CN204373242U - 具备自动控制的跟日型太阳能新型热水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种本实用新型的目的在于在此提供一种新型太阳能热水器，其特征在于：该热水器包括集热器、下降水管、循环水箱、补给水箱、上升水管、自来水管、热水出水管；该热水器还包括太阳能跟日架，该太阳能跟日架包括底座、下层平台、上层平台、驱动电机A、驱动电机B、减速装置A、减速装置B以及固定框架。本实用新型所述的太阳能热水器经过改进，具备自动控制的跟日系统、结构设计合理，利用效率高，运行费用降低，广泛用于现代农村领域。

Description

具备自动控制的跟日型太阳能新型热水器

技术领域

本实用新型涉及太阳能领域，具体来讲是一种具备自动控制的跟日型太阳能新型热水器。

背景技术

太阳能一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。自地球形成以来，生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式，太阳能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等。太阳能热水器将太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，真空管式太阳能热水器为主，占据国内95%的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管，集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。

随着经济和科学的不断发展，目前市面上出现了各式各样的太阳能热水器，其目的在于解决电热水器存在的诸多不足；然而在太阳能热水器系统中的集热元件其功能相当于电热水器中的电热管。和电热水器、燃气热水器不同的是，太阳能集热器利用的是太阳的辐射热量，故而加热时间只能在有太阳照射的时候。

    目前中国市场上普及的是全玻璃太阳能集热真空管。结构分为外管、内管、选择性吸收涂层、吸气剂、不锈钢卡子、真空夹层等部分。而国外成熟的集热器都是平板集热器，平板集热器具有寿命长、稳定性高、可回收的优点，但由于较真空管集热器成本稍高，国内生产的很多价格低廉的平板集热器性能确实不好，因此被国内主流太阳能厂家歪曲了平板集热器的性能。但是平板集热器在太阳能行业的发展势不可挡，不是靠一些厂家的误导就可以扼杀的。全玻璃太阳能集热真空管一般为高硼硅3.3特硬玻璃制造，采用真空溅射选择性镀膜工艺。可分为铝氮单靶镀膜工艺和铜、铝、不锈钢三靶镀膜工艺。

实用新型内容

本实用新型的目的在于在此提供一种新型太阳能热水器。本实用新型所述的太阳能热水器经过改进，具备自动控制的跟日系统、结构设计合理，利用效率高，运行费用降低，广泛用于现代农村领域。

本实用新型是这样实现的，构造一种具备自动控制的跟日型太阳能新型热水器，其特征在于：该热水器包括集热器、下降水管、循环水箱、补给水箱、上升水管、自来水管、热水出水管；所述集热器为倾角放置，下降水管的一端与循环水箱的下部相连，另一端与集热器的下集管接通；上升水管与循环水箱上部相连，另一端与集热器的上集管相接；

该热水器还包括太阳能跟日架，该太阳能跟日架包括底座、下层平台、上层平台、驱动电机A、驱动电机B、减速装置A、减速装置B以及固定框架；所述集热器倾斜安装在该固定框架上，减速装置A、减速装置B均为涡轮蜗杆减速器；驱动电机A带动减速装置A运转，减速装置A带动固定框架转动，驱动电机B带动减速装置B运转，固定框架、减速装置B、驱动电机B整体位于上层平台上；减速装置B带动上层平台整体转动。

根据本实用新型所述具备自动控制的跟日型太阳能新型热水器，其特征在于：该热水器还具有太阳能控制器系统，该系统包括单片机、数据存储器、实时时钟接口电路、蓄水箱温度和水位检测传感器、水位及状态显示电路、时间及温度显示电路、键盘及显示屏；蓄水箱温度和水位检测传感器与单片机连接，单片机连接数据存储器，单片机通过水位及状态显示电路、时间及温度显示电路连接显示屏，键盘通过对应的接口电路连接单片机，单片机还与实时时钟接口电路连接，单片机还外接控制输出模块A和控制输出模块B，通过这两个模块对集热器和电磁阀进行控制。

根据本实用新型所述具备自动控制的跟日型太阳能新型热水器，其特征在于：集热器具有铝合金外框，底部为镀锌钢板，铝合金外框其内部为集热板，集热板其表面为钢化玻璃；集热板下方垫有泡沫保温层；金属水管排布在集热板与钢化玻璃之间，其两伸出铝合金外框的外端与下降水管、上升水管连接。

本实用新型的优点在于：本实用新型所述的太阳能热水器经过改进，结构设计合理，利用效率高，运行费用降低，广泛用于现代农村领域。具体具有如下优点：

（1）安装时，图中集热器 按最佳倾角设置，下降水管 的一端与循环水箱 的下部相连，另一端与集热器 的下集管接通。上升水管与循环水箱 上部相连，另一端与集热器 的上集管相接。补给水箱 供给循环水箱 所需的冷水。当集热器吸收太阳辐射后，集热器内温度上升，水温也随之升高。水温升高后，水的比重减轻，便经上升水管进入循环水箱上部。而循环水箱下部的冷水比重较大，就由水箱 下流到集热器下方，在集热器内受热后又上升。这样不断对流循环 ，水温逐渐提 高，直到集热器吸收 的热量与散失的热量相平衡肘 ，水握不再升高。这种热水利用循环加热的原理，因此又称循环热水器。

  （2）连接管道：将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温水箱输送到集热器的管道，使整套系统形成一个闭合的环路。设计合理、连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最佳工作状态至关重要。热水管道必须做保温处理。管道质量必须符合标准，保证有10年以上的使用寿命。

（3）循环水箱保温效果好，耐腐蚀，水质清洁，使用寿命可长达20年以上。太阳能热水器保温水箱由内胆、保温层、水箱外壳三部分组成。因为太阳能热水器只能白天工作，而人们一般在晚上才使用热水，所以必须通过保温水箱把集热器在白天产出的热水储存起来。容积是每天晚上用热水量的总和。

（4）本实用新型中通过太阳能跟日架30能够实现东西向的方位角跟踪和南北向的高度角的跟踪，以达到集热器能够始终正对太阳照射角，从而达到提高太阳能利用率的目的；因此转向部分首先需要满足能够进行东西向和南北向的自由转动。经过改进后，如图4所述的跟日系统设计造价低廉、可靠性高、结构简单；机械转向机构在结构上要做到结构紧凑、布局合理。

综上所述，太阳能供热控制系统不仅节约而且高度只能化，方便省事、不论日常家居，还是对宾馆、学校等都是最佳选择。

附图说明

图1是本实用新型太阳能热水器结构示意图

图2是本实用新型控制系统框架示意图

图3本实用新型集热器结构图

图4是本实用新型太阳能跟日架示意图

图5是太阳能跟日架对应的控制系统示意图。

具体实施方式

下面将结合附图1-5对本实用新型进行详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-5所示，本实用新型通过改进提供一种具备自动控制的跟日型太阳能新型热水器，结构设计合理，太阳能利用效率高，运行费用降低，能够广泛用于现代农村领域；该热水器包括集热器1、下降水管2、循环水箱3、补给水箱4、上升水管5、自来水管6、热水出水管7；所述集热器l为倾角放置，下降水管2的一端与循环水箱3的下部相连，另一端与集热器l的下集管接通；上升水管5与循环水箱3上部相连，另一端与集热器l的上集管相接。安装时，图中集热器 l按最佳倾角设置，下降水管 2的一端与循环水箱 3 的下部相连，另一端与集热器 l 的下集管接通。上升水管 5 与循环水箱 3 上部相连，另一端与集热器 l 的上集管相接。补给水箱 4 供给循环水箱 3 所需的冷水。当集热器吸收太阳辐射后，集热器内温度上升，水温也随之升高。水温升高后，水的比重减轻，便经上升水管进入循环水箱上部。而循环水箱下部的冷水比重较大，就由水箱 下流到集热器下方，在集热器内受热后又上升。这样不断对流循环 ，水温逐渐提 高，直到集热器吸收 的热量与散失的热量相平衡肘 ，水握不再升高。这种热水利用循环加热的原理，因此又称循环热水器。集热器是一种将太阳能辐射转换为热能的装置。

该热水器还包括太阳能跟日架30，如图4-5：该太阳能跟日架30包括底座31、下层平台32、上层平台33、驱动电机A34、驱动电机B35、减速装置A36、减速装置B37、固定框架38以及摆臂39；所述集热器1倾斜安装在该固定框架38上，减速装置A36、减速装置B37均为涡轮蜗杆减速器；驱动电机A34带动减速装置A36运转，减速装置A36带动固定框架38转动，驱动电机B35带动减速装置B37运转，固定框架38、减速装置B37、驱动电机B35整体位于上层平台33上；减速装置B37带动上层平台33整体转动。

为了增强使用的人性化，该太阳能热水器还包括太阳能控制器系统，如图2所示；该系统包括单片机11、数据存储器12、实时时钟接口电路13、蓄水箱温度和水位检测传感器14、15、水位及状态显示电路16、时间及温度显示电路17、键盘18及显示屏19。蓄水箱温度和水位检测传感器14、15与单片机11连接，用于将检测的相关数据发送至单片机11进行处理，单片机11连接数据存储器12，单片机11通过水位及状态显示电路16、时间及温度显示电路17连接显示屏19，键盘18通过对应的接口电路连接单片机11，单片机11还与实时时钟接口电路13连接，单片机11还外接控制输出模块A和控制输出模块B，通过这两个模块对集热器1和电磁阀8进行控制。太阳能控制系统能够根据循环水箱的水温及水位进行有效控制，根据水温控制集热器的工作程度，根据水位信息控制电磁阀8对循环水箱进行补水。

本实用新型中，还对集热器进行改进，如图3所示：改进后的集热器具有铝合金外框20，底部为镀锌钢板21，铝合金外框20其内部为集热板22，集热板22其表面为钢化玻璃23；集热板22下方垫有泡沫保温层24；金属水管25排布在集热板22与钢化玻璃23之间，其两伸出铝合金外框的外端26、27与下降水管2、上升水管5连接。改进后的集热器提高了热利用效率，更重要的是符合本实用新型的运行方式。

本实用新型中通过太阳能跟日架30能够实现东西向的方位角跟踪和南北向的高度角的跟踪，以达到集热器能够始终正对太阳照射角，从而达到提高太阳能利用率的目的；因此转向部分首先需要满足能够进行东西向和南北向的自由转动。经过改进后，如图4所述的跟日系统设计造价低廉、可靠性高、结构简单；机械转向机构在结构上要做到结构紧凑、布局合理。

此结构在东西向和南北向都有很大的转动空间，并且结构简单，耗材较少，比较适合小型的太阳能跟踪发电系统。如图4，本机械转向机构基本组成主要有：底座、下层平台、上层平台、驱动电机、减速装置、电池板固定框架等。

在本实用新型中，实施时要求结构紧凑，因此要选用的电机体积不能太大，由于结构的限制，电机的功率和扭矩也不会很大，不能直接带动机械转向机构做跟踪太阳的运动。因此要选用合适的减速机构来提高扭矩，使转向机构正常运转。为了满足整个系统结构紧凑、体积小的要求，在本机械转向机构中可以选用的减速器有以下三种:涡轮蜗杆减速器、谐波减速器和行星减速器。

这三种减速器各自的特点如下:

（1）蜗轮蜗杆减速器的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高。

（2 )谐波减速器的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差。输入转速不能太高。

（3 ) 行星减速器其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。但价格略贵。

本系统由于起停比较频繁，冲击较大，因此不适合选用谐波减速器。行星减速器虽然精度较高，但价格昂贵，也不能满足本太阳能光伏发电系统的设计初衷。因此在本双轴跟踪机构中，选取涡轮蜗杆减速器是较为合适的。

本实用新型要求能够比较准确的跟踪太阳位置，因此要求驱动电机能够准确的把电信号转化为电机轴上的角位移。本系统选取步进电机作为驱动电机。本设计选用的步进电机为85BYGH350A。

在本控制中的单片机部件选择ATMEL公司生产的AT89C51型单片机。AT89C15是一种低功耗、高性能的8位单片机，它采用CMOS工艺和高密度非易失性存贮器（NURAM）技术，而且引脚和指令系统都与MCS一51兼容。AT89C51是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，可以很好的满足本系统的设计要求。

本系统设计要求能够对时间进行记录，并且单片机能读取到程序设定的即时时刻，因此要选用一款计时芯片为系统提供时间的提取和记录。在本跟踪系统中，选用的是8563计时芯片。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种具备自动控制的跟日型太阳能新型热水器，其特征在于：该热水器包括集热器（1）、下降水管（2）、循环水箱（3）、补给水箱（4）、上升水管（5）、自来水管（6）、热水出水管（7）；所述集热器（l）为倾角放置，下降水管（2）的一端与循环水箱（3）的下部相连，另一端与集热器（l）的下集管接通；上升水管（5）与循环水箱（3）上部相连，另一端与集热器（l）的上集管相接；

该热水器还包括太阳能跟日架（30），该太阳能跟日架（30）包括底座（31）、下层平台（32）、上层平台（33）、驱动电机A（34）、驱动电机B（35）、减速装置A（36）、减速装置B（37）以及固定框架（38）；所述集热器（1）倾斜安装在该固定框架（38）上，减速装置A（36）、减速装置B（37）均为涡轮蜗杆减速器；驱动电机A（34）带动减速装置A（36）运转，减速装置A（36）带动固定框架（38）转动，驱动电机B（35）带动减速装置B（37）运转，固定框架（38）、减速装置B（37）、驱动电机B（35）整体位于上层平台（33）上；减速装置B（37）带动上层平台（33）整体转动。

2.根据权利要求1所述具备自动控制的跟日型太阳能新型热水器，其特征在于：该热水器还具有太阳能控制器系统，该系统包括单片机（11）、数据存储器（12）、实时时钟接口电路（13）、蓄水箱温度和水位检测传感器（14、15）、水位及状态显示电路（16）、时间及温度显示电路（17）、键盘（18）及显示屏（19）；蓄水箱温度和水位检测传感器（14、15）与单片机（11）连接，单片机（11）连接数据存储器（12），单片机（11）通过水位及状态显示电路（16）、时间及温度显示电路（17）连接显示屏（19），键盘（18）通过对应的接口电路连接单片机（11），单片机（11）还与实时时钟接口电路（13）连接，单片机（11）还外接控制输出模块A和控制输出模块B，通过这两个模块对集热器（1）和电磁阀（8）进行控制。

3.根据权利要求1所述具备自动控制的跟日型太阳能新型热水器，其特征在于：集热器具有铝合金外框（20），底部为镀锌钢板（21），铝合金外框（20）其内部为集热板（22），集热板（22）其表面为钢化玻璃（23）；集热板（22）下方垫有泡沫保温层（24）；金属水管（25）排布在集热板（22）与钢化玻璃（23）之间，其两伸出铝合金外框的外端（26、27）与下降水管（2）、上升水管（5）连接。