專利名稱：家用同步跟蹤型太陽能開水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型專利涉及一種利用太陽能為家庭加熱熱水裝置，尤其是利用太陽能為家庭直接加熱開水的裝置。
當(dāng)前，地球環(huán)境不斷受到污染與破壞，煤和石油制品等燃料的燃燒造成了嚴(yán)重的空氣污染和水污染。因此，人們對(duì)太陽能等潔凈能源投入了越來越大的注意。
近年來我國研制成功高技術(shù)產(chǎn)品玻璃真空吸熱管熱水器并在全國得到廣泛應(yīng)用，為城鄉(xiāng)居民提供了豐富的熱水，節(jié)約了大量能源。但是，人們盼望直接用太陽能提供開水的愿望卻遲遲未能實(shí)現(xiàn)。
經(jīng)測算，中國每個(gè)家庭平均每天需用15～20％的能源來燒4～10升開水，平均約7升，所需能源約630大卡，計(jì)入熱損失后約耗電0.8KWH。每年耗電約300KWH，電費(fèi)約200元，如果全國有百分之五的家庭使用太陽能提供所需開水的三分之一，(全國家庭約4億個(gè))那么每年可節(jié)約用電20億度，每年可減少因燃燒煤等燃料而向大氣排放CO、CO2、SO2等有害氣體數(shù)十萬噸。這對(duì)于我國實(shí)施環(huán)境保護(hù)、生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略都是十分重要的。
本實(shí)用新型的目的是提供一種一般家庭都可使用的同步跟蹤型太陽能開水器，而如何實(shí)現(xiàn)該裝置對(duì)太陽的高精度跟蹤、實(shí)現(xiàn)無電源跟蹤、實(shí)現(xiàn)對(duì)陽光的高效聚焦和實(shí)現(xiàn)聚焦后的太陽能對(duì)水進(jìn)行有效加熱等問題就是本實(shí)用新型必須克服和解決的技術(shù)關(guān)鍵。
本實(shí)用新型是集天文、機(jī)械、傳熱和光學(xué)為一體的新產(chǎn)品，上述技術(shù)關(guān)鍵是這樣實(shí)現(xiàn)的利用真空吸熱管(玻璃真空吸熱管或金屬玻璃復(fù)合真空熱管)和鏡面拋物柱面相結(jié)合，以小巧靈活的同步裝置自動(dòng)跟蹤太陽運(yùn)動(dòng)，將照射在拋物面上的陽光聚焦到真空吸熱管的表面，從而以數(shù)倍的能量高效率地對(duì)單根真空吸熱管進(jìn)行加熱，通過管壁熱交換和管內(nèi)熱對(duì)流，使壺中水溫以較快的速度上升直至沸騰，從而解決了一般太陽能熱水器不可能提供沸騰開水的難題。本實(shí)用新型的研制成功填補(bǔ)了一項(xiàng)普及型非電動(dòng)式家用同步跟蹤太陽能開水器的空白。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明


圖1是本實(shí)用新型工作狀態(tài)圖2是傾倒開水時(shí)的狀態(tài)圖3是真空保溫壺組合件圖4是金屬支架側(cè)視圖、圖5是金屬支架正視圖圖6是同步跟蹤機(jī)構(gòu)側(cè)視圖、圖7是同步跟蹤機(jī)構(gòu)正視圖圖8是拋物面機(jī)構(gòu)、圖9是真空吸熱管
圖10是本實(shí)用新型的實(shí)施例QTK-1型太陽能開水器傾倒開水時(shí)的狀態(tài)
圖11是本實(shí)用新型的實(shí)施例QTK-1型太陽能開水器工作狀態(tài)圖中所示1保溫蓋、2雙層壺體、3尾管、4水平軸、5俯仰角控制板、6支架、7軸承座、8銷軸、9專用機(jī)芯、10法蘭套管、11軸承系、12機(jī)芯座、13小傳動(dòng)輪、14傳動(dòng)帶、15大傳動(dòng)輪、16防護(hù)罩、17發(fā)條盒、18卷簧、19示蹤桿、20拋物線成型板、21、鏡面拋物柱面、22轉(zhuǎn)動(dòng)叉架、23介質(zhì)、24玻璃外管、25金屬熱管
圖1為本實(shí)用新型的外觀結(jié)構(gòu)，它主要由真空保溫壺組合件、金屬支架、同步跟蹤機(jī)構(gòu)、拋物面機(jī)構(gòu)和真空吸熱管五部分組成。根據(jù)情況可將其安裝專用底座置于平臺(tái)、地面或直接安裝在陽臺(tái)上。
圖2為太陽能開水器傾倒開水終了時(shí)的狀態(tài)。
圖3為真空保溫壺組合件系由保溫蓋(1)、雙層壺體(2)、尾管(3)、水平軸(4)、俯仰角控制板(5)組成為一整體。雙層金屬之間抽真空，壺頂部由保溫壺蓋保溫；前面出水口，也由保溫蓋保溫，尾管(3)與真空吸熱管(23)直接連通并密封。其特點(diǎn)是壺體不傳熱，保溫性能好，尾管密封可靠，壺的造型設(shè)計(jì)能夠滿足熱對(duì)流的要求及俯仰角的變化。
真空保溫壺組合件利用兩側(cè)的水平軸(4)安裝在支架的軸承座(7)中可使本實(shí)用新型繞軸作俯仰運(yùn)動(dòng)。俯仰角變化達(dá)95度，其中俯角達(dá)37度，仰角達(dá)58度。仰角的變化可使拋物面適應(yīng)太陽在一年里緯度的變化。角度變化靠俯仰角控制板(5)調(diào)節(jié)。將銷軸(8)插入控制板(5)中相應(yīng)的小孔即可使拋物面恰好適應(yīng)太陽所在的緯度。
圖4、圖5為金屬支架系由支架(6)、軸承座(7)、銷軸(8)組成。其外形設(shè)計(jì)符合整機(jī)俯仰角變化的要求。
圖6、圖7為同步跟蹤機(jī)構(gòu)系由專用機(jī)芯(9)、法蘭套管(10)、軸承系(11)、機(jī)芯座(12)、小傳動(dòng)輪(13)、傳動(dòng)帶(14)、大傳動(dòng)輪(15)、防護(hù)罩(16)組成。其中專用機(jī)芯(9)系專用機(jī)械鐘式機(jī)芯，其出軸與小傳動(dòng)輪(13)直連并利用機(jī)芯座(12)固定在尾管(3)上。防護(hù)罩(16)固定在機(jī)芯座(12)上，防護(hù)罩正面具有沿弧形分布的時(shí)間刻度。小傳動(dòng)輪(13)以傳動(dòng)帶(14)與大傳動(dòng)輪(15)聯(lián)接，大傳動(dòng)輪(15)則安裝在法蘭套管(10)上和發(fā)條盒(17)聯(lián)為一體，保持在同一軸線上。法蘭套管(10)與尾管(3)之間安裝軸承系(11)使拋物面機(jī)構(gòu)以最輕的負(fù)荷繞真空吸熱管軸線旋轉(zhuǎn)。
圖8為拋物面機(jī)構(gòu)系由發(fā)條盒(17)、卷簧(18)、示蹤桿(19)、拋物線成型板(20)、鏡面拋物柱面(21)、轉(zhuǎn)動(dòng)叉架(22)組成。其中卷簧(18)的內(nèi)圈與尾管(3)固定，外圈固定在發(fā)條盒(17)的內(nèi)壁，發(fā)條盒(17)、示蹤桿(19)和轉(zhuǎn)動(dòng)叉架(22)為一體；拋物線成型板(20)與鏡面拋物柱面(21)接合后與件(22)固定，從而形成整個(gè)拋物面機(jī)構(gòu)。
圖9為真空吸熱管，有玻璃真空吸熱管和玻璃金屬復(fù)合真空吸熱熱管兩種，本實(shí)用新型的玻璃金屬復(fù)合真空吸熱熱管系由介質(zhì)(23)、玻璃外管(24)、金屬熱管(25)組成，內(nèi)外管之間加以密封并抽真空，金屬熱管外表面有黑色吸熱涂層，熱管出軸有散熱片通入真空保溫壺中。
圖10、
圖11為本實(shí)用新型的實(shí)施例QTK-1型太陽能開水器，其保溫壺為一普通不銹鋼水壺，單層結(jié)構(gòu)，無真空保溫層，保溫由棉制壺套完成，從而代替了雙層不銹鋼真空保溫壺，棉套保溫性能良好且便于拆卸，其真空吸熱管為目前國內(nèi)廣為流行的玻璃真空吸熱管，廉價(jià)適用，同樣可以達(dá)到預(yù)期目的。
本實(shí)用新型的同步跟蹤靠專用機(jī)芯的恒定阻尼作用和減速機(jī)構(gòu)共同完成，卷簧的預(yù)緊可產(chǎn)生順時(shí)針自東向西的扭力，而每當(dāng)人工自西向東反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)拋物面以對(duì)準(zhǔn)太陽時(shí)，則進(jìn)一步加大了扭力矩，使同步跟蹤更為可靠。本實(shí)施例扭力矩的傳遞是由卷簧經(jīng)減速機(jī)構(gòu)傳遞到專用機(jī)芯的過程。
經(jīng)聚焦，本實(shí)用新型一根真空吸熱管相當(dāng)于數(shù)根真空吸熱管所產(chǎn)生的熱能。在同步跟蹤過程中，陽光聚焦在真空吸熱管上的聚焦線并非固定，而是呈緩慢移動(dòng)狀態(tài)，這對(duì)真空吸熱管的涂層壽命十分有利。
本實(shí)用新型的主要特色是無需任何電力即可實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽的同步自動(dòng)跟蹤，無論其間有無云層遮擋，皆不影響自動(dòng)跟蹤，這是與光電跟蹤的最大區(qū)別，其跟蹤精度完全可以滿足要求。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小、重量輕、價(jià)格低、不用電、不受地區(qū)限制、使用壽命長，尤其適合中國廣大農(nóng)村和邊遠(yuǎn)缺電地區(qū)的需要。
本實(shí)用新型經(jīng)一次對(duì)準(zhǔn)，全天跟蹤長達(dá)九小時(shí)以上。不銹鋼保溫壺中注入冷水，中途無需過問。水開后，將壺緩緩下壓，壺咀對(duì)準(zhǔn)熱水瓶口或其他容器，開水可徐徐注入。此時(shí)本實(shí)用新型尾部逐漸上翹，所以每次都能將開水倒盡，不留殘水，這點(diǎn)十分重要，既保證衛(wèi)生的新鮮水質(zhì)又不會(huì)在真空吸熱管底部形成沉淀，這也是本實(shí)用新型區(qū)別于其他固定式太陽能熱水器的突出優(yōu)勢(shì)。
本實(shí)用新型還可以與家中炊具配合將太陽能開水器尚未燒開的熱水灌入后者燒開從而大大節(jié)約能源。
經(jīng)過本實(shí)用新型加熱的開水由于受紫外線長時(shí)間照射滅菌效果更好，自來水中的氯和其他有害氣體去除更加徹底，水質(zhì)潔凈，對(duì)人們的健康更為有利，不愧為一種綠色能源產(chǎn)品。
本實(shí)用新型主要應(yīng)用于城鄉(xiāng)居民家庭、廣大農(nóng)村、山區(qū)、草原、島嶼、旅游區(qū)、邊防哨所等陽光充足、空氣潔凈的地區(qū)。尤其是在缺少能源和無電源地區(qū)更能顯示其無比的優(yōu)越性。
用戶根據(jù)具體情況可將其安裝在專用底座上置于平臺(tái)、地面或直接安裝在陽臺(tái)上。安裝應(yīng)平穩(wěn)，注意安全，本實(shí)用新型的下方不宜站人。
本實(shí)用新型安裝時(shí)對(duì)正南方，使真空吸熱管尾端朝南(可用指南針校正方向)。裝好后，每天早晨太陽升起，無論幾點(diǎn)鐘，對(duì)準(zhǔn)太陽有兩種方式1．手托拋物面邊緣緩慢地自西向東旋轉(zhuǎn)直至金屬示蹤桿影子最短，此時(shí)拋物面即正對(duì)太陽(不可自東向西旋轉(zhuǎn))。2．如果早晨有云，太陽方位不明，則可參照防護(hù)罩上的刻度盤(北京時(shí)間刻度)，采用上法旋轉(zhuǎn)拋物面，直至金屬示蹤桿指向刻度盤上的某數(shù)字，該數(shù)字應(yīng)等于當(dāng)時(shí)的北京時(shí)間減去當(dāng)?shù)刂帘本┑臅r(shí)差(例如昆明為1小時(shí)、烏魯木齊為2小時(shí))，此時(shí)拋物面也正對(duì)太陽。然后，根據(jù)太陽緯度調(diào)整本實(shí)用新型的俯仰角(真空吸熱管與地平線的夾角)，例如，南京地區(qū)夏季約為9～19度、春秋季約為27～37度、冬季約為44～54度。在調(diào)整俯仰角時(shí)，拔下支架上的銷軸(8)，邊調(diào)整角度邊觀察示蹤桿(19)的影蹤變化，當(dāng)桿影縮短至最短即最佳。此時(shí)，將銷軸(8)插入俯仰角控制板(5)中相應(yīng)的小孔即可使拋物面恰好適應(yīng)太陽所在的緯度。
當(dāng)松手后本實(shí)用新型即在同步跟蹤機(jī)構(gòu)的作用下開始對(duì)陽光自動(dòng)進(jìn)行同步跟蹤。特定的傳動(dòng)方式保證了同步跟蹤機(jī)構(gòu)的勻速和精度。
本實(shí)用新型的實(shí)施例QTK-1型太陽能開水器主要技術(shù)性能指標(biāo)如下1一次燒水量 4升(相當(dāng)于兩水瓶)2晴好天氣，空氣潔凈時(shí)燒開時(shí)間夏天2-2.5h、春秋天2.5-3h、冬天3-3.5h3真空吸熱管長度規(guī)格 1.2米4鋁鏡面拋物面投影面積0.5平方米5同步跟蹤時(shí)間9小時(shí)/日6主機(jī)尺寸1500×600×600毫米7主機(jī)重量6公斤
權(quán)利要求1.一種家用同步跟蹤型太陽能開水器，其特征是它主要由真空保溫壺組合件、金屬支架、同步跟蹤機(jī)構(gòu)、拋物面機(jī)構(gòu)和真空吸熱管五部分組成，其中真空保溫壺組合件的尾管與真空吸熱管直接連通并安裝在金屬支架上，同步跟蹤機(jī)構(gòu)安裝在真空保溫壺組合件的尾管上，拋物面機(jī)構(gòu)在尾管上旋轉(zhuǎn)并利用卷簧的內(nèi)圈與尾管連接，外圈通過發(fā)條盒與同步跟蹤機(jī)構(gòu)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跟蹤型家用太陽能開水器，其特征是真空保溫壺組合件系由保溫蓋(1)、雙層金屬壺體(2)、尾管(3)、水平軸(4)、俯仰角控制板(5)組成，除保溫蓋外皆為一整體結(jié)構(gòu)，雙層金屬之間抽真空，尾管(3)與真空吸熱管(23)直接連通，水平軸(4)插入支架的軸承座(7)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跟蹤型家用太陽能開水器，其特征是金屬支架系由支架(6)、軸承座(7)、銷軸(8)組成，銷軸(8)插入板(5)上相應(yīng)的小孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跟蹤型家用太陽能開水器，其特征是同步跟蹤機(jī)構(gòu)系由專用機(jī)芯(9)、法蘭套管(10)、軸承系(11)、機(jī)芯座(12)、小傳動(dòng)輪(13)、傳動(dòng)帶(14)、大傳動(dòng)輪(15)、防護(hù)罩(16)組成，其中專用機(jī)芯(9)系專用機(jī)械鐘式機(jī)芯，其出軸與小傳動(dòng)輪(13)直連，機(jī)芯用機(jī)芯座(12)固定在尾管(3)上，防護(hù)罩(16)固定在機(jī)芯座(12)上，防護(hù)罩的正面印有沿圓弧分布的時(shí)間刻度，小傳動(dòng)輪(13)以傳動(dòng)帶(14)與大傳動(dòng)輪(15)聯(lián)接，大傳動(dòng)輪(15)、法蘭套管(10)和發(fā)條盒(17)聯(lián)接，法蘭套管(10)與尾管(3)之間安裝軸承系(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跟蹤型家用太陽能開水器，其特征是拋物面機(jī)構(gòu)系由發(fā)條盒(17)、卷簧(18)、示蹤桿(19)、拋物線成型板(20)、鏡面拋物柱面(21)、轉(zhuǎn)動(dòng)叉架(22)組成，其中卷簧(18)的內(nèi)圈與尾管(3)固定，外圈與發(fā)條盒(17)固定，發(fā)條盒(17)、示蹤桿(19)和轉(zhuǎn)動(dòng)叉架(22)為一體；拋物線成型板(20)與鏡面拋物柱面(21)為一體，再把件(22)套入件(20)上固定。
專利摘要本實(shí)用新型是利用鏡面拋物面在小型同步裝置作用下自動(dòng)跟蹤太陽運(yùn)動(dòng),將陽光聚焦到真空吸熱管的表面,以數(shù)倍的能量對(duì)單根真空吸熱管中的水或介質(zhì)進(jìn)行加熱,通過熱交換使容器中的水溫上升直至沸騰的太陽能開水器。其1根真空吸熱管相當(dāng)于多根固定式太陽能熱水器真空吸熱管的熱能。其特點(diǎn)是無需任何電力即可實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)跟蹤?？捎糜诔青l(xiāng)家庭、廣大農(nóng)村、山區(qū)、草原、島嶼、旅游區(qū)、邊防哨所等陽光充足、空氣潔凈的地區(qū)。在缺少能源和無電源地區(qū)更能顯示其獨(dú)特功能。受其加熱的開水滅菌效果更好,氯等有害氣體去除徹底,水質(zhì)潔凈,有利健康。
文檔編號(hào)F24J2/10GK2445247SQ00219088
公開日2001年8月29日 申請(qǐng)日期2000年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月13日
發(fā)明者秦佑鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:秦佑鎮(zhèn)