CN106595072A - 平板式太阳能热水器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平板式太阳能热水器，包括集热装置和储水装置，集热装置包括玻璃罩和置于玻璃罩内的集热盒，其特征在于：所述集热盒的受热面为齿状结构，由多个排列的条状齿构成，集热盒内设置导热介质，导热介质通过连接通道进入储水装置，经过储水装置返回集热盒，形成换热循环。本发明具有吸热面积大、集热速度快、热损低的优点。
Description
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，涉及一种平板式太阳能热水器。
背景技术
太阳能热水器根据集热装置的形状主要分为真空管式和平板式两种，平板式太阳能的集热装置为平板形状，其结构主要包括集热板、位于集热板前部的采光玻璃、后部的保温层和内部的导热介质，集热板背面直接与保温层接触，正面与采光玻璃之间存在空隙，其内一般为空气，集热板表面为平面，存在的问题是：
1、吸热面积受到限制。由于集热板表面为平面，为增大其吸热面积只有增大集热板的大小，而实际应用时往往受到空间限制，影响了吸热效果，集热板面积增大相应的也会带来各个配合部件的增大，增加制作成本，另一方面，现有技术导热介质只能正面受热，背面与保温层接触，不受热，集热速度较慢；
2、热损较大。集热板吸收的热量除了被导热介质吸收传导到储水箱外，一部分使前部的空气温度升高，其中部分热量通过四周框架和采光玻璃散失掉，另一部分通过背面保温层散失掉，保温效果不理想，热损较大；
3、角度不可调，不能很好的形成直射的效果，热利用率不足。
发明内容
本发明的目的在于针对上述缺点，提供一种吸热面积大、集热效果好的平板式真空天阳能热水器。
本发明是这样实现的：一种平板式太阳能热水器，包括集热装置和储水装置，集热装置包括玻璃罩和置于玻璃罩内的集热盒，集热盒的受热面为齿状结构，由多个排列的条状齿构成，集热盒内设置导热介质，导热介质通过连接通道进入储水装置，经过储水装置返回集热盒，形成换热循环。
受热面上设有平行的、等间距的压痕，受热面在压痕处左右来回依次弯折设置形成上述的齿状结构；受热面的压痕的竖向投影呈南北方向设置；
在受热面的压痕的两端各铰接设有一个固定块，位于同一对应位置的固定块连线形成平行的四列固定块，即上下各两列；且在每个固定块上设有一个螺纹通孔，螺纹通孔的方向沿集热盒的长度方向设置；
设有四个并列的长螺杆，四个长螺杆对应分成上下两组，每组长螺杆包括两个长螺杆，每个长螺杆分别对应穿过一列固定块的螺纹孔，位于同一长螺杆上的固定块间距相同，在每个长螺杆的外侧与螺杆并列设有一个滑动槽，上述的滑动块滑动设置在滑动槽内；每个螺杆的端部设有一个电机，电机连接并控制螺杆的转动。
还包括有四个横杆，四个横杆分别位于四个长螺杆的端部，四个横杆的两端分别与长螺杆的端部铰接，横杆与长螺杆形成平行四边形，铰接方式如下：在横杆的端部与横杆铰接有铰接头，铰接头内设有螺纹通孔，长螺杆螺纹配合穿过铰接头的螺纹通孔；每个横杆的中部铰接有一个连接杆，连接杆的另一端铰接在集热盒内壁上。
作为本发明的进一步改进，所述条状齿的内面设置挡条，挡条与条状齿的两斜面形成封闭空间，所述导热介质置于封闭空间内。
作为本发明的进一步改进，所述玻璃罩内部抽真空，所述集热盒与玻璃罩之间具有间隔空间。
作为本发明的进一步改进，所述导热介质为油类物质，所述连接通道为导管。
作为本发明的进一步改进，所述玻璃罩由上下两块相扣构成，玻璃罩长度方向设置折弯边，两折弯边结合处由金属卡边槽密封，玻璃罩宽度方向的两端由金属异型槽密封。
作为本发明的进一步改进，所述导管的外周设置半圆柱状的透光加温器。
作为本发明的进一步改进，所述条状齿的齿顶角度在30度至120度之间，优选为45度。
一种述平板式太阳能热水器的调节方法，
A、受热面处于初始位置一：朝向东的受热面与水平面的锐角角度呈最大角度，在70度；
B、调节朝向太阳一面的、外侧的上下长螺杆，使位于外侧的上下长螺杆转动，同时位于内侧的上下长螺杆静止，外侧长上下两螺杆同步转动，受热面的角度开始改变：朝向东向的受热面逐渐朝向早晨太阳的方向，受热面逐渐并垂直于阳光光线；
C、随着太阳的东升，间隔时间同步转动上下外螺杆，并继续使得受热面朝向并垂直于阳光光线；
D、当太阳的光线与南北方向的夹角低于20度时，此时相邻受热面呈状态二：相邻两个齿状受热面的固定夹角为45度，且关于南北方向的竖向中心轴对称；
E、下午经过太阳绕过20度之后，反方向转动外侧上下外螺杆，使得西向的受热面逐渐并垂直于阳光光线；
F、随着太阳的西落，间隔时间同步反方向转动上下外螺杆，并继续使得受热面朝向并垂直于阳光光线；
G、朝西东的受热面与水平面的锐角角度呈最大角度70度时，停止转动；
H、太阳落山之后，恢复到初始位置一
本发明的优点为：
1、吸热面积大，集热速度快。由于受热面为曲折的齿状面，其展开面积为实际吸热面积，在外形尺寸相同的情况下，其受热面积相比现有技术有了大幅度的增加，集热速度相应加快。此外，齿顶比较尖锐，有利于快速吸收热量，快速提高导热介质的温度。
2、可以调节受热面的倾斜角度：将受热面一直朝向太阳光，有效的增加集热效果。
3、保温效果好，热损低。玻璃罩内腔可以抽真空，集热盒四周均为真空状态，能有效提高保温效果，降低热量损失。集热盒四周与玻璃罩之间具有间隔空间，不与玻璃罩直接接触，也有利于保温，减少热损。
4、集热温度高。导热介质可以选用沸点高的油类物质，并通过导管与储水装置热交换，一方面能提高集热温度，另一方面避免了水垢问题的发生，此外，导管外周设置半圆柱状透光加温器，起到透镜聚焦加热效果，进一步提高了集热温度。
5、角度可调，通过长螺杆的转动，实现对受热面角度的调节，提高热利用率。
附图说明
图1为本发明的主视结构示意图。
图2为图1集热装置部分第一种实施方式的A-A剖视放大图；
图3为图1集热装置部分第二种实施方式的A-A剖视放大图；
图4为图1集热装置部分第三种实施方式的A-A剖视放大图；
图5为图1集热装置部分第一种实施方式的B-B剖视放大图；
图6为图1集热装置部分第二种实施方式的B-B剖视放大图；
图7为图1透光加温器部分的C-C剖视放大图；
图8为本发明创造实施例1结构示意图；
图9为图8的A-A视图。
图中：1、玻璃罩，2、集热盒，3、挡条，4、卡边槽，5、异型槽，6、导管，7、透光加温器，8、储水装置，9、压痕，10、固定块，11、受热面，12、长螺杆，13、滑动槽，14、电机，15、横杆，16，连接杆。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步描述。
如图所示，本发明包括集热装置和储水装置8，集热装置包括玻璃罩1和置于玻璃罩1内的集热盒2，集热盒2的受热面11为齿状结构，由多个平行排列的条状齿构成。集热盒2位于玻璃罩1的中部位置，其四周与玻璃罩1之间具有间隔空间。集热盒2内设置导热介质，导热介质通过连接通道与储水装置8连通。图示连接通道采用导管6结构。
本发明的受热面可以采用现有技术实现，比如在轻质薄板（铝片）上涂覆有吸热层（比如现有的太阳能真空管内的吸热材料）。
实施例1： 受热面上设有平行的、等间距的压痕9，受热面在压痕9处左右来回依次弯折设置形成上述的齿状结构；受热面11的压痕的竖向投影呈南北方向设置；
在受热面11的压痕9的两端各铰接设有一个固定块10，位于同一对应位置的固定块连线形成平行的四列固定块，即上下各两列；且在每个固定块上设有一个螺纹通孔，螺纹通孔的方向沿集热盒的长度方向设置；
设有四个并列的长螺杆12，四个长螺杆12对应分成上下两组，每组长螺杆12包括两个长螺杆12，每个长螺杆12分别对应穿过一列固定块的螺纹孔，位于同一长螺杆上的固定块间距相同，在每个长螺杆12的外侧与螺杆并列设有一个滑动槽13，上述的固定块10滑动设置在滑动槽13内；每个螺杆的端部设有一个动力装置，比如电机14，电机14连接并控制长螺杆的转动。
还包括有四个横杆15，四个横杆15分别位于四个长螺杆的端部，四个横杆的两端分别与长螺杆12的端部铰接，横杆与长螺杆形成平行四边形，铰接方式如下：在横杆15的端部与横杆15铰接有铰接头，铰接头内设有螺纹通孔，长螺杆螺纹配合穿过铰接头的螺纹通孔；每个横杆的中部铰接有一个连接杆16，连接杆16的另一端铰接在集热盒内壁上。
本实施例1的电机可以通过单片机进行控制，虽然四季变化，太阳的光线角度有不同，但本方法可以采用间隔控制的形式，比如间隔某一固定的时间（比如20分钟）调节一次，且本调节中的垂直并非是绝对性的，因太阳位置的变化可能会有几度的偏差，但相对于不调节，其垂直更加明显。
A、受热面处于初始位置一：朝向东的受热面与水平面的锐角角度呈最大角度，在70度；
B、调节朝向太阳一面的、外侧的上下长螺杆，使位于外侧的上下长螺杆转动，同时位于内侧的上下长螺杆静止，外侧长上下两螺杆同步转动，受热面的角度开始改变：朝向东向的受热面逐渐朝向早晨太阳的方向，受热面逐渐并垂直于阳光光线；
C、随着太阳的东升，间隔时间同步转动上下外螺杆，并继续使得受热面朝向并垂直于阳光光线；
D、当太阳的光线与南北方向的夹角低于20度时，此时相邻受热面呈状态二：相邻两个齿状受热面的固定夹角为45度，且关于南北方向的竖向中心轴对称；
E、下午经过太阳绕过20度之后，反方向转动外侧上下外螺杆，使得西向的受热面逐渐并垂直于阳光光线；
F、随着太阳的西落，间隔时间同步反方向转动上下外螺杆，并继续使得受热面朝向并垂直于阳光光线；
G、朝西东的受热面与水平面的锐角角度呈最大角度70度时，停止转动；
H、太阳落山之后，恢复到初始位置一。
图2、图3、图4分别是本发明集热装置部分的另三种实施方式，主要区别在于集热盒2表面的条状齿分布结构以及条状齿内面结构不相同。
图2所示的条状齿为连续折弯结构，集热盒2内部中空，用于容纳导热介质。
图3所示的条状齿同样为连续折弯结构，与图2区别在于，条状齿的内面设置挡条3，挡条3与条状齿的两斜面形成封闭空间，导热介质置于该封闭空间内。此种实施方式中，导热介质仅设置在齿顶部分，导热介质受热更快，升温迅速。集热盒2内部的热量还可以通过挡条3的背面传递给导热介质，更充分的提高了集热效果。
图4所示的条状齿为不连续的折弯结构，集热盒2内部中空，用于容纳导热介质。
图5、图6分别是图2、图3所示实施方式B-B角度的剖视图，两者的区别在于挡条3结构。
为增加保温和加热效果，导管6外部设置透光加温器7，透光加温器7设计为半圆柱形状，由透光材料制作，半圆柱面为采光面，能够起到透镜聚焦加热作用，如图8所示。
本发明的导热介质可以为水，也可以为油类物质。当导热介质为水时，导热介质与储水装置8直接连通，形成热交换。为提高集热温度和避免水垢问题，导热介质优选沸点较高的油类物质。当导热介质采用油类物质时，导热介质不直接与储水装置8连通，导热介质通过导管6外壁与储水装置8进行热交换，导管6在储水装置8内的部分可以设计为弯曲结构，以增加换热面积，在此不再附图表示。
为便于制作，玻璃罩1由上下两块相扣构成，玻璃罩1长度方向设置折弯边，两折弯边结合处由金属卡边槽4密封，玻璃罩1宽度方向的两端由金属异型槽5密封，如此，玻璃罩1四周能够实现密封，起到良好的保温效果。为更好的增加保温效果，玻璃罩1内部抽真空。
本发明集热盒2表面的条状齿角度设计在30度至120度之间，角度越小集热盒2展开的受热面积越大，但齿尖强度越小，容易碰损，而且会造成相邻齿面遮挡阳光较多的问题，角度越大则集热盒2展开的受热面积会越小，综合考虑加工制作、齿面强度、集热效果等各方面因素，条状齿齿顶角度设计为45度为最佳。
使用时，阳光透过玻璃罩1照射在集热盒2的齿状面上，条状齿的每个斜面都能够吸收热量，特别是齿尖部位更能够快速吸收热能，传导给导热介质，导热介质通过连接通道与储水装置8进行热交换，在传导过程中还通过半圆柱状透光加温器7进一步吸收热能，提高温度。由于集热盒2的齿状面设计，集热面积得到有效增加，集热速度快，集热温度高，由于玻璃罩1内实现了真空，集热盒2的保温效果得到大幅度提高，集热盒2内部的热量还可以通过集热盒2的背面传递给导热介质，更充分的提高了集热效果。
本发明不局限于图示实施方式，凡依据本发明设计思路所做的不具有创造性的改进和替换，均应属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种平板式太阳能热水器，包括集热装置和储水装置，集热装置包括玻璃罩和置于玻璃罩内的集热盒，其特征在于：所述集热盒的受热面为齿状结构，由多个排列的条状齿构成，集热盒内设置导热介质，导热介质通过连接通道进入储水装置，经过储水装置返回集热盒，形成换热循环。
2.根据权利要求1所述的平板式太阳能热水器，其特征在于：受热面上设有平行的、等间距的压痕，受热面在压痕处左右来回依次弯折设置形成上述的齿状结构；受热面的压痕的竖向投影呈南北方向设置；
在受热面压痕的两端各铰接设有一个固定块，位于同一对应位置的固定块连线形成平行的四列固定块，即上下各两列；且在每个固定块上设有一个螺纹通孔，螺纹通孔的方向沿集热盒的长度方向设置；
设有四个并列的长螺杆，四个长螺杆对应分成上下两组，每组长螺杆包括两个长螺杆，每个长螺杆分别对应穿过位于同一列固定块的螺纹孔，位于同一长螺杆上的固定块间距相同，在每个长螺杆的外侧与螺杆并列设有一个滑动槽，上述的滑动块滑动设置在滑动槽内；每个螺杆的端部设有一个电机，电机连接并控制螺杆的转动；
还包括有四个横杆，四个横杆分别位于四个长螺杆的端部，四个横杆的两端分别与长螺杆的端部铰接，横杆与长螺杆形成平行四边形，铰接方式如下：在横杆的端部与横杆铰接有铰接头，铰接头内设有螺纹通孔，长螺杆螺纹配合穿过铰接头的螺纹通孔；每个横杆的中部铰接有一个连接杆，连接杆的另一端铰接在集热盒内壁上。
3.根据权利要求1所述的平板式太阳能热水器，其特征在于：所述条状齿的内面设置挡条，挡条与条状齿的两斜面形成封闭空间，所述导热介质置于封闭空间内。
4.根据权利要求1或2或3所述的平板式太阳能热水器，其特征在于：所述玻璃罩内部抽真空，所述集热盒与玻璃罩之间具有间隔空间。
5.根据权利要求4所述的平板式太阳能热水器，其特征在于：所述导热介质为油类物质，所述连接通道为导管。
6.根据权利要求5所述的平板式太阳能热水器，其特征在于：所述玻璃罩由上下两块相扣构成，玻璃罩长度方向设置折弯边，两折弯边结合处由金属卡边槽密封，玻璃罩宽度方向的两端由金属异型槽密封。
7.根据权利要求6所述的平板式太阳能热水器，其特征在于：所述导管的外周设置半圆柱状的透光加温器。
8.根据权利要求7所述的平板式太阳能热水器，其特征在于：所述条状齿的齿顶角度在30度至120度之间。
9.根据权利要求8所述的平板式太阳能热水器，其特征在于：所述条状齿的齿顶角度优选为45度。
10.一种权利要求2所述平板式太阳能热水器的调节方法，其特征在于：
A、受热面处于初始位置一：朝向东的受热面与水平面的锐角角度呈最大角度，在70度；
B、调节朝向太阳一面的、外侧的上下长螺杆，使位于外侧的上下长螺杆转动，同时位于内侧的上下长螺杆静止，外侧长上下两螺杆同步转动，受热面的角度开始改变：朝向东向的受热面逐渐朝向早晨太阳的方向，受热面逐渐并垂直于阳光光线；
C、随着太阳的东升，间隔时间同步转动上下外螺杆，并继续使得受热面朝向并垂直于阳光光线；
D、当太阳的光线与南北方向的夹角低于20度时，此时相邻受热面呈状态二：相邻两个齿状受热面的固定夹角为45度，且关于南北方向的竖向中心轴对称；
E、下午经过太阳绕过20度之后，反方向转动外侧上下外螺杆，使得西向的受热面逐渐并垂直于阳光光线；
F、随着太阳的西落，间隔时间同步反方向转动上下外螺杆，并继续使得受热面朝向并垂直于阳光光线；
G、朝西东的受热面与水平面的锐角角度呈最大角度70度时，停止转动；
H、太阳落山之后，恢复到初始位置一。
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| CN203810757U (zh) * | 2014-04-25 | 2014-09-03 | 天丰新能源股份有限公司 | 一种太阳能集热器 |
| CN104879938A (zh) * | 2015-06-15 | 2015-09-02 | 吕一五 | 集成式平板太阳能集热器板芯 |
| CN206291507U (zh) * | 2016-12-26 | 2017-06-30 | 魏雨潇 | 平板式太阳能热水器 |
-
2016
- 2016-12-26 CN CN201611216619.1A patent/CN106595072B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
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