CN110382973A - 具有反射表面的太阳能收集器 - Google Patents
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Abstract
太阳能收集器将太阳辐射的能量转换成热能，并且通过工作流体移除所收集的能量。如果收集的热量没有被移除，则收集器会过热。根据本发明的具有反射表面的太阳能收集器通过以这样的方式反射辐射来防止太阳能收集器过热，即借助于第一透明表面(20)将光束校正到优选的角度并进一步指向通道(70)。在第二透明表面(40)上，光束再次被引导并且在第三透明表面(50)上，如果通道(70)中为空气，则光束被反射。如果工作流体流过通道(70)，则在第三表面(50)上没有反射，因此光束穿过吸收体(60)的不透明部分，在此太阳辐射转换成热能，该热能然后通过工作流体移除。
Description
技术领域
本发明涉及具有反射表面的太阳能收集器，并且根据国际专利分类归类为F25B25/00、F25B 27/002和F25B 30/00。
技术问题
在太阳能集热器(下称太阳能收集器)中，当由于没有热水消耗而没有工作流体流动时，即在无流动条件下，会发生过热和所谓的滞止温度/空晒温度。对于没有用于防止长波红外辐射的选择性涂层的无釉太阳能收集器而言，不会有过热问题，因为提高太阳能收集器温度会显著增加辐射和对流损失，并且在约1000W/m2的日照下，太阳能收集器温度保持在80℃以下，廉价的标准聚合物(PE、EPDM等)可以承受该温度。对于具有防止长期红外辐射的选择性涂层的釉面隔热太阳能收集器，辐射和对流损失较少，而在约1000W/m2的日照下，收集器温度上升到160℃以上。这种过热是由热能的蓄积引起的。由金属和玻璃制成的太阳能收集器耐受上述温度，并且通过使太阳能收集器的工作流体蒸发或通过回流系统或以第三方式来解决工作流体过热的问题。当重新使用时，去除的流体(即工作流体)返回到收集器，并且金属(Al、Cu、Fe等)和制造收集器的玻璃耐高达250℃的温度。这种高滞止温度妨碍了由廉价聚合物制造太阳能收集器，并且需要通向收集器的管道耐受在工作流体(即液体)变成气体时产生的高压。在低于100℃的温度下成功降低釉面收集器的滞止温度将允许收集器和通向收集器的导管的更好和更简单的结构解决方案。
背景技术
已经进行了多次尝试来形成用以防止釉面收集器内的高滞止温度的技术方案。Dockery在1972年获得使用在温度上升到允许的温度极限之上时蒸发的双层玻璃染色液体；此外，公开了在收集器温度过高时会膨胀成双层玻璃的深色珠子的使用(Harrison，1975)，以及由引擎驱动并在温度过高时拉出的幕帘的使用(Beikircher和Schmidt，2009)。对于受环境影响的预计将达到至少20年的使用寿命的收集器而言，所有上述方法价格过高且不可靠(在电力中断的情况下，保护系统不工作且收集器可能损坏)。
另一种方法是使用由于改变温度而改变性质的热致材料。当温度高于所需温度时(在太阳能收集器中超过80℃)，热致材料改变了透光性。这是一个很好的解决方案，但迄今为止使用的已知材料仅能够将滞止温度降低约20至30℃，并且无一成功将太阳能收集器温度从160℃降至100℃以下。
发明内容
本发明应用于侧面和下侧隔热的太阳能收集器，并且在上侧，太阳能收集器通过外部玻璃隔热，所述外部玻璃可以是单层或多层的并且可以由聚合物、玻璃或透明复合材料制成，并且具有防止太阳能收集器的红外辐射损失的内置材料。对于这种隔热良好的高效太阳能收集器，高滞止温度可能超过160℃，这会损坏太阳能收集器或其配件。
在本太阳能收集器中，与任何给定的收集器中一样，存在外透明板并且存在供用于散热的工作流体流过的通道。然而，通道在上侧由具有倾斜表面和透镜的透明板围住，并且在通道的底侧存在用于将太阳辐射转换成热量的吸收体。用于外板和透明板的可能的透明材料是聚合材料PC(聚碳酸酯)、丙烯酸酯、PMMA(聚(甲基丙烯酸甲酯))、EFTE(乙烯-四氟乙烯)、FEP(氟化乙烯-丙烯)、PVF(聚氟乙烯)(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PVC(聚氯乙烯)、PE(聚乙烯)或任何其它适于生产太阳能收集器或玻璃或透明复合材料的聚合材料，或它们的相互组合。
本发明的操作的实质在于，当不使用太阳能收集器并且由于工作流体的不流动或循环而没有热量排放时，落在太阳能收集器上的太阳光由透镜系统和倾斜表面引导成使得在到达吸收体之前落到透明板的后表面上的大部分太阳光被反射回来。透明板的所述表面由多个V形、凹形或凸形构成，并且太阳光实际上从一个表面的两个面反射回到环境中。这可以通过以下方式实现：由透镜系统及其倾斜表面引导的太阳光束以大于光束所源自的介质的临界角的角度到达倾斜表面(例如，对于PC聚碳酸酯与空气之间，临界反射角度为40°。只要光束在环境中反射，太阳能收集器既不会过热也不能使用，因为它不收集太阳辐射的能量。因此，一旦我们想要通过太阳能收集器收集太阳能，就必须中断光束的反射。这通过以下方式实现：当工作流体开始流经上述通道并由此将热量移除到罐中或者空间被加热时，由于所使用的液体具有远高于空气的折射率(n空气＝1；n乙二醇＝1.44；n水＝1.33)，这增大了透明材料与工作流体之间的临界角(例如PC与乙二醇之间为65°)，并且太阳辐射不是反射而是透过不透明的暗部，即吸收体。在本发明中，工作液体的进给和排出基于所谓的“回流”系统，其中工作液体仅在太阳能收集器工作时存在于太阳能收集器通道中，并且当太阳能收集器不工作时，工作液体返回罐。
例如，如果由透镜系统和由PC(聚碳酸酯)制成的透明板(位于与充满空气的通道的边界上)的反射表面上的倾斜表面以90°的直角引导光束，并且如果透明板带有例如呈“V”形的齿，其中在“V”的顶点处具有90°的角度，则光束被“V”形的两个表面反射，因为在“V”形的每个表面上，它们以45°角落下并且刚好在它们所来的方向上被反射，该45°的入射角度大于PC/空气转变区域的临界角40°。如果通道充满乙二醇而不是空气，则光束穿过“V”表面，因为45°的入射角度小于65°，这是PC/乙二醇转变区域的临界角。光束穿过透明板并且它们到达吸收体将导致太阳辐射转换成通过工作流体传递的热能。
相同的流动原理也可以应用于包含两个透明板的太阳能收集器，工作流体在所述两个透明板之间通过。唯一的区别是双反射板已经可以在其上有足够的反射，因此吸收体可以完全是黑色不透明的。
本发明的主要目的是将滞止温度降低到低于100℃的简单而有效的方法。这将实现高效太阳能收集器的全新结构。
第二目标是提供一种太阳能收集器，其在立面安装和不使用时有助于减少物体在夏季的发热，因为它反射太阳的辐射。
本发明的第三目的是实现所需太阳辐射的可管理性。根据形成V形表面的透镜的形状和倾斜度，我们可以选择光束部分反射的角度和在太阳能收集器的最大照射下要反射的辐射量，以及在太阳能收集器运行期间将最大限度地使用太阳光线的角度。例如，当设施上不需要热水或太阳辐射过多时，这可以弱化太阳能收集器的运行，并且在对热水的需求最大时将增加。当太阳光成直角落在太阳能收集器上时，通常会有过剩的辐射，而当它成锐角落下时，有必要最大限度地利用入射的辐射。
本发明的又一目的是提供一种太阳能收集器，其外透明板和其它透明板可以由聚合材料制成，从而使太阳能收集器比现有的太阳能收集器重量更轻并且制造成本更低。
本发明的又一目的是实现太阳能收集器的更好的机械性能，因为它是通过同时多重挤出工艺制造的，这确保了它被制成为紧凑的部件，从而便于更简单和更便宜的安装，特别是在建筑物的垂直墙壁上。
附图说明
在下文中，将参考附图详细描述本发明，其中：
-图1示出了根据本发明第一实施例的太阳能收集器；
-图2示出了图1所示的太阳能收集器的细节“Z”；
-图3示出了根据本发明第二实施例的太阳能收集器；
-图3a示出了图3所示的太阳能收集器的细节“Z”；
-图4示出了根据本发明第三实施例的太阳能收集器；
-图5示出了图4所示的太阳能收集器的细节“Z”；
-图6和7示出了当乙二醇在通道(70)中循环时在“V”形齿的情况下光束通过的示例，所述齿在“V”形的顶点处具有90°的角度；
-图8和9示出了当空气在通道(70)中循环时光束从“V”形齿的反射的示例，所述齿在“V”形的顶点处具有90°的角度；
-图10示出了当乙二醇在三角形截面通道(70)中循环时在“V”形齿的情况下光束的通过的示例，所述齿在“V”形(50)和(51)的顶点处具有90°的角度；
-图11示出了当三角形截面通道(70)中存在空气时在“V”形齿的情况下光束的反射的示例，所述齿在“V”形(50)和(51)的顶点处具有90°的角度；
-图12示出了当乙二醇在通道(70)中循环时光束凹形齿通过的示例；
-图13示出了当通道(70)中存在空气时来自凹形结构的光束反射的示例；
-图14示出了当乙二醇在通道(70)中循环时光束通过凸形结构的示例；
-图15示出了当通道(70)中存在空气时来自凸形结构的光束反射的示例；
-图16示出了包含另一透明板的太阳能收集器与两个热罐的连接；以及
-图17示出了具有透明板(13)和(14)的矩形截面通道(70)的实施例。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面定义一系列术语。这里，术语用于描述本发明的具体实施例，但是除了权利要求中所述之外，它们的使用并不限制本发明。
在本专利申请和权利要求中使用的术语“上”是指表面、板或表面的面向太阳光线(太阳)的一侧。
本专利申请和权利要求中使用的术语“下”涉及板、面板或表面的面向吸收体(60)或太阳能收集器的基座的一侧。
本专利申请和权利要求中使用的术语“内”涉及太阳能收集器内部的板、面板或表面。
根据本发明，具有反射表面的太阳能收集器包括：外透明板(10)；一个、两个或三个内透明板(11；12；13)，透明板(10；11；12)彼此平行并且围出第一间隙(30)和第二间隙(31)，第一和第二间隙(30；31)可以填充空气或工作流体；通道(70)，其填充有工作流体或空气，通道(70)在下侧由用于将太阳光转换成热能的吸收体(60)包围，并且在上侧由透明板(11)或吸收体(60)围出；隔热材料(90)，其设置在太阳能收集器的横向侧上；以及用于进给或移除工作流体的附加装置。所述透明板(10；11；12；13)在其上侧和/或下侧包括平坦表面或第一齿形表面(20)、第二齿形表面(40)和第三齿形表面(50；51；52)，所有提到的齿形表面提供太阳光束的引导或反射，取决于通道(70)或间隙(30；31)中存在的流体。
图1示出了根据本发明的太阳能收集器的第一实施例。
太阳能收集器包括：外透明板(10)，位于外透明板(10)与透明板(11)之间的第一间隙(30)；供工作流体循环通过的通道(70)，通道(70)在上侧由透明板(11)围住；用于将太阳光转换成热能的吸收体(60)，该吸收体位于通道(70)的下侧；设置在太阳能收集器的横向侧上的隔热材料(90)和设置在太阳能收集器的下侧的隔热装置(80)；以及用于引入或移除工作流体的附加装置，例如盖子、管子等。除了隔热装置(80)之外的所有部件都可以通过多重挤出工艺制造。气密或抽真空的间隙(30)设置在外透明板(10)的表面的下侧与透明板(11)之间。在其表面下侧指向间隙(30)的外透明板(10)具有第一齿形表面(20)，其齿形用于将光束引向透明板(11)的上表面。面朝边缘的板(11)包括第二齿形表面(40)，其齿形形状用于进一步引导光束。透明板(11)——其下侧限定通道(70)的上表面——包括第三齿形表面(50)，其齿形具有引导或反射光束的功能。容纳在通道(70)中的流体可以是流过通道或空气的工作流体。通道(70)可以具有矩形、三角形、梯形或多边形横截面。在其中通道(70)具有矩形横截面的太阳能收集器的实施例中，第三齿形表面(50)设置在透明板(11)的下侧，如图1-9和12-15所示。在其中通道(70)具有三角形横截面的太阳能收集器的实施例中，如图10和11所示，通道(70)——其三角形横截面的一侧由透明板(11)的下侧界定——包括齿形表面(50)，而横跨(70)的三角形横截面侧面构成可以是或不是齿形的表面(52)和齿形表面(51)。与通道(70)相邻的通道(70)——其具有由吸收体(60)限定的三角形横截面的一侧——包括齿形表面(51)的最多三分之二。
齿形表面(20)、(40)、(50)、(51)和(52)各自包含多个齿形。所述形状可以以如下方式呈波浪形或齿形：它们的齿或波的尖端沿太阳能收集器通道(70)的纵向方向延伸。齿形表面(20)、(40)、(50)、(51)和(52)的侧壁可以由平坦的形状(即“V”形)以及凸形、凹形或以各种形状的弯曲形状形成。在本发明的一个优选实施例中，齿形表面(50)和(51)的侧壁是平的，即它们形成“V”形，在“V”形的顶部或顶点处的角度等于或大于90°。齿形表面(20)、(52)具有光学透镜功能，即引导光束，并且齿形表面(40)、(50)和(51)具有光学透镜和/或光学棱镜的功能，即，它们引导或反射光束；或者它们既引导又反射光束。根据本发明，每个所述齿形表面(20)、(40)、(50)、(51)和(52)可以由各种齿形形状形成，即在一个太阳能收集器中，每个所述齿形表面可以应用一种形状或它们的相互组合。
在通道(70)的三角形、梯形或多边形横截面的实施例中，第三齿形表面(50)和(51；52)由多个齿形形状构成，所述齿形形状的外形意味着透明板(11)、(13)与通道(70)中的工作流体之间的用于将光束引导到通道(70)的临界反射角度，同时当在通道(70)中工作流体不循环但有空气时在透明板(11)、(13)与空气或真空之间提供更大的反射角度，从而提供光束反射回到外透明板(10)、第三齿形表面(50)和(51；52)上的外齿形形状，这取决于在通道(70)中循环的工作流体类型。
光束朝向间隙(30)穿过外透明板(10)的上平坦表面。外透明板(10)的第一齿形表面(20)将光束以优选的角度引向形成为第二齿形表面(40)的透明板(11)的上表面。穿过透明板(11)的光束再次被引向第三齿形表面(50)。在第三齿形表面(50)上，光束被反射或部分反射(如果通道(70)中是空气)，并且剩余的光束到达齿形表面(52)，在此它们被进一步引导而在表面(51)上反射。如果在通道(70)中存在工作流体，则光束将穿过齿形表面(50)、(51)、(52)和工作流体。如果通道(70)填充有空气，则由于大量齿形而反射大部分光束，其中光实际上在该形状内的两个齿形表面上，因为光束落在第三齿形表面(50)和(51)的内表面上的角度大于透明板(11)与通道(70)中的空气之间的临界反射角度。如果通道(70)充满工作流体，则第三齿形表面(50)和(51)不反射，但是光束穿过工作流体而到达吸收体(60)，在此太阳的辐射转换成热能，该热能由流过通道(70)的工作流体进一步除去。
该实施例还允许间隙(30)填充工作流体，并且当通道(70)中不是工作流体(即通道充满空气)时通过外透明板(10)与环境进行热交换。外透明板(10)由聚碳酸酯或另一种具有高红外辐射吸收和发射的透明材料制成，从而进一步改善了与环境的热交换(除传导和对流外)。
图3中示出了根据本发明的太阳能收集器的第二实施例。与图1的太阳能收集器的第一实施例一样，齿形表面(20)、(40)、(50)和(52)具有光学透镜的功能，即引导或反射光束。齿形表面(20)、(40)、(50)、(51)和(52)的侧壁可以由齿形形状形成，该齿形性状可以是平坦的，即“V”形、凸形、凹形或呈各种形状弯曲。在本发明的一个优选实施例中，齿形表面(50)和(51)的侧壁是平的，即它们形成“V”形形状，“V”形形状的顶点处的角度等于或大于90°。此外，每个所述齿形表面(20)、(40)和(50)、(51)和(52)可以由不同的齿形形成，即，在一个太阳能收集器中，每个所述齿形表面可以应用一种形状或它们的相互组合。
图3所示的太阳能收集器包括外透明板(10)和第二透明板(12)、位于外透明板(10)与第二透明板(12)之间的第二间隙(31)以及朝向第一间隙(30)定向的第一齿形表面(20)，其中第一间隙(30)位于第二透明板(12)与透明板(11)之间。透明板(11)的上侧包括：朝向第一间隙(30)定向的第二齿形表面(40)，并且在其下侧存在朝向吸收体(60)定向的第三齿形表面(50)以用于将光转换成热能；供流体流过(循环)的通道(70)；设置在太阳能收集器的侧面上的隔热材料(90)以及设置在太阳能收集器的下侧的任选的隔热材料(80)；以及用于引入和移除工作流体的附加装置，例如盖子、管子等。在图3所示的实施例中，用于将光转换成热能的不透明吸收体(60)位于通道(70)的底部。
图3所示的太阳能收集器的工作原理与图1相同，另一可能性是第二间隙(31)充满工作流体，使得外透明板(10)与环境进行热交换，而不论太阳能收集器是否工作，即通道(70)使工作流体循环或空气填充通道。外透明板(10)由聚碳酸酯或另一种具有高吸收和红外发射的透明材料制成，从而进一步改善与环境的热交换(除传导和对流外)。
在图4所示的太阳能收集器的实施例中，太阳能收集器包括位于外透明板(10)与第一间隙(30)之间并形成另外的第二间隙(31)的第二透明板(12)。外透明板(10)在该板的朝向外部空间或环境定向的一侧包括第一齿形表面(20)并且在面向第二透明板(12)的一侧包括第二齿形表面(40)。第一齿形表面(20)的齿形用于将光束引导到位于外透明板(10)下侧的第二齿形表面(40)并引向第二间隙(31)。第二齿形表面(40)用于使光束通过或反射并部分地通向透明板(12)，透明板(12)在其上侧具有第三齿形表面(50)，其可以进一步重定向光束。
图5示出了图4中的细节“Z”。外部透明板(10)的上表面——光束最初落到其上——被构造为第一齿形表面(20)并用于引导光束。外透明板(10)的下部内表面——其朝第二间隙(31)定向——被构造为第二齿形表面(40)。第二间隙(31)在下侧与第二透明板(12)接界，与第二间隙(31)接界的表面被构造为第三齿形表面(50)，用于引导光束并且如果需要的话从透明板(12)的朝第一间隙(30)定向的平坦表面反射它们。板(12)的指向第一间隙(30)和吸收体(60)的下侧被构造为平坦表面。透明板(12)与限制通道(70)的吸收体(60)之间的第一间隙(30)充满空气，或者内部可以存在真空。在图4所示的实施例中，不透明吸收体(60)位于通道(70)的上侧。
落在外透明板(10)的上表面及其第一齿形表面(20)上的光束被导向第二齿形表面(40)，并且如果空气位于第二间隙(31)中，则光束的一部分在第二齿形表面(40)上反射，而另一部分被导向第三齿形表面(50)，在此光束以大于临界反射角度的角度被引导回到透明板(12)的与第一间隙(30)接界的下平坦表面，并朝上表面反射回到环境中。
如果工作流体在第二间隙(31)中循环，则落在外透明板(10)的上表面上的光束及其第一齿形表面(20)被导向第二齿形表面(40)并进一步引导到第三齿形表面(50)和吸收体(60)，在此光束的能量被转换成热能并且通过通道(70)的工作流体被进一步去除。
图6示出了对于外透明板(10)和透明板(11)(这两个板都由聚碳酸酯(折射率n＝1.59)制成)，在546nm波长的太阳辐射下，光束通过由多个“V”形齿在“V”形的顶点处以90°角形成的齿形表面(50)的侧壁的示例。光束穿过外透明板(10)、第一齿形表面(20)和第二齿形表面(40)，与透明板(11)的法线成5°角落在齿形表面(50)的侧壁上，其中工作液体乙二醇(折射率n＝1.43)在太阳能收集器的通道(70)中循环。相对于第三齿形表面(50)的垂直侧壁，聚碳酸酯-乙二醇转变区域的全内反射的临界角为64°。光束穿过外透明板(10)、第一齿形表面(20)、第一间隙(30)和第二齿形表面(40)，并与由聚碳酸酯制成的第三齿形表面(50)的侧壁的法线成50°角落下。由于50°度角低于64°的全反射临界角，光束进入乙二醇，并且进一步通过乙二醇，几乎所有能量都被传递到吸收体(60)，该吸收体将太阳辐射的能量转换成热能。
图7示出了对于由聚碳酸酯(折射率n＝1.59)制成的太阳能收集器，在546nm的太阳辐射的波长下，光束在由“V”形齿在“V”形的顶点处以90°角形成的齿形表面(50)的侧壁的情况下通过的示例。穿过外透明板(10)的表面、第一齿形表面(20)和第二齿形表面(40)的光束相对于透明板的法线以0°角下落到第三齿形表面(50)的侧壁上，其中工作流体乙二醇(折射率n＝1.43)在太阳能收集器的通道(70)中循环。聚碳酸酯与乙二醇之间的临界反射角度与所述垂直方向成64°。光束穿过外透明板(10)、第一齿形表面(20)、第一间隙(30)和第二齿形表面(40)并以45°的角度到达由聚碳酸酯制成的第三齿形表面(50)(的侧壁)的法线。由于45°的角度低于全反射的临界角64°，所以光束被折射并穿过乙二醇，并且进一步通过乙二醇，几乎所有能量都被传递到吸收体(60)，该吸收体将太阳辐射的能量转换成热能。
图8示出了当太阳能收集器的通道(70)中存在空气(折射率n＝1)时，当光束相对于透明板(11)的侧边缘的法线以0°的角度落在太阳能收集器上时，对于由聚碳酸酯(折射率n＝1.59)制成的太阳能收集器，在546nm的太阳辐射的波长下，光束在“V”形齿在“V”形的顶点处以90°角形成的齿形表面(50)的侧壁上反射的示例。聚碳酸酯与聚碳酸酯-空气边界的空气之间的全反射临界角相对于第三齿形表面(50)的侧边缘的法线为39°。光束穿过外透明板(10)、第一齿形表面(20)、第一间隙(30)和第二齿形表面(40)，并与由聚碳酸酯制成的第三齿形表面(50)的侧边缘的法线成45°的角度落下。由于光束的入射角度大于39°的反射临界角度，光束被反射并再次成45°的角度落在另一个相邻的表面(50)上，并且再次反射并与入射光束基本平行地返回，入射光束沿相反的方向返回环境。
图9示出了在光束相对于外透明板(11)的垂直边缘成5°的角度落到太阳能收集器上的情况下与图7相同的示例。由于光束在由聚碳酸酯制成的第三齿形表面(50)的垂直边缘上的入射角度为50°，这大于39°的临界反射角度，所以光束被反射并以40°的角度落到相邻表面(50)上，该角度大于39°的临界反射角度，并且再次反射并与入射光束基本平行地返回，入射光束沿相反的方向返回环境。
图10示出了对于通道(70)具有三角形横截面的太阳能收集器并且在546nm的太阳辐射波长下，由“V”形齿在“V”形的顶点处以90°角形成的齿形表面(50)和(52)的侧壁的示例。透明板(11)由聚碳酸酯(折射率n＝1.59)制成。工作流体乙二醇(折射率n＝1.43)在通道(70)中循环。光束穿过外透明板(10)、第一齿形表面(20)、第一间隙(30)和第二齿形表面(40)，并以小于临界反射角度64°的角度到达第三齿形表面(50)的垂直边缘，进入乙二醇，并穿过乙二醇到达齿形表面(52)并进入聚碳酸酯。离开聚碳酸酯后，它到达聚碳酸酯表面(51)的角度低于64°的临界反射角度，因此光束重新进入乙二醇，并通过乙二醇到达吸收体(60)，从而将几乎全部能量传递到吸收体(60)，该吸收体将太阳辐射的能量转换成热能。
图11示出了在三角形截面的通道(70)中存在空气的情况下并且在这种情况下光束以从透明板(11)返回到环境的方式被反射的一个光束的与图10中相同的示例。在光束以0°角(低于39°)落在齿形表面(50)的侧壁的法线上的情况下，光束穿过聚碳酸酯壁并进入通道(70)中的空气，它从通道(70)落在齿形表面(52)上并进入透明板(13)，与法线成大于39°的角度落在齿形表面(51)的壁上，进一步从一个壁反射到另一个壁，在此它再次与法线成大于39°的角度落下，反射到壁(52)，该壁可以是平坦的或齿形的，在此它折射并离开齿形表面(50)的外壁，进一步折射并从透明板(11)离开回到环境中。
透明板(13)借助于它们引导的表面(52)位于通道(70)内，并且当通道(70)充满空气时，它们借助于表面(51)反射光束。透明板(13)的位置可以使得它取代透明板(14)，因为除了引导和反射光束之外，它还具有结构上的作用，即机械地间隔开，如图10和11所示。透明板(13)的位置可以使得它仅执行引导和反射光束，并且它们相对于板(11)相互平行或倾斜，其中透明表面(14)是如图17所示的结构元件。
图12和13示出了针对546nm的太阳辐射波长以及聚碳酸酯透明板(11)(折射率n＝1.59)的本发明的一个实施例，其中齿形表面(50)的侧壁具有凸形。光束穿过外透明板(10)、第一齿形表面(20)和第二齿形表面(40)，相对于太阳能收集器的法线以8°的角度落在齿形表面(50)的侧壁上。图12示出了在乙二醇在通道(70)中循环的情况下的示例，并且由于由聚碳酸酯制成的透明板壁(11)与乙二醇之间的折射率n＝1.43，光束如上所述通过。图13示出了在通道(70)中存在空气的情况下的示例，并且由于由聚碳酸酯制成的透明板(11)与乙二醇之间的折射率n＝1.43，光束如上所述被反射。
图14和15示出了针对546nm的太阳辐射波长以及均由聚碳酸酯(折射率n＝1.59)的外板(10)和透明板(11)的本发明的一个实施例，其中齿形表面(50)的侧壁具有凹形。光束穿过外透明板(10)、第一齿形表面(20)和第二齿形表面(40)，相对于太阳能收集器的法线以8°的角度落在齿形表面(50)的侧壁上。图14示出了在乙二醇在通道(70)中循环并且由于由聚碳酸酯制成的透明板(11)的壁与乙二醇之间的折射率n＝1.43，光束如上所述通过的情况下的示例。图15示出了在通道(70)中存在空气并且由于聚碳酸酯透明板(11)的壁与空气之间的折射率n＝1.43，光束如上所述被反射的情况下的示例。
图17示出了矩形横截面通道(70)的另一实施例，该矩形横截面通道包括透明板(14)，该透明板机械地保持透明板(11)与吸收体(60)之间的间隙，从而限制通道(70)和通道(70)内的透明板(13)。
图1至4所示的太阳能收集器实施例可以以这样的方式实施，即在图1和2所示的根据本发明的第一间隙(30)中，或者在图3和4所示的根据本发明的第二间隙(31)中，存在液体循环。流过通道(70)的工作流体可以流到同一罐，或者它可以流入可以如图16所示级联连接的单独的罐中。根据本发明，可以设想，根据太阳能收集器设计而定，第一间隙(30)或第二间隙(31)通过管道与第一罐(100)，通过供工作流体流过的通道(70)与第二罐(110)连接。
对于包含第一间隙(30)的太阳能收集器的实施例，图16示出了流过第一间隙(30)的工作流体将废热移除到第一罐(100)中的示例，其中较低温度在0-20℃的范围内，或者其可用于加热热泵蒸发器，该热泵蒸发器可以使用来自低温液体的热量，并且流过通道(70)的工作液体将热量吸入通常用于热水消耗的第二罐(110)中，其中温度在50至70℃的范围内。罐(100)和(110)以这样的方式级联连接，即温度为约15℃的冷水首先进入第一罐(100)，然后被带到第二罐(110)。这导致系统具有特别高的效率，因为如果外部温度为约20-30℃，则通过外透明板(10)的损失减少，因为代替将来自外透明板(10)的热量传递到环境中，它被传递到第一间隙(30)中的液体中，然后被移入第一罐(100)中。
图3和4所示的太阳能收集器可以这样的方式实施，即附加的透明板(12)放置在第一间隙(30)中，从而形成另外的第二间隙(31)。具有附加透明板(12)的本发明的实施例还允许根据图16中所示的实施例连接太阳能收集器。图16示出了一个示例，其中流过与外透明板(10)和附加透明板(12)接界的第二间隙(31)的液体可以将废热吸入第一罐(100)中，其中较低温度在20-40℃的范围内，或者可以用于加热热泵蒸发器，该热泵蒸发器可以利用来自低温液体的热量，并且通过通道(70)的工作流体将热量吸入到通常用于热水的罐(110)中，其中温度在50至70℃的范围内。罐(100)和(110)级联连接，使得约15℃的冷水首先进入第一罐(100)，然后被带到第二罐(110)。与前一种情况下一样，在环境温度为约20-30℃的情况下，通过外透明板(10)的热损失减少，因为热量不是进入环境，而是通过流过第一间隙(30)的液体移入第一罐(100)中。
从前面对本发明的描述中，显然可以对根据本发明的太阳能收集器进应用各种变更、变型和改型，这些变更、变型和改型不超出下面定义的权利要求的范围。因此，本发明的描述和附图被认为是说明性的，不应被解释为限制本发明的范围。
使用的附图标记清单：
-10 外透明板
-11 透明板
-12 第二透明板
-13 通道70内的透明板
-14 通道70内的透明板
-20 第一齿形表面
-30 外透明板10与透明板11之间的第一间隙
-31 外透明板12与透明板11之间的第二间隙
-40 第二齿形表面
-50 第三齿形表面
-51 第三齿形表面
-52 第三齿形表面
-60 吸收体
-70 通道循环流体
-80 绝热材料
-90 始终充满空气的结构绝缘材料
-100 具有第一罐的换热器
-110 具有第二罐的换热器
Claims (15)
1.一种具有反射表面的太阳能收集器，包括：外透明板(10)；一个、两个或三个内透明板(11；12；13)，所述透明板(10；11；12)彼此平行并围出第一间隙(30)和第二间隙(31)，所述第一间隙和第二间隙(30；31)能够充满空气或工作液体；通道(70)，所述工作液体流过所述通道(70)或者所述通道(70)充满空气，所述通道(70)的下侧由用于将光能转换成热能的吸收体(60)制成并且在上侧由所述透明板(11)或所述吸收体(60)围住；绝热装置(90)，其设置在所述太阳能收集器的横向侧上；以及用于引入或排出所述工作液体的附加装置，其中，所述透明板(10；11；12；13)在上侧和下侧具有平坦表面或者第一齿形表面(20)、第二齿形表面(40)和第三齿形表面(50；51；52)，所述齿形表面用于根据位于所述通道(70)中或所述间隙(30；31)的流体引导或反射光束。
2.根据权利要求1所述的太阳能收集器，其中，每个所述齿形表面(20)、(40)、(50)、(51)和(52)包括多个齿，所述多个齿沿所述通道(70)的纵向方向延伸，其中所述齿形表面(40)、(50)、(51)和(52)的侧壁呈平坦的“V”形、凸形或凹形。
3.根据权利要求1和2所述的太阳能收集器，其中，每个所述齿形表面(20)、(40)、(50)、(51)和(52)能够具有形状相同或形状互不相同的侧壁。
4.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能收集器，其中，所述通道(70)能够具有矩形、三角形、梯形或多边形的横截面。
5.根据权利要求1、2、3和4所述的太阳能收集器，其中，所述外透明板(10)在指向所述第一间隙(30)——所述第一间隙(30)由所述外透明板(10)和所述透明板(11)围出——的表面的下侧包括第一齿形表面(20)，所述透明板(11)在与所述第一间隙(30)接界的一侧包括第二齿形表面(40)，并且所述透明板(11)在其与所述通道(70)接界的下侧包括第三齿形表面(50)，所述第三齿形表面的多个齿能够在所述工作液体在所述通道(70)中循环时引导光束或者在所述通道(70)充满空气时反射光束。
6.根据权利要求5所述的太阳能收集器，其中，所述通道(70)包括具有所述第三齿形表面(52)和(51)的透明板(13)，所述第三齿形表面(52)用于将光束引导到第三齿形表面(51)，所述第三齿形表面(51)用于在所述工作液体在所述通道(70)中流动时引导光束或者用于在所述通道(70)充满空气时反射光束。
7.根据权利要求1、2、3和4所述的太阳能收集器，其中，所述第二透明板(12)形成位于所述外透明板(10)与另一透明板(12)之间的所述第二间隙(31)和位于所述第二透明板(12)与所述吸收体(60)之间的所述第一间隙(30)。
8.根据权利要求1、2、3和4的太阳能收集器，其中，所述第二透明板(12)形成位于所述外透明板(10)与所述第二透明板(12)之间的所述第二间隙(31)，以及位于所述第二透明板(12)与从所述通道(70)的上侧围住所述通道(70)的透明板(11)之间的第一间隙(30)。
9.根据权利要求7所述的太阳能收集器，其中，所述外透明板(10)在其上侧上具有所述第一齿形表面(20)并且在其指向所述第二间隙(31)的表面的下侧具有所述第二齿形表面(40)，所述第二齿形表面(40)的齿能够在所述工作液体在所述第二间隙(31)中流动时将光束引导到所述透明板(12)或者在空气处于所述第二间隙(31)中时反射光束，所述另一透明板(12)的上侧包含用于引导光束的第三齿形表面(50)。
10.根据权利要求8所述的太阳能收集器，其中，所述透明板(12)的指向所述第一间隙(30)的下侧包括所述第一齿形表面(20)，所述透明表面(11)在其上侧包括所述第二齿形表面(20)，并且在其围住所述通道(70)的下侧包括第三齿形表面(50)，所述第一间隙(30)包含空气或工作液体在其中循环。
11.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能收集器，其中，所述工作液体能够在所述第二间隙(31)中流动或者其中有空气，在这种情况下，所述太阳能收集器能够绝热。
12.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能收集器，其中，所述外透明板(10)、所述内透明板(11；12；13)、所述通道(70)由聚合材料、玻璃或透明复合材料或者它们的相互组合制成。
13.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能收集器，其中，所述聚合材料是PC(聚碳酸酯)、丙烯酸酯、PMMA(聚(甲基丙烯酸甲酯))、EFTE(乙烯-四氟乙烯)、FEP(氟化乙烯-丙烯)、PVF(聚氟乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PVC(聚氯乙烯)和PE(聚乙烯)，或任何其它适于制造太阳能收集器的聚合材料。
14.根据权利要求13所述的太阳能收集器，其中，所述外透明板(10)、所述内透明板(11；12；13)、所述通道(70)、所述吸收体(60)和所述隔热材料(90)通过同时多重挤出制成为一个紧凑的部件。
15.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能收集器，其中，所述第一间隙(30)或所述第二间隙(31)经由管道与第一罐(100)连接，所述工作液体从中流过的所述通道(70)与第二罐(110)连接，其中流过所述第一间隙(30)或所述第二间隙(31)的工作液体将废热移入所述第一罐(100)中，其中温度在0-20℃的范围内，并且流过所述通道(70)的工作液体将热量移入所述第二罐(110)中，在所述第二罐(110)中温度在50至90℃的范围内，其中所述第一罐(100)和所述第二罐(110)以这样的方式级联连接，即温度为10℃的水首先进入所述第一罐(100)，然后进入所述第二罐(110)，或者通过热泵蒸发器从所述第一罐(100)移除热量。
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