CN103954049A

CN103954049A - 一种太阳能集热器

Info

Publication number: CN103954049A
Application number: CN201410204974.1A
Authority: CN
Inventors: 吴砺; 吴天健; 吴坤; 吴雷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2034-05-15
Also published as: CN103954049B

Abstract

本发明公开了一种太阳能集热器，包括主支架、集热机构、散热台和太阳追踪***，其中主支架、集热机构和太阳追踪***设于室外，散热台设于室内；集热机构包括抛物柱面反射镜和集热管；该集热管一端穿过墙体延伸至室内的散热台内；太阳追踪***包括太阳光探测单元和驱动单元，驱动单元带动抛物柱面反射镜随太阳光照角度而转动。本发明采用大尺寸抛物柱面反射镜和高温集热管将太阳能直接引入室内，改进传统太阳灶只能室外使用的缺陷，同时实现屋内厨房用热、房间取暖和热水器等多重功能；采用平衡臂设计使转动抛物柱面反射镜所需的驱动力降到最低，结合简易太阳追踪***，使该集热器最大可能地收集太阳能；而且结构简单，成本低廉，容易普及。

Description

一种太阳能集热器

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能集热器。

背景技术

目前的太阳能灶、太阳能热水器等的设计总是将灶台或热水箱放在室外，不仅结构粗笨、不方便使用，大多在农村使用，在城市楼房里更不适用。而且室外灶台除烧烧开水，很难形成真正可在人们日常厨房使用的太阳灶。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种太阳能集热器，将太阳能热量引入室内，实现室内太阳能灶、暖气、热水箱等，使得太阳能真正为人们日常使用。

为达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种太阳能集热器，包括主支架、集热机构、散热台和太阳追踪***，所述主支架、集热机构和太阳追踪***设于室外；所述集热机构包括抛物柱面反射镜和集热管，所述抛物柱面反射镜设于一反射镜支架上，反射镜支架两端设有支架轴，通过支架轴可转动地安装于主支架上；所述集热管安装于支架轴上，其中心轴位于抛物柱面反射镜的焦线上；所述散热台设于室内，所述集热管一端穿过墙体延伸至室内的散热台内；集热管位于室外的部分置于保温玻璃管内；所述太阳追踪***包括太阳光探测单元和驱动单元，所述驱动单元带动反射镜支架及其上的抛物柱面反射镜随太阳光照角度而转动。

进一步的，所述太阳光探测单元设于反射镜支架的支架轴上，包括柱面透镜、PD和控制器，所述柱面透镜通过一镜筒固定于支架轴上，所述PD设于镜筒内柱面透镜的焦线上；所述柱面透镜的中心轴线、PD的中心轴线、集热管的中心轴线和抛物柱面反射镜的中心轴线在同一平面内；控制器控制驱动单元带动支架轴转动，使PD上探测到的太阳光始终为极大值。

进一步的，所述驱动单元包括步进电机、两个传动齿轮和传动带；所述两个传动齿轮分别与步进电机轴和反射镜支架的支架轴连接，通过传动带将步进电机轴的转动传递到支架轴上，带动支架轴转动。

进一步的，所述反射镜支架还包括两平衡臂，分别设于其两端的支架轴上方。

进一步的，所述保温玻璃管内设有两段波纹管膨胀节，分别位于保温玻璃管两端，使其内的集热管与周围空气隔离。

进一步的，所述集热管为高温200-400℃的集热管。

进一步的，所述抛物柱面反射镜和集热管与水平面倾斜设置。

进一步的，所述设于室内的散热台上放置锅具或取暖用的散热片。

进一步的，所述设于室内的散热台上放置一热水***。

进一步的，所述热水***包括过渡加热盒、保温水箱和连通加热盒与保温水箱的导水管；所述过渡加热盒和保温水箱内分别设有温度探测计，所述导水管上设有电磁阀，所述电磁阀根据温度探测计测出的过渡加热盒和保温水箱内的水温决定开启或关闭。

本发明的有益效果为：本发明采用大尺寸抛物柱面反射镜和高温集热管将太阳能直接引入室内，改进传统太阳灶只能室外使用的缺陷，同时实现屋内厨房用热、房间取暖和热水器等多重功能；另一方面采用平衡臂设计使转动抛物柱面反射镜所需的驱动力降到最低，结合简易太阳追踪***，使该集热器最大可能地收集太阳能；而且结构简单，成本低廉，容易普及。

附图说明

图1为本发明太阳能集热器实施例结构示意图；

图2为本发明集热机构垂直方向俯视图；

图3为本发明集热机构横向剖视图；

图4为本发明太阳光探测单元结构示意图；

图5为本发明驱动单元的传动结构示意图；

图6为本发明太阳能集热器应用实施例一；

图7为本发明太阳能集热器应用实施例二；

图8为本发明太阳能集热器应用实施例三。

附图标示：10、主支架；20、集热机构；21、集热管；22、保温玻璃管；23、波纹管膨胀节；24、抛物柱面反射镜；25、反射镜支架；251、支架轴；252、转动轴承；26、平衡臂；30、散热台；40、太阳追踪***；41、太阳光探测单元；411、柱面透镜；412、PD；413、镜筒；42、驱动单元；421、步进电机；422、传动齿轮；423、传动带；50、墙体；60、锅具；70、散热片；80、热水***；81、保温水箱；82、过渡加热盒；83、导水管；84、电磁阀；85、温度探测计。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

本发明采用大尺寸抛物柱面反射镜和高温集热管将太阳能直接引入室内，改进传统太阳灶只能室外使用的缺陷，同时实现屋内厨房用热、房间取暖和热水器等多重功能；另一方面采用平衡臂设计使转动抛物柱面反射镜所需的驱动力降到最低，结合简易太阳追踪***，使该集热器最大可能地收集太阳能；而且结构简单，成本低廉，容易普及。

具体的，如图1-5所示的实施例，该太阳能集热器包括主支架10、集热机构20、散热台30和太阳追踪***40；其中，主支架10、集热机构20和太阳追踪***40设于室外，散热台30设于室内。集热机构20包括抛物柱面反射镜24和集热管21，该抛物柱面反射镜24设于一反射镜支架25上，反射镜支架25两端设有支架轴251，通过支架轴251可转动地安装于主支架10上，如通过转动轴承252连接。而集热管21安装于支架轴251上，如图3所示，其中心轴位于抛物柱面反射镜24的焦线上。集热管21一端穿过墙体50延伸至室内的散热台30内，将室外收集的太阳能热量迅速传递到室内的散热台30内，为室内烹煮、取暖或烧水所用；集热管21位于室外的部分置于保温玻璃管22内。太阳追踪***40包括太阳光探测单元41和驱动单元42，驱动单元42带动反射镜支架25及其上的抛物柱面反射镜24随太阳光照角度而转动，使太阳光尽可能保持垂直入射到抛物柱面反射镜24上，被抛物柱面反射镜24反射之后聚焦于集热管21内，使得集热管21最大可能地收集太阳能，如图3中虚线表示的太阳光路径。

如图1所示，其中，置于室外的集热机构20的集热管21和抛物柱面反射镜24与水平面倾斜设置，即集热管21和抛物柱面反射镜24的轴线在南北方向与水平面有一定倾角，以使当地纬度的太阳光尽可能垂直入射到抛物柱面反射镜24上。同时集热管21较高的一端延生至室内的散热台30内，有利于集热管21利用重力将冷却水回流到室外的加热区域，并将热水和热气往上送入室内。为避免置于室外的集热管21散热，在保温玻璃管22内设有两段波纹管膨胀节23，分别位于保温玻璃管22两端，使其内的集热管21与周围空气隔离保温。该集热管21可采用高温200-400℃的高温集热管，用于烹煮食物。

如图1和2中所示，在反射镜支架25上还设有两平衡臂26，分别设于其两端的支架轴251上方，使得整个集热机构20的转动重心在机构的转轴上，即支架轴251上，这样支架轴251带动抛物柱面反射镜24转动所需的力矩就变得很小，从而可以使用微型步进电机来带动，减少了集热器的成本和附加功耗。

如图4所示，其中，太阳光探测单元41设于反射镜支架25的支架轴251上，包括柱面透镜411、PD 412和控制器。该柱面透镜411通过一镜筒413固定于支架轴251上，并将PD 412设于镜筒413内柱面透镜411的焦线上，其中PD 412的宽度最好与太阳光经柱面透镜411会聚之后的焦线宽度相同。柱面透镜411的中心轴线、PD 412的中心轴线、集热管21的中心轴线和抛物柱面反射镜24的中心轴线在同一平面内；控制器控制驱动单元42带动支架轴251转动，使PD 412上探测到的太阳光始终为极大值。这样，在驱动单元42的带动下使得太阳光在PD 412上产生最大光电流时，入射到抛物柱面反射镜24内的太阳光经反射后会聚的焦线尽可能在集热管21上，保证集热管21最大可能地收集太阳能。

驱动单元42包括步进电机421、两个传动齿轮422和传动带423。两个传动齿轮422分别与步进电机421轴和反射镜支架25的支架轴251连接，通过传动带423将步进电机421轴的转动传递到支架轴251上，带动支架轴251转动。与步进电机421轴连接的小齿轮固定于步进电机421轴上，与支架轴251连接的为大齿轮，通过链条或带齿皮带等传送带423传递转动，从而驱动抛物柱面反射镜24转动。其中步进电机421可采用微型步进电机，功耗小，成本低。

目前，大型抛物柱面反射镜每平方米价格大概在200-300元人民币，而且可在室外工作三十年左右，可作为本发明太阳能集热器的抛物柱面反射镜，使用寿命长。若采用2m×3m=6m²的抛物柱面反射镜，且热收集效率为85%，而每平方米太阳能为1KW，则该太阳能集热器功率可达5.1KW，能为室内日常烹煮、取暖或烧水等提供足够的热量，如图6-8所示的三个应用实例。

如图6所示，当采用200-400℃的高温集热管进行集热和高速热传递时，可在散热台30上放置锅具60进行烹煮食物。

如图7所示，还可在散热台30上放置取暖用的散热片70，作为室内供暖使用。其中散热片70可优选锂材制成。

如图8所示，也可在散热台30上放置一热水***80。其中热水***80可包括过渡加热盒82、保温水箱81和连通加热盒82与保温水箱81的导水管83。过渡加热盒82和保温水箱81内分别设有温度探测计85，导水管83上设有电磁阀84。电磁阀84通过比较温度探测计85测出的过渡加热盒82和保温水箱81内的水温决定是否开启，以加热保温水箱81内的水。

该太阳能集热器整体结构简单，成本低，功耗小，尤其适合于平房室内太阳能灶、太阳能取暖器或热水器等。当不需要使用该集热器的时候，驱动抛物柱面反射镜转动，使其聚焦焦线偏离集热管即可。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims

1.一种太阳能集热器，包括主支架、集热机构、散热台和太阳追踪***，所述主支架、集热机构和太阳追踪***设于室外；所述集热机构包括抛物柱面反射镜和集热管，所述抛物柱面反射镜设于一反射镜支架上，反射镜支架两端设有支架轴，通过支架轴可转动地安装于主支架上；其特征在于：所述集热管安装于支架轴上，其中心轴位于抛物柱面反射镜的焦线上；所述散热台设于室内，所述集热管一端穿过墙体延伸至室内的散热台内；集热管位于室外的部分置于保温玻璃管内；所述太阳追踪***包括太阳光探测单元和驱动单元，所述驱动单元带动反射镜支架及其上的抛物柱面反射镜随太阳光照角度而转动。

2.如权利要求1所述太阳能集热器，其特征在于：所述太阳光探测单元设于反射镜支架的支架轴上，包括柱面透镜、PD和控制器，所述柱面透镜通过一镜筒固定于支架轴上，所述PD设于镜筒内柱面透镜的焦线上；所述柱面透镜的中心轴线、PD的中心轴线、集热管的中心轴线和抛物柱面反射镜的中心轴线在同一平面内；控制器控制驱动单元带动支架轴转动，使PD上探测到的太阳光始终为极大值。

3.如权利要求1所述太阳能集热器，其特征在于：所述驱动单元包括步进电机、两个传动齿轮和传动带；所述两个传动齿轮分别与步进电机轴和反射镜支架的支架轴连接，通过传动带将步进电机轴的转动传递到支架轴上，带动支架轴转动。

4.如权利要求1所述太阳能集热器，其特征在于：所述反射镜支架还包括两平衡臂，分别设于其两端的支架轴上方。

5.如权利要求1所述太阳能集热器，其特征在于：所述保温玻璃管内设有两段波纹管膨胀节，分别位于保温玻璃管两端，使其内的集热管与周围空气隔离。

6.如权利要求1所述太阳能集热器，其特征在于：所述集热管为高温200-400℃的集热管。

7.如权利要求1所述太阳能集热器，其特征在于：所述抛物柱面反射镜和集热管与水平面倾斜设置。

8.如权利要求1-7任一项所述太阳能集热器，其特征在于：所述设于室内的散热台上放置锅具或取暖用的散热片。

9.如权利要求1-7任一项所述太阳能集热器，其特征在于：所述设于室内的散热台上放置一热水***。

10.如权利要求9所述太阳能集热器，其特征在于：所述热水***包括过渡加热盒、保温水箱和连通加热盒与保温水箱的导水管；所述过渡加热盒和保温水箱内分别设有温度探测计，所述导水管上设有电磁阀，所述电磁阀根据温度探测计测出的过渡加热盒和保温水箱内的水温决定开启或关闭。