[发明专利]使用多个反射式集热器的太阳能热水器

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用太阳能使水加热的装置，特别是涉及一种使用多个反射式集热器的太阳能热水器。

背景技术

由于人类的生产及生活对能源的需求在不断地加大，使得能源的价格快速上升。同时，煤炭及石油等化石能源的大量使用所造成的环境污染问题也日益严重。节能环保是目前能源使用及生产过程中越来越多被提及并急待解决的问题。

太阳能是一种储量巨大且没有污染的能源。但是目前我们仍然没有解决如何高效、大规模利用太阳能的问题。以目前较常见的阳光直射式太阳能热水器为例，虽然镀膜真空太阳能集热管内外胆间的真空层有效地降低了高温内胆以传导的方式所散失的热能，但是高温内胆仍会以辐射的方式向外散失一部分热能，而这种辐射热能损失的速度会随着内胆温度的升高而增加。因此，在内胆的温度上升时，内胆辐射热能损失的速度将不断增加，这将使得内胆的升温速度逐渐下降。当内胆的辐射热能的损失量与由于光照而获得的热量相同时，内胆的水温将停止上升而达到太阳能集热管的热平衡温度。在同一使用地点，同一支太阳能集热管的热平衡温度还会随着一年四季的太阳热辐射能量强弱的不同而变化。在太阳热辐射能量较弱的冬季，过低的热平衡温度使得太阳能热水器中所产生的热水没有太大利用价值。而简单地以增加太阳能热水器所使用的集热管的数量的方法并不能解决热平衡温度过低的问题，因为集热管的使用数量增加时，其所吸收的太阳能与所损失的热能是同比例增加的，也就是说即使将多个太阳能热水器组合在一起使用也无法解决水温过低而无法有效利用的问题。

发明内容

为了克服现有太阳能热水器由于热平衡温度过低而无法大规模有效利用的不足，本发明提供了一种由反射体将大面积的太阳光汇聚反射到一支集热管上的反射式集热器以及将多个反射式集热器组合在一起使用的太阳能热水器。该种太阳能热水器是由多个反射式集热器及水循环装置组成。

本发明涉及的反射式集热器由主反射体、副反射体、集热管、太阳跟踪装置及支架组成。主反射体的反射面是一个具有较强反射光线能力的抛物线形柱面反光镜，即该反射面的每一横截面均为形状相同的抛物线，每一横截面所形成的抛物线的顶点的连线称作抛物线形柱面的顶线。而每一抛物线的焦点的连线是抛物线形柱面的焦线。抛物线形柱面的顶线与焦线相互平行，而这两条平行线所形成的平面为抛物线形柱面的对称纵截面。将该抛物线形柱面反射面面向太阳放置时，该反射面便能将照射在其上的光线汇聚反射到该反射面的焦线上。副反射体的反射面是一个具有较强反射光线能力的平面反光镜。当主反射体的反射面面向太阳放置时，将副反射体放置于主反射体的前方，并在不会遮挡照射在主反射体反射面上的阳光的情况下，将照射在副反射体反射面上的光线以与主反射体反射面的对称纵截面相平行的方向反射到主反射体的反射面上，并经过主反射体反射面的二次反射而汇聚到主反射体反射面的焦线上。

本发明涉及的反射式集热器的集热管可以为目前普遍使用于阳光直热式太阳能热水器上的镀膜真空太阳能集热管。该集热管被固定放置于主反射体反射面的正前方，并使集热管的中轴线与主反射体反射面的焦线重合。当主反射体的反射面面向太阳放置时，照射在主反射体反射面上的阳光将被汇聚反射到集热管上。同时，照射在副反射体反射面上的阳光也将经过主反射体反射面的二次反射而汇聚到集热管上。

由于集热管的热辐射损耗与集热管内胆的表面积成正比，所以如果能在不增加集热管内胆的表面积即不增加集热管的热辐射损耗的情况下，使用反射体增加照在集热管上的光线的强度，便能使集热管的热平衡温度明显提高，从而有效地解决了太阳辐射能量较弱时现有阳光直射式太阳能热水器无法提供较高温度的热水的不足。为了将更多的阳光反射到集热管上，主反射体反射面的横向宽度即其横切面所形成的抛物线的最大开口处的宽度应尽量加大。同时，由于副反射体的使用将进一步增加反射到集热管上的光线的强度。

本发明涉及的反射式集热器的阳光跟踪装置是一种随时能使反射体的反射面朝向太阳的装置，该装置由太阳的水平及垂直方位监测器及能使集热器的反射体水平及垂直转动的电机传动装置所组成。太阳的水平及垂直方位监测器应固定在集热器的反射体上，当该反射体反射面的朝向在水平或垂直方向与入射阳光出现偏差时，监测器将向电机传动装置中负责水平或垂直转动的电机发出转动的指令。在现有技术下，太阳方位的监测及电机传动装置均有多种成熟的技术可以选择。