太陽能熱交換面板的制作方法
【專利摘要】在此披露了一種太陽能熱交換面板，該太陽能熱交換面板包括一個(gè)下板和一個(gè)上板，該下板和上板一起限定了包含一種流動(dòng)的熱傳遞流體的一個(gè)內(nèi)部容積。該上板包括多個(gè)向上延伸部和向下延伸部，這些延伸部覆蓋該太陽能熱傳遞面板的頂表面并且被配置成用于捕獲太陽輻射能量。該下板包括多個(gè)向上延伸的中空下板延伸部。這些下板延伸部是與該上板的每個(gè)向上延伸部的底部部分對(duì)齊的并且?guī)缀跖龅?。該上板的這些向下延伸部形成該上板、各自向下延伸并且被聯(lián)接到該下板的基體上。在運(yùn)行中，引入該太陽能熱傳遞面板的一端上的進(jìn)口中的一種熱傳遞流體穿過這個(gè)限定的內(nèi)部容積并且與從該上板向下延伸進(jìn)入該太陽能熱傳遞面板中的這些經(jīng)太陽能加熱的表面緊密接觸。橫跨該太陽能熱傳遞面板的頂表面的一個(gè)基本上紅外可透的板創(chuàng)造了一個(gè)頂部?jī)?nèi)部空間，該頂部?jī)?nèi)部空間封閉了一條流動(dòng)空氣路徑，該流動(dòng)空氣與該下部?jī)?nèi)部空間中的封閉的熱傳遞流體一起同時(shí)被加熱。
【專利說明】太陽能熱交換面板
[0001]優(yōu)先權(quán)
[0002]本申請(qǐng)要求由同一發(fā)明人于2011年10月3日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)61/542382的優(yōu)先權(quán)。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]在此說明的本發(fā)明總體上涉及一種太陽能熱傳遞面板并且更確切地涉及一種輕質(zhì)的且容易制造的聚合物或聚合物復(fù)合材料面板，該面板可以靈活地組合成不同的構(gòu)型以同時(shí)加熱液態(tài)流體和空氣兩者。
[0004]發(fā)明背景
[0005]太陽能熱交換面板通常包括多個(gè)通道，一種流體、如熱交換流體(例如，水)穿過該多個(gè)通道。典型地，一個(gè)熱交換面板被定向成將這些通道的外表面暴露給一個(gè)熱能(例如輻射熱)來源(例如，太陽)。這些通道通過暴露給該熱量來源而被加熱，并且熱能被傳遞給穿過這些通道內(nèi)部的流體。這些被加熱的流體可以直接地或間接地使用，例如用于加熱另一種流體如空氣或水，在此情況下該經(jīng)加熱的流體典型地被描述為熱交換流體。
[0006]制造的成本和復(fù)雜性已經(jīng)成為接受許多此類系統(tǒng)的一個(gè)限制因素。尤其是由金屬制成的那些系統(tǒng)。已經(jīng)提出了大量的基于塑料的系統(tǒng)來嘗試降低這些系統(tǒng)的成本和重量，特別是因?yàn)橄Ｍ谖蓓斏戏胖迷S多這樣的系統(tǒng)。使用塑料材料則引入了強(qiáng)度和剛度問題。
[0007]除此之外，許多這樣的系統(tǒng)已經(jīng)局限于液體(例如水)系統(tǒng)或者氣體(例如空氣)系統(tǒng)。
[0008]已經(jīng)作出多種嘗試來通過增大這些外部通道表面的、被暴露給輻射能量的表面積而改善太陽能熱交換面板的效率。例如，已經(jīng)披露了多種具有V形或三角形的外部通道表面的太陽能熱交換面板。例如參見美國專利號(hào)4，290，413 ;4，243，020 ;以及4，171,694。
[0009]美國申請(qǐng)13/144，254描述了一種熱交換面板，該熱交換面板包括一個(gè)上板和一個(gè)下板以及在它們之間的一系列延伸部，從而限定了用于一種流體穿過其中的一個(gè)中空內(nèi)部空間。它提供的面板可以用于太陽能加熱但制造卻相對(duì)困難并且沒有提供能有效捕獲足夠太陽能的頂表面。
[0010]希望的是開發(fā)一種具有改善的效率的新型太陽能熱交換面板。具體地講，希望的是此類新開發(fā)的熱交換面板提供多個(gè)因素的有利平衡和結(jié)合，這些因素包括輕的重量、最佳熱傳送、最佳熱交換流體通過量、最小面板尺寸、加熱流體和氣體兩者的能力、以及容易地連接這些面板的多個(gè)陣列以用于不同應(yīng)用的能力。除此之外，進(jìn)一步希望的是此類新開發(fā)的熱交換面板本身是相對(duì)易于制造、組裝和使用的。
[0011]發(fā)明概述
[0012]這些需求是通過提供一種太陽能熱交換面板(10 )來滿足的，該太陽能熱交換面板包括一個(gè)下板(320)和一個(gè)上板(310),該下板和上板一起限定了包含一種流動(dòng)的熱傳遞流體的一個(gè)內(nèi)部容積。該上板(310)包括多個(gè)向上延伸部(50)(在此稱作陷窩)和向下延伸部(60)(在此稱作凹穴)，這些向上和向下延伸部覆蓋了該太陽能熱傳遞面板的頂表面并且被配置成用于捕獲太陽輻射能量。該下板(320)包括多個(gè)向上延伸的中空下板延伸部(330)。這些下板延伸部(330)是與該上板的每個(gè)向上延伸部(50)的底部中心部分對(duì)齊的并且?guī)缀跖龅健碜栽撋习?310)的這些向下延伸部(60)各自向下延伸并且被聯(lián)接到該下板(320)的基體上。在運(yùn)行中，引入該太陽能熱傳遞面板的一端上的進(jìn)口(30)中的一種熱傳遞流體穿過這個(gè)限定的內(nèi)部容積并且與從該上板向下延伸進(jìn)入該太陽能熱傳遞面板中的這些經(jīng)太陽能加熱的表面緊密接觸。橫跨該太陽能熱傳遞面板的頂表面的一個(gè)基本上紅外可透的板創(chuàng)造了一個(gè)頂部?jī)?nèi)部空間，該頂部?jī)?nèi)部空間封閉了一條流動(dòng)空氣路徑，該流動(dòng)空氣與該下部?jī)?nèi)部空間中的封閉的熱傳遞流體一起同時(shí)被加熱。
[0013]在另一方面，該太陽能熱傳遞面板被模制的方式為使得，這些向上延伸的中空下板延伸部(330)被模制成聯(lián)接到或接合到該上板的每個(gè)向上延伸部(50)的底部中心部分。
[0014]在本披露中對(duì)表征該太陽能熱傳遞面板的這些特征進(jìn)行了描述。這些運(yùn)行方面的優(yōu)點(diǎn)以及由其使用而獲得的能力將從以下詳述的說明書和附圖中更全面地得到了解，在附圖中展示且說明了多個(gè)優(yōu)選的(但非限制性的)實(shí)施例。
[0015]在此處以及權(quán)利要求書中使用的取向和位置術(shù)語如“上”、“下”、“頂”、“底”、“外”、
“內(nèi)”以及類似術(shù)語被用來按照附圖中所定向和描繪的來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。除非另外指出，否則此類術(shù)語的使用并不旨在代表對(duì)本發(fā)明范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可以采用替代的位置和取向。
[0016]附圖的簡(jiǎn)要說明
[0017]圖1是一種太陽能熱交換面板的代表性俯視透視圖。
[0018]圖2是配置成用于面板之間液體和氣體兩者流通的一系列圖1的太陽能熱交換面板的一個(gè)代表性透視圖。
[0019]圖3是圖1的熱交換面板的截面的一個(gè)代表性透視圖。
[0020]圖4是圖1的熱交換面板的截面的另一個(gè)透視圖。
[0021]圖5是圖1的熱交換面板的截面的另一個(gè)透視圖。
[0022]圖6是圖1的熱交換面板的截面的另一個(gè)透視圖。
[0023]圖7是圖1的熱交換面板的一個(gè)實(shí)施例的截面的透視圖。
[0024]圖8是一種太陽能熱交換面板的代表性仰視透視圖。
[0025]圖9展示了一種對(duì)在圖1至圖8展示的設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)的流型的模擬。
[0026]在圖1至圖9中，除非另外指出，類似的參考號(hào)是指代相同的部件和結(jié)構(gòu)特征。
[0027]發(fā)明的詳細(xì)說明
[0028]圖1和圖2是透視圖，展示了一個(gè)單一太陽能熱交換面板10以及相連的多個(gè)太陽能熱交換面板100連接成網(wǎng)絡(luò)而形成的一個(gè)系統(tǒng)。從圖1開始，一個(gè)太陽能熱交換面板的透視圖被示出為編號(hào)10。該視圖為向下觀察該太陽面板的頂表面，該頂表面將接收太陽輻射。該太陽能熱交換面板的每端上有用于將一種熱交換流體傳送進(jìn)入和離開該面板的內(nèi)部容積的一個(gè)進(jìn)口 30和一個(gè)出口 35。該太陽能熱交換面板的內(nèi)部安排和容積將在隨后的附圖中被示出。該熱交換流體通常會(huì)是水但也可以是其他適合的流體。該太陽能熱傳遞面板的內(nèi)部頂表面由一系列重復(fù)的深凹穴60和隆起的陷窩50組成，這些深凹穴和陷窩構(gòu)成了該太陽能熱傳遞面板的一個(gè)上板。這個(gè)上板和一個(gè)將在隨后的附圖中進(jìn)行描述的下板封閉了該面板的內(nèi)部容積。太陽能熱交換面板10被一個(gè)側(cè)壁結(jié)構(gòu)25圍繞并且這個(gè)結(jié)構(gòu)的頂部具有一個(gè)擱架結(jié)構(gòu)40，該擱架結(jié)構(gòu)基本上環(huán)繞該太陽面板的頂部。擱架40可以接納一個(gè)扁平的紅外可透的板(未示出)，該紅外可透的板覆蓋該太陽能熱傳遞面板的頂部部分，從而在該太陽能熱傳遞面板與該紅外可透的板之間創(chuàng)造一個(gè)封閉容積。這個(gè)封閉容積可以用于加熱空氣，該空氣隨后可以通過多個(gè)互連管道130而從面板到面板流動(dòng)。
[0029]在圍繞側(cè)壁結(jié)構(gòu)25的多個(gè)選定位置處存在多個(gè)小的凹部20，這些凹部允許這些互連管道130插入。如圖2中所示，這些空氣流動(dòng)管道130是用于連接面板110與面板120以及面板120與面板125。對(duì)于不需要互連空氣管道的構(gòu)型而言，一種適合的塞子150被插入凹部20中。以一種類似的方式，進(jìn)口 30和出口 35用于熱傳遞液態(tài)流體從面板110流動(dòng)到面板120。如可以看到的，這些太陽能熱傳遞面板的一個(gè)重要方面是能夠同時(shí)在同一系統(tǒng)中同時(shí)加熱空氣和一種液態(tài)流體?？諝饬骱鸵簯B(tài)流可以從面板到面板順流地或逆流地流動(dòng)。
[0030]在圖3中，以編號(hào)300示出的是圖1的面板的透視圖，這次是以截面示出以便展示該太陽能熱傳遞面板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該截面是穿過一排陷窩結(jié)構(gòu)50的中心剖開的。該太陽能熱傳遞面板被不出為具有一個(gè)上板310和一個(gè)下板320。上板310的下表面和下板320的上表面界定該太陽能熱傳遞面板的一個(gè)內(nèi)部容積，該液態(tài)熱傳遞流體在進(jìn)口 30處進(jìn)入該面板的一端并且在出口 35處離開另一端時(shí)流動(dòng)通過該內(nèi)部容積。下板320具有一系列連續(xù)的延伸部，這些延伸部表現(xiàn)為從下板320的最低平面向上延伸的多個(gè)“山丘”330，每個(gè)延伸部都延伸直到并且非常接近位于其正上方的陷窩50的底部。
[0031]這在圖4中用編號(hào)400以側(cè)視圖進(jìn)一步地呈現(xiàn)，該圖中示出了這些下板延伸部330各自如何延伸到幾乎直至每個(gè)上板陷窩50的底部波谷。這種設(shè)計(jì)選擇確保了該熱傳遞流體在穿過該太陽能熱傳遞面板時(shí)的紊流和混合。
[0032]總體上不出為編號(hào)500的圖5是與圖3和圖4 一樣但來自不同角度的一個(gè)截面視圖并且示出了由下板320的上表面與板310的下表面界定的內(nèi)部容積。在此還示出了這些深凹穴60的下部部分355如何一直向下延伸至下板320的上表面并且被模制到板320的該上表面上以便增加該太陽能熱傳遞面板的強(qiáng)度和剛度。除此之外，這些深凹穴代表了一種將許多入射太陽光線深入捕捉到該太陽能熱傳遞面板的空間內(nèi)的方式，因?yàn)檫M(jìn)入的光線被更深地反射到這些凹穴中而不是反射回空中。這些深凹穴于是很好地向下延伸入由該流動(dòng)熱傳遞流體占據(jù)的內(nèi)部容積。類似地，這些陷窩結(jié)構(gòu)50具有一個(gè)彎曲部，該彎曲部捕獲多得多的輻射能并且有效地將該輻射能傳送到內(nèi)部流體中。因此這種交替的深凹穴/陷窩構(gòu)型提供了對(duì)輻射太陽能的改善的能量捕獲、有效地將其深入傳送至該面板中、并且提供了這些熱傳遞流體的增加的紊流，這提供了從上板進(jìn)入所含流體中的改善的熱傳遞。
[0033]在圖6中示出了與圖3、圖4和圖5中所示相同的太陽能熱傳遞面板，但該截面是穿過一排深凹穴截取的以便以不同的方式示出該內(nèi)部容積。此時(shí)更直接地看到了這些深凹穴60、特別是在420處它們與底板320的接觸420。這些深凹穴因此在模制過程中在橫跨該太陽能熱傳遞面板的多個(gè)位置處被模制到該底板320上以便改善所得太陽能熱傳遞面板的強(qiáng)度和剛度。
[0034]圖7是與圖5 —樣的視圖但示出了另一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中該面板的模制方式是使得上板上的每一個(gè)陷窩50的最深的中心部分被模制到下板320的每個(gè)延伸部330的頂部上。這個(gè)實(shí)施例對(duì)該太陽能熱傳遞面板提供了剛度和強(qiáng)度。這些相接的部分55被示出。這種更剛性的設(shè)計(jì)允許上板和下板更薄并且因此改善了內(nèi)部與這些熱傳遞流體的熱傳遞。
[0035]總體上示出為編號(hào)800的圖8是太陽能熱傳遞面板的底側(cè)(也就是與接收太陽光線一側(cè)相反的那側(cè))的透視圖。這些深區(qū)域430是在例如圖4和圖7中示出的延伸部或“山丘”330的底面。側(cè)壁25中的多個(gè)凹口 450被模制到該設(shè)計(jì)中以破壞該下部?jī)?nèi)部容積中的流型并且保證熱傳遞流體通過該面板的流動(dòng)不會(huì)在外側(cè)周圍短路、而是維持一個(gè)混合很好的液流通過該面板內(nèi)部的、使與來自圖5的這些深凹穴表面355的流體之間的熱傳遞最大化的那個(gè)部分。
[0036]這些太陽能熱傳遞面板的塑料材料被模制成薄的以便將重量最小化并且改善傳導(dǎo)性熱傳遞。對(duì)于非常高的運(yùn)行溫度而言，如圖8中所示，該太陽能熱傳遞面板的底側(cè)可能損失太多熱量到環(huán)境中。對(duì)于這種可能性，可以圍繞該太陽能熱傳遞面板的底部基體放置一個(gè)額外的絕熱箱或面板(未示出)。這個(gè)絕熱“箱”可以是以任何適合的絕熱材料制造的。一個(gè)實(shí)例可以是適當(dāng)厚的聚苯乙烯泡沫塑料箱，但其他絕熱材料也是可能的。
[0037]在使用中希望實(shí)現(xiàn)經(jīng)過該太陽能熱傳遞面板內(nèi)部的熱傳遞流體的良好紊流以使效率最大化。在該設(shè)計(jì)工藝中使用了一種有限元流動(dòng)模擬來評(píng)估多種不同的構(gòu)型。在圖9中示出了對(duì)于圖1至圖8中示出的太陽能熱傳遞面板的流動(dòng)分析。該流型是非常有效的并且示出了這些凹口 450的重要性，沒有這些凹口，流動(dòng)將呈現(xiàn)高度旁通行為而使得大部分流體圍繞該面板的這些外側(cè)壁流動(dòng)。這些凹口 450在該下部?jī)?nèi)部容積中創(chuàng)造了迫使該熱傳遞流體沿著一條曲折路徑通過每個(gè)面板中的下部?jī)?nèi)部容積的結(jié)構(gòu)。
[0038]在該太陽能熱交換面板的工作過程中，一種熱交換流體進(jìn)入進(jìn)口 30、并且沿著一條曲折路徑通過該下部?jī)?nèi)部容積并且在上板的這些向下的受太陽能加熱的延伸部355 (圖5)和下板的這些向上的延伸部330 (圖3)周圍經(jīng)歷紊流，從而將從該太陽能熱傳遞面板的太陽側(cè)收集的輻射熱傳遞至該流體中，該流體最終在35處離開。
[0039]在示出的太陽能熱傳遞面板的其他實(shí)施例中，這些下板延伸部330的上部部分的形狀并不局限于示出的這些、而是可以選自于更加矩形的形狀或者選自具有上部截頭形表面的截頭棱錐形狀。該上部截頭形表面將限定該下板延伸部的上部部分的上部橫向表面。類似地，這些上板延伸部355的下部部分的形狀并不局限于示出的這些、而是可以選自于更加矩形的形狀或者選自具有上部截頭形表面的截頭棱錐形狀。該上部截頭形表面將限定該下板延伸部的上部部分的上部橫向表面。關(guān)于該太陽能熱傳遞面板的發(fā)明概念并不局限于圖1至圖8中示出的這些形狀。
[0040]如前文說明的，該太陽能熱交換面板可以任選地進(jìn)一步包括一個(gè)板(未示出)，該板覆蓋由該側(cè)壁結(jié)構(gòu)限定的開放頂部。該板典型地對(duì)于紅外輻射是基本上可透過的、并且可以擱置在并任選地固定地附接到該側(cè)壁結(jié)構(gòu)的上部端點(diǎn)上。術(shù)語“基本上紅外可透的”以及類似的術(shù)語是指該板允許較大量(例如至少50%)的入射紅外輻射穿過其中并且進(jìn)入該內(nèi)部側(cè)壁結(jié)構(gòu)空間中。該基本上紅外可透的板可以任選地通過以下方式橫跨側(cè)壁25的頂部進(jìn)行固定地附接:粘合劑(未示出)；延伸穿過該板并且進(jìn)入側(cè)壁結(jié)構(gòu)中的緊固件(未示出)；和/或卡扣裝配件(未示出)。該板基本上封閉了該內(nèi)部側(cè)壁結(jié)構(gòu)空間。
[0041]在本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例中，該側(cè)壁結(jié)構(gòu)包括一個(gè)擱架40，該紅外可透的板被放置在該擱架上。對(duì)于這個(gè)擱架實(shí)施例，該側(cè)壁結(jié)構(gòu)的高度大于該多個(gè)上板陷窩50的最大高度。
[0042]該太陽能熱交換面板的基本上紅外可透的板允許紅外輻射進(jìn)入該內(nèi)部側(cè)壁結(jié)構(gòu)空間中并且至少部分地被上板陷窩50的外部表面、深凹穴60以及上板310的其他外部表面吸收，這樣使得該熱能的一個(gè)實(shí)質(zhì)性部分被傳送到流動(dòng)經(jīng)過這些內(nèi)部通路的熱交換流體。除此之外，該紅外可透的板防止外來物(例如，降水、樹葉和鳥糞)進(jìn)入內(nèi)部側(cè)壁結(jié)構(gòu)空間中并且弄臟這些上板延伸部的外部表面。該紅外可透的板本身可以容易地進(jìn)行清潔。該紅外可透的板還允許一種氣體(例如空氣)被截留在內(nèi)部側(cè)壁結(jié)構(gòu)空間內(nèi)并且被入射的紅外輻射所加熱，因此產(chǎn)生了從被加熱的截留氣體到/通過上板310并且進(jìn)入流動(dòng)經(jīng)過該太陽能熱傳遞面板的這些內(nèi)部通路的熱交換流體中的熱能傳遞。
[0043]除此之外，將該內(nèi)部側(cè)壁結(jié)構(gòu)空間內(nèi)的空氣加熱的能力可以用來使空氣與內(nèi)部熱傳遞流體同時(shí)穿過該太陽能熱傳遞面板，從而使該太陽能熱傳遞面板變成一個(gè)雙用途加熱器，該加熱器可以例如同時(shí)加熱水和空氣。
[0044]覆蓋該開放的頂部并且封閉該側(cè)壁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部側(cè)壁結(jié)構(gòu)空間的這個(gè)紅外可透的板可以由任何適合的紅外可透的材料制作，例如玻璃和/或塑料，如熱固性塑料和/或熱塑性材料(例如，熱塑性聚碳酸酯)。典型地，該紅外可透的板是剛性的并且是基本上自支撐的。
[0045]本發(fā)明的熱交換面板以及這些不同的部件可以各自獨(dú)立地由任何適合的材料或者材料組合來制造。可以用來制造本發(fā)明的熱交換面板及其不同的部件的材料包括但不限于金屬(例如，黑色金屬、鈦、銅和/或鋁)、如木材等基于纖維素的材料、陶瓷、玻璃、和/或塑料(例如，熱塑性材料和/或熱固性塑料材料)。
[0046]在得到更輕重量且易于制造的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該太陽能熱交換面板可以由聚合物或聚合物復(fù)合材料在模制操作中制造，可以使用熱塑性聚合物或者熱固性聚合物。本發(fā)明的熱交換面板的這些模制的塑料部件可以通過多種模制方法制備，這些模制方法包括但不限于吹氣模制、注射模制、反應(yīng)注射模制、壓縮模制和片材熱成型。
[0047]在該太陽能熱傳遞面板的一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例中，該面板的頂表面(朝向太陽)可以用“選擇性表面”或選擇性吸收器覆蓋。這些表面利用了不同波長(zhǎng)的入射太陽輻射以及從該吸收表面發(fā)出的輻射。經(jīng)常使用不同的材料組合。示例性的選擇性表面包括帶有一層背面氧化銅的銅、鍍有金的鋼、硅、二氧化硅、以及鍍有黑色鉻鎳的銅。
[0048]本說明中所使用的術(shù)語“熱固性聚合物”以及類似術(shù)語如“熱固化聚合物或熱可固化的聚合物”是指具有或形成三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的塑料材料，該三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是由化學(xué)反應(yīng)性基團(tuán)(例如，活性氫基團(tuán)和游離異氰酸酯基團(tuán))之間或者不飽和基團(tuán)之間的共價(jià)鍵的形成而產(chǎn)生的?？梢杂脕碇圃煸撎柲軣峤粨Q面板的各個(gè)部件的熱固性塑料材料包括例如交聯(lián)的聚氨酯、交聯(lián)的聚環(huán)氧化物、交聯(lián)的聚酯(例如片材模制復(fù)合組合物)以及交聯(lián)的多元不飽和聚合物。熱固化塑料材料的使用典型地涉及反應(yīng)注射模制。反應(yīng)注射模制典型地涉及將以下材料分開地并且優(yōu)選是同時(shí)地注射到一個(gè)模具中，例如:(i) 一種活性氫官能組分(例如，多元醇和/或多胺);和(ii) 一種異氰酸酯官能組分(例如，如甲苯二異氰酸酯等二異氰酸酯、和/或如甲苯二異氰酸酯等二異氰酸酯的二聚體和三聚體)。這個(gè)經(jīng)填充的模具可以任選地被加熱以確保和/或促進(jìn)這些注入的組分的完全反應(yīng)。
[0049]本說明中所使用的術(shù)語“熱塑性聚合物”以及類似術(shù)語是指一種具有軟化點(diǎn)或熔點(diǎn)、并且基本上不含三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的聚合物材料，該三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)分開的聚合物鏈的化學(xué)反應(yīng)性基團(tuán)(例如，活性氫基團(tuán)和游離異氰酸酯基團(tuán))之間的共價(jià)鍵的形成和/或交聯(lián)劑導(dǎo)致的?？梢杂脕碇圃煸撎柲軣峤粨Q面板的各個(gè)部件的熱塑性材料的實(shí)例包括但不限于熱塑性聚氨酯、熱塑性聚脲、熱塑性聚酰亞胺、熱塑性聚酰胺、熱塑性聚酰胺酰亞胺、熱塑性聚酯、熱塑性聚碳酸酯、熱塑性聚砜、聚熱塑聚酮、熱塑性聚烯烴、熱塑性(甲基)丙烯酸酯、熱塑性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、熱塑性苯乙烯-丙烯腈、熱塑性丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯以及多種組合。
[0050]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以用來制造該熱交換面板的各個(gè)不同部件的熱塑性材料是獨(dú)立地選自于多種熱塑性聚烯烴。在此以及權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“聚烯烴”以及類似術(shù)語、如“聚亞烷基”和“熱塑性聚烯烴”是指聚烯烴均聚物、聚烯烴共聚物、均相聚烯烴和/或多相聚烯烴。出于說明的目的，聚烯烴共聚物的實(shí)例包括由乙烯和一種或多種C3-C12 α -稀經(jīng)(如1- 丁稀、1-己稀和/或1-羊稀)制備的那些。
[0051]該太陽能量交換面板的各個(gè)部件的塑料材料在各自情況下可以獨(dú)立地并且任選地包括一種加強(qiáng)材料，該加強(qiáng)材料例如是選自于玻璃纖維、玻璃珠、碳纖維、金屬薄片、金屬纖維、聚酰胺纖維(如KEVLAR聚酰胺纖維)、纖維素纖維、納米顆粒粘土、滑石以及它們的多種混合物。若存在的話，該加強(qiáng)材料典型地是以一個(gè)加強(qiáng)量存在，例如以基于該部件的總重量(即該塑料材料和該加強(qiáng)材料的重量之和)從按重量計(jì)5%到按重量計(jì)60%或70%的一個(gè)量。
[0052]典型地，纖維在該熱交換面板的這些塑料部件中是獨(dú)立地以基于該塑料部件的總重量(即該塑料材料、纖維以及任何添加劑的重量)從按重量計(jì)5%至70%、按重量計(jì)10%至60%、或者按重量計(jì)30%至50% (例如，按重量計(jì)40%)的量存在。相應(yīng)地，該熱交換面板的這些塑料部件可以各自獨(dú)立地包括基于該塑料部件的總重量從按重量計(jì)5%至70%、按重量計(jì)10%至60%、或者按重量計(jì)30%至50% (例如，按重量計(jì)40%)的量的纖維。
[0053]這些纖維可以具有寬的直徑范圍。典型地，這些纖維具有從I微米至20微米的、或者典型地從I微米至9微米的直徑?？傮w上，每種纖維都包括一束單獨(dú)長(zhǎng)絲(或單絲)。典型地，每種纖維都是由一束10，000至20，000根單獨(dú)長(zhǎng)絲構(gòu)成。
[0054]除了一 (多)種加強(qiáng)材料之外或者可替代地，該太陽能熱交換面板的這些塑料部件在各自情況下可以獨(dú)立地并且任選地進(jìn)一步包括一種或多種添加劑。可以存在于這些塑料部件中的添加劑包括但不限于抗氧化劑、如顏料和/或染料等著色劑、脫模劑、如碳酸鈣等填料、紫外光吸收劑、阻燃劑以及它們的多種混合物。添加劑在每個(gè)塑料部件的塑料材料中能以功能上充足的量存在，例如基于該具體塑料部件的總重量獨(dú)立地以從按重量計(jì)0.1%至按重量計(jì)10%的量。
[0055]可替代地，本發(fā)明的熱交換面板的這些模制的塑料部件(例如該下板和上板)可以是由一種無片材(sheetless)熱成型工藝制備的,在該工藝中成形一個(gè)經(jīng)加熱的熱塑性材料片材(例如，從聯(lián)接到片材?？谏系囊慌_(tái)擠出機(jī))并且然后在一個(gè)模具部分的內(nèi)表面上真空拉拔，而所擠出的片材仍然是可熱成型的(并且在該片材冷卻到一個(gè)不可熱成型溫度之前)。在冷卻到一個(gè)不可熱成型溫度之后，將模制的物品(例如，處于下板或上板的形式)從該模具部分中移除、并且典型地經(jīng)受多個(gè)模制后操作，例如將模制的下板和模制的上板聯(lián)接在一起。該熱交換面板及各個(gè)部件可以由如例如在美國專利號(hào)7，955，550和7，842，225中描述的無片材熱成型工藝制備。
[0056]在一個(gè)實(shí)施例中，該下板是由一種第一塑料材料模制而成的一個(gè)基本上單體式下板，并且該上板是由一種第二塑料材料模制而成的一個(gè)基本上單體而成上板，其中如本文中先前所討論的，該第一塑料材料和第二塑料材料各自獨(dú)立地是選自于熱塑性材料、熱固性塑料材料以及它們的組合。進(jìn)一步關(guān)于這個(gè)實(shí)施例，該上板是紅外輻射基本上可透過的，該下板是基本上光學(xué)不透明的，并且該下板的內(nèi)表面吸收紅外輻射。
[0057]本發(fā)明的熱交換面板可以具有任何適合的形狀和尺寸。例如，該熱交換面板可以具有總體上圓形的或橢圓形的形狀、多邊形的形狀(例如，三角形、矩形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形的形狀等)、不規(guī)則的形狀(例如，以便配合在另一結(jié)構(gòu)、例如結(jié)構(gòu)梁或煙囪的周圍)、或者它們的任意組合。更一般地，該熱交換面板可以是基本上扁平的熱交換面板(如這些附圖中所描繪的)、或者非扁平的(例如弧形的)熱交換面板(未描繪出)。非扁平的熱交換面板可以例如用于貼合地并且牢固地抵靠在人字形屋頂結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)上。
[0058]本發(fā)明的熱交換面板可以用于吸收來自任何適合熱能來源的熱能，例如:輻射熱能來源(例如，來自太陽的紅外輻射)；或者對(duì)流熱能來源，例如流體散熱器或來源(例如，一池加熱的液體、例如水，或者一股加熱的氣體、例如空氣)。在輻射熱能來源的情況下，該熱交換面板典型地定向成將該上板的外表面以及這些上板延伸部暴露給該輻射熱能來源、例如太陽。輻射熱能主要是通過這些上板延伸部(并且在較小程度上還通過該上板的這些外表面)傳送、并且進(jìn)入穿過這些上板延伸部通路以及下面通道的流體(例如熱交換流體)中。這些經(jīng)加熱的流體在離開該熱交換面板時(shí)可以直接地(例如，在淋浴情況下)或者間接地(例如用于加熱另一種流體、如水或空氣)使用，在間接使用的情況下該流體可以被描述成熱交換流體。該熱交換面板在被用于吸收來自太陽的輻射熱能時(shí)可以被描述成太陽能熱交換面板。
[0059]可替代地，本發(fā)明的熱交換面板本身可以用作一個(gè)熱能來源。例如，可以使一種分開加熱的流體穿過該熱交換面板的內(nèi)部容積，從而導(dǎo)致熱能被傳送離開(而不是進(jìn)入)這些上板延伸部并且進(jìn)入一種分開的介質(zhì)中，該介質(zhì)是例如氣體(例如空氣)或液體(例如水)。該分開加熱的流體可以在一個(gè)或多個(gè)分開的根據(jù)本發(fā)明的熱交換面板中被加熱并且由其提供，該熱交換面板被建立用于吸收來自另一個(gè)熱能來源(例如太陽)的熱能、并且是與本身用作熱能來源的該熱交換面板處于流體聯(lián)通的。
[0060]已經(jīng)通過參考本發(fā)明的多個(gè)具體實(shí)施例的特定細(xì)節(jié)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明。此類細(xì)節(jié)并不旨在被看作對(duì)本發(fā)明范圍的限制，除非這些細(xì)節(jié)已被包含在這些附圖中并且到了這樣的程度。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能熱交換面板(10)，包括: a.—個(gè)下板(320)和一個(gè)上板(310),該下板和上板一起限定了包含一種流動(dòng)的熱傳遞流體的一個(gè)下部?jī)?nèi)部容積； b.所述上板(310)包括: 1.多個(gè)向上的陷窩(50)和向下的凹穴(60)，這些陷窩和凹穴覆蓋了該太陽能熱傳遞面板的頂表面并且被配置成用于捕獲太陽輻射能量； c.所述下板(320)包括: 1.多個(gè)向上延伸的中空下板延伸部(330); d.其中這些下板延伸部(330)是與該上板的每個(gè)陷窩(50)的底部中心部分對(duì)齊的并且?guī)缀跖龅剑徊⑶? e.其中來自該上板(310)的這些向下的凹穴(60)向下延伸并且被聯(lián)接到該下板(320)的基體上；并且 f.其中橫跨該太陽能熱傳遞面板的頂表面的一個(gè)基本上紅外可透的板封閉了一個(gè)頂部?jī)?nèi)部空間，該頂部?jī)?nèi)部空間提供一條流動(dòng)空氣路徑，該流動(dòng)空氣與該下部?jī)?nèi)部空間中的封閉的熱傳遞流體一起同時(shí)被加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能熱交換面板，進(jìn)一步包括一個(gè)側(cè)壁結(jié)構(gòu)(25)，該側(cè)壁結(jié)構(gòu)圍繞所述熱交換面板，并且所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)的頂部具有一個(gè)擱架結(jié)構(gòu)(40)以便接納封閉了該頂部?jī)?nèi)部空間的該基本上紅外可透的板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能熱交換面板，其中所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)凹部(20)以允許插入多個(gè)互連的空氣流動(dòng)管道(130)，這些空氣流動(dòng)管道將相鄰的太陽能熱交換面板連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能熱交換面板，其中所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)具有進(jìn)口管道(30)和出口管道(35 )，這些管道是用于將來自下部?jī)?nèi)部容積的這些熱傳遞流體連接到相鄰的太陽能熱交換面板而成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能熱交換面板，其中該上板上的每個(gè)陷窩(50)的最深的中心部分被模制到來自下板(320)的每個(gè)延伸部(330)的頂部上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能熱交換面板，其中至少一個(gè)凹口(450)存在于該側(cè)壁結(jié)構(gòu)中以便破壞該下部?jī)?nèi)部容積中熱傳遞流體的流型。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能熱交換面板，其中圍繞該太陽能熱傳遞面板的底部基體放置了 一個(gè)額外的絕熱箱或面板。
8.一種太陽能熱交換面板系統(tǒng)，其中一系列如權(quán)利要求4所述的太陽能熱交換面板被互連而使得該上部?jī)?nèi)部空間中的空氣和該下部?jī)?nèi)部空間中的熱傳遞流體可以從面板到面板進(jìn)行流動(dòng)。
【文檔編號(hào)】F24J2/20GK103930734SQ201280048101
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2012年10月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月3日
【發(fā)明者】戴爾·E·波爾克 申請(qǐng)人:Lrm工業(yè)國際公司