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基本信息

項(xiàng)目名稱：
集熱管可調(diào)式太陽能熱水器的研究與開發(fā)
小類：
能源化工
簡介：
此種集熱管可調(diào)的太陽能熱水器，可以通過調(diào)控架調(diào)控集熱管的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)集熱管的采光面積，使得這種熱水器適合安裝在陽臺(tái)以及窗戶的外墻面上，這就使它還具有了防盜窗以及在夏季降低室內(nèi)溫度的功能。該熱水器包括：儲(chǔ)水箱、集熱管、支架及調(diào)控架組成。儲(chǔ)水箱可以固定在外墻壁上，集熱管與其相連，支架用來支撐集熱管。集熱管的形狀為板狀，并且可以相對(duì)儲(chǔ)水箱和支架轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)控架和集熱管相連，可以帶動(dòng)集熱管轉(zhuǎn)動(dòng)。
詳細(xì)介紹：
2.設(shè)計(jì)原理 太陽能熱水器的原理是通過真空管收太陽收集太陽光發(fā)出的熱量,把水加熱。太陽能是輻射能量，真空管是內(nèi)表面涂有吸收輻射的涂層，管中有傳熱效果良好的金屬（銅）通過熱傳導(dǎo)傳至水箱，在水箱中有換熱器，通過換熱加溫涼水，水通過對(duì)流在進(jìn)行熱交換[2]，如此循環(huán)這一箱水就熱了。如圖3所示，當(dāng)該熱水器安裝之后，集熱管呈垂直狀態(tài)，理論上將更利于這種循環(huán)，從而使加熱效果更好。由于真空管是兩層且真空的，又使得熱量不易散發(fā)到外面，這樣就實(shí)現(xiàn)了保溫功能。 圖3 熱水器整體結(jié)構(gòu)示意圖 2.1可調(diào)式集熱管 201：通水孔 202：上端接口 203：集熱管 204：下端接口 205集熱管橫截面 圖4 集熱管的結(jié)構(gòu)示意圖 集熱管是系統(tǒng)中的集熱元件，其功能相當(dāng)于電熱水器中的電熱管。和電熱水器、燃?xì)鉄崴鞑煌氖牵柲芗療崞骼玫氖翘柕妮椛錈崃?，利用冷水下降，熱水上升的原理? 如圖4所示，集熱管的截面呈板狀，上端與保溫水箱相連，接口處的設(shè)計(jì)見圖中202，可實(shí)現(xiàn)板狀集熱管的轉(zhuǎn)動(dòng)。下端與調(diào)控架相連，用專門的連接件，如圖中205所示的結(jié)構(gòu)。調(diào)控架可根據(jù)需要設(shè)計(jì)成自動(dòng)和手動(dòng)，通過操作調(diào)控架，就可以改變集熱管的受熱面積，也使室內(nèi)光線得到了調(diào)節(jié)。 2.2副水箱與管路系統(tǒng) 1 副水箱開關(guān) 2恒溫閥 3三向接頭 4保溫水箱開關(guān) 6 水源開關(guān) 圖5 管路系統(tǒng)示意圖 由于保溫水箱的水溫可達(dá)70℃—90℃，設(shè)置副水箱就可以任意調(diào)節(jié)所需溫度，副水箱可置于室內(nèi)，副水箱的容積應(yīng)與保溫水箱的容積相當(dāng)，副水箱的材質(zhì)要耐腐蝕，保證使用壽命和水質(zhì)的清潔。 管路系統(tǒng)如圖5所示，開關(guān)1打開，調(diào)節(jié)恒溫閥2，即可正常使用淋浴噴頭，開關(guān)1打開，同時(shí)關(guān)閉開關(guān)4和開關(guān)7，打開水源，就可以向副水箱供水，同樣的道理，開關(guān)4打開，同時(shí)關(guān)閉開關(guān)1和開關(guān)7，打開水源，就可以向保溫水箱供水。管道必須有很高的質(zhì)量，同時(shí)熱水管道必須做保溫處理。 3.具體實(shí)施方式與可行性分析 3.1具體實(shí)施方式 1：儲(chǔ)水箱 2：集熱管 3：調(diào)控架 4：支架 圖6整體結(jié)構(gòu)示意圖 301：拖動(dòng)爪 302：導(dǎo)桿 303：手柄 401：204的安裝孔 圖7集熱管轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置示意圖 結(jié)合圖5、圖6、圖7，一種集熱管可調(diào)的太陽能熱水器，其包括：儲(chǔ)水箱1、集熱管2、調(diào)控架3及支架4組成。儲(chǔ)水箱1可以固定在外墻壁上，集熱管2與其相連，支架4用來支撐集熱管2。集熱管2的橫截面205為板狀，通過上端接口202與儲(chǔ)水箱1相連，通過下端接口204與支架4相連，與儲(chǔ)水箱1相連的一端有通水孔201，并且可以相對(duì)儲(chǔ)水箱1和支架4轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)控架3和集熱管2相連，調(diào)控手柄303與導(dǎo)桿302相連，拖動(dòng)爪301固連在導(dǎo)桿302上，可以帶動(dòng)集熱管2轉(zhuǎn)動(dòng)。支架4上有供安裝下端接口204的安裝孔401。 使用這種集熱管可調(diào)的太陽能熱水器，在家中無人或不需要太多光照時(shí)，可以通過調(diào)控手柄303調(diào)節(jié)集熱管2的轉(zhuǎn)角，使其大面203面向陽光，太陽光都照射到集熱管2的面板上；當(dāng)家中有人時(shí)，通過調(diào)控手柄303調(diào)節(jié)集熱管2的轉(zhuǎn)角，使其棱邊向陽光，太陽光可以通過集熱管2間的間隙照進(jìn)室內(nèi)。 3.2可行性分析 3.2.1升溫效果 保溫水箱初步設(shè)計(jì)為80L，可裝水的質(zhì)量大約80kg。為初始水溫為15℃，保溫水箱可達(dá)到70℃，則保溫水箱里的水升至所需溫度所需要的熱量Q1為： Q_1=C_0 M(t_2-t_1 )=4.2×103×80×55=1.85×107J 式中: C_0—水的比熱容，取4.2×103J/(㎏×℃)； M—水的質(zhì)量； t_1—初始水溫； t_1—所需水溫。 由上式可知，保溫水箱里的水升至所需溫度所需要的熱量為1.85×107J，按照平均日照情況，集熱管設(shè)計(jì)每小時(shí)可提供熱量2.8×106J，則水溫升至70℃，需要6～7個(gè)小時(shí)，合乎用戶需求。 3.2.2噴頭水壓 我們初步設(shè)計(jì)輸水管直徑為25mm,噴頭管的直徑為20mm，壓力根據(jù)伯努利方程： z_1+P_1/ρg+α_(1 ) (v_1^2)/2g=z_2+P_2/ρg+α_(2 ) (v_2^2)/2g+h_f （1） 式中：z1為水箱內(nèi)水位高度，取3m； z2為噴頭高度，取1.7m； P1、P2分別為水箱內(nèi)的壓力和噴頭水壓； α1、α2為修正系數(shù)。 設(shè)計(jì)管中流量0.3L/s，為由式Q= 1/4 πd^2 v可得，輸水管中的水流速度v1為0.6115m/s，噴頭管中的水流速度為v2為0.9554 m/s。 〖 h〗_f=（λ_1 l_1/d_1 +ξ_1+ξ_2+ξ_3+ξ_4 ） (v_1^2)/2g+λ_2 l_2/d_2 (v_2^2)/2g （2） 〖 λ〗_1=64/R_e （3） 〖 R〗_e=vl/ν （4） 式中：ξ_1、ξ_2為輸水管的局部阻力系數(shù)，取0.5； ξ_3為三向接頭的局部阻力系數(shù)，取0.1； ξ_4為恒溫閥的局部阻力系數(shù)，取3； 〖 R〗_e為雷諾數(shù)； ν為水的粘度系數(shù)，取5.49×10-6。 由式（2）（3）（4）可計(jì)算得出總的阻力h_f為0.1608，帶入（1）式的噴頭水壓大約為1.08kPa，由此可以得出，經(jīng)過合理的安裝，可以滿足合適的淋浴用水的壓力。

作品圖片

  • 集熱管可調(diào)式太陽能熱水器的研究與開發(fā)
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的：該項(xiàng)目的目的是提供一種集熱管可調(diào)的太陽能熱水器，該太陽能熱水器可以調(diào)節(jié)集熱管的采光面積，因而它能控制通過集熱管的光的強(qiáng)度，因此他適合掛在陽臺(tái)、以及向陽窗戶的外墻壁上，這又使它具有了防盜窗以及在夏季降低室內(nèi)溫度的功能。 基本思路：集熱管可調(diào)式分體太陽能熱水器由儲(chǔ)水箱、集熱管、支架及調(diào)控架組成。儲(chǔ)水箱可以固定在陽臺(tái)、以及向陽窗戶的外墻壁上，集熱管與其相連，支架用來支撐集熱管，支架也固定在墻壁上。集熱管的形狀為板狀，并且可以相對(duì)儲(chǔ)水箱和支架轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)控架和集熱管相連，可以帶動(dòng)集熱管轉(zhuǎn)動(dòng)。，這樣就能通過調(diào)節(jié)集熱管改變集熱管的采光面積，并控制通過集熱管的光的強(qiáng)度。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、此種太陽能熱水器，在原有太陽能熱水器的基礎(chǔ)上增加調(diào)節(jié)集熱管的結(jié)構(gòu)，具有可以調(diào)節(jié)通過集熱管的光的強(qiáng)度的功能，因此可以在家中無人時(shí)將集熱管展開，需要光時(shí)將集熱管收起，這樣熱水器在提供熱水的同時(shí)還起到窗簾的作用。 2、這種太陽能熱水器可以安裝在陽臺(tái)、以及向陽窗戶的外墻壁上，在一定程度上解決了樓頂采光面積不足以及高層建筑安裝太陽能熱水器不方便的問題。 3、這種太陽能熱水器其機(jī)構(gòu)及安裝位置又決定它還具有防盜以及在夏季降低室內(nèi)溫度的功能。 技術(shù)關(guān)鍵： 集熱管的制造以及安全可靠性，太陽能熱水器的安裝（包括保溫水箱與板狀集熱管的連接、轉(zhuǎn)動(dòng)控制裝置的安裝、副水箱的固定等），管道系統(tǒng)的優(yōu)化。

科學(xué)性、先進(jìn)性

科學(xué)性:通過集熱管收集太陽光發(fā)出的熱量，把水加熱，利用熱水上升、冷水下降的原理，使熱水不斷流往保溫水箱。集熱管為板狀，通過轉(zhuǎn)動(dòng)可改變集熱管的采光面積；集熱管是黑的,有利于吸收太陽光的輻射熱；集熱管是兩層且真空的，又使得熱量不易散發(fā)到外面。 先進(jìn)性:把保溫水箱置于室內(nèi)，集熱管懸掛于窗外，充分利用室內(nèi)空間，可通過集熱管的調(diào)節(jié)，改變集熱管的采光面積，并隨之調(diào)節(jié)了室內(nèi)光線，適用于高層建筑，克服了普通熱水器在高層建筑應(yīng)用的局限性。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

暫無

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

暫無

作品可展示的形式

ppt,圖紙，圖片

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

技術(shù)進(jìn)步情況：目前關(guān)于太陽能熱水器的研究日趨成熟，有普通式太陽能熱水器分體式熱水器承壓式太陽能熱水器，但是還沒有可以調(diào)節(jié)集熱管的太陽能熱水器，因此集熱管可調(diào)式分體太陽能熱水器將具有較好的市場前景。 優(yōu)勢:把保溫水箱置于室內(nèi)，集熱管懸掛于窗外，充分利用室內(nèi)空間，可通過集熱管的調(diào)節(jié)，改變集熱管的采光面積，并隨之調(diào)節(jié)了室內(nèi)光線，適用于高層建筑，克服了普通熱水器在高層建筑應(yīng)用的局限性。 適應(yīng)范圍和推廣前景： 該項(xiàng)目是把保溫水箱置于室內(nèi)，集熱管懸掛于窗外，充分利用室內(nèi)空間，并且可通過集熱管調(diào)節(jié)室內(nèi)光線。這種熱水器適合安裝在陽臺(tái)以及窗戶的外墻面上，這就使它還具有了防盜窗以及在夏季降低室內(nèi)溫度的功能。 另外，熱水器的設(shè)計(jì)符合國家對(duì)“綠色節(jié)能建筑”的政策要求，是房地產(chǎn)商理想的配套產(chǎn)品，將成為城市節(jié)能建筑不可或缺的技術(shù)，為家庭和商務(wù)生活提供舒適的生活形態(tài)。

同類課題研究水平概述

該項(xiàng)目的目的是提供一種集熱管可調(diào)的懸掛式太陽能熱水器。隨著國內(nèi)住房的日趨緊張，高層樓房的不斷增多，居民選用的熱水器多為電熱水器和燃?xì)鉄崴鳎斐蓢?yán)重的能源浪費(fèi)，即便使用太陽能熱水器，也只能是將熱水器置于天臺(tái)，不僅占用天臺(tái)空間，而且供水系統(tǒng)復(fù)雜，維修不便。集熱管可調(diào)式分體太陽能熱水器就是為了解決上述問題而設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)思想是把保溫水箱置于室內(nèi)，集熱管懸掛于窗外，充分利用室內(nèi)空間，可通過集熱管的調(diào)節(jié)，改變集熱管的采光面積，并隨之調(diào)節(jié)了室內(nèi)光線。 國內(nèi)外關(guān)于太陽能熱水器的研究有很多，分體太陽能熱水器和壁掛式太陽能熱水器也有較大的發(fā)展，但是通過設(shè)計(jì)合理集熱管結(jié)構(gòu)來改變集熱管采光面積和室內(nèi)光線的方法還沒有人深入研究。另外，該項(xiàng)目沒有將集熱裝置與保溫水箱分開，增加了產(chǎn)品的可靠性。因此，該項(xiàng)目將具有較好的推廣前景。
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