與建築物相結合的多重溫室太陽能熱利用裝置的製作方法
2023-10-19 19:41:22
專利名稱：與建築物相結合的多重溫室太陽能熱利用裝置的製作方法
技術領域：
本發明是一種新型太陽能熱利用裝置。
背景技術：
現有太陽能熱利用技術主要有兩大類平板和真空管太陽熱水器。前者由於頂面散熱損失嚴重而導致熱效率很低，僅35％左右，後來用「蜂窩」來強制抑制頂部散熱，效率最高也僅達50％。後者用「真空」來強制抑制頂部散熱，熱效率有所提高，達58％，這仍然很有限。而且由於真空技術極複雜、難度極大，使成本急劇提高現市場銷售價已達5000---6000元/臺。大多數人完全無法承受。
發明內容
為了克服現有平板太陽熱水器的上述不足之處，本發明將其作了進一步改進，將它與「多重溫室」相結合，並與建築物相結合，這樣可以同時降低成本、提高熱效率，而且製造、運輸、安裝、使用也更方便。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案，主要有如下6個新的基本結構特徵，現分別說明如下特徵一「窗戶型多重溫室太陽能熱利用裝置」基本結構特徵其基本結構是將日光溫室作重要改進後，安裝在建築物的窗戶外面下端，然後將太陽能集熱器放置於溫室中，而熱水箱則一般放置於陽臺內或室內。其具體結構見圖1、圖2、圖3。
圖1、圖2是窗戶型多重溫室太陽能熱利用裝置的側面剖面圖，多重溫室先由硬質材料(角鋼等)製成骨架，受光面由多層透明簿板或簿膜(1)構成，它與由保溫材料製成的底面(2)、頂面(3)、背面(4)和兩個側面均連結在骨架上，構成一個封閉的多重溫室，側面呈梯形。背面(4)為豎直的平面，與窗框(5)的下半部或窗戶下端牆壁(6)的外表面密切接觸並用螺釘固定牢固。
多重溫室可以與室內或陽臺內連通，如圖1，將溫室背面(4)處的窗玻璃去掉，背面(4)的板子也去掉，只剩下四周的邊框與窗框(5)連結。這樣，室內或陽臺內的空氣可以與溫室內的空氣互相對流。這一般適用於陽臺的窗戶，因下端牆壁(6)較矮，離地面(26)只高0.5----0.6m，可以不動(不挖)牆壁。
多重溫室也可以與室內不連通，如圖2，下端牆壁(6)將室內空氣和溫室內空氣隔開，互相不能對流。這一般適用於無陽臺的窗戶，因下端牆壁(6)較高，離地面(13)高1.2m左右。
將太陽能熱水器的集熱器(7)傾斜放置於多重溫室內，見圖1、圖2。將較小型的開水箱(8)固定在室內或陽臺內靠窗戶處，例如通過支架(13)把它固定在窗框(5)上，也可以將它固定在集熱器上端與集熱器一起放置於多重溫室內(見圖4)。而較大型的熱水箱(9)則固定在室內或陽臺內靠近窗戶的上端牆壁(10)、陽臺內或室內後牆壁(17)、側面牆壁(42)和天花板(11)處。用密封軟管(12)穿過窗戶將集熱器(7)與開水箱(8)和熱水箱(9)密封連通。室內自來水管也與開水箱(8)和熱水箱(9)連通以輸送冷水。還有管道將熱水箱(9)的熱水輸送到室內用水處(款洗間或廚房)。開水可直接從開水箱(8)的開關(16)接出，也可從與集熱器(7)的下端相連結的軟管(15)左端的開關接出。
這樣就構成了「窗戶型多重溫室太陽能熱利用裝置」，它的正視圖(從陽臺內看窗外的正視圖)如圖3集熱器(7)(可以是1個、兩個或多個)通過密封軟管(12)與開水箱(8)密封連通，集熱器(14)(也可以是1個、兩個或多個)通過密封軟管(12)與熱水箱(9)密封連通。
該裝置的工作原理如下太陽光透過多層透明簿板或簿膜(1)照射到集熱器(7)或集熱器(14)上並將其中的水加熱，這些熱水再通過密封軟管(12)與熱水箱(9)或開水箱(8)中的冷水對流循環、將冷水加熱，實驗已證明還可以一年四季都將冷水燒開。
上述新結構產生的有益效果是------熱效率高達90％以上多重溫室能大幅度提高溫室內溫度、即集熱器的環境溫度，減小集熱器與環境的溫差、即減少集熱器的散熱損失，從而大幅度提高集熱器的熱效率。實驗已證明在青海省西寧市這樣的高寒地帶，12月份溫室內都可達40---50℃以上，05年12月8日達51℃，12月22日(冬至)都達46℃。據測試，這時熱效率達90％以上(當代最好的真空管太陽熱水器僅達58％)，還要外加從環境向熱水器倒流的熱量----因多數時間環境溫度高於熱水器水溫，熱量不但不從集熱器散失，反而必然從環境向熱水器倒流。
------總成本不到真空管的50％一個能放置集熱面積1～1.5m2集熱器的窗戶型多重溫室的成本僅50--60元。溫室內的環境極為乾燥、穩定，不受風雨雪等任何外界因素的影響，因此對集熱器的材料、強度、製造工藝等各方面的要求都可大幅度降低，可用平板集熱器，而且只需用簡單較簿的保溫層。這樣，每m2集熱器成本僅100元左右，整個太陽熱水系統(容水量120---150公斤)的總成本僅400元左右。而真空管的相應成本為800--1000元。以上均為2005年的實驗(實際製造)數據。
------生產設備投資也比真空管少很多真空管要150多萬元，而該產品只要幾萬元。
-----安裝、日常維護-維修，都比真空管簡單很多，這一切都可在「家裡」進行專業工人安裝該裝置象安裝一幅窗簾那樣簡單，日常維護(例如擦去溫室外頂面的灰塵)，相當於擦一個玻璃窗，等等，都是舉手之勞。而對真空管太附熱水器，幹這一切都要爬上房頂----而一般用戶是不可能爬房頂的，都要花錢請專業工人，這些都是很麻煩的。
------使用極為方便進、出水管都與開、熱水箱固定連接好，整個裝置平時都不移動。開關一開，即可從自來水管給水箱上冷水，有管道將熱水自動輸到用水處----款洗間或廚房。從開水箱可直接將開水接到家用保溫瓶中，或將集熱器管道直接與家用飲水機的開水箱有機的連接，使飲用開水更加方便。
-----對與陽臺連通的溫室，北方冬天還可利用室內的暖氣，使溫室內晚上也不結冰。這使平板太陽熱水器可以在北方一年四季使用(原來只能使用三季，冬天因要結冰不能使用)，這也已經得到實驗證實。
-----其他方面它完全不影響窗戶採光。完全不影響陽臺或房間的使用面積、也可裝飾得很美觀。溫室和集熱器都位於窗戶外面，集熱器的傾斜角和方位都可以任意調節，因而可以充分接收來自任何方向和高度的太陽光。由於在乾燥、穩定的環境中，材料不會損壞，因此使用壽命也比真空管長。整個樓房各住戶的多重溫室可以按統一標準伸出窗外、並將外表裝飾得很美觀而不影響住宅區外部環境的美觀。真空管太陽熱水器因放房頂而影響住宅外部環境的美觀，很多住宅區不準在房頂放置太陽熱水器。
如此等等，其有益效果還有很多。
特徵二多重溫室的新結構特徵為了提高多重溫室內的溫度，可採用如下新結構措施----溫室的頂面(受光面)由多層透明簿板或簿膜(1)構成，每兩層之間一有一空氣層，故稱為多重溫室。這樣，熱量更不容易散發到溫室外面。多層透明簿膜都很簿，也不影響太陽光透入溫室。
----溫室的底、側、背面，都有硬質材料(角鋼等)製成的骨架，再貼上保溫材料，並在其內表面上，貼上旣容易吸收太陽光熱量、又容易散熱、本身溫度又容易升高的物質，例如在沙子上澆上黑色瀝青油漆，等等。
----多重溫室儘量密封，將背面作成平面，與窗框或牆壁貼緊密封，使溫室內外空氣互不流通。
上述新結構措施產生的有益效果，都是有利於升高溫室內溫度、減少溫室的散熱損失，即提高集熱器的環境溫度，從而提高熱效率。
特徵三多重溫室的交叉雙尖窄狀結構特徵其具體結構見圖4(側視圖)在原有窗戶型多重溫室的裡面，再加放傾斜角較大的多層透明簿膜(18)和傾斜角較小的多層透明簿膜(19)，二者在A處連結。於是就構成接近「水平放置」的尖窄狀、類似梯形的結構ABCD因CB邊很短，僅幾公分，AD也只有十幾----二十幾公分，故其側面形狀為類似梯形的尖窄狀結構，又構成「豎直放置」的尖窄狀、類似梯形的結構DEFG同樣，因EF邊、GD邊都很短，其側面形狀也為類似梯形的尖窄狀結構。二者在A、D、G處互相交叉連通，故稱為「交叉雙尖窄狀結構」。
然後將集熱器(7)或集熱器(14)傾斜放置於梯形DEFG中，再在邊(2)的上表面鋪上吸收率高、又能及時散熱的黑色物質(20)。原來頂面的多層透明簿板或簿膜(1)就可以只是1層或2層。其餘連接結構(水箱等)不變。
此結構產生的有益效果是[1]太陽光除了照射到集熱器上，還同時照射到集熱器之外的面積、邊(2)的上表面黑色物質(20)上，其吸收和散發的熱量(熱空氣)必然自動上升到梯形DEFG內、使其溫度更高，即集熱器的環境溫度更高，因而熱效率更高，也就是利用了集熱面之外的太陽光來提高環境溫度和熱效率。[2]實驗證明尖窄狀的溫室內的溫度更高，而這種位於原有窗戶型溫室內的「交叉雙尖窄狀結構」使溫室內溫度更進一步提高、熱效率也更進一步提高。
特徵四多重溫室的豎直雙尖窄狀結構特徵其具體結構(側視圖)見圖5多重溫室仍由各面緊貼在硬質骨架上抅成。作得較長，其背面仍是平面，緊密貼在無窗牆壁(25)上(可用膨脹螺釘固定牢固)。受光面由傾斜透明簿板或簿膜(22)和豎直透明簿板或簿膜(28)組成，底面(2)和兩個側面仍有保溫材料。
太陽能集熱器(7)傾斜放置在溫室內上部，上端靠在牆壁(25)上，下端放在與牆壁(25)牢固連結的板架(27)上。上端的軟管(12)穿過牆壁與室內的水箱密封連通。傾斜板(21)放置在溫室內下部，其上端與板架(27)相連、下端與底面(2)相連，其外表面貼有黑色物質(20)。
在溫室內上部，再加放多層透明簿膜(24)，它與傾斜集熱器(7)抅成一個側面形狀為尖窄狀的四邊形abcd。在溫室內下部，再加放多層透明簿膜(23)，它與傾斜板(21)抅成一個側面形狀為尖窄狀的類似三角形的結構abe，並與尖窄狀的四邊形abcd連通。由於二者都沿著豎直方向，故稱為「豎直雙尖窄狀結構」這樣，太陽光同時照射在集熱器(7)和傾斜扳(21)外表面的黑色物質(20)上，前者仍然用太陽光熱量製造熱水，而後者則用太陽光熱量製造熱空氣-----黑色物質(20)吸收太陽光能量，轉變成熱能後再散發到類似三角形結構abe內的空氣中，這些熱空氣必然自動上升到四邊形abcd內、用於提高集熱器(7)頂面的環境溫度、從而提高熱效率。由於類似三角形結構abe和四邊形abcd都呈尖窄狀，它們內部的環境溫度更高、從而熱效率也更高。
這種結構一般安裝在樓房牆壁的沒有窗戶的部位，因此牆壁有足夠的豎直長度可以利用，而且完全不影響窗戶的使用、美觀等等。該結構外表也可統一製作得很美觀，不影響住宅區的外部環境。
以上特點也是該結構的有益效果。
特徵五多重溫室內集熱器的新結構特徵圖6是現有平板集熱器(7)的基本結構的側視圖。其底、側保溫層(31)緊貼在集熱器水箱(29)的外底面和側面(其外表面塗有黑色光譜選擇性塗層)，頂部連有多層透明面蓋(30)，上端的軟管(12)用於與開、熱水箱密封連接。現將其作如下改進
1、集熱器水箱(29)用金屬簿板作成超簿夾層，其三視圖如圖7。夾層內空間厚度只有1-10mm，即每m2容水量只有2、3kg。夾層內充水，夾層外表面塗有黑色光譜選擇性塗層。其有益效果是夾層內的水很容易被曬熱，然後通過對流迅速將熱量傳遞到熱水箱(9)或開水箱(8)的水中。實驗已證明簿的夾層比厚的夾層更容易將水燒熱、特別是更容易將水燒開。
2、如圖8，超簿夾層集熱器水箱(29)內也可以充其他非水液體，夾層內空間厚度只有1-10mm，並與軟管(12)內和熱交換器(32)內的非水液體互相密封連通，仍以對流方式互相傳熱。熱交換器(32)也由一些中空的管道連通抅成，再密封伸入開水箱(8)或熱水箱(9)(即其中的水不能從密封處(33)漏出)，以傳導傳熱的方式將其中的水燒熱或燒開，但熱交換器(32)內的非水液體不能洩漏到其中的水中。
3、圖7所示超簿夾層集熱器水箱(29)，也可用透明簿板製成(夾層內空間厚度仍只有1-10mm，)，其背面塗有黑色光譜選擇性塗層(34)，或在其背面再緊挨著貼一層內部充滿黑色液體的透明夾層(35)，超簿夾層集熱器水箱(29)內仍然充水，並通過軟管(12)與開、熱水箱直接密封連通。
工作原理太陽光會透過集熱器水箱(29)這一透明夾層和其中的水，照射在背面的黑色光譜選擇性塗層(34)上，或照射在背面內部充滿黑色液體的透明夾層(35)上，轉變成的熱量再從集熱器水箱(29)這一透明夾層的底面(背面)加熱夾層中的水，並通過軟管(12)對流，最終加熱開、熱水箱中的水。
這種結構產生的有益效果是[1]太陽光能量從集熱器水箱(29)這一透明夾層的底面(背面)轉變成熱能來加熱夾層中的水，因此它的透明頂面(36)的溫度就很低-----與夾層內和它接觸的水的溫度相等，因此透明頂面(36)的散熱損失就很少。當環境溫度高於水溫時，集熱器熱量不但不損失，反而從環境向集熱器水箱(29)中的水倒流更多的熱量，因此會得到更多的熱水。
實驗早已證明很多黑色液體對太陽光的吸收率接近1，而發射率接近0，超過最好的光譜選擇性塗層，而且還有不易損壞、即壽命長等優點。因此，用內部充滿黑色液體的透明夾層(35)來取代光譜選擇性塗層，熱效率更高。
4、圖7所示超簿夾層集熱器水箱(29)，也可以只是頂面(36)用透明簿板製成，其背面、側面可用不透明簿板製成，夾層內充滿黑色液體，夾層內空間厚度只有1-10mm，並與軟管(12)、熱交換器(32)中的黑色液體互相密封連通。熱交換器(32)再密封伸入開水箱(8)或熱水箱(9)(即其中的水不能從密封處(33)漏出)，以傳導傳熱的方式將其中的水燒熱或燒開，但熱交換器(32)內的黑色液體不能洩漏到其中的水中。此結構就不再需要其內部充黑色液體的透明夾層(35)，其背面也不需要再塗黑色光譜選擇性塗層(34)。
這種結構產生的有益效果仍然是黑色液體對太陽光的吸收率接近1，而發射率接近0，透明頂面(36)的溫度很低、散熱損失很少，反而從環境向集熱器倒流更多的熱量-----最終是熱效率更高、會得到更多的熱水。
特徵六新型空氣集熱器和多重溫室熱空氣源熱泵將金屬簿片上先畫出多條等距離的平行線，再沿平行線折迭成圖12所示的形狀多個同樣的三角狀的「山峰」依次相連，其橫截面為多個同樣的三角形依次相連，就構成三角狀金屬簿片(45)，見圖12。也可以將金屬簿片折迭成叉狀金屬簿片(58)-----其側面象金屬叉，見圖14。將這兩種金屬簿片的上表面塗上黑色光譜選擇性塗層、下端多個稜角與集熱器底面保溫層(31)固定連接，見圖12、圖14。再用它取代圖6所示的平板集熱器內的水箱(29)，就構成圖13和圖14所示的太陽能空氣集熱器。它的上端開有出氣口(49)、下端開有進氣口(50)。將它放置於多重溫室abcdef內，使其上端與溫室內背面的內表面連接、下端與溫室內底畫的內表面連接。
熱交換器(32)由彎曲的管道構成(一般用金屬管)，放置於熱水箱(9)中、與熱水箱(9)內的底面連接，但管道向上彎曲，使其進氣孔(57)、出氣孔(58)位於水箱(9)的上邊緣，這樣水箱(9)的底、側就不再打孔，見圖15。
出氣保溫管道(51)穿過多重溫室，依次與出氣口(49)、空氣泵(52)和熱交換器(32)的進氣孔(57)密封連通。還有進氣保溫管道(53)也穿過多重溫室，兩端分別與熱交換器(32)的出氣孔(58)、集熱器的進氣口(50)密封連通，就構成一種新型的「多重溫室熱空氣源熱泵」，見圖15。
它的工作原理如下太陽光透過溫室和集熱器的透明頂面，射到三角狀金屬簿片(45)或叉狀金屬簿片(58)的表面上，該表面上的黑色光譜選擇性塗層充分吸收太陽光並轉變為熱能，再散發到集熱器內的空間中----因金屬簿片呈三角狀或叉狀，又是兩面同時散熱，就大大的增大了散熱面積，使散熱更充分。
因集熱器傾斜放置，熱空氣從三角狀金屬簿片(45)或叉狀金屬簿片(58)的上下兩面上升，從出氣口(49)沿出氣保溫管道(51)從進氣孔(57)流進熱交換器(32)、將熱量傳遞給水箱(9)中的水。降溫後的熱空氣再從熱交換器的出氣孔(58)，沿進氣保溫管道(53)從集熱器的進氣口(50)流進集熱器內部的下端，再被加熱、上升…如此連續往復循環，水箱(9)中的水就逐漸被加熱。氣泵(52)可以控制熱空氣的流動速度，使水箱(9)中的水能充分的從熱交換器(32)吸熱。
這種新型的「熱空氣源熱泵」產生的有益效果主要是由於空氣集熱器不斷由太陽光產生熱空氣，使熱空氣有了來源，而且溫度更高(實驗證明冬天溫室內氣溫都達70-80℃，夏天溫度更高)，因此輸出能量(加熱水)與輸入能量(耗電)之比，遠遠超過現有空氣源熱泵的2、3倍；而且由於集熱器大大簡化，不再需要容水的集熱器和輸水管道那一整套系統(是平板集熱器中的主要系統，加工維修較難、成本較高)，而代之以極為簡單、便宜、輕便的金屬簿片和空氣管道，等等，就使成本大幅度下降；此外還有冬天絕對不怕凍、加工製造和安裝維修簡單方便等眾多的優點。
在現實中，「熱空氣源」還有很多，例如室內的暖氣、工廠的高溫車間(特別是煉鋼高爐車間等)、太陽照射的地面----特別是荒山坡、有石頭的河灘、沙灘，戈壁、沙漠，甚至人工的水泥地面、房頂、牆面，都會自然產生大量熱空氣。只需將上述空氣集熱器稍加改進，就可作為上述「熱空氣源熱泵」的熱源、產生廉價熱水。祥見下文「實施例八、九、十」。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1、圖2是窗戶型多重溫室太陽能熱利用裝置的側面剖面圖。
圖3是窗戶型多重溫室太陽能熱利用裝置的正視圖。
圖4是多重溫室的交叉雙尖窄狀結構側視圖。
圖5是多重溫室的豎直雙尖窄狀結構側視圖。
圖6是平板集熱器的基本結構的側視圖。
圖7是超簿夾層集熱器水箱的三視圖。
圖8是充其他非水液體(包括黑液體)的太陽能集熱裝置的原理圖。
圖9是多重溫室在房頂大面積組合-集體化使用的基本結構示意圖。
圖10是無窗牆壁組合型多重溫室太陽能開水熱水系統的外觀立體圖。
圖11是圖10所示裝置的側面剖面圖。
圖12是三角狀金屬簿片與集熱器底面保溫層連結的部件圖。
圖13是新型太陽能空氣集熱器的立體圖，圖14是連接有叉狀金屬簿片的新型太陽能空氣集熱器的側面剖面圖。
圖15是新型多重溫室熱空氣源熱泵基本結構的立體圖。
圖16是利用地面太陽能熱源的新型空氣集熱器基本結構的立體圖。
圖17、圖18是利用現有暖氣片、暖氣管熱源的新型空氣集熱器基本結構的立體圖。
具體實施例方式
將以上5個新結構特徵進行不同的有機組合，還會產生更多的新結構特徵和更多的有益效果。經過仔細研究和實驗，本發明共精選出10個具體實施例，現分別說明如下。
實施例一家庭窗戶型多重溫室太陽能開水熱水系統該系統設計時首先考慮到如下特點每個家庭所需熱水可分為兩類一類是「低溫熱水」，主要用於洗澡、洗衣、洗臉腳等。另一類是開水或「高溫熱水」，也可統稱「廚房用水」，用於直接飲用、作飯菜等。
對低溫熱水的水質、水溫的要求都不高。水溫40℃左右即可，水箱等用廉價的鍍鋅鐵板製造即可。這種熱水成本較低，但需要量較大，水箱容水量需80-150公斤。
開水或高溫熱水對水質的要求較高，必須符合飲用衛生標準。因此水箱等必須由昂貴的不鏽鋼或鋁合金材料製造。對水溫的要求也較高，最好能燒開或燒到70、80℃(太陽不大時)，再直接用於燒開水或燒飯菜，就可很快燒開。這樣才能較多的節約能源。這種熱水顯然成本較高，但需要量不大，一個三口之家每天10公斤左右足夠，大一點的五口之家每天十幾公斤也已足夠，相當於普通家用小水桶一桶水(從衛生角度要求，廚房用水應包括洗碗洗菜等所用低溫熱水，這時可用開水或高溫熱水兌上冷水成為低溫熱水使用，也可用開水箱(8)燒低溫熱水)。
該系統就是根據家庭用開熱水的上述實際需要的特點設計製造----其顯著特點是將開水、熱水分開，也就是將太陽開水系統和熱水系統分開製造和分別使用，這樣可以巧妙的降低成本、又能滿足實際需要。其具體特點如下1、水箱的安裝位置及使用方式，見圖3容水量80---150公斤的保溫大熱水箱(9)安裝在室內或陽臺內窗戶上面挨到天花板的牆角處(這樣可以產生較大的下流壓力)，有與它連通的管道挨著牆壁穿過裡面房間通往款洗間等用水處，並與自來水管連通。只需合理控制開關，就既可自動流下熱水、又可將自來水冷水自動灌入水箱(9)，即用水、上水都極為方便。儘管系統規模較大，但水箱(9)、各種水管、開關等都只使用耐40℃左右低溫的廉價材料和工藝製造，故成本仍然很低，約300---400元/套。
而容水量15---20公斤的保溫小開水箱(8)(直徑、高度僅約0.3---0.4m即可)，則安裝在窗臺上或稍高一些即可。它的下端有開關(對圖1、圖5那種安裝方式，集熱器(7)的下端還連接有出水軟管(15)，它的左端也有開關)，可直接流下開水或高溫熱水，灌入家用保溫瓶，提到廚房等處使用。也有管道將它與自來水管連通，同樣開關一開即可自動灌入冷水。即用水、上水仍然非常方便。儘管水箱(8)、水管、開關等都要用耐100℃高溫並符合飲用衛生標準的、較昂貴的材料和工藝製造，但因規模小----每個家庭只需要這麼小的規模就已足夠----因此成本仍然較低，約200---300元/套。
2、熱水箱(9)、開水箱(8)分別與各自的集熱器(1個或多個)相連，例如圖3中，兩個集熱器(14)通過軟管(12)(穿過牆壁或窗戶)與熱水箱(9)相連，而另兩個集熱器(7)則通過軟管(12)(也是穿過牆壁或窗戶)與開水箱(8)相連。每個集熱器都傾斜放置在自已的多重溫室內。多重溫室的安裝位置和自身的不同結構、集熱器的各種改進結構、整個裝置的工作原理以及眾多的優越性等等，見圖1、圖2、圖4、圖5、圖7和圖8，已由上文特徵一-----特徵五祥細描述。
實施例二辦公室窗戶型多重溫室太陽能開水系統實施例一中的開水系統，也適合安裝在辦公室的有陽光的窗戶上。因辦公室一般沒有低牆的陽臺，只有牆高約1.2m的窗戶，所以只適合安裝圖2和圖5所示的多重溫室(與室內不連通，因有牆壁隔開)。開水箱(8)就固定在窗臺上，與之相連通的集熱器仍傾斜放置於窗外下端的多重溫室內，其大小和個數，由辦公室人員的開水需要量決定。
特別是，可以將太陽集熱器的軟管(12)與通常的電加熱飲水機相連---有機組合，可以節省很多電能，並使飲用開水更加方便。
由於辦公室數量巨大-----每個單位都有大量辦公室，因此該產品的市場和經濟效益，也將非常巨大。
實施例三房頂多重溫室太陽能熱水器也可採用現有真空管太陽熱水器一樣的使用方式將多重溫室放上大樓房頂並固定牢固，透明受光頂面正對南方。這時該溫室必須全封閉，集熱器和水箱(9)也一起放進溫室，水箱(9)位於傾斜放置的集熱器上端並與集熱器連通。水箱(9)的進出水管穿出溫室沿房頂伸進下面房間通往用水處。
與現有真空管太陽熱水器相比，這種實施方式仍然具有熱效率高、成本低等有益效果。
實施例四房頂多重溫室大面積組合太陽能熱利用裝置-集體化使用方案可將放在房頂的多重溫室作成長條形，見圖9，長度與大摟房頂(37)的長度相當，從十幾m到幾十m。為避免大風的損壞，不宜太高，高1m左右即可。
因此寬度也只有1-2m。透明受光頂面仍正對南方，其外形如圖9中的長條形溫室(38)，圖9中南面牆壁上畫有一系列窗戶(43)。
將多個同樣的這種長條形溫室等距離平行排列，如圖9中的溫室(38)、溫室(39)…溫室(40)等等，就在房頂形成「多重溫室陣」的大面積組合，可以布滿整個大摟頂面。
每個長條形多重溫室內，傾斜放置有多個集熱器，總長度也與溫室長度相當。集熱器上端，不是水箱、而是等於溫室長度的長水管與集熱器上端平行，並有多根軟管(每隔一定距離1根)與集熱器密封連通，使集熱器中的熱水與長水管中的冷水互相對流。長水管的一端從溫室的一端伸出，與大摟內的自來水管連通，用於輸入冷水。長水管的另一端從溫室的另一端伸出，與摟頂特製的保溫大熱水箱(41)連通，見圖9(集熱器和各種管道都在溫室內或大樓內，故圖9中未畫出)。
大熱水箱(41)最好安裝在大摟每個單元頂樓的樓梯上部空間、緊挨天花板處(這裡一般都有較大的空餘空間)。大摟的每個單元都在同樣位置安裝這樣一個大熱水箱(41)。大熱水箱(41)有保溫熱水管穿過牆壁通往本單元每戶人家的用水處(廚房、款洗間等)。
該裝置的工作原理如下大摟內的自來水冷水，沿溫室外水管流入長條形多重溫室內、集熱器上端並與集熱器平行的長水管，長水管中的冷水通過與集熱器連通的軟管，與集熱器中被太陽曬熱的熱水對流，使長水管中的冷水變熱，變熱的水再沿該長水管穿出溫室，流入大樓內的保溫大熱水箱(41)，再沿其保溫熱水管穿過牆壁流到每家住戶的用水處。整個過程連續進行冷水連續從自來水管流入溫室內長水管，變成熱水後又連續流入大熱水箱(41)。當然，在該裝置相關部位安裝有自動定溫放水儀器等全套控制裝置，並有人作日常管理(可由物業管理工人兼管)，等等。
該裝置產生的有益效果是1、實現了「集體化使用」，有人統一管理，用戶自己不用操心，開關一開就有現成的太陽能熱水開水。
2、大熱水箱保溫性能好----每個單元就按十幾----二、三十家住戶計，水箱容水量也要上千、甚至幾千公斤。這樣大的水箱，熱水七、八天都不會冷卻。也就是連續七、八天陰雨天，也有太陽能熱水使用。
3、熱水箱越大，它裝的水的內部越容易和空氣隔絕，細菌在水中不能生長，水越清潔、水質越好，相當於無菌的泉水----人工製造的溫泉。
4、規模越大，單位裝置的成本就越低。該裝置本來成本就低(見上文特徵一)，現在規模比單家單戶大得多，因此單位裝置的成本就更低。
5、該裝置同樣具有壽命長、熱效率高(達90％以上)，還要外加從高溫環境向熱水器倒流的熱量等優點。
6、如果在城市裡大樓密集的地區，在多座大樓的整個樓頂，都安裝上這種大面積裝置，則所產生的太陽能熱水開水的數量就極為巨大並且廉價。這就可以在城市創辦「太陽能開水熱水自來水廠」，集體供應城市的大片區域，甚至可以供給北方冬天的暖氣用熱水。
實施例五無窗牆壁組合型多重溫室太陽能開水熱水系統一般建築物，特別是住宅樓，在豎直的兩排窗戶之間，往往有較寬的、沒有安裝窗戶的牆壁，而且從房頂一直連續延伸到地面，都無窗戶。這裡正好安裝從上到下連續組合的多重溫室太陽能開水熱水系統。其具體結構見圖10、圖11。
圖10是這種「無窗牆壁組合型多重溫室太陽能開水熱水系統」的外觀立體圖在兩排豎直排列的窗戶(43)之間的無窗牆壁上，安裝上長條狀立方體多重溫室abcdefgh，從房頂(37)一直連續延伸到地面(26)。其結構仍一般先作硬質骨架固定在牆壁上，其他面的材料則緊貼固定在骨架上。其中，頂面efgh必須是多層透明的板或簿膜，側面aehd和側面bfgc可以是透明材料，也可以是不透明的保溫材料。頂面abfe和底面cdhg用保溫材料。
圖11是圖10所示裝置的側面剖面圖。在溫室abcdefgh內部，傾斜放置有多個太陽能集熱器(7)，由上到下沿豎直方向排列、組合，每個集熱器(7)的中部一般位於天花板(11)的位置，即窗戶(43)的中、下端。其上端靠在外牆(44)上，其下端放在與外牆(44)牢固連結的支架(27)上。其上端的的軟管(12)穿過外牆(44)，將集熱器(7)和室內的開水箱(8)或熱水箱(9)互相連通-----即在一個長條狀多重溫室abcdefgh內部，從上到下組合安裝有多套太陽開水熱水器，一般每個家庭一套。
這種結構產生的有益效果是可以充分、完整地利用建築物的無窗牆壁，完全不影響窗戶結構和採光；由於多家用戶共用一個長條狀溫室，因此每戶分擔的溫室的成本更低；統一製作的長條狀溫室的外表可以很容易作得很美觀，完全不影響住宅區外部環境的美觀，等等。
實施例六野外多重溫室大面積組合太陽能熱利用裝置-大規模廉價集體化使用方案可以將實施例四中的「多重溫室陣」的大面積組合裝置在野外實施在野外的荒山荒坡、沙漠、戈壁、草原，甚至河流、公路的上空，都可以實施。這些地方一般都在城市的附近，離開熱水的用水處----城市、工廠、住宅區等-----都有一定距離，因此要修建專門的冷水輸水管(進水管)，將冷水輸到「多重溫室陣」的一端。在這裡被太陽光加熱成開水、熱水後，又要從另一端沿著專門修建的保溫輸水管(出水管)，輸到用水處。在「多重溫室陣」裡，各種水管、集熱器等的連結方式，與實施例四相同。
這種野外裝置產生的有益效果是1、規模更大，「多重溫室陣」可以大到數平方公裡、甚至數十、數百平方公裡。可以成為對國家有重要作用的「能源基地」。產生的太陽能開水、熱水，甚至可以供應整個工業區、甚至供應整個城市。例如，內蒙、新疆、青海等西北各省，佷多城市附近都有大量荒山荒坡、沙漠、戈壁、草原等，在這些地方修建這種大面積太陽能裝置，完全可以供給整座城市太陽能開水、熱水。
2、由於規模更大，產生的太陽能開水、熱水的成本將會更低。
3、以上優點就決定了產生的經濟效益將會更大。
實施例七將實施例一、二、三、四、五、六中的太陽能集熱器改換成圖13或圖14所示的太陽能空氣集熱器，並將它象圖15那樣用保溫管道與氣泵(52)、水箱(9)、熱交換器(32)相連接(參看上文特徵六)，就構成各種與建築物相結合的和野外大面積組合的多重溫室熱空氣源熱泵----又一種新型太陽能熱利用裝置。
它仍然具有實施例一-----六的有益效果，而且還有進一步大幅度降低成本、冬天絕對不怕凍、加工製造和安裝維修極為簡單方便等眾多新的有益效果。
實施例八將圖13所示集熱器的底面保溫層(31)和與它相連的三角狀金屬簿片(45)拆去，就剩下一個透明的「蓋子」----四個側面的上邊緣密封連結著透明面蓋。將這樣的「蓋子」蓋在太陽照射的地面上(四個側面的下邊緣與地面非密封連結，即留有一些縫隙，便於空氣進出)，也就構成一種太陽能空氣集熱器因為這些地面----特別是荒山坡、石頭河灘、沙灘，戈壁、沙漠，甚至人工的水泥地面、房頂，等等----能有效吸收太陽光並轉化成熱量散發出來，使夏天地面溫度高達60-70℃。如果再在這些地面上塗抹上某種黑色光譜選擇性塗層或黑色物質，則吸收太陽光的效果更好。
將這種「透明蓋子空氣集熱器」同樣象圖15那樣用保溫管道與氣泵(52)、水箱(9)、熱交換器(32)相連接(參看上文特徵六)，最終使熱水箱(9)中的水變熱，就構成一種野外大面積組合的簡易多重溫室熱空氣源熱泵----又一種新型太陽能熱利用裝置。
它新產生的有益效果是成本更低、更容易製造、安裝、維修，更容易實現野外大面積利用太陽熱能。
實施例九將實施例八的透明「蓋子」罩在室內那種與熱源連通的暖氣管或暖氣組片上，就是暖氣管或暖氣組片(56)與「蓋子」的內表面非密封連接，即不一定密切接觸，有一點空隙也可，就象室內裝修中「包暖氣」一樣。這時頂面不一定透明，也可用不透明材料製造。這也是一種「熱空氣源集熱器」。見圖17，此方案特別適用於「方形」的暖氣組片。同樣將它象圖15那樣用保溫管道與氣泵(52)、水箱(9)、熱交換器(32)相連接(參看上文特徵六)，最終使熱水箱(9)中的水變熱，就構成一種新型的「暖氣熱空氣源熱泵」。
實施例十將實施例八的透明「蓋子」的四個側面和頂面都用不透明保溫材料構成並形成長方體形或園形、橢圓形，將與熱源相連通的暖氣管(48)或暖氣組片包住，即與其內表面非密切接觸的連接，見圖18，此方案特別適用於園形的暖氣管。同樣將它象圖15那樣用保溫管道與氣泵(52)、水箱(9)、熱交換器(32)相連接(參看上文特徵六)，最終使熱水箱(9)中的水變熱，就構成又一種新型的「暖氣熱空氣源熱泵」。
實施例九、十的有益效果主要是能利用暖氣來產生熱水。實驗證明它不會因此降低室內的溫度因暖氣管在連續不斷的散熱，相當多的熱量散發到室外去了，利用它來加熱水，只不過少散發一些熱量到室外而已。這就多了一份收穫。
總的說來，本發明所述的「多重溫室太陽能熱利用裝置」，看來是找到了一個比真空管更好的太陽能熱利用方法。因為如上文特徵一～特徵五的論述，它在熱性能、成本(包括生產設備投資)、安裝-維修-日常維護、使用方便程度，以及使用壽命、保持環境美觀等等各方面，都比真空管好。它在本人家裡已投入了實際使用，並作了大量的相關實驗。根據已有的實驗事實，已可以確認如下看法-----該裝置為家庭使用太陽能開水熱水，找到了一個比較完善的解決方法可以非常方便地一年四季使用極為廉價的太陽能開水和熱水。而且隨著高層建築的迅速增多，適合在窗戶使用的家庭，遠遠多於適合在房頂使用的家庭，因此它將會使更多的人受益，市場前景也比真空管廣闊得多。
-----美國人曾作出這樣的結論冬季使用太陽熱水器在經濟上是不合適的。我國國家標準對太陽熱水器的檢測時間範圍，也不包括冬季。現在這些結論已經可以改變，在本人家裡的實際使用證明在青海省這一青藏高原北方高寒地帶的冬天，在太陽輻射量最低的冬至(12月22日)這一天，仍然燒開三次，溫室內達46℃(12月8日達51℃)，兩個集熱面積僅0.35m2的小型太陽能開水系統，共得十餘公斤開水，外加4-5公斤高溫熱水。熱水系統所產40---45℃的低溫熱水仍可滿足三口之家的洗衣洗澡，而開水、熱水這兩套系統的總成本才500---600元(真空管僅一套熱水系統，成本就要800-1000元)。這些數字已證明比燒天然氣、電灶更便宜。
-----如果在整個房頂、野外實現大面積使用，將會大規模產生大量廉價太陽能開水、熱水，經核算，其成本可與煤炭、天燃氣所燒開熱水競爭，從而有可能實現21世紀人類太陽能熱利用的長遠目標即全社會的人民生活和工業用開水、熱水，主要由太陽能供給，能頂替煤、天然氣、石油相當部分作用，甚至起到全局性作用-----因此它最終必將廣泛推廣並取代真空管，其科學技術意義非常重大。
權利要求
1.一種與建築物相結合的多重溫室太陽能熱利用裝置，它由太陽能集熱器和水箱通過管道互相連通抅成，其特徵是[1]多重溫室由底面、背面、兩個側面和頂面互相密封連結構成，頂面由多層透明的簿板或簿膜(1)抅成，每兩層透明的簿板或簿膜之間，有空氣層，其他面由硬質骨架和保溫材料抅成，其內表面由黑色物質抅成；[2]多重溫室的背面與建築物窗戶外面的牆壁密切接觸牢固連結(多重溫室與室內不連通)，或與建築物窗戶外面的窗框密封牢固連結(其背面為活動的可裝卸結構，多重溫室與室內連通或不連通)；[3]太陽能集熱器(7)的上端與開水箱(8)密封連通、並與溫室內背面的內表面連接，其下端與溫室內底面的內表面連接，其下端的管(15)的另一端連有開關；[4]太陽能集熱器(14)的上端與溫室內背面的內表面連接，其下端與溫室內底面的內表面連接，熱水箱(9)與室內的上端牆壁(10)牢固連結，管(12)穿過窗戶或牆壁將室內的熱水箱(9)和溫室內的集熱器(14)互相密封連通，熱水箱(9)的進、出水管穿過裡面房間通往用水處並與室內自來水管連通。
2.根據權利要求1所述的太陽能熱利用裝置，其特徵是[1]在多重溫室的內部，連接有傾斜角較大的多層透明簿膜(18)，構成接近「水平放置」的尖窄狀結構ABCD，還連接有傾斜角較小的多層透明簿膜(19)，構成接近「豎直放置」的尖窄狀結構DEFG，二者在溫室內下端交叉，構成「交叉雙尖窄狀結構」；[2]集熱器(7)和集熱器(14)的上、下端分別與接近「豎直放置」的尖窄狀結構DEFG內的上、下端連接。
3.根據權利要求1所述的太陽能熱利用裝置，其特徵是[1]太陽能集熱器(7)的上端連接在多重溫室內上部的牆壁(25)上，其下端連接在與牆壁(25)牢固連結的板架(27)上，上端的管(12)穿過牆壁與室內的開水箱(8)或熱水箱(9)密封連通，在溫室內下部，傾斜板(21)上端與板架(27)相連、下端與底面(2)相連，其外表面由黑色物質(20)構成；[2]在溫室內上部，連接有多層透明簿膜(24)，它與傾斜放置的集熱器(7)抅成一個側面形狀為尖窄狀的四邊形abcd，在溫室內下部，連接有多層透明簿膜(23)，它與傾斜板(21)抅成一個側面形狀為尖窄狀類似三角形的結構abe，並與尖窄狀的四邊形abcd連通，構成「豎直雙尖窄狀結構」。
4.根據權利要求1所述的太陽能熱利用裝置，其特徵是[1]長條狀多重溫室abcdefgh的背面與兩排豎直排列的窗戶(43)之間的無窗牆壁密封連結；[2]長條狀多重溫室abcdefgh內部，由上到下的多個集熱器(7)的上端與外牆(44)連接、下端連結在與外牆(44)牢固連結的板架(27)上，其上端的管(12)穿過外牆(44)，將集熱器(7)和室內的開水箱(8)或熱水箱(9)互相連通。
5.根據權利要求1所述的太陽能熱利用裝置，其特徵是[1]全密封的多重溫室的底面與房頂牢固連結，集熱器(14)的上端與水箱(9)密封連通，其上、下端分別與多重溫室內的背面、底面連接，水箱(9)的進出水管沿房頂伸進下面房間通往用水處。[2]將多重溫室作成長條形，將多個這種長條形溫室平行排列，在房頂形成「多重溫室陣」的大面積組合，多個集熱器的上、下端分別與多個長條形多重溫室內的背面和下表面連接，集熱器上端的長水管與集熱器密封連通，長水管的一端從溫室的一端伸出，與大摟內的自來水管連通，長水管的另一端從溫室的另一端伸出，與摟頂的保溫大熱水箱(41)連通，與大熱水箱(41)連通的保溫熱水管穿過牆壁通往每戶人家的用水處。
6.根據權利要求5所述的太陽能熱利用裝置，其特徵是大面積組合的「多重溫室陣」的底面，與野外地面或山坡面牢固連結，其長水管的一端與冷水輸水管相連通，與長水管另一端連通的保溫輸水管通到用水處。
7.根據權利要求1、2、3、4、5或6所述的太陽能熱利用裝置，其特徵是[1]集熱器水箱(29)用金屬簿板抅成超簿夾層，該夾層內空間厚度只有1-10mm；[2]金屬簿板超簿夾層內的水與管(12)、開水箱(8)或熱水箱(9)中的水密封連通；[3]金屬簿板超簿夾層內的非水物質與管(12)、熱交換器(32)中的非水物質互相密封連通，熱交換器(32)與開水箱(8)或熱水箱(9)內的底面連接。
8.根據權利要求1、2、3、4、5或6所述的太陽能熱利用裝置，其特徵是[1]集熱器水箱(29)用透明材料簿板抅成超簿夾層，該夾層內空間厚度只有1-10mm；[2]透明超簿夾層集熱器水箱(29)的背面塗黑色光譜選擇性塗層(34)，或在其背面再緊挨著貼一層內部充滿黑色液體的透明夾層(35)，透明超簿夾層集熱器水箱(29)內的水與管(12)、熱水箱(9)或開水箱(8)中的水密封連通；[3]透明超簿夾層集熱器水箱(29)只是頂面(36)用透明簿板抅成，其背面、側面用不透明簿板抅成，該超簿夾層內的非水物質與管(12)、熱交換器(32)中的非水物質互相密封連通，熱交換器(32)與開水箱(8)或熱水箱(9)內的底面連接。
9.根據權利要求1、2、3、4、5或6所述的太陽能熱利用裝置，其特徵是[1]將集熱器水箱(29)替換成由金屬簿片折迭成橫截面為三角形的三角狀金屬簿片(45)或叉狀金屬簿片(58)，其上表面塗黑色光譜選擇性塗層、下端稜角與集熱器底面保溫層(31)固定連接，該集熱器上端開有出氣口(49)、下端開有進氣口(50)；[2]出氣保溫管(51)依次與集熱器出氣口(49)、空氣泵(52)、熱交換器(32)的進氣孔(57)密封連通，進氣保溫管(53)依次與熱交換器(32)的出氣孔(58)、集熱器的進氣口(50)密封連通，熱交換器(32)與熱水箱(9)內的底面連接；
10.根據權利要求9所述的太陽能熱利用裝置，其特徵是[1]將集熱器的底面保溫層(31)和與它相連的三角狀金屬簿片(45)拆去；[2]將其餘四個側面的下邊緣與野外地面非密封連接，在這些地面上塗抹黑色光譜選擇性塗層或黑色物質；[3]將其餘四個側面的內表面與暖氣管或暖氣組片非密切接觸的連接，暖氣管或暖氣組片與熱源相連通，集熱器的頂面也可用不透明保溫材料構成；[4]將其餘四個側面和頂面都用不透明保溫材料構成並形成長方體形或園形、橢圓形，將與熱源相連通的暖氣管或暖氣組片與其內表面非密切接觸的連接。
全文摘要
一種新型多重溫室太陽能熱利用裝置，將多重溫室安裝在建築物窗戶外面下端的牆壁或無窗牆壁上，其受光面由多層透明薄板或薄膜(1)製成。太陽能集熱器(7)放置於該溫室內，並用軟管(12)與放於室內或陽臺內的熱水箱(9)相連通。集熱器還可作成內裝金屬簿片的空氣集熱器，並用保溫管道與氣泵和水箱中的熱交換器連通，就構成新型熱空氣源熱泵。集熱器(7)內的水被太陽光曬熱後，通過對流，將熱水箱(9)中的水加熱或燒開。實驗證明多重溫室和熱空氣源熱泵可以大幅度提高環境溫度和降低成本，將集熱器熱效率提高到90％以上，並在熱性能、安裝維修、使用方便等各方面，都優於真空管太陽熱水器。還可在房頂和野外大面積組合，以實現大規模廉價集體化使用。
文檔編號F24D17/00GK101067513SQ20061016914
公開日2007年11月7日 申請日期2006年12月18日 優先權日2006年12月18日
發明者王濟堂 申請人:王濟堂