CN109798676B - 一种太阳能平板集热器清雪装置 - Google Patents

一种太阳能平板集热器清雪装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能平板集热器清雪装置，包括固定支架和太阳能平板集热器，固定支架设置在太阳能平板集热器的下方，太阳能平板集热器通过固定支架倾斜安装；清雪刷滑道平行设置在太阳能平板集热器的左右两侧，清雪刷滑道的上下端固定连接在固定支架上；清雪刷紧贴设置在太阳能平板集热器的上表面，清雪刷的左右两端滑动连接在清雪刷滑道上；连接杆与驱动装置的输出轴固定连接，驱动装置用于带动连接杆周期性旋转，连接杆的端部与清雪刷滑动连接；本发明通过连接杆的周期性旋转带动清雪刷沿清雪刷滑道上下移动，实现了对太阳能平板集热器上的积雪进行清理；本发明结构简单、操作灵活，有效解决了大面积平板集热器积雪清除问题。

Description

一种太阳能平板集热器清雪装置
技术领域
本发明涉及太阳能热利用设备技术领域，特别涉及一种太阳能平板集热器清雪装置。
背景技术
青藏高原地区供暖诉求高、大多居住建筑冬季室内热环境亟待改善；而传统热源供暖模式始终面临能耗大、污染严重的挑战；青藏高原地太阳能资源极其丰富，具备利用太阳能供暖技术的先决技术条件，因此，太阳能供暖技术正在我国青藏高原地区建筑供暖中发挥着越来越大的作用。
众所周知，高原地区降雪频繁，导致太阳能集热器容易被雪覆盖，加之室外多大风、温度较低，雪后即使是阳光明媚的正午，覆盖于太阳能平板集热器上的雪也不易融化；由于太阳能集热器一般安置在屋顶以及较高处位置，人工难以清理，导致积雪长达数周甚至半个月难以融化，从而大大降低了太阳能供暖系统正常运行，严重影响到太阳能供暖效果，导致室内热环境难以有效保障。传统的清雪方法大多是人工进行清扫，需要耗费大量人力和时间，而且积雪难以及时清理，绝大多数平板集热器通常会安装在例如房顶等太阳辐射较好的位置，导致人工清理极其麻烦。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种太阳能平板集热器清雪装置，装置结构简单，操作灵活，能有效解决大面积平板集热器积雪问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种太阳能平板集热器清雪装置，包括固定支架、太阳能平板集热器、清雪刷滑道、清雪刷、连接杆及驱动装置；固定支架设置在太阳能平板集热器的下方，太阳能平板集热器通过固定支架倾斜安装；清雪刷滑道平行设置在太阳能平板集热器的左右两侧，清雪刷滑道的上下端固定连接在固定支架上；清雪刷紧贴设置在太阳能平板集热器的上表面，清雪刷的左右两端滑动连接在清雪刷滑道上；连接杆与驱动装置的输出轴固定连接，驱动装置用于带动连接杆周期性旋转，连接杆的端部与清雪刷滑动连接。
进一步的，清雪刷包括上部连接板和清雪刷刷头，上部连接板上沿清雪刷的轴线方向设置滑槽，滑槽内设置有滑轮，连接杆与滑轮固定连接。
进一步的，驱动装置带动连接杆绕驱动装置与连接杆的连接端做周期性旋转，连接杆的旋转最上角为太阳能平板集热器的上顶面，连接杆的旋转最下角为太阳能平板集热器的下底面。
进一步的，滑槽采用凹形槽，凹形槽的上表面设置上部挡片。
进一步的，清雪刷刷头采用硬毛质刷头。
进一步的，清雪刷两端设置清雪刷滑孔，清雪刷滑孔的直径略大于清雪刷滑道直径，清雪刷通过清雪刷滑孔安装在清雪刷滑道上，清雪刷滑孔的中心与清雪刷滑道的轴线中心设置在同一平面。
进一步的，驱动装置包括电机和变速器，电机固定安装在太阳能平板集热器的左侧或右侧，电机的输出轴与变速器的输入轴连接，变速器的输出轴与连接杆固定连接。
进一步的，电机采用单相电机，电机采用PLC控制器控制。
进一步的，太阳能平板集热器包括相邻间隔设置的第一太阳能平板集热器和第二太阳能平板集热器，清雪刷滑道包括第一清雪刷滑道、第二清雪刷滑道、第三清雪刷滑道及第四清雪刷滑道，清雪刷包括第一清雪刷和第二清雪刷；第一清雪刷滑道设置在第一太阳能平板集热器的左侧，第二清雪刷滑道设置在第一太阳能平板集热器的右侧，第三清雪刷滑道设置在第二太阳能平板集热器的左侧，第四清雪刷滑道设置在第二太阳能平板集热器的右侧；第一清雪刷设置在第一太阳能平板集热器上，第一清雪刷的两端滑动安装在第一清雪刷滑道和第二清雪刷滑道上；第二清雪刷设置在第二太阳能平板集热器上，第二清雪刷的两端滑动安装在第三清雪刷滑道和第四清雪刷滑道上；连接杆固定安装在驱动装置的输出轴上，驱动装置设置在第一太阳能平板集热器和第二太阳能平板集热器之间；驱动装置设置在连接杆的中点处，驱动装置带动连接杆绕连接杆的中点周期性旋转；连接杆的一端与第一清雪刷活动连接，连接杆的另一端与第二清雪刷活动连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种太阳能平板集热器清雪装置，通过采用在太阳能平板集热器上设置清雪刷，清雪刷滑动连接在清雪刷滑道上，通过连接杆的周期性旋转带动清雪刷沿清雪刷滑道上下移动，实现了对太阳能平板集热器上的积雪进行清理；本发明结构简单、操作灵活，有效解决了大面积平板集热器积雪清除问题；
进一步的，清雪刷刷头采用硬毛质刷头，实现了有效清除太阳能平板集热器表面积雪，且不会损坏太阳能平板集热器表面涂层；
进一步的，本发明装置操作简单，无需人工扫雪，通过室内点击电源开关控制屋顶太阳能平板集热器自动清雪，极大节省了人力消耗，同时有效提高太阳能热利用效率；
进一步的，电机采用单相电机，通过PLC控制器控制，实现了电机周期性的正反向旋转；
进一步的，相邻两个清雪刷通过一根连接杆连接，驱动装置设置在相邻两个太阳能平板集热器之间，驱动装置设置在连接杆的中点处，提高了本发明装置的清扫能力。
附图说明
图1为本发明所述的清雪装置整体结构示意图；
图2为本发明所述的清雪装置侧视图；
图3为本发明所述的清雪装置中的滑道结构左视图；
图4为本发明所述的清雪装置中的滑道结构右视图；
图5为本发明所述的清雪装置中的清雪刷的剖视图；
图6为本发明所述的清雪装置中的清雪刷的俯视图；
图7为本发明所述的清雪装置中的电机安装示意图；
图8为本发明所述的清雪装置中的滑杆与清雪刷连接结构示意图；
其中，1固定支架，2太阳能平板集热器，3清雪刷滑道，4清雪刷，5连接杆，6驱动装置；21第一太阳能平板集热器，22第二太阳能平板集热器，31第一清雪刷滑道，32第二清雪刷滑道，33第三清雪刷滑道，34第四清雪刷滑道，401第一清雪刷，402第二清雪刷，41清雪刷滑道孔，42上部连接板，43清雪刷刷头，421滑槽，422滑轮，423上部挡片，61电机，62变速器，63螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参考附图1-6所示，本发明提供一种太阳能平板集热器自动清雪装置，包括固定支架1、太阳能平板集热器2、清雪刷滑道3、清雪刷4、连接杆5及驱动装置6；
固定支架1设置在太阳能平板集热器2的下方，太阳能平板集热器2通过固定支架1倾斜安装在屋顶或阳光直射的位置处；太阳能平板集热器2包括相邻间隔设置的第一太阳能平板集热器21和第二太阳能平板集热器22；清雪刷滑道3平行设置在太阳能平板集热器2的左右两侧，清雪刷滑道3的方向与太阳能平板集热器2的倾斜方向相同，清雪刷滑道3的上下两端分别固定连接在固定支架1上；
清雪刷滑道3包括相互平行的第一清雪刷滑道31、第二清雪刷滑道32、第三清雪刷滑道33及第四清雪刷滑道34，第一清雪刷滑道31设置在第一太阳能平板集热器21的左侧，第二清雪刷滑道32设置在第一太阳能平板集热器21的右侧，第三清雪刷滑道33设置在第二太阳能平板集热器22的左侧，第四清雪刷滑道34设置在第二太阳能平板集热器22的右侧；
清雪刷4设置在太阳能平板集热器2的上表面上，清雪刷4的两端设置分别设置清雪刷滑道孔41，清雪刷滑道孔41中心之间的距离与太阳能平板集热器2两侧的清雪刷滑道3中心之间的距离相同，清雪刷滑道孔41中心与清雪刷滑道3处于同一平面；清雪刷4通过清雪刷滑道孔41安装在清雪刷滑道3上，清雪刷4沿清雪刷滑道3上下移动时，实现了对太阳能平板集热器2上表面的积雪进行清理。
清雪刷4包括第一清雪刷401和第二清雪刷402，第一清雪刷401设置在第一太阳能平板集热器21上，第一清雪刷401的两端通过清雪刷滑道孔41安装在第一清雪刷滑道31和第二清雪刷滑道32上；第二清雪刷402设置在第二太阳能平板集热器22上，第二清雪刷42的两端通过清雪刷滑道孔安装在第三清雪刷滑道33和第四清雪刷滑道34上。
连接杆5固定安装在驱动装置6的输出轴上，驱动装置6设置在连接杆5的中点处，驱动装置6带动连接杆5绕中点进行周期性旋转；连接杆5的一端与第一清雪刷401连接，连接杆的另一端与第二清雪刷402连接；
清雪刷4包括上部连接板42和清雪刷刷头43，清雪刷刷头43设置在上部连接板42的下部，清雪刷刷头43紧贴太阳能平板集热器2的上表面设置；
上部连接板42的上部沿清雪刷4的轴线方向设置滑槽421，滑槽421为截面为凹形槽，滑槽421内设置滑轮422，凹形槽的上部设置有上部挡片423，上部挡片423之间沿清雪刷4的轴线方向设置有2cm长孔，用于将滑轮422固定在滑槽421内，使滑轮422沿着清雪刷4的轴线方向左右移动，连接杆5的端部设置竖直向下的固定轴，固定轴的一端与连接杆5固定连接，另一端与滑轮422连接；驱动装置6带动连接杆5周期性旋转时，连接杆5带动滑轮422在滑槽421内左右移动，实现了清雪刷4沿清雪刷滑道3上下移动。
驱动装置6设置在第一太阳能平板集热器21和第二太阳能平板集热器22之间，驱动装置6包括电机61及变速器62，电机61通过螺栓63固定安装在固定支架1上，电机61的输出轴与变速器62的输入轴连接，变速器62的输入轴与连接杆5的中点固定连接；通过电机61带动连接杆5做周期性的旋转；连接杆5周期性旋转时带动清雪刷4上下移动，实现了清雪刷4对太阳能平板集热器2上表面积雪的清扫。
电机61的电源键安装在设备间等易于人工操作的地方，电机61的电源线路与太阳能平板集热器2上的温度传感器线路一并接到屋顶各设备，电机8通过电源电路供给运行，电机61采用单相电机，通过PLC控制器控制电机运行模式，实现电机61的正反向旋转，根据连接杆所需旋转角度以及旋转频率控制电机61的转速以及转动方向。
本发明中清雪刷滑道3采用直径为2cm圆柱形钢管制作，清雪刷滑道3的安装高度与清雪刷滑道孔41在同一平面上，清雪刷滑道孔41的直径为4cm，清雪刷滑道3从清雪刷滑道孔41中心穿过；清雪刷刷头43下层为硬毛质刷头，可以有效清除缝隙中的积雪，同时不会损伤太阳能平板集热器2表面涂层。上部连接板上的滑槽421的长度与连接杆7滑动的长度相适应，滑槽421内部宽度为5cm，滑槽421上部挡片预留宽度为2cm长孔，使与连接杆7端点连接的滑轮422在上部连接板42上的滑槽421内滑动，并使滑轮422固定在滑槽421内。
本发明中连接杆5与变速器62输出轴相连接，通过电机61带动连接杆5做周期性旋转，连接杆5的旋转角度根据所要清扫平板集热器2的尺寸相适应，连接杆5的旋转最上角为平板集热器2上顶面，旋转最下角为太阳能平板集热器2的下底面。
本发明的工作过程：
当太阳能平板集热器2上有冰雪时，人工打开操作间内的电机电源开关，通过电机61的转动带动连接杆5做周期性圆弧运动，连接杆5通过末端滑轮422通过在上部连接杆42的滑槽421内的滑动，带动清雪刷4沿清雪刷滑道3上下滑动进行清雪。
实施例
现取位于西藏地区，长宽为2×1m的平板集热器共12块，参考附图1所示的排列方式，总集热器表面积为24m2，安装角度为45°，取冬季平均日辐射强度为集热器表面受到太阳辐射强度为231W/m2。
根据平板集热器热量循环过程可知，集热器的能量平衡方程式可表示为：
QS＝QU+QL
式中，QS为单位时间内，集热器表面接收到太阳辐射能，
QU为单位时间内，集热器获得的有用能，
QL为单位时间内，集热器向周围环境散失的热量，
针对平板集热器，对其在稳态工况下运行时的热性能分析，其有效利用能QU可用下式计算：
QU＝AC[GT(τα)E-UL(TP,M-TA)]
式中，QU为单位时间内，集热器获得的有用能，
AC为集热器采光面积，
GT为集热器表面所接收到的太阳辐射强度，
(τα)E为集热器盖板对太阳辐射的透射率与吸热板表面对太阳辐射的吸收率之间有效乘积；
UL为太阳能平板集热器总热损失系数
TP,M为集热器表面温度；
TA为集热器周围空气温度
上式中(τα)E＝(τα)+α(1-τα)，其中α为定值，取0.27，τ为平板集热器的透射率，在无积雪的情况下τ取值0.9，在有积雪的情况下τ取值为0.3
根据上式计算得出分别在有积雪和无积雪的情况下平板集热器的蓄热量。在无积雪的情况下，集热器所获得的有用能为2544W；在有积雪的情况下，集热器所获得的有用能为898W。对比两种情况下平板集热器所能产生的有效利用能，可以发现清扫平板集热器上的积雪对太阳能蓄热效率有极大的提高，可见该装置具有很高的实用性，是冬季保证太阳能供暖系统安全可靠运行的关键。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种太阳能平板集热器清雪装置，其特征在于，包括固定支架（1）、太阳能平板集热器（2）、清雪刷滑道（3）、清雪刷（4）、连接杆（5）及驱动装置（6）；固定支架（1）设置在太阳能平板集热器（2）的下方，太阳能平板集热器（2）通过固定支架（1）倾斜安装；清雪刷滑道（3）平行设置在太阳能平板集热器（2）的左右两侧，清雪刷滑道（3）的上下端固定连接在固定支架（1）上；清雪刷（4）紧贴设置在太阳能平板集热器（2）的上表面，清雪刷（4）的左右两端滑动连接在清雪刷滑道（3）上；连接杆（5）与驱动装置（6）的输出轴固定连接，驱动装置（6）用于带动连接杆周期性旋转，连接杆（5）的端部与清雪刷（4）滑动连接；
清雪刷（4）包括上部连接板（42）和清雪刷刷头（43），上部连接板（42）上沿清雪刷（4）的轴线方向设置滑槽（421），滑槽（421）内设置有滑轮（422），连接杆（5）与滑轮（422）固定连接；
太阳能平板集热器（2）包括相邻间隔设置的第一太阳能平板集热器（21）和第二太阳能平板集热器（22），清雪刷滑道（3）包括第一清雪刷滑道（31）、第二清雪刷滑道（32）、第三清雪刷滑道（33）及第四清雪刷滑道（34），清雪刷（4）包括第一清雪刷（401）和第二清雪刷（402）；第一清雪刷滑道（31）设置在第一太阳能平板集热器（21）的左侧，第二清雪刷滑道（32）设置在第一太阳能平板集热器（21）的右侧，第三清雪刷滑道（33）设置在第二太阳能平板集热器（22）的左侧，第四清雪刷滑道（34）设置在第二太阳能平板集热器（22）的右侧；第一清雪刷（401）设置在第一太阳能平板集热器（21）上，第一清雪刷（401）的两端滑动安装在第一清雪刷滑道（31）和第二清雪刷滑道（32）上；第二清雪刷（402）设置在第二太阳能平板集热器（22）上，第二清雪刷（402）的两端滑动安装在第三清雪刷滑道（33）和第四清雪刷滑道（34）上；连接杆（5）固定安装在驱动装置（6）的输出轴上，驱动装置（6）设置在第一太阳能平板集热器（21）和第二太阳能平板集热器（22）之间；驱动装置（6）设置在连接杆（5）的中点处，驱动装置（6）带动连接杆（5）绕连接杆（5）的中点周期性旋转；连接杆（5）的一端与第一清雪刷（401）活动连接，连接杆（5）的另一端与第二清雪刷（402）活动连接。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能平板集热器清雪装置，其特征在于，清雪刷（4）包括上部连接板（42）和清雪刷刷头（43），上部连接板（42）上沿清雪刷（4）的轴线方向设置滑槽（421），滑槽（421）内设置有滑轮（422），连接杆（5）与滑轮（422）固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能平板集热器清雪装置，其特征在于，驱动装置（6）带动连接杆（5）绕驱动装置（6）与连接杆（5）的连接端做周期性旋转，连接杆（5）的旋转最上角为太阳能平板集热器（2）的上顶面，连接杆（5）的旋转最下角为太阳能平板集热器（2）的下底面。
4.根据权利要求2所述的一种太阳能平板集热器清雪装置，其特征在于，滑槽（421）采用凹形槽，凹形槽的上表面设置上部挡片（423）。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能平板集热器清雪装置，其特征在于，清雪刷刷头（43）采用硬毛质刷头。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能平板集热器清雪装置，其特征在于，清雪刷（4）两端设置清雪刷滑孔（41），清雪刷滑孔（41）的直径略大于清雪刷滑道（3）直径，清雪刷（4）通过清雪刷滑孔（41）安装在清雪刷滑道（3）上，清雪刷滑孔（41）的中心与清雪刷滑道（3）的轴线中心设置在同一平面。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能平板集热器清雪装置，其特征在于，驱动装置（6）包括电机（61）和变速器（62），电机（61）固定安装在第一太阳能平板集热器（21）及第二太阳能平板集热器（22）之间；电机（61）的输出轴与变速器（62）的输入轴连接，变速器（62）的输出轴与连接杆（5）固定连接。
8.根据权利要求7所述的一种太阳能平板集热器清雪装置，其特征在于，电机（61）采用单相电机，电机（61）采用PLC控制器控制。
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