CN107425798A - 一种主动式太阳能集热器 - Google Patents
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Abstract
一种主动式太阳能集热器，包括追光部分、集热部分和储热部分，追光部分包括上箱和下箱，上箱和下箱内都设有摆动机构；集热部分包括跟踪头，跟踪头顶板设有太阳光射入孔，跟踪头顶板外面设有顶部太阳能电池，底板内面上设有底部太阳能电池，跟踪头底面与上箱摆动机构上端固定连接，上箱的底面与下箱摆动机构上端固定连接；储热部分包括水箱和电加热器；底部太阳能电池分别通过导线与下箱电动机和上箱电动机相连，顶部太阳能电池通过导线与储热部分电加热器相连。优点是：机构简单，操作方便，可适用于温室的温度调节，极大节约人工和煤炭等资源，有利于环境保护。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能利用计算领域，尤其涉及太阳能的集热装置。
背景技术
严寒地区的日光温室是一种高投入高产出的行业,通过在寒冷季节人工为作物建造适宜的生长环境,实现在寒冷季节种植农作物这一目标。现有的日光温室是一个被动式的太阳能房,依靠自身结构吸收太阳辐射能量,提高温室的温度,不加热或者只需少量加热便可使农作物在寒冷的冬季生长。现有日光温室的不足是：冬季单纯依靠被动式温室自身结构吸收的日照量,有时不能满足温室中作物生长所需温度,尤其夜间，作物在很长时间内处于停止生长的状态,甚至存在冻伤或冻死的危险。现有技术中有用太阳能集热器加温的，太阳能集热器的不足是，太阳能集热都是固定式集热器,固定式集热器无法使任何光照阶段的集热效果最优。
为了提高温室的温度,一些温室种植户还采用炉火加热的方法提高温室温度,既浪费不可再生资源,又污染环境。
发明内容
本发明的目的是：设计一种主动太阳能集热装置,该装置可多方位、多角度收集太阳能，克服现有固定式太阳能集热器的不足。
本发明的技术方案是：一种主动式太阳能集热器，包括追光部分、集热部分和储热部分，其特征在于：所述追光部分包括上箱和下箱，上箱和下箱内都设有摆动机构；所述上箱箱体顶面中心处开长条孔；所述下箱箱体顶面中心处开长条孔；所述上箱和下箱内都设有的摆动机构包括电动机、传动齿轮、摆动装置、止位销和止位销槽，所述电动机是直流电动机。电动机固定于箱体底部，位于箱体横向边缘，纵向中心处，所述传动齿轮安装在固定轴上，固定轴固定在箱体的两个侧壁上，传动齿轮与电动机输出轴上的齿轮啮合，所述止位销槽固定在箱体底部中心处，止位销槽内设有弹簧，所述止位销置于止位销槽内的弹簧上，所述摆动装置包括摆动齿轮、齿轮轴、深沟球轴承、上支架和下支架，齿轮轴两端通过轴承支撑在箱体顶板外面，摆动齿轮固定安装在齿轮轴上，摆动齿轮置于箱体顶面长条孔处，两个深沟球轴承安装在齿轮轴的摆动齿轮两侧，所述上支架是两块竖板，两块竖板向上固定在齿轮轴上，位于两个深沟球轴承的外侧，所述下支架是两块竖板，两块竖板固定在箱体顶板内面，向下伸入箱内，下支架顶面与两个深沟球轴承的外圈接靠，摆动齿轮与传动齿轮啮合；所述止位销的上端置于摆动齿轮的齿槽中；所述上箱内的摆动装置为上箱摆动装置，下箱内的摆动装置为下箱摆动装置；所述上箱的底面与下箱摆动装置的上支架上端固定连接，上箱箱体顶面长条孔与下箱箱体顶面长条孔互相垂直；所述集热部分包括跟踪头，所述跟踪头是方形箱结构，方形箱顶板的中心处设有太阳光射入小孔，方形箱顶板外面设有顶部太阳能电池，底板内面设有底部太阳能电池，底部太阳能电池沿方形箱四边布置，分别为西向太阳能电池、南向太阳能电池、东向太阳能电池和北向太阳能电池，跟踪头方形箱的底面与上箱摆动机构的上支架上端固定连接；所述储热部分包括水箱和电加热器，所述水箱内装水，所述电加热器置于水箱的水中；所述南向太阳能电池和北向太阳能电池分别通过导线与下箱电动机相连，南向太阳能电池和北向太阳能电池连接下箱电动机的正负极相反；所述西向太阳能电池和东向太阳能电池分别通过导线与上箱电动机相连，西向太阳能电池和东向太阳能电池连接上箱电动机的正负极相反；所述跟踪头顶部太阳能电池与水箱中电加热装置连接。
本发明所述一种主动式太阳能集热器，其特征在于：所述跟踪头顶部太阳能电池是硅板组成的3×4的太阳能集热阵列，12块硅板沿方形箱顶板四边布置，每边三块硅板之间一边相接，各边的硅板之间一边相接，将方形箱顶板中心部位围出一正方形；所述底部太阳能电池是8块硅板组成的太阳能电池,8快硅板沿方形箱四边布置，每边两块硅板之间一边相接，各边的硅板之间一角相接,将方形箱底板中心部位围出一正方形。
本发明所述一种主动式太阳能集热器，其特征在于：所述跟踪头顶板上的太阳光射入小孔在方形箱底板上的正投影位于方形箱底板上8块硅板围出的正方形之内，即在太阳光直射入小孔时，跟踪头底部太阳能电池接受不到太阳光光照，在太阳光斜射入小孔时，跟踪头底部太阳能电池能接受到太阳光光照。
本发明所述一种主动式太阳能集热器，其特征在于：所述跟踪头顶板上的太阳光射入小孔为方孔或圆孔。
本发明所述一种主动式太阳能集热器，其特征在于：所述储热部分的电加热器包括电阻丝连接柱和电阻丝，所述电阻丝连接柱为两个，电阻丝连接柱下端在水箱顶盖的两边处分别穿过水箱顶盖使电阻丝连接柱下半部分置于水箱的水中，电阻丝连接柱上端置于水箱顶盖外，所述电阻丝置于水箱的水中，连接在两个电阻丝连接柱之间，所述跟踪头顶部太阳能电池与电加热器相连导线的正负极分别连接在两个电阻丝连接柱的上端。
本发明所述一种主动式太阳能集热器，其特征在于：所述支撑摆动装置齿轮轴的轴承是滑动轴承或内壁光滑的U型槽。
本发明的工作原理是：太阳光透过跟踪头上小孔射到跟踪头内的太阳能电池(硅板)上，当阳光斜射入跟踪头小孔内，照在东、西向太阳能电池上时，该太阳能电池板收集到照射的太阳能，东、西向太阳能电池向上箱电动机供电，上箱电动机转动，带动上箱传动齿轮转动，上箱传动齿轮转动带动摆动装置的齿轮转动，摆动装置的齿轮带着齿轮轴一起转动，齿轮轴转动带动固定在齿轮轴上的上支架随轴的转动作摆动，使跟踪头东、西向转动，跟踪头东、西向转动至太阳光正对准跟踪头中间小孔位置时，太阳光直射入箱内，无法照到东、西向太阳能电池，电动机停止工作，跟踪头静止；当阳光直射在南、北向太阳能电池上时，太阳能电池板收集太阳能向下箱体电动机供电，电动机转动带动下箱传动齿轮转动，下箱传动齿轮带动摆动装置的齿轮转动，摆动装置的齿轮带着齿轮轴一起转动，齿轮轴转动带动固定在齿轮轴上的上支架随轴的转动作摆动，使跟踪头南、北向转动，跟踪头南、北向转动至太阳光正对准跟踪头中间小孔位置时，会使太阳光正对准跟踪头中间小孔位置，太阳光直射入箱内，无法照到南、北向太阳能电池，电动机停止工作，跟踪头静止。上、下箱止位销在电动机工作时，因齿轮转动，止位销不停做伸缩往复运动，电动机工作结束时，利用止位销和轮齿的摩擦力，使止位销上端停滞在摆动齿轮的齿槽中，防止齿轮因惯性继续转动。由于上下箱的摆动，使跟踪头顶部太阳能电池始终在太阳光直射的范围内，顶部太阳能电池能发挥最大效能。同时,跟踪头始终在太阳光直射的范围内，阳光射入小孔但照射不到底部任意一组太阳能电池上，太阳能电池不向电机供电，上下箱不会摆动，追踪头不会转动。当阳光发生偏斜时，阳光射入小孔内，会照射到底部一组太阳能电池上，此时，底部太阳能电池便向对应的电机供电，上箱或下箱在电机带动下摆动，跟踪头跟随转动，至跟踪头顶部处于太阳光直射范围内，这样，阳光射入小孔但照射不到底部任意一组太阳能电池上，如此不断的调整，使跟踪头顶部太阳能电池始终在太阳光直射的范围内。顶部太阳能电池接收光照产生电能，通过导线传导给储热部分的电加热器，电加热器使箱内水升温，达到储热目的。晚间无太阳光照射，追光部分和集热部分停止工作，水箱内的高温水向外散热，使温室内温度得到保证。
本发明的优点是：
1、使任何光照阶段的集热效果最优,使顶部太阳能电池始终保持太阳光入射角为0度,高效地收集太阳能。
2、装置可多方位、多角度收集太阳能,能在短时间大幅度增加温室内热量,较快达到温室内动植物生活生长所需要的温度。
3、集热效率高,且节能减排。
4、结构简单，便于生产安装，能源清洁，无有害产物，保护环境，自动追踪太阳光，节省人工。
附图说明
图1是本发明的主视示意图
图2是本发明的左视示意图
图3是本发明的俯视示意图
图4是追踪头横剖面示意图
图5是摆动装置放大示意图
图6是水箱结构主视示意图
图7是顶部太阳能电池与电加热装置连接电路图
图8南北向太阳能电池与下箱电动机连接电路图
图9东西向太阳能电池与上箱电动机连接电路图
图中,1、追踪头，2、上箱摆动装置，3、上箱止位销，4、上箱，5、上箱传动齿轮，6、下箱，7、下箱电动机，8、小孔，9、上箱电动机，10、下箱摆动装置，11、下箱止位销，12、下箱传动齿轮，13、顶部太阳能电池，14、西向太阳能电池，15、南向太阳能电池，16、东向太阳能电池，17、北向太阳能电池，18、铜柱，19、电阻丝，20、水箱,21、上支架，22齿轮轴，23、深沟球轴承，24、下支架，25、U型槽，26、箱体顶面。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
主动式太阳能集热器包括追光部分、集热部分和储热部分，追光部分包括上箱4和下箱6，上箱4和下箱6内都设有摆动机构；上箱4箱体顶面中心处开长条孔；下箱6箱体顶面中心处开长条孔；上箱4和下箱6内设有的摆动机构包括电动机7、9、传动齿轮5、12、摆动装置2、10、止位销3、11和止位销槽，电动机7、9是直流电动机，电动机7、9固定于箱体底部，位于箱体横向边缘，纵向中心处，传动齿轮5、12安装在固定轴上，固定轴固定在箱体的两个侧壁上，传动齿轮5、12与电动机7、9输出轴上的齿轮啮合，止位销槽固定在箱体底部中心处，止位销槽内设有弹簧，止位销3、11置于止位销槽内的弹簧上，摆动装置包括摆动齿轮、齿轮轴22、深沟球轴承23、上支架21和下支架24，齿轮轴22两端通过轴承支撑在箱体顶板外面，轴承是滑动轴承或内壁光滑的U型槽，摆动齿轮固定安装在齿轮轴22上，摆动齿轮置于箱体顶面长条孔处，两个深沟球轴承23安装在齿轮轴的摆动齿轮两侧，上支架是两块竖板，两块竖板向上固定在齿轮轴上，位于两个深沟球轴承23的外侧，下支架是两块竖板，两块竖板固定在箱体顶板内面，向下伸入箱内，下支架顶面与两个深沟球轴承23的外圈接靠，摆动齿轮与传动齿轮5啮合；止位销3、11的上端置于摆动齿轮的齿间；上箱4内的摆动装置为上箱摆动装置2，下箱6内的摆动装置为下箱摆动装置10；上箱4的底面与下箱摆动装置10的上支架21上端固定连接，上箱4箱体顶面长条孔与下箱6箱体顶面长条孔互相垂直；集热部分包括跟踪头1，跟踪头1是方形箱结构，方形箱顶板的中心处设有太阳光射入小孔8，小孔8在方形箱底板上的正投影位于方形箱底板上8块硅板围出的正方形之内，即在太阳光直射入小孔时，跟踪头底部太阳能电池接受不到太阳光光照，在太阳光斜射入小孔时，跟踪头底部太阳能电池能接受到太阳光光照，小孔(8)为方孔；方形箱顶板外面设有顶部太阳能电池13，顶部太阳能电池13是硅板组成的3×4的太阳能集热阵列，12块硅板沿方形箱顶板四边布置，每边三块硅板之间一边相接，各边的硅板之间一边相接，将方形箱顶板中心部位围出一正方形；底板内面设有底部太阳能电池，底部太阳能电池沿方形箱四边布置，分别为西向太阳能电池14、南向太阳能电池15、东向太阳能电池16和北向太阳能电池17，底部太阳能电池是8块硅板组成的太阳能电池,8快硅板沿方形箱四边布置，每边两块，每边两块硅板之间一边相接，各边的硅板之间一角相接,将方形箱底板中心部位围出一正方形。跟踪头1方形箱的底面与上箱摆动机构2的上支架上端固定连接；储热部分包括水箱20和电加热器，水箱20内装水，电加热器置于水箱20的水中；南向太阳能电池15和北向太阳能电池17分别通过导线与下箱电动机9相连，南向太阳能电池15和北向太阳能电池17连接下箱电动机9的正负极相反；西向太阳能电池14和东向太阳能电池16分别通过导线与上箱电动机9相连，西向太阳能电池14和东向太阳能电池16连接上箱电动机9的正负极相反，顶部太阳能电池13与水箱20的电加热器连接。
储热部分的电加热器包括电阻丝连接柱18和电阻丝19，电阻丝连接柱为两个18，电阻丝连接柱18下端在水箱顶盖的两边处分别穿过水箱顶盖使电阻丝连接柱下半部分置于水箱的水中，电阻丝连接柱上端置于水箱顶盖外，电阻丝19置于水箱的水中，连接在电阻丝连接柱18之间，顶部太阳能电池13与电加热器相连导线的正负极分别连接在电阻丝连接柱18的上端。
Claims (6)
1.一种主动式太阳能集热器，包括追光部分、集热部分和储热部分，其特征在于：所述追光部分包括上箱(4)和下箱(6)，上箱(4)和下箱(6)内都设有摆动机构；所述上箱(4)箱体顶面中心处开长条孔；所述下箱(6)箱体顶面中心处开长条孔；所述上箱(4)和下箱(6)内都设有的摆动机构包括电动机(7、9)、传动齿轮(5、12)、摆动装置(2、10)、止位销(3、11)和止位销槽，所述电动机(7、9)是直流电动机，电动机(7、9)固定于箱体底部，位于箱体横向边缘，纵向中心处，所述传动齿轮(5、12)安装在固定轴上，固定轴固定在箱体的两个侧壁上，传动齿轮(5、12)与电动机(7、9)输出轴上的齿轮啮合，所述止位销槽固定在箱体底部中心处，止位销槽内设有弹簧，所述止位销(3、11)置于止位销槽内的弹簧上，所述摆动装置包括摆动齿轮、齿轮轴(22)、深沟球轴承(23)、上支架(21)和下支架(24)，齿轮轴(22)两端通过轴承支撑在箱体顶板外面，摆动齿轮固定安装在齿轮轴(22)上，摆动齿轮置于箱体顶面长条孔处，两个深沟球轴承(22)安装在齿轮轴的摆动齿轮两侧，所述上支架是两块竖板，两块竖板向上固定在齿轮轴上，位于两个深沟球轴承(23)的外侧，所述下支架是两块竖板，两块竖板固定在箱体顶板内面，向下伸入箱内，下支架顶面与两个深沟球轴承(23)的外圈接靠，摆动齿轮与传动齿轮(5)啮合；所述止位销(3、11)的上端置于摆动齿轮的齿槽中；所述上箱(4)内的摆动装置为上箱摆动装置(2)，下箱(6)内的摆动装置为下箱摆动装置(10)；所述上箱(4)的底面与下箱摆动装置(10)的上支架(21)上端固定连接，上箱(4)箱体顶面长条孔与下箱(6)箱体顶面长条孔互相垂直；所述集热部分包括跟踪头(1)，所述跟踪头(1)是方形箱结构，方形箱顶板的中心处设有太阳光射入小孔(8)，方形箱顶板外面设有顶部太阳能电池(13)，底板内面设有底部太阳能电池，底部太阳能电池沿方形箱四边布置，分别为西向太阳能电池(14)、南向太阳能电池(15)、东向太阳能电池(16)和北向太阳能电池(17)，跟踪头(1)方形箱的底面与上箱摆动机构(2)的上支架上端固定连接；所述储热部分包括水箱(20)和电加热器，所述水箱(20)内装水，所述电加热器置于水箱(20)的水中；所述南向太阳能电池(15)和北向太阳能电池(17)分别通过导线与下箱电动机(9)相连，南向太阳能电池(15)和北向太阳能电池(17)连接下箱电动机(9)的正负极相反；所述西向太阳能电池(14)和东向太阳能电池(16)分别通过导线与上箱电动机(9)相连，西向太阳能电池(14)和东向太阳能电池(16)连接上箱电动机(9)的正负极相反，顶部太阳能电池(13)与水箱(20)的电加热器连接。
2.如权利要求1所述一种主动式太阳能集热器，其特征在于：所述跟踪头(1)顶部太阳能电池(13)是硅板组成的3×4的太阳能集热阵列，12块硅板沿方形箱顶板四边布置，每边三块硅板之间一边相接，各边的硅板之间一边相接，将方形箱顶板中心部位围出一正方形；所述底部太阳能电池是8块硅板组成的太阳能电池,8快硅板沿方形箱四边布置，每边两块，每边两块硅板之间一边相接，各边的硅板之间一角相接,将方形箱底板中心部位围出一正方形。
3.如权利要求2所述一种主动式太阳能集热器，其特征在于：所述跟踪头(1)顶板上的太阳光射入小孔(8)在方形箱底板上的正投影位于方形箱底板上8块硅板围出的正方形之内，即在太阳光直射入小孔时，跟踪头底部太阳能电池接受不到太阳光光照，在太阳光斜射入小孔时，跟踪头底部太阳能电池能接受到太阳光光照。
4.如权利要求3所述一种主动式太阳能集热器，其特征在于：所述跟踪头(1)顶板上的太阳光射入小孔(8)为方孔或圆孔。
5.如权利要求1所述一种主动式太阳能集热器，其特征在于：所述储热部分的电加热器包括电阻丝连接柱(18)和电阻丝(19)，所述电阻丝连接柱为两个(18)，电阻丝连接柱(18)下端在水箱顶盖的两边处分别穿过水箱顶盖使电阻丝连接柱下半部分置于水箱的水中，电阻丝连接柱上端置于水箱顶盖外，所述电阻丝(18)置于水箱的水中，连接在两个电阻丝连接柱(18)之间，所述顶部太阳能电池(13)与电加热器相连导线的正负极分别连接在两个电阻丝连接柱(18)的上端。
6.如权利要求1所述一种主动式太阳能集热器，其特征在于：所述支撑摆动装置齿轮轴(21)的轴承是滑动轴承或内壁光滑的U型槽。
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