CN108286825A - 反射镜追日的自动控制机构 - Google Patents

Abstract

反射镜追日的控制机构，聚射式太阳能集热器反射镜追日的自动控制系统。属绿色能源、太阳能光热利用领域。聚射式太阳能集热器受热管受到的照射强度，是直射式的约10倍，性能越升。其未能广泛使用，是由于聚射式就必须使反射镜具有追日功能，原有追日机构昂贵、笨重，无法在民用中使用。本发明提供了最简单的反射镜追日功能。因此开创了太阳能集热器用于冬季采暖的新领域。新结构易于与建筑一体化，形成建筑物的外遮阳，节省了夏季屋顶、墙体向室内传热这个空调的主要能耗。冬季向建筑物提供采暖热源。

Description

反射镜追日的自动控制机构

(一)技术领域：

可再生清洁能源，太阳能的热利用。聚射式太阳能集热器，反射镜追日的自动控制机构。

(二)背景技术：

目前所有民用太阳能热利用产品，无论是真空管式或平板式，均为直射式。冬季由于气温低、太阳光弱、形不成温差、无法吸收、利用太阳能。在冬季最需要热源的时候，太阳能的利用却呈停滞状态。

反射镜能集聚太阳光，提高冬季太阳能的品位，克服冬季太阳光弱的缺陷。但使用反射镜，就必须使其具有追日功能。工业和实验中已使用的，逻辑或程序自动控制系统，控制电动机、通过减速机传动，驱动反射镜追日。方法过于复杂、贵重、笨重，无法在民用中使用。使民用太阳能产品长期停滞在直射式。在冬季最需要热源时，太阳能利用却瘫痪的低水平。

(三)发明内容：

1.要解决的技术问题：

(1).解决扩大太阳能利用的经济技术问题：

太阳能能量巨大，但能量密度很低。要大量的利用太阳能，就必须有很大面积的收集器。原有的真空管式、平板式结构复杂，单位面积成本高，设备投资大，很难适应大面积使用。

本发明利用反射镜扩大接受面积，结构简单、造价低、耐候性强，是大幅度提高太阳能集热器功率，最经济、最现实的方法。

(2).克服冬季太阳能利用的难题：

冬季太阳光弱、气温低无论是真空管式或平板式，这些直射式太阳能集热器冬季均不能形成传热所需的温差，致使在最需要热源的冬季，太阳能热利用设备却呈瘫痪状态。

本发明采用强制热循环，使用光电池驱动循环泵实现强制热循环，以利于迅速吸收太阳能。

本发明使用反射镜，可聚集10倍于太阳直射的光强至受热管，大幅度提高冬季太阳能的品位。反射镜的大面积和聚射作用，在强制热循环的推动下，可实现冬季利用太阳能采暖的新领域、新市场。

(3).提供适于民用的追日机构：

聚射式集热器已经在工业中得到使用，而民用上仍停留在直射式，其原因是使用聚射式集热器，就必须使反射镜具有追日功能，追日系统复杂、贵重、笨重而无法在民用中使用。

本发明就是利用新的，具有放大功能的光电三极管，能够在太阳光直射时导通，而不直射时关断的功能，简化追日传感。简化后的追日系统适于民用，使太阳能利用的民用设备，从直射式进入到聚射式时代，从而使大面积利用太阳能采暖成为可能。

(4).实现与建筑一体化：

太阳能的收集与使用，距离越近越好，这就需要与建筑一体化。本发明的集热器结构简单，易于和建筑一体化，夏季为建筑物提供外遮阳，冬季向建筑物内供暖，是未来建筑物的共生体，所以可与建筑同设计、同施工，生产洁能环保的绿色建筑，亦可对旧建筑进行逐步安装改造，使旧建筑也成为节能环保的绿色建筑。

2.技术方案：

抛物柱形反射镜15镜口呈长方形，镜口朝向太阳，沿其焦线方向水平的排列在建筑物向阳墙面和屋顶。

反射镜15的追日以步进方式进行，反射镜15每次追日旋转的角度为步进角，步进角以反射光不会射出受热管16为极限，因此步进角由受热管16直径和反射镜15制造精度决定。

整机的各部件按运动状态分为静止、摆动、步进三部分：

1.静止部分有机架8及轴5、受热管16、逆电磁铁10、顺电磁铁11等：

反射镜15两端设机架8，机架8通过底板9上的地脚螺栓13固定在建筑物12上。机架8顶端焊接轴5，两端的轴5与接板6动配合，两端的接板6与镜辐17共同支撑反射镜15。安装时，要使两颗轴5的中心线在同一几何中心线上。两颗轴5的最内端，从两端共同固定受热管16在反射镜15的焦线上。逆电磁铁10、顺电磁铁11固定在底板9上。

用光电池发电做为设备的电源，光电池固定的安装在太阳光不受遮挡的位置，可向单台或多台设备供电。光电池设动力光电池组和控制光电池组，动力光电池组为顺电磁铁11、逆电磁铁10、循环泵34供电，因为均是感性负载，为线路稳定，单设控制光电池组为顺时针继电器22、逆时针继电器23的输入回路供电，

本发明采用强制水循环，动力光电池组为循环泵34提供电源，循环泵34置于室内，串接在水循环的管道中，提供热循环的动力。

摆动部分有摆杆18等：

摆杆18的左、右以竖中心线为对称。其中心线上的中心孔动配合的套在轴5上。顺电磁铁11通电时，通过顺钢丝绳14拉动摆杆18顺时针转动，从而带动反射镜15顺时针追日。

逆电磁铁10通电时，通过逆钢丝绳7拉动摆杆18逆时针转动，从而带动反射镜15逆时针追日。

3.步进部分有反射镜15、镜辐17、接板6及安装在其上的遮光罩2、顺光电开关1、逆光电开关3等：

反射镜15的步进追日，由反射镜15装有摆杆18等驱动装置的单侧完成的。

遮光罩2的左视图呈工字型，通过反射镜15一侧的镜辐17及镜端的接板6将遮光罩2固定在反射镜15上，并使遮光罩2左视图的对称中心平面a与反射镜15的过焦线对称面A重合。在遮光罩2中间隔板底部的两侧，一侧安装逆光电开关3，另一侧安装顺光电开关1。

3.有益效果：

①.扩大太阳能利用在能源结构中的比例：

太阳能能量巨大，但能量密度很低。要大量的利用太阳能，就必须有很大面积的收集器。原有的真空管式、平板式集热器，结构复杂，单位面积成本高，耐候性差不能适应对太阳能的大面积利用。

本发明利用反射镜扩大接受面积，结构简单、造价低、耐候性强，安装便捷、技术经济效果好，是大幅度提高太阳能集热器功率，提高太阳能利用在整个能源结构中的比例，最经济、最具前景和最现实的方法。

②.开拓冬季利用太阳能采暖的新领域：

由于反射镜对太阳光的聚集作用，使受热管的受照强度十倍于太阳光的直射(反射镜宽度与受热管直径比)，大大提高了冬季太阳能的品位，这给冬季利用太阳能采暖提供了热力学基础。给寒冷的冬季提供了可利用的珍贵热源，本发明采用强制热循环，能迅速吸收太阳能，因此本发明的产品，可广泛用于中南部大半个中国的冬季采暖。

③.兼具对建筑物夏季的外遮阳功能：

反射镜的镜口端面为长方形，可紧密的排列在建筑物向阳面外墙和屋顶，形成外遮阳。夏季气温在30至40度，而太阳直射的墙面温度可达70度，所以夏季空调的电耗，主要消耗在降低墙面和屋顶向室内的传热上，建筑物有反射镜作为外遮阳，可大幅降低夏季空调能耗。

④.系统不需外电源：

由于采用新技术、新材料、新元件。追日机构简单、经济、耐候性强。反射镜追日运动，热循环泵输水等电能消耗，由自身光电池组提供。整机不需外电源，为与建筑一体化提供了基础。

⑤.与建筑一体化：

本发明采集与使用能源的距离最近，使聚射式太阳能集热器与建筑一体化。夏季为建筑物外遮阳、冬季供暖，是未来建筑物的共生体，因此可与建筑同设计同施工，生产有太阳能利用系统的绿色建筑，也可对旧建筑进行逐步加装，改造成为节能环保的绿色建筑。

⑥.最理想的遮窗罩：

由于太阳光冬、夏季有47度的入射角变化，安装在窗户上方的反射镜，夏季全部挡住太阳光对窗户的入射，提供夏凉的功能。冬季丝毫不挡太阳光对窗户的入射，反而通过反射镜集聚太阳能，向室内供暖。

⑦.大面积使用可少烧千万吨化石能源：

建筑物夏季空调降温和冬季采暖两方面所消耗的能量，约是社会总能耗的三分之一，数字巨大。与建筑一体化聚射式太阳能集热器大面积使用，将逐步提升太阳能的占比，改变能源结构，用绿色的太阳能代替化石能源的消耗，降低二氧化碳排放，消减雾霾、保护环境。

(四)附图说明：

图1是反射镜追日机构，驱动一侧的结构简图。因较能整体反映机构形态，故选做摘要附图。

图2是自动追日控制的电路图。

图3是遮光罩部分的详图。

附图中零件序号和它们代表的零件名称是：1顺光电开关、2遮光罩、3逆光电开关、5轴、6接板、7逆钢丝绳、8机架、9底板、10逆电磁铁、11顺电磁铁、12建筑物、13地脚螺栓、14顺钢丝绳、15反射镜、16受热管、17镜辐、18摆杆、20顺通断器、21逆通断器、22顺时针继电器、23逆时针继电器、24顺压敏熔断器、25顺压敏电阻、26逆压敏熔断器、27逆压敏电阻、28顺续流熔断器、29逆续流熔断器、30顺续流二极管、32逆续流二极管、34循环泵、35温控开关、36保护电阻。

(五)具体实施方式：

专利产品整体呈长方形，长度约是宽度的3至4倍，水平排列安装在建筑物墙体或屋顶上。反射镜15采用垂直单向追日方式。表面为反光材料制成的反射镜15，镜面呈抛物柱形。

储水箱等用水设备安装在室内，其上安装温控开关35，顺时针继电器22和逆时针继电器23并联后，同时串联在温控开关35的电接点上。夏季当储水箱温度过高时，温控开关35的电接点断开，关断顺时针继电器22和逆时针继电器的输入回路，使反射镜追日无法进行，降低热吸收，当储水箱温度下降后，温控开关自动复位，反射镜重新追日。

顺时针继电器22的输入回路，为保护电阻36、顺光电开关1、顺通断器20、温控开关35、串联接入控制光电池组。

逆时针继电器23的输入回路，为保护电阻36、逆光电开关3、逆通断器21、温控开关35、串联接入控制光电池组。

顺通断器20与逆通断器21结构相同，内部的集成块IC，具有震荡、分频功能，提供固定频率的通断，并设发光二极管指示电路的通断。

顺时针继电器22的输出回路，为串联顺电磁铁11接入动力光电池组。

由于顺电磁铁11为感性负载，线路顺压敏熔断器24、顺压敏电阻25、顺续流二极管30、顺续流熔断器28作为顺输出回路的保护器件。

逆时针继电器23的输出回路，为串联逆电磁铁10接入动力光电池组。

由于逆电磁铁10为感性负载，线路逆压敏熔断器26、逆压敏电阻27、逆续流二极管32、逆续流熔断器29作为逆输出回路的保护器件。

夜间或阴天，无太阳光照射时，控制光电池组、动力光电池组均无输出，整机无动力停止。

当太阳光线在垂直方向与反射镜15过焦线对称平面A平行时，遮光罩2工字型上横，挡住太阳光对底部的顺光电开关1和逆光电开关3的照射，反射镜15呈对日状态，设备无动作。

当上午太阳上升时，太阳光射到逆光电开关3，逆光电开关3导通，经逆通断器21向逆时针继电器23提供脉冲信号，逆时针继电器23输出脉冲给逆电磁铁10，逆电磁铁10吸引，经逆钢丝绳7拉动摆杆18，在摆杆18的牵动下，反射镜15逆时针旋转一个步进角追日。

当一个步进角的旋转不能使遮光罩2，挡住太阳光对逆光电开关3的直射时，上述过程重复进行，至步进旋转后，遮光罩2挡住太阳光对逆光电开关3的直射，反射镜15完成逆时针追日。

当下午太阳下降时，太阳光射到顺光电开关1，顺光电开关1导通，经顺通断器20向顺时针继电器22提供脉冲信号，顺时针继电器22输出脉冲给顺电磁铁11，顺电磁铁11吸引，经顺钢丝绳14拉动摆杆18，在摆杆18的牵动下，反射镜15顺时针旋转一个步进角追日。

当一个步进角的旋转不能使遮光罩2挡住太阳光对顺光电开关1的直射时，上述过程重复进行，至步进旋转后，遮光罩2挡住太阳光对顺光电开关1的直射，反射镜15完成顺时针追日。

窗罩式太阳能集热器：

是将反射镜15安装在向阳窗檐的上方。由于冬、夏季太阳光有47度的入射角变化，及反射镜15的追日运动。夏季反射镜15将入窗的太阳光全部遮挡，太阳光不会射入室内，起到夏季外遮阳的作用。冬季丝毫不会影响太阳光由窗户对室内的照射，同时反射镜15将太阳光反射到受热管16上，受热管16内的水加热后，输向室内提供采暖的热源。

Claims (1)

1.反射镜追日的自动控制机构，具有反射镜的聚射式太阳能集热器的，一种追日自动控制机构，其特征是遮光罩(2)的左视图呈工字型，通过反射镜(15)一侧的镜辐(17)及镜端的接板(6)将遮光罩(2)固定在反射镜(15)上，并使遮光罩(2)的对称中心平面a与反射镜(15)的过焦线对称面A重合，在遮光罩(2)中间隔板底部的两侧，一侧安装逆光电开关(3)，另一侧安装顺光电开关(1)，

用光电池发电做为设备的电源，光电池固定的安装在太阳光不受遮挡的位置，可向单台或多台设备供电。光电池设动力光电池组和控制光电池组，动力光电池组为顺电磁铁(11)、逆电磁铁(10)、循环泵(34)供电，因为均是感性负载，为线路稳定，单设控制光电池组为顺时针继电器(22)、逆时针继电器(23)的输入回路供电，

本发明采用强制水循环，动力光电池组为循环泵34提供电源，循环泵34置于室内，串接在水循环的管道中，提供热循环的动力，

顺时针继电器(22)的输入回路，为保护电阻(36)、顺光电开关(1)、顺通断器(20)、温控开关(35)、串联接入控制光电池组，

逆时针继电器(23)的输入回路，为保护电阻(36)、逆光电开关(3)、逆通断器(21)、温控开关(35)、串联接入控制光电池组，

顺时针继电器(22)的输出回路为，串联顺电磁铁(11)接入动力光电池组，

逆时针继电器(23)的输出回路为，串联逆电磁铁(10)接入动力光电池组。