CN104776613A

CN104776613A - 一种具有保温防冻效果的太阳能热水装置

Info

Publication number: CN104776613A
Application number: CN201510215093.4A
Authority: CN
Inventors: 程友良; 杨国宁; 韩健; 杜尚任
Original assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2035-04-30
Also published as: CN104776613B

Abstract

一种具有保温防冻效果的太阳能热水装置，用于低温下太阳能热管的保温，其结构包括水箱、集热管、支架、蓄热保温板和漫反射保温板，蓄热保温板由光敏元件控制，在光照充足时的打开，光照不足时闭合，并且蓄热保温板闭合后，在温度较低时，蓄热保温板的蓄热层将白天吸收存储的热量释放出来，用于维持密闭空间内温度处于一个恒定值；漫反射保温板上层为漫反射层，下层为保温层，在吸热时过程中，漫反射层将穿过集热管间隙的太阳光反射到集热管背光面，本发明提高了太阳能的利用率，节能环保。

Description

一种具有保温防冻效果的太阳能热水装置

技术领域

本发明涉及一种具有保温防冻效果的太阳能热水装置，尤其是低温下太阳能热管的保温装置，属太阳能技术领域。

背景技术

太阳能热水器作为一种常见的家用设备，使用范围广泛，其安装在高处受光好的环境中，通过太阳光照射集热管，对集热管中的水进行加热，再通过热对流将热量扩散到储水箱中，供人们取用。目前的太阳能热水器以真空管式为主，其构成主要由集热管，储水箱，支架及连接管道等组成，这类普通太阳能热水器往往有诸多问题需要解决，如低温下管内可能会结冰、表面热损大、对太阳能利用率不高等。在严寒的北方地区，为避免结冰出现爆管现象，人们经常将管内的水排出并停用热水器，造成了水资源的浪费和热水器的利用率低；在夜间温度低时，集热管散热；在白天集热管吸热时，集热管的背部不受光照，采光率低，并且光照转换效率低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种具有保温防冻效果的太阳能热水装置，其结构简单，能高效利用太阳光能。

本发明所述技术问题是通过下述技术方案解决的：

一种具有保温防冻效果的太阳能热水装置，包括水箱、集热管和支架，在集热管的表面覆盖蓄热保温板，所述蓄热保温板内层为蓄热层，外层为保温层；所述蓄热保温板为密闭结构，表面设有透光板。

上述具有保温防冻效果的太阳能热水装置，所述蓄热保温板分为左右两部分，每一部分的外侧设置转动轴，在转动轴的轴端连接驱动电机。

上述具有保温防冻效果的太阳能热水装置，所述蓄热层由以下重量百分比的原料制得：二氧化硅37～42％、氧化铝3.8～7.8％、氧化钙0.5～1.1％、氧化镁0.5～1.1％、氧化钾0.5 ～1.1％、氧化钠1.7～2.3％、氧化铁0.3～0.9％、氧化铜2.8～3.0％、水39.3～52.5％。

上述具有保温防冻效果的太阳能热水装置，所述集热管下部设置漫反射保温板，所述漫反射保温板上层为漫反射层，下层为保温层。

上述具有保温防冻效果的太阳能热水装置，所述左蓄热保温板右端设置L形槽，右蓄热保温板左端设置突出的平板，所述平板可嵌于L形槽内。

上述具有保温防冻效果的太阳能热水装置，所述支架的两端分别延伸出一个立柱，立柱可上下伸缩。

上述具有保温防冻效果的太阳能热水装置，在水箱顶部设有排气溢流孔。

本发明具有以下优点：

本发明设置两扇蓄热保温板，由光敏元件控制，在光照充足时，蓄热保温板打开，此时集热管与蓄热层吸收热量；在光照不足时，蓄热保温板闭合，此时蓄热层释放热量以对太阳能进行保温，减小热损失。在集热管下部设置漫反射保温板，漫反射保温板上层为漫反射层，下层为保温层，在吸热时过程中，漫反射层将穿过集热管间隙的太阳光反射到集热管背光面，增加了集热管工作面的面积，提高了集热管对太阳能的利用率。

附图说明

图1为本发明结构示意图，

图2为本发明蓄热保温板闭合状态结构示意图，

图3为本发明漫反射保温板结构示意图，

图4为本发明驱动电机的控制电路图。

图中各标号分别表示：1、水箱，2、集热管，3、排气溢流孔，4、支架，5、进出水口，6、蓄热保温板，6-1、保温层，6-2、蓄热层，6-A、左蓄热保温板，6-B、右蓄热保温板，7、立柱，T、光敏传感器，9、漫反射保温板，9-1、漫反射层，9-2、保温层，10、转动轴，M、驱动电机，J1、打开继电器，J2、关闭继电器，K1、打开限位开关，K2、关闭限位开关，U1、比较器。

具体实施方式

参阅附图1，本发明包括水箱1、集热管2和支架4，所述水箱1下部设置集热管2，在集热管2的表面覆盖蓄热保温板6，所述蓄热保温板6内层为蓄热层6-2，外层为保温层6-1；所述蓄热保温板6为密闭结构，表面设有透光板。

参阅附图2、3，所述蓄热保温板6内层为蓄热层6-2，外层为保温层6-1；所述漫反射保温板9上层为漫反射层9-1，下层为保温层9-2。

所述蓄热层（6-2）由以下重量百分比的原料制得：二氧化硅37～42％、氧化铝3.8～7.8％、氧化钙0.5～1.1％、氧化镁0.5～1.1％、氧化钾0.5～1.1％、氧化钠1.7～2.3％、氧化铁0.3～0.9％、氧化铜2.8 ～3.0％、水39.3～52.5％，按照一定的重量百分比称取原料中的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化铁和氧化铜，将上述原料置于容器内，向容器内加入一定重量百分比的水，均匀搅拌，直至混合均匀即可。

所述支架4的两端分别延伸出一个立柱7，立柱7可上下伸缩，用于调整高度，以使蓄热保温板6可打开一定的角度。

水箱1顶部设置光敏传感器T，所述光敏传感器T输出信号给电控电路，所述电线连接驱动电机M，所述驱动电机M的驱动端连接蓄热保温板6，所述蓄热保温板6由转动轴10连接在支架4上，所述集热管2下部设置漫反射保温板9。

在白天光照较强时，集热管2散热损失小于吸收热量，太阳能集热管2开始工作，光敏传感器T接收到此信号后，将信号通过电线传递给驱动电机M，驱动电机M的驱动端带动转动轴10旋转，右蓄热保温板6-B先打开，再打开左蓄热保温板6-A，此时集热管2开始收集热量，同时，蓄热保温板6的蓄热层6-1开始吸收、存储热量。

打开的蓄热保温板6支撑到立柱7上，使蓄热保温板6与地面成一定角度α，α为10~45°，立柱7用于对蓄热保温板6打开状态进行位置固定，并且防止风吹时蓄热保温板6的晃动。

固定在集热管2下部的漫反射保温板9将穿过集热管间隙的太阳光反射到集热管2背光面，增加了集热管2工作面的面积，提高了集热管2对太阳能的利用率，同时，使集热管2的受热更加均匀，较少了热管的热应力。

当傍晚光照较弱时，集热管2的散热损失大于吸收热量，太阳能集热管2停止工作，光敏传感器T接收到此信号后，将信号通过电线传递给驱动电机M，驱动电机M带动转动轴10旋转，左蓄热保温板6-A先闭合，再闭合右蓄热保温板6-B，此时右蓄热保温板6-B左端突出的平板嵌入左蓄热保温板6-A右端设置L形槽内，形成一个封闭的空间，集热管2停止工作。

停止工作的集热管2处于一个密闭空间内，同时蓄热保温板的保温层6-1、漫反射保温板的保温层9-2阻止了集热管2内工质向外界的散热损失。

随着外界环境温度的降低，密封空间的温度也逐渐降低，当密闭空间内的温度低于某一数值时，蓄热保温板6的蓄热层6-2将白天吸收存储的热量释放出来，用于维持密闭空间内温度处于一个恒定值，减少了集热管2的散热损失，同时为集热管2提供了一个适宜的温度环境。

本发明的驱动电机M由一个电控电路控制，所述电控电路由单片机CPU、光敏传感器、比较器U1、打开继电器J1、关闭继电器J2、打开限位开关K1和关闭限位开关K2组成。其中，所述光敏传感器T采用光电管,当有光照时，即有信号输出，电阻R1为限流电阻；所述比较器采用运放器，将运放器连接成比较器电路，第二电阻R2和第三电阻R3的串接点电位向比较器提供基准电压，调节在何种强度光线下开启蓄热保温板。比较器的输出信号连接于单片机CPU的P1.0端口。单片机CPU的P1.5和P1.7端口分别控制（或经一个放大电路将信号放大后输出）打开继电器J1和关闭继电器J2的控制线圈，其一组转换触点分别连接驱动电机M和电源，从而控制驱动电机的正反转。

打开限位开关K1和关闭限位开关K2分别串接在打开继电器J1和关闭继电器J2的控制回路中，当蓄热保温板6打开至极限位置时，使打开限位开关K1的常闭触点断开，从而断开打开继电器J1的控制信号，使驱动电机停止转动；反之，当蓄热保温板6关闭至极限位置时，使关闭限位开关K1的常闭触点断开，从而断开关闭继电器J2的控制信号，使驱动电机停止转动。

打开限位开关K1安装在立柱7上，当蓄热保温板6完全打开时，蓄热保温板6的下面板与打开限位开关K1触压、并使打开限位开关K1的常闭触点断开；关闭限位开关K2安装在水箱1上靠近集热管2的位置，当蓄热保温板6完全关闭时，蓄热保温板6的下面板与关闭限位开关K2触压、并使关闭限位开关K2的常闭触点断开。

本发明的单片机CPU采用AT89C2051，运放器可采用任何一种型号。

Claims

1.一种具有保温防冻效果的太阳能热水装置，包括水箱（1）、集热管（2）和支架（4），其特征在于，在集热管（2）的表面覆盖蓄热保温板（6），所述蓄热保温板（6）内层为蓄热层（6-2），外层为保温层（6-1）；所述蓄热保温板（6）为密闭结构，表面设有透光板。

2.根据权利要求1所述的具有保温防冻效果的太阳能热水装置，其特征在于，所述蓄热保温板（6）分为左右两部分，每一部分的外侧设置转动轴（10），在转动轴（10）的轴端连接驱动电机（M）。

3.根据权利要求2所述的具有保温防冻效果的太阳能热水装置，其特征在于，所述蓄热层（6-2）由以下重量百分比的原料制得：二氧化硅37～42％、氧化铝3.8～7.8％、氧化钙0.5～1.1％、氧化镁0.5～1.1％、氧化钾0.5 ～1.1％、氧化钠1.7～2.3％、氧化铁0.3～0.9％、氧化铜2.8～3.0％、水39.3～52.5％。

4.根据权利要求3所述的具有保温防冻效果的太阳能热水装置，其特征在于，所述集热管（2）下部设置漫反射保温板（9），所述漫反射保温板（9）上层为漫反射层（9-1），下层为保温层（9-2）。

5.根据权利要求4所述的具有保温防冻效果的太阳能热水装置，其特征在于，所述左蓄热保温板（6-A）右端设置L形槽，右蓄热保温板（6-B）左端设置突出的平板，所述平板可嵌于L形槽内。

6.根据权利要求5所述的具有保温防冻效果的太阳能热水装置，其特征在于，所述支架（4）的两端分别延伸出一个立柱（7），立柱（7）可上下伸缩。

7.根据权利要求6所述的具有保温防冻效果的太阳能热水装置，其特征在于，在水箱（1）顶部设有排气溢流孔（3）。