[发明专利]太阳能集热器

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能热技术，特别涉及为将太阳能转化为热能而设计的设备，并且能够用于加热水，特别是住宅或工业用水。

背景技术

已知一种由具有透光(透明)玻璃和吸光涂层的水缸形式的主体构成的太阳能集热器(参见例如文件RU 2’108’520)。

这种集热器具有以下缺点：水被通过吸光涂层的阳光加热，但是缺乏蓄热能力。

现有技术中还已知一种由具有盖子的隔热主体构成的太阳能集热器，盖子包括透光玻璃和波纹状内壁。主体的底部与波纹状内壁之间的区域被相变材料(例如石蜡)形式的蓄热材料填充。通过流式换热器(例如加热线圈)将水供应到热能收集器，以便与蓄热材料交换热能(参见例如文件RU 2’230’263和CN 101285622)。

参考图7，根据现有技术的集热器包括下列重要特征：隔热主体1、流式换热器5(用于加热水)、透光玻璃2、选择性吸光材料4、相变材料形式的蓄热器3、用于水流循环的供液管道6和导热元件。

但是，在上述现有太阳能集热器中，热能R首先被水吸收。当存在过多的阳光时，多余的能量加热并熔化相变材料(蓄热器3)，即热能被累积。当没有阳光时，水被相变材料结晶时所辐射的热能加热。

根据另一实施例，太阳能R首先被选择性吸光材料吸收，然后选择性吸光材料将热能传递到相变材料。集热器内部的金属肋可以使热能从相变材料过渡到水，其加强传热。

此外，蓄热材料(如石蜡)不具有长时间保持热能的能力并且通过热传递、对流和散发损失热能。

还必须注意的是，水箱的容积的计算所基于的条件是不允许水箱中收集的水过热，即不能将水加热到100℃或以上。换言之，考虑水的实际比热和最大容许温度100℃，用加热器从热源接收到的能量的最大值(引入强度指标)来计算水箱的容积。

接下来是太阳能集热器计算的一个示例。对于最大每日太阳能隔绝量为17MJ/m²的区域而言，集热器的容量(capacity)等于：17,000,000J/4190J/kg/K/80g x K＝50.75l/m²。

这意味着，如果太阳能集热器的效率为100％，则一平方米将足以将50.75l的水加热到80℃。因此，对应于太阳能集热器的每一平方米的吸收表面，水箱必须保持至少50.75l的水。但是在实际当中，太阳能集热器的效率不大于40-70％。因此，具有2m²的吸收表面积的太阳能集热器需要至少71.5l的蓄热水箱。

为了吸引购买者，通常将该容积增大到100-150l。结果是显而易见的：水箱中的较大的水的体积需要较多的热量；因此，要么是水不被加热到所需温度，要么是需要额外的热源(例如气体加热器或者电加热器)。另一方面，即使是在最高条件(炎热晴朗的天气)下，当水仅被阳光加热就能达到所需温度时，用户不能有效地使用该体积的加热水，因为热水通过取代相等体积的冷水从收集加热器排出，即热水与冷水混合。因此，从100l集热器只排出30l加热到58℃的水并且用20℃的自来水来取代它导致温度下降到46.6℃。接下来的30l的使用导致温度下降到42℃。

为了消除这一缺点，制造商采用了各种结构装置，例如逐层填充、在主水箱内部安装另外的水箱(以实现对流换热)等等。

但是，它们都有共同的缺点：在加热过程中，热量随着材料的内能的增加(对水进行加热)而积蓄。换言之，能量积蓄线性依赖于材料的温度。

除了这个主要缺点之外，根据现有技术的集热器还要忍受来自于水的不溶性盐的沉淀，因为热水器内部的条件有利于晶体的生长，产生严重的细菌问题：有害细菌的菌落在暖处发育、其壁上的多孔沉淀物等等。

此外，这些沉淀物是换热效率显著下降的原因：当能量消耗增加时，效率下降。如果水箱不定期排水的话，水箱中的水可能会过热。这会导致水箱和主要热载体供给管道中的压强增加，这常常造成故障。只有主要地改变蓄热式加热器的结构，才能消除它们的这些一般性问题。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供一种避免上述缺点的新颖的太阳能集热器。

更特别地，本发明的目的在于改进流式太阳能集热器的设计，以降低蓄热以及水加热的过程中的热损失，从而提高太阳能的利用率。

问题的解决方案

该目的是通过根据所附权利要求1的太阳能集热器来实现的。

有利但可选地，本发明包括下列特征至少其中之一：

-蓄热器的至少一个表面涂覆有选择性吸光材料，