太陽能集熱裝置、太陽能熱吸收器與制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種太陽能集熱裝置、太陽能熱吸收器與制作方法。太陽能熱吸收器包括一承載件、多個(gè)管道以及一吸收涂層。管道內(nèi)埋于承載件內(nèi)，用以供一吸熱介質(zhì)在其內(nèi)流動。吸收涂層配置于承載件的一外表面上。吸收涂層包括一緩沖層、一吸收層以及一抗反射層。緩沖層配置于承載件的外表面上。吸收層配置于緩沖層上，其中吸收層具有包括多個(gè)子層且鄰近緩沖層的一過渡區(qū)?？狗瓷鋵优渲糜谖諏由希渲幸还饩€適于經(jīng)由抗反射層入射至吸收層，并且光線的熱能在被吸收層吸收之后，傳遞至管道內(nèi)的吸熱介質(zhì)。
【專利說明】太陽能集熱裝置、太陽能熱吸收器與制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種熱吸收器與集熱裝置，且特別是有關(guān)于一種太陽能集熱裝置、太陽能熱吸收器與制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，應(yīng)用太陽能作為能源的相關(guān)產(chǎn)業(yè)正快速蓬勃發(fā)展，例如是將太陽能的光能轉(zhuǎn)換成電能或熱能并加以應(yīng)用。以太陽能熱水器為例，太陽能熱水器的工作原理是將來自太陽光的輻射熱能吸收下來并用以加熱水溫。太陽能熱水器配置有太陽能熱吸收器(solar thermal absorber),用以吸收福射熱能。
[0003]圖1A是現(xiàn)有的一種太陽能熱吸收器的示意圖。圖1B是圖1A的太陽能熱吸收器沿
1-1’線的局部放大圖。請參考圖1A與圖1B，現(xiàn)有的太陽能熱吸收器種類繁多，其中有部份太陽能熱吸收器(例如圖1A與圖1B的太陽能熱吸收器10)是以吸收板(absorbing plate)12吸收福射熱能,并將熱能傳遞至分布于吸收板12上的導(dǎo)熱管(heat conducting tube)14，進(jìn)而加熱流進(jìn)導(dǎo)熱管14中的未示出的吸熱介質(zhì)(例如是水或其他適用的液體)。換言之，當(dāng)太陽光的熱能經(jīng)由此類太陽能熱吸收器10中的吸收板12吸收后，所吸收的熱能通過熱傳導(dǎo)原理傳遞至導(dǎo)熱管14，再通過熱傳導(dǎo)與熱對流原理將傳遞至導(dǎo)熱管14的高溫傳遞至流經(jīng)導(dǎo)熱管14內(nèi)的吸熱介質(zhì)，完成加熱吸熱介質(zhì)的目的。此外，太陽能熱吸收器10的吸收板12上通常會涂布可以提高吸熱效率的吸收涂層(未示出)，以增加吸收板12的吸熱效率。
[0004]然而，從上述說明可知，太陽光的熱能須經(jīng)過吸收板12與導(dǎo)熱管14后才能傳遞至導(dǎo)熱管14內(nèi)的吸熱介質(zhì)。換言之，熱能從外界傳遞至吸熱介質(zhì)的傳遞路徑較長。具體來說，如圖1A與圖1B所示，目前常見的配置有吸收板12與導(dǎo)熱管14的太陽能熱吸收器10通常是將導(dǎo)熱管14焊接在吸收板12上，以通過互相連接的吸收板12與導(dǎo)熱管14傳遞熱能至導(dǎo)熱管14內(nèi)的吸熱介質(zhì)。此種做法使得吸收板12與導(dǎo)熱管14之間的傳遞路徑較長(熱能需經(jīng)過吸收板12與導(dǎo)熱管14各自的管壁方能傳遞至吸熱介質(zhì))，且由于吸收板12與導(dǎo)熱管14之間僅通過焊接點(diǎn)互相接觸，兩者之間的接觸面積較小(如圖1B所示的區(qū)域A)，熱能無法有效率地從吸收板12傳遞至導(dǎo)熱管14 (熱能容易在吸收板12上直接散失)。據(jù)此，太陽能熱吸收器10的吸熱效果有限，進(jìn)而影響應(yīng)用太陽能熱吸收器10的太陽能集熱裝置的集熱效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種太陽能熱吸收器，具有良好的吸熱效率。
[0006]本發(fā)明提供一種太陽能集熱裝置，具有良好的整體集熱效率(panelefficiency)。
[0007]本發(fā)明提供一種太陽能熱吸收器的制造方法，能提升太陽能熱吸收器的吸熱效率。
[0008]本發(fā)明的太陽能熱吸收器包括一承載件(cairie1、多個(gè)管道以及一吸收涂層(absorbing coating)。管道內(nèi)埋于承載件內(nèi)，用以供一吸熱介質(zhì)在其內(nèi)流動。吸收涂層配置于承載件的一外表面上。吸收涂層包括一緩沖層(damping layer)、一吸收層(absorbinglayer)以及一抗反射層。緩沖層配置于承載件的外表面上。吸收層配置于緩沖層上，其中吸收層具有鄰近緩沖層的一過渡區(qū)，且過渡區(qū)內(nèi)的吸收層包括多個(gè)子層?？狗瓷鋵优渲糜谖諏由?，其中一光線適于經(jīng)由抗反射層入射至吸收層，并且光線的熱能在被吸收層吸收之后，傳遞至管道內(nèi)的吸熱介質(zhì)。
[0009]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的承載件的材質(zhì)包括發(fā)射率(611^88；^；^7)大于或等于0.1的金屬或塑料(plastic)，且吸收涂層還包括一金屬層。金屬層配置在承載件與緩沖層之間，且金屬層的發(fā)射率低于承載件的發(fā)射率。
[0010]依照本【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者的理解，本申請記載的發(fā)射率可指“物體輻射的能量與同溫度的黑體輻射能量的比值”，用以作為物質(zhì)吸收與輻射能量能力的指標(biāo)。一般而言，黑體的發(fā)射率定為1，而其他物體的發(fā)射率通常小于I。
[0011]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的承載件的材質(zhì)包括不銹鋼(stainless steel,SUS)或聚合物(polymer)。
[0012]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的承載件的材質(zhì)包括發(fā)射率小于0.1的金屬。
[0013]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的承載件包括兩造型板(shaped board),兩造型板相對貼合(attached)，且在兩造型板之間形成管道。
[0014]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的承載件以及管道是由單一材料以一體成型的方式來形成。
[0015]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的太陽能熱吸收器還包括至少一連通管(connecting tube),配置于承載件的一側(cè)，并且連通管道。
[0016]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的緩沖層的材質(zhì)包括金屬氮化物、金屬碳化物或者金屬碳氮化物。
[0017]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的吸收層的材質(zhì)包括金屬氧化物以及金屬氮化物、金屬碳化物或者金屬碳氮化物。
[0018]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的子層的氮含量相對于氧含量的比例或碳含量相對于氧含量的比例朝向遠(yuǎn)離緩沖層的方向逐漸降低。
[0019]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的子層的氮含量相對于氧含量的比例或碳含量相對于氧含量的比例朝向遠(yuǎn)離緩沖層的方向逐漸降低至零。
[0020]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的抗反射層的材質(zhì)包括硅氧化物或硅氮化物。
[0021]本發(fā)明的太陽能集熱裝置(solar thermal collector)包括上述的太陽能熱吸收器以及一儲存裝置。儲存裝置連通太陽能熱吸收器，以儲存吸熱介質(zhì)。
[0022]本發(fā)明的太陽能熱吸收器的制造方法包括下列步驟。提供一承載件，且多個(gè)管道內(nèi)埋于承載件內(nèi)。形成一吸收涂層于承載件的一外表面上，包括下列步驟。形成一緩沖層于承載件的外表面上。形成一吸收層于緩沖層上，其中吸收層具有鄰近緩沖層的一過渡區(qū)，且形成吸收層于過渡區(qū)內(nèi)的步驟包括依序形成多個(gè)子層。形成一抗反射層于吸收層上。
[0023]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的太陽能熱吸收器的制造方法還包括下列步驟。在形成緩沖層于承載件的外表面上的步驟之前，形成一金屬層于承載件的外表面上，且金屬層的發(fā)射率低于承載件的發(fā)射率。
[0024]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的提供承載件的步驟包括下列步驟。提供兩造型板。貼合兩造型板，并在兩造型板之間形成內(nèi)埋于承載件內(nèi)的多個(gè)管道。
[0025]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的提供承載件的步驟包括由單一材料以一體成型的方式形成承載件以及管道。
[0026]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的太陽能熱吸收器的制造方法還包括形成至少一連通管于承載件的一側(cè)，且至少一連通管連通管道。
[0027]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在上述的依序形成子層的步驟中，子層的氮含量相對于氧含量的比例或碳含量相對于氧含量的比例朝向遠(yuǎn)離緩沖層的方向逐漸降低。
[0028]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在上述的依序形成子層的步驟中，子層的氮含量相對于氧含量的比例或碳含量相對于氧含量的比例朝向遠(yuǎn)離緩沖層的方向逐漸降低至零。
[0029]基于上述，本發(fā)明的太陽能熱吸收器與其制作方法將管道內(nèi)埋于承載件內(nèi)，并將吸收涂層配置于外表面上。光線入射至吸收涂層，并且光線的熱能在被吸收涂層吸收之后，傳遞至管道內(nèi)的吸熱介質(zhì)。由于管道與承載件共用相同的外表面，使得承載件與管道的接觸面積增加，熱能可以有效地傳遞至管道內(nèi)的吸熱介質(zhì)。據(jù)此，本發(fā)明的太陽能熱吸收器的制造方法能有效提升太陽能熱吸收器的吸熱效率，進(jìn)而使應(yīng)用此太陽能熱吸收器的太陽能集熱裝置具有良好的集熱效率。
[0030]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1A是現(xiàn)有的一種太陽能熱吸收器的示意圖；
[0032]圖1B是圖1A的太陽能熱吸收器沿1-1’線的局部放大圖；
[0033]圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的太陽能熱吸收器的示意圖；
[0034]圖3A是圖2的太陽能熱吸收器沿A-A’線的局部放大圖；
[0035]圖3B是圖2的太陽能熱吸收器沿B-B’線的局部放大圖；
[0036]圖4是圖2的太陽能熱吸收器的局部示意圖；
[0037]圖5是本發(fā)明另一實(shí)施例的太陽能熱吸收器的局部示意圖；
[0038]圖6A至圖6D是圖4的太陽能熱吸收器的制作流程示意圖；
[0039]圖7是本發(fā)明一實(shí)施例的太陽能集熱裝置的示意圖；
[0040]圖8是圖7的太陽能熱吸收器的俯視示意圖。
[0041]附圖標(biāo)記說明:
[0042]10、100、10a:太陽能熱吸收器；
[0043]12:吸收板；
[0044]14:導(dǎo)熱管；
[0045]50:太陽能集熱裝置；
[0046]52:儲存裝置；
[0047]54 冰管；
[0048]56:支撐架；
[0049]110、I 1a:承載件；
[0050]112a、112b:造形板；
[0051]120:管道；
[0052]130、130a:吸收涂層；
[0053]132:緩沖層；
[0054]134:吸收層
[0055]134a:子層；
[0056]136:抗反射層；
[0057]138:金屬層；
[0058]140a:第一連通管；
[0059]140b:第二連通管；
[0060]150:外框；
[0061]160:蓋板；
[0062]Dl:第一方向；
[0063]H:熱能；
[0064]A:區(qū)域；
[0065]L:光線；
[0066]R:過渡區(qū)；
[0067]S:外表面。

【具體實(shí)施方式】
[0068]圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的太陽能熱吸收器的示意圖。圖3A是圖2的太陽能熱吸收器沿A-A’線的局部放大圖。圖3B是圖2的太陽能熱吸收器沿B-B’線的局部放大圖。請參考圖2、圖3A與圖3B，在本實(shí)施例中，太陽能熱吸收器100包括承載件110、多個(gè)管道120、吸收涂層130、第一連通管140a與第二連通管140b。管道120內(nèi)埋于承載件110內(nèi)，用以供吸熱介質(zhì)(未示出)在其內(nèi)流動。吸收涂層130配置于承載件110的外表面S上。第一連通管140a與第二連通管140b分別配置于承載件110的相對兩側(cè)，并且連通管道120。太陽能熱吸收器100可應(yīng)用于太陽能集熱裝置50(示出于圖7)，其中太陽能集熱裝置50例如是太陽能熱水器。太陽能熱水器的工作原理是吸收來自太陽光的輻射能量并用以加熱水溫，而太陽能熱吸收器100即是用來吸收上述的輻射能量的熱能，進(jìn)而應(yīng)用于太陽能熱水器。因此，在本實(shí)施例中，太陽的光線適于入射至吸收涂層130，并且光線的熱能在被吸收涂層130吸收之后，傳遞至管道120內(nèi)的吸熱介質(zhì)(例如是水)。
[0069]具體來說，在本實(shí)施例中，承載件110包括兩造形板112a與112b(如圖3A與圖3B所示)，兩造形板112a與112b相對貼合，且在兩造形板112a與112b之間形成管道120，例如是在兩造形板112a與112b上利用機(jī)械加工事先形成預(yù)定形成管道的凹槽，并在貼合兩造形板112a與112b之后通過預(yù)定形成管道的凹槽形成管道120，如圖3B所示。由此可知，內(nèi)埋于承載件110內(nèi)的管道120實(shí)際上是由承載件110所構(gòu)成，且管道120與承載件110共用相同的外表面S。因此，當(dāng)吸收涂層130配置于承載件110的外表面S上，吸收涂層130也同時(shí)配置于管道120的外表面上(兩者共用相同的外表面S)。由此可知，當(dāng)光線入射至吸收涂層130時(shí)，光線的熱能被吸收涂層130吸收，并直接傳遞至管道120內(nèi)的吸熱介質(zhì)。由于管道120與承載件110共用相同的外表面S，可提升管道120與承載件110的接觸面積并且縮短熱能的傳遞路徑，進(jìn)而減少熱能在傳遞過程中散失。據(jù)此，太陽能熱吸收器100具有良好的吸熱效率。然而，在其他實(shí)施例中，承載件與管道也可以是由單一材料以一體成型的方式來形成，使管道與承載件共用相同的外表面。
[0070]此外，在本實(shí)施例中，配置于承載件110的相對兩側(cè)的第一連通管140a與第二連通管140b分別連通管道120。舉例來說，第一連通管140a與第二連通管140b沿第一方向Dl延伸，以連通沿第一方向Dl依序排列的管道120。未吸收熱能的吸熱介質(zhì)(例如是冷水)經(jīng)由第一連通管140a進(jìn)入太陽能熱吸收器100并流入管道120中。吸熱介質(zhì)在吸收太陽光的熱能之后流出管道120，并從第二連通管140b流出太陽能熱吸收器100。然而，本發(fā)明的連通管不限于上述的配置方式。舉例來說，各管道120可以彼此串聯(lián)，且前后兩個(gè)管道120分別連接一個(gè)入口連通管以及一個(gè)出口連通管。未吸熱的吸熱介質(zhì)從入口連通管流入管道120,吸熱介質(zhì)在吸熱后從出口連通管流出管道120?；蛘?，內(nèi)埋于承載件110內(nèi)的管道120也可以分成多個(gè)區(qū)域，位于不同區(qū)域內(nèi)的管道120分別連接不同的連通管。由此可知，本發(fā)明并不限制連通管的數(shù)量、位置與連接管道120的方式，其可以依據(jù)實(shí)際需求作調(diào)整。
[0071]此外，第一連通管140a與第二連通管140b的制作方式也可依據(jù)實(shí)際需求作調(diào)整。舉例來說，在通過兩造形板112a與112b構(gòu)成承載件110與管道120的實(shí)施例中，配置于承載件110的相對兩側(cè)并連通管道120的第一連通管140a與第二連通管140b也可以利用與管道120相同的形成方式形成于承載件110的相對兩側(cè)，例如是在兩造形板112a與112b上利用機(jī)械加工事先形成預(yù)定形成連通管的凹槽，且預(yù)定形成連通管的凹槽連接預(yù)定形成管道的凹槽，并在貼合兩造形板112a與112b之后通過預(yù)定形成連通管的凹槽形成第一連通管140a與第二連通管140b，如圖3A所示。在其他實(shí)施例中，連通管也可以是另外焊接在兩造形板之間并連通管道的金屬管，或者是由單一材料以一體成型的方式與承載件以及管道同時(shí)形成。本發(fā)明不限制承載件、管道以及連通管的制作方式。
[0072]圖4是圖2的太陽能熱吸收器的局部示意圖。請參考圖2與圖4，在本實(shí)施例中，吸收涂層130包括緩沖層132、吸收層134以及抗反射層136。緩沖層132配置于承載件110的外表面S上。吸收層134配置于緩沖層132上。抗反射層136配置于吸收層134上。在本實(shí)施例中，承載件110的材質(zhì)包括低發(fā)射率金屬，例如是鋁(Al)或銅(Cu)等發(fā)射率介于
0.03至0.09之間的材質(zhì)。緩沖層132利用濺鍍的方式配置于承載件110的外表面S上，其厚度介于30納米(nanometer, nm)至150納米之間。緩沖層132的材質(zhì)包括金屬氮化物、金屬碳化物或者金屬碳氮化物，例如是氮化鋯(ZrN)、氮化鈦(TiN)、氮化鋁鈦(TiAlN)、氮化鉻(CrN )、碳化鈦(T i C )、碳化鉻(CrC )、碳氮化鈦(T i CN )、碳氮化鋁鈦(T i Al CN )、碳氮化鋯(ZrCN)、碳氮化鉻(CrCN)或上述材料的組成，其可依據(jù)實(shí)際需求選擇適當(dāng)材質(zhì)。
[0073]另一方面，吸收層134同樣以濺鍍的方式配置于緩沖層132上，其厚度介于30納米至120納米之間。具體來說，吸收層134具有鄰近緩沖層132的過渡區(qū)R，且過渡區(qū)R內(nèi)的吸收層134包括多個(gè)子層134a。吸收層134的材質(zhì)包括金屬氧化物以及金屬氮化物、金屬碳化物或者金屬碳氮化物。換言之，吸收層134的材質(zhì)可視為是金屬氧化物以及緩沖層132的材質(zhì)的混合。此外,位于吸收層134的過渡區(qū)R內(nèi)的子層134a的氮含量相對于氧含量的比例或碳含量相對于氧含量的比例朝向遠(yuǎn)離緩沖層132的方向逐漸降低，甚至逐漸降低至零。也即，過渡區(qū)R內(nèi)最接近緩沖層132的子層134a的氮含量相對于氧含量的比例或碳含量相對于氧含量的比例為所有子層134a中比例最大者，或說是所有子層134a中材料組成最接近緩沖層132者。當(dāng)子層134a依序形成于緩沖層132上而形成過渡區(qū)R時(shí)，子層134a的氮含量相對于氧含量的比例或碳含量相對于氧含量的比例逐漸降低，直至上述比例降低至零，而位于過渡區(qū)R外的吸收層134的材質(zhì)為金屬氧化物。
[0074]另外，在本實(shí)施例中，抗反射層136配置在吸收層134上，其厚度介于60納米至200納米之間。抗反射層136的材質(zhì)包括硅氧化物或硅氮化物。當(dāng)然，上述有關(guān)吸收涂層130的緩沖層132、吸收層134與抗反射層136的材質(zhì)與厚度僅是在本實(shí)施例中作為舉例說明，并非用以限制本發(fā)明。由于本實(shí)施例將吸收涂層130配置于承載件110的外表面S上，光線L適于經(jīng)由抗反射層136入射至吸收層134，并且光線L的熱能H在被吸收層134吸收之后，傳遞至管道120內(nèi)的吸熱介質(zhì)。
[0075]更進(jìn)一步地說，當(dāng)光線L入射至抗反射層136時(shí)，部分光線L被抗反射層136反射，而部分光線L經(jīng)由抗反射層136入射至吸收層134。因此，適當(dāng)?shù)倪x用抗反射層136的材質(zhì)，可以使光線L經(jīng)由抗反射層136入射至吸收層134的比例增加(也即減少光線L被抗反射層136反射的比例)。光線L伴隨著熱能H進(jìn)入吸收層134。熱能H能被吸收層134吸收，并經(jīng)由緩沖層132傳遞至承載件110與內(nèi)埋于承載件110內(nèi)的管道120，其中緩沖層132可經(jīng)由選用適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)而作為入射至吸收涂層130內(nèi)的光線L的緩沖，進(jìn)一步吸收未被吸收層134吸收的熱能。據(jù)此，光線L通過熱輻射的方式提供熱能H至吸收涂層130，而熱能H通過熱傳導(dǎo)的方式傳遞至承載件110以及管道120，進(jìn)而傳遞至位于管道120內(nèi)的吸熱介質(zhì)。吸熱介質(zhì)通過第一連通管140a流入太陽能熱吸收器100的管道120內(nèi)，通過溫度變化在管道120形成熱對流，并通過第二連通管140b流出太陽能熱吸收器100外。然而，本發(fā)明的太陽能熱吸收器100不限于上述的實(shí)施方式，以下將以另一實(shí)施例說明本發(fā)明的太陽能熱吸收器的其他實(shí)施方式。
[0076]圖5是本發(fā)明另一實(shí)施例的太陽能熱吸收器的局部示意圖。請參考圖2與圖5，在本實(shí)施例中，圖5的太陽能熱吸收器10a也可以如同圖2所示的太陽能熱吸收器100的配置方式，包括承載件110a、管道120、吸收涂層130a、第一連通管140a與第二連通管140b。圖5的太陽能熱吸收器10a與圖4的太陽能熱吸收器100的主要差異在于，太陽能熱吸收器10a的承載件IlOa的材質(zhì)包括發(fā)射率大于或等于0.1的金屬或塑料等材質(zhì)，其中金屬例如是不銹鋼(stainless steel, SUS),而塑料例如是聚合物(polymer)(聚合物例如是高密度聚乙烯(high density polyethylene, HDPE)。此時(shí),為避免熱能H在傳遞過程中從由高發(fā)射率的材質(zhì)制成的承載件IlOa與管道120之處流失，本實(shí)施例的吸收涂層130a還包括金屬層138。金屬層138配置在承載件IlOa的外表面S上并位于承載件IlOa與緩沖層132之間，其厚度大于20納米。金屬層138的發(fā)射率低于承載件IlOa的發(fā)射率，其材質(zhì)例如是鉻(Cr)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鑰(Mo)、銅(Cu)或鎢(W)等低發(fā)射率金屬(發(fā)射率介于0.03至0.09之間)。據(jù)此，金屬層138可用以改變承載件IlOa的外表面S的特性，例如降低承載件IlOa的外表面S的發(fā)射率。
[0077]基于上述，由于本實(shí)施例的太陽能熱吸收器(太陽能熱吸收器100或100a)將管道內(nèi)埋于承載件內(nèi)，使得管道與承載件共用相同的外表面，故可提升管道與承載件的接觸面積。當(dāng)光線入射至吸收涂層，并且光線的熱能在被吸收涂層吸收之后，熱能可以直接傳遞至管道內(nèi)的吸熱介質(zhì)。管道與承載件共用外表面的設(shè)計(jì)方式可以減少熱能在傳遞過程中散失。據(jù)此，太陽能熱吸收器具有良好的吸熱效率。此外，當(dāng)太陽能熱吸收器的承載件選用發(fā)射率大于或等于0.1的材質(zhì)時(shí)，可通過在承載件上配置由低發(fā)射率(小于0.1)的材質(zhì)所形成的金屬層，用以改變承載件的表面特性。據(jù)此，本實(shí)施例的太陽能熱吸收器不受限于承載件的材質(zhì)的選用。
[0078]圖6A至圖6D是圖4的太陽能熱吸收器的制作流程示意圖。請參考圖2、圖4、圖6A至圖6D，在本實(shí)施例中，太陽能熱吸收器100的制作方法包括下列步驟。首先，如圖6A所示，提供承載件110，且多個(gè)管道120 (示出于圖2)內(nèi)埋于承載件110內(nèi)。換言之，管道120需先形成于承載件110的外表面S之內(nèi)。上述的提供承載件110并將管道120先形成于承載件110的外表面S之內(nèi)的步驟如前所述，例如是先提供兩造型板112a與112b(示出于圖3B)，且兩造型板112a與112b上經(jīng)由機(jī)械加工形成預(yù)定形成管道120的凹槽，接著貼合兩造型板112a與112b，并在兩造型板112a與112b之間通過預(yù)定形成管道120的凹槽形成內(nèi)埋于承載件110內(nèi)的管道120。同樣地，上述的提供承載件110的步驟也可以如前所述的是由單一材料以一體成型的方式形成承載件110以及管道120，本發(fā)明并不限制承載件110以及管道120的形成方式。
[0079]此外，太陽能熱吸收器100的制作方法還包括形成第一連通管140a與第二連通管140b于承載件110的相對兩側(cè)，且第一連通管140a與第二連通管140b連通管道120。形成第一連通管140a與第二連通管140b的方式如前所述，可以是通過在兩造形板112a與112b之間形成預(yù)定形成連通管的凹槽，并在貼合兩造形板112a與112b后形成第一連通管140a與第二連通管140b，也可以是另外焊接在兩造形板112a與112b之間(示出于圖3A)，或者是由單一材料以一體成型的方式與承載件110以及管道120同時(shí)形成。本發(fā)明不限制承載件110、管道120、第一連通管140a與第二連通管140b的形成方式。
[0080]最后，如圖6B至6D所示，形成吸收涂層130于承載件110的外表面S上。在形成吸收涂層130于承載件110的外表面S上之前，需先對承載件110的外表面S進(jìn)行清潔處理，例如是清除在通過焊接而形成第一連通管140a與第二連通管140b時(shí)所產(chǎn)生的焊料殘?jiān)?，或是在通過機(jī)械加工或機(jī)械成型形成承載件110與管道120時(shí)所產(chǎn)生的材料毛屑，或者是更進(jìn)一步清除附著在承載件110的外表面S的粒子，以避免影響后續(xù)形成的吸收涂層130的濺鍍，而影響吸收涂層130的功效。形成吸收涂層130于承載件110的外表面S上的方法包括下列步驟。
[0081]首先，在圖6B中，形成緩沖層132于承載件110的外表面S上。緩沖層132例如是以濺鍍的方式形成于承載件110的外表面S上，其材質(zhì)與厚度可以參考前述內(nèi)容。
[0082]接著，在圖6C中，形成吸收層134于緩沖層132上。吸收層134例如是以濺鍍的方式形成于緩沖層132上，其材質(zhì)與厚度可以參考前述內(nèi)容。吸收層134具有鄰近緩沖層132的過渡區(qū)R，且形成吸收層134于過渡區(qū)R內(nèi)的步驟包括依序形成多個(gè)子層134a。位于過渡區(qū)R內(nèi)的子層134a以濺鍍的方式依序形成于緩沖層132上，且在依序形成子層134a的步驟中，子層134a的氮含量相對于氧含量的比例或碳含量相對于氧含量的比例朝向遠(yuǎn)離緩沖層132的方向逐漸降低，進(jìn)而降低至零。換言之，在吸收層134形成于緩沖層132上的過程中，吸收層134逐漸降低其組成材質(zhì)內(nèi)的氮含量相對于氧含量的比例或碳含量相對于氧含量的比例，而到過渡區(qū)R之外所形成的吸收層134的材質(zhì)則不含氮或碳。
[0083]最后，在圖6D中，形成抗反射層136于吸收層134上。抗反射層136的材質(zhì)與厚度可以參考前述內(nèi)容。緩沖層132、吸收層134與抗反射層136構(gòu)成吸收涂層130。吸收涂層130配置于承載件110的外表面S上，且管道120與承載件110共用相同的外表面S，故熱能可以有效地傳遞至管道120內(nèi)的吸熱介質(zhì)。基于上述，由于本實(shí)施例的太陽能熱吸收器100的制作方法將管道內(nèi)埋于承載件內(nèi)，使得管道與承載件共用相同的外表面，故可提升管道與承載件的接觸面積并降低熱能的傳遞路徑，使得太陽能熱吸收器具有良好的吸熱效率。
[0084]另一方面，當(dāng)承載件110的材質(zhì)選用發(fā)射率大于或等于0.1的材質(zhì)，例如是金屬(例如是不銹鋼)或是塑料(例如是聚合物)時(shí)(例如是圖5的承載件110a)，太陽能熱吸收器10a的制作方法還包括在形成緩沖層132于承載件IlOa的外表面S上的步驟之前，先形成金屬層138于承載件IlOa的外表面S上(如圖5所示)，且金屬層138的發(fā)射率低于承載件IlOa的發(fā)射率。據(jù)此，可通過金屬層138改變承載件IlOa的外表面S的特性，使得本發(fā)明的太陽能熱吸收器的承載件不限于使用固定種類的材質(zhì)。
[0085]圖7是本發(fā)明一實(shí)施例的太陽能集熱裝置的示意圖。圖8是圖7的太陽能熱吸收器的俯視示意圖。請參考圖2、圖7與圖8，在本實(shí)施例中，太陽能集熱裝置50包括太陽能熱吸收器100、儲存裝置52、水管54以及支撐架56。太陽能集熱裝置50例如是太陽能熱水器，儲存裝置52例如是熱水桶。儲存裝置52連通太陽能熱吸收器100，以儲存吸熱介質(zhì)(例如是水)。更進(jìn)一步地說，儲存裝置52經(jīng)由水管54連通太陽能熱吸收器100的第一連通管140a與第二連通管140b (如圖2與圖8所示)，以使未吸收熱能的吸熱介質(zhì)從儲存裝置52經(jīng)由水管54流入太陽能熱吸收器100，且經(jīng)由太陽能熱吸收器100吸收幅射熱能之后，吸熱介質(zhì)經(jīng)由水管54從太陽能熱吸收器100流回儲存裝置52。
[0086]具體而言，在本實(shí)施例中，當(dāng)前述的太陽能熱吸收器100應(yīng)用于太陽能集熱裝置50時(shí)，太陽能熱吸收器100還包括其他可用以保護(hù)承載件110、管道120、吸收涂層130、第一連通管140a與第二連通管140b的構(gòu)件。請參考圖8，太陽能熱吸收器100還包括外框150以及蓋板160。太陽能熱吸收器100的承載件110、管道120、吸收涂層130、第一連通管140a與第二連通管140b (如圖2所示)配置于外框150內(nèi)。蓋板160覆蓋在外框150上。太陽光穿過蓋板160到達(dá)吸收涂層130，并且太陽光的熱能經(jīng)由吸收涂層130傳遞至管道120內(nèi)的吸熱介質(zhì)。外框150用以裝載并保護(hù)太陽能熱吸收器100的大部分構(gòu)件。蓋板160為透明蓋板(例如是玻璃)，用以防止熱對流損失并保護(hù)配置于外框150內(nèi)的構(gòu)件。此外，夕卜框150內(nèi)還可以填充隔熱材料(未示出)，用以防止熱能散失而影響太陽能熱吸收器100的吸熱效率。據(jù)此，太陽能熱吸收器100具有良好的吸熱效率。
[0087]請同時(shí)參考圖2、圖7與圖8，在本實(shí)施例中，未吸收熱能的吸熱介質(zhì)(例如是冷水)從儲存裝置52經(jīng)由水管54流入太陽能熱吸收器100的第一連通管140a，進(jìn)而流入管道120。太陽光的熱能經(jīng)由吸收涂層130傳遞至承載件110與管道120，進(jìn)而傳遞至管道120內(nèi)的吸熱介質(zhì)。吸熱介質(zhì)在管道120中吸收熱能之后溫度升高且密度變小，故吸收熱能后的吸熱介質(zhì)(例如是熱水)會自發(fā)性的經(jīng)由第二連通管140b與水管54流回儲存裝置52。由于本實(shí)施例的吸熱介質(zhì)是以水為例作說明，吸收熱能的水可以直接作為生活用水，例如是作為太陽能熱水器所提供的盥洗用水，也可以作為間接加熱其他物質(zhì)的加熱媒介。在其他實(shí)施例中，吸熱介質(zhì)也可以是其他具有良好的吸熱效果的材質(zhì)，以在吸收熱能之后作為間接加熱其他物質(zhì)的加熱媒介?；蛘撸瑑Υ嫜b置52并非限于儲存吸熱介質(zhì)，也即本發(fā)明的儲存裝置52不限于是熱水桶，儲存裝置也可以是用來儲存熱能的裝置。
[0088]在本實(shí)施例中，太陽能熱吸收器100與儲存裝置52配置于支撐架56上，使得太陽能集熱裝置50可直接架設(shè)于戶外。此外，作為儲存裝置52的熱水桶是配置在太陽能熱吸收器100的旁邊，且太陽能集熱裝置50具有兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的太陽能熱吸收器100，這兩個(gè)太陽能熱吸收器100共用同一個(gè)儲存裝置52。然而，在其他實(shí)施例中，太陽能集熱裝置50的太陽能熱吸收器100與儲存裝置52可以直接架設(shè)于一固定點(diǎn)(例如是屋頂)上，則可以省略使用支撐架56，而作為儲存裝置52的熱水桶可以擺設(shè)在離太陽能熱吸收器100較遠(yuǎn)的地方(例如是配置在室內(nèi))，或者是一個(gè)儲存裝置52搭配一個(gè)太陽能熱吸收器100，本發(fā)明的太陽能集熱裝置50可依據(jù)需求調(diào)整儲存裝置52與太陽能熱吸收器100的位置與數(shù)量。此外，除了讓吸熱介質(zhì)通過溫度密度的轉(zhuǎn)換而自動循環(huán)之外，太陽能集熱裝置50也可以配置額外的驅(qū)動裝置(未示出)，用以驅(qū)動未吸收熱能的吸熱介質(zhì)與已吸收熱能的吸熱介質(zhì)流動于太陽能熱吸收器100與儲存裝置52之間。
[0089]因此，太陽能熱吸收器100具有良好的吸熱效率，相較于以往將管道與承載件分開制作且僅以焊接點(diǎn)作為兩者的接觸點(diǎn)的現(xiàn)有技術(shù)，應(yīng)用此太陽能熱吸收器100的太陽能集熱裝置50的集熱效果可以提升至每平方米多吸收40%至50%的熱能。此外，由于本實(shí)施例的太陽能熱吸收器100具有將管道120與承載件110共用相同的外表面S的設(shè)計(jì)，故制作成本還可以降低約10%左右。據(jù)此，由于上述的太陽能熱吸收器100具有良好的吸熱效率與較低的制作成本，使得應(yīng)用此太陽能熱吸收器100的太陽能集熱裝置50具有良好的集熱效果與較低的制作成本。
[0090]綜上所述，本發(fā)明的太陽能熱吸收器與其制作方法將管道內(nèi)埋于承載件內(nèi)，使得管道與承載件共用相同的外表面，故可提升管道與承載件的接觸面積。當(dāng)光線入射至吸收涂層，并且光線的熱能在被吸收涂層吸收之后，熱能可以直接傳遞至管道內(nèi)的吸熱介質(zhì)。管道與承載件共用外表面的設(shè)計(jì)可減少熱能在傳遞過程中散失，使得熱能可以有效地傳遞至管道內(nèi)的吸熱介質(zhì)。此外，太陽能熱吸收器的承載件可通過配置金屬層而改變外表面的特性，故承載件不受限于選用固定種類的材質(zhì)。據(jù)此，本發(fā)明的太陽能熱吸收器的制造方法能使太陽能熱吸收器具有良好的吸熱效率，進(jìn)而使應(yīng)用此太陽能熱吸收器的太陽能集熱裝置具有良好的集熱效率。
[0091]最后應(yīng)說明的是:以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能熱吸收器，其特征在于，包括: 一承載件； 多個(gè)管道，內(nèi)埋于該承載件內(nèi)，用以供一吸熱介質(zhì)在其內(nèi)流動；以及 一吸收涂層，配置于該承載件的一外表面上，該吸收涂層包括: 一緩沖層，配置于該承載件的該外表面上； 一吸收層，配置于該緩沖層上，其中該吸收層具有鄰近該緩沖層的一過渡區(qū)，且該過渡區(qū)內(nèi)的該吸收層包括多個(gè)子層；以及 一抗反射層，配置于該吸收層上，其中一光線適于經(jīng)由該抗反射層入射至該吸收層，并且該光線的熱能在被該吸收層吸收之后，傳遞至該些管道內(nèi)的該吸熱介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能熱吸收器，其特征在于，該承載件的材質(zhì)包括發(fā)射率大于或等于0.1的金屬或塑料，且該吸收涂層還包括一金屬層，該金屬層配置在該承載件與該緩沖層之間，且該金屬層的發(fā)射率低于該承載件的發(fā)射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能熱吸收器，其特征在于，該承載件的材質(zhì)包括不銹鋼或聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能熱吸收器，其特征在于，該承載件的材質(zhì)包括發(fā)射率小于0.1的金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能熱吸收器，其特征在于，該承載件包括兩造型板，該兩造型板相對貼合，且在兩造型板之間形成該些管道。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能熱吸收器，其特征在于，該承載件以及該些管道是由單一材料以一體成型的方式來形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能熱吸收器，其特征在于，還包括: 至少一連通管，配置于該承載件的一側(cè)，并且連通該些管道。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能熱吸收器，其特征在于，該緩沖層的材質(zhì)包括金屬氮化物、金屬碳化物或者金屬碳氮化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能熱吸收器，其特征在于，該吸收層的材質(zhì)包括金屬氧化物以及金屬氮化物、金屬碳化物或者金屬碳氮化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能熱吸收器，其特征在于，該些子層的氮含量相對于氧含量的比例或碳含量相對于氧含量的比例朝向遠(yuǎn)離該緩沖層的方向逐漸降低。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽能熱吸收器，其特征在于，該些子層的氮含量相對于氧含量的比例或碳含量相對于氧含量的比例朝向遠(yuǎn)離該緩沖層的方向逐漸降低至零。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能熱吸收器，其特征在于，該抗反射層的材質(zhì)包括硅氧化物或硅氮化物。
13.—種太陽能集熱裝置，其特征在于，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的該太陽能熱吸收器；以及 一儲存裝置，連通該太陽能熱吸收器，以儲存該吸熱介質(zhì)。
14.一種太陽能熱吸收器的制造方法，其特征在于，包括: 提供一承載件，且多個(gè)管道內(nèi)埋于該承載件內(nèi)； 形成一吸收涂層于該承載件的一外表面上，包括: 形成一緩沖層于該承載件的該外表面上； 形成一吸收層于該緩沖層上，其中該吸收層具有鄰近該緩沖層的一過渡區(qū)，且形成該吸收層于該過渡區(qū)內(nèi)的步驟包括依序形成多個(gè)子層；以及 形成一抗反射層于該吸收層上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能熱吸收器的制造方法，其特征在于，還包括: 在形成該緩沖層于該承載件的該外表面上的步驟之前，形成一金屬層于該承載件的該外表面上，且該金屬層的發(fā)射率低于該承載件的發(fā)射率。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能熱吸收器的制造方法，其特征在于，提供該承載件的步驟包括: 提供兩造型板；以及 貼合該兩造型板，并在該兩造型板之間形成內(nèi)埋于該承載件內(nèi)的多個(gè)管道。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能熱吸收器的制造方法，其特征在于，提供該承載件的步驟包括: 由單一材料以一體成型的方式形成該承載件以及該些管道。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能熱吸收器的制造方法，其特征在于，還包括: 形成至少一連通管于該承載件的一側(cè)，且該至少一連通管連通該些管道。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能熱吸收器的制造方法，其特征在于，在依序形成該些子層的步驟中，該些子層的氮含量相對于氧含量的比例或碳含量相對于氧含量的比例朝向遠(yuǎn)離該緩沖層的方向逐漸降低。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能熱吸收器的制造方法，其特征在于，在依序形成該些子層的步驟中，該些子層的氮含量相對于氧含量的比例或碳含量相對于氧含量的比例朝向遠(yuǎn)離該緩沖層的方向逐漸降低至零。
【文檔編號】F24J2/46GK104422164SQ201310384597
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】蔡仁晃 申請人:彭岫麟