Вакуумируемый плоский солнечный коллектор и способ его изготовления
Настоящее изобретение относится к вакуумируемому плоскому солнечному коллектору. Плоский солнечный коллектор выполнен с возможностью вакуумирования и вакуум-уплотнения и содержит, по меньшей мере, один поглотитель, в частности пластинчатый поглотитель, по меньшей мере, одну трубу, которая, по меньшей мере, частично термически связана с указанным, по меньшей мере, одним поглотителем, поддерживающую конструкцию, изготовленную, в частности, из металла и снабженную периметрической рамой, и, по меньшей мере, одну первую прозрачную стенку, в частности плоскую стеклянную панель, причем, в частности, периметр первой прозрачной стенки и поддерживающая конструкция, в частности первая опорная поверхность рамы (8), перекрываются, в частности, на периметрическом участке, при этом, по меньшей мере, одна сторона первой прозрачной стенки включает, по меньшей мере, частично, в частности, по меньшей мере, на части площади перекрытия и/или периметра упомянутой стороны первой прозрачной стенки, металлическое покрытие, состоящее, в частности, из первого металлического слоя, в частности медного слоя плазменного напыления, и второго металлического слоя, в частности слоя олова, образуя, тем самым, по меньшей мере, один металлизированный участок на прозрачной стенке, и указанный плоский солнечный коллектор также включает, в частности, первую ленту из мягкого металла, в частности свинца и/или меди, пригодную для уплотнения стыка между первой прозрачной стенкой и поддерживающей конструкцией посредством ее припайки, в частности, мягким припоем к поддерживающей конструкции, в частности к ее периметрической раме, и к металлизированному участку первой прозрачной стенки. Устройство плоского солнечного коллектора содержит, по меньшей мере, один плоский солнечный коллектор и, по меньшей мере, одно зеркало, в частности зеркало по существу полуцилиндрической формы, способное отражать свет, по меньшей мере, на одну прозрачную стенку плоского солнечного коллектора. Солнечная батарея содержит, по меньшей мере, два плоских солнечных коллектора и/или устройства плоских солнечных коллекторов. Способ изготовления плоского солнечного коллектора заключается в том, что подготавливают, по меньшей мере, одну поддерживающую конструкцию, в частности, по меньшей мере, одну периметрическую раму и/или, по меньшей мере, одну перегородку, по меньшей мере, один поглотитель, в частности пластинчатый поглотитель, по меньшей мере, одну трубу, по меньшей мере, одну первую прозрачную стенку, по меньшей мере, одну нижнюю часть и/или, по меньшей мере, одну вторую прозрачную стенку, причем, в частности, по периметру первой и/или второй прозрачной стенки имеется, по меньшей мере, частично металлическое покрытие, в частности, включающее первый металлический слой, в частности медный слой плазменного напыления, и второй металлический слой, в частности слой олова; устанавливают перегородку(-и) в периметрическую раму; устанавливают, по меньшей мере, одну трубу с обеспечением ее тепловой связи с поглотителем, в частности, посредством сварки или пайки твердым припоем, на, по меньшей мере, одну перегородку, в частности, посредством, по меньшей мере, одного зажимного фиксирующего элемента и в соединительные каналы периметрической рамы; приваривают концы трубы к соединительным каналам; устанавливают первую прозрачную стенку на металлическое покрытие, к которому на поддерживающую конструкцию должна быть припаяна мягким припоем лента из мягкого металла; припаивают ленту из мягкого металла к поддерживающей конструкции, в частности, выравнивая при этом, по меньшей мере, часть ленты практически параллельно поддерживающей конструкции; вакуумируют панель солнечного коллектора, в частности, через входной канал насоса, используя, по меньшей мере, один внешний насос; нагревают плоский солнечный коллектор до температуры приблизительно от 120 до 170°С, в частности приблизительно до 150°С, в течение периода времени, достаточного для обеспечения эффективной дегазации коллектора, в частности, по меньшей мере, в течение 30 минут; нагревают плоский солнечный коллектор, в частности его части, содержащие геттер и/или геттерное покрытие, до температуры выше 170°С, в частности до температуры приблизительно 180°С или выше, для активации геттера; и изолируют плоский солнечный коллектор, в частности, путем закрытия клапана или пережатия трубного соединения в месте входного канала насоса. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 10 ил.
Настоящее изобретение относится к конструкции вакуумируемого плоского солнечного коллектора (с поглощающей панелью плоской конфигурации), содержащего по меньшей мере один поглотитель, по меньшей мере одну трубу, одну поддерживающую конструкцию и по меньшей мере одну прозрачную стенку. Кроме того, настоящее изобретение относится к устройству плоского солнечного коллектора, включающему по меньшей мере один предлагаемый в изобретении плоский солнечный коллектор и по меньшей мере одно зеркало; а также к батареи плоских солнечных коллекторов. И, наконец, настоящее изобретение относится к способу изготовления такого вакуумированного плоского солнечного коллектора.
Солнечные коллекторы, в частности плоские солнечные коллекторы, - это хорошо известные устройства, которые, как правило, используются для поглощения солнечной энергии и для ее передачи поглощающей текучей среде. В большинстве случаев, солнечные коллекторы состоят из черных поглощающих цилиндрических или пластинчатых элементов, располагающихся в корпусе, передняя часть которого закрывается прозрачной стеклянной панелью. Вследствие того, что солнечный свет имеет рассредоточенную природу, то в целях повышения рабочей температуры за счет уменьшения тепловых потерь, солнечные коллекторы при использовании могут быть вакуумированы в целях предотвращения переноса тепла газом и молекулярного переноса тепла. Очень высокие температуры также могут быть достигнуты за счет фокусировки света. Однако сфокусирован может быть только прямой свет, в то время как рассеянный (диффузный) свет этого свойства лишен. Следовательно, такое решение не очень привлекательно для таких регионов, как Центральная Европа, где приблизительно 50% солнечного света является рассеянным. Поскольку вакуумирование плоских солнечных коллекторов представляется достаточно проблематичным, вследствие того, что необходима конструкция, которая была бы способна поддерживать глубокий вакуум даже в условиях очень больших сил, обусловленных атмосферным давлением, внимание было сосредоточено на солнечных коллекторах, в основе которых лежит стеклянный цилиндр, в котором находится поглотитель (солнечного излучения) также цилиндрической или плоской формы. Такую конструкцию можно найти, например, в патенте US 4002160, в котором раскрывается многотрубчатый коллектор солнечной энергии, имеющий диффузно-отражающую поверхность, расположенную за трубами коллектора; эта конструкция включает ряд трубчатых элементов с двойными стенками, в которых наружная стенка изготовлена из стеклянного материала, прозрачного по всей ее окружности.
В патенте US 4579107 раскрыт трубчатый коллектор, имеющий очень хорошие характеристики, которые достигаются за счет использования способа, применяемого для создания как селективных к солнечной энергии поверхностей или покрытий, так и отражающих поверхностей или покрытий на стекле, нанесением покрытия из расплавленного металла, путем напыления расплавленного металла на соответствующие поверхности, так чтобы стекло плавилось при контакте с расплавленным металлом, приводя, в результате, к высокой степени адгезии и необходимому термическому контакту.
Согласно патенту US 3960136 также и в основе системы аккумуляции солнечной энергии лежит использование стеклянной трубки с двойными стенками, наружная стенка которой является прозрачной практически по всей окружности. Пространство между двойными стенками уплотнено при давлении ниже атмосферного.
Несмотря на то, что хорошо известно, что, в сравнении с трубчатыми коллекторами, раскрытыми, например, в патенте US 4002160, плоские солнечные коллекторы гарантируют максимальную возможность использования энергии для поглощения, трубчатые солнечные коллекторы, в большинстве случаев, продолжают рассматриваться, как более выгодные, вследствие того, что они более простоты в изготовлении с использованием металло-стеклянного уплотнения (металл-стекло), как требуется для поддержания условий глубокого вакуума.
В патенте US 4084576 раскрывается коллектор солнечной энергии, напоминающий по форме колбу, состоящий из черного поглотителя, который размещен в оболочке по типу плоской лампы, применяя, тем самым, надежный способ герметизации, который известен, например, при производстве телевизионных электронно-лучевых трубок (ЭЛТ).
Из патента US 3916871 может быть получен модуль плоского солнечного коллектора, состоящий из корпуса с вакуумированной камерой, описанной в вышеупомянутом патенте, прозрачной плоской стенки, образующей одну из сторон упомянутой камеры, и поглотителя энергии излучения с расположенными в нем каналами, термоизолированными от корпуса. В одном из примеров конструкции используется вакуумный насос, который подключается к модулю коллектора через соответствующие трубы для периодического вакуумирования модуля коллектора в случае необходимости. Согласно патенту US 3916871, вакуум в один торр (1 мм ртутного столба) рассматривается как достаточный для устранения потерь, обусловленных переносом тепла газом. В данном документе, однако, признается, что для очень низких давлений, которые существенным образом устраняют также и потери вследствие теплопроводности, требуется технология, которая еще не освоена в промышленном масштабе.
В патенте US 5653222 раскрывается плоский солнечный коллектор, при помощи которого делаются попытки создать вакуумированный плоский солнечный коллектор, имеющий конструкцию, способную противостоять силам окружающей среды, воздействующим на вакуумированную оболочку. Тепловые потери от поглощающей пластины, обусловленные конвекцией, проводимостью и тепловым инфракрасным излучением, совместно называемые радиацией, могут быть устранены за счет использования плоского солнечного коллектора, состоящего из заднего корпуса, сконфигурированного таким образом, чтобы он предусматривал ряд параллельных ячеек, предпочтительно с полукруглым поперечным сечением, в результате чего каждая такая ячейка способна служить основой для первичного остекления и принять поглотитель с ребристыми трубами. Поскольку эти трубы с оребрением занимают по меньшей мере 90% открытого пространства между боковыми стенками ячеек, то большая часть излучения поглощается, а меньшая его часть проходит между поглотителями с оребренными трубами и боковыми стенками. Установлено, что круглое поперечное сечение отдельных ячеек обеспечивает самую высокую степень сопротивления силам деформации внутреннего вакуума. Согласно патенту US 5653222, плоский солнечный коллектор позволяет иметь большое число элементов, размеры которых должны быть точно определены, и которые также должны быть расположены в предопределенном системном порядке. Таким образом, если исходить из патента US 5653222, то плоские солнечные коллекторы, считаются достаточно дорогими с точки зрения стоимости и достаточно трудными для промышленного производства.
В патенте US 4455998 дано описание солнечного коллектора, состоящего по меньшей мере из одной вакуумированной запаянной прозрачной трубки или оболочки, в которую заключен нагреваемый реверсивный водородный поглотитель, состоящий из одного или более металлов, таких как титан, цирконий, гафний, скандий, иттрий, лантан, редкоземельные металлы, стронций, барий, ванадий, ниобий, тантал, торий и их сплавов, находящихся в частично наводороженных условиях. При нагревании реверсивного водородного поглотителя давление водорода повышается и происходит высвобождение водорода из поглотителя, в то время как при охлаждении реверсивного водородного поглотителя водород поглощается снова. Данный механизм гарантирует поддержание солнечным коллектором своего нормального коэффициента полезного действия, когда потери солнечного коллектора могут расти за счет повышения давления водорода и получение солнечного тепла коллектором превышает аккумуляторную способность оставшейся части конструкции, что приводит к чрезмерному росту температуры поглотителя. Что касается оболочки для солнечного коллектора, то представлена только стеклянная трубка, имеющая круглое поперечное сечение и включающая в себя поглотитель в форме пластины, соединенный по теплопроводности с секцией испарителя тепловой трубы.
Несмотря на явные преимущества солнечных коллекторов, имеющиеся на настоящий момент вакуумированные трубчатые коллекторы продолжают представлять собой значительные неудобства. Каждая труба требует на каждом конце металлостеклянного уплотнения с сильфонами для уменьшения теплопроводности и компенсации дифференциального теплового расширения охлаждаемой трубы по отношению к оболочке, находящейся в условиях комнатной температуры. Кроме того, трубы должны быть расположены на некотором расстоянии друг от друга с тем, чтобы избежать экранирования, которое приводит к снижению поглощающей способности. К тому же, операции по техническому обслуживанию и очистке многотрубчатых конструкций крайне затруднительны. Поэтому, для смягчения данной проблемы достаточно часто используется дополнительное переднее стекло, что однако приводит к дополнительной потере проходящего света.
Хотя вышеупомянутые недостатки трубчатых солнечных коллекторов могут быть по меньшей мере частично устранены за счет плоской вакуумированной солнечной панели, основным недостатком упомянутых плоских систем продолжает оставаться то, что большая плоская поверхность менее пригодна для выдерживания атмосферного давления. Кроме того, внешнее металлостеклянное уплотнение также продолжает представлять собой многочисленные проблемы. Вероятно вследствие этих трудностей, в основе плоского солнечного коллектора, описанного в патенте US 3916871, лежит корпус из пластмассы, имеющий также прозрачную пластмассовую переднюю часть. В результате данный плоский солнечный коллектор вакуумируется только до давления в 1 торр, достаточного для устранения переноса тепла газом, но не молекулярного переноса тепла.
С учетом описанных проблем предшествующего уровня техники в основу настоящего изобретения была положена задача разработки плоского солнечного коллектора, который мог бы функционировать и в условиях очень высоких температур, имел бы более высокий коэффициент полезного действия и мог бы выдерживать глубокий вакуум в течение очень продолжительного периода времени. Задачей настоящего изобретения также является разработка плоского солнечного коллектора, который также включал бы большие плоские поверхности и при этом мог бы выдерживать атмосферное давление и гарантировал бы высокую степень безопасности в обращении. Кроме того, задачей настоящего изобретения является разработка надежной технологии изготовления в высокой степени вакуум-плотных плоских солнечных коллекторов.
Решение указанных задач изобретения достигается в предлагаемой конструкции плоского солнечного коллектора, выполненного с возможностью вакуумирования и вакуум-уплотнения, содержащего по меньшей мере один поглотитель, в частности пластинчатый поглотитель, по меньшей мере одну трубу, которая по меньшей мере частично термически связана с указанным по меньшей мере одним поглотителем, поддерживающую конструкцию, изготовленную, в частности, из металла и снабженную периметрической рамой, и по меньшей мере одну первую прозрачную стенку, в частности плоскую стеклянную панель, причем, в частности, периметр первой прозрачной стенки и поддерживающая конструкция, в частности первая опорная поверхность рамы, перекрываются, в частности, на периметрическом участке, при этом по меньшей мере одна сторона первой прозрачной стенки включает по меньшей мере частично, в частности, по меньшей мере на части площади перекрытия и/или периметра упомянутой стороны первой прозрачной стенки, металлическое покрытие, состоящее, в частности, из первого металлического слоя, в частности медного слоя плазменного напыления, и второго металлического слоя, в частности слоя олова, образуя, тем самым по меньшей мере один металлизированный участок на прозрачной стенке, и указанный плоский солнечный коллектор также включает, в частности, первую ленту из мягкого металла, в частности свинца и/или меди, пригодную для уплотнения стыка между первой прозрачной стенкой и поддерживающей конструкцией посредством ее припайки, в частности, мягким припоем к поддерживающей конструкции, в частности к ее периметрической раме, и к металлизированному участку первой прозрачной стенки.
В предпочтительном исполнении предлагаемый в изобретении плоский солнечный коллектор дополнительно содержит нижнюю часть, присоединенную к поддерживающей конструкции с образованием корпуса, пригодного для вакуум-уплотнения.
В частности, предпочтительно, чтобы по меньшей мере одна лента из мягкого металла, была бы по меньшей мере частично, расположена параллельно металлической поддерживающей конструкции. Таким образом, ленту из мягкого металла лучше всего располагать параллельно низлежащей поверхности поддерживающей конструкции, на которую она опирается.
Согласно одному из предпочтительных вариантов конструкции периметр прозрачной стенки и рама и/или нижняя часть поддерживающей конструкции соединены друг с другом посредством ленты из мягкого металла, пригодной для припайки мягким припоем по меньшей мере в одном первом месте припайки к поддерживающей конструкции, в частности к раме и/или к нижней части поддерживающей конструкции, и/или по меньшей мере в одном втором месте припайки к прозрачной стенке, в частности к металлизированному участку прозрачной стенки.
Настоящее изобретение также предусматривает наличие по меньшей мере одной второй прозрачной, в частности, плоской стенки, в частности стеклянной панели, отделенной от первой прозрачной стенки поддерживающей конструкцией, причем, в частности, периметры второй прозрачной стенки и, в частности, второй несущей поверхности рамы, перекрываются, в частности, на периметрическом участке, при этом по меньшей мере одна сторона второй прозрачной стенки включает по меньшей мере частично, в частности, по меньшей мере, на части площади перекрытия и/или периметра указанной стороны второй прозрачной стенки, металлическое покрытие, в частности, включающее первый металлический слой, в частности, медный слой плазменного напыления, и второй металлический слой, в частности, слой олова, образуя, тем самым по меньшей мере один металлизированный участок на второй прозрачной стенке, и солнечный коллектор также содержит, в частности, вторую ленту из мягкого металла, в частности, свинца и/или меди, пригодную для уплотнения стыка между второй прозрачной стенкой и поддерживающей конструкцией, в частности, рамой, посредством припайки, в частности, мягким припоем, к поддерживающей конструкции, в частности к ее периметрической раме, и к металлизированному участку второй прозрачной плоской стенки.
Согласно другому предпочтительному варианту поддерживающая конструкция дополнительно включает по меньшей мере одну перегородку или, в частности, решетку перегородок, в частности металлических перекладин.
Перегородки используются для поддержания надлежащим образом прозрачной плоской стенки плоского солнечного коллектора, в частности, когда стеклянная панель охватывает слишком большую поверхность. Без использования таких перегородок прозрачная передняя стеклянная панель большого размера может деформироваться в условиях атмосферного давления. Наиболее предпочтительным считается применение группы продольных и поперечных металлических перекладин, в частности, высота которых, в основном, была бы идентичной глубине корпуса коллектора. Как правило, считается достаточным предусматривать использование продольных или поперечных перекладин, в частности, металлических перекладин, шириной приблизительно от 1 до 10 мм. Таким образом, размеры элементов поддерживающей конструкции, в частности периметрической рамы и перекладин, рассчитываются так, чтобы все несущие участки поддерживающей поверхности, которая плотно поддерживает прозрачную стенку, лежали в одной плоскости. В этом случае происходит наиболее равномерное распределение сил, воздействующих на прозрачную стенку.
Предпочтительно, чтобы также использовалась по меньшей мере одна защитная (экранирующая) пластина, в частности, защитная пластина с низкой излучательной способностью, которая может быть размещена между поглотителем солнечного излучения и нижней частью, присоединяемой к поддерживающей конструкции. При использовании таких защитных пластин тепловые потери могут быть дополнительно уменьшены, главным образом, за счет уменьшения радиационного теплообмена между поглотителем и металлической частью коллектора.
Расстояние между нижней частью корпуса при присоединении к поддерживающей конструкции или между второй прозрачной стенкой и первой прозрачной стенкой составляет приблизительно от 1 до 10 см.
Преимущественно, расстояние между нижней частью корпуса при присоединении к поддерживающей конструкции и передней прозрачной стенкой составляет приблизительно от 2 до 6 см. Кроме того, толщина передней стеклянной панели составляет, как правило, приблизительно от 1 до 10 мм. Толщина передней стеклянной панели зависит, в основном, от площади поверхности упомянутой стеклянной панели и от расстояния между перегородками.
Согласно еще одному предпочтительному варианту по меньшей мере поддерживающая конструкция, в частности по меньшей мере часть внутренней стенки поддерживающей конструкции, по меньшей мере одна перегородка и/или нижняя часть, в частности внутренняя стенка нижней части, изготовлена(-ны) из меди, стали или алюминия, и/или покрыты пленкой с низкой инфракрасной абсорбционной способностью, включающей, в частности, медь и/или алюминий. Предусмотрено, чтобы материал, используемый для поддерживающей конструкции и/или нижней части корпуса, был пригоден для обеспечения коррозионной стойкости, в частности, с наружной стороны указанного солнечного коллектора.
В другом предпочтительном варианте конструкции предлагаемый в настоящем изобретении плоский солнечный коллектор включает по меньшей мере один геттер (газопоглотитель) и/или по меньшей мере частичное геттерное покрытие, в частности, покрытие средней толщиной менее 1000 нм, наносимое по меньшей мере на часть поглотителя и/или поддерживающей конструкции. Использование геттерной технологии предпочтительно для обеспечения плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению с интегрированным насосом. При использовании такого насоса, входящего в состав сборки солнечного коллектора, появляется возможность поддерживать давление ниже 10-4 торр, что, как правило, необходимо для значительного снижения потерь вследствие молекулярного переноса тепла. В предпочтительном примере конструкции, приведенном в настоящем раскрытии изобретения, неиспаряемое геттерное покрытие в виде тонкой пленки наносится, в частности, на тыльную сторону поглотителя и/или на внутреннюю поверхность корпуса или поддерживающей конструкции. Следует обратить особое внимание на то, чтобы толщина геттерного покрытия не оказывала отрицательного влияния на излучательную способность низлежащего покрытия из меди или алюминиевого сплава. Как правило, толщина геттерного покрытия должна поддерживаться на уровне нескольких сотен нм, в частности в диапазоне приблизительно от 100 до 600 нм, в то время как наиболее предпочтительным уровнем является уровень приблизительно 100 нм. Способ нанесения геттерного покрытия раскрыт, например, в патенте US 6468043. В качестве геттерного насоса, могли бы быть использованы выпускаемые промышленностью геттеры, такие как, например, не допускающий испарения геттер марки St 707, выпускаемый компанией SAES Getters.
Также может быть предусмотрено наличие в плоском солнечном коллекторе между прозрачной стенкой и поглотителем по меньшей мере одной дополнительной прозрачной стенки и/или ИК-зеркального покрытия, наносимого на внутреннюю сторону прозрачной стенки и/или на внутреннюю сторону, или на обе стороны дополнительной прозрачной стенки. Для снижения потерь при излучении на переднюю стеклянную стенку и даже далее, на дополнительные стеклянные панели и/или ИК- зеркальный слой также могут быть нанесены покрытия.
Одной из особенностей настоящего изобретения является возможность наличия вакуум-плотного соединительного канала(-ов), интегрированного(-ых) в периметрическую раму и включающего(-их), в частности, по меньшей мере один сильфонный компенсатор. Также можно предусмотреть по меньшей мере один соединительный канал в виде впускного канала насоса, интегрированный в периметрическую раму или в боковую стенку поддерживающей конструкции для первоначального вакуумирования коллектора, и/или по меньшей мере один насос, подходящий для подключения к указанному впускному каналу.
Трубы охлаждения или трубы, которые располагаются внутри плоского солнечного коллектора, проходят через стенку корпуса солнечного коллектора в вакуум-плотном исполнении. Вследствие разного температурного режима труб и корпуса, сильфонные компенсаторы могут быть использованы вблизи места соединения корпуса и трубы или трубы охлаждения. Входной канал насоса предпочтительно рассчитывается таким образом, чтобы по завершении процесса вакуумирования трубный соединитель был бы перекрыт задвижкой. Данный трубный соединитель также может быть пережат, в частности, если изготовлен из меди.
В примере конструкции, которому отдается существенное предпочтение, может быть предусмотрено, чтобы поддерживающая конструкция, в частности рама, включала боковую стенку и, в частности, перпендикулярную ей и присоединенную к ней опорную поверхность, приспособленную для поддерживания, в частности, прозрачной стенки по ее периметру. Особо предпочтительным является, если рама плоского солнечного коллектора включает периметрическую боковую стенку, которая охватывает по кругу нижнюю часть корпуса и которая, в частности, располагается перпендикулярно нижней части корпуса. В предпочтительном примере конструкции опорная поверхность, которая соединена с упомянутой боковой стенкой, размещается параллельно нижней части корпуса по меньшей мере там, где она противолежит упомянутой несущей поверхности. Такая U-образная конфигурация краевой части плоского солнечного коллектора позволяет иметь весьма прочное крепление передней прозрачной плоской стенки.
В другом примере конструкции предпочтение отдается размещению по меньшей мере одной ленты из мягкого металла по меньшей мере частично, в пространстве между прозрачной плоской стенкой и опорной поверхностью рамы, где по меньшей мере первое место припайки этой ленты из металла является местом припайки, в частности, мягким припоем, в частности к металлизированному участку прозрачной плоской стенки и/или к корпусу, в частности к боковой стенке и/или к несущей поверхности, и/или где по меньшей мере второе место припайки упомянутой ленты из металла является местом припайки, в частности, мягким припоем, в частности к металлизированному участку прозрачной плоской стенки и/или к корпусу, в частности к боковой стенке и/или к несущей поверхности. Установлено, что в высокой степени эффективное уплотнение плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению можно получить за счет оловянно-медной металлизации прозрачной плоской стенки, в частности за счет металлизации периметра одной из двух поверхностей прозрачной плоской стенки. После этого, лента из мягкого металла может быть припаяна мягким припоем как к корпусу, который, как правило, изготавливается из металла, так и к стеклянной стенке. Предпочтительно располагать ленту из мягкого металла между внутренней стороной стеклянной стенки и опорной поверхностью, соединенной с боковой стенкой корпуса, сводя, тем самым, к минимуму мертвый объем в условиях вакуума и защищая стеклянную стенку от царапин, которые могут появиться при трении о металлическую конструкцию несущей поверхности рамы.
Таким образом, предусматривается, чтобы по меньшей мере одно первое место припайки ленты из мягкого металла является местом припайки, в частности, мягким припоем к корпусу, в частности к раме и/или к опорной поверхности рамы, а второе место припайки ленты из мягкого металла является местом припайки, в частности, мягким припоем к прозрачной стенке, в частности к металлизированному участку упомянутой плоской стенки.
Другой особенностью настоящего изобретения является то, что предусматривается, чтобы поглотитель состоял по меньшей мере из одной медной пластины, в частности медной пластины CU-OFE и/или CU-OFS, которая покрыта пленкой селективного поглотителя, в частности "черным" хромом, по меньшей мере с той стороны, которая открыта воздействию солнечного излучения. Поглотители солнечного излучения, изготавливаемые из медных пластин, как правило, демонстрируют среднюю толщину приблизительно от 1 до 2 мм, например, при использовании медных пластин CU-OFE и/или CU-OFS. Как правило, что касается пленки селективного поглотителя, то предпочтение отдается таким пленкам, которые способны выдержать длительный нагрев в диапазоне температур от 350 до 400°С. Тыльная сторона пластин поглотителя предпочтительно крепится к трубе, например к трубе охлаждения, для отвода тепла. Для областей применения, где возможные температуры не превышают 150°С, в качестве охлаждающей текущей среды может использоваться вода, в то время как для областей применения, где имеют место более высокие температуры, предпочтение отдается маслу или воздуху.
Также предусмотрены плоские солнечные коллекторы, в которых по меньшей мере одна, в частности, по существу U-образная труба термически соединена с по меньшей мере одним поглотителем, в частности, посредством сварки или пайки твердым припоем и/или где труба(-ы) расположена(-ы) без прямого термического контакта с поддерживающей конструкцией, в частности с периметрической рамой и/или по меньшей мере с одной перегородкой.
Кроме того, в одном примере конструкции, предусмотрен по меньшей мере один внешний насос, в частности турбомолекулярная насосная станция. Такой внешний насос может быть использован для изначальной установки достаточно низкого давления с тем, чтобы в последующей работе этот внешний насос мог бы являться неотъемлемой частью системы вакуумирования солнечного коллектора, например, на основе геттерной технологии.
Задачи настоящего изобретения могут быть также решены посредством солнечного коллектора, в котором, кроме того, и тыльная часть имеет прозрачную стенку. Таким образом, обеспечивается плоский солнечный коллектор, который включает по меньшей мере один поглотитель, в частности пластинчатый поглотитель, по меньшей мере одну трубу, которая по меньшей мере частично термически связана по меньшей мере с одним поглотителем солнечного излучения, периметрическую раму, в частности металлическую раму, переднюю прозрачную стенку и тыльную прозрачную стенку, где, в частности, периметр передней прозрачной стенки и верхней стороны рамы, в частности периметр тыльной прозрачной стенки и нижней стороны рамы, имеют перекрывающийся по периметру участок, где по меньшей мере часть перекрывающегося участка той стороны передней прозрачной плоской стенки, которая выходит на верхнюю сторону, в частности на опорную поверхность рамы, и на котором по меньшей мере часть перекрывающегося участка той стороны тыльной прозрачной стенки, которая выходит на тыльную сторону, в частности на опорную поверхность рамы, обе покрыты по меньшей мере одним первым слоем металла, в частности металлизированы с использованием медного слоя плазменного напыления, и на которых каждый первый слой металла защищен по меньшей мере одним вторым слоем металла, в частности слоем олова, и на которых, в частности, периметры передней прозрачной стенки и упомянутой рамы, в частности периметры тыльной прозрачной стенки и упомянутой рамы, надежно соединены друг с другом при использовании первой и второй, в частности периметрической, ленты из мягкого металла, в частности ленты из свинца и/или меди; при этом первая металлическая лента пригодна для пайки мягким припоем, в частности, по меньшей мере в одном первом месте припайки, к металлизированному участку передней прозрачной плоской стенки и по меньшей мере в одном втором месте припайки, в частности, с противоположенной стороны, к упомянутой раме, в частности, по определенным местам припайки и где, в частности, периметры тыльной прозрачной стенки и упомянутой рамы надежно соединены друг с другом посредством второй, в частности, периметрической ленты из мягкого металла, в частности свинца и/или меди, которая пригодна для пайки мягким припоем, в частности, по меньшей мере в одном первом месте припайки на металлизированный участок тыльной прозрачной плоской стенки и по меньшей мере в одном втором месте припайки, в частности, с противоположенной стороны, к упомянутой раме, в частности, по определенным местам припайки. Первую и вторую ленты из мягкого металла предпочтительно, по меньшей мере, частично, проложить параллельно поддерживающей конструкции.
Особые преимущества могут быть получены при использовании устройства плоского солнечного коллектора, в котором имеет место совместное использование плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению и зеркала, которое приспособлено для отражения солнечного света на тыльную прозрачную плоскую стенку, позволяя, тем самым, наиболее эффективно усилить характерный поток солнечного излучения на поглотитель. Таким образом, предусматривается устройство плоского солнечного коллектора, содержащее по меньшей мере один плоский солнечный коллектор, описанный выше, и по меньшей мере одно зеркало, в частности зеркало по существу полуцилиндрической формы, способное отражать свет по меньшей мере на одну прозрачную стенку плоского солнечного коллектора. В одном предпочтительном примере конструкции плоский солнечный коллектор может быть расположен над зеркалом полуцилиндрической формы, в частности, таким образом, чтобы даже диффузная компонента солнечного света, попадающего на зеркало, могла быть почти полностью отражена на тыльной стороне плоского солнечного коллектора.
В другом примере конструкции, например, если используется зеркало полуцилиндрической формы, упомянутый солнечный коллектор расположен практически по оси упомянутого зеркала полуцилиндрической формы.
Кроме того, в настоящем изобретении предлагается, чтобы поперечное сечение зеркала имело бы форму дуги окружности или ее части, в частности меньше полуокружности.
Согласно другому примеру конструкции предусматривается, что солнечный коллектор располагается над двумя прилегающими друг к другу зеркалами полуцилиндрической формы или над зеркалами, поперечное сечение которых имеет форму дуги окружности. При расположении зеркал так, чтобы они прилегали друг к другу, оба зеркала будут отражать падающий на них солнечный свет на тыльные участки упомянутого коллектора.
При использовании плоского солнечного коллектора, передняя и тыльная стенки которого являются прозрачными, предпочтительно нанести на переднюю и тыльную стороны поглотителя солнечного излучения черную пленку селективного поглотителя, в частности "черного" хрома, или любое другое покрытие, способное выдерживать длительный нагрев при температурах в диапазоне приблизительно от 350 до 400°С.
Удаление газов с поверхности может быть существенно уменьшено, если весь плоский солнечный коллектор по настоящему изобретению, нагревать, предпочтительно, при температуре приблизительно 150°С или выше, в частности, в течение нескольких часов, вакуумируя упомянутый коллектор при использовании внешней насосной станции. Соответственно, плоские солнечные коллекторы по настоящему изобретению предлагается изготавливать посредством способа, в котором:
а) подготавливают по меньшей мере одну поддерживающую конструкцию, в частности по меньшей мере одну периметрическую раму и/или по меньшей мере одну перегородку, по меньшей мере один поглотитель, в частности пластинчатый поглотитель, по меньшей мере одну трубу, по меньшей мере одну первую прозрачную стенку, по меньшей мере одну нижнюю часть и/или по меньшей мере одну вторую прозрачную стенку, причем, в частности, по периметру первой и/или второй прозрачной стенки имеется по меньшей мере частично металлическое покрытие, в частности, включающее первый металлический слой, в частности медный слой плазменного напыления, и второй металлический слой, в частности слой олова;
б) устанавливают перегородку(-и) в периметрическую раму;
в) устанавливают по меньшей мере одну трубу с обеспечением ее тепловой связи с поглотителем, в частности, посредством сварки или пайки твердым припоем на по меньшей мере одну перегородку, в частности, посредством по меньшей мере одного зажимного фиксирующего элемента и в соединительные каналы периметрической рамы;
г) приваривают концы трубы к соединительным каналам;
д) устанавливают первую прозрачную стенку на металлическое покрытие, к которому на поддерживающую конструкцию должна быть припаяна мягким припоем лента из мягкого металла;
е) припаивают ленту из мягкого металла к поддерживающей конструкции, в частности, выравнивая при этом по меньшей мере часть ленты практически параллельно поддерживающей конструкции;
ж) вакуумируют панель солнечного коллектора, в частности, через входной канал насоса, используя по меньшей мере один внешний насос;
з) нагревают плоский солнечный коллектор до температуры приблизительно от 120 до 170°С, в частности приблизительно до 150°С, в течение периода времени, достаточного для обеспечения эффективной дегазации коллектора, в частности по меньшей мере в течение 30 минут;
и) нагревают плоский солнечный коллектор, в частности его части, содержащие геттер и/или геттерное покрытие, до температуры выше 170°С, в частности до температуры приблизительно 180°С или выше, для активации геттера; и
к) изолируют плоский солнечный коллектор, в частности, путем закрытия клапана или пережатия трубного соединения в месте входного канала насоса.
Как часть этого способа, или отдельно от него, геттерный насос или геттерное покрытие могут быть термически активированы до закрытия входного канала насоса, поддерживая панель в условиях повышенной температуры в течение достаточного периода времени. Например, если в качестве геттерного материала используется покрытие из TiZrV, то нагрев предпочтительно продолжать при температуре примерно от 180 до 200°С в течение приблизительно 2 часов. По настоящему способу может быть достигнуто давление ниже 10-8 торр. Далее плоский солнечный коллектор, по настоящему изобретению, может быть изолирован, например, посредством клапана или, что более предпочтительно, пережатием трубного соединителя.
Если нижняя часть не была установлена на поддерживающей конструкции, то в способ изготовления может быть включен этап вакуум-плотной установки нижней части на поддерживающую конструкцию, в частности на ее раму.
В том случае, когда обе стороны поддерживающей конструкции должны предусматривать прозрачную стенку вместо установки нижней части в поддерживающую конструкцию, то в технологию изготовления следует включить следующий этап установки второй прозрачной стенки на металлическое покрытие, к которому лента из мягкого металла должна быть припаяна мягким припоем к поддерживающей конструкции, и припаивают указанную ленту на поддерживающую конструкцию.
Таким образом, изобретение основано на неожиданном обнаружении возможности изготовления плоского солнечного коллектора, при котором становится возможным использование очень низких давлений, вследствие формирования в высокой степени эффективного металло-стеклянного периметрического уплотнения. Плоский солнечный коллектор по настоящему изобретению хорошо подходит для того, чтобы справиться с тепловыми ограничениями, являющимися результатом относительного расширения различных материалов солнечного коллектора, не повреждая уплотнение. Поэтому такие плоские солнечные коллекторы могут использоваться в течение очень продолжительных периодов времени без необходимости вакуумирования корпуса при использовании внешней насосной станции. Также плоские солнечные коллекторы по настоящему изобретению могут использоваться при различных климатических условиях и для многочисленных различных областей применения. При этом также может быть охвачен весь температурный предел приблизительно от 30 до 300°С и даже выше. При использовании плоских солнечных коллекторов по настоящему изобретению, даже тех, которые подвергаются воздействию солнечной радиации только с одной стороны, были достигнуты равновесные температуры примерно 350°С и выше. Не говоря уже об отоплении жилых помещений, чего можно достигнуть при использовании невакуумируемых конструкций солнечных коллекторов, плоские солнечные коллекторы по настоящему изобретению также могут быть использованы для выработки электроэнергии, например, посредством площадей поверхности коллектора для охлаждения и кондиционирования воздуха. Более того, плоские солнечные коллекторы по настоящему изобретению могут использоваться для производства водорода из воды, для обессоливания морской воды и производства горячего масла для промышленности и приготовления пищи в домашних условиях.
Кроме того, техническое обслуживание упомянутых солнечных коллекторов является достаточно простым и время, требуемое для техобслуживания, менее продолжительным. Еще одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что в нем предлагается солнечный коллектор, который может быть достаточно легко собран, что, в свою очередь, обеспечивает возможность экономически эффективного массового производства таких солнечных коллекторов. К большим преимуществам можно отнести также и то, что формируется в высокой степени надежное металло-стеклянное уплотнение. И, поскольку возможно использование прозрачных панелей очень больших размеров, то плоские солнечные коллекторы по настоящему изобретению могут быть полезными в разнообразных промышленных областях применения.
Указанные и другие особенности и преимущества от настоящего изобретения будут понятны из следующего описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения со схематичными чертежами, на которых:
фиг.1a - схематичный вид сверху конструкции плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению;
фиг.1б - детальное перспективное изображение конструкции плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению;
фиг.1в - еще одно детальное перспективное изображение конструкции плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению;
фиг.1г - схематичный вид в разрезе боковой части конструкции плоского солнечного коллектора по фиг.1в;
фиг.2 - схематичный вид в поперечном разрезе конфигурации уплотнения по периметру конструкции плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению;
фиг.3 - схематичный вид в поперечном разрезе конфигурации уплотнения по периметру конструкции плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению;
фиг.4 - схематичный вид в поперечном разрезе конфигурации уплотнения по периметру конструкции плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению;
фиг.5 - схематичный вид в поперечном разрезе конфигурации уплотнения по периметру конструкции плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению;
фиг.6 - схематичный вид в поперечном разрезе конфигурации уплотнения по периметру конструкции плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению, включая также трубу охлаждения;
фиг.7 - схематичный вид в поперечном разрезе конфигурации уплотнения по периметру конструкции плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению, также включая боковое соединение для вакуумирования;
фиг.8 - другой пример конструкции плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению;
фиг.9 - еще один пример конструкции плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению; и
фиг.10 - еще один пример конструкции плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению.
Плоский солнечный коллектор 1, показанный на фиг.1а, имеет прямоугольную форму и включает поддерживающую конструкцию (корпус) 2, выполненную в виде металлического ящика, и верхнюю прозрачную плоскую стенку 4. Поддерживающая конструкция 2 включает практически плоскую нижнюю часть 6 и расположенную по периметру (периметрическую) и по бокам раму 8. Верхняя прозрачная плоская стенка 4 также опирается по своему периметру на раму 8. Продольные и поперечные металлические проставляемые перегородки 10 и 12 используются в качестве перекладин для поддержания прозрачной плоской стенки 4. Низкое давление в пределах плоского солнечного коллектора 1 может быть создано посредством соединительного канала 14, который представляет собой боковой соединитель, проходящий через раму 8 в поддерживающую конструкцию 2. Трубопроводы или трубы охлаждения 16 и 18 размещаются в поддерживающей конструкции, предпочтительно, между нижней частью 6 и поглощающими пластинами (поглотителем) 20 (которые изображены на фиг.1 пунктирными линиями, чтобы показать расположенную ниже систему труб охлаждения). Поверхность поглощающих пластин 20, подвергающуюся воздействию солнечных лучей, предпочтительно покрывать пленкой черного цвета. Трубы охлаждения 16, 18 термически соединены с тыльной частью поглощающей пластины 20. Плоский солнечный коллектор 1, показанный на фиг.1а, далее включает геттерный насос (не показан), расположенный, например, вблизи рамы 8, при помощи которого могут быть созданы очень низкие давления и далее поддерживаться в течение достаточно продолжительных периодов времени. Чтобы выдержать перепады тепловых расширений, трубы охлаждения 16, 18 вынесены с сильфонными компенсаторами 24 и 26 за пределы поддерживающей конструкции 2.
На фиг.1б отдельные элементы плоского солнечного коллектора 1 искусственно разнесены на определенное расстояние от их присущего положения. Поддерживающая конструкция 2 имеет прямоугольную форму с рамой 8 по периметру и продольными и поперечными металлическими перегородками соответственно 10 и 12, образующими крестообразную форму. Высота этих перегородок и рамы по периметру конструкции может быть выбрана так, чтобы трубы охлаждения 16, 18 и поглощающие пластины 20 могли быть установлены в корпусе плоского солнечного коллектора 1, а сверху установлена прозрачная плоская стенка. Размеры отдельных поглощающих пластин 20 выбраны таким образом, чтобы они могли быть размещены в отсеках, образуемых перегородками и периметрической рамой 8. Трубы охлаждения 16, 18 соединяются с отдельными поглощающими пластинами и образуют например U-образную форму, обеспечивая, тем самым, контакт со всеми четырьмя поглощающими пластинами 20. Перегородки 10 и 12 для удобства предусматриваются со специальными приспособлениями, например в форме зажимов, для захвата и фиксации труб охлаждения 16, 18. Следует обратить особое внимание на то, чтобы между трубами охлаждения 16, 18 и перегородками 10 и 12 практически отсутствовал бы термический контакт. Этого можно достичь, например, при использовании скоб и других приспособлений, обеспечивающих их отдаленное друг от друга положение. Концы труб охлаждения 16, 18 в пределах поддерживающей конструкции 2 входят в соединительные каналы (патрубки) соответственно 17 и 19, которые интегрированы в раму 8.
На фиг.1в показан вид снизу объемного изображения плоского солнечного коллектора, изображенного на фиг.1б с пространственным расположением деталей. Как показано на фиг.1в, труба охлаждения 16, 18 присоединена ко всей нижней части каждой отдельной поглощающей пластины 20 в целях обеспечения максимальной передачи тепловой энергии от поглощающей пластины 20 к текучей среде, проходящей по трубе охлаждения. В альтернативной конструкции плоского солнечного коллектора, не только верхняя (покрывающая) пластина плоского солнечного коллектора может быть предусмотрена с прозрачной плоской стенкой 4, но также и его тыльная часть, заменяя, таким образом, нижнюю часть 6 корпуса на еще одну прозрачную плоскую стенку. В этой конструкции на поглощающие пластины 20 нанесен черный цвет с обеих сторон. В качестве альтернативного варианта, еще один комплект поглощающих пластин 20 может быть размещен между второй прозрачной плоской стенкой и трубой охлаждения 16, 18. При такой конструкции труба охлаждения 16, 18 располагается между двумя комплектами поглощающих пластин и, следовательно, имеет термический контакт на противоположенных сторонах своих трубок, с упомянутыми выше противостоящими поглощающими пластинами. Однако существует возможность предусмотреть второй комплект поглощающих пластин с отдельной системой труб охлаждения, в таком случае между первым и вторым комплектом поглощающих пластин были бы расположены по меньшей мере две отдельные трубы охлаждения.
На фиг.1г дано увеличенное изображение плоского солнечного коллектора 1, представленного на фиг.1б. Для каждого соединительного канала 17 и 19, в которые входят концы труб охлаждения 16, 18, предусмотрены сильфонные компенсаторы 24 и 26, чтобы выдержать изменения размеров под действием тепла. Отверстие насоса показано после того, когда оно было закрыто и пережато для получения в высокой степени вакуум-плотного корпуса плоского солнечного коллектора 1.
На фиг.2-5 показаны различные способы уплотнения, которые могут быть использованы для соединения верхней прозрачной плоской стенки 4 с поддерживающей конструкцией 2. На фиг.2 схематично представлен поперечный разрез крайней части плоского солнечного коллектора 1 по настоящему изобретению. Рама 8 имеет боковую стенку 28, которая практически перпендикулярна нижней части 6, а на внешней краевой части боковой стенки 28 предусмотрена опорная поверхность 30, которая, предпочтительно, идет параллельно нижней части 6, таким образом, являясь практически перпендикулярной боковой стенке 28. Уплотнение плоского солнечного коллектора 1 достигается как на примере конструкции, изображенной на фиг.2, путем расположения ленты 32 из мягкого металла между периметром плоской стенки 4 и опорной поверхностью 30. В данном примере конструкции по меньшей мере нижняя поверхность плоской стенки 4 имеет покрытие, нанесенное по периметру методом оловянно-медной металлизации, предпочтительно там, где находятся те участки ленты из мягкого металла, которые должны быть припаяны мягким припоем к плоской стенке 4. В настоящем примере, лента 32 из мягкого металла имеет первое место 34 припайки мягким припоем к верхней опорной поверхности 30, которая, как правило, изготовлена из металла, как и вся поддерживающая конструкция 2.
Кроме того, лента 32 из мягкого металла прикреплена к прозрачной стенке 4 посредством во втором месте 36 припайки мягким припоем, создавая, таким образом, очень герметичное уплотнение, которое также хорошо подходит для сведения к минимуму мертвого объема в условиях вакуума. Так как между прозрачной стенкой 4 и рамой 8 нет прямого контакта, то прозрачная стенка защищена от царапин, которые могут появиться при трении вышеуказанной рамы о металлическую конструкцию. Предпочтительным способом соединения стеклянной пластины с металлической поддерживающей конструкцией является использование ленты из мягкого металла, которая, по меньшей мере частично, располагается практически параллельно металлической поддерживающей конструкции, например раме.
Аналогично этому, на фиг.5 показан альтернативный способ уплотнения плоского солнечного коллектора по настоящему изобретению, который также предотвращает прямой контакт между плоской стенкой 4 и опорной поверхностью 30. В отличие от фиг.1, лента 32 из мягкого металла припаяна к опорной поверхности 30 мягким припоем в первом месте 34' припайки, располагаемом, предпочтительно, на одном конце ленты 32 из мягкого металла, и к верхней прозрачной плоской стенке 4 во втором месте 36' припайки мягким припоем к металлизированной передней части периметра плоской стенки 4.
По другому способу, герметичное уплотнение может быть также получено путем использования ленты 32 из мягкого металла, которая крепится к боковой стенке 28 в первом месте 34 припайки мягким припоем и к верхней поверхности по периметру прозрачной плоской стенки 4 во втором месте 36 припайки мягким припоем. Лента 32 из мягкого металла, таким образом, обеспечивает уплотнение места соединения плоской стенки 4 с опорной поверхностью 30, см. фиг.3. Другой способ создания уплотнения может быть выполнен по фиг.4, согласно которому лента из мягкого металла 32 прикрепляется к боковой стенке 28 в первом месте 34 припайки мягким припоем и к нижней поверхности прозрачной плоской стенки 4 во втором месте 36 припайки мягким припоем. В этом случае нижняя поверхность прозрачной плоской стенки 4 покрывается по всему периметру слоем металла, как описано выше. В отличие от тех примеров конструкции, которые показаны на фиг.2, 3 и 5, в конструкции плоского солнечного коллектора, показанной на фиг.4, используется прозрачная плоская стенка 4, размер которой несколько больше размера поддерживающей конструкции 2, поэтому она выступает по периметру за пределы боковой стенки 28.
На фиг.6 дан схематичный вид присоединения трубы охлаждения 38. Сильфонные компенсаторы 40, которые подсоединены к отверстию на боковой раме 8, с одной стороны, и, например, к тепловой изоляции, с другой стороны, используются, чтобы преодолеть перепады в тепловых расширениях различных материалов, используемых внутри плоского солнечного коллектора 1. Так же, как видно из фиг.7, боковое соединение 42 может быть использовано в качестве средства соединения с внешней насосной станцией. Соединительный канал 44 может быть снабжен, например, клапаном для уплотнения плоского солнечного коллектора 1. Для обеспечения должного уплотнения предпочтительно, чтобы боковое соединение было пережато.
На фиг.8 представлена альтернативная конструкция солнечного плоского коллектора 1', содержащего верхнюю прозрачную плоскую стенку 46, нижнюю прозрачную плоскую стенку 48, круговую внешнюю стенку или раму 50, которая, предпочтительно, изготавливается из металла. Наиболее предпочтительным считается, когда рама 50 имеет боковую стенку 68 и периметрические опорные поверхности 70 и 72 в своих верхней и нижней частях, на которых могут быть расположены верхняя и соответственно нижняя прозрачные плоские стенки 46 и 48. Как и плоский солнечный коллектор 1, солнечный коллектор 1' может быть снабжен металлическими перегородками 52, которые используются в качестве перекладин, поддерживающих как верхнюю, так и нижнюю прозрачные плоские стенки 48 и 46. Герметичное соединение между верхней плоской стенкой 46 и опорной поверхностью 70 и между нижней плоской стенкой 48 и опорной поверхностью 72 может быть достигнуто применением отдельных лент из мягкого металла соответственно 74 и 76, каждая из которых включает припайки 78, 80 и 82, 84 мягким припоем. По меньшей мере те участки плоских стенок 46, 48, к которым напаиваются ленты из мягкого металла, выполнены металлизированными, в частности, с использованием системы из двух слоев металла, например двойной слой из олова/меди. Также возможно использование одной ленты из мягкого металла, которая идет от верхней части несущей поверхности, по боковой стенке, к нижней несущей поверхности (не показано).
В предпочтительном примере конструкции по настоящему изобретению, плоский солнечный коллектор 1' используется в сочетании с зеркалом полуцилиндрической или лоткообразной формы 54, образуя, таким образом, устройство 56 плоского солнечного коллектора. В одном из примеров конструкции, который показан на фиг.9, плоский солнечный коллектор 1' располагается по оси зеркала полуцилиндрической формы 54, охватывая, практически, половину отверстия упомянутого зеркала. Солнечный свет может тогда проникнуть в ту часть полуцилиндра, которая не охвачена солнечным коллектором 1', и поэтому солнечный свет может быть отражен на тыльной стороне упомянутого коллектора. Таким образом, можно наиболее эффективно увеличить поток солнечного излучения, падающий на поглотитель. Предпочтительно, чтобы на поглотитель было нанесено покрытие черного цвета как на верхнюю, так и на его нижнюю части. Концепция, лежащая в основе устройства плоского солнечного коллектора 56, может также быть использована со схемой расположения, показанной на фиг.10. Показанное на фиг.10 устройство 56' плоского солнечного коллектора, включает два примыкающих друг к другу зеркала полуцилиндрической формы, которые присоединены или прикреплены, или, по меньшей мере, находятся в непосредственной близости, на их соответствующих краевых участках, образуя, следовательно, практически W-образную форму. В верхней части этого соединения обоих зеркал 58, 60 полуцилиндрической формы располагается плоский солнечный коллектор 1', охватывая, тем самым, часть зеркала 58 полуцилиндрической формы и часть зеркала 60 полуцилиндрической формы. В этом случае солнечный свет может попадать на оба зеркала 58 и 60 полуцилиндрической формы через те части, которые не охвачены плоским солнечным коллектором.
Настоящее изобретение было детально проиллюстрировано и описано на чертежах и в вышеприведенном описании, что, однако, следует рассматривать как неограничивающие примеры предпочтительных вариантов осуществления и подразумевать возможность охвата настоящим изобретением различных измененных и модифицированных конструкций.
1. Плоский солнечный коллектор (1, 1′), выполненный с возможностью вакуумирования и вакуум-уплотнения, содержащий, по меньшей мере, один поглотитель (20), в частности, пластинчатый поглотитель, по меньшей мере, одну трубу (16, 18), которая, по меньшей мере, частично термически связана с указанным, по меньшей мере, одним поглотителем (20), поддерживающую конструкцию (2), изготовленную, в частности, из металла, и снабженную периметрической рамой (8), и, по меньшей мере, одну первую прозрачную стенку (4, 46, 48), в частности, плоскую стеклянную панель, причем, в частности, периметр первой прозрачной стенки (4, 46, 48) и поддерживающая конструкция, в частности, первая опорная поверхность рамы (8), перекрываются, в частности, на периметрическом участке, при этом, по меньшей мере, одна сторона первой прозрачной стенки (4, 46, 48) включает, по меньшей мере частично, в частности, по меньшей мере, на части площади перекрытия и/или периметра упомянутой стороны первой прозрачной стенки (4, 46, 48), металлическое покрытие, состоящее, в частности, из первого металлического слоя, в частности, медного слоя плазменного напыления, и второго металлического слоя, в частности, слоя олова, образуя, тем самым, по меньшей мере, один металлизированный участок на прозрачной стенке (4, 46, 48), и указанный плоский солнечный коллектор также включает, в частности, первую ленту (32) из мягкого металла, в частности, свинца и/или меди, пригодную для уплотнения стыка между первой прозрачной стенкой (4, 46, 48) и поддерживающей конструкцией (2) посредством ее припайки, в частности, мягким припоем, к поддерживающей конструкции (2), в частности, к ее периметрической раме (8), и к металлизированному участку первой прозрачной стенки (4, 46, 48).
2. Солнечный коллектор (1) по п.1, дополнительно содержащий нижнюю часть (6), присоединенную к поддерживающей конструкции (2) с образованием корпуса, пригодного для вакуум-уплотнения.
3. Солнечный коллектор (1′) по п.1, дополнительно содержащий, по меньшей мере, одну вторую прозрачную стенку, в частности, плоскую стеклянную панель, отделенную от первой прозрачной стенки поддерживающей конструкцией (2), причем, в частности, периметры второй прозрачной стенки и, в частности, второй несущей поверхности рамы (8), перекрываются, в частности, на периметрическом участке, при этом, по меньшей мере, одна сторона второй прозрачной стенки включает, по меньшей мере, частично, в частности, по меньшей мере, на части площади перекрытия и/или периметра указанной стороны второй прозрачной стенки, металлическое покрытие, в частности, включающее первый металлический слой, в частности, медный слой плазменного напыления, и второй металлический слой, в частности, слой олова, образуя, тем самым, по меньшей мере, один металлизированный участок на второй прозрачной стенке, и солнечный коллектор также содержит, в частности, вторую ленту из мягкого металла, в частности, свинца и/или меди, пригодную для уплотнения стыка между второй прозрачной стенкой и поддерживающей конструкцией (2), в частности, рамой (8), посредством припайки, в частности, мягким припоем, к поддерживающей конструкции (2), в частности, к ее периметрической раме (8), и к металлизированному участку второй прозрачной плоской стенки.
4. Солнечный коллектор (1, 1') по одному из предшествующих пунктов, в котором, по меньшей мере, одна лента (32) из мягкого металла, по меньшей мере, частично, расположена по существу параллельно металлической поддерживающей конструкции (2).
5. Солнечный коллектор (1, 1') по одному из пп.1, 2 или 3, в котором периметры прозрачной стенки (4, 46, 48) и рамы (8), и/или нижней части (6) поддерживающей конструкции (2) соединены друг с другом посредством ленты (32) из мягкого металла, пригодной для припайки мягким припоем, по меньшей мере, в одном первом месте (34) припайки к поддерживающей конструкции (2), в частности, к раме (8) и/или к нижней части (6) поддерживающей конструкции, и/или, по меньшей мере, в одном втором месте (36) припайки к прозрачной стенке (4, 46, 48), в частности, к металлизированному участку прозрачной стенки.
6. Солнечный коллектор (1, 1') по одному из пп.1, 2 или 3, в котором поддерживающая конструкция (2) дополнительно включает, по меньшей мере, одну перегородку (10, 12, 52) или, в частности, решетку перегородок, в частности, металлических перекладин.
7. Солнечный коллектор по одному из пп.1, 2 или 3, дополнительно содержащий, по меньшей мере, одну защитную пластину, в частности, защитную пластину с низкой излучательной способностью, пригодную для размещения между поглотителем и нижней частью, присоединяемой к поддерживающей конструкции.
8. Солнечный коллектор (1, 1') по одному из пп.1, 2 или 3, в котором расстояние между нижней частью (6) при присоединении к поддерживающей конструкции (2) или между второй прозрачной стенкой (48) и первой прозрачной стенкой (4, 46) составляет приблизительно от 1 до 10 см.
9. Солнечный коллектор (1, 1') по одному из пп.1, 2 или 3, в котором, по меньшей мере, поддерживающая конструкция, в частности, по меньшей мере, часть внутренней стенки поддерживающей конструкции, по меньшей мере, одна перегородка и/или нижняя часть, в частности внутренняя стенка нижней части, изготовлена(-ны) из меди, стали или алюминия, и/или покрыты пленкой с низкой инфракрасной абсорбционной способностью, включающей, в частности, медь и/или алюминий.
10. Солнечный коллектор по одному из пп.1, 2 или 3, в котором материал поддерживающей конструкции и/или нижней части пригоден для обеспечения коррозионной стойкости, в частности, с наружной стороны указанного солнечного коллектора.
11. Солнечный коллектор (1, 1') по одному из пп.1, 2 или 3, дополнительно содержащий, по меньшей мере, один геттер и/или, по меньшей мере, частично геттерное покрытие, в частности, покрытие средней толщиной менее 1000 нм, наносимое, по меньшей мере, на часть поглотителя (20) и/или поддерживающей конструкции (2).
12. Солнечный коллектор по одному из пп.1, 2 или 3, дополнительно содержащий между прозрачной стенкой и поглотителем, по меньшей мере, одну дополнительную прозрачную стенку и/или инфракрасное зеркальное покрытие, наносимое на внутреннюю сторону прозрачной стенки и/или на одну или на обе стороны дополнительной прозрачной стенки.
13. Солнечный коллектор (1, 1') по одному из пп.1, 2 или 3, в котором труба(-ы) содержит(-ат) вакуумплотный соединительный канал(-ы) (17, 19), интегрированный(-ые) в периметрическую раму (8) и, в частности, включающий(-ие), по меньшей мере, один сильфонный компенсатор (24, 26).
14. Солнечный коллектор (1, 1') по одному из пп.1, 2 или 3, дополнительно содержащий, по меньшей мере, один соединительный канал (44) в форме впускного канала насоса, встроенный в периметрическую раму или в боковую стенку поддерживающей конструкции, и/или, по меньшей мере, один насос, подходящий для подключения к указанному впускному каналу.
15. Солнечный коллектор (1, 1') по одному из пп.1, 2 или 3, в котором поддерживающая конструкция (2), в частности рама (8), включает боковую стенку (28) и, в частности, перпендикулярную ей и присоединенную к ней опорную поверхность (30), приспособленную для поддерживания, в частности, прозрачной стенки (4, 46, 48) по ее периметру.
16. Солнечный коллектор (1) по п.5, в котором, по меньшей мере, одно первое место (34) припайки ленты (32) из мягкого металла является местом припайки, в частности, мягким припоем к поддерживающей конструкции (2), в частности, к раме (8) и/или к опорной поверхности (30) рамы, а второе место (34) припайки ленты (32) из мягкого металла является местом припайки, в частности, мягким припоем к прозрачной стенке (4), в частности, к металлизированному участку упомянутой плоской стенки.
17. Солнечный коллектор по одному из пп.1, 2 или 3, в котором поглотитель включает, по меньшей мере, одну медную пластину, в частности, медную пластину CU-OFE и/или CU-OFS, которая имеет покрытие из пленки селективного поглотителя, в частности, "черного" хрома, по меньшей мере, на стороне, подверженной воздействию солнечного излучения.
18. Солнечный коллектор по одному из пп.1, 2 или 3, в котором, по меньшей мере, одна, в частности, по существу U-образная труба термически соединена с, по меньшей мере, одним поглотителем, в частности, посредством сварки или пайки твердым припоем, и/или где в котором труба(-ы) расположена(-ы) без прямого термического контакта с поддерживающей конструкцией, в частности, с периметрической рамой и/или, по меньшей мере, с одной перегородкой.
19. Устройство (56, 56') плоского солнечного коллектора, содержащее, по меньшей мере, один плоский солнечный коллектор (1, 1') по одному из пп.1-18 и, по меньшей мере, одно зеркало (54, 58, 60), в частности, зеркало по существу полуцилиндрической формы, способное отражать свет, по меньшей мере, на одну прозрачную стенку плоского солнечного коллектора.
20. Устройство (56, 56') по п.19, в котором солнечный коллектор (1, 1') в основном выровнен вдоль оси зеркала (54, 58, 60) полуцилиндрической формы.
21. Устройство по п.19 или 20, в котором поперечное сечение зеркала имеет форму дуги окружности или ее части, в частности, меньше полуокружности.
22. Устройство (56, 56') по одному из пп.19 и 20, в котором солнечный коллектор (1, 1') расположен над двумя примыкающими друг к другу зеркалами (58, 60) полуцилиндрической формы или над зеркалами, поперечное сечение которых имеет форму дуги окружности или ее части.
23. Солнечная батарея, содержащая, по меньшей мере, два плоских солнечных коллектора по одному из пп.1-18 и/или устройства плоских солнечных коллекторов по одному из пп.19-22.
24. Способ изготовления плоского солнечного коллектора по одному из пп.1-18, в котором
а) подготавливают, по меньшей мере, одну поддерживающую конструкцию, в частности, по меньшей мере, одну периметрическую раму и/или, по меньшей мере, одну перегородку, по меньшей мере, один поглотитель, в частности, пластинчатый поглотитель, по меньшей мере, одну трубу, по меньшей мере, одну первую прозрачную стенку, по меньшей мере, одну нижнюю часть и/или, по меньшей мере, одну вторую прозрачную стенку, причем, в частности, по периметру первой и/или второй прозрачной стенки имеется, по меньшей мере, частично металлическое покрытие, в частности, включающее первый металлический слой, в частности, медный слой плазменного напыления, и второй металлический слой, в частности, слой олова;
б) устанавливают перегородку(-и) в периметрическую раму;
в) устанавливают, по меньшей мере, одну трубу с обеспечением ее тепловой связи с поглотителем, в частности, посредством сварки или пайки твердым припоем, на, по меньшей мере, одну перегородку, в частности, посредством, по меньшей мере, одного зажимного фиксирующего элемента, и в соединительные каналы периметрической рамы;
г) приваривают концы трубы к соединительным каналам;
д) устанавливают первую прозрачную стенку на металлическое покрытие, к которому на поддерживающую конструкцию должна быть припаяна мягким припоем лента из мягкого металла;
е) припаивают ленту из мягкого металла к поддерживающей конструкции, в частности, выравнивая при этом, по меньшей мере, часть ленты практически параллельно поддерживающей конструкции;
ж) вакуумируют панель солнечного коллектора, в частности, через входной канал насоса, используя, по меньшей мере, один внешний насос;
з) нагревают плоский солнечный коллектор до температуры приблизительно от 120 до 170°С, в частности, приблизительно до 150°С, в течение периода времени, достаточного для обеспечения эффективной дегазации коллектора, в частности, по меньшей мере, в течение 30 мин;
и) нагревают плоский солнечный коллектор, в частности, его части, содержащие геттер и/или геттерное покрытие, до температуры выше 170°С, в частности, до температуры приблизительно 180°С или выше для активации геттера; и
к) изолируют плоский солнечный коллектор, в частности, путем закрытия клапана или пережатия трубного соединения в месте входного канала насоса.
25. Способ по п.24, в котором дополнительно устанавливают в поддерживающую конструкцию, в частности, в ее раму, нижнюю часть в вакуумплотном исполнении.
26. Способ по п.24, в котором дополнительно устанавливают вторую прозрачную стенку на металлическое покрытие, к которому лента из мягкого металла должна быть припаяна мягким припоем к поддерживающей конструкции, и припаивают указанную ленту на поддерживающую конструкцию.
