专利名称：光吸收设备的制作方法
光吸收设备
背景技术：
本发明涉及一种光吸收设备，该光吸收设备包括至少部分透明的
外部材料层；空间，气态^h质适于在穿过外部材料层的光辐射的作用下通
过该空间进行循环并被加热；定位成与所述空间相接的辐射吸收材料层； 以及适于将空间至少划分成包括第 一开口的第 一子空间和包括第二开口 的笫二子空间的元件，其中，气态介质适于沿从第一子空间中的开口延伸
到第二子空间中的开口的路径流动，所述#延伸成使得气态介质仅能够 经由通路从第 一子空间;故引导到第二子空间，该通#于空间中的比第一 开口和第二开口的高度低的高度上，并且，所述元件在抵接空间的上边缘
表面的上端部与限定出第 一子空间的上部和第二子空间的上部的下高度 的下端部之间延伸。
此处光不仅指肉眼可见的光，还指通常包括紫外光和红外光的电磁光。
SE 517 373示出了如上所述的光吸收设备。当光吸收设备的辐射吸 收材料层受到入射的太阳辐射时，其温度升高。当优选为空气的气态第 一介质在空间中与热的辐射吸收材料层接触时被加热。当空气在空间中 被加热时， 一个子空间中的空气比另一个子空间中的空气的温度高。因 此这两个子空间中的空气之间存在热不平衡，从而通过光吸收器建立自 然循环。当光吸收器中的空气的温度超过位于子空间开口外部的空气的 温度时，空气的自然循环自动开始，而当光吸收器中的空气的温度下降 到等于或低于位于子空间开口外部的空气的温度时，空气的自然循环自 动停止。位于子空间开口外部的空气可以是位于建筑物内的空气。
由于，这种光吸收设备不需要任何用于输送介质通过空间的耗能风 扇。因此该光吸收设备基本没有运行费用。由于，该光吸收设备使用气 态介质，有利地使用为空气的气态介质。因此该光吸收设备不需要任何 导管，而这些是输送液态介质通常所需要的。从而消除了水引起的泄漏 的损坏的风险。该光吸收设备可以具有简单的构造并且能够以低成本制造。
US 4,353,357, US 4,144,871以及US 4,099,513示出了包括适于由被 入射太阳辐射加热的空气流过的内部盒装空间的光吸收设备的所有示 例。其中，沿位于入口和出口之间的大致迷宫形的路径引导空气。迷宫
形路径的目的在于使空气具有低流速并能够与空间内的辐射吸收材料 层最佳地接触。因此，空气能够在经出口导出之前被加热到较高温度。 然而，使用迷宫形路径带来空气流动阻力增大的缺点。为了迫使空气通 过流动路径，似乎需要耗能风扇。
发明内容
本发明的目的在于提供一种最初提及的那种光吸收设备，其构造成 使得建立通过光吸收设备的气态介质的自然循环同时可产生基本最理 想量的热气态介质形式的热能。
该目的通过最初提及的那种光吸收设备来实现，其特征在于，所述 设备包括流动阻力减小措施，所述流动阻力减小措施适于当所述气态介质 被引导通过所述路径时减小所述气态介质的流动阻力，并且所述措施包 括所述长形元件倾斜，使得在所述第一子空间的上部中和/或在所述第二 子空间的上部中所述路径沿所述介质的流动方向具有连续增大的宽度进 而具有连续增大的横截面面积。在横截面面积略有扩大的路径中获得对介 质的最小流动阻力。由于气态介质受热并膨胀因此游4圣的这种扩大也是期 望的。有利地，在所述空间的至少一部分中所述路径的横截面面积沿介质 的流动方向连续增大。因此能够在空间的该整个部分中将流动损失保持在 基本最小的水平上。有利地，所iiit件为长形的。由于该元件划分出第一 子空间和第二子空间，所以所述元件的下端部限定出第 一子空间和第二子 空间之间的通路的最大高度。所述元件的下端部应当位于明显处于所述开 口的高度之下的高度上，以提供稳定的自然循环。所述元件的下端部与所 述上边缘表面之间的高度差应当至少相当于所述开口直径的两倍。如果该 倾斜的元件具有与第 一子空间和第二子空间相连的平行的侧面，则第一子 空间和第二子空间中沿流动方向具有相应的宽度增加。通过这种倾斜的元
件，有助于自然循环的开始以及介质通过整个空间的输送。由于有助于介 质的自然循环，因此能够增加所产生的热能的量。
6根据本发明的优选实施方式，所述长形元件(8)相对于竖直平面在1°到45。的角度范围内倾斜，优选在IO。到30°的角度范围内倾斜。正常情况下，在该角度范围内能够达到最佳条件，以4更最理想地减小流动阻力。
根据本发明的另一优选实施方式，笫一子空间包括下部，该下部包括所述路径的在界限线处接收来自第 一子空间的上部的空气并将空气经由
通糾Mt到第二子空间的部分。所以，第一子空间的下部位于所述元件的下端部以下。位于第一子空间的下部中的路径的横截面面积在界限线处与在通路处可以是等大的。因此在该部分中才黄截面面积至少不减小。然而，有利地，在第一子空间的下部中，路径的横截面面积在界限线处比在通路处小。因此，在第一子空间的下部中路径也扩大。
根据本发明的另 一优选实施方式，所述流动阻力减小措施至少包括导向元件，该导向元件设置在所述空间的至少一部分中。特别地，需要介质在两个子空间的下部中改变方向。改变方向不可避免地会造成流动损失。在这些部分的其中之一中应用适当的导向元件使得介质能够在该部分中改变流动方向而流动损失较小。该导向元件可以包括平导向表面，该平导向表面与介质的入射流向形成基本恒定的角度。通过这种导向元件，能够以筒单的方式降低流动损失。可选地，该导向元件可以包括弯曲的导向表面，弯曲的导向表面连续地改变入射介质的流动方向。此处，介质改变方向更顺利，因而可进一步降低流动损失。为了进一步减小流动阻力，可以在所述部分中平行地设置多个导向元件。
根据本发明的另 一优选实施方式，第二子空间比第 一子空间的体积大。当所述空间受到光照时，较大的第二子区域中的空气比较小的第一子空间中的空气达到更高的温度。由此子空间中的空气之间产生热不平
衡，从而实现沿预定方向的自然循环。所述流动阻力减小措施可以包括第二开口比第一开口的横截面面积大。从而进一步改善介质通过所述空
间的流动。第二开口的横截面面积可以是第一开口的横截面面积的1.1至2.0倍。在多数情况下，当开口的尺寸在该区间内时能够获得最佳的流动条件。有利地，第一开口的下边缘和第二开口的下边缘基本在相同的高度上。所以防止了当设备不受太阳辐射时介质在所述空间中的不期望的自然循环。开口不必呈圆形，而是可以呈任意形状。它们可以呈例如狭缝形。根据本发明的实施方式，所述空间由辐射吸收材料层的面对透明材料层的侧面来界定。此时，循环气体介质在外部材料层和透明材料层之间的空间中循环。这样设备可以制造得非常薄。根据第二实施方式，所述空间由辐射吸收材料层的背对透明材料层的侧面来界定，该辐射吸收材料层远离透明材料层。此时，循环气态介质在位于辐射吸收材料层后方的空间中循环。此处，在透明材料层和辐射吸收材料层之间形成第二空间。有利地，该第二空间包含空气或者为真空。在设备的运行过程中该第二空间构成冷的透明材料层和热的辐射材料吸收层之间的隔离。该实施方式的另一个优点在于循环气态介质并不接触透明材料层。而这种接触通常会导致透明材料层的内表面污染。这种污染会降低光线穿过透明材料层的通透性，因而还会降低设备的发热能力。透明材料层的内表面仅在特殊情况下需要清洗。
以下将参照附图以示例的方式描述本发明的优选实施方式，在附图
中
图l示出了根据第一实施方式的光吸收设备；
图2示出了图1中的光吸收设备沿A-A平面的剖面图3示出了根据第二实施方式的光吸收设备；
图4示出了图1中的光吸收设备沿B-B平面的剖面图。
具体实施例方式
图l和图2示出了根据本发明第一实施方式的光吸收i殳备l。光吸收设备l包括透明材料制成的外部材料层，此处示例为平面玻璃板2。然而，外部材料层可以由诸如合适的塑料材料等其它材料构造而成。外部材料层不必具有呈平面的外表面，而是可以呈其它形状并由以透明材料制成的屋面瓦构成。玻璃板2附接在框架构造3中，该框架构造围绕玻璃板的边缘延伸。此处框架构造3呈矩形，其具有上框架元件3a、下框架元件3b以及两个侧框架元件3c、 3d。当然，框架构造3可以呈其它形状。光吸收设备l包括辐射吸收材料层，该辐射吸收材料层可以是i殳有
黑色表面的板4。当然也可以使用其它类型的辐射吸收材料层，比如使 用柔性辐射吸收材料层。黑色辐射吸收板4具有良好的辐射吸收特性， 因此在受到太阳辐射后能够达到;f艮高的温度。辐射吸收板4附连在冲匡架 构造3中位于玻璃板2以内的位置。在这种情况下，框架构造3紧贴壁 元件6附连。在辐射吸收板4内侧形成有空间5,该空间适于空气从中 流过。在这种情况下，壁元件6的表面形成空间5的底表面6a。当空气 被引导通过空间5时与辐射吸收板4的内侧接触。将空间5设置在辐射 吸收板4的内侧的优点是在空间5中循环的空气不会与玻璃板2接触。 从而防止玻璃板2的内表面变脏。于是在辐射吸收板4和玻璃板2之间 形成有第二空间7。第二空间7在玻璃板2和辐射吸收板4之间形成隔 离层。优选地，第二空间7包含空气，但它也可以包含任何其它种类的 气体或者为真空。可选地，第二空间7包含具有隔热特性的光导纤维材 料。
空间5中设有长形元件8。长形元件8适于将空间5划分成第一子 空间9和第二子空间10。长形元件8在抵接上框架元件3a的上端部8a 和位于距下框架元件3b—定距离处的下端部8b之间延伸。长形元件8 的尺寸构造成使得其下表面与底表面6a接触而上表面与辐射吸收板4 接触。由此，长形元件8沿竖向填充空间5。所以，空气仅能够经由位 于长形元件的下端部8b下方的通路ll在第一子空间9和第二子空间10 之间穿行。第一子空间9包括与上框架元件3a相关的第一开口 12，而 第二子空间10包括与上框架元件3a相关的第二开口 13。光吸收设备l 应用为使得开口 12、 13的下边缘基本位于相同的高度。各个开口 12、 13与延伸穿过壁元件6的通路12a、 13a连接。通路12a、 13a适于在建 筑物内部与空间5之间引导空气。
第一子空间包括位于长形元件8和侧框架元件3c之间的上部9a。 第一子空间的上部8a限定出引导空气通过空间5的路径的起点。在第 一子空间的上部8a中，从开口 12基本直地向下引导空气。路径的横截 面面积沿空气的流动方向连续增大。长形元件8与竖直线形成角度v从 而形成具有连续增大的横截面面积的路径。角度v可以在l。到45°的 范围内，优选在IO。到30°的范围内。由此，在第一子空间的上部9a 中，路径的宽度沿空气的流动方向向下直到界限线9c连续增大。界限 线9c标示了向第一子空间的下部9b的转换。界限线9c从侧框架元件3c的内表面垂直延伸到长形元件的下端部8b。第一子空间9和第二子 空间10之间的通路11从下框架元件3d的内表面垂直延伸到长形元件 的下端部8b。界限线9c和通路11与4匡架元件3b、 3c—起限定出笫一 子空间的下部9b。在通路11处的路径等于或宽于在界限线9c处的路径。 因此，在第一子空间的下部9b中，路径的横截面面积恒定或增大。
第一子空间的下部9b包括导向元件14。此处导向元件14呈直的长 形形状并包括平引导表面，该平引导表面与空气在第一子空间9中的流 动方向形成一定角度，从而主要向下流动的空气改变方向并沿朝向笫二 子区域10的方向受引导。导向元件14的端部设置在距相邻框架元件3b、 3c有一小段距离的位置处。从而避免了完全封闭位于框架构造左下角的 由导向元件14和框架元件3b、 3c所限定的空间15。在侧框架元件3c 的位于导向元件14上方的位置处^L有小导向元件14a，以《更防止沿侧框 架元件3c侧旁向下流动的空气被引导到空间15中。第二子空间10可 以由界限线10c划分成上部10a和下部10b。界限线10c从侧框架元件 3d的内表面垂直延伸到长形元件的下端部8b。由于长形元件8倾斜， 因此在第二子空间的上部10a中路径的宽度连续增大。有利地，第二子 空间10中的出口 13大于第一子空间9中的入口 12。出口 13的横截面 面积可以是入口 12的横截面面积的1.1至2.0倍。第二子空间10的体 积大于第一子空间9的体积。第二子空间10的体积大小可以是第一子 空间9的体积的2至5倍。
当阳光照在光吸收设备1上时，太阳辐射穿过透明玻璃板2并照在 辐射吸收板4上从而将其加热。辐射吸收板4又将空间5中邻近的空气 加热。当空间5中的空气比建筑物中的空气温度高时，较大的第二子空 间10中的空气逐渐变得比较小的第一子空间9中的空气热。子空间9、 10之间的热不平衡使得空气开始自然循环，因而空气将沿着从第一子 空间9中的开口 12延伸到笫二子空间10中的开口 13的路径循环。由 此，空气经由开口 12被推进第一子空间9中，并在第一子空间的上部 9a中沿在空气的流动方向上横截面面积连续增大的路径向下。当向下 流动的空气经过界限线9c并抵达第一子空间的下部9b时，这些空气撞 到倾斜的导向元件14并改变方向，从而被引向第二子空间10。导向元 件14与入射气流形成一定角度，使得空气以相对较小的流动损失改变 方向。来自第一子空间9的空气经由通路ll被引导到笫二子空间10。在 第二空间10中空气温度越来越高，并且在第二空间10中空气的温度这 样上升直至空气最终经开口 13被导出。当热空气经开口 13被导出时， 新的冷空气经由开口 12被推入。由于从建筑物供给的空气的温度低于 第二子空间10中的空气的温度，所以在第一子空间9中建立起比第二 子空间10中低的温度。该温差使得当光吸收设备受到太阳辐射时，获 得稳定的空气自然循环。当太阳辐射停止时，空间5中的空气温度也降 低。空间5中的空气与建筑物中的空气之间的温差减小。这使得第一子 空间9和第二子空间10中的空气之间的温差减小，直到空气自然循环 停止。
由于，第一子空间的上部9a中的空气受到沿在空气的流动方向上 横截面面积连续减小的路径向下的引导。因此对空气具有最小的流动阻 力，同时当空气被连续加热时具有用于空气膨胀的空间。通过笫一子空 间的下部9b中的导向元件14和可能增大的横截面面积，空气在该部分 9b中同样具有相对较小的流动阻力。由于，第二子空间的上部10a中 的空气受到沿在空气的流动方向上具有连续增大的横截面面积的路径 向上的引导。因此对空气具有最小的流动阻力，同时当空气被连续加热 时具有用于空气膨胀的空间。开口 13大于入口 12这一事实也有助于空 气在空间5中沿所述路径流动。上述流动阻力减小措施4吏得当在空间5 中沿所述路径流动时空气具有非常小的流动阻力。所以，当第一空间9 和第二空间10中的空气之间存在相对较小的温差时，还是能够获得非 常稳定的自然循环。同时，由于空气能够以实质上最佳的方式吸收入射 太阳辐射，所述流动阻力减小措施有助于自然循环的启动。
图3和图4示出了根据第二实施方式的光吸收设备。该实施方式与 上面示出的那一种实施方式的不同之处在于，此处用于空气循环的空间 5位于辐射吸收板4的前面。因此，此处，循环空气与辐射吸收板4的 面对玻璃板2的表面接触。此处，辐射吸收板4形成空间5中的底表面。 在该实施方式中，第一空间的窝穴下部9b中施加有多个导向元件14。 此处，导向元件14具有用于连续地改变空气的流动方向的弯曲的表面， 以引导空气经由通路ll到达第二子空间10。通过多个这种弯曲的导向 元件14，空气的流动阻力进一步减小。在这种情况下，第二子空间10 的下部也设有导向元件16。该导向元件16的作用是向上引导流向侧框 架元件3d的空气。因此能够略微减小第二子空间10中的空气流动阻力。图3和图4所示的实施方式以与图l和图2所示的实施方式相同的方式 工作。因此，我们不再对该实施方式的功能作任何详细披露。
本发明并不以任何方式受限于附图中的上述实施方式，而是能够在 权利要求的范围内自由改型。所示的光吸收i殳备应用在壁元件上。然而， 其也可以应用在诸如屋顶元件等的任意竖直或倾斜的元件上。
权利要求
1.一种光吸收设备(1)，包括至少部分透明的外部材料层(2)；空间(5)，气态介质适于在穿过所述外部材料层(2)的光辐射的作用下通过所述空间(5)进行循环并被加热；辐射吸收材料层(4)，其以与所述空间(5)相接的方式定位；以及元件(8)，其适于将所述空间(5)至少划分成包括第一开口(12)的第一子空间(9)和包括第二开口(13)的第二子空间(10)，其中，所述气态介质适于沿从所述第一子空间(9)中的所述第一开口(12)延伸到所述第二子空间(10)中的所述第二开口(13)的路径流动，并且所述路径延伸成使得所述气态介质仅能够经由通路(11)从所述第一子空间(9)被引导到所述第二子空间(10)，所述通路(11)位于所述空间(5)中的比所述第一开口(12)和所述第二开口(13)的高度低的高度上；并且所述元件(8)在上端部(8a)和下端部(8b)之间延伸，所述上端部(8a)抵接所述空间(5)的上边缘表面(3a)，所述下端部(8b)限定出所述第一子空间的上部(9a)和所述第二子空间(10)的上部(10a)的下高度，其特征在于，所述设备包括流动阻力减小措施，所述流动阻力减小措施适于当所述气态介质被引导通过所述路径时减小所述气态介质的流动阻力，并且所述措施包括所述长形元件(8)倾斜，使得在所述第一子空间的上部(9a)中和/或在所述第二子空间的上部(10a)中所述路径沿所述介质的流动方向具有连续增大的宽度进而具有连续增大的横截面面积。
2. 如权利要求1所述的光吸收设备，其特征在于，所述长形元件(8) 相对于竖直平面在l。到45°的角度范围内倾斜，优选在IO。到30°的 角度范围内倾斜。
3. 如权利要求1或2所述的光吸收设备，其特征在于，所述笫一子空 间包括下部(9b)，所述下部(9b)在界限线(9c)处接收来自所述第一 子空间的上部(9a)的空气并将空气经由所述通路(11)排放到所述第二子空间。
4. 如权利要求3所述的光吸收设备，其特征在于，位于所述第一子空 间的下部(9b)中的所述路径的横截面面积在所述界限线(9c)处与在所 述通路(11)处等大。
5. 如权利要求3所述的光吸收设备，其特征在于，位于所述第一子空 间的下部(9b)中的所^径的横截面面积在所述界限线(9c)处比在所 述通路(11)处小。
6. 如前述权利要求中的任一项所述的光吸收设备，其特征在于，所述 流动阻力减小措施至少包括导向元件(14、 16)，所述导向元件(14、 16) 设置在所述空间(5)的至少一部分(9b、 10b)中。
7. 如权利要求6所述的光吸收设备，其特征在于，所述导向元件(14) 包括平引导表面，所述平引导表面相对于所述介质的入射流向形成基本恒 定的角度。
8. 如权利要求7所述的光吸收设备，其特征在于，所述导向元件(14) 包括弯曲的引导表面，所述弯曲的引导表面连续地改变入射介质的流动方 向。
9. 如前述权利要求中的任一项所述的光吸收设备，其特征在于，所述 第二子空间(10)比所述笫一子空间(9)占据更大的体积。
10. 如前述权利要求中任一项所述的光吸收i史备，其特征在于，所述 流动阻力减小措施包括所述第二开口 (13)比所述第一开口 (12)的横 截面面积大。
11. 如权利要求10所述的光吸收设备，其特征在于，所述第二开口( 13 ) 的横截面面积是所述第一开口 ( 12 )的横截面面积的1.1到2.0倍。
12. 如权利要求10或11所述的光吸收设备，其特征在于，所述第一 开口 (12)的下边缘和所述第二开口 (13)的下边缘基本位于相同的高度。
13. 如前述权利要求中的任一项所述的光吸收设备，其特征在于，所 述空间(5)由所述辐射吸收材料层(4)的面对所述透明材料层(2)的侧 面界定。
14. 如前a利要求1-15中的任一项所述的光吸收设备，其特征在于， 所述空间(5)由所述辐射吸收材料层(4)的背对所述透明材料层(2)的 侧面界定。
全文摘要
本发明涉及一种光吸收设备(1)，该设备包括透明的外部材料层(2)；空间(5)，空气在穿过外部材料层(2)的光辐射的作用下通过空间(5)进行循环并被加热；辐射吸收材料层(4)；以及元件(6)，该元件适于将空间(5)至少划分成包括第一开口(12)的第一子空间(9)和包括第二开口(13)的第二子空间(10)。空气适于沿从第一开口(12)延伸到第二开口(13)的路径流动。该路径包括在空间(5)的至少一部分(9a、9b、10a、10b)中的流动阻力减小措施，所述流动阻力减小措施适于减小被引导通过空间(5)的所述部分(9a、9b、10a、10b)的气态介质的流动阻力。
文档编号F24J2/04GK101680683SQ200880019157
公开日2010年3月24日 申请日期2008年6月13日 优先权日2007年6月15日
发明者亨利克·巴盖, 弗雷德里克·特兰德, 彼得·凯伯埃, 阿尔内·莫贝里 申请人:太阳能科技瑞典公司