CN107208933A - 用于太阳能应用的太阳能集热器和薄板热交换器 - Google Patents

Abstract

根据各种方面，示例性实施例公开太阳能集热器、太阳能加热系统以及薄板热交换器和吸收器。薄板热交换器和吸收器可被用于太阳能应用和/或非太阳能应用。在示例性实施例中，光伏集热器通常包括光伏面板、第一层和第二层。第一层被配置，以使得热能可从光伏面板传递到第一层。第二层包括密封到第一层的边缘的边缘。渗透核被布置在第一和第二层之间。在操作中，传热流体可流经渗透核，由此热能可从第一层传递到传热流体。

Description

用于太阳能应用的太阳能集热器和薄板热交换器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年10月21日提交的第14/919,320号美国非临时专利申请的利益和优先权，第14/919,320号美国非临时专利申请是于2013年3月15日提交的第13/833,448号美国非临时专利申请(在2013年10月24日公布为US 2013/0276773)的部分继续申请，第13/833,448号美国非临时专利申请要求于2012年4月18日提交的第61/625,728号美国临时申请和于2012年10月15日提交的第61/713,839号美国临时申请的利益和优先权。

本申请还要求于2014年10月23日提交的第62/067,662号美国临时申请和于2014年10月23日提交的第62/067,677号美国临时申请的利益和优先权。

以上申请的全部公开通过引用包含于此。

技术领域

本公开整体上涉及太阳能集热器、太阳能加热系统以及薄板热交换器和吸收器。薄板热交换器和吸收器可被用于太阳能应用和/或非太阳能应用。

背景技术

这个部分提供与本公开相关的背景信息，所述背景信息未必是现有技术。

在家庭内以各种方式使用热水。在家庭方面，通常经天然气热水器在槽内对水进行加热。热水的典型家庭用途包括烹饪、洗澡、清洁(例如，洗衣、洗碗碟等)。加热的水也经常被用在游泳池和热浴盆中。

发明内容

这个部分提供本公开的概括性总结，并且不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

根据各种方面，示例性实施例公开太阳能集热器、太阳能加热系统以及薄板热交换器和吸收器。薄板热交换器和吸收器可被用于太阳能应用和/或非太阳能应用。

在示例性实施例中，光伏集热器通常包括光伏面板、第一层和第二层。第一层被配置，以使得热能可从光伏面板传递到第一层。第二层包括密封到第一层的边缘的边缘。渗透核被布置在第一和第二层之间。在操作中，传热流体可流经渗透核，由此热能可从第一层传递到传热流体。

通过这里提供的描述，适用性的另外的领域将会变得清楚。这个发明内容中的描述和特定示例仅用于说明的目的，而非意图限制本公开的范围。

附图说明

这里描述的附图仅用于选择的实施例而非所有可能的实现方式的说明性目的，并且并不意图限制本公开的范围。

图1是根据示例性实施例的热交换器的分解透视图；

图2是图1中示出的热交换器的第一(上)垫片和网眼组的俯视图；

图3是图2中示出的第一垫片和网眼组的仰视图；

图4是图1中示出的热交换器的第二(下)垫片和网眼组的俯视图，其中第二垫片和网眼组是图2中示出的第一垫片和网眼组的镜像；

图5是根据另一示例性实施例的热交换器的分解透视图；

图6是根据另一示例性实施例的板热交换器的分解透视图；

图7是在组装在一起之后的图6中示出的热交换器的侧视图，并且也显示入口和出口管；

图8是根据示例性实施例的太阳能集热器的分解透视图；

图9A是在组装在一起之后的图8中示出的太阳能集热器的剖视图，并且也显示入口和出口管；

图9B是根据另一示例性实施例的太阳能集热器的剖视图，所述太阳能集热器包括渗透核，所述渗透核包括平网眼和扇形折叠网眼；

图10是根据另一示例性实施例的太阳能集热器的侧视图，所述太阳能集热器包括玻璃窗和连接到玻璃窗的活板；

图11是根据示例性实施例的图10中示出的太阳能集热器的俯视图，所述太阳能集热器具有沿着太阳能集热器的长侧的密封件；

图12是根据示例性实施例的图11中示出的太阳能集热器的俯视图，所述太阳能集热器具有内部框架；

图13是根据示例性实施例的“泵吸”太阳能集热器系统的示意图，所述“泵吸”太阳能集热器系统包括太阳能集热器和循环泵；

图14是根据另一示例性实施例的“重力流”太阳能集热器系统的示意图，所述“重力流”太阳能集热器系统包括太阳能集热器，但没有循环泵；

图15是根据示例性实施例的可被用于太阳能集热器的示例性入口和出口配件的剖视图，其中提供的尺寸仅为了说明的目的；

图16是图15中示出的示例性入口和出口配件的透视图；

图17是根据示例性实施例的太阳能集热器的侧视图，所述太阳能集热器具有通过框架和花键来连接的玻璃窗层；

图18是根据示例性实施例的具有用于屋顶安装的示例性集热器结构的屋顶安装太阳能集热器的侧视图；

图19是在组装在一起之后的根据第一变型(I)的示例性实施例的光伏集热器的剖视图，并且显示入口和出口管；

图20是在组装在一起之后的根据第二变型(II)的示例性实施例的光伏集热器的剖视图，并且显示入口和出口管；

图21是在组装在一起之后的根据第三变型(III)的示例性实施例的光伏集热器的剖视图，并且显示入口和出口管；

图22是在组装在一起之后的根据第四变型(IV)的示例性实施例的光伏集热器的剖视图，并且显示入口和出口管；

图23是与太阳能集热器串联的光伏集热器的示意图；

图24是具有水净化捕集器和冷凝器的太阳能集热器的示意图；

图25是显示根据示例性实施例的用于光伏面板的背板的层的布置的透视图；和

图26是根据示例性实施例的吸热器袋的透视图。

具体实施方式

现在将参照附图更充分地描述示例性实施例。

本发明人已开发并且在这里公开可被用于太阳能应用的薄板热交换器和吸收器的示例性实施例，所述太阳能应用包括太阳能水(或其它流体)加热器、净水装置等。薄板热交换器和吸收器也可被用于其它应用，包括其它太阳能应用以及非太阳能应用。此外，这里公开通过吸收阳光来收集热量的太阳能集热器和太阳能加热系统(例如，太阳能热水器等)的示例性实施例。

在示例性实施例中，太阳能集热器包括可被从薄膜卷切割成合适尺寸的热封薄膜。在这个示例中，太阳能集热器通常包括具有深色网眼内部层的透明薄膜外包壳，所述深色网眼内部层提供流动湍流以帮助加热水或其它传热流体。太阳能集热器还可包括入口和出口配件、一个或多个玻璃窗层和吸热表面，所述吸热表面直接与流体流接触以用于从吸热表面到流体的更好的热传递。

一些示例性实施例包括全聚合物太阳能集热器，所述全聚合物太阳能集热器由于其聚合物材料选择和设计而重量轻并且可折叠。作为示例，可折叠聚合物太阳能集热器可被展开并且用于加热或预热饮用水，然后折叠成紧凑结构以便存放、运送或运输。

一些示例性实施例包括可操作并且用作热交换器或热吸收器的装置。热交换器在没有两种介质的混合的情况下允许从一种介质到另一种介质的热能传递。吸收器从热源(诸如，太阳或热管)吸收热能，然后将吸收的热能传递给传热介质。这里公开的装置可被与宽范围的传热介质一起使用，所述传热介质包括诸如用于将要由冷水源冷却的热水源的传热液体。

在示例性实施例中，存在板型的热交换器。热交换器包括一个或多个板壁，所述一个或多个板壁可以非常薄，例如具有小于.02厘米的厚度等。这又能够通过薄板壁提供更高的热传导的优点。在优选实施例中，板壁由聚合物制成，诸如高密度聚乙烯(HDPE)、双轴取向聚对苯二甲酸乙二酯(boPET)、聚四氟乙烯(PTFE)，或者由二维材料制成，诸如石墨烯等。当与金属板相比时，聚合物板具有重量轻、每磅较便宜的优点，并且能够对某些化学品和污垢具有更强抵抗能力。尽管存在这些可能的优点，但其它示例性实施例包括具有薄金属板作为金属板的使用的热交换器以便获得更高的热导率的优点。

当用作热交换器时，所述装置的示例性实施例可按照下面的方式操作或工作。第一介质进入所述装置并且与所述装置的板壁接触。第二介质也与板壁接触。板壁分离第一介质与第二介质。由于第一和第二介质之间的温差，通过板壁从一种介质向另一种介质传递热量。

当用作热吸收器时，所述装置的示例性实施例可按照下面的方式操作或工作。传热介质进入所述装置并且与所述板壁接触。热能随后从相对于传热介质具有温差的源以太阳辐射的形式或通过直接接触和传导穿过板壁。传热介质将这种热能传送走。

本发明人已开发并且公开用于支撑和分离薄板壁并且为板壁之间的热交换或传递介质创建流路的独特的新的系统和方法。在示例性实施例中，板壁由网眼、网、矩阵或允许介质从其穿过的其它分离装置分离。所述分离装置可包括宽范围的合适的材料中的任何材料，诸如网状材料、网状、网眼、编织、开孔泡沫、金属棉等。

在吸收器的优选示例性实施例中，所述分离装置或网眼由多层的镀覆有PTFE的玻璃纤维网眼制成。在这个示例中，所述网眼允许介质穿过它，并且也在介质中创建湍流，所述湍流能够有益于提高热传递。

所述网眼优选地被配置，以使得它不会过细和/或太密以至于使所述网眼妨碍较大程度(例如，多数)的介质接触板壁。替代地，所述网眼优选地被配置为创建用于使传递介质流动的较大路径，同时也允许传递介质接触板壁。在操作中，当经受传递介质的压力时，所述网眼不会压缩到这种较大程度：所述网眼切断介质流。在优选示例性实施例中，所述网眼包括多个层的网，并且能够承受较大压力并且仍然保持流动通道。在其它示例性实施例中，诸如在低压情况下可使用开孔泡沫，但在非常高的压力的情况下，它可能太容易压缩并且完全压缩。网的使用还可具有这样的优点：所述网不经受显著压缩形变。所述网眼也能够提供较大表面面积以帮助传递介质的蒸发。

除了分离板壁之外，所述网眼也用于支撑薄板壁以抵抗来自传递介质的压力从而防止板壁材料的破裂或膨胀。如果使用的网眼具有较大厚度的颗粒或平行区域，则所述网眼可被布置，以使得它的图案被以这种方式布置：帮助引导传递介质的流动。

现在将描述具有上述板型结构的热交换器的各种示例性实施例。在第一示例性实施例中，热交换器是具有垫片的板和框架类型。在这个第一示例性实施例中，在板的边缘上或沿着板的边缘存在垫片以防止或至少禁止传递介质从边缘漏出或沿着边缘漏出。在框架中容纳或支撑具有垫片的板。这种板和框架热交换器包括上述薄板/壁和网眼。

在第二示例性实施例中，热交换器可与钎焊热交换器相似或类似于钎焊热交换器。在这个第二示例性实施例中，优选地通过热封等来连接板壁的边缘。在这个第二实施例中，由传热介质创建的压力将会对板壁具有向外推的效果，因为板壁较薄，所以板壁可能无法承受高压。由于这个原因，这个第二示例性实施例优选地具有抽吸泵，所述抽吸泵牵引传热介质通过热交换器，以使得热交换器将不会经受破裂。

此外，在这个第二示例性实施例中，支撑网眼防止板壁相对于彼此塌陷，并且由此帮助保持用于传热介质的流动通道。壁对网眼的压力也具有使传热介质分散的效果以在板壁之间的空间内创建均匀而非通道化的流动。在这个第二实施例的变型中，垫片也可在板之间交错以在板壁之间创建更合适的间隔从而允许连接或热封。这个变型中的垫片优选地可热封到板壁。

第三示例性实施例包括前板壁和后板壁。这里描述的网眼被布置或放置在前板壁和后板壁之间。这又本质上创建单板热交换器。这个第三示例性实施例类似于上述第二示例性实施例(钎焊类似)，但仅具有穿过它的一种传热介质。板可被第二传热介质包围或浸没在第二传热介质中。这将会例如有益于冷却或加热液体的槽。替代地，这个第三示例性实施例可替代地被用作吸热器。在这种情况下，所述单个板可被待加热或冷却的管子或容器缠绕。

此外，这里公开用于介质和低温用途(例如，家庭热水、游泳池等)的热液体(优选地，水)、太阳能吸收器或太阳能集热器的示例性实施例。这种示例性实施例可在收集太阳辐射方面比其它带玻璃窗或不带玻璃窗的集热器更加高效，重量轻，组装便宜，相对于当前商业设计由便宜材料制成，耐久，在构造中使用的少量的全部材料方面环境友好，防冻，使用批准用于饮用水的材料，容易包装，容易运送，和/或容易安装。

太阳能集热器通常以下面的方式工作。阳光穿透玻璃窗，然后穿透透明的集热器外薄膜，并且撞击吸收器的内部。吸收器的内部包括太阳能吸收(例如，非反射、不透明和/或黑色网眼等)核和太阳能吸收(例如，优选地不透明和/或黑色等)内薄膜。水可例如优选地由抽吸泵牵引通过集热器以将热能吸收走。网眼核防止或至少禁止内薄膜和外薄膜在吸力下一起塌陷，并且因此，提供用于使水流动的宽阔但较薄的通道。网眼核也在水中创建湍流以帮助从内吸收器表面排热。

太阳能集热器的变型包括层叠、粘合或以其它方式固定在刚性或半刚性板上的内薄膜的大部分表面。所述板能够是刚性隔热板。与内层相邻的网眼形成扇状褶皱。扇形折叠网眼的边缘触碰平行于扇形折叠网眼的折叠线的内薄膜和外薄膜之间的密封件的边缘。以这个示例性方式，防止扇形折叠网眼变平。所述板的刚性或半刚性性质防止内层在当传热介质被牵引通过太阳能吸热器时创建的轻微真空或减小的压力下塌陷。

因为外薄膜利用某种压力与网眼或水直接接触，所以存在较少的冷凝积累或没有冷凝积累来妨碍或反射输入阳光。因此，这个示例性结构或设计具有效率优点，因为太阳辐射穿透到集热器中到达吸收器，吸收器与水直接接触。因此，吸收器的低热导率不是问题，因为在太阳辐射直接撞击吸收器并且直接传递给水的表面上执行所有热传递。这个示例性结构或设计也降低具有红外辐射的形式的太阳能的再辐射，因为整个集热器保持较冷。这不同于当前商业设计，在当前商业设计中，太阳能加热外层，外层随后将会辐射回去一些产生的热量。

此外，利用本发明人的太阳能集热器的示例性实施例，集热器的吸收器的内层和外层用作隔热器，增加总体效率。示例性结构或设计也具有制造优点，因为玻璃窗、内层和外层的边缘或边缘附近能够使用确立并且可靠的技术(诸如，热封)而被密封在一起。边缘的这种密封有效地创建长的三层材料管，所述三层材料管可随后垂直于管的长度而被切割成想要的集热器尺寸。

通过将活板、条带或与玻璃窗材料相同的成分的全部长度的材料连接(例如，优选地通过热封等)到玻璃窗层，可适应在玻璃窗层和外层之间创建空间的需要。活板的边缘可连接到平行于当三层的管被切割时创建的开口的玻璃窗层。将会在短距离(例如，等于想要的空隙的近似距离)理想地连接活板的边缘。活板用于将玻璃窗层从外层拉走。在优选示例性实施例中，玻璃窗、外层和内层的边缘被密封在一起，以使得存在在不破坏通过将玻璃窗以及内层和外层密封在一起而创建的管的情况下可穿透的它们的长度的一部分。通过连接各层的密封件位于从边缘朝着中心大约两英寸处或者密封件为大约两英寸宽，可实现这一点。这将会允许管的边缘缠绕隔热板并且通过诸如螺钉而连接到隔热板，所述螺钉将会穿透各层而不破坏创建的管的完整性。替代地，玻璃窗、外层和内层中的一个或多个层或任何组合或单个层可被切割得比其它层宽以适应缠绕隔热板。在这种情况下，在较窄层的边缘执行密封，并且较宽层缠绕隔热板。

太阳能集热器的变型包括：将防滴或防雾添加剂或层包括在玻璃窗层中。例如，太阳能集热器可包括具有(例如，镀覆等)防滴或防雾涂层的乙烯四氟乙烯(ETFE)玻璃窗层。通过不允许水滴形成在玻璃窗上，这将会允许更大量的光穿过玻璃窗。

太阳能集热器的另一变型包括：将UV吸收添加剂或层包括在玻璃窗层(例如，ETFE玻璃窗层等)中。这将会用于保护吸收器材料免受UV辐射的破坏性影响，可能允许使用非UV容忍材料(例如，用于渗透核的非UV稳定材料等)。

这里公开的集热器可被切割成各种设计(诸如，圆圈、波浪形状等)以用于装饰或美观效果。在更标准的矩形布置中，玻璃窗、外层和内层的边缘可被密封在一起。隔热板也可被按照相同图案切割。

太阳能集热器的这个示例性实施例的优点可包括：允许更简单的系统将水提供给集热器并且将加热的水分配给其目的地。也可实现另外的优点，或者另外的优点可与根据这里公开的示例性实施例的太阳能集热器关联。例如，可使用用于加热的水的常压存储槽。可从常压存储槽循环前往集热器的水。这允许来自集热器或将要在存储槽中释放的线路的压力的任何增加。这适应这样的情况：集热器变得很热，以至于它们达到传热流体的沸点。利用这种布置，进入所述系统的任何空气还可被抽吸到存储槽中并且释放到空气中。

此外，这里讨论称为光伏集热器的太阳能集热器的示例性实施例。光伏集热器以类似于上述典型太阳能集热器的方式工作，不同之处在于：吸热层位于光伏集热器的外部。因此，阳光撞击光伏集热器，并且热能随后被传递给吸热薄膜并且随后被传递给吸收器的内部。

在变型(I)的示例性实施例中，光伏集热器通常包括光伏面板和吸热层，吸热层被配置为从光伏面板吸收热能。第一层(例如，聚合物、石墨烯、二维材料等)被配置为与光伏面板处于热接触。第二层包括热封或以其它方式密封到第一层的边缘的边缘。渗透核或网眼被布置在第一和第二层之间。在操作中，传热流体可流经渗透核并且直接接触第一层，由此热能可从第一层传递到传热流体。在变型(I)的另一示例性实施例中，第一和第二层包括聚合物、石墨烯、二维材料等和金属化表面，金属化表面面对远离彼此的方向，以使得金属化表面不面对渗透核或彼此。金属化表面减少通过各层的蒸汽透过，并且增加各层的面上的热导率。第一和第二层以及渗透核以及入口和出口配件可在这里被统称为光伏吸热器。在示例性实施例中，光伏吸热器是类似于这里公开的热交换器的板型的热交换器。

在变型(I)的另一示例性实施例中，光伏吸热器连接到刚性或半刚性板(优选地，刚性隔热板)或与刚性或半刚性板(优选地，刚性隔热板)保持紧密接触。刚性板连接到光伏吸热器的第二层或与光伏吸热器的第二层紧密接触。连接到刚性板的光伏吸热器随后被楔入到光伏面板的底部或以其它方式固定为与光伏面板的底部紧密接触，从而光伏吸热器的第一层的整个表面(或尽可能)与光伏面板保持紧密接触。

在光伏集热器的变型(II)的示例性实施例中，光伏吸热器与光伏面板共享共同边界板、薄膜或层。所述共同边界层优选地是光伏面板的背板，所述背板将会是光伏吸热器的第一层。在光伏集热器的变型(II)的另一示例性实施例中，光伏吸热器和光伏面板被层叠在一起。

在光伏集热器的变型(II)的另一示例性实施例中，与光伏面板相邻的网眼形成扇状褶皱。扇形折叠网眼的边缘触碰平行于扇形折叠网眼的折叠线的光伏面板的背板和光伏吸收器的第二层之间的密封件的边缘。以这个示例性方式，防止扇形折叠网眼变平。光伏面板的刚性或半刚性性质防止第一层在当传热介质被牵引通过光伏吸热器时创建的轻微真空或减小的压力下塌陷。扇形折叠网眼的几何形状为传热介质的流动提供较小的阻力，并且为传热介质和光伏面板的背板提供较大的表面接触面积。

能够参照第一变型(I)描述光伏集热器的第三变型(III)的示例性实施例。在变型(III)的这个示例性实施例中，第二层的大部分表面被层叠、粘合或以其它方式固定在刚性或半刚性板上。所述板能够是刚性隔热板。与第二层相邻的网眼形成扇状褶皱。扇形折叠网眼的边缘触碰平行于扇形折叠网眼的折叠线的光伏吸收器的第一层和第二层之间的密封件的边缘。以这个示例性方式，防止扇形折叠网眼变平。所述板的刚性或半刚性性质防止第二层在当传热介质被牵引通过光伏吸热器时创建的轻微真空或减小的压力下塌陷。

能够参照第二变型(II)描述光伏集热器的第四变型(IV)的示例性实施例。在变型(IV)的这个示例性实施例中，第二层的大部分表面被层叠、粘合或以其它方式固定在刚性或半刚性板上。所述板能够是刚性隔热板。在这个示例性实施例中，第二层的边缘未被固定到刚性板，以使得第二层可更容易地被密封和/或保持它与光伏面板的背板的密封。在另一示例性实施例中，一个或多个网眼层具有较大直径孔和/或是扇形折叠的。在另一实施例中，也可使用一个或多个可选的非扇形折叠(例如，平等)网眼层。

通过在出口创建低压，传热介质(例如，优选地水、其它流体等)被牵引通过太阳能集热器(包括光伏集热器)。通过将出口管连接到泵(文丘里真空泵等)的抽吸端，能够创建在出口的低压。这在吸收器内部创建减小的压力的状态。由于吸收器内部的减小的压力，传热流体随后被从入口吸入到吸收器中。在水净化或脱盐应用中，每单位时间牵引通过的传热流体的体积可相对较低以允许传热流体变得显著更热以促进蒸发和沸腾。减小的压力也促进蒸发和沸腾。光伏面板、第二层和第一层的大表面面积以及与传热流体接触的渗透核也促进蒸发和迅速的沸腾。进入面板的传热流体的体积可被调节以实现输出传热流体的想要的温度。

在脱盐或其它水净化应用中，离开出口管的传热流体可以是液体和气体的组合。由于施加的热量和压力，可通过液体的蒸发来形成所述气体。液体可被去除(例如，使用捕集器等)，然后剩余气体可凝结并且被去除，导致净化的传热流体。

来自传热流体的增加的热量可直接例如用于水应用(诸如，家庭热水或空间加热)；或用于基于温差的能量产生；或用于使用热交换器或其它合适的装置升高输入传热流体的温度。

在热水应用和/或水净化应用中，根据示例性实施例，光伏集热器可被与其它太阳能集热器串联和/或并联配置。传热流体可离开光伏集热器以随后进入其它太阳能集热器的入口。这种布置可允许传热流体的温度上升到比单独利用单个光伏集热器可实现的温度高的水平。

集热器可防冻裂以允许饮用水在集热器中循环。可从存储槽直接泵吸或抽取饮用水，消除对热交换器的需要。没有金属吸收器板和玻璃窗的太阳能集热器可相对较轻。轻重量可允许太阳能集热器沿垂直方向安装在壁上，而无需对壁的加固。如这里所述的太阳能集热器还可使用螺钉或其它硬件直接连接到壁，而无需另外的框架。为了增加相对于所述壁相对于垂直方向的角度，支撑件可被放置在太阳能集热器下方以在底部支撑太阳能集热器并且使其远离所述壁，而顶部直接连接到所述壁。

现在参照附图，图1表示实现本公开的一个或多个方面的热交换器的示例性实施例。在这个示例性实施例中，热交换器包括包含板壁、网眼层和垫片的热交换器板。因此，所述热交换器也可在这里被称为板和垫片类型的热交换器。

如图1中所示，热交换器包括顶刚性框架板1和底板7。顶框架板1包括四个端口或开口2a、2b、2c和2d。如以下所解释，第一和第二传热介质分别经各端口2b和2c进入热交换器，所述端口2b和2c可因此也被称为入口。也如以下所解释，第一和第二传热介质分别经各端口2d和2a离开热交换器，所述端口2d和2a可因此也被称为出口。

继续参照图1，顶框架板1、底板7和固定机构(例如，螺栓和引导杆等)构成或定义热交换器的框架。热交换器的框架容纳多个热交换器板。在这个示例性实施例中，框架容纳板壁3i、网眼层4ai、4bi和4ci以及4aii、4bii和4cii、主垫片5i、两个流控制垫片6bi以及第二流控制垫片(图1中未示出)。

对于图1中示出的这个示例性实施例，热交换器可按照下面的示例性方式工作。第一热交换介质进入入口端口2b，第一热交换介质是热的，被预热(例如，通过太阳热能等来加热)，和/或处于比第二热交换介质高的温度。

第一传热介质随后经过板壁3i中的开口2bi，并且通过由网眼层4ai、4bi和4ci创建的通道移动到热交换板壁3ii的相对角。在沿着这个路径移动的同时，第一介质与热交换板壁3ii接触，以使得热量被经板壁3ii从第一介质传递给第二传热介质。因为第一热交换介质处于比第二热交换介质和板壁3ii高的温度，所以发生这种热传递。作为示例，第一和第二热交换介质可包括水、海水、油、液体有机化学品等。

在经过板壁3i的对角长度之后，第一介质的一部分将会随后朝着热交换器端口2d的出口行进。在端口2b进入热交换器之后的第一介质流的一部分将会经过流控制垫片6bi中的开口6bbi，然后经过壁3ii中的开口2bii，并且继续前进至下一个热交换器板。通过由流控制垫片6bi和垫片5ii施加的压力，防止第一介质进入由网眼4aii、4bii和4cii创建的通道。如图中所示，网眼4aii、4bii和4cii不在垫片5ii和壁3ii之间，因此两个表面能够压着彼此以防止第一介质在它们之间经过。

流控制垫片6bi提供平坦表面以压着壁3ii。第一介质流将会沿集热器或热交换器继续行进，第一介质流的一部分沿对角线方向经过不阻止其流动的板，并且随后朝着出口或出口端口2d返回。第一介质的一部分也沿着集热器或热交换器行进，直至它到达最后一个板，其中第一介质流的剩余部分将会沿对角线方向经过所述最后一个板，并且随后朝着出口端口2d行进。

第二热交换介质在热交换器中的流动类似于第一介质的流动，不同之处在于：第二介质经过第一介质未经过的板表面。以这种示例性方式，第一和第二介质经过彼此，沿相反方向流动，同时通过板壁而保持分开。在这种类型的流构造中，第二介质将会通过端口开口2c进入。通过顶板1压着垫片5i来防止第二介质经过由网眼层4ai、4bi和4ci创建的通道。

第二介质经过垫片5i中的开口5ci。第二介质随后经过壁3ii中的开口2cii。第二介质能够随后在由网眼层4aii、4bii和4cii创建的通道内沿对角线方向经过板壁3ii并且在板壁3ii下方经过或通过流控制垫片6ci中的开口6ccii。在第二介质或其一部分经过热交换板3ii之后，它随后经过板中的开口并且在出口端口孔2a离开。

为了使垫片和板彼此合适地配合，网眼层4ai、4bi和4ci一起是大约垫片5i的高度。图2是第一(顶)垫片5i的俯视图，所述第一(顶)垫片5i具有组装到它的网眼组。在图2中，仅能看见顶网眼层4ai，因为其它网眼层4bi和4ci位于网眼层4ai下方并且并且被遮住。垫片5i和网眼组构成没有板壁的热交换板。网眼层4ai、4bi和4ci安装在垫片5i的中心敞开空间内。顶网眼层4ai和第二层4bi在流控制垫片5i上方延伸。

图3是第一(顶)垫片5i的仰视图，所述第一(顶)垫片5i具有组装到它的网眼组。在图3中，仅能看见底网眼层4ci。底网眼层4ci不在流控制垫片6bi上方延伸，流控制垫片6bi可具有近似网眼层4ci的厚度，从而网眼层和流控制垫片6bi一起是大约与垫片5i相同的高度。

作为图1至3中示出的单个流控制垫片6bi布置的替代方案，热交换器的替代实施例可替代地包括两个垫片。所述两个垫片可优选地由坚硬材料(诸如，硬聚合物或金属等)制成。在这个替代实施例中，所述两个垫片可被布置以在它们之间具有空隙从而允许热交换材料或介质在所述两个垫片之间流动。所述两个垫片的外表面将会提供用于挤压的坚硬表面，并且由此防止热交换材料或介质从路径流出。所述两个流控制面板或垫片之间的空隙可如这里所述由网眼层创建，或由将会在压力下保持所述空隙的某种其它材料创建。

图4是图1中示出的第二(在顶部之后)垫片5ii和网眼组的俯视图。在图4中，仅能看见顶网眼层4aii，因为其它网眼层4bii和4cii位于网眼层4aii下方并且被遮住。第二垫片5ii和网眼组也构成没有板壁的热交换板。网眼层4aii、4bii和4cii安装在垫片5ii的中心敞开空间内。顶网眼层4aii和第二层4bii在流控制垫片5ii上方延伸。通常，第二垫片5ii以及网眼组4aii、4bii和4cii是图2中示出第一垫片5i以及网眼组4ai、4bi和4ci的镜像。

图5示出了表现本公开的一个或多个方面的热交换器的另一示例性实施例。在这个示例性实施例中，热交换器包括如这里所公开的热交换器板。在这个示例性实施例中，板壁的开口被密封到交替的相邻板壁以创建传热介质流道，其中第一和第二传热介质流经每隔一个板，而不混合。因此，所述热交换器也可在这里被称为密封类型的热交换器。

如图5中所示，热交换器包括顶框架薄膜11和底框架薄膜17，所述顶框架薄膜11和底框架薄膜17可由柔性薄膜制成。顶框架薄膜11包括四个端口或开口12a、12b、12c和12d。如这里所解释，第一和第二传热介质分别经各端口12b和12c进入热交换器，所述端口12b和12c可因此也被称为入口。也如这里所解释，第一和第二传热介质分别经各端口12d和12a离开热交换器，所述端口12d和12a可因此也被称为出口。

热交换器还包括端口机构，所述端口机构能够是槽配件等。顶框架薄膜11、底薄膜17和端口机构构成或定义热交换器的框架。所述两个框架薄膜11和17用于保护较薄的内热交换器板或板壁13i、13ii。所述两个框架薄膜11、17可由比内热交换板壁13i、13ii厚和/或硬的材料制成。

热交换器的框架容纳多个热交换器板。在这个示例性实施例中，框架容纳第一板壁13i和第一网眼组14i，第一网眼组14i包括三个网眼层。热交换器框架也容纳第二板壁13ii和第二网眼组14ii，第二网眼组14ii也包括三个网眼层。

板壁13i和13ii的开口被密封(例如，热封等)到交替的相邻板壁。这为传热介质创建流路，沿着所述流路，第一和第二介质流经每隔一个板，而不存在第一和第二介质的混杂或混和。

对于图5中示出的这个示例性实施例，热交换器可按照下面的示例性方式工作。第一热交换介质进入端口12b，第一热交换介质是热的，被预热(例如，通过太阳热能等来加热)，和/或处于比第二热交换介质高的温度。通过槽配件将所述开口包围到第一板壁或通过将框架薄膜11密封到板壁13i，防止第一和第二介质接触顶框架薄膜11。

在通过入口端口12b进入之后，第一介质随后经过板壁13i中的开口12bi，并且通过由网眼层14i创建的通道移动到热交换板13i的相对角。在沿着这个路径移动的同时，第一介质与热交换板壁13ii接触，以使得热量被经板壁13ii从第一介质传递给第二传热介质。因为第一热交换介质较热(例如，通过太阳热能等来加热)或处于比第二热交换介质和板壁13ii高的温度，所以发生这种热传递。

在经过板壁13i的对角长度之后，第一介质的一部分将会朝着热交换器端口12d的出口行进。在端口2b进入热交换器之后的第一介质流的一部分将会经过壁13ii中的开口12bii，并且继续前进至下一个热交换器板。通过板壁13ii和下一个板之间的密封(优选地，热封)，防止第一介质进入由网眼层14ii创建的通道。这种密封按照足够的距离在开口12bii周围延伸以创建耐久的密封，但所述密封不在板壁13ii的整个区域上延伸。

如图中所示，网眼层14ii将不会延伸到开口12bii周围的区域以允许制造密封。第一介质流将会沿集热器或热交换器继续行进，第一介质流的一部分沿对角线方向经过不阻止其流动的板，并且随后朝着出口端口12d返回。第一介质的一部分也沿着集热器或热交换器行进，直至它到达最后一个板，其中第一介质流的剩余部分将会沿对角线方向经过所述最后一个板，并且随后朝着出口端口12d行进。

第二热交换介质在热交换器中的流动类似于第一介质的流动，不同之处在于：第二介质经过第一介质未经过的板表面。以这种示例性方式，第一和第二介质经过彼此，沿相反方向流动，同时通过板壁而保持分开。在这种类型的流构造中，第二介质将会通过端口开口12c进入。通过板壁13i和13ii之间以及开口12ci和12cii周围的密封，防止第二介质经过由网眼层14i创建的通道。

第二介质经过壁13ii中的开口12cii。第二介质能够随后在由网眼层14ii创建的通道内沿对角线方向经过板壁13ii并且在板壁13ii下方经过，或者第二介质能够经过下一个板壁中的开口。在第二介质或其一部分经过热交换板之后，它随后经过板中的开口并且在出口端口孔12ai离开。

图6和7表示实现本公开的一个或多个方面的热交换器的另一示例性实施例。在这个示例性实施例中，热交换器包括包围如前所述的网眼的包壳、袋、凹穴或袋状结构。袋状结构和网眼可被视为单个热交换板，并且因此，图6和7中示出的热交换器可在这里被称为单板热交换器。

在这个示例性实施例中，热交换器采用两个薄外盖或层101和103(例如，优选地聚合物薄膜等)的独特设计。外层101和103被沿着所有它们的周界边缘密封在一起(例如，优选地热封等)以创建包壳、袋、凹穴或袋状结构。网眼或其它合适的材料102位于袋状结构内，以使得所述袋通常包围网眼102。网眼或其它合适的材料102可包括如这里所公开的宽范围的材料，诸如网眼、网、矩阵、网格状、网状、网眼、编织、开孔泡沫、金属棉、多层的镀覆有PTFE的玻璃纤维网眼等。网眼或其它合适的材料102创建和/或帮助保持薄膜或层101、103之间的腔，所述腔又允许传热流体或介质(例如，水或其它液体等)在薄膜101、103之间流动。

图7是在组装在一起之后的图6中示出的单板热交换器的侧视图，并且也显示入口104和出口105。可优选地通过出口105在热交换器的顶部经抽吸泵施加抽吸。出口105可优选地是穿透到袋腔中的管。出口管105可按照这种方式连接到下层或热交换器壁103：防止热交换或传热介质(例如，水、其它流体等)在出口管105周围离开热交换器。通过采用槽配件或其它合适的装置，可实现这一点。在一个示例性结构中，出口管105连接到歧管以帮助热交换介质的均匀分布。

热交换介质通过入口104进入袋状结构的腔，入口104也优选地是穿透到袋腔中的管。入口管104位于热交换器的底部。再一次，槽配件和歧管能够被用于入口管104。

网眼102防止包围薄膜101、103在由抽吸泵或其它装置创建的真空下完全塌陷。因此，网眼102帮助保持水或其它合适的热交换流体可流经网眼102的腔。网眼102也在热交换介质中创建湍流，并且因此帮助热传递。

热交换介质与热交换器壁101和103接触，以使得热能能够通过热交换器壁101和103被传递给周围的介质。热交换器的这个示例性实施例可被构造成这样的尺寸：将会有益于缠绕管或鼓以增加或去除来自所述管或鼓的热量。

图8和9A表示实现本公开的一个或多个方面的太阳能集热器的示例性实施例。在这个示例性实施例中，太阳能集热器采用两个薄外层和内层(或第一层和第二层)201和203的独特设计。外层201优选地包括薄膜聚合物，并且透光、清澈或透明以允许阳光穿过外层201。内层203优选地包括薄膜聚合物，并且是深色(例如，黑色或其它辐射吸收颜色等)或不透明以从穿过外透光层201的阳光吸收热量。

第一透光层201和第二吸热层203被沿着所有它们的周界边缘密封在一起(例如，优选地热封等)以创建包围渗透核202的袋状结构。渗透核202可包括优选地柔性的材料，诸如几层的镀覆玻璃纤维网眼、编织聚合物网或开孔柔性泡沫。渗透核202在薄膜或层201、203之间创建腔以允许液体(例如，水等)在薄膜201、203之间流动。由层201、203形成的袋状结构和渗透核202可在这里被统称为吸收器。

参照图9A，可优选地通过出口205在吸收器的顶部经抽吸泵施加抽吸。出口205可优选地是穿透到袋腔中的管。出口管205可按照这种方式连接到内层203：防止传热介质(例如，水、其它流体等)在出口管205周围离开集热器。通过采用槽配件或其它合适的装置，可实现这一点。在优选示例性实施例中，槽配件在两侧被热封以创建永久水密密封。在示例性结构中，出口管205连接到歧管以帮助热交换介质的均匀分布。

水或其它传热介质通过位于吸收器的底部的入口204进入袋状结构的腔。入口204也优选地是穿透到袋腔中的管。再一次，槽配件和歧管能够被用在入口管204上。

渗透(例如，网眼等)核202防止包围薄膜201、203在由抽吸泵或其它装置创建的轻微的真空下完全塌陷。因此，渗透核202帮助保持水或其它合适的传热介质可流经渗透核202的腔。在轻微的真空下，具有外薄膜203的渗透核202用于在它的宽度上使水流非常均匀地分散。渗透核202和吸收器内薄膜203将从阳光获得的热能传递给流经渗透核202和吸收器内薄膜203的水。

太阳能集热器还包括清澈、透明、透光和/或基本上透明的外玻璃窗206。清澈的外玻璃窗206可优选地包括薄膜聚合物。薄膜聚合物可被固定(例如，优选地通过热封等)到吸收器。替代地，薄膜吸收器可以是包围吸收器的单独的外壳的一部分。

在示出的示例性实施例中，通过框架207来在吸收器和玻璃窗206之间保持合适的距离。框架207可以是放置在玻璃窗206和吸收器之间的外边缘上或沿着玻璃窗206和吸收器之间的外边缘放置的固体材料、柔性泡沫、管或其它柔性材料。如上所述，由层201、203形成的袋状结构和其中的渗透核202可被统称为吸收器。

在一些示例性实施例中，框架207可能不是必要的并且被去除。例如，替代实施例不包括任何框架207，因为替代地，通过在吸收器和玻璃窗之间捕获的气体变热时的膨胀以及吸收器外表面在通过抽吸泵动作而创建的轻微的真空下收缩远离玻璃窗，创建吸收器和玻璃窗之间的足够的空间。

另外，玻璃窗层206是可选的，并且可在一些示例性实施例中根据例如想要的气候和水温而被去除。对于较热的气候和游泳池加热应用，从成本/利益角度，可能不想要玻璃窗层，以使得并非所有示例性实施例包括玻璃窗层206。

继续参照图8和9A，太阳能集热器还包括隔热材料208。例如，通过使用标准方法(诸如，粘合剂或机械装置)，隔热材料208连接到内吸收器薄膜203。隔热材料208可优选地具有柔性性质，这将会允许整个装置或太阳能集热器卷起以用于运送、存储或运输。如果所述装置或太阳能集热器被固定到刚性结构(诸如，屋顶)，则这种柔韧性将会尤其有吸引力。替代地，隔热材料208可由刚性种类替代，这将会帮助为太阳能集热器或装置保持合适的平坦形状。

根据安装的结构，隔热材料208是可选的。在一些示例性实施例中，例如，当太阳能集热器被利用隔热密封安装在将会提供足够或必要的隔热效果的结构(诸如，屋顶)上时，隔热材料208不是必要的并且被去除。例如，通过利用隔热体(诸如，挤塑聚苯乙烯等)为太阳能集热器装框架，可实现这一点。在这种示例性实施例中，玻璃窗(例如，如果未直接连接到太阳能集热器)可替代地通过隔热框架来相对于太阳能集热器被固定在合适的位置。具有玻璃窗的框架可被固定到屋顶、墙壁或其它支撑结构。一个或多个垫片可被固定到框架以帮助在容纳太阳能集热器的框架区域内创建气密空间。

宽范围的材料可被用于内吸收器层和外吸收器层201、203、渗透核202和玻璃窗206。作为示例，玻璃窗206可由乙烯四氟乙烯(ETFE)制成，所述ETFE具有高工作温度、清澈性、抗UV降解、热封的能力和抗撕裂。作为另一示例，玻璃窗206可包括氟化乙烯丙烯(FEP)。另外，内和外吸收器层或薄膜201和203还可由 ETFE和/或FEP制成。外层201优选地是清澈的或透明的，而内层203是深色的或不透明的(例如，优选地黑色等)。如前所述，一些层的黑色高密度聚乙烯网(诸如，由Smart Net作为防虫网经销)、编织聚丙烯网眼或高温尼龙开孔泡沫是渗透核202的良好的候选材料的示例。替代材料也可被用于薄膜201、203和玻璃窗206，包括其它薄膜、含氟聚合物薄膜等。

图9B表示实现本公开的一个或多个方面的太阳能集热器的示例性实施例。这个示例性实施例可类似于图9A中示出的示例性太阳能集热器和/或具有与图9A中示出的示例性太阳能集热器类似的特征。例如，图9B中示出的太阳能集热器的示例性实施例包括沿着所有它们的边缘密封在一起(例如，优选地热封等)的两个薄内和外薄膜层203和201(例如，优选地聚合物薄膜等)以创建包围包括平网眼202和扇形折叠网眼209的渗透核的袋状结构。扇形折叠网眼209布置为比平网眼202靠近板208。内薄膜层203在板208的整个平面上(除板208的边缘之外)被层叠或以其它方式密封到刚性或半刚性板208，所述刚性或半刚性板208能够是隔热板。上述相同或相似的材料可被用于图9B中示出的太阳能集热器。

图10表示实现本公开的一个或多个方面的太阳能集热器的示例性实施例。这个示例性实施例可类似于图8和9A中示出的示例性太阳能集热器和/或具有与图8和9A中示出的示例性太阳能集热器类似的特征。例如，图10中示出的太阳能集热器的示例性实施例包括沿着所有它们的边缘密封在一起(例如，优选地热封等)的两个薄内和外薄膜层301和303(例如，优选地聚合物薄膜等)以创建包围渗透核302的袋状结构。太阳能集热器还包括玻璃窗306、框架307和隔热材料308。上述相同或相似的材料可被用于图10中示出的太阳能集热器。

此外，在图10中示出的这个示例性实施例中，太阳能集热器还包括连接到玻璃窗306的活板309。玻璃窗306也使用诸如热封的方法沿着它的周界连接到外层和内层301、303。连接到玻璃窗306的活板309(或替代地，材料带)优选地是形成玻璃窗的相同材料(例如，乙烯四氟乙烯(ETFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)等)。

活板309与玻璃窗306的连接点优选地被布置为稍微离开玻璃窗306连接到外层301的边缘。这将会允许当活板309被向上拉并且离开外层301时在玻璃窗306和外层301之间创建空间。活板309在上升器310上方经过。活板309也连接到隔热308。在集热器的另一端重复这个示例性结构。

在安装入口和出口配件并且插入网眼层302之后，玻璃窗306以及外层和内层301、303可随后在两端被密封在一起以完成水密集热器外壳。例如，图10显示连接在一起并且一起在上升器310下面延伸的玻璃窗306以及外层和内层301、303的组合部分311。如图中所示，组合部分311可连接到隔热308并且缠绕隔热308。类似地，三个层301、303、306的组合部分311或所述层的某种组合可缠绕隔热308并且连接到隔热308以使集热器在隔热308上保持在合适的位置。这将会也用于保护隔热308的边缘免受所述元件的损害。

玻璃窗306与外层301的密封通过减少在玻璃窗306下方的较冷空气的流入来增加玻璃窗306的隔热效果。使用不透气体的玻璃窗层306允许在构造期间吹入具有较低传热速度的气体(例如，氩气等)。这将会进一步提高玻璃窗层306的隔热效果。

图11是根据示例性实施例的图10中示出的太阳能集热器的俯视图，所述太阳能集热器具有沿着太阳能集热器的长侧放置的密封件312。在图11中，密封件312被示出为近似地沿着集热器的长侧放置。活板309也被示出在图11中。

图12是根据示例性实施例的图11中示出的太阳能集热器的俯视图，所述太阳能集热器具有内部框架314。具有密封件312的玻璃窗层306被示出，因为它们将会被近似地沿着太阳能集热器的长侧放置。

图12表示使玻璃窗306相对于吸收器保持在合适的距离的示例性方式，该吸收器共同包括由外层和内层301、303定义的袋状结构以及其中的渗透(例如，网眼等)核302。在这个示例性实施例中，内部框架313位于玻璃窗层306和吸收器之间的密封管内。内部框架313可以是固体材料、柔性泡沫、管或其它柔性材料。吸收器和玻璃窗层306的边缘可被以这样的示例性方式拉伸：使玻璃窗层306拉紧。在示例性实施例中，玻璃窗306和吸收器层(例如，图10中的301、302、303等)的外边缘被密封。这创建管，支撑件314(诸如，坚硬木条等)可被插入到所述管中。支撑件314之一可连接到隔热的后部或前部。然后，其它支撑件314可被牵引并且以这种方式连接到隔热：使玻璃窗层306拉紧。支撑件314允许玻璃窗层306沿着它的长度拉紧并且平滑。这里公开具有独特的全聚合物设计的太阳能集热器的示例性实施例。全聚合物太阳能集热器可被配置为不带玻璃窗或带玻璃窗(例如，包括玻璃窗层206、306等)。这里公开的太阳能集热器的示例性实施例可提供下面优点中的一个或多个优点(但未必是任何优点或全部优点)或与下面优点中的一个或多个优点关联，诸如耐久性、耐热、耐污垢、轻重量、可折叠、低制造成本、可调整、防冻、防停滞、高效、直接加热饮用水的能力、过热保护和/或在没有循环泵的情况下无源运行的能力。

另外关于耐久性，太阳能集热器的示例性实施例可以是耐久的，具有预测的20多年工作寿命，并且能够承受诸如雹暴的危险。耐久性直接与使用的聚合物相关。例如，吸收器和玻璃窗层可由乙烯四氟乙烯(ETFE)制成，ETFE具有预测的20多年寿命。承受雹暴的能力来自ETFE和玻璃窗的韧性，ETFE和玻璃窗拉紧但在某种程度上类似于鼓，这应该允许冰雹弹开。网眼或渗透核可由镀覆有聚四氟乙烯(PTFE)的玻璃纤维制成，镀覆有聚四氟乙烯(PTFE)的玻璃纤维具有几乎无限的寿命。

关于耐热，太阳能集热器可被配置为承受超过200℃(392°F)的温度。例如，ETFE和镀覆有PTFE的玻璃纤维都能够承受这些温度。因此，由ETFE制成的吸收器和玻璃窗层以及由镀覆有PTFE的玻璃纤维制成的网眼的太阳能集热器对于在大约235°F的“干燥”停滞(当在太阳能集热器中完全没有水时)的最大预测温度下具有良好的耐热性。

太阳能集热器可由这里公开的对污垢积累具有非常强的抵抗能力的材料制成。例如，ETFE和网眼具有低粘着性(Teflon家族)，因此污垢不容易粘到ETFE和网眼。也可使用交联聚乙烯PEX管，与铜管相比，所述交联聚乙烯PEX管也对污垢积累具有更强的抵抗能力。因此，由这种材料制成的太阳能集热器将会耐污垢。

这里公开的太阳能集热器可以是轻重量的。例如，当太阳能集热器具有全聚合物设计时，四英尺乘八英尺太阳能集热器面板可具有小于二十磅的重量。通过具有全聚合物设计，太阳能集热器具有比金属和玻璃集热器轻的重量。

这里公开的太阳能集热器可以是可折叠的或可卷绕的，例如允许UPS运送等。例如，网眼和吸收器可被折叠或卷起，而没有连接的玻璃窗。它是否可在具有连接的玻璃窗的情况下折叠取决于用于分离玻璃窗与吸收器的上升器。玻璃窗可连接在现场或在本地装配工厂。此外，在太阳能集热器包括可折叠隔热的示例性实施例中，太阳能集热器系统可完全是可折叠的。即使不可折叠，也可例如在现场或在本地装配工厂等与玻璃窗同时连接隔热板。因此，吸收器可以是可折叠的以运送到这样的位置：在所述位置连接玻璃窗和隔热之前，吸收器随后被展开。

这里公开的太阳能集热器可具有相对较低的制造成本。较低的制造成本的一部分是由于较低的材料成本所导致。较低的制造成本的一部分也是由于制造过程所导致，所述制造过程不过度复杂并且能够按照批量处理完成所述制造过程。

这里公开的太阳能集热器的尺寸是可调整的，并且能够以非常大的尺寸生产以适合任何应用。例如，吸收器部分能够被切割成玻璃窗和隔热能够被切割成的尺寸。这与铜和玻璃设计不同，所述铜和玻璃设计太重并且在较大尺寸的情况下无法支撑。

此外，这里公开的太阳能集热器可具有低外形。非常薄的外形帮助创建更加可接受并且美感的外观。

这里公开的太阳能集热器还可以是防冻的，以使得太阳能集热器和供给管可被冻硬而没有不良影响。例如，集热器能够冻结，因为吸收器“袋状”结构能够膨胀以适应水的膨胀。PEX管已被示出为当被正确地隔热和配置时是防冻裂的。太阳能集热器还可冻结并且随后开始工作，因为暴露于冻结温度的PEX管可被安装为暴露于阳光并且由此解冻。

这里公开的太阳能集热器还可以是防停滞的，具有承受长期潮湿或干燥停滞的能力。高温将不会不利地影响全聚合物太阳能集热器，所述全聚合物太阳能集热器与铜集热器不同。多数系统中的传热流体是乙二醇，乙二醇在暴露于高温时分解。在本发明人的示例性实施例中，水可被用作传热流体，水在暴露于高温时将会仅仅沸腾。

这里公开的太阳能集热器还可以是高效的或者比其它平板集热器更高效。这种增加的效率是本发明人的总体系统设计的结果。在这里公开的示例性实施例中，吸收器被完全弄湿，以使得吸收器的整个表面暴露于传热流体。这比热量必须被从吸收器翅片传送给上升管的其它设计高效。此外，在这里公开的示例性实施例中，本发明人的太阳能集热器设计也是背面吸收的。这意味着：阳光撞击水运行的同一表面，而非撞击前部，在前部，热量将会随后必须穿过所述材料以前进至传热流体流动的后部。因此，示例性实施例也可在这里被称为全湿后部吸收集热器。

这里公开的太阳能集热器还可具有直接加热饮用水的能力，而不需要在经历冻结条件的区域的热交换器或排水。这是因为，所述太阳能集热器能够暴露于冻结温度，而不损害集热器或管子。

这里公开的太阳能集热器还可具有建立在所述设计中的过热保护。例如，本发明人的系统能够保持暴露于阳光，而不必排出多余的热量，因为所述设计允许可被用作传热液体介质的水在太阳能集热器内沸腾。蒸汽被推到出口管，在那蒸汽凝结。太阳能集热器能够随后膨胀，但将不会存在压力积累，因为出口管被设计为不受限的，因为它结束于通风的不加压存储槽中。利用建立在所述设计中的过热保护，所述太阳能集热器和传热流体(例如，淡水)不被潮湿或干燥停滞损坏。也不需要减小所述系统的尺寸以避免过热或添加热耗散单元。

冻结保护和污垢积累抵抗能力的组合使得太阳能集热器能够提供某种独特的功能。例如，太阳能集热器能够直接加热饮用水，而不需要在经历冻结条件区域下排水。这可使所述系统不那么复杂，容易安装，提高可靠性，减少维护，和/或增加系统效率。因为所述系统不要求或需要热交换器，所以可减少成本并且可增加热传递。

这里公开的太阳能集热器系统可例如在没有循环泵的情况下被动地运行。通过示例性实施例中的四个系统设计特征，可实现这一点。第一，所述系统能够保持填充有水，而没有冻结损害的风险。第二，所述系统使用饮用水，因此它直接使用集热器的输出，例如，它不在具有热交换器的闭环中。第三，存储槽是常压的并且通风。第四，冻结的管子将会解冻，因为它们暴露于阳光。

通过将集热器系统配置为在没有循环泵的情况下被动地运行，这减少成本并且简化系统操作和安装，同时去除将会原本最有可能在太阳能热系统中发生故障的部件之一(即，循环泵)。

除了这里描述的一个或多个集热器之外，可在标准安装中安装另外的安装部件。例如，集热器系统还可包括差动恒温器(具有泵吸结构)、循环泵(具有泵吸结构)、定时阀(具有重力流结构)、恒压泵、常压太阳能存储槽、槽隔热、PEX管、回火阀、球阀和浮阀。

图13是根据示例性实施例的“泵吸”太阳能集热器系统400的示意图。如图中所示，系统400包括太阳能集热器420。集热器420可与这里公开的太阳能集热器(例如，图8-12中示出的太阳能集热器等)相似或相同。系统400还包括循环泵422、恒压泵424、回火阀426、入口浮阀428、冷水源430、备用热水器432和太阳能存储槽434。

图14是根据示例性实施例的“重力流”太阳能集热器系统500的示意图。如图中所示，系统500包括太阳能集热器520。集热器520可与这里公开的太阳能集热器(例如，图8-12中示出的太阳能集热器等)相似或相同。系统500包括恒压泵524、回火阀526、入口浮阀528、冷水源530、备用热水器532和太阳能存储槽534。但示出的系统500不包括循环泵。

如图14中所示，根据传热流体流，减压阀536位于集热器520之前或位于集热器520下游。在这个示例中，水是传热流体。在操作中，减压阀536减小水的压力，从而由于所述压力所导致的水的自然高度高于存储槽入口但低于集热器520。太阳能存储槽534不加压，并且与大气连通。一旦系统500启动并且水已被牵引通过集热器520并且通过出口管538，排出到太阳能存储槽534中，水将会通过建立重力虹吸而流动。

恒压泵524可被用于通过牵引水通过管子(示图中未示出)来启动系统500。恒压泵524可永久地或暂时地连接到(经切断阀)出口管538。这将会允许恒压泵524对集热器520和管施加另外的吸力，这将会用于拉出系统500中的任何捕获的空气。如果恒压泵524永久地连接到出口管538，则允许的来自太阳能存储槽534的水流被平衡以允许另外的吸力被施加于集热器出口管538。

集热器出口管538的末端结束在太阳能存储槽534中，并且应该低于太阳能存储槽534中的水位以保持虹吸。如图14中所示，可利用阀528(诸如，浮阀)在太阳能存储槽534中保持足够的水，所述阀528根据需要补充太阳能存储槽534中的水。

用于调节水流的定时的阀可被用于打开和关闭水流。例如，可使用简单的定时阀540，所述定时阀540被设置为在某些时间段(诸如，当太阳照射集热器520时)打开和关闭。阀(例如，浮阀542等)也可被用于调节进入集热器520的水的流量，从而水流在预期操作时间段期间填充太阳能存储槽534。

集热器520的入口和出口配件允许传热流体(例如，水等)在入口进入和出口离开集热器520。集热器520可包括如前所述由薄膜制成的后部吸收器层。

水优选地可进入入口和出口管而不会在它们的边缘周围泄漏，因为所述管子进入集热器520。实现这一点以及所述配件与吸收器层的连接的示例性方式是使用与槽配件相似并且被热封到吸收器层的配件(例如，图15和16中示出的配件等)。

例如，图15和16表示可被与图14中示出的太阳能集热器520或其它太阳能集热器一起使用的示例性入口和出口配件。配件644可连接到集热器的吸收器层，并且也允许水进入入口和出口管而不会在它们的边缘周围泄漏，因为所述管子进入集热器520。

如图15和16中所示，配件644包括具有螺纹部分648的倒钩端646和凸缘650。具有合适尺寸的孔的吸收器薄膜可被布置为对着凸缘650的平面。螺母652能够随后被拧到螺纹部分648上，以使得螺母652也具有对着吸收器薄膜的一个平面。通过以这种示例性方式将薄膜布置在合适位置，配件644可被加热到吸收器薄膜的熔点。替代地，配件644可首先被加热，然后吸收器薄膜被放置在合适位置并且螺母652被拧紧。在冷却之后，吸收器薄膜和配件644可被层叠在一起，形成水密密封。在这种配件连接的另一示例性实施例中，配件644的加热的平面可压着吸收器层以将配件644接合到吸收器层。

图17表示根据示例性实施例的太阳能集热器，所述太阳能集热器具有通过框架707和花键756来连接的玻璃窗层706。在这个示例性实施例中，太阳能集热器包括两个玻璃窗层和隔热气隙759。作为示例，框架707可与已有纱窗框架相似或相同。替代实施例可具有这样的框架：所述框架是允许添加多层的玻璃窗的定制联锁框架部分。另外的示例性实施例可不包括任何花键，因为玻璃窗层706可替代地以不同方式(诸如，通过使用胶、其它粘合剂等)连接。

图17中示出的太阳能集热器还可包括与图10中示出的示例性太阳能集热器的特征类似的一个或多个另外的特征。例如，图17中示出的太阳能集热器的示例性实施例还可包括沿着所有它们的边缘密封在一起(例如，优选地热封等)的薄内和外薄膜层(例如，优选地聚合物薄膜等)以形成或定义集热器袋或袋状结构758。如以上所公开的渗透(例如，网眼等)核可被布置在集热器袋758内。太阳能集热器还可包括隔热708(例如，泡沫等)、活板709(例如，闪速通道(flashing channel)等)和上升器710(例如，泡沫等)。

图18表示根据示例性实施例的具有用于屋顶安装的示例性集热器结构的屋顶安装太阳能集热器820。如图中所示，太阳能集热器820包括输入和输出线路862上方的透明管860。输入和输出线路862由防冻裂材料(诸如，硅酮管、PEX管等)制成，并且是黑色的。输入和输出线路862可以能够整夜冻结，但将会在由阳光照射时解冻。输入和输出线路862上方的透明管860作为或用作玻璃窗层以增加隔热并且加速解冻。

输入和输出线路862可包括柔性耐紫外(UV)供给和返回软管。例如，输入和输出线路862可包括伴热并且与冻结无条件空间隔离的PEX管。内部铜线导热体864可被布置在输入和输出软管或线路862内。在操作中，导体864在阳光将会照射软管862的区域之外将输入和输出软管862的解冻和冻融区域扩展诸如大约六英寸到大约一英尺的距离。

供给和返回软管862通过气隙866来与透明管860分离，气隙866用作隔热体。透明管860可包括利用弹簧线圈加固的耐UV透明柔性可压缩外套。

此外，图18中示出耐腐蚀夹子868、具有用于夹子的凸台的橡胶帽870、固定到屋顶的特殊液压顶柱872和液压顶柱872上的圆柱形凸台874。这些各种部件可如图18中所示被用于将透明管860和输入和输出线路862连接或安装到屋顶。

太阳能集热器820包括可堆叠玻璃窗框架807，所述可堆叠玻璃窗框架807允许添加和堆叠多个玻璃窗层806(例如，透明乙烯四氟乙烯(EFTE)玻璃窗等)，例如两个、三个、四个玻璃窗等。在这个示出的示例中，太阳能集热器820包括两个玻璃窗层806和隔热气隙859。

太阳能集热器820还包括位于集热器袋858内的网眼802(例如，镀覆有Teflon的玻璃纤维网眼等)。集热器袋或袋状结构858由沿着所有它们的边缘密封在一起(例如，优选地热封等)的薄外和内薄膜层801、803(例如，优选地聚合物薄膜等)形成或定义。外层801可包括透明EFTE玻璃窗层。内层803可包括黑色不透明EFTE层。

太阳能集热器820还包括隔热体808。在这个示例中，隔热体808包括装有预制管路的隔热泡沫。泡沫塞子876是可移动的以允许进入太阳能集热器820的内部。入口或出口配件878具有多个出口以便为供给或返回管路径提供不同选择。

供给和返回线路862通过隔热泡沫879中的孔进入太阳能集热器820。泡沫879被布置在所述孔的大约周界或圆周，这允许路径安排以通过集热器820的侧端部分实现共同供给/返回渗透。

透明管860可经耐腐蚀夹子880和外部的可现场安装的衬圈882连接到太阳能集热器820以用于共同供给/返回路线。衬圈882接受透明管860的外套筒。然后，夹子880被围绕衬圈882拧紧以由此围绕透明管860夹住衬圈882。

图19表示实现本公开的一个或多个方面的称为光伏集热器的太阳能集热器的示例性实施例。在这个示例性实施例中，光伏集热器采用两个薄第一和第二层901和903以及吸热层(或光伏面板)906的独特设计。第一层901优选地包括薄膜聚合物并且优选地在上侧镀覆有金属(有时被称为金属化)。第二层903优选地包括薄膜聚合物并且优选地在底侧被金属化。

第一薄膜层901和第二薄膜层903被沿着所有它们的周界边缘密封在一起(例如，优选地热封等)以创建包围渗透核902的袋状结构。渗透核902可包括优选地柔性的材料，诸如几层的镀覆玻璃纤维网眼、编织聚合物网或开孔柔性泡沫。渗透核902在薄膜或层901、903之间创建腔以允许液体(例如，水等)在薄膜901、903之间流动。由层901、903形成的袋状结构和渗透核902可在这里被统称为吸收器。

可优选地通过出口905在吸收器的顶部经抽吸泵施加抽吸。出口905可优选地是穿透到袋腔中的管。出口管905可按照这种方式连接到第二层903：防止传热介质(例如，水、其它流体等)在出口管905周围离开集热器。通过采用槽配件或其它合适的装置，可实现这一点。在优选示例性实施例中，槽配件在两侧被热封以创建永久水密密封。在示例性结构中，出口管905连接到歧管以帮助热交换介质的均匀分布。

水或其它传热介质通过位于吸收器的底部的入口904进入袋状结构的腔。入口904也优选地是穿透到袋腔中的管。再一次，槽配件和歧管能够被用在入口管904上。

渗透(例如，网眼等)核902防止包围薄膜901、903在由抽吸泵或其它装置创建的轻微的真空下完全塌陷。因此，渗透核902帮助保持水或其它合适的传热介质可流经渗透核902的腔。在轻微的真空下，具有第二薄膜层903的渗透核902用于在它的宽度上使水流非常均匀地分散。渗透核902和吸收器第一薄膜层901将经光伏面板从阳光获得的热能传递给流经渗透核902和吸收器第一薄膜层901的水。

继续参照FIG.19，光伏集热器还包括隔热材料908。例如，通过使用标准方法(诸如，粘合剂或机械装置等)，隔热材料908连接到第二薄膜层903。隔热材料908可优选地具有柔性性质，这将会允许整个装置或太阳能集热器卷起以用于运送、存储或运输。如果所述装置或太阳能集热器被固定到柔性光伏面板，则这种柔韧性将会尤其有吸引力。替代地，隔热材料908可替代地具有刚性变型，这将会帮助为太阳能集热器或装置保持合适的平坦形状。

根据安装的结构，隔热材料908是可选的。在一些示例性实施例中，例如，当光伏吸热器直接连接到光伏面板906时或当光伏吸热器和光伏面板906共享共同层时，隔热材料908是不必要的并且被去除。

宽范围的材料可被用于第一和第二层901、903以及渗透核902。作为示例，第一和第二层或薄膜901和903可由 ETFE、 FEP、聚丙烯、双轴取向聚对苯二甲酸乙二酯和/或热塑性弹性体制成。如前所述，一些层的黑色高密度聚乙烯网(诸如，由SmartNet作为防虫网经销)、编织聚丙烯网眼或高温尼龙开孔泡沫是渗透核902的良好的候选材料的示例。替代材料也可被用于核902以及薄膜901和903，诸如其它薄膜、含氟聚合物薄膜等。

图20表示实现本公开的一个或多个方面的光伏集热器的示例性实施例。这个示例性实施例可类似于图19中示出的示例性光伏集热器和/或具有与图19中示出的示例性太阳能集热器类似的特征。例如，图20中示出的光伏集热器的示例性实施例包括沿着所有它的边缘密封(例如，优选地热封等)到光伏面板906的背板的所有边缘的薄第二薄膜层903(例如，优选地聚合物薄膜等)以创建包围包括平网眼902和扇形折叠网眼909的渗透核的袋状结构。光伏集热器也能够可选地包括隔热材料908。上述相同或相似的材料可被用于图20中示出的光伏集热器。

图21表示实现本公开的一个或多个方面的光伏集热器的示例性实施例。这个示例性实施例可类似于图19中示出的示例性光伏集热器和/或具有与图19中示出的示例性光伏集热器类似的特征。例如，图21中示出的光伏集热器的示例性实施例包括沿着所有它们的边缘密封在一起(例如，优选地热封等)的两个薄第一和第二薄膜层901和903(例如，优选地聚合物薄膜等)以创建包围包括平网眼902和折叠网眼902的渗透核的袋状结构，扇形折叠网眼909布置为比平网眼902靠近板908。第二薄膜层903在板908的整个平面上(除板908的边缘之外)被层叠或以其它方式密封到刚性或半刚性板908，所述刚性或半刚性板908能够是隔热板。上述相同或相似的材料可被用于图21中示出的光伏集热器。

图22表示实现本公开的一个或多个方面的光伏集热器的示例性实施例。这个示例性实施例可类似于图19中示出的示例性光伏集热器和/或具有与图19中示出的示例性光伏集热器类似的特征。例如，图22中示出的光伏集热器的示例性实施例包括沿着所有它的边缘密封(例如，优选地热封等)到光伏面板906的背板的所有边缘的薄第二薄膜层903(例如，优选地聚合物薄膜等)以创建包围包括扇形折叠网眼909的渗透核的袋状结构。第二薄膜层903在板908的整个平面上(除板908的边缘之外)被层叠或以其它方式密封到刚性或半刚性板908，所述刚性或半刚性板908能够是隔热板。上述相同或相似的材料可被用于图22中示出的光伏集热器。

图23是连接到太阳能集热器1004的光伏集热器1002的示意图。传热流体(例如，优选地水、其它流体等)通过输入或入口管1001进入光伏集热器1002并且通过连接管1003离开光伏集热器1002。连接管1003连接到太阳能集热器1004以允许传热流体从光伏集热器1002进入太阳能集热器1004，在太阳能集热器1004中，传热流体将会通过太阳辐射而被进一步加热。传热流体随后通过出口、输出或出口管1005离开太阳能集热器1004。在其它示例性实施例中，多个光伏集热器可通过这种管串联和/或并联到单个或多个太阳能集热器。

图24表示实现本公开的一个或多个方面的太阳能集热器系统的示例性实施例。如图中所示，太阳能集热器系统被配置为对传热流体(优选地，水)进行净化和/或脱盐。集热器1101可包括如这里所公开的一个或多个光伏集热器或其它太阳能集热器。例如，集热器1101可包括被配置为处于串联或并联流模式的多个太阳能集热器。

传热流体通过入口管1100进入集热器1101。传热流体通过太阳辐射而变热，并且在减小的压力下蒸发或沸腾。液体和/或气体通过出口管1102离开。液体流入到捕集器1103中，而气体上升并且通过管1104流入到冷凝器1105中。

冷凝器1105可以是与周围冷却器(例如，地下或水体)接触的管1104的附件或管1104的延长部分。在经过冷凝器1105之后，气体凝结成液体。这种现在净化的液体流入到捕集器1106中。在示例性实施例中，可采用多个冷凝器和捕集器。管1107连接到用于提供抽吸的泵(未示出)。

一些示例性实施例可包括将光伏吸收器集成到光伏模块背板中。光伏面板的背板是光伏模块的最外层。背板被设计为保护光伏模块免受外部元素(例如，水分和UV辐射等)的损害，并且用作电绝缘体。背板通常在完整光伏面板的制造过程期间被层叠到光伏模块的背面。

在这里公开的示例性实施例中，背板可被用作吸热器。吸热器可用作背板。如这里所公开，示例性实施例可包括：通过构造集热器以执行背板的功能，替换或加强光伏面板的称为背板的部分，这可由此允许更简单的制造过程并且减少对另外的材料的需要。

例如，图25显示根据示例性实施例的可被用于光伏面板的背板的多个层1201、1202、1203、1204和1205的布置。在这个示例中，顶层1201将会最靠近太阳能模块。底层1205将会是背板的最外层。

顶层1201可被配置为提供电绝缘，并且因此执行类似于标准背板的功能，所述标准背板执行电绝缘体的功能。顶层1201可由聚合物薄膜(诸如，聚酯、聚乙烯醚(PVE)等)制成。

第二层1202是可选的层，它可由导热材料(诸如，铝箔等)制成。例如，第二层1202可以是具有大约0.001英寸的厚度的铝箔层。第二层1202可用作水分和UV屏障以及导热体。第二层1202可允许热量更均匀地分布在面板上，尤其将热量从不在吸收器袋中的水流附近的区域移走。

如图26中所示并且如这里所公开，吸收器袋可由第三和第四层1203和1204制成。层1203和1204可由能够被边缘密封(诸如，通过热封等)的任何材料(例如，聚酯、PVE等)制成。层1203和1204可优选地由具有比用于将背板层叠到PV面板的温度高的熔化温度的材料制成，所述熔化温度通常是大约150摄氏度。

外层1205是可选的层，它可被配置为保护内层免受环境影响(诸如，UV辐射)等。如果第四层1204被配置为是UV稳定的，则第五或外层1205可能不是必要的。

图26显示根据示例性实施例的吸热器袋。在这个示例性实施例中，层1203和1204通过沿着它们的边缘的密封件1206并且通过横向密封件1207而被密封(例如，热封等)在一起。密封件1206和1207通常形成三侧袋。

横向密封件1207可与层1203和1204的边缘分隔开一定距离以由此提供或允许这样的空间或空隙：在所述空间或空隙中，水将不会流动，并且在所述空间或空隙中，部件(例如，接线盒等)可被连接并且穿透背板，而不破坏吸收器袋。在背板被层叠到光伏模块之后，吸收器袋的构造将会随后完成。所述构造过程还可包括：利用吸收器网眼填充层1203和层1204之间的空间，并且添加如这里所公开的入口和出口配件。层1204可优选地比层1203宽以在层1203和1204之间创建空间从而由此允许网眼被更容易地插入。

示例性实施例还可包括：复杂控制系统，被配置为测量存储槽温度并且基于存储槽填充水平、温度以及一天的时间的以前的值和热流量调节进入存储槽的水流。在操作中，控制系统帮助优化进入存储槽的水流以优选地尽可能多地捕获热量，而不超过预期最大温度。

示例性实施例还可包括针对水龙头的更快的热水传送的特征。作为示例，水可被从存储槽抽吸到标准热水器(例如，天然气热水器)中。水可由已经用在太阳能集热器系统中的泵抽吸到标准热水器。太阳能集热器系统还可包括：智能控制器，被配置为监测泵使用并且基于过去的使用习惯预测何时继续使水在热水管中循环。

已公开可被用作用于介质和低温用途(例如，家庭热水、游泳池、热浴盆等)的热液体(例如，水等)太阳能集热器的太阳能集热器和系统的示例性实施例。但除了太阳能集水器之外，本公开的各方面可被用于其它应用。例如，本发明人的太阳能吸收器或集热器的示例性实施例还可被用于水净化目的，例如，用作水净化装置以将水加热到足够高的温度从而用于净化。

提供示例实施例，以使得本公开将会彻底，并且将会充分地将范围传达给本领域技术人员。阐述许多特定细节(诸如，特定部件、装置和方法的示例)，以提供对本公开的实施例的彻底的理解。对于本领域技术人员而言将会清楚的是，不需要采用特定细节，示例性实施例可被以许多不同形式实现，并且二者都不应该被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施例中，公知处理、公知装置结构和公知技术未被详细地描述。另外，仅为了说明的目的而提供可利用本公开的一个或多个示例性实施例实现的优点和改进，并且所述优点和改进不限制本公开的范围，因为这里公开的示例性实施例可提供所有上述优点和改进或不提供上述优点和改进并且仍然落在本公开的范围内。

这里公开的特定尺寸、特定材料和/或特定形状在本质上是示例，并且不限制本公开的范围。给定参数的特定值和值的特定范围的在这里的公开不排斥可被用于这里公开的一个或多个示例的其它值和值的范围。此外，设想这里陈述的特定参数的任何两个特定值可定义可能适合给定参数的值的范围的端点(即，给定参数的第一值和第二值的公开能够被解释为公开第一和第二值之间的任何值也能够被用于给定参数)。例如，如果参数X在这里被例示为具有值A并且也被例示为具有值Z，则设想参数X可具有从大约A到大约Z的值的范围。类似地，设想参数的值的两个或更多个范围的公开(无论这种范围是嵌套、交叠还是不同)包括可使用公开的范围的端点要求保护的值的范围的所有可能的组合。例如，如果参数X在这里被例示为具有1–10或2–9或3–8的范围中的值，则也设想参数X可具有值的其它范围，包括1–9、1–8、1–3、1-2、2–10、2–8、2–3、3–10和3–9。

这里使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，并且不应该是限制性的。如这里所使用，除非上下文清楚地指示不同情况，否则单数形式“一个”和“该”也意图包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”是包括性的，并且因此指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。这里描述的方法步骤、处理和操作不应该被解释为必然要求按照讨论或示出的特定次序执行它们，除非明确地识别为执行的次序。还应该理解，可采用另外或替代的步骤。

当元件或层被称为“位于另一元件或层上”、“咬合到另一元件或层”、“连接到另一元件或层”或“耦合到另一元件或层”时，它可直接位于所述另一元件或层上，咬合到所述另一元件或层，连接或耦合到所述另一元件或层，或者可存在中间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接位于另一元件或层上”、“直接咬合到另一元件或层”、“直接连接到另一元件或层”或“直接耦合到另一元件或层”时，可不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其它词语应该被以相同的方式解释(例如，“位于…之间”与“直接位于…之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如这里所使用，术语“和/或”包括一个或多个关联的列出的项的任何和所有组合。

当应用于值时，术语“大约”指示所述计算或测量允许值的某种轻微的不精确(在某种程度上接近值的正确性；近似地或合理地接近所述值；几乎)。如果由于某种原因而未在本领域利用这个普通含义以其它方式理解由“大约”提供的不精确，则如这里所使用的“大约”指示至少可产生于测量或使用这种参数的普通方法的变化。例如，术语“通常”、“大约”和“基本上”可在这里被用于表示在制造公差内。或者，例如，当修饰本发明或采用的成分或反应物的量时，如这里所使用的术语“大约”表示能够通过使用的典型测量和处理过程发生的数值量的变化，例如，当在真实世界中制造浓缩物或溶液时，通过这些过程中的疏忽错误；通过制造、源或用于制造合成物或执行所述方法的成分的纯度的差异；等。术语“大约”也包括由于通过特定初始混合物而获得的合成物的不同平衡条件而不同的量。无论是否由术语“大约”修饰，权利要求包括所述量的等同物。

虽然术语“第一”、“第二”、“第三”等可在这里被用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应该受到这些术语的限制，这些术语可仅被用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分。当在这里使用时，除非上下文清楚地指示，否则诸如“第一”、“第二”和其它数值项的术语不暗示顺序或次序。因此，在不脱离示例性实施例的教导的情况下，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部分能够被称为第二元件、部件、区域、层或部分。

如附图中所示，空间相对术语(诸如，“内”、“外”、“在…下面”、“在…下方”、“下”、“在…上方”、“上”等)可在这里为了方便描述而被用于描述一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除了在附图中描述的方位之外，空间相对术语可应该包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置翻转，则描述为“位于”其它元件或特征“下方”或“下面”的元件将会随后“位于”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在…下方”能够包括“在…上方”和“在…下方”的方位。装置可被不同地定向(旋转90度或处于其它方位)，并且在这里使用的空间相对描述符被相应地解释。

已为了说明和描述的目的提供实施例的前面的描述。它不应该是穷尽的或者限制本公开。即使未明确地示出或描述，特定实施例的个体元件、预期或陈述的使用或特征也通常不限于所述特定实施例，而是在适用的情况下是可互换的，并且能够被用在选择的实施例中。这也可按照许多方式变化。这种变化不应被视为脱离本公开，并且所有这种变型应该被包括在本公开的范围内。

Claims (25)

1.一种光伏集热器，包括：

光伏面板；

第一层，被配置，以使得热能可从光伏面板传递到第一层；

第二层，包括密封到第一层的边缘的边缘；

渗透核，被布置在第一和第二层之间，由此在第一和第二层之间保持允许流体在第一和第二层之间流动的腔；

入口，用于允许传热流体进入光伏集热器并且流经渗透核，由此热能可从第一层传递到传热流体；和

出口，用于允许传热流体离开光伏集热器。

2.如权利要求1所述的光伏集热器，其中所述渗透核包括扇形折叠网眼层。

3.如权利要求2所述的光伏集热器，其中：

密封件位于第一和第二层之间；以及

扇形折叠网眼层包括折叠线和边缘；以及

扇形折叠网眼层的边缘触碰平行于折叠线的第一和第二层之间的密封件的边缘以由此阻止扇形折叠网眼层变平。

4.如权利要求3所述的光伏集热器，其中所述渗透核还包括平网眼层，并且其中

扇形折叠网眼层与第一层相邻并且比平网眼层靠近第一层；或者

扇形折叠网眼层与第二层相邻并且比平网眼层靠近第二层。

5.如前面权利要求中任何一项所述的光伏集热器，其中所述光伏面板包括背板，所述背板是第一层。

6.如前面权利要求中任何一项所述的光伏集热器，其中所述第一层和第二层创建通常包围渗透核的袋状结构。

7.如前面权利要求中任何一项所述的光伏集热器，其中所述第一和第二层包括聚合物、石墨烯和/或二维材料。

8.如前面权利要求中任何一项所述的光伏集热器，其中所述渗透核包括一层或多层的镀覆有聚四氟乙烯(PTFE)的玻璃纤维网眼、黑色高密度聚乙烯网、编织聚丙烯网眼或高温尼龙开孔泡沫。

9.如前面权利要求中任何一项所述的光伏集热器，其中：

所述第一层包括沿着第一层的周界热封到第二层的边缘；

第二层的表面和第一层的表面被金属化；以及

第二和第三层的金属化表面不面对彼此。

10.如前面权利要求中任何一项所述的光伏集热器，其中：

所述第一层包括具有边缘的薄膜聚合物；

第二层包括薄膜聚合物，所述第二层的薄膜聚合物具有热封到第一层的薄膜聚合物的边缘的边缘以由此形成渗透核所在的结构；

所述入口包括入口管，所述入口管穿透所述结构而进入第一层和第二层之间的腔中，入口管通过热封到第二层的配件而连接到第二层；以及

所述出口包括出口管，所述出口管穿透所述结构而进入第一和第二层之间的腔中，出口管通过热封到第二层的配件而连接到第二层。

11.如前面权利要求中任何一项所述的光伏集热器，其中：

抽吸泵可操作用于抽吸传热流体通过光伏集热器；以及

所述渗透核可用于至少阻止第一和第二层在抽吸下一起塌陷并且由此在第一和第二层之间提供用于传热流体流动的通道。

12.如前面权利要求中任何一项所述的光伏集热器，其中所述渗透核包括一层或多层的网眼，所述一层或多层的网眼可用于在传热流体流中引起流动湍流以帮助加热传热流体。

13.如前面权利要求中任何一项所述的光伏集热器，其中：

所述光伏集热器仅由批准用于饮用水的聚合物制成；

光伏集热器可折叠成第一紧凑结构并且可展开成第二通常平坦的结构以用于加热或预热饮用水；

光伏集热器被配置为承受超过100℃(212°F)的温度和/或在大约194°F用于干燥停滞的最大预测温度；以及

光伏集热器是防冻裂的，以使得暴露于冻结温度不会损害光伏集热器，由此饮用水可在光伏集热器中循环，所述饮用水通过交联聚乙烯(PEX)管被直接泵吸或抽取到一个或多个存储槽，由此消除对热交换器的需要。

14.一种太阳能水加热系统，包括如前面权利要求中任何一项所述的光伏集热器、常压存储槽和来自光伏集热器的排出到常压存储槽中的出口管，其中所述系统被配置，以使得在水已流经光伏集热器并且流经出口管之后建立重力虹吸，由此重力虹吸允许太阳能水加热系统在没有循环泵的情况下被动地运行。

15.一种太阳能水加热系统，包括如权利要求1至13中任何一项所述的光伏集热器、具有入口的存储槽和位于光伏集热器之前或下游的减压阀，其中所述减压阀可用于减小水的压力，从而由于所述压力而导致的水的自然高度高于存储槽的入口但低于集热器。

16.一种太阳能水加热系统，包括如权利要求1至13中任何一项所述的光伏集热器，所述系统还包括：

输入线路，用于将待加热的水提供给光伏集热器；

输出线路，用于返回来自光伏集热器的加热的水；和

透明管，位于将会暴露于冻结温度和阳光的输入和输出线路的一部分上方；

其中：

所述输入和输出线路由防冻裂材料制成，以使得输入和输出线路可整夜冻结并且在由阳光加热时解冻；

透明管可用作玻璃窗层以添加隔热并且加速输入和输出线路的解冻；

气隙分离输入和输出线路与透明管，所述气隙可用作用于输入和输出线路的隔热体；以及

内部导热体被布置在输入和输出线路内，由此内部导热体可用于在阳光照射输入和输出线路的位置之外扩展输入和输出软管的解冻区域。

17.一种太阳能集热器系统，包括如权利要求1至13中任何一项所述的光伏集热器和太阳能集热器，其中所述至少一个光伏集热器的出口被连接到太阳能集热器并且可用作用于太阳能集热器的入口。

18.一种太阳能集热器系统，包括多个如权利要求1至13中任何一项所述的光伏集热器和至少一个太阳能集热器，其中所述多个光伏集热器串联或并联连接到所述至少一个太阳能集热器，并且其中所述多个光伏集热器中的至少一个光伏集热器的出口被连接到所述至少一个太阳能集热器并且可用作用于所述至少一个太阳能集热器的入口。

19.一种水净化系统，包括如权利要求1至13中任何一项所述的光伏集热器，还包括：

第一捕集器，用于去除离开光伏集热器的液体；

气体管，用于将离开光伏集热器的气体引导至冷凝器；和

第二捕集器，用于去除离开冷凝器的液体。

20.一种太阳能集热器，包括：

第一层，被配置为允许阳光从其穿过；

第二层，被配置为吸收来自阳光的热能，第二层包括密封到第一层的边缘的边缘；

渗透核，包括布置在第一和第二层之间的扇形折叠网眼层，由此在第一和第二层之间保持允许流体在第一和第二层之间流动的腔；

入口，用于允许传热流体进入太阳能集热器并且流经渗透核，由此热能可从第二层传递到传热流体；和

出口，用于允许传热流体离开太阳能集热器。

21.如权利要求20所述的太阳能集热器，其中：

密封件位于第一和第二层之间；

扇形折叠网眼层包括折叠线和边缘；以及

扇形折叠网眼层的边缘触碰平行于折叠线的第一和第二层之间的密封件的边缘以由此阻止扇形折叠网眼层变平。

22.如权利要求21所述的太阳能集热器，其中所述渗透核还包括平网眼层，并且其中：

扇形折叠网眼层与第一层相邻并且比平网眼层靠近第一层；或者

扇形折叠网眼层与第二层相邻并且比平网眼层靠近第二层。

23.如权利要求20、21或22所述的太阳能集热器，其中：

所述第一层和第二层创建通常包围渗透核的袋状结构；和/或

所述第一和第二层包括聚合物、石墨烯和/或二维材料。

24.一种太阳能集热器，包括：

第一层，被配置为允许阳光从其穿过；

第二层，被配置为吸收来自阳光的热能，第二层包括密封到第一层的边缘的边缘；

渗透核，被布置在第一和第二层之间，由此在第一和第二层之间保持允许流体在第一和第二层之间流动的腔；

一个或多个外玻璃窗层，包括乙烯四氟乙烯(ETFE)并且被配置为允许阳光从其穿过；

入口，用于允许传热流体进入太阳能集热器并且流经渗透核，由此热能可从第二层传递到传热流体；和

出口，用于允许传热流体离开太阳能集热器；

其中所述一个或多个外玻璃窗层包括：

防滴或防雾涂层，位于所述一个或多个外玻璃窗层上，禁止水滴形成在所述一个或多个外玻璃窗层上；和/或

一个或多个紫外(UV)吸收添加剂或层。

25.如权利要求24所述的太阳能集热器，其中：

所述渗透核包括扇形折叠网眼层；和/或

所述第一层和第二层创建通常包围渗透核的袋状结构；和/或

所述第一和第二层包括聚合物、石墨烯和/或二维材料。