[發明專利]四季用單受熱管拋物鏡追日反射式太陽能熱水器

無效

• 申請號: 201010175312.8
• 申請日: 2010-05-18
• 公開（公告）號: CN101929742A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發明（設計）人: 張福隆
• 申請（專利權）人: 張福隆
• 主分類號: F24J2/12
• 分類號: F24J2/12;F24J2/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域：

太陽能利用領域：吸收太陽能輻射加熱的設備。

(二)背景技術：

目前使用的太陽能熱水器受熱管均為玻璃外殼機體脆弱，抽真空使工藝復雜成本高，為擴大受照面積而由多根受熱管排列組成結構復雜，太陽光直射溫差小傳熱差，受熱面固定降低了太陽光的吸收效率。

(三)發明內容：

1).使用反射鏡擴大受照面積并在受熱管上集中太陽光的能量密度提高熱轉換效率：

太陽光照射到整個地面但強度不是很高，擴大受照面積、集中太陽光線到能量轉換器件即提高照射強度(溫差)是提高太陽能轉換效率和擴大熱水器使用期的最有效途徑，反射鏡就兼有這兩項功能而且最經濟。由幾何光學，拋物鏡主光軸與太陽光線平行時其反射光匯交于一點為拋物鏡的焦點，這一狀態稱為對日。只有對日拋物鏡才能發揮反射作用，拋物鏡自動追隨太陽保持對日狀態的功能稱為追日，本發明的幾種實施例均采用拋物鏡作為反射鏡并具有追日的功能。

2).使用一根受熱管代替原有的受熱排管擴大可用期：

由于拋物鏡集中太陽光線的作用，本發明的‘四季用單受熱管拋物鏡追日反射式太陽能熱水器’，不需要十幾根受熱排管僅設一根受熱管。因此大大降低了太陽能熱水器的復雜程度和制造成本。更重要的是縮小了原太陽能熱水器的占地面積，使一些原無法安裝原太陽能熱水器的用戶也可以使用本專利的太陽能熱水器。而且由于拋物鏡的反射作用集中了太陽光線使原太陽能熱水器無法利用的太陽光較弱的季節和時間，也可以集中太陽光線產生溫差加以利用擴大了可用期。

3)儲水箱移至室內：

由于只有一根受熱管，加熱強度高受熱管內水溫也較高，為依靠熱循環提供了可能性，這樣就可以將儲水箱移至室內，將受熱管一端接儲水箱下部輸入冷水，另一端接儲水箱上部輸出熱水，形成加熱循環，移至室內的儲水箱較原置于排管之上的室外儲水箱，大幅減少了熱散失、縮短了冬季保溫困難的輸水管的長度，加之冬季采用輔助電加熱，使每戶只要有一個本專利的熱水器，四季可用。

4)本專利的熱水器與原有太陽能熱水器熱工效率的比較：

我們將太陽直射的光強設為一，設拋物鏡的受照面積為(長×寬)2×0.5＝1平米，受熱管直徑為0.1米受照面積為2×0.1＝0.2平米，兩者相比1平米/0.2平米＝5。即拋物鏡的反射作用使受熱管的受熱強度是原排管熱水器的5倍，由于傳熱與溫差成正比，就是說提高了5倍的傳熱系數。由于儲水箱移入室內，設室溫為15度，室外氣溫為3度，相比保溫系數提高5倍。總熱工系數提高5×5＝25倍，值得改進。

5).取消受熱管的玻璃管外套及真空夾層：

由于儲水箱移至室內且與受熱管之間是經管道連接的，受熱管的熱散失不再直接影響儲水箱，而是經過其間的狹長管道，受熱管防止熱散失的外套玻璃管及其間的真空隔層喪失了隔熱的重要性故取消。為此大幅降低了工藝復雜性、降低了成本，提高了設備堅固耐久的性能。受熱管用薄不銹鋼板制成外敷選擇性吸收涂層中間設一隔板使水在受熱管內往返一個流程，以充分吸熱。

6).拋物鏡的豎直追日：

空間追日可由分解為水平和豎直兩個方向的追日來完成，當拋物鏡焦準距較小(如壁掛式)或水平長度較大(如連續排列的平置式)時，水平方向的追日效果較小且帶來復雜的結構故本專利僅采用豎直方向追日，這樣可大大降低系統的復雜程度。

7).受熱管自動排水的防凍設計：

由于不再設玻璃管外套和真空隔層，受熱管直接暴露在大氣中冬季防凍尤為重要，本專利設計了受熱管等室外器件及管線防凍的自動排水機構。當最低氣溫出現低于攝氏1度的情況，自動排出受熱管及戶外管線內的水防止凍損，拋物鏡停止追日系統進入冬眠狀態。由于儲水器安在室內可啟動輔助電熱，此時與電熱水器完全相同，使本專利的熱水器一年四季都能為用戶服務。為了防止由于晝夜溫差而出現反復充排水的情況，設計只有當最高氣溫回升到攝氏15度時(此溫度可因產品使用地區不同而不同)系統充水恢復至工作狀態。

8).拋物鏡的焦點、重心、回轉中心相重合的設計：

使用拋物鏡作為反射鏡，就必須使拋物鏡具有旋轉的功能以保持對日狀態，當回轉中心與拋物鏡重心不重合時，必然產生附加的重力距對回轉運動很不利。回轉中心與拋物鏡焦點不重合時反射光就不能集中到受熱管上。本專利通過調整拋物鏡的焦準距和深度使拋物鏡的焦點、重心、回轉中心重合在一起。對于壁掛式太陽能熱水器拋物鏡焦準距為0.15米，鏡口寬0.5米(間接反映拋物鏡的深度)，對于平置式太陽能熱水器、太陽能采暖器拋物鏡焦準距為0.5米，鏡口寬1.2米。滿足拋物鏡焦點、重心、回轉中心重合的要求。

(四)附圖說明；