TWI528003B - 多段式熱管型太陽能集熱器 - Google Patents

Description

多段式熱管型太陽能集熱器

本發明係有關於一種太陽能集熱器，尤指一種多段式熱管型太陽能集熱器。

目前太陽輻射熱能的應用中，太陽能集熱器是較為商業化且具經濟效益的產品，為了提升太陽輻射熱能的轉換效率，將具有優良熱傳導能力的熱管應用在太陽能集熱器中，以作為傳遞熱量的元件，已獲致不錯的成效。

一般熱管型太陽能集熱器包含一熱交換管體、插接在該熱交換管體內的複數熱管、及嵌接有該些熱管的複數集熱板。冷水從自熱交換管體的一端流入後，會流經該些熱管，以帶走該些熱管的熱，最後可從熱交換管體的另一端流出熱水；其中，該集熱板的設置可增加該集熱器的受熱面積，進而提升集熱效率。

請參照第一圖，其係顯示現今熱管型太陽能集熱器之熱管與集熱板的結合示意圖；從圖中可看出，熱管10’結合在一長矩形的集熱板20’上，亦即，該集熱板20’上係以均勻分佈的方式焊黏在該熱管10’上，該集熱板20’所接收到的熱會傳導至該熱管10’，該熱管10’係透過內部工作流體的相變化來進行熱交換，以提供集熱器所需的熱源。

惟，由於一支熱管在其蒸發段的不同位置傳熱效能並不相同，也就是熱管在蒸發段的熱傳特性(heat transfer characteristics)並非均勻一致。一般來說，熱管靠近冷凝段可承受的熱通量(heat flux)較大，遠離冷凝段可承受的熱通量則較小。傳統長矩形集熱板焊黏在熱管的做法使得熱管蒸發段承受均勻的熱通量，熱管10’的導熱效能因此無法充分發揮；故如何對集熱板20’及熱管10’進行妥善地配置，以完全發揮熱管10’的熱傳特性，進而提升集熱器的集熱效果，即本發明人之研究動機。

有鑑於此，本發明人為達到上述目的，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明之一目的，在於提供一種多段式熱管型太陽能集熱器，以有效地發揮熱管的傳導效率，進而提升集熱器的集熱效果。

為了達成上述之目的，本發明係為一種多段式熱管型太陽能集熱器，包括熱交換管體及至少一集熱模組，集熱模組包含一熱管及間隔串接在熱管一側邊的複數集熱板，熱管的一端插接在熱交換管體中，集熱板則是呈多段式地設置在熱管的另一端，且可分別具有不同的熱傳特性。

本發明之另一目的，在於提供一種多段式熱管型太陽能集熱器，其靠近熱管冷凝段之集熱板的吸熱及導熱效能可不同於遠離熱管冷凝段之集熱板的吸熱及導熱效能，以使熱管性能得以充分發揮。

相較於習知，本發明之集熱模組係包含一熱管及間隔串接在熱管一側邊的複數集熱板，由於熱管蒸發段可承受的熱通量不同(靠近冷凝段可承受的熱通量較大，遠離冷凝段可承受的熱通量較小)，如配合調整集 熱板的材質、厚度、或表面塗層等，使熱管蒸發段上所承受的熱通量合理分佈，即可有效地發揮熱管的傳導效率，進而提升集熱器的集熱效果。

10’‧‧‧熱管

20’‧‧‧集熱板

1‧‧‧集熱器

10‧‧‧集熱架

20‧‧‧熱交換管體

201‧‧‧出水口

202‧‧‧入水口

30‧‧‧集熱模組

31‧‧‧熱管

311‧‧‧冷凝段

312‧‧‧蒸發段

32‧‧‧集熱板

321‧‧‧第一集熱板

322‧‧‧第二集熱板

30a‧‧‧集熱模組

31a‧‧‧熱管

311a‧‧‧冷凝段

312a‧‧‧蒸發段

32a‧‧‧集熱板

321a‧‧‧第一集熱板

322a‧‧‧第二集熱板

第一圖係為現今熱管型太陽能集熱器之熱管與集熱板的結合示意圖；第二圖係本發明之多段式熱管型太陽能集熱器的使用示意圖；第三圖係本發明之多段式熱管型太陽能集熱器的平面示意圖；第四圖係本發明之集熱模組的立體外觀示意圖；第五圖係本發明之集熱模組的另一實施例。

有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參照第二圖及第三圖，係為本發明之多段式熱管型太陽能集熱器的使用示意圖及平面示意圖；本發明之多段式熱管型太陽能集熱器1(以下簡稱集熱器)包括一集熱架10、一熱交換管體20、及至少一集熱模組30。本實施例中，該集熱器1係包含有複數集熱模組30，各該集熱模組30係包含一熱管31及間隔串接在該熱管31一側邊的複數集熱板32，該些集熱板32則是呈多段式地設置在該熱管31的另一端，並可分別具有不同的熱傳特性。

本實施例中，該集熱架10為一三角型的架體，實際實施時不以此為限，該熱交換管體20及該集熱模組30係固定在該集熱架10上， 且該熱交換管體20係設置在該集熱架10的高處。當該熱管31受熱後，其工作流體係將熱傳導至熱交換管體20並進行熱交換，據以達到該集熱器1的聚熱效果。

該熱交換管體20具有相對設置的一出水口201及一入水口202，冷水自該入水口202流入該熱交換管體20內部，流入該熱交換管體20內的冷水會帶走該熱管31的熱，流經該熱管31的水再自該出水口201流出，據此，該熱管31可進行熱交換，以使該集熱器1達到集熱效果。

該熱管31的一端係插接在該熱交換管體20中，該些集熱板32則是承接該熱管31的另一端，並間隔串接在該熱管31的一側邊。本實施例中，該熱管31包含一冷凝段311及一蒸發段312，該冷凝段311插接在該熱交換管體20中，該蒸發段312係嵌固在該些集熱板32上，該熱管31係透過一穿接套筒33而插接在該熱交換管體20中。

請續參照第四圖，係顯示本發明之集熱模組的立體外觀示意圖；該些集熱板32縱向排列在該熱管31的蒸發段312上，靠近該冷凝段311之集熱板32為第一集熱板321，遠離該冷凝段311之集熱板32為第二集熱板322，該第一集熱板321的導熱效能可不同於該第二集熱板322的導熱效能。本實施例中，該第一集熱板321的導熱效能高於該第二集熱板322的導熱效能，藉此使該熱管30之蒸發段312所承受的熱通量合理分佈，以有效地發揮熱管31的傳導效率，並使該集熱模組30達到最佳的集熱效能。

第四圖中，該第一集熱板321為由第一金屬所構成，該第二集熱板322由第二金屬所構成，且該第一集熱板321的熱傳導係數(heat transfer coefficient)不同於該第二集熱板322。實際實施時，該第一集熱板321的熱傳導係數可高於該第二集熱板322的熱傳導係數，該第一集熱板321可設置為如銅等熱傳導係數較高的金屬；另一方面，該第二集熱板322則可設置為熱傳導係數較低的金屬，如鎂、鐵等。

再者，該些集熱板32亦可藉調整材料的厚薄來改變均溫性，從而調控導熱效能。在該些集熱板32材質相同的前提下，該第一集熱板321的厚度可不同於該第二集熱板322的厚度，當第一集熱板321的厚度較厚時，其均溫性較好、導熱效能較佳；另外，第二集熱板322的厚度較薄，其均溫性及導熱效能則不如第一集熱板321。

請再參照第五圖，係顯示本發明之集熱模組的另一實施例；本實施例中，集熱模組30a包含一熱管31a及複數集熱板32a。該熱管31a包含一冷凝段311a及一蒸發段312a，靠近該冷凝段311a之集熱板32a為第一集熱板321a，遠離該冷凝段311a之集熱板32a為第二集熱板322a。

本實施例與第一實施例不同的地方在於該些集熱板32a的表面係具有不同塗層，以分別具有不同熱輻射特性(emissive characteristics)。本實施例中，該第一集熱板321a的表面係具有一第一塗層，該第二集熱板322a的表面係具有一第二塗層，該第一塗層的熱輻射係數係不同於該第二塗層的熱輻射係數，由於表面塗層不同會影響集熱板32a的吸收陽光和自身熱輻射效果(thermal radiation absorptivity and emissivity)，本實施例中，該第一塗層的自身熱輻射係數係低於該第二塗層的自身熱輻射係數，以使該第一集熱板321a的吸熱效果高於該第二集熱板322a。

綜上所述，本發明之集熱模組30係藉由調整集熱板32、32a的材質、厚度、或表面塗層等，以使熱管31、31a的蒸發段312、312a所承受的熱通量合理分佈，據此有效地發揮熱管31、31a的傳導效率。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，非用以限定本發明之專利範圍，其他運用本發明之專利精神之等效變化，均應俱屬本發明之專利範圍。

1‧‧‧集熱器

10‧‧‧集熱架

20‧‧‧熱交換管體

201‧‧‧出水口

202‧‧‧入水口

30‧‧‧集熱模組

31‧‧‧熱管

32‧‧‧集熱板

Claims (5)

1. 一種多段式熱管型太陽能集熱器，包括：一熱交換管體；以及至少一集熱模組，該集熱模組係包含一熱管及間隔串接在該熱管一側邊的複數集熱板，該熱管包含一冷凝段及一蒸發段，該冷凝段插接在該熱交換管體中，該蒸發段係嵌固在該些集熱板上，該些集熱板則是呈多段式地設置在該熱管的另一端，靠近該冷凝段之集熱板為第一集熱板，遠離該冷凝段之集熱板為第二集熱板，該第一集熱板由第一金屬所構成，該第二集熱板由第二金屬所構成，該第一金屬的熱傳導係數不同於該第二金屬的熱傳導係數。
2. 如請求項1所述之多段式熱管型太陽能集熱器，其更包含一集熱架及一穿接套筒，該熱交換管體及該些集熱板係固定在該集熱架上，該熱管係透過該穿接套筒而插接在該熱交換管體中。
3. 如請求項1所述之多段式熱管型太陽能集熱器，其該熱交換管體具有相對設置的一出水口及一入水口，冷水係自該入水口流入該熱交換管體內部，流經該熱管的水則自該出水口流出。
4. 如請求項1所述之多段式熱管型太陽能集熱器，其中該些集熱板係為相同材質，且該第一集熱板的厚度係不同於該第二集熱板的厚度。
5. 如請求項1所述之多段式熱管型太陽能集熱器，其中該第一集熱板的表面係具有一第一塗層，該第二集熱板的表面係具有一第二塗層，該第一塗層的熱輻射係數係不同於該第二塗層的熱輻射係數。