雙弧反射凹腔吸熱掛壁式太陽能熱水器的製作方法

2023-11-06 07:49:47 1

專利名稱：雙弧反射凹腔吸熱掛壁式太陽能熱水器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種聚光型太陽能熱水器。
太陽能熱水器按其結構類型可分為平板型和聚光型兩類。平板型太陽能熱水器結構簡單，但由於集熱溫度低，臨界幅照度高等缺點阻礙了這類熱水器的進一步發展。聚光型熱水器利用較大的曲面反光鏡，結構上採取減少熱對流損失的措施提高熱效率，但缺點是反射鏡體積龐大，有的還需要連續跟蹤調整光源位置，故帶來生產和使用上的困難。
中國專利89203120.4揭示了一種「淺弧反射鏡雙面受光式太陽能集熱器」，它提供了一種翼形吸熱管-吸熱板-反光鏡單元組件，吸熱管板的兩翼板向上呈「V」字形，翼根與吸熱管相連，反光鏡單元的底板是「淺弧形曲面」，凹面向著入射光。相鄰兩面反光鏡單元的直線邊互相平行並且都在同一平面上，吸熱管底部與反光鏡單元的接縫之間有絕熱墊塊，吸熱管板的對稱線與兩者反光鏡單元的對稱線重合，每副吸熱管板的外面套裝保溫罩，反光鏡單元背面與集熱器底板之間填充絕熱材料，集熱器正面用玻璃蓋封蓋。但是該太陽能集熱器也存在不足之處(1)由於採用翼形吸熱管，故不能獲得較大的集光率，而且體積較大。(2)翼形吸熱管集熱器的全日熱效率僅達到國家標準，熱損係數較大。
本發明的目的是提供一種雙弧反射凹腔吸熱式太陽能熱水器，該種熱水器克服了平板型太陽能熱水器的缺點，克服了聚光型熱水器的一般缺點，著重改進了上述翼形吸熱管集熱器的主要結構，使光源入射光和反射光同時照射在U字形吸熱器上，其結構更緊湊，集熱溫度和效率更高，使用時只需季節性調整安裝傾角。
本發明的目的是這樣實現的一種太陽能熱水器，在框架中有一組以上柱形吸熱單元，吸熱單元包括反光板、吸熱器、加熱管，它與上集管、下集管相聯通，框架四周側面和背面襯以絕熱材料，其中，所述的反光板底板的雙弧形對稱曲面的橫截面弧線的曲率與該弧形的弦高成反比，比值從1/2到1，吸熱單元中吸熱器的橫截面為U字形，加熱管裝配在雙弧形曲面的中間交接端上，吸熱器的底部有一凹圓弧面，它可與加熱管的外形相配，並固定在加熱管上，整個吸熱單元正面用複合蓋板封蓋。
如上述的太陽能熱水器，其中，反光板的底板橫截面弧線曲率與該弧形的弦高反比值從4/5到1。
如上述的太陽能熱水器，其中，反光板的底板弦長兩端與U字形吸熱器的開口端弦長比為2.5-3∶1。
如上述的太陽能熱水器，其中，反光板的底板弦長兩端與加熱管的直徑比為10-15∶1。
如上述的太陽能熱水器，其中，U字形吸熱器與加熱管的吻合接觸面積佔加熱管總面積的1/4-1/2。
如上述的太陽能熱水器，其中，U字形吸熱器頂端與反光板兩端等高。
如上述的太陽能熱水器，其中，框架四周側面所襯的絕熱材料比U字形吸熱器最高點可高到0-2釐米。
如上述的太陽能熱水器，其中，吸熱單元正面封蓋的複合蓋板包括FilonFRP板材層和透明滌綸薄膜層。
如上述的太陽能熱水器，其中，各個吸熱單元可在三維空間內做任意組合。
如上述的太陽能熱水器，其中，熱水器的背面襯以人造瑪瑙板。
本發明的太陽能熱水器與其它太陽能熱水器相比，具有以下優點1.由於吸熱器是U字形，上下表面均塗覆黑色吸熱材料，因此上下面均受光，集光率為3，光能密度提高，散熱面積小，即效率提高，熱損減少。
2.U字形吸熱器頂端同反光板上端在同一平面內，故緊湊結構，反光板厚度可減薄，整個熱水器重量減輕，如0.75M2熱水器重量僅約10千克。
3.框架四周側面所襯的絕熱材料比U字形吸熱器最高點可高到2釐米，能使框架內所密封的空氣相對靜止狀態，避免通過空氣流動傳遞熱量，同時也避免了加熱器上熱量直接傳至熱水器表面的複合蓋板上而造成熱量損失。
4.吸熱單元正面封蓋的複合蓋板包括外側的FilonFRP板材層和內側的透明滌綸薄膜層。內側的滌綸膜透光範圍較大，但耐熱性差且直接暴露在空氣中易老化;外側的Filon板能抗破碎，耐溫差，耐老化透光光譜圖如圖4所示，該板在波長250-2500nm中陽光透過率為大於87%，在可見光波長為390-760nm中透過率大於90%，而其導熱係數僅有0.18w/mok，故這種複合封蓋結構對太陽能熱水器的集熱非常有益。


圖1是吸熱單元結構的橫截面圖。
圖2.1是豎排式若干組柱形吸熱單元主視圖。
圖2.2是豎排式若干組柱形吸熱單元左視圖。
圖2.3是豎排式若干組柱形吸熱單元俯視圖。
圖3是橫排式若干組柱形吸熱單元立體圖。
圖4是FilonFEP板材透光光譜圖。
下面結合實施例對本發明做進一步的描述。
實施例1
一種如圖2.1、2.2和2.3所示的豎排式若干組柱形吸熱單元的太陽能熱水器。它的吸熱單元結構如圖1所示，主要有四個組件構成U字形吸熱器(1)，加熱管(2)，反光板(3)和絕熱材料(4)。U字形吸熱器截面為類似半圓，下部有一凹圓弧面，它與圓形加熱管的外形相吻合，並固定在加熱管頂端，接觸面積約為整個加熱管面積的1/3。加熱管正好位於反光板兩個圓弧的正中交點上。反光板的底板橫截面弧線曲率與該弧線的弦高反比值為4/5，上貼反光材料，如鋁箔等，反光板的底板兩端弦長與U字形吸熱器開口端弦長比為2.9∶1，反光板底板兩端弦長與加熱管的直徑比為12∶1。U字形吸熱器頂端與反光板兩端等高，框架(5)四周側面所襯的絕熱材料(4)，如聚苯乙烯泡沫，比U字形吸熱器最高點可高到2釐米。吸熱單元正面用FilonFRP板材層和透明滌綸薄膜層(6)封蓋。若干組柱形吸熱單元與水平面垂直地排成一排，外面用框架固定，背面襯以耐熱急變、耐老化的人造瑪瑙板，所有的加熱管(2)與進冷水的下集管(7)和出熱水的上集管(8)相聯。整個熱水器與水平面略成傾斜狀態。
整個太陽能熱水器只須每季度調整一次，不須連續跟蹤光源，光源幅射進入透明複合蓋板(6)後分成二部分加熱塗黑U字形吸熱器(1)，一部分約1/3直接加熱U形吸熱器的上部，一部分約2/3經反光板上的反光材料反射到加熱器下部，熱能由吸熱器與加熱管(2)接觸帶傳入加熱管，對管內的冷水進行加熱，水受熱密度減小，向上流動，通過上集管(8)流出，所產生的抽力帶動下集管(7)引入冷水，於是連續自然循環地對冷水進行加熱。
經國家《家用太陽能熱水器熱性能測試方法》測試，其結果數據如下1)全日效率
Eff＝ (MCp(Te-Ts))/(AcH) ×100%式中M……水容量kgCp……水定壓比熱J/kg℃Te、Ts……水箱終了、初始水溫℃Ac……熱水器採光面積 M2H……測試周期內累積太陽輻照度 W/m22)熱損係數UL＝ (MCp(T1-T4))/(Ac(Tm-Ta)△T) W/m℃式中T1……初始水箱平均溫度℃T4……終了水箱平均溫度℃Tm……水箱內水平均溫度℃Ta……測試周期內的環境溫度平均值℃△T……測試周期(7小時)H1)日效率試驗結果
Eff1＝ (56.4＊4186.8＊(45.25-22.28))/(0.744＊4136.3＊3600) ＊100%＝48.96%2)熱損係數試驗結果
UL1＝ (56.4＊4186.8(44.94-39.95))/(0.744＊(42.5-23.41)＊7＊3600) ＝3.29W/m2℃實施例2一種如圖3所示的橫排式若干組柱形吸熱單元的太陽能熱水器，它的吸熱單元結構和熱水器整體工作原理與實施例1中所述的內容相同，只是橫排式熱水器的柱形吸熱單元與水平面平行，柱形加熱管(2)水平放置，這種熱水器的全日熱效率略低於豎排式效率，但熱損係數與豎排式相等。
附圖中的結構標號如下1.U字形吸熱器2.加熱管3.反光板4.絕熱材料5.框架6.複合蓋板7.下集管8.上集管上述各附圖中，相同的標號表示相同的結構、部件。
在本發明的權利要求書所限定的構思範圍內，本領域內的技術人員還可對上述實施例作一些顯而易見地改變。
權利要求
1.一種太陽能熱水器，在框架中有一組以上柱形吸熱單元，吸熱單元包括反光板、吸熱器、加熱管，它與上集管、下集管相聯通，框架四周側面和背面襯以絕熱材料，其特徵在於，所述的反光板底板的雙弧形對稱曲面的橫截面弧線的曲率與該弧形的弦高成反比，比值從1/2到1，吸熱單元中吸熱器的橫截面為U字形，加熱管裝配在雙弧形曲面的中間交接端上，吸熱器的底部有一凹圓弧面，它可與加熱管的外形相配，並固定在加熱管上，整個吸熱單元正面用複合蓋板封蓋。
2.如權利要求1所述的太陽能熱水器，其特徵在於，反光板的底板橫截面弧線曲率與該弧形的弦高反比值從4/5到1。
3.如權利要求1所述的太陽能熱水器，其特徵在於，反光板的底板兩端弦長與U字形吸熱器的開口端弦長比為2.5-3∶1。
4.如權利要求3所述的太陽能熱水器，其特徵在於，反光板的底板兩端弦長與加熱管的直徑比為10-15∶1。
5.如權利要求4所述的太陽能熱水器，其特徵在於，U字形吸熱器與加熱管的吻合接觸面積佔加熱管總面積的1/4-1/2。
6.如權利要求1或5所述的太陽能熱水器，其特徵在於，U字形吸熱器頂端與反光板兩端等高。
7.如權利要求6所述的太陽能熱水器，其特徵在於，框架四周側面所襯的絕熱材料比U字形吸熱器最高點可高到2釐米。
8.如權利要求1所述的太陽能熱水器，其特徵在於，吸熱單元正面封蓋的複合蓋板包括Filon FRP板材層和透明滌綸薄膜層。
9.如權利要求1所述的太陽能熱水器，其特徵在於，各個吸熱單元可在三維空間內做任意組合。
10.如權利要求1所述的太陽能熱水器，其特徵在於，熱水器的背面襯為人造瑪瑙板。
全文摘要
一種雙弧反射凹腔吸熱掛壁式太陽能熱水器，採用若干組由U字形吸熱器和弧形反光板單元組件組成。吸熱器正反兩面同時吸收太陽光和反射光，整個熱水器正面外部用複合蓋板封蓋保溫。本發明的太陽能熱水器的柱形吸熱單元可任意組合成多種形式和規格，結構緊湊，成本低，熱效率高，只需季節性調整安裝傾角，使用方便，尤其可使用在陽光不足的地區。
文檔編號F24J2/10GK1072769SQ9110754
公開日1993年6月2日 申請日期1991年11月30日 優先權日1991年11月30日
發明者顧龍標 申請人:顧龍標