易排空的平板太陽能收集器的製作方法

2023-10-17 01:10:34 1

專利名稱：易排空的平板太陽能收集器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種易排空的平板太陽能收集器，其包括至少一個吸收器、至少一個管道、保持結構和至少一個透明壁。本發明還涉及一種平板太陽能收集器系統，其包括至少一個根據本發明的平板太陽能收集器和至少一個反射鏡。本發明還涉及一種平板太陽能收集器陣列。最後，本發明涉及一種用於製造根據本發明的易排空平板太陽能收集器的方法。
背景技術：
太陽能收集器，特別是平板太陽能收集器是眾所周知的裝置，其通常用於吸收太陽能並將其傳遞到收集流體中。主要地，太陽能收集器包括容納在外殼中的塗黑的吸收圓筒或板，外殼被透明的玻璃板從正面封閉。由於日光的虛弱本質，為了通過減少熱量損耗而增加工作溫度，太陽能收集器在使用期間可以被排空以消除氣體對流和分子傳導。極高的溫度還可以通過聚光實現。然而，只有直射光可以被聚焦，而漫射光則被浪費。因此，這種解決方案對於例如大約50％的日光為漫射光的中歐區域來說不是非常吸引人的。由於需要即使在由大氣壓力引起的巨大作用力下也能夠保持高度真空的結構，因此，平板太陽能收集器的抽空是成問題的，在這種結構中，焦點位於太陽能收集器上，太陽能收集器是以容納圓柱形或平坦吸收器的圓柱形玻璃容器為基礎的。在例如US 4,002,160中公開了這種設計，其公開了在收集管陣列後面具有漫反射面的多管太陽能收集器，多管太陽能收集器包括多個雙壁管狀構件，其中，外壁由大致整個外周均為透明的玻璃材料製成。
根據US 4,579,107，其公開了一種具有由一種方法實現的有利特徵的管狀收集器，該方法用來在玻璃上形成兩個日光選擇表面或塗層和日光反射面或塗層，上述表面或塗層通過將熔融金屬沉澱、噴塗到它們各自表面上使得玻璃在與熔融金屬相接觸時熔化從而導致良好的粘合和熱接觸。
根據US 3,960,136的太陽能收集系統也使用雙壁玻璃管，雙壁玻璃管的外壁在其大致整個外周上為透明的。以次大氣壓力將雙壁之間的空間密封。
與例如US 4,002,160中所公開的成列管狀收集器相比，儘管平板收集器可最為有效地吸收能量是眾所周知的，但是，對於保持較高真空度的需要來說，通常管狀太陽能收集器由於它們的玻璃-金屬密封更容易製造而仍然被認為是有利的。
在US 4,084,576中公開了一種燈泡型太陽能收集器，其包括被插入到平坦燈泡罩中的塗黑的太陽輻射吸收器，從而使用例如電視陰極管中已知的可靠密封技術。
從US 3,916,871中可以得到平板太陽能收集器模塊，其包括在其中限定了被抽空腔室的外殼、形成所述腔室一側的透明平坦壁，和在其中帶有流體通道的輻射能吸收器，該輻射能吸收器與外殼絕熱。在一個實施例中，真空泵通過適當的管道被連接到收集器模塊上以隨時按需要抽空所述收集器模塊。根據US 3,916,871，認為一託(1毫米汞柱)範圍之內的真空足以消除對流損失。然而，在該文獻中承認同樣基本消除傳導損耗的極低壓力需要一種市場上不能買到的技術。
在US 5,653,222中公開了一種平板太陽能收集器，其試圖提供一種被抽空的平板收集器，該收集器具有足可抵抗由大氣施加到被抽空殼體上的作用力的結構。吸熱板由於對流、傳導和熱紅外發射(通常被稱作輻射)而產生的熱損失可以被包括後部外殼的平板太陽能收集器所克服，後部外殼被設置成具有一系列的平行小室，其橫截面優選地為半圓形，每個這種小室適於支撐主光滑面並且容納翼管吸收器。這些翼管佔據小室側壁之間至少90％的開放區域使得大部分的輻射被吸收並且幾乎沒有輻射在翼管吸收器和側壁之間穿過。一般認為，單個小室的圓截面提供了對內部真空的變形力的最佳阻力。根據US5,653,222的平板太陽能收集器提供了大量的部件，這些部件的尺寸必須被精確地確定並且還必須以複雜的預定方式被排列。因此，基於US 5,653,222的平板太陽能收集器過於昂貴並且還極難製造。
在US 4,455,998使用了一種太陽能收集器，其包括至少一個被密封的抽空的透明管或容納有可加熱、可逆氫吸氣劑的殼體，吸氣劑包括一個或多個處於部分氫化狀態的金屬鈦、鋯、鉿、鈧、釔、鑭、稀土金屬、鍶、鋇、釩、鈮、鉭、釷以及它們的合金。通過加熱可逆氫吸氣劑而使其釋放氫氣，從而使氫氣壓力增加，當可逆氫吸氣劑冷卻時，氫氣被再次吸收。當太陽能收集器的發熱量超過該裝置其他部分的存儲能力使得吸收器的溫度變得過高時，由於氫氣壓力的增加使太陽能收集器的損失增加，從而使該裝置確保了太陽能收集器維持其正常的高效率。該專利只是公開了用於太陽能收集器的殼體為玻璃管，其具有圓截面並且容納有板狀吸收器，吸收器被導熱地連接到加熱管的蒸發器部分上。
雖然現有的太陽能收集器具有優點，但是抽空的管狀收集器仍然存在一些主要的缺陷。每個管要求在每個帶有波紋管的端部進行玻璃-金屬密封以減少熱傳導並且補償冷卻管相對於處於室溫下的殼體的差異熱膨脹。更進一步地，管必須被隔開以避免產生導致吸收能力損失的陰影。同樣地，多管結構的保養和清洗也相當成問題。因此，通常增加附加的前玻璃以消除該問題，然而，其導致了額外的透射光損失。
儘管可以通過平坦的抽空太陽能板至少部分地克服管狀太陽能收集器的上述缺點，但是所述平板系統的主要缺點仍然是較大的平坦表面不足以承受大氣壓力。另外，外圍的玻璃-金屬密封仍然是主要問題的原因。可能是由於這些困難，US 3,916,871中的平面太陽能收集器依賴於由塑料製成並且同樣具有透明的塑料前部的外殼。因此，平面太陽能收集器只能被抽空到1託，該壓力足以消除空氣對流但是不能消除分子傳導。

發明內容
在這個背景下，本發明的目標是提供一種平板太陽能收集器，其還可以在極高溫度下運行，該平板太陽能收集器具有提高的效率並且在相當長的時間內保持極高的真空。本發明的另一個目標是提供一種平板太陽能收集器，其還包括較大的平坦表面，該平坦表面可以承受大氣壓力並且確保高度的操作安全。另外，本發明的一個目標是提供一種生產高度真空密封的平板太陽能收集器的可靠的製造方法。
該目標由平板太陽能收集器實現，其包括至少一個吸收器，特別是板狀吸收器；至少部分地與至少一個吸收器熱連接的至少一個管道；包括外周框架的保持裝置，其特別是由金屬製成；和至少一個第一透明壁特別是平坦的壁，特別是玻璃板。其中，特別地，第一透明壁的周邊與保持結構、特別是框架的第一支撐面具有重疊的區域，特別是周向的區域，其中，第一透明壁的至少一側至少部分地、特別是在至少部分重疊區域和/或第一透明壁的所述側周邊的至少一部分上包括金屬塗層，其特別地包括第一金屬層和第二金屬層，所述第一金屬層特別是等離子擴散銅層，所述第二金屬層特別是錫覆蓋層，從而在透明壁上設置至少一個金屬化的區域。所述平板太陽能收集器還包括軟金屬帶特別是第一軟金屬帶，該第一軟金屬帶特別是鉛和/或銅帶，其適於密封第一透明壁和保持結構之間的接合處並且適於被釺焊、特別是軟釺焊到保持結構特別是周向的框架和第一透明壁的金屬化區域上。
在本發明的另一個方面中，平板太陽能收集器還包括連接到保持結構上的底部，從而形成適於被真空-密封的外殼。
特別優選地是，至少一個軟金屬帶被至少部分地定位成與金屬保持結構平行。這樣，金屬帶被極其方便地定位到保持結構的下方平面上，金屬帶布置在該下方平面上。
根據本發明的一個實施例，使用軟金屬帶將透明壁的周邊和連接到保持結構上的框架和/或底部固定在一起，軟金屬帶適於通過至少一個第一軟釺焊部分被軟釺焊到保持結構上，特別是被軟釺焊到保持結構的框架和/或底部上，和/或所述軟金屬帶通過至少一個第二軟釺焊部分被軟釺焊到透明壁上，特別是軟釺焊到透明壁的金屬化區域上。
本發明還提供了一種平板太陽能收集器，其還包括通過保持結構而與第一透明壁隔開的至少一個第二透明壁、特別是平坦壁，該平坦壁特別是玻璃板，其中，特別是第二透明壁的周邊與特別是框架的第二支撐面具有重疊的區域，該重疊的區域特別是周向的區域，其中，至少第二透明壁的至少一側至少部分地、特別是在重疊區域和/或第二透明壁的所述側周邊的一部分上包括金屬塗層，其特別地包括第一金屬層和第二金屬層，所述第一金屬層特別是等離子擴散銅層，所述第二金屬層特別是錫覆蓋層，從而在第二透明壁上設置至少一個金屬化區域；以及，該平板太陽能收集器還包括軟金屬帶、特別是第二軟金屬帶，特別是鉛和/或銅帶，其適於密封透明的第二壁和保持結構、特別是框架之間的接合處，並且其適於被釺焊、特別是軟釺焊到保持結構、特別是周向框架和第二透明平坦壁的金屬化區域上。
根據優選實施例，平板太陽能收集器還包括至少一個隔離物，特別是隔離物陣列的形式，特別是金屬棒。
隔離物被用於適當地支撐平板太陽能收集器的透明平坦壁，特別是當玻璃板覆蓋過大的表面時。沒有隔離物的話，大面積的透明前板將在大氣壓力下破裂。最優選地是使用一系列縱向和橫向金屬棒，特別是，金屬棒的高度與收集器外殼的深度基本相同。通常，設置寬度為大約1到10毫米的縱向或橫向棒、特別是金屬棒是足夠的。這樣，保持結構的元件、特別是周向框架和隔離物的尺寸被設計成使緊密支撐透明壁的保持結構的所有支撐區域位於單一平面內。這樣，作用在透明壁上的作用力被幾乎均勻地分布。
優選地，使用至少一個屏蔽板、特別是低輻射率屏蔽板，其適於被插入到吸收器和與保持裝置相連的底部之間。使用這種屏蔽板，熱損耗可以被進一步降低，這主要是因為吸收器與收集器的金屬部分之間的輻射交換被減少。
通常，外殼底部和透明平坦壁之間的距離為大約1到10釐米。有利地，當所述底部被連接到保持結構上時，底部和前部透明平坦壁之間的距離在大約2到6釐米的範圍之內。此外，前玻璃板的厚度通常在大約1到10毫米的範圍內。前玻璃板的厚度主要取決於所述玻璃板的表面尺寸和隔離物之間的距離。
根據優選實施例，至少保持結構特別是保持結構的內壁的至少一部分及至少一個隔離物和/或所述底部、特別是所述底部的內壁由銅、鋼或鋁製成，和/或被塗有低紅外線吸收膜，特別地，該低紅外線吸收膜包括銅和/或鋁以減少吸收器的輻射損失。形成這樣的規定，即用於保持結構和/或所述底部的材料是抗腐蝕的，特別是在所述平板太陽能收集器的外部為抗腐蝕的。
在本發明的另一個實施例中，提供了一種平板太陽能收集器，其還包括至少一個塊狀吸氣劑和/或至少部分地位於吸收器和/或保持結構的至少一部分上的吸氣劑塗層，該吸氣劑塗層特別具有小於1000nm的厚度。優選地，採用吸氣劑資源再利用技術以便提供具有集成泵的本發明的平板太陽能收集器。通過使用這樣的集成泵，有可能使壓力保持低於10-4託，該壓力通常是充分減少分子傳導損失所必需的。在優選實施例中，特別是在吸收器的背面和/或外殼或保持結構的內表面上塗有非揮發性的薄膜吸氣劑塗層。應當注意吸氣劑的塗層厚度不能削弱下面的銅或鋁合金塗層的輻射率。通常，吸氣劑塗層的厚度應當保持為幾百毫微米(nm)，特別是在大約100nm到600nm的範圍內，並且最優選地為大約100nm。例如US 6,468,043中公開了吸氣劑塗布技術。像市場有售的塊狀吸氣泵、吸氣劑，例如由SAES Getters生產的St 707非揮發性吸氣劑都是可以使用的。
本發明還提供了一種平板太陽能收集器，其還包括位於透明壁和吸收器之間的至少一個附加的透明壁和/或位於該透明壁內側和/或位於附加的透明壁的內側或兩側上的紅外線反射鏡塗膜。為了減少前部玻璃壁的輻射損失，其還可以採用附加的玻璃板和/或紅外線鏡面反射層塗層。
在本發明的一個方面中，真空密封連接口被整合到周向框架中並且特別地包括至少一個膨脹波紋管。還可以形成規定，即採用泵送口形式的至少一個連接口被結合到保持結構的周向框架或外側壁中以用於收集器的最初抽空。被設置在平板太陽能收集器內部的冷卻管或管道以真空密封的方式穿過平板太陽能收集器的外殼壁延伸。由於管道和外殼的不同熱性能，可以在外殼和管道或冷卻管的接頭附近採用膨脹波紋管。泵送口被優選地設計成使得完成抽空工序之後連接管的閥門被關閉。連接管特別是由銅製成的話還可以被夾緊。
在非常優選的實施例中，可以形成規定，即保持結構、特別是框架包括側壁和與所述側壁相連特別是與其垂直的支撐面，支撐面適於支撐透明壁、特別是透明壁的周邊。特別優選地是，如果平板太陽能收集器的框架包括周向側壁，其圍繞外殼的底部並且被特別地定位成與外殼的底部垂直。在優選實施例中，與所述側壁連接的支撐面被定位成與至少在與所述支撐面相對的位置處的外殼底部平行。這樣，平板太陽能收集器的邊緣部分的U形輪廓允許牢固地固定前部透明平坦壁。
在本發明的另一個實施例中，優選地是，至少一個軟金屬帶被至少部分地設置在透明平坦壁和框架的支撐面之間，並且其中，軟金屬帶的至少一個第一部分被釺焊、特別是軟釺焊到特別是透明壁的金屬化區域上和/或外殼、特別是側壁和/或支撐面上，和/或其中，所述金屬帶的至少第二部分被釺焊、特別是軟釺焊到特別是透明壁的金屬化區域和/或外殼、特別是側壁和/或支撐面上。已經發現，通過使用透明平坦壁的錫-銅金屬噴塗、特別是透明平坦壁的一個或兩個表面的周邊的金屬噴塗可以實現本發明的平板太陽能收集器的極為有效的密封。軟金屬帶可以隨後被軟釺焊到通常由金屬製成的殼體和玻璃壁上。優選地是將軟金屬帶設置在玻璃壁的內側和與外殼的側壁相連的支撐面之間，從而使真空下的無用容積最小化並且使玻璃壁免於由摩擦壓靠框架支撐面的金屬結構所產生的刮傷。
這樣，可以形成規定，即軟金屬的至少一個第一部分被釺焊、特別是軟釺焊到外殼、特別是框架和/或框架的支撐面上，並且其中，軟金屬帶的第二部分被釺焊、特別是軟釺焊到透明壁、特別是所述平坦壁的金屬化區域上。
在本發明的另一個方面中，可以形成規定，即吸收器包括至少一個銅板、特別是OFE和/或OFS銅板，其至少在暴露於太陽輻射下的那一側被塗有選擇吸收膜、特別是鉻黑色(chromium black)的。由銅板製成的吸收器通常具有大約1至2毫米的平均厚度，例如在使用OFE或OFS銅板的時候。通常，對於選擇吸收膜來說，能夠z在大約350到400℃溫度下經受長時間加熱的薄膜是優選的。板狀吸收器的後部優選地被固定到管道、例如冷卻管上以用於排熱。對於達到150℃的情況來說，通常用水作為冷卻液，而對於更高溫度的情況來說，油或空氣為優選的。
還提供有平板太陽能收集器，其中，至少一個、特別是大致成U形的管道被熱連接到至少一個吸收器上，特別是通過焊接或銅焊的方式，和/或其中，管道被布置成不與保持結構、特別是周向框架和/或至少一個隔離物直接熱接觸。
此外，在本發明的一個實施例中，設置有至少一個外部泵、特別是渦輪泵站。這種外部泵可以被用於在初期形成足夠的低壓使得隨後可以使用例如基於吸氣劑技術的綜合泵作用。
本發明的目標還可以被一種太陽能收集器所解決，其中所述收集器的後部也包括透明壁。這樣，就提供了一種平板太陽能收集器，其包括至少一個吸收器、特別是板狀吸收器；至少被部分地熱連接到至少一個吸收器上的至少一個管道；周向框架、特別是金屬框架；前部透明壁和後部透明壁，其中，特別是前部透明壁的周邊和框架頂側、以及特別是後部透明壁的周邊和所述框架的底側分別具有重疊的周向區域，其中，前部透明平坦壁面向框架頂側、特別是面向支撐面的那一側的重疊區域的至少一部分和其中後部透明壁面向框架背面、特別是面向支撐面的那一側的重疊區域的至少一部分被分別鍍有至少一個第一金屬層、特別是被鍍有等離子擴散銅層，並且其中每個第一金屬層被至少一個第二金屬層、特別是錫覆蓋層所保護，並且其中，特別是所述前部透明壁的周邊與所述框架以及特別是後部透明壁的周邊和所述框架利用第一和第二軟金屬帶特別是周向軟金屬帶、特別是鉛和/或銅金屬帶被分別固定在一起。第一金屬帶適於、特別是通過至少一個第一部分被軟釺焊到前部透明平坦壁的金屬化區域上並且通過至少一個、特別是位於第一部分相對側的第二部分被軟釺焊到所述框架上、特別是跨過所限定的釺焊部分，並且其中，特別是後部透明壁的周邊和所述框架通過第二、特別是周向的軟金屬帶、特別是鉛和/或銅金屬帶被固定在一起，第二金屬帶適於、特別是通過至少一個第一部分、被軟釺焊到後部透明平坦壁的金屬化區域上並且通過至少一個特別是位於第一部分相對側的第二部分被軟釺焊到所述框架上、特別是跨過所限定的釺焊部分。優選地、所述第一和第二軟金屬帶被至少部分地定位成與保持結構平行。
平板太陽能收集器系統可以獲得特殊的好處，本發明的平板太陽能收集器和適於將日光反射到後部透明平坦壁上的反射鏡在該系統中被結合使用，從而最為有效地增加了吸收器上的入射日光輻射通量。這樣就提供了一種平板太陽能收集器系統，其包括至少一個根據前述權利要求之一的平板太陽能收集器和至少一個反射鏡、特別是大致半圓柱形反射鏡，該反射鏡適於將光反射到所述平板太陽能收集器的至少一個透明壁上。在一個優選實施例中，平板太陽能收集器可以被放置在半圓柱形反射鏡的上方、特別是以即使是照射到反射鏡上的日光的散射分量也可以幾乎全部被反射到平板太陽能收集器的後部的方式被設置。
在本發明的另一個實施例中，例如如果使用半圓柱形反射鏡的話，所述太陽能收集器基本沿所述半圓柱形反射鏡的軸線被定位。
更進一步地，在此還建議反射鏡的橫截面為圓弧形或圓弧的一部分、特別是小於半圓的形狀。
根據本發明的另一個實施例，提供了一種平板太陽能收集器系統，其中，太陽能收集器被布置在兩個相鄰半圓柱形反射鏡或多個反射鏡的上方，反射鏡的橫截面具有圓弧形狀。通過將反射鏡彼此接近地定位，兩個反射鏡都可以將照射到反射鏡上的日光反射到所述收集器的後部。
當使用前壁和後壁為透明的平板太陽能收集器時，優選地是使用選擇吸收膜使吸收器的前面和背面變黑，特別是使用鉻黑色或能夠在大約350至400℃下經受長期加熱的其他塗層。
如果本發明的整個平板太陽能收集器優選地被加熱到大約150℃或以上溫度、特別地持續幾個小時的話，當使用外部泵站排空所述收集器時，可以極大地減少表面排氣。因此，本發明的平板太陽能收集器優選地根據下列步驟製造a)提供至少一個保持結構、特別是至少一個周向框架和/或至少一個隔離物；至少一個吸收器、特別是板狀吸收器；至少一個管道；至少一個第一透明壁；至少一個底部和/或至少一個第二透明壁，其中，特別是第一和/或第二透明壁的周邊至少部分地包括金屬塗層，特別是包括第一金屬層和第二金屬層，所述第一金屬層特別是等離子擴散銅層，所述第二金屬層特別是錫覆蓋層，b)將隔離物裝入周向框架中，c)將特別是通過焊接或銅焊熱連接到吸收器上的至少一個管道特別是通過至少一個卡扣安裝元件安裝到至少一個隔離物上，並且安裝到周向框架的連接口中，d)將管道的端部焊接到連接口上，e)將第一透明壁安裝到保持結構上，軟金屬帶已經被軟釺焊到第一透明壁的金屬塗層上，f)將所述軟金屬釺焊到保持結構上，從而特別地將軟金屬帶的至少一部分定位成與保持結構大致平行，g)利用至少一個外部泵特別是通過泵送口排空太陽能板，h)將平板太陽能收集器加熱到大約120℃至170℃、特別是加熱至大約150℃，持續一段時間、特別是至少30分鐘，以將收集器中的氣體充分排空，i)將平板太陽能收集器、特別是包括塊狀吸氣劑和/或吸氣劑塗層的所述平板太陽能收集器的那些部分加熱到高於170℃的溫度，特別是大約180℃或更高，以便使吸氣劑活化，並且j)特別是在泵送口處通過關閉閥門或者通過夾緊管道連接部而使平板太陽能收集器隔離開。
作為該方法的一部分，或者單獨地，在關閉泵送口之前可以通過將板保持在高溫下持續足夠長的時間而將吸氣泵或吸氣塗層熱活化。例如，如果使用TiZrV塗層作為吸氣材料，加熱優選地在大約180至200℃下持續大約2小時。通過這個方法可以獲得低於10-8託的壓力。本發明的平板太陽能收集器隨後被隔離，例如通過閥或優選地通過夾緊所述連接管。
如果保持結構和底部沒有被事先連接在一起，在製造過程中可以加入以真空密封的方式將底部安裝到保持結構、特別是安裝到其框架上的步驟。
在保持結構的兩側都應設置有透明壁以取代將底部安裝到保持結構上的情況下，下列步驟必須被加入到製造方法中將第二透明壁安裝到保持結構上，其中軟金屬帶已經被軟焊接到第二透明壁的金屬塗層上，並且將所述軟金屬帶釺焊到保持結構上。
本發明由此基於出人意料的發現，即可以獲得平板太陽能收集器，並且其具有可實現的極低壓力，從而提供非常充分的周向玻璃-金屬密封。本發明的平板太陽能收集器因此非常適用於適應由太陽能收集器的不同材料的差異膨脹所引起的熱約束，而不會損壞密封。因此，這些平板太陽能收集器可以被使用相當長的時間而不需要利用外部泵站排空外殼。而且，本發明的平板太陽能收集器可以在多種氣候條件下使用並且可用於大量不同的應用。並且，整個溫度範圍覆蓋從30℃直到300℃甚至更高。使用本發明的平板太陽能收集器，即使是那些只有一側接受太陽輻射的收集器，也可以獲得大約350℃和更高的穩定溫度。除了由非排空的收集器已經實現的生活供熱之外，本發明的太陽能收集器還可以用於發電例如使用收集器場、用於製冷或空調。此外，本發明的平板太陽能收集器可以被用於從水中製取氫氣，海水的脫鹽和生產商用或家用烹調的熱油。
而且，所述太陽能收集器的維護也相當容易並且維護工作所需時間也相應減少。本發明的另一個優點是所公開的太陽能收集器可以被非常容易地組裝，因此允許低成本的大批量生產。可以提供非常可靠的金屬-玻璃密封也是很大的一個優點。還有，使用本發明的太陽能收集器，可以用於大量不同技術應用的大塊透明板材是易於得到的。


從下面描述中還可以得出本發明的其他特徵和優點，其中本發明的優選實施例根據附圖以實例的方式被詳細描述。
圖1a顯示了根據本發明的平板太陽能收集器結構的示意性頂視圖；圖1b顯示了根據本發明的平板太陽能收集器的分解透視圖；圖1c顯示了根據本發明的平板太陽能收集器的另一個分解透視圖；圖1d顯示了根據圖1c的平板太陽能收集器側部的示意性局部視圖；圖2顯示了根據本發明的平板太陽能收集器的周邊密封結構的示意性橫截面視圖；圖3顯示了根據本發明的平板太陽能收集器的周邊密封結構的示意性橫截面視圖；圖4顯示了根據本發明的平板太陽能收集器的周邊密封結構的示意性橫截面視圖；圖5顯示了根據本發明的平板太陽能收集器的周邊密封結構的示意性橫截面視圖；圖6顯示了還包括冷卻管的本發明的平板太陽能收集器的周邊密封結構的示意性橫截面視圖；圖7顯示了本發明的平板太陽能收集器的周邊密封結構的示意性橫截面視圖，該平板太陽能收集器還包括用於抽空的側面連接部；圖8顯示了本發明的平板太陽能收集器的另一個實施例；圖9顯示了本發明的平板太陽能收集器的另一個實施例；和圖10顯示了本發明的平板太陽能收集器系統的另一個實施例。
具體實施例方式
在圖1a中，顯示了平板太陽能收集器1，其為矩形形狀並且包括金屬盒形式的外殼2和頂部透明的平坦壁4。外殼2包括大致平坦的底部6和周向側面框架8。頂部透明平坦壁4沿其周向被布置在框架8上。縱向和橫向金屬棒10和12被用作隔離物以支撐透明平坦壁4。通過連接口14可以在平板太陽能收集器1內部建立低壓力，連接口14呈現為經過框架8進入外殼2中的側向連接部。管道或冷卻管16和18被布置在外殼內部，優選地位於底部6和板狀吸收器20(以虛線表示以便顯示出其下方的冷卻管道系統)之間。吸收器20的接受日光照射的表面優選地塗有黑色膜。此外，冷卻管16和18被熱連接到板狀吸收器20的背面。根據圖1a的平板太陽能收集器1還包括塊狀吸氣泵(未顯示)，例如靠近框架8，使用該泵可以獲得極低的壓力並且還可以維持相當長的時間。為了克服差異熱膨脹，在外殼2的外部提供具有膨脹波紋管24和26的冷卻管16和18已經被發現是有利的。
在圖1b中，顯示了平板太陽能收集器1，並且其單個的部件被人為地與它們的嵌入位置隔開。保持結構2為矩形形狀，其具有周向框架8和形成十字形的分別為縱向及橫向的隔離金屬棒10和12。當將透明平坦壁放置到冷卻管及板狀吸收器頂部時，這些隔離棒和周向框架的高度被調整為使得冷卻管16、18和板狀吸收器20可以被容納在平板太陽能收集器1的殼體內部。單個板狀吸收器20的尺寸被製成使得它們安裝在由隔離棒和周向框架8形成的隔室內。例如為U形的冷卻管16、18被連接到單個板狀吸收器上，從而與所有四塊板狀吸收器20接觸。最便利地是，隔離棒10和12具有各自的切口，例如為夾子形式，以便容納和固定冷卻管16、18。應當注意的是，在冷卻管16、18和隔離棒10和12之間基本不存在熱接觸。這可以通過例如夾子或其他有間隔的元件實現。冷卻管16、18的末端部分在保持結構2中分別與整體形成於周向框架8中的連接口17和19相結合。
從圖1c中可以得到從下方觀察根據圖1b的平板太陽能收集器的分解圖。如圖1c中所示，冷卻管16、18被連接到每個單獨的板狀吸收器20的整個底部以確保熱能從板狀吸收器20向冷卻管中的輸送流體的最大傳導。在可選實施例中，不僅平板太陽能收集器的蓋板可以具有透明平坦壁4，而且平板太陽能收集器的後部也可以具有透明平坦壁4，從而用另一個透明平坦壁取代外殼2的底部6。在該實施例中，板狀吸收器20在兩面上被弄黑。可選地，另一套板狀吸收器20被放置在第二透明平坦壁和冷卻管16、18之間。在該實施例中，冷卻管16、18被夾在兩套板狀吸收器之間並且被熱連接到帶有所述相對板狀吸收器的冷卻管的相對側部上。然而，提供第二套帶有分離的冷卻管系統的板狀吸收器也是可能的，使得在第一和第二套板狀吸收器之間至少布置兩個分開的冷卻管。
在圖1d中，可以以放大的方式觀察根據圖1b的平板太陽能收集器1的一部分。接收冷卻管16、18的終端部分的連接口17和19分別設置有膨脹波紋管24和26以便適應尺寸的熱感應變化。圖中顯示了被封閉和夾緊後的泵送口從而確保平板太陽能收集器1的外殼的高真空密封。
在圖2至5中，顯示了用於將頂部透明平坦壁4連接到外殼2上的不同的密封方式。在圖2中，以示意的方式顯示了本發明的平板太陽能收集器1的邊緣部分的橫截面視圖。框架8包括基本垂直於底部6的側壁部分28，並且在側壁28的外邊緣上設置有支撐面30，其優選地平行於底部6而延伸，從而基本垂直於側部28定位。根據圖2的實施例，平板太陽能收集器1的密封通過在平坦壁4的周邊和支撐面30之間設置軟金屬帶32而實現。在該實施例中，至少平坦壁4的下表面沿其周邊通過錫-銅金屬噴鍍而被噴塗，優選地，在放置軟金屬帶的部位上，軟金屬帶應當被軟釺焊到平坦壁4上。在本實例中，軟金屬帶32具有被軟釺焊到上部支撐面30上的第一部分34，上部支撐面通常由與整個外殼2相同的金屬製成。此外，軟金屬帶32通過第二軟釺焊部分36被固定到透明壁4上從而提供非常嚴密的密封，並且還適於使真空下的無用體積最小化。由於在透明壁4和框架8之間沒有直接接觸，從而使透明壁免於由於摩擦壓靠所述框架的金屬結構而產生的刮傷。作為玻璃板和金屬保持結構之間的優選連接方式的共有特徵，軟金屬帶被至少部分地布置成與例如框架的金屬保持結構相平行。
同樣地，圖5提供了用於本發明的平板太陽能收集器的可選的密封方式，其同樣防止了平坦壁4和支撐面30之間的直接接觸。與圖1不同，軟金屬帶32利用第一部分34被軟釺焊到支撐面30上，第一部分34優選地位於軟金屬帶32的一端，並且軟金屬帶32通過第二軟釺焊部分36被軟釺焊到頂部透明平坦壁4上，第二軟釺焊部分被固定到平坦壁4的金屬化的前周邊上。
可選地，還可以使用軟金屬帶32實現嚴密密封，軟金屬帶通過第一軟釺焊部分34被連接到側壁28上並且通過第二軟釺焊部分36在透明平坦壁4的周邊處被連接到頂面上。軟金屬帶32如圖3所示密封平坦壁4和支撐面30的接合處。根據圖4可以得到另一種密封方式，根據圖4，軟金屬帶32通過第一軟釺焊部分34被連接到側壁28上並且通過第二軟釺焊部分36被連接到透明平坦壁4的底面上。在這種情況下，透明平坦壁4的底面沿其周邊覆蓋有如上所述的金屬層。與圖2、3和5所示的實施例不同，圖4的平板太陽能收集器1使用尺寸上稍大於外殼2的透明平坦壁4，這樣透明平坦壁4沿其周邊延伸超過側壁28。
在圖6中，顯示了冷卻管30的連接部的示意圖。膨脹波紋管40被用以適應在平板太陽能收集器1中使用的不同材料的差異熱膨脹，膨脹波紋管一方面被連接到側面框架8的開口中，另一方面被連接到例如熱絕緣體上。同樣，如圖7中所示，側面連接部42還可以被設置為用於外部泵站的連接裝置。連接口44可以例如具有閥以便密封平板太陽能收集器1。優選地，側面連接部被夾緊以提供適當的密封。
如圖8中可以得到可選的平板太陽能收集器1′，其包括頂部透明平坦壁46、底部透明平坦壁48和優選地由金屬製成的周向外壁或框架50。最優選地，框架50具有側壁60和位於其頂部和底部上的周向支撐面70和72，頂部和底部透明平坦壁46和48可以分別被放置在周向支撐面上。和平板太陽能收集器1一樣，太陽能收集器1′也可具有金屬棒52，其起到隔離物的作用並且支撐頂部和底部透明平坦壁46和48。同樣，頂部平坦壁46和表面70之間及底部平坦壁48和支撐面72之間的緊密連接可以分別由單個的軟金屬帶74和76實現，每個軟金屬帶包括軟釺焊部分78、80和82、84。至少平坦壁46、48上那些被軟金屬帶軟釺焊的部分已經被金屬化，特別是通過雙金屬層系統例如錫/銅雙層金屬化。使用從頂部支撐面沿側壁向底部支撐面延伸的單個軟金屬帶也是可能的(未顯示)。
在本發明的優選實施例中，平板太陽能收集器1′與半圓柱形或槽型的反射鏡54一起使用從而提供了平板太陽能收集器系統56。在圖9所示的一個實施例中，平板太陽能收集器1′沿半圓柱形反射鏡54的軸線被布置從而基本覆蓋所述反射鏡開口的一半。日光隨後照射半圓柱形上不被太陽能收集器1′覆蓋的那部分，從而可被反射到所述收集器的背面。以這種方式，可以最有效地增加吸收器上的入射日光輻射通量。優選地，吸收器在其頂面和底部塗有黑色表面。下文中的平板太陽能收集器系統56的方案還可以使用如圖10中所示的布置。圖10中的平板太陽能收集器系統56′使用兩個相鄰的半圓柱形反射鏡，其被接合或連接或者至少在相應的邊緣部分處於緊密接近從而基本上呈W形。平板太陽能收集器1′被放置在兩個半圓柱形反射鏡58、60的接合處的頂部，從而覆蓋半圓柱形反射鏡58的一部分及半圓柱形反射鏡60的一部分。日光隨後可以通過不被平板太陽能收集器1′覆蓋的那些部分照射到兩個半圓柱形反射鏡58和60上。
儘管本發明已經在上述描述中對附圖進行了解釋和詳細描述，但是這些部分應當被認為是具有說明性而非限制性的性質，應當理解的是只有優選實施方式被顯示並且進行了描述，並且歸入本發明範圍之內的所有的改變和變型都是所希望保護的。
參考表
1，1′ 平板太陽能收集器2 保持結構4 透明平坦壁6 外殼底部8 外殼的側面框架10 縱向隔離金屬棒12 橫向隔離金屬棒14 泵送口16 冷卻管17 連接口18 冷卻管19 連接口20 板狀吸收器24 膨脹波紋管26 膨脹波紋管28 框架8的側壁部分30 支撐面32 軟金屬帶34 軟釺焊第一部分36 軟釺焊第二部分38 冷卻管40 膨脹波紋管42 側面連接部44 連接口46 頂部透明平坦壁48 底部透明平坦壁50 周向框架52 隔離金屬棒54 半圓柱形反射鏡
56，56′ 平板太陽能收集器系統58半圓柱形反射鏡60半圓柱形反射鏡68側壁70支撐面72支撐面74軟金屬帶76軟金屬帶78軟釺焊部分80軟釺焊部分82軟釺焊部分84軟釺焊部分
權利要求
1.一種平板太陽能收集器(1，1′)，其適於被排空並且真空密封，該平板太陽能收集器包括至少一個吸收器(20)，特別是板狀吸收器；至少部分地與至少一個吸收器(20)熱連接的至少一個管道(16，18)；保持結構(2)，該保持結構(2)特別是由金屬製成並包括周向框架(8)；和至少一個透明壁特別是平坦壁(4，46，48)，該平坦壁特別是玻璃板，其中，特別是第一透明壁(4，46，48)的周邊和所述保持結構、特別是框架(8)的第一支撐面具有重疊的、特別是周向的區域，其中，至少第一透明壁(4，46，48)的至少一側至少部分地具有金屬塗層、特別是在重疊區域和/或第一透明壁(4，46，48)的所述側的周邊的至少一部分上具有金屬塗層，該金屬塗層特別地包括第一金屬層和第二金屬層，所述第一金屬層特別是等離子擴散銅層，所述第二金屬層特別是錫覆蓋層，從而在透明壁(4，46，48)上提供至少一個金屬化區域，所述平板太陽能收集器還包括軟金屬帶特別是第一軟金屬帶(32)，該第一軟金屬帶(32)特別是鉛和/或銅帶，其適於密封第一透明壁(4，46，48)和保持結構(2)之間的接合處並且其適於被釺焊、特別是軟釺焊到保持結構，特別是被軟釺焊到周向框架(8)上和第一透明壁(4，46，48)的金屬化區域上。
2.根據權利要求1所述的平板太陽能收集器(1)，還包括連接到保持結構(2)上的底部(6)，從而形成適於真空密封的外殼。
3.根據權利要求1所述的平板太陽能收集器(1′)，還包括通過保持結構(2)而與第一透明壁隔開的至少一個第二透明壁特別是平坦的壁，該平坦的壁特別是玻璃板，其中，特別是第二透明壁和特別是框架(8)的第二支撐面的周邊具有重疊的區域特別是周向的區域，其中，第二透明壁的至少一側至少部分地具有金屬塗層、特別是在重疊區域和/或第二透明壁的所述側面周邊的至少一部分上具有金屬塗層，該金屬塗層特別地包括第一金屬層和第二金屬層，所述第一金屬層特別是等離子擴散銅層，所述第二金屬層特別是錫覆蓋層，從而在第二透明壁上提供至少一個金屬化區域；和軟金屬帶特別是第二軟金屬帶，特別是鉛和/或銅帶，該軟金屬帶適於密封透明的第二壁和保持結構(2)特別是框架(8)之間的接合處，並且該軟金屬帶適於被釺焊、特別是軟釺焊到保持結構(2)、特別是周向框架(8)上和第二透明平坦的壁的金屬化區域上。
4.根據前述任意一項權利要求所述的平板太陽能收集器(1，1′)，其特徵在於，至少一個軟金屬帶(32)被至少部分地定位成與金屬保持結構(2)大致平行。
5.根據前述任意一項權利要求所述的平板太陽能收集器(1，1′)，其特徵在於，透明壁(4，46，48)的周邊和保持結構(2)的框架(8)和/或底部(6)通過軟金屬帶(32)被固定在一起，軟金屬帶適於通過至少一個第一軟釺焊部分(34)被軟釺焊到保持結構(2)、特別是保持結構的框架(8)和/或底部(6)上，和/或通過至少一個第二軟釺焊部分(36)被軟釺焊到透明壁(4，46，48)、特別是該透明壁的金屬化區域上。
6.根據前述任意一項權利要求所述的平板太陽能收集器(1，1′)，其特徵在於，保持結構(2)還包括至少一個特別是金屬棒的隔離物(10，12，52)，所述隔離物特別是隔離物陣列的形式。
7.根據前述任意一個權利要求所述的平板太陽能收集器，還包括至少一個屏蔽板、特別是低輻射率屏蔽板，其適於被插入到吸收器和連接在保持結構上的所述底部之間。
8.根據前述任意一個權利要求所述的平板太陽能收集器(1，1′)，其特徵在於，當所述底部(6)被連接到保持結構(2)上時，底部(6)與第一透明壁(4，46)之間或第二透明壁(48)與第一透明壁(4，46)之間的距離為大約1至10釐米。
9.根據前述任意一項權利要求所述的平板太陽能收集器，其特徵在於，至少所述保持結構、特別是至少所述保持結構的內壁的一部分及至少一個隔離物和/或所述底部、特別是底部的內壁由銅、鋼或鋁製成和/或塗有特別是包括銅和/或鋁的低紅外線吸收膜。
10.根據前述任意一項權利要求所述的平板太陽能收集器，其特徵在於，用於保持結構和/或所述底部的材料適於抗腐蝕、特別是在所述平板太陽能收集器的外部抗腐蝕。
11.根據前述任意一項權利要求所述的平板太陽能收集器(1，1′)，還包括位於吸收器(20)和/或保持結構(2)的至少一部分上的至少一個塊狀吸氣劑和/或至少部分的吸氣劑塗層，該吸氣劑塗層特別是具有小於1000nm的平均厚度。
12.根據前述任意一項權利要求所述的平板太陽能收集器，還包括位於透明壁和吸收器之間的至少一個附加透明壁和/或位於該透明壁內側上和/或附加透明壁一側或兩側上的紅外線反射鏡塗層。
13.根據前述任意一項權利要求所述的平板太陽能收集器(1，1′)，其特徵在於，管道包括真空密封的連接口(17，19)，其被整體形成於周向框架(8)中並且特別地包括至少一個膨脹波紋管(24，26)。
14.根據前述任意一項權利要求所述的平板太陽能收集器，還包括至少一個形成為泵送口(44)形式的連接口和/或至少一個適於連接到所述泵送口上的泵，所述泵送口被整體形成於保持結構的周向框架或側壁中。
15.根據前述權利要求中任意一項所述的平板太陽能收集器(1，1′)，其特徵在於，保持結構(2)特別是框架(8)包括側壁(28)和被連接到所述側壁上的特別是與其垂直的支撐面(30)，該支撐面適於支撐透明壁(4，46，48)、特別是透明壁的周邊。
16.根據前述任意一項權利要求所述的平板太陽能收集器(1)，其特徵在於，軟金屬帶(32)的至少一個第一部分(34)被釺焊特別是軟釺焊到外殼(2)、特別是軟釺焊到框架(8)和/或框架的支撐面(30)上，並且其中，軟金屬帶(32)的第二部分(36)被釺焊特別是軟釺焊到透明壁(4)、特別是所述平坦壁的金屬化區域上。
17.根據前述任意一項權利要求所述的平板太陽能吸收器，其特徵在於，吸收器包括至少一個銅板、特別是OFE和/或OFS銅板，該銅板至少在受到太陽輻射的那一側被塗有選擇吸收膜、特別是鉻黑色的。
18.根據前述任意一項權利要求所述的平板太陽能收集器，其特徵在於，至少一個管道、特別是大致U形的管道特別是通過焊接或銅焊被熱連接到至少一個吸收器上，和/或其中所述管道被布置成不與保持結構、特別是周向框架和/或至少一個隔離物直接熱接觸。
19.一種平板太陽能收集器系統(56，56′)，包括至少一個根據前述任意一項權利要求所述的平板太陽能收集器(1，1′)和至少一個反射鏡(54，58，60)、特別是大致半圓柱形的反射鏡，所述反射鏡適於將光反射到所述平板太陽能收集器的至少一個透明壁上。
20.根據權利要求19所述的平板太陽能收集器系統(56，56′)，其特徵在於，所述太陽能收集器(1，1′)大致沿半圓柱形反射鏡(54，58，60)的軸線被定位。
21.根據權利要求19或20所述的平板太陽能收集器系統，其特徵在於，反射鏡的橫截面呈現圓弧形或圓弧的一部分、特別是小於半圓的形狀。
22.根據權利要求19至21中任意一項所述的平板太陽能收集器系統(56′)，其特徵在於，太陽能收集器(1，1′)被定位在兩個相鄰半圓柱形反射鏡(58，60)的上方，反射鏡的橫截面呈現圓弧形或部分圓弧形。
23.一種太陽能收集器陣列，其包括至少兩個根據權利要求1至18中任意一項所述的平板太陽能收集器和/或根據權利要求19至22中任意一項所述的平板太陽能收集器系統。
24.一種用於製造根據權利要求1至18中任意一項所述的平板太陽能收集器的方法，包括a)提供至少一個保持結構、特別是至少一個周向框架和/或至少一個隔離物；至少一個吸收器、特別是板狀吸收器；至少一個管道；至少一個第一透明壁；至少一個底部和/或至少一個第二透明壁，其中，特別是第一和/或第二透明壁的周邊至少部分地包括金屬塗層，該金屬塗層特別是包括第一金屬層和第二金屬層，所述第一金屬層特別是等離子擴散銅層，所述第二金屬層特別是錫覆蓋層，b)將隔離物裝入周向框架中，c)將至少一個管道特別是通過焊接或銅焊熱連接到吸收器上的管道特別地通過至少一個卡扣安裝元件安裝到至少一個隔離物上，並且安裝到周向框架的連接口中，d)將管道的端部焊接到連接口上，e)將第一透明壁安裝到保持結構上，軟金屬帶已經被軟釺焊到第一透明壁的金屬塗層上，f)將所述軟金屬帶釺焊到保持結構上，從而特別地將軟金屬帶的至少一部分定位成與保持結構大致平行，g)利用至少一個外部泵特別地通過泵送口排空太陽能板，h)將平板太陽能收集器加熱到大約120℃至170℃、特別是大約150℃，並持續一段時間、特別是至少30分鐘，以將收集器中的氣體充分排空，i)將平板太陽能收集器、特別是包括塊狀吸氣劑和/或吸氣劑塗層的所述平板太陽能收集器那些部分加熱到高於170℃的溫度、特別是大約180℃或更高，以便使吸氣劑活化，和j)特別是在泵送口處通過關閉閥門或者夾緊管道連接部而使平板太陽能收集器隔離。
25.根據權利要求24所述的方法，還包括以真空密封的方式將所述底部安裝到保持結構、特別是安裝到保持結構的框架上的步驟。
26.根據權利要求24所述的方法，還包括如下步驟將第二透明壁安裝到保持結構上，軟金屬帶已經被軟釺焊到第二透明壁的金屬塗層上，並且將所述軟金屬帶釺焊到保持結構上。
全文摘要
本發明涉及一種易排空的平板太陽能收集器(1)，其中透明平坦壁(4)和外殼(2)被軟金屬帶(32)所密封，金屬帶的至少第一部分(34)被軟釺焊到外殼(2)上並且至少第二部分(36)被軟釺焊到透明平坦壁(4)的金屬化區域上。本發明還涉及一種用於製造所述平板太陽能收集器(1)的方法以及包括所述平板太陽能收集器(1)和至少一個外部反射鏡(54)的平板太陽能收集器系統(56)。
文檔編號F24J2/46GK1856683SQ200480027410
公開日2006年11月1日 申請日期2004年1月22日 優先權日2004年1月22日
發明者克裡斯託福洛·本韋努蒂 申請人:歐洲原子能研究組織