一種高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器，包括聯(lián)集管、多個(gè)真空管和尾托架，每一個(gè)真空管兩端設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌，該環(huán)形導(dǎo)軌固定于聯(lián)集管及尾托架上，在真空管外設(shè)置有聚光槽，該聚光槽兩端通過(guò)斜齒輪和轉(zhuǎn)輪分別與環(huán)形導(dǎo)軌相連接，使得聚光槽繞真空管軸心線轉(zhuǎn)動(dòng)，在斜齒輪上還有相嚙合的螺桿。聚光槽可對(duì)斜入射的太陽(yáng)光進(jìn)行有效收集，不需要隨時(shí)跟蹤太陽(yáng)位置就可以達(dá)到較高的聚光比。冬季熱負(fù)荷較大時(shí)，將聚光槽旋轉(zhuǎn)至真空管底部，使真空管的集熱效率增加，以減少單位集熱面積所使用的真空管數(shù)量；夏季熱負(fù)荷較小時(shí)，將聚光槽旋轉(zhuǎn)至真空管頂部，防止真空管由于過(guò)熱而爆裂，且保護(hù)真空管不受異物碰撞或跌落而損壞。
【專利說(shuō)明】一種高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能的熱利用【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及對(duì)太陽(yáng)能的高效利用及設(shè)備的防護(hù)問(wèn)題，特別涉及一種高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]如今太陽(yáng)能集熱器的使用越來(lái)越普遍，這很大程度上節(jié)約了化石能源等傳統(tǒng)能源的使用，充分利用太陽(yáng)能熱能是一項(xiàng)符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的技術(shù)。
[0003]目前，在太陽(yáng)能光熱領(lǐng)域大量應(yīng)用的太陽(yáng)能集熱器產(chǎn)品主要有平板式集熱器和真空管集熱器。平板式集熱器雖然容易實(shí)和建筑結(jié)合，可承壓運(yùn)行，便于設(shè)計(jì)安裝，但因?yàn)楸匦阅茌^差，熱損失大，所以一般應(yīng)用于對(duì)供熱溫度要求較低的熱水系統(tǒng)中，在北方寒冷地區(qū)，冬季環(huán)境溫度較低時(shí)，其熱損失很大且面臨被凍壞的危險(xiǎn)，所以平板集熱器不能全年運(yùn)行，使其應(yīng)用受到了很大的限制。而真空管集熱器采用高效選擇性吸收涂層和真空保溫技術(shù)，集熱性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，易于規(guī)?；a(chǎn)，所以占據(jù)了太陽(yáng)能集熱工程大部分的市場(chǎng)份額。
[0004]但由于真空管集熱器由于自身結(jié)構(gòu)的影響，同樣有著一些缺陷。比如真空管易破損漏水導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓；在夏季用戶的用熱量較小時(shí)，集熱器不需要全部運(yùn)行，這就導(dǎo)致了部分真空管的空曬，產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，繼而損壞集熱器或大大縮短其使用壽命和集熱效率；同時(shí)由于真空管集熱器相鄰管之間存在間隙，在接受太陽(yáng)光照射時(shí)，有一部分太陽(yáng)光透過(guò)縫隙，其熱量沒有被集熱器所收集。而平板太陽(yáng)能集熱器是一個(gè)連續(xù)的平面，整個(gè)集熱器表面都可以接受太陽(yáng)光。真空管集熱器的單位有效集熱面積低使其集熱效率受到一定的限制。
[0005]綜上所述，如何在克服真空管集熱器易破損、易過(guò)熱、單位有效集熱面積低的基礎(chǔ)上更好的利用太陽(yáng)能，是本領(lǐng)域研究人員所共同關(guān)注的熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述真空管集熱器自身構(gòu)造的缺陷，本發(fā)明的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、具有聚光增效及防護(hù)、防過(guò)熱功能的真空管集熱器。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明所采用如下的技術(shù)解決方案:
[0008]一種高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器，包括聯(lián)集管、多個(gè)真空管和尾托架，其特征在于，在每一個(gè)真空管兩端設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌，該環(huán)形導(dǎo)軌固定于聯(lián)集管及尾托架上，在真空管外設(shè)置有聚光槽，該聚光槽兩端通過(guò)斜齒輪和轉(zhuǎn)輪分別與環(huán)形導(dǎo)軌相連接，使得聚光槽繞真空管軸心線轉(zhuǎn)動(dòng)，在斜齒輪上還有相嚙合的螺桿。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，所述的聚光槽的形狀為復(fù)合拋物面，即底部具有真空管漸開線形狀，側(cè)面具有拋物線形狀。
[0010]所述環(huán)形導(dǎo)軌上加設(shè)有滾珠軸承。
[0011]所述的聚光槽內(nèi)表面覆蓋有高反射率材料。如鏡面鋁箔或鏡面不銹鋼箔；
[0012]所述的斜齒輪、轉(zhuǎn)輪及環(huán)形導(dǎo)軌的圓心與真空管中心軸線重合。[0013]所述的環(huán)形導(dǎo)軌截面形狀為直角梯形，所述的斜齒輪和轉(zhuǎn)輪的一側(cè)也具有直角梯形的截面形狀，嵌套于環(huán)形導(dǎo)軌上，繞環(huán)形導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)。
[0014]所述的螺桿與多個(gè)斜齒輪相嚙合，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿可控制多個(gè)聚光槽同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0015]本發(fā)明的高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器，帶來(lái)的技術(shù)效果是:
[0016]入射陽(yáng)光在復(fù)合拋物面的聚光槽中通過(guò)反射到達(dá)真空管，復(fù)合拋物面的聚光槽可對(duì)斜入射的太陽(yáng)光進(jìn)行有效收集，達(dá)到最大理論聚光比，性能非常接近于理想聚光器，且該裝置的運(yùn)行不需要隨時(shí)跟蹤太陽(yáng)位置，只需根據(jù)季節(jié)調(diào)節(jié)方位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作控制方便；冬季熱負(fù)荷較大時(shí)，將聚光槽旋轉(zhuǎn)至真空管底部，由于復(fù)合拋物面的聚光特性，真空管間空隙漏過(guò)的太陽(yáng)光被聚集并反射至真空管吸熱面，使真空管的集熱效率增加，且可以減少單位集熱面積所使用的真空管數(shù)量；夏季熱負(fù)荷較小時(shí)，將聚光槽旋轉(zhuǎn)至真空管頂部，遮擋投射到真空管上的太陽(yáng)光，防止真空管由于過(guò)熱而爆裂，并保護(hù)真空管不受異物碰撞或跌落而損壞。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為復(fù)合拋物面聚光槽剖面圖；
[0019]圖3為聚光槽一端(與尾托架連接)的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為聚光槽另一端(與聯(lián)集管連接)局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5為聚光槽處于聚光增效狀態(tài)下的示意圖；
[0022]圖6為聚光槽處于被動(dòng)防護(hù)狀態(tài)下的示意圖；
[0023]圖7為復(fù)合拋物面聚光槽幾何參數(shù)示意圖；
[0024]圖中標(biāo)號(hào)分別表不:1、聚光槽，2、真空管,3、斜齒輪,4、螺桿,5、聯(lián)集管,6、尾托架，
7、環(huán)形導(dǎo)軌，8、轉(zhuǎn)輪。
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 申請(qǐng)人:的設(shè)計(jì)思想是，在傳統(tǒng)的真空管集熱器的每個(gè)真空管外加設(shè)復(fù)合拋物面聚光槽，該聚光槽內(nèi)表面覆蓋鏡面鋁箔或鏡面不銹鋼箔等具有高發(fā)射率的材料。聚光槽一個(gè)端面上連接著一個(gè)斜齒輪，另一個(gè)端面上連接著一個(gè)轉(zhuǎn)輪，斜齒輪和轉(zhuǎn)輪的圓心與真空管的中心軸線重合。尾托架內(nèi)側(cè)安裝著一根螺桿，其與聚光槽上的斜齒輪嚙合，一根螺桿可控制多個(gè)齒輪，轉(zhuǎn)動(dòng)該螺桿可帶動(dòng)一組聚光槽繞真空管旋轉(zhuǎn)。
[0027]參見圖1、圖3和圖4，本實(shí)施例給出一種高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器的具體結(jié)構(gòu)，包括聯(lián)集管5、多個(gè)真空管2和尾托架6，在每一個(gè)真空管2兩端設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌
7,該環(huán)形導(dǎo)軌7固定于聯(lián)集管5及尾托架6上，在真空管2外設(shè)置有聚光槽1，該聚光槽I兩端通過(guò)斜齒輪3和轉(zhuǎn)輪8分別與環(huán)形導(dǎo)軌7相連接，使得聚光槽I繞真空管2軸心線轉(zhuǎn)動(dòng)，在斜齒輪3上還有相嚙合的螺桿4，該螺桿4位于尾托架6 —側(cè)。
[0028]參見圖2，聚光槽I為復(fù)合拋物面形狀，其截面底部具有圓形真空管2的漸開線形狀，側(cè)面為拋物線形狀，漸開線與拋物線光滑連接。復(fù)合拋物面聚光器是根據(jù)邊緣光學(xué)原理設(shè)計(jì)成的非成像聚光器，入射陽(yáng)光在復(fù)合拋物面中經(jīng)過(guò)幾次反射到達(dá)真空管吸熱面，流失較少，還可對(duì)斜入射的陽(yáng)光進(jìn)行有效收集，達(dá)到最大理論聚光比，聚光性能接近理想聚光器。
[0029]參見圖3，聚光槽I與尾托架6連接的一端有一孔徑稍大于真空管2外徑的圓孔，斜齒輪3中心也有一同樣大小的圓孔，真空管2可穿過(guò)聚光槽I端面及斜齒輪3中心的圓孔，從而承插于尾托架6上。斜齒輪3幅板上開有四個(gè)螺栓孔，對(duì)應(yīng)的聚光槽I底部端面上對(duì)應(yīng)位置也開有四個(gè)相同孔徑的圓孔，可用螺栓將斜齒輪3與聚光槽I緊固連接。
[0030]尾托架6上也有一環(huán)形導(dǎo)軌7，其圓心與真空管2的軸心線重合，其截面形狀為直角梯形。斜齒輪3的一端面被加工成直角梯形的截面形狀，可嵌套于環(huán)形導(dǎo)軌7上，繞環(huán)形導(dǎo)軌7旋轉(zhuǎn)。為了減少滑動(dòng)阻力，環(huán)形導(dǎo)軌7上可加設(shè)滾珠軸承。
[0031]參見圖4，聚光槽I與聯(lián)集管5連接的結(jié)構(gòu)與尾托架6連接結(jié)構(gòu)相類似，只是將斜齒輪3替換成了轉(zhuǎn)輪8，轉(zhuǎn)輪8與聚光槽I及聯(lián)集管5上環(huán)形導(dǎo)軌7的連接方式均相同，此處不再贅述。
[0032]參見圖5，為聚光槽I處于聚光增效狀態(tài)下的示意圖。冬季用戶的用熱需求較大時(shí)，可轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿4，將聚光槽I旋轉(zhuǎn)至真空管下方。由于聚光槽I為復(fù)合拋物面形狀，其具有理想的聚光特性。投射到聚光槽I上的太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)反射可被真空管2所吸收，減少了由于真空管2間距大而引起的熱損失的問(wèn)題，大幅度提聞了真空管2的集熱效率。
[0033]參見圖6，為聚光槽I處于被動(dòng)防護(hù)狀態(tài)下的示意圖。夏季，用戶的用熱需求較小時(shí)，集熱器不需要全部運(yùn)行，可轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿4，將聚光槽I旋轉(zhuǎn)至真空管2上方，遮擋投射到真空管2上的太陽(yáng)輻射，防止真空管2空曬過(guò)熱造成的爆裂，并保護(hù)真空管2不受異物碰撞或跌落而損壞。
[0034]以下通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0035]參見圖7，聚光槽I為復(fù)合拋物面幾何參數(shù)示意圖。由于聚光槽I不能與真空管2直接接觸，而且考慮到實(shí)際施工過(guò)程中存在的安裝誤差，所以真空管2與聚光槽I之間必須要有一定的間距。本實(shí)施例中，真空管2基圓漸開線以中軸線左右各15°為起始點(diǎn)，兩漸開線相交于中軸線上點(diǎn)A處，截去位于交點(diǎn)A以上部分的漸開線。則聚光槽I與真空管2之間就存在了一定的安全距離。
[0036]復(fù)合拋物面關(guān)于中軸線對(duì)稱，以右半部分為例，由兩部分組成，其中AB線段為真空管的漸開線，BC線段為拋物線，漸開線與拋物線光滑連接。
[0037]其中:AB線段在X' -y'坐標(biāo)系中的表達(dá)式為:
[0038]
x' = r(sin 爐一爐cos 爐)
[0039]
y' - -r(cos(p + (psincp)
[0040]其中0為接收半角。
[0041]BC線段在X' -y/坐標(biāo)系中的表達(dá)式為:
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器，包括聯(lián)集管(5)、多個(gè)真空管(2)和尾托架(6)，其特征在于，在每一個(gè)真空管(2)兩端設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌(7)，該環(huán)形導(dǎo)軌(7)固定于聯(lián)集管(5 )及尾托架(6 )上，在真空管(2 )外設(shè)置有聚光槽(I)，該聚光槽(I)兩端通過(guò)斜齒輪(3)和轉(zhuǎn)輪(8)分別與環(huán)形導(dǎo)軌(7)相連接，使得聚光槽(I)繞真空管(2)軸心線轉(zhuǎn)動(dòng)，在斜齒輪(3)上還有相嚙合的螺桿(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器，其特征在于，所述的聚光槽(I)的形狀為復(fù)合拋物面，即底部具有真空管漸開線形狀，側(cè)面具有拋物線形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器，其特征在于，所述環(huán)形導(dǎo)軌(7)上加設(shè)有滾珠軸承。
4.如權(quán)利要求1或2所述的高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器，其特征在于，所述的聚光槽(I)內(nèi)表面覆蓋有高反射率材料。
5.如權(quán)利要求4所述的高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器，其特征在于，所述的高反射率材料為鏡面鋁箔或鏡面不銹鋼箔。
6.如權(quán)利要求1所述的高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器，其特征在于，所述的斜齒輪(3)、轉(zhuǎn)輪(8)及環(huán)形導(dǎo)軌(7)的圓心與真空管中心軸線重合。
7.如權(quán)利要求1或6所述的高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器，其特征在于，所述的環(huán)形導(dǎo)軌(7)截面形狀為直角梯形，所述的斜齒輪(3)和轉(zhuǎn)輪(8)的一側(cè)也具有直角梯形的截面形狀，嵌套于環(huán)形導(dǎo)軌(7)上，繞環(huán)形導(dǎo)軌(7)旋轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求1所述的高效聚光及被動(dòng)防護(hù)的真空管集熱器，其特征在于，所述的螺桿(4 )與多個(gè)斜齒輪(3 )相嚙合，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿(4 )控制多個(gè)聚光槽(I)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】F24J2/24GK103776178SQ201410012601
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】劉艷峰, 周曉駿, 王登甲, 王瑩瑩, 劉加平 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)