專利名稱:被動(dòng)式太陽能熱水器的制作方法
此項(xiàng)發(fā)明涉及一種被動(dòng)式太陽能熱水器。
太陽能熱水系統(tǒng)由于其使用的經(jīng)濟(jì)性已進(jìn)入商業(yè)性利用，因此在這一領(lǐng)域中進(jìn)行了較多的研究開發(fā)工作。一種顯著的傾向是著力于簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)、降低制做成本、使其安裝簡(jiǎn)便及活動(dòng)部件不易產(chǎn)生故障。
最為人熟悉的非機(jī)械式太陽能熱水系統(tǒng)是熱虹吸系統(tǒng)。此種系統(tǒng)的原理是利用人們熟知的虹吸效應(yīng)將太陽熱量從太陽能集熱器引入安裝在集熱器上方的隔熱儲(chǔ)水箱中。但是，有一種比之熱虹吸系統(tǒng)更為簡(jiǎn)化的裝置，就是被動(dòng)式太陽能熱水器，或稱做悶曬式集熱器、又可稱為集熱/儲(chǔ)熱一體系統(tǒng)(ICS)。兩者之間的重要差別是，在被動(dòng)式系統(tǒng)中其集熱面也就是水箱的表面，因此可將集熱與儲(chǔ)水兩者構(gòu)成一體，所用的材料可以比熱虹吸系統(tǒng)節(jié)省許多。這種被動(dòng)式系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上就是在通向熱水系統(tǒng)的冷水引入管中形成一個(gè)太陽能加熱膨管。因此對(duì)于它相對(duì)于建筑物或水源的安裝高度，僅須考慮現(xiàn)場(chǎng)水壓是否足以使水流過太陽能熱水器達(dá)到需用熱水的地點(diǎn)即可。
現(xiàn)有的各種被動(dòng)式太陽能熱水器中，其水箱安裝在整體外殼中的一個(gè)固定位置;而水箱上的熱水出口位置的安排，須當(dāng)熱水器以一定角度對(duì)著太陽時(shí)，使熱水出口處于水箱的最高處，以最大限度地排出空氣。如果水箱的布置使熱水引出管的開口不是處于水箱的最高點(diǎn)，則水箱頂部滯留的空氣就會(huì)增多，這樣使水和水箱的接觸面積減少，相應(yīng)地就減少了對(duì)水的熱傳送效率?？梢娺@種設(shè)計(jì)特別就那些水平式安裝的水箱來說有一個(gè)問題，就是對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的安裝傾角甚少靈活的適應(yīng)性。當(dāng)遇到不同緯度及不同的屋頂坡度時(shí)，這一點(diǎn)即便為明顯。加之，如要按季節(jié)調(diào)整傾角以加大其集熱能力，就更見其困難或至于不可能。
目前的這項(xiàng)發(fā)明，目的在于提供一種避免上述缺陷而結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單的被動(dòng)式太陽能熱水器。
就被動(dòng)式太陽能熱水器這個(gè)主題，已有其他幾項(xiàng)專利。據(jù)申請(qǐng)人所知在美國(guó)已有以下幾項(xiàng)，即授于梅爾文的4，365，615號(hào)授于里利的4，409，962號(hào);授于貝爾的4，416，257號(hào);授予科內(nèi)爾的4，355，629;授予赫奇遜的4，372，651號(hào);以及授于羅賓斯的4，351，319號(hào)。
上列專利中赫奇遜批露了一種包含多個(gè)高結(jié)構(gòu)完整模塊的太陽能集熱器，具有流體導(dǎo)管及一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)。集熱器圍繞一水平軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，配有一種適用的跟蹤裝置使集熱器在不同時(shí)間均正對(duì)太陽以獲取最大的熱效率。導(dǎo)管固定處在拋物線形集熱槽的焦點(diǎn)線上，如赫奇遜專利所示。
科內(nèi)爾專利將輻射、傳導(dǎo)及對(duì)流所損失的熱量減至最少。
梅爾文的太陽能熱水器包含一個(gè)熱統(tǒng)計(jì)控制的曲柄，一個(gè)隔熱的儲(chǔ)液箱，幾個(gè)儲(chǔ)液箱及帶有鉸鏈的太陽能反射蓋。當(dāng)一個(gè)傳感器由太陽光線所啟動(dòng)時(shí)，此蓋即為曲柄所抬升達(dá)到預(yù)定的位置。
里利系統(tǒng)的儲(chǔ)水箱的上部有一個(gè)熱虹吸式熱流返回管，其下部有一熱虹吸式冷流管。
羅賓斯公布了一種輻射能追蹤器，它使系統(tǒng)的輻射敏感部分與輻射能源保持成為一線。水箱以樞軸安裝在可活動(dòng)的支架上。有導(dǎo)管供水流動(dòng)。在支架上裝有反射器將入射的光線引向水箱。
貝爾公布的太陽能集熱器是反射器加固定水箱的型式。
現(xiàn)在提到的本發(fā)明提供一種被動(dòng)式太陽能熱水器，它包含一個(gè)集熱器殼體，上面是透明的平面，內(nèi)面是曲線型的反射面和兩個(gè)端壁;在集熱器中裝有儲(chǔ)水箱，其位置恰可受到集熱器內(nèi)表面所反射的陽光的加熱，且具有園柱形外壁，其曲面可從各種角度向水箱及相對(duì)的端壁反射陽光;有第一條管子沿著儲(chǔ)水箱的縱軸穿過并附裝于一側(cè)端壁，再伸向儲(chǔ)水箱內(nèi)臨近園筒形箱壁的第一位置;第二條管子沿著儲(chǔ)水箱縱軸穿過并附裝于另一側(cè)的端壁，再伸向儲(chǔ)水箱內(nèi)臨近園柱形箱壁的第二位置;上述第一和第二個(gè)位置大體上以徑向處于相反的方位，第一和第二條管子又向外延伸穿過集熱器外殼的兩個(gè)端壁，這樣將儲(chǔ)水箱支撐在集熱器殼體內(nèi);以可拆卸的結(jié)構(gòu)將集熱器殼體與儲(chǔ)水箱組裝于要求的相對(duì)位置。
附圖中將此項(xiàng)發(fā)明的各方面(僅作為示例)分別顯示如下圖1為此項(xiàng)發(fā)明的被動(dòng)式太陽能熱水器的總體圖;
圖2為圖1所示熱水器的端視圖;
圖3為圖1所示太陽能熱水系統(tǒng)所適用的儲(chǔ)水箱的剖視圖;
圖4為圖3中沿4-4線的剖視圖;
圖5為圖1中沿5-5線剖視的細(xì)部圖;
圖6為圖1中沿6-6線的剖視圖。
各圖中表示按照此項(xiàng)發(fā)明的一種被動(dòng)式太陽能熱水器。如圖1及圖2所示，它包含一個(gè)集熱器殼體2，具有平底部分3，透明的上蓋4，曲面式反射內(nèi)表面6及兩側(cè)端壁8。注意從圖2、5和6中可看出集熱器殼體是由一種絕熱性好的材料10構(gòu)成，最好是一種泡沫型的合成樹脂，例如聚氨脂，并有反光性的內(nèi)表面6及外皮12。
在集熱器殼體2中有一儲(chǔ)水箱14，其位置正可受到集熱器殼體2的內(nèi)表面6所反射的陽光的加熱。水箱14具有圓筒形的箱壁16及相對(duì)的端壁18，儲(chǔ)水箱14在圖3中有詳細(xì)表示。
第一條管子20延伸在22位置穿過并裝在一側(cè)端壁18上-特見于圖3及圖6，第一條管20順著儲(chǔ)水箱14的縱軸線延伸，再伸向第一位置24，這是在儲(chǔ)水箱14的內(nèi)部靠近圓筒壁16的部位。在熱水器另一端有第二條管子26伸入并裝在另一側(cè)端壁18上。它也是順著儲(chǔ)水箱14的縱軸線延伸并在水箱內(nèi)部伸向靠近圓筒壁16的第二位置28。，上述第一和第二兩位置24與28大體上以徑向處在相反的方位，見圖2和圖3所示。
儲(chǔ)水箱14裝有內(nèi)部加固架30以支撐住管子20及26，加固架30在32處相互焊接，在34處與儲(chǔ)水箱焊接，又在36處與管子焊接。在加固架30上做成開口38以容納第一和第二兩條管子20和26。
如圖6所特別顯示，在管子20與26的外伸部分須做上符號(hào)40以指示管子在儲(chǔ)水箱內(nèi)所彎折的方向，因?yàn)閮?chǔ)水箱內(nèi)部的情況從外面是看不見的。
上述對(duì)管子20與26以及加固架30的安排，保證了儲(chǔ)水箱14由管子20與26支撐在集熱器殼體中。
如圖1和圖2所示，此加熱器具有一個(gè)支架，它包含一對(duì)縱向部件42，兩端各有一對(duì)支腿44，向上延伸在46處相會(huì)組接。橫向上又有撐條48予以加固。又如圖2所示，有幾個(gè)定位圈50，它們可以在支腿上滑動(dòng)，這樣可以使集熱器殼體2很方便地變換角度對(duì)著太陽，而不致引起水箱從其優(yōu)先的位置上移位。至于如何利用定位圈50將殼體2固定位置，則可利用管子工藝中所熟知的方法。
儲(chǔ)水箱14是由管道連接牢固地裝在管子20和26上，來固定它的旋轉(zhuǎn)位置的。
整個(gè)加熱器用可拆卸的裝置來固定集熱器殼體2與儲(chǔ)水箱14之間的相對(duì)位置，和兩者與地面或安裝面的相對(duì)位置。如圖6中所示每套固定裝置包括一定定位螺絲52，旋入支腿44的連接頭46上的絲孔54中。旋緊定位螺絲52即可將支架的中心套壓緊到管子上。
如圖6所示，在接頭46處配有襯套56。為橡膠或氯丁橡膠制作，外面是套筒58，可為鋁質(zhì)，襯套56對(duì)管子20和26提供良好的磨擦配合，并可防止從管子20和26向支架44傳熱而損失熱量。同此目的，在管子20和26延伸穿過集熱器殼體2的地方，加一個(gè)墊圈60，墊圈外緣有一凹槽62用以和集熱器殼體2的外皮12上制備的凸緣64相嚙合。
如圖5所示集熱器殼體2有一玻璃的上蓋4，卡在卡套66里。這個(gè)卡套是利用68安在集熱器殼體2上，玻璃蓋與卡套之間的安裝還須加上密封襯墊70。圖5所示為一種較好的具體設(shè)計(jì)，從中可以看出在玻璃蓋下又附加了兩層塑料薄膜72(最好是聚四氟乙烯)，用花鍵74繃平，這樣構(gòu)成一個(gè)三層的體系，在其中間形成兩層氣墊，可提供更好的隔熱性。這樣的系統(tǒng)對(duì)于在較冷的氣候條件下滯存熱量是特別需要的。
對(duì)這種熱水器的操作極為簡(jiǎn)單。先松開支架上的定位圈50，將集熱器殼體調(diào)到需要的角度。再松開螺絲52，使儲(chǔ)水箱14與管子20和26轉(zhuǎn)動(dòng)，直到管子外面的符號(hào)40指示管子26的冷水入口已處在水箱中的最低點(diǎn)而管子20的熱水出口已處在水箱中的最高點(diǎn)。對(duì)管子20和26可用通常的絲扣接頭分別連接必要的水管。用這種方法就可以將儲(chǔ)水箱14調(diào)整到所需要的角度位置，使熱的流動(dòng)和排氣作用最為理想。冷水流過加熱器受到陽光直接照射，并由反射面6將陽光聚焦到儲(chǔ)水箱14上，水便迅速地被加熱。
此項(xiàng)發(fā)明的一個(gè)重要特征是其儲(chǔ)水箱的支撐結(jié)構(gòu)。上面介紹的設(shè)計(jì)可使集熱器殼體2與儲(chǔ)水箱14均能相互獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)角度，而對(duì)水管的連接并無影響。這是因?yàn)楦鞑考季哂信c儲(chǔ)水箱14的中心軸線成一線的共同旋轉(zhuǎn)軸心，即令其旋轉(zhuǎn)時(shí)，仍可在加熱器內(nèi)保持對(duì)稱，對(duì)集熱器殼體2和儲(chǔ)水箱14以及它們?cè)诠茏?0和26上的安裝的設(shè)計(jì)保證了在結(jié)構(gòu)和支架之間不會(huì)發(fā)生干擾。水箱14中的加固架30保證加熱器具有足夠的強(qiáng)度以支撐自己。
為了有效的工作，管子20和26上轉(zhuǎn)折的部分，必須總是處于垂直方向，這種使管子20和26不論集熱器殼體2使處在什么角度位置均能保持垂直的設(shè)計(jì)，在此項(xiàng)發(fā)明中是簡(jiǎn)單的。進(jìn)水口與出水口的位置也可簡(jiǎn)單地對(duì)調(diào)，即將儲(chǔ)水箱14作180°的旋轉(zhuǎn)。對(duì)儲(chǔ)水箱14亦可利用進(jìn)水口管道的虹吸作用排去存水。集熱器殼體的造形使它當(dāng)位置調(diào)整適當(dāng)時(shí)，凡在60°角范圍內(nèi)由各種高度從窗口入射的全部光線，都會(huì)聚射在儲(chǔ)水箱上，或是直接照射或是通過反射。
由此可見，此項(xiàng)發(fā)明所提供的太陽能熱水器，其儲(chǔ)水箱的角度位置和集熱器殼體的角度位置之間是相互獨(dú)立的，兩者又均獨(dú)立于處在支腿下面的安裝面的坡度角。這種設(shè)計(jì)使它不論集熱器殼體調(diào)到什么傾角以及它是安在平面上還是安在斜面上，它的儲(chǔ)水箱均可以調(diào)到排氣和進(jìn)出水口的理想位置。
集熱器殼體可以終年保持在一個(gè)位置，也可以按季節(jié)或需要調(diào)整位置以增加日照量，而不調(diào)整水箱的位置，也不需要拆卸其進(jìn)出水管道。內(nèi)部加固架的設(shè)置意味著可將儲(chǔ)水箱裝在供水管上，這就避免了與集熱器殼體轉(zhuǎn)動(dòng)的相互干擾。
當(dāng)制造這種加熱器時(shí)，通常須注意保證使其反光面做到盡可能地光潔，使其吸光面做到盡可能暗色，最好是锍黑色。也就是說集熱器殼體2的內(nèi)表面6須精度拋光，其儲(chǔ)水箱14的外表面須涂以锍黑，或者更好是覆以黑色膜體，那樣可以增加一種降低熱輻射損失的特性。集熱器殼體2外皮最好用預(yù)先漆過的鋁皮或鍍鋅鋼皮，支腿可用鋁管以取其輕，儲(chǔ)水箱14可用不銹鋼。
本項(xiàng)發(fā)明大大簡(jiǎn)化了被動(dòng)式太陽能熱水器的構(gòu)造，而同時(shí)卻可在全年中具有極好的工作性能。
權(quán)利要求
1.一種被動(dòng)式太陽能熱水器，包含一個(gè)集熱器殼體，其上方為透明蓋，里面為曲面式反射面，及兩個(gè)端壁；在集熱器殼體中有一儲(chǔ)水箱，處在受到陽光直射和集熱器內(nèi)表面反射加熱的位置，它具有園筒形的箱壁和兩頭的端壁；第一條管子順著儲(chǔ)水箱的縱軸線延伸，穿過并附裝在箱的一側(cè)端壁上，又在儲(chǔ)水箱內(nèi)伸向靠近園筒壁的第一位置；第二條管子順著儲(chǔ)水箱的縱軸線延伸，穿過并附裝在箱的另一側(cè)端壁上，又在儲(chǔ)水箱內(nèi)伸向靠近園筒壁的第二位置；上述第一第二兩個(gè)位置大體上處在徑向上相反的方位；第一和第二兩根管子又延伸穿過集熱器殼體的兩個(gè)端壁，以支撐處在集熱器殼體中的儲(chǔ)水箱；用可拆卸的結(jié)構(gòu)將集熱器殼體、儲(chǔ)水箱和支架組裝成所需要的相對(duì)位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的被動(dòng)式太陽能熱水器，它包含一個(gè)支架，以支撐第一第二兩根管子。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的被動(dòng)式太陽能熱水器，其支架在加熱器的兩端各有一對(duì)支腿，每組兩條支腿大體上相互成直角組裝;每對(duì)支腿的接合處各有一個(gè)開口，以便在熱水器的兩端容納第一和第二兩條管子。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的被動(dòng)式太陽能熱水器，其組裝集熱殼體、儲(chǔ)水箱和支架于相應(yīng)位置的結(jié)構(gòu)包括附在支架上的一個(gè)調(diào)整螺絲和幾個(gè)定位圈，以便向一端的管子施以壓力，防止管子和儲(chǔ)水箱相對(duì)于支架轉(zhuǎn)動(dòng)移位，并防止集熱殼體相對(duì)于支架轉(zhuǎn)動(dòng)移位。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的被動(dòng)式太陽能熱水器，其集熱殼體包含一個(gè)金屬的外皮和一層隔熱材料以及反光性的內(nèi)表面;還有一個(gè)玻璃上蓋。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的被動(dòng)式太陽能熱水器，在其集熱殼體的玻璃上蓋和儲(chǔ)水箱之間附加幾層透明薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的被動(dòng)式太陽能熱水器，其集熱殼體的玻璃外蓋之間加裝兩層相互間隔的聚四氟乙烯薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的被動(dòng)式太陽能熱水器，其儲(chǔ)水箱內(nèi)兩端設(shè)有向中央延伸的加固架;加固架上各有開口以容納第一和第二兩根管子。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的被動(dòng)式太陽能熱水器，它的兩根管子外面加了符號(hào)以指示里面的管子是否伸向靠近園筒壁的第一或第二位置。
專利摘要
一種被動(dòng)式太陽能熱水器，包含一個(gè)集熱殼，具有透明蓋，反光面和兩端壁。內(nèi)裝有儲(chǔ)水箱可以受到陽光直射和集熱殼內(nèi)表面反射光的加熱。儲(chǔ)水箱具有圓筒形周壁和兩個(gè)端壁，兩根管分別順著儲(chǔ)水箱縱軸線延伸，穿過并分別附裝到它的兩側(cè)端壁上，并在儲(chǔ)水箱中伸向靠近圓筒周壁的第一位置和第二位置，第一第二兩位置大體上相互徑向相對(duì)，上述兩根管子延伸穿過集熱殼的兩端壁以將儲(chǔ)水箱支撐在集熱殼中。集熱殼，儲(chǔ)水箱和支架之間的相對(duì)位置可以按要求加以調(diào)定。
文檔編號(hào)F24J2/14GK86103222SQ86103222
公開日1986年12月17日 申請(qǐng)日期1986年5月9日
發(fā)明者約翰·利維斯·理查德森 申請(qǐng)人:約翰·利維斯·理查德森導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan