CN105209833A - 半透明塑料太阳能热收集器 - Google Patents

Abstract

本发明由两种独立且不相关联的聚合物种类例如热固型玻璃纤维增强塑料(“FRP”)和热塑性塑料构成。两者均用作制造太阳能热收集器的构造材料。这些种类具有相同的一般构造并且基于相同的原则。两种种类以使收集器的壁中的一些壁为半透明的形式使用。两种种类结合使热流体流过的通道。两种种类在流体和收集器壁中利用染料来吸收来自太阳的能量。所述种类中的每一种均利用改善的收集器构造和设计以及特殊的操作方法。每种种类均可以服务于不同太阳能热收集器的不同市场。特别地，FRP单独作为新出现的一类材料，其用于包括从新型太阳能热收集器到特种飞行器的一切应用的宽范围的应用。

Description

半透明塑料太阳能热收集器

技术领域

本发明一般性涉及用于太阳能热应用或分布式太阳能热应用的装置。具体地，本发明涉及在使用热或能量的位置处或附近提供热以及与热相关的能量源的太阳能热构造或分布式太阳能热构造。

背景技术

已经对开发平板型收集器的替代物进行了许多尝试。在某些报道2011年是平板型收集器的100周年之后，收集器仅在为家用热水(“DHW”)、空间加热和冷却提供热的方面取得了有限的成功，而对于生产加热和冷却几乎没有成功。

参照图1，平板型收集器在黑色表面上吸收来自太阳的能量，该黑色表面被施加至铜或镍金属板。图1中的平板型太阳能收集器主要由入口连接部1、出口连接部2、吸收板3、外壳4、玻璃框5、玻璃6、隔离物7和流管8构成。热通过传导被传递至含有用于加热和冷却水的流体介质的铜管。隔离和保护收集器的外壳通常由挤制铝与用作透镜的低铁玻璃的组合制成。这就是将来自太阳的能量转化为可用热的系统。

构造完整的收集器的材料使得产品非常重。上述材料在其制造期间需要相对大量的能量，使得产品昂贵。随着成本由于经济发展而增加，材料的成本还受制于商品市场。在人们因为他们的其他生活成本升高而处于压力下而对该产品感兴趣的时候，这却引起了较高的价格。平板型收集器的制造和组装成本也与同样具有周期性销售性的相对小批量产品的行业的成本同样高。

平板型收集器的改进进展迟疑且缓慢。大多数效率上的改变微小且流于表面。

现今，测试平板型收集器的独立机构报道平板型收集器每平方英尺所产生的BTU都在同一范围内。

从20世纪70年代中期至20世纪80年代中期，研究活动从改进平板型收集器的效率和操作转移至在设计中采用成本低且重量轻的塑料。通过使用与在平板型收集器中采用的技术部分类似的技术，在这些塑料收集器中取得了初步成功。现今仍在使用的早期塑料类型(图2)由SealedAirCorporation制造并销售。聚丙烯塑料与黑色颜料完全混合并且被制造成由黑色集箱(header)9和黑色带槽板10(在等距视图中示出)构成的单体结构。如图2的截面端视图所示，板10包括带槽板式流通道。黑色塑料容器吸收来自太阳的能量，通过传导将该能量传递给流经塑料的流体。然而，这只是在市场取得显著成功的初级类型的商品级塑料产品。

平板型收集器在提供DHW方面是有效的。塑料基产品仅在需求非常小的游泳池加热市场中可被接受。这是因为铜是非常好的导热体，而塑料更多地用作隔热体，因此热从塑料收集器的转移效率不高。

在将塑料技术引入DHW市场的大量尝试中，发明人致力于用一种高透明度无色塑料——聚碳酸酯来代替聚烯烃塑料。聚碳酸酯非常透明且抗裂的以至于甚至将其制造成处方眼镜。技术发生如下转变：从平板和黑色聚烯烃两步吸收以及传导过程转变为在流经透明聚碳酸酯基系统的流体中一步吸收。这是真正地将阳光直接转为热。

在专利中几乎全面地选择了聚碳酸酯，原因是其能够用在制造高透明度的太阳能热收集器(图3)中。如图3所示，聚碳酸酯太阳能热收集器包括与含有槽13的带槽板12接合的集箱14。在顶视图中示出的整个结构中，流体经由流体管道装置15通过左上侧进入；流经集箱，该集箱引导流穿过带槽板12；并且流体流经相对的集箱14并通过右下方的管道装置15出来。各集箱的端部用塞16密封。除了管道装置15和16之外，整个结构由聚碳酸酯制造。针对聚碳酸酯塑料而言的其他优点是相对合理的价格、高强度以及高的玻璃化转变温度，据称高的玻璃化转变温度使得收集器能够耐受高于在DHW收集器中使用的水或水/防冻剂混合物的沸点的温度。在采用聚碳酸酯塑料的技术中，能量被直接转移至流经高透明度的收集器的流体并且通过溶解或分散在暴露于太阳的流体中的各种能量吸收添加剂被直接吸收。应该考虑的润湿剂、流图案以及任何装置被认为是可接受的系统所必需的。

压倒性地选择聚碳酸酯塑料作为所选的塑料，原因是聚碳酸酯塑料的透光率几乎等同于玻璃的透光率。具有勉强较高的透光率的塑料例如丙烯酸树脂和苯乙烯基塑料具有严重显著的缺点。它们具有脆性而不具有可延展性。石子或冰雹无法从安装在屋子上的收集器无损伤地弹开，并且与常规聚碳酸酯塑料的特定的250°F的热变形温度相比，在180°F的量级的热变形温度也无法工作。在标准太阳能收集器操作条件下，预期温度高达200°F至220°F。除了低热变形温度以外，无色素状态下的聚丙烯的不透明外观也将聚丙烯排除在聚碳酸酯的替代物之外，因为公认的是，塑料必须完全透明以进行工作。虽然聚碳酸酯塑料的成本与前述大量塑料相比较高，但是由于通过使用聚碳酸酯材料所明显固有的性质而使该额外费用被认为是可接受的。该选择是显然的。

可惜的是，忽视了聚碳酸酯具有在制造商的资料中不为所知的缺点：聚碳酸酯树脂的分子结构存在内在的不稳定性，即在聚碳酸酯被制造成收集器的情况下，收集器将在与在游泳池加热应用中所使用的温度类似的温度下失效。显然，这样的构造将在DHW及空间加热所需的远远较高的温度下失效。在多数应用中实际性能被限制到大约120°F下使用，原因是在较高的温度下塑料快速的降解并且在使用期间将在收集器中产生泄漏。

发明内容

在美国授权的基于高透明度、高强度聚碳酸酯塑料的发明中没有一件曾取得商业成功。结构缺陷使得由聚碳酸酯塑料制造的收集器无论在何处只要接近DHW应用所需的温度便会自己显现出故障。故障为小孔泄漏的形式，小孔泄漏初期难以发现但在运行中进一步使用期间会扩大。

经研究，该问题似乎是由于在系统内使用水基流体或水/乙二醇基流体的情况下进行的水解作用而导致的。对于油基流体，油也降低了系统的操作效率。这使得产品在常规操作环境中生产热水方面无效。因此，存在对能够在利用流体温度持续超过180°F的太阳能热收集器中操作的重量轻的板的殷切需求。

在本发明之前，通过平板型收集器提供的太阳能热是利用太阳提供能量的最具成本效益的装置。我们发明了一种从太阳产生能量的较低成本、较高效的方式，目前能够采用该方式来以与之前所提供的成本相比较低的成本提供更多的民用热水、空间加热及空间冷却。本发明的某些特征、方面和优点使得系统具有足够的成本效益以用于大量工业能量产品，例如生产加热及生产冷却，并且具有足够的成本效益以在没有政府补贴的情况下用于其他应用。

本发明的某些特征、方面和优点直接利用太阳射线来加热流体。热在构成收集器的材料和包含在收集器中的流体两者中被捕获。系统克服了上述平板式系统的缺陷。收集器本身在单步过程中利用三维来吸收直接来自太阳的热。收集器在其制造中结合了耐久、重量轻且成本低的材料。与用于制作常规平板型太阳能收集器的制造方法相比，该制造方法成本低得多。与笨重的平板型收集器相比，该收集器更为轻便而且更容易安装，最终，该收集器产生可以信赖的塑料产品。

本发明的某些特征、方面和优点采用了用于建造收集器的结构的材料以将太阳的能量直接转化成热。该转化通过采用透光率低的塑料而非采用广泛出售的高透光率产品进行。同时，包含在装置中的流体除了通过从收集器传导之外还通过吸收将太阳的能量直接转化成热。该组合引起了在将太阳的能量转化成可用热方面较高的效率。构造的材料成本较低并且制造起来较不耗能。由于商品市场的特性，在价格方面基本没有波动。

此外，作为本发明的实施方案的一类，发明人采用了与例如聚碳酸酯、聚丙烯、丙烯酸树脂、聚苯乙烯等通常所认为的塑料完全不同类的材料。我们采用了热固树脂型材料——玻璃纤维增强塑料(“FRP”)。FRP，在市场上不与塑料竞争，而是与金属竞争，最显著的例子是波音梦幻飞机。因此，本发明的某些特征、方面和优点涉及使用半透明FRP产品，据我们所知，该半透明FRP产品从未用于制造太阳能热收集器。

在一些实施方案中，太阳能热系统包括具有半透明的玻璃纤维增强塑料(FRP)板的太阳能热收集器。该系统还可以包括泵、阀、储罐、锅炉和控制器。流体连接件可以与太阳能热收集器、泵、阀、储罐和锅炉连通。在系统内的流体流通过控制器控制。在一些实施方案中，半透明FRP板包括高强度、高温树脂。在一些实施方案中，半透明FRP板包括约30％的玻璃含量。在一些实施方案中，半透明FRP板包含染料。

在一些实施方案中，用于加热流体的方法包括：提供太阳能热系统，该太阳能热系统包括具有半透明的玻璃纤维增强塑料(FRP)板的太阳能热收集器、泵、阀、储罐、锅炉、控制器，以及与太阳能热收集器、泵、阀、储罐和锅炉连通的流体连接件。在系统内的流体流通过控制器控制。流体循环通过太阳能热系统。在一些实施方案中，流体包含染料。在一些实施方案中，流体流包括脉冲流。在一些实施方案中，流体流包括湍流。

在一些实施方案中，太阳能热收集器系统包括：入口集箱；出口集箱；以及与入口集箱和出口集箱耦接的半透明板。板包括第一层、第二层以及位于第一层与第二层之间的第三层。第三层为波状层。在一些实施方案中，板包含FRP材料。在一些实施方案中，板包含热塑性材料。在一些实施方案中，波状层包括正弦形。在一些实施方案中，波状层包括梯形。在一些实施方案中，波状层包括三角形。在一些实施方案中，波状层包括矩形。在一些实施方案中，波状层包含染料。

在一些实施方案中，太阳能热收集器系统包括：入口集箱；出口集箱；以及与入口集箱和出口集箱耦接的半透明板。板包括第一层和第二层。第一层和第二层包含玻璃纤维增强塑料(FRP)材料。在一些实施方案中，板包括第三层。在一些实施方案中，板包括至少七个层。

在一些实施方案中，太阳能热收集器系统包括：入口集箱；出口集箱；以及与入口集箱和出口集箱耦接的半透明板。板包括第一层和第二层。第一层和第二层包含热塑性材料。在一些实施方案中，板包括第三层。在一些实施方案中，板包括至少七个层。

在一些实施方案中，用于制造太阳能热收集器系统的一部分的方法包括提供半透明的玻璃纤维增强塑料(FRP)材料的第一层、半透明FRP材料的第二层、以及半透明FRP材料的第三层。第三层为波状层并且位于第一层与第二层之间。第一层、第二层和第三层通过在使形成FRP材料的树脂固化期间在压力下将第一层、第二层和第三层耦接在一起而被接合，由此形成半透明板。在一些实施方案中，板与集箱耦接。

在一些实施方案中，用于制造太阳能热收集器系统的一部分的方法包括对形成板的第一层、第二层和第三层热塑性材料进行共挤出，其中第三层为波状层并且位于第一层与第二层之间，由此形成半透明板。在第一层和第二层中的至少之一上层压UV稳定剂膜。在一些实施方案中，板与集箱耦接。在一些实施方案中，热塑性材料包含聚砜树脂。

本发明的某些特征、方面和优点采用在美国容易获得的成本低且耐久的材料。可以在制作该产品中使用的材料包括多种FRP和热塑性塑料。在制造本发明产品时所使用的方法还存在经济效益。如此，产品可以更快速地投入生产并且可以流畅地实现增产。

附图说明

现在将参照优选实施方案的附图来描述本发明的这些特征、方面和优点以及其他特征、方面和优点，本发明的实施方案旨在进行说明而非限制本发明，并且在附图中：

图1为被部分剖开以露出内部构造细节的常规平板型太阳能收集器，该收集器被示出为本发明优选实施方案将要替代的具有代表性的一类产品。

图2为示出图1中所示的平板型收集器的早期塑料类似物的塑料型常规平板型收集器。

图3为在尝试用塑料收集器替代平板型太阳能收集器的问题方面有显著贡献的聚碳酸酯太阳能热收集器的顶视图和剖视等距侧视图。

图4为根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案的图示，收集器由玻璃纤维增强塑料(“FRP”)制成并且基于用来吸收来自太阳的能量并且将其转化成热的两层FRP，以及该收集器采用深色表面来收集在结构中产生的另外的热。收集器还使用循环通过收集器以进一步将来自太阳的能量转化成热的流体。

图5是包括图4的太阳能收集器的太阳能热收集器操作系统的图。

图6为根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的另一实施方案的等距视图。

图7为使用吸收来自太阳的能量并将其转化成热的FRP层的收集器的另一实施方案的等距视图，以及该收集器利用深色表面来收集在结构中产生的另外的热，该收集器具有循环通过优选实施方案的收集器以进一步将来自太阳的能量转化成热的流体。

图8为使用热塑性材料的收集器的另一实施方案的等距视图，该收集器旨在直接修正图3中所示的聚碳酸酯太阳能收集器中此前显现出的问题。

图9、图10和图11为可以由下述材料中的任何材料制成的许多可能设计中的其中三种的示图。图9为椭圆形太阳能热收集器的顶视图和侧视图。图10为梯形太阳能热收集器的顶视图和侧视图。图11为正弦形太阳能热收集器的顶视图和端视图。

图12至图31为收集器系统的替代性实施方案的示图，其包括板系统构造和集箱部件的各种实施方案。

图32为根据一些实施方案的染料的光谱性质的示图。

具体实施方式

本发明的某些特征、方面和优点涉及以低透光率为特征的高度耐久、具有成本效益类型的太阳能收集器产品。在一些构造中，太阳能收集器采用半透明FRP作为构造材料。太阳能收集器可以基于可包含约30％的玻璃含量的高强度、高温树脂。收集器可以以低透光率为特征并且可以基于吸收来自太阳的能量并且将其转化成大量热的系统。收集器中的材料的低透光率产生于树脂的颜色、玻璃填充量、和/或为了实现最终期望的效果而添加的染料。可以当期望得到以另外的方式适度透明的产品时或者当为了克服以另外的方式不期望的视觉效果(例如，当在使用甚至更高的玻璃纤维含量来增强基材的情况下的产品中可能期望的那样)时添加染料。

与聚碳酸酯收集器的许多表现类似，收集器的太阳能流体的低透光率已经被太阳能热收集器领域的其他发明人所弃用。然而，认为低透光率可以在旨在代替平板型收集器的太阳能热收集器的成功设计和制造方面产生显著不同。

图4示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案。所示的收集器结合三个表面来收集和吸收热。可以通过波状结构20将收集器的顶表面17与收集器的底表面19分离，该波状结构20将顶表面与底表面分离并且提供收集器的包含流体的部分18，流体穿过该部分被从入口泵送至出口。在顶视图中集箱21附接至带槽板22。流体通过顶视图的左上角处的管道配件23进入集箱，通过左侧的集箱21行进穿过带槽板22，进入顶视图的右侧的集箱21，并且通过顶视图的右下角处的管道配件23离开。系统通过塞24密封。

虽然两表面FRP收集器相对于平板型收集器在从太阳产生热的效率方面优越，但是如图4所示的三表面收集器始终优于两表面产品。

由于基材的天然颜色以及结合了深色、可溶的染料添加剂，收集器的顶表面具有低的透光率。中间的波状结构是半透明的。这产生于基材的天然颜色以及结合了深色、可溶的染料，其中当来自太阳的能量穿过收集器时来自太阳的能量转化成热。在一些构造中，可以将可溶染料结合至流体中以提供另一产热源。收集器的底表面或者被保持为来自基材的天然颜色的半透明、同时在紧靠容器的底表面处具有深色或黑色吸收或反射表面，或者通过添加颜料或染料变深或变黑。可以对热进行吸收或存储，或者将其反射回流体中以增强在带颜色流体中的热转化。

在一些实施方案中，系统可以包括用于使流体移动通过收集器的间歇开关式流速度可变的循环泵以及用于控制操作的相关的太阳能控制器。波状结构以及脉冲流的设计使新表面暴露于太阳。这显著增加了3/8”深的太阳能流体在其横穿8英尺长的通道时的热传递。

图5为可以使用本文中所述的收集器的太阳能热系统的示图。泵和控制器25可以用于使太阳能流体再循环通过太阳能热收集器26并且流经控制器到达泵和分流阀27，分流阀27引导加热的水通过太阳能双圈储罐。锅炉28、太阳能双圈储罐29、冷水30和热水31被包括来提供关于太阳能热收集器系统的剩余部分的信息。

在一些实施方案中(例如，如图6所示)，使用半透明FRP作为构造材料。半透明FRP基于具有增加的玻璃含量的高强度、高温树脂(参见如下细节)。材料的半透明性产生于树脂的颜色、玻璃填充量、和/或为了实现最终期望的效果而添加染料。

在一些实施方案中，收集器的与底表面分离的顶表面随着使顶层与底层分离的波状结构的新轮廓而改变。图6是本发明收集器的该实施方案的图示。所示的收集器包括三个表面来收集和吸收热。可以通过波状结构35将收集器的顶表面32与收集器的底表面34分离，该波状结构35将顶层与底层分离并且提供收集器的包含流体的部分，流体穿过该部分被从入口泵送至出口。在顶视图中，集箱35可以附接至带槽板37。流体通过顶视图的左上角处的管道配件38进入集箱，行进通过左侧的集箱36穿过带槽板37，进入顶视图的右侧的集箱36，并且通过顶视图的右下角处的管道配件38离开。系统可以利用塞39密封。

所示的构造修改了收集器的包含流体的部分，流体穿过该部分被从入口泵送至出口。可以减小附接至波状结构的各平坦表面的顶表面和底表面两者的宽度。在一些构造中，跨顶表面或底表面的宽度被附接与未被附接的宽度比为约1/3。在一些构造中，该比为约1/4。在一些构造中，该比小于约1/2。这作用于收集器中的流的长度。

图6中所示的实施方案使得流体的单独地暴露于顶表面和波状表面两者的部分更大，增加了捕获热的能力。与上述实施方案相比，这增加了收集器的效率。此外，流图案与脉冲流的结合使得可获得较冷的流体，随着流体从进入点行进直至其离开收集器，来自太阳的能量被传递至该流体。与上述实施方案相比，这也增加了收集器的效率。另外，在一些实施方案中，波状层的玻璃含量可以被增加至40％以增加波状层的强度。在一些这样的实施方案中，可以稍微调节(例如，降低)染料含量以将透光率保持在增加玻璃含量之前的透光率水平。

如在图4和图6中可以看到的，三表面太阳能收集器的设计有利于收集器的制造。顶表面和底表面可以在压力下附接至波状表面并且在树脂固化期间接合。在这样的实施方案中，在制造收集器时没有使用粘合剂。此外，因为在制造三表面太阳能收集器时使用了FRP，并且因为期望得到适度完整的截面，所以难以通过挤出或拉挤来制造板。如此，期望形成顶表面、底表面和波状表面并且通过压力将其附接并在固化期间接合。

参照图7，太阳能收集器的另一实施方案采用半透明FRP作为构造材料。太阳能收集器使用玻璃含量为约30％的高强度、高温树脂。收集器中的材料的低透光率产生于树脂的颜色、玻璃填充量、和/或为了实现最终期望的效果而添加的染料。也可以在期望得到以另外的方式适度透明的产品时或者在为了克服以另外的方式不期望的视觉效果(例如，当在使用甚至更高的玻璃纤维含量来增强基材的情况下的产品中可能期望的那样)的情况下添加染料。

参照图7，所示的太阳能收集器为与上述三表面收集器相对的两表面收集器。集箱42可以接合至包含槽41的带槽板40。在顶视图中示出的结构中，流体经由左上方的管道配件43进入；然后到达集箱42，并且穿过带槽板40，然后穿过集箱42并且通过右下方的管道装置43出来。各集箱的端部可以用塞44密封。由于基材的天然颜色以及结合了深色、可溶的染料添加剂，收集器的顶表面可以具有低的透光率。不存在使顶层与底层分离的结构。例如但非限制性地，通过间隔标称3/4”的竖腹板(verticalwebs)来实现分离。该结构具有较高的强度，这有利于其在市政水环境中操作。在一些实施方案中，可以将可溶染料结合至流体中。根据基材的天然颜色以及被结合以制造收集器的整个带槽板的染料，可以将收集器的底表面保留为半透明的。在一些构造中，在紧靠容器的底表面处存在黑色吸收表面。

在一些实施方案中，可以使用没有玻璃的高强度树脂来形成收集器的板。在一些构造中，材料的热变形温度可以为约203°F(95℃)。在一些构造中，透光率可以在使得染料的添加能够实现期望的半透明水平的范围。低透光性为可能由常规FRP树脂和热塑性塑料的混合物间的折射率差而引起的雾度的形式。由该材料形成的板可以为两表面设计；在一些构造中，板可以在结构上与图7所示的实施方案类似或相同。

在一些实施方案中，可以使用以常规玻璃增强FRP为典型的具有高耐久性和耐化学性的材料。在一些构造中，可以结合在太阳能热收集器系统中的适当的温度控制的条件下将该材料用于较低温度类型的收集器。

通过借助添加或多或少的染料来对流体进行修饰，可以微调在年度不同时期产生的热的量。例如，通过简单地将流体颜色变得较淡或较深来将相同的收集器装置用在世界的不同地区。在一些实施方案中，可以通过将在结构的壁中产生的热与来自流体的热进行合并来增大所产生的热。

与塑料(例如被评估为平板的代替物的聚碳酸酯和聚烯烃)相比，使用FRP提供了优势。FRP在大范围的应用中非常耐久，并且具有较长的寿命(即使对于较一般的产品种类，也在户外应用中提供了25年保用期)、耐高温性以及耐几乎所有流体的冲击。使用FRP作为收集器还提供了与金属平板型收集器相比其重量轻的优点。该收集器更容易安装在房屋的斜屋顶上。从工厂至场地的运输成本降低。安装的人工降低。

FRP的另一优点是可以基于制造产品的模具和工具的成本以非常经济的方法来将FRP处理成各种各样的设计。随着体积增加，可以使用从真空辅助树脂注塑转变成拉挤、缠绕成型和总装的组合的较高速的制造方法。

虽然接触各种各样构造材料的人们通常不考虑，但是水是非常有侵蚀性的溶剂，而且热水甚至侵蚀性更强。在一些实施方案中，太阳能收集器采用可以应对热水的经济型热塑性塑料。历史表明，在聚碳酸酯的多年不愉快经历之后，虽然这些材料可能由于其制造经济性而引起较大的销售量，但是这些材料可能具有较低的耐久性。

在基于热塑性塑料的实施方案中，可以使用与基于聚碳酸酯的收集器中基本认为的透光率相比具有雾度和较低的透光率的热塑性塑料。已经发现所认为的雾度的缺点成为了优点并且可以在由聚砜树脂形成的收集器的实施方案中发现。聚砜树脂收集器具有在将太阳的能量转化成热方面高效的琥珀色。另外，聚砜由于对紫外线(“UV”)的较勉强的耐受性而劣化。该劣化没有成为聚砜显著的负面性质，而是，该劣化在太阳能收集器中的主要作用使得产品变暗为青铜色，该颜色在将太阳的能量转化为热方面甚至更为有效。因而，所认为的劣化问题可以是有益的，只要劣化的程度受控即可。

为了使劣化受控，将含有UV稳定剂的膜层压至收集器的面朝太阳的一侧。该膜可以用于保护聚砜维持其正常的产品寿命。在一些构造中，可以将可溶染料结合至流体中以提供另一产热源。

在一些构造中，可以将热塑性塑料收集器制造成与以上针对FRP所述的结构相同的结构。然而，最适宜用于这样的实施方案的制造方法为热塑性塑料共挤和总装。

在一些实施方案中，将板形成为双层槽。双层槽是上述FRP收集器实施方案中的三表面的变型。图8示出基于热塑性塑料的收集器的实施方案。图8示出聚砜收集器的实施方案的顶视图和剖视等距侧视图。集箱47可以接合至包含槽46的带槽板45。在顶视图中示出的结构中，流体经由左上方的管道配件48进入；然后到达集箱47，并且穿过带槽板45，然后穿过集箱47并且通过右下方的管道装置48出来。各集箱的端部可以用塞49密封。

在一些实施方案中，槽可以被包含在高达约7层的多层产品中。使用高达七个层使得产品能够在没有外壳的情况下用作隔热的单体结构。因而，这样的构造大大简化并减轻了太阳能收集器。

在一些构造中，作为聚砜的代替物，可以使用甚至更深的琥珀色聚醚酰亚胺作为基材。聚醚酰亚胺具有较好的性能，但是也较为昂贵。在一些构造中，可以使用与聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)或苯乙烯－马来酸酐(“SMA”)完全混合的聚砜和聚醚酰亚胺来降低原材料成本，改善可加工性，并且修改性质的平衡以更好地满足太阳能热收集器市场的需求。这些混合物具有互穿聚合物网络的性质，互穿聚合物网络也保持部分不相容的塑料的半透明的程度。

在一些实施方案中,收集器装置可以由能够通过添加吸收来自太阳的能量的染料或其他材料而转变成低透光率材料的半透明或透明材料制成。除了具有使流体进出装置的结构以及推进流体穿过装置的结构例如图5所示的泵之外，装置可以全封闭。

图9、图10和图11为可以用作通过半透明表面将来自太阳的能量转化成可用热的实施方案的许多设计中的三种设计的图示，基于上述实施方案中的任何实施方案，该半透明表面被取向成面对太阳或者面对来自太阳的反射。图9为具有管道配件50、收集器装置51和管道配件52的椭圆形收集器。流体通过管道配件50进入，流经收集器51，并且通过管道配件52离开。图10为具有管道配件53、收集器装置54和管道配件55的梯形收集器。流体通过管道配件53进入，流经收集器54，并且通过管道配件55离开。图11为具有管道配件56、收集器装置57和管道配件58的正弦形收集器。流体通过管道配件56进入，流经收集器57，并且通过管道配件58离开。

另外的收集器系统实施方案

图12示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案。所示的收集器100结合多个表面来收集和吸收热。可以通过一个或更多个结构106将收集器的顶表面102与收集器的底表面104分离，所述一个或更多个结构106将顶层与底层分离并且提供收集器的包含流体的部分，流体穿过该部分被从入口泵送至出口。在一些实施方案中，利用使顶层与底层分离的波状结构110的多个轮廓来使收集器的顶表面与底表面分离。在一些实施方案中，利用间隔开的一个或更多个竖腹板112来使收集器的顶表面与底表面分离。在一些实施方案中，利用一个或更多个波状表面与间隔开的一个或更多个竖腹板的组合来使收集器的顶表面与底表面分离。

集箱114附接至带槽板116。流体通过合适的管道配件进入集箱，穿过集箱行进，穿过带槽板116，进入另一集箱(未示出)，并且通过该另一集箱的合适的管道配件离开。在一些实施方案中，系统包括塞。在一些实施方案中，不要求有塞。例如，图12示出用于板连接设计的特定集箱的一个实施方案。在一些实施方案中，集箱优选地在各集箱的两端上与标准管道配件进行管接(对应共四个配件)使得收集器组件可以容易地组合(ganged)，并且还以阵列的方式进行管接以用于串联或并联操作。优选地以与板中的槽122匹配的图案中在集箱中钻出通道口120。优选地，板被插入集箱的槽124，在该槽124处利用密封剂或其他合适的用于密封接合处的方法对接合处进行密封。在一些构造中，由于在集箱中和在板中产生压力，所以板膨胀并使接合处更紧并且优选地减少了任何泄漏。

在一些实施方案中，对于标准板，通道口大约为1/4英寸并且被构造成从尺寸比通道口的面积总和大的集箱传送流体，由此增加了流速，在其附近产生湍流，并且优选地增强了在区域中的能量收集。

在一些实施方案中，集箱由与板相同的半透明材料制成并且也暴露于太阳，使板的整个表面基本上暴露于太阳。利用整个暴露于太阳的面积来收集能量使得收集器能够从集箱采集能量，这在一些其他技术中是受限的。在一些实施方案中，收集器的板和/或芯以合适的密封方式与收集器的集箱耦接。

图12所示的收集器优选地适用于高压应用和低压应用两者。在一些实施方案中，流出集箱与流入集箱相同，从而可互换。在一些实施方案中第一集箱和第二集箱具有不同的构造。在一些实施方案中，能量被流出集箱和/或流入集箱捕获。

在一些实施方案中，收集器包括半透明材料。在一些实施方案中，收集器包括FRP材料。在一些实施方案中，收集器包括含有具有玻璃含量的高强度、高温树脂的半透明FRP材料，其中材料的半透明度受树脂颜色，玻璃填充量和/或为了实现最终期望的效果而添加染料的影响。在一些实施方案中，太阳能收集器使用玻璃含量为约30％的高强度、高温树脂。在一些实施方案中，太阳能收集器使用玻璃含量在约10％至约50％的高强度、高温树脂。在一些实施方案中，可以使用没有玻璃的高强度树脂来形成收集器的板。在一些实施方案中，收集器包括热塑性材料。在一些实施方案中，收集器包括常规FRP树脂和热塑性塑料的混合物。

在一些实施方案中，收集器包括两个表面。在一些实施方案中，收集器包括三个表面。在一些实施方案中，收集器包括四个或更多个表面。在一些实施方案中，由于基材的天然颜色以及结合了的染料添加剂，收集器的顶表面具有低的透光率。在一些实施方案中，收集器包括半透明的中间波状结构。在一些构造中，可以将可溶染料结合至流体中以提供另一产热源。在一些实施方案中，收集器包括收集器的底表面，该底表面由于基材的天然颜色是半透明的，同时紧靠容器的底表面的深色或黑色吸收或反射表面。在一些实施方案中，收集器包括收集器的底表面，该底表面通过颜料或染料的添加而颜色变深或变黑。

在一些波状构造中，跨顶表面或底表面的宽度被附接与未被附接的比为约1/3。在一些构造中，该比为约1/4。在一些构造中，该比小于约1/2。在一些实施方案中，波状结构的玻璃含量可以在约25％与约35％之间。在一些实施方案中，波状结构的玻璃含量可以增加至高达40％或以上。在一些实施方案中，波状结构的玻璃含量可以降低至低至约20％或以下。在一些实施方案中，可以调节染料含量以优化透光率。在一些实施方案中，顶表面和底表面可以在压力下附接至波状表面并且在树脂固化期间接合。

图13示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案。所示的收集器200结合多个表面来收集和吸收热。可以通过一个或更多个结构将收集器的顶表面与收集器的底表面分离，所述一个或更多个结构将顶层与底层分离并且提供收集器的包含流体的部分，流体穿过该部分被从入口泵送至出口。在一些实施方案中，利用使顶层与底层分离的波状结构的多个轮廓来使收集器的顶表面与底表面分离。在一些实施方案中，利用间隔开的一个或更多个竖腹板来使收集器的顶表面与底表面分离。在一些实施方案中，利用一个或更多个波状表面与间隔开的一个或更多个竖腹板的组合来使收集器的顶表面与底表面分离。

在一些实施方案中，如图13所示，集箱室203优选地包括顶收集器/集箱板206和底收集器/集箱板207。交叠的板部分208优选地通过结构粘合剂接合。结构型C形通道201优选地囊括顶收集器/集箱板206和底收集器/集箱板207，由此C形通道的臂跨集箱与收集器肋/板的界面209延伸。结构粘合剂优选地将结构型C形通道接合至顶收集器/集箱板和底收集器/集箱板。

在一些实施方案中，结构型C形通道优选地增加了在收集器的端部处的顶收集器/集箱板和底收集器/集箱板的负荷能力，提供了使收集器压力最大的结构支撑。该设计非常适合压力适中的太阳能热收集器及系统应用。然而，在一些构造中，该设计还可以适用于压力较高和/或较低的应用。

在一些实施方案中，矩形集箱室构造能够使用通用的C形通道结构形状，该C形通道结构形状可以包含任何数量的增强塑料或其他结构材料。在一些实施方案中，在收集器集箱转换处没有流量限制。在一些实施方案中，由于低的压头(压力)和/或较不昂贵的操作系统/泵要求，存在的没有流量限制的应用可以提供系统优点。

根据一些实施方案，由于收集器在较高压力和高温的更为苛刻的操作条件下操作的能力，该设计优选地能够进入现有技术例如平板型太阳能收集器先前没能打入的市场。由于将顶板和底板的构造与集箱组合，可以将成本保持为低的水平，并且在一些实施方案中该构造非常适用于规模扩大至高产量连续生产方法例如挤出或拉挤。因此，存在与所公开的集箱与收集器板的连接部相关联的市场、制造能力和生产规模扩大的方面的优点。

图14示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案。所示的收集器在一些方面与在本文中所述的其他收集器类似。所示的收集器在一些方面是独特的：在一些实施方案中，收集器包括如下特征。在一些实施方案中，收集器包括具有如所示的非对称轮廓的板。

图15示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案。所示的收集器在一些方面与在本文中所述的其他收集器类似。所示的收集器在一些方面是独特的：在一些实施方案中，收集器包括如下特征。在一些实施方案中，收集器包括在集箱与带槽板相交的地方所附接的长方形突起，其中突起沿流体流过带槽板的方向具有2比1的比，其中最大尺寸的长度为例如2，而宽度和深度为1。突起在两个或三个槽的两个端部处通过剖视图示出。在一些实施方案中，长方形突起可以在槽的中间。

图16示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案。所示的收集器在一些方面与在本文中所述的其他收集器类似。所示的收集器在一些方面是独特的：在一些实施方案中，收集器包括如下特征。在一些实施方案中，收集器包括与图15的设计类似的设计，不同之处在于所述长方形突起在集箱之间的中间点中通过剖视图示出。

图17至图19示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案。所示的收集器在一些方面与在本文中所述的其他收集器类似。所示的收集器在一些方面是独特的：在一些实施方案中，收集器包括如下特征。在一些实施方案中，收集器包括集箱并且集箱与带槽板的连接经受流体的使集箱槽扩展的大的膨胀力。例如，如在图4中所示,在一些实施方案中，该扩展力在48英寸长的开槽的集箱可以容易地超过5000磅。

由于在一些实施方案中所产生的高压和高温所带来的挑战，粘合剂和外部加强不能防止塑料型太阳能收集器中的泄漏。图17至图19示出用于解决泄漏并且增加在板中的允许工作压力的独特方法。图17和图18示出形成收集器的所制造的集箱与带槽板的连接部。图19包括含收集器的太阳能收集器的横截面以及集箱与带槽板的连接部的等距视图，其中张紧装置的方案被示出为安装在集箱的需要或期望的任何区域中。

在一些实施方案中，收集器优选地包括参照图17至图19需要时安装在收集器的集箱与带槽板的连接部中的张紧装置，以补偿内压，使对塑料和粘合剂的应力最小化，抵抗膨胀力，显著改善了处理在塑料太阳能收集器中产生的高压和高温的能力。

图20示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案。所示的收集器在一些方面与在本文中所述的其他收集器类似。所示的收集器在一些方面是独特的：在一些实施方案中，收集器包括如下特征。在一些实施方案中，收集器系统包括外壳、隔离物、玻璃以及形成收集器的集箱和带槽板。

图21示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案。所示的收集器在一些方面与在本文中所述的其他收集器类似。所示的收集器在一些方面是独特的：在一些实施方案中，收集器包括如下特征。在一些实施方案中，收集器包括在带槽板内的结构构造方面的带槽板变型的实施例。例如，图21优选地为图20的带槽板的横截面图。

在一些实施方案中，除构造太阳能热收集器的材料、颜色变深的流体、塑料材料的颜色之外，带槽板采用将热直接传递给太阳能流体的光增强和光吸收材料。如在本文中所述，在本文中所述的实施方案可以具有各种构造，例如，可以根据在本文中所述的带槽板构造中的一个或更多个带槽板构造来对图4的示出3层带槽板的板进行修改。考虑了三层带槽板和多层带槽板的许多构造。例如，正弦形、梯形、三角形、矩形以及实质上任何几何构造或其任何组合是合适的并且在一些实施方案中可以是有利的。热经由操作系统而从系统中的流体中提取，所述操作系统中之一示出在图5中。良好的操作系统在其部件方面优选地包括良好的集箱和良好的带槽板，并且集箱与带槽板的相互的连接部是最重要的。

图22至图24示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案。所示的收集器在一些方面与在本文中所述的其他收集器类似。所示的收集器在一些方面是独特的：在一些实施方案中，收集器包括如下特征。在一些实施方案中，收集器包括增强部以实现集箱与板之间的合适连接，该增强部包括销钉、紧固件、连接件、邻接部、覆盖物、通道、槽、密封件、开口和法兰中的一个或更多个。

图25示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的集箱的实施方案。所示的集箱在一些方面与在本文中所述的其他集箱类似。所示的集箱在一些方面是独特的：在一些实施方案中，集箱包括如下特征。在一些实施方案中，集箱包括用于板的槽、用于流体转移的孔、固态延伸增强部以及集箱钻孔。

图26至图27示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的系统的实施方案。所示的系统在一些方面与在本文中所述的其他系统类似。所示的系统在一些方面是独特的：在一些实施方案中，系统包括如下特征。在一些实施方案中，系统包括在外壳中的FRP太阳能收集器，该外壳被设计用以保护、隔热并且允许太阳光通过透镜进入外壳。

图28示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案。所示的收集器在一些方面与在本文中所述的其他收集器类似。所示的收集器在一些方面是独特的：在一些实施方案中，收集器包括如下特征。在一些实施方案中，收集器包括在带槽板的壁中的非对称结构。

图29示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案。所示的收集器在一些方面与在本文中所述的其他收集器类似。所示的收集器在一些方面是独特的：在一些实施方案中，收集器包括如下特征。在一些实施方案中，收集器包括7层结构，其中平坦结构与波状结构交替以使得太阳能流体既能够在1层中吸收能量又能够在2个结构中隔离。在一些实施方案中，在7层布置中可以使用在两个端部处密封的一个或更多个3英寸×1英寸的截顶结构。

图30示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案。所示的收集器在一些方面与在本文中所述的其他收集器类似。所示的收集器在一些方面是独特的：在一些实施方案中，收集器包括如下特征。在一些实施方案中，收集器包括附接至从集箱进入所有槽的流入口的半圆柱突起。在一些实施方案中，板包括在进入槽的流入口处的长方形。

图31示出根据本发明的某些特征、方面和优点布置和构造的收集器的实施方案。所示的收集器在一些方面与在本文中所述的其他收集器类似。所示的收集器在一些方面是独特的：在一些实施方案中，收集器包括如下特征。在一些实施方案中，收集器包括附接至通道中所有槽的点的半圆柱突起。在一些实施方案中，板包括在位于板槽下方中间的长方形。

可应用于多个实施方案的有利特征的一般性概要

在本文为中所述的许多系统、特征、材料和方法可以如期望地以特定组合互换地使用。一些实施方案可以包括或多或少的所期望的特征。下面的描述总结了根据需要在一些实施方案中可以包括的方面。

总体收集系统

根据一些实施方案，收集器将来自太阳的能量转化成可用热。在一些实施方案中，收集器由用于保持和推进流体的一个或更多个层制成。收集器可以优选地具有高达七个层或更多。收集器可以包括保持并推进流体的层。收集器可以包括层，所述层被密封以用于隔热及类似的保护措施或者用于包含真空或稀土气体(rareearthgas)来使性能最大化。

在一些实施方案中，收集器包括交替的平坦结构和三维波状结构。上述结构优选地进行接合以形成保持并推进流体的外壳。在一些实施方案中，平坦结构可以通过使流体流过的腹板来分离。在一些实施方案中，这样的结构和/或部分可以通过改变其所含的玻璃或其他添加剂的量在透光率方面进行修改。在一些情况下，可以通过在收集器的结构和/或部分中、和/或在结构的外表面上结合添加剂例如一种或更多种染料、颜料或其他着色剂来使收集器获得改善的性能。收集器可以使得在太阳能流体中从太阳吸收较多的能量，以使得太阳能流体能够提供来自太阳的热以用在太阳能热收集器系统例如图5所示的太阳能热收集器系统中。

在一些实施方案中，收集器包括用于保持和推进流体的两个或更多个层。在一些实施方案中，收集器包括四至七个层。收集器的被构造成取向为面对太阳的表面的结构优选地由根据其天然颜色是半透明或透明的材料形成，并且被改变成下述结构：该结构在通过将染料或其他添加剂添加至该结构而被修改的情况下从太阳吸收较多的能量。收集器可以具有入口和出口，上述入口和出口一体地连接至入口和出口之间的带槽板。带槽板被构造成包含太阳能流体并且在太阳能流体从太阳吸收能量并将能量转化成热时使太阳能流体前进穿过收集器。流体优选地用于提供热水、当流体离开收集器时的加热和冷却以及这些形式能量的结果。在一些实施方案中，使流体前进优选地采用利用材料转移装置(例如泵、加压系统)或重力来移动流体的方法。

在一些实施方案中，收集器被设计来通过修改透光率和/或改变收集器的结构或结构的一部分中的颜色以及用染料修改太阳能流体来使在太阳能流体中吸收的能量的量最大化。收集器可以用于在各种纬度、经度、气候、位置、季节、局部取向和类似的环境可变因素的应用中使从太阳产生热最大化，以提供来自太阳的热以用在太阳能热收集器系统中。

在一些实施方案中，收集器优选地包括含有三层或更多层结构的带槽板。顶层和底层优选地通过使太阳能流体流过的波状结构分离。太阳能流体被构造成从太阳吸收能量并将其转化成热。带槽板可以具有透光率为70％或更低的结构。

带槽板

在一些实施方案中，带槽板被定位在四面全部密封的一个或更多个表面面对太阳的结构中，并且通过利用真空或惰性气体这样的方法来隔热。在一些实施方案中，在面对太阳的第一结构中的使流体流过的带槽板包含透光率为70％或更低的结构。在一些实施方案中，带槽板包括高达七个层的结构，其中平坦结构通过三维波状结构和/或腹板分离，使得流体能够流过一个或更多个层，太阳能流体在所述一个或更多个层中进行流动以从太阳吸收能量并将其转化成热，其他层在端部处密封，该结构可以用于例如隔热和在收集器中存储能量的功能。

结构

在一些实施方案中，结构包括流体流过的一个或更多个带槽板和一个或更多个密封层。在一些实施方案中，结构利用保护框架在四面全部封闭。在一些实施方案中，结构具有使来自太阳的能量进入收集器的面对太阳的前透明层。在一些实施方案中，结构具有实心(solid)的隔热材料。在一些实施方案中，结构包括四面封闭并交叠的四个或更多个层以及背表面。在一些实施方案中，收集器包括使太阳能流体流过并且形成太阳能流体流的通道的两个或更多个结构，上述两个或更多个结构通过与上述两个或更多个结构垂直或成角度的腹板分离。在一些实施方案中，收集器被构造成使得除了面对太阳的结构的表面之外的所有表面均是透明的。在一些实施方案中，收集器被构造成使得除了面对太阳的结构的表面和距太阳最远的结构之外的所有表面均是透明的。

取向和构造

在一些实施方案中，收集器被构造成使得距太阳最远的表面吸收和存储作为来自太阳的能量的热。在一些实施方案中，收集器被构造成使得距太阳最远的表面将来自太阳的能量反射回太阳能流体中，在该太阳能流体中该能量被进一步转换为热。在一些实施方案中，收集器被构造成使得紧靠距太阳最远的表面的表面吸收和存储作为来自太阳的能量的热。在一些实施方案中，收集器被构造成使得紧靠距太阳最远的表面的表面将作为来自太阳的能量的热反射回收集器。在一些实施方案中，收集器被构造成使得距太阳最远的表面是黑色表面或类似的颜色非常深的表面。在一些实施方案中，收集器被构造成使得将来自太阳的能量反射回收集器的表面是白色的或具有镜面抛光。在一些实施方案中，收集器被构造成使得距太阳最远的表面由于材料的固有性质而是透明或半透明的，并且向该表面添加染料以吸收来自太阳的能量，在该表面处该能量将进而被太阳能流体中的染料所吸收。

在一些实施方案中，收集器与间歇式开/关流循环泵或变速泵结合使用。泵可以用于使流体移动穿过收集器，并且相关的控制器用于结合带槽板的设计以及脉冲流来控制收集器的操作，在脉冲流经过收集器中的带槽板时脉冲流在太阳能流体中将变化的表面暴露于太阳。

在一些实施方案中，收集器包括使流体进入将流体暴露于太阳的带槽板的集箱以及使流体离开并停止暴露于太阳时流过的另一集箱。在进入带槽板的入口处的集箱改变流的方向和/或流的速度，并且在出口处的集箱改变流的方向和/或流的速度。

在一些实施方案中，在收集器中的集箱在集箱接合带槽板的入口处或附近以及在带槽板接合在出口处的集箱的点处具有附接至槽的半圆柱形突起。突起优选地具有21/2以上比1的比例，其中沿着流体流过带槽板的方向的长度为21/2以上，宽度和深度为1。

在一些实施方案中，在太阳能收集器中的集箱在波状结构中的一个或更多个地方处的槽中具有附接至槽的半圆柱形突起。突起优选地具有21/2以上比1的比例，其中沿着流体流过带槽板的方向的长度为21/2以上，宽度和深度为1。

在一些实施方案中，沿带槽板的壁的长度的非对称结构优选地在流体与包括带槽板的壁之间引起可变的摩擦，使得流体速度随着太阳能流体穿过带槽板而变化，并且这样的变化的流体速度有助于改变流体的暴露于来自太阳的能量的不同表面。

收集器材料

FRP材料

根据一些实施方案，收集器将来自太阳的能量转化成可用热。在一些实施方案中，收集器由通常称为玻璃纤维增强塑料(“FRP”)的材料制成。FRP优选地利用半透明FRP中的固有颜色、雾度和透光率来在将收集器与使收集器隔热的装置组合的结构中在暴露于太阳的太阳能流体中产生热。FRP使得来自太阳的能量进入收集器并且还是收集器周围的保护外壳。

在一些实施方案中，收集器优选地包括通过如下方法制造的FRP材料，所述方法为利用促进剂或催化剂固化高强度、耐高温热固型树脂，并且在热固型树脂不耐受UV的情况下将热固型树脂与添加剂例如UV稳定剂组合，并且将这样的热固型树脂与处于包括切割玻璃纤维束、连续玻璃纤维束、编织成开口网的连续玻璃纤维束等的不同形式的变化的量的玻璃纤维组合。FRP指的是结构玻璃纤维增强塑料或类似物，而非用于需求较少的通常称为装饰玻璃纤维增强塑料的应用。

在一些实施方案中，收集器优选地由也具有耐腐蚀性、耐热性或兼具耐热性和耐腐蚀性的FRP材料组制成。FRP优选地被构造成用于包含到达水的沸点或以上的温度的太阳能流体并且不发生FRP的显著劣化。

在一些实施方案中，收集器优选地由在没有给固化热固型树脂添加玻璃纤维的情况下在室温下的抗拉强度为6000psi或更大的热固型树脂制成，使得固化的热固型树脂可以在没有玻璃纤维的情况下用于制造收集器。在一些实施方案中，收集器优选地由按体积计纤维含量小于50％的FRP制成。

在一些实施方案中，FRP材料可以来自称为环氧树脂、不饱和聚酯、乙烯酯以及不是不透明的其他树脂的树脂类型及其修改和组合。在一些实施方案中，FRP材料可以包含DION6694、EpoviaRF-1001或Hetron980。

在一些实施方案中，FRP材料可以来自称为改性双酚富马酸、未硬化环氧乙烯酯、优质酚醛环氧乙烯酯、优质双酚A富马酸、环氧乙烯酯w/FCAT技术、酚醛改性环氧乙烯酯、环氧乙烯酯、双酚A环氧乙烯酯、酚醛环氧乙烯酯和/或不是不透明的其他树脂的树脂类型，和/或其修改和组合。在一些实施方案中，FRP材料可以包含DIONIMPACT9160、DIONIMPACT9400、DION382-05、Hetron922、Hetron980/35、DerakaneMomentum411-350、Derakane411-45、Derakane441-400、DerakaneMomentum470-300、Derakane470HT-400、EPOVIAKRF-1001、EPOVIARF-1051和/或EPOVIAKRF-1051。在本文中所提及的合适的树脂可以从ReichholdInc.、AshlandInc.和/或CCPComposites中的一个或更多个购得。

作为根据一些实施方案的制造方法的实例，为了从来自本文中所述的树脂之一的FRP制造处于组合两个平坦层和一个三维波状结构的至少三层结构的形式的收集器，可以通过向放热热固型树脂添加促进剂或催化剂来制造和组装收集器。可以将该组合泵送或通过重力推进至三条或更多条移动带，每条带均具有用于限定构成带槽板的不同表面的模具。玻璃纤维优选地随机散落在移动的带上。配料的组成穿过有利于固化的模具，该模具限定波状轮廓的结构或平坦轮廓的结构。被固化为波状轮廓和两个平坦轮廓的材料以受控的温度沿着移动的带行进，使得波状轮廓和两个平坦轮廓被充分固化以具有结构完整性，但在夹送辊将波状轮廓夹在两个平坦轮廓之间时仍然未干。接合通过直接施加压力直至结构完全固化或者通过对于基本完全固化的完整表面使用粘合剂来实现。这样的完成的带槽板可以连接至在带槽板的两个端部上的集箱。集箱可以由用于带槽板的FRP材料制成。集箱可以通过拉挤成边缘凸出夹有管端盖板的圆柱管的形状来制造，穿过集箱钻孔并且通过固化和密封剂利用粘合剂将集箱附接至带槽板的两个端部。

在一些实施方案中，可从威斯康星州的Wausau中的大型工业购得的半透明板例如诸如产品Guardian275半透明板可以用于收集器系统。这些产品可以基于FRP材料并且可以在强水密系统中提供保护性覆盖物。一系列颜色是可用的。在一些实施方案中FRP材料使耐久的并且可以期望用于高达20年或更多。在一些实施方案中，材料由在本文中所述的高强度FRP和合适的树脂制成。

热塑性材料

根据一些实施方案，收集器将来自太阳的能量转化成可用热。收集器优选地由来自公知为高温热塑性塑料的热塑性塑料种类的热塑性塑料制成。该热塑性塑料具有达到水的沸点或以上的温度的能力。在将收集器与使收集器隔热的装置组合的结构中所包含的收集器使得来自太阳的能量能够进入收集器，并且还是收集器周围的保护性外壳。该组合可以称为太阳能收集器。收集器的结构中的面对太阳的表面中的材料利用固有的透光率和热塑性塑料的颜色。材料可以是透明或半透明的，并且可以通过在结构或结构中的一部分中或在结构的外表面上的添加剂例如在本文中称为“染料”的染料或颜料或其他着色剂来修改。这样的修改可以将透明材料改变成半透明材料，其中该半透明材料被构造成在暴露于太阳的将来自太阳的能量转化成可用热的太阳能流体中产生热。

在一些实施方案中，收集器优选地包含具有有限UV稳定性的聚砜或其他热塑性塑料。热塑性塑料可以在层压至收集器的面对太阳的一侧的聚砜膜中引入UV稳定剂，或者用含有UV稳定剂的半透明材料涂覆面对太阳的表面，或者将耐UV材料的半透明膜层压至聚砜的面对太阳的表面，或者将膜层压至聚砜的面对太阳的表面。该膜可以由添加有UV稳定剂的透明或半透明塑料制成。

在一些实施方案中，收集器由聚砜以及折射率与聚砜的折射率类似的一种或更多种工程热塑性塑料和/或高温热塑性塑料制成。热塑性塑料可以与聚砜完全混合以维持透明度，或者形成聚砜与一种或更多种工程热塑性塑料或高温热塑性塑料的组合，类似于或具有保持另外方式的不透明的、部分不相容热塑性塑料的透明度的互穿聚合物网络的性质。

在一些实施方案中，收集器优选地由与工程热塑性塑料相对的通常被称为高温热塑性塑料的热塑性塑料种类制成，例如由聚砜自身制成或者与折射率与聚砜的折射率类似的其他高温热塑性塑料聚醚酰亚胺或者与工程塑料例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯乙烯－马来酸酐、高温聚碳酸酯以及与聚砜完全混合的类似材料组合地制成，使得制成类似于或具有还保持另外方式的不透明的、部分不相容热塑性塑料的透明度的互穿聚合物网络的性质的半透明或透明材料。

在一些实施方案中，收集器由与工程热塑性塑料相对的通常被称为高温热塑性塑料的热塑性塑料种类制成，例如由聚砜自身制成或者与折射率与聚砜的折射率类似的其他高温热塑性塑料聚醚酰亚胺或者与工程塑料例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯乙烯－马来酸酐、高温聚碳酸酯以及与聚砜完全混合的类似材料组合地制成，使得制成类似于或具有还保持另外方式的不透明的、部分不相容热塑性塑料的透明度的互穿聚合物网络的性质的半透明或透明材料。在一些实施方案中，用于收集器的合适材料包含聚砜UDELP1700、聚醚酰亚胺ULTEMHU1000、聚对苯二甲酸乙二醇酯RYNITE540SUVBK544、苯乙烯－马来酸酐XIRANSE700、聚碳酸酯LEXANLUX2110T。

在一些实施方案中，收集器包含聚对苯二甲酸乙二醇酯EastapakPolymer9221。在一些实施方案中，收集器包含聚碳酸酯LEXANXHT2141。这些和/或其他热塑性塑料可以在层压至收集器的面对太阳的一侧的膜中引入UV稳定剂，或者用含有UV稳定剂的半透明材料涂覆面对太阳的表面，或者将耐UV材料的半透明膜层压至面对太阳的表面，或者将膜层压至面对太阳的表面。该膜可以由添加有UV稳定剂的透明或半透明塑料制成。

作为根据一些实施方案的制造方法的实例，为了制造热塑性塑料收集器，带槽板可以在一个步骤中通过组合至少三个结构的轮廓模具来挤出。如果带槽板具有两个或更多个不同的着色结构，则轮廓处理优选地具有多个侧面和中心馈送挤出机。上述结构可以在流进模具时彼此接合。带槽板可以在挤出机的端部附件被切割为达到期望长度的完全成型的带槽板。集箱优选地从与用于挤出管的轮廓挤出机单独地形成，不同之处在于轮廓具有如在一些实施方案中所示的凸缘。集箱可以以与用于挤出带槽板的方向成约90度的角度附接至带槽板。可以在集箱凸缘处于升高的温度的情况下进行接合，使内凸缘表面为半熔融的，使得压力将集箱附接至带槽板。

收集器染料

在一些实施方案中，收集器包含添加至在收集器的一种或更多种半透明或透明结构的材料的染料。在一些实施方案中，染料囊括可见光光谱范围并且还包括UVA、UVB和UVC紫外光谱和近红外光谱。这样的染料优选地具有处于绿色、蓝绿色、蓝色或紫色范围内的波长。

在一些实施方案中，添加至收集器的一个或更多个结构中的材料的染料具有处于粉色、黄褐色、琥珀色以及青铜的二次色或三次色的波长。在一些实施方案中，添加至收集器的一个或更多个结构中的材料的染料具有处于绿色、蓝绿色、蓝色以及紫色范围内的在370nm与560nm之间的波长。在一些实施方案中，在收集器的结构中的一个或更多个结构中的材料具有使结构具有在590nm与760nm之间的光谱波长的染料。在一些实施方案中，在收集器的结构中的一个或更多个结构中的材料具有使结构具有在370nm至560nm以及590nm至760nm之间的光谱波长的染料。

在一些实施方案中，收集器包括含有如下染料的结构：该染料来自波长在约标称400nm至标称700nm之间的范围内的通常称为池塘染料(PondDyes)、湖泊和池塘染料(LakeandPondDyes)或类似物的产品。例如，在一些实施方案中,该染料可以为墨黑湖和池塘染料。

收集器材料和染料的光谱和多表面性质

在一些实施方案中，太阳能流体包含染料，其中染料含有通用颜色数据。可以给收集器的一个或更多个半透明或透明结构中的材料添加染料使得染料囊括可见光光谱范围。图32和表1和表2提供了与染料有关的数据。

在一些实施方案中，太阳能流体包含染料，其中染料含有特定光谱的颜色数据。可以向收集器的一个或更多个半透明或透明结构中的材料添加染料，使得透明的染色结构的特征在于下面的图32和表1和表2中所示的光谱数据。

可以向收集器的一个或更多个半透明或透明结构中的材料添加染料，使得透明的染色结构的特征在于下面的图32和表1和表2中所示的光谱数据。

可以向收集器的一个或更多个半透明或透明结构中的材料添加染料，使得染成(沙漠)玫瑰色的结构的特征在于下面的图32和表1和表2中所示的光谱数据。

可以向收集器的一个或更多个半透明或透明结构中的材料添加染料，使得染成绿色的结构的特征在于下面的图32和表1和表2中所示的光谱数据。

可以向收集器的一个或更多个半透明或透明结构中的材料添加染料，使得染成(冰)蓝色的结构的特征在于下面的图32和表1和表2中所示的光谱数据。

可以向收集器的一个或更多个半透明或透明结构中的材料添加染料，使得染成黄褐色的结构的特征在于下面的图32和表1和表2中所示的光谱数据。

表1和图32包括使用Spectronic21D分光光度计在各个波长所收集的透射数据。所有测试都是相对于穿过等同厚度的空气测量的透射率的穿过厚度为1/16英寸的染色样品的百分比透射率。

表1

波长[nm]	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
沙漠玫瑰色	20.9	10.0	2.6	13.2	14.5	17.5	14	16.3	wa
										黄褐色	16.4	11.3	1.8	14.8	13.6	14.7	15.1	15.2	16.6
冰蓝色	23.6	15.5	3.6	19.7	15	16.2	13.6	16.5	12.5
										透明色相关	69.5	49.8	36.5	63.3	68.8	60.2	72.5	73.7	69.7
绿色相关	63.7	42.8	17.2	59.8	40.1	40.3	57.4	75.2	78.6

表2给出了跨可见光光谱穿过染色材料的1/16英寸样品测量的总体百分比透射率。光源是装配有AM1.5滤镜的人造太阳灯。

表2

样品颜色	％透射率
		透明色	78.9
沙漠玫瑰色	29.5
		绿色	81.0
冰蓝色	50.3
		黄褐色	40.0

太阳能流体

在一些实施方案中，太阳能流体优选地用于从收集器获得能量。太阳能流体可以为水基流体。水基太阳能流体可以包括水和乙二醇的混合物。水基太阳能流体可以包括为丙二醇的乙二醇添加剂。水基太阳能流体可以包括碳酸钙硬度为121mg/L至240mg/L的水。在一些实施方案中，水基太阳能流体包括碳酸钙硬度为61mg/L至120mg/L的水。在一些实施方案中，水基太阳能流体包括碳酸钙硬度为61mg/L或更少的水。在一些实施方案中，水基太阳能流体包括通常称为去离子水的流体。在一些实施方案中，水基太阳能流体包括通常称为蒸馏水的流体。在一些实施方案中，水基太阳能流体包括通常称为盐溶液的流体。

在一些实施方案中，太阳能流体包括碳氢化合物基流体。在一些实施方案中，太阳能流体包括矿物油。在一些实施方案中，太阳能流体即不包括碳氢化合物基流体也不包括水基流体。在一些实施方案中，太阳能流体包括被添加来吸收来自太阳的能量的染料。在一些实施方案中，太阳能流体包括如下染料，该染料来自波长在约标称400nm至标称700nm之间的范围内的通常称为池塘染料(PondDyes)、湖泊和池塘染料(LakeandPondDyes)或类似物的产品。在一些实施方案中，太阳能流体包含墨黑湖泊和池塘染料。

在一些实施方案中，太阳能流体包括染料，其中染料包含墨黑湖泊和池塘染料并且具有如在下面的表3中所述的特征，表3示出了对于墨黑湖泊和池塘染料的波长的光谱光度测量读数。

表3

结论

在本文中描述了收集器系统和相关部件和方法的实例。附图示出了各种系统和模块以及上述系统和模块之间的连接部。各种模块和系统可以以在各种模块和系统之间的各种构造和连接进行组合，并且系统可以呈现物理或逻辑联系。附图中的表示被呈现来清楚的示出如何提供并使用期望的收集器和加热系统的原理，以相对快速且有效的方式处理水，并且提供关于系统、方法和特征的细节以便于描述而非试图描述各个物理实施方案。

实例和附图旨在进行说明而非限制在本文中所述的发明的范围。虽然在本文中公开了某些优选实施方案和实例，但是发明主题超过具体公开的实施方案延伸至其他替代实施方案和/或用途以及实施方案的修改方案和等同方案。因而，所附的权利要求书的范围不受在本文中公开的具体实施方案中的任何实施方案的限制。例如，在本文中公开的任何方法或处理中，方法或处理的动作或操作可以以任何合适的次序执行并且不一定受限于任何特定的公开次序。各种操作可以以能够有助于理解某些实施方案的方式被描述为依次序的多个分立操作；然而，描述的次序不应被理解为意指这些操作与次序有关。另外，在本文中所述的结构可以被实施为集成部件或被实施为单独部件。为了对各种实施方案进行对比，描述了这些实施方案的某些方面和优点。不一定所有的这些方面或优点都通过任何特定实施方案实现。因而，例如，各种实施方案可以以实现或优化如在本文中所教导的一个优点或一组优点来执行，并且不一定实现如也在本文中所教导或提出的其他方面或优点。

根据硬件的一般可互换性，在这样的实施方案的功能性方面描述了各种实施方案。在本文中所述的方法和处理同样不限于任何特定次序，并且与本文中所述的方法和处理相关的框、步骤或状态可以以合适的其他次序例如以其他方式来执行。在本文中所述的各种元件、特征和处理可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合。所有可能的组合和次组合旨在落在该公开内容的范围内。此外，前述描述中没有描述旨在意指任何特定特征、元件、部件、性质、步骤、模块、方法、处理、任务或框是必需的或必不可少的。在本文中所述的示例性系统和部件可以不同于所描述的来构造。例如，相对于所公开的实例，可以添加、去除或重新布置元件或部件。

如在本文中所使用的，对“一个实施方案”或“一些实施方案”或“实施方案”的任何引用意指结合实施方案描述的特定元件、特征、结构或性质被包括在至少一个实施方案中。短语“在一个实施方案中”在说明书中各种地方出现不一定都指代同一实施方案。如果没有以另外的方式具体陈述或者以在所使用的上下文内以另外方式理解，则在本文中所使用的条件语言例如尤其是“能够”、“可以”“可能”、“可”、“例如”等一般旨在传达某些实施方案包括某些特征、元件和/或步骤而其他实施方案不包括上述某些特征、元件和/或步骤。另外，除非以另外方式说明，则在该申请中所使用的单数形式以及所附权利要求书被理解为意指“一个或更多个”或者“至少一个”。

如在本文中所使用的，术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”、“带有”或其任何其他变型是开放型术语并且旨在覆盖非排他性的包括。例如，包括一系列元件的处理、方法、装置或设备不一定限于仅这些元件，而是可以包括没有明确列出或为这样的处理、方法、装置或设备所固有的其他元件。此为，如果没有明确地相反地陈述，则“或”指的是包括性而非指的是排他性的。例如，条件A或B满足如下中的任一项：A是真的(或存在)且B是假的(或不存在)；A是假的(或不存在)且B是真的(或存在)；以及A和B两者都是真的(或存在)。如在本文中所使用的，关于一系列项“中的至少之一”的短语指的是这些项的任何组合，包括单个构件。例如，“A、B或C中的至少一项”旨在覆盖：A、B、C；A和B；A和C；B和C；以及A、B和C。如果没有以另外的方式具体陈述，则连接语言例如短语“X、Y和Z中的至少之一”通过一般使用的上下文被理解为项、项目等可以为X、Y或Z中的至少之一。因而，这样的连接语言通常非旨在意指某些实施方案要求至少一个X、至少一个Y和至少一个Z均存在。

为了说明，参照具体实施方案、应用和用途示例描述了前述公开内容。然而，在本文中的说明性讨论非旨在穷举的或将发明限制于所公开的明确形式。根据以上教导，可以有许多修改和变型。选择并描述了实施方案，以便于说明发明的原则及其具体应用，由此能够使本领域其他技术人员采用适合于所理解的具体用途的发明和经过各种修改的各种实施方案。

本发明的某些特征、方面和优点来自正确的结构工程和创造性构思，所述正确的结构工程和创造性构思为使在重量轻的太阳能收集器中的热捕获最大化或者至少显著增加在重量轻的太阳能收集器中的热捕获提供便利条件。一些结果是有意的而一些结果完全且惊喜地出乎意料。如前所述，在将FRP各种实施方案、太阳能流体的脉冲开关流与系统设计进行组合中可以看到科学创造性的好例子，其改善了收集器的效率。

虽然根据特定实施方案描述了本发明，但是对于本领域普通技术人员明显的其他实施方案也在该发明的范围内。因而，在未脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种改变和修改。例如，可以如期望地对各种部件进行重新布置。此外，对于实践本发明，不一定要求所有的特征、方面和优点。因此，本发明的范围旨在通过权利要求书进行限定。

Claims (27)

1.一种太阳能热系统，包括：

太阳能热收集器，具有半透明的玻璃纤维增强塑料(FRP)板；

泵；

阀；

储罐；

锅炉；

控制器；以及

与所述太阳能热收集器、所述泵、所述阀、所述储罐和所述锅炉连通的流体连接件，其中所述系统内的流体流由所述控制器控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述半透明FRP板包括高强度、高温树脂。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述半透明FRP板包含约30％的玻璃含量。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述半透明FRP板包含染料。

5.一种用于加热流体的方法，包括：

提供太阳能热系统，所述太阳能热系统包括具有半透明的玻璃纤维增强塑料(FRP)板的太阳能热收集器、泵、阀、储罐、锅炉、控制器、以及与所述太阳能热收集器、所述泵、所述阀、所述储罐和所述锅炉连通的流体连接件，其中所述系统内的流体流由所述控制器控制；以及

使流体循环通过太阳能热系统。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述流体包含染料。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述流体流包括脉冲流。

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述流体流包括湍流。

9.一种太阳能热收集器系统，包括：

入口集箱；

出口集箱；以及

与所述入口集箱和所述出口集箱耦接的半透明的板，所述板包括第一层、第二层以及位于所述第一层与所述第二层之间的第三层，其中所述第三层为波状层。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述板包含FRP材料。

11.根据权利要求9所述的系统，其中所述板包含热塑性材料。

12.根据权利要求9所述的系统，其中所述波状层包括正弦形形状。

13.根据权利要求9所述的系统，其中所述波状层包括梯形形状。

14.根据权利要求9所述的系统，其中所述波状层包括三角形形状。

15.根据权利要求9所述的系统，其中所述波状层包括矩形形状。

16.根据权利要求9所述的系统，其中所述波状层包含染料。

17.一种太阳能热收集器系统，包括：

入口集箱；

出口集箱；以及

与所述入口集箱和所述出口集箱耦接的半透明的板，所述板包括第一层和第二层，其中所述第一层和所述第二层包含玻璃纤维增强塑料(FRP)材料。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述板包括第三层。

19.根据权利要求17所述的系统，其中所述板包括至少七个层。

20.一种太阳能热收集器系统，包括：

入口集箱；

出口集箱；以及

与所述入口集箱和所述出口集箱耦接的半透明的板，所述板包括第一层和第二层，其中所述第一层和所述第二层包含热塑性材料。

21.根据权利要求20所述的系统，其中所述板包括第三层。

22.根据权利要求20所述的系统，其中所述板包括至少七个层。

23.一种用于制造太阳能热收集器系统的一部分的方法，包括：

提供半透明的玻璃纤维增强塑料(FRP)材料的第一层、半透明FRP材料的第二层、和半透明FRP材料的第三层，其中所述第三层为波状层并且位于所述第一层与所述第二层之间；

通过在使形成FRP材料的树脂固化期间在压力下将所述第一层、所述第二层和所述第三层耦接在一起来接合所述第一层、所述第二层和所述第三层，由此形成半透明板。

24.根据权利要求23所述的方法，包括将所述板与集箱耦接。

25.一种用于制造太阳能热收集器系统的一部分的方法，包括：

对形成板的热塑性材料的第一层、第二层和第三层进行共挤出，其中所述第三层为波状层并且位于所述第一层与所述第二层之间，由此形成半透明的板；以及

在所述第一层和所述第二层中的至少之一上层压UV稳定剂膜。

26.根据权利要求25所述的方法，包括将所述板与集箱耦接。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述热塑性材料包含聚砜树脂。