TW201610378A - 增效式太陽能熱水器 - Google Patents

Abstract

一種增效式太陽能熱水器，其將框架設於熱水器本體周圍，框架之兩側分別裝設有對稱之第一反射板及第二反射板及可旋轉驅動器。追日控制器根據太陽光照射方向分別控制旋轉驅動器驅動第一反射板及第二反射板旋轉承受上午及下午的光照射面角度，並反射太陽光至熱水器本體之數個熱交換管上，以有效集熱讓此些熱交換管增加進行熱交換運作。第一反射板及第二反射板之背面依序設有隔熱層及防護罩，當無太陽光時，追日控制器控制旋轉驅動器同時驅動第一、第二反射板旋轉覆蓋閉合於熱水器本體上，使其避免受到外界環境因素而受損或散熱影響，進而延長使用壽命。

Description

增效式太陽能熱水器

本發明係有關一種增效式太陽能熱水器，尤指一種利用旋轉反射板來追蹤及反射太陽光進行反射集熱至熱水器上，透過熱交換形成熱水使用，以及在無集熱作用或有外來損害因素時，可被覆罩蓋防護散熱損失之增效式太陽能熱水器。

按，隨著地球有限的能源出現枯竭危機，但生活上各種需要能源驅動的設備卻日益增加，為能減少天然能源的快速消耗，各界皆紛紛致力研發可取代傳統能源的方式，如太陽能、風能、地熱、生質能等再生能源的發展，不僅成為國際永續等會議的討論焦點，也是各國擬定能源政策的要項。

續就各項再生能源的發展中，又以每天都能見到的太陽光作為再生能源的運用，太陽能相關應用是較為成熟可靠的領域之一。現今收集太陽能且進而運用的方式有收集熱能以及轉換光能這兩種方式，以收集熱能來說，就是直接以日照或反射鏡將太能光集中蓄熱，而轉換光能方式則大多是利用太陽能電池板來將光能直接轉換為電力。以目前廣泛應用的太陽能熱水器為例，如第1圖所示，為先前技術的太陽能熱水器之結構示意圖。太陽能熱水器包括一熱水儲水桶10、導管座12及複數個集熱管14，儲水桶10配置熱水出水口104，冷水自複數個集熱管14下方的冷水入水口102進入並經熱交換加熱以匯集至導管座12上的此些集熱管14中，此些集熱管14經太陽光照射蓄熱後成為熱水，儲存於熱水儲水桶10內，再經熱水出水口104流出，讓使用者無須提供任何燃料即可使用熱水。

然而，上述現有的太陽能熱水器的結構設計，所能收集投射於其上的日照非常有限，多以太陽能的熱能強度、照射面積必須有效的收集，例如維持此些集熱管能保持正面讓太陽照射，才能提高交換蓄熱效率，否則容易造成熱損失而使熱轉換效率低。再者，此些集熱管一直暴露於環境中，例如，在夜間低溫時段、寒流散熱時段或外力侵害等情況下，不僅讓日間好不容易蓄熱的熱能大量流失，且容易受氣候影響，如冬天積雪、結冰、爆雨或灰塵、污物等因素而嚴重影響太陽能熱水器的熱吸收能力，甚至因熱散失而無法正常運作；因此，如何提高太陽能熱水器的轉換效率及監控傷害損失、增加防護效果是亟待解決的問題。

有鑑於此，本發明遂針對上述先前技術的缺失，提出一種增效式太陽能熱水器，以有效克服上述的所述的等問題。

本發明的主要目的在於提供一種增效式太陽能熱水器，其利用具有防護結構設計及曲面或平面設計的反射板來反射太陽能光，不僅能夠集熱於熱水器本體上而提高熱交換率及降低熱損失，又能在無須集熱或熱能散失或外力侵害狀況下，利用反射板重疊覆蓋於熱水器本體上而達到防護功效。

本發明的次要目的在於提供一種增效式太陽能熱水器，其搭配水循環系統，有效監控及調節冷熱水之水流溫度及流量，以避免熱交換器低效或造成空燒或結冰、結凍的問題發生。

為達以上的目的，本發明提供一種增效式太陽能熱水器，包括一熱水器本體、一框架、對稱之第一反射板及一第二反射板、二隔熱層、二防護罩、二旋轉驅動器及一追日控制器。熱水器本體具有數個熱交換管及連接此些熱交換管之一熱水匯流管，框架套設於熱水器本體周圍，第一反射板及第二反射板分別設於框架之東西向兩側，二隔熱層分別設於第一反射板及第二反射板之背面，二防護罩分別設於二隔熱層上，二旋轉驅動器分別設於框架兩側，且分別連接第一反射板及第二反射板的底端，藉由追日控制器設定二旋轉驅動器以驅動第一反射板及第二反射板旋轉作動。追日控制器電性連接二旋轉驅動器，追日控制器係根據太陽光上午或下午照射方向分別控制二旋轉驅動器驅動第一反射板及第二反射板旋轉呈現受光反射面角度，並反射太陽光至此些熱交換管上，其內部水源經此些熱交換管進行熱交換為熱水後匯流至熱水匯流管內；其中，追日控制器於無太陽光時，控制二旋轉驅動器同時驅動第一反射板及第二反射板旋轉覆蓋於熱水器本體上，以作為該熱水器本體之層疊防護罩，也就是藉由第一反射板及第二反射板背面的防護罩來抵抗環境因素對熱水器本體所造成的損壞及影響使用壽命等功效，以及防制蓄熱損失及熱交換器本體之逆向散熱運作。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明的目的、技術內容、特點及其所達成的功效。

使用太陽能熱水器收集太陽能之熱能進行熱轉換，便無須任何燃煤或電力之耗源即能提供熱水予生活及產業應用；惟，現有的太陽能熱水器的管路設計都是固定式，無法根據日照變化而活動調整角度，因此熱轉換效能受到大幅侷限。為此，本發明利用現有的太陽能熱水器結構來改良設計一種可增加熱轉換效能及減少熱損失的新穎太陽能熱水器結構。

如第2A及2B圖所示，為本發明之結構示意圖，增效式太陽能熱水器包括一熱水器本體20、一框架22、對稱之第一反射板24及一第二反射板26、二隔熱層28、二防護罩30、二旋轉驅動器32、32’及一追日控制器34。熱水器本體20具有數個熱交換管202及連接此些熱交換管202之一熱水匯流管204，框架22可直接套設或裝設於熱水器本體20周圍，因此可應用於現有的太陽能熱水器結構上。第一反射板24及第二反射板26分別設於框架22之兩側，如第2A圖所示，第一反射板24及第二反射板26係為曲面第一反射板及曲面第二反射板，又或者反射板設計為平板造型，如第2B圖，第一反射板24及第二反射板26係為平板第一反射板及平板第二反射板。二旋轉驅動器32、32’分別設於框架22兩側，且分別連接第一反射板24及第二反射板26的底端，藉由二旋轉驅動器32、32’分別獨立驅動第一反射板24及第二反射板26旋轉作動。其中，追日控制器34電性連接二旋轉驅動器32、32’，追日控制器34係根據太陽光上午及下午照射方向分別控制二旋轉驅動器32、32’驅動第一反射板24及第二反射板26旋轉呈受光反射面角度，並反射太陽光至此些熱交換管202上，其內部水源流經此些熱交換管202進行熱交換為熱水後匯流至熱水匯流管204內。若第一反射板24及第二反射板26作為鏡面反射結構係為曲面設計，也就是第一反射板24及第二反射板26能夠藉由曲面以更有效的把太陽光聚集反射至全部的此些熱交換管202上，當然，亦可使用平板反射板進行反射太陽光至全部的此些熱交換管202上，且二隔熱層28分別設於第一反射板24及第二反射板26之背面，二防護罩30分別設於二隔熱層28上，能夠增強第一反射板24及第二反射板26的堅固性及功能性（容後詳述）。

瞭解本發明之結構設計後，續就整體的運作方式而言，請同時參閱第3A～3D圖，為本發明收集太陽能光之示意圖。追日控制器34可根據太陽光的方位角以及仰角（日高角），使此些熱交換管202在最佳的太陽光入射角度下吸收最大量的太陽光，進而提升太陽能轉換效率。詳言之，追日控制器34根據太陽光照射方向分別控制二旋轉驅動器32、32’驅動第一反射板24及第二反射板26旋轉，在此以曲面反射板為例說明；舉例來說，為能擴增收集太陽能空間上之投射面積來增加熱能的收集效能，如第3A圖所示，追日控制器34係根據於日出至中午前時段之太陽光照射方向，獨立控制旋轉驅動器32’旋轉向西側的第二反射板26向外，呈水平狀態全開，而獨立控制旋轉驅動器32旋轉向東側的第一反射板24對應日照的高位角以調整傾斜角度，予以反射太陽光至此些熱交換管202上，由於未受到第二反射板26之遮蔽，故此些熱交換管202能接收最大面積的照度而進行熱交換。如第3B圖所示，追日控制器34係根據於正中午時段之太陽光照射方向，分別控制二旋轉驅動器32、32’旋轉調整向東側的第一反射板24及向西側的第二反射板26向外，呈水平狀態全開，使太陽光的日照高位角直射至此些熱交換管202上，由於未受到第一反射板24及第二反射板26之日影遮蔽，故此些熱交換管202能接收最大面積的照度而進行熱交換。如第3C圖所示，追日控制器34係根據於過中午至傍晚時段之太陽光照射方向，獨立控制旋轉驅動器32旋轉向東側的第一反射板24向外，呈水平狀態全開，而獨立控制旋轉驅動器32旋轉向西側的第二反射板26對應日照的高位角以調整傾斜角度，予以反射太陽光至此些熱交換管202上，由於未受到第一反射板24之遮蔽，故此些熱交換管202能接收最大面積的照度而進行熱交換。再如第3D圖所示，追日控制器34係根據傍晚無太陽光，控制二旋轉驅動器32、32’同時驅動對應之第一反射板24及第二反射板26旋轉疊層覆蓋於熱水器本體20上，並藉由第一反射板24及第二反射板26之背面的隔熱層28來防止低溫大氣所造成傳導、輻射及對流作用等散熱損失，且能防止此些熱交換器202之過冷結凍或過熱空燒，以及藉由防護罩30來抵抗環境因素，例如積雪、下雨、污物等對熱水器本體20所造成的損壞及影響使用壽命等功效；此外，因第一反射板24及第二反射板26之疊層設計，使得防護效果加倍且更具防護力。其中，熱水器本體20之週邊更設有彈性元件（圖中未示），係對應第一反射板24及第二反射板26之側邊予以覆蓋緊密卡合於熱水器本體20上；又或者，於第一反射板24及第二反射板26設置對應的磁性元件（圖中未示），當重疊閉合時，能夠藉由磁性元件磁性相吸而有效閉合。防護罩30結構係對應第一反射板24及第二反射板26的曲面設計，因此積雪或污物等沈積於第一反射板24及第二反射板26上的面積較少，再者，當二旋轉驅動器32、32’驅動第一反射板24及第二反射板26旋轉向外開啟時，即可將積留於其上的積雪或污物等脫除掉落至外部下方，以確實防護熱水器本體20免受外力侵害受損，並可減輕人力必須進行經常性清潔作業之負擔問題。

再如第2圖所示，其中第一反射板24及第二反射板26之周緣分別更設有一太陽能電池模組36，太陽能電池模組36係電性連接二旋轉驅動器32、32’，或者同時電性連接至二次蓄電池（圖中未示），能夠利用太陽能電池模組36轉換太陽光為電能並儲存之，且此電能能夠提供予二旋轉驅動器32、32’之運作電力，故無須額外的配置線路及耗費電源即可靠太陽光轉換之電力來運作，極具響應節能減碳之綠能環保課題。其中，二旋轉驅動器32、32’為相同的驅動元件結構，故以旋轉驅動器32細部元件為例說明，旋轉驅動器32’相同細部元件則不再贅述。旋轉驅動器32更包含一轉軸322、一可變速齒輪組324及一驅動馬達326，可變速齒輪組324連接轉軸322及驅動馬達326，驅動馬達326電性連接追日控制器34，藉由追日控制器34控制驅動馬達326驅動可變速齒輪組324作動，進而帶動轉軸322旋轉第一反射板24及第二反射板26。當然，除了利用追日控制器34自動化控制第一反射板24及第二反射板26旋轉作動之外，更可手動旋轉第一反射板24及第二反射板26。

請參閱第4圖，為本發明應用在水循環系統之示意圖。為能讓熱交換能力充分有效運作，增效式太陽能熱水器更包括至少一熱水槽38及至少一冷水槽40或一溫水槽（圖中未示），為減少載重框架的負擔，故可設置於熱水器本體20的下方地面或平面上，藉由上方的熱水器本體20的遮蔽以降低表露之散熱。冷水槽40或溫水槽連接此些熱交換管202，冷水槽40係儲存冷水或提供冷水至此些熱交換管202；熱水槽38連接熱水匯流管204，且熱水槽38係儲存熱水匯流管204中的熱水。其中，此些熱交換管202更設有一第一溫度感測器42，當日間吸收太陽光並進行熱交換時，此些熱交換管202內的水溫隨即上升並轉換為熱水，由第一溫度感測器42偵測此些熱交換管202中的熱水溫度高於一溫度時，經熱水匯流管204輸送至熱水槽38中，並利用一第一泵浦44輸送冷水至此些熱交換管202，以維持此些熱交換管202內的蓄水量足夠進行熱交換，而第一泵浦44電性連接冷水槽40及第一溫度感測器42。熱水槽38更設有一第一水位感測器46，其電性連接第一泵浦44，第一水位感測器46係偵測熱水槽38中的熱水水位，當熱水水呈一滿水高度時，停止第一泵浦44運作，或者將熱水輸送至外提供予家庭用水或企業用水，或者是將透過一第三泵浦60或管路分歧控制熱水經一循環管路58輸送至此些熱交換管202中進行水循環加熱。冷水槽40係利用一第一管路48連接一供水端50，由供水端50輸送一水源至冷水槽40中，冷水槽40更設有一第二水位偵測器52，係偵測冷水槽40中的冷水水位低於一高度時，由供水端50輸送水源至冷水槽40中。

其中，在冬季下雪或是天候較為濕冷的環境下，此些熱交換管202需要釋熱或解凍溶雪，故可將熱水槽38中的熱水經循環管路58輸送至此些熱交換管202中，經熱交換後熱水變成冷水後，為防止冷水回流至熱水槽38而降低其內水的溫度，因此熱水槽38及冷水槽40利用一第二管路54相連接，且第二管路54上設有一第二泵浦56，第一溫度感測器42偵測此些熱交換管202中的熱水溫度低於一溫度時，透過該熱水匯流管204直接將低溫的水輸送至該冷水槽40中。其中，熱水槽38更設有一第二溫度感測器58，偵測熱水溫度呈溫水溫度時，利用循環管路58輸送溫水至此些熱交換管202中進行水循環加熱，又或者第二溫度感測器58偵測熱水槽38中的熱水為高溫狀態，則可利用第二管路54將熱水輸送至冷水槽40中，進行循環吸收熱能作為吸熱冷卻用途，此時，冷水槽40經循環管路58輸送至此些熱交換管202中進行水循環加熱，就算日照不強也能夠維持熱交換效率。

綜上所述，本發明設計新穎的反射板作為集光反射以提升熱轉換效率，又可防護熱水器本體受氣候變遷或外力侵害，能有效防止熱水器本體長期暴露在外所發生老化鏽蝕以及脫除積留物沈積及熱能損失等功效，並使產品整體具有良好的可靠度，極具有市場競爭優勢。此外，本發明利用兩個反射板閉合形成疊層之防護罩，可強化結構抗力及隔熱防護作用，或減輕兩個反射板之結構強度及驅動支托之重力負擔。更進一步而言，本發明利用冷熱水循環進行溫度監控、水位流量控制及循環蓄熱、解凍之運作，能夠充分發揮整體的熱交換效能。

唯以上所述者，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施的範圍。故即凡依本發明申請範圍所述的特徵及精神所為的均等變化或修飾，均應包括於本發明的申請專利範圍內。

10‧‧‧熱水儲水桶
102‧‧‧冷水入水口
104‧‧‧熱水出水口
12‧‧‧導管座
14‧‧‧集熱管
20‧‧‧熱水器本體
202‧‧‧熱交換管
204‧‧‧熱水匯流管
22‧‧‧框架
24‧‧‧第一反射板
26‧‧‧第二反射板
28‧‧‧隔熱層
30‧‧‧防護罩
32、32’‧‧‧旋轉驅動器
322‧‧‧轉軸
324‧‧‧可變速齒輪組
326‧‧‧驅動馬達
34‧‧‧追日控制器
36‧‧‧太陽能電池模組
38‧‧‧熱水槽
40‧‧‧冷水槽
42‧‧‧第一溫度感測器
44‧‧‧第一泵浦
46‧‧‧第一水位感測器
48‧‧‧第一管路
50‧‧‧供水端
52‧‧‧第二水位偵測器
54‧‧‧第二管路
56‧‧‧第二泵浦
58‧‧‧循環管路
60‧‧‧第三泵浦

第1圖為先前技術之太陽能熱水器的結構示意圖。 第2A及2B圖為本發明的結構示意圖。 第3A～3D圖為為本發明收集太陽能光之示意圖。 第4圖為本發明應用在水循環系統之示意圖。

20‧‧‧熱水器本體

202‧‧‧熱交換管

204‧‧‧熱水匯流管

22‧‧‧框架

24‧‧‧第一反射板

26‧‧‧第二反射板

28‧‧‧隔熱層

30‧‧‧防護罩

32、32’‧‧‧旋轉驅動器

322‧‧‧轉軸

324‧‧‧可變速齒輪組

326‧‧‧驅動馬達

34‧‧‧追日控制器

36‧‧‧太陽能電池模組

Claims (13)

1. 一種增效式太陽能熱水器，包括： 一熱水器本體，具有數個熱交換管及連接該些熱交換管之一熱水匯流管； 一框架，套設於該熱水器本體周圍； 對稱之第一反射板及一第二反射板，分別設於該框架之兩側； 二隔熱層，分別設於該第一反射板及該第二反射板之背面； 二防護罩，分別設於該二隔熱層上； 二旋轉驅動器，分別設於該框架兩側，且分別連接該第一反射板及該第二反射板的底端，藉由該二旋轉驅動器分別驅動該第一反射板及該第二反射板旋轉作動；及 一追日控制器，電性連接該二旋轉驅動器，係根據太陽光照射方向分別控制該二旋轉驅動器驅動該第一反射板及該第二反射板旋轉呈受光反射面角度，並反射該太陽光至該些熱交換管上，其內部水源流經該些熱交換管進行熱交換為熱水後匯流至該熱水匯流管內，該追日控制器於無該太陽光時，控制該二旋轉驅動器同時驅動該第一反射板及該第二反射板旋轉疊層覆蓋於該熱水器本體上，以作為該熱水器本體之層疊防護罩。
2. 如請求項1所述之增效式太陽能熱水器，其中該第一反射板及該第二反射板之周緣分別更設有一太陽能電池模組，係轉換該太陽光為電能並儲存之。
3. 如請求項2所述之增效式太陽能熱水器，其中該太陽能電池模組係電性連接該二旋轉驅動器，係將該電能提供予該二旋轉驅動器之運作電力。
4. 如請求項1所述之增效式太陽能熱水器，其中該熱水器本體之週邊更設有彈性元件，係對應該第一反射板及該第二反射板之側邊予以覆蓋緊密卡合於該熱水器本體上。
5. 如請求項1所述之增效式太陽能熱水器，其中該二旋轉驅動器分別更包含一轉軸、一可變速齒輪組及一驅動馬達，該可變速齒輪組連接該轉軸及該驅動馬達，該驅動馬達電性連接該追日控制器，藉由該追日控制器控制該驅動馬達驅動該可變速齒輪組作動，進而帶動該轉軸旋轉該第一反射板及該第二反射板。
6. 如請求項1所述之增效式太陽能熱水器，更包括至少一熱水槽及至少一冷水槽，該冷水槽連接該些熱交換管，該冷水槽係儲存冷水或提供該冷水至該些熱交換管，該熱水槽連接該熱水匯流管，係儲存該熱水匯流管中的該熱水。
7. 如請求項6所述之增效式太陽能熱水器，其中該些熱交換管更設有一第一溫度感測器，係偵測該些熱交換管中的熱水溫度高於一溫度時，輸送至該熱水槽中，並利用一第一泵浦輸送該冷水至該些熱交換管，該第一泵浦電性連接該冷水槽及該第一溫度感測器；該熱水槽及該冷水槽利用一第二管路相連接，且該第二管路上設有一第二泵浦，該第一溫度感測器偵測該些熱交換管中的熱水溫度低於一溫度時，透過該熱水匯流管輸送至該冷水槽中。
8. 如請求項7所述之增效式太陽能熱水器，其中該熱水槽熱更設有一第一水位感測器，其電性連接該第一泵浦，該第一水位感測器係偵測該熱水槽中的該熱水水位，該熱水水呈一滿水高度時，停止該第一泵浦運作，或將該熱水經一循環管路輸送至該些熱交換管中進行水循環加熱。
9. 如請求項8所述之增效式太陽能熱水器，其中該熱水槽更設有一第二溫度感測器，偵測該熱水溫度呈溫水溫度時，利用該循環管路輸送該溫水至該些熱交換管中進行水循環加熱。
10. 如請求項6所述之增效式太陽能熱水器，其中該冷水槽係利用一第一管路連接一供水端，由該供水端輸送一水源至該冷水槽中。
11. 如請求項10所述之增效式太陽能熱水器，其中該冷水槽更設有一第二水位偵測器，係偵測該冷水槽中的冷水水位低於一高度時，由該供水端輸送該水源至該冷水槽中。
12. 如請求項1所述之增效式太陽能熱水器，其中該第一反射板及該第二反射板係為曲面第一反射板及曲面第二反射板，或是為平板第一反射板及平板第二反射板。
13. 如請求項2所述之增效式太陽能熱水器，其中該太陽能電池模組係電性連接至少一二次蓄電池，係將該電能提供予該二旋轉驅動器之運作電力。