CN2123039U

CN2123039U - 自动跟踪太阳能热水器

Info

Publication number: CN2123039U
Application number: CN91225207U
Authority: CN
Inventors: 杜继援
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-09-16
Filing date: 1991-09-16
Publication date: 1992-11-25

Abstract

自动跟踪太阳能热水器属太阳能利用技术领域，它由集热器与储水箱及它们周围加的保温材料，阳光控制电子自动跟踪系统、支架等组成，电子跟踪系统包括电子电路、电机及变速传动机构，可控制单台或多台集热器受光面自东向西一直朝着阳光运行并自动还原复位，有较高的光热转换效率，又填加保温材料，适合在冬季零下的中国广大北方使用。

Description

本实用新型所述的自动跟踪太阳能热水器，属太阳能利用技术领域，具体涉及到一种阳光控制机电自动跟踪太阳能热水器。

太阳能作为一种廉价且易开发利用的能源，各国竞相开发利用，仅国内太阳能开发利用的技术项目颇多，太阳能热水器也不例外。例如中国专利CN2069987U（申请号90208939.0）“高效全年用太阳能热水器”，该专利的优点是集热器和蓄水箱集于一体并在它们周围填加保温材料（其中集热器受光面也加有透明保温材料）可在温度低于－10℃环境中（如中国北方之冬季）使用，不足之处在于集热器受光面不能跟踪太阳。如果受光面能跟踪太阳，其光热转换效率还会提高。还有CN2036644U（申请号88208906.4）“简易自动跟踪太阳能热水器”和CN85202627U“机械式太阳能热水器群体跟踪机构”，前者利用一重锤势能作用于简易液压机构自动跟踪太阳，后者用重锤势能作用单摆，摆杆拨动棘轮带动几组变速齿轮，传动集热器群体跟踪太阳。二者的不足之处是：其一跟踪完后，每天须手动还原复位，若系统建在高楼顶部，遇风雨冰雪天气如何爬上楼顶去复位，故给使用带来不便；其二，跟踪系重力作用，非阳光本身控制，遇阴雨天、忽晴忽阴天及夏日长、冬日短情况，跟踪运行和太阳运行两者会出现不协调，得不到跟踪的良好效果。

综上所述，各个技术应采其长，避其短。所以本发明的目的是向社会提供有较高热效率和较长使用期的太阳能热水器。为实现发明目的，其措施是热水器填加保温材料并通过一套机电系统阳光控制集热器自动跟踪（还原复位自动逆向操作即可），可充分利用不同季节的阳光，提高光热转换效率，还可扩大在冬季中国北方的使用范围。

本实用新型所述的自动跟踪太阳能热水器的技术方案是：该热水器由集热器部分和热储水系统以及它们周围填加的保温材料，还有阳光控制自动跟踪系统组装而成。集热器部分包括集热板和集热水管。平板式或瓦楞板式集热板下连着上端相互通连、下端也相互通连的排管组成的集热水管或者是平板式或瓦楞板式集热板作管壁组成一体的板管式热水管构成。在集热板受光面还可涂上涂料，以提高阳光吸收率。热储水系统由集热水管的上端和下端分别与储水箱通连构成加热水循环系统，该系统设置有进水管出水管，进水管设在集热水管的下端部或储水箱下部，出水管设在集热水管上端部或储水箱上部。所述的阳光自动跟踪系统包括一个受阳光控制工作的跟踪电子电路及受该电路控制工作的电机，与电机配套的一套变速和传动机构，该机构与受其控动的一个或若干个排列的集热器底面连接。

如上所述技术方案，该自动跟踪太阳能热水器，它的集热水管和储水箱可以两者构成一整体或分装设置，它们周围填加的保温材料，包括在集热器受光面上透光良好的保温材料，如透明塑料蜂窝体等材料。在进水管上可设置浮子或浮球式进水阀。该进水阀通常安装在储水箱中，这种进水阀具有取用水时自动进水，水满箱时自动关闭功能。跟踪电子电路由光控信号输入电路、控制电路、驱动电路顺次功能连接构成。光控信号输入的电路由光电元件等构成，如光敏二极管或三极管。控制电路包括电压比较、开关电路、延时控制等，主要由两只光敏三极管、开关二极管、三极管、充放电容C及偏置电阻等功能连接构成。驱动电路由开关管、继电器组件等构成。控制跟踪和还原复位的一对触点开关分别设置在集热器跟踪行程的两极端上，这时开关控制跟踪过程日日复始且自动启止。与电机配套的一套变速机构由若干对变速齿轮或若干对变速皮带轮及皮带、或蜗轮蜗杆以及上述三者的混装结构顺次装在机架上构成。配套的一套传动机构由传动绳或索及它系统的绞辘、穿过的滑轮组、连结的集热器以及装置它们的机架组装而成。变速机构的最后一个变速轮（如皮带轮或齿轮）与传动机构系绕绳或索的绞辘同轴固连一起。变速机构的变速比可由使用电机的转速、若干对变速轮变速总比及集热板自东向西旋转180°之时间要求而计算设计。

如上所述的技术方案，该自动跟踪太阳能热水器，它的跟踪和还原的一对触点开关是集热器东西两边分别与其行程极点的支架接触控制的开关。其中装于集热器西边的为复位开关，东边的为跟踪开关。群控的自动跟踪传动机构由若干个主干传动机构与若干个分支传动机构组成，传动并连结每个集热器的各分支传动机构的绳或索一端分别与主干传动机构的绳或索连接在一起，另一端同样穿过滑轮组，或与集热器底面连接或与底面上安装的绞辘系结。群控时，若干台集热器行和／或列排列是整齐的。本实用新型所述的自动跟踪太阳能热水器优点是：（1）、采用阳光自动控制电子－机械跟踪系统，该热水器光热转换效率高；（2）、填加有保温材料，特别是集热器与储水箱分立时，储水箱可置在楼顶小屋或楼顶部楼梯口处或分加保温材料。好的保温措施使该热水器可在冬季中国北方广大地区使用；（3）、多台热水器群控自动跟踪适合于现代化楼房多层多户使用。总之，这是一种值得推广的太阳能热水器。

说明书附图共八幅。图1.集热器示意图，其中a图为正视图，b图为AA线侧剖视图；图2.集热器与储水箱一体的热水器示意图，其中a图是正视图，b图是沿AA线侧剖图；图3.带支架的集热器图；图4.是图2的热水器装置图；图5.带跟踪变速传动机构的集热器图；图6.变速传动的涡轮涡杆图，其中，a图为正视图，b图为侧视图，图中涡轮的斜线示意齿；图7.群控自动跟踪示意图，其中上图为正视图，下图为顶视图；图8.跟踪的电子电路图。上述八图中各部件共用统一标号。在这八图中，1、集热器进水管；2、集热器出水管；3、排管或板管组成的集热器热水管；4、自动跟踪光控元件U₁、U₂；5、平板式或瓦楞板式集热板；6、透明保温材料；7、玻璃罩；8、金属框边；9、普通保温材料；10、金属外壳；11、集热器；12、储水箱，它和集热器11的进出水管1与2对应通连；13、集热器的支柱之一；14、可升降的集热器支柱；15、储水箱进水管；16、储水箱出水管；17、电机P的变速传动蜗杆；18、与17配套的蜗轮；19、一对变速传动皮带轮；20、皮带；21、绳或索；22、系结绳或索的绞辘；23、滑轮组；24、支架；25、跟踪与复位开关K₁、K₂；K₁复位开关；K₂跟踪开关；U₁、U₂光敏三极管；W₁、W₂电位器；D₁、D₂二极管；BG₁、BG₂三极开关管；C电容；R电阻；J₁、J_1－1继电器一组组件；J₂、J_2－1、J_2－2继电器另一组组件；P为电机，V点接电源，26－29电路各接点。

本实用新型上述技术方案的非限定实施例如下：

1.实施例1.自动跟踪太阳能热水器。该例的热水器结构由图1、图3、图5～图8一起示出。该集热器示于图1中，集热板5为瓦楞板或平板式，下连着上端相互通连、下端也相互通连的排管组成的集热水管3，该管下端有进水管1，上端有出水管2，集热板上涂有高效吸收阳光的涂料，此可以由公知技术解决。集热器11装置在铁壳10中，集热器11四周可加普通保温材料9和集热器向阳面上填加透明材料蜂窝体等保温材料6，保温材料6上封盖玻璃板7，可用铝材料8及橡胶垫等封装好。图1中集热器11的4处安装一对光敏三极管U₁与U₂，它们用导线按图8所示与电子电路连接。图3示出集热器11的安装图。集热器11的支架是13和14，支架14可升降调整，使集热器11的向南倾斜度可随所处纬度和四季不同光照作调整。储水箱12与集热器11分立，它的水管1与2分别与集热器11的水管1与2对应通连，集热器11与储水箱12安装的高低位置应适当，以形成加热水时两者间的水循环系统。储水箱12有进水管15和出水管16，进水管15上可设置浮子或浮球控制阀，该阀安装在储水箱内，未在图中示出。储水箱12可设置在房屋顶上或楼顶部的楼梯口处，在室外的储水箱12周围可包裹保温材料9。图5示出集热器11的阳光自动跟踪系统图，图8示出控制跟踪的电子电路图，在安装好的集热器11的西边（面南背北安装，西边在图5中右部）25处安装接触式开关K₁，东边25处安装接触式开关K₂。K₁为非接触时常断开关，在接触时为通，是还原复位开关。K₂为非接触时常通开关，在接触时断，是跟踪起始开关。开关K₁与K₂的另一半接触机构分别设置在跟踪行程的两极端支柱14上且当集热器11的开关K₁与K₂分别和支架14接触的对应位置上。开关K₁和K₂也用导线按图8所示与电子电路相连。图8所示电子电路的其它元器件装在小盒中，盒中组装如图8的电路，其中可调电阻W₁与W₂，二极管D₁与D₂，开关三极管BG₁与BG₂，电容C，电阻R，J₁为BG₂的驱动负载，它是一组继电器，其中J_1－1为J₁的常通触点（即当J₁断时，J_1－1常通），J₂为另一组继电器，其中J_2－1与J_2－2是J₂的常通触点。图8的电路由两只光敏三极管U₁、U₂组成光控信号输入电路，26为其输出端，二极管D₁和电容C等组成电压比较控制电路连接着开关电路的输入端BG₁基极，两只开关三极管构成开关与驱动电路，其中J₁为驱动电路BG₂的驱动负载。图8的电路盒可装在电机P近处或集热器11底面上。图5中电机P安装在机座上，它的轴与蜗杆17同轴固连一起，蜗轮18与蜗杆17配套安装一起，这是变速机构，传动机构的绳或索21的一端系结在绞辘22上，另一端穿过滑轮23与集热器11连接一起，绞辘22与蜗轮18同轴固连。滑轮23安装在机架24上。

该例的自动跟踪太阳能热水器工作过程如下：

通过浮球进水阀（或打开进水阀）供水系统的水源源不断经进水管15流入储水箱12乃至集热器11中，直至储水箱满，浮球控制阀自动停止进水。为叙述清楚起见，我们从跟踪前的还原复位开始。假定一天跟踪完成，集热器11向阳面朝西到极点，集热器11西边接触开关K₁与支柱14的接触点撞合。图8所示开关K₁接通情况。K₁开通，K₂常通，所以继电器J₂通，又J_2－1与J_2－2是J₂常通触点，因J₂通，J_2－1与J_2－2与原通点断，向下分别与空点27、29接通。电机P从电源V_＋经J_1－1、电机P、J_2－2、29至地接通工作（跟踪时电机P转动设为正转，此时为反转），通过蜗杆17、蜗轮18变速传动使绞辘22反时针转动，牵动绳或索21通过滑轮23，拉动集热器11向阳面由西向东旋转，直至它的向阳面朝东，跟踪行程复原到始极点。开关K₂与支柱14接触撞合，此时K₂由常通变为断，回路V_＋、J_2－1、K₂、J₂至地因K₂断、J₂断、J_2－1与J_2－2通，分别恢复到图8所示位置。之后，或许正当黑夜，微光使光敏管U₁和U₂不工作。当次日晨，面向东方的集热器11上的4处之U₁与U₂在太阳东升后，阳光照射下，光敏三极管U₁在阳光的作用下c、e极间阻值逐渐减小，接点26电位逐渐升高。当该点电位升高到二极管D₁导通电压时，D₁通，电容C充电，BG₁也导通，继电器J₁导通工作，J_1－1常通触点在J₁导通时，由原态转到与28点接触，电机P从V_＋供电，经J_2－2、P、J_1－1、28至地形成回路开始工作，此时与还原复位时动作相反为正转，这正是跟踪动作，电机P带动蜗杆17、蜗轮18变速且传动绞辘22顺时针转动，牵动绳或索21经过滑轮23，拉动集热器西边自东向西缓缓跟踪阳光旋转。当光敏管U₁与U₂被阳光直射时（U₂上罩有与受光面垂直的受光圆筒只接受垂直照射之太阳光），U₂之c、e极间阻值也逐渐减小，使26点电位降低，当26点电位低到二极管D₁截止电压时将截止，但是注意到26点电位降低时，电容C上充有原26点高电位时电压，此时电容C将对二极管D₁放电对抗，有力图阻止26点电位下降之趋势，使二极管D₁延长导通期，当C放电后，终因26点电位降低到二极管D₁截止电压时便截止，使三极管BG₁与BG₂关断，继电器J₁断，J_1－1恢复常通，从28点断，向上恢复原态（如图8所示J_1－1连接情况），电机P、变速与传动机构停止工作，集热器11也停止向西旋转。显见光敏管U₁是跟踪启动的控制者，U₂（加垂直圆筒后）作跟踪停止的控制者，但因电容C，停止控制要滞后一个时间。可使电机避免频繁启动，起保护作用。适当选择D₁、C、R值，调整W₁、W₂等可精确选择跟踪的启止和停止的滞后时间。阳光控制光敏管U₁与U₂跟踪的启止，并将控制电机启停，使集热器11自东向西跟踪太阳，直至日落西山。集热器11面向西方时，开关K₁接触支柱14，由常断变通，控制电机P使集热器11从面向西还原复位到面向东，次日开始重新跟踪。对于全阴天，或半阴半晴天，忽儿晴忽儿阴的天，将视U₁、U₂设定受光强弱决定如何跟踪。只要设定在适当光强下，光敏管U₁、U₂开始受控跟踪，那么跟踪系统将自动跟踪太阳运行。在跟踪阳光加热时，热效率自然会高。欲使用该热水器热水时，打开储水箱出水管16，使用热水即可。热水使用后，浮球阀会自动控制进水管15供水到储水箱12水满经集热器11加热之。

2.实例2.该例的自动跟踪太阳能热水器由图2、图4、图5～图8合示出。与例1不同的是该热水器的集热板作管壁组成一体的板管式集热器11，而且该集热器11与储水箱12上下分别对应通连组成整体的热水器。图2示出了该热水器组装与结构，图4示出它装于支架的情况，图中未示出它的进出水管。图5～图8示出该例热水器的跟踪变速传动机构及控制的电子电路。除该例指出的外，该例热水器的其余结构全同于例1所述。

3.实施例3.该例的自动跟踪太阳能热水器由图1～图8合示出。每台热水器结构全同于例1或例2所述，若干台热水器由一个自动跟踪系统群控跟踪。图7示出了群控跟踪系统，它的变速机构由蜗轮18、蜗干17和一对皮带轮19和皮带20组成，变速传动机构的最后一个皮带轮与绞辘22同轴固连在一起。群控传动机构由一个主干传动机构和每台集热器11对应的一个分支传动机构共若干个组成。主干和分支传动机构由传动的绳或索21一端系结在绞辘22上穿过的滑组23另一端连结在集热器11底面上或连结在11底面的绞辘22上。传动的各轮均安装在机架24上。除叙述之外，群控跟踪系统的电子电路、电机等结构全同于例1和例2。

4.实施4.自动跟踪太阳能热水器。该例的热水器除变速传动机构是若干对齿轮变速传动，或蜗轮蜗杆与若干对齿轮共同变速传动外，其余部分的结构全同于例1～例3或是它们的混合组合体的结构。

Claims

1、一种自动跟踪太阳能热水器，由集热器部分、热储水系统及它们周围填加的保温材料、阳光自动跟踪系统组装而成：集热器部分包括集热板和集热水管；热储水系统是集热水管的上端和下端分别与储水箱通连构成的加热水循环系统，该系统还设置有进水管和出水管；特征在于：阳光自动跟踪系统包括一个受阳光控制工作的跟踪电子电路及受该电路控制工作的电机，与电机配套的一套变速和传动机构，该机构与其控动的排列的集热器底面连接。

2、如权利要求1所述的自动跟踪太阳能热水器，特征在于：

a、进水管的浮子或浮球控制进水阀安装在储水箱中；

b、跟踪电子电路由光控信号输入电路、控制电路、驱动电路顺次功能连接构成，控制跟踪与还原日日复始的一对触点开关分别设置在集热器跟踪行程两极端；

c、与电机配套的一套变速机构，由若干对变速齿轮或若干对变速皮带轮及皮带或蜗轮蜗杆以及上述三者的混装结构顺次在机架上组装而成；配套的传动结构由传动绳或索及它系统的绞辘、穿过的滑轮组、连结的集热器以及装置它们的机架组装而成；变速机构的最后一个变速轮与传动机构系绕绳或索的绞辘同轴固连一起。

3、如权利要求2所述的自动跟踪太阳能热水器，特征在于：

a、跟踪和还原的一对触点开关是集热器东西两边分别与其行程极点的机架接触控制的开关；

b、群控的自动跟踪的传动机构由主干传动机构与若干分支传动机构组成，各分支传动机构的绳或索分别与主干传动机构的绳与索连结在一起。

c、所述的蜗轮蜗杆变速机构结构是：蜗杆与电机的轴同轴固连一起，蜗轮装在机架上且与蜗杆配套装在一起，蜗轮与绞辘同轴固连一起；蜗轮蜗杆与皮带轮混装变速机构结构是：蜗杆与电机同轴固连一起，蜗轮装在机架上且与蜗杆配套装在一起，前皮带轮装在机架上其轴与蜗轮的轴同轴固连一起，后皮带轮装在机架上其轴与传动机构的绞辘的轴同轴固连一起；传动机构的绳或索的一端系结在绞辘上，另一端过滑轮组和集热器的底面连结一起，滑轮均装在机架上；

d、所述的跟踪电子电路结构是：由一对光敏三级管组成了光控信号输入电路，该电路输出端连接着电压比较与控制电路，由开关二极管作电压比较兼该电路之输入，电容和电阻作延时控制同时联着开关电路的输入，由两个开关三极管构成复合式开关电路，其末级开关管构成了驱动电路，继电器组件J₁为它的驱动负载，J_1－1为J₁的常通触点（在J₁断时J_1－1常通），J₂为另一组继电器组件，J_2－1、J_2－2为J₂的常通触点，开关k₁为非接触时常断开关（即接触通），是还原复位开关，开关k₂为非接触时的常通开关（接触时断），为跟踪启止开关，p为受控电机，由v_＋供电。