專利名稱：與建筑一體化的太陽能集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能利用領(lǐng)域的一種太陽能集熱器，特別是一種與建筑一體化的太陽能集熱器。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界上的常規(guī)能源日趨緊張，世界各國對太陽能的利用越來越廣泛，太陽能熱水器也得到了迅速地發(fā)展。全玻璃真空熱管的發(fā)明對太陽能熱水器的推廣起了推波助瀾的作用，但是隨著太陽熱利用和建筑業(yè)的進一步發(fā)展，特別是隨著建筑物向高層發(fā)展，這種集熱器的一些弱點就越來越突出，一是集熱溫度低一般只在60℃左右，除做熱水器外，很難有其他作為，而以全玻璃真空熱管為基礎(chǔ)的太陽能熱水器，由于只能在樓頂使用，每戶不能有獲得更大的集熱面積，對高層建筑物中、下層的住戶也無法使用，同時這種熱水器與建筑物不協(xié)調(diào)的問題越來越突出，在面積有限的高層屋頂上安放著千姿百態(tài)的太陽能熱水器，而進水管、出水管則懸掛在建筑物的外側(cè)，從窗口進入各個用戶，大風(fēng)一吹飄飄蕩蕩，即不美觀，且不安全。一體化的要求也就被提到日程上來了。由于從事太陽熱利用的工程技術(shù)人員對于建筑業(yè)的常規(guī)要求不了解，而建筑業(yè)的工程技術(shù)人員對太陽熱利用工程的設(shè)計又不熟悉，所以，在建筑物設(shè)計時，并沒有統(tǒng)一考慮太陽能熱水器的安裝問題，在建筑物完成以后，安裝太陽能熱水器時，對于建筑業(yè)要求的建筑物整體化、立面整齊美觀、色彩和諧就很難滿足建筑業(yè)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種與建筑一體化的太陽能集熱器，可以獲得較高的集熱溫度，用它做的各種太陽能利用設(shè)備，能較好地滿足建筑物整體化的要求，適合高層建筑物中任何一層用戶的使用。
本發(fā)明所提供與建筑一體化的太陽能集熱器技術(shù)方案如下由安裝于建筑物向陽墻上的集熱箱、分離熱管組成，采用焦線軸水平方向設(shè)置的柱面菲涅耳透鏡做集熱箱的前面板，分離熱管中金屬熱管的蒸發(fā)段置于集熱箱內(nèi)，金屬熱管的蒸發(fā)段與柱面菲涅耳透鏡平行，且位于柱面菲涅耳透鏡的焦線軸上，所述金屬熱管的冷凝段的水平位置高于其蒸發(fā)段的水平位置。
本發(fā)明所提供的與建筑一體化的太陽能集熱器工作原理如下由安裝于建筑物向陽墻上集熱箱內(nèi)的分離熱管采集太陽能，并將其轉(zhuǎn)換成熱能。由于集熱箱安裝于建筑物的向陽墻上，可以充分利用建筑物的向陽面，每戶都可獲得較大的集熱面積，適合高層建筑物的各層用戶使用。由于分離熱管位于安裝在建筑物向陽墻上的集熱箱內(nèi)，采用這種太陽能集熱器做成的太陽能熱水器或太陽灶等其他太陽能利用裝置，其冷、熱水的輸水管道或輸送熱量的管道均在建筑物內(nèi)，即避免了進、出水管道懸掛在建筑物外側(cè)與整體建筑物不協(xié)調(diào)的尷尬，又保證了使用的安全性，并可以在建筑物設(shè)計初期就與建筑物一起整體設(shè)計。同時，由于采用焦線軸水平方向設(shè)置的柱面菲涅耳透鏡做集熱箱的前面板，金屬熱管的蒸發(fā)段置于集熱箱內(nèi)，與柱面菲涅耳透鏡平行，且位于柱面菲涅耳透鏡的焦線軸上，由柱面菲涅耳透鏡將陽光聚集于其水平方向設(shè)置的焦線軸上，而金屬熱管的蒸發(fā)段全部處于柱面菲涅耳透鏡的焦線軸上，陽光經(jīng)聚焦后將熱量集中于金屬熱管的蒸發(fā)段上，由于金屬熱管水平放置，其內(nèi)部的工質(zhì)均勻地受熱，很快地蒸發(fā)，變?yōu)槠麘B(tài)，又由于所述金屬熱管的冷凝段的水平位置高于其蒸發(fā)段的水平位置，汽態(tài)工質(zhì)經(jīng)等溫導(dǎo)熱段進入冷凝段，在冷凝段與用熱體進行熱交換后變?yōu)橐簯B(tài)工質(zhì)，通過回液管流回蒸發(fā)段，重新受熱、蒸發(fā)形成熱循環(huán)。由于柱面菲涅耳透鏡聚集太陽光的作用，使得進入冷凝段的汽態(tài)工質(zhì)溫度較高，如采用水做工質(zhì)，最高可達250℃，如選用適當(dāng)?shù)钠渌べ|(zhì)還可獲得更高的溫度。因此，這種與建筑一體化的太陽能集熱器不但可以做熱水器的集熱裝置，而且，還可以做太陽灶、奶茶機等多種中、高溫太陽能利用裝置的集熱裝置。同時，由于柱面菲涅耳透鏡的焦線軸與熱管的蒸發(fā)段均水平方向設(shè)置，所以無須復(fù)雜的太陽跟蹤裝置就可使熱量始終聚集于熱管的蒸發(fā)段上，在同等集熱面積的條件下可以增加集熱量，大大地他提高了太陽能集熱器的熱轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明所提供的太陽能集熱器真正地做到了與建筑物一體化，使太陽能集熱器與建筑物有機地結(jié)合起來，并且用它做的各種太陽能利用裝置適合于高層建筑物中的所有用戶使用，能使每個用戶都獲得較大的集熱面積，與普通真空集熱管集熱器相比實際集熱面積大20％以上，同時集熱器能獲得較高的集熱溫度，利于太陽能利用設(shè)備的使用和推廣。該太陽能集熱器還具有使用安全可靠，熱效率高的優(yōu)點。


圖1是將本發(fā)明所提供的與建筑一體化的太陽能集熱器安裝在建筑物上的整體示意圖；圖2是本發(fā)明所提供的與建筑一體化的太陽能集熱器實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是采用本發(fā)明實施例一所提供的與建筑一體化的太陽能集熱器為集熱裝置的太陽能熱水器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是采用本發(fā)明實施例一所提供的與建筑一體化的太陽能集熱器為集熱裝置的太陽能灶的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5、是本發(fā)明所提供的與建筑一體化的太陽能集熱器實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中1、高層建筑物，2、窗口，3、太陽能集熱器的集熱箱。圖2中3.1、3.2、3.3、3.4為太陽能集熱器的集熱箱的四個側(cè)板，3.5、集熱箱的后板，4.1、金屬熱管的蒸發(fā)段，4.2、金屬熱管的等溫導(dǎo)熱段，4.3、金屬熱管的冷凝段，4.4、金屬熱管的回液管、5、柱面菲涅耳透鏡，6、套在金屬熱管的蒸發(fā)段外部的真空玻璃管，6.1、密封封堵，7、支撐架.8、在太陽能集熱器后板上留的供熱管的等溫導(dǎo)熱段與回液管穿出的洞口。圖3中3.1、3.2、3.3、3.4為太陽能集熱器的集熱箱的四個側(cè)板，3.5、集熱箱的后板，4.1、金屬熱管的蒸發(fā)段，4.2、金屬熱管的等溫導(dǎo)熱段，4.3、金屬熱管的冷凝段，4.4、金屬熱管的回液管、5、作為集熱箱前面板的柱面菲涅耳透鏡，6、套在金屬熱管的蒸發(fā)段外部的真空玻璃管，6.1、密封封堵，7、熱管支撐架，8、在太陽能集熱器后面板上留的供熱管的等溫導(dǎo)熱段與回液管穿出的洞口9、水箱，10、冷水進水管，11、熱水出水管。圖4中3.1、3.2、3.3、3.4為太陽能集熱器的集熱箱的四個側(cè)板，3.5、集熱箱的后板，4.1、金屬熱管的蒸發(fā)段，4.2、金屬熱管的等溫導(dǎo)熱段，4.3、金屬熱管的冷凝段，4.31、冷凝段上表面的炊具坑，4.4、金屬熱管的回液管，5、作為集熱箱前面板的柱面菲涅耳透鏡，6、套在金屬熱管的蒸發(fā)段外部的玻璃管，6.1、密封封堵，7、熱管支撐架，8、在太陽能集熱器后板上留的供熱管的等溫導(dǎo)熱段與回液管穿出的洞口。圖5中3.1、3.2、3.3、3.4為太陽能集熱器的集熱箱的四個側(cè)板，3.5、集熱箱的后板，4.1、4.1′金屬熱管的蒸發(fā)段，4.2、4.2′金屬熱管的等溫導(dǎo)熱段，4.3、4.3′金屬熱管的冷凝段，4.4、4.4′金屬熱管的回液管、5、作為集熱箱前面板的柱面菲涅耳透鏡，6、套在金屬熱管的蒸發(fā)段外部的真空玻璃管，6.1、密封封堵，7、集熱管支撐架、8、在太陽能集熱器后面板上留的供熱管的等溫導(dǎo)熱段與回液管穿出的洞口。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的具體實施方式
。從圖1可看出本發(fā)明所提供的與建筑一體化的太陽能集熱器的集熱箱設(shè)置在建筑物的向陽墻上，這種太陽能集熱器的集熱箱，可做成全嵌入式，集熱箱整體嵌入向陽墻體內(nèi)；也可做成半嵌入式，一部分嵌入墻體內(nèi)，一部分伸出墻外；還可安裝于向陽墻面上，可使每個用戶都獲得較大的集熱面積，集熱箱的位置可以在建筑物設(shè)計的初期就一同考慮，看上去，和建筑物整體比較協(xié)調(diào)。圖2所示為本發(fā)明所提供與建筑一體化的太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可知該集熱器的集熱箱由四個側(cè)板3.1、3.2、3.3、3.4、后板3.5和作為前面板的柱面菲涅耳透鏡5圍成，玻璃真空管6通過支撐架7固定在集熱箱內(nèi)，金屬熱管蒸發(fā)段在玻璃真空管內(nèi)，在玻璃真空管的端口有密封封堵6.1，金屬熱管的蒸發(fā)段4.1位于柱面菲涅耳透鏡5的焦線上，金屬熱管冷凝段4.3的水平位置高于其蒸發(fā)段4.1，由等溫導(dǎo)熱段4.2和回液管4.4將兩者連接，形成熱的循環(huán)系統(tǒng)。本實施例中與建筑一體化的太陽能集熱器中集熱箱的四個側(cè)板3.1、3.2、3.3、3.4和后板3.5采用鋁板制作，鑲嵌于凹進建筑物外墻上的相應(yīng)長方體槽內(nèi)，柱面菲涅耳透鏡5固定在集熱箱的前面，選用焦距30-50厘米的，其安裝角度隨季節(jié)應(yīng)可做輕微的調(diào)整，以保證焦線軸始終落在熱管的蒸發(fā)段上，柱面菲涅耳透鏡5還可以采用雙層柱面菲涅耳透鏡制作，隨著季節(jié)變化可適當(dāng)調(diào)節(jié)光線的入射角，使菲涅耳透鏡的焦線軸一年四季都落在熱管的蒸發(fā)段上；熱管采用不銹鋼制作，其等溫導(dǎo)熱段與回液管可采用柔性管，套在其外部的真空玻璃管采用耐高溫的硅硼玻璃制作，其端口的密封封堵6.1可采用耐溫真空橡膠。也可采用特殊的玻璃—金屬融焊技術(shù)將端口密封，可在集熱箱的后板3.5及其后面的墻面上予留出等溫導(dǎo)熱段4.2和回液管4.4穿越的位置8。圖3所示是采用本發(fā)明所提供的與建筑一體化的太陽能集熱器為集熱裝置的太陽能熱水器結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中可知該太陽能熱水器使用本發(fā)明所提供的與建筑一體化的太陽能集熱器做集熱裝置，熱管的冷凝段進入水箱9內(nèi)，其上還有冷水進水管10、熱水出水管11均在建筑物室內(nèi)布置。這種太陽能熱水器可以在建筑物設(shè)計時一并考慮，即保持了與建筑物的協(xié)調(diào)一致，又保證了使用的安全可靠。本實施例中與建筑一體化的太陽能集熱器的各部分使用的材料與實施例一相同。水箱可采用不銹鋼板制作，水箱的外部還可設(shè)有保溫層。圖4所示為利用本發(fā)明所提供的與建筑一體化的太陽能集熱器作太陽能灶的一個實施例。在該實施例中由嵌于建筑物向陽墻上的太陽能集熱器和設(shè)在冷凝段上表面的炊具坑4.31組成。所述太陽能集熱器由四個側(cè)板3.1、3.2、3.3、3.4、后板3.5和柱面菲涅耳透鏡5組成集熱箱，金屬熱管的蒸發(fā)段4.1的外部有一個玻璃真空管6，通過支撐架7固定在集熱箱內(nèi)，在其端口有密封封堵6.1，金屬熱管冷凝段4.3的水平位置高于其蒸發(fā)段4.1，由等溫導(dǎo)熱段4.2和回液管4.4將兩者連接，形成熱的循環(huán)系統(tǒng)。金屬熱管的蒸發(fā)段4.1位于柱面菲涅耳透鏡5的焦線軸上，由柱面菲涅耳透鏡將太陽光聚集在金屬熱管蒸發(fā)段4.1上，管內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)受熱蒸發(fā)后，變?yōu)檎羝螅麘B(tài)工質(zhì)經(jīng)等溫導(dǎo)熱段4.2進入冷凝段4.3，把炊具放在炊具坑內(nèi)，冷凝段內(nèi)汽態(tài)工質(zhì)的熱量被炊具和炊具內(nèi)的食品吸收，完成烹調(diào)。由于柱面菲涅耳透鏡的聚焦作用，該太陽灶可獲得較高的溫度，如采用水做工質(zhì)，進入冷凝段的汽態(tài)工質(zhì)溫度可高達250℃，如采用其他適當(dāng)?shù)墓べ|(zhì)，還可獲得更高的溫度，此熱量足以滿足烹調(diào)食品所需的熱量。本實施例中與建筑一體化的太陽能集熱器的各部分使用的材料與實施例一同。圖5所示是本發(fā)明所提供的與建筑一體化的太陽能集熱器實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施例中采用予留在墻體上長方體凹槽的四個側(cè)面和后面圍成的空間做集熱箱，集熱箱的前口上鑲嵌有固定前面板的槽，前面板上有由兩塊焦距為10厘米的柱面菲涅耳透鏡，兩塊柱面菲涅耳透鏡的焦線軸平行，分離熱管為兩個，通過支撐架7固定于集熱箱內(nèi)，兩熱管的蒸發(fā)段4.1、4.1′，并分別位于兩塊柱面菲涅耳透鏡的焦距軸上，玻璃真空管采用硅硼玻璃，集熱管支架采用鋁材制作。使用這種集熱器，用戶可以采用一路熱管熱循環(huán)系統(tǒng)供熱水器用，采用另一路熱管熱循環(huán)系統(tǒng)供太陽灶或太陽奶茶機使用。熱管采用銅材制作。
權(quán)利要求
1.一種與建筑一體化的太陽能集熱器，由集熱箱、分離熱管組成，其特征在于所述的集熱箱安裝于建筑物的向陽墻上，采用焦線軸水平方向設(shè)置的柱面菲涅耳透鏡做集熱箱的前面板，分離熱管中金屬熱管的蒸發(fā)段置于集熱箱內(nèi)，金屬熱管的蒸發(fā)段與柱面菲涅耳透鏡平行，且位于柱面菲涅耳透鏡的焦線軸上，所述金屬熱管的冷凝段的水平位置高于其蒸發(fā)段的水平位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與建筑一體化的太陽能集熱器，其特征在于作為集熱箱前面板的柱面菲涅耳透鏡為一塊以上，所述集熱箱內(nèi)的分離熱管的數(shù)量與前面板上柱面菲涅耳透鏡的數(shù)量相同，且每根分離熱管中熱管蒸發(fā)段位于相應(yīng)的柱面菲涅耳透鏡焦線上。
全文摘要
本發(fā)明屬于太陽能應(yīng)用領(lǐng)域，提供一種與建筑一體化的太陽能集熱器，它由集熱箱、分離熱管組成，其特點是集熱箱嵌于建筑物的向陽墻上，集熱箱的前面板采用焦線軸水平方向設(shè)置的柱面菲涅耳透鏡，熱管的蒸發(fā)段置于集熱箱內(nèi)，熱管的蒸發(fā)段與柱面菲涅耳透鏡平行，且位于柱面菲涅耳透鏡的焦線軸上，熱管的冷凝段的水平位置高于其蒸發(fā)段的水平位置。這種與建筑一體化的太陽能集熱器可與建筑物有機地結(jié)合，并且適合于高層建筑物中的所有用戶使用，該太陽能集熱器還具有使用安全可靠，熱轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點。
文檔編號F24J2/08GK1553124SQ0313165
公開日2004年12月8日 申請日期2003年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月2日
發(fā)明者吳冠昌 申請人:吳錫波