M330453 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 、本新型是有關於一種集熱裝置，且特別是有關於一種 '可提高集熱效率之具季節性高效率之太陽能聚光集熱器。 【先前技術】 一般吸收太陽能以供再利用的集熱設備’大致可分為 低温、中溫、高溫三種。 • 低溫集熱器，係透過金屬或非金屬集熱板提供攝氏80 °C以下溫度。 中溫集熱器，則提供攝氏80°C以上之溫度’通常為攝 氏 80°C 〜150°C。 高溫集熱器，則是操作在攝氏150°c以上之溫度。 在外國，太陽能的應用大部份是採高溫型發電用。其 中，一種拋物線槽體型聚光集熱器（Parabolic trough concentrator，PTC) ’是目前應用於南溫發電之各類集熱益 φ 中技術最成熟的一種。例如··美國LUX公司在南加州
Mojave Desert所建造之SEGS系統具有早軸追日裝置’才呆 作溫度在攝氏300°C〜400°C ’是採用媒油為主要的工作流 體，再與水作熱交換’進而產生条汽’以推動傳統滿輪引 ’ 擎發電。 ' 然而，一座拋物槽線體型集熱器，最符合經濟成本的 • 裝置容量大約在300MW左右。美國LUX公司自西元1958 年至西元1991年’在南加州先後建造九座南溫發電系統’ M330453 與加州支迪生電力公司電網相連，以提供約345MW的電 功率，約佔全世界太陽能發電裝置的90%。 由SEGS系統之運轉經驗顯示，運轉及維護保費約佔 發電成本的25%，為該型發電系統的最大生存挑戰。而後 期所造的發電系統，年效率在1〇%〜14%，發電成本約每 度電0.08〜0.14美元，維護保養成本約每度電〇〇2美元。 中溫集熱器在應用上，中國大陸在山東省乳山市建立 太陽能空調示範系統，利用非聚光式熱管真空管太陽能集 熱器，其正常工作出水溫度可達攝氏88t：，此類型太陽能 集熱器與目刖市場上通用的溴化锂吸收式製冷設備結合 組成太陽能空調系統。 此外，在台灣，亦有一種中溫平板式太陽能集熱器， 此集熱器是採用非聚光式雙層玻璃隔熱，以選擇性吸收 面，性能只比非聚光式真空管集熱器稍差，實測之溫升也 可達到攝氏88°C。 以上系統其集熱溫度過低，造成所應用系統效率不高 為其缺點。 據上可知，聚光式集熱器目的在提高照射在集熱板上 、 之太〶輪射能量密度，利用一反射面聚光，將太陽入射之 •能量密度增強數倍，在聚焦處放一集熱裝置，可提高操作 溫度並減小熱損（因集熱面積較小）。早年集光（聚光）技術較 不成熟，反射面製作昂貴，成本偏高。近年來，由於量產 技術以及材料發展突飛猛進，聚光技術日趨成熟，成本大 為降低。一般開發中或已商品化之中溫集熱器均屬非聚光 M330453 型或簡易（非正確）聚光型，其吸收太陽熱能後所產生之溫 升均在攝氏90°C以下，若用來使用在熱驅動式之太陽能空 調系統或工業製程預熱，則會造成系統效率不高的缺點。 因此，針對現有中溫集熱器存在有因無法提高集熱溫 度所致集熱效率不彰的缺失，有必要再尋求解決之道，以 滿足現有運用系統等提高效率之所需。 【新型内容】 因此本新型的目的就是在提供一種具季節性高效率 之聚光集熱器，乃是應用一種創新的複合弧形曲面集熱裝 置當做太陽能聚光集熱器内的聚光集熱單元，此裝置具季 節性高效率·，此太陽能聚光集熱器具有雙層面蓋等良好保 溫效果，加上應用此季節性高效率集熱裝置形成一具季節 性高效率之新型太陽能聚光集熱器。 根據本新型之上述目的，提出一種具季節性高效率之 太陽能聚光集熱器，包含一外殼、多數個集熱單元、一受 熱早元，以及一外蓋單元。 該外殼，由一外周壁建立出一容室。 该等集熱單元，安置於該外殼的容室，包含有一高光 吸收性與高導熱係數的吸熱板、二個自該吸熱板兩端向外 對稱延伸的弧形曲面聚光反射板，以及一個自該吸熱板頂 部向上延伸的駐光板，該駐光板對應位於該等聚光反射板 的中間，此吸熱板與該等聚光反射板相互建立出一個供收 集熱源的集熱空間以及兩個位於該駐光板側的二次吸熱 8 M330453 空間。 該受熱單元，包含多數個與上述吸熱板點觸的集孰 管，以及一充填於該等集熱管的工作流體，且該等集熱管 彼此相互連通。 —該外蓋單元，架設於該外殼，並用以封罩在該集熱單 70上方，該外蓋單元包含有二個相互間隔以界定出一間隙 的透光面蓋。 本新型基於在吸熱板中間垂立設有駐光板，可因應季 節改變導致日光方位不定時，藉由駐光板（亦為一吸熱板） 用以截獲外漏光線並吸收集熱，以增近整體之集熱效率。 本新型太陽能聚光集熱器之太陽能聚光集熱器，此裝 置由吸熱板與兩個聚光反射板及一駐光單元（為一集熱板） 組構成一截面呈對稱雙U型的複合弧形聚光集熱槽 (C AC，Compound Arc Concentrator ’ 如第 5 圖），其在吸熱 板中垂立設置駐光板，使此CAC裝置不受日光照射方向影 響，部份無法聚光而外漏之光線皆能被駐光板截獲並吸收 集熱，使聚光率增加，以提高整體之吸熱效果。因此，增 加駐光板下，一年四季之聚光集熱效率將可提高，因此不 . 須追日機構，具有低成本與中溫高性能之優點。 【實施方式】 參照第1圖，本新型之具季節性高效率之太陽能聚光 集熱器，包含一外殼100、一外蓋單元200、多數個集熱 單元300、一受熱單元400、一保溫層500，以及多數個鎖 M330453 接件600。 該外殼100是由兩個直立對稱的外周壁110建立出一 容室120。此實施例中，該外殼100為金屬材質製成，此 為鋼材。 該保溫層500係安置於該外殼100的容室120中，此 保溫層500主要作為隔熱保溫效果，避免熱源自外殼100 的底部外洩。 該受熱單元400係安置於該外殼100的容室120中， 並且疊置於該保溫層500的頂面。該受熱單元400包含有 多數個集熱管410，以及二個銜接在該等集熱管410兩端 上方並與其等相連通的匯流導管420。在此，該等集熱管 410與該等匯流導管420均為金屬導熱材質製成。而且， 依據不同的工作項目，可在管内填入有水（water)或媒油 (kerosene)等之工作液體430。 參照第1圖與第2圖，該等集熱單元300係安置於該 外殼100的容室120中。每一個集熱單元300包含有一兼 具高光吸收性及高導熱係數的吸熱板310、二個自該吸熱 板310兩端向外對稱延伸的弧形曲面聚光反射板320，以 及一個自該吸熱板310頂部向上延伸的駐光板3 3 0。該駐 光板330係垂立形成於該吸熱板310的頂部中央，以對應 位於該等聚光反射板320的中間，使該吸熱板310與該等 聚光反射板320相互建立出一個提供收集熱源的U型集熱 空間340，以及兩個位於駐光板330兩側的二次吸熱空間 350。此實施例中，係設有五組相互併接的集熱單元300。 M330453 由於每-個集熱單元300是呈長槽狀，因此，經由預定組 數（本實施例设有五組集熱單元3G_集熱單A 3⑼相互 併接之後’以佈滿於該外殼1〇〇的容冑12〇巾，而提供較 大面積之聚光集熱的使用效果。在此，該等聚光反射板32〇 均為具有高反射率的材質所製成，且在聚光面上有做防氧 化之處理’使可保持具有長期高反射率的聚光目的與功 用。 每一個集熱單元3〇〇的吸熱板31〇具有一吸熱板本體 311’以及一形成於該吸熱板本體311中間位置之半管狀的 導熱4 312。此實施例中，每—個集熱單元则係分別載 置於每一個集熱管410的頂部，使得該集熱管410 —半左 右外周徑的面積與該導熱部312接觸。當該半管狀的導熱 邛312的外周徑大於二分之一圓徑以上時，自然使得該集 熱官410之一半以上的外周徑與該導熱部312接觸，以增 加接觸面積’並且倍增導熱效果。而該吸熱板310是由金 屬導熱材質製成，例如銅材。 值得一提的是，如在該吸熱板本體311與該導熱部312 的外表面塗覆一層選擇吸收膜700，整體之吸熱效果將大 為提高。 參照第3圖’此外，將該吸熱板本體311設成水平狀， ^將一圓管狀的導熱部312係銜接在該吸熱板本體311底 部’而此時的駐光板330呈L型銜接於該吸熱板本體311 的中央，並位於導熱部312上方，如此亦可達到上述相同 功效，不再贅述。 11 M330453 參照第4圖，另外，該吸熱板3〇〇的導熱部312亦可 採以中空圓管態樣，以供直接充填工作液體43〇。 參照第1圖與2圖。然而，為了達到確實接觸的目的， 該吸熱板310更包含二個分別自該吸熱板本體311兩端向 外延伸的鎖接部313，該等鎖接部313再分別與該等聚光 反射板320之一第一固定端321對應，以配合等數的鎖接 件600鎖結，使該等聚光反射板32〇與該吸熱板31〇連結 成一體，以組成一截面呈U型的集熱槽。此時，使該等集 熱管410分別緊密接觸於該等吸熱板3 1〇的底部，以獲得 較佳的熱傳導作用。 另外，每一組呈相互併組的集熱單元300，則是藉由 鎖接件600鎖固在相鄰的該等聚光反射板32〇之一第二固 定端322 ’而靠近該外殼100的聚光反射板32〇，則是分 別配合一個螺柱610與二個螺帽62〇直接鎖固在兩旁側之 聚光反射板320的第二固定端322，藉此，不但組裝方便， 也利於拆卸，並且使該等集熱單元3〇〇能穩固的安置於該 外殼100的容室120内部。 該外蓋單元200，架設於該外殼1〇〇，並用以封罩在 該集熱單元300上方。此實施例中，該外蓋單元2〇〇包含 有相互間隔以界定出一間隙210的一内層透光面蓋220及 一外層透光面蓋230。該内層透光面蓋220是一片平板狀 的透光蓋板。而該外層透光面蓋230具有一個自一内表面 231向外環周延伸的支撐部232，藉由此支撐部232以供 架空搭接在該内層透光面蓋220上，而使支撐部232的高 12 M330453 度（h)成為該内、外層透光面蓋220、230之間的間距（即間 隙 210)。 參照第1圖與第5圖。據上可知，當光線射入該外蓋 單元200，並且通過内、外層透光面蓋板220、230，而蓄 集至該外殼100的容室120内部。一部分光線直接照射到 該等集熱單元300的吸熱板310上，藉此吸熱板310之吸 熱板本體311，以增加整個集熱單元300的集熱面積。另 一部分光線則照射到該吸熱板310兩側的兩個聚光反射板 320，透過特殊設計之聚光反射板320作光線反射作用， 呈多角度折射而集中投射在該吸熱板310的吸熱板本體 311與導熱部312。更進一步，投射在吸熱板本體311之光 線，再反射至該駐光板330時，將被此駐光板330截獲並 吸收集熱，以獲致更高效率的集熱效果。因此，本新型採 用導熱係數極高的金屬材質所製成的吸熱板31〇，不但可 提高聚光集熱效用，更藉由駐光單元33〇截獲外漏光線並 吸收集熱，使集熱效果更加倍增。 因此，本新型利用太陽光集熱超過l〇(rc之性能，使 應用更具效能。且本新型聚光集熱器把複合弧形曲面聚光 集熱裝置（CAC，Compound Arc Concentrator)應用在一般市 場上習用之平板式集熱器，不但不須追日機構，且藉以雙 層透光面蓋220、230以改良其中溫（攝氏1〇〇〇c以上）保溫 效果具有低成本與中溫高性能之優點。在既有技術之 中，中溫集熱充其量只能達到攝氏9(TC以下之集熱溫升效 果；而本新型聚光集熱器經實測可溫升至攝氏98C>c以上， 13 M330453 利用水在-大氣麼下測試，在本新型集熱器人口溫度為攝 氏m:時，經較收太陽減後在其出口仍可溫升超過攝 氏98°C ’此為近水濟騰之狀態，因此，若改使料媒 為攝氏12〇。(：以上者當做工作流體430,本新型聚光集熱 裔其可吸收太陽熱能，並可使得工作流體43〇溫升超過攝 氏100°C以上。故本新型中溫集熱器具有低成本且較高工 作溫度之優越性能。因此運用在產業上，可鎖定在熱驅動 式（包含吸附式、吸收式與喷射式等）之太陽能空調系統之 熱源應用，亦可應用在產業鍋爐用水及工廠製程等之預熱 使用，減少因環境污染造成社會成本之付出，頗具環保應 用效果。 本新型之整體為一具有雙層面蓋、外殼、保溫材料與 多組複合弧形曲面聚光集熱裝置之聚光集熱器，以下就聚 光集熱器整體及其所内含之複合弧形曲面聚光集熱裝置 說明其特點。 一、 聚光集熱器整體： 1.模組化：聚光集熱裝置模組化，可組裝成所須之熱 能須求集熱面積、可大量生產，降低成本。 2·保溫佳：利用雙層透光面蓋間之空氣層21〇(如第1 圖）隔熱，可防止太陽集熱器内之高溫散熱損失。 3·成本低：利用一般市場上現有之平板式集熱器當整 體架構，此應用目前市場上習用組裝技術更可進一步降低 製造成本。 二、 複合弧形曲面聚光集熱裝置： M330453 1·減少聚光反射板製造難度或精度··由於駐光板330 有輔助聚光功能，可截獲入射光線經過聚光反射板320後 無法被聚光而即將外漏者，因此聚光反射板320可由傳統 較精密複雜之抛物曲面改良成為具有一曲率半徑之簡單 弧形曲面，以減少聚光反射板製造難度或精度、降低製造 及安裝成本。 2.減少聚光反射板320材料：只要增加駐光板330(如 第1、2圖）之長度，駐光板330輔助聚光反射板320聚光 所截獲之光線將愈多，因此聚光反射板320之垂直高度可 下降’即聚光反射板320之長度可減少，此可降低較高價 位之聚光反射板320材料，以降低材料成本。 3_減輕集熱裝置整體重量及製造成本：聚光反射板 320之垂直高度可下降，以減少整個集熱裝置的體積（厚度 下降），可減輕集熱裝置重量及製造成本。 4·一年四季均具有高聚光集熱效率：參照第5圖，增 加駐光板330可截獲因季節變化時太陽斜向入射所致聚光 裝置外漏之光線，使一年四季之聚光集熱效率提高且均等 (見第6圖）。 5·不須追曰機構降低成本：參照第6圖，增加駐光板 330 —年四季之聚光集熱效率提高，因此不須追日機構， 具有低成本與中（或高）溫高性能之優點。 綜上所述，相較於現有中溫集熱器的集熱效率，充其 量只能達到攝氏9(TC以下之缺憾；本新型該實施例藉由兩 層相互間隔的玻璃透光面蓋220、23〇界定出一個間隙 M330453 210 ’可有效阻卻熱源向外散發，保有CAC聚光器之優越 性能以獲得高集熱效果，以及藉以低成本的設計，得到更 南效率的熱源再利用；而且，配合駐光板330作光線多重 折射作用的集熱單元300，不受季節性之日光照射方向影 響’無論從那個角度照射，皆能經由駐光板330截獲外漏 光線並吸收集熱，以改善因季節性變化而產生集熱效果變 差的問題’故本新型可提高集熱效果，所以適合用在太陽 能空調系統之熱源集熱裝置與工業製程預熱裝置上，具有 低成本高集熱功用，而且模組化的設置可供方便裝卸；再 加上新型複合弧形曲面聚光器（CAC)之一年四季優越聚光 性能’使各季節聚光集熱的效率均可超過攝氏98°C以上， 因此可提高現有中溫集熱器的集熱效率。並且具有高性 能、模組化、保溫效果佳以及低成本等優越的應用性能。 雖然本新型已以一實施例揭露如上，然其並非用以限 定本新型，任何熟習此技藝者，在不脫離本新型之精神和 範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本新型之保護範 ®當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 為讓本新型之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： 第1圖係為本新型一實施例的具季節性高效率之太陽 16 M330453 能聚光集熱器的組合剖視圖。 元的局部放大 第2圖係為第1圖中集熱單元與受熱單 圖0 說明該吸熱板之 第3圖係相類似於第2圖的剖視圖 第二種態樣。 第4圖係為吸熱板之第三種態樣的剖視圖。
第5圖係為該實_之集熱單元的光線投射分佈示意 第6圖係為本新型於一 年四季的集光率的數值表
【主要元件符號說明】 100 ··外殼 120 :容室 210 :間隙 230 :外層透光面蓋 232 :支撐部 310 :吸熱板 312 :導熱部 320 :聚光反射板 322 :第二固定端 340 :集熱空間 11 〇 :外周壁 200 :外蓋單元 220 ·内層透光面蓋 231 :内表面 300 :集熱單元 311 :吸熱板本體 31”鎖接部 321 :第一固定端 3 3 0 ·駐光板 350 :二次吸熱空間 17 M330453 400 :受熱單元 410 : 420 :匯流導管 430 ： 500 :保溫層 600 ： 610 :螺柱 620 700 :選擇吸收膜 集熱管 工作液體 鎖接件 螺帽
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