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
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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
(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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