CN102419011A - 一种具有温度控制和保护功能的真空管太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有温度控制和保护功能的真空管太阳能集热器，通过加设可自动伸缩硬质轻材绝热套管的方法，实现对水箱内水温及液面的控制、并对集热管起到隔热保护作用。加设装置包括自动伸缩套管、底支座上对应的槽孔、驱动控制器及感应装置等。该集热器分为集热、保护两种运行模式：集热模式下，套管呈收缩状态，集热器正常接受太阳能；保护模式下，多节隔热套管呈展开状态，隔断集热管与太阳辐射以及空气的再接触。通过两种模式的切换，该集热器能很好地克服传统真空管太阳能集热器的主要缺点。

Description

一种具有温度控制和保护功能的真空管太阳能集热器

技术领域

本发明涉及一种具有温度控制和保护功能的真空管太阳能集热器，通过隔热硬质套管的收缩和展开动作，实现太阳能集热器保护模式与集热模式的切换。

背景技术

在能源压力的冲击下，近年来国内新型能源太阳能相关产业迅猛发展。随着生活水平提高，人们对舒适度的要求也相应增高，目前太阳能产品的设计精髓也转为“新、合理和人性化”，以实现最大程度的节能和满足人们的生产生活需求。

在炎热的夏季，由于真空管太阳能热水器能够维持较高的热效率，白天集热水箱中水的平均温度可以达到90℃以上，这种水温不仅不能满足舒适要求反而还有烫伤的危险；一般水质在超过75℃时容易产生水垢，水垢会在集热管上层层积累，而由于水垢的导热系数很低，即其导热能力很差，累积的水垢会逐渐影响整个系统的热效率，长期如此，会大大缩短集热管的使用寿命；水温过高时还会导致集热管内水的部分蒸发，造成资源浪费；除此之外，真空管集热器在高温下容易发生热短路，在冰冻环境下易发生爆管现象，并且不能承受空晒，即集热管和集热水箱内的水量过少；另外，由于传统全玻璃真空管集热器的集热管口部与联集箱内胆之孔是用密封圈直接连接的，而集热管直接暴露在阳光下，因此会导致集热管耐冷热冲击性能较差，缩短使用寿命；在雨雪、冰雹等恶劣环境下，真空集热器也容易受撞击而造成损坏。

因此，为了控制集热器内水温、保护集热器在恶劣气候下免受损伤，为真空管集热器加装可收缩套管具有十分重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种具有温度控制和保护功能的真空管太阳能集热器，通过加设自动伸缩套管的方式，达到对集热器的温度控制和保护的作用，能够有效地解决传统真空管集热器的主要问题。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的一种具有温度控制和保护功能的真空管太阳能集热器，包括具有底支座的集热器支架、若干根并排放置在集热器支架上的真空管和与所述真空管相连的集热水箱，所述真空管太阳能集热器还包括若干个由电机驱动的、具有固定端和活动端的自动伸缩套管，温度感应装置，液面感应装置和驱动控制器，其中：

单个所述自动伸缩套管的固定端以与每根所述真空管成同心圆的形式固定于真空管和集热水箱交汇处的集热水箱上，所述集热器支架的底支座上设有与所述自动伸缩套管的活动端相匹配的槽孔，所述自动伸缩套管的活动端置于所述槽孔内；

所述温度感应装置和液面感应装置分别设于所述集热水箱内；

所述驱动控制器的输入端分别与所述温度感应装置和液面感应装置相连，用于接收温度感应装置发出的温度信号以及液面感应装置发出的液面高度信号，其输出端分别与每个所述自动伸缩套管的电机相连，用于向电机发出控制信号。

上述的一种具有温度控制和保护功能的真空管太阳能集热器，其中，所述槽孔内设有密封圈。

本发明的一种具有可伸缩绝热硬质轻材多节套管的真空管集热器，针对传统真空管集热器升温过快温度过高且玻璃材质易损坏的缺点，加设自动伸缩套管后，该集热器可通过套管的收缩、展开实现集热模式和保护模式的转换。在集热模式下，套管呈收缩状态，集热管正常接收太阳能，且收缩部分的套管还可增强集热管的耐冷热冲击的性能；在保护模式下，硬质套管呈展开状态，有效隔断集热器与太阳辐射以及空气的再接触，达到温控和保护的作用。

本发明集热器可以有效防止集热温度过高造成的烫伤及水源蒸发浪费、热短路和爆管现象，并能减少高温下水垢的生成、从而减缓集热器的老化，除此之外，还能防止灾害性气候如冰雹对集热器造成的损坏。

附图说明

图1是本发明装置的集热模式的结构示意图(自动伸缩套管呈收缩状态)；

图2是本发明装置的保护模式的结构示意图(自动伸缩套管呈展开状态)。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，图中示出了本发明具有温度控制和保护功能的真空管太阳能集热器的结构示意图。本发明真空管太阳能集热器包括具有底支座7的集热器支架1、若干根并排放置在集热器支架1上的真空管6和与真空管6相连的集热水箱4，本发明真空管太阳能集热器还包括若干个由电机驱动的、具有固定端和活动端的自动伸缩套管5，温度感应装置3，液面感应装置2和驱动控制器9。

单个自动伸缩套管5的固定端以与每根真空管6成同心圆的形式固定于真空管5和集热水箱4交汇处的集热水箱4上，集热器支架1的底支座7上设有与自动伸缩套管5的活动端相匹配的槽孔8，自动伸缩套管5的活动端置于该槽孔8内，每个槽孔8内设有密封圈。

温度感应装置3和液面感应装置2分别设于集热水箱4内。

驱动控制器9的输入端分别与温度感应装置3和液面感应装置2相连，用于分别接收温度感应装置3发出的温度信号以及液面感应装置2发出的液面高度信号，其输出端分别与每个自动伸缩套管5的电机相连，用于向电机发出控制信号。

集热器支架1，起到固定集热器并可进行角度调节的作用，安装时需保证其具有足够承重能力、较好的耐腐蚀性，及牢固、平稳的特性，集热器支架1材料可以采用镀锌角铁、铝合金材料但不限于这两种材料。

液面感应装置2，可探测到集热水箱4中的液面位置。

温度感应装置3，可探测到集热水箱4中的水的温度，可选用“一种高精度感温探头”(公开号：CN102062642A)中公开的感温探头，但不限于这一种装置。

自动伸缩套管5，其固定端以同心圆的形式分别与每根真空管6固定在集热水箱4上，其活动端在保护模式时插入底支座7上相应的槽孔8中。自动伸缩套管5采用的材质应为硬质轻材，有一定的耐腐蚀性和绝热保温的功能，可通过硬质轻金属材料内外壁添加涂层的方式实现，多节套管的内径应逐层递减，能够完整收缩，并能稳定地节节相接展开且不易变形。自动伸缩套管5是本发明的核心，需要强调其材质的选用、安装方式及收缩拉伸的实现方式：在材质上应为硬质轻材添加绝热、防腐蚀等涂层；安装方面要保证自动伸缩套管5和真空管6确为同心圆方式，且两者之间应保证有一定的空隙，防止真空管6遭到破坏，并尽量做到自动伸缩套管5收缩后少遮挡真空管6；在功能实现方式方面，为保证自动伸缩套管5在收缩和展开的过程中不会损坏真空玻璃管，其过程要缓慢，并可在真空管6外、自动伸缩套管5内安装简单的导轨设施，如在真空管6平面内以略小于套管最小内径的距离平行安装竖管，但不限于这种方式；另外，在保护模式下，套管展开完成后，要保证自动伸缩套管5的活动端插入底支座7的槽孔8中，这样才能更好地起到隔离阳光和空气的作用，并能更好地发挥其抵抗冰雹等灾害天气的功能；自动伸缩套管5的收缩、展开运动形式，可采用通过弹簧实现的弹性运动，也可采用上下部辅助的往复拉伸、收缩运动，但不限于这两种方式。

驱动控制器9，输入端分别与温度感应装置3和液面感应装置2相连，用于分别接收温度感应装置3发出的温度信号以及液面感应装置2发出的液面高度信号，其输出端分别与每个自动伸缩套管5的电机相连，用于向电机发出控制信号；在具体选择时，可以选用西门子PLC电路板实现控制，但不限于这一种方式，由于此内容非本发明专利内容故在此不再赘述。

从自动伸缩套管5的活动端在插入底支座7上相应的槽孔8时的密封方式来说，可采用硅橡胶密封圈密封、并保证有微量的活动范围，也可只做孔槽，不进行特殊密封方式。

使用之前，用户需要按各自需求在驱动控制器9上设定温度上、下限以及水箱内液面防止空晒时的最低保护位置，设定之后，驱动控制器9可以帮助实现以下两种模式：

集热模式：当温度传感器2探测到的温度低于用户设定的下限温度、并且液面位置传感器3探测到的液面高于用户设定的液面限制时，电机会趋使自动伸缩套管5，如图1所示，此时集热管能充分吸收太阳辐射能，并且收缩起来的套管部分还能为高温集热管和温度相对较低的集热水箱之间提供过渡，增强真空管6耐冷热的性能；同时值得注意的是，只有在晴好的白天，即阳光充足的情况下才能实现集热功能，在阴雨天或者傍晚集热功能失效；

保护模式：由温度传感器3和液面位置传感器2分别探测集热水箱4内的水温和液面，当探测到的温度数据超过用户的设定的温度上限、或液面位置低于设定的液面位置、或两者兼有时，驱动控制器会控制相应的传动机械展开套管，直至套管活动端插入底支座7上的槽孔8为止，最终移动到图2所示位置。此时，展开的套管可以遮蔽整个真空管6，从而将集热管与空气和太阳辐射隔离开来。当用户长期不用集热器，或冰冻等灾害严重时，也可使自动伸缩套管5展开插入槽孔8，保护集热器免受伤害。

本发明可采用的操作方式为自动操作、手动操作，或者两者结合的操作方式，自动操作方式主要应用于对系统自动化程度要求较高的用户上。

从真空管6加装自动伸缩套管5的具体方式上来说，可以单独对每根真空管6以同心圆方式加装自动伸缩套管5，也可以对全部真空管6进行整体加装，还可以根据实际情况对真空管6采用其他可行方式的加装。

本发明针对传统真空管集热器升温过快温度过高且玻璃材质易损坏的缺点，加设自动伸缩套管5后，该集热器可通过套管的收缩、展开实现集热模式和保护模式的转换。这种集热器可以有效防止集热温度过高造成的烫伤及水源蒸发浪费、热短路和爆管现象，并能减少高温下水垢的生成、从而减缓集热器的老化，除此之外，本发明还能防止灾害性气候如冰雹对集热器造成的损坏。

夏季时，自动伸缩套管5在收缩状态下为暴露在阳光下的高温集热管与水箱内相对较低的水温提供过渡，以此增强集热管耐冷热的性能，在展开状态下可有效避免水温过高造成的热短路、蒸发浪费水资源、易产生水垢降低集热器性能等问题；冬季时，展开套管可保护集热管免受冰冻破坏，从而延长其寿命；在冰雹等恶劣天气运行时，可以展开套管保护集热管不被损坏。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (2)

1.一种具有温度控制和保护功能的真空管太阳能集热器，包括具有底支座的集热器支架、若干根并排放置在集热器支架上的真空管和与所述真空管相连的集热水箱，其特征在于，所述真空管太阳能集热器还包括若干个由电机驱动的、具有固定端和活动端的自动伸缩套管，温度感应装置，液面感应装置和驱动控制器，其中：

单个所述自动伸缩套管的固定端以与每根所述真空管成同心圆的形式固定于真空管和集热水箱交汇处的集热水箱上，所述集热器支架的底支座上设有与所述自动伸缩套管的活动端相匹配的槽孔，所述自动伸缩套管的活动端置于所述槽孔内；

所述温度感应装置和液面感应装置分别设于所述集热水箱内；

所述驱动控制器的输入端分别与所述温度感应装置和液面感应装置相连，其输出端分别与每个所述自动伸缩套管的电机相连。

2.如权利要求1所述的一种具有温度控制和保护功能的真空管太阳能集热器，其特征在于，所述槽孔内设有密封圈。

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