CN1275702A - 太阳能快速集热装置及集中供热系统 - Google Patents

Abstract

一种太阳能快速集热装置及集中供热系统由2—50个聚焦式集热器组成太阳能集热群、光电跟踪器联轴驱动集热群跟踪太阳聚焦快速集热、集热器采用抛物柱面反光板将阳光聚焦到一根集热管上产生高温给冷水加热、温控器将热水快速收集到贮热水箱保温,随时供应住户,当没有阳光,贮热水箱热水少于储备水位时,温控器自动控制快速热水器补充热水,保障住户每天24小时有热水使用,该系统集热效率高、造价低、寿命与房屋同等,既方便了生活用热水又美化了城市、安全节能。

Description

太阳能快速集热装置及集中供热系统

本发明属供热设备领域，确切地说是太阳能快速集热装置及集中供热系统。

目前市售的太阳能热水器，大都是单体热水器，属慢增温式集热，集热温度不高，冬季无法使用，如组装集中供热系统，真空管用量太大，成本高、集热温度不高，实用价值低。

本发明的目的是实现太阳能快速集热、贮热、补充供热于一体，实现住宅楼365天全天候集中供热。

为了实现上述目的，采用聚焦集热器2-50只组成太阳能聚焦集热群，由光电跟踪器联轴驱动集热群跟踪太阳高度聚焦快速集热的方法，集热器采用抛物柱面反光板将阳光聚焦到一条轴线上，并在此轴线上按装一根真空集热管产生高温给管内冷水加热(还可通过管内高导热材料，将热量传导入换热器给冷水加热)，温控器及时将热水收集到贮热水箱保温，随时供应住户使用，如长期阴雨，贮热水箱的热水低于储备水位时，温控器便自动控制电快速热水器(燃气快速热水器)给贮热水箱补充热水，当超过储备水位时，即自动关闭，停止补充热水，便实现了365天全天候供应热水。

本发明的优点：1.聚焦集热水温高(高达100℃)；2.用真空集热管数量少(每个集热器只用一根)；3.日采光效率100％，集热效率高于85％；4.每户平均售价低，寿命长(50年以上)；5.屋顶按装整齐美观、安全，有利于美化城市。

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明

图1是本发明的集热、补充热水结构示意图

图2是本发明的运行原理示意图

图3是本发明的集热器聚焦示意图

图4是本发明的集热器跟踪器结构剖视图

图5是本发明的高导热材料换热剖视图

图6是本发明的光敏探测器盒剖视图

图7是本发明的光、温控电路原理方框图

1.冷水箱  2.贮热水箱  3.温控器  4.冷水管  5.水泵  6.电快速热水器7.热保温进水管  8.脉冲泵  9.总保温热水管  10.集热器  11.跟踪器  12.联动轴  13.集热群冷水管  14.光敏探测器盒  15.浮球阀  16.自来水管道  17.浮球磁块  18.磁控开关A  19.电磁阀A  20.电磁阀B  21.电磁阀C22.分户热水管  23.分户热水表  24.拉力磁控开关B  25.拉力磁控开关C  26.浮盖  27.热敏探头A  28.单向阀  29.集热群热保温管  30.管塞  31.热敏探头B  32.热敏探头C  33.真空集热管  34.热引水管  35.隔热层  36.抛物柱面反光板  37.防尘玻璃  38.防水封条  39.集热器框  40.防尘帽41.上端板  42.上滑动套  43.下端板  44.橡胶护套  45.跟踪器外壳  46.轴承套筒  47.管式转动轴  48.下滑动套  49.保温材料  50.轴承  51.锁紧镙母  52.紧定镙钉  53.光电跟踪器  54.微电机A  55.蜗轮  56.支架  57.蜗杆B  58.微电机B  59.镙杆  60.扇形蜗轮  61.蜗杆A  62.园柱销  63.底板  64.换热器  65.热水口  66.换热片  67.冷水口  68.高导热材料  69.集热片70.早晨阳光  71.广角光敏探头  72.遮光板  73.垂直阳光   74.光敏探头A  75.曲面反光罩  76.比例光敏探头  77.光敏探头B  78.偏离阳光  79.水位控制器  80.热敏探头D  81.防冻开关  82.脉冲发生器  83.脉冲开关84.放大器  85.温控开关A  86.可控硅开关  87.温控开关B  88.增温控制器  89.直流电瓶  90.整流电源切换器  91.保安器  92.门触发器  93.锁开关  94.光干扰锁  95.交流电源  96.西超位开关  97.差动比例放大器A98.触发器  99.无触点开关  100.可逆开关A  101.东超位开关  102.差动比例放大器B  103.驱动器A  104.继电器A  105.限位开关  106.差动比例放大器C  107.驱动器B  108.继电器B  109.光敏探头C  110.光敏探头D  111.驱动器C  112.继电器C  113.可逆开关B  114.加热电路  115.防冻电路  116.集热控温电路  117.循环加热电路  118.防干扰电路  119.经度跟踪电路  120.纬度跟踪电路

如图1、2、3、4可知，本发明由快速集热装置、快速补充加热装置、供热装置构成。快速集热装置的冷水箱(1)由自来水管道(16)送入自来水，当水箱装满水后，浮球阀(15)自动关闭自来水，当水箱水用完时，浮球磁块(17)自然下落到箱底，使磁控开关A(18)断开，切断光、温控电路的电源，停止集热加热。冷水管(4)与冷水箱(1)连通，又与脉冲泵(8)连接，脉冲泵(8)的另一端接集热群冷水管(13)，并通过管塞(30)与真空集热管(33)相通，热引水管(34)在真空集热管(33)内通过管塞(30)引出与另一根真空集热管(33)串接联通，最后一根真空集热管(33)的热引水管(34)与集热群热保温管(29)连接，其上端固定热敏探头B(31)、热敏探头C(32)，单向阀(28)的正向端接集热群热保温管(29)，反向端接热保温进水管(7)及贮热水箱(2)，贮热水箱(2)有保温功能，内部浮盖(26)的作用是阻止热水蒸发保温。

快速集热装置的集热器群是由多个(2-50个)集热器(10)组成，由微电机A(54)及联动轴(12)连接各跟踪器(11)的蜗杆A(61)、蜗杆B(57)使集热群同步运行，集热器(10)由集热器框(39)固定光敏探测器盒(14)、上端板(41)、下端板(43)、防水封条(38)、防尘玻璃(37)、抛物柱面反光板(36)、隔热层(35)，形成一个防水防尘的中空保温集热腔，并在抛物柱面反光板(36)聚焦阳光的轴线位置按装真空集热管(33)，真空集热管(33)的上端有橡胶护套(44)、上滑动套(42)、防尘帽(40)保护，下端同橡胶护套(44)、下滑动套(48)、集热群热保温管(29)、集热群冷水管(13)、保温材料(49)、管式转动轴(47)一起按装在下端板(43)上构成集热器(10)。并通过轴承(50)、锁紧镙母(51)、管式转动轴(47)将集热器(10)装配在由支架(56)固定的轴承套筒(46)上，支架(56)上有跟踪器外壳(45)保护，下有园柱销(62)连接在底板(63)上，扇形蜗轮(60)，通过紧定镙钉(52)固定在管式转动轴(47)上，与蜗杆A(61)啮合、蜗杆A(61)两端由微电机A(54)及联动轴(12)驱动集热器(10)转动，微电机A(54)、微电机B(58)均固定在支架(56)上，蜗轮(55)顶住支架(56)，由蜗杆B(57)及微电机B(58)驱动在镙杆(59)上往返转动，以调节集热器(10)的倾斜角度即实现太阳的纬度跟踪，镙杆(59)的下端由园柱销(62)连接在底板(63)上，光电跟踪器(53)按装在支架(56)的适当位置。

快速补充加热装置由贮热水箱(2)顶部的拉力磁控开关B(24)，拉力磁控开关C(25)，底部有热敏探头A(27)探测、控制。总保温热水管(9)由电磁阀B(20)控制，与水泵(5)、电快速热水器(燃气快速热水器)(6)、热保温进水管(7)、贮热水箱(2)连通，给贮热水箱(2)内的低温水循环加热。电磁阀A(19)一端连接冷水管(4)，另一端连接水泵(5)、电快速热水器(6)、热保温进水管(7)、贮热水箱(2)，控制电快速热水器(6)的进水通、断。

供热装置由贮热水箱(2)供给热水，经总保温热水管(9)分别与各分户热水表(23)、分户热水管(22)连通，向每个住户供应热水。电磁阀C(21)安装在集热群冷水管(13)的最低位置，用于冬季排尽冷水防冻。

由图1、2、4、6、7可知，本发明的光、温控电路由光电跟踪器(53)温控器(3)构成。经度跟踪电路(119)在没有阳光或没有阳光照射广角光敏探头(71)及比例光敏探头(76)时，差动比例放大器B(102)输入平衡，其输出为低电平，当早晨阳光(70)照到广角光敏探头(71)上，使差动比例放大器B(102)输出高电平，驱动器A(103)继电器A(104)导通吸合，控制可逆开关A(100)使微电机A(54)反转，通过机械传动使集热器(10)及光敏探测器盒(14)向东偏转，至到阳光垂直集热器(10)表面及光敏探测器盒(14)时，广角光敏探头(71)被遮光板(72)遮住阳光，使差动比例放大器B(102)输出低电平，驱动器A(103)截止，继电器A(104)，可逆开关(100)释放，微电机A(54)停止转动，如果因为故障微电机A(54)不停转超位时，由东超位开关(101)关断停转。当光敏探测器盒(14)的垂直阳光(73)照到光敏探头B(77)时光敏探头A(74)即被遮住阳光，使差动比例放大器A(97)输出高电平(正脉冲)，触发器(98)触发无触点开关(99)导通，经可逆开关(100)微电机A(54)正转，集热器(10)即向西偏转，遮光板(72)也随之向西遮住光敏探头B(77)的阳光，同时阳光照射光敏探头A(74)，差动比例放大器A(97)输出低电平(负脉冲)，触发器(98)触发无触点开关(99)关断，微电机A(54)停止转动。随着太阳向西运转，阳光再次照到光敏探头B(77)上，重复上述程序便可实现间歇跟踪太阳的目的。如因乌云长时间遮住阳光，一但阳光再次出现，偏离阳光(78)便照到曲面反光罩(75)上将阳光反射到光敏探头B(77)上，使差动比例放大器A(97)输出高电平，微电机(54)即正转重复上述程序便可排出乌云干扰。如因电路故障微电机A(54)不停转动，当转到西超位开关(96)位置时便关断停转。

防干扰电路(118)在上述跟踪受到杂光的干扰时，差动比例放大器A(97)及差动比例放大器B(102)会同时输出高电平，与其相接的门触发器(92)触发锁开关(93)控制光干扰锁(94)关断可逆开关A(100)及可逆开关B(113)使微电机A、B均不转动，光干扰结束后，门触发器(92)会得到一个高电平不触发，锁开关(93)解除控制，延时一段时间后，光干扰锁(94)自动打开电源，恢复正常跟踪。

纬度跟踪电路(120)受限位开关(105)控制，当限位开关(105)打开时，差动比例放大器C(106)得到光敏探头C(109)，光敏探头D(110)的对比信号来交替控制驱动器B(107)及继电器B(108)可逆可开关B(113)使微电机B(58)正转、控制驱动器C(111)及继电器C(112)可逆开关B(113)使微电机B(58)反转，通过机械传动来调节集热器(10)的倾斜度，即实现太阳的纬度跟踪。光敏探头C(109)、光敏探头D(110)均按装在光敏探测器盒内。

集热控温电路(116)由热敏探头B(31)、脉冲发生器(82)、脉冲开关(83)、放大器(84)、脉冲泵(8)构成脉冲控制通路，当温度升高时，热敏探头B(31)控制脉冲发生器(82)及脉冲泵(8)频率增高、输水量增大，如温度低于限定温度时，热敏探头C(32)控制温控开关A(85)使脉冲开关(83)关闭、脉冲泵(8)停止输水。

加热电路(114)在贮热水箱(2)的热水低于限定水位时，拉力磁控开关B(24)接通、使水位控制器(79)启动，电磁阀A(19)、水泵(5)、可控硅开关(86)同时打开、电快速热水器(燃气快速热水器)(6)工作，给贮热水箱(2)补充热水、当水位升至上限水位时，拉力磁控开关C(25)断开，水位控制器(79)停止工作，电磁阀A(19)、水泵(5)、可控硅开关(86)关闭，电快速热水器(6)停止加热，如此重复启动、停止实现自动加热及储备水位自动控制。

循环加热电路(117)由热敏探头A(27)探测贮热水箱(2)温度变化的信号馈送给温控开关B(87)控制最低限温和最高限温，当贮热水箱(2)水温低于最低限温时，控温开关B(87)启动，增温控制器(88)、电磁阀B(20)、水泵(5)、可控硅开关(86)同时打开，电快速热水器(6)工作，给贮热水箱(2)的低温水循环加热，当水温升高到最高限温时，控温开关B(87)控制增温控制器(88)停止工作，电磁阀B(20)、水泵(5)、可控硅开关(86)关闭，电快速热水器(6)停止加热，如此反复启动、停止，便可实现自动控制循环加热。

防冻电路(115)在集热群冷水管(13)的水温低于0℃以下时，热敏探头D(80)控制防冻开关(81)工作，电磁阀C(21)打开，给集热群冷水管(13)及真空集热管(33)排水防冻，当有阳光时，光电跟踪器(53)工作，差动比例放大器A(97)输出高电平，控制防冻开关(81)停止，电磁阀C(21)关闭，集热群正常集热。

上述电路由交流电源(95)供电，通过保安器(91)与可控硅开关(86)连接，另一路与整流电源切换器(90)连接，给脉冲泵(8)、光干扰锁(94)、磁控开关(18)供电，如交流停电时，通过整流电源切换器  (90)由直流电瓶(89)继续供电、保障光电跟踪器(53)及集热温控电路(116)的正常运行。

由图4、5可知，真空集热管(33)也可采用高导热材料(68)通过换热器(64)给冷水加热，其原理是阳光透过真空集热管(33)(透明管)照射到集热片(69)、高导热材料(68)上，产生热量，由高导热材料将热量传导入换热片(66)上，给冷水口(67)流入的冷水加热，通过热水口(65)排出，换热器(64)及高导热材料(68)的外露部分用保温材料(49)保温，热敏探头B(31)、热敏探头C(32)按装在热水口(65)内。

Claims (5)

1、一种太阳能快速集热装置及集中供热系统，由快速集热装置、快速补充加热装置，供热装置构成，其特征在于快速集热装置由冷水箱(1)供给冷水，脉冲泵(8)输送冷水，2-50个集热器(10)跟踪聚焦阳光产生高温，真空集热管(33)串联集热(串并联结合)，集热控温电路(116)控制脉冲泵(8)的输水量及真空集热管(33)的出水温度，贮热水箱(2)保温积贮热水。

2、根据权利要求1所述的供热系统，其特征在于集热器(10)由集热器框(39)固定着光敏探测器盒(14)、上端板(41)、下端板(43)、防水封条(38)、防尘玻璃(37)、抛物柱面反光板(36)、隔热层(35)构成集热保温腔，在抛物柱面反光板(36)聚焦阳光的轴线位置按装真空集热管(33)，其上端有橡胶护套(44)、上滑动套(42)、防尘帽(40)保护，下端有橡胶护套(44)、下滑动套(48)集热群热保温管(29)、集热群冷水管(13)、保温材料(49)、管式转动轴(47)套接装在下端板(43)上构成集热器(10)并通过管式转动轴(47)、轴承(50)、锁紧镙母(51)装配在由支架(56)固定的轴承套筒(46)上，支架(56)上有跟踪器外壳(45)保护，下用圆柱销(62)连接在底板(63)上，扇形蜗轮(60)由紧定镙钉(52)固定在管式转动轴(47)上，并与蜗杆A(61)啮合，蜗杆A(61)两端由微电机A(54)及联动轴(12)驱动，蜗轮(55)与蜗杆B(57)啮合由微电机B(58)及联动轴(12)驱动在镙杆(59)上转动，其下端由圆柱销(62)连接在底板(63)上，上端顶住支架(56)；其特征在于还包括：

一种经度跟踪电路(119)，由光敏探测器盒(14)内的广角光敏探头(71)、比例光敏探头(76)将光电信号馈送给差动比例放大器B(102)控制驱动器A(103)、继电器A(104)、可逆开关A(100)、微电机A(54)反转、停止，光敏探头A(74)、光敏探头B(77)交替将光电信号馈送给差动比例放大器A(97)控制触发器(98)，无触点开关(99)导通、截止，经可逆开关A(100)驱动微电机A(54)正转、停止，东超位开关(101)、西超位开关(96)在电路故障微电机不停转时关断控制电源；

一种纬度跟踪电路(120)，由光敏探测器盒(14)内的光敏探头C(109)、光敏探头D(110)将光电信号馈送给差动比例放大器C(106)交替控制驱动器B(107)，继电器B(108)，可逆开关B(113)驱动微电机B(58)正转、控制驱动器C(111)，继电器C(112)、可逆开关B(113)驱动微电机B(58)反转，由限位开关(105)限制纬度跟踪电路(120)的工作时间；

一种防干扰电路(118)在差动比例放大器A(97)及差动比例放大器B(102)同时输出高电平时，得到信号的门触发器(92)触发锁开关(93)控制光干扰锁(94)关断可逆开关A(100)、可逆开关B(113)的电源，无光干扰时，门触发器(92)得到一个高电平不触发，延时一段时间后，光干扰锁(94)自动打开。

3、根据权利要求1所述的供热系统，其特征在于快速补充加热装置的电磁阀A(19)一端接通冷水管(4)及冷水箱(1)，另一端通向水泵(5)、电快速热水器(燃气快速热水器)(6)、热保温进水管(7)、贮热水箱(2)；循环加热时，由总保温热水管(9)与电磁阀B(20)的一端连通，另一端通向水泵(5)、电快速热水器(6)、热保温进水管(7)、贮热水箱(2)；其特征在于还包括：

一种加热电路(114)由贮热水箱(2)上按装的拉力磁控开关B(24)、拉力磁控开关C(25)连接水位控制器(79)，根据水位高低控制电磁阀A(19)、水泵(5)、可控硅开关(86)及电快速热水器(6)工作、停止。

一种循环加热电路(117)由贮热水箱(2)底部按装的热敏探头A(27)连接温控开关B(87)连接增温控制器(88)，控制电磁阀B(20)、水泵(5)、可控硅开关(86)及电快速热水器(6)工作、停止。

一种防冻电路(115)，当集热群冷水管(13)低于0℃时，热敏探头D(80)连接防冻开关(81)，控制电磁阀C(21)打开排水防冻，当有阳光时，光电跟踪器(53)的差动比例放大器A(97)输出高电平给防冻开关(81)立即停止、电磁阀C(21)关闭；其特征在于还包括：

温控器(3)、光电跟踪器(53)的电源分别经磁控开关A(18)、防干扰锁(94)、脉冲泵(8)汇接在整流电源切换器(90)上，由直流电瓶(89)通过整流电源切换器(90)切换供电，通过保安器(91)接交流电源(95)，可控硅开关(86)连接保安器(91)控制电快速热水器(6)。

4、根据权利要求1所述的供热系统，其特征在于供热装置由贮热水箱(2)的底部接总保温热水管(9)分别与各分户热水表(23)、分户热水管(22)连通。

5、根据权利要求1所述的供热系统，其特征在于集热器(10)的真空集热管(33)采用透明管、阳光穿过真空集热管(33)(透明管)时，照射到集热片(69)、高导热材料(68)上产生高温并由高导热材料(68)将热量传导入换热片(66)上给冷水口(67)输入的冷水加热，由热水口(65)将热水输出，在换热器(64)的热水口(65)内按装热敏探头B(31)及热敏探头C(32)并用保温材料(49)保温。

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