TWI539123B - 太陽能集熱板之自動清洗方法 - Google Patents

Description

太陽能集熱板之自動清洗方法

本發明係有關於一種太陽能集熱板之自動清洗方法，特別是指一種可以大幅節省清洗時的用水量及人力，並提高清洗效率之太陽能集熱板表面的清洗方法。

由於太陽能源係取之不盡，用之不竭，儼然已成為最具環保及節能的替代能源之一；因此太陽能集熱器可提供熱水器、暖房、泳池加溫、熱泵或發電之功能，並逐漸增加使用於家庭和工廠，但是太陽能集熱器的太陽能集熱板在使用一段時間以後，表面容易沾染塵土或雜質，甚至於沾附了難以清除的油垢，如此，將會嚴重影響太陽光的穿透性，降低熱水的加熱效率；目前一般較為普遍的做法則是以人工進行清洗，這樣不但浪費人力，而且對於清洗人員也存在有一定的危險性，也很難根據實際情況制定出最合理的清潔週期。

因此有中華民國102年10月1日所公開之發明第201339521號「太陽能板清潔系統」專利案，其係揭露：包括一發光元件、一感光元件、一控制電路、一開關設備、一水箱及一噴頭，該感光元件用於感測發光元件的光線強度，並將感測到的光線強度傳輸至控制電路，當該感光元件感測到的光線強度與預設光線強度之間的差值不大於預設值時，該控制電路判斷玻璃板的清潔度符合要求，當該感光元件感測到的光線強度與預設光線強度之間的差值大於預設值時，該控制電路判斷玻璃板的清潔度不符合要求，並控制開關設備使水箱與噴頭相連通以對玻璃板進行清潔。

惟，由於台灣之特殊氣候與工廠林立的型態，容易造成沙塵、油垢等雜質汙染太陽能集熱板的表面，因此相當難以清洗乾淨，而該專利前案所實施之清洗方法，相對需要耗費較多的用水量，而且針對頑強的油垢亦無法清除乾淨，故實用性不佳。

又有中華民國99年7月1日所公開之發明第201024642號「太陽能板之板面清潔裝置」專利案，其係揭露：可供裝設於一太陽能裝置之透光材組側邊，該清潔裝置包括一軌道組，分別固設於該透光材組兩側，且設一噴水管於該軌道組頂部，以及一清潔單元，設於該噴水管下方，且兩端分別結合於該軌道組，並可沿該軌道組往復移動，且配合該噴水管釋放清水於該透光材組，以清洗該透光材組表面之髒污。

惟，該專利前案係利用噴水管的往復移動產生噴灑作用，進行清洗太陽能集熱板的清洗作業，但是同樣具有難以清洗油垢及耗費較多用水量的缺點存在。

另有中華民國101年1月11日所公告之新型第M420301號「太陽能板自動除汙裝置」專利案，其係揭露：一集水槽，設於太陽能板底緣，集水槽設有一馬達，集水槽一端連接有一導水管；一控制電路，一端係與太陽能板連接，另端與馬達連接；及一固定支架，設於太陽能板頂端，支架下方藉一彈簧與一中空滾筒連接，滾筒係設於太陽能板上方並與導水管連接，滾筒外設有複數根刷毛及貫穿滾筒之灑水孔；藉由太陽能板轉換後之電力供給控制電路，令控制電路控制馬達運轉，將集水槽內的水送至滾筒內，滾筒即在太陽能板上滾動，刷毛並與太陽能板抵觸，同時灑水並清理太陽能板，太陽能板上的水再經由濾網過濾後再流至集水槽內，藉由太陽能轉換後之電力供給以達到節省電費之目的。

惟，該專利前案之構造較為複雜，使用上容易故障，並且需要耗費較多的電能及用水量，故於使用上仍然不盡理想。

爰此，有鑑於目前所使用的太陽能集熱板之清洗方法，具有上述種種的缺失，故本發明提供一種太陽能集熱板之自動清洗方法，係供使用於一斜置式太陽能集熱板之清洗，包括下列步驟：設置至少一噴嘴，該噴嘴之噴口指向該太陽能集熱板；設定一清洗時間，該清洗時間係為該太陽能集熱板未接受直接日照之時間；在上述清洗時間，輸送一清洗液至該噴嘴，使該清洗液經該噴口噴流至該太陽能集熱板；利用該清洗液之位能或動能，使該清洗液將附著於該太陽能集熱板上之落塵、油垢或異物帶離該太陽能集熱板。

上述設定該清洗時間係在一單位時間內，選擇一環境濕度大於該單位時間內之一平均環境濕度的時間作為該清洗時間。

上述單位時間係為日。

上述清洗時間係為清晨。

上述清洗液係具有一工作溫度，該工作溫度介於5℃至80℃。

上述清洗液係經由該噴嘴而形成一水霧，該水霧之作用面積係涵蓋該太陽能集熱板之全部或大部份區域。

上述清洗液係經由該噴嘴而形成一扇型噴液，該扇型噴液係落於該斜置式太陽能集熱板之一相對的最高端，該扇型噴液落於該太陽能集熱板後並藉重力，而沿著該太陽能集熱板之表面流向該太陽能集熱板之相對的最低端。

上述清洗液係經複數噴嘴而形成一複數液柱，該複數液柱係落於該斜置式太陽能集熱板之一相對的最高端，該複數液柱落於該太陽能集熱板後並藉重力，而沿著該太陽能集熱板之表面流向該太陽能集熱板之一相對的最低端。

上述噴嘴之噴口的指向係具有一個以上之自由度。

上述清洗液經一工作壓力而輸送至該噴口，其中該工作壓力係為可變化型態，藉以控制該清洗液之噴出後的落點。

上述清洗液係為一水或添加有一清潔劑之水。

上述太陽能集熱板係設置為具有一奈米微結構之表面，藉以降低該落塵、油垢或異物之附著力，用以使該清洗液易於從該太陽能集熱板之表面帶走該落塵、油垢或異物。

本發明具有下列之優點：

1.本發明係利用清晨時間進行清洗，此時太陽能集熱板的表面沾附有大量的露珠，而露珠使得落塵或異物沾附於太陽能集熱板的沾附力較小，因此使用較少的清洗液進行清洗，可以具有較佳的沖洗效果，而且可以因此有效降低清洗時所需的用水量。

2.本發明利用高壓泵所產生的工作壓力，可以使清洗液的水滴因高壓壓力的變化，將太陽能集熱板表面上的落塵、油垢或異物等剝離，尤其是油垢更容易被剝離清除，以提高清洗效率。

3.本發明利用高壓泵所產生的動能，使清洗液可以直接清洗太陽能集熱板的表面，而噴灑於該太陽能集熱板上的清洗液，可再藉由重力，利用其位能使清洗液可沿著該太陽能集熱板之表面，流向該太陽能集熱板之最低端，使該清洗液之水滴不能直接沖洗到的落塵、油垢或異物，也可藉由水流而將其一併沖走。

4.本發明所係可根據太陽能集熱板不同的清洗需求，而使用不同的噴嘴，使噴出的清洗液係可呈扇型噴液、液柱或水霧等不同型態，以供選擇配合使用。

5.本發明選擇不同的噴嘴使用，可以使該噴水液的作用面積係涵蓋該太陽能集熱板之全部或大部份的區域，而可直接就將該太陽能集熱板表面上的落塵、油垢或異物沖離。

6.本發明又可藉由該噴嘴之噴口的指向，係具有一個以上之自由度，而可以產生上下轉動、左右轉動或自轉，藉以能增加其沖洗之範圍，而達到最佳之沖洗效果。

7.本發明之清洗液係直接來自於太陽能集熱器的儲水桶，故無庸再外加水源，並利用該儲水桶中的水蓄積有一熱能，藉以提供該清洗液具有一工作溫度，可有助於將附著於太陽能集熱板上頑強的油垢予以軟化溶解，而達到輕易去除油垢之功效，故無需大量用水，可大幅節省清洗時的用水量。

8.本發明之高壓泵係能施加一工作壓力，使該噴水管將清洗液由該噴嘴之噴口噴出，並能根據太陽能集熱板的面積大小，而調整該工作壓力的大小，藉以能控制該清洗液之噴出後的落點，而能產生不同遠近的噴出距離。

9.本發明係可以於該清洗液中添加入適量的清潔劑，藉以使由該噴嘴所噴出的清洗液具有更佳的清洗效果，以清洗沾附力較大的異物，可以使用於設置於煉油廠附件的太陽能集熱板。

10.本發明係可將該太陽能集熱板的表面係設置成一奈米微結構，藉以可降低該落塵、油垢或異物之附著力，可以使清洗液更容易從該太陽能集熱板的表面帶走該落塵、油垢或異物。

11.本發明係全自動化控制清洗作業，完全免人工進行清洗，故可以大幅節省人力，並具有極高之安全性。

(1)‧‧‧太陽能集熱板

(11)‧‧‧最高端

(12)‧‧‧最低端

(2)‧‧‧儲水桶

(21)‧‧‧出水管

(22)‧‧‧進水管

(3)‧‧‧高壓泵

(31)‧‧‧噴水管

(32)‧‧‧噴嘴

(33)‧‧‧噴口

(4)‧‧‧定時器

(5)‧‧‧清潔劑供應器

(h)‧‧‧間距

[第一圖]係為本發明配合太陽能集熱器進行清洗作業之側視圖。

[第二圖]係為本發明配合太陽能集熱器進行清洗作業之上視圖。

[第三圖]係為本發明之噴嘴噴出扇型噴液的示意圖。

[第四圖]係為本發明噴嘴之噴口可具有多個自由度之示意圖。

[第五圖]係為本發明增加一清潔劑供應器的示意圖。

[第六圖]係為本發明進行清洗效率測試之實驗設備示意圖。

[第七圖]係為本發明測試時之清洗效率與水壓關係圖。

[第八圖]係為本發明測試時之清洗效率與總水量關係圖。

[表1]係為本發明在不同總水量及水壓下所獲得之清洗效率值。

[附件圖1至圖16]係為太陽能集熱板表面之鋪粉平均灰階值的變化狀態相片。

首先，請參閱第一圖及第二圖所示，本發明實施例係配合一太陽能集熱器共同實施，該太陽能集熱器係包括有一太陽能集熱板(1)及一儲水桶(2)，進一步配合本發明設置有一高壓泵(3)及一定時器(4)，其中：太陽能集熱板(1)，其係斜置式設立，因此該太陽能集熱板(1)係會形成有一相對之最高端(11)及一相對之最低端(12)。

儲水桶(2)，其係設有一出水管(21)及一進水管(22)，而分別與該太陽能集熱板(1)相連通，該儲水桶(2)係可供輸入及儲存有水，該水之工作溫度係介於5℃至80℃之間，且該水係可由該出水管(21)輸出至該太陽能集熱板(1)，經過太陽光照射到該太陽能集熱板(1)後加熱成為一熱水，再由該進水管(22)輸送回至該儲水桶(2)內儲存，以供作為家庭或工廠中所需要之熱水使用。

高壓泵(3)，其係連接至該儲水桶(2)，該高壓泵(3)係設有一噴水管(31)，該噴水管(31)上設置有至少一噴嘴(32)，該噴嘴(32)則設有一噴口(33)，該噴口(33)係指向該太陽能集熱板(1)相對之最高端(11)，該高壓泵(3)係可抽取該儲水桶(2)內的水，並施加一工作壓力，將其由該噴水管(31)上之噴嘴(32)的噴口 (33)噴出形成一清洗液，該清洗液係呈一扇型噴液噴出〔如第三圖所示〕，或者是形成一液柱噴出，或者是形成一水霧噴出，該高壓泵(3)所施加之工作壓力係為6至10Mpa，又該噴嘴(32)之噴口(33)之指向係具有一個以上之自由度〔如第四圖所示〕，例如上下轉動、左右轉動或自轉。

定時器(4)，其係訊號連接至該高壓泵(3)，藉以可控制該高壓泵(3)可以啟動或停止，該定時器(4)係可供設定一清洗時間，該清洗時間係為該太陽能集熱板(1)未接受直接日照之時間，即設定該清洗時間係在一單位時間內，選擇一環境濕度大於該單位時間內之一平均環境濕度的時間作為該清洗時間，該單位時間係為日，在本實施例中，該設定時間係為清晨。

本發明太陽能集熱板之自動清洗方法，其實施步驟如第一圖及第二圖所示，其係預先於該定時器(4)設定一清洗時間，該清洗時間主要係為該太陽能集熱板(1)尚未接受到直接日照之時間，例如一天當中的清晨時間，此時太陽尚未照射到該太陽能集熱板(1)，由於此時的氣溫最低，以及空氣中的灰塵沉降最多，而且該太陽能集熱板(1)的表面容易沾附有大量的露珠，而露珠可以有效降低灰塵或異物在太陽能集熱板(1)上的附著力，因此在清洗該太陽能集熱板(1)之表面時，可藉由較少量的清洗液，沖洗該太陽能集熱板(1)的表面，而獲得不錯的沖洗效果，因此可以有效降低清洗液的使用量。

當定時器(4)設定完成後，到達所設定的清洗時間時，該定時器(4)即會發出一訊號控制該高壓泵(3)開始啟動，該高壓泵(3)則會開始抽取該儲水桶(2)內的水用以作為清洗液，並施加一工作壓力，將該清洗液輸送至該噴水管(31)，利用該工作壓力所產生之動能，可以由該噴水管(31)上之噴嘴(32)的噴口(33)噴出一扇型噴液〔如第三圖所示〕，所噴出之清洗液係噴射於該斜置式之太陽能集熱板(1)之最高端(11)，噴灑於該太陽能集熱板(1)表面之清洗液的水滴因高壓壓力的變化，則可以通過水滴內部的壓力變化，使太陽能集熱板(1)表面上 的落塵、油垢或異物等剝離，尤其是油垢亦能被剝離，而噴灑於該太陽能集熱板(1)上的清洗液可再藉由重力，利用位能使該清洗液可沿著該太陽能集熱板(1)之表面，由該太陽能集熱板(1)之最高端(11)流向該最低端(12)，使該太陽能集熱板(1)上清洗液的水滴不能直接沖洗到的落塵、油垢或異物，可通過該流動之清洗液將其一併沖走。

又本發明實施例中該噴口(33)所噴出之清洗液，係可形成一複數液柱，該複數液柱同樣係落於該斜置式太陽能集熱板之最高端(11)後，再藉由重力而沿著該太陽能集熱板(1)之表面流向其最低端(12)，相同可達到清洗之作用；又該噴口(33)所噴出之清洗液，亦可形成一水霧，該水霧之作用面積係涵蓋該太陽能集熱板(1)之全部或大部份區域，而可直接將該太陽能集熱板(1)表面之落塵、油垢或異物沖離；另藉由該噴嘴(32)之噴口(33)的指向，係可具有一個以上之自由度〔如第四圖所示〕，可以上下轉動、左右轉動或自轉的對於該太陽能集熱板(1)上不同的區域進行噴灑，藉以能增加其沖洗之範圍，而達到最佳之沖洗效果。

又本發明實施例中上述之噴嘴(32)型態，係可採用一般市面上所常見之噴嘴構造，例如可用於扇型噴液的則有不銹鋼扇形噴嘴、窄角扇形噴嘴、廣角扇形噴嘴、塑膠扇形噴嘴及清洗高壓噴霧噴嘴〔又稱MEG高壓扇形噴嘴〕；而可用於液柱噴液的則有直線型噴嘴、水針噴嘴、液柱流噴嘴、水柱噴頭；而可用於水霧噴液的則有低壓霧化噴頭、微細霧化噴頭、空氣霧化噴頭、水霧噴嘴、二流體噴頭、雙流體霧化噴槍、水霧噴頭；上述各種噴嘴(32)型態均已為習知構造，茲不另繪圖贅述。

又本發明實施例中之清洗液，係直接來自於太陽能集熱器的儲水桶(2)，故無庸再外加水源，而該儲水桶(2)中的水，由於受到該太陽能集熱板(1)之循環加熱後，因此蓄積有一熱能，藉以提供該清洗液可以具有一工作溫度， 而該工作溫度則介於5℃至80℃之間，利用該具有工作溫度之清洗液，可有助於附著於太陽能集熱板(1)上頑強的油垢的清除，使該油垢可以被軟化溶解，而達到輕易去除油垢之功效，如此，本發明完全不需要耗費人力及大量的清洗液進行清洗，尤其配合清晨時大量的露珠，更可以大幅節省用水量，完全可達到自動化進行太陽能集熱板(1)之表面的清洗作業。

又本發明實施例中之該清洗液係經過該高壓泵(3)施加一工作壓力後，再經由該噴水管(31)將其輸送至該噴嘴(32)之噴口(33)噴出，其中該工作壓力係為可變化型態，藉以控制該清洗液之噴出後的落點，即係能自動控制該清洗液產生不同遠近的噴出距離。

另本發明實施例中之清洗液係為一般的水，亦可以於該高壓泵(3)之噴水管(31)連接設有一清潔劑供應器(5)〔如第五圖所示〕，利用該清潔劑供應器(5)可以對於通過該噴水管(31)之水添加入適量的清潔劑，藉以使由該噴嘴(32)之噴口(33)所噴出的清洗液具有更佳的清洗效果；本發明並進一步於該太陽能集熱板(1)的表面係設置有一奈米微結構，藉以可降低該落塵、油垢或異物之附著力，可以使清洗液更容易從該太陽能集熱板(1)的表面帶走該落塵、油垢或異物。

本發明之清洗方法經以實際之太陽能集熱板作實驗測試，其實驗設備如第六圖所示，係設有一儲水桶(2)，該儲水桶(2)連接至一高壓泵(3)，利用該高壓泵(3)產生一水壓，又該高壓泵(3)透過一噴水管(31)連接至一噴嘴(32)，該噴嘴(32)之噴口(33)係正對於一太陽能集熱板(1)之最高端(11)，進行測試時，於該太陽能集熱板(1)之表面鋪粉，藉以模擬落塵之狀態，該太陽能集熱板(1)的鋪粉平均灰階值為144〔如附件之圖1所示〕用以作測試，當灰階值愈低時表示乾淨度愈高，故以該144作為清洗效率計算的百分比分母，因此，清洗效率之計算公式則為：(144-清洗後灰階值)/144，其中清洗時之總水量控制在300ml至500ml之間，水壓則控制在1kgf/cm²至3kgf/cm²之間，而該噴嘴(32)之噴口(33)與 該太陽能集熱板(1)之最高端(11)的間距(h)則控制在15cm，經實驗測試後所取得之清洗效率值，如下列表1所示，在固定總水量及不同水壓下的清洗效率之關係如第七圖所示，而在固定水壓及不同總水量下的清洗效率之關係則如第八圖所示，而該太陽能集熱板表面之鋪粉平均灰階值變化狀態〔如附件之圖2至圖16所示〕，經由表1中之數據可以清楚看出，本發明之清洗效率最高可以達到95%以上，最低也可以維持在75%以上，因此可以證明本發明之可實施性，以及確實可以達到所預期之清洗功效。

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。

(1)‧‧‧太陽能集熱板

(11)‧‧‧最高端

(12)‧‧‧最低端

(2)‧‧‧儲水桶

(21)‧‧‧出水管

(3)‧‧‧高壓泵

(31)‧‧‧噴水管

(32)‧‧‧噴嘴

(33)‧‧‧噴口

(4)‧‧‧定時器

Claims (11)

1. 一種太陽能集熱板之自動清洗方法，係供使用於一斜置式太陽能集熱板之清洗，包括下列步驟：設置至少一噴嘴，該噴嘴之噴口指向該太陽能集熱板；設定一清洗時間，該清洗時間係為該太陽能集熱板未接受直接日照之時間，設定該清洗時間係在一單位時間內，選擇一環境濕度大於該單位時間內之一平均環境濕度的時間作為該清洗時間；在上述清洗時間，輸送一清洗液至該噴嘴，使該清洗液經該噴口噴流至該太陽能集熱板；利用該清洗液之位能或動能，使該清洗液將附著於該太陽能集熱板上之落塵、油垢或異物帶離該太陽能集熱板。
2. 如申請專利範圍第1項所述太陽能集熱板之自動清洗方法，其中，該單位時間係為日。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述太陽能集熱板之自動清洗方法，其中，該清洗時間係為清晨。
4. 如申請專利範圍第1項所述太陽能集熱板之自動清洗方法，其中，該清洗液係具有一工作溫度，該工作溫度介於5℃至80℃。
5. 如申請專利範圍第1項所述太陽能集熱板之自動清洗方法，其中，該清洗液係經由該噴嘴而形成一水霧，該水霧之作用面積係涵蓋該太陽能集熱板之全部或大部份區域。
6. 如申請專利範圍第1項所述太陽能集熱板之自動清洗方法，其中，該清洗液係經由該噴嘴而形成一扇型噴液，該扇型噴液係落於該斜置式太陽能集熱板之一相對的最高端，該扇型噴液落於該太陽能集熱板後並藉重力，而沿著該太陽能集熱板之表面流向該太陽能集熱板之一相對的最低端。
7. 如申請專利範圍第1項所述太陽能集熱板之自動清洗方法，其中，該清洗液係經複數噴嘴而形成一複數液柱，該複數液柱係落於該斜置式太陽能集熱板之一相對的最高端，該複數液柱落於該太陽能集熱板後並藉重力，而沿著該太陽能集熱板之表面流向該太陽能集熱板之一相對的最低端。
8. 如申請專利範圍第1項所述太陽能集熱板之自動清洗方法，其中，該噴嘴之噴口的指向係具有一個以上之自由度。
9. 如申請專利範圍第1項所述太陽能集熱板之自動清洗方法，其中，該清洗液經一工作壓力而輸送至該噴口，其中該工作壓力係為可變化型態，藉以控制該清洗液之噴出後的落點。
10. 如申請專利範圍第1項所述太陽能集熱板之自動清洗方法，其中，該清洗液係為一水或添加有一清潔劑之水。
11. 如申請專利範圍第1項所述太陽能集熱板之自動清洗方法，其中，該太陽能集熱板係設置為具有一奈米微結構之表面，藉以降低該落塵、油垢或異物之附著力，用以使該清洗液易於從該太陽能集熱板之表面帶走該落塵、油垢或異物。