CN107709890A - 对加热、通风和空调系统的改进 - Google Patents

Abstract

提供一种太阳能热量收集器(100)，其中包含多个邻近排列的上部空气通道(3)。第一控流器(20)位于在上部空气通道(3)的第一端，第二控流器(20)位于在空气通道(3)的第二端。每个控流器(20)皆可在第一位置和第二位置之间移动，第一位置充分阻止空气流过上部空气通道(3)，第二位置允许空气流过上部空气通道(3)。此外，还描述了换热器(100B)、风扇(72)以及各种流动模式。

Description

对加热、通风和空调系统的改进

相关申请陈述

本申请基于已提交的、与新西兰702717、709298、711204、712135、712679和715024号专利申请相关的临时说明书撰写，通过引用的方式将这些专利申请的全部内容并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及使用太阳能加热、冷却和/或通风空间(特别是楼宇内部)的装置和系统。加热装置也可用于干燥农作物，通过热虹吸发电并且为海水淡化厂的加湿和除湿过程服务。本发明总体上还涉及一种与该设备配合使用或独立使用的换热器。

背景技术

通风系统可四季利用太阳能在太阳能时间(即能够接收太阳能的时间)提供加热和冷却效果；通风系统尤其可被用于楼宇(或任何类型的建筑物)供暖、冷却或隔热。然而，因为太阳能时间有限，所以有必要保存或储存通过太阳能或其他方法产生的热量。

欧洲专利公告号2310760描述了一种配备热回收系统的太阳能空气加热器，在其热回收系统中，沿通道隔断行进的气流垂直于前壁流动。该系统使用新鲜空气、从楼宇中回收到的空气或从流经楼宇下方的空气中储存到的热量。这种设计不乏缺点，例如换热器无法从楼宇中回收制冷，这是因为回收制冷会受到太阳能加热的不利影响。

美国专利号2,399,487描述了一种包含多个径向排列的突起的加热组件，这些突起在一个中心轴的横纵方向上分组以发挥各种传热功效。

美国专利公告号US 2004/0237960披露了一种通过叶片状风挡的开关来控制周围大气中空气进出收集器的太阳能空气收集器。其中每个风挡单元拥有一定数量的叶片，使用一个拉杆驱使这些叶片同时开闭，流体进出管道的流量由独立的风挡控制。本文所述系统使用独立的风挡控制进入收集器的每个流道，即一个风挡控制室内管道，另一个风挡控制周围大气流道。系统气流模式变更要求各流道控制机关独立，因此US2004/0237960的系统的操作与构造比较复杂。

专利号WO 1985000212A1描述了一种可存储太阳能热量以提供夜间供暖的太阳能空气加热系统。这个系统由一个经过细分的蓄热室或蓄热结构和换热翅片构成，这些翅片从蓄热室或蓄热结构壁延伸到蓄热介质中以达到细分蓄热室或蓄热结构、改善蓄热材料与其周围环境的换热关系之目的。

PCT专利申请号PCT/NZ2013/000185描述了一种太阳能空气加热/冷却/通风系统。或许进一步改进系统，依托价格更低和/或制造、安装和/或操作复杂度更低的设备更高效、有效地将加热或冷却后的空气输送到楼宇内部是可取的做法。

本说明书中引用的所有引用，包括所有专利或专利申请文件，均以引用方式并入本文中。不承认“现有技术由任何引用构成”的说法。对引用的探讨只陈述其作者的主张，申请人保留质疑援引文献的准确性和针对性的权利。读者须清楚地认识到本文虽然提及一些关于现有技术的出版物，但是无论是在新西兰还是在其他任何国家，此等引用皆不构成对“其中任何文献构成关于该项技术的公知常识”的承认。

除非上下文明确做其他要求，否则在整个说明书和权利要求书中，“包含”、“由…构成”等表述应被解释为不具备排他性或穷举性的包含，也就是说，应理解为“包括但不限于”的意思。

从以下仅作为例子提供的描述中，本发明的其他实施例和优势显而易见。

发明内容

在本发明的一个实施例中，提供了一种包括下列组件的太阳能热量收集器：

多个邻近排列的上部空气通道；

位于上部空气通道的第一端的第一控流器以及位于空气通道的第二端的第二控流器；每个控流器皆可在第一位置和第二位置之间移动，第一位置充分阻止空气流过上部空气通道，第二位置允许空气流过上部空气通道。

首选方案是：每个控流器位于第二位置时，可充分阻止流体流过相关下属管道或开口。

首选方案是：每个控流器可移动至第三位置，第三位置允许流体流过上部空气通道以及相关管道或开口。

首选方案是：控流器由可绕纵向轴线旋转的细长叶片构成。

在本发明的第二个实施例中，提供一种由主体、第一换热通道和与其存在热接触的第二换热通道构成的换热器，其中，第一和第二换热通道中至少有一个通道包含多个圆柱形或圆锥形突起。

首选方案是：突起的形状和位置被选择为增大一个或多个选定区域对流体流动的阻力。

首选方案是：突起的形状和位置被选择为改善流过至少一个换热通道的流体分布。

首选方案是：第一和第二换热通道之间有传热层，此传热层由一个或多个圆柱形或圆锥形突起支撑。

首选方案是：主体由可模制的隔热材料或适于增材制造(3D打印)的材料构成。

在本发明的第三个实施例中，提供一种由安装在壳体内的可旋转旋转体和用于旋转此旋转体的装置构成的风扇，此旋转体的中区细长，有一条纵向轴线，至少有一枚叶片从中区伸出，此叶片有近螺旋形部位，其中，第一开口位于壳体的第一侧，第二开口位于壳体的第二侧(与第一侧相对)，第二开口的中心与第一开口的中心存在纵向偏离。

首选方案是：叶片有第二近螺旋形部位，而且第二近螺旋形部位具有与第一近螺旋形部位相反的手性。

首选方案是：第一近螺旋形部位与第二近螺旋形部位基本连续。

首选方案是：第一开口与第一和第二近螺旋形部位的交点基本轴向对准；若壳体的第二侧有第三开口，则第三开口位于第一开口与第二开口的轴向对立侧。

首选方案是：中区大致呈螺旋圆形，外区大致呈螺旋圆锥形。

在本发明的第四实施例中，提供一种由安装在壳体内的可旋转旋转体和用于旋转此旋转体的装置构成的风扇，此旋转体的中区细长，有一条纵向轴线，至少有一对叶片，即第一叶片以及与偏离第一叶片的第二叶片。第一叶片具有相对于纵向轴线呈近乎螺旋形的根部和凹陷压力面，第二叶片具有相对于纵向轴线呈近乎螺旋形的根部和近乎凸出的压力面，第一开口位于壳体的第一侧且与第一叶片轴向对准，第二开口位于壳体的第二侧(与第一侧相对)，第二开口与第二叶片轴向对准。

在本发明的第五个实施例中，提供一种由主体、第一换热通道和与其存在热接触的第二换热通道构成的换热器，在本发明的第三或第四个实施例中，第一和第二换热通道中至少有一个通道与风扇有流体流通。

在本发明的第六实施例中，提供本发明第二实施例中所述热交换器，配备本发明第四或第五实施例中所述风扇。

在本发明的第七实施例中，提供了第一实施例中所述太阳能热量收集器，此热量收集器与第二、五或六实施例中所述换热器联用并且存在流体连接。

在本发明的第八实施例中，提供由第二、五或六实施例中所述换热器构成的太阳能热量收集器。

在本发明的第八实施例中，提供了第一、七或八实施例中所述太阳能热量收集器，配备第一或第二实施例中的风扇。

在本发明的另一实施例中，提供了一种太阳能热量收集器和一个或多个控流器，太阳能热量收集器被构造成以本文的一种或多种流动模式进行操作。

首选方案是：太阳能热量收集器包含热交换器。

在本发明的另一个实施例，提供了基本如本文所述太阳能热量收集器和/或换热器交换器的操作方法。

此外，从广义上说，本发明的存在体现在本申请说明书中提及或注明的部件、构件和特性中，对于此等部件、构件和特征的描述是针对个体或集体的，包含对多个个体的任何组合的描述。若本文中提及的特定整体在与本发明有关的技术领域存在已知等价物，则应认为此等已知等价物已如单独列出一般在本文中被提及。

附图说明

图1是本发明的太阳能热量收集器的一个实施例的透视图，为清楚起见，未绘制侧壁。

图2是一个安装在屋顶式的太阳能热量收集器实施例的横截面侧视图。

图3是一个太阳能热量收集器实施例的横截面端视图。

图4是传热片的透视图。

图5是本发明的一个实施例的换热单元分解图。

图6A是本发明的一个实施例的换热单元主体的透视图。

图6B是本发明的一个实施例的热交换单元第二区的透视图。

图6C是突起的放大图。

图7是本发明的太阳能热量收集器的另一个实施例的透视图，为清楚起见，未绘制侧壁。

图8是风挡箱透视示意图，此风挡箱与太阳能热量收集器的太阳能收集区一端相连。

图9是另一个风挡箱实施例的透视示意图。

图10是一个太阳能热量收集器实施例的透视示意图，其太阳能收集区每个端部都有风挡箱。

图11是另一个太阳能热量收集器实施例的透视示意图，其太阳能收集区每个端部都有风挡箱。

图12是一个多层建筑的横截面示意图，该建筑的每层都有一个太阳能热量收集器，所有收集器连接到同一个管道。

图13是与图12系统联用的风挡箱的一种配置的横截面示意图。

图14是与图12系统联用的风挡箱的另一种配置的横截面示意图。

图15是与图12系统联用的风挡箱的另一种配置的横截面示意图。

图16-22是本发明所述太阳能热量收集器在各种流动模式下工作时的横截面示意图。

图23是蓄热构件的一个实施例的端视图。

图24是蓄热构件另一个实施例的端视图。

图25是蓄热构件另一个实施例的透视示意图。

图26是蓄热构件另一个实施例的透视示意图。

图27是带横向翅片蓄热构件的顶视示意图。

图28是带纵向翅片蓄热构件的顶视示意图。

图29是安装在房顶上的本发明所述热量收集器的一个实施例的侧视示意图。

图30是本发明的一个实施例的热泵示意图。

图31a-1是本发明所述换热器的各种实施例的顶视示意图，图中标明了内外部空气的进出口位置。

图32是本发明所述风扇的一个实施例的透视示意图，为清晰起见，画出了管子。

图33是图32所示风扇的一侧透视示意图，图中画出了管子。

图34是图32所示风扇的相对侧透视示意图。

图35是一个替代性旋转体设计的透视示意图。

图36是旋转体一个区段的横截面。

图37是旋转体另一区段的横截面。

图38是另一个替代性旋转体设计的透视示意图。

图39是另一个风扇实施例一侧的透视示意图。

图40是图39所示风扇另一侧的透视示意图。

具体实施方式

本发明的一个实施例大致涉及使用太阳能加热、冷却和/或通风空间(特别是楼宇内部)的装置和系统。空气的移动和加热或冷却也可做其他用途，例如发电，例如利用热虹吸/太阳能烟囱效应发电。加湿和除湿过程中也可使用太阳能空气加热器去除水中的盐分、干燥木材和其他作物等产品，或在需要制冷时通过加热和热虹吸协助调节玻璃屋内的温度。

首先参考图1和图2，太阳能热量收集器、通风装置、加热装置或冷却装置一般以箭头100表示，在下文中称为收集器100。收集器100具有壳体或底座1和顶板2。顶板2由诸如玻璃或透明塑料之类的透明材料制成，此类材质允许太阳辐射加热顶板2下的组件。顶板2下方是一个或多个大致呈纵向安装在收集器单元100中的收集器空气通道3。收集器通道3可由一个或多个管道或其他管道平行排列构成。收集器通道3可包含强化通道内的空气湍流的结构，例如通道内表面的突起或螺旋翅片，在PCT/NZ2013/000185中有更详细描述，相关内容通过引用并入本文中。收集器通道3既可与顶板2接触也可与之紧靠。在一些实施例中，顶板和收集器通道之间存在气腔，被气腔被入射的太阳能加热。使用中，收集器通道3中的空气被太阳能加热。收集器通道3可由任何适于传导热能的材料制成，只要能令通道中的空气被入射的太阳能加热即可。

太阳能热量收集器100的上部(包含收集器通道3)通常被称为装置100的太阳能收集区100A，因为其在使用中可收集或吸收太阳能并且加热流过通道3的空气。收集器100定位时，要令收集器通道3的一端比另一端更高，如图2所示，这样通道3中的空气受热后会倾向于向上流过通道3，除非对空气施加反向机械力。

在图1和3所示的实施例中，收集器通道3位于底座1的主体板或隔热层4的上方。在隔热层4和底座1之间形成第一换热空气通道6和第二换热空气通道8。换热空气通道6、8与收集器100的上、下表面大体平行。换热空气通道中可包含允许空气通过的纵向、横向或斜向通道，或如此实施例中所示，包括可容空气通过的空隙或空腔。

第一换热通道6和第二换热通道8被流体分开，但可与彼此进行热接触，即热能可在两个通道之间交换。在所示的实施例中，通道之间有传热层9。在其他实施例中，可安装不止两个平行的换热通道。

换热器

太阳能热量收集器100的下部，包含第一换热空气通道6和第二换热空气通道8，通常可被称为装置的换热区100B，因为使用中，流过空气通道6和8的空气会在这里发生热交换。

无论是收集器通道3还是换热通道6、8，它们的端部皆通过流体彼此连接且与太阳能收集区100A中的开口相连，太阳能收集区100A在使用时，这些开口通过流体令相关通道与外部空气和/或楼宇内部连通，虽然如下文所述，这些通道/空间可通过流量控制被选择性地封闭。通道/空间之间的流体连接可通过连接管道来建立，例如由底座1部、隔热层4、顶板2、通道3的部件和/或由集器的其他部件形成的空腔。

在一些实施例中，太阳能接收区100A和换热器100B可彼此独立地工作，可共享或不共享同一个壳体。在这种情况下，太阳能接收区100A和换热器100B的“独立运行”可被理解为装置中用于执行太阳能收集和换热任务的两个部件没有(或可通过激活风挡建立)流体直连的、不带中间管道的气流通道。

接下来参考图4，在一些实施例中，传热片9的热传递效果可通过加装突出的传热元件10加以改善，此元件顺着传热片9延伸，可增加传热面积。在一个实施例中，传热元件10包含一定长度的铝棒。另外，或也可选择将传热元件10嵌入换热单元100B的上表面和/或下表面中，如图5所示。在此实施例中，传热元件最好延伸到可与传热片9接触的长度。更经济实惠的替代方案是，将突出的元件10纳入模型本身，从而令其可混合并均匀地散开空气气流。

图6A、6B和6C显示了换热单元100B的一个实施例。本例中的换热单元100B与太阳能接收区100A分离。在某些情况下，来自太阳能收集区100A的热量由于隔热层4的热传递而影响换热器100B的性能，建议可减小太阳能收集区100A与换热器100B之间的直接热传递面积。例如，换热器100B可安装太阳能收集区100A的旁边。如下文所述，太阳能收集区100A和换热器100B可在集成系统中并存，只需使用控制器来基于一定的参数(例如温控区之外的温度、温受空间之内的温度以及收集器100本身的内部温度)决定启用哪个装置即可。在有些情况下，当太阳能收集区100A因为阴影等原因几乎收集不到太阳能时，可在没有太阳能收集区100A的情况下使用换热单元100B。

如图6A-6C所示，换热单元100B可包括第一区11和第二区12。第一区11包含底座1和用于界定第二换热器下表面的第一表面12。底座1还界定了第一换热通道6和第二换热通道8的侧壁。第二区13形成绝热层4，包含第二表面14，第二表面界定了第一换热通道6的上表面。

多个圆锥形或圆柱形突起15可从第一和/或第二表面12、14上突出。突起15可用于支撑第一和第二传热通道6、8之间的传热层9，因此可使用非常薄的传热层9，例如用薄铝片充当此层。突起15还可作为附加件或替代件来充当挡板，从而令第一表面12和第二表面12、14之内的空气流产生湍流并且发生混合。

突起15可是延伸到换热通道6、8内气流路径中的圆柱形或圆锥形小构件。突起15的延伸长度可等于换热通道的部分高度或全高(即，每个突起15都可接触到通道的顶部和底部表面)。突起15可在通道6、8的区域内排成阵列，例如等距排列，不过其他排列也是可行的，例如，矩形网格或随机排列。突起15可干扰流过通道的空气流并制造湍流，从而有助于传热。本发明的其它实施例中可使用其他结构，例如有不同横截面形状的突起或有其他形状的突起。

这种使用突起15的设计能够控制流过换热通道6、8的空气的阻挡密度。例如，图6A和6B所示的换热单元100B的两个空气流示例中，空气或许会沿着阻力最小的路径流动并因此可能不会流过一些区域。通过在阻力较小的区域增加突起15数量，可增加其他区域的气流量并且改善换热通道中的气流分布。位于气流源附近的菱形突起16也有助于将气流分配到传热通道6和8的外缘。

在一些实施例中，如上所述传热元件10(参考图4)也可充当传热通道6、8内的挡板。这些传热元件10可使用铝等传热材料制成，可嵌入泡沫壳体材料的穿透物中，如图5中环形所示。或可用销钉穿透传热片9，或可用隔片穿过销钉，如图4所示。或，突起可是泡沫隔热壳体模具的组成部分，作为如图6A至6C所示突起结构决定了如需增大气流，可叠放原本处于交替工作状态的传热通道6和8。此事，围绕进出开口的交替环可阻止传热通道6和8之间发生气流混合，从而令这些通道保持分离。

当太阳能收集区100A和换热单元100B共享同一壳体时，第一换热器区11可形成用于支撑太阳能收集区100A的风挡箱的主框架，相关说明参见下文。或，就像换热器与太阳能收集区100A分离时那样，让第二换热器区13充当主框架，第一换热器区11可从后部取下。当换热器100B垂直安装在房间中时，这或许是个不错的选择。

在一个实施例中，收集器100的底座1由诸如聚氨酯泡沫等的可模制的隔热材料制成，底座框架、隔热层4和收集器壳体的其他部件因此可制成一个整件，从而减轻收集器的重量，甚至可令其拥有比用其他材料(例如铝和隔热板)制成的收集器单元更好的隔热性。在其他实施例中，底座1可由适用于增材制造(3D打印)的材料制成。塑料泡沫底座的造型和制模功能强大，可增强平稳气流，在与换热器100B共享同一壳体时还能支撑太阳能收集区100A。充裕的材料选择空间，支持突起15和/或传热元件10在换热单元100B中轻松安装。在一个实施例中，传热元件10可在制造过程中嵌入泡沫中。突起15可作为制造过程的组成部分一体成形。

塑料泡沫底座更容易适应不同的环境，例如屋顶、墙壁等。在本发明的另一个实施例中，聚氨酯泡沫材质的换热单元100B与用类似材料制成的太阳能收集区100A相分离。

风挡

在许多实施例中，太阳能收集区100A配备控流器20以选择性地封闭或局部封闭至少一个管道或通道，从而选择性地解锁、阻挡和/或调节一个或多个收集器空气通道3、第一换热通道6和第二换热通道8之间的气流、楼宇内部、外部空气及彼此之间的气流交换。

在图1所示的实施例中，控流器20包含第一、第二和第三风挡21、22、23，每个风挡由翅片状板片构成，可通过板片的运动选择性地封闭太阳能收集区100A的空气通道和管道。

在图1中的实施例中，第三风挡23和第二风挡22选择性地关闭或开启；开启后，通过与外部连通的开口25，换热器100B的第一换热通道6与外部空气建立流体连接。收集器通道3也可基于风挡的设置与外部开口25建立流体连接。或，可使用位于开口25处的排气扇(未示出)来推动空气通过收集器通道3和/或第一换热通道6。其他实施例中或许使用其他类型的控流器，例如翻板或阀。

使用中，选择性地控制风挡21-23以改变收集器通道3与第一和第二换热通道6、8彼此之间及其与外部空气、楼宇内部的流体连接，从而达到为楼宇加热、冷却和/或通风的目的。控制风挡配置的参数依据包括感测到的收集器100中的空气、楼宇温度、室外空气温度和/或其它参数(例如一天中的时段、一年中的时令、太阳辐射、入射光量、压力传感器等。下文分析了风挡适用的其他选择性控制方案。图7所示的实施例加装了第四风挡24。

此实施例中的收集器和通道可与多个外部管道建立流体连接，这些外部管道是本发明的一个通风系统实施例的组成部件，在使用中，可利用其位置将收集器的通道3、6、8与外部空气和/或楼宇内部接通。这些管道内的气流，或一些实施例种收集器通道3、6、8内的气流，可通过流量驱动装置(例如一个或多个风扇或叶轮)进行机械性地控制。基于参数(如上所述等)的流量驱动装置，可参照感测到的参数，根据需要，控制通风系统周围的空气流动以对楼宇加热、冷却和/或通风。

在图1和图7所示的实施例中，太阳能收集区100A包含横向延伸(即顺着收集器宽度方向延伸)的空间，阻尼片21-24能够在这些空间中移动。这些空间可被称为风挡箱26，它们是太阳能收集区100A的不可分割的组成部分，换言之，风挡翅片或叶片21-24位于一个附接在收集器管子3端部的空间或单元中。

图8是风挡箱26的一个示例，此风挡箱与一个平行的收集器通道或管3阵列连接。在此示例中，阻尼叶片20贯通太阳能收集区100A的宽度。在该实施例中，风挡箱26可包含一个或多个纵向分布的阻尼叶片20A以封闭或解锁流向中央供气或排气管道的空气流。在这些示例中，阻尼叶片20围绕横向延伸贯穿太阳能收集区100A的宽度的轴线枢转。这条旋转轴线可位于邻近风挡箱26的任何角落的地方。在替代实施例中，阻尼叶片可滑动以封闭、解锁或局部封闭选定的管道或通道，或可像蝴蝶振翅般绕着中心枢转。

在某些情况下，室内和周围大气流路管道可能在其(例如从中央供气或排气管道)进入太阳能热量收集器和换热器之前，就已被选定。本发明通常会选择在风挡箱的任一通路上安装一个风挡挡片，收集管与内部建立流体连接，也可选择令管子与外部建立流体连接的配置方案。这种设计不同于如PCT/NZ2013/000185所述将风挡定点安装到通风系统中一个与收集器100存在流体间隔的地方。事实证明，在风挡箱的任一通路上安装一个风挡挡片的设计，不但有助于提高收集器装置的制造和成本效率，而且设计紧凑，空气流和加热效果更佳。

图9中的风挡箱26，在箱子的任一端皆安装有一个纵向风挡20A。风挡箱26位于与管子3的开口相连的太阳能收集区100A的一端，外部开口27、28的位置与风挡20A相邻。此处所述系统在流出或流入太阳能收集区100A的每个流路中使用独立的风挡20A，即室内管道使用一个风挡，周围大气流路使用另一个风挡。所示配置或许适合在公寓楼等希望共用楼宇的中央管道系统的地方使用。在另外一些实施例中，挡风叶的枢轴可位于风挡箱端部的中心，叶片沿对角线方向延伸。

在一些实施例中，底座1可界定风挡箱的底部和一个外侧。

图10和11进一步列举了适用的风挡箱及太阳能收集区的位置安排。图中的风挡箱26位于太阳能收集区100A的任一端部，靠近收集器通道3，是此收集器的一个特征构成。

图12至15显示了集成在楼塔一系列楼层上的多个太阳能接收区100A(包含风挡)。在图12所示的实施例中，风挡箱26A位于每个太阳能收集区100A的下端(接近地板30)，第二风挡箱26B则位于上端(天花板31)。为了最大限度地减少风的影响并增加吸热量，风挡和收集器最好安装在高透射率玻璃或其它透明材料29之后。在图13中，单风挡32控制从楼宇外部或内部进入的空气，风挡33则控制向楼宇的外部或内部排放空气。在这个实施例中，风挡枢转轴线34位于风挡箱中心，叶片沿对角线方向延伸。图14示范了如何通过一个或多个管道35将来自收集器100的所有空气运送到下一个楼层而非直接排到楼宇外部。此设计的用途包括通过空气上升运动(太阳能烟囱效应)发电、加热游泳池或桑拿浴室空间，种植植物，烘干楼宇上层的衣服或产品等。上述图片只是示意图，不反映确切位置，实际上，管道35更有可能位于收集器100的侧面，使用诸如图9中所述风挡配置。与上述风挡一样，本实施例中的风挡枢轴的位置也可不同于图中所示，或还能滑动。总之，必须确保风挡箱两侧气密性良好。

图15与图14类似，不同之处在于空气是从下方楼层的上层(即邻近天花板31的区域)进入太阳能收集区100A的。这个设计在夏天有优势，因为室内最热的空气往往积聚于天花板31下方，正好抽走这部分空气。

如上，风挡箱32、33最好与太阳能收集区100A合为一体，即令挡风叶位于附接在收集器管端部的单元中，而不是定点安装在通风系统中的一个与收集器单元存在流体间隔的地方，PCT/NZ2013/000185中所述。事实证明，在风挡箱的任一通路上安装一个风挡挡片的设计，不但有助于提高系统的制造和成本效率，而且设计紧凑，空气流和加热效果更佳。

枢转风挡的使用，但是本发明通常会选择在风挡箱的任一通路上安装一个或多个风挡挡片，从而令风挡挡片或叶片位于一个位置时，收集管子与内部建立流体连接，当风挡挡片或叶片位于另一个位置时，收集管子与外部建立流体连接。例如，叶片可滑动或如同蝴蝶振翅般绕着中心枢转。

一些实施例中，叶片的端部或风挡箱内部安装了橡胶材质的空气密封件以确保收集器的管道或空间内气密性良好。枢轴铰链处也可能需要安装密封件。选择风挡材料时，亦可使用虽有足够刚性，但仍能有效密封其抵靠的表面或组件的材料。

一个或多个致动器与每个风挡(可能位于枢转轴处)和一个控制系统相连接。致动器要有足以控制叶片的力量以保持气密性。本发明一般由一个风挡箱和风挡组成，风挡箱内部最好可接触。

这样做是为了减轻风挡系统实现四季太阳能控制的难度。如果太阳能收集区100A与换热器100B共用同一壳体，风挡可引导气流进入换热器100B，通过回收热量来保存现有热量。

各种流动模式对于确保太阳能空气加热器的多功能性以及实现太阳能空气加热器与换热器的耦合必不可少。换热单元内的流动模式的交替(即封闭/解锁室内/楼宇内部或室外管道)可通过太阳能热量收集器独立实现，也可通过交替使用太阳能热量收集器附带的或添置的一个或多个风挡来实现。

图1中展示的实施例，第一和第三风挡21、23位于在太阳能收集区100A的任一端。在此实施例中，位于此单元一端的第二风挡22选择性地封闭第一换热通道6与收集器通道3一端空间之间的流体连接。在其它实施例中，装置的换热部位100A独立于(即，不与太阳能收集区100A建立流体连接)太阳能收集区100A运行，这类实施例中可能不存在风挡22。若系统的配置决定了太阳能收集区100A与装置的换热部位100B区共用一个风扇和出/入管道，则当太阳能收集区100A在使用且换热器100B未被使用时，风挡22封闭换热器100A，允许风挡21、23为不同的太阳能热量收集器工作模式服务。

风挡22封闭换热通道6时，太阳能热量收集器的工作模式如下：

管道36和37与楼宇内部或温控区连通，当风挡叶片21封闭管道36并且风挡叶片23封闭管道37时，楼宇外部或温控区的空气可经由开口38和39流入、流出太阳能收集区100A。当风挡叶片21、23解锁与楼宇内部或温控区连通的管道36和37、但封闭经由开口38和39形成的对外通道时，空气可从内部进入，然后流回内部。当风挡叶片21封闭经由开口38形成的对外通道、但解锁内部管道36，风挡叶片23解除开口39处的对外封闭但封闭内部管道37时，空气从内部进入，然后流到外部。当风挡叶片21封闭管道36但解锁开口38，风挡叶片23封闭开口39但解锁管道37时，空气可从外部流入，然后流入内部。当风挡叶片21对开口38和管道36形成局部封闭时，空气从内、外部进入。

当风挡叶片23对开口39和管道37形成局部封闭时，空气从内、外部流到室外。

所以，在寒冷的冬日，可解除下风挡叶片21对开口38、以及上风挡叶片23对管道37的封闭(风挡22依然封闭换热器100B)，让新鲜空气进入并通过太阳和/或利用温暖的排放空气进行热交换，对收集到的新鲜空气加热。

在炎热的夏日，可令下风挡21封闭开口38并解锁管道36(从而通过热虹吸效应将空气抽到楼宇外部)、上风挡23封闭管道37并解锁开口39，让空气可被抽到外部。也可不用风扇、被动地达到同样的目的，做法是在太阳能收集区100A的温度与外部温度之间形成热差。随着热空气自然上升，从上方抽出通风楼宇中的空气，令其离开太阳能烟囱。气流量可通过风挡叶片控制，从而完全或局部地封闭或解锁管道36和37以及开口38和39。

经由风门叶片的各种封闭或解锁管道和开口的组合，保证充分控制和多功能性。例如，如果太阳能收集区100A收集到的热量超过某个标准而需要冷却时，则可令风挡21和23封闭管道36和37，令新鲜空气直接流过收集器通道3，从而通过对流实现自冷。如果风挡21和23封闭了开口38和39(或下部风挡局部封闭)，则内部空气可从楼宇内部(例如屋顶空间)回收到内部。有时，可能需要将屋顶空间的空气抽到外面以便在夏天时帮助楼宇冷却，冬季则可利用屋顶空间的额外热量，所以同一套风挡还能用来引导此气流。

在图1的实施例中，空气可从装置的上方和/或下方进出，但在其它结构中，空气进出的管道和开口可能存在于装置的外端或侧面。若加热器位于屋顶上，有时将进出开口和管道设在盖子低下会比较有利，因为可利用盖子为其挡风雨。在图1所示的实施例中，风挡叶片21或23可引导空气从其上方或下方进入和排出。当收集器100的安装方向基本垂直时，这种布设特别有用。在其它实施例中，空气可能从收集器的下方或端部进出太阳能收集区100A。这些实施例特别适合安装在屋顶/墙上。还有其他挡风叶布设方案，例如将挡风叶安装在风挡箱的侧面，从而允许空气从侧面进出。

图16-22是本发明的一些其他实施例的侧面剖视图，显示了当收集器100沿垂直方向安装时可用的其他风挡、风扇、管道等布设方案。收集器100可经过配置安装到小车或辊子底座上，从而更易于安装和维护；此单元位于楼宇的向阳侧，前面安装一个设计得当的玻璃窗40。在这些实施例中，太阳能收集区100A可能未配顶板2，因为楼宇的现有窗户40就相当于顶板。在靠近玻璃的任一端，安装一个由收集器通道3和风挡箱26构成的吸热单元或匣子41。匣子41和换热器100B可位于隔热壳体42内，或上文所述结构，参考图6A-6C。

流动模式

参见图16，外部空气经由开口38，被风扇43吸入到此单元的内部。风挡24封闭管道36和开口38、风挡21封闭收集器通道3并解锁第一换热通道6，允许外部空气流过换热通道6，换热通道6被沿第二换热通道8流动的内部空气逆流加热。风挡22封闭收集器通道3，风挡23封闭开口39，允许风扇43将加热后的新鲜空气吹入内部。

内部空气被风扇44吹进管道45，吸入换热通道8。空气将其热量传递到换热通道6，然后从细长通道46中排出，最后直接从窗口的开口排出或进入为楼宇服务的中央排气管。这种带四个风挡21-24的布设，允许来自太阳能收集区100A和换热器100B的空气共用开口38、39和风扇43。在太阳能时间期间，太阳能收集区100A使用这些开口和风扇；在非太阳能时间，换成换热通道6使用它们。

参见图17，内部空气经由管道36吸入，被风扇47吹到外部。风挡24、21、22封闭经由开口38形成的对外通道和热量收集器通道3，风挡23封闭管道37，允许空气流过换热通道6并且在那里将其热量传递给沿换热通道8逆向流动的空气，然后经由开口39，被风扇47吹到外部。外部空气经由开口46被风扇44(直接从窗口侧的开口或从中央供应管道)抽入，然后流过通道8，经由管道45到达内部。

这种布设也有四个风挡21-24，允许来自太阳能热量收集器通道3和换热通道6的内部空气共用管道36、37和风扇47。有些时候，用户会希望让风挡21和22局部关闭以允许空气流过太阳能热量收集器管3和换热通道6。

参见图18，内部空气经由管道36排到外部。风挡24和21封闭了经由开口38形成的对外通道和太阳能热量收集器通道3，从而允许空气被吸入换热通道6，通过细长通道46，最后从窗口开口直接排出或进入中央管道。排气扇可安装在管道36中或管道中空气离开换热器之后经过的地方。

以类似的方法经由窗户直接从外部吸入外部空气，令其进入细长通道46，或从中央管道吸入外部空气，然后令其流过加热器的另一侧。风扇44经由管道45排出空气。

这种布设方案带三个风挡24、21和23，允许太阳能热量收集器通道3和换热通道6的内部空气共用管道36以将空气排到外部。

参见图19，外部空气被风扇48吹入内部。风挡24封闭管道36，风挡21封闭收集器通道3，从而允许空气流过换热通道8，然后被供气扇48吹出。

内部空气被风扇44抽到外部，通过换热通道6，然后经由管道46直接从窗口开口排出或进入中央管道。

这种结构带3风挡24、21和23，允许太阳能热量收集器通道3和换热通道8的内部空气共用开口38以将外部空气供应到内部。

参见图20，供太阳能热量收集器使用的外部空气经由开口38抽入，通过收集器通道3，然后再被风扇47排放到外部。风挡24封闭管道36，风挡22局部封闭收集器通道3和换热通道6，风挡23封闭管道37。如此一来，来自管道45的内部空气也可被风扇47排出。风挡箱可造大一点以容纳两股空气流。

换热器使用的外部空气是从上侧吸入的，要么直接从窗户开口吸入然后进入细长管道46，要么从中央供应管道吸入。这股气流经过换热通道8，获得来自换热通道6的热量，经由管道49，沿着对面下侧进入楼宇。

这种布设方案带三个风挡24、22、23，太阳能热量收集器通道3和换热通道6共用开口39和风扇47。这个方案还有一个好处是夏天能让太阳能热量收集器冷却，同时还能用使用已冷却的、经过空调处理的内部空气从被抽入通道8内的外部空气中获得热量。通过封闭/解锁风挡24和/或22，空气可流过换热通道6或太阳能热量收集器通道3，因此这个布设方案也更为灵活性。

参见图21，图20中描述的布设方案还能让经由开口38进入的、供太阳能热量收集器使用的外部空气，无法流过收集器通道3。在此例中，只有换热器在工作。换热器使用的外部空气是从上侧吸入的，要么直接从窗户开口吸入然后进入细长管道46，要么从中央供应管道吸入。这股气流经过换热通道8，获得来自换热通道6的热量，经由管道49，沿着对面下侧进入楼宇。

参见图22，外部空气经由开口38进入。风挡24封闭管道36，风挡23封闭关口39，从而允许外部空气流过收集器通道3，被位于此单元下端的风扇48抽出。夏天，可关闭新鲜空气入口，通过管道36、收集器通道3吸入室内空气。来自建筑物的这些空气可从收集器100的下方(例如地板里的通风口)抽出。

这类实施例中有一些实施例，换热单元空气进出管道和开口沿着换热单元的侧面横向/纵向分布或位于底座1的前/后表面。收集器100中的这些开口可面向玻璃和窗框并且与窗玻璃和窗框的内置开口直接连接。面向玻璃29的开口38和39可供太阳能热量收集器和换热器使用。在其它实施例中，管道43、44、46和49面向内部，管道45和46位于侧面。

类似地，细长管道和开口可连接到换热通道6或8的过滤器和通风口，换热通道6或8与楼宇内部连通，位于底座1的侧面或楼宇内部的正前方。但是，如果楼宇的横截面呈圆形又要求气流进出主供气管道，比较简单的办法是在换热器100B内部加配一个适用的底座1以令其更容易与此管道直接连接。一般情况下，开口可位于收集器的侧面、顶部、底部或端部，只要与收集器单元的设计和/或情况匹配即可。

以下表1描述了系统的实施例可运用的各种流动模式。

表1

蓄热

如上所述，在许多实施例中，换热器100B可集成到收集器100的壳体1中。在某些情况下，位于太阳能收集区100A和换热器100B之间的上隔热层4的被拆掉(如有必要，将其更换)，留下的空腔可用诸如相变材料(PCM)等蓄热材料填充，详细描述见下文。另一些情况下，除了增加收集器100的深度之外，还可将蓄热材料51储存在太阳能接收区100A的下面，保留上隔热层4，如图7所示。这样做是为了蓄积太阳能热量，从而提高多云天或一天结束时(此时太阳能收集区100A得到的入射太阳能较少)的太阳能热量收入。蓄热材料51最好安装在换热器100B附近，让富余的内部热量也能被储存并传递给外部空气。在通风不是主要问题的场合，太阳能收集区下方的整个空间皆可用于储存热量，而不是容纳换热器100B。

参见图23，蓄热构件52包含一个挤压件53，进而产生了腔室54。蓄热构件还包含一个由多枚翅片55组成的翅片结构。一些实施例中，蓄热构件还包含一个内部隔间56，流体管道57通过此隔间。在一个实施例中，流体管道57可包含或与换热通道8存在流体连接。8.在另一个实施例中，流体管道57中可能有水。

参见图24和图25，所示蓄热构件52与图23中的类似，不同之处在于前者有一个与翅片结构的翅片55发生直接热接触的流体管道57。在所示实施例中，流体管道57可包含或与换热通道8存在流体连接。

图25显示了类似于图24中所示的蓄热构件52，流体管道57在上方，与其翅片55有热接触，带多个空气通道，例如收集器通道3，位于挤压式蓄热构件52之上并且与其发生热接触。

图26中所示的蓄热构件52包含多个挤压件53，这些挤压件彼此耦合，耦合方法包括用翅片55，相对于安装在翅片结构上方的空气通道的方向，横向互锁相邻挤压件等。图28显示与图27类似的实施例，但翅片55纵向排列，与空气通道基本平行。

在本发明的实施例中，翅片55从蓄热构件52的外部延伸，从而达到改善与周围环境换热效果的目的。

选择制造蓄热构件壁和翅片的高传热材料(例如铝)时、使用公、母互锁构件58,59(在图26中显示的最清楚)时，目的只有一个：为蓄热材料制造一个散热槽，然后将蓄积的热量均匀地传递到整个腔室和翅片挤压构件的整个阵列上。包含蓄热材料52的腔室54可如图27和28中所示实施例那样并排。这些腔室可纵向地或横向地布设在太阳能收集区100A的收集器通道3下方。如果使用蜡或任何流体材料作为蓄热材料，为了避免因为材料流向纵向腔室底部而产生问题，可优先选择横排腔室，因为收集器100通常会为了追求最大太阳辐照度而倾斜安装。横排腔室的另一个优点是可更容易地将水管整合到翅片中或与之建立热耦合，水管也有助于蓄积热量而且自身也可被太阳加热以供使用。例如，在图24和25所示的实施例中，水可通过流体管道57输送，因此与翅片55发生热接触。可考虑将水管安装到收集器通道3下方的凹陷处，例如PCT公开号PCT/NZ2013/000185所述收集器中的那些，此外，水管还要与翅片的顶部接触。一般来说，水管可安装在腔室和翅片附近并且可与之建立热耦合的地方，水管的作用在于协助蓄热并且确保自身被加热。

控制系统

由于一些实施例可通过移动位于收集器100每个端部的单个风挡实现系统的模式切换，本发明的实施例中使用的控制系统比早期系统的控制系统(例如，US专利公告号US2004/0237460所述系统)简单。一些实施例使用智能系统来自动控制风挡和(或)风扇，根据需要切换模式。例如，系统可被配置成响应加热器内温度、环境温度和/或楼宇内部温度，或对一个或多个传感器检测到的内部压力计做出响应。在一个实施例中，中央处理器从传感器接收此等信息，基于检测到的信息和存储在可供处理器访问的数据存储设备中操作规则来确定系统应进入哪种工作模式。处理器根据预设的规则和感测参数来判断适用的工作模式，然后基于此工作模式控制风挡和风扇运行。可想而知，这些规则要能根据需要进行改变或设置并且取决于一些因素，例如系统打算采取的工作方式、打算执行的功能(例如，冷却、加热、通风或其中任何一个或多个功能)以及关于给定设备的、可能受天气模式、位置，高度等因素影响的任何特殊要求。上文给出了被监视的参数和流动模式的示例。

利用空气流速发电

关于被动空气虹吸的初始测试结果表明，空气流速与太阳能接收区内部产生的热量密切相关。这种空气运动可被用来发电，例如在夏季制冷或自冷制冷模式下。测试是在地面上进行的。预计增加收集器在地面上的高度可产生“烟囱效应”或上升气流，从而进一步增加空气流过收集器的速度。

参见图29，热虹吸产生的气流在与光伏(PV)面板60结合后，还有助于冷却后者，从而提高后者的效率。太阳能接收区100A可位于PV面板上方，使得进入收集器通道3的空气首先流过PV面板的表面(例如下表面)。太阳能收集区100A也可位于PV面板正下方，使得离开收集器通道3的空气流过PV面板。此外或作为替代方案，如图31所示，任一端部和壳体1处安装有风挡箱20的太阳能热量收集器3，可集成在窗玻璃2或PV板60下方的屋顶中，从而使用风挡24从屋檐下方获得外部空气或使用风挡21获得内部空气。流过太阳能热量收集器3的空气可进入位于闪光灯62下方的管道61，或通过风挡23重新被导回内部。

空气流的速度可能足以发电。热虹吸引发的、流过太阳能接收区100A的空气流，可馈入一个或多个配备适用发电装置的管道(通常为涡轮机，例如在后文有进一步描述的风扇61，与发电机连接)以利用风能发电。这些移动空气可水平、垂直或以任何角度离开。

在一个实施例中，一个垂直管道(例如图14中所示的管道35)可配备适用的发电装置，例如与发电机连接的涡轮机。在此实施例中，源自楼塔不同楼层的收集器的空气，可由管道35向上运送。利用这种设计，可利用空气运动发电，加热游泳池或桑拿浴室空间，种植植物，烘干楼宇上层的衣服或产品等。

图29中展示的则是另一个实施例，其中，管道61可连接风挡箱20，使空气进入管道61并且在那里转动风扇已发电。这个风扇在图32至40中有描述。

影响太阳能收集区中空气流速的因素包含太阳能收集区的内部空气与外部空气之间的温差以及太阳能接收区的高度。放大太阳能收集区的长宽尺寸，增加湍流设计管和螺旋的尺寸，也有助于空气流速最大化，从而提升发电表现。

热泵

被动热虹吸引发的空气运动还有一个潜在的衍生用途，那就是利用产生的上升气流让风扇发挥涡轮机的作用，被动地驱动热泵(和/或发电机)运行。

图30中显示一个带蒸发器单元63和蒸发器单元64的基本型分体式热泵空调系统66。在风扇65的吹送下，空气流过蒸发器盘管66，加热或冷却空气被传送到楼宇中。带压缩机67和风扇68的蒸发器单元64，通过压缩制冷剂并利用泵压送其通过冷凝器盘管69以转移热量。

在本发明的一个实施例中，当风挡70或71打开时，风扇65和/或68可将内部与外部连通。例如，当风挡70打开并且风挡71关闭时，可借助太阳能空气加热器，利用热虹吸为风扇65供电。太阳能空气加热器的温度超过外部空气温度越大，热虹吸吸入的空气越多。当风挡71打开、风挡70关闭时，风扇68可推送源自太阳能空气加热器的已加热的正压空气，从而进一步增加热量。当风挡70和71关闭时，风扇65和风扇68可恢复原有功能，即协助浑浊空气循环再生。可使用任何类型的风挡，例如蝶形风挡或电动风挡。

空气通过换热器的流动模式

图16至22中的大多数实施例要求在不同的时间使用太阳能收集区和换热器，例如在太阳能时间使用太阳能热量收集器，在非太阳能时间或周围非常冷或热时使用换热器。表1中判断模式的条件4、5、7甚至11对此有明确的说明。然而，在某些情况下，太阳能收集区和换热器搭配工作时效果更好，这时应将管道和开口分开。在这种情况下，除了开口28、36、39和37之外，太阳能热量收集器的任一端部只需要使用图16至22中的风挡24和23。换热器需要两个开口为通道8服务(例如图20中的46和49)以及另外两个开口为通道6服务。换热器仍然可与太阳能热量收集器共用壳体。这些开口和管道在换热器中的位置决定了通道6和8内部的交错或逆流移动方向，目的是实现通道6和8之间的热传递最大化。

图31a-1显示了平板式换热器中可接受的外部、内部空气进出口位置，其中第一和第二通道6和8位于隔热底座1中，经过通道6、8的空气流向不一。换热通道6和8的布局以及通向这些腔室的管道，也取决于旨在排除内部空气或将外部空气引入内部的定位和布设偏好。例如，取决于是否要让空气从同一楼层进入和排出或是否是否要将空气馈入多层系统。总体说来，这样布置都是为了优化第一和第二换热通道6、8中的空气流之间的热传递，并且让楼宇中的空气发生循环以防止热量分层。

参照图31a，“ei”(外部空气进气)通过窗框、墙壁或中央供应管的通风口进入顶侧第二换热室8。第一和第二换热通道6、8之间进行热交换，“eo”(外部空气出气)从换热器下端进入内部。

-“ii”(内部空气进气)从前下角或侧面进入第一换热通道6，并将其热量传递到第二换热通道8。然后，“io”(内部空气出气)从顶部排放到外部。

在图31a显示的换热器实施例中，换热器单元可在开口25处(参见图1)等位置与太阳能收集区100A共用一个风扇。这种布设方案确保了腔室6和8之间有良好的覆盖与接触，特别是在安装了挡板以协助空气遍及整个表面时。

从房间下部排走不稳定的空气极具好处，此举可换掉那些倾向于停滞在楼宇内顶部的热量。图31a显示的就是这种情况。另一实施例，位置较低的空气温度也比较低，与室内空气的热交换量也少于上端抽出空气与室内空气的换热量。

图31b-

与图31a换热器空气流动相反。“Ei”从腔室8的下侧进入换热器，“eo”从顶部流入内部。“ii”从腔室6的上侧进入，“io”从底部开口排放到外部。

图31c-

“ei”从下端的两侧进入第二换热器室8，“eo”通过上端的开口被推入内部。

-“ii”从一侧的下端进入第一腔室6，“io”在另一侧的上端被推送到外部。

图31d-

Ex和eo-外部空气“ei”从一个下侧进入第二换热室8，“eo”从顶端离开第一个换热器室6。风挡打开，开口37处的风扇(参见图1)将空气吸入室内。

这个吸气效果可能不太理想，因为空气需要360度转弯才能被抽出。或，可将空气吸入风挡箱的一端(例如图8所示)并且在此处将空气直接排到内部。为此，可能需要加装一个风挡。

Ii和io-室内空气“ii”从一个下侧进入第二腔室8，从对面的上侧排出。此气流需要自己的风扇。

图31e-

“ei”从一个下侧进入第一腔室6，从对面的上侧离开。

“ii”经由开口进入第二腔室8，从一个上侧离开，流入外部。

在这种情况下，空气更难分散到腔室6和8的整个区域中，

因为它倾向于选择阻力最小的路径，会漏掉一些角落。这个问题可通过安装上述挡板来缓解。另一个不利之处在于，因为两个气流不是以逆流方式移动，所以可能热量吸收效果可能不太好。

然而，这个实施例选择从下方排走室内空气的做法是可取的，因为这样可换掉停滞在天花板下的空气。

图31f-

“ei”从下端的开口进入第一腔室6，“eo”从一个上侧离开，流入内部。eo处的风扇可抽吸空气。

“ii”从一个上侧进入第二腔室8，从对面的下侧排放到外部。

在这种情况下，外部空气从外部进入换热器，内部空气从房间的下半区排放到外部。只有房间上半区的空气因为外部空气的进入和内部空气的离开而得到循环。效果可能不理想。

图31g

ei和eo-当风挡22打开且风挡23关闭时(参见图1)，外部空气ei进入第一腔室6，从一个或两个下侧离开，流入内部。

Ii和io-内部空气ii经由开口进入腔室8，从一个或两个上侧离开。这种设计保证了第一腔室6和第二腔室8之间覆盖良好，特别是在外部空气通过两个下侧进入而且内部空气通过两个上侧排出的情况下。此外，从下端排走内部空气的做法有助于确保楼宇内的空气循环。

图31h

“ei”从一个上侧进入第一腔室6，从对面的下侧流入内部。

“ii”通过一个开口进入第二腔室8，从一个上侧离开。

这种设计保证了第一腔室6和第二腔室8之间的覆盖合理。浑浊空气从底部排走、加暖的新鲜空气从顶部进入的布局有利于循环。唯一的问题在于能否使用太阳能空气加热器所用的风扇。

图31i

“ei”从一个下侧进入第一腔室6，从对面的上侧离开。

“ii”从一个下侧进入第二腔室8，从对面的上侧离开。

在这种情况下，没有风扇或风挡可与太阳能收集区共用。这种布设方案的优点在于两个换热器室之间的覆盖良好，这也意味着外部空气的吸入和内部空气的排放将沿着一侧进行，与窗户的通风口连接时，工作效果良好。

图31j内部和外部空气都从下端流入。“Io”从两个上侧离开，“eo”从两个下侧离开。

图31k中，内部和外部空气都从下端流入，从侧面离开。“Io”从两个上侧离开，“eo”从一侧离开。

在图31l中，外部空气的吸入和内部空气的排出都是通过隔热壳体1表面上的插头实现的。

一般来说，将空气的自然反应收归己用是很好的做法。因此，当热空气升高并且冷空气下降时，首选方案是从换热器单元中的较低处取得内部空气(ii)，从该单元的上部取得外部空气(ei)。图31a、31g和31h中的设计就是这样做的。

以上是一些例子，但是风扇和风挡还有其他组合和位置方案，这些风扇和风挡可是电动的，也可是受与太阳能空气加热/冷却系统耦合的热泵内的热虹吸效应驱动。

风扇

图32-40中通常以箭头72来标示风扇，这些风扇特别适合配合本发明的收集器和/或换热器中或充当其组成部件。

图32显示管子F的轮廓。叶片73位于管内。管壁有开口(图32中未示出)，下文对此有进一步描述。

叶片73沿着轴线连接到圆柱形的中区E，可延伸至靠近管F内侧的外边缘，以便在中区“E”绕其纵向轴线旋转时防止泄露。在传统的螺旋钻中，流体沿着一个轴线方向传送。然而，在这个例子中，“A”区任一侧都有气流，“C1”和“C2”区从“A”区伸出，两区形似近螺旋形的螺旋钻区，手性相反。

如图33所示，开口“G”跟随叶片区“A”的轮廓，但其形状和尺寸取决于叶片的数量，稍后在图35和38中对此有描述。中区“E”顺时针旋转时，“叶片区A”将空气从一侧“拉”到另一侧。

参见图34，管段“J”阻止了从另一侧吸入“A”中空气的行为，从而避免了返流和效率低下问题。通过叶片区“A”吸入的空气，沿着中区“E”的两个方向传送。图35中的管段“H”阻止了空气再次流出，也避免了返流。开口“I”允许轴的一侧的空气从另一侧排出。根据旋转叶片区“A”产生的气流的规模和作用力，空气直接流入另一侧，并且以螺旋运动的方式，流入叶片区“B”的背部，此处的剩余气流与反方向流动的气流发生碰撞。叶片区“B”送走剩余空气。螺旋钻区“C”的圈数可根据需要增减。在一些实施例中，叶片区“A”可直接过渡到叶片区“B”，中间没有任何螺旋。

决定叶片区“A”相对于叶片其余部分的长度时，需要考虑两个因素以满足间距要求。首先，叶片区“A”对空气施加两个方向的推动力，所以在一些实施例中体积比较大。另外，空气可直接从开口“I”排出，也可绕叶片区“C”旋转，直到从叶片区“B”离开。

风扇72的首选实施例，可使用增材制造工艺(3D打印)来制造。

与标准横流式叶片不同，图32-40所示的风扇72令弯曲叶片的周边与管F的内壁之间的空间最小化，同时还不会对其旋转运动造成限制。这对于吸入空气的叶片A而言特别重要。与标准版本相比，这种设计除了可防止空气泄漏之外，还有实现总宽度最小化的优势。

图35显示了如何添加多枚叶片。在这个例子中，除了叶片72之外，还添加了一枚叶片74，令叶片区A和B始终能同时主动地吸入和送走空气。还可添加更多叶片。

图36是与轴线E连接的叶片区A的中心的横截面图，介绍了一种有利于吸入空气的叶片成形法。叶片离轴线最近的部位在旋转方向上凸起以减少阻力。叶片外部在旋转方向上凹陷，以便引导空气沿着C1和C2移动。可通过降低叶片中心任一侧凸起比例且增加凹陷比例来优化进气。“A”区可比其余区域长，这是为了应付向两个方向传送空气时的分开的那部分空气量。

图37是叶片区“B”的一个实施例，显示了与轴线E相连的B的中心的横截面，此处作用在于送走空气。它的下段凹陷，空气流动方向上的上段凸起比例较大，这是为了送走空气。

图38是包含多个叶片区A(i)的首选实施例。此例中，叶片区A1和A2完全延伸到管子F的内侧。它们形成了圆形螺旋以阻止空气反流并促使空气沿叶片流动。带轴线E的叶片中区A的横截面可能如图38中所示。在此中心任一侧上沿着叶片移动，凸形根部逐渐减小，凹形外部边缘尺寸增大，可引导空气流到叶片区A1和A2的外端。管子F中的开口G延伸到边缘K，空气从叶片区A1和A2，沿着轴的前表面被“拉”入。

与之形成对比的是，呈锥形螺旋状的叶片区B1和B2，因为叶片区的外边缘沿轴线缩小，在某处缩成一点。与图35所示的连续螺旋不同，现在叶片区B1/B2、A1/A2和B1/B2叶片区序列之间存在间隙。管段H阻止空气沿着正面(延伸到边缘K)流动，对面的开口I允许空气流到轴的背面。为了显示叶片B1和B2，图中对管段H进行了透明处理。锥形螺旋的优点在于，可从叶片区B1和B2经由开口I获得更均匀的空气并且将其推到轴线的另一侧。由于螺旋尾端会随着旋转方向移动，避免了产生拖曳力或阻力，所以能够防止空气被拉回轴的正面。一般说来，这种设计可最大化1)沿着叶片区A(i)从开口G吸进的空气量，2)沿着叶片区B(i)从I推走的空气量。

图39中显示了风扇75及叶片76的替代型。此例中使用了一个或多个弯曲叶片76。这些叶片具有凹陷压力面，可重叠。叶片也可绕轴线E略微扭转。只要这种设计有助于让空气如进入漏斗般沿着叶片区76和77流动，就可首先选用这个设计。有开口“G”。管段“J”阻止空气泄漏，弯曲的叶片吸入空气，并将其引向两端和开口“I”。如图40所示，在叶片76的任一侧，一个或多个具有凸形压力面的回弯叶片77将空气驱赶到轴线的另一侧。管段“H”依然用于阻止空气泄漏，开口“I”允许空气从轴的一侧流向另一侧。

可使用的替代叶片(未示出)是一种螺旋钻叶片，仅在一个方向上扭转，交替的对侧段被封闭，空气被从一侧拉入，再从另一侧被赶出。图32-38中显示的才是优选方案，因为围绕轴线的弯曲叶片预计比单向螺旋钻更能有效地将空气驱赶到开口“I”。

叶片是被机械装置驱动旋转还是依靠因收集器3内部与收集器3外部的实际温差引起的热虹吸/上升气流而转动，也对叶片的形状有影响。图29所示的实施例就存在这个情况，经由收集器3引发的热虹吸效应所产生空气移动，驱动风扇61旋转，进而发电。此例中，叶片区A处要形成一个可“捕风”的帆状叶片形状，推动叶片沿空气运动的方向旋转。配备多个叶片A(i)也很重要，如图35、38、39和40所示，这是为了保证叶片旋转到另一侧时，旋转动量不会丢失。

一般说来，为发电服务的叶片设计注重有效地转动轴线，换热器使用的机械驱动风扇的设计强调有效地驱动尽可能多的空气从轴的一侧移动到另一侧。图29中的集成在屋顶内的收集器也可在前文所述的所有模式中工作，例如在冬天充当加热器。然而，此实施例可使用夏季的富余热量来发电。其他实施例可使用光伏面板下产生的热量来转动风扇，让风扇成为发电源。收集器也可升级尺寸，安装在山坡上或楼宇上以达到发电的目的。

本发明的目的可概括为创造比标准版本更纤巧的风扇。这种风扇非常适合在太阳能热量收集器、换热器中使用，甚至还能充发电装置，如图29中的61所示。本发明包含一个或多枚叶片，叶片的功能是通过有选择地封闭各侧的对立交替段，将空气从轴的一侧“拉”到另一侧。叶片的形状要有利于让尽可能多的空气流入另一侧，并在区段“I”处沿交替对立的开口方向传送空气。开口“I”的另一侧也被封闭，从而阻止空气回流，防止效率低下。

上下文援引的所有申请、专利和出版物的全部披露内容(若存在)经引用并入本文。

本说明书虽然提及现有技术，但此等引述在全球任何国家皆不构成对“现有技术构成关于该项技术的公知常识”的承认或任何形式的暗示。

此外，从广义上说，本发明的存在体现在本申请说明书中提及或注明的部件、构件和特性中，对于此等部件、构件和特征的描述是针对个体或集体的，包含对多个个体的任何组合的描述。

若前面描述中提及的整体或组件存在已知等价物，则应认为此等整体已如单独列出一般在本文中被提及。

应该注意的是，对本文中所描述的当前优选实施例进行各种改变和修改，对于本领域技术人员是显而易见的事，此等改变和修改可在不脱离本发明的精神和范围、并且不本减损发明带来的优势的前提下做出。因此，此等改变和修改应被包含在本发明之中。

仅以举例的方式描述本发明的实施例，须知，对其实施的修改和添加不得超出所附权利要求所定义的范围。

Claims (20)

1.一种太阳能热量收集器，包括：

多个邻近排列的上部空气通道；

位于所述上部空气通道的第一端的第一控流器以及位于所述上部空气通道的第二端的第二控流器；每个控流器皆能在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置充分阻止空气流过所述上部空气通道，所述第二位置允许空气流过所述上部空气通道。

2.根据权利要求1所述的太阳能热量收集器，其中，每个控流器位于所述第二位置时，能充分阻止流体流过相关下属管道或开口。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能热量收集器，其中，每个控流器能移动至第三位置，所述第三位置允许流体流过所述上部空气通道并且还允许流体流过所述下属管道或开口。

4.根据权利要求1、2或3所述的太阳能热量收集器，其中，所述控流器包括能绕纵向轴线旋转的细长叶片。

5.一种换热器，包括主体、第一换热通道和与所述第一换热通道存在热接触的第二换热通道，其中，所述第一换热通道和所述第二换热通道中至少有一个通道设置有多个圆柱形或圆锥形的突起。

6.根据权利要求5所述的换热器，其中，所述突起的形状和位置被选择为增大一个或多个选定区域对流体流动的阻力。

7.根据权利要求6所述的换热器，其中，所述突起的形状和位置被选择为改善流过至少一个换热通道的流体分布。

8.根据权利要求5、6或7所述的换热器，其中，所述第一换热通道和所述第二换热通道之间设置有传热层，所述传热层由一个或多个圆柱形或圆锥形的所述突起支撑。

9.根据权利要求5、6、7或8所述的换热器，其中，所述主体由能模制或能3D打印的隔热材料构成。

10.一种包括安装在壳体内的能旋转的旋转体和用于旋转所述旋转体的装置的风扇，所述旋转体包括具有纵向轴线的细长的中区以及从所述中区伸出的至少一枚叶片，所述叶片或每个叶片具有近螺旋形部位，其中，第一开口位于所述壳体的第一侧，第二开口位于所述壳体的与所述第一侧相反的第二侧，所述第二开口的中心与所述第一开口的中心存在纵向偏离。

11.根据权利要求10所述的风扇，其中，所述叶片具有第二近螺旋形部位，而且所述第二近螺旋形部位具有与所述第一近螺旋形部位相反的手性。

12.根据权利要求11所述的风扇，其中，所述第一近螺旋形部位与所述第二近螺旋形部位基本连续。

13.根据权利要求11或12所述的风扇，其中，所述第一开口与所述第一近螺旋形部位和所述第二近螺旋形部位的交点基本轴向对准；所述壳体的第二侧有设置第三开口，所述第三开口位于所述第一开口的相对于所述第二开口的轴向对立侧。

14.根据权利要求10所述的风扇，其中，所述中区大致呈螺旋圆形，外区大致呈螺旋圆锥形。

15.一种包括安装在壳体内部的能旋转的旋转体和用于旋转所述旋转体的装置的风扇，所述旋转体包括具有纵向轴线的细长的中区以及至少一对叶片，所述至少一对叶片包括第一叶片以及与所述第一叶片偏离的第二叶片，所述第一叶片具有凹陷压力面和相对于所述纵向轴线呈近乎螺旋形的根部，所述第二叶片具有近乎凸出的压力面和相对于所述纵向轴线呈近乎螺旋形的根部，所述第一开口位于所述壳体的第一侧且与所述第一叶片轴向对准，所述第二开口位于所述壳体的与所述第一侧相反的第二侧，所述第二开口与所述第二叶片轴向对准。

16.一种包括主体、第一换热通道和与所述第一换热通道存在热接触的第二换热通道的换热器，其中，所述第一换热通道和所述第二换热通道中至少有一个通道与根据权利要求10-14中任一项所述的风扇流体流通。

17.根据权利要求5-9中任一项所述的换热器，其配备有根据权利要求10-14中任一项所述的风扇。

18.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能热量收集器，其与根据权利要求5-9、15或16中任一项所述的换热器联用并流体连接。

19.一种太阳能热量收集器，其包括根据权利要求5-9,15或16中任一项所述的换热器。

20.根据权利要求1-4或18-19中任一项所述的太阳能热量收集器，其配备根据权利要求10-15中任一项所述的风扇。