早期塑料類似物的塑料型常規(guī)平板型收 集器。
[0030]圖3為在嘗試用塑料收集器替代平板型太陽能收集器的問題方面有顯著貢獻(xiàn)的 聚碳酸醋太陽能熱收集器的頂視圖和剖視等距側(cè)視圖。
[0031] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的某些特征、方面和優(yōu)點(diǎn)布置和構(gòu)造的收集器的實(shí)施方案的圖 示，收集器由玻璃纖維增強(qiáng)塑料（"FRP")制成并且基于用來吸收來自太陽的能量并且將其 轉(zhuǎn)化成熱的兩層FRP，W及該收集器采用深色表面來收集在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的另外的熱。收集器 還使用循環(huán)通過收集器W進(jìn)一步將來自太陽的能量轉(zhuǎn)化成熱的流體。
[0032]圖5是包括圖4的太陽能收集器的太陽能熱收集器操作系統(tǒng)的圖。
[0033]圖6為根據(jù)本發(fā)明的某些特征、方面和優(yōu)點(diǎn)布置和構(gòu)造的另一實(shí)施方案的等距視 圖。
[0034]圖7為使用吸收來自太陽的能量并將其轉(zhuǎn)化成熱的FRP層的收集器的另一實(shí)施方 案的等距視圖，W及該收集器利用深色表面來收集在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的另外的熱，該收集器具 有循環(huán)通過優(yōu)選實(shí)施方案的收集器W進(jìn)一步將來自太陽的能量轉(zhuǎn)化成熱的流體。
[0035]圖8為使用熱塑性材料的收集器的另一實(shí)施方案的等距視圖，該收集器旨在直接 修正圖3中所示的聚碳酸醋太陽能收集器中此前顯現(xiàn)出的問題。
[0036] 圖9、圖10和圖11為可W由下述材料中的任何材料制成的許多可能設(shè)計(jì)中的其中 =種的示圖。圖9為楠圓形太陽能熱收集器的頂視圖和側(cè)視圖。圖10為梯形太陽能熱收 集器的頂視圖和側(cè)視圖。圖11為正弦形太陽能熱收集器的頂視圖和端視圖。
[0037]圖12至圖31為收集器系統(tǒng)的替代性實(shí)施方案的示圖，其包括板系統(tǒng)構(gòu)造和集箱 部件的各種實(shí)施方案。
[003引圖32為根據(jù)一些實(shí)施方案的染料的光譜性質(zhì)的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 本發(fā)明的某些特征、方面和優(yōu)點(diǎn)設(shè)及W低透光率為特征的高度耐久、具有成本效 益類型的太陽能收集器產(chǎn)品。在一些構(gòu)造中，太陽能收集器采用半透明FRP作為構(gòu)造材料。 太陽能收集器可W基于可包含約30%的玻璃含量的高強(qiáng)度、高溫樹脂。收集器可WW低透 光率為特征并且可W基于吸收來自太陽的能量并且將其轉(zhuǎn)化成大量熱的系統(tǒng)。收集器中的 材料的低透光率產(chǎn)生于樹脂的顏色、玻璃填充量、和/或?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)最終期望的效果而添加 的染料?？蒞當(dāng)期望得到W另外的方式適度透明的產(chǎn)品時(shí)或者當(dāng)為了克服W另外的方式不 期望的視覺效果（例如，當(dāng)在使用甚至更高的玻璃纖維含量來增強(qiáng)基材的情況下的產(chǎn)品中 可能期望的那樣）時(shí)添加染料。
[0040] 與聚碳酸醋收集器的許多表現(xiàn)類似，收集器的太陽能流體的低透光率已經(jīng)被太陽 能熱收集器領(lǐng)域的其他發(fā)明人所棄用。然而，認(rèn)為低透光率可W在旨在代替平板型收集器 的太陽能熱收集器的成功設(shè)計(jì)和制造方面產(chǎn)生顯著不同。
[0041] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的某些特征、方面和優(yōu)點(diǎn)布置和構(gòu)造的收集器的實(shí)施方案。 所示的收集器結(jié)合=個(gè)表面來收集和吸收熱?？蒞通過波狀結(jié)構(gòu)20將收集器的頂表面17 與收集器的底表面19分離，該波狀結(jié)構(gòu)20將頂表面與底表面分離并且提供收集器的包含 流體的部分18,流體穿過該部分被從入口累送至出口。在頂視圖中集箱21附接至帶槽板 22。流體通過頂視圖的左上角處的管道配件23進(jìn)入集箱，通過左側(cè)的集箱21行進(jìn)穿過帶 槽板22,進(jìn)入頂視圖的右側(cè)的集箱21，并且通過頂視圖的右下角處的管道配件23離開。系 統(tǒng)通過塞24密封。
[0042] 雖然兩表面FRP收集器相對(duì)于平板型收集器在從太陽產(chǎn)生熱的效率方面優(yōu)越，但 是如圖4所示的=表面收集器始終優(yōu)于兩表面產(chǎn)品。
[0043] 由于基材的天然顏色W及結(jié)合了深色、可溶的染料添加劑，收集器的頂表面具有 低的透光率。中間的波狀結(jié)構(gòu)是半透明的。運(yùn)產(chǎn)生于基材的天然顏色W及結(jié)合了深色、可 溶的染料，其中當(dāng)來自太陽的能量穿過收集器時(shí)來自太陽的能量轉(zhuǎn)化成熱。在一些構(gòu)造中， 可W將可溶染料結(jié)合至流體中W提供另一產(chǎn)熱源。收集器的底表面或者被保持為來自基材 的天然顏色的半透明、同時(shí)在緊靠容器的底表面處具有深色或黑色吸收或反射表面，或者 通過添加顏料或染料變深或變黑?？蒞對(duì)熱進(jìn)行吸收或存儲(chǔ)，或者將其反射回流體中W增 強(qiáng)在帶顏色流體中的熱轉(zhuǎn)化。
[0044] 在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)可W包括用于使流體移動(dòng)通過收集器的間歇開關(guān)式流速 度可變的循環(huán)累W及用于控制操作的相關(guān)的太陽能控制器。波狀結(jié)構(gòu)W及脈沖流的設(shè)計(jì)使 新表面暴露于太陽。運(yùn)顯著增加了 3/8"深的太陽能流體在其橫穿8英尺長(zhǎng)的通道時(shí)的熱 傳遞。
[0045]圖5為可W使用本文中所述的收集器的太陽能熱系統(tǒng)的示圖。累和控制器25可 W用于使太陽能流體再循環(huán)通過太陽能熱收集器26并且流經(jīng)控制器到達(dá)累和分流閥27， 分流閥27引導(dǎo)加熱的水通過太陽能雙圈儲(chǔ)罐。鍋爐28、太陽能雙圈儲(chǔ)罐29、冷水30和熱 水31被包括來提供關(guān)于太陽能熱收集器系統(tǒng)的剩余部分的信息。
[0046] 在一些實(shí)施方案中（例如，如圖6所示），使用半透明FRP作為構(gòu)造材料。半透明 FRP基于具有增加的玻璃含量的高強(qiáng)度、高溫樹脂（參見如下細(xì)節(jié)）。材料的半透明性產(chǎn)生 于樹脂的顏色、玻璃填充量、和/或?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)最終期望的效果而添加染料。
[0047] 在一些實(shí)施方案中，收集器的與底表面分離的頂表面隨著使頂層與底層分離的波 狀結(jié)構(gòu)的新輪廓而改變。圖6是本發(fā)明收集器的該實(shí)施方案的圖示。所示的收集器包括= 個(gè)表面來收集和吸收熱?？蒞通過波狀結(jié)構(gòu)35將收集器的頂表面32與收集器的底表面34 分離，該波狀結(jié)構(gòu)35將頂層與底層分離并且提供收集器的包含流體的部分，流體穿過該部 分被從入口累送至出口。在頂視圖中，集箱35可W附接至帶槽板37。流體通過頂視圖的左 上角處的管道配件38進(jìn)入集箱，行進(jìn)通過左側(cè)的集箱36穿過帶槽板37,進(jìn)入頂視圖的右側(cè) 的集箱36,并且通過頂視圖的右下角處的管道配件38離開。系統(tǒng)可W利用塞39密封。
[0048] 所示的構(gòu)造修改了收集器的包含流體的部分，流體穿過該部分被從入口累送至出 口?？蒞減小附接至波狀結(jié)構(gòu)的各平坦表面的頂表面和底表面兩者的寬度。在一些構(gòu)造 中，跨頂表面或底表面的寬度被附接與未被附接的寬度比為約1/3。在一些構(gòu)造中，該比為 約1/4。在一些構(gòu)造中，該比小于約1/2。運(yùn)作用于收集器中的流的長(zhǎng)度。
[0049] 圖6中所示的實(shí)施方案使得流體的單獨(dú)地暴露于頂表面和波狀表面兩者的部分 更大，增加了捕獲熱的能力。與上述實(shí)施方案相比，運(yùn)增加了收集器的效率。此外，流圖案 與脈沖流的結(jié)合使得可獲得較冷的流體，隨著流體從進(jìn)入點(diǎn)行進(jìn)直至其離開收集器，來自 太陽的能量被傳遞至該流體。與上述實(shí)施方案相比，運(yùn)也增加了收集器的效率。另外，在一 些實(shí)施方案中，波狀層的玻璃含量可W被增加至40 %W增加波狀層的強(qiáng)度。在一些運(yùn)樣的 實(shí)施方案中，可W稍微調(diào)節(jié)（例如，降低）染料含量W將透光率保持在增加玻璃含量之前的 透光率水平。
[0050] 如在圖4和圖6中可W看到的，S表面太陽能收集器的設(shè)計(jì)有利于收集器的制造。 頂表面和底表面可W在壓力下附接至波狀表面并且在樹脂固化期間接合。在運(yùn)樣的實(shí)施方 案中，在制造收集器時(shí)沒有使用粘合劑。此外，因?yàn)樵谥圃?表面太陽能收集器時(shí)使用了 FRP，并且因?yàn)槠谕玫竭m度完整的截面，所W難W通過擠出或拉擠來制造板。如此，期望形 成頂表面、底表面和波狀表面并且通過壓力將其附接并在固化期間接合。
[0051] 參照?qǐng)D7,太陽能收集器的另一實(shí)施方案采用半透明FRP作為構(gòu)造材料。太陽能收 集器使用玻璃含量為約30%的高強(qiáng)度、高溫樹脂。收集器中的材料的低透光率產(chǎn)生于樹脂 的顏色、玻璃填充量、和/或?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)最終期望的效果而添加的染料。也可W在期望得到W 另外的方式適度透明的產(chǎn)品時(shí)或者在為了克服W另外的方式不期望的視覺效果（例如，當(dāng) 在使用甚至更高的玻璃纖維含量來增強(qiáng)基材的情況下的產(chǎn)品中可能期望的那樣）的情況 下添加染料。
[0052] 參照?qǐng)D7,所示的太陽能收集器為與上述=表面收集器相對(duì)的兩表面收集器。集箱 42可W接合至包含槽41的帶槽板40。在頂視圖中示出的結(jié)構(gòu)中，流體經(jīng)由左上方的管道 配件43進(jìn)入；然后到達(dá)集箱42,并且穿過帶槽板40,然后穿過集箱42并且通過右下方的管 道裝置43出來。各集箱的端部可W用塞44密封。由于基材的天然顏色W及結(jié)合了深色、 可溶的染料添加劑，收集器的頂表面可W具有低的透光率。不存在使頂層與底層分離的結(jié) 構(gòu)。例如但非限制性地，通過間隔標(biāo)稱3/4"的豎腹板（vedicalwebs)來實(shí)現(xiàn)分離。該結(jié) 構(gòu)具有較高的強(qiáng)度，運(yùn)有利于其在市政水環(huán)境中操作。在一些實(shí)施方案中，可W將可溶染料 結(jié)合至流體中。根據(jù)基材的天然顏色W及被結(jié)合W制造收集器的整個(gè)帶槽板的染料，可W 將收集器的底表面保留為半透明的。在一些構(gòu)造中，在緊靠容器的底表面處存在黑色吸收 表面。
[0053] 在一些實(shí)施方案中，可W使用沒有玻璃的高強(qiáng)度樹脂來形成收集器的板。在一些 構(gòu)造中，材料的熱變形溫度可W為約203°F(95°C)。在一些構(gòu)造中，透光率可W在使得染 料的添加能夠?qū)崿F(xiàn)期望的半透明水平的范圍。低透光性為可能由常規(guī)FRP樹脂和熱塑性塑 料的混合物間的折射率差而引起的霧度的形式。由該材料形成的板可W為兩表面設(shè)計(jì)；在 一些構(gòu)造中，板可W在結(jié)構(gòu)上與圖7所示的實(shí)施方案類似或相同。
[0054] 在一些實(shí)施方案中，可W使用W常規(guī)玻璃增強(qiáng)FRP為典型的具有高耐久性和耐化 學(xué)性的材料。在一些構(gòu)造中，可W結(jié)合在太陽能熱收集器系統(tǒng)中的適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂频臈l件 下將該材料用于較低溫度類型的收集器。
[0055] 通過借助添加或多或少的染料來對(duì)流體進(jìn)行修飾，可W微調(diào)在年度不同時(shí)期產(chǎn)生 的熱的量。例如，通過簡(jiǎn)單地將流體顏色變得較淡或較深來將相同的收集器裝置用在世界 的不同地區(qū)。在一些實(shí)施方案中，可W通過將在結(jié)構(gòu)的壁中產(chǎn)生的熱與來自流體的熱進(jìn)行 合并來增大所產(chǎn)生的熱。
[0056] 與塑料（例如被評(píng)估為平板的代替物的聚碳酸醋和聚締控）相比，使用FRP提供 了優(yōu)勢(shì)。FRP在大范圍的應(yīng)用中非常耐久，并且具有較長(zhǎng)的壽命（即使對(duì)于較一般的產(chǎn)品種 類，也在戶外應(yīng)用中提供了 25年保用期）、耐高溫性W及耐幾乎所有流體的沖擊。使用FRP 作為收集器還提供了與金屬平板型收集器相比其重量輕的優(yōu)點(diǎn)。該收集器更容易安裝在房 屋的斜屋頂上。從工廠至場(chǎng)地的運(yùn)輸成本降低。安裝的人工降低。
[0057]FRP的另一優(yōu)點(diǎn)是可W基于制造產(chǎn)品的模具和工具的成本W(wǎng)非常經(jīng)濟(jì)的方法來將 FRP處理成各種各樣的設(shè)計(jì)。隨著體積增加，可W使用從真空輔助樹脂注塑轉(zhuǎn)變成拉擠、纏 繞成型和總裝的組合的較高速的制造方法。
[0058] 雖然接觸各種各樣構(gòu)造材料的人們通常不考慮，但是水是非常有侵蝕性的溶劑， 而且熱水甚至侵蝕性更強(qiáng)。在一些實(shí)施方案中，太陽能收集器采用可W應(yīng)對(duì)熱水的經(jīng)濟(jì)型 熱塑性塑料。歷史表明，在聚碳酸醋的多年不愉快經(jīng)歷之后，雖然運(yùn)些材料可能由于其制造 經(jīng)濟(jì)性而引起較大的銷售量，但是運(yùn)些材料可能具有較低的耐久性。
[0059] 在基于熱塑性塑料的實(shí)施方案中，可W使用與基于聚碳酸醋的收集器中基本認(rèn)為 的透光率相比具有霧度和較低的透光率的熱塑性塑料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所認(rèn)為的霧度的缺點(diǎn)成為 了優(yōu)點(diǎn)并且可W在由聚諷樹脂形成的收集器的實(shí)施方案中發(fā)現(xiàn)。聚諷樹脂收集器具有在將 太陽的能量轉(zhuǎn)化成熱方面高效的班巧色。另外，聚諷由于對(duì)紫外線（"UV")的較勉強(qiáng)的耐 受性而劣化。該劣化沒有成為聚諷顯著的負(fù)面性質(zhì)，而是，該劣化在太陽能收集器中的主要 作用使得產(chǎn)品變暗為青銅色，該顏色在將太陽的能量轉(zhuǎn)化為熱方面甚至更為有效。因而，所 認(rèn)為的劣化問題可W是有益的，只要劣化的程度受控即可。
[0060] 為了使劣化受控，將含有UV穩(wěn)定劑的膜層壓至收集器的面朝太陽的一側(cè)。該膜可 W用于保護(hù)聚諷維持其正常的產(chǎn)品壽命。在一些構(gòu)造中，可W將可溶染料結(jié)合至流體中W 提供另一產(chǎn)熱源。
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