吸收可用的太阳能。
[0125]太阳能集热器
[0126]图1到图7示出根据本发明一个实施方案的太阳能集热器或热交换器100。图1和图2分别为平面图和仰视图。图3是越过空气通道的横向截面图，且图4是在空气通道方向上的纵向截面图。图5和图6分别是图4的标记为C和D的区的放大图。图7是等距截面图。在图1到图7中，始终使用相同参考来指代相同部分。
[0127]太阳能集热器100包括外部外壳101，其内收纳其它组件。外部外壳101包括一系列互连侧壁102、基座103以及顶部面板104。所述侧壁优选设计成最小化穿过所述壁的热传输。举例来说，侧壁102由界定气隙106以及其中可保持隔热的区105的材料挤出成型形成。隔热区可至少为20mm厚，来减少热传输。在一些实施方案中，外壳101的外部由铝形成，内部由隔热材料形成，以最小化从集热器内部到铝框架的热损耗。
[0128]顶部面板104是透明的，以允许太阳辐射穿过，并加热下面的空间。可通过例如低铁、超清棱晶玻璃等玻璃的选择来实现太阳能获取。由于面板104上的任何污垢都可能影响其透明度，且因此影响能够被集热器吸收的太阳能的量，因此面板104能够被打开，因此其可在需要时被周期性地清理。提供侧壁102与顶部面板104之间的密封件107，以确保外壳101内部是气密密封的。所述密封件可由例如EPDM橡胶等隔热材料制成。在本发明的其它实施方案中，外壳101可能够以其它方式打开，例如通过打开外壳的端部中的一个，使得有可能容易地接近通道内部。在本发明的其中集热器集成到建筑结构中的实施方案中，外壳可能够从建筑内部打开，以便于接近。举例来说，集成到屋顶中的集热器可能够被从屋顶空区接近和服务。
[0129]内部外壳101为多个管110，其界定空气可流经的通道。管110彼此邻近布置，且在所示的实施方案中，是平行的且位于同一平面内。其它实施方案中的管可不同地布置，例如来界定曲线或扇形平放布置，如适合建筑上的安装位置可能需要。在管110与顶部面板104之间的是空间111。空间111中的空气吸收穿过面板104的太阳能，并加热。
[0130]所述管是由导热材料制成，例如铝(其具有高传输能力)，使得流经管110的空气与空间111中的空气热连通，且热能能够在期间传递。举例来说，空间111中的被太阳加热的空气的热量可传到经过管材料，来加热管中的空气。通道壁厚度也在去往/来自通道内的介质的热传递的效率中起作用。可使壁厚度保持最小，理想的是小于1.6_，在制造工艺、材料类型和结构强度所控制的必要折衷内。
[0131]管110可通过合适的连接机构，例如通过管侧面的互锁部件连接在一起。在本发明的一个实施方案中，邻近管被配置来通过将一个管侧面上的阳部件滑入邻近管侧面中的阴部件中而结合在一起。或者，所述管可钩在一起，或用粘合剂来接合。着有助于加强和对准管阵列。在一个实施方案中，可通过将两片波纹铁紧固或接合在一起(相对的谷部形成通道)来形成管阵列的低成本版本。
[0132]由于管110的弯曲上部形状，管阵列的上表面是波纹状的。这给予所述管较大的上表面积，从而增加所述管直接吸收的太阳能的量，因此增加流经所述管的空气的加热量。管110的弯曲上表面使太阳能集热器能够对准，以最大化太阳能垂直入射在所述管上的时间量。如果管110是暗色且具有无光泽的粗糙表面处理，那么太阳能吸收也可增加。
[0133]在管110的下面定位用于与上部空气通道110交换热能的装置。在一个实施方案中，热量交换装置包括用于从集热器100安装在其上的建筑回收热量的装置。在图1到图7的实施方案中，外壳界定另一空气空间115。由于管110的导热性，空气空间115也与管110内部的通道中的空气热连通。热量可因此在空气空间115与通道之间传递。在本发明的其它实施方案中，空间115可包括第二系列的通道，其各自与管110中的通道中的一个或多个热连通。
[0134]对角部件114接纳管110，并将其支撑在外壳的基座上方的适当位置处，以界定空气空间115。
[0135]外壳101的基座包括若干开口或管道112、113、116和117，其中两个开口接近集热器的一端，且两个开口接近另一端。每一端处一个开口，在所不实施方案中，开口 112和113流体连接到管110，以允许空气退出和进入外壳(取决于流动方向)，且经过管110。每一端处一个开口，在所示的实施方案中，开口 116和117，流体连接到管110下面的空间115，且允许空气退出或进入外壳(取决于流动方向)，且大体上在集热器100的纵向方向上(即，平行于管110的方向)经过空间115。开口 116和117对角地越过彼此的定位也在垂直方向上形成气流分量，这可另外辅助集热器的上部区与下部区之间的热传递。图8在集热器100的截面剖面图中示出气流方向。
[0136]使用对角部件114来将外壳的内部分为流体上分开的部分，使得管110和空间115虽然热连通，但未流体连接。对角部件114被定位成在集热器的每一段处的开口之间经过，即一个对角部件在开口 112与开口 116之间经过，且另一对角部件在开口 113与开口 117之间经过。举例来说，进入开口 112的空气北对角部件114阻塞而无法进入空间115，而是向上流入管110的端开口中，并穿过其中的通道。进入开口 116的空气被对角部件114阻塞而无法向上移动到管I1中，而是沿空间115流动，并从开口 117流出。对角部件114优选由低导热性的材料构成以减少不想要的向集热器外部的热损耗，例如塑料、玻璃或乳胶。
[0137]开口 116和117可定位成彼此对角越过，以促进空气在集热器的整个宽度上的流动，从而增加管I1与空间115之间的热传递的量。在一些实施方案中，越过空间115放置挡板，其鼓励空气越过集热器的宽度而支出。
[0138]在一些实施方案中，空间115的下表面，即基座103的与空间115交互的上表面，可为波纹状的。所述波纹可与管I1底部上的波纹垂直对准。Gao等人的研宄(Gao W、LinW、Liu T、Xia C，对交叉波纹和平板太阳能空气加热器的热性能的分析和实验研宄。应用能源2007:84:425-41)已显示具有此设置的卓越热性能。然而，空间115的下表面上的波纹也可与管110底部的波纹对准。在此实施方案中，气流将越过这两种波纹，且热量将有效地传递。此布置也可使集热器内部的清理较容易。
[0139]此研宄以及其它研宄已指示，太阳能加热器的波纹顶部使热性能增加至多达11%。在一些实施方案中，顶板104的上表面可因此为波纹状的，由透明材料或不透明材料制成。
[0140]虽然在本发明的不同实施方案中，集热器以及其中的流体流通道的长度可不同，但一些实施方案利用一些最近研宄的发现，所述研宄已发现在具有1.5m到2.5m，或小于3m的通道长度的太阳能空气加热器中获得较高效率。
[0141]集热器100的基座103可包括隔热区118。基座103底部的安装装置119使集热器100能够安装在所要位置中，例如在建筑的屋顶上。或者，集热器可能够垂直安装在墙上。
[0142]湍流结构
[0143]管110具有形状或配置来增加其内部的气流的湍流，或它们包括具有此效应的结构。在图1到图7中示出的本发明的实施方案中，两个机构增加湍流，如现在将描述。在其它实施方案中，可仅适用一个此类机构，且在其它实施方案中，可存在其它用于形成湍流的
目.ο
[0144]管110内部定位着螺旋形鳍片120，其沿通道的纵向方向延伸。湍流由从内部通道比突出以形成单向流的鳍片引起，所述单向流在围绕通道壁的内部螺旋时，吸收或释放热量。螺丝锥型叶片可不与通道一样长；较短的鳍片仍将引起空气中的旋转。通道和鳍片的圆对称性以促进热量去往管110的上方和下方/从管110的上方和下方的同等传递的方式形成空气的湍流混合。
[0145]鳍片120可为能够插入管110中和从管110去除的单独组件。这允许其在需要时容易清理。在一些实施方案中，集热器外壳的一端可能够打开，使得螺旋形鳍片可容易被取出来进行清理目的，且通道也可容易清理。单独的组件也可实现制造的容易性，因为管和螺旋形的鳍片可分开制作。
[0146]在管110的内表面上是小突起121，其沿管110的长度纵向铺设。这些进一步促进了管中的空气湍流。也可使用其它结构，例如锯齿状突起，或使用任何其它方式来使通道内部的表面粗糙。连同螺旋形鳍片120—起，这些突起增加了管中的流体湍流。
[0147]增加的湍流已知用来增加传递到流体介质中或从流体介质中传递出来的热量的量。管110内部的湍流促进结构因此增加了管110与空间111之间以及管110与空间115之间的热传递。增加的热传递增加了系统的效率，不管是用于加热还是降温通风、回收还是诱捕热量。从集热器出来向外部的热损耗，例如通过从前面板的再辐射，也因集热器内的热量的快速传递而减少。
[0148]用于增加根据本发明的集热器的气流通道中的气流的湍流的装置以实质上不阻碍气流穿过通道的方式来这样做可为优选的。通过最低限度地阻碍气流，气流穿过管110的速率得以最大化，从而增加在给定时间周期内能够被加热或降温的空气的体积。
[0149]可应用流体力学理论来确定用来增加热传递的通道的大小和数目。举例来说，可使用Reynold数字的计算来确定用于高效湍流热传递的通道的优选直径和数目。在一个此类计算中，11个通道(各自直径为65mm，流率为700m3/h)给出Reynold数字22，083。Reynold数字4000被认为是湍流的下限，因此含有具有高于此数字的Reynold数字的流的管可为合意的。
[0150]屋顶集成集热器
[0151 ] 在本发明的一个实施方案中，集热器集成到建筑结构中。举例来说，代替于集热器安装在屋顶上，集热器集成到屋顶本身中。举例来说，在具有波纹状铁或钢屋面的房子上，集热器的顶部面板可由集成到屋顶中的波纹状材料的透明面板形成。这在美学上可能更吸引人，且最小化太阳能集热器的空间影响。
[0152]在另一实施方案中，可通过使用波纹屋面的一部分来界定集热器中的气流通道的上部分，屋面的另一部分固定在下面以形成气流通道的下部分，来将集热器集成到建筑中。可使用表面贴装的透明顶部面板来界定通道上方的密封空气空