CN102834579A - 太阳能收集器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能收集器，包括：玻璃板(1)；金属框架(2)，或者另一玻璃板(1)和金属框架(8)；玻璃板(1)和金属框架(2，8)之间的密封部；金属框架(8)包括关于所述密封部偏置的壁(80)和/或通过低导热率材料连接至所述密封部的壁(80)。本发明提供了一种紧凑、简单并且改善了太阳辐射传输的太阳能收集器。

Description

太阳能收集器
技术领域
本发明涉及太阳能收集器。
背景技术
太阳能收集器通过吸收器吸收来自太阳辐射的热量。传热流体在固定到吸收器上的热收集器管道中循环。管道使得热量能够被传递到用户并且可将吸收器保持在适当的温度下。例如，这种收集器可被用于加热家用电器的水，供应热能给制冷单元用于产生空调的空气，用于海水脱盐或者用于净化水用于供应饮用水目的，或者用于干燥工业厂房中的材料。
文献GB-A-2261247公开了一种包括多层格栅单元的太阳能收集器，吸收器被置于多层格栅单元下面。所述多层格栅单元包括被金属间隔器隔开的至少一对玻璃板，金属间隔器被通过导热搪瓷带焊接到玻璃板上。
这种太阳能收集器的一个缺点是吸收器和传热流体在其中循环的管道被置于所述多层格栅单元下面。因此，太阳能收集器具有大厚度，这导致安装时操作困难。而且，必须在吸收器和管道下面添加绝热涂层以最小化热损失。这使太阳能收集器变得复杂并且进一步增加了太阳能收集器的厚度。另外，太阳辐射必须穿过至少两个玻璃板才能到达吸收器，因此减少了太阳辐射的传输。
发明内容
因此，需要一种紧凑、简单并且改善太阳辐射到吸收器的传输的太阳能收集器。
为此，本发明提供了一种太阳能收集器，包括：
-被提供有烧制的金属烧结体的玻璃板；
-金属框架或者被提供有烧制的金属烧结体的另一玻璃板和金属框架；
-金属烧结体和金属框架之间的钎焊密封部；
-吸收器和传热流体在其中循环的管道，管道与吸收器接触，并且吸收器和管道被置于玻璃板和金属框架之间或两个玻璃板之间。
根据另一特征，太阳能收集器包括单一的玻璃板和金属框架，金属框架被提供有底部并且金属框架的自由边缘被钎焊至玻璃板的金属烧结体。
根据另一特征，太阳能收集器包括两个玻璃板和金属框架，金属框架的边缘被钎焊至两个玻璃板的每一个的金属烧结体。
根据另一特征，金属框架包括关于钎焊密封部偏置的壁和/或通过低导热率材料连接至钎焊密封部的壁。
根据另一特征，玻璃板被回火。
根据另一特征，钎焊合金具有100℃和350℃之间的熔点。
根据另一特征，钎焊合金是合金Pb93.5Sn5Ag1.5。
根据另一特征，烧制的金属烧结体包括重量在50％和95％之间的银颗粒，其余的是玻璃状粘合剂，玻璃状粘合剂包括SiO2，Bi2O3，Na2O和ZnO。
根据另一特征，太阳能收集器处于真空条件下。
根据另一特征，玻璃板由超白玻璃制成。
根据另一特征，玻璃板被提供有抗反射涂层。
根据另一特征，每个玻璃板可通过聚合物中间层连接至另一玻璃板而形成分层玻璃单元。
本发明的另一目的是提供一种太阳能收集器，包括：
-玻璃板；
-金属框架或者另一玻璃板和金属框架；
-玻璃板和金属框架之间的密封部；
-金属框架包括关于所述钎焊密封部偏置的壁和/或通过低导热率材料连接至所述钎焊密封部的壁。
附图说明
下面将结合附图描述本发明的其它特征和优势，其中：
图1示出了根据本发明第一实施例的太阳能收集器的断面图；
图2示出了根据本发明第二实施例的太阳能收集器的断面图；以及
图3示出了根据本发明第三实施例的太阳能收集器的断面图。
具体实施方式
不同附图中相同的参考标记表示相同或类似的元件。
本发明涉及包括被提供有烧制的金属烧结体(fired metal frit)的玻璃板的太阳能收集器。太阳能收集器还包括被提供有烧制的金属烧结体和/或金属框架的另一玻璃板。
钎焊的密封部被形成在金属烧结体和金属框架之间或两个玻璃板的金属烧结体之间。因此，太阳能收集器被气密密封，因而尤其可以保持太阳能收集器中的真空。
太阳能收集器还包括吸收器和传热流体在其内循环的管道。管道与吸收器接触以最大化吸收器和传热流体之间的热交换。另外，吸收器和管道被置于玻璃板和金属框架之间，或两个玻璃板之间。
因此，太阳能收集器很紧凑，因为吸收器和管道被集成在玻璃板和金属框架之间或两个玻璃板之间。另外，太阳能收集器很简单，因为它避免了使用额外的绝缘涂层。太阳辐射只穿过单一的玻璃板就到达吸收器。这可以改善太阳辐射到吸收器的传输。
图1示出了根据本发明第一实施例的太阳能收集器的断面图。
在本实施例中，太阳能收集器包括玻璃板1和密封到玻璃板1上的金属框架2。密封被借助于钎焊合金4经由沉积在玻璃板1上的金属烧结体3通过钎焊方式生成。玻璃和金属之间的这种密封在机械上很坚固并且保持不可渗透性。当太阳能收集器处于真空条件下时此密封特别有利，因为它防止真空随着时间的推移而变坏。
金属烧结体3被沉积到玻璃板1的一个表面的外围上，优选地通过丝网印刷方式。从工业化方面来讲通过丝网印刷沉积实际上比薄膜沉积简单。
金属烧结体3在80℃变干。然后，将被提供有金属烧结体3的玻璃板1加热到400℃和700℃之间的温度以烧制金属烧结体3。此烧制温度可不破坏玻璃板1。之后，将被提供有烧制的金属烧结体的玻璃板1冷却到室温。
如果太阳能收集器的玻璃板1由钢化玻璃制成，金属烧结体3的烧制在玻璃板的热回火过程中进行。烧结体的烧制温度优选高于600℃，并且冷却借助于在所述玻璃板附近由多个喷嘴喷射的压缩空气进行。对于厚度4mm的玻璃来说，玻璃中的最终表面应力例如为120MPa，并且银烧结体被烧制而成。
太阳能收集器可以安装在屋顶上，例如，用于加热家用电器的水。由于玻璃板1由钢化玻璃制成，玻璃的机械性能能够得到提高，从而玻璃板1更能抵抗恶劣的天气，例如抵抗冰雹，以及抵抗由于太阳能收集器上的大气压和太阳能收集器的玻璃板的热膨胀引起的机械应力。
请注意通过丝网印刷在玻璃板1的一个表面的外围上沉积金属烧结体的步骤被特别好地集成到工业热回火线中。
烧制的金属烧结体3包括重量在50％和95％之间的银颗粒，其余的是玻璃状粘合剂。因而烧制的金属烧结体例如由94％重量的银颗粒以及6％重量的玻璃状粘合剂构成，玻璃状粘合剂包括SiO2，Bi2O3，Na2O和ZnO。
金属烧结体3完美适当地粘接到玻璃板1上并且因而特别好地适于与另一金属元件，这里是指金属框架，钎焊，以形成气密密封。
金属框架2包括底部20和自由边缘21，自由边缘21意于被钎焊到金属烧结体3上。优选地，在钎焊之前，自由边缘21和金属烧结体3被去污处理，从而能够获得更好的密封。
金属框架的底部20也是金属的。这使得制造更容易，因为边缘21和底部20可以制成一件，例如通过深度拉伸，或者它们可以被传统地焊接到一起。
太阳能收集器还包括吸收器5和与吸收器接触的管道6。吸收器5被设计成吸收传输通过玻璃板1的太阳辐射。例如，吸收器5是涂有低辐射(low-emissivity)涂层的金属板。金属允许良好的太阳辐射吸收，同时低辐射涂层保证了最少可能量的太阳辐射被再次辐射到太阳能收集器外面。
传热流体7，例如水，在管道6中循环。来自穿过玻璃板1的太阳附属的热量被从吸收器5传递到管道6然后再传递到传热流体7。
吸收器5和管道6被置于金属框架2内部。玻璃板1的烧制的金属烧结体3被借助于钎焊合金钎焊至金属框架2的自由边缘21以密封太阳能收集器。吸收器5和管道6被保持距玻璃板某一距离，例如使用间隔器(未示出)。这些间隔器还可以承受外界空气和内部真空之间的压力差。
使用的钎焊合金优选具有100℃和350℃之间的熔点。如果玻璃板1由钢化玻璃制成，此相对较低的熔点防止玻璃退火(detemper)。而且，它防止了吸收器5的低辐射性能变坏，并且使由于玻璃和金属之间的热膨胀系数差引起的机械应力得到限制。
如果太阳能收集器将处于真空条件下，在钎焊步骤之后在100和300℃之间建立真空。这是因为如果在高温下建立真空更有效，从而加速沉积并且增加太阳能收集器内的压力。在太阳能收集器内形成真空通过消除内部空气中的对流和传导式热传递而在吸收器5和外部介质之间提供极好绝缘。这大大提高了获得的太阳能收集器的效率。
优选地，250℃和350℃之间的钎焊合金的熔点在不再熔化钎焊合金的情况下形成真空需要加热以及不需要对玻璃加热太过以便不使玻璃退火之间获得良好的折衷。
钎焊合金例如是合金Pb93.5Sn5Ag1.5，其熔点为300℃。
玻璃板1在其表面上，优选在太阳能收集器的内侧，可还包括低辐射涂层，以使其不会由于恶劣天气而降低质量。此低辐射涂层可在沉积金属烧结体之前或之后沉积在玻璃板上。
玻璃板1的玻璃可是超白玻璃以最小化太阳辐射的吸收并且因此最大化其能量传输。玻璃板1在其外表面上还可被提供有抗反射涂层。
在安装到建筑物屋顶时，玻璃板1被转向建筑物外面，而金属框架2的底部20被转而朝向建筑物。
本第一实施例优于第二和第三实施例的优势是只有单一的钎焊密封部，因而减少了泄露的危险，下面将进行描述。
图2示出了根据本发明第二实施例的太阳能收集器的断面图。
在本实施例中，太阳能收集器包括两个玻璃板1和无底的金属框架8。无底的金属框架8用作两个玻璃板1之间的间隔器。金属框架8的边缘81分别被钎焊到一个玻璃板1的烧制的金属烧结体3上以密封太阳能收集器。
两个玻璃板1可由钢化玻璃制成。作为变异，两个玻璃板中只有一个-太阳射线直接穿过的那一个-由钢化玻璃制成。
在安装到建筑物屋顶时，两个玻璃板1中的任一个可被转而朝向建筑物外面，另一个玻璃板被转而朝向建筑物。
此外，关于第一实施例描述的所有内容对本第二实施例仍有效。
本第二实施例的优势是结构对称，从而防止收集器在承受由于玻璃和金属之间的热膨胀系数差引起的温度变化时，例如在形成真空时或在使用过程中，发生弯曲。
图3示出了根据本发明第三实施例的太阳能收集器的断面图。
本实施例是第二实施例的变异。只有金属框架8与第二实施例不同。金属框架8由近似垂直于玻璃板1的壁80以及近似平行于玻璃板1的翻转边缘81构成。边缘81和壁80可制成为一件，例如通过深度拉伸，或者边缘81可被附接至壁80。
第三实施例包括被特别设计成在太阳能收集器的使用过程中最小化钎焊密封部的生热的金属框架。
太阳能收集器的管道6以密封的方式穿过金属框架的壁80以进入和离开太阳能收集器。管道处于高温下，例如在家用电器中大约80℃，在具有两级吸收机的制冷应用中大约170℃。因而，壁80被管道6加热。有利的是限制壁80和钎焊密封部4之间的热交换以不破坏钎焊密封部4，使得可以尽可能长时间地保持真空密封，以保证太阳能收集器的寿命。
对于金属框架8的边缘81以及可选的壁80来说，限制壁80和钎焊密封部4之间的热交换的第一解决办法是具有低导热率，例如通过由低导热率材料制成和/或具有小厚度。因此，边缘81以及可选的壁80优选具有小于20W/m/K的导热率，更优选地小于15W/m/K并且理想地小于1W/m/K。例如，它们由不锈钢制成，或由商标为
Figure BDA0000154035600000061
的合金制成，其导热率为17W/m/K。同样，边缘81以及可选的壁80的厚度优选小于1mm，更优选小于0.5mm。
限制壁80和钎焊密封部4之间的热交换的第二解决办法是借助于边缘81使壁80从钎焊密封部4偏置至少1cm，优选2cm，的距离。在本实例中，壁在整个高度上被偏置了。
所述第一和第二解决办法可在同一金属框架上组合使用以进一步减少壁80和钎焊密封部4之间的热交换。
因此，第二实施例提供了紧凑的太阳能收集器，而第三实施例使太阳能收集器的性能得到了优化。
通过选择适当的材料和/或通过减小金属框架的边缘以及可选的壁的厚度，而使金属框架的壁关于玻璃/金属密封部偏置和/或降低金属框架的边缘的导热率，的措施可以应用于其中一个或多个玻璃板通过另一传统的技术，也就是除了通过金属烧结体进行钎焊之外的技术，被密封到金属框架上的太阳能收集器。
通过选择适当的材料和/或通过减小金属框架的边缘以及可选的壁的厚度，而使金属框架的壁关于玻璃/金属密封部偏置和/或降低金属框架的边缘的导热率，的措施可以应用于图1所示的实施例。
可以承受外界空气和内部真空之间的压力差的间隔器(未示出)补偿了因为壁80的小厚度和/或壁80被偏置而引起的壁80的强度降低，并且因此防止其在真空作用下翘曲，以保持收集器的结构。
在这三个实施例中，每个玻璃板可经由聚合物中间层而与另一玻璃板相结合形成分层玻璃单元。这使得人员安全性更高，避免了所有玻璃系统在真空条件下固有的爆炸危险。
因此，太阳能收集器包括一个或两个玻璃板1和金属框架2或8，以及玻璃板1和金属框架2，8之间的密封部。金属框架8包括关于密封部偏置的壁80和/或通过低导热率材料连接至密封部的壁80。壁在其这个高度上偏置。
太阳能收集器还包括吸收器5和传热流体7在其内循环的管道6，管道6与吸收器5接触。吸收器5和管道6被置于玻璃板1和金属框架2之间或两个玻璃板1之间。
在太阳能收集器包括单一玻璃板1和金属框架2的实施例中，金属框架2被提供有底部20并且金属框架2的自由边缘21被密封至玻璃板1。
在太阳能收集器包括两个玻璃板1和金属框架8的实施例中，金属框架8的边缘81被密封到两个玻璃板1的每一个上。
玻璃板1可被回火。
太阳能收集器可处于真空条件下。
玻璃板1可由超白玻璃制成。
玻璃板1可被提供有抗反射涂层。
每个玻璃板1可通过聚合物中间层连接至另一玻璃板而形成分层玻璃单元。

Claims (9)

1.一种太阳能收集器，包括：
玻璃板(1)；
金属框架(2)，或者另一玻璃板(1)和金属框架(8)；
玻璃板(1)和金属框架(2，8)之间的密封部；
金属框架(8)包括关于所述密封部偏置的壁(80)和/或通过低导热率材料连接至所述密封部的壁(80)。
2.根据权利要求1所述的太阳能收集器，还包括吸收器(5)和传热流体(7)在其内循环的管道(6)，管道(6)与吸收器(5)接触，吸收器(5)和管道(6)被置于玻璃板(1)和金属框架(2)之间或两个玻璃板(1)之间。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，包括单一的玻璃板(1)和金属框架(2)，金属框架(2)被提供有底部(20)并且金属框架(2)的自由边缘(21)被密封至玻璃板(1)。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，包括两个玻璃板(1)和金属框架(8)，金属框架(8)的边缘(81)被密封到所述两个玻璃板(1)的每一个上。
5.根据权利要求1至4中任一所述的太阳能收集器，其中，玻璃板(1)被回火。
6.根据权利要求1至5中任一所述的太阳能收集器，其中，所述太阳能收集器处于真空条件下。
7.根据权利要求1至6中任一所述的太阳能收集器，其中，玻璃板(1)由超白玻璃制成。
8.根据权利要求1至7中任一所述的太阳能收集器，其中，玻璃板(1)被提供有抗反射涂层。
9.根据权利要求1至8中任一所述的太阳能收集器，其中，每个玻璃板(1)通过聚合物中间层连接至另一玻璃板而形成分层玻璃单元。
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