CN102538233A - 一种双联式太阳能集热器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能开发、应用的领域，特别是一种双联式太阳能集热器。一种双联式太阳能集热器，包括，采光集热系统、阳光跟踪系统及器体器架系统；所述的采光集热系统，包括，聚氨酯保温箱(1)、盘管水箱(3)、凸透镜群(7)及透镜群支架(13)；所述的阳光跟踪系统，包括，阳光跟踪器(5)、水平转轴(18)、双联支架(19)、步进电机A(25)及步进电机B(26)；所述的器体器架系统，包括，自动补水箱(10)、驱动箱(14)、器体(17)及转轴座(22)；本发明的双联式太阳能集热器，采用单个凸透镜组成凸透镜群(7)，以类似“狼群战术”的设计方案，结合先进的阳光跟踪器(5)与步进电机A(25)及步进电机B(26)联动，达到实时精准地调整太阳能集热器的中心轴与太阳光线轴保持严格的平行，以取得太阳能利用的最大热效值。

Description

一种双联式太阳能集热器
技术领域
本发明属于太阳能开发的领域，特别是一种双联式太阳能集热器。
背景技术
太阳能能源是来自地球外部天体的能源，人所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。太阳能是氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，太阳能是人类能源的宝库，如化石能源、地球上的风能、生物质能都来源于太阳。太阳能的利用分为间接利用太阳能和和直接利用太阳能二种，如：间接利用的有化石能源、生物质能；直接利用有集热器（平板型集热器、聚光式集热器）、太阳能电池等。 
发明内容
本发明之目的是向社会提供一种太阳能集热器，本发明的太阳能集热器，具有实时跟踪、集群式凸透镜聚焦、集能功能强劲的特点。
本发明的优点在于。 
1、器材易得。本发明的主要器材是司空惯见的凸透镜，凸透镜在市场上随处可得，方便器材的采购及自行制作太阳能集热器。
2、实时跟踪。实时精准跟踪阳光，是决定太阳能集热器工作效率的决定因素，凸透镜只有与太阳光轴处于垂直状态的情况下，凸透镜的焦点才能得到最大的热值，本发明采用全自动的阳光实时跟踪器，控制俯仰及水平二电机的旋转，保持太阳能集热器上的集群式凸透始终与太阳光轴处于垂直的状态。
3、结构紧凑。本发明的太阳能集热器，结构紧凑，所以体积明显小于采用凹面镜聚焦的太阳能集热器，若需大功率采热的情况下，可根据具体的使用环境，制作成集约模式，为家庭暖气、宾馆热水制取、甚至太阳能发电都有其广泛的用武之处。
4、无碳环保。无碳环保，一目了然，不作赘述。
本发明的技术方案是这样实现的。
一种双联式太阳能集热器，包括，采光集热系统、阳光跟踪系统及器体器架系统；所述的采光集热系统，包括，聚氨酯保温箱(1)、蒸汽输出管 (2)、盘管水箱(3)、水箱盘管(4)、玻璃框(6)、凸透镜群(7)、平玻璃(11)、补水管(12)、透镜群支架(13)、自攻镙丝(15)、保温箱框口(16)及水箱的安调镙铨(29)；所述的阳光跟踪系统，包括，阳光跟踪器(5)、驱动箱(14)、水平转轴(18) 、双联支架(19)、转轴套B(20)、转轴套A(23)、齿轮组A(24)、步进电机A (25)、步进电机B (26)、连轴(27)及齿轮组B(28)；所述的器体器架系统，包括，器体短轴(8)、自动补水阀(9)、自动补水箱(10)、器体(17)、驱动箱门( 21) 及转轴座(22)。
所述的聚氨酯保温箱(1)，采用聚氨酯发泡整体成型，呈上、下、左、右、后的五面体；所述的整体成型的，箱式结构的聚氨酯保温箱(1)的保温箱框口(16)的内侧，设有一个台阶状的凹口，形成安装平玻璃(11)的玻璃框(6)；所述的玻璃框(6)上，安装由多个单体的凸透镜，以整齐遍布的方式，嵌镶于透镜群支架(13)圆孔上的凸透镜群(7)；所述的凸透镜群(7)上，复盖有平玻璃(11)；所述的平玻璃(11)，由自攻镙丝(15)，固定安装于玻璃框(6)上，形成封闭式的聚氨酯保温箱的整体。
聚氨酯材料是国际上性能最好的保温材料，导热系数仅为0.018~0.024w/（m．k）；所述的聚氨酯保温箱(1)这一结构，在夏日不设凸透镜的阳光下，保温箱之内的温度就可达90℃上下，在凸透镜群(7)大面积集约化聚焦集热的情况下，盘管水箱(3)中的水体，很快沸腾并产生蒸气。
所述的聚氨酯保温箱(1)，位于器体(17)之中，聚氨酯保温箱(1)与器体(17)，呈紧密配合的结构。
所述的聚氨酯保温箱(1)内，还安装有盘管水箱(3)，盘管水箱(3)内，设有水箱盘管(4)；所述的水箱盘管(4)，呈纵向的“S”型走向，呈“S”型走向的水箱盘管(4)一侧的下方，设有补水管(12)；水箱盘管(4)的另一侧的上方，设有蒸气管(3)；盘管水箱(3)的四角，设有调整水箱与凸透镜焦点相吻合的安调镙铨(29)。
所述的盘管水箱(3)，是由前后二片吸热效果优异的金属材料制成的；所述的盘管水箱(3) 的形状，是依据水箱盘管(4)的外形，经冲压、焊接后成形的；所述的盘管水箱(3)正面的水箱板，充当太阳能集热器的集热板。
所述的集热采光系统中的凸透镜群(7)，是由多个的单体凸透镜，以整齐遍布的模式嵌镶于透镜群支架(13)上专设的圆孔中，形成所述的凸透镜群(7)；所述的凸透镜群(7)的面积，与聚氨酯保温箱(1)的箱口面积相同；所述的凸透镜群(7)的上方，设有保温及保护作用的平玻璃(11)；所述的平玻璃(11)，既保护了凸透镜群(7) 防尘防灰及安装的稳定性，又起着箱内温度免遭流失的多重作用。
所述的阳光跟踪系统，采用的是公知的阳光跟踪器 (5)；所述的阳光跟踪器 (5)，具有跟踪太阳光轴并发出使太阳能集热器调整与太阳光轴平行的指令信号。
所述的阳光跟踪器 (5)，安装于太阳能集热器的正上方，阳光跟踪器 (5)的中轴线，与太阳能集热器的中轴线，保持严格的平行；与透镜群(7)的平面，保持严格的垂直。
所述的阳光跟踪系统，由阳光跟踪器(5)及驱动箱(14)联动担纲，在阳光跟踪器(5)的信号指令下，安装于驱动箱(14)中的步进电机A (25)及步进电机B (26)，驱动双联式太阳能集热器，使太阳能集热器调整水平角度及俯仰角度，保证双联式太阳能集热器中心轴与太阳光轴，始终保持精准平行的状态。
所述的阳光跟踪器(5)，其控制的对象是安装于驱动箱(14)内的二只步进电机，即：步进电机A(25)及步进电机B(26)；所述的步进电机A(25)，安装于驱动箱(14)的下方，步进电机A(25)上的主动齿轮与安装于水平转轴(18)上的从动齿轮，组成齿轮组A(24)；所述的步进电机A(25)，驱动水平转轴(18)时，使太阳能集热器作相应的水平旋转，以调整太阳能集热器的方位角；所述的步进电机A(26)，安装于驱动箱(14)的上方，步进电机A(26)上的主动齿轮，与安装于连轴(27)上的从动齿轮，组成齿轮组B(28)；所述的步进电机A(26)，驱动连轴(27) 时，使太阳能集热器作相应的垂直旋转，以调整太阳能集热器的垂直角；
所述的水平转轴(18)，与双联支架(19)，采取固定的安装模式，水平转轴(18)通过位于驱动箱(14)下的转轴套A(23)和位于双联支架(19)中心的转轴套B(20)，与双联支架(19)连接成一体。所述的水平转轴(18)，安装于转轴座(22)上，在转轴座(22)上能作水平的旋转，以调整双联式太阳能集热器的水平方位。
所述的俯仰步进电机B(26)，担任调整俯仰角的任务，根据阳光跟踪器 (5)所给的信号，步进电机B(26) ，通过齿轮组B(28) ，驱动连轴(27)，调整太阳能集热器的俯仰角，使凸透镜群(7)的平面与太阳光线轴，始终保持垂直的状态。
所述的双联式太阳能集热器的二个单元的器体(17)，分别安装在双联支架(19)上。
进一步，所述的双联式太阳能集热器的二个单元的器体(17)的二外侧的中心位上，设有器体短轴(8)；所述的双联式太阳能集热器的二个单元器体(17)的内侧的中心位上，设有连接二器体(17)的连轴(27)，所述的连轴(27)上，还安装有齿轮组B(28)的从动齿轮。
进一步，所述的器体短轴(8)和连轴(27)上，均设有支承轴承；所述的双联式太阳能集热器的二个单元的器体(17)，通过各自的支承轴承，安装于双联支架(19)上。 
所述的自动补水箱(10)，安装于双联支架(19)中心的驱动箱(14)之上，自动补水箱(10)的高度，低于凸透镜群(7)的高度；所述的自动补水箱(10)，与自动补水管(12)相连接，实现对双联式太阳能集热器自动补水；所述的自动补水动作，由自动补水箱(10)中的自动补水阀(9)来完成；所述的自动补水阀(9)，具有自动保持水箱中水位，达到设计要求的功能；所述的水位设计要求：即，严格控制双联式太阳能集热器中的水位高度，保持在低于凸透镜群(7)的高度，以保证双联式太阳能集热器发生设计目的蒸汽。
附图说明
附图1为本发明的整器结构示意图。
附图2为本发明盘管水箱的结构示意图。
具体实施方式
图1、图2的统一标记名称是：聚氨酯保温箱(1)、蒸汽输出管 (2)、盘管水箱(3)、水箱盘管(4)、阳光跟踪器(5)、玻璃框(6)、凸透镜群(7)、器体短轴(8)、自动补水阀(9)、自动补水箱(10)、平玻璃(11)、补水管(12)、透镜群支架(13)、驱动箱(14)、自攻镙丝(15)、保温箱框口(16) 、器体(17)、水平转轴(18)、双联支架(19)、转轴套B(20)、驱动箱门( 21)、转轴座(22)、转轴套A(23)、齿轮组A(24)、步进电机A (25)、步进电机B (26)、连轴(27)、齿轮组B(28)、及安调镙铨(29)。
下面结合附图详细描述本发明。
如图1所示，所述的双联式太阳能集热器，是由二个单元性能、形状一致的器体(17)安装于双联支架(19)上而形成并命名的。
如图1所示，所述的双联式太阳能集热器，由采光集热系统、阳光跟踪系统及器体器架系统所组成。
进一步，所述的采光集热系统，包括采光和集热二个部分。
进一步，所述的采光部分的凸透镜群(7)，是由多个的单体凸透镜整齐地遍布于透镜群支架(13)上专设的圆形安装孔上所形成的，所述的凸透镜群(7)的集热原理，是司空惯见的凸透镜聚焦太阳光产生灼热的温度的现象而加以发挥的，本发明采用了多个单体的组合，形成所述凸透镜群(7)；把本发明的技术特征形容为群狼战术的方案，也不为其过。
所述的集热部分有可分成二个部件，即集热部件和保温部件。
如图2所示，所述的集热部件由盘管水箱(3)担纲；所述的盘管水箱(3)位于聚氨酯保温箱(1)底面上，盘管水箱(3)的内部设有水箱盘管(4)，水箱盘管(4)呈纵向的“S”形布局，水箱盘管(4)的上、下方设有蒸汽输出管 (2)及补水管(12)，所述的盘管水箱(3)的四角，设有安装及调整焦点的安调镙铨(29)。
进一步，如图1所示，所述的保温部件，由聚氨酯保温箱(1)和平玻璃(11)组成封闭式的箱式结构；聚氨酯材料是国际上性能最好的保温材料，导热系数仅为0.018~0.024w/（m．k）；聚氨酯保温箱(1)这一结构，在夏日的阳光下保温箱之内的温度就可达90℃，在凸透镜群(7)大面积集约化聚焦集热的情况下，盘管水箱(3)中的水体，很快沸腾并产生蒸气。
进一步，如图1所示，所述的双联支架(19)形成封闭式的箱体结构的聚氨酯保温箱(1)，紧密形地安装于器体(17)中；所述的器体(17)通过器体短轴(8)及连轴(27)上的轴承，安装于双联支架(19)上。
如图1所示，所述的阳光跟踪系统，包括，阳光跟踪器(5)、水平转轴(18)、双联支架(19)、转轴座(22)、齿轮组A(24)、步进电机A (25)、步进电机B (26)、连轴(27)、齿轮组B(28)组成。
阳光跟踪器(5)，具有实时跟踪太阳光轴的功能；所述的阳光跟踪器(5)，安装于双联式太阳能集热器的正上方，所述的阳光跟踪器(5)的中心轴与双联式太阳能集热器的中心轴保持严格的一致。
如图1所示，所述的步进电机A (25)及步进电机B (26)，接受阳光跟踪器(5)所发出的指令信号，通过与水平转轴(18)、双联支架(19)、转轴座(22)、齿轮组A(24)、连轴(27)、齿轮组B(28)的联动，作出相应的水平角及垂直角精准调整，以保持双联式太阳能集热器的中心轴与太阳光轴的一致性。
如图1所示，所述的自动补水箱(10)及自动补水阀(9)，保障了双联式太阳能集热器运行于安全的环境中；所述的聚氨酯保温箱(1)，若处于空载的情况下，会产生高达近三百度左右的高温，纸片放在凸透镜的聚焦点上，起火燃烧的现象，已是物理课实验的课事，所以确保太阳能集热器安全运营，是不可忽视的重要技术问题，本发明的解决方案是采用自动补水箱(10)及自动补水阀(9)保障对双联式太阳能集热器供水来实现的，自动补水阀(9)的工作原理与卫生洁具的原理相差不多，不作赘述。
进一步，所述的太阳能集热器中的水位高度，也是值得注意的技术问题，本发明是通过水箱安装高度低于太阳能集热器中的凸透镜群(7)的高度来实现的，其目的在于顺利地获得蒸汽的输出。
所述的驱动箱门( 21)，是会保护机械设备而所设。 

Claims (5)

1.一种双联式太阳能集热器，包括，采光集热系统、阳光跟踪系统及器体器架系统；所述的采光集热系统，包括，聚氨酯保温箱(1)、蒸汽输出管 (2)、盘管水箱(3)、水箱盘管(4)、玻璃框(6)、凸透镜群(7)、平玻璃(11)、补水管(12)、透镜群支架(13)、自攻镙丝(15)、保温箱框口(16)及水箱的安调镙铨(29)；所述的阳光跟踪系统，包括，阳光跟踪器(5)、驱动箱(14)、水平转轴(18) 、双联支架(19)、转轴套B(20)、转轴套A(23)、齿轮组A(24)、步进电机A (25)、步进电机B (26)、连轴(27)及齿轮组B(28)；所述的器体器架系统，包括，器体短轴(8)、自动补水阀(9)、自动补水箱(10)、器体(17)、驱动箱门( 21) 及转轴座(22)；其特征在于，所述的聚氨酯保温箱(1)，采用聚氨酯发泡整体成型，呈上、下、左、右、后的五面体，保温箱框口(16)的内侧，设有一台阶状的凹口的玻璃框(6)，所述的玻璃框(6)上，安装由多个单体的凸透镜以整齐遍布的方式，嵌镶于透镜群支架(13)的圆孔上的凸透镜群(7)；所述的平玻璃(11)，复盖于凸透镜群(7)上；所述的平玻璃(11)，由自攻镙丝(15)固定于玻璃框(6)上，形成封闭式的聚氨酯保温箱整体；所述的聚氨酯保温箱(1)，位于器体(17)之中，聚氨酯保温箱(1)与器体(17)，呈紧密配合的结构；所述的聚氨酯保温箱(1)内，还安装有盘管水箱(3)，盘管水箱(3)内，设有水箱盘管(4)；所述的水箱盘管(4)，呈纵向的“S”型走向，呈“S”型走向的水箱盘管(4)一侧的下方，设有补水管(12)；水箱盘管(4)的另一侧的上方，设有蒸气管(3)；盘管水箱(3)的四角，设有调整水箱与凸透镜焦点相吻合的安调镙铨(29)；所述的盘管水箱(3)的水箱，是由前后二片吸热效果优异的金属材料制成的；所述的盘管水箱(3)，是依据水箱盘管(4)的形状，经冲压、焊接后成形的；所述的盘管水箱(3)正面的水箱板，充当太阳能集热器的集热板；所述的阳光跟踪系统，由在阳光跟踪器(5)及驱动箱(14)联动担纲，在阳光跟踪器(5)的信号指令下，安装于驱动箱(14)中的步进电机A (25)及步进电机B (26)，驱动双联式太阳能集热器，使太阳能集热器调整水平角度及俯仰角度，保证双联式太阳能集热器中心轴与太阳光轴，始终保持精准平行的状态。
2.根据权利要求1所述的双联式太阳能集热器，其特征在于，所述的集热采光系统中的凸透镜群(7)，是由多个的单体凸透镜，整齐遍布的模式嵌镶于透镜群支架(13)上专设的圆孔中，形成所述的凸透镜群(7)；所述的凸透镜群(7)的面积，与聚氨酯保温箱(1)的箱口面积相同；所述的凸透镜群(7)的上方，设有保温及保护作用的平玻璃(11)。
3.根据权利要求1所述的双联式太阳能集热器，其特征在于，所述的阳光跟踪器(5)，安装于太阳能集热器的正上方，阳光跟踪器(5)的中轴线，与太阳能集热器的中轴线，保持严格的平行；与凸透镜群(7)的平面，保持严格的垂直；所述的阳光跟踪器(5)，其控制的对象是安装于驱动箱(14)内的二只步进电机，即：步进电机A(25)及步进电机B(26)；所述的步进电机A(25)，安装于驱动箱(14)的下方，步进电机A(25)上的主动齿轮与安装于水平转轴(18)上的从动齿轮，组成齿轮组A(24)；所述的步进电机A(25)，驱动水平转轴(18)时，使太阳能集热器作相应的水平旋转，以调整太阳能集热器的方位角；所述的步进电机A(26)，安装于驱动箱(14)的上方，步进电机A(26)上的主动齿轮，与安装于连轴(27)上的从动齿轮，组成齿轮组B(28)；所述的步进电机A(26)，驱动连轴(27) 时，使太阳能集热器作相应的垂直旋转，以调整太阳能集热器的垂直角；所述的水平转轴(18)，与双联支架(19)，采取固定的安装模式，水平转轴(18)通过位于驱动箱(14)下的转轴套A(23)和位于双联支架(19)中心的转轴套B(20)，与双联支架(19)连接成一体；所述的水平转轴(18)，安装于转轴座(22)上，在转轴座(22)上能作水平的旋转，以调整双联式太阳能集热器的水平方位；所述的俯仰步进电机B(26)，担任调整俯仰角的任务，根据阳光跟踪器 (5)所给的信号，步进电机B(26) ，通过齿轮组B(28) ，驱动连轴(27)，调整太阳能集热器的俯仰角，使凸透镜群(7)的平面，与太阳光线轴始终保持垂直的状态。
4.根据权利要求1所述的双联式太阳能集热器，其特征在于，所述的双联式太阳能集热器的二个单元的器体(17)，分别安装在双联支架(19)上；所述的双联式太阳能集热器的二个单元的器体(17) 的二外侧的中心位上，设有器体短轴(8)；所述的双联式太阳能集热器的二个单元器体(17)的内侧的中心位上，设有连接二器体(17)的连轴(27)，所述的连轴(27)上，还安装有齿轮组B(28)的从动齿轮；所述的器体短轴(8)和连轴(27)上，均设有支承轴承，二个单元的器体(17)，通过各自的支承轴承，安装于双联支架(19)上。
5. 根据权利要求1所述的双联式太阳能集热器，其特征在于，所述的自动补水箱(10)，安装于双联支架(19)中心的驱动箱(14)之上，自动补水箱(10)的高度，低于凸透镜群(7)的高度；所述的自动补水箱(10)，与补水管(12)相连接，实现对双联式太阳能集热器自动补水；所述的自动补水动作，由自动补水箱(10)中的自动补水阀(9)来完成；所述的自动补水阀(9)，具有自动保持水箱中水位达到设计要求的功能；所述的水位设计要求：即，严格控制双联式太阳能集热器中的水位高度，保持在低于凸透镜群(7)的高度，以保证双联式太阳能集热器发生设计目的蒸汽。
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