CN204630753U

CN204630753U - 聚光法太阳能热水***热性能检测平台

Info

Publication number: CN204630753U
Application number: CN201520362030.7U
Authority: CN
Inventors: 杨义红; 何伟; 王艳秋; 罗炳庆
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2025-05-29

Abstract

本实用新型涉及聚光法太阳能热水***热性能检测平台。包括反射板、液压油缸、转盘、底座和回转机构；所述反射板的一侧面设有反射镜，反射板可转动的设在转盘的顶面，所述液压油缸的缸体固定在转盘上，液压油缸的推杆外端转动连接着反射板的上部，在液压油缸的推杆的伸缩作用下反射板实现俯仰式的摆动；所述回转机构设于转盘和底座之间，以转盘的圆心为转轴带着反射板作360度的转动；由步进电机通过涡轮涡杆带动转盘转动，转盘的转动规律以所述检测平台使用地的太阳方位角的变化规律为规律。测试时，被测集热器放置在转盘上，且使被测集热器的倾斜面的延长线与反射板下边缘相交。以合肥地区为例，经过统计计算全年可检测的天数可由32%提高到52%。

Description

聚光法太阳能热水***热性能检测平台

技术领域

本实用新型属于太阳能热水***的热性能检测技术领域，具体涉及太阳能热水***热性能的检测装置。

背景技术

近年来太阳能热水器行业迅猛发展, 但中国太阳能热水器行业却存在着市场主体参差不齐、行业技术标准不完善、企业技术研发实力弱，产品性能无有效检测凭据，产品性能夸大，缺乏公平有效的管理等诸多问题，导致鱼龙混杂，扰乱市场秩序，这已经开始阻碍中国太阳能家电行业的进一步快速发展。因而全国各地的质监部门必须积极发挥职能作用，对所有太阳能热水行业产品做出严格的检测，并根据各地的具体情况，做出相应的产品性能指标限制，以及对产品性能进行有效的能效分级。由于现有国标GB/T 19141-2011《家用太阳能热水***技术条件》要求，太阳热水***热性能检测需检测多天，且其中至少需要一天的日8小时太阳辐照量大于16MJ/m²，如此才能有效检测出***的实际性能。但如此限值导致全年可用有效检测天数严重不足。例如合肥地区，年达标的检测天数（45度倾斜面，8小时太阳辐照量大于16MJ/m²）约占全年总天数的 21% （约77天）。质检部门的检测能力被极大的限制着，从而将无法及时对产品做出有效检测。更严重的是，即使质检部门为规范行业市场，决心要对太阳能热水***产品进行全面的检测和监督与评价，但也会受制于检测能力无可奈何，这导致大部分太阳能热水***产品没有可靠的性能评价和比较依据。

针对此种情况，太阳雨公司斥资千万，引进德国技术，打造了室内太阳能热性能模拟检测平台；中国科学技术大学热科学和能源工程系的季杰课题组也在焓差实验室内部搭建了太阳能模拟检测平台。但室内检测平台（室内太阳模拟器）光谱结构与太阳光差距过大，且均匀性难以保证，实际辐照量难以测量，辐照变化不符合日辐照变化规律，室内环境与室外环境换热情况差异过大，且运行费用过高。目前，此种方法的检测结果受到业内的普遍质疑，仅作为趋势参考，多用于科研领域，无法作为权威检测的方法依据。

实用新型内容

为了降低太阳能热水***产品检测时受天气情况的限制、提高质检部门的全年检测能力，本实用新型提供一种聚光法太阳能热水***热性能检测平台。

具体的技术解决方案如下：

聚光法太阳能热水***热性能检测平台包括反射板1、液压油缸7、转盘5、底座15、回转机构和检测控制机构；所述反射板1的一侧面设有反射镜，反射板1的下部通过一对竖直支架4可转动的设在转盘5的顶面，所述液压油缸7的缸体固定在与反射板1对应的转盘5上，液压油缸7的推杆外端转动连接着反射板1的上部，在液压油缸7的推杆的伸缩作用下反射板1实现俯仰的摆动；反射板1的下部转动处设有反射板用绝对值编码器10；所述回转机构设于转盘5和和底座15之间，以转盘5的圆心为转轴带着反射板1作360度的转动，所述回转机构内设有绝对值编码器12；由步进电机通过涡轮涡杆带动转盘5转动，转盘5的转动规律以所述检测平台使用地的太阳方位角的变化规律为规律；

用于检测时，被测集热器呈倾斜状放在转盘5上，且使被测集热器的倾斜面的延长线与反射板1下边缘相交。

所述反射板1包括矩形框架状的主框架9；所述主框架9的一侧面上设有基板2，基板2为钢板，所述反射镜固定在基板2上。

所述竖直支架4为角钢状的框架；与主框架9的另一侧面相对应的一对竖直支架4的上部分别设有支撑架3；所述支撑架3为三角形的框架，其一侧短边连接着竖直支架4，另一侧短边与主框架9的另一侧面相对应呈仰角状态，对主框架9起限位作用。

所述回转机构为减速回转轴承11，所述减速回转轴承11的内圈固定连接着转盘5的底部，减速回转轴承11的外圈固定连接着底座15。

所述转盘5的顶面为平面，底面均布着网状加强筋6；转盘5的中心处开设有安装维修通孔，与安装维修通孔对应的转盘5的顶面设有盖板17。

所述步进电机为三相混合式步进电机，由驱动器驱动。

所述转盘5的直径大于3米。

本实用新型的有益技术效果体现在以下方面：

1.本实用新型可以提供一个2m*2m的正方形光斑，且辐照均匀，能够使全天总辐照量由12MJ提高到16MJ以上，满足太阳能热水***热性能检测的辐照要求。同时能够保证太阳能热水***的换热情况不改变。

2.以合肥地区为例，经过统计计算全年可检测的天数可由32%提高到52%。从而使太阳能热水器的全年可检测天数提高至两倍左右。

3.为能有效测试市面上的家用太阳能热水器，则此平台的有效测试面积至少要在4平米以上，且能覆盖热水器的使用倾角范围。为使得测试面辐照增加且均匀度与自然光一致，则不能采用曲面聚光器（如抛物面碟式聚光以及复合抛物面线聚光等）。如采用聚光则必须是平面聚光器。由测试面上全天辐照入射角变化范围可知，平面聚光的全天有效聚光比十分有限，少许提高聚光比，装置的体积将有几倍的增大量。为使得测试面有至少4㎡的均匀辐照面积，则单纯的非跟踪聚光方式（复合平面和复合抛物面等方式）的装置高度和宽度可能超过15m，甚至20m以上。装置过于庞大，且效果十分有限，显然不可采用。为使得测试面测试环境与热水器使用环境相同，则热水器在测试中与水平面的夹角不可改变，热水器不可以有明显晃动。如此，便不可采用双轴跟踪方式来提高热水器的日辐照得热量。基于以上分析得出：采用可变平面聚光配合东西方向单轴跟踪的方式，可同时满足上面提到的所有要求。采用可变平面聚光可根据需要选择是否使用聚光，且可在保证测试面辐照均匀的基础上，大幅度的降低装置的几何体积。

4. 需要一个直径约3.5m的可水平转动的平台且平台转动方向能根据日照方向变化，跟踪精度在1度左右。平台的转动能够自锁，当外界风力等作用在平台上时，平台不至于被转动。平台需要足够的刚度，不会有明显的上下晃动。需要一个边长约2.5m的平面高反射板，此板对于波长为280nm到2.5um以内的光波能有几乎一致的反射率，且对于此外的光波具有极高的吸收率。此高反射板需要极好的平整度，以保证所聚集光线的均匀度。边长为2.5m的高反射板要有足够的强度，能抗击至少8级大风而不倾倒和损坏。当风度在4m以内时候，此反射板相对于转台平面不可有明显的晃动，尤其是转交方向。边长为2.5m的高反射板要能随着光照方向的变化，做出相应的倾角变化，且倾角控制精度需要在2度以内。由于反射板尺寸巨大，且对风阻力过大，因为必须有足够的驱动力和自锁力，才可保证反射板的位置。由于反射板及风力等的影响，平台转动的平面必须有足够的抗倾覆能力，最大能抗击至少60KNm（约合6吨重物放置于距离支点1m处的挑梁上）的倾覆力矩。平台在以上作用力下，均能有效转动。平台转动速度除了有跟踪速度外，还应有调整速度，便于快速调整对位。平台有方便的控制***，可以根据输入的时间自动寻找和调整位置。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图，图中箭头表明了装置的工作运动方式；

图2为本实用新型的主视图；

图3为本实用新型的左视图；

图4是转动部件的装配示意图；

图5为转盘仰视结构图；

图6为本实用新型检测原理图，图中18是待检测的集热器，也是光斑所在位置，不属于本装置的部件。

上图中序号：反射板1、基板2、支撑架3、竖直支架4、转盘5、网状加强筋6、液压油缸7、固定在地面上的基础部件8、主框架9、反射板绝对值编码器10、减速回转轴承11、转盘绝对值编码器12、带底盘的固定轴14、底座15、被测集热器18、太阳光束L。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地描述。

参见图1、图2和图3，聚光法太阳能热水***热性能检测平台包括反射板1、液压油缸7、转盘5、底座15、回转机构和检测控制机构。反射板1的一侧面设有反射镜，反射板1的下部通过一对竖直支架4可转动的安装在转盘5的顶面，液压油缸7的缸体固定在与反射板1对应的转盘5上，液压油缸7的推杆外端转动连接着反射板1的上部，在液压油缸7的推杆的伸缩作用下反射板1实现俯仰式的摆动；反射板1的下部转动处设有反射板绝对值编码器10。反射板1的转动规律与所述检测平台使用地的太阳高度角和当地检测件安装倾角相关。参见图4，回转机构安装于转盘5和和底座15之间，以转盘5的圆心为转轴转盘5带着反射板1作360度的转动，回转机构内安装有转盘绝对值编码器12；由步进电机通过涡轮涡杆带动转盘5转动，转盘5的转动规律以所述检测平台使用地的太阳方位角的变化规律为规律。

转盘5以一定的速度带动反射板1跟踪太阳转动，转盘5的跟踪精度为1度，实际大多在0.5度以内；反射板1的跟踪精度为2度，实际几乎都在0.8度以内。

然后每一分钟检查一次实际角度和理论角度的偏差，当偏差大于阈值（转盘为0.5度，反射板为1.0度）时，程序根据理论角度控制电机和液压杆使转盘和反射板转到对应的角度，一直持续下去，直到检测结束。

测试时，被测集热器18放置在转盘5上，且使被测集热器18的倾斜面的延长线与反射板1下边缘相交，参见图1和图6。一部分自然光直接照射在转盘5上；同时通过水平跟踪的方式在不改变被测样品18放置倾角的前提下，提高测试面上直接入射光的强度；反射板1将直射和前向散射的辐照通过反射均匀的照射在测试面上，如此进一步加强测试面的辐照强度。测试中，测试台平面可跟随阳光转动，其跟踪精度约1度；反射板1必须根据转向和光线入射角度做出相应的偏转，反射板1的跟踪精度约2度。

Claims

1.聚光法太阳能热水***热性能检测平台，其特征在于：包括反射板（1）、液压油缸（7）、转盘（5）、底座（15）、回转机构和检测控制机构；所述反射板（1）的一侧面设有反射镜，反射板（1）的下部通过一对竖直支架（4）可转动的设在转盘（5）的顶面，所述液压油缸（7）的缸体固定在与反射板（1）对应的转盘（5）上，液压油缸（7）的推杆外端转动连接着反射板（1）的上部，在液压油缸（7）的推杆的伸缩作用下反射板（1）实现俯仰的摆动；反射板（1）的下部转动处设有反射板用绝对值编码器（10）；所述回转机构设于转盘（5）和和底座（15）之间，以转盘（5）的圆心为转轴带着反射板（1）作360度的转动，所述回转机构内设有绝对值编码器（12）；由步进电机通过涡轮涡杆带动转盘（5）转动，转盘（5）的转动规律以所述检测平台使用地的太阳方位角的变化规律为规律；

用于检测时，被测集热器呈倾斜状放在转盘（5）上，且使被测集热器的倾斜面的延长线与反射板（1）下边缘相交。

2.根据权利要求1所述的聚光法太阳能热水***热性能检测平台，其特征在于：所述反射板（1）包括矩形框架状的主框架（9）；所述主框架（9）的一侧面上设有基板（2），基板（2）为钢板，所述反射镜固定在基板（2）上。

3.根据权利要求1或2所述的聚光法太阳能热水***热性能检测平台，其特征在于：所述竖直支架（4）为角钢状的框架；与主框架（9）的另一侧面相对应的一对竖直支架（4）的上部分别设有支撑架（3）；所述支撑架（3）为三角形的框架，其一侧短边连接着竖直支架（4），另一侧短边与主框架（9）的另一侧面相对应呈仰角状态，对主框架（9）起限位作用。

4.根据权利要求1或2所述的聚光法太阳能热水***热性能检测平台，其特征在于：所述回转机构为减速回转轴承（11），所述减速回转轴承（11）的内圈固定连接着转盘（5）的底部，减速回转轴承（11）的外圈固定连接着底座（15）。

5.根据权利要求1或2所述的聚光法太阳能热水***热性能检测平台，其特征在于：所述转盘（5）的顶面为平面，底面均布着网状加强筋（6）；转盘（5）的中心处开设有安装维修通孔，与安装维修通孔对应的转盘（5）的顶面设有盖板（17）。

6.根据权利要求1或2所述的聚光法太阳能热水***热性能检测平台，其特征在于：所述步进电机为三相混合式步进电机，由驱动器驱动。

7.根据权利要求1或2所述的聚光法太阳能热水***热性能检测平台，其特征在于：所述转盘（5）的直径大于3米。