太阳热能收集器的制作方法

本发明涉及一种能源收集器，尤其涉及一种太阳热能收集器。

背景技术：

随着环保意识抬头，节能减碳的概念逐渐受众人所重视，再生能源的开发与利用成为世界各国积极投入发展的重点。再生能源当中，由于太阳光随处可得，且不像其他能源会对地球产生污染(如：石化能源、核能)，因此，可将太阳光转换成热能的太阳热能收集器已被广泛应用且已成为重要的产业。

太阳热能收集器若可具有大面积的照光面积，便可产生相对大量且可供使用的热能。因此有许多厂商希冀将“绿能建筑”的概念融入太阳热能收集器中，即在建筑物曝晒太阳最多之处铺设太阳热能收集器，藉以利用太阳热能收集器所产生的热能来弥补建筑物内所耗费的热能，例如生活用热水以及供暖等。然而，目前的太阳热能收集器的体积及厚度仍十分庞大，且重量也十分笨重而不易与建筑物整合。此外，太阳热能收集器的外观也较单调而无变化，因此限制了太阳热能收集器在建筑一体化太阳热能(building integrated solar thermal，简称：BIST)领域的应用及设计弹性。

技术实现要素：

本发明提供一种太阳热能收集器，其重量较轻，整体厚度较小，风阻也相对较小，结构刚性较佳，且具有可客制化的外观，因而适用于建筑物上，以作为建筑物的附加结构之用。

本发明的太阳热能收集器包括核心层、套管及多个支撑鳍片。核心层包括吸热板及隔热板。吸热板包括至少一第一板体及连接第一板体的多个第一卡合部。隔热板包括至少一第二板体及连接第二板体的多个第二卡合部。第一卡合部分别与第二卡合部嵌合。第一板体与第二板体之间维持间距，以共同定义出热收集流道，以供热传导液体流过热收集流道。套管套设于核心层外以罩覆吸热板以及隔热板。套管为一体成型。支撑鳍片设置于套管内并承靠于核心层与套管之间。

在本发明的一实施例中，上述的核心层还包括连接管，连接并罩覆吸热板以及隔热板的一侧，以连通太阳热能收集器的热收集流道。

在本发明的一实施例中，上述的吸热板的数量为多个。隔热板的数量为一个。第一卡合部分别设置于各吸热板的相对两端。隔热板的第二板体的数量为多个，分别对应吸热板的第一板体。任两相邻的第二板体以其对应的第二卡合部相连接。各吸热板的第一卡合部分别与对应的第二卡合部扣合，以将吸热板彼此相邻地扣合于隔热板上。

在本发明的一实施例中，上述的第一板体以及第二板体为弧形板体，且第一板体与对应的第二板体的弧形方向相同。

在本发明的一实施例中，上述的各支撑鳍片包括支撑部以及框围部。支撑部承靠于核心层与套管之间。框围部连接支撑部而延伸包覆至少部分吸热板。

在本发明的一实施例中，上述的套管为非玻璃套管。

在本发明的一实施例中，上述的套管为塑胶套管。

在本发明的一实施例中，上述的套管包括吸热侧以及隔热侧。吸热侧罩覆吸热板。隔热侧罩覆隔热板。

在本发明的一实施例中，上述的套管还包括隔热层，设置于隔热侧。

在本发明的一实施例中，上述的套管还包括发光槽以及多个发光元件。发光槽设置于隔热侧并沿套管的轴向延伸。各发光元件设置于发光槽的侧壁以提供光线，且光线在隔热侧内传播。

在本发明的一实施例中，上述的套管还包括柔光层，设置于隔热侧，以散射各发光元件所发出的光线。

在本发明的一实施例中，上述的套管还包括反射内衬，设置于套管的隔热侧面向隔热板的内表面。

在本发明的一实施例中，上述的太阳热能收集器还包括外壳，罩覆于套管的隔热侧。

在本发明的一实施例中，上述的外壳的外表面具有金属纹理图案或木材纹理图案。

在本发明的一实施例中，上述的外壳的外表面具有镂空图案或凹刻图案。

基于上述，本发明的太阳热能收集器包括核心层、套管、多个支撑鳍片、反射内衬以及外壳，其中，核心层的吸热板与隔热板彼此扣合，且两者之间维持间距，以共同定义出热收集流道，以供热传导液体流过。如此，太阳光的热能即可通过具有高热传导系数的吸热板而有效传导至热收集流道内的热传导液体，并利用隔热板良好的隔热特性来有效防止热能散失。并且，套管一体成型地套设于核心层上，故其整体的结构强度较高。此外，套管是由非玻璃材质所构成，故其质量较轻且耐冲击力较高。支撑鳍片承靠于核心层与套管之间，以将核心层所承受的应力连续地传递至套管，进一步增强太阳热能收集器的整体结构强度。

此外，本发明的太阳热能收集器可在隔热侧设置发光槽以及多个发光元件，发光元件设置于发光槽的侧壁，以提供光线，使光线由隔热侧的侧向入光而在隔热侧内传播。因此，太阳热能收集器在作为建筑物附加结构时，其面向建筑物室内的隔热侧即可透出各种颜色的光线，增加视觉上的装饰效果。此外，本发明的太阳热能收集器还可依住户的喜好而搭配不同材质、颜色、图案的外壳，并经由外壳的镂空图案将隔热侧的光线透出，因而大幅增加太阳热能收集器的装饰性及可变性。同时，太阳热能收集器面向室外的外观侧(也就是太阳热能收集器的吸热侧)仍可与其他建筑物一样具有统一且整齐的外观，因此，本发明的太阳热能收集器不仅可将太阳辐射能转换为热能，以加热建筑物的生活用水或是作为建筑物的供暖来源，并可对建筑物有降温效果，还可在面向住户的隔热侧设计各种装饰性的变化，增加太阳热能收集器的外观可变性及设计弹性。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的一实施例的一种太阳热能收集器的构件分解示意图；

图2是图1的太阳热能收集器的另一角度的构件分解示意图；

图3是图1的太阳热能收集器的组装示意图；

图4是图1的太阳热能收集器的核心层的剖面示意图；

图5是图1的太阳热能收集器的构件分解侧视示意图；

图6是本发明的一实施例的一种太阳热能收集器的套管的局部示意图；

图7是本发明的一实施例的一种太阳热能收集器应用于建筑物的情境示意图；

图8是本发明的另一实施例的一种太阳热能收集器应用于建筑物的情境示意图；

图9是本发明的又一实施例的一种太阳热能收集器应用于建筑物的情境示意图。

附图标记说明：

10：建筑物附加结构；

100：太阳热能收集器；

110：核心层；

112：吸热板；

112a：第一板体；

112b：第一卡合部；

112c：延伸段；

112d：勾合段；

114：隔热板；

114a：第二板体；

114b：第二卡合部；

114c：延伸槽；

114d：勾合槽；

116：连接管；

118：填充物；

120：套管；

122：吸热侧；

124：隔热侧；

126：发光槽；

128：发光元件；

129：反射内衬；

130：支撑鳍片；

132：支撑部；

134：框围部；

140：外壳；

200：框架；

CH：热收集流道；

G1：间距。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的各实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。并且，在下列各实施例中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号。

图1是本发明的一实施例的一种太阳热能收集器的构件分解示意图。图2是图1的太阳热能收集器的另一角度的构件分解示意图。图3是图1的太阳热能收集器的组装示意图。请同时参照图1至图3，在本实施例中，太阳热能收集器100包括核心层110、套管120、多个支撑鳍片130以及外壳140。核心层110包括如图1所示的吸热板112以及如图2所示的隔热板114。套管120套设于核心层110外，以罩覆吸热板112以及隔热板114。在本实施例中，套管120为一体成型，且由非玻璃的材质所构成。也就是说，套管120为一体成型的非玻璃套管。具体而言，套管120的材质可为塑胶，也就是说，套管120可为一体成型的塑胶套管，因此，其相较于由玻璃所构成的套管可具有较轻的质量。此外，本实施例的套管120可通过塑胶射出技术而一体成型，故其整体的结构强度较高。具体来说，本实施例的套管120的耐冲击强度是由一般玻璃所构成的套管的200倍，并且是由强化玻璃所构成的套管的40倍。

图4是图1的太阳热能收集器的核心层的剖面示意图。请参照图4，在本实施例中，太阳热能收集器100包括至少一吸热板112以及至少一隔热板114。吸热板112包括至少一第一板体112a以及连接第一板体112a的多个第一卡合部112b。隔热板114包括至少一第二板体114a以及连接第二板体114a的多个第二卡合部114b。第一卡合部112b分别与第二卡合部114b嵌合，且第一板体112a与第二板体114a之间维持间距G1，以共同定义出热收集流道CH，以供热传导液体沿第一板体112a的纵向方向流过热收集流道CH。

在本实施例中，吸热板112的热传导系数实质上为隔热板114的热传导系数的30倍以上。具体而言，吸热板112以及隔热板114皆可为一体成型。吸热板112可例如以冲压或滚压的方式一体成型，其材料可为不锈钢(stainless steel)，其热传导系数约为12～30W/(m℃)，而隔热板的材料可为玻璃纤维强化塑胶(Fiber Glass Reinforced Plastics，简称：FRP)等复合材料，其热传导系数约为0.23～0.35W/(m℃)。玻璃纤维强化塑胶可例如包括热固性树脂(thermosetting resin)以及玻璃纤维(fiber glass)等。

如此配置，本实施例的吸热板112与隔热板114共同定义出热收集流道CH，太阳光的热能即可通过具有高热传导系数的吸热板112有效传导至热收集流道CH内的热传导液体，并利用隔热板114良好的隔热特性来有效防止热能散失。因此，本实施例的太阳热能收集器100不仅具有良好的太阳热能收集效率及高结构强度，其体积及整体厚度还可有效缩减，其风阻也可相对降低，进而增加了太阳热能收集器100在建筑一体化的应用及设计弹性。

在本实施例中，太阳热能收集器100可如图4所示由多个吸热板112以及一个隔热板114所组成。第一卡合部112b则分别设置于各吸热板112的相对两端，而隔热板114则可如图4所示具有多个第二板体114a，分别对应吸热板112的第一板体112a。详细而言，各个第二卡合部114b可包括彼此连通的延伸槽114c以及勾合槽114d，而各第一卡合部112b可包括彼此连接的延伸段112c以及勾合段112d。各延伸段112c位于对应的延伸槽114c内，各勾合段112d则连接对应的延伸段112c而与对应的勾合槽114d相勾合，以将吸热板112彼此相邻地扣合于隔热板114上。

在本实施例中，太阳热能收集器100还可包括多个填充物118，以填充于勾合槽114d内，并位于相邻两吸热板112的勾合段112d与对应的勾合槽114d之间，以进一步固定相邻两吸热板112与隔热板114之间的嵌合关系。在本实施例中，填充物118可包括硬化胶、密封胶或卡榫。各卡榫可嵌设于相邻两吸热板112的勾合段112d与对应的勾合槽114d之间，以增进太阳热能收集器100的结构强度及吸热板112与隔热板114之间的结合力，并防止热传导液体在工作压力下溢流。

此外，在本实施例中，第一板体112a以及第二板体114a皆为弧形板体，以增加其对热传导液体的工作压力的承受度。具体而言，各第一板体112a与对应的第二板体114a的弧形方向相同，换句话说，各第一板体112a与对应的第二板体114a可为彼此平行的弧形板体。如此配置，不仅可增强太阳热能收集器100的结构强度及抗压能力，还可进一步降低太阳热能收集器100的整体厚度。同时，第一板体112a为弧形板体也可增加其与热传导液体的接触面积，进而增加热传导效率。此外，第二板体114a为弧形板体也可增加太阳热能收集器100在纵向方向上的结构强度。

图5是图1的太阳热能收集器的构件分解侧视示意图。请参照图2以及图5，在本实施例中，太阳热能收集器100还可包括连接管116，连接并罩覆吸热板112以及隔热板114的一侧，其对应热收集流道CH设置，以连通热收集流道CH。本实施例的太阳热能收集器100可例如应用于太阳热能热水器，以将太阳热能收集器100所吸收到的太阳辐射能转换为热能来加热热传导液体。支撑鳍片130设置于套管120内，并承靠于核心层110与套管120之间，以支撑核心层110，并将核心层110所承受的应力连续地传递至套管120。

详细而言，支撑鳍片130包括支撑部132以及框围部134。支撑部132承靠于核心层110与套管120之间，而框围部134则连接支撑部132并向上延伸至包覆至少部分的吸热板112，以在支撑核心层110的同时支撑并框围吸热板112，并将核心层110所承受的应力连续地传递至套管120。在本实施例中，支撑鳍片130是呈片状且等间距地沿核心层110的轴向设置，因此，即使支撑鳍片130向上延伸至包覆部分吸热板112，其对吸热板112的吸热并不会有太大的阻挡或影响，却可大幅增强太阳热能收集器100的整体结构强度。

图6是本发明的一实施例的一种太阳热能收集器的套管的局部示意图。请参照图6，在本实施例中，套管120可包括吸热侧122以及隔热侧124。吸热侧122罩覆吸热板112，而隔热侧126则罩覆隔热板114。具体而言，吸热侧122为套管120用以罩覆吸热板112的一侧，而隔热侧124则为套管120用以罩覆隔热板114的一侧。本实施例的套管120还可包括发光槽126以及多个发光元件128(在此仅示出一个)。发光槽126设置于隔热侧124并沿套管120的轴向延伸，发光槽126可沿套管120的轴向延伸而横跨整个套管120。发光元件128则沿着套管120的轴向而设置于发光槽126的侧壁，以提供光线，使发光元件128所发出的光线由隔热侧124的侧向入光而在隔热侧124内传播。

一般而言，与建筑物整合而作为建筑物附加结构的太阳热能收集器100是以吸热侧122面向室外，而隔热侧124则多半面向室内，也就是说，作为建筑物附加结构的吸热侧122为一般建筑物外观可看到的部分，而隔热侧124则为建筑物内的住户可看到的部分。因此，如前述的配置，太阳热能收集器100在作为建筑物附加结构时，其面向建筑物室内的隔热侧124可透出各种颜色的光线，增加视觉上的装饰效果，并且可依住户的喜好而调整其透出的光线的颜色，甚至，在其他实施例中，隔热侧124所透出光线还可随时间变换颜色。同时，太阳热能收集器100的外观侧(也就是太阳热能收集器100的吸热侧122)仍可与其他建筑物一样具有统一且整齐的外观，因此，本实施例的太阳热能收集器100确实可增加其外观可变性及设计弹性。

详细而言，套管120还可包括反射内衬129和/或柔光层，反射内衬129如图6所示设置于隔热侧124面向隔热板114的内表面，以将发光元件128所发出的光线反射至外界而不会入射至套管内，因而可增加隔热侧124的出光率。并且，套管120可在制作过程中在其隔热侧124掺入柔光粉而形成柔光层，使隔热侧124所透出的光线可具有柔光甚至渐层的效果。在本实施例中，柔光粉的材料可包括二氧化钛(TiO₂)。此外，本实施例的套管120还可包括隔热层，其可至少设置于隔热侧124，以进行隔热。当然，若隔热层是由例如气凝胶(Aerogel)等高透光率的材料所构成，则隔热层也可设置于吸热侧122，也就是说，隔热层在其本身具有高透光率的条件下也可环绕包覆整个套管。

请参照图2以及图3，本实施例的太阳热能收集器100还可包括外壳140，其罩覆于隔热侧124。在本实施例中，外壳140的外表面可具有金属纹理图案或木材纹理图案，在本发明的一实施例中，外壳140可包括装饰层，其贴附于外壳140的外表面并具有金属纹理图案或木材纹理图案，以使外壳140的外观可具有金属或木材的质感。如此配置，太阳热能收集器100在作为建筑物附加结构时，其面向建筑物室内的隔热侧124由于罩覆了具有金属纹理图案或木材纹理图案的外壳140，因此，太阳热能收集器100面向建筑物室内的部分可具有金属或木材的质感，或者，外壳140也可为塑胶外壳，并在其表面涂布金属质感的外观漆或是贴附具有木材纹理图案的装饰层。在其他实施例中，外壳140也可由不同的材质所共同搭配组合而成，例如部分的外壳140由塑胶构成，而部分的外壳140由金属构成，或是外壳140的外表面可同时具有金属纹理图案以及木材纹理图案。本发明并不局限于此，外壳140可具有各种颜色以及各种几何图案以作为装饰之用。

在其他实施例中，外壳140的外表面也可具有凹刻图案或镂空图案。如此，再搭配前述的发光槽126及多个发光元件128的设计，即可使隔热侧124所透出的光线可经由外壳140的镂空图案或凹刻图案透露出来。因此，太阳热能收集器100在作为建筑物附加结构时，其面向建筑物室内的隔热侧124可透出各种颜色的光线，还可依住户的喜好而搭配不同材质、颜色、图案的外壳140，并经由外壳140的镂空图案或凹刻图案将隔热侧124的光线透出，因而大幅增加太阳热能收集器100的装饰性及可变性。同时，太阳热能收集器100面向室外的外观侧(也就是太阳热能收集器100的吸热侧122)仍可与其他建筑物一样具有统一且整齐的外观。

图7是本发明的一实施例的一种太阳热能收集器应用于建筑物的情境示意图。图8是本发明的另一实施例的一种太阳热能收集器应用于建筑物的情境示意图。图9是本发明的又一实施例的一种太阳热能收集器应用于建筑物的情境示意图。请参照图7、图8及图9，上述的太阳热能收集器100可模块化而作为建筑物的附加结构，其设置于建筑物的外部表面上，以吸收太阳的辐射能，并将其转换为热能而加热建筑物的生活用水，或是作为建筑物的供暖来源。举例而言，上述的建筑物附加结构10可如图7所示包括框架200以及多个如前所述的太阳热能收集器100，框架200可用以框围出容置空间，太阳热能收集器100则可设置于框架200的容置空间内。具体而言，太阳热能收集器100可例如以彼此平行的方式设置于框架200上，以形成不连续墙面，进而增加建筑物附加结构10可吸收太阳热能的面积。建筑物附加结构10可例如设置于建筑物易受到太阳光曝晒的外部表面上，如此，建筑物的附加结构10不仅可作为遮阳结构之用，还可用以吸收太阳的辐射能，并将其转换为热能，以加热建筑物的生活用水，或是作为建筑物的供暖来源。

此外，在本实施例中，建筑物附加结构10可设置于建筑物的屋顶、窗户、阳台、露台或邻接建筑物的开放空间(例如建筑物的前院、后院或骑楼等开放空间)，以作为此建筑物的外部遮阳结构。举例而言，具有太阳热能收集器100的建筑物附加结构10若如图7所示设置于建筑物的窗户上，则可作为遮阳的百叶窗之用，或者，具有太阳热能收集器100的建筑物附加结构10可如图8所示设置于阳台或露台的外缘，以作为阳台或露台的围栏之用。此外，建筑物附加结构10也可如图9所示设置于建筑物的阳台、前院或后院的上方，以作为上述阳台、前院或后院的遮阳棚之用。甚至，建筑物附加结构10可设置于建筑物所附设的游泳池的上方，以作为游泳池的遮阳棚之用，并可将太阳的辐射能转换为热能，再以此热能适时对游泳池内的水进行加温。

如此，具有上述太阳热能收集器100的建筑物附加结构10一方面可减少太阳辐射热和太阳光线通过建筑外墙进入室内，或是为邻接建筑物的开放空间提供遮阳，一方面还可吸收建筑物本身及周围所接收的太阳热能，对建筑物进行主动降温。因此，相较于传统的外部遮阳结构，本发明的太阳热能收集器100做为建筑物附加结构之用，可对建筑物有更优异的降温效果。并且，太阳热能收集器100还可将太阳辐射热转换为热能，以加热建筑物的生活用水，或是作为建筑物的供暖来源。

并且，太阳热能收集器100的隔热侧124可经由前述的发光槽126及多个发光元件128的设计而透出不同颜色的光线，或是在隔热侧124上罩覆外壳140，并可依住户的喜好而选择其外壳140的颜色、图案、材质以作为装饰之用。在其他实施例中，外壳140的外表面也可具有镂空图案或凹刻图案。如此，再搭配前述的发光槽126及多个发光元件128的设计，即可使隔热侧124所透出的光线可经由外壳140的镂空图案或凹刻图案透露出来。而隔热侧124为太阳热能收集器100中如图8所示面向住户的一侧，因此，住户便可依喜好选择因此，太阳热能收集器100在作为建筑物附加结构时，其面向建筑物室内的隔热侧124可透出各种颜色的光线，还可依住户的喜好而搭配不同材质、颜色、图案的外壳140，以供住户欣赏，因而大幅增加太阳热能收集器100的装饰性及可变性。同时，太阳热能收集器100面向室外的外观侧(也就是太阳热能收集器100的吸热侧122)仍可与其他建筑物一样具有统一且整齐的外观。

综上所述，本发明的太阳热能收集器包括核心层、套管、多个支撑鳍片、反射内衬以及外壳，其中，核心层的吸热板与隔热板彼此扣合，且两者之间维持间距，以共同定义出热收集流道，以供热传导液体流过。如此，太阳光的热能即可通过具有高热传导系数的吸热板而有效传导至热收集流道内的热传导液体，并利用隔热板良好的隔热特性来有效防止热能散失。套管一体成型地套设于核心层上，故其整体的结构强度较高。并且，套管是由非玻璃材质所构成，故其质量较轻且耐冲击力较高。支撑鳍片承靠于隔热板与套管之间，以将核心层所承受的应力连续地传递至套管，以进一步增强太阳热能收集器的整体结构强度。

此外，本发明的太阳热能收集器可在隔热侧设置发光槽以及多个发光元件，发光元件设置于发光槽的侧壁，以提供光线，使光线由隔热侧的侧向入光而在隔热侧内传播。因此，太阳热能收集器在作为建筑物附加结构时，其面向建筑物室内的隔热侧即可透出各种颜色的光线，增加视觉上的装饰效果。此外，本发明的太阳热能收集器还可依住户的喜好而搭配不同材质、颜色、图案的外壳，并经由外壳的镂空图案将隔热侧的光线透出，因而大幅增加太阳热能收集器的装饰性及可变性。同时，太阳热能收集器面向室外的外观侧(也就是太阳热能收集器的吸热侧)仍可与其他建筑物一样具有统一且整齐的外观，因此，本发明的太阳热能收集器不仅对建筑物有优异的降温效果，并可将太阳辐射热转换为热能，以加热建筑物的生活用水或是作为建筑物的供暖来源，还可在面向住户的隔热侧做各种装饰性的变化，增加太阳热能收集器的外观可变性及设计弹性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。