专利名称：具有一体化储热器的太阳能集热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有一体化储热器的太阳能集热器，其中所述太阳 能集热器包括包含底板和透明盖板的壳体，壳体内在渐开线反射镜和透 明盖板之间提供有用于储存水的储箱，并且储箱具有光辐射吸收翅片。
背景技术：
这种类型的太阳能集热器，也被称为ICS (—体化集热器)，是本 领域公知的，例如可从EP0743495中获知。这种类型的太阳能集热器包 括具有细长外形的壳体，其内放置有细长的储箱。该储箱被设计以吸收 太阳热量。为了增加产量，在储箱下方设置有面向透明盖板的渐开线反 射镜，使得储箱也收集和吸收来自底部的光辐射。已知的太阳能集热器 在面向反射镜的一侧的两端都具有在储箱长度上延伸的翅片以增加产 量。利用这种类型的太阳能集热器，储箱中的水可以被加热并且然后能 够被用于各种用途，通常是家用的用途。特别的，它可以被用于盆浴， 淋浴，清洗碗碟和类似情况。在实践中，根据EP0743495, ICS的储箱 远端的翅片具有6cm的长度。在储箱上方沿纵向延伸并且面向渐开线 反射镜的翅片的高度为5cm。翅片的用途是增加热产量。然而，在实践 中，测量意外地显示翅片会导致热量损失。
ICS储箱必须能够承受由于不同供水压力而产生的高压。因此，这 种类型的储箱优选具有较短的纵向外形。然而，由于由箱体和渐开线镜 的投射区一起构成的ICS光吸收区域随储箱的直径增加而线性增加，同
时储箱的体积随该直径的增加成平方地增加，因此在实践中较长的储箱 仍然在使用。
发明内容
因此，本发明的目的在于增加具有一体化储热器的太阳能集热器
(ICS)的热产量。进一步的目的在于提供一种ICS，其直径和长度之 比Rdl比现有技术中ICS的大而热产量相当。
因此，根据本发明的太阳能集热器的特征在于储箱具有较低端和较 高端，较低端靠近安装有翅片系统的储箱的圆周，翅片系统被安装用于 向储箱传热，翅片系统包括光吸收翅片，其具有沿储箱的纵向长至少 10cm的纵向元件，并且翅片系统被设计成当翅片系统从储箱较低端上 的位于穿过储箱的中心线上的点被投射到以该点为中心的位于翅片系统 以外的虚拟单元球体上时，投射面积(由于被翅片系统遮挡)覆盖了虛 拟单元球体至少25%的面积。
所以，可以得到的是储箱较低端发射的辐射或翅片系统发射的辐 射，可选地在进一步(任意的漫射)反射在翅片系统的内侧之后，具有 更多的机会被翅片系统反射到储箱的较低端。发射的热辐射也可以被翅 片系统再吸收，这也将有助于减少ICS热能损失。翅片面积，会更大， 不仅由于其沿储箱纵向更长的长度而且可能由于使用具有更大半径的以 获得更多的光能吸收量的储箱，因此翅片系统也被用作辐射遮挡物以防 止热辐射从ICS中逃走。"25%的虚拟单元球体面积"的表述是指当光 线从储箱较低端上的点沿各个方向被捕集时，该点位于穿过储箱的中心 线上，25%的这些光线将穿过翅片系统。翅片系统是，例如圆柱形的。 严格地讲，术语"渐开线"是指数学上精确定义的曲线，但是在本发明的 范围内，其包括将光投射到储箱上的任何形状并且优选的是凹形的形 状，更优选的是聚光的形状。数学上的渐开线形状是最优选的。光吸收翅片沿储箱纵向的长度优选的是至少15cm，更优选的是至 少20cm。
这使得有可能吸收更多光并将储箱的直径和长度之比Rdl从0.15 (EP0743495的实践)扩大到超过0.20，更优选的是0.25或更高。其间 接的优点是储箱更牢固(更能承受高压)，以及，如果需要，其可以被 设计成更轻同时一样牢固，这样可以节约成本。
根据一个重要的实施例翅片系统被设计成锥形以远离储箱。 这样在储箱的较低端可获得更有效的限制热量流失的遮挡。由于对 流(空气)产生的损失也被限制了。对于后者，优选的是翅片系统包括 位于箱体中心线上方的翅片并且优选的其从箱体和较低端的较高一侧延 伸到中心线以下。这样被箱体较低端加热的上升的空气被阻止并且防止 带走热量。
一个优选的实施例的特点在于位于透明盖板一侧的翅片系统的翅片 与中心线之间形成的夹角比渐开线镜 一 侧的更钝。
有利地是，渐开线镜的设计可以相对简单而不导致光的损失和因此 的产量损失。在该实施例中也可能的是在渐开线镜一侧至少部分翅片系 统与储箱中心线平行。
一个非常有趣的实施例的特点是翅片系统包括热量传输管，其将光 吸收翅片与储箱相连。
根据特别优选的实施例是具有两端的管子，该两端都在储箱内敞开 同时管子与光吸收翅片传热接触。管子的第一端的位置低于第二端的。
因为这样，当光吸收翅片加热管子内的水时，管子中产生了流动，由此 储箱下部的水在管子中被加热并通过管的第二端进入储箱中。因为该有 效的实施例储箱直径和长度之比Rcn可以显著提高，例如从0.15 (EP0743495的实践)至l」0.30或更高，例如0.35或更高并且优选0.50 或更高。没有太阳能辐射时该流动停止，从而限制热量流失。根据发明 当热量传输管，例如所述管子，位于翅片系统之内时，任何热量流失也 都被翅片系统限制。
根据一个可替换的实施例，热量传输管是热管。
使用该热管，热量也能被有效地从翅片系统传输到储箱，与具有上 述管子的实施例相比其具有相同的优势。
根据一个优选的实施例至少30%，更优选的至少35%的以该点为
中心的单元球体的虚拟面积被翅片系统覆盖。
所以，经过储箱较低端流失的能量能更好地被阻止。
图1显示了根据本发明的太阳能集热器的顶部视图。
图2显示了图1中太阳能集热器沿II-1I线的截面图。
图3显示了图i中太阳能集热器沿in-ni线的截面图。
图4显示了图1中太阳能集热器的储箱带有翅片系统的系统示意图。
图5-7显示了根据本发明的太阳能集热器根据图3的截面的不同实 施例的示意图。
具体实施例方式
图1显示了根据本发明的太阳能集热器1的顶部视图。太阳能集热 器1包括壳体2，壳体2包含透明盖板3，其适宜由有机玻璃制成，和 底板4 (图2和3)。在壳体2内放置有储箱5。在使用时，该储箱5直 接被太阳辐射加热并且为了有效地吸收太阳辐射，其提供有公知的在其 内部的吸收层(未显示)。吸收层是，例如，光谱选择性涂层，其几乎 不辐射热量。这种类型的涂层可以从DE4433863中获知。为了增加热 产量，太阳能集热器1还包括反射镜6，优选地是渐开线反射镜6。它
聚焦光线并将其反射到储箱5上，包括反射到其底部。
在实践中，太阳能集热器1将被放置成使得储箱5处于倾斜的位
置。在太阳能集热器1被放置在地板或平坦的屋顶A (图3， 5-7)或类 似地方时，其将被提供有支架7 (图3)。也可能将太阳能集热器1放置 成一端位于隆起上，如小墙壁上。太阳能集热器1也可以被放置在房屋 的倾斜屋面上。
当将根据发明的太阳能集热器1放置成使得储箱5处于倾斜位置 时，可以获得增加的产量。不仅仅是因为更好的太阳辐射(在回归线以 外的区域)的吸收，也是因为更有效地使用了储箱5中所形成的热水层 中顶部不那么热的水。
为了用水填充储箱5和为了再把水排出，提供有供水管15和排水 管16。请注意，排水管16的开口的位置高于供水管15的开口，结果由 于分层的形成相对热的水将通过排水管16排出。
根据本发明，储箱5的第一端8被提供有翅片系统9，翅片系统9 包括被设计成将热量传递到储箱5的光吸收翅片17。由于在实践中太阳 能集热器1通常将被安装在倾斜位置以增加产量，该第一端8将是较低 的一端。翅片系统9的翅片17的长度，沿储箱5的纵向测量，至少为 10cm，但是优选的是翅片17更长。翅片系统9的翅片17遮挡了储箱5 较低端的辐射。所以，由于储箱5较低端辐射而流失的热量被阻止了， 因此热产量增加了。这样根据发明，翅片系统9的翅片17在增加太阳 能集热器1的热产量中具有两种作用。
图4显示经过储箱5和其第一端8的中心线，限定了点C，它是位 于翅片系统9以外的虚拟球体B的中心。当翅片系统9从限定点被投射 到虚拟球体B上时，至少25%的虚拟球体B的面积被覆盖。由于通过 储箱5的第一端8传递的热辐射最有可能沿翅片系统9的方向传递，则 可能的是该辐射将被翅片系统9吸收并从而将被传输回储箱5。也有可
能的是热量辐射被漫(光分散)反射到储箱5。当翅片系统9具有锥形
外形(图5-7)时，热辐射也有可能通过非漫反射方式被反射回储箱5 的第一端8。要向机械工程师和技术绘图师致歉的是，省去了远离第一 端8的翅片系统9的端部图示线是为了明确此处描述的翅片系统9在那 一端是敞开的，但是根据本发明如果需要它们可以封闭。
根据发明翅片系统9可具有用于增加热产量的传热系统10。根据 实施例(图6)很容易理解的是，其包括具有第一管端12和第二管端 13的管子11。在该实施例中很重要的是第二管端13的位置高于第一管 端12的。当翅片系统9的翅片17被加热，管子11中的水将被加热并 且，通过第二管端13，借助对流进入储箱5。相对冷的水，通过第一管 端12进入管子11。当翅片系统9上热辐射不足时，这种通过管子ll的 水的对流将停止并且避免了热量损失。由于翅片系统9，管子ll的热辐 射将不一定导致热量流失。代替连接在储箱5上使水流出储箱5的管子 11，也可以使用热管14 (图7)，其具有相同的作用和所述管子11的优 点。
权利要求
1、具有一体化储热器(5)的太阳能集热器，其中所述太阳能集热器(1)包括包含底板(4)和透明盖板(3)的壳体(2)，壳体(2)内在渐开线反射镜(6)和透明盖板(3)之间提供有用于储存水的储箱(5)，储箱(5)提供有光辐射吸收翅片(17)，其特征在于储箱具有较低端(8)和较高端，较低端(8)靠近储箱(5)被提供有翅片系统(9)的圆周，翅片系统(9)被安装用于向储箱(5)传热，翅片系统包括光吸收翅片(17)，其具有沿储箱(5)的纵向长至少10cm的纵向元件，且翅片系统(9)被设计成当翅片系统(9)从储箱(5)较低端(8)上的位于穿过储箱(5)的中心线上的点(C)被投射到以该点(C)为中心的位于翅片系统(9)以外的虚拟单元球体(B)上时，投射面积(由于被翅片系统(9)遮挡)覆盖了虚拟单元球体(B)至少25％的面积。
2、 根据权利要求1所述的太阳能集热器(1)，其特征在于，光吸 收翅片(17)沿储箱(5)纵向的长度至少为15cm，并且优选的至少为 20cm。
3、 根据权利要求1或2所述的太阳能集热器(1)，其特征在于， 翅片系统(9)被设计成以锥形远离储箱(5)。
4、 根据权利要求3所述的太阳能集热器(1)，其特征在于，在透 明盖板(3)侧的翅片系统(9)的翅片(17)与中心线之间的夹角比渐 开线镜(6)侧的更钝。
5、 根据权利要求1至4任一项权利要求所述的太阳能集热器 (1)，其特征在于，翅片系统(9)包括用于传热的管子(10)，其将光吸收翅片(17)与储箱(15)相连。
6、 根据权利要求5所述的太阳能集热器(1)，其特征在于，用于 传热(10)的管子是热管(14)。
7、 根据权利要求1至6任一项权利要求所述的太阳能集热器 (1)，其特征在于，至少30%，更优选的至少35%的以该点(C)为中心的单元球体(B)的虚拟面积被翅片系统(9)覆盖。
全文摘要
本发明涉及一种具有一体化储热器的太阳能集热器(ICS)，其内在渐开线反射镜和透明盖板之间提供有用于储存水的储箱，其中储箱提供有光吸收翅片。在靠近根据发明的ICS储箱圆周的较低端提供有翅片系统，其包括具有沿储箱纵向长至少10cm的光吸收翅片，翅片系统被设计成使得ICS较低端大部分被遮挡，结果通过辐射和空气对流导致的热量流失被阻止。所以，翅片系统具有双重作用。
文档编号F24J2/34GK101184962SQ200680019014
公开日2008年5月21日 申请日期2006年6月2日 优先权日2005年6月2日
发明者安东尼厄斯·伯纳德斯·沙普 申请人:益康森公司