TW201634877A - 太陽能電熱板及運用太陽能電熱板之居家熱水供應系統 - Google Patents

Abstract

一種太陽能電熱板及運用太陽能電熱板之居家熱水供應系統，該太陽能電熱板包含一隔熱箱、一集熱板、一太陽能電池板與一幫浦，該集熱板與太陽能電池板係設置於隔熱箱，該集熱板可吸收陽光之熱量，而加熱其內部所設流道內之液體，該太陽能電池板可受陽光曝曬而發電，該幫浦係設置於流道入口並電性連接太陽能電池板，用以可受該太陽能電池板產生之電力驅動而使液體於該流道內流動，該居家熱水供應系統係運用該太陽能電熱板，且更包含一儲熱桶與一循環水管，用以可利用該集熱板之液體加熱儲熱桶內之水，並透過該循環水管供應熱水予至屋內使用。

Description

太陽能電熱板及運用太陽能電熱板之居家熱水供應系統

本發明係與太陽能熱水供應設備有關，更詳而言之是指一種太陽能電熱板及運用太陽能電熱板之居家熱水供應系統者。

按，太陽能等再生能源的開發與利用，目前已是世界各國極力推動的政策之一，目前已有許多應用太陽能之商品，增添了生活上的便利性與環保效益。

習知利用太陽能產生熱水之太陽能集熱裝置甚多，如中華民國公開號200517623、200517624、200930959、200946846、201005240、201215829，專利號M247804、M339659、M354724、M455845，與美國專利號4191329、7708010、7798140、8844517等專利所示，其作用原理是吸收太陽的輻射能量以加熱水溫，若以加熱循環方式之不同作區分，大致上可分為自然循環式、強制式、儲置式等三種。自然循環式太陽能集熱裝置是利用一集熱器吸收太陽輻射熱，集熱器內之工作流體溫度升高後可上升至一儲水槽，而儲水桶內較冷的水則流至集熱器，藉以產生自然對流循環，而將儲水槽內的水加熱。強制式太陽能集熱裝置較自然循環 式更包含至少一個集熱循環幫浦，集熱循環幫浦作動時，可使儲水槽內的水強制流經集熱器，將集熱器所吸收的太陽輻射熱帶回儲水槽後加以利用。儲置式太陽能集熱裝置是把集熱器和儲水槽合而為一，儲水槽本身不只有儲水功能，同時又具有收集太陽熱能之功用。

習知太陽能集熱裝置係吸收太陽的輻射能量以加熱水溫，為避免無陽光時無熱水可用，多會於集熱器或儲水桶內增設輔助加熱器，如M455845專利所示，藉以當儲水桶內水溫低於預定值時可加熱、提高水溫。雖然於集熱器或儲水桶內增設輔助加熱器，可獲致熱水供應穩定之效果，不過，該等輔助加熱器係由室電供應電力，當外界溫度低於預定值時(如夜晚或冬天、下雪等天候不佳時)，該等輔助加熱器會持續運作，顯然甚為耗能。

其次，習知太陽能集熱裝置係連接屋內供水系統，所儲存之熱水係利用一幫浦輸送至屋內，而幫浦亦由室電供應電力，當外界溫度低於預定值時，若幫浦仍持續運作，反而會將冷水輸送至屋內，不僅耗電，更喪失供應熱水之功能。

本發明之主要目的即在提供一種太陽能電熱板及運用太陽能電熱板之居家熱水供應系統，其整體構成簡單，完全利用陽光發電運作與產生熱水，有陽光時才運作， 無陽光時則不會運作，不需使用外部電力、節省能源，而有運作時產生之熱水則儲存於一儲熱桶，可供應屋內浴廁系統(淋浴)或加溫地板(暖房)之用，實用價值甚佳者。

緣是，為達成前述之目的，本發明係提供一種太陽能電熱板，包含有一隔熱箱，包含一側開口之殼體，該殼體設有一隔熱層，一隔溫件，設於該殼體之開口，係可透光並隔熱之材質構成，用以可阻隔該隔熱箱內部與外界之溫度傳遞；一集熱板與一太陽能電池板，併列於該隔溫件底側而位於殼體內部，該集熱板係可吸收太陽光曝曬之熱量，其內部設有若干流道，該流道包含一入口與一出口，該入口係供液體流入，該出口係供受熱之液體流出，該集熱板係受太陽光曝曬而加熱流道內之液體，該太陽能電池板係可受太陽光曝曬而發電；一幫浦，設置於該殼體內之流道入口並電性連接太陽能電池板，用以可受該太陽能電池板產生之電力驅動而使液體輸入該流道；一控制器，設置於該殼體內並電性連接太陽能電池板，用以可對該太陽能電池板產生之電力進行穩壓，並可控制該幫浦之運作。

進一步地，更包含有一補液桶，設置於該殼體內並連通流道，用以可補充該流道內之液體。

進一步地，該殼體之隔熱層係由隔熱材料所構成。

進一步地，該隔溫件係雙層隔熱玻璃，其內部 充填有氣體。

進一步地，該集熱板係金屬材質構成且表面塗佈有可吸熱黑色烤漆之板體，其內部係設有複數流道，一入液管，連接各該流道之入口，一出液管，連接各該流道之出口。

此外，本發明更提供一種運用太陽能電熱板之居家熱水供應系統，包含有該太陽能電熱板；及一儲熱桶，其桶壁設有一隔熱層、內部延伸設有連接該入、出液管之一迴圈管，用以使各該入、出液管、流道與迴圈管可形成封閉之迴路；一進水管，連接該儲熱桶，用以將冷水輸入該儲熱桶，使冷水可與該迴圈管內之熱液體進行熱交換、提高溫度；一循環水管，連接該儲熱桶頂端並延伸至居家內，用以可將該儲熱桶內熱水輸送至居家內供使用，並可將使用後降溫之冷水輸送至儲熱桶內再吸熱以升溫；一循環水幫浦，設置於該循環水管上，用以可將該儲熱桶輸出之熱水予以加壓、輸送至居家內。

進一步地，更包含有一加熱裝置，係設置於該循環水管上，用以可視需求對該循環水管內之熱水再加熱。

進一步地，該迴圈管係呈螺旋狀地延伸於儲熱桶內，該進水管係延伸至儲熱桶底部。

進一步地，該循環水管係連接居家之浴廁供水系統。

進一步地，該循環水管更延伸至居家之地板下。

10‧‧‧太陽能電熱板

11‧‧‧隔熱箱

12‧‧‧集熱板

13‧‧‧太陽能電池板

14‧‧‧幫浦

16‧‧‧控制器

17‧‧‧入液管

18‧‧‧出液管

19‧‧‧補液桶

22‧‧‧殼體

24‧‧‧隔溫件

26‧‧‧流道

28‧‧‧入口

30‧‧‧出口

40‧‧‧居家熱水供應系統

42‧‧‧儲熱桶

44‧‧‧進水管

46‧‧‧循環水管

48‧‧‧循環水幫浦

52‧‧‧迴圈管

54‧‧‧出水段

56‧‧‧進水段

58‧‧‧加熱裝置

60‧‧‧浴廁系統

62‧‧‧地板

第一圖係本發明一較佳實施例太陽能電熱板之立體圖。

第二圖係本發明一較佳實施例太陽能電熱板之平面式意圖。

第三圖係本發明另一較佳實施例運用太陽能電熱板之居家熱水供應系統之示意圖。

第四圖係本發明另一較佳實施例運用太陽能電熱板之居家熱水供應系統之液體與水循環流動示意圖。

以下，茲舉本發明二較佳實施例，並配合圖式做進一步之詳細說明如後：首先，請參閱第一圖與第二圖所示，本發明一較佳實施例之太陽能電熱板10，包含有一隔熱箱11、一集熱板12、一太陽能電池板13、一幫浦14與一控制器16。

該隔熱箱11，包含朝上開口之一殼體22，係不銹鋼殼體，該殼體22內側設有一隔熱層(圖中未示)，係由隔熱材料所構成，如發泡材料或玻璃纖維等，一隔溫件24，設於該殼體22之頂側開口，係雙層隔熱玻璃，其內部充填有氣體，如氮氣，而可透光並隔熱，用以可阻隔該隔熱箱11內部與外界之溫度傳遞。

該集熱板12與太陽能電池板13，併列設置於該隔溫件24底側而位於殼體11內部，該集熱板12係概呈矩形且表面塗佈可吸熱黑色烤漆之不銹鋼板體，係可吸收太陽光曝曬之熱量，其內部沿軸向穿設有多數流道26，各該流道26分別包含一入口28與一出口30，各該入口28係供液體流入，各該出口30係供受熱之液體(熱媒)流出，該液體係高溫狀態較穩定之矽油，該集熱板12受太陽光曝曬後可加熱各流道26內之液體，該太陽能電池板13係多晶太陽能電池板，可接收傾斜、多角度之陽光曝曬而發電，特別適用於高緯度地區，如歐洲。當然，該集熱板12內部之流道亦可設為呈迂迴、往復彎曲狀而僅有一入口與一出口之單一流道型式，其型式只需設為可使液體易於吸收該集熱板12受陽光曝曬之熱量均可。

該幫浦14，設置於該殼體12內，係連通各該流道26之入口28並電性連接太陽能電池板13，用以可受該太陽能電池板13產生之電力驅動而施壓使液體輸入各該流道26，當該太陽能電池板13未受太陽光曝曬而停止發電時，該幫浦14則停止運作。

該控制器16，係設置於該殼體12內並電性連接太陽能電池板14與幫浦14，用以可對該太陽能電池板14產生之電力進行穩壓，並可控制該幫浦14之運作，可為控制晶片、控制電路等控制元件。

此外，更包含有一入液管17，係穿經該殼體22而連接幫浦14與各流道26之入口28，用以供將液體輸入各該流道26，一出液管18，係穿經該殼體22而連接各流道26之出口30，用以供輸出各該流道26內受加熱之液體。一補液桶19，設置於該殼體22內之出液管18上而連通各流道26之出口30，係不銹鋼桶，用以可補充該流道26內循環流動之液體。

藉此，當該集熱板12與太陽能電池板13受到陽光照射時，該太陽能電池板13可產生電力而驅動控制器16、幫浦14運作，該幫浦14即可促使各流道26內之液體流動(自入口28朝出口30方向流動)，而該集熱板12則可吸收熱量、加熱各流道26內流動之液體。若該集熱板12與太陽能電池板13未受到陽光照射時，該太陽能電池板13即停止發電，該幫浦14則停止運作，各該流道26內之液體即不會流動。

基此，藉由該集熱板12與太陽能電池板13受陽光照射時各流道26內之液體才會流動、加熱之特色，本發明該太陽能電熱板10更可運用於居家之淋浴系統與地板之加溫：如第三圖及第四圖所示，係本發明另一較佳實施例運用該太陽能電熱板10之居家熱水供應系統40，包含有設置於屋頂而呈傾斜形態之該太陽能電熱板10，以及一儲熱桶42、一進水管44、一循環水管46與一循環水幫浦48。

該儲熱桶42，置於屋內、外均可，係雙層不銹 鋼桶，其桶壁包覆有一隔熱層(圖中未示)，由隔熱材料所構成，如發泡材料或玻璃纖維等，可阻斷內部、外界之溫度傳遞，具甚佳之保溫效果，其內部延伸設有連接該入、出液管17、18之一迴圈管52，用以使各該入、出液管17、18、流道26與迴圈管52形成一封閉之迴路，供液體於其內部循環流動，該迴圈管52係呈螺旋狀地延伸於熱交換桶42內，以可傳遞熱量之材質構成，如不銹鋼管，有利於熱能之傳遞。此外，該熱交換桶42更可增設溫度計、污水排放閥等元件(圖中未示)，用以供了解該熱交換桶42內部溫度狀況，及排放沉澱污水、清潔之用。

該進水管44，係不銹鋼管，延伸至該儲熱桶42底部，用以將冷水輸入該儲熱桶42內，使冷水可與該迴圈管52內之熱液體進行熱交換、提高水溫。

該循環水管46，連接於該儲熱桶42頂端並延伸至居家內(如連接居家之浴廁供水系統與延伸至居家之地板下)，包含一出水段54與一進水段56，該出水段54係可將儲熱桶42內之熱水輸送至居家內供使用，該進水段56係可將屋內使用後降溫之冷水送回至儲熱桶42內再吸收迴圈管52之熱能以升溫。

該循環水幫浦48，係設置於該出水段54上，用以可將該出水段54內之熱水予以加壓、輸送至居家內，其電力可來自於該太陽能電池板13。

此外，更包含有一加熱裝置58，設置於該出水段54，可為電熱器或瓦斯加熱器，用以可視需求啟動而將該出水段54內之熱水加熱至預定溫度，其電力可來自於該太陽能電池板13。

藉此，本發明運用該太陽能電熱板10之居家熱水供應系統40之運作方式如下：當該太陽能電熱板10受到陽光照射而運作時，該集熱板12可加熱各流道26內流動之液體，藉由各該入、出液管17、18、流道26與迴圈管52所構成之封閉迴路，迴路內之液體溫度可逐漸升高，則該儲熱桶42內之水可與溫度較高之迴圈管52產生熱交換、吸收熱量，使該儲熱桶42內儲存之水逐漸升溫成為熱水，熱水並可透過該循環水幫浦48之加壓，透過該循環水管46輸送至居家內，供浴廁系統60(淋浴)與提升地板62溫度(暖房)之用，如第四圖所示。換言之，該儲熱桶42可預先儲存熱水供屋內使用。

而無陽光時(如夜晚或冬天、下雪等天候不佳時)，該太陽能電池板13不會發電，該集熱板12亦未對流道26內之液體加熱，因此，該幫浦14即停止運作，各該入、出液管17、18、流道26與迴圈管52內之液體即不會流動，可避免受外部較冷環境影響的低溫液體被輸送至該儲熱桶42，反而降低了該儲熱桶42之儲水溫度，該儲熱桶42內之熱水則仍可供應屋內使用。

基此，本發明該太陽能電熱板10及運用太陽能電熱板10之居家熱水供應系統40至少具有以下特色及功效：首先，本發明之整體構成簡單，利用機械式、物理原理運作，元件不易損壞，即使有損壞維修亦容易。

其次，該太陽能電熱板10整合了集熱板12與太陽能電池板13，有陽光，該太陽能電池板13即可發電使幫浦14運作，不需外部供電、節省能源。如果沒有陽光，該太陽能電池板13、幫浦14即不會運作，不會造成低溫液體循環至儲熱桶42內，反而冷卻該儲熱桶42所儲存熱水之問題。

再者，當太陽照射於該集熱板12時，其可吸收熱能、加熱內部之液體，同時該幫浦14可運作而帶動集熱板12內的液體循環流動，將熱能輸送至該儲熱桶42，經由熱交換使水溫提升，供應居家使用。

又，該儲熱桶42可置放於屋內、外任何位置，不需置放於屋頂，避免增加屋頂載重，且保溫效果佳，即使置放於戶外，也不會造成熱能損失，可謂為最充分運用自然能源之太陽能熱水系統。

惟，以上所述僅為本發明之若干較佳實施例，當不能以此限定本發明之專利範圍，舉凡依本發明之申請專利範圍及說明書內容所作之簡單的等效變化與替換，皆應仍屬於本發明所涵蓋保護之範圍內。

10‧‧‧太陽能電熱板

11‧‧‧隔熱箱

12‧‧‧集熱板

13‧‧‧太陽能電池板

17‧‧‧入液管

18‧‧‧出液管

24‧‧‧隔溫件

Claims (10)

1. 一種太陽能電熱板，可受陽光照射而加熱其內部循環流動之水，未受陽光照射時則停止運作，包含有：一隔熱箱，包含一側開口之殼體，該殼體設有一隔熱層，一隔溫件，設於該殼體之開口，係可透光並隔熱之材質構成，用以可阻隔該隔熱箱內部與外界之溫度傳遞；一集熱板與一太陽能電池板，併列於該隔溫件底側而位於殼體內部，該集熱板係可吸收太陽光曝曬之熱量，其內部設有若干流道，該流道包含一入口與一出口，該入口係供液體流入，該出口係供受熱之液體流出，該集熱板係受太陽光曝曬而加熱流道內之液體，該太陽能電池板係可受太陽光曝曬而發電；一幫浦，設置於該殼體內之流道入口並電性連接太陽能電池板，用以可受該太陽能電池板產生之電力驅動而使液體於流道內流動；及一控制器，設置於該殼體內並電性連接太陽能電池板與幫浦，用以可對該太陽能電池板產生之電力進行穩壓，並可控制該幫浦之運作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電熱板，其中，更包含有一補液桶，設置於該殼體內並連通流道，用以可補充該流道內之液體。
3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電熱板，其中，該殼體之隔熱層係由隔熱材料所構成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電熱板，其中，該隔 溫件係雙層隔熱玻璃，其內部充填有氣體。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之太陽能電熱板，其中，該集熱板係金屬材質構成且表面塗佈有可吸熱黑色烤漆之板體，其內部係設有複數流道，一入液管，連接各該流道之入口，一出液管，連接各該流道之出口。
6. 一種運用如申請專利範圍第5項所述太陽能電熱板之居家熱水供應系統，包含有該太陽能電熱板；及一儲熱桶，其桶壁設有一隔熱層、內部延伸設有連接該入、出液管之一迴圈管，用以使各該入、出液管、流道與迴圈管可形成封閉之迴路；一進水管，連接該儲熱桶，用以將冷水輸入該儲熱桶，使冷水可與該迴圈管內之熱液體進行熱交換、提高溫度；一循環水管，連接該儲熱桶頂端並延伸至居家內，用以可將該儲熱桶內吸熱後之熱水輸送至居家內供使用，並可將使用後降溫之冷水送回儲熱桶內再進行熱交換以升溫；一循環水幫浦，設置於該循環水管上，用以可將該儲熱桶輸出之熱水輸送至屋內。
7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電熱板，其中，更包含有一加熱裝置，係設置於該循環水管上，用以可視需求對該循環水管內之熱水再加熱。
8. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電熱板，其中，該迴圈管係呈螺旋狀地延伸於儲熱桶內，該進水管係延伸至儲熱桶底部。
9. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電熱板，其中，該循環水管係連接居家之浴廁供水系統，用以供應熱水。
10. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電熱板，其中，更包含有一補液桶，設置於該殼體內並連通流道，用以可補充該流道內之液體。