CN101970945A - 用于太阳能收集器的温度控制设备 - Google Patents

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CN101970945A CN2009801055653A CN200980105565A CN101970945A CN 101970945 A CN101970945 A CN 101970945A CN 2009801055653 A CN2009801055653 A CN 2009801055653A CN 200980105565 A CN200980105565 A CN 200980105565A CN 101970945 A CN101970945 A CN 101970945A
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Abstract

一种与太阳能收集器一起使用的太阳能收集器温度控制设备，该太阳能收集器至少包括一个太阳能管(11)，在使用中太阳能管的内部容纳热交换器或类似物和/或热交换介质，所述温度控制设备包括控制器和护罩(19)，护罩与太阳能管的外壁相关联并在太阳能管的长度的至少一部分上延伸，所述护罩具有足够延伸至部分围绕太阳能管的角度范围。护罩被支撑为绕太阳能管的中心轴在远离辐射源的第一位置和最靠近辐射源的第二位置之间可转动。控制设备还包括：传感器，适合于感知被太阳能管容纳的热交换器或类似物和/或热交换器介质的温度，驱动设备(21，25，29)，被控制器可操作地控制，以根据容纳于太阳能管内部的热交换器或类似物和/或介质的温度促使护罩绕太阳能管的中心轴在第一和第二位置之间转动。

Description

用于太阳能收集器的温度控制设备
技术领域
本发明涉及一种控制太阳能收集器的温度特别是用于防止滞止点温度发生的装置。
背景技术
下面将要讨论的背景技术仅旨在为了便于理解本发明。所讨论的内容并非承认或允许所提及的任何材料属于或者曾经属于本申请优先权日之前的常规一般技术的一部分。
本发明的一个应用涉及太阳能热水器。在太阳能热水器的例子中，由太阳能收集器的未经控制的太阳能热量吸收通常导致由太阳能收集器加热的系统主要热传递液体的过度加热。当对所存储的热水的需求低或不使用而同时处于高太阳能照射的时候，系统中的温度会上升到其滞止点(stagnation point)，在太阳能管的例子中，滞止点能够超过250摄氏度。这种情形常常会导致对系统组件的损害，或者产生对使用者不安全的调整情形。此外，这种水被过加热的可能性已经需要应用具有很多必要条件，以确保热水的使用者不受伤害。这样的必要条件包括控制要传递到热水出口的水，以确保其处于安全温度。此外，过度加热可能导致经过太阳能收集器的热交换介质汽化和/或加热介质中的化学反应，该化学反应导致结垢或由液体变成固体的沉淀。作为上述问题的结果，常规做法是，通过低程度设计(under-design)太阳能热水系统来调和过度加热，以避免在太阳能照射较高的时候的过度加热，然而，这意味着，在太阳能照射较低的日子，系统会运行欠佳。
本发明具体应用到利用“太阳能管”的太阳能收集器。尽管太阳能管在太阳能的收集中非常经济有效，但它们确实也存在如上文指出的滞止点所造成的问题。这种情况特别是在遭受高度太阳能照射的环境中。
发明内容
贯穿说明书和权利要求书，除非内容中要求，否则，术语“太阳能管”应当认为包括具有两个端部和基本圆形的横截面的双壁管，其中，双壁在它们自身之间限定了已被抽真空的封闭空间，并且管的内部旨在在使用中容纳待加热的介质，该待加热的介质可包括流体和/或热交换器或类似的待加热的物体。在一些情况下，太阳能管的一端是封闭的。
贯穿说明书和权利要求书，除非内容中要求，否则，词语“包括”或诸如“包括(单数)”或“包括(动名词)”的变形，都会理解为，包含所述的整体中或者一组整体中，而并不排除在任意其他整体或其他组整体中。
据此，本发明涉及一种旨在与太阳能收集器一起使用的太阳能收集器温度控制设备，该太阳能收集器包括至少一个太阳能管，在使用中太阳能管的内部容纳热交换器或类似物体和/或热交换介质，所述温度控制设备包括控制器和护罩，护罩与太阳能管的外壁相关联并且在太阳能管的长度的至少一部分上延伸，所述护罩具有足够延伸至部分地围绕太阳能管的角度范围，护罩被支撑为围绕太阳能管的中心轴在远离辐射源的第一位置和最靠近辐射源的第二位置之间可转动，控制设备还包括：适合于感知被太阳能管所容纳的热交换器或类似物体和/或热交换器介质的温度的传感器，驱动设备，被控制器可操作地控制，以根据容纳于太阳能管内部的热交换器或类似物体和/或介质的温度，促使护罩围绕太阳能管的中心轴在第一和第二位置之间转动。
根据本发明的优选特征，护罩被支撑为围绕太阳能管的中心轴在一位置范围内可转动，所述位置范围包括远离辐射源的第一位置和最靠近辐射源的第二位置。
根据本发明的优选特征，护罩的角度范围是约180°。
根据本发明的优选特征，护罩在太阳能管的基本整个长度上延伸。
根据本发明的优选特征，护罩的外表面是反射太阳能辐射的。
根据本发明的优选特征，护罩的内表面是反射太阳能辐射的。
根据本发明的优选特征，其中护罩包括伸长单元，该伸长单元被支撑为相对于管平行，以可围绕中心轴同轴地转动。根据本发明的优选特征，护罩被支撑为可相对于太阳能管成角度地偏置。根据本发明的可选的优选特征，护罩被支撑于太阳能管，该太阳能管被支撑为关于中心轴成角度地偏置。根据本发明的优选特征，对驱动设备的可操作的连接包括与护罩相关联地设置的齿状结构，所述齿状结构与螺旋小齿轮相接合，该螺旋小齿轮被促使转动以促使护罩的转动。根据本发明的优选特征，对驱动设备的可操作的连接包括与太阳能管相关联地设置的齿状结构，所述齿状结构与螺旋小齿轮相接合，该螺旋小齿轮被促使转动以促使太阳能管的转动。
根据本发明的优选特征，护罩从沿着太阳能管的长度的至少一个位置被支撑于太阳能管，其中，所述太阳能管被支撑为围绕其中心轴可转动，所述驱动设备可操作地连接到太阳能管，以促使所述转动。根据本发明的优选特征，护罩被支撑于管的至少一个端部处。根据本发明的可选的优选特征，护罩被支撑于管的至少每个端部处。
根据本发明的优选特征，护罩包括在太阳能管上的外壁的一部分，该部分被处理为对太阳能辐射不透明，并且其中所述太阳能管被支撑为围绕其中心轴可转动，所述驱动设备可操作地连接到太阳能管，以促使所述转动。根据本发明的优选特征，护罩包括施加到太阳能管的涂敷层。根据本发明的可选的优选特征，涂敷层包括粘合到太阳能管的带。根据本发明的可选的优选特征，涂敷层包括施加到太阳能管的膜。
根据本发明的优选特征，对驱动设备的可操作的连接包括与太阳能管相关联地设置的齿状结构。根据本发明的优选特征，齿状结构与套元件相关联，该套元件以握紧的方式被接收到太阳能管的一个端部上。根据本发明的优选特征，套元件被可转动地接收在容纳驱动设备的壳体中。根据本发明的优选特征，太阳能管的该一个端部为封闭端部。
根据本发明的可选的优选特征，太阳能管的该一个端部为开口端部。
根据本发明的优选特征，套元件包括模制元件，该模制元件具有与该一个互补的内部构造，并且齿状结构围绕套元件的外表面形成。
根据本发明的优选特征，驱动设备包括设置在驱动轴上的齿状链轮，并且所述齿状结构由另一齿状链轮所提供，其中还有将链轮可驱动地互连的循环链。
根据本发明的优选特征，驱动设备包括服从于温度情况的元件，所述温度情况是容纳于太阳能管内部的热交换器或类似物体和/或介质的温度情况的代表，并且其中该元件会根据温度变化而经受纵向膨胀和收缩。
根据本发明的优选特征，驱动设备包括电动马达。根据本发明的优选特征，电动马达的电源来自光电装置。根据本发明的优选特征，光电装置连接至蓄电池，其中，马达由电池和/或光电装置驱动。
根据下述多个具体实施例的说明，本发明将会变得更加容易理解。
附图说明
根据如下附图，本发明将会变得更加容易理解，其中：
图1是结合有根据第一实施例的温度控制设备的太阳能收集器的总体的等距视图；
图2是部分的等距视图，示出了护罩的驱动连接，示出了根据第一实施例的处于其非防护位置的护罩；
图3是与图2相应的等距视图，示出了根据第一实施例的处于其的防护位置的护罩；
图4是太阳能管的放大图，示出了根据第一实施例的护罩的驱动连接；
图5是根据第一实施例的用于护罩和驱动小齿轮的支撑的等距视图；
图6是结合有根据第二实施例的温度控制设备的太阳能收集器的部分的等距视图；
图7是结合有根据第二实施例的温度控制设备的太阳能收集器的局部剖侧视图；
图8是示出了根据第二实施例的驱动设备的等距视图。
具体实施方式
如在图1至5中所示的第一实施例涉及一种滞止控制设备，其能够与太阳能收集器一同使用，其中太阳能收集器包括一组太阳能管11，该组太阳能管被支撑于支撑基部13，相对于彼此成基本平行关系。每个太阳能管都具有封闭端部和开口端部。支撑基部23提供有上部壳体15和一组直立支撑部17，太阳能管的开口端部由所述上部壳体支撑，所述直立支撑部接收并支撑太阳能管11的最低的封闭端部。这样设置太阳能管的支撑部，使得太阳能管能够在由基部提供的支撑部中绕着太阳能管的中心纵轴转动。每个太阳能管均与容纳于太阳能管内部的热交换器或类似物体和/或介质相关联。
每个太阳能管均与护罩19相关联，该护罩基本延伸至太阳能管的整个长度。护罩19的内和外表面都是反射太阳能辐射的。每个护罩分别在各自对应的太阳能管的长度方向上延伸并且横向弯曲。此外，每个护罩都被支撑为与太阳能管同心，并且具有侧部区域，从而使得以180度的角度围绕管。太阳能管11的开口端部被支撑于环形套，该环形套摩擦地或者粘合地保持在太阳能管上，以相对于太阳能管固定。太阳能管的封闭端部被可转动地接收于各自对应的直立支撑部17，所述直立支撑部经由适合的轴承提供对太阳能管的转动支撑。由于基部所提供的支撑部，在太阳能管转动的全过程，太阳能管始终保持排列对齐。
位于太阳能管开口端部的环形套21被可转动地支撑于壳体内的直立支撑件23，以由各自对应的支撑部提供对太阳能管的支撑。套21形成有齿状外周圈。壳体15还支撑螺旋小齿轮25，该螺旋小齿轮基本在壳体15的整个长度范围延伸，并且定位为使得小齿轮25上的螺旋结构与环形套21的齿状周圈螺旋地相接合。如图5所示，螺旋小齿轮容纳在设置在壳体中的管状轴颈27中，其中轴颈在对应于每个环状套21所在位置的位置上设置有开口，以确保环状套21的齿状周圈与小齿轮25之间的接合。小齿轮可驱动地连接至电动马达29，并且如果需要的话，提供给驱动马达29的电可以来自光电装置。
马达27的操作受到控制器的影响，该控制器与温度传感器相关联，该温度传感器适合于感知容纳于至少一个太阳能管的内部的热交换器或类似物体和/或介质的温度。
在操作中并处于太阳能收集模式时，护罩定位为尽可能地远离太阳能辐射源，并且使得太阳管完全暴露在太阳能辐射下。在至少一个太阳能管中的热交换器或类似物体或介质被加热到不想要的温度的情况下，控制设备促使驱动马达29的工作，所述马达随后会促使小齿轮轴25转动，而小齿轮轴的转动随后会促使一个套21的转动，以及由此使得太阳能管和所附接的护罩19转动到一位置，在该位置上，护罩覆盖太阳能管的至少一部分，以减少射入到太阳能管的内壁上的太阳辐射的量。太阳能管的转动角度取决于容纳于太阳能管内的介质的过加热的程度。在最极端的情况下，护罩会处在完全覆盖太阳能管的位置，以防止任何太阳辐射入射到太阳能管上，如图3所示。护罩的外表面的反射性能会确保，当护罩覆盖太阳能管时，其上任何照射到其上的太阳辐射都会被反射并且太阳能管的加热程度将会最小化。
此外，护罩的内表面也表现出反射性。如图2所示，这起到了在护罩处于其远离位置时使得对入射到太阳能管上的太阳辐射的收集最大化的作用。在普通环境下，入射到太阳能管的双壁之间的空间中以及内壁的每一侧的太阳辐射不会被收集。护罩的反射性内表面的存在起到了反射这种太阳辐射的作用，从而使得太阳辐射再次反射到太阳能管的内壁的后部。
根据实施例的进一步特征，驱动设备可以在出现诸如强风或冰雹或暴雨的危险天气的情况下被促动，以便可以使得太阳能管转动到护罩处于覆盖太阳能管的覆盖位置的位置上，以避免对太阳能管的损害。此外，驱动设备可以在夜晚被促动，以便使太阳能管能够转动到护罩处于覆盖太阳能管的覆盖位置的位置上，以避免太阳能管的辐射损耗。
在图6至8中描述了本发明的第二实施例。第二实施例包括护罩19，该护罩在内和外表面都具有反射性，并且该护罩包括涂层，在本实施例的例子中，涂层采用带的形式，该带粘合至太阳能管的外表面，以延伸至管的整个长度并180度地围绕管。此外，在第二实施例的例子中，太阳能管的开口端部被可转动地支撑于支撑部(未示出)，所述支撑部接收并支撑太阳能管11的开口端部，以允许太阳能管的自由转动。最低的封闭端部也是可转动地被支撑于壳体15，该壳体容纳了布置并构造成促使太阳能管可控制的转动的驱动设备。太阳能管的封闭端部经由套元件31被支撑于壳体。每个套元件包括模制件，该模制件的一端具有杯状接收部33，该杯状接收的形状被设置为贴切地接收太阳能管11的封闭端部，并使得它相对于太阳能管固定。套的另一端部形成为接头(spigot)35，该接头自接收部轴向延伸并且被接收穿过壳体的邻近的壁23。接头具有外部部分37，该外部部分具有减小的直径并且被贴切地保持在链轮41的轴向套管39，所述链轮由内部元件43可转动地支撑。
内部元件43包括接收在形成壳体15的部件中的矩形中空部件。内部元件包括一对沟槽元件43a和43b，它们彼此相对地固定在一起，以限定封闭的纵向空间。与各太阳能管相关联的链轮通过轴承45和47被支撑于内部元件43的相对的壁位于由沟槽元件43a和43b所限定的空间内，并被循环链49可驱动地互连。链轮的一个端部41a(如图7和8所示)与电驱动马达29相关联，该马达与控制器相关联，以根据太阳能管的内部温度来促使太阳能管的节点旋转，如在第一实施例中所描述的。
第二实施例的另一特征是，电动马达29的能量来自于蓄电池，该蓄电池通过光电装置来充电，该光电装置被定位为收集入射的太阳能辐射。能量供给也能够改变，当没有太阳能入射到光电装置上并且电池中的电量不充分时，马达29能够自供电电网或其他可选的电源中获得能源。
根据本发明的第二实施例的另一特征，还可以根据太阳相对于收集器的位置来控制太阳能管的驱动设备，从而使得太阳能管会转动，以便追踪太阳的运动，并且在整个白天护罩都处于其最远离太阳的位置，从而起到使太阳能管的收集能力最大化的作用。
第二实施例的另一特征在于，具有被编程为在黄昏时促使护罩转动以覆盖太阳能管的控制器。这起到了减少由于太阳能管的辐射而带来的热量损失的作用，并且起到了提供太阳能管的某些绝热能力的作用。
根据本发明的可选实施例，护罩可以采取施加到太阳能管的外壁的一部分上的处理和/或涂敷层和/或膜的形式，并且太阳能管可转动的支撑在壳体中。处理可包括施加到外壁的内或外表面上的反射性涂敷层和/或膜，其中涂敷层在管的整个长度上延伸而且还具有180度的角度范围。
根据本发明的可选实施例，太阳能管相对于基部固定，并且护罩被支撑为围绕各自对应的管的中心纵向轴可转动。
根据本发明的可选实施例，小齿轮和执行器的驱动不仅可以采用电动马达，而且还可以采用其他合适的装置。此外，作用于前述实施例中太阳能管和/或护罩的旋转的驱动不必局限于附图中示出的以及关于第一实施例所描述的驱动布置。一种可替代的驱动布置是包括与线性执行器相关联的齿条和小齿轮驱动布置，其中该线性执行器利用一元件根据温度情况的膨胀和收缩来控制，该温度情况代表太阳能管内的温度情况。
本发明并非限于在此所描述的任何具体实施例的范围。这些实施例仅旨在用于举例说明的目的。功能上等效的产品、结构和方法都清楚地落入在此所描述的本发明的范围。

Claims (30)

1.一种用于与太阳能收集器一起使用的太阳能收集器温度控制设备，该太阳能收集器包括至少一个太阳能管，在使用中该太阳能管的内部容纳热交换器或类似物体和/或热交换介质，所述温度控制设备包括控制器和护罩，该护罩与该太阳能管的外壁相关联并且在该太阳能管的长度的至少一部分上延伸，所述护罩具有足够延伸至部分围绕太阳能管的角度范围，该护罩被支撑为围绕太阳能管的中心轴在远离辐射源的第一位置和最靠近辐射源的第二位置之间可转动，该控制设备还包括：传感器，适合于感知被该太阳能管所容纳的热交换器或类似物体和/或热交换器介质的温度，驱动设备，被该控制器可操作地控制，以根据容纳于该太阳能管内部的热交换器或类似物体和/或介质的温度来促使该护罩围绕该太阳能管的中心轴在该第一和第二位置之间转动。
2.根据权利要求1所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该护罩被支撑为，围绕该太阳能管的中心轴在一位置范围内可转动，所述位置范围包括远离该辐射源的第一位置和最靠近该辐射源的第二位置。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该护罩的角度范围是约180°。
4.根据权利要求1或2或3所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该护罩在该太阳能管的基本整个长度上延伸。
5.根据前述任一权利要求所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该护罩的外表面是反射太阳能辐射的。
6.根据前述任一权利要求所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该护罩的内表面是反射太阳能辐射的。
7.根据前述任一权利要求所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该护罩包括伸长单元，该伸长单元被支撑为相对于管平行，以可围绕该中心轴同轴地转动。
8.根据权利要求7所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该护罩被支撑为相对于该太阳能管成角度地偏置。
9.根据权利要求7所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该护罩被支撑于该太阳能管，该太阳能管被支撑为关于该中心轴成角度地偏置。
10.根据权利要求7或8所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，对该驱动设备的可操作的连接包括与该护罩相关联地设置的齿状结构，所述齿状结构与螺旋小齿轮相接合，该螺旋小齿轮被促使转动以促使该护罩的转动。
11.根据权利要求7或9所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，对该驱动设备的可操作的连接包括与该太阳能管相关联地设置的齿状结构，所述齿状结构与螺旋小齿轮相接合，该螺旋小齿轮被促使转动以促使该太阳能管的转动。
12.根据权利要求1至6中任一所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该护罩从沿着该太阳能管的长度的至少一个位置被支撑于该太阳能管，其中所述太阳能管被支撑为围绕其中心轴可转动，所述驱动设备可操作地连接到该太阳能管，以促使所述转动。
13.根据权利要求12所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该护罩被支撑于该管的至少一个端部处。
14.根据权利要求12所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该护罩被支撑于该管的至少每个端部处。
15.根据权利要求1至6中任一所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该护罩包括该太阳能管上的外壁的一部分，该部分被处理成对太阳能辐射不透明，并且其中，所述太阳能管被支撑为围绕其中心轴可转动，所述驱动设备可操作地连接到该太阳能管，以促使所述转动。
16.根据权利要求15所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该护罩包括施加到该太阳能管的涂敷层。
17.根据权利要求16所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该涂敷层包括粘合到该太阳能管的带。
18.根据权利要求17所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该涂敷层包括施加到该太阳能管的膜。
19.根据权利要求12至18以及9中任一所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，对该驱动设备的可操作的连接包括与该太阳能管相关联地设置的齿状结构。
20.根据权利要求19所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该齿状结构与套元件相关联，该套元件以握紧的方式被接收到该太阳能管的一个端部上。
21.根据权利要求20所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该套元件被可转动地接收在容纳该驱动设备的壳体中。
22.根据权利要求20或21所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该太阳能管的该一个端部为封闭端部。
23.根据权利要求20或21所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该太阳能管的该一个端部为开口端部。
24.根据权利要求20、21或22或23所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该套元件包括模制元件，该模制元件具有与该一个互补的内部构造，并且该齿状结构围绕该套元件的外表面形成。
25.根据权利要求19至24中任一所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该驱动设备包括设置在驱动轴上的齿状链轮，并且所述齿状结构由另一齿状链轮所提供，其中还有将链轮可驱动地互连的循环链。
26.根据前述任一权利要求所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该驱动设备包括服从于温度情况的元件，所述温度情况是容纳于该太阳能管内部的热交换器或类似物体和/或介质的温度情况的代表，并且其中该元件会根据温度变化而经受纵向膨胀和收缩。
27.根据权利要求1-26中任一所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该驱动设备包括电动马达。
28.根据权利要求28中的太阳能收集器温度控制设备，其中，该电动马达的电源来自光电装置。
29.如权利要求29所述的太阳能收集器温度控制设备，其中，该光电装置连接至蓄电池，其中，该马达由电池和/或光电装置驱动。
30.一种参照附图并基本如文中所述的太阳能收集器温度控制设备。
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