CN103459938A - 用于太阳能集热器的过热保护机构 - Google Patents

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Abstract

一过热保护设备（Overheatprotectiondevice，OPD）是独立于太阳能集热器的循环***而应用，并与环境隔离。所述***易于一太阳能集热器在内部温度上升时的操作（相对于在高于一临界温度下减少或停止操作）。过热保护设备包括一充满至少两流体的加热管。在一非热传导状态下，所述加热管的蒸发器部分的温度低于一转变温度，双流体包括至少一液体状态的流体及至少一气体状态的流体。当蒸发器的温度高于预先设定的转变温度时，所述过热保护设备（OPD）经历一突然转变至一热传导状态，靠所述双流体将热量从所述蒸发器区域传递至冷凝器区域，因此从与环境的热隔离状态转变至强热耦合状态。

Description

用于太阳能集热器的过热保护机构
技术领域
本发明涉及太阳能集热器，尤其特别涉及一种用于太阳能集热器的过热保护机构。
背景技术
参见图1，一典型的太阳能收集***的示意图。太阳热能单元100，也被称为太阳能集热器（solar thermal collectors）、太阳能收集器（solar energy collectors）、太阳能面板（solar panels）或太阳能组件（solar modules），将太阳辐射转换为热能用于住宅建筑物或工业建筑物的各种应用102。典型的应用包括水加热104、空间加热106（space heating）、工业工艺加热108、太阳能制冷110以及其他应用112。在市场上有各种太阳能集热器，并且传统的太阳能集热器的部署、运营和维护在业内是众所周知的。为了在文中清楚说明，单数的术语“应用”通常在使用时不仅是表示一单个的应用，也包括本领域的技术人员所能够理解的多个应用。在本文的上下文中，参考术语“太阳能收集***”通常是指一个或多个太阳能集热器、应用部件及相关的支持部件。
对太阳辐射透射同时具有热红外辐射的低透射率的绝热面板已在发明人科利尔（Klier）和诺瓦克（Novik）的美国专利号US4,480,632、US4,719,902、US4,815,442、US4,928,665及US5,167,217中被披露。所述绝热面板也被称为透明绝热材料或热敏二极管，其可以由合成材料或对太阳红外（IR）辐射透明且波长光可见的玻璃制成的一蜂巢板，并且由于材料的光学特性及材料和/或面板的几何形状，可以对热红外的反向辐射（back-radiation）不透明。同时，透明绝热材料是由于材料的几何形状和物理特性而作为一种热对流抑制物（suppressor），并且由于材料的热特性而作为热传导抑制物，透明绝热材料包括如一蜂巢板的薄壁。
对于入射的太阳辐射的透明度不平衡以及由于低对流和传导而受限的能源损失，并结合可能的热红外反向辐射的抑制，产生一热敏二极管并且能够获取热量并将所获取的热量用于各种能源应用。绝热面板能够在一更广的环境温度和条件下应用，尤其是在更冷的环境下，与不需要使用一绝热面板的***相比，具有更大的能量转换效率。在某些实施中，太阳能吸收表面涂有光谱选择层，其抑制在热红外光谱中的热量再发射，排除了透明绝热的需求，从而在热红外光谱中基本上不传热。
一具有透明绝热材料的太阳能集热器被称为一绝热太阳能面板。在这种情况下，“绝热”是指透明的绝热材料，相对于通常用在一太阳能集热器的背面和侧面的传统绝热。来自于以色列Neve Yarak的TIGI公司的绝热太阳能面板可供选择。与传统的太阳能集热器相比，一绝热太阳能面板提供一具有更大能量转换效率的太阳能集热器。这尤其会在例如冬天且高纬度的情况下，环境温度与所述集热器内的对流体（例如，加热的水）温度之间存有大幅温差的条件下发生。参考图2，一基于温度和太阳辐照度的功能（X）的集热器效率（h）的图表（其中X=ΔT/G，ΔT表示环境温度与平均集热器温度的温差，G表示太阳总辐射）。X的高值表示更冷且较少阳光的条件。从当前图中可以看出，与一传统的平板集热器相比，当环境变冷和/或有效的太阳辐射量减少时，一绝热太阳能面板的效率仍然较高。当一传统的平板集热器的效率降至大约零时（例如，在0至10%的范围之内），一绝热太阳能面板仍可以在效率约为40%而运行。高效率绝热太阳能面板能够提供比传统太阳能面板更大的优越性，还能创造运行和维护方面的挑战，这是为成功操作而必须解决的问题。尤其是，需要一用于太阳能集热器的过热保护机构。
发明内容
根据本实施例的教导，提供一种用于过热保护的装置：一包括一吸收器的太阳能集热器；以及一加热管，包括：一含有至少两种流体的蒸发器，流体的组合被配置为一双流体热传递流体以传递热量，所述蒸发器与吸收器热接触；以及一冷凝器，操作上连接至所述蒸发器，所述冷凝器与所述太阳能集热器的外部环境热接触；其中处于非热传导状态时，所述蒸发器的温度低于一转变温度，所述双流体热传递流体包括至少一液体状态的流体和至少一气体状态的流体；以及处于热传导状态时，所述蒸发器的温度高于预先设定的转变温度，所述双流体热传递流体将热量从所述蒸发器传递至所述冷凝器。
在一可选的实施例中，所述太阳能集热器为一种绝热太阳能面板。在另一可选的实施例中，所述双流体热传递流体被配置为具有从所述蒸发器与所述冷凝器间热隔离的状态至所述蒸发器与所述冷凝器间热耦合的状态的突然转变。在另一可选的实施例中，所述突然转变发生在摄氏10度的激活范围之内。
在一可选的实施例中，所述装置进一步包括一扩展容积，操作地连接至加热管，其中当温度达到转变温度时，所述双流体热传递流体的一部分从所述加热管流至所述扩展容积，因此，所述加热管的内部压力仍然保持在一给定的环境压力范围之内而进行一温度范围的扩展。
在另一可选的实施例中，所述蒸发器此外还起到一热量存储设备的作用。
根据本实施例的教导，提供一种用于过热保护的装置，包括：一包括一吸收器的太阳能集热器；以及一热传递机构，包括：一具有一出口端及一回流端的蒸发器，所述蒸发器含有一热传递流体，并且与所述吸收器热接触；一具有一输入端和一输出端的冷凝器，所述冷凝器与所述太阳能集热器的外部环境热接触；以及至少具有一长度的柔性管，与所述蒸发器和冷凝器相连，所述至少具有一长度的柔性管配置为：当所述吸收器的温度低于一预先设定的转变温度，相应的一内部压力低于环境压力，处于一折叠（collapsed）状态，以防止热传递流体从所述蒸发器流至所述冷凝器，因此，所述蒸发器与所述冷凝器热隔离，并且使得从所述蒸发器至所述冷凝器的热传递不能进行；以及当所述吸收器的温度高于预先设定的转变温度，相应的一内部压力高于环境压力，处于一扩展（expanded）状态，以允许热传递流体从所述蒸发器流至所述冷凝器，因此，所述蒸发器与所述冷凝器热耦合，并且使得从所述蒸发器至所述冷凝器的热传递能够进行。
在一可选的实施例中，所述太阳能集热器为一种绝热太阳能面板。在另一可选的实施例中，所述热传递流体为一种双流体热传递流体。在另一可选的实施例中，所述至少具有一长度的柔性管与所述蒸发器的出口端和所述冷凝器的输入端相连。在另一可选的实施例中，所述至少具有一长度的柔性管与所述冷凝器的输出端和所述蒸发器的回流端相连。在另一可选的实施例中，所述至少具有一长度的柔性管是绝热的。
在一可选的实施例中，所述蒸发器在所述太阳能集热器的内部。在一可选的实施例中，所述冷凝器的位置是在所述太阳能集热器的外部，并且相对高于所述蒸发器。
在一可选的实施例中，利用重力辅助回流，冷凝的液体从冷凝器回流至蒸发器。
在一可选的实施例中，所述预先设定的转变温度在摄氏（℃）98度至摄氏（℃）108度范围之间。
根据本实施例的教导，提供一种用于过热保护的方法，包括步骤：配置一蒸发器与一太阳能集热器的吸收器热接触，所述蒸发器包含至少两种流体，流体的组合被设置为一双流体热传递流体以传递热量；以及配置一冷凝器，与所述太阳能集热器的外部环境热接触，所述冷凝器操作上连接至所述蒸发器，其中处于非热传导状态时，所述蒸发器的温度低于一转变温度，所述双流体热传递流体包括至少一液体状态的流体和至少一气体状态的流体；以及处于热传导状态时，所述蒸发器的温度高于预先设定的转变温度，所述双流体热传递流体将热量从所述蒸发器传递至所述冷凝器。
在一可选的实施例中，所述太阳能集热器为一种绝热太阳能面板。
在一可选的实施例中，所述双流体热传递流体被配置为具有从所述蒸发器与所述冷凝器间热隔离的状态至所述蒸发器与所述冷凝器间热耦合的状态的突然转变。在另一可选的实施例中，所述突然转变发生在摄氏10度的激活范围之内。在另一可选的实施例中，在所述装置的操作之前，所述转变温度被预先设定。在另一可选的实施例中，在所述装置开始操作之后，所述转变温度被调整至一第二转变温度。
在另一可选的实施例中，所述转变温度通过变更所述双流体热传递流体的组分而被调整，选自于组的所述组分，包括：空气/水，空气/乙二醇/水，氩/水，氩/乙二醇/水，氮/水以及氮/乙二醇/水。
在另一可选的实施例中，所述转变温度通过选自于组的变更而被调整，所述变更包括：变更所述双流体热传递流体中的至少两种流体的比例；变更所述装置中的双流体热传递流体的总量；变更所述冷凝器的容积；变更所述蒸发器的容积；变更所述装置的内部压力；以及增加一扩展容积至所述冷凝器。
在一可选的实施例中，本方法包括步骤：配置一扩展容积，操作上连接至所述冷凝器，其中当温度达到所述转变温度时，所述双流体热传递流体的一部分从加热管流至所述扩展容积，因此，所述加热管的内部压力仍然保持在一给定的环境压力范围之内而进行一温度范围的扩展。
在另一可选的实施例中，所述蒸发器此外还起到一热量存储设备的作用。
根据本实施例的教导，提供一种用于过热保护的方法，包括：配置一具有一出口端及一回流端的蒸发器，所述蒸发器含有一热传递流体，并且与太阳能集热器的一吸收器热接触；配置一具有一输入端和一输出端的冷凝器，所述冷凝器与所述太阳能集热器的外部环境热接触；以及配置至少具有一长度的柔性管，与所述蒸发器和冷凝器相连，所述至少具有一长度的柔性管被配置为：当所述吸收器的温度低于一预先设定的转变温度，相应的一内部压力低于环境压力，处于一折叠状态，以防止热传递流体从所述蒸发器流至所述冷凝器，因此所述蒸发器与所述冷凝器热隔离，并且使得从所述蒸发器至所述冷凝器的热传递不能进行；以及当所述吸收器的温度高于预先设定的转变温度，相应的一内部压力高于环境压力，处于一扩展状态，以允许热传递流体从所述蒸发器流至所述冷凝器，因此所述蒸发器与所述冷凝器热耦合，并且使得从所述蒸发器至所述冷凝器的热传递能够进行。
在一可选的实施例中，所述太阳能集热器为一种绝热太阳能面板。
在另一可选的实施例中，所述热传递流体为一种双流体热传递流体。
附图说明
结合参考附图通过举例方式将在下文中说明实施例，其中：
图1为一种典型的太阳能收集***的示意图。
图2为一基于温度和太阳辐照度的功能（X）的集热器效率（h）的图表。
图3为对于具有一过热保护设备及不具有一过热保护设备（OPD），太阳绝热在800W/m2的情况下，相对于集热器内部温度的集热器效率的图表。
图4A为一过热保护设备的主视图，所述过热保护设备当低于转变温度T0时作为一热隔离物来操作，当高于该转变温度时作为一热耦合物来操作。
图4B为一过热保护设备的剖视图，所述过热保护设备当低于转变温度T0时作为一热隔离物来操作，当高于该转变温度时作为一热耦合物来操作。
图5A为一具有冷凝器的过热保护设备的主视图，所述冷凝器稍许倾斜以确保冷凝的流体回流至蒸发器。
图5B为一具有冷凝器的过热保护设备的剖视图，所述冷凝器稍许倾斜以确保冷凝的流体回流至蒸发器。
图6A为一具有过热保护设备的集热器设计的非限制例子的主视图，所述过热保护设备包括一扩展容积。
图6B为一具有过热保护设备的集热器设计的非限制例子的剖视图，所述过热保护设备包括一扩展容积。
图7为一表示基于乙二醇重量百分比（%EG）的乙二醇/水的双流体在摄氏温度下的常压沸点的图表。
图8A为具有整体的过热保护设备的一太阳能集热器的主视图，所述过热保护设备器具有一存储收集器的功能。
图8B为具有整体的过热保护设备的一太阳能集热器的剖视图，所述过热保护设备器具有一存储收集器的功能。
图9为一在过热保护设备中利用一挤压阀的一实施例的示意图。
图10为一在双流体的过流保护装置的操作期间的温度的图表。
具体实施方式
根据本实施例，结合参考附图和下文的描述可以更好地理解***的原理和操作。本发明是一种用于太阳能集热器的过热保护***及方法。所述***有利于一被动或主动的过热保护设备，该过热保护设备可以独立于一太阳能集热器的循环***而被应用，并且与环境隔离。所述***促使一太阳能集热器在内部温度上升时的操作（相对于在高于一临界温度下减少或停止操作）。通过自动控制温度易于执行机构的动作，在太阳能集热器内部的被动或主动的受限温度引起从与环境的热隔离状态到强热耦合状态的突然转变。
当前所述的发明可以被应用于更有效的利用和节约能源资源。太阳能集热板被广泛地称作为一种“绿色科技”的推动者，提供如用于城市或工业所用的热水。用于太阳能集热板的能源资源为太阳能，是一种主要的可再生的能源资源。替代传统的非再生的能源资源，太阳能集热板的使用直接有助于减少温室气体的排放。尤其特别地，本发明的实施例可用于更好地利用已存在的资源，而且能够部署新的高效集热器，其在一更广的温度范围下进行操作，使得能够在更广的入射太阳辐射的辐射度下进行操作。这些特性易于在先前性价比低的位置上部署太阳能集热器，并且在减少日光期间延长太阳能集热器的操作。
一过热保护设备包括一充满至少两种流体的加热管，流体的组合被配置为一双流体热传递流体以传递热量。处于非热传导状态时，所述加热管的一蒸发器部分的温度低于一转变温度，所述双流体包括至少一液体状态的流体和至少一气体状态的流体。处于热传导状态时，所述蒸发器的温度高于所述预先设定的转变温度，并且所述双流体将热量从所述蒸发器区域传递至所述冷凝器区域。
可选地，至少具有一长度的柔性管连接至蒸发器和冷凝器。所述柔性管这样的配置可使：当所述吸收器（在加热管的一蒸发器部分）的温度低于一预先设定的转变温度，相应的所述加热器的内部压力低于环境压力，所述柔性管处于折叠状态，所述柔性管充分折叠以防止热传递流体从所述蒸发器至所述冷凝器的大量流动，因此，所述蒸发器与所述冷凝管热隔离。所述柔性管这样的配置可使：当所述吸收器的温度高于预先设定的转变温度，相应的所述加热器的内部压力等于或高于环境压力，所述柔性管处于扩展状态，所述柔性管充分松弛以允许热传递流体从所述蒸发器至所述冷凝器的大量流动，因此，所述蒸发器与所述冷凝管热耦合。柔性连接管的附加特性为所述柔性连接管是由绝热材料制成，在低于转变温度的情况下，可使所述蒸发器与所述冷凝器隔离。
在一绝热能太阳面板中，创新的解决方案是需要允许比在传统太阳能集热器内的温度明显更高的温度下进行操作，为了使温度能够受到限制以防止对绝热太阳能面板的破坏。在下文所述的绝热太阳能面板内温度受限的实施例中的一特性是通过所述绝热太阳能面板提供温度受限，相对于或依靠用于温度受限的关联应用，或当太阳能集热器的温度超过一传统的操作范围时而停止操作的传统***。在下文所述的实施例中的另一特性是本实施例可以独立于一太阳能集热器的密封部件而被实施，亦即一太阳能集热器的内部部件可以保持与环境隔离，而所述太阳能集热器的内部温度可以通过与环境热耦合而被限制。通过以下实施例所促成的附加特性包括像在密封太阳能集热器内的被动式封闭***的实施，也允许像主动式***和/或在密封太阳能集热器外部的温度受限***部分的其他实施。
为了延长太阳能集热器的使用期限并保证其性能，太阳能集热器有时候是密封的，像这种情况例如具有真空的集热管或充满惰性气体的集热器。在本实施例中，像这样的密封使得内部部件例如透明绝热层能够与环境相隔离。由于（水的）冷凝能够发生在所述集热器前板的内表面，该处透明绝热（层）与面板的透明盖板相接触，因此密封在绝热太阳能面板中是特别重要的。在透明绝热（层）存在的情况下，去除像这样的冷凝是困难的，并可能产生短期的效率降低和集热器的长期退化。在本文的上下文中，术语“环境”通常是指以太阳能集热器的外部区域，并且可以被称为环境大气。所述环境包括但不限于，围绕着一太阳能集热器和/或绕着与太阳能集热器相邻物质的空气（在地面上的应用）或真空（在空间中的应用），还包括但不限于建筑幕墙和用于太阳热能单元的支撑结构。密封减少了冷凝的风险及残余的化学污染。密封外壳还能够用例如氩或氪（低传导和对流）出众热特性的媒介替换在太阳能集热器内的环境气体。然而，密封太阳能集热器会产生新的挑战，例如建造时的压力和外壳灾难性破裂的风险。对于一绝热太阳能面板，由于包括透明绝热层使得太阳能面板的容积增加，以及透明绝热而引起更广范围的温度波动，从而加剧这些风险。
对于太阳能收集***，二种温度被讨论，即太阳能集热器的内部温度和循环流体的温度。在本文的上下文中，术语“内部温度”是指一太阳能集热器或绝热太阳能面板内部的温度，典型的在靠近吸收器的一区域。在本文的上下文中，术语“吸收器”是指典型的黑色（通常金属的高热导性）表面，其负责吸收太阳辐射，并将太阳辐射转化为热量，接着通过一热传递流体（循环流体）传递至***外部。在极端条件下，一太阳能集热器的内部温度可以达到停滞温度，处于该温度时能量不会从***中收回，或者换句话说，太阳辐射能量被输入至所述面板，但没有附加能量从太阳能收集***中被收回。循环流体的温度典型地受限于与应用相关联的安全设备。安全设备的通俗例子为泄压阀，其用于防止过热以及对应用部件的损坏。
在正常操作条件下，传统的平板太阳能集热器典型地以内部温度摄氏30度（℃）至摄氏90度（℃）范围之间及停滞温度约150℃最多可能至200℃进行操作。传统真空管的太阳能集热器可以达到一大约130℃的最大操作温度，以及大约200℃的停滞温度。
如上所述，与传统的太阳能集热器相比，一绝热太阳能面板提供具有更大能量转换效率的太阳能集热器。相应地，在一绝热太阳能面板内的停滞温度明显高于传统太阳能集热器，典型地最多可达至约250℃及可能的270℃至300℃的内部温度。若一绝热太阳能面板的内部温度不受到限制，内部温度可能达到这些明显更高的停滞温度，从而导致对所述绝热太阳能面板部件的损坏。相反，典型地在160℃至200℃温度范围之内达到停滞的传统太阳能收集***，被设计为处于这些温度时其部件能够经得起损坏，因此不需要限制太阳能集热器内的温度。
过热保护设备（OPD）- 以一被动式热控开关的加热管
为了在上述温度时操作一绝热太阳能面板，并防止对绝热太阳能面板和太阳能收集***的破坏，创新的方案是必须要限制所述绝热太阳能面板的停滞温度。为了清楚说明，本发明通常被描述为与一绝热太阳能面板相关。值得注意，本发明也能够在应用中被实施，包括但不限于例如像传统平板集热器的太阳能集热器。
一创新方案包括使用一循环加热管作为被动式热控开关，其中在一预先设定的温度，即标为转变温度T0而引发动作的温度会引起从与环境热隔离的状态至强热耦合的状态的突然转变。具体内容可以在世界知识产权组织申请号PCT/IB2011/050208中找到，并且被包括在本文中作为参考。
所述过热保护设备（OPD）在集热器效率上的结果作为集热器内部温度的功能的一例子在图3中显示，对于具有一过热保护设备及不具有一过热保护设备（OPD），太阳绝热在800W/m2的情况下，相对于集热器内部温度的集热器效率的图表，其中一转变温度T0为100℃。从图中得知，当集热器内部温度上升至100℃以上流失能量至环境中时，集热器效率会快速下降。在一实施例中，循环的加热管包括一独立的循环***以及一来自于主循环的分离流体，所述主循环将热量从集热器传递至一应用。相对于***层这有重要的优势，在集热器层具有一防止过热的方案，当集热器层具有一防止过热的方案时，可避免附加硬件要安装在***层，例如在主热传递循环中的热转储操作。此外，习惯做法是安装所谓回流***，用以避免加热管由于冬季环境温度低而冻结造成损坏的风险。由于乙二醇的防冻特性不再有效，当使用一回流***能够用水替代乙二醇，作为在太阳能面板内的主热传递流体，这是可取的。然而，具有像这样的回流***的主要风险因素，由于在主循环中任何流体的缺失，因此集热器温度可以快速上升并达到停滞，并引起集热器的损坏。
若一集热器层的过热保护设备被实施，那么该风险因素可被消除。参见图4A和图4B，分别为具有一过热保护设备的绝热太阳能面板（集热器）450的主视图和剖视图，所述绝热太阳能面板在低于转变温度T0时作为一热隔离物来操作，而在高于转变温度时作为一热耦合物来操作。值得注意的是，在以下图表中，为了清楚和简洁，所述集热器例如绝热太阳能面板450被画成垂直的。在本领域的技术人员将能了解到一集热器的正常安装在于角度，该角度取决于安装需求。
玻璃400被一框402支撑着，以允许光（近乎红外和可见波长的光在上下文中通常被称为光）达到吸收器406。典型地，玻璃400为低辐射（low-E）的玻璃。吸收器406也被称为一吸热板。低辐射玻璃的一外表面，或正面，其位于用以接收太阳辐射，或概括地，面朝太阳辐射源头也被称为集热器面板的表面。循环管420（也被称为一主循环，以黑色显示，在剖视图中显示为在吸收器406的下面/后面的循环）循环一传递流体，以从集热器406吸收热量，并将热量传递至应用。为了清楚表示图示，值得注意，在循环管420和应用之间的连接未在图中显示。值得注意，为了清楚起见，一单个太阳能面板显示在图中。典型地，所使用的多个太阳能面板具有在（多个）太阳能面板与一太阳能阵列之间的串行和/或并行连接。在这种情况下，来回至单个太阳能面板的循环管的连接可以来回（各自）至应用或一个或多个太阳能面板。在太阳能面板和应用之间的配置和连接对于本领域的技术人员是显而易见的。绝热层407例如三聚氰胺绝热层提供一内部绝热物在吸热板406的背面和太阳能面板背部之间。在侧面的侧面绝热层405和在后面的背面绝热层408分别在太阳能面板的内部与环境之间提供一热屏障。
一绝热太阳能面板为一种太阳能集热器，该太阳能集热器具有用于集热器面板表面的透明绝热材料层。透明绝热层404已整合在太阳能面板内，所述太阳能面板位于一集热器面板（玻璃400）的内表面和吸收器406之间。光通过透明绝热层404传递（传送）至吸收器406。在这种情况下，术语“绝热的”是指在集热器面板背后表面-太阳能面板内部，介于玻璃400和吸收器406之间的透明绝热层404材料，相对于通常使用在一太阳能集热器的背面和侧面（405，408）的传统绝热层。
循环管430（显示为白色，在剖视图中显示为在所述吸收器406的下面/后面的循环）提供一加热管的蒸发器部分。加热管的第一段，其起到蒸发器的作用，并以与集热器的吸热板406热耦合的竖琴管430显示。术语竖琴管用以表示在蒸发器的顶部和底部之间有一个以上的单个流路。为了清楚的解释，术语“竖琴管”的使用不应该排除只使用单个流路和/或根据特定应用的其他加热管配置的选项。该实施例的一重要特性是加热管蒸发器430为一种独立于集热器的主热传递循环420的结构。加热管的第二段起到冷凝器434的作用，其为一种散热器（或其他合宜配置如蛇形管道），并与环境热耦合。在当前图中，冷凝器在集热器的铝壳的外表面。这具有一热传递效率的优势，但不排除将冷凝器（如438所示）安置在集热器的铝壳内但在集热器绝热层407外面的情况，以至冷凝器在集热器内部，并与环境热接触。冷凝器输入连接管432连接蒸发器至冷凝器，冷凝器输出连接管436连接冷凝器至蒸发器。
在当前图中，冷凝器434（或另一形式438）被指定为与外部环境直接耦合，然而，用于流体与环境的热耦合的任何其他机构可能是通过一散热片例如像集热器的框402来耦合。另一选择是恒温阀（图未示）的增加，以产生从隔离状态至耦合状态的一突然转变。
参见图5A和图5B所示，分别为一具有过热保护设备的绝热太阳能集热面板（集热器）450的主视图和剖视图，所述过热保护设备具有稍许倾斜的冷凝器，以确保冷凝的流体回流至蒸发器。在另一实施例中，冷凝器434以具有一翅片管的倾斜冷凝器534的方式来实施，并且稍许倾斜以确保冷凝的流体回流至蒸发器。
本发明的一创新和重要的特性是能够在制造厂中预设定，或现场设定转变温度T0，处于该转变温度时，过热保护设备从集热器内部与环境之间的热隔离状态转变为热耦合状态。由于不同的太阳能热应用需要不同的供应温度，而不同的集热器的结构可能具有不同的损坏阈值温度，因此这特性非常重要。转变温度T0的想要配置可以以不同的方式达到，如下文所述。具有一个定义好的阈值温度用以从热隔离状态至热耦合状态的转变的重要原因在于，确保在低于T0时，保证通过过热保护设备保证太阳能集热器在转换效率方面的性能不因寄生热损失而受连累。
一双流体加热管的创新使用
习惯做法是在热传递流体引入之前排空一加热管。在这方面，当前的努力集中于确保在加热管中只有单流体，并且增加加热管的强度和寿命，以确保没有其他流体（包括液体和气体）泄漏至加热管。加热管的创新使用可以描述为包括在环境温度和压力条件下充满一加热管。换句话说，与传统技术相比，加热管不需要在用一热传递流体充满加热管之前被排空。例如，一加热管可以被一热传递流体充满至加热管高度的80%，并且保留在加热管内的空气充满蒸发器的剩余部分、冷凝器和连接部分。像这样，在这种配置中，加热管流体具有如空气和水的双组分。
为了清楚起见，实施例通常被描述为使用一蒸发器和冷凝器，以作为一加热管的部分。加热管通常包括一吸水机构，以促使冷凝的液体从冷凝器部分回流至蒸发器部分。在本文中，加热管的使用并不限制本发明基于加热管的实施，不需要吸水机构的另一种实施已经表明可成功地提供过热保护设备。
在本文的上下文中，术语“双流体热传递流体”，或简称“双流体”通常是指至少两流体组合的配置以传递热量。在本文的上下文中，术语“流体”通常是指一物质，例如像能够流动的液体和气体。流体能够根据存放流体的容器而改变其形状。术语“双流体”是指两个或更多的流体在一起使用和/或在使用时彼此具有一效果。术语“液体”和“液态”通常是指由分子组成的物质，分子在分子之间自由移动但不会像气体一样易于分离，亦即，既不是气体也不是固体。术语“气体”和“气态”通常是指处于物理状态的物质，该物质不会阻止形状变化，并且会无限扩充以充满任一容器。
在本文的上下文中，相对于寄生热损失，术语“热传递”和“传递热量”通常是指传递高于一给定量的大量热量。热传递的给定量是十分重要，其是根据应用而定。寄生热损失可能发生在一非热传导状态中，导致传递的热量低于所给定的量。优选地，双流体被设计为具有一阈值温度T0，也被称为转变温度，用于从一热隔离状态转变至一热耦合状态，以便确保在低于T0时，通过过热保护设备的结构，使得过热保护设备在转换效率方面的性能不因寄生热损失而受连累。
为了描述清楚，T0转变温度通常是指单个的。本领域的技术人员将能了解到转变温度在大约一理论转变温度的范围之内而变化。该范围可以根据过热保护设备的特定实施而被计算，该范围可以被过热保护设备的设计师和调试师来使用，以利于***的操作，如本文所述。这可以预见是如本文中所述的变更的变体和结合，单独或结合转变温度的范围可以被本领域的技术人员来使用以实施所声称的过热保护设备。
在本文的上下文中，术语“热接触”通常是指两物体被配置为彼此相关，以至热量可以在所述两物体之间进行交换。相反地，术语“热隔离”通常是指在热量交换基本等同于零或最小寄生交换之间的区域。
在本文的上下文中，术语“内部压力”通常是指由于过热保护设备内部的流体，尤其特别地，在一排空或非排空的加热管内部的一或多个流体而产生的压力，其中所述加热管包括一蒸发器部分及一冷凝器部分。术语“环境压力”通常是指过热保护设备的外部压力，尤其特别地，在加热管的循环***的外部，蒸发器和冷凝器的外部。在典型的情况下，太阳能集热器在地面大气中（相对于像基于空间应用的应用）被使用时，环境压力为大气压力，并且术语“环境”和“大气的”可以交换使用。
像这样的双流体热传递流体的组分效果是基本上抑制加热管内部的内部压力的增加，作为集热器内部温度和太阳辐照度等级的功能。通过保持内部压力接近于环境压力，转变温度T0将保持接近双流体的液体成分的大气沸点。虽然双流体热传递流体的内部压力将随着温度和太阳辐照度而增加，且远慢于一排空的加热管的情况，但是内部压力显示出一较弱的正依赖性。剩余内部压力随着内部温度和辐照度而增加的速度取决于可被控制的一些***参数。例如，液体容积对气体容积的比例越低，依赖温度和辐照度的内部压力其上升得越弱。
通常，一种用于过热保护装置在本文中也指一基于加热管的过热保护设备（OPD）。加热管包括一含有至少两个流体的蒸发器，流体的组合被配置为一双流体热传递流体以传递热量。一冷凝器操作上连接至蒸发器。在处于非热传导状态时，所述蒸发器的温度低于一转变温度，所述双流体包括至少一液体状态的流体和至少一气体状态的流体。在处于热传导状态时，所述蒸发器的温度高于预先设定的转变温度，所述双流体将热量从所述蒸发器传递至所述冷凝器。
过热保护设备可以用于不同的与太阳能集热器相关或非相关的应用。当与一太阳能集热器一起使用时，蒸发器是与吸收器热接触，并且冷凝器与太阳能集热器外部的环境热接触。当太阳集热器为一绝热太阳能面板时，所述过热保护设备特别有用。双流体较佳地被配置为从蒸发器与冷凝器间热隔离的状态至蒸发器与冷凝器间热耦合的状态的突然转变。在本文的上下文中，术语“突然转变”通常是指在大约摄氏10度的典型的“激活范围”之内发生一转变。换句话说，在约T0的边沿发生一突然转换，其中流体从热隔离转变至热耦合。如上所述，转变温度实际上是“转变温度范围”，因此术语“突然转变”是指在“激活范围”内的“转变温度范围”。根据特定应用，除了摄氏10度的典型激活范围的例子之外，还可能要一激活范围。基于该描述，在本领域的技术人员可以选择一特定的激活范围用于一特定应用。调整一转变温度是当前实施例的一特性，并且在下文中进一步描述。
调整转变温度
液体容积与气体容积的比例可以在制造期间或安装期间通过配置***而被控制，因此调整所述过热保护设备的转变温度T0用以一特定安装和/或应用。转变温度可以在制造和/或现场操作时通过方法而被设定，所述方法包括：
蒸发器的液体填充比例的变更，
冷凝器容积的变更，
液体或气体组分的变更，
***内部压力的变更，以及
扩展容积的增加。
在所述装置操作之前，转变温度为预先设定的情况下，所述过热保护设备可以在制造期间、在配置之前和/或配置之后被设定。转变温度也可以在所述装置开始操作之后被调整至一第二转变温度。
值得注意的是所述过热保护设备可以根据特定应用和安装细节而多次设置或调整。在一非限制例子中，一过热保护设备在操作之前被设定为一初始转变温度。在过热保护设备的监控操作之后，想要一不同的转变温度，对***的一个或多个部件进行一次或多次的变更，如本文所述，以达到不同的转变温度。在另一非限制的例子中，在一太阳能集热器的使用期限内，减少转变温度可能为想限制集热器的老化部件的内部温度，并且延长集热器的寿命。
双流体组分的加热管的设计自由度为蒸发器的液体填充比例的变更。一种变更为调整加热管流体物的组合。换句话说，变更双流体热传递流体的至少两流体的比例。转变温度可以通过变更双流体的一组分和/或双流体的比例而被调整。另一可选的变更为变更所述装置内的双流体总量。一非全面的液体组分的组合列表包括：
•空气/水
•空气/乙二醇/水
•氩/水
•氩/乙二醇/水
•氮/水
•氮/乙二醇/水
一使用双流体的非限制例子为空气/乙二醇/水的组合。乙烯（或丙烯）乙二醇/水的方案可以在一较大的比例范围内变化。这是非常重要在于促成一实施例，其为乙二醇/水的比例用以变更所述设备的转变温度T0从吸热板与环境之间的热隔离至吸热板与环境之间的热耦合。乙二醇/水混合物的沸点是根据其组分而定。参见图7，表示在基于乙二醇重量百分比（%EG）的乙二醇/水的双流体在摄氏温度下的常压沸点的图表。
与纯水相比（仅使用水作为热传递流体），由于减少的蒸汽压力低于沸点，因此使用双流体的液体组分乙二醇/水混合物的是一附加且非显而易见的特征。在低于转变温度T0时，通过过热保护设备而使用乙二醇/水混合物，以减少剩余寄生热传递，这是非常重要的。乙二醇在空气存在下可能会降低热循环，因此，增加一稳定的添加剂也是一种选择。
双流体组分的加热管的另一设计自由度是过热保护设备的部件容量的变更。转变温度可以通过过热保护设备的部件容量的变更而被调整，包括但不仅限于变更冷凝器容量和变更蒸发器容量。具有多个自由度以允许转变温度的控制。尽可能充满蒸发器是想要确保，当吸热板达到和超过转变温度时，在吸热板全高度上进行热传递机理操作。
流体所达到的高度也是集热器的倾斜角度的一功能，并且会根据高度和对夏天或冬天所做的优化而有变化。倾斜角可以限制液体与空气的比例，但会影响转变温度。因此，增加一扩展容积或变更液体组分的选择是值得有的。
双流体组分的加热管的另一设计自由度是过热保护设备的内部压力的变更。转变温度可以在制造期间，或安装时，或在开始操作之前，和/或上述时段的组合，通过变更过热保护设备的内部压力而被调整。过热保护设备的内部压力相对于环境压力的增加或减少会产生用于双流体的更高或更低的转换温度。
扩展容积
参见图6A和图6B，分别表示一具有过热保护设备的集热器设计的非限制例子的主视图和剖视图，所述过热保护设备包括一扩展容积。扩展容积的目的是为了当集热器内部达到转变温度T0，并且蒸汽进入冷凝器，处于气体状态的双流体部分从冷凝器中漏出。当太阳能面板内部的温度增加时，因此蒸发器温度增加并达到转变温度，加热管内部压力开始增加，双流体部分开始沸腾，并从液体状态转变至气体状态。保持内部压力在一大气压左右（常压作为环境压力）有助于保持一特定想要的转变温度。扩展容积的增加提供一容积，由沸腾液体而来的气体或蒸汽可以在其中流动，因此，当温度开始增加时，保持内部压力在大致的环境压力。扩展容积通过缓和内部压力的波动，有助于控制转变温度。
关于熟知的理想气体定律中，要考虑简单描述操作过热保护设备的冷凝器部分：
PV=nRT，其中P为压力，V为容积，n为气体物质的总量，R为理想气体常数，以及T为温度。在过热保护设备具有一固定容量的情况下，当蒸发器的温度上升且蒸汽进入冷凝器时，冷凝器内的压力增加。双流体气体部分在冷凝器内所增加的压力对双流体液体部分施加一增加的压力。该增加的压力提高了液体部分的转变温度，于是在压力和温度之间生产一较强的依赖性。然而，通过提供一附加容量至冷凝器以扩展容积，扩展容积的增加将减缓双流体气体部分在冷凝器内压力的增加。这可以从通用气体定律得到理解，由于∂P/∂T∝1/V,亦即，压力随着温度增长率是与容量成反比。与不具有扩展容积的***相比，这在压力和温度之间产生较弱的依赖性。
扩展容积的容量、位置、材料和结构根据过热保护设备的操作和安装要求而变化。扩展容积可以由刚性材料或如一弹性囊状物的形变材料而构成。相对于刚性的扩展容积，一弹性囊状物可以随着过热保护设备内部压力的变化而扩展和收缩，进一步有助于通过缓和内部压力的波动以控制转变温度。一囊状物的扩展和收缩可以在加热管内部压力保持接近环境的情况下进行扩展温度范围，并且事实上能够在一很宽的温度范围内确保几乎恒定的环境内部压力。
若扩展容积与环境热接触，另一可能性是扩展容积内的蒸汽散发（传递）热量至环境，于是降低蒸汽的温度。在这种情况下，冷却的蒸汽部分可以在扩展容积中冷却并且返回至液态。由于在扩展容积内存有液态的可能性，因此扩展容积应该最好被配置成确保任何冷凝在扩展容积内的剩余液体将会回流至蒸发器。参见当前图，显示扩展容积在冷凝器的旁边和上方。在图中，扩展容积位于在蒸汽器的上方，以使冷凝的液体回流至蒸发器。
一扩展容积600可以被加至过热保护设备的其他位置（图中未示），例如像在冷凝器的一侧。在其他应用中（图中未示），扩展容积位于蒸发器的一侧。扩展容积可以操作上与冷凝器或蒸发器相连。基于上述描述，在本领域的技术人员能够选择一用于扩展容积的位置，所述扩展容积适合用于一特定的应用。
通常，所述过热保护设备可进一步包括一扩展容积，操作上与加热管连接。当蒸发器的温度达到转变温度，双流体的一部分从加热管流至扩展容积，于是加热管内部压力保持在大约环境压力的一给定范围之内而进行一温度范围的扩展。
典型地，双流体的气体部分为空气，并且“扩展容积”在本文的上下文中也被称为 “空气扩展容积”。所使用和提及的空气作为双流体热传递流体中一流体不应受到考虑限制。如上所述，其他流体如氩气和氮气也可以被使用。
参见图10，在一双流体的过流保护装置的操作期间的温度的图表。垂直轴为以摄氏度表示的温度，水平轴为白天的时间。太阳能集热器对太阳辐射（太阳）的显著暴露开始在白天的11：00点钟，并持续至下午。可以从图表中看出，当集热器暴露在太阳光下，吸收器（方形数据点）的温度开始上升。相应地，在一段时间后，停滞的蒸发器温度（“X”数据点）开始上升。过热保护设备没有激活，冷凝器（输入端和输出端）的温度仍保持稳定（大约在35℃，稍高于环境温度）。
在大约12：45，当蒸发器的温度达到过热保护设备的转变温度（在该情况下为100℃）时，过热保护设备激活，冷凝器输入端的温度（三角数据点）开始上升。
在过热保护设备的操作期间（从1：00开始），太阳能集热器继续操作。在该情况下，吸收器的温度稳定在约165℃，保持集热器的内部温度低于停滞温度，并且防止集热器部件的过热。蒸发器的温度和相应冷凝器输入端的温度分别稳定在大约110℃和105℃。从冷凝器返回至蒸发器的冷凝液体的温度以冷凝器输出端的温度（圆形数据点）表示，其保持稳定在略高于环境温度。
集成存储集热器的过热保护设备
当如上文所述的太阳能集热器通常与一远端的存储罐相配合使用时，也需要能够集成一紧靠太阳能集热器的存储罐。一存储罐或存储集热器可以提供一集成方案，用以通过一应用来存储多余热量，以供后续使用。设置一存储罐紧靠太阳能集热器在本领域是公知的，其位置通常紧靠太阳能集热器，与设置在应用的位置的远端存储罐相背。一紧靠太阳能集热器的存储集热器的常规安置，其普遍的应用是用于给家庭应用提供热水。在传统存储集热器中，新鲜的水被使用（通常加压），并且适用于中度使用。
在一创新实施例中，一非加压的惰性储罐用于存储，并且一加压的“热交换”如一竖琴管（或其他任意形式）用以能量循环至存储罐，用于例如像家用热水的应用。本实施例的优选特性是一过热保护设备创意整合至一存储集热器。
参见图8A和图8B分别表示具有整合的过热保护设备的一太阳能集热器的主视图和剖视图，整体的过热保护设备器具有一存储集热器的功能，一存储集热器800设置在绝热太阳能面板450的内部，并且与吸收器406热接触。在该实施中，存储集热器800在循环管430（参见图4所示）的位置。
在绝热太阳能面板450内部的存储集热器800的安置以至通过透明绝热层404使得存储集热器被保护，于是通过对流而减少对环境的热损失，以改善整个集热器效率。在这实施例中，存储容积在集热器中扮演双重角色，也可当作用于过热保护设备的蒸发器（先前图中的部件430）。在上述实施例中，蒸发器的一典型配置可以包含0.1升至10升的液体（作为双流体热传递流体的一部分）。在使用蒸发器用于热量存储（作为存储集热器）的实施例中，蒸发器可以容纳10升至200升的液体。
如上文所述的集热器结构，过热保护设备起到一循环加热管的作用，循环加热管是独立于主热传递循环420（其传递热量至应用）。然而，在本结构中，蒸发器也可作为一热量存储容积，其可以充满任何上述特定已选定的双流体组合。另外，由于蒸发器（800）与主热传递循环420物理隔离，存储流体也可以是一相变材料。更进一步，在上述结构中，存储集热器过热保护设备也可以增加任何附加特性，例如像一翅片管冷凝器534或一扩展容积600。
存储集热器也可以安装一扩展包802，通过管道808连接至存储集热器（蒸发器）800和扩展包外壳804，以至集热器450的内部保持密封且未形成内部压力。当扩展包为一柔性膜片，扩展包可以在低于转变温度的环境温度下正常放气。当吸收器的温度上升，并达到转变温度时，存储集热器800的温度相应地上升，双流体的一部分由液体状态开始蒸发转至为气体。气体能够在扩展包802内扩展，使过热保护设备的内部压力稳定在环境压力，因此，当太阳能集热器的内部温度上升时，双流体的转变温度保持稳定。基于该描述，在本领域的技术人员可以选择一位置，并且从存储集热器（蒸发器）800连接至扩展包802。
绝缘挤压阀
上述的设备和选项在提供一过热保护设备（OPD）是非常有效的。一创造性的挤压阀的使用可以在实施中提供额外效率，包括一排空的加热管和具有一在环境温度下低于环境的内部压力的***。为了清楚说明，一挤压阀的实施将会与一太阳能集热器一起描述，如上述参考图4时的描述。该描述不限制实施，该实施可以与绝热太阳能面板一起，并且在压力不同状态下的操作，其他设备将从隔离部分获得益处。
参见图9，在一过热保护设备中使用一挤压阀用于热隔离的一实施例的示意图。加热管的一第一部分起到蒸发器430的作用，其为一蛇形管，与集热器的吸热板406热耦合。加热管的一第二部分起到冷凝器434的作用，其为一蛇形管（或任何其他灵活配置），与大气热耦合。值得注意的，尽管在当前图中显示一蛇形管，但是本领域的技术人员将能了解到各种冷凝器和/或蒸发器可以根据特定应用而被使用。在一可选的实施中，冷凝器部分包括一散热片。
为了清楚说明，蒸发器的上端即蒸发的液体蒸汽从蒸发器430退至冷凝器434，是指一“出口管”902。蒸发器的下端即冷凝的液体从冷凝器回流并进入蒸发器，是指一“回流管”904。冷凝器的上端即蒸发的液体蒸汽从蒸发器进入冷凝器，是指一“输入管”906。冷凝器的下端即冷凝的液体退出冷凝器以回流至蒸发器，是指一“输出管”908。
出口管（蒸发器的上端）902通过一柔性管910的第一长度连接至一刚性最好的导热管至冷凝器部分的输入管（输入端/下端）906。与蒸发器、冷凝器内的管道及连接管（导热和非导热）的长度相比，柔性管的长度通常较短。柔性管的特定长度是根据应用、使用油管的类型以及管道的机械特性而定。例如像特氟隆的产品通常是可用的，并已成功用于柔性管的长度。基于该描述，在本领域的技术人员可以选择一合适材料、长度及宽度用于柔性管。
输出管（冷凝器部分的下端/球状物）908通过一刚性最好的热传导管并通过一柔性管的第二（附加）短长度912连接并回至回流管（蒸发器部分的底部/球状物）904。
值得注意的是当现有描述的实施包括两个长度的柔性管（910，912），一长度的柔性管是在每一蒸发器和冷凝器之间的连接，通常实施可以包括一或多个长度的柔性管。例如，在一非循环加热管中，一单个柔性长度使用在蒸发器和冷凝器之间的一管子的两端。在一单个循环加热管内（单个循环在蒸发器和冷凝器之间），一单个柔性长度可以使用在蒸发器的出口端或回流端（或相当于，在冷凝器的输入端或输出端）。在蒸发器和冷凝器之间存在多个连接的情况下，每一连接可以包括具有一长度的柔性管。
在热传递流体引入之前，闭合循环加热管排空。由于气/液平衡的部分压力，于是加热管的内部压力为单独的。当温度低于热传递流体的沸点，热传递流体的部分压力将会低于大气。亦即，冷凝器和蒸发器部分的内部压力将等同于热传递流体的蒸汽压力。因此，当流体的蒸汽压力随着温度变化时，该内部压力随着温度准确地变化。该特性具有重要的功能意义，并会在下文中说明。
优选地，具有一或多个长度的柔性管为绝热的。换句话说，所述长度的柔性管是由非导热材料而构成，用作绝热，从冷凝器部分的热传导管道至蒸发器部分的热传导管道。
所述具有一或多个长度的绝热柔性管可以扮演重要角色。首先，绝热柔性管可以当作热传递障碍物，这样连接在蒸发器和冷凝器之间的刚性（导热）管道部分不能不依赖管道内流体的状态而通过管道本身在温度低于转变温度T0时将热量从吸热板带走。其次，作为长度的柔性管是灵活的，柔性管当作压力激活的“挤压阀”，以至当加热管内部压力低于环境压力，柔性管处于一第一折叠状态，由于压力导致柔性管的折叠，热传递流体的流动被抑制。当在加热管内的压力达到环境压力时，柔性管转变至一第二扩展状态，管道扩张，处于蒸发状态的热传递流体被允许从蒸发器流至冷凝器并回流，使在吸热板和外部环境之间进行强热耦合。如上所述，由于内部压力几乎等同于热传递流体的蒸汽压力，所述转变温度T0将会是热传递流体处于环境压力下的沸点，因为一流体在沸点时，流体的蒸汽压力等于环境压力；例如T0≡Tb(Patm)。
在另一实施例中，第二短长度（挤压阀下端）912（从冷凝器的输出端至蒸发器的回流端）被替代为一刚性但又绝缘的管道部分。在这种情况下，刚性绝缘管道部分当作一热传导障碍物，但是允许冷凝（物）独立于吸热板的温度且由于重力而回流至蒸发器。一单向流动阀也可以在较低位置的绝缘管道部分的外侧被实施，以防止流体向相反方向流动。
通常，一用于过热保护的装置包括一太阳能集热器，其包括一吸收器和一热传递机构。所述热传递机构包括一蒸发器、冷凝器和至少具有一长度的柔性管。蒸发器具有一出口端和一回流端。蒸发器含有一热传递流体，并且与吸收器热接触。冷凝器具有一输入端和一输出端。冷凝器与太阳能集热器的外部环境热接触。至少具有一长度的柔性管与蒸发器和冷凝器相连。所述长度的柔性管被配置为具有两个状态：一折叠状态和一扩展状态。处于折叠状态，当吸收器的温度低于一预先设定转变温度，相应的一内部压力低于环境压力，所述长度的柔性管防止热传递流体从蒸发器流至冷凝器，于是蒸发器与冷凝器热隔离，并且使得从蒸发器传递至冷凝器的热传递不能进行。处于扩展状态，当吸收器的温度高于所述预先设定转变温度，相应的一内部压力高于环境压力，所述长度的柔性管允许热传递流体从蒸发器流至冷凝器，于是蒸发器与冷凝器热耦合，并且使得从蒸发器传递至冷凝器的热传递能够进行。
挤压阀可以与传统的太阳能集热器和绝热太阳能面板一起使用。蒸发器部分典型地设置在所述太阳能集热器的内部。冷凝器典型地设置在太阳能集热器的外部，但是也可以在太阳能集热器的内部，与太阳能集热器的环境相接触。典型地，冷凝器位于相对高于蒸发器的位置，典型地，冷凝器流体通过重力辅助回流至蒸发器。
有助于本实施例的描述的简单运算的使用不应该有损于本发明的效用和基本优点。
值得注意的是上述所使用的举例和标号是帮助本实施例的描述。非故意的印刷和数学错误不应该有损于本发明的效用和基本优点。
这是可以理解是上述描述仅是作为例子，并且许多其他实施例在后附的权利要求所界定的本发明范围内也是可行的。

Claims (29)

1.一种用于过热保护的装置，其特征在于，包括：
（a）一太阳能集热器包括一吸收器；以及
（b）一加热管包括：
（i）一蒸发器，含有至少两种流体，流体的组合被配置为一双流体热传递流体以传递热量，所述蒸发器与所述吸收器热接触；以及
（ii）一冷凝器，操作上连接至所述蒸发器，所述冷凝器与所述太阳能集热器的外部环境热接触；
其中，当处于非热传导状态时，所述蒸发器的温度低于一转变温度，所述双流体热传递流体包括至少一液体状态的流体和至少一气体状态的流体；以及处于热传导状态时，所述蒸发器的温度高于所述预先设定的转变温度，所述双流体热传递流体将热量从所述蒸发器传递至所述冷凝器。
2.根据权利要求1所述的用于过热保护的装置，其特征在于，所述太阳能集热器为一种绝热太阳能面板。
3.根据权利要求1所述的用于过热保护的装置，其特征在于，所述双流体热传递流体被配置为具有从所述蒸发器与所述冷凝器间热隔离的状态至所述蒸发器与所述冷凝器间热耦合的状态的突然转变。
4.根据权利要求3所述的用于过热保护的装置，其特征在于，所述突然转变发生在摄氏10度的激活范围之内。
5.根据权利要求1所述的用于过热保护的装置，其特征在于，进一步包括：
（b）一扩展容积，操作地连接至加热管，其中当温度达到转变温度时，所述双流体热传递流体的一部分从所述加热管流至所述扩展容积，于是，所述加热管的所述内部压力仍然保持在一给定的环境压力范围之内而进行一温度范围的扩展。
6.根据权利要求1~5中的任意一项所述的用于过热保护的装置，其特征在于，所述蒸发器此外还起到一热量存储设备的作用。
7.一种用于过热保护的装置，其特征在于，包括：
（a）一太阳能集热器，包括一吸收器；以及
（b）一热传递机构，包括：
（i）一蒸发器，具有一出口端及一回流端，所述蒸发器含有一热传递流体，并且与所述吸收器热接触；
（ii）一冷凝器，具有一输入端和一输出端，所述冷凝器与所述太阳能集热器的外部环境热接触；以及
（iii）至少具有一长度的柔性管，与所述蒸发器和冷凝器相连，所述至少具有一长度的柔性管被配置为：
（A）当所述吸收器的温度低于一预先设定的转变温度，相应的一内部压力低于环境压力，处于一折叠状态，以防止所述热传递流体从所述蒸发器流至所述冷凝器，于是所述蒸发器与所述冷凝器热隔离，并且使得从所述蒸发器至所述冷凝器的热传递不能进行；以及
（B）当所述吸收器的温度高于所述预先设定的转变温度，相应的所述内部压力高于环境压力，处于一扩展状态，以允许所述热传递流体从所述蒸发器流至所述冷凝器，于是所述蒸发器与所述冷凝器热耦合，并且使得从所述蒸发器至所述冷凝器的热传递能够进行。
8.根据权利要求7所述的用于过热保护的装置，其特征在于，所述太阳能集热器为一种绝热太阳能面板。
9.根据权利要求7所述的用于过热保护的装置，其特征在于，所述热传递流体为一种双流体热传递流体。
10.根据权利要求7所述的用于过热保护的装置，其特征在于，所述至少具有一长度的柔性管与所述蒸发器的出口端和所述冷凝器的输入端相连。
11.根据权利要求7所述的用于过热保护的装置，其特征在于，所述至少具有一长度的柔性管与所述冷凝器的输出端和所述蒸发器的回流端相连。
12.根据权利要求7所述的用于过热保护的装置，其特征在于，所述至少具有一长度的柔性管是绝热的。
13.根据权利要求7所述的用于过热保护的装置，其特征在于，所述蒸发器在所述太阳能集热器的内部。
14.根据权利要求7所述的用于过热保护的装置，其特征在于，所述冷凝器的位置是：
（a）在所述太阳能集热器的外部，以及
（b）相对高于所述蒸发器。
15.根据权利要求7所述的用于过热保护的装置，其特征在于，利用重力辅助回流，冷凝的液体从所述冷凝器回流至所述蒸发器。
16.根据权利要求7所述的用于过热保护的装置，其特征在于，所述预先设定的转变温度在摄氏（℃）98度至摄氏（℃）108度范围之间。
17.一种用于过热保护的方法，其特征在于，包括步骤：
（a）配置一蒸发器，与一太阳能集热器的一吸收器热接触，所述蒸发器包含至少两种流体，流体的组合被设置为一双流体热传递流体以传递热量；以及
（b）配置一冷凝器，与所述太阳能集热器的外部环境热接触，所述冷凝器操作上连接至所述蒸发器，其中处于非热传导状态时，所述蒸发器的温度低于一转变温度，所述双流体热传递流体包括至少一液体状态的流体和至少一气体状态的流体；以及处于热传导状态时，所述蒸发器的温度高于所述预先设定的转变温度，所述双流体热传递流体将热量从所述蒸发器传递至所述冷凝器。
18.根据权利要求17的用于过热保护的方法，其特征在于，所述太阳能集热器为一种绝热太阳能面板。
19.根据权利要求17的用于过热保护的方法，其特征在于，所述双流体热传递流体被配置为具有从所述蒸发器与所述冷凝器间热隔离的状态至所述蒸发器与所述冷凝器间热耦合的状态的突然转变。
20.根据权利要求19的用于过热保护的方法，其特征在于，所述突然转变发生在摄氏10度的激活范围之内。
21.根据权利要求17的用于过热保护的方法，其特征在于，在所述装置的操作之前，所述转变温度被预先设定。
22.根据权利要求17的用于过热保护的方法，其特征在于，在所述装置开始操作之后，所述转变温度被调整至一第二转变温度。
23.根据权利要求17的用于过热保护的方法，其特征在于，所述转变温度通过变更所述双流体热传递流体的组分而被调整，选自于组的所述组分，包括：
（a）空气/水；
（b）空气/乙二醇/水；
（c）氩/水；
（d）氩/乙二醇/水；
（e）氮/水；以及
（f）氮/乙二醇/水。
24.根据权利要求17的用于过热保护的方法，其特征在于，所述转变温度通过选自于组的变更而被调整，所述变更包括：
（a）变更所述双流体热传递流体中的至少两种流体的比例；
（b）变更所述装置中的双流体热传递流体的总量；
（c）变更所述冷凝器的容积；
（d）变更所述蒸发器的容积；
（e）变更所述装置的内部压力；以及
（f）增加一扩展容积至所述冷凝器。
25.根据权利要求17的用于过热保护的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
（c）配置一扩展容积，操作上连接至所述冷凝器，其中当温度达到所述转变温度时，所述双流体热传递流体的一部分从所述加热管流至所述扩展容积，于是所述加热管的所述内部压力仍然保持在一给定的环境压力范围之内而进行一温度范围的扩展。
26.根据权利要求17～25中的任意一项所述的用于过热保护的方法，其特征在于，所述蒸发器此外还起到一热量存储设备的作用。
27.一种用于过热保护的方法，其特征在于，包括：
（a）配置一蒸发器，具有一出口端及一回流端，所述蒸发器含有一热传递流体，并且与一太阳能集热器的一吸收器热接触；
（b）配置一冷凝器，具有一输入端和一输出端，所述冷凝器与所述太阳能集热器的外部环境热接触；以及
（c）配置至少具有一长度的柔性管，与所述蒸发器和冷凝器相连，所述至少具有一长度的柔性管被配置为：
（i）当所述吸收器的温度低于一预先设定的转变温度，相应的一内部压力低于环境压力，处于一折叠状态，以防止所述热传递流体从所述蒸发器流至所述冷凝器，于是所述蒸发器与所述冷凝器热隔离，并且使得从所述蒸发器至所述冷凝器的热传递不能进行；以及
（ii）当所述吸收器的温度高于所述预先设定的转变温度，相应的所述内部压力高于环境压力，处于一扩展状态，以允许所述热传递流体从所述蒸发器流至所述冷凝器，于是所述蒸发器与所述冷凝器热耦合，并且使得从所述蒸发器至所述冷凝器的热传递能够进行。
28.根据权利要求27所述的用于过热保护的方法，其特征在于，所述太阳能集热器为一种绝热太阳能面板。
29.根据权利要求27所述的用于过热保护的方法，其特征在于，所述热传递流体为一种双流体热传递流体。
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