TWI502157B

TWI502157B - 太陽能致動熱對流之導流裝置

Info

Publication number: TWI502157B
Application number: TW102107638A
Authority: TW
Inventors: Jia Wen Kuo; Ming Wha Kuo; Chen Yuen Wu
Original assignee: Ncku Res & Dev Foundation
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2015-10-01
Also published as: TW201435273A

Description

太陽能致動熱對流之導流裝置

本發明係有關於一種太陽能致動熱對流之導流裝置，特別是指一種利用太陽熱能而可以控制熱對流之流向，使熱流可以選擇被利用或排出之加熱構造。

目前由於國際的能源短缺，因此太陽能已成為最佳的替代能源，尤其太陽能取之不盡、用之不竭，而且也不會造成環境的污染及破壞，所以相當適合用於加熱及發電等用途。

而一般用以烘乾農產品的乾燥設備、植物栽種用的溫室、人畜房舍的供暖等，如果使用燃料進行燃燒加熱，或是使用大量的電力進行加熱，則分別會有空氣污染及耗費能源之缺點，因此有如中華民國96年10月1日所公告之新型第M319970號「倉庫型之太陽能烘乾設備」專利案，其係揭露：於一倉庫其具有一乾燥室，以及一屋頂係由若干鋼樑搭建而成；該烘乾設備包含有：一集熱裝置設於該倉庫之屋頂間，其具有數個透光板與數個吸熱板分別密封地設於各該鋼樑之頂面與底部，數個網板各裝設於該屋頂之兩側開口且設有數個氣孔，數個加熱槽形成於各該鋼樑、透光板、吸熱板與網板間；一通風道連接該集熱裝置與乾燥室；一風扇裝設於該通風道之中；藉此，當各該加熱槽中的空氣經由太陽能加熱後，該風扇將熱空氣由該集熱裝置經該通風道導引至該乾燥室中，以提供乾燥所需之熱空氣。

然，上述該專利前案，雖然具有利用太陽能作為加熱使用之功能，但仍有下列缺失：

1.僅能產生並利用熱能，所產生之熱能無法排除，因此未必適用於烘乾設備以外之場合。

2.所產生之熱能無法進一步調控其溫度。

3.集熱裝置設於該倉庫之屋頂間，其具有數個透光板與數個吸熱板分別密封地設於各該鋼樑之頂面與底部，因此整體施工不易，成本亦高，遇有單一集熱裝置損壞需要更新時，將倍感困擾。

4.雖網板可讓外部空氣由各該加熱槽之兩側流入，但網板容易阻塞，會影響熱流之順暢供應。

有鑑於目前所使用的太陽能烘乾或供暖等設備，於使用時具有上述之缺點，本發明提供一種太陽能致動熱對流之導流裝置，係設有一座體，其內部係設有一對流空間，該座體係設有一進風口、一出風口及一通風口分別連通至該對流空間，該出風口及該通風口的位置係分別高過於該進風口的位置；一集熱單元，其係結合於該座體上，該集熱單元係設有複數導熱鰭片，該等導熱鰭片係位於該對流空間之進風口及出風口之間，該集熱單元用以收集熱能，並將熱能傳遞至該該等導熱鰭片；其特徵係在於：複數活動葉片，該等活動葉片係設置於該座體之通風口上；一致動器，連動於該複數活動葉片，用以控制該等複數活動葉片之動作；一導熱管，其係連接至該座體之出風口，該導熱管的一端係設有一導風口；一風扇，其係設置於該座體之出風口或該導熱管上；藉由該致動器控制該等活動葉片以不同角度開啟或關閉該通風口，使由該等導熱鰭片所釋放之熱能由該通風口排出或由該風扇之導引而由該導熱管排出。上述座體上另一側相對於該出風口的位置處係設有一串接口，用以與另一座體之出風口進行連通。

上述座體係設有一太陽能光電板，該太陽能光電板係分別電性連接至該致動器及該風扇，以供將一光能轉換成為一電能，用以驅動該致動器及風扇。

上述集熱單元係設有一太陽能集熱板，該太陽能集熱板係設於一框架上，該框架上係設置一透光玻璃，該透光玻璃係與該太陽能集熱板保持一間距，又該太陽能集熱板係與該等導熱鰭片相連接。

上述太陽能集熱板上係設有一吸熱膜。

上述導熱管之外緣係包覆有一保溫層。

上述等導熱鰭片係呈連續間隔排列，並於各導熱鰭片之間形成一空氣流道。

上述座體上係設有一傾斜面，以供該集熱單元結合於該傾斜面上。

本發明進一步設置有一感溫器，其與該致動器電性連接，使該致動器根據該感溫器之感測結果而動作。

上述導熱管之導風口係與一加熱空間相連通，該感溫器係設置於該加熱空間內，該感溫器係感測該加熱空間內的溫度，以使該致動器控制該等活動葉片以不同角度開啟或關閉該通風口。

本發明具有下列之優點：

1.太陽熱能集熱於導熱鰭片，進風口設置在下方，利用熱空氣向上之原理，不需任何外部動力，即可自然形成熱對流，因此將本發明安裝於屋頂，風扇關閉且開啟活動葉片，使通風口呈開啟狀態，則熱對流現象將導引室內空氣連同熱流由通風口排出，因此室內空氣可以因該熱對流現象而保持流動，在不需動力的情形下自然進行室內換氣，有助於排除室內異味，保持空氣新鮮，適用於居家、養殖場、倉庫、廠房等。

2.室內需要熱能時，啟動風扇並關閉活動葉片，使通風口呈關閉狀態，則導熱鰭片所釋放出之熱能，只能透過風扇導引至導熱管，並由導熱管之導風口排放至室內以提供熱能，以作為供暖、乾燥、調溫等用途。其中風扇所需之能源，可由本發明之太陽能光電板供給，不需依賴外部能源。

3.藉由感溫器之設置，可以感應室內溫度而進行控溫，當室內溫度低於預設值時，啟動風扇並關閉活動葉片，使通風口呈關閉狀態，讓全部熱能導引到室內，以進行加溫；也可啟動風扇並微開活動葉片，使外部空氣可以微量由通風口進入，如此，導熱鰭片所釋放出之熱能可以與該外部微量空氣混合，適當降低熱流溫度(但仍高於室內溫度)，以供室內小幅增溫；又當室內溫度符合或高於預設值時，關閉風扇並開啟活動葉片，使通風口呈開啟狀態，則熱流將由通風口排出，不再流進室內，且熱對流現象將帶動室內空氣上升，使室內空氣連同熱流由通風口一起排出，維持室內空氣流通。

4.本發明之太陽能致動熱對流之導流裝置可以輕易安裝於現有屋舍或廠房之屋頂，導熱管亦容易固定於壁面，施工更為容易。

5.本發明之太陽能致動熱對流之導流裝置可以彼此串接，所產生之熱流可以集中輸送，因此可以因地制宜，提供客製化施工，完全適合各種供熱面積之需求。

6.單一太陽能致動熱對流之導流裝置毀損時，替換施工容易，不會影響建物結構。

(1)‧‧‧座體

(11)‧‧‧對流空間

(12)‧‧‧進風口

(13)‧‧‧出風口

(14)‧‧‧通風口

(15)‧‧‧傾斜面

(16)‧‧‧太陽能光電板

(17)‧‧‧串接口

(18)‧‧‧連接管

(2)‧‧‧集熱單元

(21)‧‧‧太陽能集熱板

(22)‧‧‧框架

(23)‧‧‧透光玻璃

(24)‧‧‧吸熱膜

(25)‧‧‧導熱鰭片

(26)‧‧‧空氣流道

(3)‧‧‧活動葉片

(4)‧‧‧導熱管

(41)‧‧‧保溫層

(42)‧‧‧導風口

(5)‧‧‧風扇

(6)‧‧‧致動器

(7)‧‧‧屋舍

(71)‧‧‧加熱空間

(72)‧‧‧感溫器

(A)‧‧‧分流歧管

[第一圖]係為本發明之立體分解圖。

[第二圖]係為本發明之側面剖視圖。

[第三圖]係為本發明之正面剖視圖。

[第四圖]係為本發明集熱單元之剖視圖。

[第五圖]係為本發明使用的示意圖。

[第六圖]係為本發明使用的部份放大示意圖。

[第七圖]係為本發明使用時關閉通風口之示意圖。

[第八圖]係為本發明使用時開啟通風口之示意圖。

[第九圖]係為本發明另一實施例的部份剖視圖。

[第十圖]係為本發明另一實施例使用的示意圖。

[第十一圖]係為本發明又一實施例使用的示意圖。

請參閱第一圖、第二圖及第三圖所示，本發明實施例係包括有座體(1)、集熱單元(2)、活動葉片(3)、導熱管(4)、風扇(5)及致動器(6)，其中：

座體(1)，其內部係設有一對流空間(11)，該座體(1)係設有一進風口(12)、一出風口(13)及一通風口(14)分別連通至該對流空間(11)，該出風口(13)及通風口(14)的位置係分別高過於該進風口(12)的位置，該進風口(12)係位於該座體(1)之底部，又該座體(1)上係設有一傾斜面(15)，另座體(1)之頂部係設有一太陽能光電板(16)，用以將光能轉換成為電能。

集熱單元(2)，其係結合於該座體(1)之傾斜面(15)上，該集熱單元(2)係設有一太陽能集熱板(21)〔如第四圖所示〕，該太陽能集熱板(21)係設於一框架(22)上，該框架(22)上另設置一透光玻璃(23)，該透光玻璃(23)係與該太陽能集熱板(21)保持一間距，該透光玻璃(23)係供太陽光穿過並防止熱能逆向散出，而該太陽能集熱板(21)上係設有一吸熱膜(24)，藉以增強該太陽能集熱板(21)對於輻射熱之吸收效率，另該太陽能集熱板(21)係向下連接設有複數導熱鰭片(25)，該等導熱鰭片(25)係位於該對流空間(11)內之進風口(12)及出風口(13)之間，該等導熱鰭片(25)係呈連續間隔排列，並於各導熱鰭片(25)之間形成一空氣流道(26) 。

複數活動葉片(3)，該等活動葉片(3)係設置於該座體(1)之通風口(14)上，可以如同百葉窗之葉片般進行同步旋動。

導熱管(4)，其一端係連接至該座體(1)之出風口(13)，該導熱管(4)之外緣係包覆有一保溫層(41)，用以避免熱能的散失，又該導熱管(4)的另一端係設有一導風口(42)。

風扇(5)，其係設置於該座體(1)之出風口(13)或該導熱管(4)上，該風扇(5)並電性連接至該太陽能光電板(16)，用以接收其電能而產生驅動。

致動器(6)，其係設於該座體(1)上，該致動器(3)係連動於該複數活動葉片(3)，並控制該等活動葉片(3)於該通風口(14)上之開啟或關閉的角度，該致動器(6)係電性連接至該太陽能光電板(16)，用以接收其電能而產生驅動。

實施時，請參閱第五圖及第六圖所示，係將該太陽能致動熱對流之導流裝置裝置於一屋舍(7)之頂部，該屋舍(7)之頂部以預留方式或加工方式形成一開口(圖中未示出)，用以對應於座體(1)之進風口(12)，該屋舍(7)係可為一烘乾農產品的乾燥室、倉庫、栽種植物的溫室或人、畜房舍等，該屋舍(7)內部具有一加熱空間(71)，且該加熱空間(71)係藉由上述開口而與該進風口(12)相連通，該加熱空間(71)內係設有一感溫器(72)與該致動器(6)電性連接，藉以感測該加熱空間(71)內的溫度，當該感溫器(72)偵測到加熱空間(71)內的溫度低於預設值時，則會控制該風扇(5)及該致動器(6)啟動，利用該致動器(6)自動控制該等活動葉片(3)完全關閉該通風口(14)〔如第七圖所示〕，藉以防止該對流空間(11)內之熱空氣由該通風口(14)逸出，該導熱管(4)之導風口(42)係與一分流歧管(A)相連通，而該分流歧管(A)則分佈於加熱空間(71)內的適當位置處，當該集熱單元(2)之太陽能集熱板(21)受到太陽光照射後〔如第四圖所示〕，光線可穿透該透光玻璃(23)，而使得該太陽能集熱板(21)利用其吸熱膜(24)可以加強收集太陽光的輻射熱能，並利用該透光玻璃(23)可以防止熱能的散失，而該太陽能集熱板(21)可將收集到的熱能傳導至導熱鰭片(25)，而使得該對流空間(11)內的空氣與該導熱鰭片(25)進行熱交換，使對流空間(11)內的空氣溫度上昇，透過熱對流之原理，使得熱空氣沿著導熱鰭片(25)之間的空氣流道(26)上昇，同時加熱空間(71)內的空氣則可經由該座體(1)的進風口(12)進入，又座體(1)頂部之太陽能光電板(16)，受到太陽光照射後，則可以將光能轉換成為電能，以供應電力予該致動器(6)及該風扇(5)作為驅動之用，並利用該風扇(5)轉動時，可以將上昇的熱空氣由該出風口(13)抽出，再經由該導熱管(4)之導風口(42)與分流歧管(A)導入至該屋舍(7)之加熱空間(71)進行加熱，而可以達到乾燥、加熱或供暖等作用。上述的致動器(6)及風扇(5)所需之電源，除太陽能之外，一般市電或電池亦可為備用電源。

在風扇(5)運轉時，也可微開活動葉片(3)，使屋舍(7)外部空氣可以微量由通風口(14)進入，如此，導熱鰭片(25)所釋放出之熱能可以與該外部微量空氣混合，適當降低熱流溫度(但仍高於室內溫度)，以供室內小幅增溫之用。

又本發明當該感溫器(72)偵測到該加熱空間(71)內的溫度高於預設值，可自動調整等活動葉片(3)之傾斜角度〔其自動感溫及自動控制之方式係為習知技術，茲不另繪圖贅述〕以輔助室內空氣流動；例如當該感溫器(72)偵測到該加熱空間(71)內的溫度過高，需要加強該加熱空間(71)內之通風效果時，可以利用該致動器(6)控制該等活動葉片(3)相對於該通風口(14)傾斜之角度〔如第八圖所示〕，藉以可適度的開啟該通風口(14)，並停止風扇(5)之動作，則該對流空間(11)內之熱空氣，可以全部由該通風口(14)逸出，此時，藉由熱對流之作用，該加熱空間(71)內之空氣將隨同一起排出，使新鮮空氣可以由屋舍(7)之門窗或特定開口進入，藉以增加屋舍(7)之通風效果，避免或減緩加熱空間(71)內的溫度上升。

本發明另一實施例，如第九圖及第十圖所示，主要係於該座體(1)另一側相對於該出風口(13)的位置處係設有一串接口(17)，利用該座體(1)之串接口(17)結合一連接管(18)，用以與另一座體(1)之出風口(13)進行連通，如此，則可以同時串連複數個座體(1)，並使所有熱能由導熱管(4)集中輸送，而使該屋舍(7)之加熱空間(71)內的熱能供應更為充足，以配合不同的乾燥、加熱或供暖等功能進行使用。

本發明又一實施例，如第十一圖所示，係具備二組串連的座體(1)，其中每一組串連的複數個座體(1)，其係分別利用一導熱管(4)進行集中輸送，該二導熱管(4)分別位於屋舍(7)二側，可以使供熱更為平均。

在第九圖、第十圖與第十一圖的實施例中，遇有單一座體(1)或該座體(1)上的其他元件毀損，例如集熱單元(2)、複數活動葉片(3)、致動器(6)等，本發明僅需執行單一換新之修復操作即可，不涉及屋舍(7)之施工，維修極為方便。

如果不使用上述之感溫器(72)之自動控制功能，本發明亦可實施，例如在夏季天熱時，以人工方式進行操作，常態開啟活動葉片(3)，使通風口(14)呈開啟狀態，且關閉風扇(5)，則所有熱流將由通風口(14)排出，藉由熱對流增加室內空氣流通；在冬季天寒時，以人工方式進行操作，常態關閉活動葉片(3)，使通風口(14)呈關閉狀態，且開啟風扇(5)，則所有熱流將由導熱管(4)傳輸至室內。

在前述每一實施例中，本發明之座體(1)係安裝於屋舍(7)之屋頂，惟除此之外，本發明亦可架高於地面或固定於建築物之其他位置，只要本發明之集熱單元(2)能接受太陽熱能，且進風口(12)能允許空氣流入，則便能利用導熱鰭片(25)進行熱交換並產生熱對流，再藉由風扇(5)與導熱管(4)之導引，熱流便可輸送至所需位置，例如將熱流透過管路導引經過池底，則本發明亦可作為養殖池加溫之用，防止養殖魚類天寒受害。尤其，本發明藉由複數活動葉片(3)與通風口(14)之設計，使得所產生之熱流可以選擇「排出」或「利用」，引此大幅增加其實用性。

惟，以上所述僅為本發明其中之一實施例，當不能以此限定本發明之申請專利保護範圍，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，皆應仍屬於本發明申請專利範圍所涵蓋保護之範圍內。