专利名称：双弧反射凹腔吸热挂壁式太阳能热水器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚光型太阳能热水器。
太阳能热水器按其结构类型可分为平板型和聚光型两类。平板型太阳能热水器结构简单，但由于集热温度低，临界幅照度高等缺点阻碍了这类热水器的进一步发展。聚光型热水器利用较大的曲面反光镜，结构上采取减少热对流损失的措施提高热效率，但缺点是反射镜体积庞大，有的还需要连续跟踪调整光源位置，故带来生产和使用上的困难。
中国专利89203120.4揭示了一种“浅弧反射镜双面受光式太阳能集热器”，它提供了一种翼形吸热管-吸热板-反光镜单元组件，吸热管板的两翼板向上呈“V”字形，翼根与吸热管相连，反光镜单元的底板是“浅弧形曲面”，凹面向着入射光。相邻两面反光镜单元的直线边互相平行并且都在同一平面上，吸热管底部与反光镜单元的接缝之间有绝热垫块，吸热管板的对称线与两者反光镜单元的对称线重合，每副吸热管板的外面套装保温罩，反光镜单元背面与集热器底板之间填充绝热材料，集热器正面用玻璃盖封盖。但是该太阳能集热器也存在不足之处(1)由于采用翼形吸热管，故不能获得较大的集光率，而且体积较大。(2)翼形吸热管集热器的全日热效率仅达到国家标准，热损系数较大。
本发明的目的是提供一种双弧反射凹腔吸热式太阳能热水器，该种热水器克服了平板型太阳能热水器的缺点，克服了聚光型热水器的一般缺点，着重改进了上述翼形吸热管集热器的主要结构，使光源入射光和反射光同时照射在U字形吸热器上，其结构更紧凑，集热温度和效率更高，使用时只需季节性调整安装倾角。
本发明的目的是这样实现的一种太阳能热水器，在框架中有一组以上柱形吸热单元，吸热单元包括反光板、吸热器、加热管，它与上集管、下集管相联通，框架四周侧面和背面衬以绝热材料，其中，所述的反光板底板的双弧形对称曲面的横截面弧线的曲率与该弧形的弦高成反比，比值从1/2到1，吸热单元中吸热器的横截面为U字形，加热管装配在双弧形曲面的中间交接端上，吸热器的底部有一凹圆弧面，它可与加热管的外形相配，并固定在加热管上，整个吸热单元正面用复合盖板封盖。
如上述的太阳能热水器，其中，反光板的底板横截面弧线曲率与该弧形的弦高反比值从4/5到1。
如上述的太阳能热水器，其中，反光板的底板弦长两端与U字形吸热器的开口端弦长比为2.5-3∶1。
如上述的太阳能热水器，其中，反光板的底板弦长两端与加热管的直径比为10-15∶1。
如上述的太阳能热水器，其中，U字形吸热器与加热管的吻合接触面积占加热管总面积的1/4-1/2。
如上述的太阳能热水器，其中，U字形吸热器顶端与反光板两端等高。
如上述的太阳能热水器，其中，框架四周侧面所衬的绝热材料比U字形吸热器最高点可高到0-2厘米。
如上述的太阳能热水器，其中，吸热单元正面封盖的复合盖板包括FilonFRP板材层和透明涤纶薄膜层。
如上述的太阳能热水器，其中，各个吸热单元可在三维空间内做任意组合。
如上述的太阳能热水器，其中，热水器的背面衬以人造玛瑙板。
本发明的太阳能热水器与其它太阳能热水器相比，具有以下优点1.由于吸热器是U字形，上下表面均涂覆黑色吸热材料，因此上下面均受光，集光率为3，光能密度提高，散热面积小，即效率提高，热损减少。
2.U字形吸热器顶端同反光板上端在同一平面内，故紧凑结构，反光板厚度可减薄，整个热水器重量减轻，如0.75M2热水器重量仅约10千克。
3.框架四周侧面所衬的绝热材料比U字形吸热器最高点可高到2厘米，能使框架内所密封的空气相对静止状态，避免通过空气流动传递热量，同时也避免了加热器上热量直接传至热水器表面的复合盖板上而造成热量损失。
4.吸热单元正面封盖的复合盖板包括外侧的FilonFRP板材层和内侧的透明涤纶薄膜层。内侧的涤纶膜透光范围较大，但耐热性差且直接暴露在空气中易老化;外侧的Filon板能抗破碎，耐温差，耐老化透光光谱图如图4所示，该板在波长250-2500nm中阳光透过率为大于87%，在可见光波长为390-760nm中透过率大于90%，而其导热系数仅有0.18w/mok，故这种复合封盖结构对太阳能热水器的集热非常有益。
图1是吸热单元结构的横截面图。
图2.1是竖排式若干组柱形吸热单元主视图。
图2.2是竖排式若干组柱形吸热单元左视图。
图2.3是竖排式若干组柱形吸热单元俯视图。
图3是横排式若干组柱形吸热单元立体图。
图4是FilonFEP板材透光光谱图。
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
一种如图2.1、2.2和2.3所示的竖排式若干组柱形吸热单元的太阳能热水器。它的吸热单元结构如图1所示，主要有四个组件构成U字形吸热器(1)，加热管(2)，反光板(3)和绝热材料(4)。U字形吸热器截面为类似半圆，下部有一凹圆弧面，它与圆形加热管的外形相吻合，并固定在加热管顶端，接触面积约为整个加热管面积的1/3。加热管正好位于反光板两个圆弧的正中交点上。反光板的底板横截面弧线曲率与该弧线的弦高反比值为4/5，上贴反光材料，如铝箔等，反光板的底板两端弦长与U字形吸热器开口端弦长比为2.9∶1，反光板底板两端弦长与加热管的直径比为12∶1。U字形吸热器顶端与反光板两端等高，框架(5)四周侧面所衬的绝热材料(4)，如聚苯乙烯泡沫，比U字形吸热器最高点可高到2厘米。吸热单元正面用FilonFRP板材层和透明涤纶薄膜层(6)封盖。若干组柱形吸热单元与水平面垂直地排成一排，外面用框架固定，背面衬以耐热急变、耐老化的人造玛瑙板，所有的加热管(2)与进冷水的下集管(7)和出热水的上集管(8)相联。整个热水器与水平面略成倾斜状态。
整个太阳能热水器只须每季度调整一次，不须连续跟踪光源，光源幅射进入透明复合盖板(6)后分成二部分加热涂黑U字形吸热器(1)，一部分约1/3直接加热U形吸热器的上部，一部分约2/3经反光板上的反光材料反射到加热器下部，热能由吸热器与加热管(2)接触带传入加热管，对管内的冷水进行加热，水受热密度减小，向上流动，通过上集管(8)流出，所产生的抽力带动下集管(7)引入冷水，于是连续自然循环地对冷水进行加热。
经国家《家用太阳能热水器热性能测试方法》测试，其结果数据如下1)全日效率
Eff＝ (MCp(Te-Ts))/(AcH) ×100%式中M……水容量kgCp……水定压比热J/kg℃Te、Ts……水箱终了、初始水温℃Ac……热水器采光面积 M2H……测试周期内累积太阳辐照度 W/m22)热损系数UL＝ (MCp(T1-T4))/(Ac(Tm-Ta)△T) W/m℃式中T1……初始水箱平均温度℃T4……终了水箱平均温度℃Tm……水箱内水平均温度℃Ta……测试周期内的环境温度平均值℃△T……测试周期(7小时)H1)日效率试验结果
Eff1＝ (56.4＊4186.8＊(45.25-22.28))/(0.744＊4136.3＊3600) ＊100%＝48.96%2)热损系数试验结果
UL1＝ (56.4＊4186.8(44.94-39.95))/(0.744＊(42.5-23.41)＊7＊3600) ＝3.29W/m2℃实施例2一种如图3所示的横排式若干组柱形吸热单元的太阳能热水器，它的吸热单元结构和热水器整体工作原理与实施例1中所述的内容相同，只是横排式热水器的柱形吸热单元与水平面平行，柱形加热管(2)水平放置，这种热水器的全日热效率略低于竖排式效率，但热损系数与竖排式相等。
附图中的结构标号如下1.U字形吸热器2.加热管3.反光板4.绝热材料5.框架6.复合盖板7.下集管8.上集管上述各附图中，相同的标号表示相同的结构、部件。
在本发明的权利要求书所限定的构思范围内，本领域内的技术人员还可对上述实施例作一些显而易见地改变。
权利要求
1.一种太阳能热水器，在框架中有一组以上柱形吸热单元，吸热单元包括反光板、吸热器、加热管，它与上集管、下集管相联通，框架四周侧面和背面衬以绝热材料，其特征在于，所述的反光板底板的双弧形对称曲面的横截面弧线的曲率与该弧形的弦高成反比，比值从1/2到1，吸热单元中吸热器的横截面为U字形，加热管装配在双弧形曲面的中间交接端上，吸热器的底部有一凹圆弧面，它可与加热管的外形相配，并固定在加热管上，整个吸热单元正面用复合盖板封盖。
2.如权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于，反光板的底板横截面弧线曲率与该弧形的弦高反比值从4/5到1。
3.如权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于，反光板的底板两端弦长与U字形吸热器的开口端弦长比为2.5-3∶1。
4.如权利要求3所述的太阳能热水器，其特征在于，反光板的底板两端弦长与加热管的直径比为10-15∶1。
5.如权利要求4所述的太阳能热水器，其特征在于，U字形吸热器与加热管的吻合接触面积占加热管总面积的1/4-1/2。
6.如权利要求1或5所述的太阳能热水器，其特征在于，U字形吸热器顶端与反光板两端等高。
7.如权利要求6所述的太阳能热水器，其特征在于，框架四周侧面所衬的绝热材料比U字形吸热器最高点可高到2厘米。
8.如权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于，吸热单元正面封盖的复合盖板包括Filon FRP板材层和透明涤纶薄膜层。
9.如权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于，各个吸热单元可在三维空间内做任意组合。
10.如权利要求1所述的太阳能热水器，其特征在于，热水器的背面衬为人造玛瑙板。
全文摘要
一种双弧反射凹腔吸热挂壁式太阳能热水器，采用若干组由U字形吸热器和弧形反光板单元组件组成。吸热器正反两面同时吸收太阳光和反射光，整个热水器正面外部用复合盖板封盖保温。本发明的太阳能热水器的柱形吸热单元可任意组合成多种形式和规格，结构紧凑，成本低，热效率高，只需季节性调整安装倾角，使用方便，尤其可使用在阳光不足的地区。
文档编号F24J2/10GK1072769SQ9110754
公开日1993年6月2日 申请日期1991年11月30日 优先权日1991年11月30日
发明者顾龙标 申请人:顾龙标