CN203022243U - 与建筑一体化外遮阳抛物反射镜追日太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

与建筑一体化外遮阳抛物反射镜追日太阳能集热器，具有聚焦元件的反射镜并采用对日跟踪装置的太阳能光热利用产品。端面为长方形的反射镜固定并密排在建筑物立墙和屋顶上，遮阳并接受太阳能。安装在反射镜上的光电池组，传感对日，并控制室内控制箱中的换向阀。换向阀改变双出缸的供水方向，从而使靠自来水压力驱动的双出活塞杆运动。双出活塞杆两端各固定两根软拉轴或钢丝绳，通过滑轮等附件分别传递到室外，并安装在反射镜两端的两个绳轮上，活塞杆运动使两根软拉轴或钢丝绳同步拉动两个绳轮，使反射镜追日。左、右绳轮上各有四根联动钢丝绳，可牵动相邻集热器的反射镜同步追日，系统不使用外电源。可用于冬季采暖。

Description

与建筑一体化外遮阳抛物反射镜追日太阳能集热器

(一)技术领域：

与建筑一体化外遮阳抛物反射镜追日太阳能集热器，夏季外遮阳节能、冬季太阳能利用与建筑一体化上的结合，具有聚焦元件的反射镜并采用对日跟踪装置。 

(二)背景技术：

太阳能集热器最早使用平板式，由于效率低、成本高等诸多缺点，发展很慢。真空管式的出现以热井的特点提高了热效率，其实用价值，使太阳能利用迅速发展，成为一个巨大的产业。由于真空管式的结构，很难在建筑物的立墙上使用，而随着城市楼房的增高立墙面所占的比重越来越大，在急需解决建筑节能的今天，人们不得不返回使用平板式与建筑一体化。但是平板式的结构性缺点依然存在，特别是在冬季气温低、太阳光弱、很难产生较大的温差以吸收太阳能，而且成本较高。无论真空管式或平板式日均吸收率最高只能达到45％至55％。 

夏季太阳对建筑物的直射是空调能耗的主要部分，目前尚无为夏季空调节能而设置的建筑物外遮阳设施，并与太阳能利用相结合。 

(三)发明内容：

(1)要解决的技术问题： 

本实用新型的目的是在克服平板式、真空管式两种集热器的不足，设计出第三种新的太阳能集热器，以最科学、最简单、最经济的方法扩大受照面积、聚集太阳光、提高加热管的加热温度，以较大幅度的提高太阳能集热器的日均热效率，这也是提高太阳能集热器性能的唯一途径。改善太阳能集热器冬季的性能，向北推进使用区域。并以反射镜包围整个建筑物受照面，形成外遮阳，降低建筑物夏季太阳直射引发的空调主要能耗，以本身的双性能逐步取代原有的两种集热器。 

本实用新型的集热器可与住宅及公共建筑一起设计使用，可对原有的建筑物进行系统改造使其成为节能绿色建筑。也可单机使用在原有的平房、分散的小建筑、原建筑上无法使用真空管集热器的中间楼层也可安装使用，其中‘窗罩型’可单独的安装在窗上即遮阳又热水。这方便了本集热器的市场进入，扩大了市场范围和价值。 

与建筑一体化外遮阳反射镜追日太阳能集热器【以下简称集热器】，包含用于加热水的太阳能热水器【以下简称热水器】和用于采暖的太阳能采暖器【以下简称采暖器】，是外遮阳使建筑物节能并利用这些太阳能的设备。 

(2)技术方案： 

本实用新型集热器总的技术方案是，使用抛物柱形反射镜41接收太阳光，当其对日时，向其焦线上的受热管40聚焦太阳光，受热管40完成光热转换，其内的传热工质受热后，经保温软管导入室内的储水箱59，或其它用热装置。 

当反射镜41不对日时，安装在其上的光电池组47传感，并产生光伏电，控制三位 四通换向阀56从中位换向，向双出缸44的一侧供水，使用供水压力推动双出活塞杆33移动，固定在双出活塞杆33两端的软拉轴或钢丝绳，经传动，牵动反射镜41追日至对日，相邻集热器的反射镜41间，用联动钢丝绳76相连接，实现同步追日。 

软拉轴牵动反射镜41追日的技术方案是：图6，双出缸44固定在室内的控制箱30中，其双出活塞杆33左端固定两根后软拉轴34，两根后软拉轴34的另一端，一根向左经支架及调紧组件32、定位组件19、固定在左绳轮46的后外缘，另一根通过反向轮29转180度、向右经支架及调紧组件32、定位组件19、固定在右绳轮38的后外缘，双出活塞杆33右端固定两根前软拉轴43，两根前软拉轴43的另一端，一根向右经支架及调紧组件32、定位组件19、固定在右绳轮38的前外缘，另一根通过反向轮29转180度、向左经支架及调紧组件32、定位组件19、固定在左绳轮46的前外缘，左绳轮46、右绳轮38分别固定在反射镜41的左右两端。废水由排水口20排出。 

钢丝绳牵动反射镜41追日的技术方案是：图5，固定在室内控制箱30中的双出缸44，其双出活塞杆33左端，固定两根下钢丝绳82，两根下钢丝绳82的另一端，一根经左侧的下滑轮71，转90度、固定在左绳轮46的下外缘，另一根经左侧下滑轮71，转180度、再经右侧的下滑轮71，转90度，固定在右绳轮38的下外缘，双出活塞杆33右端，固定两根上钢丝绳81，两根上钢丝绳81的另一端，经两个升高滑轮72升高后，一根经左侧的上滑轮73，转90度，固定在左绳轮46的上外缘，另一根经左侧的上滑轮73，转180度、再经右侧的上滑轮73，转90度，固定在右绳轮38的上外缘。 

多集热器列装的反射镜41间，同步追日的技术方案是：图5，反射镜41的左绳轮46的外缘，固定两根联动钢丝绳76，每一根和相邻一侧反射镜41的左绳轮46的外缘相固定，反射镜41右绳轮38的外缘，同样固定两根联动钢丝绳76，每一根和相邻一侧反射镜41的右绳轮38的外缘相固定，联动钢丝绳76，传动相邻两侧反射镜41的同步追日。使多个集热器反射镜41的追日，仅使用一套控制系统，简化设备、降低成本、提高可靠性。 

反射镜的结构技术方案是：图1、2，通过地脚螺栓31固定在立墙、屋顶或地面上两条支腿35，从两端支撑受热管40，和左绳轮46、右绳轮38，左绳轮46、右绳轮38通过镜辐42固定反射镜41两端，并使受热管40在其焦线上的。反射镜41由两片相同的抛物柱面半镜，通过几个背筋39连接加固而成，两片半镜底部中间留有和受热管40直径相同的缝隙，以减小风载。 

光电池组47传感反射镜41追日的技术方案是：图3，光电池组47由两片相同的光电池片背对背组成，安装在反射镜41上，其受照面与反射镜41过焦线的对称平面平行，光电池组47每一片光电池的输出，与三位四通换向阀56的一侧的吸引线圈相连接。 

(2)有益效果 

1.开发太阳能的利用：太阳能是一种能量密度低的能源，扩大太阳能的利用，唯一途径是扩大受照面积，使用反射镜这种最经济的扩大受照面积的方式，与建筑一体化，以建筑物为依托，安装并包围建筑物除窗之外庞大的立墙面和屋顶上。可获突破性的扩大利用。 

2.开发冬季采暖：由于反射镜可聚焦，十倍太阳直射的光强于受热管上，使冬季较弱的太阳光对受热管的聚射，高于传统集热器夏季太阳对受热管的直射，足够的温差，可提供冬季采暖，大幅扩大使用地域。 

3.外遮阳：由于反射镜的端面为长方形，紧密排列的反射镜可为建筑物的外墙及屋顶提供严密的外遮阳屏障，且反射镜与墙面有流通空气的空间，反射镜的热不会传入建筑物。夏季太阳的直射是建筑物空调的主要能耗，外遮阳可省去这主要的能耗。 

4.夏、冬的双季效果：由于本实用新型的结构，产生了夏季外遮阳空调节能和冬季利用太阳能采暖的双季效果。 

(四)附图说明：

图1.单机集热器主视图： 

图2.单机集热器右视图： 

图3：集热器水、电控制系统图： 

图4.集热器在建筑物外檐的布置示意图：本图仅表示了建筑物一小部分的局部。图中：(1)的部分为反射镜41竖装的情况。(2)的部分为反射镜41横装在窗户4上(窗罩型)。(3)的部分为反射镜横装在立墙的情况。本图选作摘要附图。 

图5.集热器钢丝绳传动及联动结构图： 

图6：集热器软拉轴传动结构图。是图1.2控制箱30内的结构详图。 

各图中的件号是：4.窗户，19.定位组件，20.排水口，21.墙面，29.反向轮，30.控制箱，31.地脚螺栓，32.支架及调紧组件，33.双出活塞杆，34.后软拉轴，35.支腿，36.冷水口，37.热水口，38.右绳轮，39.背筋，40.受热管，41.反射镜，42.镜辐，43.前软拉轴，44.双出缸，46.左绳轮，47.光电池组，48.透明套管，49传动付，50.进水管，51.过滤器，52.混水阀，53.用水器，54.单向节流阀，56.三位四通换向阀，59.储水箱，60.波纹管稳压器，61.换热盘管，62.排气单向阀，63.温控开关，64.控位开关，71.下滑轮，72.升高滑轮，73.上滑轮，76.联动钢丝绳，81.上钢丝绳，82.下钢丝绳。 

(五)具体实施方式：

1.基本型(单机)：主要由置于室内和室外的两部分组成。室外部分主要有，反射镜41及支撑结构、受热管40、光电池组47等。室内部分主要有，储水箱59，控制箱30及其内的双出缸44、三位四通换向阀56、传动的软拉轴或钢丝绳及其附件等。室内外通过穿墙孔连接。 

反射镜41的追日动作是这样完成的，上午：太阳升高照射到光电池组47左面的光电池片，并产生电压吸引三位四通换向阀向双出缸44左侧供水，供水压力推动双出活塞杆33向右运动，拉动两根后软拉轴34，通过左绳轮46、右绳轮38同步使反射镜41上扬追日。下午：太阳下降照射到光电池组47右面的光电池片，并产生电压吸引三位四通换向阀向双出缸44右侧供水，供水压力推动双出活塞杆33向左运动，拉动两根前软拉轴43，通过左绳轮46、右绳轮38同步使反射镜41下降追日。在使用钢丝绳传动时过程相同。 

.水路是图3所示，压力水由进水管50经过滤器51分四路进入系统，①做冷水源进 入混水阀52、用水器53供用户使用。②进入储水箱59的底部，初次运行时给系统充水，在储水箱顶部的排气单向阀62排出系统内的空气，当空气排净时水浮力使其关闭。③进入受热管40，在受热管40中经太阳能加热后输入储水箱59上部，使水在储水箱59和受热管40间形成热循环。④经三位四通换向阀56的控制进入双出缸44推动其活塞运动，经传动使反射镜追日。单向节流阀54可控制追日速度，防止气缚。 

对于热水器为了满足冬天的需要就要高功率，其结果会使夏天储水箱59的温度过高，所以在控制电路中串接温控常闭触点开关63，并把温控开关63放在储水箱59的顶部，传感储水箱59的温度。如果所选温控开关63的动作温度是80度，此时电路被断开，抛物柱镜不再追日，受热管40不受反射镜41的聚射仅受太阳直射不会过热。温控开关63的复位温度与动作温度差20--30度较宜。复位后反射镜会继续追日。 

.2.冻损地区集热器：【见图3虚线部分】 

在高纬度地区冬夜会冻损受热管40，故切断受热管40进水口，接入虚线表示的换热器【换热器可有多样，此处以换热盘管为例】换热盘管61的下口。受热管40的另一端出水口，接通换热盘管61的上口，受热管40与换热盘管61形成一封闭系统。系统内装的是根据最低温度选择的防冻液，受热管40在冬季白天受到反射镜聚集的太阳光的加热，内部的工质升温向上运动，进入换热盘管61与储水箱59内的水进行热交换，变冷后向下运动流入下部受热管40形成热循环。防冻液在工作中温度变化很大，连接在管路中的波纹管稳压器60【或隔膜式稳压阀】为了稳定系统压力而设置的。 

3.多集热器列装： 

多集热器反射镜41，横或竖比邻排列在，建筑物向阳的立墙和屋顶上，各反射镜41间，使用联动钢丝绳76相互串联，这样一套控制系统，可驱动多个相邻的反射镜41同步追日，此时受照面积最大，遮阳效果最好，并简化设备，降低成本。 

4.窗罩型： 

集热器的反射镜41，单个或上下成列，横装在窗4上檐，由于太阳冬、夏季入射角有47度变化，夏季反射镜41挡住阳光射入室内，冬季丝毫不影响阳光射入室内。上下成列安装时，使用一套控制系统，对上下多个反射镜41进行同步驱动，简化设备，降低成本。 

5.地热管型采暖器： 

用楼房预埋的地热管替代集热器的储水器59，与受热管40进行热循环采暖，由于地热管热堕性大，室温会较稳定。 

Claims (1)

1.与建筑一体化外遮阳抛物反射镜追日太阳能集热器，具有聚焦元件的反射镜并采用对日跟踪装置的太阳能光热利用产品，其特征是包含双出缸(44)固定在室内的控制箱(30)中，其双出活塞杆(33)左端固定两根后软拉轴(34)，两根后软拉轴(34)的另一端，一根向左经支架及调紧组件(32)、定位组件(19)、固定在左绳轮(46)的后外缘，另一根通过反向轮(29)转180度，向右经支架及调紧组件(32)、定位组件(19)、固定在右绳轮(38)的后外缘，双出活塞杆(33)右端固定两根前软拉轴(43)，两根前软拉轴(43)的另一端，一根向右经支架及调紧组件(32)、定位组件(19)、固定在右绳轮(38)的前外缘，另一根通过反向轮(29)转180度，向左经支架及调紧组件(32)、定位组件(19)、固定在左绳轮(46)的前外缘，左绳轮(46)、右绳轮(38)分别固定在反射镜(41)的左右两端。 

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