CN101261044A - 一种仿生太阳能热水器集热板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有类似树叶结构的仿生太阳能热水器集热板，包括：多根互通连接成树叶形的水管，用于吸收太阳能并输出加热的水；及吸热板，用于吸收太阳能进一步加热水管；且吸热板的上表面与水管的底部相连。本发明的仿生太热能热水器集热板可以充分利用空间，在一定的占地面积下，能够获得比现有技术中真空管集热板更大的储水空间及采光面积，从而提高了太阳能的利用效率，可缩短冷水加热的时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能热水器集热板，尤其涉及一种具有类似树叶结构的仿生太阳能热水器集热板。
背景技术
太阳能热水器因其利用能源的清洁、高效、免费等特性，而得到越来越广泛的应用。目前市场上销售的太阳能热水器，绝大多数产品的外挂集热管部分均采用直管等距排列的结构形式，如图1所示，其具有加工简单、安装成本较低的优点，然而由于其等距排列的直管之间需保留适当的间隙，因此不可避免存在占地面积大、而采光面积和管内储水量相对较小的缺陷。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种仿生太阳能热水器集热板，以解决现有技术中直管集热器占地面积大、而采光面积和管内储水量相对较小的缺陷。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采取以下方案：
一种仿生太阳能热水器集热板，所述集热板包括：
多根互通连接成树叶形的水管，用于吸收太阳能并输出加热的水；及
吸热板，用于吸收太阳能进一步加热所述水管；
所述吸热板的上表面与所述水管的底部相连。
上述仿生太阳能热水器集热板中，所述树叶形为椭圆形、掌形、圆形、披针形、倒披针形或羽状复叶形。
上述仿生太阳能热水器集热板中，所述水管包括：
一级水管，为单根直水管，构成所述树叶形的主叶脉；
二级水管，包括两根弧形水管，与所述一级水管联通，构成所述树叶形的叶缘；
三级水管，包括多根弯曲水管，分别与所述一级水管与二级水管联通，构成所述树叶形的支叶脉。
上述仿生太阳能热水器集热板中，所述二级水管以所述一级水管为参考轴对称分布。
上述仿生太阳能热水器集热板中，所述三级水管以所述一级水管为参考轴对称分布。
上述仿生太阳能热水器集热板中，所述三级水管在所述一级水管与二级水管之间呈叶脉状均匀分布。
上述仿生太阳能热水器集热板中，所述集热板的出水口及进水口分别位于所述一级水管的两端。
上述仿生太阳能热水器集热板中，所述一级水管的管径大于所述二级水管的管径，所述二级水管的管径大于所述三级水管的管径。
上述仿生太阳能热水器集热板中，所述吸热板为与所述水管相同的树叶形，所述水管设置于所述吸热板之上。
上述仿生太阳能热水器集热板中，所述水管外表面和/或吸热板上覆有选择性吸收涂层。
(三)有益效果
本发明有如下优点：其采用仿生设计，由多根互通水管及吸热板构成树叶形集热板，充分利用空间，在一定的占地面积下，可以获得比现有技术中真空管集热板更大的储水空间及采光面积，从而提高了太阳能的利用效率，可缩短管中冷水加热的时间。
附图说明
图1为现有技术中的太阳能热水器集热管示意图；
图2为本发明仿生太阳能热水器集热板的水管实施例结构图；
图3为本发明仿生太阳能热水器集热板的吸热板实施例图；
图4为本发明仿生太阳能热水器集热板的水管另一实施例示意图；
图5为本发明仿生太阳能热水器集热板的水管再一实施例示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图2所示，为本发明仿生太阳能热水器集热板的水管实施例结构图，本实施例中集热板的水管构成类似于树叶型的外形，该树叶型可以为椭圆形、掌形、圆形、披针形、倒披针形、羽状复叶形或其他常见的树叶形状，本实施例中仅以椭圆形树叶为例结合附图进行说明，然而本发明并不以此为限。上述树叶型的水管进一步包括一级水管210、二级水管220及三级水管230。其中，一级水管210为单根直水管，构成树叶形的主叶脉；二级水管220，包括两根弧形水管，与一级水管210的两端联通，构成树叶形的叶缘；三级水管230，则包括多根弯曲水管，分别与一级水管与二级水管联通，构成树叶形的支叶脉。
继续如图所示，二级水管220及三级水管230以一级水管210为参考轴对称设置，而三级水管230在一级水管210与二级水管220之间呈叶脉状分布。集热板的出水口及进水口则分别位于一级水管210的两端。并且各级水管按管径由大至小的排序为：一级水管＞二级水管＞三级水管。
如图3所示，本发明太阳能热水器集热板的实施例还包括树叶型的吸热板，其上表面与上述水管的底部相连，并与水管一起固定于太阳能热水器的支架上构成完整的集热板。集热板的水管用于吸收太阳能以加热其中的冷水并运输加热后的水至热水器的储水箱，而吸热板可由铜、铝合金、不锈钢或镀锌钢制成，用于吸收太阳能进一步对水管进行深度加热。另外，为了提高集热效率，可在吸热板表面和/或水管外表面均涂覆选择性吸收涂层。
下面通过集热板模型的计算对本发明仿生太阳能热水器集热板与现有技术的真空管型集热板的进行优越性的比较。
本发明仿生太阳能热水器集热板的水管模型参数及计算结果如下。
一级管道a：内径ra＝24mm 总长度Ha＝650mm
二级管道b：内径rb＝22mm 总长度Hb＝1500mm
三级管道c：内径rc＝14mm 总长度Hc＝4800mm；
由于本实施例中集热板采用的树叶外形近似为椭圆形，因此其占地面积可按椭圆的面积公式计算，通过计算该椭圆的长短轴L1、L2可进一步计算其占地面积为：
S11＝Pi·L1·L2＝3.14159×21×28＝1847.2549(cm2)；
本实施例中集热板所使用的水管截面均为圆形，因此其容积的计算结果为：
V 1＝Pi·(r2Ha+r2Hb+r2Hc)＝1.6031534(L)；
而有效的采光面积为：
S12＝Pi·dc·Hc/2＝Pi·rc·Hc＝2111.1485(cm2)。
现有技术的真空管型集热板模型参数及计算结果如下。
从市场采样来看，取普通热水器集热管模型口径与长度的比为1∶30，并设定与上述本发明仿生太阳能热水器集热板模型相同的占地面积。
设定参数为：直径d＝20mm长度L＝600mm；
则平行排列的集热管根数n的计算过程如下：
S21/L/d＝S11/L/d＝1847.2549÷60÷2＝15.4，再考虑管间的必要空隙后设为n＝8根；
容积为：
V2＝n·Pi·(d/2)2·L＝8×3.14159×102×600＝1.5079632(L)＜V1；
有效采光面积为：
S22＝n·Pi·d·L/2＝1507.9632(cm2)＜＜S12；
通过上述模型的计算结果比较可以得出，采用本发明仿生太阳能热水器集热板的树叶形水管结构后，在占地面积同为1847.2549cm2的情况下比现有技术中的真空管型集热管组多出了603.1853cm2的采光面积，以及0.0951902L的容积，具有明显的有益效果。
表1为本发明太阳能热水器集热板的实际设计参数，其型号即为仿生树叶形水管组的数目，并各型号集热板对应的外挂水箱容量及采光面积如下表所示。
表1
| 型号 | 真空管口径×长度(mm) | 外挂水箱容量(L) | 采光面积(m2) |
| 2 | 一级：φ100×1354二级：φ92×3125三级：φ62×10000 | 160 | 1.85 |
| 3 | 同上 | 200 | 2.92 |
| 5 | 同上 | 450 | 4.87 |
表2为目前市场上几种传统太阳能热水器的规格参数。
表2
| 型号 | 真空管口径×长度(mm) | 外挂水箱容量(L) | 采光面积(m2) |
| 1520 | Φ47×1500 | 160 | 1.65 |
| 1524 | Φ47×1500 | 200 | 2.24 |
| 1842 | Φ58×1800 | 450 | 4.20 |
由表1及表2的结果对比可得，在外挂水箱容量相同的情况下，本发明仿生太阳能热水器集热板的采光面积相比传统太阳能热水器集热管组有明显增大，从而能够对太阳能进行更高效地利用，大大缩短冷水加热的时间。
图4～5均为本发明仿生太阳能热水器集热板的水管实施例示意图，其中的树叶形分别为三叶掌形树叶及五叶掌形树叶。此处图4～5仅用以说明本发明仿生太阳能热水器集热板的水管实施例所采用的树叶形并不限于上述图2实施例中的椭圆形，还可采用其他常见的树叶形状。而该两个实施例中的集热板水管结构与上述图2的实施例结构则相同，均包括构成树叶形主叶脉的一级水管、构成树叶形叶缘的二级水管及构成树叶形支叶脉的三级水管，是以此处对图4～5两个实施例集热板的水管结构不再加以赘述。
以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。
Claims (10)
1、一种仿生太阳能热水器集热板，其特征在于，所述集热板包括：
多根互通连接成树叶形的水管，用于吸收太阳能并输出加热的水；及
吸热板，用于吸收太阳能进一步加热所述水管；
所述吸热板的上表面与所述水管的底部相连。
2、如权利要求1所述的仿生太阳能热水器集热板，其特征在于，所述树叶形为椭圆形、掌形、圆形、披针形、倒披针形或羽状复叶形。
3、如权利要求1或2所述的仿生太阳能热水器集热板，其特征在于，所述水管包括：
一级水管，为单根直水管，构成所述树叶形的主叶脉；
二级水管，包括两根弧形水管，与所述一级水管联通，构成所述树叶形的叶缘；
三级水管，包括多根弯曲水管，分别与所述一级水管与二级水管联通，构成所述树叶形的支叶脉。
4、如权利要求3所述的仿生太阳能热水器集热板，其特征在于，所述二级水管以所述一级水管为参考轴对称分布。
5、如权利要求3所述的仿生太阳能热水器集热板，其特征在于，所述三级水管以所述一级水管为参考轴对称分布。
6、如权利要求3所述的仿生太阳能热水器集热板，其特征在于，所述三级水管在所述一级水管与二级水管之间呈叶脉状均匀分布。
7、如权利要求3所述的仿生太阳能热水器集热板，其特征在于，所述集热板的出水口及进水口分别位于所述一级水管的两端。
8、如权利要求3所述的仿生太阳能热水器集热板，其特征在于，所述一级水管的管径大于所述二级水管的管径，所述二级水管的管径大于所述三级水管的管径。
9、如权利要求1或2所述的仿生太阳能热水器集热板，其特征在于，所述吸热板为与所述水管相同的树叶形。
10、如权利要求9所述的仿生太阳能热水器集热板，其特征在于，所述水管外表面和/或吸热板上覆有选择性吸收涂层。
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| CN111564603A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-08-21 | 上海岚泽能源科技有限公司 | 包含分支结构的分布装置 |
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