CN102498351A - 用于加热水的收集/积聚太阳能的集成*** - Google Patents

用于加热水的收集/积聚太阳能的集成*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种集成的收集器-积聚器***，其允许在相同大致圆柱收集器-积聚器元件(2)中吸收和积累，其接收通过绝缘透明盖(4)的部分地直接和部分地通过在一些大致圆形横截面反射面(1)上的反射的太阳光，其中，这些反射面的旋转轴线包括在收集器-积聚器元件(2)的罩轮廓上或在其内部。该***还包括使用透明盖(4)完全地封闭件该***的外壳(6)，以及在反射面(1)和外壳(6)之间的热绝缘材料(5)，其明显降低热损失。由于节省所需要的材料、劳动力和用于实现其的制造技术，这些特征允许很简单和经济地执行，此外，通过确保不论是直接地间接地或以任何角度入射在透明盖(4)上的所有光线被收集器-积聚器元件(2)吸收，允许高热量输出。

Description

用于加热水的收集/积聚太阳能的集成***
技术领域
本发明解决的技术问题涉及获得收集器-积聚器的经济的、高效和简单的技术，用于通过太阳能加热和积聚水，从建设性、操作性和安装的角度来看，主要是清洁卫生使用，既可用于家庭也可用于工业用途。
背景技术
目前，相对于能源需求的增加和环境破坏加剧的速度而言，朝向作为化石燃料的至少部分替代的清洁无污染的替代能源的大规模应用显示很慢的进展。大多数情况下，这种情况是由于其实施强烈地依赖于短期的成本收益比，成本收益比对于通常具有非常有限投资能力的客户而言是不合适的。事实上，在几乎完全没有为此目的的政治性全球技术津贴的情况下，在这种类型的能源的大规模化的潜在成功依赖于那些能够实现投资和操作成本的减少的技术进步。
总体而言，目前已知和适用的技术是昂贵的，尤其是在其初始投资方面，并且因此甚至远离了广大用户的购买能力，这使其应用增长困难。
文献DE3807605描述收集器-积聚器的水加热***，用于安装在屋顶的椽子之间，带有圆柱形加压的收集器-积聚器元件、透明绝缘盖，还具有由横截面中圆的渐开线形成的反射通道成形表面。这种设计的缺点在于，其反射表面的圆的渐开线的形式允许3.14/1的最大集中度，限制加热温度，而本发明通过具有圆形反射件，提供集中度的总体灵活性。这个设计的另一个缺点在于圆的渐开线允许在用于每个收集器-积聚器的反射件中的2.44最大宽/高比。这反过来不允许高度上的足够紧凑外观，而在使用圆形截面反射件时上述情况则不会发生，圆形截面反射件在这方面允许更大的灵活性。
文献GB2441008描述收集器-积聚器太阳能水加热***，具有圆柱形加压收集器-积聚器元件、透明绝缘盖、后部热绝缘材料和具有大致半圆形轮廓的反射背面。这个发明的缺点在于如下事实，即反射面的相关特征和其相对于收集器-积聚器元件的几何关系在该文献的任何地方中都没有被披露，所以实现上述***变得不可能。此外，由于没有披露用于高效太阳能加热过程的反射面和收集器-积聚器元件之间的几何关系的特别细节，不可能获得廉价加热和高性能的预期结果。
文献KR100374163描述用于加热水的太阳能收集器***，其包括连接在一起的多个真空集热管，每一个具有一对对称的渐开线反射件。收集器导管通过管道连接到积聚器贮罐。这种设计的缺点在于，其包括连接在一起的两个不同的元件(积聚器贮罐和收集器)，这意味着使用更多材料、劳动力和用于实现的结构技术，增加成本和设备使用的空间，以达到预期的水加热效果。
文献US.4121566描述太阳能收集器***，用于加热或冷却建筑物，包括反射凹形通道和位于反射凹形通道的凹处中的收集器表面，其接收通过反射凹形通道反射回到它们的太阳光，此外还包括贮罐、循环泵和用于控制加热和热水使用的温控阀***。这种设计的缺点在于，结构上涉及几个不同元件(收集器、积聚器、循环泵和用于控制的恒温阀***)，这意味着更多地使用材料、劳动力和用于实施的结构技术，成本和设备所使用的空间的增加，才能达到预期效果。
文献US.4587952描述用于水加热的太阳能收集器-积聚器，具有圆柱形收集器-积聚器元件，在其相对的端部处具有封闭件的壁、绝缘透明盖和弯曲的反射圆柱形表面。这个发明的缺点在于如下事实，即反射面的相关特征和其相对于收集器-积聚器元件的几何关系在该文献的任何地方中都没有被披露，而只从附图中呈现出表面弯曲反射圆柱形表面的大部分区域朝向外部设备的外侧将入射光反射回去，除非***收集器-积聚器一直定向以面对直接入射光，这意味着不可能获得具有高性能加热的预期结果，除非其一直面对阳光，这需要自动定向或持续进行人工干预的复杂***。
附图说明
图1显示集成的收集器-积聚器***的分解透视图，其中反射面1由反射的自粘箔组成，自粘箔粘合在玻璃纤维内壳7上，玻璃纤维内壳的制造与外壳6类似。该***包括两个收集器-积聚器元件2，具有焊接在其上的盖10和1″HI水管结合配件11。未示出的绝缘材料5，对应注入在外壳6和内壳7之间的聚氨酯泡沫。透明盖4由厚度16mm的泡状聚碳酸酯板材构成，并且呈现出由一块玻璃纤维构成的完整轮廓封闭件12。
图2显示有两个或更多的收集器-积聚器元件2的集成的收集器-积聚器***的典型的横截面剖视图，其中显示透明盖4、绝缘材料5、外壳6、收集器-积聚器元件2和反射表面1，反射表面1由圆形轮廓8横截面和切向于圆形轮廓8横截面之间的直线轮廓9组成。收集器-积聚器元件2具有散热片3，散热片延伸到反射面的圆形轮廓8的旋转轴线。
图3显示仅有一个收集器-积聚器元件2的集成的收集器-积聚器***的典型的横截面剖视图，显示透明盖4、绝缘材料5、外壳6、具有直径(D)和厚度(e)的收集器-积聚器元件2以及由圆形轮廓8横截面和切向于圆形轮廓8横截面之间的直线轮廓9组成的反射面1。收集器-积聚器元件2具有散热片3，散热片延伸到反射面的圆形轮廓8的旋转轴线。附图还显示非正面光入射在反射面1上的反射效果，显示通过收集器-积聚器元件的入射光总收集量不依赖于所述光线的入射角度。
图4显示有两个收集器-积聚器元件2的集成的收集器-积聚器***的典型的横截面剖视图，其中反射面1由反射的自粘箔组成，自粘箔粘合在像外壳6一样制造的玻璃纤维内壳7上。该***包括两个收集器-积聚器元件2，具有焊接在其上的盖10和1″HI水管结合配件11。绝缘材料5对应注入在外壳6和内壳7之间的聚氨酯泡沫。透明盖4存在于厚度16mm的泡状聚碳酸酯板材中，并且呈现出由一块玻璃纤维构成的完整轮廓封闭件12。
具体实施方式
本发明包括集成的收集器-积聚器太阳能***，以加热用于住宅或工业用途的水，因为该***部件数量少，所以简单和廉价，由于其低重量和紧凑的外观所以该***可以由用户安装，并且因为其捕获入射在其上表面上的直射或散射辐射的全部而具有高的输出，允许简单的操作以使昂贵的引导和控制***成为不必要，该***包括具有大致圆形横截面的两个或两个以上的反射面1、具有外部阳光吸收表面和在每端处的允许容纳水的盖10的一个或多个大致圆柱形圆截面的收集器-积聚器元件2、覆盖和卓越地关闭***以防止空气或水的侵入运动和外界污染的刚性或半刚性透明盖4、围绕除了安装透明盖4的区域以外的区域的外壳6和位于在反射表面1和外壳6之间的热绝缘材料层5。支撑到外壳6的内壳7可以用于向内地限制指定到热绝缘材料层5的空间，其中所述内壳7包括具有对应于反射面1的几何形状的壁。
反射面1结合为相对成对或对称成对，并彼此分开，以使其大致圆形截面的圆弧中心以纵向等距离的方式放置，与其投影平行轴线一致，留下反射面1的相对的凹陷。
每个收集器-积聚器元件2与两个相对的反射面1结合，并且与反射面1平行和等距定位，其中大致圆形收集器-积聚器元件2的横截面的最低点位于反射面1的横截面的最低点以下，并且除此之外，反射面1的横向截面的弧形中心定位在大致圆形截面收集器-积聚器元件2的外轮廓中的某处，或在其内部。
每个盖10认为具有(account with)钻孔和与钻孔同心的液压连接件11，一个用于冷水的入口和一个用于热水的出口。每个收集器-积聚器元件2的盖10焊接到收集器-积聚器元件，或至少一个盖10通过螺栓法兰结合到收集器-积聚器元件，以允许用于维修或检查的最终拆卸。
每个反射面1关于其相对的反射面之间的分离使得在每个反射面之间关于收集器-积聚器元件2产生1到10毫米的距离，避免物理接触，并且从而避免从收集器-积聚器元件2朝向反射面1的热传导。反射面1可能直接地支撑在外壳6内，并且从厚度在0.5和1.0毫米之间的抛光和磨光的光滑金属板(优选地是铝)制造，通过转动或冲压成形，也可以是介于0.05和0.5毫米之间的厚度，并且直接地弯曲和凹入粘合到内壳7的内壁上，或者它们可以构成在反射的自粘性材料上，自粘性材料粘合在内壳7的凹形内壁上。每个反射面1的大致圆形截面可以构成在圆形的横截面轮廓板8上，或也由圆形轮廓8和作为切线的直线轮廓9组成，顺应由下部直线部分和凹面侧部分组成的表面，并且每个下部直线部分与相对的反射表面1的直线部分共面地定位。
热绝缘材料5可以是柔性的、可锻的、重量轻的，优选地，矿棉或相似物，或是半刚性和轻量化的，优选地是聚氨酯泡沫或膨胀聚苯乙烯，具有0.875(W/m2K)的最高导热系数。
收集器-积聚器元件2可以由耐腐蚀金属制造，诸如具有其直径的0.075％的最小厚度(e)的不锈钢，其直径(D)的0.188％的最小厚度(e)的铜或其直径(D)的0.188％的最小厚度(e)的青铜，或其直径(D)的0.0114％的最小厚度(e)的诸如碳钢的结构金属并且然后镀锌，以确保其抵抗2巴的最大工作压力。此外，收集器-积聚器元件2可以具有焊接到其大致圆形圆柱罩的散热片3，散热片延伸到反射面1的横截面的旋转轴线，朝向圆柱形罩传送由反射面吸收的热。
透明盖4可以由耐紫外线辐射的玻璃或塑料构成，优选地是聚碳酸酯，并且能够顺应两个连续平行板，并用封闭件12分开10和30毫米之间的距离，优选地是25毫米，以产生包括隔热密封腔的完整轮廓。透明盖也可以存在于10和16毫米之间厚度的发泡聚碳酸酯板材中，优选地是16毫米，具有在两个对立侧上的它们的纵向腔的封闭件12。对于由塑料构成透明盖4的情况，安装优选为拱形向外模式，以使由温度升高所导致的膨胀产生收集器-积聚器元件分开距离的增大，防止透明盖4接触这些收集器-积聚器元件。为此目的，在有大的长甲板的情况中，弧形支撑将散布在透明盖4下方。
外壳6可以由重量轻和便宜的金属制造，诸如厚度在0.5和1毫米之间的镀锌或涂漆碳钢，以使其耐腐蚀，或耐热温度高于100度的增强塑料或热塑性塑料，优选地用具有紫外线过滤性的油漆涂覆的聚酯树脂和玻璃纤维。
每个收集器-积聚器元件2的外部阳光吸收表面可以通过电解处理构成，还可以由选择性吸收光谱涂覆层构成，或由不透明黑色涂层构成，优选地涂以瓷釉，其允许太阳辐射被高度吸收。

Claims (26)

1.一种加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其用于住宅或工业用途，因为该***部件数量少，所以简单和廉价，由于其低重量和紧凑的外观，所以该***可以由用户安装，并且因为其捕获入射在其上表面上的直射或散射辐射的全部，所以具有高的输出，其允许简单的操作从而使昂贵的引导和控制***变得不必要，其包括具有大致圆形横截面的两个或两个以上的反射面(1)、具有外部阳光吸收表面和在每端处的允许容纳水的盖(10)的一个或多个大致圆柱形圆截面的收集器-积聚器元件(2)、覆盖和卓越地关闭所述***以防止空气或水侵入运动和外界污染的刚性或半刚性透明盖(4)、围绕除了安装透明盖(4)的区域以外的区域的外壳(6)，以及位于在反射面(1)和外壳(6)之间的热绝缘材料层(5)，其特征在于：
a)反射面(1)结合为相对成对或对称成对，彼此分开以使其大致圆形截面的圆弧中心以纵向等距离的方式放置，与其投影平行轴线一致，留下反射面(1)的相对的凹陷。
b)每个收集器-积聚器元件(2)与两个相对的反射面(1)结合，并且与反射面(1)平行和等距定位，其中大致圆形收集器-积聚器元件(2)的横截面的最低点位于反射面(1)的横截面的最低点以下，并且除此之外，反射面(1)的横向截面的弧形中心定位在大致圆形截面的收集器-积聚器元件(2)的外轮廓中的某处或在其内部。
c)每个盖(10)认为具有钻孔和与钻孔同心的液压连接件(11)，一个用于冷水的入口和一个用于热水的出口；
d)每个反射面(1)的关于其相对的反射面之间的分离使得在每个反射面之间关于收集器-积聚器元件(2)产生1毫米到10毫米的距离，避免物理接触，并且从而避免从收集器-积聚器元件(2)朝向反射面(1)的热传导。
2.根据权利要求1所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：反射面(1)能够直接地支撑在外壳(6)内，并且由厚度在0.5毫米和1.0毫米之间的抛光和磨光的光滑金属板制造，优选地是铝，通过转动或冲压成形。
3.根据权利要求1所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：支撑到外壳(6)的内壳(7)可以用于向内地限制指定到热绝缘材料层(5)的空间，其中所述内壳(7)包括具有对应于反射面(1)的几何形状的壁。
4.根据权利要求3所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：反射面(1)能够由厚度在0.05毫米和0.5毫米之间的抛光和磨光的光滑金属板制造，并且直接地弯曲和凹入粘合在内壳(7)的内壁上。
5.根据权利要求3所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：反射面(1)构成在反射的自粘性材料板上，自粘性材料板粘合在内壳(7)的凹形内壁上。
6.根据权利要求1-5任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：热绝缘材料(5)能够是柔性的、可锻的、重量轻的，优选地是矿棉或相似物，具有0.875(W/m2K)的最高导热系数。
7.根据权利要求4-5任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：热绝缘材料(5)能够是半刚性和轻量化的，优选地是聚氨酯泡沫或膨胀聚苯乙烯，具有0.875(W/m2K)的最高导热系数。
8.根据权利要求1-7任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：收集器-积聚器元件(2)能够由耐腐蚀金属制造，诸如最小厚度(e)为其直径的0.075％的不锈钢、最小厚度(e)为其直径(D)的0.188％的铜，或最小厚度(e)为其直径(D)的0.188％的青铜，从而确保其抵抗2巴的最大工作压力。
9.根据权利要求1-7任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：收集器-积聚器元件(2)能够由最小厚度(e)为其直径(D)的0.0114％的诸如碳钢的结构金属制造并且然后镀锌，从而确保其抵抗2巴的最大工作压力。
10.根据权利要求8-9任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：收集器-积聚器元件(2)能够具有焊接到其大致圆形圆柱罩的散热片(3)，散热片延伸到反射面(1)的横截面的旋转轴线，朝向圆柱形罩传送由反射面吸收的热量。
11.根据权利要求1-10任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：透明盖(4)能够由玻璃构成。
12.根据权利要求1-10任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：透明盖(4)能够由耐紫外线辐射的塑料构成，优选地是聚碳酸酯。
13.根据权利要求1-10任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：透明盖(4)能够顺应两个连续平行板并用封闭件(12)分开10毫米和30毫米之间的距离，优选地是25毫米，以产生包括隔热密封腔的完整轮廓。
14.根据权利要求1-10任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：透明盖(4)能够顺应两个连续平行玻璃板并用封闭件(12)分开10毫米和30毫米之间的距离，优选地是25毫米，以产生包括隔热密封腔的完整轮廓。
15.根据权利要求1-10任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：透明盖(4)由厚度10毫米和16毫米之间的发泡聚碳酸酯板材构成，优选地是16毫米，具有在两个相对侧上的它们的纵向腔的封闭件(12)。
16.根据权利要求1-15任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：外壳(6)能够由重量轻和便宜的金属制造，诸如厚度在0.5毫米和1毫米之间的镀锌或涂漆碳钢，以使其耐腐蚀。
17.根据权利要求1-15任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：外壳(6)能够由耐热温度高于100℃的增强塑料或热塑性塑料生产，优选为聚酯树脂和玻璃纤维，并带有具有紫外线过滤性的油漆涂层。
18.根据权利要求13-15任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：由塑料构成透明盖(4)，安装优选是拱形向外模式，以使由温度升高所导致的膨胀产生从收集器-积聚器元件(2)分开距离的增加，防止透明盖(4)接触这些收集器-积聚器元件；为此目的，在有大的长甲板的情况中，弧形支撑将散布在透明盖(4)下方。
19.根据权利要求8-9任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：每个收集器-积聚器元件(2)的盖子(10)焊接到收集器-积聚器元件。
20.根据权利要求1-18任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：每个收集器-积聚器元件(2)的盖子(10)通过螺栓法兰结合到收集器-积聚器元件，以允许用于维修或检查的最终拆卸。
21.根据权利要求1-20任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：每个收集器-积聚器元件(2)的外部阳光吸收表面能够通过电解处理构成，其允许太阳辐射被高度吸收。
22.根据权利要求1-20任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：每个收集器-积聚器元件(2)的外部阳光吸收表面能够由选择性吸收光谱涂覆层构成，其允许太阳辐射被高度吸收。
23.根据权利要求1-20任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：每个收集器-积聚器元件(2)的外部阳光吸收表面能够由不透明黑色涂层构成，其允许太阳辐射被高度吸收。
24.根据权利要求23所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：所述不透明黑色涂层是瓷釉。
25.根据权利要求1-24任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：每个反射面(1)的大致圆形的横截面能够构成在圆形横截面轮廓板(8)上。
26.根据权利要求1-24任何一项所述的加热水的集成的收集器-积聚器太阳能***，其特征在于：每个反射面(1)的大致圆形横截面由圆形轮廓(8)和作为切线的直线轮廓(9)组成，顺应由下部直线部分和凹面侧部分组成的表面，并且每个下部直线部分与相对的反射面的下部直线部分共面地定位。
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