CN101454618B - 使用太阳能的加热系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种使用太阳能的加热系统，包括：内部形成有空气加热腔室的单元壳体；设置在单元壳体的一侧以使外部空气流入所述空气加热腔室的进气部件；设置在单元壳体的另一侧并排放出在所述空气加热腔室内加热了的空气的排放部件；设置在所述单元壳体的一个表面上以收集阳光的多个凸透镜；以及设置在所述单元壳体的空气加热腔室内并设置在由所述凸透镜设定的阳光的焦点位置上的加热板，该加热板通过由所述凸透镜收集的太阳能加热，从而加热所述空气加热腔室内的空气。所述使用太阳能的加热系统能够提高热效率和暖水效率，并能显著降低制造成本和维护成本，从而能够商业化并不受地域和使用的限制而广泛使用，该系统甚至具有相较于传统技术的简单结构。

Description

使用太阳能的加热系统
技术领域
本发明涉及一种使用太阳能的加热系统，更具体地，涉及一种使用太阳能的加热系统，该系统能够提高热效率和暖水效率，并能够显著地降低制造成本和维护成本，从而足以商业化且不受地域和使用的限制而广泛使用，该系统甚至具有相较于传统技术的简单结构。
背景技术
在现代社会中，石油资源非常重要。在工业燃料和包括产生电能的发电厂在内的加热燃料领域，石油资源的作用非常巨大。另外，从石油资源中获得的塑料原材料被广泛用作包括服装业在内的生活必需品的原材料，以及各种建筑和土木工程的原材料。因此，无疑地，现代社会在依靠石油资源进行维系。
但是，由于地球上埋于地下的石油资源量有限，随着消耗的日益增大，石油资源将会枯竭。根据报道的数据，石油资源将会在几十年内耗尽。特别地，随着工业的发展，需要使用的石油资源量逐渐大幅增加。因此，发展替代能源迫在眉睫。
作为石油资源的替代能源，可以使用风能、水能、潮汐能、原子能和太阳能等。目前，这些替代能源与石油资源一起使用。
与石油资源不同，替代能源中的风能、水能和潮汐能等受局部地区和环境的影响。因此，实际上很难将风能、水能和潮汐能等应用于每个地方。
例如，如果不常有一定量的风速，就很难实际使用风能作为能量。同样地，如果不常有一定量的水能和潮汐能，就很难实际使用水能和潮汐能。对于核能来说，具有只要有设备投资就能在任何地方将核能作为能源使用的优点，但是从储量的角度来看，与石油能源相似，铀材料也是有限的。因此，很难说核能是最适当的替代能源。
同时，太阳能是真正无限的。虽然地球上不同纬度和经度上的太阳能有差异，但是太阳能具有足够的实用价值，因为太阳能基本上在地球上的任何地方都是可以得到的。因此，近来有很多利用太阳能来发电或运行加热系统和暖水系统的实例，而且使用太阳能的应用呈日益增加的趋势。
作为使用太阳能的一个实例，在周围环境中容易见到太阳能屋。该太阳能屋采用太阳能加热系统，该系统包括热量收集部件、热量存储部件和热量利用部件。太阳能屋使用太阳能实现了提供加热系统或暖水系统的效果。
顺便说明，现有的、广泛使用的太阳能系统采用相对复杂的结构。因此，考虑到建造或维持这种现有的、具有相对复杂结构的太阳能系统的成本，现有的太阳能系统的效率非常低。因此，现有的太阳能系统没有广泛地商业化，并且在地域和使用方面受到相当大的限制。
发明内容
因此，为了弥补传统技术中的缺点，本发明的目的在于提供一种使用太阳能的加热系统，该系统能够提高热效率和暖水效率，并能够显著地降低制造成本和维护成本，从而能够商业化并不受地域和使用的限制而广泛使用，该系统甚至具有相较于传统技术的简单结构。
为了实现本发明的上述目的，提供一种使用太阳能的加热系统，该系统包括：单元壳体(unit housing)，该单元壳体中形成有空气加热腔室；进气部件，该进气部件设置在所述单元壳体的一侧，以使外部空气流入所述空气加热腔室；排放部件，该排放部件设置在所述单元壳体的另一侧，并排放出在所述空气加热腔室内加热了的空气；多个凸透镜，该多个凸透镜设置在所述单元壳体的一个表面上以收集阳光；以及加热板，该加热板设置在所述单元壳体的空气加热腔室内，并设置在由所述凸透镜设定的阳光的焦点位置上，该加热板通过由所述凸透镜收集的太阳能加热，从而加热所述空气加热腔室内的空气。
优选但不是必须地，在所述单元壳体的内壁表面的至少一个表面上还可以设置有反射件。
优选但不是必须地，所述加热板可以是铜板。
优选但不是必须地，所述使用太阳能的加热系统还可以包括外部壳体，该外部壳体设置在所述单元壳体的外部，并容纳所述单元壳体，其中，在邻近所述凸透镜的所述外部壳体的上表面上设置有透明板，在所述外部壳体的侧壁和所述单元壳体的侧壁之间可以插入有绝热材料。
优选但不是必须地，在所述单元壳体容纳在所述外部壳体内的状态，沿横向方向设置有多个所述单元壳体，其中，在所述单元壳体的相互接触壁上可以形成有连通孔，从而使所述单元壳体的所述空气加热腔室相互连通。
优选但不是必须地，通过在横向方向上连接所述单元壳体而形成的所述连通孔可以排列设置成Z字形。
优选但不是必须地，当所述单元壳体在横向方向上结合时，所述进气部件可以形成在一个所述单元壳体上，所述排放部件可以形成在另一个单元壳体上。
根据本发明的使用太阳能的加热系统，提供如下效果：提高热效率和暖水效率，甚至具有相较于传统技术的简单结构，并显著降低制造成本和维护成本，从而足以商业化且不受地域和使用的限制而广泛使用。
附图说明
图1是示意地显示根据本发明的第一实施方式的使用太阳能的加热系统的透视图；
图2是图1的截面图；
图3是示意地显示根据本发明的第二实施方式的使用太阳能的加热系统的透视图；
图4是图3的截面图；
图5是示意地显示根据本发明的第三实施方式的使用太阳能的加热系统的透视图；
图6是图5的截面图；
图7是示意地显示根据本发明的第四实施方式的使用太阳能的加热系统的截面图。
具体实施方式
本发明提供一种使用太阳能的加热系统，该系统包括：单元壳体，该单元壳体中形成有空气加热腔室；进气部件，该进气部件设置在所述单元壳体的一侧，以使外部空气流入所述空气加热腔室；排放部件，该排放部件设置在所述单元壳体的另一侧，并排放出在所述空气加热腔室内加热了的空气；多个凸透镜，该多个凸透镜设置在所述单元壳体的一个表面上以收集阳光；以及加热板，该加热板设置在所述单元壳体的空气加热腔室内，并设置在由所述凸透镜设定的阳光的焦点位置上，并且该加热板被所述凸透镜收集的太阳能加热，从而加热所述空气加热腔室内的空气。
在下文中，将参照附图对根据本发明的优选实施方式的使用太阳能的加热系统进行更详细地说明。
图1是示意地显示根据本发明的第一实施方式的使用太阳能的加热系统的透视图，图2是图1的截面图。
如图1和图2所示，根据本发明的第一实施方式的使用太阳能的加热系统包括单元壳体10，该单元壳体10包括将在下文中说明的各个部件。单元壳体10是包括在根据本实施方式的加热系统内的单元体。因此，在窄小场合或小规模地采用所述使用太阳能的加热系统的情况下，可以使用如图1和图2所示的单元壳体10。
如图所示，单元壳体10形成为具有一定容积的盒状，在该单元壳体10内形成有空气加热腔室10a。将单元壳体10制成盒状的原因在于该形状最便于制造。因此，单元壳体10的形状不仅限于图1所示的形状。
在单元壳体10的一侧设置有进气部件16，以使外部空气流入空气加热腔室10a内，在单元壳体10的另一侧设置有排放部件18，该排放部件18排放出在空气加热腔室10a内已被加热且温度升高的热空气。
通过排放部件18排放的热空气被用于加热系统或暖水供应系统。因此，排放部件18可以连接于管道，以加热独立的暖气管(未示出)或暖水供应管(未示出)。冷却的管道的端部与进气部件16再次连接以进行循环。
在单元壳体10的上表面上结合有多个凸透镜20。该凸透镜20起到收集阳光的作用。因此，如果凸透镜20的尺寸足够大，可以使用单独的凸透镜20。但是，实际上很难不受限制地制造出大的凸透镜20。因此，优选地，在单元壳体10的上表面上结合如本实施方式的多个适当尺寸的凸透镜20。
在凸透镜20的下部，也就是在单元壳体10的空气加热系统10a内设置有加热板22，该加热板22被由凸透镜20收集的太阳能加热，从而对空气加热腔室10a内的空气进行加热。
此处，如图2中的虚线所示，加热板22设置在由凸透镜20设定的阳光的焦点位置上。因此，被向前引向凸透镜20的阳光被各个凸透镜20会聚成一点，并集中在加热板22上，以快速加热该加热板22。因此，内部设置有加热板22的空气加热腔室10a内的空气，能够通过对流容易地被加热到加热板22的温度。
因此，优选地，加热板22由能够相对快地吸收热量的高导热系数的材料制成。在本实施方式中，加热板22由铜板制成。但是，可以将导热系数比铜板的导热系数更高的材料(如白金)用作加热板22的材料。加热板22可以通过特殊的支架B可拆卸地固定在单元壳体10的内壁上。
同时，在本实施方式中，单元壳体10的内壁面上还设置有反射件24。表面加工有镜面的铝板或镜子可以用作反射件24。该反射件24起到反射阳光或由阳光产生的热量的作用，从而更快地加热空气加热腔室10a内的空气。
下面将参照附图，对具有上述结构的使用太阳能的加热系统的操作进行更详细的说明。
首先，外部空气通过进气部件16流入到单元壳体10中的空气加热腔室10a内。如果进气部件16和排放部件18一直打开，热量流失会变大。因此，在进气部件16和排放部件18内还设置有专用阀(未示出)，从而可选择地打开和关闭流入部件16和排放部件18。
如果在外部空气流入到空气加热腔室10a的状态下，使阳光照射在单元壳体10的上表面上，阳光会被多个凸透镜20收集。随后，阳光集中并会聚在加热板22上。因此，基于该现象，通过太阳能加热加热板22。
如果加热板22被加热，流入到包括有加热板22的空气加热腔室10a内的外部空气会被加热至加热板22上形成的温度。显然，由于在加热空气过程中，外部空气在空气加热腔室10a内循环流动并被反射件24加热，加热时间会大大缩短。
接下来，加热完的热空气通过排放部件18排出，从而能够通过专用管道用于加热系统或暖水供应系统。
如上所述，根据本发明实施方式的使用太阳能的加热系统提供如下效果：提高热效率和暖水效率，甚至具有相较于传统技术的简单结构，并显著降低制造成本和维护成本，从而足以商业化且不受地域和使用的限制而广泛使用。
图3是示意地显示根据本发明的第二实施方式的使用太阳能的加热系统的透视图，图4是图3的截面图。
在上述第一实施方式中，所述加热系统中使用了具有凸透镜20、加热板22和反射件24的单元壳体10。
但是，如果如同第一实施方式那样在所述加热系统中使用单元壳体10，凸透镜20会暴露在外。因此，凸透镜20很容易被杂质污染。另外，由于单元壳体10的侧壁与外部空气接触，热量在该区域内容易趋于流失。特别地，这种热量流失在冬季会更加严重。
为了改善这种热量流失，在第二实施方式中，在单元壳体10的外侧还设置有特殊的外部壳体30。最终，该外部壳体30被制成为具有比单元壳体10的容积相对更大的容积，从而起到容纳、保护并隔绝容纳在外部壳体30内的单元壳体10的作用。
如图3和图4所示，在还设置有外部壳体30的情况下，进一步设置有透明板31，从而使得阳光不会被限制在邻近于凸透镜20的外部壳体30的上部，并将阳光朝向凸透镜20引导。
透明板31可以由玻璃或塑料材料制成。但是，如果使用半透明塑料材料作为透明板31，光线收集效率可能会有所下降。因此，优选地，在透明板31中使用完全透明的塑料材料或玻璃材料。
此外，如图4所示，在使用外部壳体30的情况下，在外部壳体30的侧壁与单元壳体10的侧壁之间还设置有绝热材料33。
绝热材料33起到抑制单元壳体10的空气加热腔室10a内的热量流失到外部的作用。使用被称为泡沫聚苯乙烯的泡沫聚苯乙烯树脂的适当混合物或石棉作为绝热材料33。当然，除了外部壳体30，单元壳体10的组成和结构均与第一实施方式相同。
就第二实施方式而言，防止了凸透镜20被污染。防止了空气加热腔室10a内的热量流失。第二实施方式具有提供与第一实施方式的效果相同的效果的优点。
图5是示意地显示根据本发明的第三实施方式的使用太阳能的加热系统的透视图，图6图5截面图。
在上述第一实施方式和第二实施方式的情形下，加热系统通过使用单独的单元壳体10而构成。因此，如果单元壳体10不是充分地不受限制地大，则会限制提高热效率。
因此，在本发明的第三实施方式中，在单元壳体10容纳在外部壳体30内的状态下，设置有多个单元壳体10，并沿横向方向彼此连接。
参照图5和图6，在横向方向上一共结合有5个单元壳体10，但是单元壳体10的数量可以少于或多于5个。如果单元壳体10的数量增加，必然更有利于提高热效率。
在第三实施方式中的多个单元壳体10可以按照附图中显示的那样在横向方向上结合在外部壳体30内，或者可以将如第二实施方式中那样的一套单元壳体10和外部壳体30，以多套的方式在横向方向上结合。
在如第三实施方式中那样通过在横向方向上结合多个单元壳体10来构成加热系统的情况下，不需要为每个单元壳体10设置进气部件16和排放部件18。
因此，如图所示，根据排列顺序，进气部件16设置在第一个单元壳体10上，排放部件18设置在最后一个单元壳体10上。当然，可以适当改变进气部件16和排放部件18的位置和数量。
如图所示，在5个单元壳体10相互连接，并且设置有单独的进气部件16和单独的排出部件18的情况下，需要将各个单元壳体10内的空气加热腔室10a相互连通。这样一来，在单元壳体10的空气加热腔室10a内已完全加热的空气被收集在一起并很好地用于加热系统或暖水系统。
为此，在第三实施方式中，在使单元壳体10相互接触的接触壁12上形成有能够连通单元壳体10的空气加热腔室10a的连通孔14。在单元壳体10的空气加热腔室10a内被充分加热的热空气，穿过连通孔14，被引向排放部件18。
连通孔14可以设置在任意位置上，但在本第三实施方式中，相对于各个单元壳体10的接触壁12，连通孔14被排列设置为Z字形。在这种情况下，空气相互碰撞且不会出现紊流，从而使空气平稳流动。
与前述实施方式相比，第三实施方式可以在短时间内得到更多的热空气。因此，比起前述的实施方式，第三实施方式形成加热系统和暖水供应系统的效率更高。
图7是示意地显示根据本发明的第四实施方式的使用太阳能的加热系统的截面图。
虽然在上述实施方式中没有说明，但在进气部件16上可以安装有进气风扇16a，在排放部件18上可以安装有排放风扇18a，用于使空气在进气部件16、空气加热腔室10a和排放部件18中循环流动。
当然，需要通过特殊的控制器(未示出)来选择地控制进气风扇16a和排放风扇18a的运转。
如上所述，已对本发明进行了详细说明，但本发明不限于此。
在上述实施方式中，单元壳体显示为独立的制品，但该单元壳体可以是一定空间。例如，可以用房屋的天花板作为单元壳体。
如上所述，通过具体的优选实施方式已对本发明进行了说明。但是，本发明不仅限于上述实施方式，对本领域普通技术人员而言，能够在不脱离本发明的精神的情况下做出各种修改和变化。因此，本发明的保护范围不限定于其详细的说明，而是由附加的权利要求和本发明的技术精神来限定。
如上所述，本发明能够提供一种使用太阳能的加热系统，该系统能够提高热效率和暖水效率，并能够显著地降低制造成本和维护成本，从而能够商业化并不受地域和使用的限制而广泛使用，该系统甚至具有相较于传统技术的简单结构。
工业实用性
如上所述，根据本发明的使用太阳能的加热系统能够用在替代能源领域，如加热系统或暖水供应系统，以及使用太阳能的太阳能屋。

Claims (2)

1.一种使用太阳能的加热系统，该系统包括：
单元壳体，该单元壳体中形成有空气加热腔室；
进气部件，该进气部件设置在所述单元壳体的一侧，以使外部空气流入所述空气加热腔室；
排放部件，该排放部件设置在所述单元壳体的另一侧，并排放出在所述空气加热腔室内加热了的空气；
多个凸透镜，该多个凸透镜设置在所述单元壳体的一个表面上以收集阳光；
加热板，该加热板设置在所述单元壳体的空气加热腔室内，并设置在由所述凸透镜设定的阳光的焦点位置上，该加热板通过由所述凸透镜收集的太阳能加热，从而加热所述空气加热腔室内的空气；以及
反射件，该反射件设置在所述单元壳体的内壁表面的至少一个表面上；其中，
该系统还包括外部壳体，该外部壳体设置在所述单元壳体的外部并容纳所述单元壳体，其中，在邻近所述凸透镜的所述外部壳体的上表面上设置有透明板，在所述外部壳体的侧壁和所述单元壳体的侧壁之间插入有绝热材料；
在所述单元壳体容纳在所述外部壳体内的状态下，沿横向方向设置有多个单元壳体，其中，在所述单元壳体的相互接触壁上形成有连通孔，以使所述单元壳体内的所述空气加热腔室相互连通，并且通过在横向方向上连接所述单元壳体而形成的所述连通孔排列设置成Z字形；以及
所述进气部件和排气部件内还设置有阀，以可选择地打开或关闭所述进气部件和所述排气部件。
2.根据权利要求1所述的使用太阳能的加热系统，其中，当所述单元壳体在所述横向方向上结合时，所述进气部件形成在一个所述单元壳体上，所述排放部件形成在另一个单元壳体上。
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