蜂巢基底金字塔阵列太阳能集热装置制造方法及图纸

本发明专利技术在太阳能再生利用领域内提出了一种全新式高能量利用率的多用途太阳能集热装置，名为蜂巢基底金字塔阵列集热装置。这是一种基于绝对黑体模型的开口反射面型集热腔阵列装置。由蜂巢基底正六棱锥面系列形成的金字塔阵列构成了本集热装置的主体。有外置水腔式和内置水腔式两种类型。本装置的高光热转换率使集热器既能作太阳能热水器又可做为太阳环保空调致冷的高温热源。本装置的设计构想可用于太阳暖房的改造，起到既采光保暖又取用热水的功效，用于家庭居室南阳台受照面，还能起到冬季保暖夏季防暑降温的日光空调窗的作用。本装置的设计构想可用于太阳能电池板的敷设，用于光伏电站的扩容，太阳能电动环保车的小型化，卫星及各种太空飞行器的太阳能电池板的装设以增加电力容量或功率。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多用途太阳能高效再生利用装置。在本专利技术实施以前，当前市场上流行的太阳能集热器大体有两种类型，即平板闷晒型和真空管集热型。从它们的集热原理上讲两种类型无实质性差别，都是利用阳光的一次反射吸热，所以可以统称之谓单次反射吸收型集热装置。该类装置主要寄希望于表面黑色涂层物质的吸收系数的提高，这是制约该类型装置光热转换效率提高的主要困难所在。本设计目的是提供一种全新式高能量利用率的多用途太阳能集热装置。太阳能高能量利用率的关键在于如何高效地吸收太阳能。根据辐射热力学的基尔霍夫热平衡辐射定律而定义的绝对黑体模型就是本设计的指导模型。实现黑体的最好方式是在一空腔壁上开一小孔，然而小孔的通光孔径却极大地限制了黑体腔吸收太阳能的通量，因而是不可取的。为了既增加吸收能量通量的面积又能保证入射的太阳能被充分地吸收，本设计方案采用另一种黑体装置，即开口反射面装置，如剖面图(一)所示，控制较小的开口角度，且反射面终端距顶点足够远，就原则上可以保证以任何角度入射的太阳光，少则被反射吸收几次，十几次，多则可达几十次，这样当反射面上涂敷具有较大吸收系数的物质后，入射的太阳光能量几乎全被吸收，逃逸掉的能量已微乎其微，从而接近于黑体吸收。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是将集热器的平面基底面积分割成蜂巢状的正六边形小块，在每一正六边形基面上竖立一正六棱锥面形成金字塔阵列状，众多相邻的六棱锥面之间便构成了阵列型的开口反射腔体集合，这便是蜂巢基底金字塔阵列太阳能集热装置名称的由来。基底被分割成正六边形蜂巢状虽然不是唯一的分割方式，但相对于正三角形分割、正方形分割或长方形分割来说，只有蜂巢状分割竖起的正六棱锥面的反射面数多且整个阵列结构紧凑，反射光逃逸掉的几率相对最小。只要锥体的高度设计得保证相邻两六棱锥面间的夹角处于20°左右，则一个正六棱锥体的侧表面积之和的受照面比基底正六边形面积至少增大六倍以上。这就是本装置所具有的原理性的优越性，即通过大量增加反射吸收次数和吸收面积的途径，从而最大限度地体现辐射吸收的基本原理，因而也最大限度地提高了对太阳能的利用率。因此本装置属于(绝对)黑体吸收型集热装置。本专利技术用于热水器的具体实施方案可分为外置水腔式和内置水腔式两种。外置水腔式方案如部分剖面图(二)所示，用工程塑料通过钢模浇铸成六棱锥金字塔阵列体，其表面涂敷高吸收系数的物质形成开口黑体吸收腔，再用透明玻璃通过模具做成双层中空的六棱锥体，且能密实地放在开口黑体吸收腔体上，亦可以直接在透明玻璃的基底六棱锥面上涂敷高吸收系数的物质，使其自身形成黑体吸收腔。双层玻璃中的空腔为连通的储水腔体，供黑体加热。玻璃腔体的各六棱锥顶端自下而上通过玻璃管道连通，以使被加热的较轻的热水能沿此管道交换进入储水保温桶，形成冷热水循环通道。整个玻璃腔体应被钢化，以保证能够承受足够的压力和载荷。内置水腔式方案如部分剖面示意图(三)所示，与外置水腔式方案不同的是在用工程塑料浇涛成的金字塔阵列体的上表面涂敷高反射系数的银色涂层，其上罩上用良导热性能的铝质或铜质材料烧铸成的六棱锥金字塔阵列体，与工程塑料阵列体结合形成夹层内水腔，铝质腔体表面涂敷高吸收系数的物质形成黑体吸收腔，腔体的各六棱顶端亦自下而上连通形成冷热水循环通道。两种方案的共同之处是均利用了黑体吸收集热装置，不同的是外置水腔式方案中的水既直接接受太阳能的辐射热，又接受集热黑体腔的辐射热，而内置水腔式方案中的水只接受集热黑体腔向内的传导热和辐射热。本热水器装置的外置水腔式或内置水腔式的产品设计均可按单元块设计，例如设计成80cm×80cm的单元块，可根据用户需要的安装面积如同拼装地面砖一样连成一整体。本专利技术的热水器装置的高光热转换率，使其可以做为太阳能致冷机的高温热源，在同一基底面上，本装置比单次反射吸收型装置可以提供更多的热功率，从而能大大提高致冷率，这对太阳能环保空调进入办公楼和家庭居室的普及化无疑是一个极好的福音。本专利技术的金字塔阵列构想可用于太阳能暖房，即将平板玻璃改为单层或双层中空的金字塔阵列状玻璃。窄看起来好似这样做并未增加通光孔径，因而得不偿失又如何能提高暖房温度呢？其实不然。举一个农民广泛使用的常识性技巧就清楚了，例如农民凉晒粮食的时候，并不是将较厚的粮食层铺平在晒场上，而是用木耥来回耙成山沟状，目的是为了增大粮食的采光面积，虽然基底的平面面积(相当于通光孔径)保持不变。本装置用于改革太阳能暖房也就是基于这一无容置疑的常识。如果夹层玻璃内充入水，则既能起到太阳能热水器的作用又保证了室内采光，还能起到保暖作用，可谓一举多得之事。本专利技术的金字塔阵列装置构想还可用于太阳能电池板的装设。若将传统的平面敷设太阳能电池板的方式改为蜂巢基底金字塔阵列状敷设，这不仅相当于扩大了数倍的电池板采光面积，而且基于黑体吸收机制将会大大增加太阳能电池的容量和功率，这无疑会对光伏电站的扩容，对太阳能驱动的机动车的小型高效率开辟实用化途径，并进而可应用于卫星及各种太空飞行器的太阳能电池板的装设。权利要求1.蜂巢基底金字塔阵列太阳能集热装置，包括基于开口反射面式黑体腔阵列，即将集热器基底面分割成正六边形，在每一正六边形基面上竖立一正六棱锥面形成的金字塔阵列，由透明玻璃或无色有机玻璃做成的外置式水腔，热水连通管道，保温储水桶，上、下循环水管，支架等基本部分组成。2.按照权利要求1所述的金字塔阵列太阳能集热装置，可做成由双层钢化透明玻璃或无色有机玻璃构成的储水腔体，置于由工程塑料浇铸成型的金字塔黑体腔之上形成外置水腔式集热装置，既可以在玻璃储水腔与工程塑料衬底相接触的玻璃底面涂敷高吸收系数的物质，也可以在工程塑料衬底的接触面上涂敷高吸收系数的物质以形成吸收并辐射的黑体腔。3.按照权利要求1所述的金字塔阵列太阳能集热装置，亦可做成由良导热性能的铜、铝、不锈钢制成的六棱锥面金字塔阵列，采光表面涂敷具有较高吸收系数的黑色物质以形成吸收黑体腔，再与工程塑料制成的金字塔状腔体结合形成夹层的内置水腔式集热装置，工程塑料金字塔腔体靠近内置水腔的表面应涂敷一层银色高反射系数的物质形成光滑反射面，起到类似于杜瓦瓶胆的保温作用。4.按照权利要求2、3所述的外置水腔式和内置水腔式集热装置，其水腔的各六棱锥体顶端应自装置的下端至上端逐个通过细管道相通，以保证被黑体腔辐射加热的较轻的热水能顺利地自动运动到储水桶中形成冷热水循环加热通道。5.按照权利2、权利3所述的两种类型的集热装置均可按标准单元块设计成产品，形成拼装单元以满足客户不同安装面积的需要。6.按照权利2所述的由钢化玻璃或无色有机玻璃做成的外置水腔式集热器的方案，可用于对太阳暖房的改造，即将传统的平板玻璃改装上六棱锥面的单层或双层中空的阵列状透明玻璃窗，以增扩采光面，提高光热转换效率。玻璃腔内注入水后还可用于家庭居室的南阳台的受照面，冬季可起到保暖作用，夏季又起到防署降温作用，即相当于日光空调窗。7.按照权利2、权利3所述的两类型的集热装置可用于太阳环保空调的致冷机的高温热源。8.按照权利1所述的蜂巢状基底金字塔阵列的集热装置的构想，可用于太阳能电池板的装设。改革传统的平面敷设太阳能电池板为蜂巢基底正六棱锥金字塔阵列状敷设。可用于光伏电站的扩容，太阳能电动环保车，卫星及各种太空飞本文档来自技高网...

【技术保护点】
蜂巢基底金字塔阵列太阳能集热装置，包括基于开口反射面式黑体腔阵列，即将集热器基底面分割成正六边形，在每一正六边形基面上竖立一正六棱锥面形成的金字塔阵列［侧视结构简图（四）４］，由透明玻璃或无色有机玻璃做成的外置式水腔［侧视结构图（四）３］，热水连通管道［侧视结构简图（四）２］，保温储水桶［侧视结构图（四）１］，上、下循环水管［侧视结构图（四）５］，支架［侧视结构简图（四）６］等基本部分组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：聂云，
申请(专利权)人：聂云，
类型：发明
国别省市：61[中国|陕西]