一种新型的太阳能热水器

志勰

一种新型的太阳能热水器,理论上比现在的太阳能热水器的转换效率要大2-5倍之多。本文只是工作原理结构。其转化太阳能的原理请参见物质温度和辐射、吸收的关(上)——物体对辐射的吸收


    太阳能热水器是采用太阳光对物体的作用来工作的。普通的太阳能热水器通常都是采用在传热性能好的水管表面涂上一层黑色的类似于黑体的黑色的对太阳光进行强烈吸收的物质,如煤烟。来吸收太阳能的能量的。

    在传统的太阳能热水其中忽略了物质对太阳光吸收和辐射的规律,因此能源的利用率是较低的。本项技术根据物体对太阳能的吸收和辐射,以及太阳光和热能转化的的关系,对普通太阳能热水器进行原理改造而成,同面积的太阳光的利用率和转化率反映在能量的量值上,要比普通的太阳能热水器转化成的热量大2-5倍以上。(当然,这是理论上的数值)在冬天,这种太阳能热水器的转化出的热量要远大于普通太阳能热水器的5倍.

对传统太阳能热水器工作原理改造的两个地方

    一、热水器对太阳能的辐射

    为了加强太阳能热水器对太阳能的吸收,我们通常都是采用对太阳光进行强烈吸收的接近绝对黑体的物质材料作为吸收太阳光的物质。这样虽然可以大量的吸收太阳光,但是,它所辐射出去的能量也是非常可观的。我们拿普通热水器来说:

     如果我们的太阳能热水器的工作物质的温度在90度左右,普通的室温在30度左右。以1平米的太阳光计算,那么太阳能热水器工作物质辐射出去的有效功率为516焦/秒,相当于0.516千瓦。

     这样,如果要提高太阳能热水器的功率和能量利用率问题,就必须对太阳能的吸收材料和结构进行改造。

   二、热水器对太阳能的热能转化率

     我在物质和光作用的理论分析上得出,绝对黑体的工作物质的温度的平方同热能的转化率成正比。提高工作物质的温度是提高太阳能热水器功率和太阳能热水器对太阳能有效利用率的方法。如果以高沸点的液体代替水作为工作物质,比如油,渴望将太阳能的工作温度提高到摄氏200度左右。即:提高工作物质的温度2倍以上。普通的太阳能热水器在90度左右。太阳能对热能的转化率和普通太阳能热水器要大2.4倍左右。冬天以工作物质的温度摄氏30度计算,太阳能对热能的转化率可达到普通太阳能热水器的3-5倍左右。在物质条件许可的情况下,要尽量提高工作物质的温度。

   经过如上改造过的太阳能热水器,相同面积的太阳光转化为热能的单位时间输出能量,要几倍于普通热水器输出的能量。以上两种改善方法只是理论计算结果,在实际应用上可能要偏低一些。

新型太阳能热水器的结构

   如图:

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图1

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图2

    上图是原理结构图,图是草图。我尽量说明白。图1和图2是这种太阳能热水器分开的两个部分。图1是工作部分,图2则是存储热水的部分。

   1、工作结构

   主要工作部分是由如下几部分:

       凹面反光镜——蒋太阳光反射进空腔里。

       工作物质内腔——工作物质涂在中空(带夹层)圆球的内表面上。

        小孔——工作物质内腔上面留的小孔,用于进入太阳光。

       工作物质——可采用接近绝对黑体的对太阳光腔吸收物质作为工作物质,如煤烟。

       绝热层——阻止高沸点液体所在的圆球表面对热量的散发,用于将整个圆球的温度维持在较高的温度。图1和图2部分如果做到一起,高端循环管和低端循环管很短的话,两个循环管的外壁可以不用施加绝热物质,否则也要加上绝热层的。

       高端循环管——用于导出经加热的高沸点液体,较热的液体。

       低端循环管——用于导进温度较低的高沸点液体。未经加热的。(如上在图1中)

       预热仓——散发太阳光转化成的热量到水箱里。内部是高沸点液体。它的另一个作用是维持高低端的循环管中的温度保持在确定的高温状态,以保证工作物质具有较高的温度。但不是主要的。(在图2中)

   2、工作过程

       凹面反光镜将太阳光反射到工作物质内腔里,内腔内表面的高吸收太阳光的物质将太阳光转化为热能,并加热夹层中的高沸点液体,通过高端循环管将太阳能产生的热量输运到预热仓中,并通过预热仓将热量散发到水箱中的水里。

   3、新型的太阳能热水器对部件的要求

     凹面反光镜:如果为了降低成本,凹面反光镜采用玻璃镀银或者渡铝方法,采用石英玻璃等紫外线可以穿过的玻璃会提高功率。

     小孔:小孔的面积一定要尽量的小,因为小孔的面积决定空腔工作物质辐射出去的能量大小。

     工作物质内腔:在形状和面积上没有什么特殊的要求,便于设计就行了。在材料上,要采用导热性能好的金属。便于将太阳光产生的热能传递给高沸点导热液体。

      夹层体积的大小:工作物质内腔外层的存储高沸点液体的夹层要尽量的大一些,它直接决定了工作物质内腔工作物质的温度,理论上来说,它越大,工作物质的工作温度越高。

      工作物质:在它产生的热量能快速传递到金属壁上的前提下,适当提高一点厚度。有利于提高工作的温度。

      绝热层:要选用可以工作的200度以上的绝热物质。

      高低端循环管:采用导热性能不好的材料。

      预热仓:预热仓采用导热性能好的金属。预热仓和水接触的面积和温度决定这种热水器的功率。功率大的热水器,预热仓和水接触的表面积一定要做的大一些。当然,预热仓做的多大也无所谓,但关键是这样会使相同体积的水箱减少储水量,增加高沸点液体的量,成本要升高的,另一方面也必须使夹层的空间增大才能达到工作物质在高温状态工作。如果做的特别小,功率会很小。这一点需要注意。

 

三点建议:

    一个是对小孔的建议:小孔采用对光透射率高的透明材料封闭起来,如石英玻璃。在内部充入纯度较高的阻燃性的气体如二氧化碳。

   第一、可以保证高温工作物质在内腔中产生的较高温度的气体不会逃逾出来,在冬天较冷的空气不会降低工作物质的温度。

   第二、可以保证灰尘等脏物进入到空腔里,降低工作物质对太阳光的转化率。

    另一个建议是水箱的建议:在水箱外面用绝热性能好的物质给包裹起来。虽然水箱不采用绝热性能好的物质进行绝热处理有助于对水箱也同时吸收太阳光,但是,它同时还要向外辐射热能,另一方面和空气的接触也会形成热量的逃逾。夏天可以很好的使用,在冬天或者气温较低的地方则不能使用了。

     最后一个建议是容易散热的表面,要做成光滑的。这样可以减少辐射。

需要注意的问题

   本项技术虽然在工作原理上虽然更优于传统的太阳能热水器,但需要比传统太阳能热水器更复杂的结构和设计。成本自然要高一些。

    本文没有谈到的一个技术问题是如何对凹面反光镜如何去追踪太阳光问题,如果不追踪太阳光,那么反光凹面镜就不能将太阳光反射进小孔里。由于这只是传统的技术问题,于新技术在原理上是无关的,这里不再探讨。

 

关于本项技术的声明:

     任何人都可以使用该项技术(不分任何一个国家、任何一个民族、任何一个地域),但不要以任何理由阻止他人使用该项技术,当然您也可以传播该项技术。使用绿色能源是地球环境的需要。鉴于可能存在的异议,说明——

     本人拥有该项技术的知识产权,但使用权力交给任何一个组织或者个人。

                 ——志勰

(注:该项技术是理论的结果,我本人没有进行过尝试)

2001.3.20


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