CN109477666A - 紧凑型太阳能收集器的元件的自动液压运动系统 - Google Patents

Abstract

一种通过流体的膨胀的自动运动系统，所述系统作用在具有集成存储罐的紧凑型太阳能收集器的元件上，所述太阳能收集器具有暴露于太阳辐射的至少一面和不面向太阳辐射的至少另一面，所述太阳能收集器包括多个主管(l)，用于容纳适于存储热能的至少一个主热载体元件，以及外部传感器元件，所述外部传感器元件布置为能够相对于每个主管(1)移动，所述传感器元件适于在其运动期间至少部分地叠置在每个主导管(1)中。

Description

紧凑型太阳能收集器的元件的自动液压运动系统

技术领域

本发明涉及具有集成存储罐的紧凑型太阳能收集器的元件的自动运动系统。

更具体地，本发明涉及用于通过增加在设定的技术容积内的流体的温度来致动被自动操作的太阳能系统中的动力装置的运动系统。

背景技术

众所周知，经受温度升高的流体自然会增加其体积；如果在膨胀阶段不能提供流体膨胀所需的容积，则只要温度增加不停止，其压力就趋于增加。可以利用在前述技术容积内产生的压力来操作用于将包含在流体中的能量(在这种情况下是压力形式)转化为其他形式的装置。

该原理用于一些装置，比如用于自动调节加热器的恒温装置，以及用于调节生物质加热器中的空气拖曳的恒温杠杆阀。

第一种基本上有三种类型：蜡、液体和气体加热器。在蜡加热器中，传感器由填充有蜡的硬壳体构成。随着温度升高，蜡膨胀并通过获得预加载弹簧的阻力而将挡板推入闭合位置。它们是以长响应时间(数十分钟)来表征以达到平衡位置的传感器。

在液体恒温装置中，传感器包括填充有液体(通常是乙醇、丙酮或类似于在温度计中所使用的那些有机液体混合物)的刚性壳体。随着温度升高，液体膨胀并通过获得预加载弹簧的阻力而将挡板推动到闭合位置。因为它们可以确保良好的响应时间，因此它们当前是最常用的传感器之一。

在最后一种类型的恒温装置中，传感器由填充有气体的刚性壳体构成。随着温度升高，气体膨胀并通过获得预加载弹簧的阻力而将挡板推入到闭合位置。气体是可压缩的，并且这可能是存在于可导致不期望的挡板打开的太高的压差中的问题。

用于生物质炉中的阀使用与恒温装置相同的原理：当水的温度在发电机空间中发生变化时，拖曳调节器通过连接到由控制轴和链条形成的杠杆机构的恒温传感器的膨胀或收缩来改变燃烧空气入口门的打开。

还已知紧凑型太阳能收集器通常具有大尺寸和减小的厚度，并且在其内部包含待被加热的流体(优选卫生用水)的存储罐，并且通过优异的能量交换效率和低的热惯性效率来表征。在紧凑型间接辐射太阳能收集器的情况下，它们还包括用于直接的太阳辐射的主流体的存储罐，并且可以向待加热的流体或次流体提供热量。

紧凑型太阳能收集器还具有易于安装的优点，因为它足以将入口管和出口管连接到用户。

目前，这种紧凑型太阳能收集器具有的缺点是不能保持相同的热效率(即使在夜间)。实际上，由于待加热的流体的积聚直接暴露于阳光，因此热效率倾向于在夜间减少。因此，白天捕获效能优先地产生与整夜保持积聚能量的能力相同的限制。目前，不存在能够在不抑制必要的捕获能力的情况下隔离这种积聚的解决方案。

替代地，已知的技术包括太阳能收集器，其包括能够捕获太阳能的传感器；以及单独的存储罐，其与传感器装置流体连接用于存储待加热的流体。因此，积聚物适当地与外部隔离，并且允许在白天时间存储积聚物的热量并限制向外部的扩散。然而，在这种太阳能收集器中，积聚物具有的尺寸比其容纳加热液体的净有用容量大得多，因此其具有相当大的尺寸。

此外，包括真空管的紧凑型太阳能收集器被称为传感器元件，在该传感器元件内，流体在其内被加热的管是已知的。真空管允许减少通过上覆盖件的夜间热扩散。众所周知，最好的热绝缘体是真空，因为在真空情形下，由于涡流的自由循环，不存在对流热交换机制，其中，由于温度梯度的存在，在所有流体内产生的涡流的自由循环。在这些收集器中，传感器系统被定位在专用同心管内，捕获的热隔离的任务是由专用同心管引起。通过形成实现真空的腔室来实现该绝缘能力。由于真空管的绝缘特性，因此可以增加流过管的待加热流体的温度。然而，这种流体的温度可能有时会达到非常高的水平。如果过热变得不受控制，可能会对植入物或其组件造成损坏。

由于管过度过热引起的直接问题与过量的石灰石沉淀有关。

事实上，对于高的水硬度值(含有大量石灰石)的过度加热会导致石灰石的过量沉淀，这会导致管或管道的水垢。

目前，还存在具有太阳能屏蔽件的系统，其由放置在太阳能收集器或系统内部的温度传感器电气地操作和控制。所述系统基本上由电动机和屏蔽系统构成。在扁平收集器领域中，屏蔽通常由挡板形成，而在真空管收集器中，它可以是相对于传感器管同轴的挡板或层板。这些类型的屏蔽件的弱点在于，在没有电流的情况下，它们不能确保太阳能系统免受超温的影响，或者当在电源故障的情况下被置于闭合状态时，系统本身中断。可能显而易见的另一个必要条件是需要通过安装位置处的合适系统接收电力。这种电屏蔽系统的另一个通用限制是它们通常不调制，因为它们在关于及时建立的温度读数上与逻辑开/关传感器系统交互。

发明内容

本发明的目的是用能够确保在任何条件下保护太阳能收集器的系统来替换普通电驱动器，即使在没有电流的情况下，所述系统也具有自调节太阳能系统传感器需要的固有能力。

因此，本发明的具体目的是一种通过流体的膨胀的自动运动系统。所述系统作用在具有集成存储罐的紧凑型太阳能收集器的元件上。所述太阳能收集器具有暴露于太阳辐射的至少一面和不面向太阳辐射的至少另一面，所述太阳能收集器包括多个主管，用于容纳适于存储热能的至少一个主热载体元件，以及外部传感器元件，所述传感器元件布置为能够相对于每个主导管移动，该传感器元件适于在其运动期间至少部分地叠置在每个主管中。

在根据本发明的系统的优选实施例中，提供了作用在所述液压缸上的复位弹簧。

优选地，根据本发明，每个传感器元件能够相对于相应的主管自身旋转，优选地旋转180°。

始终根据本发明，所述驱动和传动装置优选地包括至少液压缸和诸如一个或多个齿条的运动传动机构。

在所述实施例中，通过具有不同尺寸的齿轮实现运动的传动。

始终根据本发明的优选实施例，齿条同时作用在所有齿轮上。

优选地，根据本发明，所述传感器元件包括相对于每个主管同轴设置的真空管。

此外，根据本发明，所述屏蔽元件由相同的传感器管构成，特别是由相同的传感器管的适当地制造为对太阳辐射不透明的部分构成。

始终根据本发明，作用在所述外部传感器元件上的所述驱动和传动装置被构造为根据所述主管中的压力和/或根据所述至少一个主热载体元件的温度使所述外部传感器元件在感测位置与屏蔽位置之间移动，并且反之亦然。

仍然根据本发明，所述驱动和传动装置被构造为使得当所述主管中的压力增加高于第一值时，所述驱动和致动装置作用在所述外部传感器元件上以朝向所述屏蔽位置行进，并且当所述主管中的所述压力减小时，所述致动装置使所述外部传感器元件朝向所述感测位置返回。

如已知的，当在温度升高的情况下允许膨胀时，由流体完成的功可以被利用以在太阳能收集器中操作运动学特性。特别地，这些运动学特性操作屏蔽件以防止面板停滞。甚至更特别地，这些运动学特性使紧凑型或标准面板的真空管、相对于紧凑型或标准面板真空管同轴的层板、扁平面板中的挡板移动。

通过上述系统，还可以使太阳能收集器(扁平的或管状的)移动，以便有利地使捕获表面相对于太阳射线对准并且增加系统的有效效率。

在温度升高超过阈值的情况下，也可以利用整个收集器的运动来防止系统继续吸收太阳辐射。

通过基于操作运动学特性所需的力和技术积聚物的膨胀所需的容积来确定液压缸的尺寸，可以获得在力和驱动方面具有多种特性的机构。

表征液压缸的冲程的选择被执行以确保在操作温度范围内包含在积聚物中的主流体所需的膨胀容积。这也限制了压力增加，考虑到不可压缩流体的使用情况，压力增加将趋于是高的：该系统还用作膨胀容器。

由于在该自动液压系统中存在单个压力，所以优选地借助于适当尺寸的复位弹簧来执行液压缸的返回。弹簧的使用允许你在返回冲程处或在气缸操作压力趋于减小时来积聚将被返回的以弹性能形式的足够量的能量。

附图说明

为了说明而非限制的目的现在将特别参考附图中的图来描述本发明，在附图中:

图1是根据本发明的运动系统的第一实施例的透视图；

图2是图1的系统的侧视图；

图3是根据本发明的运动系统的第二实施例的透视图；

图4是图3系统的侧视图；

图5是根据本发明的运动系统的第三实施例的透视图；

图6是图5的系统的侧视图；

图7是根据本发明的运动系统的第四实施例的透视图；以及

图8是图7的系统的侧视图。

具体实施方式

在太阳能收集器中，屏蔽系统具有阻挡太阳辐射、并且不允许其在收集器内部穿透到具有选择性涂层的管部分从而有助于主流体的加热的功能。

在图1至图8中，示出了应用于太阳能收集器的根据本发明的系统，其中屏蔽系统由也用作传感器的相同玻璃管形成。

然而，如上所述，同样的系统也可以设置在具有不同保护系统(比如旋转层板，其以180°弧覆盖单个管1)的太阳能收集器上。

在所示的实施例中，例如，在每个传感器管上施加薄膜，所述薄膜对初始指向太阳光线相对侧上的太阳辐射是不透明的。当系统升温时，主流体内的压力开始增加；现在，自动屏蔽系统开始发挥作用。借助于包括棘轮和齿轮的系统，活塞的直线运动被转换成旋转运动，从而允许传感器管暴露屏蔽部分。此时，太阳能收集器开始自调节：在压力增加时，其将对应于活塞的前进和其通过传感器的不透明表面的暴露；当压力由于太阳能收集器温度的降低而降低时，例如由于用户的能量回收或太阳能辐射的下降，其将对应于将使系统进入传感器模式的活塞的收回，即，使屏蔽部分处于起始位置。

特别参照图1和图2，示出了根据本发明的系统的第一实施例，其中玻璃传感器管1、结构2、液压缸3、齿条4、从动齿轮5、液压缸压力入口6和驱动齿轮7。

在该具体实施例中，液压缸3作用在两个驱动轮7上，两个驱动轮通过相邻的齿轮将旋转运动传递到整个管系统1。驱动轮7具有更大的齿轮宽度，以便在不干扰从动轮5的齿的情形下允许齿条4接合。

在图3和图4示出的实施例中，相应地是第二实施例的透视图和侧视图，其中相同的附图标记用于表示与图1和图2的部分相对应的部分，驱动轮7具有比第一实施例的直径更小的直径。以这种方式，通过液压缸3的相同的冲程，可以使管系统1实现更大的旋转。

图5和图6相应地示出第三实施例的透视图和侧视图，其中相同的附图标记用于表示与前述附图中的那些部分相对应的部分。

在该实施例中，齿条4同时作用在所有齿轮5上。所有齿轮彼此不啮合，从而通过使用针对其运动的较小的力使得根据本发明的系统被操作，这是因为通过轮之间的相互交互作用引入的摩擦分量已被消除。

图7和图8相应地是根据本发明的系统的第四实施例的透视图和侧视图，其中使用相同的附图标记来表示与前述附图中的那些部分相对应的部分。

在该实施例中，除了通过使用较小直径的驱动轮消除由于轮5的齿之间的相互交互作用引起的摩擦分量之外，还可以使用具有较小冲程的汽缸3来获得管系统1的期望旋转。因此，较短长度的齿条4并且由此根据本发明的整个系统的更大的紧凑性可以被提供。

在活塞杆上设置有复位弹簧8。为了其调节，该实施例需要各种变量的优化，比如：复位弹簧8的特征、流体容积，其通过膨胀启用缸体3、液压缸3特性、运动装置4、5、6、7的传动构造的性质和尺寸。

特别地，弹簧8在长度、有效冲程和弹性常数方面的特性必须允许使移动可逆所需的反作用力。然后，弹簧8的尺寸被设计为利用预加载选择来确保所述力。

液压缸3的特性允许递送用于移动的所需的力，同时确保流体膨胀容积以便不会达到太高的压力。

运动传动装置4、5、6、7的几何形状最终必须允许屏蔽程度的优化。特别地，这种几何形状的具体选择允许通过降低液压缸的成本、重量和尺寸来使所需屏蔽件以最小的活塞冲程旋转。

在这些不同特征之间形成的平衡允许太阳能收集器的动态屏蔽。

特别地，当主流体的温度增加时，只要由太阳提供的能量与在热扩散方面从系统向外消散的能量完全相同，则系统就开始移动并部分地阻挡进入的太阳辐射。

通过这种方式，始终确保系统的最大效率，并且同时在高温受限的时保持系统的完整性。

此外，粘性屏蔽元件的使用有助于避免由风引起的问题。相对于玻璃管将屏蔽件定位为独立旋转可导致不稳定或共振现象，这将使管的完整性处于危险中。

在上文中，已经描述了优选实施例，并且已经建议了本发明的变型，但是应当理解，本领域技术人员将能够在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下进行修改和改变。

Claims (8)

1.一种通过流体的膨胀的自动运动系统，所述系统作用在具有集成存储罐的紧凑型太阳能收集器的元件上，所述太阳能收集器具有暴露于太阳辐射的至少一面和不面向太阳辐射的至少另一面，所述太阳能收集器包括：多个主管(1)，用于容纳适于存储热能的至少一个主热载体元件；以及外部传感器元件，所述传感器元件布置为能够相对于每个主管(1)移动，所述传感器元件适于在其运动期间至少部分地叠置在每个主管(1)中，所述系统的特征在于，每个传感器元件能够相对于相应的主管(1)自身旋转，优选地旋转180°，并且其中，设置有驱动和传动装置(3，4，5，6，7)，优选地所述驱动和传动装置至少包括液压缸(3)和诸如一个或多个齿条(4)的运动传动机构。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，设置有作用在所述液压缸(3)上的复位弹簧(8)。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，通过具有不同尺寸的齿轮(5，7)实现运动的传动。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述齿条(4)同时作用在所有齿轮(5，7)上。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述传感器元件包括相对于每个主管(1)同轴设置的真空管。

6.根据前述权利要求中的一项所述的系统，其特征在于，所述屏蔽元件由相同的传感器管构成，特别是由相同的传感器管的、适当地制成为对太阳辐射不透明的部分构成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，作用在所述外部传感器元件上的所述驱动和传动装置(3，4，5，6，7)被构造为根据所述主管(1)中的压力和/或根据所述至少一个主热载体元件的温度使所述外部传感器元件在感测位置与屏蔽位置之间移动，并且反之亦然。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述驱动和传动装置(3，4，5，6，7)被构造为使得当所述主管(1)中的压力增加高于第一值(P1)时，所述驱动和致动装置(3，4，5，6，7)作用在所述外部传感器元件上以朝向所述屏蔽位置行进，并且当所述主管(1)中的所述压力减小时，所述致动装置(3，4，5，6，7)使所述外部传感器元件朝向所述感测位置返回。