TWI431232B - 太陽能熱交換裝置 - Google Patents

Description

太陽能熱交換裝置

本發明係關於一種太陽能熱交換裝置，特別是一種可利用太陽能升溫以提供流體進行熱交換之太陽能熱交換裝置。

請參照第1圖，係中華民國公告第M370064號「太陽能熱水器的集熱裝置」專利案，該專利案揭示之一種太陽能熱水器9，具有一蓄水筒91，該蓄水筒91連接有一循環水引出管911、一循環水回流管912、一供水輸入管913與一熱水輸出管914。該集熱裝置8設於該循環水引出管911與該循環水回流管912之間，且該集熱裝置8包含：一支撐框體81；數個導管82橫設於該支撐框體81的內圍，並連接於該循環水引出管911與該循環水回流管912之間，且該導管82的頂面與底面各包覆有一金屬板821；及數個聚光凸透鏡83設於該支撐框體81的頂部，並沿著該多數導管82的長度方向配置。

請閱第1、2圖所示，該蓄水筒91中的水，可經由該循環水引出管911流至該集熱裝置8之導管82，在太陽光線照射於該聚光凸透鏡83時，由該聚光凸透鏡83將太陽光線聚集投射於該導管82處，並由包覆於該導管82外的金屬板821吸收太陽熱能，再將太陽熱能傳導至該導管82，以加熱該導管82內的水；如此一來，可加速加熱該導管82內部的水，以提高該太陽能熱水器9之加熱效率。

惟，該集熱裝置8係透過包覆於該導管82外之金屬板821，對該導管82進行熱傳導，而金屬係屬於導熱係數大的材質，雖可快速吸熱、導熱，但當金屬與周圍環境具有溫差時，其熱損失值亦十分可觀。因此，該集熱裝置8之支撐框體81中，在無設置可持熱之裝置或介質的情況下，該金屬板821對導管82之熱傳導將存在有熱損失的問題，故其導熱效率並不理想。

再者，太陽光並非集中式的光源，使得太陽光在穿透不同介質時都會具有散射角，即使穿過聚光透鏡仍無法將光線完全聚集於一特定位置；因此，當太陽光穿過該聚光凸透鏡83時，仍會有部分太陽光散射掉，使得該集熱裝置8之集熱效率受到影響。

本發明之主要目的係提供一種太陽能熱交換裝置，係可降低導管之熱損失以提高導熱效率者。

本發明之次一目的係提供一種太陽能熱交換裝置，係可將散射掉的太陽光集聚投射於預設位置以提高集熱效率者。

為達到前述目的，本發明所運用之技術內容包含有：一種太陽能熱交換裝置，係包含：一持熱基座，凹設有一端呈開放狀之數個集熱槽；一導管，繞設於該數個集熱槽中，且該導管外緣塗附有光熱材質；數個反光板，對應該數個集熱槽而間隔設置於該持熱基座之頂部表面，相鄰之二反光板呈斜向設置，以於對應之集熱槽上方形成向上漸擴之一光反射空間；及一透光板，設置於該數個反光板之頂部，並於對應各光反射空間處設置一聚光部。

本發明之太陽能熱交換裝置，其中，相鄰之二光反射空間之間形成一儲熱空間，且各儲熱空間中可以填充有溫室氣體或儲熱材。

本發明之太陽能熱交換裝置，其中，該數個反光板底部各設有向對應之儲熱空間延伸之至少一腳架，該至少一腳架能貼合於該持熱基座。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第3圖，係為本發明較佳實施例之立體圖。在本實施例中，該太陽能熱交換裝置包含一持熱基座1、一導管2、數個反光板3及一透光板4。該導管2設置於該持熱基座1中，太陽光可穿透該透光板4，並經由該數個反光板3之反射，集中照射於該導管2上，使該導管2升溫以與管中的流體進行熱交換。

該持熱基座1具有從頂部表面向下凹設之數個集熱槽11，且該數個集熱槽11各有一端呈開放狀，以連通至該持熱基座1之頂部。又，該持熱基座1可吸收太陽光之熱能，而相對於外界環境呈現高溫狀態，故該持熱基座1較佳由高熱傳導係數之材料(例如：固態金屬)所製成。在本實施例中，該持熱基座1可以為一矩形體，該數個集熱槽11可平行於該持熱基座1之一邊，而間隔設置於該持熱基座1中，使該數個集熱槽11呈規則性地設置，以提升其他構件配合安裝時之便利性；然而該持熱基座1之形狀及該數個集熱槽11之設置方式均不以此為限，可依配合裝設該太陽能熱交換裝置之設備及需求而變化，係該技術領域人士可以理解。

該導管2係繞設於上述之數個集熱槽11中，且該導管2外緣塗附有光熱材質，故該導管2可吸收太陽光而發熱，使該導管2呈現高溫狀態。該導管2內則可以通入欲進行熱交換之流體。

該數個反光板3對應上述之數個集熱槽11而間隔設置於持熱基座1之頂部表面，相鄰之二反光板3呈斜向設置，以於對應之集熱槽11上方形成向上漸擴之一光反射空間31，使得每一光反射空間31之縮口端對應一集熱槽11，且相鄰之二光反射空間31之間則形成一儲熱空間32，各儲熱空間32中可填充有溫室氣體(例如：氧化氮)或儲熱材。在本實施例中，為使該數個反光板3能穩固架設，各反光板3底部均可以設有至少一腳架33，該至少一腳架33係向對應之儲熱空間32延伸，而可貼合於該持熱基座1之上表面，以便於快速組裝，並使該數個反光板3能維持固定的斜向設置角度，不會因該太陽能熱交換裝置受碰撞而歪斜，以致影響光線反射的聚光效率。

該透光板4設置於上述數個反光板3之頂部，該透光板4可以由玻璃或玻璃纖維強化塑膠所製成，故該透光板4具有透光率高、導熱係數小及耐衝擊等特性，令太陽光可穿透並向下傳遞，同時還可以減少太陽光之熱能從該透光板4下方向上傳遞而損失。又，該透光板4於對應各光反射空間31處均設有一聚光部41，使得每一光反射空間31之擴口端對應一聚光部41，且該聚光部41較佳為焦距短、輕薄、透光量高之菲尼爾透鏡(Fresnel lens)。

請參閱第4圖，據由前述結構，當太陽光照射於上述透光板4時，一部分的太陽光會穿過各聚光部41，而聚集投射至迴繞於各集熱槽11中的導管2，使該導管2升溫，以加熱流通於該導管2中的流體；另一部分的太陽光則穿過該透光板4而進入至各儲熱空間32中。

其中，穿過各聚光部41之太陽光，可藉由反光板3之設置，使散射出去的光線可在各光反射空間31中產生反射，以將光線聚集並投射至導管2，據以加強該導管2之集光效果而快速集熱升溫。

此外，進入至各儲熱空間32中的太陽光，則因為各儲熱空間32中填充有溫室氣體或儲熱材，可在該溫室氣體或儲熱材吸收太陽光而產生熱能後，使各儲熱空間32逐漸升溫，並進一步地將熱能向下傳遞至持熱基座1，使該持熱基座1升溫以呈現高溫狀態。據此，該持熱基座1之各集熱槽11亦可維持高溫，使導管2與周圍環境(即各集熱槽11)之溫差變小，以減少該導管2之熱損失，使得該導管2較易維持於高溫狀態。

綜上所述，本發明之太陽能熱交換裝置，係藉由儲熱空間32之設置，以及將導管2設置於具持熱效果之持熱基座1中，使得該導管2之熱損失可降到最低，而將大量的熱能提供給該導管2中的流體進行熱交換，以提升導熱效率，使流體於流通的過程中逐漸升溫。

本發明之太陽能熱交換裝置，可藉由反光板3之設置，將散射掉的太陽光集聚投射至導管2，以加強該導管2之集光效果，使該導管2快速升溫而具有較佳的集熱效率。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

[本發明]

1．．．持熱基座

11．．．集熱槽

2．．．導管

3．．．反光板

31．．．光反射空間

32．．．儲熱空間

33．．．腳架

4．．．透光板

41．．．聚光部

[習知]

9．．．太陽能熱水器

91．．．蓄水筒

911．．．循環水引出管

912．．．循環水回流管

913．．．供水輸入管

914．．．熱水輸出管

8．．．集熱裝置

81．．．支撐框體

82．．．導管

821．．．金屬板

83．．．聚光凸透鏡

第1圖：習知太陽能熱水器之立體圖。

第2圖：習知太陽能熱水器之集熱裝置的部分剖面圖。

第3圖：本發明較佳實施例之立體圖。

第4圖：本發明較佳實施例之剖面圖。

1．．．持熱基座

11．．．集熱槽

2．．．導管

3．．．反光板

31．．．光反射空間

32．．．儲熱空間

33．．．腳架

4．．．透光板

41．．．聚光部

Claims (2)

1. 一種太陽能熱交換裝置，係包含：一持熱基座，凹設有一端呈開放狀之數個集熱槽；一導管，繞設於該數個集熱槽中，且該導管外緣塗附有光熱材質；數個反光板，對應該數個集熱槽而間隔設置於該持熱基座之頂部表面，相鄰之二反光板呈斜向設置，以於對應之集熱槽上方形成向上漸擴之一光反射空間；及一透光板，設置於該數個反光板之頂部，並於對應各光反射空間處設置一聚光部；其中，相鄰之二光反射空間之間形成一儲熱空間，各儲熱空間中填充有溫室氣體或儲熱材。
2. 依申請專利範圍第1項所述之太陽能熱交換裝置，其中，該數個反光板底部各設有向對應之儲熱空間延伸之至少一腳架，該至少一腳架能貼合於該持熱基座。