CN104136864A

CN104136864A - 基于辐射过热预防机制的太阳能集热器

Info

Publication number: CN104136864A
Application number: CN201380005101.1A
Authority: CN
Inventors: 麦克伊·艾迪尔
Original assignee: TIGI Ltd
Current assignee: TIGI Ltd
Priority date: 2012-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2014-11-05
Also published as: EP2802826B1; EP2802826A4; EP2802826A1; WO2013105032A1

Abstract

本发明涉及一种用于限制一个太阳能集热器的内部温度的系统，其相较于现有光谱选择性吸收涂层具有典型辐射率范围0.05-0.1或约2微米的典型临界波长，是使用具一高辐射率[在2微米以上红外线(IR)光谱中大于0.25]及/或至少3微米的较长(较高)临界波长的一光谱选择性吸收涂层。

Description

基于辐射过热预防机制的太阳能集热器

技术领域

本发明涉及一种太阳能集热器，尤其涉及一种过热预防的系统。

背景技术

参阅图1，为一现有太阳能收集系统示意图，太阳能集热单元200即为习知的太阳能集热器、太阳能收集器、太阳能面板或太阳能电池组件，用以转换太阳辐射为热能供住宅或工业结构物各种应用设备202。现有的应用包括了热水系统204、暖气空调206、工业制程加热208、太阳能冷却210和其他应用设备210。现有的太阳能集热器产业中，各种太阳能集热器皆已于市面贩卖并可供安装、操作与维修等作业。为清楚起见，本文中单数的用语会经常使用，但不代表仅限于单数的应用，熟知本领域的技术人员将会明白复数的应用也包含在本文范围中。本文的上下文中，引述太阳能收集系统的用语一般指的是一或多个太阳能集热器、应用组件或相关辅助组件。

图8为习知的太阳能集热面板剖面示意图。玻璃100，举例来说，为低辐射(Low-E)玻璃，设置于一框架102以供光线(本文此处所指的是如一般近红外线和可见光波长的光)到达吸收器106。所述吸收器106为一习知的吸热板。吸收器106一般涂布有一吸收层(未图示)。所述吸收层增强对光线的吸收力，并且具有特定的光谱反射率及辐射特性。一玻璃100的外表面或表面被定位于用以接收太阳辐射，或以一般用语来说为面对太阳辐射的来源，在习知技术中作为收集面板的表面。

循环管120(示于侧视图吸收器106的下方/后方圆圈处)循环一传送流体从所述吸收器106吸取热能并传送热能至所述应用设备。须注意的是循环管120与所述应用设备间的连接关系并未示出，亦须注意的是，为清楚起见，仅示出单一太阳能面板。一般而言，一太阳能面板数组中的多个太阳能面板会以串接及/或平行连接方式使各太阳能面板间连接。以此连接方式并于各单一太阳能面板(分别)与所述应用设备或另一太阳能面板或多个太阳能面板间建立循环管。太阳能面板与循环管间的组装及连接对熟知本领域的技术人员来说是显而易见的。隔热层107，如美耐皿隔热层，于所述吸收器106的背板与太阳能面板背面间提供一内部隔热体。侧向隔热层105及背向隔热层108分别提供侧面及背面一隔热屏障。

相较于现有的太阳能集热器而言，本发明隔热的太阳能面板提供一太阳能集热器更佳的能量转换效率。一隔热的太阳能面板(太阳能热面板)为一于收集面板表面具有一层透明隔热材料的太阳能集热器。

参阅图9，一隔热的太阳能面板示意图。透明隔热层104被使用在一习知的太阳能面板中介于一收集面板(玻璃100)的一内表面及所述吸收器106之间。光线穿过所述透明隔热层104至所述吸收器106，在此情况下，"隔热"指的于是收集面板表面后的透明隔热层104材料-于太阳能面板内，介于玻璃100与吸收器106之间，用以相对于习知一般分别将隔热材料使用在一太阳能集热器(105、108)于侧向与背向，可使用以色列佩塔提克瓦城的TIGI公司生产的隔热太阳能面板。隔热面板对于太阳辐射而言具有穿透性，同时对于热红外线具有低穿透率，已被美国专利公告号US4,480,632、US4,815,442、US4,928,665及US5,167,217号专利中为Klier and Novik所公开。更佳的能量转换效率尤其适用在介于环境温度及收集器内部循环流体(如加热过的水)温度之间温度差别显着的条件下，举例而言，在寒冷、高纬度地区的冬季。所述的隔热面板，也称为透明隔热材料或热二极管，可以是由合成材料或能供太阳红外线辐射及可见光波长穿透的玻璃构成的蜂巢状，且部分不透明于热红外线的反向辐射，造就所述材料的光学特性与所述材料及/或构成面板的几何结构。本发明的一实施例中，所述透明隔热层选自对于热红外线反向辐射实质上透明者，原因将于以下详述。同时，因为所述材料的几何结构及物理特性，使所述透明隔热材料为一热对流抑制材料，且因为所述材料的热力学特性，使所述透明隔热材料为一热传导抑制材料，包括例如蜂巢状的薄壁。

由于低对流与低传导，对于入射的太阳辐射相对于热红外线反向辐射造成不均衡透明度以及有限的能量损失，使一热二极管得以撷取热能并利用撷取的热能从事各种能源的应用。相对于并未使用隔热面板的系统，特别是在较寒冷的气候，利用所述隔热面板可在更广泛的环境温度和条件下大幅增加能量转换效率。在某些实施例中，太阳能吸收表面会涂布一层能抑制热能特定波长的热红外线光再发射的光谱选择性涂层，省却了将透明隔热层于热红外线光实质上为不透明的需求。

参阅图2，一集热效率作为X轴函数的曲线图，其中X＝ΔT/G，ΔT为环境温度与集热器均温的温度差，而G为全球太阳辐射值，较高的X值为较寒冷及日照较少的条件。由图2中可得知，相较于一般习知平板集热器的一习知集热效率252，一隔热太阳能板的隔热效率250仍维持相当高，即使环境逐渐变冷及/或有效太阳辐射的量减少。当习知平板集热器的集热效率下降到趋近于零(例如，在0到10％的范围内)，一隔热太阳能板仍可达到约40％的集热效率。隔热太阳能板可达较佳的集热效率，并相较习知太阳能面板产生更大效益，且解决了成功运作过程中面临操作与维护的挑战。

因此，有必要提供一种系统来限制一太阳能集热器内部的温度。

发明内容

根据本发明实施例的教示，提供一种过热预防的装置，包括：

一吸收体，具一辐射率波长大于0.15并介于2-5微米波长间的一光谱选择性涂层。

在一可选择的实施例中，所述辐射率在红外线光谱中较所述光谱选择性涂层的一临界波长实质大于0.25。在另一可选择的实施例中，所述临界波长实质上为2微米。

在一可选择的实施例中，所述辐射率具一至少3微米的临界波长。在另一可选择的实施例中，所述临界波长实质上为4微米。在另一可选择的实施例中，所述临界波长实质上为5.5微米。

在一可选择的实施例中，所述光谱选择性涂层用于提供所述辐射率，所述辐射率使用自以下群组组成中选出的技术：

(i)改变所述光谱选择性涂层的一厚度为大于或小于一现有太阳能集热器吸收体涂层的一厚度；

(ii)相较于所述现有太阳能集热器吸收体涂层，改变物理气相沉积、化学气相沉积或电浆或学气相沉积涂层的一化学特性、厚度或一层迭次序；以及

(iii)相较于所述现有太阳能集热器吸收体涂层，改变一表面粗糙度。

在一可选择的实施例中，所述吸收体用于一太阳能集热器内。在另一可选择的实施例中，所述太阳能集热器为一密封的集热器。在另一可选择的实施例中，所述太阳能集热器为一包括一透明隔热层的太阳能隔热面板，且。在另一可选择的实施例中，所述透明隔热层在红外线光谱带中实质上呈透明。

附图说明

本发明实施例叙述如下，仅作为例示性使用，并配合附图如下:

图1为现有太阳能收集系统示意图；

图2为一集热效率曲线图；

图3为吸收体涂层的光谱辐射率特性曲线图；

图4为本发明实施例中一辐射过热保护装置的吸收体面板涂层其光谱反射率(及辐射率)特性曲线图；

图5为一黑色物体于各种温度下显示的光谱辐射曲线图；

图6为不同吸收体结构依据吸收体温度得到的辐射发散曲线图；

图7为在太阳能辐射为100瓦/米平方情况下使用和不使用所述辐射过热保护装置的集热器内部温度相对集热效率曲线图；

图8为习知的太阳能集热面板剖面示意图；以及

图9为一隔热的太阳能面板示意图。

具体实施方式

根据本发明实施例所述系统的原理及操作方式，通过体参考详细附图及实施方式说明可更加了解本发明。本发明为一系统，用以限制一太阳能集热器内部的温度。相较于习知光谱选择性吸收涂层具有一般散射率范围值为0.05至0.2或一般临界波长约2微米的现有技术，所述系统藉由创新使用具高辐射性(在2微米以上红外线(IR)光谱中大于0.25)及/或至少3微米的较长(较高)临界波长的一光谱选择性吸收涂层而有利预防过热。

太阳能隔热面板在高于习知太阳能集热器所能承受温度下运行可能会导致太阳能隔热面板的组件损伤。以下实施例对于所述太阳能隔热面板在温度限制上所描述的技术特征为太阳能面板存在温度限制的设计，相对于习知系统，当太阳能集热器的温度超过一般运行温度的范围，习知系统可靠着相连接的应用装置来辅助降温或可启动保护机制。以下实施例所描述的另一技术特征为所述实施例可以藉由一太阳能集热器的一密封组件而独立实施。所述技术特征使一太阳能集热器的内部组件可与外界温度隔离，同时有利于限制内部温度与环境中的热能耦合。藉由以下实施例所描述的其他技术特实现包括使密封的太阳能集热器成为被动封闭的系统。

为延长一太阳能集热器的使用寿命及维持效能，所述太阳能集热器有时为密封状态。举例而言，使用真空管集热器或使用填注惰性气体集热器。于本实施例中，密封方式可以隔离内部组件如透明隔热层于环境因素如灰尘及湿气。密封对于太阳能隔热面板尤其重要，因水分可能凝结在集热器前端面板的内部表面，而所述透明隔热层会与所述面板的透明盖体所接触。所述的水分凝结若呈现在所述透明隔热层将难以去除，并可能造成短期的效能降低而长期可能导致集热器损坏。在本发明的叙述中，环境一词一般指的是太阳能集热器外部的区域而言，其为一般所熟知的周围环境。所述环境包括但不限于：大气或真空下的一太阳能集热器及/或所述太阳能集热器邻近物体，且包括但不限于太阳能单元的建构壁及支撑结构。密封方式减少了水分凝结与化学物残留的风险。所述外壳密封亦可使所述太阳能集热器置换其内部环境气体为优良热特性的介质(减缓传导与对流)，如氩气或氪气。然而，密封的太阳能集热器产生了新的挑战，如压力的累积和外壳遭灾害破坏等风险。对于一太阳能隔热面板而言，所述风险会因增设一透明隔热层使太阳能面板体积增加而提高，且伴随的是透明隔热层引起更大范围的温度波动。

对于太阳能收集系统而言，两个温度会被讨论：所述太阳能集热器内部温度及所述循环流体的温度。在本发明的叙述中，内部温度一词指的是一太阳能集热器或太阳能隔热面板内部的温度，一般而言，通常为靠近或在吸收体区域内。在本发明的叙述中，所述吸收体一词指的是一般为黑色(通常为导热系数高的金属)表面用以吸收太阳辐射并转换太阳辐射为热能，随后通过一热转移流体(循环流体)传输出所述系统。在极端情况下，一太阳能集热器的内部温度可达一停滞温度，其为一能量不会由所述系统输入的温度，或换言之，太阳辐射能量会被输入到所述面板的温度，但没有额外的能量会藉由所述热转移流体自所述太阳能收集系统排出。在平衡状态下，所述太阳辐射能量进入集热器的量会等于集热器经由所有集热器表面藉已知三个传导、辐射与对流的热传导机制直接流失的热量。

在正常运行情况下，习知平板太阳能集热器通常运转时内部温度的范围在摄氏30度至90度(℃)，而停滞温度则在摄氏130度最高可能到200度。习知真空管太阳能集热器可以达到一最高运转温度约摄氏130度，并停滞温度则在摄氏200度左右。

承上所述，相较于习知的太阳能集热器，一太阳能隔热面板提供一具较佳能量转换效率的太阳能集热器。相对地，太阳能隔热面板的停滞温度相较于习知太阳能集热器可大幅提高，通常可提高至摄氏250度，而内部温度最高可能到摄氏270度到300度。若太阳能隔热面板的内部温度并未受限，内部温度可能大幅超过停滞温度，导致太阳能隔热面板内部组件损坏。相反的，习知太阳能集热系统通常达到停滞温度范围为摄氏130度至200度之间，其内部组件需设计成在此温度范围内能承受组件损坏，因此，并没有需要对习知太阳能集热器内部温度作限制。

有关太阳能收集、可再生能源与环境友善等领域于2013年相当活跃，目前存在的许多专利及产品所使用的术语可能与本发明一致，或可能会有与本发明组件近似的组成组件，熟悉本领域的技术人员应可理解近似的术语或组成组件并不预期会出现在本发明中。

举例而言，美国专利公告号US4,356,135，发明人:法兰索瓦等人，发明名称:一种内含有表面齐平导电材料的陶瓷材料制程，其公开一光谱选择性涂层的基础知识，但并未公开所述涂层可以如何进行修改以使一太阳能收集器达到过热预防功能。

类似的，美国专利公告号US4,034,129，发明人:基特尔，发明名称:形成无机辐射热控制器的方法，其公开一光谱选择性涂层的基础知识，但并未公开所述涂层可以如何进行修改以使一太阳能收集器达到过热预防功能。

欧洲专利公告号EP0,059,087，发明人:政夫等人，发明名称:太阳能选择性吸收涂层组合物，其公开如何构成一特定选择涂层的细节，但并未公开使用所述涂层作为过热预防机制。

世界知识产权组织专利公开号WO2009/115062，发明人:库尔哈维，发明名称:具传热流体和冷冻保护的平板设计太阳能集热器，其公开使用弹性材料用于防冻的太阳能板的设计，但并没有公开预防过热的技术。

美国专利公告号US6,530,369，发明人:约格夫等人，发明名称:太阳能板，其公开一太阳能辐射集中系统，入射的太阳能辐射由两反射器反射:一定日镜场及一塔式反射器，在此架构下，塔式反射器会有过热的风险，且此方式为在任何太阳辐射光谱下，首先由分布广大的定日镜场吸收，再通过修改定日镜的吸热特性所管理的热量负载，再由塔式反射器所吸收，其并未公开光谱选择性涂层使用于集热器以预防过热。

在集热器阶段而非在系统阶段提供一过热预防解决方案是有相当大优点的，由于在集热器阶段提供的解决方案可以避免在系统阶段需要装设额外的硬件。举例来说，一在主要热转换回路运行的热转换器。再者，常见的作法是装设所谓汲回系统以避免因冬季环境温度冰冻造成管道损坏的风险。此为其优点，因所述汲回系统可以将作为主要热转移流体的乙二醇替换为水，因为不再需要乙二醇抗冻的特性。然而，这样的汲回系统为主要危险因素，因为若主要回路中不存在任何液体，集热器的温度会遽然上升并达到停滞温度，导致集热器损坏。若在集热器阶段就装设过热预防装置(overheat protection device，OPD)，所述风险将可被排除。

集热器阶段过热预防装置(OPDs)

前述揭露了过热预防的方法，包括使用一回路热管作为一被动热切换器，于一预定温度产生一温度感应作用，指定为T0，导致从与环境热隔离的状态到强烈热耦合的状态下产生一急剧变换。举例而言，世界知识产权组织专利公开号WO2011/086534，发明人:克莱尔等人，发明名称:密闭式太阳能集热器的温度限制系统与方法，以及世界知识产权组织专利公开号WO2012/110916，发明人:克莱尔等人，发明名称:用于太阳能集热器的过热保护机构。所述回路热管包括一独立的循环系统，其具一来自主要回路的分散流体，用以自集热器转移热能至一应用设备。所述热管的第一部分，其功能为一蒸发器，通常为一竖状管并与集热器的吸热板热耦合。在此架构下，所述热管蒸发器为一独立于所述集热器主要热传送回路的结构。所述热管的第二部分，其具冷凝器功能，为一散热器(或其他任何便于组装的装置，如弯管)且热耦合于大气环境下。虽然此技术方案可非常有效的限制集热器的停滞温度，但此技术方案需要大量额外的组件与管材，将会增加集热器材料花费，影响成本。因此，有必要以较低成本的技术方案解决太阳能隔热集热器(隔热面板)的过热问题。

在以下的部分将会描述本发明主要实施例典型的实施方式。虽然有许多特定的实施方式将会透过例示性的方式说明，但其不应该被认为是针对本发明而做的限制。一太阳能隔热面板于前述温度环境中运行，以避免所述太阳能隔热面板及太阳能集热系统损坏。创新的解决方案需要去限制太阳能隔热面板的停滞温度。在以下的部分，将会提供一用以克服过热问题的解决方案。须注意的是，此解决方案可以适用在其他任何的太阳能集热器如习知平板集热器。于本实施例中，所述解决方案包括使用辐射发散作为一被动热转换机制，其中于一预定温度范围产生一温度感应作用，由与环境热隔离的状态到一强烈热耦合状态产生一剧烈热转换。

光谱选择性涂层及临界波长

参阅图3，为吸收体涂层的光谱辐射率特性曲线图，显示一光谱选择性涂层的光谱特性。所述图3取自艾蓝诺太阳能公司(ALANOD-SOLAR，埃内佩塔尔城，德国)形象手册。为理解本实施例运作的原理，首先重要的是先熟知现有技术中太阳能集热器(光谱选择性吸收涂层)所使用的光谱选择性涂层与吸收板的结合方式。接近地面的太阳辐射光谱特性图标为曲线300。现有技术中吸收体涂层的光谱辐射率特性图标为曲线302。所述涂层在短波长范围内具有高吸收率(低反射率，因此辐射率高，当辐射率等于吸收率时可做为不透明材料)，于本实施例中不超过2微米，用以确保优良的太阳能收集效率。所述涂层转变为低吸收率(高反射率及低辐射率)约为2微米波长以减少因集热器的温度升高导致红外线辐射热的损失。换言之，所述光谱选择性涂层转换为在较长波长有极低辐射率用以降低红外线辐射热的损失。此一所述光谱特性的转换即为所述的临界波长(习知涂层的波长图示于波长2微米处的虚线304)，其中吸收率超过50％被标注(图示于虚线310)。临界波长亦指出被“滤光”的区域。需要注意的是，所述“辐射率”可以用来表示特定的发射率，例如在一特定波长或用以表示特定辐射率特性，又例如一材料其辐射率与波长的曲线。所述“辐射率”(及相关用语如发射率及反射率)用语的使用，用以针对一特定辐射率或辐射特性，此对于熟悉本领域的技术人员而言为显而易见的且可根据上下文的定义使用所述用语。

用于改变光谱选择性太阳能吸收涂层的特性(亦称运行参数)的技术特征包括设计所述光谱选择性涂层具有一预设临界波长，此为一习知技术。举例而言，由奥勒尔等人2000年发表于太阳能源期刊69卷第1-6号中131页至135页，篇名为光谱选择性涂料于不同材质太阳能吸收器的制备及检测的论文中，此篇论文举例说明改变所使用的光谱选择性涂料的厚度(以每平方米的克数来衡量)会一并改变集热器效率及停滞温度。已公开的论文清楚揭示习知技术认为一产生较高停滞温度的涂层预期会超过较低停滞温度，因逐渐升温情况下效率也会随着改善。

相反的，本实施例的目的和习知实施的情形相反，特别是为了降低停滞温度。如上所述，相较于习知不具透明隔热层的平板集热器，一具透明隔热层的平板集热器会大幅抑制传导与对流过程中热能损失。因此，一透明隔热太阳能面板主要以辐射机制损失热能于环境中。习知技术中已知，传导与对流过程中热能损失的关系会遵循集热器所处环境温度对应的内部温度而呈线性关系。另一方面，辐射热能损失，以一黑色物体(辐射率＝1)或一灰色物体(辐射率<1，但光谱上为独立)来说，会根据史蒂芬-波兹曼关系，即正比于T⁴，其中T为凯式温度中的体温。此已优于线性依赖的关系，因为在低温(一般运行)的温度大幅低于摄氏100度，辐射热能损失会降到最小。

藉由例示性的方式，一辐射率为0.1的黑色平板吸收体，其辐射放射率于摄氏50度下为60瓦/米平方，占摄入太阳辐射约6％。然而，同样的吸收平板于摄氏180度时再辐射约240瓦/米平方同样情况下占摄入太阳辐射约25％。对于一习知不具透明隔热层的太阳能集热器来说，将足以使所述集热器停滞。然而，对于一具透明隔热层的太阳能集热器来说，大幅降低传导与对流过程中热能损失会导致形成相当高的停滞温度，可能高于摄氏250度。因此，本实施例的目的在于修改吸收面板于红外线范围的辐射率，用以增加高温下的辐射损失，使集热器回归对于吸收体较佳的停滞温度，较佳为低于摄氏200度。

光谱选择性涂层的设计与制造已为习知技术，具体来说包括调节所述涂层的临界波长的技术，以所述为基础，熟悉本领域的技术人员能够针对所需及/或根据本发明需求的特性制造并设置一光谱选择性涂层。

上述实施例并非用以限制本发明，本发明的技术特征为使一光谱选择性涂层提供一特定辐射率(特定辐射率及/或所需求的辐射特性)，包括：

改变所述光谱选择性涂层的一厚度为大于或小于一现有太阳能集热器吸收体涂层；

相较于所述现有太阳能集热器吸收体涂层，改变物理气相沉积、化学气相沉积或电浆或学气相沉积涂层的一化学特性、厚度或一层迭次序；以及

相较于所述现有太阳能集热器吸收体涂层，改变一表面粗糙度。

所述涂层可以于本实施例中例示性修改，如图4所示，为本发明实施例中一辐射过热保护装置的吸收体面板涂层其光谱反射率(及辐射率)特性曲线图。以下将揭露两例示性实施例，但两实施例亦可组合使用，以下将描述所述涂层被修改的两不同技术方案。

在第一实施例中，所述光谱选择性吸收体涂层对于2微米以上红外线的辐射率较习知技术增加0.05至0.1，使辐射率值介于0.1最高到0.25，举例而言，修改涂层的厚度。可替换地，一修改后层迭的绝缘层及/或金属层用来进行习知的沉积制程，如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或电浆化学气相沉积等。将导致更高的热能与温度再次放射，辐射率并按比例增加，详细叙述如下。举例而言，增加红外线的辐射率至0.2将会使热能于摄氏180度再辐射至约480瓦\米平方，将足以使装备透明隔热层的太阳能集热器停滞在此吸收温度。相反的，习知吸收面板可能达到超过摄氏250度的停滞温度，第一实施例中光谱反射率(及辐射率)特性以虚线曲线410标示，并具有临界波长401。

参阅图8及图9，一般而言，一种设于一太阳能集热器中的过热预防装置，包括：一吸收体106，设置于一光谱选择性吸收体涂层，一光谱选择性吸收体涂层的特性为辐射率在2微米以上红外线(IR)光谱中大于0.25。

在第二实施例中，所述涂层波长在较习知吸收涂层为长情况下具有一由高吸收率至低吸收率的光谱转换。换言之，在较长波长(波长为部分红外线光谱)时相较于习知涂层具有较高的吸收率。第二实施例中光谱反射率(及辐射率)特性以虚线曲线420标示，并具有临界波长402图示于图4。因此，举例来说，一习知太阳能集热器涂层具有一约2微米的临界波长转换(标示于304)。然而，于本实施例中，所述临界波长为至少3微米，较佳的范围为3至8微米。而实际使用中临界波长至少4微米。在第二实施例中，所述转换较佳发生在临界波长实质上为5.5微米(临界波长402)。换言之，等于或大于4微米及5.5微米，如图所示，熟悉本领域的技术人员将可了解一光谱选择性涂层的所述发射率(发射率曲线/特性)随波长而变化。

第二实施例产生的效果如图5所示，图5为一黑色物体于各种温度下显示的光谱辐射曲线图。短波长侧(左侧)中虚线500为辐射的量，其随温度的急遽上升。在本发明中，以温度来看急遽上升的辐射量远大于第四顺位方程式相关性的曲线。短波长侧中虚线500的整体光谱辐射随温度急遽上升，并具一大概相关性指数约6.5或更高于所谓史蒂芬-波兹曼关系。所述史蒂芬-波兹曼关系指出黑色物体的整体光谱辐射相对于整体光谱范围为一根据一指数分布的相关性指数为4的温度函数。

参阅图6，为不同吸收体结构依据吸收体温度(横轴以摄氏温度表示)得到的辐射发散(纵轴以瓦/米平方表示)曲线图。图标出整合的辐射量作为温度的函数。曲线600显示了由一具习知吸收涂层的集热器(太阳能集热器)损失的辐射量。曲线601显示了由一使用本发明第一实施例具辐射过热预防装置的集热器(太阳能集热器)损失的辐射量。曲线602显示了由一使用本发明第二实施例具辐射过热预防装置的集热器(太阳能集热器)损失的辐射量。须注意的是，相较于使用习知吸收涂层(曲线600)，本实施例的辐射过热预防装置使辐射损失急遽增加。临界能量密度(图标于610，图标中水平虚线于约450瓦/米平方处)对于曝晒和具一透明隔热太阳能面板为1000瓦/米平方。如从图示和描述中可以看出，相较于一习知的集热器，撷取自第二实施例中5.5微米临界波长产生一更剧烈的温度相关性，因此隔热会产生环境到强烈热耦合间的转换。一方法适合达成将临界波长转换为红外线的目的(或增加红外线整体辐射率)，其为藉由使用较薄的光谱选择性涂层来替代习知厚度的涂层。举例而言，涂层厚度由一习知密度1.5克/米平方增加为3克/米平方以上，可以转换原本为2微米的临界波长实质上成为超过3微米的红外线，例如一种Suncolor TSS的涂层，由斯洛文尼亚的多姆扎莱城的赫利奥斯集团制造。

参阅图7，为在太阳能辐射为100瓦/米平方情况下使用和不使用所述辐射过热保护装置的集热器内部温度相对集热效率曲线图。第二实施例所谓辐射过热预防装置在集热器效能上的影响与集热器内部温度的函数关系。至摄氏80度的效能表现实质上近似于一隔热平板集热器的效能表现(曲线700)。然而，超过所述温度后，集热器效能急遽降低，因集热器内部温度上升到高于摄氏100度，增强的辐射使能量流失到环境，在达到温度摄氏170度时停滞，将远低于习知隔热平板集热器摄氏240度的停滞温度。做为参考，曲线710显示一习知高端平板集热器的集热效率。

再次参阅图8与图9，一般而言，一使用于一太阳能集热器以预防过热的装置，包括：，设置于一光谱选择性吸收体涂层，一光谱选择性吸收体涂层的特性为一临界波长至少3微米。

利用简易的运算来辅助本发明的叙述并不脱离本发明的实用性以及基本优点。

更应注意的是，上述实施例、所使用的数字和例示性的计算接用以协助本发明实施例中的描述，印刷上的错误和运算错误并不使本发明脱离实用性以及基本优点。

可以理解的是，本发明实施例中描述仅为例示性，所列之实施例并非用以限制本发明，其他不同的实施例可于不脱离本发明精神及范围内实施，本发明的保护范围以后附之权利要求所界定范围为准。

Claims

1.一种过热预防的装置，包括：

一吸收体，具一光谱选择性涂层，所述涂层具有一自下列群组组成中选出的特征：

(a)一辐射率波长实质大于0.15并超过一临界波长；以及

(b)一临界波长大于3微米。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述光谱选择性涂层的一临界波长以上的光谱中，所述辐射率实质大于0.25。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述临界波长实质上为2微米。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述临界波长等于或大于4微米。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述临界波长等于或大于5.5微米。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光谱选择性涂层用于提供所述辐射率，所述辐射率使用自以下群组组成中选出的技术：

7.根据所述任一权利要求的装置，其特征在于，所述吸收体用于一太阳能集热器内。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述太阳能集热器为一密封的集热器。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述太阳能集热器为一包括一透明隔热层的太阳能隔热面板。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述透明隔热层在红外线光谱带中实质上呈透明。