CN201359395Y - 聚光式太阳能热水器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型请求保护一种聚光式太阳能热水器，其主要由透光板、集热器、聚光器、反光板、保温层及支撑板构成，所述聚光器为上大下小的开口桶状结构，上开口为日光入射面，下开口为聚光面，内壁为反射面，所述集热器设置在聚光器的下开口即聚光面处。该聚光器显著增加了集热器上的日照的功率密度，从而提高了热水器的水温。本热水器具有制造、使用方便、价格低廉、能明显提高热水器的水温，具有良好的工程应用和经济价值。

Description

聚光式太阳能热水器
技术领域
本实用新型属于太阳能应用技术领域，具体涉及一种太阳能热水器。
背景技术
太阳能热水器已得到了大量的应用，但还存在一个致命的问题，即水温不高。特别是日照较差的地区或阴冷的冬天，热水器能够获得的水温更不如人意。
太阳能热水器在不同地区使用效果不同，主要是环境，特别是日照的年辐射总量或日平均辐射量不同所致。表1为我国一些地区日照参数。
表1我国一些地区日照时数、总辐射量及每天平均辐射量
Figure Y20092012617500031
从表1可知，假设热水器无热量散失，集热器的吸收系数为1：拉萨地区1cm2每天所吸收的太阳能为2.24KJ，相应热能为538卡，即可将10克水升温53.8度，或1m2的日照可将100公斤水升温53.8度；而成都地区1cm2每天所吸收的太阳能为1.05KJ，相应热量为252卡，1cm2的日照只能将10克水升温25.2度，1m2的日照只能将100公斤水升温25.2度。但实际上存在着热量流失，吸热器的吸收系数小于1，真正的温升比上面数据要低。
为了改进热水器的性能，研究者已做了大量的工作。这些工作主要集中在提高集热器的吸收率和防止热量散失方面。已大量使用的全玻璃真空管式太阳能集热器是提高吸收率和保温性能成功的实例。
提高集热器的吸收率和防止热量散失，虽然还可改进提高，但难度越来越大，空间越来越小。对于一个特定的地区，日光的年辐射总量，或日平均辐射量人们无法改变，但若能提高热水器集热器的日照功率密度，在其它条件不变的情况下，可以提高热水器的水温，改进热水器的性能。为此本专利推出了聚光式太阳能热水器。例如：若能使热水器的集热器的日照功率密度提高1倍，则成都地区日平均辐射量为2.1J/cm2，已接近日照很好的拉萨，超过二连、北京等地，使用效果明显改观，对于日照较好的地区其效果更理想。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提出一种聚光式太阳能热水器，通过聚光器将日光聚光到太阳能热水器集热器上，使集热器的日照功率密度得以明显提高，从而使热水器的水温也得以提高。
本聚光式太阳能热水器包括有集热器和聚光器，所述聚光器为上大下小的开口桶状结构，上开口为日光入射面，下开口为聚光面，内壁为反射面，所述集热器设置在聚光器的下开口即聚光面处。
所述聚光器相对高度h/d1在0.1～1.2之间，h是聚光器日光入射面到出入面的高度，d1是聚光器上开口直径，内壁的倾角∠2角在12°～40°之间。
进一步，在所述聚光器上开口处设置有透光板，还包括有反光板和保温层，所述反光板位于集热器的下面，保温层包围在聚光器外围和反光板下部。
本热水器通过聚光器将日光聚光到集热器上，使集热器的日照功率密度得以明显提高，在相同条件下，本热水器水的升温比对照热水器的水温的升温可高1倍以上。本热水器具有制造、使用方便、价格低廉、能明显提高热水器的水温等优点，具有良好的工程应用和经济价值。
附图说明
图1聚光式太阳能热水器结构示意图
图2聚光器的横切面图，图2a圆形、图2b矩形、图2c跑道形、图2d长方形
图3聚光器为分离部件组成的示意图
图4聚光器的原理图
具体实施方式
参见图1，1为透光板，固定在聚光器2的上开口处，2为聚光器，在聚光器2的下开口处即聚光处安装热水器的集热器4。集热器4可为平板型太阳能集热器，也可为全玻璃真空管式太阳能集热器。5为反光板，置于集热器4下面，在聚光器2和反光板5外部安装保温层3。支撑板6用以固定本聚光式热水器。本热水器采用的聚光器2为上大下小的开口桶状结构，上开口为日光入射面，下开口为聚光面，内壁为反射面，热水器的集热器4设置在聚光器2的下开口处，即聚光器的聚光面。其中L、L1、L2、L3表示入射光。
使用时将热水器的集热器4对准太阳，使聚光器2的轴线与日光平行。日光经透光板1射到集热器4和聚光器2的反光内壁上。射到聚光器2内壁上的日光经反射射到集热器4，使集热器4的日照功率密度得以提高。反光板5用以反射经集热器后尚未吸收的日光，再反射到集热器上，进一步增加集热器上的功率密度。透光板1和保温层3将集热器再与外界隔离，从而提高保温效果。
本聚光器2为上下开口的桶状结构。上开口为日光的入射面，下开口为日光的出射面即聚光面。上开口面积大于下开口面积。设上开口面积为S1、下开口面积为S2，则聚光倍数n＝S1/S2。聚光器的横切面可为圆形、矩形、跑道形和长方形，如图2a、图2b、图2c、图2d所示。聚光器可以整体成形，也可以由分离件组成。由分离件组成，可以简化加工，并容易制造大型的聚光器，图3为由分离件构成聚光器的示意图。聚光器的内壁为反光面，反光面可以由铝、铜、不锈钢、陶瓷等高反射率的材料构成，也可在衬底上蒸发铝、银的金属薄膜制成。
为了获得好的聚光效果，聚光器应有合理参数。图4为横切面为圆形的聚光器原理图。设上开口真径AB＝d1、下开口直径CD＝d2，高O1O2＝h，倾角为∠2。通过计算和实验表明，此种聚光器的相对高度(聚光器的日光入射面到出入面的高度h与上开口直径d1之比)在0.1～1.2之间，倾角∠2在12°～40°之间。其中L、L1、L2、L3表示入射光。

Claims (7)

1、聚光式太阳能热水器，包括有集热器和聚光器，其特征在于所述聚光器为上大下小的开口桶状结构，上开口为日光入射面，下开口为聚光面，内壁为反射面，所述集热器设置在聚光器的下开口即聚光面处。
2、根据权利要求1所述的聚光式太阳能热水器，其特征在于，所述聚光器相对高度h/d1在0.1～1.2之间，h是聚光器日光入射面到出入面的高度，d1是聚光器上开口直径，内壁的倾角∠2角在12°～40°之间。
3、根据权利要求1或2所述的聚光式太阳能热水器，其特征在于，所述桶状聚光器的横切面为圆形、正方形、跑道形或矩形，聚光器为整体结构或分离部件组成。
4、根据权利要求3所述的聚光式太阳能热水器，其特征在于，所述聚光器的反射面由高反射率的铝、银、铜、不锈钢或陶瓷构成，或在衬底上蒸发铝、银金属反光膜构成。
5、根据权利要求1或2所述的聚光式太阳能热水器，其特征在于，在所述聚光器上开口处设置有透光板。
6、根据权利要求1或2所述的聚光式太阳能热水器，其特征在于，还包括有反光板和保温层，所述反光板位于集热器的下面，保温层包围在聚光器外围和反光板下部。
7、根据权利要求1或2所述的聚光式太阳能热水器，其特征在于，所述集热器为平板型太阳能集热器或全玻璃真空管式太阳能集热器。
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