[发明专利]太阳能集热系统及方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年2月19日提交的美国临时申请No.61/153,748的权益，该申请的内容通过参引结合在本文中。

技术领域

本发明总体上涉及太阳能集热系统及它们的使用和制造方法。更具体地，本发明涉及其构造包括轻型扁平多通路管道的太阳能板和主要包括该太阳能板和水箱的太阳能集热系统。该太阳能板能够提高效率，使得需要安装的集热器面积减小或者对于给定集热器面积可产生更多热水。

背景技术

现有太阳能集热器通常以三种形式可供选用：成形的塑料集热器、平板集热器以及真空管集热器。塑料集热器通常采用聚合物多通路管道或面板，这些管道或面板直接暴露于太阳以便加热流动通过通路的的流体(例如，水)。平板集热器通常采用由圆形铜管接触的吸热板，圆形铜管一起封套在绝缘封壳中。吸热板可以呈在圆形管之间的扁平散热片的形式。吸热板被阳光加热，并且吸收的热经由吸热板、吸热管接头、以及管壁传导到流动通过这些管的加热流体。真空管集热器通常采用单独的真空密封玻璃管，每个真空密封玻璃管容纳加热流体从中流动通过的铜管。铜管通常与玻璃管内的吸热片或吸热板接触，并且周围的真空充当绝缘体以使从铜管到玻璃管外部环境的热损失最小并由此使铜管能够达到较高的温度。

以上概括描述的集热器技术具有一些局限性。液体在管内的流动区域与吸热板的可用吸热面积相比较小。对于非跟踪面板仅在正午期间达到最高效率。成本相对较高，特别是真空管。铜管相对较重。尽管聚合物铜管不易受腐蚀，但是它们倾向于变形和紫外光降解，并且不能耐高温。真空管易碎、昂贵且需要大量空间，并且玻璃管限制吸热片或吸热板的尺寸。最后，真空管所采用的真空绝缘方法导致管阵占据大量空间，而每个玻璃真空管容纳单个圆形铜管，并且典型玻璃管直径为大约40mm。

发明内容

本发明提供了太阳能集热系统及方法，其适于但不限于在住宅区、商业区和其它场所利用太阳能产生热水，并适于需要热水并可利用太阳能的其它用途。

根据本发明的第一方面，所述系统包括多个多端口管和一对入口和出口歧管。多端口管由金属材料形成，每个多端口管具有：位于多端口管的限定其宽度尺寸的侧边缘之间的相对设置的第一和第二平坦表面；限定多端口管的长度尺寸的纵向设置的第一和第二端部；以及位于所述第一和第二端部之间的彼此流控平行的多个流体通道。进入和出口歧管联接至多端口管的第一和第二端部使得入口和出口歧管内的腔室与多端口管的流体通道流体连接。在系统操作期间，流体从入口歧管的腔室经由多端口管的流体通道流动到出口歧管的腔室。

根据本发明的优选方面，所述系统进一步包括封壳，封壳具有容纳所述多端口管以及入口歧管和出口歧管的内部，所述封壳包括第一面板和第二面板以及框架组件，该框架组件与第一和第二面板互连在一起使得第一和第二面板基本上彼此平行。多端口管由入口和出口歧管定向成使得它们各自的第一平坦表面能够定位成面对第一面板并且它们各自的第二平坦表面能够定位成面对第二面板。第一面板对太阳辐射基本上是透光的，所述多端口管的第一平坦表面邻近所述第一面板从而被穿透第一面板进入封壳内部的太阳辐射加热。所述第二面板对太阳辐射基本上是反射性的，多端口管的第二平坦表面邻近第二面板从而被穿透第一面板进入封壳内部中并由第二面板反射的太阳辐射加热。

通过上文，可以理解，本发明提供优于常规太阳能集热器的很多益处。金属多端口管可通过挤制形成，例如，挤制铝合金形成，因此能够以比太阳能集热器中常用的挤制聚合物材料、铜管和铜板材低的成本制成。特别地，多端口管的平坦表面使这些管能够直接用作太阳能集热器而无需附加吸热器板或翼片。挤制铝多端口管在汽车行业中在冷凝器和中冷器中广泛使用，因此应当比挤制聚合物和铜管更容易获得并且来源更多。挤制铝多端口管还具有能够使用商业上有售的钎焊材料、设备和方法与歧管组装的优点。例如，可以使用钎焊环并用钎焊炬进行钎焊。钎焊过程可以自动进行，类似于大规模自动化热交换器生产方法。对于给定加热能力级别，本发明的太阳能集热系统还能够制成为重量相对较轻、运输成本最小化并允许系统被承载于屋顶及常安装太阳能集热器的其它高位。