度和压力以及大气中的温度和压力的信息。计算机具有复杂的软件，可以始终优化装置的运行。计算机从所有传感器以连续流接收大量信息。

通常，该装置间歇地输送其最终产品，即加热的空气。这只能在一定程度上通过少量但快速地输送装置的供应来克服。计算机能够计算最佳布置。例如，它可能会释放少量热空气(通过部分打开然后关闭阀(23))，但会导致阀(23)快速打开和关闭。或者，在高日照条件下，计算机可能会选择同样快速地释放更大的量。或者，在日照较少的情况下，计算机可能会选择更缓慢地以较慢的速度释放这样的量。然而，计算机可以被编程，从而能够针对装置内的给定发热条件计算最佳或接近最佳的结果。装置内产生的热量可能会不时变化，并且确实可能会非常迅速地变化。例如，在另外的晴朗的日子里，在太阳和装置之间出现的云会导致照射到装置的太阳辐射突然减少，从而导致有用热量的产生暂时减少。

有时C4中的传感器可能满足从其腔室释放加热的空气的标准，但由于大气条件的变化，立即这样做是不合适的，最好延迟C4中的任何空气释放，以在正常运行中加热一个或多个其他腔室，从而“赶上”到其适当的水平。计算机能够通过基于从装置内的所有传感器和大气中的传感器接收到的信息进行计算来做到这一点。例如，随着日照量突然下降，计算机可能会决定延迟从C4释放空气，并且当释放确实发生时，它只是非常少量，直到另一个腔室或其他腔室的状况已经改善。当然，随着C4的持续加热，空气的这种释放不可能是无限的，因为装置可能被置于危险之中。计算机最重要的功能是保护装置。

通过引入高度隔热的隔室，可以至少部分地克服最终产品的间歇性输送。它接收来自装置的加热的空气。在使用中，为例如燃气轮机提供有用的能量，它的加热的空气不断耗尽，因此其压力趋于不断下降，除非补充装置产生的加热的空气。它执行有用的功能，能够提供更均匀的加热空气流，用于有用的目的，如用于驱动燃气轮机(仅作为示例)。从装置接收加热的空气的散热器可能证明具有有用的功能。

启动

当作为本说明书主题的装置未运行(例如，在夜间)时，此时完全没有日照，装置会冷却并且所有腔室都包含等量的冷空气(装置的压敏阀装置(V1、V2、V3和V4)确保它不会是其他情况)。随着早晨的进行，四个腔室C1、C2、C3和C4中的每一个都开始升温。最初每个腔室的加热是均匀的，并且当腔室中获得一定量的加热时，装置需要“启动”。该“启动”由计算机根据从装置内的传感器接收到的信息的控制来确定。

至少有三种方法可以做到这一点。首先也是最直接地，计算机控制排气阀(图5和图5(a)所示的阀(22)，其为闸式阀)打开。该阀打开的程度由计算机确定。这会导致C4中的压力降低。这种压力下降导致如上文“运行描述”中描述的所述系列事件启动。随着腔室的进一步加热，由于太阳辐射转化为热辐射，开始产生足够的有用热量。然后阀22在计算机控制下关闭，阀(23)被部分地打开。阀(23)的打开量由计算机确定，计算机不断从装置内的测量温度和压力的传感器接收信息。因此，计算机确定阀(23)应该被打开的最佳量。如此产生的有用热量可用于例如驱动燃气轮机。

仅简要描述了另外两种方法。其中第一个是将加热器引入腔室C1。例如，这可以是电加热器。加热器加热C1，导致C1中的压力升高，从而导致热空气从C1流入C2，并启动一系列事件。其次参考图5(a)，在计算机控制下，闸式阀(20)关闭，闸式阀(21)很小程度地打开，泵(80)使少量空气进入C1。这会增加C1中的压力，空气从C1流入C2，并启动系列事件。一旦启动，在正常运行中，阀(21)完全关闭，阀(20)完全打开。阀(20)允许空气从大气中自由吸入装置中。在后两种方法中，阀(22)和(23)的作用是由计算机控制的并且与所描述的第一种方法相同。

描述的装置模型的变化

在上述“运行描述”中，该装置有四个腔室。然而，对于可能存在的腔室数量没有理论上的限制。例如，可能有六个腔室或可能有10个腔室或可能有30个腔室或更多。在实践中，腔室的最大数量受限于装置的限制因素。

该装置的限制因素在于其结构的坚固性、耐高温的能力以及防止热损失的能力。这些将在本发明的描述中在别处更详细地讨论。

在一个变型中，作为压力释放阀的阀V2、V3和V4可以设定为例如每平方英寸5磅的压力。这种布置意味着腔室C3、C2和C1的压力释放阀(分别为阀V4、V3和V2)具有延迟打开。在运行中，这允许每个腔室产生更多的热能，然后将其内容物释放到更远端的腔室(C4是一个例外，因为它向外排放其内容物)。这可能具有一些实际优势。在一个变型中，根据该变型，可以将阀V2、V3和V4中的每一个的压力设置的各种组合设置为实际优势。这不包括当C1中的压力达到大气压时松开以及随着C1中压力的进一步下降而打开的阀V1。

在以上描述的变型中，装置的所有阀与阀(23)属于相同类型的阀，是闸阀，每个阀都在直接计算机控制下，以确保装置的最佳运行。由于装置内的阀为闸阀，在计算机控制下机械受控，这些阀可以不同程度地打开并在必要时紧紧关闭。计算机控制的机械控制阀的另一个优点是阀V2、V3和V4的结构和类型如此，因此它们可以调整到所需的特定压力设置，并且这些阀中的每一个都可以通过计算机控制根据需要在运行中单独调节。因此，阀V2、V3和V4的压力设置可以由计算机调整，如上述段落及其任何变型中所述，以最佳适应当时存在的日照的主要条件，计算机依赖于在装置内部和外部的传感器。

在进一步的变型中，可能需要使装置在与主要大气压力不同的进气压力下运行。参考图5(a)。例如，为了增加压力，该装置可以连接到泵(80)，如图5(a)所示。泵由电机(例如电动机)驱动并将压缩空气泵入装置中。电机未在任何图中示出。电机由计算机控制。计算机还控制泵和装置之间的阀(21)、进气阀(20)和排气阀(79)。所有这些阀都是闸阀。通过关闭阀(20)和(79)并打开阀(21)，可以将大气中的空气泵入装置中。空气进入装置的速率通过泵速控制和阀(21)和(79)控制的组合严格控制，所述阀(21)和(79)在运行压力不同于当地大气压时会被不同程度地打开，将进入装置的空气量限制为装置内的所需压力，计算机接收来自装置内传感器的反馈。在图5(a)显示了带有阀(21)的管(7)。有另一个阀(20)连接到管(7)和空气过滤器(24)。另一个阀(79)是排气阀。阀(20)是计算机控制的，并且当装置在不同于当地大气压的压力下运行时保持关闭。管(7)连接到泵。阀(21)和(79)也是计算机控制的。阀(21)控制进入装置的空气体积。阀(79)允许排气并有助于控制进入装置的空气的体积，并有助于避免装置内压力过大并保护装置。管(81)是泵的进气管，覆盖有空气过滤器(82)。这种装置可能具有优势。例如，燃气轮机可以在更高的压力下更有效地运行。通过在装置内提供更高压力的空气，能量被添加到供应这种涡轮机的装置的加热空气输出。

散热器

可以通过具有用于接收来自装置的输出的散热器来提供优势。因此克服或减少了装置输出的间歇性。稳定的加热空气源然后能够供应例如燃气轮机。

腔室

在如此提供的装置的描述中，有四个大小相等的腔室(如图4、5、5(a)和6所示)。每个腔室都有一个顶部或顶板(如定义)，它由两片玻璃板(10)(11)组成，玻璃板之间有真空(12)，顶部或顶板被保持在框架(14)中(见图6)。框架(14)能够连接到矩形箱体(1)及其分隔件(3)(见图6)。该玻璃属于最适合允许光和高能红外太阳辐射透射并且还能够对低能和低介质能红外辐射不透明的类型。玻璃也是一种坚固且可以承受高温的类型。每个腔室还具有吸收器(5)，该吸收器(5)占据其腔室的底部(如定义)并且至少大部分沿腔室的壁延伸(见图6)。吸收器优选地具有无光泽的黑色表面，并且能够吸收入射到其上的大部分太阳辐射。吸收器优选地由显著地增加其表面积的高突起组成。吸收器周围是一种具有高绝热性能的材料，该材料也能够承受高温。这种材料形成矩形箱体的外壳(1)及其分隔件(3)(见图4)。每个腔室有两个端口(4)。每个腔室中都有一个压敏阀，腔室C1的压敏阀标记为V1，腔室C2的压敏阀标记为V2，腔室C3的压敏阀标记为V3，腔室C4的压敏阀标记为V4(见图5和图5(a))。阀只允许空气从装置前部传输到装置后部，即从C1到C2到C3到C4。它们不允许空气以相反的方向传输，即从C4到C3到C2到C1。

作为一种变型，顶部或顶板(如定义)可以由单片玻璃板组成，或者在另一种变型中，它可以是三层玻璃，玻璃板之间有真空。

正如本领域有经验的人将理解的那样，可以设计和制造的吸收腔室的设计有许多变型。作为示例并且与已经描述的情况不同，耐热腔室可以由除了其端口之外完全围绕该腔室的真空组成。这可以与真空瓶进行比较。在这样的示例中，周围的真空可以具有接头，连接到泵的阀连接到该接头。真空中有向计算机报告的传感器，当真空降低到所需质量以下时，计算机会启动泵以保持必要的标准。在例如存在于外太空中的近乎完美的真空中，通过传导和对流来传递热量确实变得非常困难。

该装置优选地(而不是基本地)安装在配备有能够可靠地检测天空中最大太阳辐射区域的传感器的跟踪器上。一般来说，这将是太阳在天空中的位置，但在某些气候条件下(例如，厚厚的云层)可能不是。

传感器将信息发送到可以控制一个或多个电机的计算机，例如，电机可能是电动机，这些电机在计算机的控制下，使装置的顶板(如定义的)位于垂直于天空中最大太阳辐射的那个区域的平面内。这种布置在最大化吸入装置的太阳辐射方面具有优势。

图7是该装置的变型的图。它与图6的实施方式相同，除了吸收器能够从矩形箱体的两侧(顶部或顶板(如定义)和底部(如定义))吸收。为方便起见，装置的底部(如定义)有两块玻璃板，以与顶部(如定义)玻璃板相同的方式被真空隔开。在该变型中，与上部腔室具有相同体积的空间将吸收器与底部玻璃板隔开，并且由耐热材料制成的箱体(如定义的)的底板的一部分不存在。其标记与图6的标记相同。

根据最初的考虑，这种变型似乎没有提供很大的优势，并且会在其建设中产生额外的费用。然而，随着在装置下方一定距离处(例如，从小型装置中的几英尺到更大的距离，取决于装置的尺寸)放置相对便宜的反射器，并且随着进一步相对廉价的反射器以合适的角度放置在装置下方反射器的每一侧并连接到该反射器上，形成了相对较大的表面积，反射器的设计是为了将尽可能多的太阳日射反射到装置的下表面上。这可以显著增加给定装置能够接收的太阳辐射总量，并因此将该太阳辐射转化为热辐射。仅作为示例，这样的反射器组合可以由镀锌金属板组成。在更昂贵的示例中，这种反射器可能由例如抛光钢或玻璃镜组成。

装置的另一种变型

该装置可以由通过(优选短的)管彼此分开的隔室组成，或者一系列隔室可以通过(优选短的)管与另一个隔室或一系列隔室分开。在下一个紧邻的远端隔室内，在通往管的入口处和管的出口处均设有压力式阀。这允许空气流从更近端的隔室进入管并在下一个紧邻的远端隔室中离开管，但不允许空气沿相反方向流动。管是高度绝热的并且可以被真空包围，例如，仅作为示例，它可由两个不锈钢管组成，其中间为由泵维持的真空，该泵通过阀连接到真空，其细节可以在别处找到，作为本发明的描述中的变型。通过这种变型获得的优势是每个隔室或一系列隔室都适合轻松定制。因此，如本领域技术人员将容易理解的，一系列隔室中的更远端隔室(现在在该变型中可变地分开，但按设计由一根或多根管子连接)可以逐渐加强。例如，隔室的玻璃板可以逐渐加厚，以随着在装置内向远侧前进而承受每个腔室内增加的温度和压力。当太阳辐射以其他方式通过半透明玻璃板时，在玻璃板内会发生一些太阳辐射衰减。随着旨在加强玻璃板的玻璃板的厚度增加，以其他方式通过玻璃板的太阳辐射的衰减也增加。因此，对可以执行的操作存在实际限制。

装置的进一步变型

在进一步的变型中，该装置没有阀V1、V2、V3和V4[图5a]。阀可以由相对于腔室之间的分隔件的表面积以及装置前部和后部的表面积较小的入口代替。泵[80，图5a]以低压泵送流体(例如空气)通过该装置。该泵受计算机控制，可以改变其压力输出。传感器存在于装置的所有腔室中和装置外部，并将信息送到计算机中。计算机控制闸阀23[图5a]和装置外部的所有阀，这些阀是20、21、22和79[图5a]。在运行中，这提供了空气连续而非间断的通过装置的运动。这种通过装置的空气运动很小，但可以通过在计算机控制下的泵[80，图5a]的输出进行改进，以提供热能输出的最佳结果，而热能输出又取决于其他因素，特别是日照强度。

显然，随着泵输出增加以产生更大体积的最终产品(即所需质量的热能)，腔室中的空气压力显著增加，因为腔室的体积是固定的，在一个固定大小的体积内的体积和压力成反比，从而保持通过腔室的小入口和装置的腔室的改进的空气流。这可能是有害的，因为允许热能(空气更密集)从一个腔室逸出到逆行腔室方，而这是不希望的。然而，这种变型的实质是，由于入口相对于它们穿透的较大分隔件而言较小，因此发生的沿逆行方向移动的热能比例减少了。随着腔室温度的升高，逆行方向的能量损失变得更加严重。例如，要有效地驱动涡轮机，空气温度应等于或高于600℃。因此，温度越高，这种变型的效率越低。

在本发明的装置的描述中，如果没有这种变型，就没有理由不能将阀V1、V2、V3和V4造得小于它们穿透的分隔板以进一步包含逆行方向的热能损失。此外，没有理由不能将阀设计为在关闭时本身具有良好的隔热性能，以防止逆行方向的热能损失。

在该变型中，装置可进一步减少逆行热损失的原因可包括在腔室之间具有短管连接、腔室之间不对称设置的入口和装置的倾斜。现在简要讨论这些。腔室之间的管连接可能会吸收以微小角度定向的热辐射的光子，否则这些光子会畅通无阻地穿过短入口。位于装置底部附近的入口直接处理腔室中的较冷空气，并允许较冷空气沿逆行方向优先通过。装置(即，例如，安装在房屋屋顶上的热水系统，以固定角度安装)的倾斜将腔室空气中携带的热能的对流运动引导至该腔室的最上部，如果装置的倾斜使得携带最热空气的腔室位于最上方(例如图5a中的腔室4)，那么通过对流携带的最热空气位于最热的最远端腔室的最上部。因此，在那个腔室中较冷的空气可能优先于较热的空气沿逆行方向通过。

当然，在该变型中，装置能够如本发明的主要描述中所描述的那样间歇地且以被动方式运行，而不需要泵(参见图5)。然而，热能损失在每个循环中都是连续的。

在该装置的所有描述和变型中，通常优选尽可能地减少装置的热损失。这当然包括腔室之间的任何管道，并且可能需要以类似于现有技术热水系统中已知和使用的真空管技术的方式在这种管道甚至整个装置周围使用真空。

众所周知，没有阀的上述变型不如阀操作装置，特别为了完整性起见而包括在内。性能较差的原因是腔室之间的入口必须很小(需要限制逆行热能损失)，但也导致流体从近端腔室流向相邻远端腔室的显著限制。如上所述，可以通过增加装置内的压力在一定程度上减轻这种流动限制。即便如此，特别是由于前向流体流动(从靠近流体源的腔室到远离流体源的腔室)的限制，逆行热损失(从较热到较冷)可能比前向流体流动更有效，从而降低了装置的这种变型的效率。

装置的某些实施方式中的限制因素

该装置的限制因素在于其结构的坚固性、耐高温的能力以及防止热损失的能力。

该装置优选地具有坚固的结构，因为它不断地暴露在元素中，并且以极端的方式有规律地加热和冷却。理想情况下，该装置应具有承受常规加热(在其外部来自太阳，以及在其内部来自其产生的热量)和承受加热后的冷却(例如在夜间)的强度。这在更近端的隔室中不太重要，但在远端隔室中变得越来越重要。这是因为隔室逐渐获得更多的热量，因此比前一个隔室更热。因此，这些隔室中的空气处于逐渐升高的压力(盖-吕萨克定律，该定律指出在开氏温标上气体温度和压力之间存在线性关系)。因此，隔室的坚固性必须从装置的前部(如定义的)到装置的后部(如定义的)逐渐增加。

除了它的其他特性外，该装置还应由具有相似膨胀系数的材料制成。理想情况下，它们应该具有相同的膨胀系数。这意味着装置在加热和冷却时不太倾向于自行分开。

装置显然应该由能够承受高温的材料制成。同样，这在更近端的隔室中不太重要，但在远端隔室中变得越来越重要。

最重要的是控制热量损失。不可能防止所有热量损失，但应尽一切努力减少装置的热量损失。当通过装置向远侧移动时，这变得更加重要。之所以如此，至少部分是因为物体通过辐射损失的热量变化为开氏温标上温度的四次方(斯特藩-玻尔兹曼定律适用于黑体)。该装置不是黑体，但该定律的更广泛解释可以扩展到适用于任何具有热量的物体。如本文所述，减少热损失的一种方法是如描述的在模型(其以其他方式会有许多变型)中的两块玻璃板之间放置一个真空。真空应具有足够高的质量，以显著减少由于传导和对流造成的热损失。本文已经描述了一种变型，其中真空完全围绕每个腔室或隔室，除了其端口。已经对真空瓶进行了类比。在这种变型中，真空有一个接头，该接头上连接了一个由计算机控制的闸式阀。阀连接到泵。真空中装有向计算机报告的传感器，当真空低于所需标准时，计算机会启动泵以维持必要的标准。在这种变型中，仅作为示例，真空的两层可以由强度良好的优质不锈钢组成，它们形成隔室的底部和侧面以及前部和后部，隔室的顶部是由真空隔开的两块玻璃板，在这种变型中它们密封地连接到两层钢上，玻璃板之间的真空与两块不锈钢板之间的真空是连续的。在如此创建的隔室内是吸收器。如上所述，两层钢板和玻璃板之间的真空由间接连接到真空并依赖于真空内的传感器的泵保持。毫无疑问，这种变型的建造成本很高，但它可能是非常值得的，尤其是如果仅在更远端的隔室或腔室中使用的话。在这种布置中，热量的传导和对流大大减少，并且由吸收器产生和辐射的低能红外辐射和低中能红外辐射在很大程度上无法逸出隔室或腔室。因此在这种变型中热损失大大减少。

从该详细描述中显而易见的是，装置的各种实施方式和各种操作方法依赖于计算机处理器和适当的处理器可执行指令集。就从传感器接收数字和/或模拟信号并且将数字和/或模拟信号传输到阀而言，计算机处理器和指令的作用可以是装置运行的核心。因此，本文描述的装置、方法和系统可以部分或全部通过一个或多个处理器来部署，这些处理器在处理器上执行计算机软件、程序代码和/或指令。最典型地，处理器将是独立的并且在物理上是装置的一部分。然而，处理器可以是服务器、客户端、网络基础设施、移动计算平台、固定计算平台或其他计算平台的一部分。处理器可以是能够执行程序指令、代码、二进制指令等的任何种类的计算或处理设备。处理器可以是或可以包括信号处理器、数字处理器、嵌入式处理器、微处理器或任何变型，所述变型例如为协处理器(数学协处理器、图形协处理器、通信协处理器等)等，可以直接或间接促进其上存储的程序代码或程序指令的执行。此外，处理器可以执行多个程序、线程和代码。

线程可以同时执行以增强处理器的性能并促进应用程序的同时运行。借助于实现，这里描述的方法、程序代码、程序指令等可以在一个或多个线程中实现。该线程可能会衍生其他线程，所述其他线程可能已分配了与它们相关联的优先级；处理器可以基于优先级或基于程序代码中提供的指令的任何其他顺序来执行这些线程。处理器可以包括存储如本文和别处描述的方法、代码、指令和程序的存储器。

任何处理器或移动通信设备或服务器可以通过接口访问存储介质，该存储介质可以存储如本文和别处描述的方法、代码和指令。与处理器相关联的用于存储能够被计算或处理设备执行的方法、程序、代码、程序指令或其他类型指令的存储介质可以包括但不限于CD-ROM、DVD、内存、硬盘、闪存驱动器、RAM、ROM、缓存等中的一个或多个。

处理器可包括可提高多处理器的速度和性能的一个或多个核心。在一些实施方式中，处理器可以是双核处理器、四核处理器、其他芯片级多处理器以及组合了两个或多个独立核心(称为晶粒(die))的类似处理器。

本文描述的方法和系统可以部分或全部通过一个或多个硬件组件来部署，这些硬件组件在服务器、客户端、防火墙、网关、集线器、路由器或其他此类计算机和/或网络硬件上执行软件。软件程序可以与服务器相关联，服务器可以包括文件服务器、打印服务器、域服务器、互联网服务器、内联网服务器和其他变型，例如辅助服务器、主机服务器、分布式服务器等。服务器可以包括存储器、处理器、计算机可读介质、存储介质、端口(物理的和虚拟的)、通信设备以及能够通过有线或无线介质访问其他服务器、客户端、计算机和设备的接口等中的一个或多个。在本文中和别处描述的方法、程序或代码可以由服务器执行。此外，可以将执行本申请中描述的方法所需的其他设备视为与服务器相关联的基础设施的一部分。

服务器可以提供到其他设备的接口，这些设备包括但不限于客户端、其他服务器、打印机、数据库服务器、打印服务器、文件服务器、通信服务器、分布式服务器等。此外，这种耦合和/或连接可以促进程序通过网络的远程执行。在不脱离本发明的范围的情况下，这些设备中的一些或所有设备的联网可以促进在一个或多个位置处的程序或方法的并行处理。此外，通过接口连接到服务器的任何设备可以包括能够存储方法、程序、代码和/或指令的至少一个存储介质。中央资源库可以提供要在不同设备上执行的程序指令。在该实现中，远程资源库可以充当程序代码、指令和程序的存储介质。

软件程序可以与客户端相关联，客户端可以包括文件客户端、打印客户端、域客户端、互联网客户端、内联网客户端和其他变体，例如辅助客户端、主机客户端、分布式客户端等。客户端可以包括存储器、处理器、计算机可读介质、存储介质、端口(物理的和虚拟的)、通信设备以及能够通过有线或无线介质访问其他客户端、服务器、计算机和设备的接口等中的一个或多个。如本文和别处描述的方法、程序或代码可由客户端执行。此外，可以将执行本申请中描述的方法所需的其他设备视为与客户端相关联的基础设施的一部分。

客户端可以提供到其他设备的接口，其他设备包括但不限于服务器、其他客户端、打印机、数据库服务器、打印服务器、文件服务器、通信服务器、分布式服务器等。此外，这种耦合和/或连接可以促进程序通过网络的远程执行。在不脱离本发明的范围的情况下，这些设备中的一些或所有设备的联网可以促进在一个或多个位置处的程序或方法的并行处理。此外，通过接口连接到客户端的任何设备可以包括能够存储方法、程序、应用程序、代码和/或指令的至少一个存储介质。中央资源库可以提供要在不同设备上执行的程序指令。在该实现中，远程资源库可以充当程序代码、指令和程序的存储介质。

在本文描述的方法和系统可以部分或全部地通过网络基础设施来部署。网络基础设施可以包括诸如计算设备、服务器、路由器、集线器、防火墙、客户端、个人计算机、通信设备、路由设备和本领域已知的其他有源和无源设备、模块和/或组件之类的元件。除其他组件之外，与网络基础设施相关联的计算和/或非计算设备可以包括诸如闪存、缓冲器、堆栈、RAM、ROM等的存储介质。本文和别处描述的过程、方法、程序代码、指令可以由一个或多个网络基础设施元件执行。

在本文描述的方法、程序代码、计算、算法和指令可以在具有多个单元的蜂窝网络上实现。蜂窝网络可以是频分多址(FDMA)网络或码分多址(CDMA)网络。蜂窝网络可以包括移动设备、蜂窝基站、基站、中继器、天线、塔等等。蜂窝网络可以是GSM、GPRS、3G、4G、EVDO、网状或其他网络类型。

本文描述的方法、程序代码、计算、算法和指令可以在移动设备上或通过移动设备实现。移动设备可以包括导航设备、蜂窝电话、移动电话、移动个人数字助理、膝上型电脑、掌上电脑、上网本、寻呼机、电子书阅读器、音乐播放器等。除其他组件之外，这些设备可以包括诸如闪存、缓冲器、RAM、ROM的存储介质和一个或多个计算设备之类。与移动设备相关联的计算设备可以执行存储在其上的程序代码、方法和指令。

替代地，移动设备可以被配置为与其他设备协作执行指令。移动设备可以和基站通信，所述基站与服务器接口并被配置为执行程序代码。移动设备可以在点对点网络、网状网络或其他通信网络上进行通信。程序代码可以存储在与服务器相关联的存储介质上，并由嵌入在服务器内的计算设备执行。基站可以包括计算设备和存储介质。存储设备可以存储由与基站相关联的计算设备执行的程序代码和指令。

计算机软件、程序代码和/或指令可以在计算机可读介质上存储和/或访问，计算机可读介质可以包括：计算机组件、设备和记录介质，它们保留用于计算一段时间的数字数据；称为随机存取存储器(RAM)的半导体存储；通常用于更持久的存储的大容量存储，例如光盘、如硬盘、磁带、鼓、卡的磁存储形式和其他类型；处理器寄存器、缓存存储器、易失性存储器、非易失性存储器；光存储器，如CD、DVD；可移动介质，例如闪存(例如U盘或密钥)、软盘、磁带、纸带、穿孔卡、独立RAM磁盘、可移动大容量存储、离线的等；其他计算机存储器，例如动态存储器、静态存储器、读/写存储、可变存储、只读、随机访问、顺序访问、位置可寻址、文件可寻址、内容可寻址、网络附加存储、存储区域网络、条形码、磁墨水等。

本文描述的方法和系统可以将物理和/或无形物品从一种状态转变为另一种状态。本文描述的方法和系统还可以将表示物理和/或无形物品的数据从一种状态转换为另一种状态。

本文描述和描绘的元件，包括贯穿附图的流程图和框图，暗示了元素之间的逻辑边界。然而，根据软件或硬件工程实践，所描绘的元件及其功能可以通过具有能够执行其上存储的程序指令的处理器的计算机可执行介质在计算机上实现为整体软件结构、独立软件模块或使用外部例程、代码、服务等等的模块，或者这些的任何组合，并且所有这样的实现可以在本公开的范围内。

此外，可以在能够执行程序指令的机器上实现在任何流程图或框图或任何其他逻辑组件中描绘的元件。因此，尽管前述附图和描述阐述了所公开系统的功能方面，但除非明确说明或另外从上下文中明显地看出，否则不应从这些描述中推断出用于实现这些功能方面的软件的特定布置。类似地，应当理解，上面识别和描述的各个步骤可以变化，并且步骤的顺序可以适应本文公开的技术的特定应用。所有这些变化和修改都旨在落入本公开的范围内。因此，除非特定应用要求，或者明确说明或另外从上下文明显地看出，否则对于各个步骤的顺序的描绘和/或描述不应被理解为要求以特定顺序执行这些步骤。

上述方法和/或过程及其步骤可以在硬件、软件或适用于特定应用的硬件和软件的任何组合中实现。硬件可以包括通用计算机和/或专用计算设备或特定计算设备或特定计算设备的特定方面或组件。这些过程可以在一个或多个微处理器、微控制器、嵌入式微控制器、可编程数字信号处理器或其他可编程设备以及内部和/或外部存储器中实现。该过程还可以或者替代地体现在专用集成电路、可编程门阵列、可编程阵列逻辑或者可以被配置为处理电子信号的任何其他设备或设备组合中。还应当理解，一个或多个过程可以被实现为能够在计算机可读介质上执行的计算机可执行代码。

应用软件可以使用结构化编程语言(如C)、面向对象的编程语言(如C++)或可以被存储、被编译或被解释以在上述设备之一上运行的任何其他高级或低级编程语言(包括汇编语言、硬件描述语言和数据库编程语言和技术)、以及处理器的异构组合、处理器架构或不同硬件和软件的组合、或任何其他能够执行程序指令的机器来创造。

因此，一方面，上述每种方法及其组合可以体现在计算机可执行代码中，当在一个或多个计算设备上执行时，该计算机可执行代码执行其步骤。在另一方面，这些方法可以体现在执行其步骤的系统中，并且可以以多种方式跨设备分布，或者所有功能可以被集成到专用的、独立的设备或其他硬件中。在另一方面，用于执行与上述过程相关联的步骤的装置可以包括上述任何硬件和/或软件。所有这样的排列和组合都旨在落入本公开的范围内。

本发明可以体现为可在一台或多台计算机上执行的程序指令集。此类指令集可包括以下指令类型中的任何一个或多个：

数据处理和存储操作，其可包括指令以进行以下操作：将寄存器设置为固定常量值，或将数据从存储位置复制到寄存器或反之(机器指令通常称为移动，但该术语具有误导性)，存储寄存器的内容，计算结果，或检索存储的数据以在以后对其执行计算，或从硬件设备读取和写入数据。

算术和逻辑运算，其可包括指令以进行以下操作：将两个寄存器的值进行加、减、乘或除，将结果放入寄存器，可能在状态寄存器中设置一个或多个条件代码，执行按位运算，例如，取一对寄存器中相应位的与和或，对寄存器中每一位的取反，或比较寄存器中的两个值(例如，看一个值是否较小，或者它们是否相等)。

控制流操作，其可包括指令以进行以下操作：分支到程序中另一个位置并在那里执行指令，如果某个条件成立，则有条件地分支到另一个位置，间接分支到另一个位置，或调用另一个代码块，同时保存下一条指令的位置作为返回点。

协处理器指令，其可包括指令以进行以下操作：向协处理器加载数据/存储来自协处理器的数据，或与CPU寄存器交换，或执行协处理器操作。

本系统的计算机的处理器可以在它们的指令集中包括“复杂”指令。单个“复杂”指令完成一些可能在其他计算机上需要许多指令的事情。此类指令的典型代表是采取多个步骤、控制多个功能单元或另外以比给定处理器实现的大量简单指令更大的规模出现的指令。“复杂”指令的一些示例包括：一次在堆栈上保存许多寄存器、移动大存储块、复杂的整数和浮点运算(正弦、余弦、平方根等)、SIMD指令、对许多值并行执行操作、执行原子测试置位指令或其他读取-修改-写入原子指令的单条指令，以及使用来自内存而不是寄存器的操作数执行ALU操作的指令。

指令可以根据它的部分来定义。根据更传统的架构，指令包括指定要执行的操作的操作码，例如将存储内容添加到寄存器，以及零个或多个操作数说明符，这些说明符可以指定寄存器、存储位置或文字数据。操作数说明符可具有确定其含义的寻址模式，也可能位于固定字段中。在包括许多微码架构的超长指令字(VLIW)架构中，在单个指令中指定多个同时操作码和操作数。

一些类型的指令集没有操作码字段(例如传输触发架构(TTA)或福思(Forth)虚拟机)，只有操作数。其他不寻常的“0操作数”指令集缺少任何操作数说明符字段，例如一些堆栈机器，包括NOSC。

条件指令通常具有谓词字段——对特定条件进行编码以使得操作被执行而不是不执行的多个位。例如，如果条件为真，条件分支指令将被执行，并进行分支，使得执行继续到程序的不同部分，如果条件为假，则不执行，不进行分支，以便按顺序继续执行。一些指令集也有条件移动，从而，如果条件为真，执行移动，数据存放在目标位置，如果条件为假，则不执行且目标位置未修改。类似地，IBM z/架构具有条件存储。一些指令集在每条指令中都包含谓词字段；这称为分支谓项。

构成程序的指令很少使用其内部的数字形式(机器代码)来指定；它们可以使用汇编语言指定，或者更典型地，可以由编译器从编程语言生成。

本领域技术人员将理解，除了具体描述的那些之外，本文描述的发明易于进行进一步的变化和修改。应当理解，本发明包括落入本发明的精神和范围内的所有这些变化和修改。

虽然已经结合所示和详细描述的优选实施方式公开了本发明，但对本领域技术人员而言，对其的各种修改和改进将是显而易见的。

因此，本发明的精神和范围不受上述实施例的限制，而应在法律允许的最广泛意义上进行理解。

Claims (25)

1.用于利用太阳能加热流体的装置，所述装置包括：

（i）流体源，

（ii）第一腔室，其包括流体入口，流体入口被配置为允许流体从流体源到第一腔室的基本上单向的运动，

（iii）第二腔室，其包括流体出口，流体出口被配置为允许第二腔室内的流体受控地移动至另一腔室或装置外部，和

（iv）第一腔室和第二腔室之间的流体连接，其配置为允许流体从第一腔室到第二腔室的基本上单向的运动，

其中第一腔室和第二腔室中的每一个基本上是流体密封的并且被配置为太阳能收集器以加热其中的流体，并且所述装置进行配置，使得在使用中并且在均匀的入射太阳辐射下，在第一腔室和第二腔室中的每一个中加热流体，并且在流体热膨胀时，流体以受控方式基本上单向地从第一腔室移动到第二腔室，并且从第二腔室移动到另外的腔室或装置外部，

并且其中当第二腔室开始接收来自第一腔室的流体时，第二腔室已经将流体供应到另一腔室或装置外部，

并且其中通过流体从第一腔室到第二腔室的运动，第一腔室将其中的流体保持的一部分热能提供给第二腔室，第二腔室通过获得流体而变得富含热能，第一腔室因流体损失而失去能量，使得第二腔室包含比第一腔室热的流体。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二腔室的出口被配置为允许流体从所述第二腔室到另一腔室或所述第二腔室外部的基本上单向运动。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中所述第二腔室的流体出口被配置为可由人类用户或在软件指令下运行的处理器控制。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中所述第二腔室的流体出口被配置为本质上控制流体从所述第一腔室到所述第二腔室外部的运动。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，包括一个或多个传感器，所述传感器被配置为感测以下中的任何一个或多个：所述第一腔室内的流体压力（或其替代物）、所述第一腔室内的流体温度（或其替代物）、第二腔室内流体的压力（或其替代物）、第二腔室内流体的温度（或其替代物）、装置外部流体的温度（或其替代物）和装置外部的流体压力（或其替代物），其中传感器与第二腔室的流体出口可操作地连接，使得在一个或多个传感器感测到一个或多个预定温度和/或压力时，出口从第一流体流动状态变化到第二流体流动状态。

6.根据权利要求5所述的装置，其中第一流体流动状态或第二流体流动状态独立地为零流体流、最大流体流或中间流体流。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中第一腔室和第二腔室被配置为在压力下容纳流体。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中第一腔室和第二腔室均被配置为通过太阳辐射入射到腔室壁上或太阳辐射入射到腔室中的辐射吸收器上来加热其内部的流体。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，包括位于第一腔室和第二腔室中的每一个的内部的太阳辐射吸收器，并且其中第一腔室和第二腔室中的每一个包括允许入射的太阳辐射通过腔室内部并入射到太阳辐射吸收器上的壁或壁部分。

10.根据权利要求9所述的装置，其中太阳辐射吸收器具有回旋表面，以增加可用于接收入射太阳辐射的表面积。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中第一腔室和第二腔室（i）彼此热隔离，且（ii）与环境热隔离。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，包括在第一腔室和第二腔室中的流体。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述流体是气体（例如空气）或液体（例如水或其他可流动的传热介质）。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其进行配置，使得在暴露于太阳辐射之后，使得第一腔室和第二腔室中的流体被加热并加压至超大气压，并且当第二腔室中的被加热流体的一部分被允许经由第二腔室的流体出口离开第二腔室时，保留在第二腔室中的流体以比第一腔室中的流体更快的速度被太阳辐射加热。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的装置，包括一个或多个中间腔室，所述中间腔室设置在第一腔室和第二腔室之间以形成一系列腔室，从而限定从该系列的第一腔室到该系列的最后一个腔室的流体路径，每个中间腔室通过流体连接与该系列的相邻腔室流体连接，所述流体连接被配置为允许流体顺序地从第一腔室到一系列中间腔室以及从一系列中间腔室到第二腔室的基本单向运动。

16.根据权利要求15所述的装置，其中一个或多个中间腔室中的任一个或全部具有在权利要求1至14的任一项中针对第一腔室或第二腔室所限定的特征。

17.根据权利要求16所述的装置，其中第一腔室和第二腔室以及任何中间腔室（如果存在）的形状和/或尺寸设计成彼此基本相同。

18.一种用于加热流体的系统，所述系统包括与权利要求1至17中任一项所述的装置的第一腔室的流体入口流体连接的流体源。

19.根据权利要求18所述的系统，其中加热的流体从第二腔室的出口抽出并直接使用或者间接使用，在这种情况下，所述系统还包括热交换器，并且所述系统被配置为使得从第二腔室的出口抽出的加热的流体被传送到热交换器并用于加热与其接触的第二流体。

20.一种用于做功的系统，所述系统包括作为权利要求1至17中任一项所述的装置的第一子系统和作为功输出部件的第二子系统，所述第二子系统被配置为直接或间接利用已经离开第二腔室出口的流体中存在的热能或动能。

21.一种用于使用太阳能加热流体的方法，所述方法包括以下步骤：

（i）提供输入流体，

（ii）将输入流体分成第一流体主体和第二流体主体，使得第一流体主体和第二流体主体能够达到和保持彼此不同且也不同于环境的温度，第一流体主体和第二流体主体的划分使得流体从第一流体主体到第二流体主体的移动是可能的，但是从第二流体主体到第一流体主体的移动是不可能的，

（iii）使用太阳辐射加热第一流体主体和第二流体主体一段时间，使得第一流体主体和第二流体主体中的每一个达到升高的温度，

（iv）从第二流体主体中去除流体，同时防止流体从第一流体主体到第二流体主体的任何运动，以及

（v）使用太阳辐射进一步加热第一流体主体和第二流体主体一段时间，使得第二流体主体达到比第一流体主体更高的温度。

22.根据权利要求21所述的方法，包括以下步骤：在第二流体主体达到比第一流体主体更高的温度之后，从第二流体中移走一定体积的流体，或者在第二流体主体达到比第一流体主体更高的温度之后，允许一定体积的流体从第二流体移走。

23. 根据权利要求22所述的方法，包括以下步骤：

将一定体积的流体从第一流体主体移动到第二流体主体，或允许一定体积的流体从第一流体主体移动到第二流体主体；和

将一定体积的输入流体移入第一流体主体中；或允许一定体积的输入流体移动到第一流体主体中。

24.根据权利要求23所述的方法，其中移动的流体体积使得第一流体主体和第二流体主体中的每一个中的流体体积基本不变。

25.根据权利要求21至24中任一项所述的方法，其中通过将第一流体主体和第二流体主体分别设置在如权利要求1至17中任一项所述的装置的第一腔室和第二腔室中来实现所述划分步骤。

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