追蹤陽光並可有效減少輻射散熱的太陽能聚光瓦的製作方法
2023-07-04 01:06:11 1
專利名稱：追蹤陽光並可有效減少輻射散熱的太陽能聚光瓦的製作方法
技術領域：
本發明屬於太陽能熱水器技術領域，具體涉及一種追蹤陽光並可有效減少輻射散熱的太陽能聚光瓦，以減少集熱管的使用數量。
背景技術：
普通的太陽能熱水器，主要靠集熱管吸收太陽熱能，集熱管的受熱顏色、投影面積、熱量的傳導、對流和輻射，決定了太陽能熱水器的主要性能；如今集熱管輻射吸熱顏色已經是最好的，傳導和對流所引起的熱能損失已經極小，幾乎已經作到了當今技術的極限，要想大幅度提高太陽能熱水器的性能，只能在集熱管的投影面積和降低輻射散熱上下工夫。
現今的集熱管主要呈圓柱形，陽光不管從哪個方向入射，集熱管的受光面積相同，當然非受光面積也相同；由於集熱管整體受熱顏色相同，又因為吸熱最好的顏色同時又是散熱最好的顏色，要想吸收更多的陽光，只能增加更多的集熱管，這就意味著輻射散熱面積也同步增大；這就有了太陽能熱水器的集熱管散熱的矛盾；既要增加集熱管吸熱面積的同時，又要減小輻射散熱面積；這一現象在冬季更加突出，因為冬季太陽能熱水器與外界溫差太大，使輻射出去的熱能與外界背景輻射回來的熱能相差太多，使太陽能熱水器在冬季溫升降低，同時冬季太陽能有效投影面積減小，吸收陽光的能力減弱，陽光穿透大氣的距離更長，空氣對陽光散射更嚴重，它嚴重限制了太陽能熱水器的聚熱效果，所以，冬季增大太陽能等效投影面積，減小輻射散熱面積顯得更加迫切，它嚴重限制了太陽能的普及和發展；太陽能熱水器的第二個急需解決的問題是在強對流天氣，集熱管容易被冰雹，強降雨等損壞；現在已有的聚光瓦技術(聚光瓦又被稱為聚光篩)，由於是被固定地安裝在集熱管下面，焦點對準集熱管，但是只能在太陽直射時起作用，而只有在正午時才有直射的陽光，集熱時間太短，效果不明顯，所以現有的聚光瓦基本被淘汰。
發明內容
本發明的目的是設計一種可追蹤陽光的太陽能聚光瓦，使聚光瓦隨著陽光移動，吸收更多的熱量，散射更少的熱量，從而提高了太陽能熱水器的性能；並能在強對流天氣保護聚熱管不被損壞。
本發明採取的技術方案是在原來的太陽能熱水器基礎上加以改進的，是在太陽能熱水器集熱管減少數量的同時，在每個集熱管的下面安裝有半圓弧聚光瓦，半圓弧聚光瓦的半徑大於集熱管的半徑，由於聚光瓦之間可以不留下較大的間隙，從而使太陽能熱水器受熱面積不變或略有增加，聚光瓦的聚光焦點是集熱管，聚光瓦是可以圍繞集熱管跟隨太陽光的方向轉動，它的固定點設在太陽能熱水器的下連框和儲水箱之間，在熱水器上不易被太陽直射並且不會被雨水侵蝕的地方設有溼度傳感器，在熱水器的儲水箱上設有溫度傳感器，所述的溼度傳感器和溫度傳感器通過控制器、小型電機連動聚光瓦，聚光瓦的傳動轉動可以是由小型電機拖動渦輪渦杆結構的傳動轉動方法來實現。
由於本發明採取了上述技術方案，同時解決了受熱面積和輻射散熱面積幾乎相等的矛盾；等效受熱投影面積不變或略有增加，輻射散熱面積則下降數倍，由於可以大幅度減少集熱管的數量，所以又可以顯著降低成本，聚熱管的數量減少等於降低了輻射散熱面積，集熱管部分輻射出來的熱能又通過聚光瓦反饋回集熱管，因此不再需要太多昂貴而脆弱的集熱管；只要可能，應儘量減少集熱管，以減小輻射散熱面積，所以，這項技術的優勢主要是在冬季。因為聚光瓦可以在控制器控制下主動轉動到聚熱管上面，在強對流天氣，可以保護聚熱管不被損壞。
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
圖1表示本發明通過光電傳感器組件傳動轉動聚光瓦工作原理框圖；圖2表示圖1中本發明通過光電傳感器組件傳動轉動聚光瓦過程工作原理框圖；圖3表示圖1中光電傳感器組件的結構示意圖；圖4表示本發明另一種通過光電傳感器組件傳動轉動聚光瓦工作原理框圖；圖5表示圖4中所述的光電傳感器組件的結構示意圖；圖6表示本發明另外一種通過時間信號發生器傳動轉動聚光瓦工作原理框圖；圖7表示本發明通過溼度傳感器傳動轉動聚光瓦工作原理框圖；圖8表示本發明通過溫度傳感器傳動轉動聚光瓦工作原理框圖；]圖9表示本發明集熱管輻射出來的熱能又通過聚光瓦反饋回集熱管的示意圖；
具體實施例方式
參看圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8和圖9，本發明是在原來的太陽能熱水器基礎上加以改進的，為了使熱水器等效受熱面積不變或略有增加，在減少集熱管數量的同時，在每個集熱管的下面安裝有半圓弧聚光瓦，半圓弧聚光瓦的半徑大於集熱管的半徑，集熱管的數量減少等於降低了輻射散熱面積，聚光瓦的聚光焦點是集熱管，集熱管部分輻射出來的熱能又通過聚光瓦反饋回集熱管，聚光瓦是可以圍繞集熱管跟隨太陽光的方向轉動，聚光瓦的固定點設在太陽能熱水器的下連框和儲水箱之間，在熱水器上不易被太陽直射並且不會被雨水侵蝕的地方設有溼度傳感器，在熱水器的儲水箱上設有溫度傳感器，所述的溼度傳感器和溫度傳感器通過控制器、小型電機連動聚光瓦，聚光瓦的傳動轉動可以是由小型電機拖動渦輪渦杆結構的傳動轉動方法來實現。
只要有陽光，集熱管就能夠集熱，解決了受熱面積和輻射散熱面積幾乎相等的矛盾；等效受熱投影面積不變或略有增加，輻射散熱面積則下降數倍，同時又可以顯著降低成本，可以大幅度減少集熱管的數量，聚熱管的數量減少就等於降低了輻射散熱面積，而且集熱管部分輻射出來的熱能又通過聚光瓦反饋回集熱管，如圖9所示(圖9中1表示聚光瓦、2表示集熱管)，因此不再需要太多昂貴而脆弱的集熱管；只要可能，應儘量減少集熱管，以減小輻射散熱面積，所以，這項技術的優勢主要是在冬季。因為聚光瓦可以轉動到聚熱管上面，在強對流天氣，可以保護聚熱管不被冰雹、降雨等損壞。
所述的聚光瓦傳動轉動方式是用光電傳感器組件通過控制器控制小型電機拖動渦輪渦杆結構的方法或用時間信號發生器通過控制器控制小型電機拖動渦輪渦杆結構的方法來實現。
聚光瓦的轉動轉動方式可以通過以下兩種方法來實現第一種方法是用光電傳感器組件通過控制器控制小型電機拖動渦輪渦杆結構的方法來實現，使用光電傳感器組件通過控制器控制小型電機拖動渦輪渦杆結構的方法也有兩種方法來實現一種是光電傳感器組件通過控制器帶動聚光瓦同步轉動，如圖3所示，所述的光電傳感器組件是由暗盒3和光敏元件4構成的，在暗盒3的頂部的中間位置開設有一條很窄的縫隙5，在暗盒3的內底部、陽光通過縫隙直射的區域下適當距離和位置設置有兩個光敏元件4；光電傳感器組件通過控制器連接小型電機，小型電機通過渦輪渦杆結構拖動聚光瓦和光電傳感器組件；讓陽光穿過光電傳感器組件上開設很窄的縫隙5，當陽光沒有照射在光敏元件4上時，光敏元件不輸出誤差信號，控制器不轉動聚光瓦；當陽光由於移動而照射在其中一個元件上時，兩個傳感器輸出誤差信號，控制器根據光電傳感器組件輸入的誤差信號判斷，應將聚光瓦轉動多少度；當然陽光不可能靜止，聚光瓦在控制器的控制下隨著陽光同步轉動，聚光瓦反射的太陽光永遠對準集熱管，這種方法需要另設一個光電元件，來感知白晝與黑夜；在黑夜或黎明的時候，預定一個早晨聚光瓦坐西面東的位置來等待太陽的升起。
另一種是光電傳感器組件不再隨動聚光瓦，如圖5所示，所述的光電傳感器組件仍由半圓弧暗盒6和光敏元件7構成的，但是所用的光敏元件較多；在暗盒的頂部的中間位置開設有一條很窄的縫隙8，在暗盒的半圓弧內底部、陽光通過縫隙直射的區域下適當距離和位置安裝合適數量的光敏元件7；光電傳感器組件通過控制器連接小型電機，小型電機通過拖動渦輪渦杆結構連接聚光瓦；在一個很小的縫隙下適當的距離位置上移動的陽光照射在那個光電元件上，那麼這個光電元件向控制器輸出太陽位置信號，控制器控制聚光瓦轉向光電元件所指示的方向，這個方案的優點是光電元件不再轉動聚光瓦，避免導線被折斷的危險；聚光瓦跟蹤陽光轉動是不連續，呈步進狀態。
第二種聚光瓦傳動轉動方式是以時間軸為基準跟蹤陽光的方法來實現，所述的聚光瓦傳動轉動方式是用時間信號發生器通過控制器控制小型電機拖動渦輪渦杆結構的方法來實現，使陽光通過聚光瓦準確聚焦在集熱管，地球自轉一周的時間是很精確的，只要設計出精確的時間信號，在由它來控制聚光瓦控制器，就可以精確地達到需要的目的，不過這種聚光瓦將圍繞集熱管做圓周運動，正好一天轉一周。
使用聚光瓦轉動技術還可以達到其他目的，在熱水器上設有溼度傳感器，在熱水器的儲水箱上設有溫度傳感器，所述的溼度傳感器和溫度傳感器通過控制器、小型電機連動聚光瓦，在強對流天氣爆發威力之前，溼度傳感器預先感知，(天氣改變之前，溼度常常提前改變)再由控制器轉動聚光瓦於集熱管之上，從而保護脆弱的集熱管；由於聚光瓦可以轉動，也可以對加熱溫度進行控制，當溫度過高時可以轉動聚光瓦，使它的不再準確地跟蹤太陽光，從而使聚光焦點部分或全部偏離集熱管，從而降低溫度，這一點在硬水質區特別有意義，因為在硬水溫度越高，容器越容易結垢。
由於聚光瓦比較輕巧，所以該電路耗電量不大，可以使用光電池+蓄電池供電的方法，當然也可以使用市電；以上控制方法可單獨使用，也可以綜合使用，以達到最佳控制結果。
本發明當然不可能僅僅應用於太陽能熱水器上，其他需要高效太陽能的地方，也可以使用。
權利要求
1.追蹤陽光並可有效減少輻射散熱的太陽能聚光瓦，其特徵在於是在太陽能熱水器集熱管減少數量的同時，在每個集熱管的下面安裝有半圓弧聚光瓦，半圓弧聚光瓦的半徑大於集熱管的半徑，由於聚光瓦之間可以不留下較大的間隙，從而使太陽能熱水器受熱面積不變或略有增加，聚光瓦的聚光焦點是集熱管，聚光瓦是可以圍繞集熱管跟隨太陽光的方向轉動，它的固定點設在太陽能熱水器的下連框和儲水箱之間，在熱水器上不易被太陽直射並且不會被雨水侵蝕的地方設有溼度傳感器，在熱水器的儲水箱上設有溫度傳感器，所述的溼度傳感器和溫度傳感器通過控制器、小型電機連動聚光瓦，聚光瓦的傳動轉動可以是由小型電機拖動渦輪渦杆結構的傳動轉動方法來實現。
2.根據權利要求1所述的追蹤陽光並可有效減少輻射散熱的太陽能聚光瓦，其特徵在於所述的聚光瓦傳動轉動方式是用光電傳感器組件通過控制器控制小型電機拖動渦輪渦杆結構的方法來實現。
3.根據權利要求2所述的追蹤陽光並可有效減少輻射散熱的太陽能聚光瓦，其特徵在於所述的光電傳感器組件是由暗盒和光敏元件構成的，在暗盒的頂部的中間位置開設有一條很窄的縫隙，在暗盒的內底部、陽光通過縫隙直射的區域下適當距離和位置設置有兩個光敏元件；光電傳感器組件通過控制器連接小型電機，小型電機通過渦輪渦杆結構拖動聚光瓦和光電傳感器組件。
4.根據權利要求2所述的追蹤陽光並可有效減少輻射散熱的太陽能聚光瓦，其特徵在於所述的光電傳感器組件是由暗盒和光敏元件構成的，在暗盒的頂部的中間位置開設有一條很窄的縫隙，在暗盒的內底部、陽光通過縫隙直射的區域下適當距離和位置設置有多個光敏元件；光電傳感器組件通過控制器連接小型電機，小型電機通過拖動渦輪渦杆結構連接聚光瓦。
5.根據權利要求1所述的追蹤陽光並可有效減少輻射散熱的太陽能聚光瓦，其特徵在於所述的聚光瓦傳動轉動方式是用時間信號發生器通過控制器控制小型電機拖動渦輪渦杆結構的方法來實現。
全文摘要
本發明為太陽能熱水器技術領域提供一種追蹤陽光並可有效減少輻射散熱的太陽能聚光瓦，它是在太陽能熱水器集熱管減少合適數量的同時，在每個集熱管的下面安裝有間隙很小聚光瓦，從而使太陽能熱水器受熱面積不變或略有增加，聚光瓦的聚光焦點是集熱管，聚光瓦是可以圍繞集熱管跟隨太陽光的方向轉動。由於本發明採取了上述技術方案，解決了受熱面積和輻射散熱面積幾乎相等的矛盾；由於減少集熱管的數量，又可以顯著降低成本，聚熱管的數量減少等於降低了輻射散熱面積，集熱管部分輻射出來的熱能又通過聚光瓦反饋回集熱管，從而減少了熱量的流失，所以本發明優勢主要是在冬季；在強對流天氣，可以保護聚熱管不被冰雹、降雨損壞。
文檔編號F24J2/13GK1869545SQ20061001802
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月27日 優先權日2006年6月27日
發明者胡東衛 申請人:胡東衛