CN101137871A - 太阳能收集器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能热交换器(10)，其具有太阳能收集器(12)，蓄热器(14)和热交换器(16)。太阳能收集器通过供应管道(18)和再循环管道(20)与蓄热器(14)操作性地联接。蓄热器(14)依次通过供给管道(22)和返回管道(24)与热交换器(16)操作性地联接。

Description

太阳能收集器

技术领域

本发明在广义上涉及一种太阳能收集器以及一种太阳能热交换器。本发明还涉及一种太阳追踪装置以及一种组合式太阳能收集器/追踪装置。

背景技术

传统结构的太阳能热水系统包括太阳能收集器，所述太阳能收集器与装有储存水的储存筒连接。太阳能收集器是由平行或螺旋状布置的多个吸热管或管子的装置制造而成。在一种形式中，管子形成在黑色的吸热底板上，所述的底板可以被放置在屋顶上以捕获阳光。在另一种形式中，管子被封装在外壳中，所述的外壳具有暴露于阳光下的玻璃窗面，由于温室效应的影响而改善了加热效率。这一系统可以提供直接的加热，其中储存水本身通过太阳能收集器循环流动。可替换地，可以提供间接的加热，其中例如，乙二醇混合物通过太阳能收集器和经过储存筒的相关太阳能循环中再循环。储存筒具有热交换器，所述的热交换器利用太阳能循环中乙二醇混合物的热量来间接地加热储存水。在直接或间接加热方式的任何一种情况下，储存水或是乙二醇混合物被泵送经过太阳能收集器，直到储存水的温度等于或接近太阳能收集器中液体的温度。

传统的太阳能收集器吸收短波辐射，所述短波辐射通过传导传递给被加热流体。由于流体温度上升，因此收集器表面的温度也上升。收集器中的热能通过从加热的收集器表面的再辐射以长波辐射的形式被损失了，而且收集器表面的温度越高，从收集器中再辐射(或损失)的热能也越多。由于这种影响，传统的收集器的效率随着被加热流体温度的升高迅速地下降，直到最终从收集器表面损失的长波辐射与被收集器吸收的短波辐射相等，并且不再进行进一步的加热。传统的收集器能够获得的流体最高温度大约为85到90℃。

发明内容

根据本发明的一个方面提供一种太阳能收集器，包括：

收集器外壳，具有半透明或透明的表面，所述收集器外壳被密封以允许低于大气压的外壳内部的至少部分抽空或压力的减小；以及

位于收集器外壳内部的收集器腔体，具有邻近半透明或透明表面设置的太阳能吸收表面，所述收集器腔体适用于容纳传热流体，当太阳能收集器暴露于阳光下时，所述传热流体被太阳能加热，所述太阳能穿透半透明或透明表面并以密封或至少部分抽空的外壳所提供的增加的效率而被太阳能吸收表面所吸收，所述太阳能吸收表面向传热流体传递热量。

优选地，密封的收集器外壳在至少半透明或透明的表面和收集器腔体的吸收表面之间限定室。更优选地，外壳具有允许抽空密封室的排空阀，用于将室内部抽成至少部分真空。甚至更为优选地，密封室包围所述收集器腔体，所述收集器腔体与收集器外壳在相对的内表面上由柔性隔板隔开。

优选地，太阳能收集器包括安装有收集器外壳的可调节安装组件，所述安装组件适用于为太阳能收集器提供重新定向，以增加吸收表面相对于阳光的暴露程度。较为优选地，可调节安装组件通过绕第一轴线的旋转而实现太阳能收集器的季节性地重新定向。更为优选地，可调节安装组件通过绕第二轴线的旋转有效地追踪太阳，所述第二轴线大致横穿第一轴线。最为优选地，第一轴线为高度轴线，而第二轴线为方向轴线(azimuth axis)。

根据本发明的另一方面提供一种太阳能热交换器，包括：

太阳能收集器，所述太阳能收集器包括具有半透明或透明表面的收集器外壳，所述收集器外壳被密封以允许至少部分抽空，或减小外壳内部的压力使其小于大气压，和位于收集器外壳内部的收集器腔体，所述收集器腔体适用于容纳传热流体；蓄热器，其操作性地与太阳能收集器联接，所述蓄热器用于储存被暴露于阳光下的太阳能收集器加热的传热流体，其中太阳能穿透半透明或透明的表面并被太阳能吸收表面吸收，由于外壳是密封或至少部分真空的，因此效率得以增加，所述太阳能吸收表面向传热流体传递热量；以及热交换器，其操作性地与蓄热器联接，并被布置成利用来自蓄热器或太阳能收集器的传热流体的热量向外部装置传递热量。

优选地，热交换器包括与外部装置热交换连接的热交换室，所述热交换室通过供给管道被连接至蓄热器，所述供给管道提供来自蓄热器的传热流体。较为优选地，热交换室还通过返回管道连接至蓄热器，所述返回管道用于在所述流体与外部装置交换其热量后，使传热流体返回至蓄热器。更为优选地，热交换器还包括与热交换室连接的膨胀腔体，所述膨胀腔体被设计成允许被加热的流体在其温度上升时膨胀，因而保持了热交换器内部相对稳定且低的液体静压力。最为优选地，热交换器进一步包括与返回管道相连的泵，用于推动传热流体从热交换室向蓄热器的流动。

优选地，蓄热器包括蓄热烟囱，所述蓄热烟囱与连接到收集器腔体的出口的供应管道相连，所述蓄热烟囱位于蓄热器的内部用于输送来自收集器腔体出口的传热流体。此外，热交换器包括与供给管道相连的热交换烟囱，所述供给管道使蓄热器和热交换器相互连接，热交换烟囱位于热交换室内部以输送来自蓄热器的传热流体。

优选地，太阳能热交换器还包括连接在蓄热器和太阳能收集器之间的再循环管道，用于使传热流体再循环。更为优选地，收集器腔体包括与再循环管道相连的入口，以及与蓄热器联接的出口，所述出口相对于入口被升高以利用在入口处的热虹吸效应来实现传热流体从入口向出口的流动，和传热流体经过再循环管道的再循环。更为优选地，收集器腔体包括多个内部挡板，所述内部挡板被设置用来支撑腔体并定向成促进传热流体从入口向出口的流动。

优选地，太阳能热交换器进一步包括与热交换器操作性联接的温度控制系统，所述温度控制系统用于控制传热流体向热交换器的流动，从而控制与外部装置之间的热交换量。较为优选地，该温度控制系统包括与供给管道相连的控制阀，和与外部装置相连的温度传感器，所述温度传感器与控制阀操作性地联接，由此根据外部装置的温度，控制阀被节流以控制传热流体向热交换器的流动。

优选地，传热流体是诸如乙二醇或水/乙二醇的混合物的液体。

根据发明更进一步的方面提供一种太阳追踪装置，包括：

基部，所述基部适用于安装太阳能收集器；

遮挡部件，所述遮挡部件以固定且预定的角度与所述基部连接；

一对光敏元件，所述一对光敏元件安装在基部上并位于遮挡部件的分别的相对侧上；以及

传动机构，所述传动机构与所述一对光敏元件操作性地联接，由此在操作中，光敏元件根据它们被遮挡部件控制的相对于阳光的暴露程度，驱动传动机构以实现太阳能收集器的移动。

优选地，基部是平的，所述遮挡部件大体上垂直地固定到平的基部。较为优选地，遮挡部件包括固定在基部上的通常为直的下部分，和以钝角从下部分延伸的上部分。更为优选地，上部分在其下面具有反射表面，所述反射表面朝向光敏元件的其中一个。

优选地，每个光敏元件都采用光敏电阻的形式。

优选地，太阳追踪装置还包括传动机构电路，所述传动机构电路具有光敏电阻，该光敏电阻根据其相对于阳光的暴露程度来驱动传动机构。较为优选地，传动机构电路包括电压比较器，所述电压比较器具有分别来自光敏电阻的电压输入和参考电压，由此加在电压比较器的输入端上的差分电压(differentialvoltage)使电压比较器导通从而驱动传动机构。更为优选地，电压比较器的输出端与晶体管连接，所述晶体管与继电器电连接并触发该继电器，由此，施加在电压比较器上的差分电压使得比较器和晶体管导通并闭合继电器，这为传动机构提供动力。最为优选地，继电器包括与常开继电器触点连接的电磁继电器。

优选地，传动机构采用驱动电机的形式。更为优选地，驱动电机通过传动机构电路与一对光敏元件电连接。

根据本发明的另一方面提供如前文所述的一种太阳能收集器和太阳追踪装置的组合，所述太阳追踪装置与太阳能收集器连接，并且被设计成使太阳能收集器重新定向以使太阳能收集器相对于阳光的暴露最优化。

优选地，太阳追踪装置被布置成使太阳能收集器围绕方向轴线旋转以有效地追踪太阳，并使每日相对于阳光的暴露程度最优化。较为优选地，追踪装置是一对所述装置中的一个，另一太阳追踪装置被设计成允许太阳能收集器围绕高度轴线旋转或倾斜，以使太阳能收集器季节性的相对于阳光的暴露程度最优化。

附图说明

为了更好地理解本发明的特性，一种太阳能收集器、太阳能热交换器以及太阳追踪装置的优选实施例将在此仅仅通过实例的方式进行描述，参考附图，其中：

图1是本发明一方面的实施例的太阳能热交换器的示意图；

图2是图1的太阳能收集器沿A-A方向的剖视图；

图3是图1的蓄热器(accumulator)和热交换器沿B-B方向的另一剖视图；

图4是图3的热交换器沿C-C方向的进一步的剖视图；

图5是图1的热交换器与可调节安装组件的平面图和正视图；

图6是本发明更进一步方面的实施例的太阳能热交换器与太阳追踪装置的侧视图；

图7是图6的太阳追踪装置的追踪传感器的平面图和正视图；

图8是图6的太阳追踪装置的电路图；以及

图9是追踪传感器的示意图，示出了其关于方向轴线的旋转运动。

具体实施方式

如图1所示，标记为10的太阳能热交换器通常包括太阳能收集器12，蓄热器14和热交换器16。太阳能收集器12通过供应管道18和再循环管道20与蓄热器14操作性地联接。操作中，蓄热器14依次通过供给管道22和返回管道24与热交换器16联接。

太阳能收集器12包括收集器外壳26，所述的收集器外壳具有形式为玻璃窗28的半透明或透明的表面。太阳能收集器12还具有收集器腔体30，所述的收集器腔体30位于收集器外壳26的内部，并且在操作中适用于容纳传热流体，例如乙二醇或水/乙二醇混合物。水/乙二醇混合物被太阳能收集器12加热，并由于热虹吸效应而在太阳能收集器12和蓄热器14之间通过供应管道18和再循环管道20分别地循环流动。被太阳加热的水/乙二醇混合物通过供给管道22从蓄热器14流向热交换器16，并且将热量传递给外部装置32，所述外部装置32与热交换器16之间热连通。然后水/乙二醇混合物通过返回管道24或者通过热虹吸效应的泵送力返回蓄热器14。

如在图2中最佳地示出，太阳能收集器12是大致平板立方体状的构造，其中收集器外壳26包括矩形边框34，所述的边框34被夹在背不透光板36和前面的玻璃窗(glass pane)28之间。玻璃窗28和背板36通过密封填料38被固定在边框34上。这种布置在收集器外壳26内部提供密封室40，所述密封室40被特别地设计成允许外壳内部的压力减小到低于大气压或优选为全真空。收集器腔体30包括太阳能吸收表面41，所述的太阳能吸收表面41面向玻璃窗28暴露在阳光中，并且具有使太阳能吸收最大化的形状和颜色(优选为无光泽的黑色)。

应该理解，通过将位于太阳能吸收表面41和半透明的盖子或玻璃窗28之间的密封室40排空，可减少或削弱从吸收表面41产生的辐射损失(长波)，因为从太阳能吸收表面41向外部空间通过对流方式进行的热量传递被削弱了，并且长波辐射不能够穿透玻璃窗28。因此，排空室或密封室40的效率相当均等而与流体温度无关，从而能够获得更高的温度。

密封的收集器外壳26容纳有收集器腔体30，所述的收集器腔体30具有与密封的减压腔40互补的形状。密封室40环绕着收集器腔体30的所有表面，所述的收集器腔体被诸如42和44的内部的柔性隔板分别与玻璃窗28和背板36隔开。收集器腔体30具有入口46和出口48，所述的入口和出口沿对角线隔开，位于相对的周壁上，并分别与再循环管道20和供应管道18相连。收集器腔体30还具有多个诸如50的内部挡板，这些挡板在本实例中是在横向上等距布置，且彼此大致平行。太阳能收集器12被定向成使得收集器腔体出口48相对于它的入口46被升高，用来在入口46处为经过收集器腔体30的水/乙二醇混合物的流动提供热虹吸效果。如图1所示，这些内部挡板如50相对于入口46和出口48被定向，用来进一步地促进传热流体的流动。

太阳能收集器12被设计成允许密封室40相对于收集器腔体30至少部分排空。这一实施例中，收集器外壳26或者边框34上具有排空阀51，所述排空阀51允许排空密封室40以在密封室40中抽成真空。如42和44这样的柔性隔板可保持收集器外壳26和收集器腔体30之间的间隔，而诸如50的挡板为壁面相对较薄的收集器腔体30提供了支持。供应管道18和再循环管道20经过诸如52的绝热密封装置，所述的绝热密封装置位于边框34的开口内部，与腔体的入口46和出口48成对齐。这种布置允许收集器腔体30在不同温度条件下，相对于收集器外壳26膨胀或收缩。

如图3所示，蓄热器14具有沿其侧边布置的圆柱形蓄热腔体54，和从腔体54的外周壁径向延伸过腔体54的蓄热烟囱56。蓄热烟囱56与供应管道18相连，并且被设置在大致竖直的位置。被布置成位于这一位置的蓄热烟囱56设计成允许热流体通过对流上升，从收集器12进入到蓄热器14的顶部。烟囱56是绝热的以减小从上升的热流体向蓄热器14中储存的较冷的流体传递的热量。蓄热腔体54的尺寸和容积取决于加热要求。例如，如果加热需要达有效日照时间之外的延长期间，则蓄热腔体54就需要相对大一些。蓄热腔体54通过现有技术的覆层(未示出)绝热以使传热流体的热损失最小化。再循环管道20在蓄热腔体54内延伸，并且其嘴部或进口58的高度取决于蓄热器14中将保持的传热流体的最大体积。供给管道22与蓄热腔体54连接，其与蓄热烟囱56大致同轴对准。供给管道22在其与蓄热腔体54的连接处以截头圆锥形状60向外扩展。应该理解，这种在最接近蓄热腔体56处的扩展连接增加了传热流体或水/乙二醇混合物流入蓄热器14的速率。

本实施例的热交换器16包括热交换器室62，热交换器装置32被部分容纳在所述热交换器室62的内部。热交换器16还包括与供给管道22相连的换热烟囱64，所述的烟囱64在热交换器室62中被竖直布置，以允许热流体上升到热交换器16的顶部。供给管道22包括控制阀，所述的控制阀采用节流阀66的形式，用于根据外部装置32的加热要求控制水/乙二醇混合物的向热交换器16的流动。热交换器16还具有温度传感器68，其操作性地与外部装置32联接，并且被设计成根据外部装置32的温度来控制阀66的节流。热交换器16进一步包括膨胀腔体70，所述的膨胀腔体70与热交换器室62通过以相对细小的管72相连，并被设计成允许热交换器16中的传热流体膨胀。膨胀腔体70具有松配合的盖子，用于根据腔体70中的流体水平允许空气离开或进入腔体70。在热交换器16中进行了热交换的水/乙二醇混合物通过返回管道24回到蓄热器14。本实例中的返回管道24包括泵76，用于促进传热流体从热交换器16到蓄热器14的流动。可替换地，可以采用热虹吸效应而不需要使用泵。

图4示出了外部装置32的横截面，本实施例中的太阳能热交换器10与所述外部装置32进行热交换。外部装置32包括另一个室76，室76具有将被加热的独立流体。在热交换器室62中的传热流体通过传导将热量经由另一室32的壁部传递给将被加热的独立流体。随着传热流体冷却，由于热虹吸的缘故其落至热交换器室62的底部，然后通过返回管道24流回到蓄热器14中。

为了更容易地理解太阳能热交换器10的这一实施例，下面列出了其运行过程中的一般步骤：

1.太阳能被太阳能收集器12吸收，所述的太阳能收集器12可有效地加热传热流体或水/乙二醇混合物；

2.使水/乙二醇混合物流入太阳能收集器12的收集器腔体30，并且通过蓄热烟囱56竖直上升；

3.依照负荷以及加热要求，太阳能加热的水/乙二醇混合物通过热交换烟囱64以被控制阀66所控制的容积或流量上升进入热交换器16；

4.当相对较热的传热流体进入蓄热器14的顶部时，蓄热器14中保存的较冷的流体由于热虹吸效应朝着蓄热器14的底部下降，又由于热虹吸现象通过再循环管道20返回收集器12的底部；

5.上升进入热交换器16的热交换室62的水/乙二醇混合物，与外部装置32进行热量交换，并有效地加热外部装置32；以及

6.消耗了热量的水/乙二醇混合物在泵的帮助或热虹吸现象的作用下，通过返回管道24返回蓄热器14。

如图5所示，为了增加太阳能收集器12对于阳光的暴露程度，太阳能集热器12具有可调节的安装组件90，收集器外壳26安装在所述安装组件90上。可调节安装组件90包括机械传动机构和锁紧装置92，所述的锁紧装置92具有一端固定在轴96上的杠杆94，该杠杆可释放地锁定在固定的季节参考点上。杠杆94具有可伸缩的销钉(未示出)，在本实施例中接合板98上的三个孔100A至100C中的一个，这些孔根据季节相互成一定角度布置，分别对应夏季，春/秋季和冬季。安装组件90还包括与驱动轴或杆104连接的驱动电机102，所述的驱动轴104又固定在太阳能收集器12上。驱动电机102因此使太阳能收集器12转动来追踪太阳，使太阳能收集器12每天相对于阳光的暴露程度最大化。

通过使太阳能热交换器12相对于主轴或高度轴的再倾斜或定向，可调节安装组件90因此有效地提供了太阳能收集器12连续或间断的季节性的重新定向。可调节安装组件90还可以允许相对于副轴或方向轴线的旋转，所述的副轴或方向轴线大致横穿所述的主轴，并被设计成使太阳能收集器12在日照时间内有效地追踪太阳。

图6示出了图1所示太阳能热交换器的一个变形例，以及本发明另一方面的太阳追踪装置110的一个实施例。这一实施例中的太阳追踪装置110是一对的装置110和110’中的一个，这对装置被设计用来使太阳能收集器12’分别相对于方向轴线112和高度轴线114旋转。

太阳能收集器12’(优选地与未示出的蓄热器和热交换器一起)通过固定的支撑柱或基座116在地面上方被提升。基座116在上端处可旋转地安装在中间安装组件118上，用于使太阳能收集器12’相对于高度轴线114翻转或再倾斜。中间安装组件118为驱动电机120提供安装部，所述的驱动电机120具有轴122，其限定了太阳能收集器12’围绕旋转的方向轴线112。轴122可以相对中间支撑部件118旋转，并被固定在安装托架124上，安装托架124又被固定在太阳能收集器12’的下表面上。

用来使太阳能收集器12’相对于方向轴线112旋转的太阳追踪装置110包括驱动电机120，以及方位传感器126。另一个太阳追踪装置110’包括高度驱动电机128和高度传感器130，所述的高度驱动电机128的轴固定在中间安装组件118上用于使太阳能收集器12’相对于高度轴线114倾斜。方位传感器126和高度传感器130安装在同一平面内，并且位于太阳能收集器12’面对太阳的相对侧面处。

图7以正视图和平面图的形式示出了图6中装置的追踪传感器126和130。举例来说，方位传感器126包括基板132，大致竖直的遮挡部件或臂134以直角固定在所述基板132上。遮挡臂134在其上端部连续形成有反射镜136，所述的反射镜与遮挡臂134呈钝角配置。重要的是，追踪传感器126具有一对光敏传感器，光敏电阻(LDR)138和140的形式的所述一对光敏传感器安装在基板132的上表面上遮挡臂134的相对侧。遮挡臂134和反射镜136共同控制相对的两个LDR138和140相对于阳光的暴露程度。

为了更好地理解太阳追踪装置，下面将参考图8和9来描述其操作。

相对的LDR138和140正如其名称所说的与光线相关，并且在低光照和无光照时具有相对高的电阻，而在光线较强时具有较低的电阻。因此，参照图8的传动机构电路150，当落在两个LDR138/140(正常情况)上的光照强度一样时，V1点的电压是供应电压的一半。如果LDR1 138上的光照强度上升至超过LDR2140的光照强度时，一个上的电压就上升超过供应电压的一半。相反地，如果落在LDR1 138上的光照强度下降至低于LDR2 140上的光照强度时，V1处的电压就会降至低于供应电压的一半。

本实施例中的传动机构电路(actuator circuit)150包括由电阻R1 152和电阻R2 154构成的分压器，所述的分压器可提供等于供应电压一半的参考电压V2。电路150还包括电压比较器A1或者156，所述的电压比较器具有正、负输入，所述正、负输入分别加载电压V1和V2。电路150进一步包括另一个电压比较器158，具有正、负输入，所述正、负输入分别加载电压V2和V1。

操作中，当落在两个LDR138和140上的光相等时，电压比较器156或158都不导通。随着例如LDR1 138上光的增加，比较器A1或者156的输出相对较高，而另一个电压比较器A2或158的输出保持相对较低。电压比较器A1或156电连接到晶体管Q1或160上，在这种情况下，该晶体管被导通，并又激励与其连接的电磁继电器R1或162。被激励的继电器R1或162又使相连的继电器触点CR1或164闭合，并施加正电压极性给传动机构或者，例如，施加给方位驱动电机120。

另一方面，如果LDR2或140被暴露到增加的光照，那么这将会引起电压比较器A2或158的输出相对高，同时另一个比较器A1或156的电压输出保持相对较低。在这种情况下，另一个与比较器A2或158相连的晶体管Q2或166导通，从而激励电磁继电器R2或168。被激励的继电器168闭合继电器触点170，施加一个相反的电压极性给驱动电机120。

正如图9示意性示出地，本实施例130中的追踪传感器126使太阳能收集器有效地绕方向轴线112旋转，以使其每天对于阳光的暴露程度最大化。当落在LDR1或138和LDR2或140上的光照相等时，用于方位转动的驱动电机120不被供电。如果落在LDR1或138上的光照强度高于落在LDR2或140上的光照强度，则驱动电机120朝一个方向旋转，或者反之亦然。

如图9所示，太阳追踪装置使太阳能收集器绕方向轴线112旋转，步骤如下：

1.当太阳垂直地位于基部132和收集器的平面的上方时，LDR138/140接收相等的光照强度，方位驱动电机120停止；

2.当太阳向西移动时，反射镜136遮挡住LDR2或140，此时所述的LDR2或140接收到的光照少于LDR1或138，驱动电机被供电，并且太阳能收集器绕其方向轴线112旋转；

3.反射镜136投下的阴影离开光敏电阻2140，光敏电阻138/140接收到相等的光照，断开电机使得太阳能收集器直接面对太阳；以及

4.在太阳落山时，太阳能收集器面板是朝西的，太阳能收集器整夜都静止不动，直到第二天早上太阳升起时，来自东方地平线的光线被反射镜136反射到LDR2或140上，该LDR2或140接收到的光照强度高于LDR1或138接收到的光照强度，驱动电机在相反方向上被激励或供电，使太阳能收集器围绕其方向轴线112旋转，直到太阳能收集器面对太阳，并且LDR138/140接受到的光照强度相等为止。

应当意识到，白天时太阳的追踪是如上文描述的步骤1-3中那样连续或重复的。太阳追踪装置的灵敏度可以通过诸如134的遮挡臂的高度来调节，凭借增加其高度来增加遮挡臂134的阴影落在光敏电阻2或140上的视速度(apparentspeed)。还应当意识到，图6中的另一个太阳追踪装置110’以相似的方式运行，其中高度驱动电机128使太阳能收集器12’相对于其高度轴线114旋转或倾斜。高度传感器130被大致定位成垂直于方位传感器126，因为高度传感器130的遮挡臂沿东西方向设置，从而当其高度在夏季和冬季之间变化时始终保持太阳能收集器12’面向太阳的轨迹。

本实施例中的太阳能热交换器10可以用于加热水，例如，外部装置32具有家用的饮用水供应。在另一种应用中，太阳能热交换器10被用作热源以驱动从周围空气中产生水的装置。本申请人的编号为No.2003904488的澳大利亚临时申请的说明书描述了一种这样的装置，这一说明书公开的内容在此通过参考的方式包括进来。而在另一应用中，太阳能热交换器10的热量可以被用于吸收系统，用于驱动制冷机或空调。

现在，已经详细地描述了本发明的优选实施例，对于本领域技术人员来说，很明显的是太阳能收集器，太阳能热交换器或太阳追踪装置具有以下优点：

1.太阳能收集器，具有密封的收集器外壳，外壳内至少可以被抽成部分真空，所述太阳能收集器有效地吸收太阳能用于加热传热流体，并允许达到更高的温度；

2.太阳能收集器的结构及其进口与出口的定向提供了传热流体的有效流动，该流动通过在收集器腔体的入口处的热虹吸效应而被促进；

3.太阳能热交换器利用了收集器底部(较冷，密度较高)与热交换器顶部(较热，密度较低)之间的传热流体的密度差，其中，在收集器中被加热的传热流体变得密度较小，并由于自然对流力的作用上升到热交换器系统的最高点，而当流体在热交换器中冷却时，变得密度较大并落到系统底部；以及

4.太阳追踪装置可有效地每日地和/域季节性地追踪太阳，从而优选地使太阳能收集器相对于阳光的暴露程度最大化。

本领域技术人员应当意识到，这里描述的发明可容易地进行不同于那些具体描述的变化和修改。例如，太阳能收集器的具体结构可能与所描述的有所不同，其中是在太阳能收集器内部有效地加热传热流体。控制传热流体朝热交换器流动的控制机构也可能有所不同。同样地，用于太阳能收集器的可调节安装组件的结构与控制也可能与描述的内容有所不同。

所有这些变化和改进都应当被认为包括在本发明的范围内，其特性由上文的描述所限定。

Claims (36)

1.一种太阳能收集器，包括：

收集器外壳，其具有半透明或透明的表面，并且所述收集器外壳被密封以允许低于大气压的外壳内的至少部分抽空或压力的减小；以及

位于收集器外壳内部的收集器腔体，所述收集器腔体具有邻近半透明或透明表面设置的太阳能吸收表面，所述收集器腔体适用于容纳传热流体，当太阳能收集器暴露于阳光下时，所述传热流体被太阳能加热，所述太阳能穿透半透明或透明表面并且以密封或至少部分抽空的外壳所提供的增加的效率，被吸收到太阳能吸收表面上，所述太阳能吸收表面向传热流体传递热量。

2.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，密封的收集器外壳在至少半透明或透明的表面和收集器腔体的任一吸收表面之间限定室。

3.如权利要求1或2所述的太阳能收集器，其特征在于，任一个外壳都包括允许密封室的抽空的排空阀，所述排空阀用于将腔体内部抽成至少部分真空。

4.如权利要求1-3中任一项所述的太阳能收集器，其特征在于，所述密封室包围所述收集器腔体，所述收集器腔体与收集器外壳在相对的内表面上由柔性隔板隔开。

5.如前述权利要求中任一项所述的太阳能收集器，其特征在于，太阳能收集器还包括可调节安装组件，所述收集器外壳安装到所述可调节安装组件，所述安装组件适用于为太阳能收集器提供重新定向，以增加吸收表面相对于阳光的暴露。

6.如权利要求5所述的太阳能收集器，其特征在于，可调节安装组件通过围绕第一轴线的旋转实现太阳能收集器的季节性重新定向。

7.如权利要求6所述的太阳能收集器，其特征在于，可调节安装组件通过绕第二轴线旋转而有效地追踪太阳，所述第二轴线大致横穿所述第一轴线。

8.如权利要求7所述的太阳能收集器，其特征在于，第一轴线是高度轴线，第二轴线是方向轴线。

9.如前述权利要求中任一项所述的太阳能收集器，其特征在于，传热流体是包括乙二醇或水/乙二醇的混合物的液体。

10.一种太阳能热交换器，包括：

太阳能收集器，所述太阳能收集器包括具有半透明或透明表面的收集器外壳，所述收集器外壳被密封以允许低于大气压的外壳内部的至少部分抽空或压力的减小，和位于收集器外壳内部的收集器腔体，所述的收集器腔体适用于容纳传热流体；

蓄热器，其与太阳能收集器操作性地联接，用于储存被暴露于阳光中的太阳能收集器加热的传热流体，其中太阳能穿透半透明或透明的表面，并且所述太阳能以密封或至少部分抽空的外壳所提供的增加的效率而被吸收到太阳能吸收表面上，所述太阳能吸收表面将热量传递给传热流体；

热交换器，其与蓄热器操作性地联接，并被设置成利用来自蓄热器或太阳能收集器的传热流体的热量向外部装置传递热量。

11.如权利要求10所述的太阳能热交换器，其特征在于，所述热交换器包括热交换室，所述热交换室与外部装置热交换连接，热交换室与蓄热器通过供给管道相连，所述供给管道提供来自蓄热器的热量传递。

12.如权利要求11所述的太阳能热交换器，其特征在于，热交换室通过返回管道与蓄热器连接，所述返回管道用于在所述流体与外部装置交换其热量后使传热流体返回蓄热器。

13.如权利要求11或12所述的太阳能热交换器，其特征在于，热交换器还包括与热交换腔体相连的膨胀腔体，所述膨胀腔体被设计成允许被加热的流体在其温度升高时膨胀，因而保持了热交换器内部相对稳定且低的液体静压力。

14.如权利要求12或13所述的太阳能热交换器，其特征在于，热交换器进一步包括与返回管道连接的泵，以推动传热流体从热交换室向蓄热器的流动。

15.如权利要求11-14中任一项所述的太阳能热交换器，其特征在于，热交换器包括与供给管道相连的热交换烟囱，该供给管道使蓄热器和热交换器相互连接，热交换烟囱位于热交换室内部，以输送来自蓄热器的传热流体。

16.如权利要求10-15中任一项所述的太阳能热交换器，其特征在于，蓄热器包括与连接到收集器腔体的出口的供应管道相连的蓄热烟囱，蓄热烟囱位于蓄热器内部，用于输送来自收集器腔体的出口的传热流体。

17.如权利要求10-16中任一项所述的太阳能热交换器，还包括连接在蓄热器和太阳能收集器之间的再循环管道，用于使传热流体再循环。

18.如权利要求17所述的太阳能热交换器，其特征在于，收集器腔体包括与再循环管道相连的入口，以及与蓄热器联接的出口，所述出口相对于入口被升高以利用入口处的热虹吸效应实现传热流体从入口到出口的流动，和传热流体经过再循环管道的再循环。

19.如权利要求18所述的太阳能热交换器，其特征在于，收集器腔体包括多个内部挡板，所述内部挡板被设置用来支撑腔体并被定向以促进传热流体从入口向出口的流动。

20.如权利要求10到19中任一项所述的太阳能热交换器，进一步包括温度控制系统，所述温度控制系统操作性地联接到热交换器，以控制传热流体到热交换器的流动，从而控制与外部装置的热交换量。

21.如权利要求20所述的太阳能热交换器，其特征在于，温度控制系统包括与供给管道相连的控制阀，和与外部装置相连的温度传感器，所述温度传感器操作性地联接到控制阀，由此根据外部装置的温度，控制阀被节流以控制传热流体到热交换器的流动。

22.如权利要求10到21中任一项所述的太阳能热交换器，其特征在于，传热流体是诸如乙二醇或水/乙二醇的混合物的液体。

23.一种太阳追踪装置，包括：

基部，所述基部适于安装太阳能收集器；

遮挡部件，所述遮挡部件以固定且预定的角度连接到所述基部；

一对光敏元件，所述一对光敏元件安装在基部上并位于遮挡部件的分别的相对侧上；以及

传动机构，其操作性地联接到所述一对光敏部件，由此在操作中，一对光敏电阻根据它们被遮挡部件控制的相对于阳光的暴露程度，驱动传动机构以实现太阳能收集器的移动。

24.如权利要求23所述的太阳追踪装置，其特征在于，所述基部是平的，并且所述遮挡部件大体上垂直地固定到平的基部。

25.如权利要求23或24所述的太阳追踪装置，其特征在于，遮挡部件包括固定到基部的大致直的下部分，和以钝角从下部分延伸的上部分。

26.如权利要求25所述的太阳追踪装置，其特征在于，上部分在其下面包括反射表面，并且所述反射表面朝向光敏元件中的一个。

27.如权利要求23-26中任一项所述的太阳追踪装置，其特征在于，每个光敏元件都采用光敏电阻的形式。

28.如权利要求27所述的太阳追踪装置，其特征在于，太阳追踪装置还包括传动机构电路，所述传动机构电路具有光敏电阻，该光敏电阻根据其相对于阳光的暴露被配置以驱动传动机构。

29.如权利要求28所述的太阳追踪装置，其特征在于，传动机构电路包括电压比较器，所述电压比较器具有分别来自光敏电阻的电压输入和参考电压，由此施加到电压比较器的输入端的不同电压使电压比较器导通从而驱动传动机构。

30.如权利要求29所述的太阳追踪装置，其特征在于，电压比较器的输出端与晶体管连接，所述晶体管与继电器电连接并激励该继电器，由此，施加在电压比较器上的差分电压使得比较器和晶体管导通并闭合继电器，这为传动机构提供动力。

31.如权利要求30所述的太阳追踪装置，其特征在于，继电器包括与常开继电器触点连接的电磁继电器。

32.如权利要求28-31中任一项所述的太阳追踪装置，其特征在于，传动机构采用驱动电机的形式。

33.如权利要求32所述的太阳追踪装置，其特征在于，驱动电机通过传动机构电路电连接到一对光敏部件。

34.如权利要求1-9中任一项所述的太阳能收集器和如权利要求23-33中任一项所述的太阳追踪装置的组合，所述太阳追踪装置与太阳能收集器连接，并且被设计成用于使太阳能收集器重新定向以使太阳能收集器相对于阳光的暴露最优化。

35.如权利要求34所述的太阳能收集器和太阳追踪装置的组合，其特征在于，太阳追踪装置被布置成使太阳能收集器围绕方向轴线旋转，以有效地追踪太阳，并使每日相对于阳光的暴露最优化。

36.如权利要求35所述的太阳能收集器和太阳追踪装置的组合进一步包括，如权利要求23-33中任一项所述的附加的太阳追踪装置，所述附加的太阳追踪装置被设计成允许太阳能收集器围绕高度轴线旋转或倾斜，以使太阳能收集器的季节性的相对于阳光的暴露最优化。

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