CN204460772U - 一种扩展功能太阳能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种扩展功能太阳能装置，包括密封的外壳和悬挂设置在外壳内的聚焦镜，所述外壳包括底壳和透光罩，所述底壳和透光罩通过密封固定连接，所述聚焦镜焦点设置在廻转轴线上，在廻转轴内有太阳能转换装置。本实用新型解决了现有太阳能热水器功能单一的缺点，采用薄壳结构可以减轻装置的重量，以焦点/焦轴为旋转中心轴，结构紧凑，可以减少占地面积，由于蓄能器即水箱与换能器熱管采取分体式结构，安装方便。使其可以适合安装在室外阳面墙壁或阳台及其他无遮挡阳光的地方；此装置是封闭型、以焦点或焦轴作轴线为特点的、容差型步进式、全天候节能跟踪聚焦技术，及易维护的、可扩展应用的平台。

Description

一种扩展功能太阳能装置

技术领域

本实用新型涉及一种扩展功能太阳能装置。

背景技术

众所周知，太阳能热水器大多是只能安装于房顶，但是对于高层住宅的非顶楼层的住户来说，都想安装一个节能环保的太阳能热水器不现实，而且现有市场太阳能几乎都是玻管型的，不仅占地面积大，而且冬季难以为用户提供足够温度的热水，有时还会出现冻坏玻管，导致漏水的现象。

同时，现有的太阳能热水器只能加热水用，无法实现多功能。

实用新型内容

本实用新型目的是针对现有技术存在的缺陷提供了一种分体式的安装在室外的可屋顶、可壁挂、可立柱式安装且占地空间小的太阳能装置。因蓄能器与换能器分体安置，故可因地制宜，方便、实用。

本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：一种扩展功能太阳能装置，包括密封的外壳和悬挂设置在外壳内的聚焦镜，所述外壳包括底壳和透光罩，所述底壳和透光罩通过密封环形柱固定连接，所述聚焦镜焦点位置设置有太阳能转换装置。

优选的，所述底壳、所述透光罩和所述聚焦镜均为厚度很小的曲面体，所述聚焦镜是整体式或小面积反射镜板的组合式。

优选的，所述聚焦镜为碗型聚焦镜，所述碗型聚焦镜边缘对称设置有两个挂耳，两个挂耳轴悬挂在所述密封环型柱内壁上，所述挂耳轴的轴线的连线通过焦点；穿过所述密封环形柱还设置有两根空心半轴；所述空心半轴穿过所述密封环形柱上的轴承，所述空心半轴与所述外壳可转动连接，所述两空心半轴的轴线与所述挂耳轴的轴线呈垂直交叉于焦点。

优选的，所述底壳内、靠近第二空心半轴处设置有一调节碗型聚焦镜仰角的调节结构；所述调节结构包括螺杆、固定所述螺杆的支架和设置在所述碗型聚焦镜下侧的牙轮片；所述支架固定在所述底壳内；所述螺杆一端与所述牙轮片配合，另一端与所述壳体外设置的侧向开口槽内壁啮合；上下拨动所述侧向开口槽改变其与所述螺杆的啮合面；通过改变所述啮合面改变所述螺杆旋转方向，临近所述壳体还设置有用于支撑侧向开口槽的机架；所述壳体的转动和所述聚焦镜仰角的调节均由设置在第二空心半轴上的驱动控制装置驱动。

优选的，所述焦点位置可设置光/电转换或光/热转换或光/光转换装置，所述第二空心半轴孔内安装呼吸过滤净化器，所述呼吸过滤净化器中另附加有干燥剂。

优选的，所述聚焦镜为槽型聚焦镜，所述槽型聚焦镜两端和所述外壳均固定于两头的端板，所述两端板上设置有一对空心半轴，第四空心半轴外安装有用于控制所述槽型聚焦镜步进式跟踪太阳的驱动控制装置，所述第四空心半轴内还装有呼吸过滤净化器，所述呼吸过滤净化器中另附加有干燥剂。

优选的，所述焦点即焦轴线位置设置有玻璃隔热管，所述玻璃隔热管插入两个所述空心半轴之间并与第三空心半轴固定和定位，所述玻璃隔热管与其内插入的换热管配合使用。

优选的，所述两个空心半轴之间设置光电柱的光电转换装置。

优选的，所述槽型聚焦镜两端内侧和两边对侧对称连接有平面镜和光电板。

本实用新型的有益效果：利用聚焦镜，将太阳能聚集提高能量密度，然后对其进行转换成热能或电能或光能，使本太阳能装置能够得到多方面的扩展应用，也可以降低能量转换材料制作成本和使用成本。碗型装置有自动调节机构，可以根据太阳仰角的位置，对碗型聚焦镜进行自动调节，使其可以聚焦更有效，提高太阳能的利用；易于更换的呼吸过滤净化器的设置用于防止灰尘和水汽因空气热胀冷缩进入里面污染镜面而很快使反射率降低而失效，抛物镜的清洁维护是很麻烦的事，而玻璃外罩的擦洗却方便得多，可使维护更加简便。延长维护效果。它们适用于功率要求不太高的用户。但可以集成安装来扩大功率，并且他们的关键控制器--微电脑时控开关能够多台共用，因壳体结构重量轻，可以成对地、丰字架式上下多层安装，能够实现群控，可进一步降低成本和占地面积。由于水箱、蓄电池之类蓄能器与换能器分体安置，环境适应性强，管理方便。

槽型抛物镜聚焦可以使换热管能够起以一当十的效果来降低制作成本。其中换热管采用同心薄壁夹层结构：冷的介质通过芯管从下端进入夹壁层进行热交换，热交换后从夹壁管上端输出，冷热分流，热阻小效率高。并且易于制作较大功率的装置来满足某些用户的需要。

碗型光/光转换光缆传输可以使难以见到阳光的地方得到真正的阳光。还有副产品：冷却热水可供使用。温室、地下室、其他地下设施、农业上场是它们的最爱。

碗型光/热转换可以得到比通常更高温度的热能来满足某些用户的需要。他的高温使得温差发电技术在这个平台能够得到应用。

附图说明

图1为碗型太阳能装置结构示意图；

图2为槽型太阳能装置的主视图；

图3为图1中C-C截面半剖视图；

图4为跟踪电路图；

图5为碗型用换热管结构示意图；

图6为槽型用换热管结构示意图；

图7为碗型聚焦镜结构示意图；

图8为分体式水箱结构示意图；

图9为侧向开口槽主视图；

图10为侧向开口槽左视图；

图11为侧向开口槽俯视图。

具体实施方式

图1至图11所示为一种扩展功能太阳能装置，包括倾斜设置的外壳和悬挂设置在外壳内的聚焦镜，所述外壳包括底壳4和透光罩1，所述底壳4和透光罩1通过密封环形柱固定连接，所述聚焦镜焦点位置设置有太阳能转换装置。其中，所述底壳4、所述透光罩1和所述聚焦镜均为厚度很小的曲面体，所述聚焦镜是整体式或是小面积反射镜板的组合式，所述聚焦镜为碗型聚焦镜14，所述碗型聚焦镜14边缘对称设置有两个挂耳9，两个挂耳轴悬挂在所述密封环型柱内壁上，所述挂耳轴的轴线的连线通过焦点；穿过所述密封环形柱还设置有两根空心半轴；所述空心半轴穿过所述密封环形柱上的轴承，所述空心半轴与所述外壳包括环柱可转动连接，所述两空心半轴的轴线与所述挂耳轴的轴线呈垂直交叉于焦点，所述底壳4内、靠近第二空心半轴22处设置有一调节碗型聚焦镜14仰角的调节结构，所述调节结构包括螺杆11，固定所述螺杆11的支架12和设置在所述碗型聚焦镜14下侧的牙轮片10，所述支架12固定在底壳4内；所述螺杆11一端与所述牙轮片10配合，另一端与所述外壳外设置的侧向开口槽13的上或下内壁啮合，所述侧向开口槽13可沿机架上下滑动来改变控制啮合面以调整螺杆旋转方向，临近所述外壳还设置有用于支撑侧向开口槽13的机架；所述外壳的转动和所述聚焦镜仰角的跟踪都是由设置在第二空心半轴2-2外的驱动控制装置7驱动，所述焦点位置可设置光/电转换或光/热转换或光/光转换装置，所述第二空心半轴2-2轴孔内安装呼吸过滤净化器16。所述聚焦镜为槽型聚焦镜3，所述槽型聚焦镜3两端和壳体包括透光罩1均固定于两头的端板5，所述两端板5上设置有一对空心半轴，第四空心半轴2-4外安装有用于控制所述槽型聚焦镜3跟踪太阳的驱动控制装置7，所述第四空心半轴2-4内还装有呼吸过滤净化器16，所述焦点即焦轴线位置设置有玻璃隔热管15，所述玻璃隔热管15插入两个所述空心半轴内并与第三空心半轴2-3固定和定位；所述玻璃隔热管与其内插入的换热管配合使用，所述两个空心半轴内设置光电柱的光电转换装置，所述槽型聚焦镜3两端内侧和两边对侧对称连接有平面镜3-2和光电板3-1。

本实用新型是依照光学入射与反射角相等的原理，计算得出在限定时间内，当入射角变化不大时，所引起焦点发生的位移很小这个结果而设计出步进式或跳跃式跟踪方法。我们采取其换能器受光面的直径比焦点的位移范围要宽得多的设计而具有很大的包容性。采用抛物线形的聚焦镜，简称抛物镜，在实际设计中体现为碗型聚焦镜14和槽型聚焦镜3，聚焦阳光，将太阳能进行充分的利用。

图1所示为碗型太阳能装置，包括外壳和设置在外壳内的碗型聚焦镜14，外壳由密封环形柱固定的底壳4和透光罩1组成，底壳4与透光罩1均为曲面薄壳。两个挂耳轴通过挂耳9将碗型聚焦镜14悬挂在密封环形圈上，挂耳9对称设置在碗型聚焦镜14的两侧，碗型聚焦镜14可以绕挂耳轴摆动。垂直于挂耳轴，在密封环形圈上还设有两根空心半轴，所述空心半轴穿过所述底壳4与所述透光罩1之间的环柱轴承，第一空心半轴2-1直径可大于第二空心半轴2-2，第一空心半轴2-1位于碗型聚焦镜14上方，第二空心半轴2-2位于碗型聚焦镜14下方，两根空心半轴的轴线在同一直线上。两根空心半轴与壳体可转动连接，空心半轴不动，壳体可以转动。空心半轴的轴线和挂耳轴的轴线垂直交叉于焦点，碗型聚焦镜14的焦点位置可设置半导体差热发电装置用于将太阳能转换成电能，为日常需要使用。可以通过第一空心半轴2-1更换成光缆或球型热换能器，使该装置能够将太阳能转换成光能或热能。第二空心半轴2-2下端设有驱动控制装置7。靠近第二空心半轴2-2，在底壳4内壁设有固定螺杆11的支架12，与螺杆11配合的牙轮片10固定在碗型聚焦镜14下侧，螺杆11一端与牙轮片10配合，另一端与壳体外设置的侧向开口槽13的内壁啮合，所述侧向开口槽13可以沿机架上下滑动来控制螺杆11与侧向开口槽13的啮合面，通过改变啮合面来改变螺杆11旋转方向，以达到改变碗型聚焦镜14仰角摆动方向的目的，调节螺杆11就可以调节碗型聚焦镜14的仰角位置，牙轮片10的行程即仰角调节范围。抛物镜仰角跟踪由驱动控制装置7驱动。紧贴在壳体下部安装防雨罩19，防雨罩19是与第二空心半轴2-2同心的圆筒形罩，它与机架上的雨搭罩配合形成防雨系统。筒形罩起屋檐作用，加上机架上的雨搭罩起溜槽接力来防雨。机架上的雨搭罩必须在在安装碗型太阳能装置时安装。

图2至图3所示为槽型太阳能装置，包括外壳和设置在外壳内的槽型聚焦镜3，外壳由密封环形圈固定的底壳4和透光罩1组成，底壳4与透光罩1均为曲面薄壳。槽型聚焦镜3两侧固定与紧贴底壳4内壁设置的端板5，两端板5上还设置有一对空心半轴，第三空心轴2-3的直径可大于第四空心轴2-4；第四空心半轴2-4外安装有驱动控制装置7，轴内装有呼吸过滤净化器16，可转动跟踪。槽型聚焦镜3的两侧是由抛物线形龙骨8定型，与端板5固定而成。焦点即焦轴线位置设置有玻璃隔热管15，玻璃隔热管15插入两个空心半轴之间并于空心半轴内固定和定位，所述玻璃隔热管内插入热管配合使用。通过第三空心轴2-3的轴孔可以将换热管更换为光/电柱。在槽型聚焦镜3的两侧对称设置有平面镜3-2和光电板3-1，光电板3-1可以将太阳能转换为电能，供日常需要或为自身提供跟踪能量。紧贴在壳体下部端板5上安装防雨罩19，防雨罩19是与第四空心半轴2-4同心的圆筒形罩。

图4所示为跟踪电路原理图，其中M为微型减速电机，Xc是行程开关，Sk是时控开关；M是电机，因为电机启动操作有延时，可以在三种方式中选择，第一种是钟面接触点控制、第二种是定时器循环控制启动、第三种是微电能可编程程控开关控制。以第三种为最佳；C、J1、J2是继电器元件。本控制系统每一步工作均由时控开关启动，仅数秒钟即到位，由行程开关定位。然后依设计，休息十余分钟左右，等待进入下一步的行程。其能量消耗很低，技术及设施简单。不受大气能见度影响，能实现全天候跟踪。光线相位跟踪的累积误差很小，而且通过时钟“拨针”，其误差极其易于修正，调整方便。

图5和图6分别为碗型太阳能装置和槽型太阳能装置所使用的换热管的结构示意图：我们采用同心薄壁夹心管形式，其芯管20通温度低的流体介质，其夹层21通受热以后的流体，冷热分流可以减少热阻，加快热交换，提高效率。此热管的外管内壁及内管外表应有防腐层，外管外壁应有吸收阳光的涂层，其外管材质以导热率高的金属为佳。

此外还装配有隔热的透光的玻璃隔热管15，以减少对流热的散失，其以真空管为最佳。

焦轴及玻璃隔热管15为不运动的固定装置，轴承与聚焦镜及外壳，密封环形柱一起绕轴旋转，可全天360度与太阳同步跟踪。

阳光冬-夏仰角的变化其焦点在轴线上的移动，故碗型的中心球变成长球形以适应其偏移，槽型的焦点同样在焦轴上移动不会偏离轴线。我们只是在两端内装置平面镜3-2，其中心开孔以容纳换热管插入，这样一部分没能聚焦的阳光通过平面镜3-2反射到抛物镜后再聚焦来充分利用阳光，也可用太阳能电池板取代平面镜3-2。

图7为碗型聚焦镜结构示意图，碗型聚焦镜14上端有稍大于中心玻璃隔热管15直径的豁口14-1，以利于仰角的调整，两边的挂耳9为碗型聚焦镜14仰角的迴转轴，以利于冬季，夏季间的仰角调节。挂耳轴的连线与空心半轴即跟踪轴垂直交叉于焦点。由于结构和成本的限制，碗型聚焦镜14来回摆动的角难以达到南北回归线之间约47°运转角，我们采用约30°余是可行的，其余的偏差由仰角聚焦的包容性来补偿，在向冬季“倾斜”时，夏季时需要宽容，因气温高，光照时间长也能够宽容。

补充说明：

1，为了减少驱动时重心不平衡的阻力，本装置需要做简单的大致静平衡。

2，整体的静平衡因材料的尺寸、厚薄、材质的选择变化很大，设计时先依据重心计算初步调整，然后按实践调配来静平衡，其平衡物尽可能安排于闲余夹空中。

3，本装置安装的方向和仰角是特定的：两空心轴轴线两端连线与地面的垂直投影，其投影线方向要与地球南北经线一致，两轴心连线的仰角要与安装地点的纬度相同。由于本装置有一定的容差特点，可适当向冬季“倾斜”，在仰角的角度上宽容度大一些，而南北方向应与经线平行，其误差要尽可能小一点。这样可以保证跟踪时间与步长对应的均衡一致性，实现与地球同步，更有利于实现节能跟踪。

图8为分体式水箱结构示意图，从分体式水箱17的底部进出口17-3输入和输出水，出水口17-2与换热管的芯管20接通，将冷水通入换热管，经过聚焦镜加热的水会经过夹层21流入进水口17-1，保持分体式水箱17内的水面18维持在合理高度内。另外，若将分体式水箱17安装在地下或温室等特殊场地，导致水箱低与太阳能装置，水无法进入换热管时，在出水口17-2和换热管之间增加微型泵，强制循环水。

图9-图11为侧向开口槽13的结构示意图，螺杆11的一端就是与侧向开口槽13的内壁13-1啮合，通过改变啮合面改变螺杆11的旋转方向，以达到调节碗型聚焦镜14摆动角度的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种扩展功能太阳能装置，其特征在于，包括密封的外壳和悬挂设置在外壳内的聚焦镜，所述外壳包括底壳和透光罩，所述底壳和透光罩通过密封环形柱固定连接，所述聚焦镜焦点位置设置有太阳能转换装置。

2.根据权利要求1所述的一种扩展功能太阳能装置，其特征在于，所述底壳、所述透光罩和所述聚焦镜均为厚度很小的曲面体，所述聚焦镜是整体式或小面积反射镜板的组合式。

3.根据权利要求1或2所述的一种扩展功能太阳能装置，其特征在于，所述聚焦镜为碗型聚焦镜，所述碗型聚焦镜边缘对称设置有两个挂耳，两个挂耳轴悬挂在所述密封环型柱内壁上，所述挂耳轴的轴线的连线通过焦点；穿过所述密封环形柱还设置有两根空心半轴；所述空心半轴穿过所述密封环形柱上的轴承，所述空心半轴与所述外壳可转动连接，所述两空心半轴的轴线与所述挂耳轴的轴线呈垂直交叉于焦点。

4.根据权利要求3所述的一种扩展功能太阳能装置，其特征在于，所述底壳内、靠近第二空心半轴处设置有一调节碗型聚焦镜仰角的调节结构；所述调节结构包括螺杆、固定所述螺杆的支架和设置在所述碗型聚焦镜下侧的牙轮片；所述支架固定在所述底壳内；所述螺杆一端与所述牙轮片配合，另一端与所述外壳外设置的侧向开口槽内壁啮合；上下拨动所述侧向开口槽改变其与所述螺杆的啮合面；通过改变所述啮合面改变所述螺杆旋转方向，临近所述外壳还设置有用于支撑侧向开口槽的机架；所述壳体的转动和所述聚焦镜仰角的调节均由设置在第二空心半轴上的驱动控制装置驱动。

5.根据权利要求3所述的一种扩展功能太阳能装置，其特征在于，在所述焦点位置设置光/电转换或光/热转换或光/光转换装置，所述第二空心半轴孔内安装呼吸过滤净化器，所述呼吸过滤净化器中另附加有干燥剂。

6.根据权利要求1或2所述的一种扩展功能太阳能装置，其特征在于，所述聚焦镜为槽型聚焦镜，所述槽型聚焦镜两端和所述外壳均固定于两头的端板，所述两端板上设置有一对空心半轴，第四空心半轴外安装有用于控制所述槽型聚焦镜步进式跟踪太阳的驱动控制装置，所述第四空心半轴内还装有呼吸过滤净化器，所述呼吸过滤净化器中另附加有干燥剂。

7.根据权利要求6所述的一种扩展功能太阳能装置，其特征在于，所述焦点即焦轴线位置设置有玻璃隔热管，所述玻璃隔热管插入两个所述空心半轴之间并与第三空心半轴固定和定位；所述玻璃隔热管配合其内插入的换热管使用。

8.根据权利要求6所述的一种扩展功能太阳能装置，其特征在于，所述两个空心半轴之间设置光电柱的光电转换装置。

9.根据权利要求6所述的一种扩展功能太阳能装置，其特征在于，所述槽型聚焦镜两端内侧和两边对侧对称连接有平面镜和光电板。