CN101892794A - 太阳能吸热窗体 - Google Patents

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Abstract

一种以紧凑的低成本封装的具有一体的太阳能集热器的窗体。两个透明的窗玻璃相互分离以形成用于容置工作流体的第一通道。窗玻璃的周缘固定于框架中，热交换器也固定于框架中，热交换器中具有用于工作流体的第二通道和用于工作介质的第三通道。第一通道和第二通道耦接以形成工作流体路线。

Description

太阳能吸热窗体
技术领域
本发明涉及一种具有一体的太阳能集热器的窗体。
背景技术
窗体可结合透明的太阳能集热器，并由此提供比不透明的太阳能集热器更令人满意的建筑美感。这些窗体通常包括两个玻璃板层，在两个玻璃板层之间引进空气或液体，GB2450474中描述了在两个玻璃板层之间引进循环液体的实例。这些液体循环的透明集热器存在的问题是必须将窗体连接到偏远的热交换器，在这热交换器中，从集热器用管道输送来的储热流体将热能传递到其它流体加以利用。这就涉及不理想的大量管道系统、泵和管配件和填满这些管道系统的额外储热流体，以及在管道配置和管路组件中需要的人力物力。还涉及当透明窗玻璃破裂时发生过渡液体泄露、财产损坏以及相对昂贵的储热工作流体损耗的可能性。本发明的目的是克服或实质改进上述缺点或更具体地提供一种改进的吸热窗体。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种吸热窗体组件，其包括：第一和第二透明窗玻璃，第一透明窗玻璃与第二透明窗玻璃相互分离以在它们之间形成用于接收工作流体的第一通道；框架，窗玻璃的周缘固定于框架中；固定于框架中的热交换器，热交换器中具有用于工作流体的第二通道和用于工作介质(service fluid)的第三通道；以及管道装置，管道装置耦接第一通道和第二通道以在框架中形成工作流体路线，借此将第一通道中的工作流体所吸收的热能供应至热交换器。
优选地，框架包括容置第一通道的相对的上端和下端的细长的上构件和下构件，并且第二通道和第三通道在上构件内纵向地延伸。
优选地，第三通道两端附近的进口和出口延伸穿过框架中邻近上构件的两端的开口。
优选地，管道装置包括：分别邻近第一通道上端和下端的上总管和下总管；使每个总管上纵向分隔的开口与第一通道的两端流体连通；以及将第二通道分别连接到上总管和下总管的第一管道和第二管道。
优选地，窗体还包括位于框架内的容器以提供膨胀空间。优选地，容器安装在上构件中并连接到第一管道。
优选地，第二通道与第三通道同轴，更优选地，第三通道为环形截面并围绕第二通道。
优选地，第三通道设置在被隔热物料包围并容置在上框架构件内的管状构件中。
优选地，工作介质沿与工作流体流经第二通道的相反方向流经第三通道。
本发明提供了一种操作上切实有效并可低成本制造的吸热窗体组件。吸热窗体具有仅容于窗体框架内的紧凑的工作液体流程，由此使系统中的工作流体数量最小化。这还减少了流程中的流动阻力和热损耗，并获得更好的热传递特性。当较大的浮力产生较大的流动阻力时，循环的液体流动自动调节流速，而无需水源运作。
附图说明
现在将参照附图以示例的方式描述本发明的优选方式，在附图中：
图1为根据本发明的示例性实施例的吸热窗体的主视剖面示意图，以及
图2为沿图1A-A线的剖面示意图。
具体实施方式
吸热窗体包括由金属或硬质聚合物形成的细长的上构件10、下构件11以及侧构件12、13。构件10至构件13中空并具有容置透明玻璃或聚合物的第一窗玻璃(window pane)14和第二窗玻璃15的边缘的细长接口。构件10至构件14通过接头(未示出)使它们的端部相连以形成矩形窗体框架16。使用时，框架16安放在建筑物开口中，或可固定在适当位置，又或者可选择地，通过铰链或轨道安装以实现枢转或滑动功能。框架沿图中所示的方向竖直地安装，但当框架安装在倾斜的屋顶上以形成天窗时，或者当铰接窗敞开时，框架可放在倾斜位置。
第一窗玻璃14和第二窗玻璃15为平坦的矩形并相互平行地分隔以在它们之间保存第一通道17。容置在侧构件12、13中的窗玻璃14、15的长边被密封封闭，而短边连接到上分配总管18和下分配总管19。为了提高工作流体的吸热能效，内部透明窗玻璃14(限定室内空间边界的窗玻璃)的表面可装配有反光膜层(未示出)，从而使第一通道17在加强了的反射光线返回到外间环境时多被吸收，该反光层还有利于减小对建筑物内空间的传热。为了扩展窗体的功能，外部透明窗玻璃15可为光电玻璃窗，通过第一通道17中的流体流动可冷却光电玻璃窗的太阳能电池(未示出)，并且产生的电用于支持其它的建筑物活动。
总管18、19分别被容置在上构件10和下构件11中，并包括相似的管状构件，该管状构件在其与第一通道17的上边和下边连通的壁中具有纵向分隔的开口。上总管18的端部20封闭，而相对的端部21通过管道22连接到形成于铜管24中的第二通道23。下总管19的端部25通过管道26连接到第二通道23，而相对的端部27经由截止阀(shut-off valve)28连接到注入和排放端口29。为了排放，下总管19朝向端部27倾斜。总管18、19中用于连接到第一通道17的开口的形式设置为使流体向上均匀地流过第一通道17的整个宽度。可替换地，分配总管18、19的截面可为矩形、又或者其形状或尺寸可沿它的长度改变。
铜管24和由铜管限定的第二通道23形成被安装在上构件10中的狭窄细长的热交换器30的一部分，热交换器30还包括与管24同轴的外管31以限定截面为环形的第三通道32。第三通道32与第二通道23大体共同延伸，并且第三通道32包括在其两端附近的进口33和出口34，进口和出口延伸穿过框架中邻近上构件10两端的开口。热交换器30通过管状配件38固定在上框架构件10中，管状配件38固定在中空构件或外管31的两端并延伸穿过框架构件10中的各个孔。因此，配件38用于机械地安装热交换器30及使进口33与出口34之间流体连通。在可替换的实施例(未示出)中，管24、31的其中之一或其它可与上框架构件10集成。
容器35安装在框架内用以提供膨胀空间。如图所示，容器35安装在上构件10中并连接到管道22。设置气孔(未示出)，以使空气从系统中排出。为排出空气，热交换器30和上总管18朝容器35向上倾斜，由此容器35与管道22连接于路线的最高点。
窗体框架16填充有围绕热交换器30、管道22、26以及窗玻璃14、15周围的隔热物料36，例如，聚氨酯泡沫。
第一通道17、总管18、19以及管道22、26填充有诸如透明流体的工作流体，例如水或酒精，或水和酒精的混合物。可选择地，工作流体可为其它纯净的或混合的透明液体或半透明的(有色的)液体，以改变光学特性，尤其是在可见范围内玻璃窗的太阳能透过率。太阳辐射吸收率提高工作流体的温度，并因热虹吸效应引起自然循环流动。参照图1，工作流体沿逆时针方向经由第一通道并经由热交换器30循环流动，并经由管道26流回到第一通道。
为了建筑物中提供热水服务，工作介质在进口33与出口34之间以与热交换器30中的工作流体做相反的方向流动。在窗体铰接的情况下，进口33与出口34通过两个挠性软管连接到建筑物结构内的工作介质管道系统。为了使集热能力最大化，多个吸热窗体可通过工作介质管道以串联、并联或串并联相结合的方式连接在一起。另外，可在热交换器30的流动通道31处利用相变材料。这种附加的蓄热有助于稳定工作介质的工作温度，并由此进一步改进总体的热交换性能。当工作流体排尽时，经由第一通道的窗体空气循环提供有限的热交换能力。
本发明的方面仅以示例的方式描述，并且应该认识到，在不偏离本发明的范围的情况下可对本发明进行修改和增添。例如，可将制冷剂用作工作流体，使得第一通道17用作蒸发器而热交换器用作冷凝器。可替换地，为了改进在冬季的热适宜度，可将热的工作介质引入到热交换器，并可将泵安装到框架以使工作流体循环。

Claims (13)

1.一种吸热窗体组件，包括：
第一透明窗玻璃和第二透明窗玻璃，所述第一透明窗玻璃与所述第二透明窗玻璃相互分离以在它们之间形成用于接收工作流体的第一通道；
框架，所述窗玻璃的周缘固定于所述框架中；
固定于所述框架中的热交换器，所述热交换器内具有用于所述工作流体的第二通道和用于工作介质的第三通道；以及
管道装置，所述管道装置耦接所述第一通道和所述第二通道以所述框架中形成工作流体路线，借此所述第一通道中的所述工作流体所吸收的热能供应至所述热交换器。
2.如权利要求1所述的吸热窗体组件，其中，所述框架包括容置所述第一通道的上端和下端的细长的上构件和下构件，并且所述第二通道和所述第三通道在所述上构件内纵向地延伸。
3.如权利要求1所述的吸热窗体组件，其中，所述第三通道两端附近的进口和出口延伸穿过所述框架中邻近所述上构件的两端的开口。
4.如权利要求1所述的吸热窗体组件，其中，所述管道装置包括：分别邻近所述第一通道的上端和下端延伸的上总管和下总管；使每个总管与所述第一通道的两端部流体连通的、位于所述上总管和所述下总管中的纵向分隔的开口；以及将所述第二通道分别连接到所述上总管和所述下总管的第一管道和第二管道。
5.如权利要求4所述的吸热窗体组件，其中，所述下总管配备有用于流体注入和排出的截止阀。
6.如权利要求1所述的吸热窗体组件，其中，所述窗体还进一步包括位于所述框架内的容器以提供膨胀空间，所述容器配备有空气排出装置。
7.如权利要求6所述的吸热窗体组件，其中，所述容器安装在所述上构件中并连接到所述第一通道。
8.如权利要求1所述的吸热窗体组件，其中，所述第二通道与所述第三通道同轴，并且所述第三通道为环形截面并围绕所述第二通道。
9.如权利要求8所述的吸热窗体组件，其中，所述第三通道设置在被隔热物料包围并容置在所述上框架构件内的管状构件中。
10.如权利要求1所述的吸热窗体组件，其中，所述工作介质沿与所述工作流体流经所述第二通道相反的方向流经所述第三通道。
11.一种吸热窗体组件，包括：
第一透明窗玻璃和第二透明窗玻璃，所述第一透明窗玻璃与所述第二透明窗玻璃相互分离以在它们之间形成用于接收工作流体的第一通道；
框架，所述窗玻璃的周缘固定于所述框架中，所述框架包括容置所述第一通道的上端和下端的细长的上构件和下构件，所述上构件的相对的各个端部具有开口。
固定于所述框架中的热交换器，所述热交换器包括在所述上构件内纵向延伸的第二通道和第三通道，所述第二通道容置所述工作流体，一中空构件围绕所述第二通道延伸以限定围绕所述第二通道的第三通道；
固定于所述中空构件的各个端部的配件，每个配件延伸穿过所述上框架构件中的相应开口，以安装所述热交换器并为流经所述第三通道的工作介质提供进口和出口；以及
管道装置，所述管道装置耦接所述第一通道和所述第二通道以在所述框架中形成工作流体路线，借此将所述第一通道中的所述工作流体所吸收的热能供应至所述热交换器。
12.如权利要求11所述的吸热窗体组件，其中，所述管道装置包括：分别邻近所述第一通道的上端和下端延伸的上总管和下总管；使每个总管与所述第一通道的各个端部之间流体连通的、位于所述上总管和所述下总管中的纵向分隔的开口；以及将所述第二通道分别连接到所述上总管和所述下总管的第一管道和第二管道。
13.如权利要求12所述的吸热窗体组件，其中，所述窗体还进一步包括：安装在所述上构件并在工作流体路线的最高点处连接到所述第一管道用以提供膨胀空间的容器；以及与所述工作流体路线的最低点连通的阀。
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