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将太阳的光能变换为热能，并将这种热能传递给水或空气等介质的装置称之为集热器。空气能实际应用与研究中的集热器有很多种，它们都是以平浅的箱子为主体，水或空气等介质在箱内被加热。箱盖由对可见光、近红外线吸收串商的、对***率小的透明材料（选择性吸收面）制作，如玻璃或塑料等。并且，箱体要用绝缘材料保温，以减少热损失。对这种形式来说，很难获得100℃以上的温度。要想获得较高的温度，应采用聚光型（透镜或镜子）的集热器。

要提高靠空气能制得的热水温度，必然集热器的费用也要升高。温升不太高时，可采用简单的集热器。为了降低集热器的费用，可采用热泵，把温度提高到所需要的温度。热泵夏季作为制冷机用，制取冷水，用于供冷。名古屋工业技术试验厂的实验楼，还有柳町政之助氏在东京和船桥市的两处私邸就是利用了这种热泵。

制冷剂作为媒介，吸收空气中的热量蒸发，制冷剂汽化温度低，在-40℃即可汽化，故此，它与外界温度存在着温差，冷媒吸收了外界的温度后汽化，经过压缩机，汽化后的制冷剂温度上升，能量提高，变成高温高压气体，之后，经过水箱，把热量传递给水，制冷剂自己冷却后冷凝，再经过膨胀阀通过小孔膨胀进一步降低温度，回到低温低压的液化状态，通过制冷剂的不断循环并与水交换热量，将水罐中的水加热。再次与空气热交换开始下一个循环。这个循环体系主要是通过制冷剂吸收空气中的热量再利用压缩机对制冷剂做功，对其进行加热，再将热量用于水的加热。