CN2445247Y - 家用同步跟踪型太阳能开水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是利用镜面抛物面在小型同步装置作用下自动跟踪太阳运动,将阳光聚焦到真空吸热管的表面,以数倍的能量对单根真空吸热管中的水或介质进行加热,通过热交换使容器中的水温上升直至沸腾的太阳能开水器。其1根真空吸热管相当于多根固定式太阳能热水器真空吸热管的热能。其特点是无需任何电力即可实现高精度自动跟踪。可用于城乡家庭、广大农村、山区、草原、岛屿、旅游区、边防哨所等阳光充足、空气洁净的地区。在缺少能源和无电源地区更能显示其独特功能。受其加热的开水灭菌效果更好,氯等有害气体去除彻底,水质洁净,有利健康。

Description

家用同步跟踪型太阳能开水器

本实用新型专利涉及一种利用太阳能为家庭加热热水装置，尤其是利用太阳能为家庭直接加热开水的装置。

当前，地球环境不断受到污染与破坏，煤和石油制品等燃料的燃烧造成了严重的空气污染和水污染。因此，人们对太阳能等洁净能源投入了越来越大的注意。

近年来我国研制成功高技术产品玻璃真空吸热管热水器并在全国得到广泛应用，为城乡居民提供了丰富的热水，节约了大量能源。但是，人们盼望直接用太阳能提供开水的愿望却迟迟未能实现。

经测算，中国每个家庭平均每天需用15～20％的能源来烧4～10升开水，平均约7升，所需能源约630大卡，计入热损失后约耗电0.8KWH。每年耗电约300KWH，电费约200元，如果全国有百分之五的家庭使用太阳能提供所需开水的三分之一，(全国家庭约4亿个)那么每年可节约用电20亿度，每年可减少因燃烧煤等燃料而向大气排放CO、CO₂、SO₂等有害气体数十万吨。这对于我国实施环境保护、生态平衡和可持续发展战略都是十分重要的。

本实用新型的目的是提供一种一般家庭都可使用的同步跟踪型太阳能开水器，而如何实现该装置对太阳的高精度跟踪、实现无电源跟踪、实现对阳光的高效聚焦和实现聚焦后的太阳能对水进行有效加热等问题就是本实用新型必须克服和解决的技术关键。

本实用新型是集天文、机械、传热和光学为一体的新产品，上述技术关键是这样实现的：利用真空吸热管(玻璃真空吸热管或金属玻璃复合真空热管)和镜面抛物柱面相结合，以小巧灵活的同步装置自动跟踪太阳运动，将照射在抛物面上的阳光聚焦到真空吸热管的表面，从而以数倍的能量高效率地对单根真空吸热管进行加热，通过管壁热交换和管内热对流，使壶中水温以较快的速度上升直至沸腾，从而解决了一般太阳能热水器不可能提供沸腾开水的难题。本实用新型的研制成功填补了一项普及型非电动式家用同步跟踪太阳能开水器的空白。

下面结合附图对本实用新型进一步说明：

图1是本实用新型工作状态

图2是倾倒开水时的状态

图3是真空保温壶组合件

图4是金属支架侧视图、图5是金属支架正视图

图6是同步跟踪机构侧视图、图7是同步跟踪机构正视图

图8是抛物面机构、图9是真空吸热管

图10是本实用新型的实施例：QTK-1型太阳能开水器倾倒开水时的状态

图11是本实用新型的实施例：QTK-1型太阳能开水器工作状态

图中所示：1保温盖、2双层壶体、3尾管、4水平轴、5俯仰角控制板、6支架、7轴承座、8销轴、9专用机芯、10法兰套管、11轴承系、12机芯座、13小传动轮、14传动带、15大传动轮、16防护罩、17发条盒、18卷簧、19示踪杆、20抛物线成型板、21、镜面抛物柱面、22转动叉架、23介质、24玻璃外管、25金属热管

图1为本实用新型的外观结构，它主要由：真空保温壶组合件、金属支架、同步跟踪机构、抛物面机构和真空吸热管五部分组成。根据情况可将其安装专用底座置于平台、地面或直接安装在阳台上。

图2为太阳能开水器倾倒开水终了时的状态。

图3为真空保温壶组合件系由：保温盖(1)、双层壶体(2)、尾管(3)、水平轴(4)、俯仰角控制板(5)组成为一整体。双层金属之间抽真空，壶顶部由保温壶盖保温；前面出水口，也由保温盖保温，尾管(3)与真空吸热管(23)直接连通并密封。其特点是：壶体不传热，保温性能好，尾管密封可靠，壶的造型设计能够满足热对流的要求及俯仰角的变化。

真空保温壶组合件利用两侧的水平轴(4)安装在支架的轴承座(7)中可使本实用新型绕轴作俯仰运动。俯仰角变化达95度，其中俯角达37度，仰角达58度。仰角的变化可使抛物面适应太阳在一年里纬度的变化。角度变化靠俯仰角控制板(5)调节。将销轴(8)插入控制板(5)中相应的小孔即可使抛物面恰好适应太阳所在的纬度。

图4、图5为金属支架系由：支架(6)、轴承座(7)、销轴(8)组成。其外形设计符合整机俯仰角变化的要求。

图6、图7为同步跟踪机构系由：专用机芯(9)、法兰套管(10)、轴承系(11)、机芯座(12)、小传动轮(13)、传动带(14)、大传动轮(15)、防护罩(16)组成。其中专用机芯(9)系专用机械钟式机芯，其出轴与小传动轮(13)直连并利用机芯座(12)固定在尾管(3)上。防护罩(16)固定在机芯座(12)上，防护罩正面具有沿弧形分布的时间刻度。小传动轮(13)以传动带(14)与大传动轮(15)联接，大传动轮(15)则安装在法兰套管(10)上和发条盒(17)联为一体，保持在同一轴线上。法兰套管(10)与尾管(3)之间安装轴承系(11)使抛物面机构以最轻的负荷绕真空吸热管轴线旋转。

图8为抛物面机构系由：发条盒(17)、卷簧(18)、示踪杆(19)、抛物线成型板(20)、镜面抛物柱面(21)、转动叉架(22)组成。其中卷簧(18)的内圈与尾管(3)固定，外圈固定在发条盒(17)的内壁，发条盒(17)、示踪杆(19)和转动叉架(22)为一体；抛物线成型板(20)与镜面抛物柱面(21)接合后与件(22)固定，从而形成整个抛物面机构。

图9为真空吸热管，有玻璃真空吸热管和玻璃金属复合真空吸热热管两种，本实用新型的玻璃金属复合真空吸热热管系由：介质(23)、玻璃外管(24)、金属热管(25)组成，内外管之间加以密封并抽真空，金属热管外表面有黑色吸热涂层，热管出轴有散热片通入真空保温壶中。

图10、图11为本实用新型的实施例：QTK-1型太阳能开水器，其保温壶为一普通不锈钢水壶，单层结构，无真空保温层，保温由棉制壶套完成，从而代替了双层不锈钢真空保温壶，棉套保温性能良好且便于拆卸，其真空吸热管为目前国内广为流行的玻璃真空吸热管，廉价适用，同样可以达到预期目的。

本实用新型的同步跟踪靠专用机芯的恒定阻尼作用和减速机构共同完成，卷簧的预紧可产生顺时针自东向西的扭力，而每当人工自西向东反时针转动抛物面以对准太阳时，则进一步加大了扭力矩，使同步跟踪更为可靠。本实施例扭力矩的传递是由卷簧经减速机构传递到专用机芯的过程。

经聚焦，本实用新型一根真空吸热管相当于数根真空吸热管所产生的热能。在同步跟踪过程中，阳光聚焦在真空吸热管上的聚焦线并非固定，而是呈缓慢移动状态，这对真空吸热管的涂层寿命十分有利。

本实用新型的主要特色是无需任何电力即可实现对太阳的同步自动跟踪，无论其间有无云层遮挡，皆不影响自动跟踪，这是与光电跟踪的最大区别，其跟踪精度完全可以满足要求。本实用新型结构简单、紧凑、体积小、重量轻、价格低、不用电、不受地区限制、使用寿命长，尤其适合中国广大农村和边远缺电地区的需要。

本实用新型经一次对准，全天跟踪长达九小时以上。不锈钢保温壶中注入冷水，中途无需过问。水开后，将壶缓缓下压，壶咀对准热水瓶口或其他容器，开水可徐徐注入。此时本实用新型尾部逐渐上翘，所以每次都能将开水倒尽，不留残水，这点十分重要，既保证卫生的新鲜水质又不会在真空吸热管底部形成沉淀，这也是本实用新型区别于其他固定式太阳能热水器的突出优势。

本实用新型还可以与家中炊具配合将太阳能开水器尚未烧开的热水灌入后者烧开从而大大节约能源。

经过本实用新型加热的开水由于受紫外线长时间照射灭菌效果更好，自来水中的氯和其他有害气体去除更加彻底，水质洁净，对人们的健康更为有利，不愧为一种绿色能源产品。

本实用新型主要应用于城乡居民家庭、广大农村、山区、草原、岛屿、旅游区、边防哨所等阳光充足、空气洁净的地区。尤其是在缺少能源和无电源地区更能显示其无比的优越性。

用户根据具体情况可将其安装在专用底座上置于平台、地面或直接安装在阳台上。安装应平稳，注意安全，本实用新型的下方不宜站人。

本实用新型安装时对正南方，使真空吸热管尾端朝南(可用指南针校正方向)。装好后，每天早晨太阳升起，无论几点钟，对准太阳有两种方式：1．手托抛物面边缘缓慢地自西向东旋转直至金属示踪杆影子最短，此时抛物面即正对太阳(不可自东向西旋转)。2．如果早晨有云，太阳方位不明，则可参照防护罩上的刻度盘(北京时间刻度)，采用上法旋转抛物面，直至金属示踪杆指向刻度盘上的某数字，该数字应等于当时的北京时间减去当地至北京的时差(例如昆明为1小时、乌鲁木齐为2小时)，此时抛物面也正对太阳。然后，根据太阳纬度调整本实用新型的俯仰角(真空吸热管与地平线的夹角)，例如，南京地区夏季约为9～19度、春秋季约为27～37度、冬季约为44～54度。在调整俯仰角时，拔下支架上的销轴(8)，边调整角度边观察示踪杆(19)的影踪变化，当杆影缩短至最短即最佳。此时，将销轴(8)插入俯仰角控制板(5)中相应的小孔即可使抛物面恰好适应太阳所在的纬度。

当松手后本实用新型即在同步跟踪机构的作用下开始对阳光自动进行同步跟踪。特定的传动方式保证了同步跟踪机构的匀速和精度。

本实用新型的实施例：QTK-1型太阳能开水器主要技术性能指标如下：

1一次烧水量              4升(相当于两水瓶)

2晴好天气，空气洁净时烧开时间

夏天2-2.5h、    春秋天2.5-3h、    冬天3-3.5h

3真空吸热管长度规格      1.2米

4铝镜面抛物面投影面积    0.5平方米

5同步跟踪时间            9小时/日

6主机尺寸                1500×600×600毫米

7主机重量                6公斤

Claims (5)

1、一种家用同步跟踪型太阳能开水器，其特征是它主要由：真空保温壶组合件、金属支架、同步跟踪机构、抛物面机构和真空吸热管五部分组成，其中真空保温壶组合件的尾管与真空吸热管直接连通并安装在金属支架上，同步跟踪机构安装在真空保温壶组合件的尾管上，抛物面机构在尾管上旋转并利用卷簧的内圈与尾管连接，外圈通过发条盒与同步跟踪机构连接。

2、根据权利要求1所述的跟踪型家用太阳能开水器，其特征是真空保温壶组合件系由：

保温盖(1)、双层金属壶体(2)、尾管(3)、水平轴(4)、俯仰角控制板(5)组成，除保温盖外皆为一整体结构，双层金属之间抽真空，尾管(3)与真空吸热管(23)直接连通，水平轴(4)插入支架的轴承座(7)中。

3、根据权利要求1所述的跟踪型家用太阳能开水器，其特征是金属支架系由：支架(6)、轴承座(7)、销轴(8)组成，销轴(8)插入板(5)上相应的小孔。

4、根据权利要求1所述的跟踪型家用太阳能开水器，其特征是同步跟踪机构系由：专用机芯(9)、法兰套管(10)、轴承系(11)、机芯座(12)、小传动轮(13)、传动带(14)、大传动轮(15)、防护罩(16)组成，其中专用机芯(9)系专用机械钟式机芯，其出轴与小传动轮(13)直连，机芯用机芯座(12)固定在尾管(3)上，防护罩(16)固定在机芯座(12)上，防护罩的正面印有沿圆弧分布的时间刻度，小传动轮(13)以传动带(14)与大传动轮(15)联接，大传动轮(15)、法兰套管(10)和发条盒(17)联接，法兰套管(10)与尾管(3)之间安装轴承系(11)。

5、根据权利要求1所述的跟踪型家用太阳能开水器，其特征是抛物面机构系由：发条盒(17)、卷簧(18)、示踪杆(19)、抛物线成型板(20)、镜面抛物柱面(21)、转动叉架(22)组成，其中卷簧(18)的内圈与尾管(3)固定，外圈与发条盒(17)固定，发条盒(17)、示踪杆(19)和转动叉架(22)为一体；抛物线成型板(20)与镜面抛物柱面(21)为一体，再把件(22)套入件(20)上固定。

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