CN1270144C - 整体式太阳能热水器 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种利用太阳能加热水的装置，尤其是一种整体式太阳能热水器。本发明整体式太阳能热水器，由水箱、受热面所组成，该热水器包括水箱、透明蜂窝、反射面体、透明盖板，其中水箱为直角三角形，三角形的斜边为上吸热面、三角形的下直角边即水箱的底面为下吸热面，在上吸热面和下吸热面上涂有黑色或吸热材料，水箱位于反射面体的一端，并位于反射面体和透明盖板组成的封闭整体中，水箱的上吸热面和反射面的上开口处设有透明盖板，水箱的背面和两侧以及反射面外面设有保温材料。在水箱的上表面设有透明蜂窝，阳光通过透明蜂窝照到水箱上吸热面上。反射面体由抛物柱面和圆柱面组成一个整体，射入反射面体的阳光被反射到水箱下吸热面上。

Description

整体式太阳能热水器
一、技术领域
本发明是一种利用太阳能加热水的装置，尤其是一种整体式太阳能热水器。
二、背景技术
目前太阳能热水器主要有真空管太阳能热水器、管板式太阳能热水器和整体式太阳能热水器(ICS-Integrated Collector Storage)。
真空管太阳能热水器可分为两种：全玻璃(“杜瓦瓶”)型和金属-玻璃管封接型。前者的结构为内管的外表面有低发射率涂层，管内盛水，管子直接插入水平放置的筒形水箱；优点为可以防冻(气温很低时也可能冻裂)，缺点是水箱不能承压，工艺复杂，成本价格高。
管板式太阳能热水器可分为铜铝复合型和全铜型。前者的上升管为铜，肋片为铝，用热轧、吹胀工艺制成。将许多条状片并联，每条分别与上、下联箱焊接，就做成集热器。再与水箱相联接，就成为热水器。而全铜型则是用超声技术将铜管直接焊在铜板(最薄的为0.13mm)上。管板型热水器的优点为效率高，比真空管热水器便宜，缺点为不能过冬，只能在南方使用。
整体式太阳能热水器的集热器和贮水箱合二为一，结构简单；用材广泛，可采用不锈钢、铜、铝合金及镀锌铁皮等材料加工。用透明盖板(有机玻璃、阳光板、聚碳酸板、菲陇板或玻璃板等)作顶部透明隔热，这种透明隔热方式使得这种太阳能热水器具有较高的太阳辐照透过率，夏天运行时效率不亚于真空管热水器；但保温效果较差，在阴天或夜间其热损较大，在冬季不防冻，不能正常运行。其优点为结构简单，价格便宜；缺点为热损系数高，在冬季热性能很差。这种太阳能热水器种类繁多，是国际上太阳能热水器发展研究的重要对象，主要目标是提高热效率和降低热损。
三、技术内容
1、发明目的
本发明的目的是提供一种集热效率和贮热效率均高的整体式太阳能热水器。
2、技术方案
本发明整体式太阳能热水器，由水箱、受热面所组成，该热水器包括水箱、透明蜂窝、反射面体、透明盖板，其中水箱为直角三角形，三角形的斜边为上吸热面、三角形的下直角边即水箱的底面为下吸热面，在上吸热面和下吸热面上涂有黑色或吸热材料；水箱位于反射面体的一端，并位于反射面和透明盖板组成的封闭整体中，水箱的上吸热面和反射面体的上开口处设有透明盖板，水箱的背面和两侧以及反射面体外面设有保温材料。在水箱的上表面设有透明蜂窝，阳光通过透明蜂窝照到水箱上吸热面上。反射面体由抛物柱面和圆柱面组成一个整体，射入反射面体的阳光被反射到水箱下吸热面上。
3、技术效果
水箱背面和侧面隔热，底面和上表面为吸热面。底面的太阳辐照来源于复合反射面对太阳辐照的反射，上表面的太阳辐照是透过透明盖板和透明蜂窝的太阳辐照。这种ICS太阳能热水器具有以下优点：1)与单面接收太阳辐照的ICS太阳能热水器相比，这种设计具有较大的吸热面积；2)接近水箱底面的上层区域空气温度最高，自然对流无法形成，底部热损小；3)透明蜂窝具有高透过率和低热损的性能，顶部热损小且太阳能收益较大；4)具有良好的保温效果，可以在冬天运行。
四、附图说明
图1是本发明整体式太阳能热水器的结构示意图。其中有水箱1、上吸热面11、下吸热面12、透明蜂窝2、反射面体3、圆柱面31、抛物柱面32、透明盖板4。箭头线为阳光照射的方向。三角形水箱的上顶点为A，直角顶点为B，另一底角顶点为O；反射面体3的上部开口的上端顶点为F，下端顶点为D，中部点为E，反射面体3的下部点为C，圆柱面32的半径为R。
五、具体实施方式
该太阳能热水器由水箱1、反射面体3和透明盖板4构成；采用截面为三角形的水箱，水箱的上表面为斜面，其斜面与地面之间的夹角为当地纬度±15°；水箱位于反射面上方，反射面由圆柱面和抛物柱面共同组成。
或者，水箱的上表面采用透明蜂窝与透明盖板构成的复合蜂窝作盖板，透明蜂窝与盖板之间的距离为零，与水箱的上表面之间的距离为5mm-20mm。具体结构如图1所示，其中三角形ABO是水箱的垂直于地面的截面，水箱背面和两侧面隔热，其它两个面即底面和斜面涂黑或用选择性材料作吸热面；其底面BO(即下吸热面)利用辅助反射面反射的太阳辐照加热，其斜面AO(即上吸热面)直接利用太阳辐照加热；斜面与地面之间的夹角(即∠AOB)在当地纬度附近(±15°)；反射面为BCD，其中BC是圆心在O点的1/4圆柱面，CD是焦点为O点、顶点为C点的抛物柱面的一部分(截止到盖板为止)，圆柱面和抛物柱面共同组成复合反射面。FED为透明盖板，可采用有机玻璃、阳光板、菲陇板或玻璃板等。水箱是采用不锈钢板(或镀锌板、铝板、铜板等)制成，用氩弧焊焊接，并在水箱长度方向上添加了加强肋，具有一定的承压能力。在水箱的上表面和底面涂黑(油漆或涂料)或选择性涂层。反射面是采用抛光的金属表面或在反射面上贴或涂一层高反射率的金属膜。水箱的两侧和背面以及反射面的外表面均用隔热材料(聚苯乙烯、聚胺酯、岩棉或玻璃棉等)隔热。在盖板EF与水箱的上表面AO之间还可以放入透明蜂窝5。透明蜂窝是指以玻璃或透明塑料为原料，采用特殊工艺制成的有大量小孔径的多孔板，它对太阳辐射有相当高的透过率，并能完全抑制空气的自然对流和减弱辐射传热。因此，它有“热二级管”的作用一能透过太阳辐射，又具有优异的隔热性能。与其它透明隔热材料(热镜窗、透明纤维等)相比，透明蜂窝的综合性能最优。其本身的厚度为20-100mm，透明蜂窝与盖板之间的距离为零(紧贴盖板)，与水箱的上表面之间留有一定厚度(5mm-20mm)的空隙以构成复合蜂窝。
本发明的整体式太阳能热水器由水箱、受热面所组成，包括水箱、透明蜂窝、反射面体透明盖板，其中水箱位于反射面体的一端，并位于反射面和透明盖板组成的封闭整体中，水箱的上吸热面和反射面的上开口处设有透明盖板，水箱的背面和两侧以及反射面外面设有保温材料，其中水箱的截面是直角三角形ABO，∠AOB为31°，水箱长1600mm，容积为0.12m3。BC是圆心在O点半径为500mm、长1600mm的1/4圆柱面；CD是焦点为O点、顶点为C点、长1600mm的抛物柱面的一部分，圆柱面和抛物柱面共同组成复合反射面，其弧长由∠AOB决定。透明盖板为3mm厚的有机玻璃，面积为2.08m2。水箱是采用1mm厚的不锈钢板制成，用氩弧焊焊接，并在水箱长度方向上添加了两道加强肋，具有一定的承压能力。在水箱的上表面和底面涂黑漆。反射面上贴的一层高反射率的铝膜。水箱的两侧和背面以及反射面均用30mm厚的聚苯乙烯隔热。在盖板FE与水箱的上表面AO之间放入50mm厚的透明蜂窝，透明蜂窝与盖板之间的距离为零，与水箱的上表面之间留有10mm的空隙以构成复合蜂窝。

Claims (3)

1、一种整体式太阳能热水器，由水箱、受热面所组成，该热水器包括水箱(1)、透明蜂窝(2)、反射面体(3)、透明盖板(4)，其特征在于其中水箱(1)为直角三角形，三角形的斜边为上吸热面(11)、三角形的下直角边即水箱的底面为下吸热面(12)，在上吸热面(11)和下吸热面(12)上涂有黑色或吸热材料；水箱(1)位于反射面体(3)的一端，并位于反射面体(3)和透明盖板(4)组成的封闭整体中，水箱(1)的上吸热面(11)和反射面体(3)的上开口处设有透明盖板(4)，水箱(1)的背面和两侧以及反射面体(3)外面设有保温材料。
2、根据权利要求1所述的整体式太阳能热水器，其特征在于在水箱(1)的上表面设有透明蜂窝(2)，阳光通过透明蜂窝照到水箱上的上吸热面(11)上。
3、根据权利要求1或2所述的整体式太阳能热水器，其特征在于反射面体(3)由抛物柱面(32)和圆柱面(31)组成一个整体，射入反射面体(3)的阳光被反射到水箱的下吸热面(12)上。
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