CN103322699B - 一种自跟踪太阳能热水器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自跟踪太阳能热水器，属于太阳能技术领域。它解决了现有太阳能热水器不能对太阳光进行跟踪，从而太阳光的利用效率较低等技术问题。一种自跟踪太阳能热水器，包括底座和集热板，底座上设有转轴一，转轴一的上端固设有一控制箱，控制箱的边缘处通过一转轴二与集热板铰接，控制箱内设有一能够控制集热板绕转轴二摆动的趋光结构，底座与控制箱箱体之间设有能够控制控制箱在集热板摆动至水平位置时绕转轴一转动180°的换向结构。本发明具有太阳光利用效率高等优点。

Description

一种自跟踪太阳能热水器
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，涉及一种自跟踪太阳能热水器。
背景技术
太阳能热水器将太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，真空管式太阳能热水器为主，占据国内95％的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管。集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。
众所周知，当太阳光垂直照射在集热板上时，集热板能够吸收的太阳能最多，也就是收集太阳能的效率最高，但是由于气候不定性、时间控制较难等因素的影响，现有的太阳能热水器均没有能较好的做到这一点。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种自跟踪太阳能热水器，本发明所要解决的技术问题是如何适时跟踪太阳光、以增大太阳能利用效率。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种自跟踪太阳能热水器，包括底座和集热板，其特征在于，所述底座上设有转轴一，所述转轴一的上端固设有一控制箱，所述控制箱的边缘处通过一转轴二与所述集热板铰接，所述控制箱内设有一能够控制集热板绕转轴二摆动的趋光结构，所述底座与控制箱箱体之间设有能够控制控制箱在集热板摆动至水平位置时绕转轴一转动180°的换向结构。
本发明的工作原理是：本太阳能热水器采用趋光结构使集热板随着太阳光的照射方向而摆动，从而使集热板能够始终保持与太阳光近视垂直的位置，这样的话，太阳能能够尽可能高效率的被集热板吸收，由于集热板绕转轴二摆动，其摆动至水平位置时，太阳光的直照方向不能与集热板垂直，此时，换向结构将转轴一转动180°，从而使集热板继续与太阳光保持近视垂直的状态；需要提到的是：集热板的摆动时缓慢的，每12小时完成一个摆动周期，而换向结构驱使的转轴一的转动时瞬间完成的。
在上述的一种自跟踪太阳能热水器中，所述趋光结构包括固设在控制箱箱体上的连杆，所述连杆的一端转动连接有一定时齿轮，所述连杆与定时齿轮之间通过销钉连接，所述连杆的另一端开设有滑槽，所述滑槽内插设有一推杆，所述推杆上连接有一摆杆，所述摆杆的一端与推杆连接，所述摆杆的另一端与定时齿轮的偏心位置处铰接，所述推杆横向抵靠在所述集热板上。摆杆铰接在定时齿轮的偏心位置，定时齿轮的转动带动摆杆摆动，摆杆的外端通过推杆滑动连接在滑槽内，最终的结果是：定时齿轮的转动，带动推杆做竖直方向上的往复运动，从而推动集热板绕转轴二来回摆动，以水平面为基准，摆动夹角大约为0°～75°之间(由于在集热板处于75°～90°之间时，属于即将日落或太阳刚刚升起的时候，太阳光较弱，而且在此角度范围内，能够遮挡太阳光的建筑物、植物、山峰等较多，本太阳光是否垂直照射在集热板上对所能利用的太阳能的大小影响较小，本方案中将不予考虑)。
在上述的一种自跟踪太阳能热水器中，所述集热板的下端面上开设有导向槽，所述推杆抵靠所述导向槽内；所述集热板上开设有一避让槽，所述连杆插设在所述避让槽内。推杆在竖直方向上的往复运动时，能够沿导向槽滑动，从而推动集热板绕转轴二摆动；避让槽用于给集热板摆动时预留空间，同时也用于插设连杆。
在上述的一种自跟踪太阳能热水器中，所述控制箱箱体上固设有电机一，所述电机一的输出轴上固设有基准齿轮，所述控制箱箱体上设有一中间轴，所述中间轴上设有减速齿轮一和减速齿轮二，所述基准齿轮与所述减速齿轮一啮合，所述减速齿轮二与所述定时齿轮啮合；所述定时齿轮的转动角速度为每12小时转动一圈。减速齿轮一、减速齿轮二、定时齿轮和基准齿轮的作用是，将电机一的匀速转动转变为定时齿轮的缓慢转动，定时齿的转动角速度为每12小时转动一圈，这样的话，定时齿轮转动一圈能够带动集热板摆动一个周期，完成对太阳光的跟踪，夜间正常运转，使集热板恢复到原来的状态。
在上述的一种自跟踪太阳能热水器中，所述换向结构包括设置在销钉上的触头，所述连杆上设有感应开关，所述触头向定时齿轮的一侧伸出且定时齿轮每旋转一圈均能所述触头与感应开关接触。当销钉上的触头与连杆上的感应开关接触时，正好是集热板处于水平位置时，即正当中午12点或午夜0点，感应开关对此时间进行判定并使集热板绕转轴二转动180°，完成换向。
在上述的一种自跟踪太阳能热水器中，所述底座上设有电机二，所述电机二与一个延时开关相连，所述延时开关和电机二均与所述感应开关相连。电机二在集热板处于水平位置时驱动转轴一使控制箱转动180°，即集热板绕转轴转动180°，从而集热板继续摆动时能够继续跟踪太阳光。
在上述的一种自跟踪太阳能热水器中，所述电机二的输出轴和转轴一上分别设有相互啮合的传动齿轮一和传动齿轮二；所述控制箱与集热板铰接处设有一限位块。为使转轴一的转动角度精准，本方案中，转轴一与电机二的输出轴之间通过传动齿轮一和传动齿轮二进行传动，集热板摆动时受限位块的限制，推杆下移也不会导致集热板板面低于控制箱箱体上表面。
在上述的一种自跟踪太阳能热水器中，所述集热板上端面设有若干个集热管和一个太阳能蓄电池，所述电机一、电机二、延时开关、触头和感应开关均与所述太阳能蓄电池相连。太阳能蓄电池能够储存电能，即使在无太阳光的时候也能保持趋光结构和换向结构的正常运转，保证本太阳能热水器的定时精准。
在上述的一种自跟踪太阳能热水器中，所述集热管均匀分布在集热板的上端面，所述集热板上端面还设有一联通管，且所有所述集热管均通过所述联通管相通；太阳能热水器还包括一个固设在底座上水箱，所述水箱与联通管之间通过软管相连。各个集热管相通保证热水顺畅的循环，提高受热效率和水温同步。
在上述的一种自跟踪太阳能热水器中，所述延时开关与一个反向模块相联。电机二在顺时针转动180°后，下次转动时收反向模块作用沿相反的逆时针方向转动180°，从而使软管不会打结。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、摆杆铰接在定时齿轮的偏心位置，定时齿轮的转动带动摆杆摆动，摆杆的外端通过推杆滑动连接在滑槽内，最终的结果是：定时齿轮的转动，带动推杆做竖直方向上的往复运动，从而推动集热板绕转轴二来回摆动，以水平面为基准，摆动夹角大约为0°～75°之间(由于在集热板处于75°～90°之间时，属于即将日落或太阳刚刚升起的时候，太阳光较弱，而且在此角度范围内，能够遮挡太阳光的建筑物、植物、山峰等较多，本太阳光是否垂直照射在集热板上对所能利用的太阳能的大小影响较小，本方案中将不予考虑)。
2、当销钉上的触头与连杆上的感应开关接触时，正好是集热板处于水平位置时，即正当中午12点或午夜0点，感应开关对此时间进行判定并使集热板绕转轴二转动180°，完成换向。
附图说明
图1是本太阳能热水器的整体结构示意图。
图2是本太阳能热水器中趋光结构的立体结构示意图。
图3是本太阳能热水器的截面图。
图4是本太阳能热水器的电路控制结构示意图。
图中，1、底座；2、集热板；21、集热管；22、联通管；3、控制箱；4、趋光结构；41、转轴二；42、连杆；43、定时齿轮；44、销钉；45、滑槽；46、摆杆；47、推杆；48、导向槽；49、避让槽；4a、电机一；4b、基准齿轮；4c、中间轴；4d、减速齿轮一；4e、减速齿轮二；5、换向结构；51、转轴一；52、触头；53、感应开关；54、电机二；55、延时开关；56、传动齿轮一；57、传动齿轮二；58、限位块；59、反向模块；6、太阳能蓄电池；7、水箱；71、软管。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1和图2所示，一种自跟踪太阳能热水器，包括底座1和集热板2，底座1上设有转轴一51，转轴一51的上端固设有一控制箱3，控制箱3的边缘处通过一转轴二41与集热板2铰接，控制箱3内设有一能够控制集热板2绕转轴二41摆动的趋光结构4，底座1与控制箱3箱体之间设有能够控制控制箱3在集热板2摆动至水平位置时绕转轴一51转动180°的换向结构5。
如图1、图2和图3所示，趋光结构4包括固设在控制箱3箱体上的连杆42，连杆42的一端转动连接有一定时齿轮43，连杆42与定时齿轮43之间通过销钉44连接，连杆42的另一端开设有滑槽45，滑槽45内插设有一推杆47，推杆47上连接有一摆杆46，摆杆46的一端与推杆47连接，摆杆46的另一端与定时齿轮43的偏心位置处铰接，推杆47横向抵靠在集热板2上。摆杆46铰接在定时齿轮43的偏心位置，定时齿轮43的转动带动摆杆46摆动，摆杆46的外端通过推杆47滑动连接在滑槽45内，最终的结果是：定时齿轮43的转动，带动推杆47做竖直方向上的往复运动，从而推动集热板2绕转轴二41来回摆动，以水平面为基准，摆动夹角大约为0°～75°之间(由于在集热板2处于75°～90°之间时，属于即将日落或太阳刚刚升起的时候，太阳光较弱，而且在此角度范围内，能够遮挡太阳光的建筑物、植物、山峰等较多，本太阳光是否垂直照射在集热板2上对所能利用的太阳能的大小影响较小，本方案中将不予考虑)，集热板2的下端面上开设有导向槽48，推杆47抵靠导向槽48内；集热板2上开设有一避让槽49，连杆42插设在避让槽49内，推杆47在竖直方向上的往复运动时，能够沿导向槽48滑动，从而推动集热板2绕转轴二41摆动；避让槽49用于给集热板2摆动时预留空间，同时也用于插设连杆42。
如图1所示，控制箱3箱体上固设有电机一4a，电机一4a的输出轴上固设有基准齿轮4b，控制箱3箱体上设有一中间轴4c，中间轴4c上设有减速齿轮一4d和减速齿轮二4e，基准齿轮4b与减速齿轮一4d啮合，减速齿轮二4e与定时齿轮43啮合；定时齿轮43的转动角速度为每12小时转动一圈。减速齿轮一4d、减速齿轮二4e、定时齿轮43和基准齿轮4b的作用是，将电机一4a的匀速转动转变为定时齿轮43的缓慢转动，定时齿的转动角速度为每12小时转动一圈，这样的话，定时齿轮43转动一圈能够带动集热板2摆动一个周期，完成对太阳光的跟踪，夜间正常运转，使集热板2恢复到原来的状态。
如图1、图2和图4所示，换向结构5包括设置在销钉44上的触头52，连杆42上设有感应开关53，触头52向定时齿轮43的一侧伸出且定时齿轮43每旋转一圈均能触头52与感应开关53接触，当销钉44上的触头52与连杆42上的感应开关53接触时，正好是集热板2处于水平位置时，即正当中午12点或午夜0点，感应开关53对此时间进行判定并使集热板2绕转轴二41转动180°，完成换向，底座1上设有电机二54，电机二54与一个延时开关55相连，延时开关55和电机二54均与感应开关53相连，电机二54在集热板2处于水平位置时驱动转轴一51使控制箱3转动180°，即集热板2绕转轴转动180°，从而集热板2继续摆动时能够继续跟踪太阳光。
如图1所示，电机二54的输出轴和转轴一51上分别设有相互啮合的传动齿轮一56和传动齿轮二57；控制箱3与集热板2铰接处设有一限位块58，为使转轴一51的转动角度精准，本方案中，转轴一51与电机二54的输出轴之间通过传动齿轮一56和传动齿轮二57进行传动，集热板2摆动时受限位块58的限制，推杆47下移也不会导致集热板2板面低于控制箱3箱体上表面，集热板2上端面设有若干个集热管21和一个太阳能蓄电池6，电机一4a、电机二54、延时开关55、触头52和感应开关53均与太阳能蓄电池6相连，太阳能蓄电池6能够储存电能，即使在无太阳光的时候也能保持趋光结构4和换向结构5的正常运转，保证本太阳能热水器的定时精准。
集热管21均匀分布在集热板2的上端面，集热板2上端面还设有一联通管22，且所有集热管21均通过联通管22相通；太阳能热水器还包括一个固设在底座1上水箱7，水箱7与联通管22之间通过软管71相连，各个集热管21相通保证热水顺畅的循环，提高受热效率和水温同步，延时开关55与一个反向模块59相联，电机二54在顺时针转动180°后，下次转动时收反向模块59作用沿相反的逆时针方向转动180°，从而使软管71不会打结。
本发明的工作原理是：本太阳能热水器采用趋光结构4使集热板2随着太阳光的照射方向而摆动，从而使集热板2能够始终保持与太阳光近视垂直的位置，这样的话，太阳能能够尽可能高效率的被集热板2吸收，由于集热板2绕转轴二41摆动，其摆动至水平位置时，太阳光的直照方向不能与集热板2垂直，此时，换向结构5将转轴一51转动180°，从而使集热板2继续与太阳光保持近视垂直的状态；需要提到的是：集热板2的摆动时缓慢的，每12小时完成一个摆动周期，而换向结构5驱使的转轴一51的转动时瞬间完成的。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种自跟踪太阳能热水器，包括底座(1)和集热板(2)，其特征在于，所述底座(1)上设有转轴一(51)，所述转轴一(51)的上端固设有一控制箱(3)，所述控制箱(3)的边缘处通过一转轴二(41)与所述集热板(2)铰接，所述控制箱(3)内设有一能够控制集热板(2)绕转轴二(41)摆动的趋光结构(4)，所述底座(1)与控制箱(3)箱体之间设有能够控制控制箱(3)在集热板(2)摆动至水平位置时绕转轴一(51)转动180°的换向结构(5)；所述趋光结构(4)包括固设在控制箱(3)箱体上的连杆(42)，所述连杆(42)的一端转动连接有一定时齿轮(43)，所述连杆(42)与定时齿轮(43)之间通过销钉(44)连接，所述连杆(42)的另一端开设有滑槽(45)，所述滑槽(45)内插设有一推杆(47)，所述推杆(47)上连接有一摆杆(46)，所述摆杆(46)的一端与推杆(47)连接，所述摆杆(46)的另一端与定时齿轮(43)的偏心位置处铰接，所述推杆(47)横向抵靠在所述集热板(2)上；所述集热板(2)的下端面上开设有导向槽(48)，所述推杆(47)抵靠所述导向槽(48)内；所述集热板(2)上开设有一避让槽(49)，所述连杆(42)插设在所述避让槽(49)内；所述控制箱(3)箱体上固设有电机一(4a)，所述电机一(4a)的输出轴上固设有基准齿轮(4b)，所述控制箱(3)箱体上设有一中间轴(4c)，所述中间轴(4c)上设有减速齿轮一(4d)和减速齿轮二(4e)，所述基准齿轮(4b)与所述减速齿轮一(4d)啮合，所述减速齿轮二(4e)与所述定时齿轮(43)啮合；所述定时齿轮(43)的转动角速度为每12小时转动一圈；所述换向结构(5)包括设置在销钉(44)上的触头(52)，所述连杆(42)上设有感应开关(53)，所述触头(52)向定时齿轮(43)的一侧伸出且定时齿轮(43)每旋转一圈均能所述触头(52)与感应开关(53)接触；所述底座(1)上设有电机二(54)，所述电机二(54)与一个延时开关(55)相连，所述延时开关(55)和电机二(54)均与所述感应开关(53)相连。
2.根据权利要求1所述的一种自跟踪太阳能热水器，其特征在于，所述电机二(54)的输出轴和转轴一(51)上分别设有相互啮合的传动齿轮一(56)和传动齿轮二(57)；所述控制箱(3)与集热板(2)铰接处设有一限位块(58)。
3.根据权利要求1所述的一种自跟踪太阳能热水器，其特征在于，所述集热板(2)上端面设有若干个集热管(21)和一个太阳能蓄电池(69)，所述电机一(4a)、电机二(54)、延时开关(55)、触头(52)和感应开关(53)均与所述太阳能蓄电池(6)相连。
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