CN111879020A - 利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统，其相变储能水箱内设置有循环泵，相变储能水箱上设置有旋转底盘，旋转底盘内部是由自动控制装置控制的转动轴，所述旋转底盘上设置有底板，底板与旋转底盘固定在一起，底板上一侧两角均设置有固定转动轴承，固定转动轴承与真空管支撑板锁死，底板上有可伸缩的自动升降装置，自动升降装置与滑动板用螺丝固定，底板另一侧两角上有折叠固定杆，底板上还设置有蓄电池，所述固定转动轴承、滑动板和折叠固定杆上设置有真空管支撑板，真空管支撑板上设置有真空管集热器。本发明能够实时校准最强光处，短时间内可储存大量热，能够高效、稳定、连续的提供热水。

Description

利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统
技术领域
本发明涉及的是太阳能热水器技术领域，具体涉及一种利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统。
背景技术
我国太阳能资源占据非常大的比例，但是到达地球表面的太阳辐射能量密度偏低。在受到地理、季节、昼夜及天气变化等因素的制约，表现出稀薄性、间断性和不稳定性等特点。热水的利用常常存在供求之间在时间上和空间上不匹配。而相变储能技术可解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾。
一般市场上的太阳能集热器都是以一个固定角度安装的，其集热效率并不好。现阶段的太阳能热水器有很多不足之处，性价比较低，安装过程麻烦。在数天看不到太阳的情况下，通过电加热会花费着高昂的电费，加热速度也较慢。即使有些专利实现了类似自动控制，但是其可行性实用性不高，由于太阳光在随时间逐渐变化，导致集热板的集热效率不能始终处于最大值，为响应国家节能环保的号召，应使每一寸集热器都能高效运行。因此需要一种可升降转动具有储能的太阳能集热器来应对各类复杂天气。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统，安装简便，绿色节能。能够实时校准最强光处，短时间内可储存大量热，并且可将多余热量储存在相变材料中，能够高效、稳定、连续的提供热水。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统，包括防震垫、相变储能水箱、底板、自动升降装置、旋转底盘、真空管集热器、固定转动轴承、真空管支撑板、滑动板、折叠固定杆、循环泵、蓄电池和自动控制装置，所述防震垫上设置有相变储能水箱，相变储能水箱内设置有循环泵，相变储能水箱入口接真空管集热器出口，相变储能水箱的出口接循环泵的入口，循环泵出口处接真空管集热器的入口，相变储能水箱上设置有旋转底盘，旋转底盘内部是由自动控制装置控制的转动轴，所述旋转底盘上设置有底板，底板与旋转底盘固定在一起，底板上一侧两角均设置有固定转动轴承，固定转动轴承与真空管支撑板锁死，底板上有可伸缩的自动升降装置，分三小节构成，其直径依次减少，自动升降装置与滑动板用螺丝固定，底板另一侧两角上有折叠固定杆，底板上还设置有蓄电池，所述固定转动轴承、滑动板和折叠固定杆上设置有真空管支撑板，真空管支撑板固定住每根真空管，多根真空管组成的真空管集热器设置在真空管支撑板上。
进一步地，所述真空管集热器有两个端口，真空管集热器进口通过可伸缩耐高温橡胶软管与循环泵出口连接，真空管集热器出口通过可伸缩耐高温橡胶软管与相变储能水箱连接。
进一步地，所述的相变储能水箱外侧设置有保温层，采用不锈钢材料。
进一步地，所述的防震垫上设置有发电机，通过多余热量发电并储存到蓄电池中。
进一步地，所述的真空管集热器的真空管下方的底板为凹凸不平的平面，真空管下方设置有光感器。
进一步地，所述相变储能水箱内部是相变储能材料，相变储能材料是石蜡。
进一步地，所述的相变储能水箱中还设置有温度传感器，检测实时温度回馈给自动控制系统。
进一步地，所述的真空管支撑板下设置有固定滑槽，滑动板在滑槽内随自动升降轴运动，所述的滑动板与自动升降装置为一体式结构，且固定安装。
进一步地，所述的折叠固定杆为三节式折叠杆。
进一步地，基于PID控制器加入天气预报系统并辅以广义预测控制算法，它能够预测天气变化的实时趋势，以便更好的控制自动追踪阳光系统的稳定性。
本发明的装置为装配式分模块安装，各模块安装顺序由下到上依次安装，安装简单，高效稳定，不需要外接电源，初次使用时蓄电池为满电状态。旋转底盘以蓄电池内的电驱动，并随固定转动轴承转动。真空管集热器各管段固定安装在真空管支撑板上，真空管支撑板迎光表面为粗糙表面，可反射大部分阳光，以促进高效集热；真空管支撑板背面为滑动槽，供滑动板移动，以改变集热板角度。真空管集热器采用下进上出异程式，下进口和上出口处分别设有可伸缩耐高温橡胶软管，下进口处并辅以循环泵调节运行流量。
本发明利用石蜡由固态直接转变成液态，吸收潜热，在进行逆过程时，释放相变热。当热水器的水温高于53℃时，相变蓄热材料开始熔化，将高于53℃水温的热能蓄积起来，当热水器的水温低于53℃时，相变蓄热材料又开始结晶，把蓄积起来的热量释放出来，将热水器的水温始终控制在设定的范围内，以方便人们生活用水。
本发明具有以下有益效果：
1、所述太阳能集热器，结合了相变储能技术与自动控制追踪阳光技术，能够在最短的时间内完成所有任务，提供稳定的热水。能够应对各种各样的突发天气状况，保证一天中日照不稳定时，能尽快使太阳能集热器达到饱和。
2、利用相变储能技术将热量储存起来，可以满足不同的天气情况下，实现稳定，高效，连续的提供热水。
3、本太阳能集热系统利用多余热量生产电能，使循环泵一直运行，这样一个循环可实现零能耗，无污染的目标。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的各单元模块拼接示意图；
图2为本发明的初始状态示意图；
图3为本发明的太阳能集热器俯视图；
图4为本发明的太阳能集热器自动升降左旋转至某一角度示意图；
图5为本发明的太阳能集热器自动升降右旋转至某一角度示意图；
图6为本发明的太阳能集热器上升至36°时示意图；
图7为本发明的太阳能集热器系统的流程图；
图8为本发明的相变储能水箱内部结构示意图；
图9为本发明的自动控制系统流程图；
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1-9，本具体实施方式采用以下技术方案：利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统，包括防震垫1、相变储能水箱2、底板3、自动升降装置4、旋转底盘5、真空管集热器6、固定转动轴承7、真空管支撑板8、滑动板9、折叠固定杆10、循环泵11、蓄电池13和自动控制装置18，所述防震垫1上设置有相变储能水箱2，相变储能水箱2内设置有循环泵11，相变储能水箱2入口接真空管集热器6出口，相变储能水箱2的出口接循环泵11的入口，循环泵11出口处接真空管集热器6的入口，相变储能水箱2上设置有旋转底盘5，旋转底盘5内部是由自动控制装置18控制的转动轴，所述旋转底盘5上设置有底板3，底板起支撑作用，与旋转底盘固定在一起并随之一起转动，底板3上一侧两角均设置有固定转动轴承7，固定转动轴承7与真空管支撑板8锁死，以固定转动轴为中心进行转动，底板3上有可伸缩的自动升降装置4，分三小节构成，其直径依次减少，自动升降装置4与滑动板9用螺丝固定，底板另一侧两角上有折叠固定杆10，折叠固定杆随自动升降装置的升降而运作，底板3上还设置有蓄电池13，过多的热量通过发电机转化成电，存储到蓄电池中，所述固定转动轴承7、滑动板9和折叠固定杆10上设置有真空管支撑板8，真空管支撑板8固定住每根真空管，多根真空管组成的真空管集热器6设置在真空管支撑板8上。
值得注意的是，所述真空管集热器6有两个端口，真空管集热器6进口通过可伸缩耐高温橡胶软管12与循环泵11出口连接，真空管集热器6出口通过可伸缩耐高温橡胶软管12与相变储能水箱2连接。
值得注意的是，所述的相变储能水箱2外侧设置有保温层，采用不锈钢材料。
值得注意的是，所述的防震垫1上设置有发电机16，通过多余热量发电并储存到蓄电池13中。
值得注意的是，所述的真空管集热器6的真空管下方的底板3为凹凸不平的平面，便于反射，更多的落到真空管背光测，起到促进高效加热的作用；真空管下方设置有光感器14，可以敏锐的感受日照强度，并实时传递给自动控制装置18(控制器)。
值得注意的是，所述相变储能水箱2内部是相变储能材料15，相变储能材料15是石蜡。石蜡是相变储能技术的常用材料，其相变点为53-58℃，当温度升高到53℃时，相变材料自动发生相变吸取热量，当温度低于53℃时，自动发生相变提供热量。
值得注意的是，所述的相变储能水箱2中还设置有温度传感器17，检测实时温度回馈给自动控制系统18。
值得注意的是，所述的真空管支撑板8下设置有固定滑槽，滑动板9在滑槽内随自动升降轴运动，所述的滑动板9与自动升降装置4为一体式结构，且固定安装。
此外，所述的折叠固定杆10为三节式折叠杆。
由于天气具有不稳定性，因此基于PID控制器加入天气预报系统并辅以广义预测控制算法，它能够预测天气变化的实时趋势，以便更好的控制自动追踪阳光系统的稳定性。
一般正常天气中，当阳光出现时，光感器14首先工作，分析阳光入射角度，传递给自动控制系统18，自动控制系统18调动旋转底盘5拖动集热装置旋转至阳光入射处，调动升降装置4使滑动板9在真空管支撑板8下面的滑槽内移动，二者结合，使真空管集热器6自动校准阳光，保持90°垂直状态。阳光在实时变动，自动控制系统18控制真空管集热器6也实时变化，达到自动跟踪的状态。白天太阳光照射到真空管集热器6上，真空管集热器6内热水不断加热，使水温不断升高；在太阳能热水器中温度传感器17的测试温度小于35℃时，保持开启循环泵。当水温升高到53℃时，水箱内的相变储能材料15开始发生相变，热量被储存到相变材料中。当相变材料全部储能完毕，可将多余热量通过发电机16转化为电储存在蓄电池13中，供发电机16、循环泵11、自动升降装置4使用。同时相变储能水箱2内水温临近80℃时，循环泵11应低速运行，当蓄电池13慢满电状态且90℃时循环泵11停止运行。真空管支撑板8迎光面为粗糙面，可反射大量阳光至真空管背光面，达到高效集热效果。当太阳下山，自动控制系统回归初始状态。
异常天气中，当阳光出现，光感器14首先工作，分析阳光入射角度，传递给自动控制装置18，自动控制装置18调动旋转底盘5拖动集热装置旋转至阳光入射处，调动升降装置4使滑动板9在真空管支撑板8下面的滑槽内移动，二者结合，使真空管集热器6自动校准阳光，保持90°垂直状态。阳光在实时变动，自动控制装置18控制真空管集热器6也实时变化，达到自动跟踪的状态。由于天气预报的预警与广义预测控制算法的动态预测，其阳光较以往正常天气的日照量大量减少，因此控制系统驱动循环泵11高速运行。真空管集热器6内热水不断加热，使水温不断升高；在太阳能热水器中温度传感器17的测试温度小于35℃时，保持开启循环泵11，并继续加热。当水温升高到53℃时，水箱内的相变储能材料15开始发生相变，热量被储存到相变材料中。当相变材料全部储能完毕，可将多余热量通过发电机16转化为电储存在蓄电池13中，供发电机16、循环泵11、自动升降装置4使用。同时相变储能水箱2内水温临近80℃时，循环泵11应低速运行，当蓄电池13满电状态且90℃时循环泵11停止运行。当太阳下山，自动控制系统回归初始状态。
本具体实施方式主要利用光感器实时追踪阳光，通过自动控制系统升降、旋转至相应太阳角度，使太阳能集热器与太阳光保持垂直，从而满载运行；当水温达到一定温度后，为相变储能材料提供热量；当相变材料全部消耗后，多余热量将转化为电存储在蓄电池中，带动发电机，供循环泵和自动升降旋转装置使用，以解决传统太阳能集热器集热效率、供求不平衡以及日照量不足所导致热水使用不便的问题。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统，其特征在于，包括防震垫(1)、相变储能水箱(2)、底板(3)、自动升降装置(4)、旋转底盘(5)、真空管集热器(6)、固定转动轴承(7)、真空管支撑板(8)、滑动板(9)、折叠固定杆(10)、循环泵(11)、蓄电池(13)和自动控制装置(18)，所述防震垫(1)上设置有相变储能水箱(2)，相变储能水箱(2)内设置有循环泵(11)，相变储能水箱(2)入口接真空管集热器(6)出口，相变储能水箱(2)的出口接循环泵(11)的入口，循环泵(11)出口处接真空管集热器(6)的入口，相变储能水箱(2)上设置有旋转底盘(5)，旋转底盘(5)内部是由自动控制装置(18)控制的转动轴，所述旋转底盘(5)上设置有底板(3)，底板(3)与旋转底盘固定在一起，底板(3)上一侧两角均设置有固定转动轴承(7)，固定转动轴承(7)与真空管支撑板(8)锁死，底板(3)上有可伸缩的自动升降装置(4)，分三小节构成，其直径依次减少，自动升降装置(4)与滑动板(9)用螺丝固定，底板另一侧两角上有折叠固定杆(10)，底板(3)上还设置有蓄电池(13)，所述固定转动轴承(7)、滑动板(9)和折叠固定杆(10)上设置有真空管支撑板(8)，真空管支撑板(8)固定住每根真空管，多根真空管组成的真空管集热器(6)设置在真空管支撑板(8)上。
2.根据权利要求1所述的利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统，其特征在于，所述真空管集热器(6)有两个端口，真空管集热器(6)进口通过可伸缩耐高温橡胶软管(12)与循环泵(11)出口连接，真空管集热器(6)出口通过可伸缩耐高温橡胶软管(12)与相变储能水箱(2)连接。
3.根据权利要求1所述的利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统，其特征在于，所述的相变储能水箱(2)外侧设置有保温层，采用不锈钢材料。
4.根据权利要求1所述的利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统，其特征在于，所述的防震垫(1)上设置有发电机(16)，通过多余热量发电并储存到蓄电池(13)中。
5.根据权利要求1所述的利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统，其特征在于，所述的真空管集热器(6)的真空管下方的底板(3)为凹凸不平的平面，真空管下方设置有光感器(14)。
6.根据权利要求1所述的利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统，其特征在于，所述相变储能水箱(2)内部是相变储能材料(15)，相变储能材料(15)是石蜡。
7.根据权利要求1所述的利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统，其特征在于，所述的相变储能水箱(2)中还设置有温度传感器(17)，检测实时温度回馈给自动控制系统(18)。
8.根据权利要求1所述的利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统，其特征在于，所述的真空管支撑板(8)下设置有固定滑槽，滑动板(9)在滑槽内随自动升降轴运动，所述的滑动板(9)与自动升降装置(4)为一体式结构。
9.根据权利要求1所述的利用相变储能技术且可自动追踪阳光的太阳能集热器系统，其特征在于，所述的折叠固定杆(10)为三节式折叠杆。
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