專利名稱：用于有整體式停滯溫度控制的太陽能收集器的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域這項發(fā)明涉及太陽能收集器的方法和裝置，具有對太陽能收集器能達到的最高溫度的整體控制，借此避免收集器溫度超過停滯溫度。
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)所有的太陽能收集器都存在收集器達到非常高的溫度的潛在可能，尤其是在沒有或幾乎沒有通過收集器的散熱的時候。例如，在依靠傳熱流體通過吸收體的循環(huán)轉(zhuǎn)移來自收集器的熱量的太陽能加熱系統(tǒng)(例如，太陽能熱水系統(tǒng))中，當傳熱流體的循環(huán)停止的時候，或在長期有熱水被消耗期間，收集器在停電期間能達到高的溫度。在這些情況之下，太陽能收集器能達到超過170℃的“停滯”溫度。除了損壞收集器零部件的可能性之外，暴露在這樣高的溫度下能使傳熱流體快速地降解或者甚至沸騰。另外，過高的壓力將導致太陽能收集器傳熱回路作為高停滯溫度的結(jié)果。
這個問題在一年之中有可能出現(xiàn)冰凍溫度的氣候中特別尖銳。為這些氣候設計的太陽能加熱系統(tǒng)通常使用抗結(jié)冰傳熱流體把熱量從太陽能收集器傳送到負載。普遍使用的抗結(jié)冰流體是在升高的溫度(例如，高于大約120℃)下容易惡化的丙二醇/水混合物。升高的收集器溫度可能使這種傳熱流體變成腐蝕性的，從而導致加速結(jié)垢以及太陽能收集器零部件和相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)零部件的腐蝕。
除了這些可靠性問題之外，太陽能熱水系統(tǒng)中升高的太陽能收集器溫度還可能導致在熱水儲罐中沸騰的溫度--一種對于系統(tǒng)的使用者可能危險的情況。為了避免這種可能有害的情況，當蓄熱器達到高溫的時候停止傳熱流體通過太陽能收集器的循環(huán)(例如，通過關(guān)閉循環(huán)泵)是可能的。盡管這將減少沸騰的可能性，但是它僅僅加重高停滯溫度問題。
迄今已經(jīng)提出了許多用來避免太陽能收集器中過高的溫度的設計。例如，授權(quán)給Buckley的美國專利第4,150,659號、授權(quán)給Palmer的美國專利第4,219,009號和授權(quán)給Chertok的美國專利第4,503,840號都揭示了通過在收集器的上表面或兩端安排有溫差驅(qū)動的調(diào)節(jié)風門的排氣口在吸收體和玻璃窗之間提供通風空間的太陽能收集器。授權(quán)給Scott的美國專利第4,046,134號推薦一種太陽能收集器，其中玻璃窗和吸收體之間的空間是通過使用溫差驅(qū)動機構(gòu)升高和降低在收集器的其它部分上方的玻璃窗通風的。授權(quán)給Rich的美國專利第5,404,867號揭示一種太陽能收集器，其中玻璃窗和吸收體之間的空間是通過提供在達到特定的高溫的時候彎曲的玻璃窗通風的，借此在玻璃窗的周邊提供通風。授權(quán)給Niedermyer的美國專利第4,226,225號揭示一種借助安排在收集器兩側(cè)的溫差驅(qū)動的排氣口實現(xiàn)吸收體兩邊空間的通風的太陽能收集器。美國專利第4,422,443號描述一種有雙層玻璃窗的太陽能收集器，其中玻璃窗之間的空間是借助安排在收集器兩邊的溫差驅(qū)動的排氣口通風的。授權(quán)給Lorenz的美國專利第4,237,865號揭示一種用于建筑物的對流空氣加熱的有空氣通道的太陽能加熱板。安排在加熱板前面的溫差驅(qū)動的排氣口提供通道通風。然而，所有這些早先的設計的問題是排氣口是在收集器的頂端或兩側(cè)提供的，這考慮到碎屑和潮氣進入收集器并且聚積在玻璃窗的內(nèi)表面和吸收體的表面上，從而降低效率而且增加收集器的維護費用。此外，這樣的排氣口布局使它們變得易受氣候影響，從而降低它們的可靠性。
本發(fā)明的概述依照本發(fā)明的第一方面，提供一種太陽能收集器，其中包括由玻璃窗組成的頂部部分，底部部分；安排在所述的頂部部分和所述的底部部分之間用來吸收通過所述的玻璃窗接受的太陽能的吸收體，所述的吸收體在所述的底部部分上方呈隔開的關(guān)系，以致在所述吸收體的下表面和所述底部部分的上表面之間定義一個通道；與所述吸收體和所述底部部分之間的所述通道相關(guān)聯(lián)實質(zhì)上在所述通道兩端用來使所述通道空氣流通的入口和出口；以及用來在溫度等于或高于第一個選定溫度時打開所述的出口和在溫度等于或低于第二個選定溫度時關(guān)閉所述出口的調(diào)節(jié)風門；其中所述的第一個和第二個選定溫度都在太陽能收集器的停滯溫度以下。
在一些實施方案中，所述的第一個選定溫度和所述的第二個選定溫度是相同的。在優(yōu)選的實施方案中，所述的底部部分包括所述的入口和所述的出口，而且所述的出口相對于所述的入口可能是抬高的。
在優(yōu)選的實施方案中，至少一個定義所述通道的表面是高輻射系數(shù)表面。高輻射系數(shù)表面可能包括高輻射系數(shù)涂層。優(yōu)選的是所述的至少一個表面有至少0.5的輻射系數(shù)。
在一些實施方案中，所述的吸收體在所述的玻璃窗下面處在實質(zhì)上平行隔開的安排之中，而且所述的在所述的吸收體和所述的玻璃窗之間的空間與所述的通道分離。至少所述的調(diào)節(jié)風門的所述的打開和所述的關(guān)閉之一可能是無源地驅(qū)動的。調(diào)節(jié)風門可能是溫差驅(qū)動的而且包括至少一個選自充氣活塞、蠟填充的傳動裝置、雙金屬彈簧和形狀記憶合金的構(gòu)件。
依照本發(fā)明的第二方面，提供控制太陽能收集器的溫度的方法，該太陽能收集器包括由玻璃窗組成的頂部部分、底部部分和安排在所述的頂部部分和所述的底部部分之間用來吸收通過所述的玻璃窗接受的太陽能的吸收體，所述的方法包括將所述的吸收體按照隔開的關(guān)系安排在所述的底部部分上方，以致在所述吸收體的下表面和所述底部部分的上表面之間定義一個通道；提供與所述的通道相關(guān)聯(lián)實質(zhì)上在所述通道兩端用來使所述通道空氣流通的入口和出口；在溫度等于或高于第一個選定溫度時打開所述的出口；以及在溫度等于或低于第二個選定溫度時關(guān)閉所述的出口；其中所述的第一個和第二個選定溫度都在太陽能收集器的停滯溫度以下。
在一些實施方案中，所述方法進一步包括這樣安排所述的太陽能收集器以致所述的出口相對于所述的入口是抬高的。在優(yōu)選的實施方案中，所述方法進一步包括將高輻射系數(shù)至少提供給定義所述通道的所述表面之一。所述的至少一個高輻射系數(shù)表面可能是通過涂布高輻射系數(shù)涂層提供的，而且輻射系數(shù)可能是至少大約0.5。
所述方法可能進一步包括無源地打開和關(guān)閉所述的出口，和可能使用溫差驅(qū)動的調(diào)節(jié)風門。在各種不同的實施方案中，打開和關(guān)閉所述的出口是借助選自充氣活塞、蠟填充的傳動裝置、雙金屬彈簧和形狀記憶合金的傳動裝置實現(xiàn)的。
依照本發(fā)明的第三方面，提供防止太陽能收集器過熱的方法，該太陽能收集器包括由玻璃窗組成的頂部部分、底部部分和安排在所述的頂部部分和所述的底部部分之間用來吸收通過所述的玻璃窗接受的太陽能的吸收體，所述的方法包括將所述的吸收體按照隔開的關(guān)系安排在所述底部部分的上方以致在所述吸收體的下表面和所述底部部分的上表面之間定義一個通道；提供與所述的通道相關(guān)聯(lián)實質(zhì)上在所述通道兩端用來使所述通道空氣流通的入口和出口；在溫度等于或高于第一個選定溫度時打開所述的出口；以及在溫度等于或低于第二個選定溫度時關(guān)閉所述的出口；其中所述的第一個和第二個選定溫度都在太陽能收集器的停滯溫度以下。
在一些實施方案中，所述方法進一步包括這樣安排所述的太陽能收集器以致所述的出口相對于所述的入口是抬高的。在優(yōu)選的實施方案中，所述方法進一步包括將高輻射系數(shù)至少提供給定義所述通道的所述表面之一。那至少一個高輻射系數(shù)表面可能是通過涂布高輻射系數(shù)涂層提供的，而且輻射系數(shù)可能是至少大約0.5。
所述方法可能進一步包括無源地打開和關(guān)閉所述的出口，而且可能使用溫差驅(qū)動的調(diào)節(jié)風門。在各種不同的實施方案中，打開和關(guān)閉所述的出口是借助選自充氣活塞、蠟填充的傳動裝置、雙金屬彈簧和形狀記憶合金的傳動裝置實現(xiàn)的。
依照本發(fā)明的第四方面，提供一種太陽能系統(tǒng)，其中包括本文描述的太陽能收集器；用來將熱量從所述收集器移開的傳熱裝置；以及用來接受來自所述傳熱裝置的熱量的熱匯或負載。傳熱裝置可能包括傳熱流體。太陽能系統(tǒng)可能是太陽能熱水系統(tǒng)。
依照本發(fā)明的第五方面，提供一種太陽能收集器，其中包括有頂部部分、底部部分和側(cè)面部分的外殼，所述的頂部部分包括玻璃窗，而且所述的底部部分有入口和出口；在所述的外殼里面用來吸收通過所述的玻璃窗接受的太陽能的吸收體；在所述的吸收體和所述外殼的所述底部部分之間的通風通道，所述的通風通道與實質(zhì)上在所述的通風通道兩端的所述的入口和所述的出口連通；以及在溫度等于或高于第一個選定溫度時打開所述出口并且在溫度等于或低于第二個選定溫度時關(guān)閉所述出口的裝置；其中所述的第一個和第二個選定溫度都在太陽能收集器的高停滯溫度以下。
優(yōu)選，太陽能收集器是這樣安排的，以致所述的出口相對于所述的入口是抬高的。
在某些實施方案中，打開和關(guān)閉出口的裝置是無源的。在一些實施方案中，打開和關(guān)閉出口的裝置是溫差驅(qū)動的。在這樣的實施方案中，打開和關(guān)閉出口的裝置包括選自充氣活塞、蠟填充的傳動裝置、雙金屬彈簧和形狀記憶合金的傳動裝置。在優(yōu)選的實施方案中，打開和關(guān)閉出口的裝置包括形狀記憶合金傳動裝置。
依照本發(fā)明，在打開出口之后，空氣借助對流從入口經(jīng)過通風通道向出口流動，而在關(guān)閉出口之后，靠對流形成的氣流實質(zhì)上停止。
在一些實施方案中，第一個選定溫度和第二個選定溫度實質(zhì)上是相同的。
依照本發(fā)明的第六方面，提供一種控制太陽能收集器的停滯溫度的方法，其中包括提供本發(fā)明的第一方面所描述的太陽能收集器；在溫度等于或低于第一個選定溫度時關(guān)閉所述的出口；以及在溫度等于或高于第二個選定溫度時打開所述的出口；其中所述的第一個和第二個選定溫度都在太陽能收集器的高停滯溫度以下。
優(yōu)選，太陽能收集器是這樣安排的，以致所述的出口相對于所述的入口是抬高的。
在某些實施方案中，出口的打開和關(guān)閉是無源的。在優(yōu)選的實施方案中，出口的打開和關(guān)閉是溫差驅(qū)動的。在進一步的實施方案中，出口的打開和關(guān)閉是借助選自充氣活塞、蠟填充傳動裝置、雙金屬彈簧和形狀記憶合金的傳動裝置實現(xiàn)的。在優(yōu)選的實施方案中，出口的打開和關(guān)閉是借助形狀記憶合金傳動裝置實現(xiàn)的。
在一些實施方案中，在打開出口之后，空氣借助對流從入口通過通風通道向出口流動，而且在關(guān)閉出口之后，靠對流形成的氣流實質(zhì)上停止。
在優(yōu)選的實施方案中，第一個選定溫度和第二個選定溫度實質(zhì)上是相同的。
依照本發(fā)明的第七方面，提供一種太陽能系統(tǒng)，其中包括上述的太陽能收集器；用來將熱量從收集器移開的裝置；以及儲存熱量的裝置。在一個實施方案中，用來散熱的裝置是循環(huán)的傳熱流體。在另一個實施方案中，太陽能系統(tǒng)是太陽能熱水系統(tǒng)。
附圖簡要說明本發(fā)明是參照附圖通過下面的例子描述的，其中
圖1A和1B是依照本發(fā)明的實施方案的太陽能收集器的縱向剖視圖。在圖1A中，收集器被展示成通風通道是關(guān)閉的，在圖1B中，收集器被展示成通風通道是打開的。
圖1C是依照本發(fā)明的實施方案詳細地展示有通風通道而且在所述通風通道的出口中的調(diào)節(jié)風門處在打開位置的太陽能收集器的剖面的示意圖。
圖2是展示在一天24小時之中的環(huán)境溫度(Ta)、太陽輻射強度(SR)和參考收集器(REF)和有依照本發(fā)明的實施方案的整體式停滯溫度控制(ISTC)的太陽能收集器的溫度的曲線圖。
本發(fā)明的詳細描述這項發(fā)明涉及可能有停滯的任何類型太陽能收集器的停滯溫度控制。這樣太陽能收集器通常有朝著太陽定向的實質(zhì)上平直的玻璃表面。玻璃窗可以是玻璃的或能夠經(jīng)受住收集器暴露于其中的溫度和環(huán)境條件同時允許充份的太陽輻射透射和加熱吸收體的任何塑料或其它材料的。玻璃窗表面可以有任何形狀，但是通常是正方形的或矩形的。在大多數(shù)太陽能系統(tǒng)中，吸收體板按照平行隔開的關(guān)系安排在玻璃窗下面。吸收體吸收通過玻璃窗收到的太陽能，從而升高它的溫度。在使用傳熱流體把熱量從吸收體移開的太陽能系統(tǒng)中，流體通過吸收體循環(huán)。太陽能收集器通常被側(cè)板和底板圍住以保存熱量，而且為了這個目的可能是絕熱的。所以，在有高的太陽能輸入到收集器之中和/或沒有或幾乎沒有來自收集器的散熱的情況下，收集器達到過高的停滯溫度是可能的。
如同在此使用的那樣，術(shù)語“停滯溫度”、“高的停滯溫度”和“過高的停滯溫度”是可互換的并且傾向于表示任何的情形在哪一太陽能收集器的吸熱或吸收速率超過從收集器散熱的速率(例如，停滯)，以致太陽能收集器和/或它的零部件的溫度增加到發(fā)生收集器過熱并且有可能損壞收集器和/或它的零部件的溫度。過高的停滯溫度在太陽能收集器的散熱緩慢或停止的時候能發(fā)生。例如，在使用傳熱流體把熱量從收集器移開的系統(tǒng)(例如，太陽能熱水系統(tǒng))中，如果傳熱流體通過吸收體的流動由于停電、零部件故障(例如，循環(huán)泵故障)、系統(tǒng)維護或修理或由于能量儲存能力限制造成的泵或控制器干預等原因而被中斷，停滯能在陽光充足的周期期間發(fā)生。
如同在此使用的那樣，術(shù)語“過熱”指的是太陽能收集器和/或它的零部件的溫度上升到可能導致?lián)p害收集器和/或它的零部件的情況。在此描述的裝置和方法防止太陽能收集器的這種過熱。
在停滯期間達到的溫度大小取決于氣候條件和太陽能收集器的設計和取向。太陽能收集器通常安裝在建筑物上，要么裝在屋頂上或要么裝在墻壁上，但是也可能安裝在地面或支架之類的東西上。在一些安裝中，例如在墻壁上，太陽能收集器實質(zhì)上可能是垂直安裝的，即，玻璃窗對水平線呈90°。通常，太陽能收集器被裝在屋頂上并且相對于水平線傾斜某個角度。傾斜的屋頂方便地為安裝太陽能收集器提供傾斜的表面。人們將領(lǐng)會到，通過適當?shù)卣{(diào)整收集器的傾斜角度，在特定的地理位置和一年之中特定的時間太陽能收集器收到的入射太陽輻射的數(shù)量能達到最大值。然而，收到的太陽輻射最大化也增加收集器達到高停滯溫度的可能性。例如，在北美普通的屋頂坡度是“4∶12”，或相對于水平線大約18°到20°。以這樣的傾斜角度安裝的太陽能收集器在夏天特別易受高停滯溫度的影響，因為高水平的太陽輻射和環(huán)境空氣的高溫同時發(fā)生。例如，分別為1000W/m2和30℃的每小時太陽輻射強度和環(huán)境溫度在北半球的許多位置(例如，加拿大的多倫多)可能發(fā)生在四月到十月期間。
為了消除太陽能收集器中的高停滯溫度，收集器的溫度控制是必不可少的。原則上，有兩種控制收集器停滯溫度的方法減少對收集器的太陽能輸入或從收集器移出多余的熱量。這些方法之中，后者在技術(shù)和經(jīng)濟上都是更實際的，而且能通過修正收集器的熱損失特性得以實現(xiàn)。依照本發(fā)明，提供一種通過收集器的自然對流(即，浮力驅(qū)動的)冷卻實現(xiàn)整體停滯溫度控制的太陽能收集器。依照本發(fā)明使用自然對流冷卻提供一些根據(jù)它們能達到的最高溫度無源地(即，除了太陽能之外不需要能量輸入)自我限制的機械結(jié)構(gòu)簡單并因此高度可靠的太陽能收集器。盡管使用無源的強迫對流冷卻(例如，使用熱電的或光電的風扇)是可行的，但是這樣的冷卻就比較高的機械復雜性和相關(guān)的降低的可靠性而言需要較高的費用。
在詳盡的分析和實驗室測試之后，結(jié)論是為了避免高停滯溫度增加太陽能收集器的熱損失特性的最實際的可靠方法是在吸收體下面提供對流冷卻空間。所以，本發(fā)明不同于許多早先提議在吸收體上面提供冷卻空間來控制停滯的嘗試。
參照用縱向剖面描繪本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的圖1A，太陽能收集器2被安裝在傾斜表面4(例如，屋頂)上。收集器包括呈實質(zhì)上平行隔開關(guān)系的玻璃窗6和吸收體板8。收集器被側(cè)面(其中兩個以10、12表示)和可能絕熱的底部14。通風通道16是在吸收體板8和底部14之間提供的。在收集器底部的孔18、20對外面的空氣敞開通風通道16。人們將領(lǐng)會到，因為收集器是傾斜的，所以通風通道也是傾斜的，而且一個孔20相對于另一個孔18是抬高的。如圖1A所示，優(yōu)選的是孔實質(zhì)上是在底部14和通風通道16的兩端提供的，以便沿著通風通道的長度提供對流氣流。在收集器下端的孔18是空氣入口，而在收集器上端的孔20是空氣出口。在收集器的底部絕熱的實施方案中，通風通道是在絕熱材料和吸收體之間提供的。
人們將領(lǐng)會到，通過使吸收體下面的空間通風，吸收體上面的空間能實質(zhì)上保持封閉，從而避免光學表面(即，玻璃窗的內(nèi)表面和吸收體的頂面)的污染。除此之外，通風通道向收集器的下面開放避免雨、雪、灰塵和碎片被吸進收集器的問題。這樣的在玻璃窗和吸收體之間提供通風空間的現(xiàn)有的收集器中固有的問題使太陽能收集器的性能隨著時間的推移下降并且和增加維護需求。
如同前面討論的那樣，諸如太陽能收集器的結(jié)構(gòu)和取向之類的因素和氣候條件在停滯控制中是需要考慮的。下面，在實施例1的實施方案中，停滯分析是使用18°的太陽能收集器坡度、1000W/m2的入射陽光強度和30℃的環(huán)境溫度針對傳統(tǒng)的平板收集器完成的。在那個實施方案中，停滯控制是通過當吸收體溫度接近/超過120℃的時候使收集器的熱損失從大約5.5W/m2℃增加到大約8.9W/m2℃實現(xiàn)的。這個120℃的選定溫度低于沒有整體停滯控制的類似的收集器的停滯溫度。因此，當收集器溫度達到選定的溫度時候通過增加收集器的熱損失，收集器過高的停滯溫度得以避免。此外，因為收集器的熱損失特性在收集器的溫度低于選定溫度時實質(zhì)上是不變的，所以收集器的性能在這樣的溫度下是不受影響的。人們將領(lǐng)會到，這種分析能按不同的架設坡度和不同的氣候位置應用于不同的太陽能收集器類型，從而導致不同的選定溫度和提供高停滯溫度控制收集器的熱損失特性需要增加的數(shù)量。
依照本發(fā)明，為了借助為吸收體后面的空間提供通風孔的通風通道提供的對流冷卻避免高停滯溫度，太陽能收集器的熱損失將被增加。在前面和實施例1中描述的實施方案中，如果過高的停滯溫度是在極端的條件下得以避免的，那么通風通道必須消散多達400W/m2的熱量。通風通道的尺寸和傾斜角度影響自然對流氣流的速率，并因此影響吸收體板的散熱速率。例如，大的通風通道橫截面增加散熱，但是也增加太陽能收集器的總尺寸，而較小的通風通道導致較高的停滯溫度。
如上所述，當收集器溫度達到選定溫度(該溫度優(yōu)選在過高的停滯溫度以下)的時候，收集器的通風發(fā)生。這是依照本發(fā)明通過在通風通道的出口提供調(diào)節(jié)風門實現(xiàn)的。如同在此使用的那樣，術(shù)語“調(diào)節(jié)風門”傾向于表示用來在正常操作期間(例如，收集器溫度在選定溫度或在選定溫度以下和在停滯溫度以下時)保持出口和/或入口實質(zhì)上關(guān)閉而在收集器溫度在選定溫度或高于選定溫度和在停滯溫度以下時實質(zhì)上打開出口和/或入口的懸垂片、裝合頁的蓋子、門或活瓣。調(diào)節(jié)風門可以與任何適當?shù)膫鲃友b置成為一個整體或與之相關(guān)聯(lián)。優(yōu)選的是傳動裝置是無源的和溫差驅(qū)動的。
在圖1A和1B所示的實施方案中，在通風通道16的出口20的調(diào)節(jié)風門22實質(zhì)上是懸垂片狀的。如圖1B所示，調(diào)節(jié)風門在溫度等于或高于選定溫度時打開通風通道16的出口20，從而允許熱空氣(圖1A和1B中的打點區(qū)域)從收集器高處的邊緣部分排出而涼爽的環(huán)境空氣通過入口18從較低的邊緣部分進入通風通道。這部分空氣在收集器吸收體后面的通風通道中被加熱，借此從吸收體板背面除去過多的熱量?？諝獾倪\動是借助通風通道中空氣溫度引起的密度梯度(即，浮力)無源地驅(qū)動的。在正常操作期間，當收集器溫度在選定溫度以下的時候，調(diào)節(jié)風門被關(guān)閉，從而限制通過通風通道的空氣循環(huán)(圖1A)。在這些條件下，通風通道中的空氣被從上方加熱并且變成熱分層的，保持靜止，而且充當減少太陽能收集器背面的熱損失的絕熱層。除此之外，因為空氣層被加熱而且是熱穩(wěn)定的，所以通道的入口不需要關(guān)閉，從而簡化了該設計。因此，只有出口的單一調(diào)節(jié)風門是需要的；然而，如果需要，第二個調(diào)節(jié)風門可以在入口提供。如同下面在實施例2中詳細地描述的那樣，通風通道的設計和幾何形狀被精確地控制以保證在停滯條件下有足夠的氣流充分冷卻吸收體和在正常操作期間(即，在選定溫度以下)將對傳熱速率的負面影響減到最小。
圖1C展示依照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案在通風通道出口20有調(diào)節(jié)風門22的太陽能收集器的詳細的剖視圖。在圖1C中，調(diào)節(jié)風門22處于打開位置。調(diào)節(jié)風門22圍繞著在點30處的樞軸從打開位置旋轉(zhuǎn)到關(guān)閉位置。在調(diào)節(jié)風門22的軸30處起作用的第一個和第二個杠桿懸臂被分別接到形狀記憶合金彈簧32和偏置彈簧34的一端。形狀記憶合金彈簧32和偏置彈簧34在它們的另一端被錨定。在收集器的溫度上升到選定溫度之時，形狀記憶合金彈簧32壓縮，借助施加在第一個杠桿懸臂上的力打開調(diào)節(jié)風門。在這個時候，偏置彈簧34處在拉緊狀態(tài)。在收集器溫度等于或低于選定溫度時，形狀記憶合金彈簧32松弛，而偏置彈簧34壓縮，借此借助第二個杠桿懸臂將調(diào)節(jié)風門拉進關(guān)閉位置。在關(guān)閉位置，調(diào)節(jié)風門22頂住制動銷36靜止不動。
在停滯條件期間通風通道充分冷卻收集器的能力受一些增加自然對流氣流通過通道的阻力的因素限制。例如，這樣的阻力可能起因于即使在打開的時候也可能干擾氣流的位于收集器下面的入口和出口以及用來打開和關(guān)閉通道的出口和入口的調(diào)節(jié)風門(例如，活瓣)和相關(guān)聯(lián)的傳動裝置。如同在下面的實施例中展示的那樣，這樣的限制在本發(fā)明中已被克服，從而導致通過通風通道的自然對流足以避免收集器的停滯溫度。
除此之外，通風通道從太陽能收集器除去熱量的效率取決于仰賴從吸收體的底部表面(下表面)到通過通風通道對流的空氣的傳熱速率。發(fā)明家們業(yè)已發(fā)現(xiàn)，通過使吸收體的下表面與通道中的其它表面[尤其是(面對吸收體的下表面的)收集器底部的上表面]輻射耦合實質(zhì)上增加這個傳熱速率是可能的。實際上，這允許吸收體將熱量再次輻射到通道的其它壁面，以致它們可以借助對流把這個熱量傳遞給(通風通道中的)氣流。實際效果是增加可用于對氣流的對流熱交換的表面積。
例如，輻射耦合能通過用黑色油漆之類的高輻射系數(shù)涂層涂布通風通道的表面(例如，吸收體的下表面和/或收集器底部的上表面，和非必選的任何通風通道側(cè)壁)來建立或改善。優(yōu)選，通風通道表面的輻射系數(shù)至少是大約0.5，更優(yōu)選至少大約0.7，更優(yōu)選超過0.8。一般地說，通風通道的性能在通道表面的輻射系數(shù)增加時得到改善。如果每個表面都有例如0.5的輻射系數(shù)，而不是一個表面有例如0.9的輻射系數(shù)而其它表面有例如0.1的輻射系數(shù)，那么兩個(或多個)表面之間的輻射耦合是更有效的。
例如，在前面和實施例1中描述的實施方案中，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在那些條件下，當通道的內(nèi)部被涂以黑色油漆之類的高輻射系數(shù)涂層(例如，TremcoTremclad高溫瓷釉)的時候，深度(即，吸收體和絕熱材料之間的距離)在大約15到20毫米之間的通風通道是適當?shù)?也見Lin等人，2003)。通風通道表面上的這個高輻射系數(shù)涂層(大約0.9)增強從吸收體的下表面(它形成通道的天花板)到通道壁面的輻射傳熱。這種安排增加用于對通道中氣流的熱傳遞的有效表面積。通風通道可能是在吸收體下面的連續(xù)的空隙，或它可能被分成許多通道，例如，兩個或多個平行的通道。為了要形成墻壁分開的毗連通道，通過延伸和/或彎曲吸收體的散熱片能方便地形成平行的通道。這樣的安排增強從吸收體到通風通道的熱傳遞。
為了在收集器達到選定溫度的時候使打開調(diào)節(jié)風門變得容易，使用溫差驅(qū)動的通風孔調(diào)節(jié)風門。優(yōu)選，調(diào)節(jié)風門是無源操作的；即，不倚賴任何動力源(除了太陽能之外)，而且是在所有的條件下(例如，在停電期間，等等)都操作的。由于這個緣故，溫差驅(qū)動的機構(gòu)理想地適合于這種應用，而且能為在任何預期的溫度下打開而進行調(diào)整或者制造。另外，這樣的設計在收集器的溫度下降到選定溫度或選定溫度以下時自動關(guān)閉調(diào)節(jié)風門，恢復收集器的正常操作。
任何溫差驅(qū)動的機構(gòu)都能用來控制調(diào)節(jié)風門組件(例如，包括充氣活塞、蠟填充的傳動裝置、雙金屬彈簧和形狀記憶合金等)的操作。在下面的實施例中展示的實施方案中，調(diào)節(jié)風門組件是使用能在預定的(即，選定的)溫度下施力的形狀記憶合金(SMA)彈簧構(gòu)成的(Otsuka等人，1998；Waram，1993；所有引證的出版物的內(nèi)容都在此通過引證將它們?nèi)坎⑷?。當使用SMA裝置的時候，為了施加返回力，在正常操作期間保持調(diào)節(jié)風門處于關(guān)閉狀態(tài)，傳統(tǒng)的偏置彈簧(在圖1A中參考數(shù)字為24)是必不可少的。
依照本發(fā)明的另一方面，提供一種經(jīng)由傳熱裝置與熱匯或負載連接的包括上述的帶整體停滯溫度控制的太陽能收集器的太陽能量系統(tǒng)。例如，傳熱裝置可以包括與管道系統(tǒng)、泵之類的東西相關(guān)聯(lián)用來把熱量從太陽能收集器吸收體移開并且把熱量存放到熱匯或負載中的循環(huán)傳熱流體。例如，熱匯可能是熱水箱之類的蓄熱裝置，而負載可能是鍋爐之類直接使用熱量的裝置。
下面將通過下列非限制性的實施例進一步描述本發(fā)明。
實施例1.典型的太陽能收集器的停滯控制的設計標準這個實施例提出以18°坡度(即，典型的北美屋頂坡度)安裝的傳統(tǒng)的太陽能收集器的高停滯溫度控制的設計原則。然而，人們將領(lǐng)會到，這種分析能適用于不同架設坡度和不同地理位置的不同的太陽能收集器類型。
代表不同地理區(qū)域的北美城市的典型天氣數(shù)據(jù)(從Environment Canada獲得)的分析表明大于1000W/m2的太陽輻射水平(在18°坡度的表面上)通常在加拿大每年出現(xiàn)45小時，而在美國南部每年出現(xiàn)78小時。高于30℃的環(huán)境溫度在加拿大每年不足60小時，但是在美國南部可能達到每年856小時。大于1000W/m2的太陽輻射水平與高溫(即，＞30℃)時段同時發(fā)生在所有被調(diào)查的城市中并非時常發(fā)生。因此，作為進一步分析的基礎，考慮將1000W/m2的太陽輻射水平與30℃的環(huán)境溫度同時發(fā)生作為停滯溫度控制的設計條件。
傳統(tǒng)的太陽能收集器的熱性能已被很好地建立(Duffie等人，1991)。在正常操作條件下，太陽能收集器對負載的能量遞送速率Qdel是用太陽能收集器的太陽能吸收速率Qabs與太陽能收集器殼體的熱損失速率Qloss之差確定的，即，Qdel＝Qabs-Qloss其中Qabs是用太陽能收集器面積Ac、玻璃窗的透射率(τ)和吸收體板的吸收比(α)的乘積確定的，即，Qabs＝Ac(τα)GQloss是用總的收集器熱損失系數(shù)(UL)和太陽能收集器吸收體板溫度(Tp)與環(huán)境空氣溫度(Ta)之間的溫差的乘積給出的，即，
Qloss＝AcUL(Tp-Ta)在最壞情形的停滯條件下，沒有熱量被遞送到負載，因此Qdel＝0。同樣地，為了在“停滯溫度”條件下控制收集器溫度，太陽能收集器必須能夠消散吸收的全部能量。實際上，太陽能收集器吸收體的溫度將會增加，直到Qloss＝Qabs或，UL(Tp-Ta)＝(τα)G。
使用這個表達式，我們能通過求解Tp來估計停滯期間吸收體的溫度，即，Tp＝Ta+(τα)G/UL。
對于典型的收集器設計，(τα)＝0.8，UL＝5.5。所以，對于1000W/m2的入射陽光強度和Ta＝30℃，吸收體的停滯溫度Tp將是175℃。
類似地，為了將吸收體溫度限制在120℃以下，總的收集器熱損失(UL)將必須增加到8.9W/m2℃。
熱損失在正常情況下發(fā)生在太陽能收集器外殼的頂部、側(cè)面和底部。在傳統(tǒng)的平板收集器設計中，從吸收體板的頂部到玻璃窗(和環(huán)境)的熱損失是借助對流和二次輻射發(fā)生的。側(cè)面和底部的熱損失取決于通常絕熱的收集器外殼的熱阻?，F(xiàn)在的設計通常是絕熱的，以致通過收集器外殼的背面和側(cè)面的熱阻是大約1.5W/m2℃。
收集器的頂部熱損失取決于玻璃窗的性質(zhì)、吸收體涂層和吸收體和玻璃窗之間的空氣層的熱阻。對于典型的太陽能收集器設計，頂部熱損失在吸收體溫度接近120℃時達到大約4W/m2℃。
所以，假定外殼(即，背面和側(cè)面)的熱阻為1.5W/m2℃，整體停滯溫度控制的目標是每當吸收體溫度接近(和超過)120℃之時將收集器的熱損失從5.5W/m2℃的典型值提高到8.9W/m2℃。在較低的溫度下，收集器的熱損失應該不受影響，借此保證太陽能收集器的熱損失在正常操作期間被減到最小。
實施例2.通風通道的設計和評估為了預測冷卻效果的大小和優(yōu)化通風通道的設計，完成了帶整體式通風通道的太陽能收集器吸收體的使用計算流體動力學(CFD)程序的計算機建模和模擬以及在受控條件下的實驗室測試。用于有筆直的入口和出口和有向下彎曲90°的入口和出口的通道的CFD模型被開發(fā)。該模型模擬從吸收體板的下表面到吸收體下面的通風通道中的空氣的熱流量輸入。加熱吸收體下面的空氣導致局部空氣溫度上升和對應的空氣密度減少。局部空氣密度的減少產(chǎn)生在吸收體板下面的受熱空氣之內(nèi)引起自然對流的浮力。只要允許熱空氣從通風通道排出，較冷的環(huán)境空氣將移置通道中的熱空氣。通過這個過程，實現(xiàn)吸收體表面下的自然對流冷卻。
這個模型的結(jié)果表明在吸收體板上的溫度分布是通風通道的深度和通道的傾斜角度(即，太陽能收集器的傾斜度或坡度)的函數(shù)。模擬是針對10毫米、20毫米和30毫米的通道深度進行的。就這些模擬而言，熱流量輸入被設定為400W/m2，而且假定通道底部熱損失為零。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，對于在10和20毫米之間的深度，通道深度強烈影響熱損失。除此之外，深度增加到20毫米開外僅僅略微增加熱損失。另外，通道傾斜度和入口/出口配置對通道中的自然對流和散熱速率以及對應的吸收體板的溫度分布的影響也被研究。
在這些結(jié)果中，速度分布圖是針對有90°向下的出口的傾斜18°的通道就400W/m2的吸收體熱流量和30℃的環(huán)境溫度獲得的。在類似的運算中，對應的上表面被指出在通道中的最大速度大約為0.7m/s情況下在通道出口附近是140℃。減少來自吸收體板的熱流量相應地降低通道中的最高溫度。
為了檢驗模擬結(jié)果和提議的通道設計，在加拿大安大略省金斯敦的皇后大學制造了實驗室測試裝置并且進行了實驗測試。測試裝置由0.29m寬、2.4m長的通道組成。該通道是這樣安裝的，以致它的傾斜角度(相對于水平線)能改變而且通道的深度能調(diào)整。該通道的頂部由單一鋁板構(gòu)成。加熱片被粘到通道的頂部表面上模擬太陽能輸入而且75毫米絕熱層被加到加熱片的頂部以避免通過裝置上表面的熱損失。通道的側(cè)面和底部是由鋼板構(gòu)成的并且用25毫米的泡沫絕熱材料絕熱。交流電源被用來控制對加熱器的功率輸入。
測試是在空調(diào)房間中進行的，環(huán)境溫度保持在20和25℃之間。對上表面(模擬收集器吸收體)的熱量輸入被控制到在100W/m2和400W/m2之間變化的固定數(shù)值。使用銅/康銅熱電偶沿著通道的上表面和底部表面測量溫度。在頂部表面和底部表面兩者上，八個熱電偶沿著從入口到出口的中心線被間隔20cm放置。第一個熱電偶距通道入口10毫米。
穩(wěn)態(tài)方法被用于所有的測試。采用這種程序，在測試開始時設定固定的功率輸入并且測量頂部表面上的溫度，直到達到穩(wěn)定狀態(tài)為止。測量結(jié)果是使用基于計算機的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)按照五分鐘的時間間隔記錄的。
實例1對流冷卻通道測試首先是針對不同深度的通道用沒有涂層的低輻射系數(shù)的通道表面完成的。照此，這些結(jié)果是通道上表面的對流冷卻為作為主導傳熱機制(即，輻射傳熱僅僅起微弱作用)的實例的代表。另外，在這些測試期間，通道底部不是絕熱的。通道溫度是在將輸入功率水平設定為400W/m2的情況下針對兩種傾斜角度(18°和30°)和四種通道深度(10、20、30和50毫米)進行測量的。如同預期的那樣，上表面的溫度在所有的條件下都沿著通道從入口到出口逐漸增加。結(jié)果表明隨著通道深度從50毫米減少到20毫米上表面上的最高溫度僅僅略有增加。當通道深度減少到10毫米的時候，表面的溫度出現(xiàn)大幅度增加。這個結(jié)果與CFD模擬是一致的而且表明冷卻通道的最佳深度是大約20毫米。
傾斜角度也影響通道的熱損失。傾斜角度為30°的通風通道的實測溫度比18°下的那些低大約5到10℃。
通風通道底部的溫度在測試期間也受到監(jiān)測。人們發(fā)現(xiàn)，當通道深度大于20毫米的時候，平均的底部表面溫度僅僅略微高于環(huán)境溫度。這表明在20毫米以上增加通道深度不造成通道熱損失顯著增加。這些結(jié)果還表明，當環(huán)境溫度在25℃左右的時候，通道的最高溫度不管通道深度如何都在122℃以上。
實例2強化的冷卻通道上述的測試結(jié)果表明，通道的對流熱損失是比較低的而且通道的底部和側(cè)壁對傳熱過程的貢獻非常小。然而，頂壁的散熱由兩個部分組成對流(對空氣)和輻射(對底部和側(cè)壁)。因此，決定通過增加通道內(nèi)表面的輻射系數(shù)增加通道中總的傳熱遞。通過增加這些表面的輻射系數(shù)，從通道的天花板(即，吸收體的底部表面)發(fā)出的輻射將被轉(zhuǎn)移到通道的墻壁和地板，從而導致給它們加熱。然后，這些表面本身又把熱量借助對流傳遞給通道中的空氣。實際效果是增加對空氣傳熱的有效表面積。通過這種方法，能夠提高通道中的傳熱速率。所以，就第二個測試序列而言，空氣通道的內(nèi)表面被涂以輻射通量密度和吸收比均為0.9的黑色油漆。
22毫米深度的通道是用400W/m2的熱流量輸入在20℃的周圍空氣溫度下測試的。通道的底面是用20毫米的泡沫絕熱材料絕熱的。溫度是在通道的頂面和底面上測量的，而且表明頂面的最高溫度在97℃以下而和底面的最高溫度是大約78℃。在這種情況下，計算的熱損失系數(shù)是6.5W/m2℃。
基于這些測試結(jié)果和針對幾種收集器設計確定作為吸收體和環(huán)境溫度之間的溫差的函數(shù)的熱損失系數(shù)，人們得出結(jié)論通風通道已被涂以高輻射系數(shù)的黑色油漆的收集器即使在沒有來自通風通道的下表面的熱損失的時候也將具有介于6W/m2℃和8W/m2℃之間的有效熱損失。
實施例3.帶停滯控制的太陽能收集器的制造和評估為了檢驗依照本發(fā)明的帶整體停滯溫度控制(ISTC)的太陽能收集器的使用性能和操作，原型太陽能收集器是為在實際的環(huán)境條件下進行實驗測試而構(gòu)造的。測試是在2002年五月和六月期間在加拿大安大略省金斯敦的皇后大學的太陽能熱量測定實驗室完成的。
收集器是有上下總管的平行立管設計。預先制造的管子和片狀吸收體長條被疊起來以便形成位于吸收體下面的整體通風通道。吸收體的上表面被預先涂以“鉻黑”選擇性吸收體表面涂層(在銅上的SunSetect涂層，Nova Solar，Germany)，而吸收體的背面被涂以高輻射系數(shù)的黑色油漆(如上所述)。
就這些測試而言，ISTC收集器緊鄰參考收集器。參考收集器由已被很好地絕熱的吸收體長條組成，并因此指出典型的太陽能收集器在測試條件下將出現(xiàn)的無限制的停滯溫度。兩個收集器都是相對水平線以18°傾斜定向的并且為進行停滯測試面向正南方。為了模擬極端的停滯條件，兩個收集器是在沒有傳熱流體循環(huán)的情況下進行“干”測試的。
參考收集器和ISTC收集器都配備了熱電偶溫度傳感器。測量每個收集器的吸收體和背面絕熱板上的溫度。測量點位于收集器的底部靠近入口、收集器的中央和收集器的頂部靠近溫度控制活瓣。在測試期間，測量環(huán)境溫度、收集器中的溫度和收集器表面上的太陽輻射?；谟嬎銠C的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)被用來收集測試數(shù)據(jù)。所有的測量結(jié)果都作為5分鐘周期內(nèi)平均值被記錄下來。
兩個收集器的溫度是在五月和六月中延長的周期里監(jiān)測的。圖2展示在該周期中的一個晴天兩個收集器的最高溫度和對應的太陽輻射(SR)和環(huán)境溫度(Ta)。ISTC收集器和參考收集器(REF)兩者的溫度隨著太陽輻射增加而增加。這些結(jié)果表明在溫度達到100℃之前ISTC收集器的最高溫度略微高于參考收集器的溫度。當太陽輻射水平增加超過這個點的時候，觀察到ISTC收集器的溫度以比參考收集器緩慢的速率增加并且穩(wěn)定在大約120℃。參考收集器在對應的時期周期里溫度達到158℃。
控制活瓣的操作是通過視覺檢驗同時檢驗的。在那天晚些時候，隨著陽光強度降低，觀察到活瓣關(guān)閉而且兩個收集器之間的溫差消失。這些結(jié)果表明兩個收集器的熱損失在90℃以下是完全相同的而先進的收集器的熱損失在100℃以上顯著增加。
在延長的周期里記錄的兩個收集器溫度證實了ISTC收集器的停滯控制特征的操作并且證明收集器中的高溫借助本發(fā)明受到限制。除了上述的對比試驗之外，ISTC收集器的最高停滯溫度在整體停滯控制無效的情況下被確定下來。這樣做有兩個理由確定沒有停滯控制之時ISTC收集器的熱損失特性和確定在這種條件下最高停滯溫度的數(shù)值。在這個測試中，通風通道出口被密封并且用20毫米厚的絕熱板覆蓋。記錄下來的ISTC收集器和參考收集器的最高溫度表明ISTC收集器達到的溫度在一天之中始終略微高于參考收集器。在太陽輻射強度為1150W/m2、環(huán)境溫度為25℃的情況下，ISTC收集器的最大停滯溫度是170℃，而參考收集器的是160℃。這個結(jié)果表明ISTC收集器在正常操作條件下有比參考收集器低的熱損失，從而進一步說明整體停滯控制的優(yōu)勢。
總而言之，這些結(jié)果表明當收集器中的溫度在90-100℃以下的時候，ISTC收集器的熱損失與參考收集器相當。當溫度在100℃以上的時候，ISTC收集器的熱損失增加而且限制停滯溫度。結(jié)果還表明在太陽輻射強度為1100W/m2、環(huán)境溫度為25℃時，觀察到收集器的停滯溫度為120到122℃。這些結(jié)果證實了ISTC收集器的停滯控制特征的操作而且證明本發(fā)明能阻止收集器中的高停滯溫度。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認識到或能夠通過例行實驗確定在此揭示的實施方案的等價方案。這樣的等價方案在本發(fā)明的范圍之內(nèi)并且被權(quán)利要求書覆蓋。
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Otsuka，K.and Wayman，C.M.，editors，Shape MemoryMaterials，Cambridge University Press，New York，1998.
Waram，T.C.，Actuator Design Using Shape Memory Alloys，ISBN 0-9699428-0-x，1993.
權(quán)利要求
1.一種太陽能收集器，其中包括由玻璃窗組成的頂部部分，底部部分；安排在所述的頂部部分和所述的底部部分之間用來吸收通過所述的玻璃窗接受的太陽能的吸收體，所述的吸收體在所述的底部部分上方呈隔開的關(guān)系，以致在所述吸收體的下表面和所述底部部分的上表面之間定義一個通道；與在所述的吸收體和所述的底部部分之間的所述的通道相關(guān)聯(lián)的實質(zhì)上位于所述通道兩端的用來使所述通道內(nèi)空氣流通的入口和出口；以及用來在等于或高于第一個選定溫度的溫度下打開所述出口并且在等于或低于第二個選定溫度的溫度下關(guān)閉所述出口的調(diào)節(jié)風門；其中所述的第一個和第二個選定溫度都在太陽能收集器的停滯溫度以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能收集器，其中所述的第一個選定溫度和所述的第二個選定溫度是相同的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能收集器，其中所述的底部部分包括所述的入口和所述的出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能收集器，其中所述的出口相對于所述的入口是抬高的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能收集器，其中定義所述通道的至少一個表面是高輻射系數(shù)表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的太陽能收集器，其中所述的高輻射系數(shù)表面包括高輻射系數(shù)涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的太陽能收集器，其中所述的至少一個表面有至少0.5的輻射系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能收集器，其中所述的吸收體在所述的玻璃窗下面處在實質(zhì)上平行隔開的安排之中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的太陽能收集器，其中在所述吸收體和所述玻璃窗之間的所述空間與所述的通道隔離。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能收集器，其中至少所述的調(diào)節(jié)風門的所述的打開和所述的關(guān)閉之一是無源驅(qū)動的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的太陽能收集器，其中所述的調(diào)節(jié)風門是溫差驅(qū)動的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的太陽能收集器，其中所述的溫差驅(qū)動的調(diào)節(jié)風門包括至少一個選自充氣活塞、蠟填充的傳動裝置、雙金屬彈簧和形狀記憶合金的構(gòu)件。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的太陽能收集器，其中所述的溫差驅(qū)動調(diào)節(jié)風門包括形狀記憶合金。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能收集器，其中，在打開所述的出口之后，空氣借助對流從所述的入口通過所述的通風通道流向所述的出口，而且在關(guān)閉所述的出口之后，所述的靠對流形成的氣流實質(zhì)上停止。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能收集器，進一步包括用來打開和關(guān)閉所述入口的調(diào)節(jié)風門。
16.一種控制太陽能收集器中的溫度的方法，該太陽能收集器包括由玻璃窗組成的頂部部分、底部部分和安排在所述的頂部部分和所述的底部部分之間用來吸收通過所述的玻璃窗接受的太陽能的吸收體，所述的方法包括將所述的吸收體按照隔開的關(guān)系安排在所述的底部部分上方，以致在所述的吸收體的下表面和所述的底部部分上表面之間定義一個通道；提供與所述的通道相關(guān)聯(lián)實質(zhì)上在所述通道兩端用來使所述通道空氣流通的入口和出口；在等于或高于第一個選定溫度的溫度下打開所述的出口；以及在等于或低于第二個選定溫度的溫度下關(guān)閉所述的出口；其中所述的第一個和第二個選定溫度都在太陽能收集器的停滯溫度以下。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，進一步包括這樣安排所述的太陽能收集器，以致所述的出口相對于所述的入口是抬高的。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，進一步包括將高輻射系數(shù)至少提供給定義所述通道的所述表面之一。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述的至少一個高輻射系數(shù)表面是通過涂布高輻射系數(shù)涂層提供的。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，進一步包括將至少大約0.5的輻射系數(shù)至少提供給定義所述通道的所述表面之一。
21.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，進一步包括無源地打開和關(guān)閉所述的出口。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，進一步包括使用溫差驅(qū)動的調(diào)節(jié)風門打開和關(guān)閉所述的出口。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述的打開和關(guān)閉所述的出口是借助選自充氣活塞、蠟填充的傳動裝置、雙金屬彈簧和形狀記憶合金的傳動裝置實現(xiàn)的。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述的打開和關(guān)閉所述的出口是借助形狀記憶合金傳動裝置實現(xiàn)的。
25.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，進一步包括打開和關(guān)閉所述的入口。
26.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述的第一個選定溫度和所述的第二個選定溫度實質(zhì)上是相同的。
27.一種防止太陽能收集器過熱的方法，該太陽能收集器包括由玻璃窗組成的頂部部分、底部部分和安排在所述的頂部部分和所述的底部部分之間用來吸收通過所述的玻璃窗接受的太陽能的吸收體，所述的方法包括將所述的吸收體按照隔開的關(guān)系安排在所述的底部部分上方，以致在所述的吸收體的下表面和所述的底部部分的上表面之間定義一個通道；提供與所述的通道相關(guān)聯(lián)實質(zhì)上在所述通道兩端用來使所述通道空氣流通的入口和出口；在等于或高于第一個選定溫度的溫度下打開所述的出口；以及在等于或低于第二個選定溫度的溫度下面關(guān)閉所述的出口；其中所述的第一個和第二個選定溫度都在太陽能收集器的停滯溫度以下。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，進一步包括這樣安排所述的太陽能收集器，以致所述的出口相對于所述的入口是抬高的。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，進一步包括將高輻射系數(shù)至少提供給定義所述通道的所述表面之一。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中所述的至少一個高輻射系數(shù)表面是通過涂布高輻射系數(shù)涂層提供的。
31.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，進一步包括將至少大約0.5的輻射系數(shù)至少提供給定義所述通道的所述表面之一。
32.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，進一步包括無源地打開和關(guān)閉所述的出口。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，進一步包括使用溫差驅(qū)動的調(diào)節(jié)風門打開和關(guān)閉所述的出口。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中所述的打開和關(guān)閉所述的出口是借助選自充氣活塞、蠟填充的傳動裝置、雙金屬彈簧和形狀記憶合金的傳動裝置實現(xiàn)的。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中所述的打開和關(guān)閉所述的出口是借助形狀記憶合金傳動裝置實現(xiàn)的。
36.一種太陽能系統(tǒng)，其中包括根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能收集器；用來移動來自所述的收集器的熱量的傳熱裝置；以及用來接受來自所述的傳熱裝置的熱量的熱匯或負載。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的太陽能源系統(tǒng)，其中所述的傳熱裝置包括傳熱流體。
38.根據(jù)權(quán)利要求36的太陽能源系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是太陽能熱水系統(tǒng)。
全文摘要
這項發(fā)明涉及用于有它能達到的最高溫度的整體控制的太陽能收集器的方法和裝置，借此避免收集器的停滯溫度過高。在一個實施方案中，太陽能收集器包括由玻璃窗組成的頂部部分、底部部分；安排在所述的頂部部分和所述的底部部分之間用來吸收通過所述的玻璃窗接受的太陽能的吸收體，所述的吸收體在所述的底部部分上方呈隔開的關(guān)系，以致在所述吸收體的下表面和所述底部部分的上表面之間限定一個通道；與在所述的吸收體和所述的底部部分之間的所述的通道相關(guān)聯(lián)的實質(zhì)上位于所述通道兩端用來使所述通道空氣流通的入口和出口；以及用來在等于或高于第一個選定溫度的溫度下打開所述出口并且在等于或低于第二個選定溫度的溫度下關(guān)閉所述出口的調(diào)節(jié)風門；其中所述的第一個和第二個選定溫度都在太陽能收集器的停滯溫度以下。
文檔編號F24J2/20GK1748111SQ200480003647
公開日2006年3月15日 申請日期2004年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月7日
發(fā)明者斯蒂芬·J.·哈里森, 林勤, 露西奧·C.·梅思奎塔, 大衛(wèi)·A.·瓦萊塔 申請人:金斯頓女王大學