CN103492815B - 太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

在一种太阳能集热器中，在上表面中开口的外壳（1）的底板（1a）和侧板（1b）由其中芯材（6）被覆层（7）封装并且在该覆层的内部中产生真空的真空热绝缘材料（5）所形成，通过将彼此面对地置放并且其间夹有芯材（6）的两个金属面板的周向边缘焊接到一起而形成覆层（7），多个线形凹槽（21c）在金属面板中形成，并且该两个金属面板被置放成夹持芯材（6）并且线形凹槽的底部突出部分相互面对。

Description

太阳能集热器

技术领域

本发明涉及一种太阳能集热器，并且更加具体地涉及一项通过减小从其的热辐射而提高太阳能集热器的集热效率的技术。

背景技术

太阳能集热器使得受热介质诸如水或者防冻剂被阳光加热并且被用作例如热水供应源或者热源。作为这样的太阳能集热器，平板型太阳能集热器是已知的，其中将接收到的阳光转换成热的集热板被置放在盒形外壳中同时由热绝缘材料支撑，并且外壳中的上部开口被透光部件诸如玻璃板或者透明树脂板覆盖，由此通过透光部件的阳光被集热板转换成热以由此加热在设置成与集热板接触的流路中流动在的热介质。为了增强平板型太阳能集热器的集热效率，需要增强透光部件的透光率和集热板自身的光热转换率（集热率）并且同时抑制从透光部件的热辐射以及从外壳的侧板和底板的热辐射。

虽然例如考虑了增加设置在外壳的侧板和底板上的绝缘材料的厚度从而抑制从外壳等的热辐射，但是引起太阳能集热器的总体尺寸扩大的问题。另外，考虑了在外壳内形成真空从而减小收集到集热板的热从外壳和透光部件的外表面到大气的辐射，外壳和透光部件必须被构造成承受大气压力。因此，需要加强外壳和透光部件的材料，并且例如需要通过间隔器来加强外壳和透光部件，从而引起热收集器的重量增加或者可用集热区域减少的问题。此外，需要长时期地维持外壳内的真空，从而引起在透光部件和外壳之间的结合部分处的密封问题。

在上述背景下，为了抑制从这种平板型太阳能集热器的外壳的热辐射，根据专利文献1，描述了将热绝缘材料诸如玻璃棉充分地铺设在外壳的底板部分处并且使外壳的侧板由热绝缘材料形成。另外，在专利文献2中，暗示了外壳的底板和侧板由真空热绝缘材料形成从而减小从外壳的底板和侧板的热辐射。

此外，专利文献3提出不属于太阳能集热器技术领域而是属于用于电冰箱或者致冷器的冷热绝缘技术领域的真空热绝缘面板。在这个真空热绝缘面板中，两个金属面板被加工成连续三角形或者正弦波形的波纹面板。然后，将如此形成的该两个金属面板置放成使得波纹面板的各脊线成直角地相互交叉并且该两个波纹面板中的一个波纹面板的根线与另一个波纹面板的根线点接触。该两个金属面板的周向边缘通过焊接等而被结合到一起，并且在由该两个金属面板限定的空间中形成真空。根据这项技术，真空热绝缘面板能够保持针对内部负压或真空的刚度和针对面板的总体偏斜或变形的刚度，并且能够避免用于刚度增强的芯材、增强材料或框架材料的必要性。

另外地，根据在专利文献4中描述的太阳能集热器，提出了真空热绝缘型的透光部件。在这个透光部件中，为了减小从透光部件的热辐射，在构成发光部件的双重嵌装玻璃构造的两个玻璃板中的一个玻璃板的内表面侧中形成棱锥凹槽或者圆锥凹槽从而允许玻璃板在该内表面侧上突出以由此形成产生真空的密封空间。根据这项提议，能够实现防止坍缩的真空热绝缘型透光部件，否则当大气压力被施加于此时它将会由于内部真空而坍缩。

另外，根据专利文献5，已知一种玻璃管型的透光部件，其中同时用作集热板的热介质管在构成透光部件的双重管构造的两个玻璃管中的内部玻璃管中同心地插入，并且在该两个玻璃管之间限定的空间中产生真空从而抑制热辐射。在这种玻璃管型透光部件中，已知一种透光部件，其中具有平板形集热鳍的热介质管在单管构造的玻璃管中同心地插入，并且在玻璃管之间限定的空间中产生真空从而抑制热辐射。

在另一方面，在上述专利文献2中提出了一项技术，其中在构成透光部件的双重嵌装玻璃构造的两个玻璃面板之间限定的空间中填充具有低导热率的惰性气体来替代在该空间中形成真空，从而减小从透光部件的热辐射。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP-A-62-294849

专利文献2：JP-A-2004-278837

专利文献3：JP-A-2010-127463

专利文献4：JP-A-2007-24298

专利文献5：JP-UM-A-3-89351

发明内容

技术问题

然而，如在专利文献1中那样，当热绝缘材料被充分地铺设在外壳的底板部分上并且侧板由热绝缘部件形成时，虽然从外壳的热辐射量能够在某种程度上减小，但是仍然存在通过进一步增加外壳的热绝缘性而进一步减小辐射热量的空间。特别地，在专利文献1的情形中，在水或者雨水侵入到外壳中的情形中，热绝缘材料吸收水或者雨水，由此热绝缘性劣化。另外，已经从已经吸收了水或者雨水的热绝缘材料蒸发的水在透光部件的内表面上冷凝成水滴，并且水滴附着到该内表面，由此透光部件变得模糊，从而引起集热板的集热性受到损坏的担心。

另外，如在专利文献2中描述地，当外壳的底板和侧板由真空热绝缘材料形成时，能够有效地减小从具有相对较宽的表面区域（热辐射表面区域）的底板和侧板的热辐射。然而，在专利文献2中关于真空热绝缘材料的具体构造没有给出任何说明。即，例如，如在专利文献3中描述地，因为大的负压被施加到构成真空热绝缘材料的外部封装材料诸如金属面板，所以该真空热绝缘材料需要用于增强的芯材、增强材料、框架材料等以承受所述负压。然而，担心真空热绝缘的优点受到导热且放热的增强部件损害。

在这方面，根据在专利文献3中描述的真空热绝缘材料，因为金属波纹面板被用作外部封装材料并且该波纹面板在彼此的顶部上叠置且该波纹面板的脊线成直角地相互交叉，所以认识到能够获得足够的刚度。然而，在冷热绝缘领域，热绝缘的温差是小的，并且绝对温度处于从负几十摄氏度到正10摄氏度的范围中。在另一方面，在太阳能集热器领域中，存在其中所谓的干燥加热温度达到230℃并且在热绝缘材料的表面处的温度达到200℃的情况。因此，当在专利文献3中描述的真空热绝缘材料被应用于具有大的表面积的太阳能集热器的外壳的底板和侧板时，虽然在强度方面能够提供足够的刚度，但是因为在两个金属波纹面板的根线和脊线之间的接触点的数目多，所以引起了从其的热辐射相应地变大的问题。为了应对这个问题，考虑了增大脊线的高度以确保足够的热绝缘性。然而，这增大了外壳的底板和侧板的厚度，从而引起太阳能集热器的重量增加的问题。

另外，根据在专利文献4中描述的技术，能够实现并不会由于内部真空而坍缩的真空热绝缘透光部件，由此使得在能够很大程度上减小从透光部件的热辐射。然而，对于减小外壳的底板和侧板热辐射量没有给予任何考虑。

另外地，利用在专利文献5中描述的玻璃管型透光部件，在其中多个玻璃管间隔地布置且朝向太阳定向以便收集所期望的热量的情形中，在该多个玻璃管之间无法放置任何集热板，从而引起面积效率劣化的问题。

本发明所要解决的问题在于：减小从平坦板型太阳能集热器的底板和侧板的热辐射，并且提升在从低温集热到高温集热的大的范围内的集热效率。

解决问题的方案

为了解决上述问题，根据本发明，提供一种太阳能集热器，包括：外壳，该外壳具有底板和侧板并且在上表面中开口；透光部件，该透光部件被设置成覆盖在所述外壳的所述上表面中的开口，并且由玻璃板或者透明树脂板形成；集热板，该集热板置放在所述外壳的所述底板和所述透光部件之间，以将接收到的阳光转换成热；热介质流路，该热介质流路被热连接到所述集热板；和用于热介质的进口管道和出口管道，该进口管道和出口管道与所述热介质流路连通，其中，至少所述外壳的所述底板由真空热绝缘材料形成，在所述真空热绝缘材料中，通过压缩热绝缘材料形成并且具有热绝缘性和空隙的芯材被覆层封装，并且在所述覆层的内部中产生真空，所述覆层是通过将两个金属面板的周向边缘焊接到一起而形成的，该两个金属面板彼此面对地置放并且所述芯材被夹在该两个金属面板之间，在所述金属面板中形成有多个线形凹槽，该多个线形凹槽具有三角形截面、弧形截面和正弦半波截面中的任何一种，并且所述两个金属面板被置放成在所述线形凹槽的底部所突出那侧上彼此面对，并且所述芯材被夹在所述两个金属面板之间。

即，因为至少外壳的底板由真空热绝缘材料形成，所以能够在大幅地减小从底板的热辐射。因为侧板的表面积小于底板的表面积，所以从侧板的热辐射小于从底板的热辐射，但是理想的是侧板由与底板相同的真空热绝缘材料形成。由此，能够减小当在高温下集热时的热辐射从而增强集热效率。另外地，还能够增强当在日射弱的低温下集热时的集热效率。而且，因为通过压缩热绝缘材料形成并且具有热绝缘性质和空隙的芯材被覆层覆盖，所以即使水侵入到外壳的内部中，水也不被具有热绝缘性的芯材吸收，并且因此不存在热绝缘性受到损害的这种情况。另外，能够防止其中由热绝缘芯材吸收的水蒸发而在透光部件的内表面上冷凝成水的现象的发生，并且因此透光部件不会密布水滴。因此，能够防止太阳能集热器的集热性受到损害。

特别地，真空热绝缘材料的覆层由彼此面对地置放并且芯材被夹在其间的两个金属面板形成，并且其中形成有具有三角形截面、弧形截面和正弦半波截面中的任何一种的该多个线形凹槽。因此，金属面板的刚度能够得以增强，由此当即使使用薄的金属面板时，底板也能够足够地承受由真空产生的负压。此外，该两个金属面板被布置成在所述线形凹槽的底部所突出的那侧上彼此面对，并且芯材被夹在其间，而且所述芯材是通过压缩热绝缘材料而形成。因此，即使该两个金属面板不被置放成使得线形凹槽的底部的所突出的那侧相互接触，底板也能够足够地承受内部负压的抗压缩强度。注意：在彼此面对地置放该两个金属面板时，该两个金属面板的各线形凹槽可以被置放在相同的位置中或者可以被平行地置放在不同的位置中。另外地，线形凹槽可以被置放成以直角或者以某个角度（例如，45°）相互交叉。

关于被用于构成真空热绝缘材料的覆层的金属材料，例如，能够使用具有0.15mm到0.4mm的厚度的不锈钢（SUS）材料。线形凹槽的突出底部的高度（或者凹槽的深度）优选地在0.1mm到2mm的范围中；并且形成线形凹槽的间距或者间隔优选地在3mm到50mm的范围中。另外，被两个金属面板夹持的芯材的厚度优选地在3mm到25mm的范围中。除了SUS材料，能够使用具有特定强度的金属材料诸如铝面板或者铜面板，并且此时，真空热绝缘材料能够被不加改变地用作外壳的底板或者侧板。

在另一方面，作为真空热绝缘材料的芯材，通过压缩热绝缘材料而形成并且具有热绝缘性和空隙的芯材是优选的；并且作为该芯材，优选地使用至少从玻璃棉、硅铝棉、聚酯和聚氨酯中选择的纤维性或者发泡热绝缘材料。即，具有低的导热率以及适当的排斥力以增强对于真空热绝缘有效的空隙容积的纤维性或者发泡热绝缘材料是优选的。特别地，对于真空热绝缘材料，通过将热绝缘材料压缩到是在正常压力下的厚度的1/10到1/20的厚度而形成的芯材是优选的。例如，纤维尺寸处于3.5μm到7.5μm的范围中的白色玻璃棉被从200mm的量级的厚度压缩到10mm的厚度，以形成芯材。

另外，如在传统的透光部件的情形中那样，能够通过使用单一玻璃板或者透明树脂板制成透光部件。除了普通玻璃诸如钠玻璃，能够通过使用具有高透射率（例如，90%或者更大）的高度透射玻璃形成玻璃板。另外地，能够通过使用树脂诸如压克力、聚碳酸酯、FEP（四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物）、PTFE（聚四氟乙烯）、PTCFE（聚三氟氯乙烯）和EVOH（乙烯-乙烯醇共聚物）而形成透明树脂板。即，通过使用在阳光透射性、热阻、热绝缘性和气体屏障性方面优良的材料形成透光部件。

此外，优选的是使用真空透光部件或者气体填充透光部件从而通过减小从透光部件的热辐射而提高太阳能集热器的集热效率。通过在彼此面对地置放并且其间夹有间隔器的一对玻璃板或者透明树脂板之间所限定的间隙中产生真空而形成所述真空透光部件。另外，通过在彼此面对地置放并且其间夹有间隔器的一对玻璃板或者透明树脂板之间是限定的间隙中填充气体而形成所述气体填充透光部件。这里，对于在间隙中填充的气体，能够单独地使用具有低导热率的空气或者气体诸如氩气、氪气或者氙气或者能够相组合地使用所述气体中的两种或者更多种。

此外，在气体填充透光部件中，因为热绝缘气体在恒定压力下填充在间隙中，所以被施加到真空透光部件的外部空气压力不被施加到该一对玻璃板或者透明树脂板，并且因此，不存在透光部件坍缩的这种情况。于是，并不担心外部空气压力在透光部件的后表面侧上被施加到玻璃板，并且因此，能够在后表面侧上使用透明树脂膜来替代玻璃板或者透明树脂板。通过采用这种配置，能够减小气体填充透光部件的重量。即，如在传统的透光部件中那样，在前表面侧上的玻璃板或者透明树脂板由具有适当厚度的板材料形成，因为自然的外部作用力可能地被施加于此。然后，将透明树脂膜施加到后表面侧使其面对所述玻璃板或者透明树脂板并且在其间限定有间隙，并且透光部件的周边被密封起来。然后，在间隙中填充气体，由此气体填充透光部件最终得以形成。因此，保持玻璃板或透明树脂板与透明树脂膜之间的间隙的间隔器变得是不必要的。

另外，在气体填充透光部件的情形中，太阳能集热器的温度从干热温度（例如，200到250℃）到环境温度地大幅改变。因此，当通过使用两个玻璃板（或者透明树脂板）形成气体填充透光部件时，可能存在这种情况：其中填充在间隙中的气体以比其在通常温度下的体积大1.5或者更多倍的体积膨胀，这要求装置释放内部压力。在这方面，当通过使用玻璃板（或者透明树脂板）和透明树脂膜形成气体填充透光部件时，透明树脂膜优选地膨胀以吸收在间隙中增加的压力。特别地，通过例如将透明树脂膜形成为更加有效的波纹构形，变得易于吸收内部压力的变化。

另外，在透光部件的前表面和后表面上反射的阳光并不有助于热的收集，并且因此，在透光部件的前表面和后表面这两者上形成防反射膜是理想的。关于这种防反射膜的材料和形成方法，可以参考传统上已知的材料和形成方法。

另外，根据该太阳能集热器，在外壳中的包围集热板的空间被形成为以大气压力填充，并且因此，外壳和透光部件不必利用增强部件等增强。因此，因为在集热板上入射的阳光不被增强部件阻断，所以集热板的吸收面积无任何减小。

附图说明

图1是示出本发明的太阳能集热器的实施例1的概念配置的截面视图。

图2是作为比较性地示出传统的普通玻璃、实施例1的高度透射玻璃、带有在一侧上施加的防反射膜的高度透射玻璃和带有在两侧上施加的防反射膜的高度透射玻璃的各透射率的表格。

图3是示出其中对于实施例1-3和传统实例在理论上获得的集热效率的模拟结果的曲线图。

图4是示出本发明的太阳能集热器的实施例2的概念配置的截面视图。

图5是示出是作为本发明的太阳能集热器的实施例2的修改实例的实施例3的一个实例的主要部分的截面视图。

图6是示出本发明的太阳能集热器的实施例4的主要部分的截面视图。

在图7中，（a）是对于本发明的太阳能集热器优选的实施例的真空热绝缘材料的平面视图，并且在图7中，（b）是示出沿着图7的（a）中的线（B）-（B）截取的截面构形的截面视图。

图8示出对于本发明的太阳能集热器优选的另一个实施例的真空热绝缘材料的金属面板的截面构形。

附图标记列表

1：外壳

1a：底板

1b：侧板

2：集热板

2a：流路

2b：非流路

3：真空透光部件（透光部件）

3a、3b：玻璃板

3c：间隙

3d：真空衬垫

4：热介质进口管道（热介质出口管道）

5：真空热绝缘材料

6：芯材

7、7a、7b：覆层

8a、8b：颈圈部分

9：填料

10：空间

13：气体填充透光部件（透光部件）

13a、13b：玻璃板

13c：间隙

14：热绝缘材料

15：颈圈部分

16：透明树脂板（或者透明树脂膜）

18、19：密封部件

21、24：覆层

21a：内部覆层

21b：外部覆层

21c、21d、26：线形凹槽

具体实施方式

在下文中，将基于实施例描述本发明的太阳能集热器。

实施例1

图1中的截面中示出了本发明的实施例1的太阳能集热器的概念配置。如在图中所示，太阳能集热器部件包括：例如具有盒子形状的外壳1，其具有底板1a和侧板1b并且在上表面中开口；集热板2，其置放在外壳1的内部中；和，作为透光部件的真空透光部件3，其设置成覆盖上表面中的开口。通过层叠在将所接收到的阳光转换成热的效率方面优良的两个板材而形成所述集热板2，并且在该集热板2中，交替地形成非流路2b和供热介质流动的线形流路（热介质流路）2a。每一个流路2a的端部被连接到未示出的热介质进口集流管和热介质出口集流管。集流管中的任一个被连接到热介质进口管道（或者热介质出口管道）4。外壳1中包围集热板2的空间10与周边大气压力连通。

接着，将描述实施例1的特征部分。首先，实施例1的第一特性在于外壳1的热绝缘构造。实施例1的特征在于，底板1a和侧板1b由真空热绝缘材料5形成。形成实施例1的底板1a和侧板1b的真空热绝缘材料5以如此方式形成，使得通过压缩热绝缘材料而形成并且具有热绝缘性质和空隙的芯材6由以两个金属材料构成的覆层7（内部覆层7a和外部覆层7b）封装，并且在被该覆层7封装的内部中即芯材6周围产生真空。侧板1b的真空热绝缘材料5的内部覆层7a的上端部被弯曲以形成面对真空透光部件3的下表面的颈圈部分8a。然后，外部覆层7b的上端部被弯曲以形成颈圈部分8b从而匹配所述颈圈部分8a。颈圈部分8a和8b以不透气的方式紧固到一起，由此侧板1b的刚度得以确保。另外，填料9被保持在颈圈部分8a和真空透光部件3的下表面之间。

真空热绝缘材料5的芯材6优选地通过压缩热绝缘材料而形成并且具有热绝缘性质和空隙。作为芯材6，优选地使用至少从玻璃棉、硅铝棉、聚酯和聚氨酯选择的纤维性或者发泡热绝缘材料。即，具有低导热率以及适当的排斥力以增强对于真空热绝缘有效的空隙容积的纤维性或者发泡热绝缘材料是优选的。特别地，在实施例1中，芯材6是优选地通过将热绝缘材料压缩成是在通常压力下的厚度的1/10到1/20的厚度而形成。例如，在实施例1中，芯材6是通过将纤维尺寸是7.5μm的白色玻璃棉从200mm的量级的厚度压缩到10mm的厚度而形成。

在另一方面，对于构成真空热绝缘材料5的覆层7的金属材料，能够使用薄（例如，0.15mm到0.4mm）的不锈钢（SUS）材料。由此，被形成为平坦板的底板1a和侧板1b具有其中芯材6被由两个薄的SUS材料所构成的覆层7夹持的构造，并且因此，真空热绝缘材料5的刚度能够得以增强，并且即使两个SUS材料被紧固到一起，真空热绝缘材料5也能够被形成为是薄的。除了SUS材料，能够使用具有特定强度的金属材料诸如铝面板或者铜面板，并且当这发生时，真空热绝缘材料5能够不加改变地用作外壳的底板或者侧板。另外，虽然随着用于覆层7的金属材料的厚度增加，覆层7的强度增加，但是所产生的太阳能集热器的重量相应地增加。因此，优选的是所使用的金属材料的厚度是尽可能薄的。特别地，优选的是使用将通过图7（a）到8描述的本发明的其它实施例的真空热绝缘材料。

实施例1的真空透光部件3被如此配置，使得一对玻璃板3a、3b经由未示出的间隔器而被层叠到一起，该间隔器在玻璃板之间限定了得以产生和维持真空的间隙3c。另外，间隙3c的外周部分由保持在该一对玻璃板3a、3b之间的真空衬垫3d真空密封。虽然能够通过使用普通玻璃形成玻璃板3a、3b，但是优选的是使用透射率为90%以上的高度透射玻璃。例如，高度透射玻璃的透射率是大约91.5%，而普通玻璃的透射率是86%。

这里，根据实施例1，该两个玻璃板被用于实现双重嵌装玻璃构造，并且如在图2中的实施例1-1中所示，该两个玻璃板的总透射率变成0.915×0.915=0.837，这低于一片普通玻璃的86%的透射率。然而，当考虑从透光部件的辐射损失时，优选的是使用真空透光部件。注意：当通过使用普通玻璃形成真空透光部件时，如在图2中的比较实例中所示，真空透光部件的透射率变成0.757。此外，如将在以后描述地，能够通过在高度透射玻璃的两侧上施加防反射膜而增强真空透光部件的透射率。

另外，虽然玻璃板3a、3b的厚度根据所要制造的太阳能集热器的尺寸而不同，但是例如3mm厚的玻璃板能够被用作该玻璃板3a、3b。另外地，虽然对于设置在该一对玻璃板3a、3b之间的间隔器没有施加任何具体的限制，但是能够通过例如经由压印（emboss）而在玻璃板3b的一侧上以恒定的间隔形成具有恒定高度的凸起而设置所述间隔器。例如，具有圆锥或者棱锥的截棱锥形状的凸起以25mm的间隔布置成栅格或者锯齿形方式，凸起高达0.1到0.5mm并且一基部，该基部直径为大约0.5mm或者该基部一侧为大约0.5mm。

在上述实施例1中，虽然通过使用玻璃板形成真空透光部件3，但是本发明不限于此。能够通过使用透明树脂材料（压克力、聚碳酸酯、FEP、PTFE、PTCFE、EVOH）形成该真空透光部件3。简言之，能够通过使用在阳光透射性、热阻、热绝缘性和气体屏障性方面优良的任何材料来形成该真空透光部件3。

另外，虽然在图中没有示出，但是优选的是在构成实施例1的真空透光部件3的该一对玻璃板3a、3b每一者的两侧上或者是在玻璃板3a的外表面和玻璃板3b的内表面上形成防反射膜。用于太阳能集热器的透光部件的防反射膜优选地对于在300nm到1800nm的波长范围中并且优选在300nm到2500nm的波长范围中的光具有80%以上光透射率。例如，在用于已知液晶显示器面板的防反射膜的情形中，将被反射的目标光的波长范围是从大约400nm到大约700nm的范围。另外，在光伏面板的情形中，这种防反射膜的应用目的在于防止处于紫外线区域中的光的反射，并且因此，所应用的防反射膜主要旨在防止处于短波长范围中的光的反射。与此相比，在太阳能集热器的情形中，因为防止处于红外区域中的光的反射也有助于增强集热效率，所以防止处于如上所述的长波长范围中的光的反射的防反射膜是理想的。

以此方式，通过设置具有防止处于宽波长范围中的光的反射的特性的防反射膜，能够减小在玻璃板3a、3b的外表面和内表面上反射的阳光的量，由此使得能够增强集热效率。例如，假设在玻璃板的一侧上施加的防反射膜能够使透射率增强大约2.5%，如在图2中的实施例1-2中所示，当防反射膜被施加到玻璃板3a的外表面和玻璃板3b的内表面时，单一高度透射玻璃的91.5%的透射率被大体上增加到94%。因此，当即使两个高度透射玻璃在彼此之上层叠时，总透射率也变成0.94×0.94≈0.884=88.4（%）。

在另一方面，如在图2中的实施例1-3中所示，当防反射膜被施加到玻璃板3a、3b每一者的外表面和内表面这两者时，单一高度透射玻璃的91.5%的透射率变成96.5%。然后，在彼此之上层叠的两个高度透射玻璃的总透射率变成0.965×0.965≈0.931=93.1（%）。关于这种防反射膜的材料和形成方法，可以参考传统上已知的材料和形成方法。在图2中，吸收率是由在玻璃中包含的杂质诸如铁所吸收的光的比率。

因此，如至此已经描述地，根据实施例1，因为至少外壳1的底板1a由真空热绝缘材料5形成，所以能够在很大程度上减小从底板1a的热辐射。结果，能够减小当在高温下收集热时的热辐射从而增强集热效率。另外，还能够增强当早日射低时在低温下收集热时的集热效率。例如，实施例1的外壳1的热绝缘效果变得比传统的外壳的热绝缘效果好10倍或者更多倍。而且，因为构成真空热绝缘材料5的芯材6被金属覆层7覆盖，所以即使水侵入到外壳1的内部中，水也不被芯材6吸收。因此，不发生热绝缘性受到损害的这种情况。另外地，因为能够防止其中吸收到芯材6中的水蒸发以在真空透光部件3的内表面上冷凝成水的现象的发生，所以能够防止真空透光部件3密布有水滴从而损害其热吸收性。

另外，根据实施例1，如在图2中的实施例1-1、1-2、1-3中所示，其透射率为90%以上的高度透射玻璃被用于构成真空透光部件3的玻璃，并且此外，防反射膜被施加到该两个高度透射玻璃每一者的两侧或者被施加到外部高度透射玻璃的外表面和内部高度透射玻璃的内表面。由此，通过采用双重嵌装玻璃构造而引起的真空透光部件3的透射率的降低能够得到补偿。结果，能够在从低温集热到高温集热的大的范围内增强集热效率。

在图3中示出在根据实施例1-3的太阳能集热器和根据传统实例的太阳能集热器之间的吸热性的比较结果。在图3中，横坐标轴线代表Δθ/l，并且纵坐标轴线代表瞬时集热效率η。如在以下表达式（1）中所示，利用通过将从由热介质出口管道4流出的热介质的温度和流率所获得的吸热量Q除以日射量l而获得的商的百分率来表达集热效率η。另外地，吸热量Q与在吸热温度to和外部空气温度ta之间的差异Δθ=（to–ta）相关。在表达式（1）中，k表示比例常数。

η=（Q/l）×100[%]

=（k·Δθ/l）×100[%]（1）

这里，当作为在吸热温度to和外部空气温度ta之间的差异的Δθ增大时，即，当吸热温度被设定为高时或者当外部空气温度为低时，辐射损失增加，由此集热效率η降低。如从图清楚地，根据实施例1-3，辐射损失减小并且透射率增加，由此，即使Δθ增大，瞬时集热效率η也降低很少。另外，在用于供应热水的太阳能集热器中，因为Δθ/l=大约0.03到大约0.05，所以较优的集热器应该具有在图3中的横坐标轴线上的那个范围中的高的集热效率η。

如从图3清楚地，因为随着Δθ/l增加，集热效率η降低，所以基本上，必要的是：使当Δθ=0时与纵坐标轴线相交的区段处的集热效率η或者从热的辐射等引起的热损失的量减小。附带提及，当Δθ=0时的集热效率η是透光部件的透射率和集热板的吸热率（包括面积效率）的乘积。因此，透光部件的透射率变得非常重要。在另一方面，当从热辐射引起的热损失减小时，在图3中代表集热效率η的直线的倾斜变得较不那么陡峭，由此即使Δθ的值变得更大，集热效率也维持是高的。如在实施例1中，当外壳1的底板1a和侧板1b由真空热绝缘材料5形成时，虽然代表集热效率η的直线的倾斜变得较不那么陡峭，当Δθ=0时的集热效率η也低至大约0.6，并且因此，有效效率变低。然而，因为在通常服务范围中Δθ/l处于大约0.03到大约0.05的范围中，所以根据实施例1-3，集热效率η能够得以增强。

实施例2

图4示出本发明的实施例2的太阳能集热器的概念配置的截面视图。实施例2不同于实施例1之处在于：替代所述真空透光部件3，使用是透光部件的气体填充透光部件13；并且外壳1的侧板由通常的金属板材料形成并且热绝缘材料14替代构成外壳1的侧板1b的真空热绝缘材料5被贴附到侧板1b的内表面。因为其它构件保持与实施例1的那些相同，所以将赋予其类似的附图标记并且将在这里省略其说明。

如在图4中所示，气体填充透光部件13以如此方式形成，使得经由夹在一对玻璃板13a、13b之间的填料13d而在该一对玻璃板13a、13b之间限定的间隙13c中填充热绝缘气体。这里，关于在间隙中填充的气体，能够单独地使用具有低导热率的空气或者气体诸如氩气、氪气或氙气或者是能够相组合地使用所述气体中的两种或更多种。另外，能够替代玻璃板13a、13b使用透明树脂板。具体地，对于玻璃板13a、13b，如在上述实施例1的外壳中那样，能够使用普通玻璃或者光透射率比普通玻璃更高的高度透射玻璃（其透射率是90%以上）。作为玻璃板13a、13b，例如使用3mm厚的高度透射玻璃，并且使用8mm厚的填料13d，由此在经由填料13d在玻璃13a、13b之间限定的内部空间中填充氩气，从而形成气体填充透光部件13。

底板1a的真空热绝缘材料5以与实施例1的类似的方式形成。然而，在实施例2中，其纤维尺寸为3.5μm的白色玻璃棉被从200mm的量级的厚度压缩到10mm的厚度以形成芯材6。另外地，侧板1b由例如SUS板材料形成，并且热绝缘材料14被贴附到其内表面侧。颈圈部分15在侧板1b的上端处形成，填料9在气体填充透光部件13的下表面侧处被设置在颈圈部分15和玻璃板13b之间。

根据以此方式配置的实施例2，因为外壳1的底板1a由真空热绝缘材料5形成，所以能够在很大程度上减小从底板1a的热辐射。结果，当在高温下收集热时的热辐射能够减小，从而提高集热效率。另外，还能够当在日射弱时在低温下收集热时提高集热效率。而且，因为构成真空热绝缘材料5的芯材6被金属覆层7覆盖，所以即使水侵入到外壳1的内部中，水也不在芯材6中吸收。因此，并不发生其中热绝缘性受到损害的这种情况。另外，因为能够防止其中吸收到芯材6中的水蒸发而在真空透光部件3的内表面上冷凝成水的现象的发生，所以能够防止真空透光部件3密布有水滴从而损害其热吸收性。

注意：因为外壳1的侧板1b的表面积小于底板1a的表面积，所以从侧板1b的热辐射小于从底板1a的热辐射。因此，在实施例2中，侧板1b并不由真空热绝缘材料形成。然而，如在实施例1的情况中，理想的是，侧板1b由真空热绝缘材料5形成。另外，在实施例2的情形中，同样地，如在实施例1中的情况，理想的是，防反射膜被施加到气体填充透光部件13的玻璃板13a、13b每一者的两侧。

这里，表格1示出实施例1、实施例2和传统实例的热平衡。传统实例对应于具有在专利文献1中描述的配置的太阳能集热器。如从表格1清楚地，根据实施例1和实施例2，与传统实例相比较，集热效率增强10%以上。

[表格1]

实施例3

因为在实施例2中描述的气体填充透光部件13中，在恒定压力下填充热绝缘气体，所以由于被施加到以上实施例1的真空透光部件3的内部真空而引起的外部空气压力（例如，10t/m²）并没有被施加到该一对玻璃13a、13b（或者透明树脂板），并且因此，不发生该气体填充透光部件13坍缩的这种情况。于是，虽然未示出，但是实施例3的气体填充透光部件的特征在于，在该气体填充透光部件13的后表面侧上使用透明树脂膜来替代玻璃板13b（或者透明树脂板）。即，类似于以前的实施例，因为自然的外部作用力可能地被施加于此，所以玻璃板13a由具有适当的厚度（例如3mm）的板材料形成。然后，铺设透明树脂膜，使其经由限定在其间的间隙（例如8mm）而面对玻璃板13a（或者透明树脂板），并且间隙的周边以气密性方式填充，由此气体填充在该间隙中以形成该气体填充透光部件13。

在实施例2的气体填充透光部件13的情形中，太阳能集热器的温度从干热温度（例如200到250℃）到环境温度地大幅改变。因此，当通过使用两个玻璃板（或者透明树脂板）形成气体填充透光部件时，可能存在其中填充在间隙中的气体的体积以比其在通常温度下的体积大1.5倍或者更多倍地膨胀，这要求用于释放内部压力的装置。在这方面，根据实施例3的气体填充透光部件，因为前表面侧由玻璃板（或者透明树脂板）形成并且后表面侧由透明树脂膜形成，所以透明树脂膜能够优选地膨胀以吸收在间隙中增加的压力。

另外，在实施例3的气体填充透光部件的情形中，通过例如使用透明树脂或者透明树脂膜以将后表面侧形成为例如更加有效的波纹构形而变得易于吸收内部压力的变化。特别地，如在图5中所示，优选的是后表面侧透明树脂板（或者透明树脂膜）16被形成为V形波形式。根据这种配置，如在同一图中由箭头17示意地，在透明树脂板16的下表面侧上的空间中产生的、由集热板加热的气体的对流能够受到抑制，以由此减小从气体填充透光部件的热辐射，从而能够提高热绝缘性。即，根据实施例1到3的真空透光部件3或者气体填充透光部件13，由于在外壳1内的热的对流和传导而引起的热辐射能够被真空层或气体填充层阻断，并且通过将后表面侧透明树脂板（或者透明树脂膜）16形成为图5所示配置，能够减小由于对流而引起的热辐射。

实施例4

图6示出示出其中外壳1的底板1a和侧板1b由真空热绝缘材料5形成的实施例4的主要部分的截面视图。如在图中所示，实施例4不同于实施例2之处在于：气体填充透光部件13的周向边缘部分的构造以及底板1a和侧板1b的真空热绝缘材料5的构造不同于实施例2的那些。其它构件保持与实施例2的那些相同，将赋予其类似的附图标记并且将在这里省略其说明。如在图中所示，填料13d由气体填充透光部件13的一对玻璃板13a、13b在其周向边缘部分处夹持。另外，该一对玻璃板13a、13b的周向边缘部分被密封部件18、19密封。

在另一方面，构成底板1a的真空热绝缘材料5具有一边缘部分，在该边缘部分处，覆层7a、7b的周向边缘部分被紧固到彼此；并且该真空热绝缘材料5在装载交叉材料6的部分处被形成为突起的构形。在另一方面，构成侧板1b的真空热绝缘材料5以如此方式形成，使得具有被弯曲成L形状的支腿部分的竖直板被用作覆层7b并且在由覆层7b和覆层7a包围的空间中装载芯材6。侧板1b的覆层7b延伸到密封部件19的外表面的位置，从而起到密封部件19的紧固部件的作用。构成底板1a的真空热绝缘材料5的边缘部分被设置成同时用作侧板1b的真空热绝缘材料5的覆层的一部分。构成底板1a的真空热绝缘材料5的边缘部分利用机械螺钉20而被固定到侧板1b的真空热绝缘材料5。注意：真空热绝缘材料5的覆层7之间的结合部分通过例如钎焊等而以气密性方式紧固到一起。

实施例5

图7示出用于这个实施例的太阳能集热器的真空热绝缘材料5的平面视图和截面视图。图7（b）是沿着图7（a）中的线（B）-（B）截取的截面视图。如在那些图中所示，构成真空热绝缘材料5的覆层21包括内部覆层21a和外部覆层21b。通过使用矩形金属面板形成内部覆层21a，并且虽然周向边缘部分23平坦地形成，但是具有三角形截面的多个线形凹槽21c在除了所述周向边缘部分之外的部分中以预定间隔形成。另外，通过使用被拉延成倒截棱锥的矩形金属面板而形成外部覆层21b，并且该倒截棱锥的倾斜表面22的端部被形成为焊接到内部覆层21a的周向端部23。这个焊接需要承受干热温度（例如，200到250℃）。另外，在该倒截棱锥的底表面中以预定间隔形成多个线形凹槽21d。在该实施例中，内部覆层21a和外部覆层21b被如此置放，使该内部覆层21a和该外部覆层21b的、供线形凹槽21c、21d的底部突出的侧面朝向内侧，并且线形凹槽21c、21d成直角地相互交叉。在由外部覆层21a和内部覆层21b夹持的空间中装载通过压缩热绝缘材料而形成并且具有空隙的芯材27，并且在该空间中产生真空。

根据被以上述方式配置的这个实施例的真空热绝缘材料5，在由彼此面对地置放并且芯材27被夹在其间的两个金属面板所构成的内部覆层21a和外部覆层21b中形成具有三角形截面的线形凹槽21c、21d。因此，内部覆层21a和外部覆层21b的刚度能够得以增强。由此，即使通过使用薄金属面板形成内部覆层21a和外部覆层21b，真空热绝缘材料5也能够足够地承受由真空产生的负压。例如，能够使用具有在0.15mm到0.4mm的范围中的厚度的不锈钢（SUS）材料。

优选的是：线形凹槽21c、21d的突出底部的高度（或者凹槽的深度）处于0.1mm到2mm的范围中；以及，形成线形凹槽的间距或间隔处于3mm到50mm的范围中。另外，优选的是：由内部覆层21a和外部覆层21b夹持的芯材27的厚度处于3mm到25mm的范围中。除了SUS材料，能够使用具有特定强度的金属材料诸如铝面板或者铜面板，并且此时，真空热绝缘材料5能够被不加改变地用作外壳的底板或者侧板。

另外，内部覆层21a和外部覆层21b被如此置放，使该内部覆层21a和该外部覆层21b的、供线形凹槽21c、21d的底部突出的侧面彼此面对，并且通过压缩热绝缘材料而形成的芯材27被该内部和外部覆层夹持。因此，虽然内部覆层21a和外部覆层21b并未被置放成使得该内部覆层21a和外部覆层21b的、供线形凹槽21c、21d的底部突出的侧面相互接触，但是真空热绝缘材料5能够足够地承受由真空产生的负压。结果，即使内部覆层21a和外部覆层21b之间的间隙变窄，热绝缘性也能够得以确保，由此真空热绝缘材料5能够被形成为薄的，这使得太阳能集热器能够具有轻的重量和小的尺寸。

此外，在这个实施例的真空热绝缘材料5中，内部覆层21a和外部覆层21b的布置不限于如下布置：其中内部覆层21a和外部覆层21b被置放成使得该内部覆层21a和外部覆层21b的线形凹槽21c、21d成直角地交叉。例如，该内部和外部覆层的各线形凹槽21c、21d可以被置放在相同的位置中或者可以平行地置放在不同的位置中。此外，线形凹槽21c、21d可以被置放成以某个角度（例如，45°）相互交叉。

另外，线形凹槽的截面形状不限于三角形形状，并且因此，如在例如图8中所示，在覆层24（内部覆层或者外部覆层）中的线形凹槽26可以形成为弧状形状截面。此外，虽然未示出，但是可以采用具有正弦半波截面的线形凹槽。而且，虽然未示出，但是优选的是：在被覆层24夹持的芯材27的中间位置中设置层状的辐射热屏蔽部件诸如铝板，其阻断辐射热的通道。由此，辐射热的辐射被阻断，由此使得能够进一步提高集热效率。

本申请基于其内容在此通过引用而被并入的、在2011年4月13日提交的日本专利申请（No.2011-089226）。

工业适用性

根据本发明的太阳能集热器，能够减小从平坦板型太阳能集热器的外壳的底板和侧板的热辐射，并且能够在从低温集热到高温集热的大的范围内提高集热效率。

Claims (6)

1.一种太阳能集热器，包括：

外壳，该外壳具有底板和侧板并且在上表面中开口；

透光部件，该透光部件被设置成覆盖在所述外壳的所述上表面中的开口，并且由玻璃板或者透明树脂板形成；

集热板，该集热板置放在所述外壳的所述底板和所述透光部件之间，以将接收到的阳光转换成热；

热介质流路，该热介质流路被热连接到所述集热板；和

用于热介质的进口管道和出口管道，该进口管道和出口管道与所述热介质流路连通，其中，

至少所述外壳的所述底板由真空热绝缘材料形成，在所述真空热绝缘材料中，通过压缩热绝缘材料形成并且具有热绝缘性和空隙的芯材被覆层封装，并且在所述覆层的内部中产生真空，

所述覆层包括内部覆层和外部覆层，该内部覆层和外部覆层是通过将两个金属面板的周向边缘焊接到一起而形成的，该两个金属面板彼此面对地置放并且所述芯材被夹在该两个金属面板之间，

在所述金属面板的所述内部覆层和所述外部覆层中分别以预定间隔形成有多个线形凹槽，该多个线形凹槽具有三角形截面、弧形截面和正弦半波截面中的任何一种，并且

所述两个金属面板的所述内部覆层和所述外部覆层被置放成在所述线形凹槽的底部所突出那侧上彼此面对。

2.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其中

所述透光部件是真空透光部件，在所述真空透光部件中，在其间夹持有空间的一对玻璃板或透明树脂板之间所限定的间隙中产生真空。

3.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其中

所述透光部件是气体填充透光部件，在所述气体填充透光部件中，在一对玻璃板或透明树脂板之间限定了间隙，并且在所述间隙中填充气体。

4.根据权利要求2或者3所述的太阳能集热器，其中

构成所述透光部件的所述玻璃板由透射率为90％以上的高度透射玻璃形成。

5.根据权利要求4所述的太阳能集热器，其中

构成所述透光部件的所述玻璃板具有被施加于该玻璃板的至少一侧的防反射膜，所述防反射膜对于具有从300nm到2500nm的范围的波长的光的透射率是80％以上。

6.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其中

所述透光部件是气体填充透光部件，在所述气体填充透光部件中，透明树脂膜被设置成面对玻璃板或透明树脂板并且其间限定有间隙，并且在所述间隙中填充气体。