TWI305821B - - Google Patents

Description

J305821

五、發明說明（1) 【發明所屬之技·術領域】 本案係一種太陽能集熱裝置，特別是一種本體遷光 太陽能集熱裝置。 的 【先前技術】 按太陽能集熱裝置中，最簡易的當屬特朗布壁 (Trombe Wall)裝置，這是一種由特朗布（Trombe)發明（、 .國專利申請號71. 2 3778，美國專利號3, 832, 992)，以蹲石会 等比熱較大的物質所構建而成的牆體’直接或間接由日 _中聚集熱能並將熱能貯存於該牆體内，待日落後，玄“ 下降時，可在室内發射遠紅外線輻射熱，釋出熱能，、 產生保暖的作用。此種牆體也能利用太陽能暖房原理對室 内空氣加溫以循環空氣產生保暖及促進空氣對流的致果^ 太陽能熱水器則是最常見的太陽能集熱及貯熱系統，大 可刀為二型：悶曬型、平板型及真空管型 作生活用熱水。 ϋ及m產生之熱水供 太陽能是一種電磁輻射能，其光譜依波長可分為紫外 :、可見光及近紅外線三部分，其中紫外線部分及近紅 :π分為不可見光，近紅外線部分是熱能的主要來 鲁一太陽能的百分之四十六。太陽能集熱裝置，實際上二 紅外線吸收褒置，吸收太陽能後，溫度上 ： 4的t ΐ外線’其吸收近紅外線的比率愈大’發射遠心卜 A::射：：產生較佳的集熱效果，這種對紅外： 集熱裝置多：m、！物質多具黑色外觀’因此太陽能 置多為…色不透光的裝置，即使是使用不透明的金

第5頁 J305821 、發明說明（2) 屬材質’也需 一般的太 箱形體 成不良 用的世 類活動 間供熱 於照明 水及空 上是最 陽能之 生立即 的箏面 容會造 陽能利 人 水及空 境中用 力σ上熱 Ρ月實際 太 經濟產 重要° 塗上一層黑 陽能熱水集 ’在建桌物 的影響，有 界性的趨勢 中’家居環 ，照明則消 的能耗則相 間加溫則佔 大的能耗需 有效利用可 效益’對減 色表層，以 熱裝置之外 上顯得有些 些城市甚至 顯得有些矛 境的能量消 耗約百分之 對較大，約 約百份之六 求。 節省燃煤電 緩地球暖化 提南效率。 觀’均為由管體組成 突兀且不協調，對市 限制其使用，這與太 盾。 耗約有一半是用在熱 六的能量，在工作環 佔百分之四十，照明 十，因此’供熱及照 力消耗，不但對民生 改善生態環境亦至為 μ此隼女陪Μ ί所設計的太陽能集熱裝置’可以很有效率 1 α如，地τ ™ 時又叮抓光供至内照明，在外觀上則 上沒有突兀之 構造簡單，有 •領威提供節能 魂識到熱 好的貯熱材料 質材料比熱的 利用水的光學 全反射裝置， v〜』休亢伢至内照明，在外觀上 上於牆面，屋頂窗等形式呈現，纟建築外 f，有利於節能建築物一體化之設計。真其 ::太陽能利用之推廣，在及照明雨個 效益。 水^活中的重要性，#水是生活物質中最 一二t熱約為磚石材料比熱的五倍，約為木 I約為空氣比熱的四倍，本發明進〆步· 將紛而f展出一種以透光材質薄片製成的光 、射入水液中之太陽光，尤其是其近紅外線

1305821 五、發明說明（3) 部分，反射進入隱藏於水容器中位於光線行進方向側方的 紅外線吸收片裝置，該紅外線吸收片裝置，被太陽能加熱 升溫，對其四週之水液進行加熱，藉助於被加埶的水，因 熱脹上升而產生之自然對流作用，或藉助於小’電泵主動式 強迫對流作用，使水在水容器内循環而完成整體升溫，太 1%旎便以熱水开> 態貯存起來。此水容器之外圍設有必要之 絕熱設施，以避免熱能流失，該水容器可為南面向陽的牆 -形體，或屋頂，能接受日光的建築物殼體部分，全反射片 -裝置尚可使隱藏於水中的紅外線吸收集熱裝置由居室内部 #外望去時，不易察覺黑色的紅外線吸收集熱裝置之存 在，在視覺上達到美化的效果，水容器之外側絕熱設施， 依實際之需要可採用多層充氣或真空絕熱玻璃、硅氣凝膠 填充玻璃或尚分子材質構成，可為固定裝置亦可為活動裝 置，依實際應用之需要，室内側亦可施以絕熱設施，以達 成舒適的目的。 &利用水體為貯熱體之技術，實際上早為人知，如美國 ，源部所有之美國專利4, 286, 576，美國波音公司所有之 去國專利夂2 1 6, 76 5。但是美國專利號4, 2 1 6, 76 5之加熱方 $卜辟主要係在水容器外壁採用吸收紅外線的玻璃，而利用 ，玻璃產生溫升加熱作用，美國專利號4, 286, 576則利 埶片置於水容器中央，吸收紅外線的透明玻璃為升溫加 ^ ^裝置。其加熱之效率及製造成本顯然均不及本發明所 出之技術’本發明對晨曦、夕陽和正午之陽光會產生自 以之調節，亦為其它技術所不及。

第7頁 1305821

【發明内容】 ^揭示本案之*體技術内$，首先請參 i本荦之丄為本案之一實施例之原理說明上視圖，圖2 為本案之一實施例之細部構造圖，圖3為本案之一 =全反射裝置分解圖，圖4為本案實施例施之於建物 由圖，圖5為本案之另一實施例，可隨太陽跟蹤器調敕I 度之示意圖。 iE'用 【實施方式】 圖1所示，係本發明之集熱裝置之一實施例，其集熱 離置士透明之全反射片i，及紅外線吸收裝置2組合而成， ，係容置於集水器3内，而該集水器3内則盛裝水液4者， 當光線5由外射入集水器3後’穿過水液4投射於全反射片1 上’此全反射片1内有一空氣層G，當光線之入射角大於 48· 8度時（水液折射率為丨.33) ’將在水液側產生内全反射 現象’將光線反射轉向進入紅外線吸收裝置2。 該全反射片1，係由兩透明片疊合，將邊緣封死，使 不透水’不透氣，其間形成一空氣層G，實際應用時全反 射片1可為如圖1所示之單折結構，亦可為如圖2圖3所示之 續之全反射片組11 ’該連續之全反射片組11係呈轉折方 式’其向陽面形成一夾角，且兩斜面對向設置，並使兩斜 面夾角中心分角面位置圍成一槽口 1 2，使其可容置一紅外 線吸收裝置2 ’該紅外線吸收裝置2係以金屬薄片製成，唯 表面塗佈紅外線吸收物質。基本上，連續之全反射片組11 之材質’可為唯不限於耐較高溫度之透明聚碳酸酯

第8頁 1305821 五、發明說明（5) (polycarbonate)，且其可為預先成型’並為多組連續設 置之應用，溫度較高之應用時則採用耐高溫之玻璃薄片。 全反射片之向陽面可施以熱鏡處理’強化紅外線之反射。 集水器3其係為選擇性封閉箱體，而於大片設置時， 則可形成牆面，如圖4-1所示，其係為透明材質製成，其 中之水加熱後可供生活用水之用，亦可為單純以貯熱為目 的，如係單純作為貯熱器之用途’在寒帶地區水液中亦 可加入防凍劑，或其它防凍措施，如輔助電熱。 _ 請參閱圖2，當本案施之於建物南面向陽側，並為可 _曬狀態時，以南面向陽面為例’上午時，則光線由東方 射入集熱裝置，其西側之反射片可接收陽光，但是因為陽 光射入連續之全反射片組11之入射角較小而得以穿過全反 射片進入室内，隨著太陽之運行，陽光之入射角逐漸增 大，穿透之陽光逐漸減少’反射的陽光逐漸增加，並逐漸 產生全反射現象；而當正午時，則光線5係垂直射入集水 器3 ’其與連續之全反射片組11形成之入射角大於4 8.8 度 因此全部之射入光線均產生全反射現象，而轉向射入 紅外線吸收裝置2，紅外線之吸收將使溫度上升，而將水 ||夜加溫’易言之’在正午時吸收太陽熱之效率最高，而透 ，之光線最少。太陽光可視為平行射向地球，但是空氣之 政射作用’使全反射面無法完全遮斷陽光，散射的陽光有 相當比率透入室内而可兼具溫和之照明效果。連續之全反 射片組11之向陽侧’亦可施以強化近紅外線反射能力之處 置，或選用對近紅外線有熱鏡效果之材質。

1305821 五、發明說明（6) 請再參閱圖4，其揭示了非限制本案權利範疇之實施 態樣，如圖4 - 1所示者，係為將本案設於建物之向陽面並 形成牆體時，則形成一貯熱水牆，其作用如特朗布壁，如 此，可將由白天所收集之太陽能以熱水形式貯存，所貯存 之熱量在日落後釋出，以使室内較為溫暖。 圖4-2所示者，係為本發明設於建物頂面，如屋頂上 時，亦可達白天集熱夜間釋熱保暖之功能，夜間時，貯水 器應覆以絕熱毯，以減少熱能流失。 圖4-3所示者，係為本發明設於太陽暖房之情形，可 馨陵置於太陽暖房上迎陽面屋頂上，其可設計為單純採光集 熱為目的，其貯熱貯水功能則可由分離設置而置於室内之 貯水容器肩負，以減少屋頂結構之承重，其集水器3連通 於一置於室内之分離式貯水器1 3利用被動式或主動式對 流，則分離式貯水器1 3内之水液亦因循環而聚集熱能。 圖4-4所示者為向陽斜頂上之設置情形，在居室中另 設連通之分離式貯水器13，其亦如前述4-3所示者，藉水 之流動使設於室内之分離式貯水器1 3增溫而達到貯熱之目 的。 而於加設分離式貯水器1 3之場合，則本發明之太陽能 _集熱裝置之厚度可較薄，集水器3與分離式貯水器13之 間，得加置如泵或虹吸裝置，以加速集水器3與分離式貯 水器1 3間之水液4循環。集熱裝置及其水液容器内之液體 亦可為如圖4 - 3所示，在一密閉系統内流動，對分離式貯 水器1 3内之生活用水進行間接加熱而為隔離，此時集熱裝

第10頁 •1305821 五、發明說明（7) 置集水器3之液體可加添防凍劑以防冬季結冰。 分離設置之貯水器，不必要為透明體，可為任何保溫 之水容器。 在日光薄弱的地方，為了使日光之收集最佳化，受光 面可加附太陽跟蹤機構，使全反射面1隨時都對向太陽， 如圖5所示1 4、1 5是固定機構橫桿，其係與太陽跟蹤裝置 (圖未示）連動，以使受光之全反射片1跟隨太陽運行角度 轉動，使處於較佳之集熱角度位置，圖中16是每一獨立之 -全反射片之集熱裝置的轉動軌跡，各獨立集熱裝置轉動時 會相互干擾。 本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修 飾而源於本案之技術構思而為熟習該項技藝之人所易於推 知者，倶不脫本案之專利權範_。 綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示 其迥異於習知之技術特徵，且其首先創作合於實用，亦在 在符合發明專利之要件，懇請 貴審查委員明察，並祈早 曰賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。

第11頁 1305821 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 圖1 本 案 之 一 實 施 例 之 原 理 說 明 上 視 圖 〇 圖2 本 案 之 一 實 施 例 之 細 部 構 造 圖 0 圖3 本 案 之 一 實 施 例 之 全 反 射 裝 置 分 解 圖。 圖4 本 案 實 施 例 施 之 於 建 物 之 態 樣 圖 0 圖5 本 案 之 另 一 實 施 例 可 隨 太 陽 跟 蹤 器調整角度之示 意圖 〇 【主要元件符號說明】 全反射片1 紅外線吸收裝置2

__水器3 光線5 槽口 12 固定機構橫桿1 4、1 5 空氣層G 水液4 連續之全反射片組11 分離式貯水器1 3 轉動軌跡1 6

第12頁

Claims (1)

1. J305821 六、申請專利範圍 1. 一種太陽能集熱裝置，其包括： 一全反射片，係中間具有一空氣層的透明裝置； 一太陽光吸收片，吸收由該全反射片反射之太陽光； 該全反射片與該太陽光吸收片之間有 _ u _ 使太陽光經該全反射片全反射後射入該太陽光吸收片； 一集水器’係一太陽光可完全透入之透明水容器，内 置水f丄水液可在集水器内對流； =全反射片與太陽光吸收片係置於該集水器之中； •K、液/中m透明全反射片之空氣層，其在水液中將射入 光吸收片。场先轉向射入置於太陽光行進方向側方之太陽 2. 如 另設一貯 裝置與集 3. 如 另設一貯 裝置與集 間有管路 4. 如 特徵為集 液與貯水 具有熱交 5. 如 置，其特 Μ範圍 置以貯 <集水 $範圍 置以貯 之集水 使水液 利範圍 貯水器 &各自 〇 利範圍 水器為 水器裳 熱装置 申請專 水器裝 熱裝置 連通， 申請專 水器與 器中水 換結構 申請專 徵為貯 第1項所述之太陽能集熱裝置，其 存熱水或熱能；其特徵為該貯水器 器為同一之水容器。 第1項所述之太陽能集熱裝置，其 存熱水或熱能，其特徵為該貯水器 器為分離式各自獨立之水容器，其 互通。 ° 第3項所述之太陽能集熱裝置，其 之連管在貯水器中為密閉，管中水 獨立不相通，且在貯水器中之管路 第3項或第4項所述之太陽能集熱裝 不透明水容器。

   1305821 ---— 六、申請專利範圍 成此隼 6·如申請專利範園第3項或第4項所达二 置’其特徵為貯水器為逸明水容器。 埶裝置，其 7·如申請專利範園第1項所述之太陽能集.，，、"" 特徵為集水器中之水液添加防凍劑。 式中之全 8.如申請專利範圍第1項所述之集熱裝置’/、 分角 射片受光面失成一小於82_ 4度之夾角，此夾角之:中 面设置紅外線吸收片裝置，其特徵為當太陽光平行於 Μ於么G ω·μ々入射角大於48· ^ • _ 夂IX乃衣具 六付偉又句•治 央分角面射入時’其投射於全反射片之 為佳。 9.如申請專利範圍第1項所述之集熱裝置，其特徵為 中之全反射片為連續多組轉折設置。 Π .如申請專利範圍第2項或第3項所述之集熱裝置， 其特徵為集熱裝置及其集水器係設於屋頂，其貯水器設於 室内者。 宜特1!·Λ申//利11圍第2項或第3項戶斤述之集熱裝置’ 冉特徵為集熱裝置之隼火 液循環之裝置。集χ &與貯熱裝置貯水器間設促進水 1 2 ·如申清專利範圍第1 •太陽跟縱器連動之裂置所述之集熱裝置’其包含與 .太陽轉動。 ，、特徵是全反射片之受光面可隨

   第14頁