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CN107101404A - 一种抛物面槽式全方位跟踪太阳能集热器 - Google Patents

一种抛物面槽式全方位跟踪太阳能集热器 Download PDF

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CN107101404A CN201710415455.3A CN201710415455A CN107101404A CN 107101404 A CN107101404 A CN 107101404A CN 201710415455 A CN201710415455 A CN 201710415455A CN 107101404 A CN107101404 A CN 107101404A
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朱琳
王学振
邱凌
杨选民
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    • F24S30/428—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement with only one rotation axis with inclined axis
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Abstract

本发明公开一种抛物面槽式全方位跟踪太阳能集热器，主要包括电机支架、蓄电池Ⅰ、步进电机Ⅰ、盘形凸轮、上支撑座、真空管支架Ⅰ、反射镜、真空管、真空管支架Ⅱ、步进电机Ⅱ、蓄电池Ⅱ、活动支架、反射镜支架、旋转主轴、下支撑座，所述蓄电池Ⅰ和步进电机Ⅰ安装在电机支架上，盘形凸轮安装在步进电机Ⅰ的主轴上，真空管安装在真空管支架Ⅰ和真空管支架Ⅱ上，真空管支架Ⅰ和真空管支架Ⅱ安装在旋转主轴上；所述旋转主轴安装在上支撑座和下支撑座上，反射镜安装在反射镜支架上；所述蓄电池Ⅱ、步进电机Ⅱ安装在活动支架上；本发明安装方便，可实现全年高效集热，尤其适合农村和偏远山区的区域供暖与供热。

Description

一种抛物面槽式全方位跟踪太阳能集热器
技术领域
本发明涉及一种太阳能集热器，具体涉及一种适合农村和偏远山区供热和供暖的抛物面槽式全方位跟踪太阳能集热器。
背景技术
现有用于农村和偏远山区供热和供暖的太阳能集热器为平板式集热器和固定真空管集热器；这两种太阳能集热器难以充分利用不断变化角度的太阳光，太阳能集热器的日平均太阳能利用率及集热温度较低；并且大多数农村和山区仍然不能进行集中供热和供暖，鉴于此，目前迫切需要设计一种适合为农村和偏远山区供热和供暖的全方位跟踪式高效太阳能集热器。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题与缺陷，本发明的目的在于提供一种抛物面槽式全方位跟踪太阳能集热器，以提高集热效率、便于为农村和山区供暖与供热。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种抛物面槽式全方位跟踪太阳能集热器，包括电机支架、蓄电池Ⅰ、控制单元Ⅰ、步进电机Ⅰ、盘形凸轮、连杆、圆柱滑槽、滑杆、上支撑座、真空管支架Ⅰ、反射镜、真空管、真空管支架Ⅱ、步进电机Ⅱ、控制单元Ⅱ、蓄电池Ⅱ、活动支架、反射镜支架、旋转主轴、水平导杆、水平滑道弹簧、水平滑道、竖直导杆、竖直滑道弹簧、竖直滑道、旋转底座、光敏电阻R1、光敏电阻R2、光敏电阻R3、光敏电阻R4、光敏电阻R5、光敏电阻R6、光敏电阻R7、光敏电阻R8、下支撑座、球笼式万向节、固定支架；其特征在于，所述蓄电池Ⅰ、控制单元Ⅰ和步进电机Ⅰ安装在电机支架上，所述盘形凸轮安装在步进电机Ⅰ的主轴上，所述连杆的一端铰接在盘形凸轮上，另一端铰接在滑杆上，所述滑杆的上端焊接在上支撑座上，并位于圆柱滑槽中，所述上支撑座安装在旋转底座上并可绕其自身轴线旋转，所述圆柱滑槽通过肋板固定在竖直滑道上；所述真空管安装在真空管支架Ⅰ和真空管支架Ⅱ上，所述真空管支架Ⅰ和真空管支架Ⅱ安装在旋转主轴上，所述反射镜安装在反射镜支架上，所述反射镜支架安装在旋转主轴上，所述旋转底座与竖直导杆焊接在一起，所述竖直导杆安装在竖直滑道中并与竖直滑道弹簧相连；所述步进电机Ⅱ、控制单元Ⅱ和蓄电池Ⅱ安装在活动支架上，所述活动支架的一端与水平导杆焊接在一起，所述水平导杆安装在水平滑道中并与水平滑道弹簧相连；所述旋转主轴安装在上支撑座和下支撑座上并通过球笼式万向节与步进电机Ⅱ的主轴相连，所述下支撑座安装在活动支架上并可绕其自身轴线旋转；所述水平滑道和竖直滑道分别焊接在固定支架上；所述光敏电阻R1、光敏电阻R2、光敏电阻R3、光敏电阻R4、光敏电阻R5、光敏电阻R6、光敏电阻R7、光敏电阻R8分别安装在反射镜上。
本发明一种抛物面槽式全方位跟踪太阳能集热器的工作原理是：
首先冷水从真空管的上支撑座端进入真空管，反射镜聚光至真空管并对其进行加热，当太阳光的角度发生偏转时，反射镜上布置的光敏电阻R1、光敏电阻R2、光敏电阻R3、光敏电阻R4、光敏电阻R5、光敏电阻R6、光敏电阻R7、光敏电阻R8接收太阳光的强度发生变化，从而控制单元Ⅰ和控制单元Ⅱ使步进电机Ⅰ和步进电机Ⅱ的主轴正转或反转；一方面步进电机Ⅰ的主轴的正反转使盘形凸轮和连杆上下移动，从而使上支撑座上下移动，上支撑座带动安装在其上的旋转主轴绕下支撑座的轴中心线旋转，调节反射镜的开口所在平面与水平面之间的夹角，用于追踪和控制太阳高度角；另一方面步进电机Ⅱ的主轴的正反转使旋转主轴绕其自身的轴中心线旋转，用于追踪和控制太阳由东向西的旋转角，使反射镜始终正对太阳。
本发明的有益效果是，可全方位跟踪全年不同角度的太阳光，获得持续较高的集热效率，显著提高集热器的日平均集热效率，具有安装方便、高效集热的特点，尤其适合为农村和偏远山区的区域供暖和供热。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种抛物面槽式全方位跟踪太阳能集热器的轴测图1。
图2为本发明一种抛物面槽式全方位跟踪太阳能集热器的轴测图2。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明：
图1为本发明一种抛物面槽式全方位跟踪太阳能集热器的轴测图1，包括电机支架（1）、蓄电池Ⅰ（2）、控制单元Ⅰ（3）、步进电机Ⅰ（4）、盘形凸轮（5）、连杆（6）、圆柱滑槽（7）、滑杆（8）、上支撑座（9）、真空管支架Ⅰ（10）、反射镜（11）、真空管（12）、真空管支架Ⅱ（13）、步进电机Ⅱ（14）、控制单元Ⅱ（15）、蓄电池Ⅱ（16）、活动支架（17）、反射镜支架（18）、旋转主轴（19）、水平导杆（20）、水平滑道弹簧（21）、水平滑道（22）、竖直导杆（23）、竖直滑道弹簧（24）、竖直滑道（25）、旋转底座（37）；所述蓄电池Ⅰ（2）、控制单元Ⅰ（3）和步进电机Ⅰ（4）安装在电机支架（1）上，所述盘形凸轮（5）安装在步进电机Ⅰ（4）的主轴上，所述连杆（6）的一端铰接在盘形凸轮（5）上，另一端铰接在滑杆（8）上，所述滑杆（8）的上端焊接在上支撑座（9）上，并位于圆柱滑槽（7）中，所述上支撑座（9）安装在旋转底座（37）上并可绕其自身轴线旋转，所述圆柱滑槽（7）通过肋板固定在竖直滑道（25）上；所述真空管（12）安装在真空管支架Ⅰ（10）和真空管支架Ⅱ（13）上，所述真空管支架Ⅰ（10）和真空管支架Ⅱ（13）安装在旋转主轴（19）上，所述反射镜（11）安装在反射镜支架（18）上，所述反射镜支架（18）安装在旋转主轴（19）上，所述旋转底座（37）与竖直导杆（23）焊接在一起，所述竖直导杆（23）安装在竖直滑道（25）中并与竖直滑道弹簧（24）相连；所述步进电机Ⅱ（14）、控制单元Ⅱ（15）和蓄电池Ⅱ（16）安装在活动支架（17）上，所述活动支架（17）的一端与水平导杆（20）焊接在一起，所述水平导杆（20）安装在水平滑道（22）中并与水平滑道弹簧（21）相连。
图2为本发明一种抛物面槽式全方位跟踪太阳能集热器的轴测图2，包括光敏电阻R1（26）、光敏电阻R2（27）、光敏电阻R3（28）、光敏电阻R4（29）、光敏电阻R5（30）、光敏电阻R6（31）、光敏电阻R7（32）、光敏电阻R8（33）、下支撑座（34）、球笼式万向节（35）、固定支架（36）；图1中所述旋转主轴（19）安装在上支撑座（9）和下支撑座（34）上并通过球笼式万向节（35）与步进电机Ⅱ（14）的主轴相连，所述下支撑座（34）安装在活动支架（17）上并可绕其自身轴线旋转；图1中所述水平滑道（22）和竖直滑道（25）分别焊接在固定支架（36）上；所述光敏电阻R1（26）、光敏电阻R2（27）、光敏电阻R3（28）、光敏电阻R4（29）、光敏电阻R5（30）、光敏电阻R6（31）、光敏电阻R7（32）、光敏电阻R8（33）分别安装在反射镜（11）上；所述蓄电池Ⅰ（2）为控制单元Ⅰ（3）和步进电机Ⅰ（4）提供电能，所述控制单元Ⅰ（3）根据安装在反射镜（11）上的光敏电阻R1（26）、光敏电阻R2（27）、光敏电阻R3（28）和光敏电阻R4（29）所受到的光照强度控制步进电机Ⅰ（4）的主轴的正反转和停止，当光敏电阻R1（26）和光敏电阻R2（27）所受光强与光敏电阻R3（28）和光敏电阻R4（29）所受到的光强产生差异时，步进电机Ⅰ（4）的主轴驱动盘形凸轮（5）和连杆（6）使滑杆（8）在圆柱滑槽（7）中上下移动，从而使上支撑座（9）上下移动，旋转主轴（19）和反射镜（11）绕下支撑座（34）的轴中心线旋转，最终使反射镜（11）上的光敏电阻R1（26）、光敏电阻R2（27）、光敏电阻R3（28）和光敏电阻R4（29）所受到的光照强度相同，控制单元Ⅰ（3）使步进电机Ⅰ（4）的主轴停转，旋转主轴（19）和反射镜（11）停转，此过程用于追踪和控制太阳高度角；由于一年之间反射镜（11）开口所在平面和水平面之间所需倾角变化幅度一般为10°～60°，因此选用可以在两轴最大交角为42°时传递扭矩的球笼式万向节（35）连接旋转主轴（19）和步进电机Ⅱ（14）的主轴，并使步进电机Ⅱ（14）的主轴的轴中心线和水平面之间的夹角设置为一年之间反射镜（11）开口所在平面和水平面之间所需最大倾角与最小倾角的平均值，可较好地满足追踪和控制太阳高度角的要求；所述蓄电池Ⅱ（16）为步进电机Ⅱ（14）和控制单元Ⅱ（15）提供电能，所述控制单元Ⅱ（15）根据安装在反射镜（11）上的光敏电阻R5（30）、光敏电阻R6（31）、光敏电阻R7（32）和光敏电阻R8（33）所受到的光照强度控制步进电机Ⅱ（14）的主轴的正反转和停止；当光敏电阻R5（30）和光敏电阻R6（31）所受到的光照强度与光敏电阻R7（32）和光敏电阻R8（33）产生差异时，控制单元Ⅱ（15）使步进电机Ⅱ（14）的主轴正转或反转，从而驱动旋转主轴（19）和反射镜（11）绕旋转主轴（19）的轴中心线旋转，使光敏电阻R5（30）、光敏电阻R6（31）、光敏电阻R7（32）和光敏电阻R8（33）所受到的光照强度相同，控制单元Ⅱ（15）使步进电机Ⅱ（14）的主轴停转，进而旋转主轴（19）和反射镜（11）停转，此过程用于追踪太阳由东向西的旋转角；上述两个角度的追踪可使反射镜（11）始终正对太阳。
上面以具体实施例予以说明本发明的结构及工作原理，本发明并不局限于以上实施例，根据上述的说明内容，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种抛物面槽式全方位跟踪太阳能集热器，包括电机支架（1）、蓄电池Ⅰ（2）、控制单元Ⅰ（3）、步进电机Ⅰ（4）、盘形凸轮（5）、连杆（6）、圆柱滑槽（7）、滑杆（8）、上支撑座（9）、真空管支架Ⅰ（10）、反射镜（11）、真空管（12）、真空管支架Ⅱ（13）、步进电机Ⅱ（14）、控制单元Ⅱ（15）、蓄电池Ⅱ（16）、活动支架（17）、反射镜支架（18）、旋转主轴（19）、水平导杆（20）、水平滑道弹簧（21）、水平滑道（22）、竖直导杆（23）、竖直滑道弹簧（24）、竖直滑道（25）、光敏电阻R1（26）、光敏电阻R2（27）、光敏电阻R3（28）、光敏电阻R4（29）、光敏电阻R5（30）、光敏电阻R6（31）、光敏电阻R7（32）、光敏电阻R8（33）、下支撑座（34）、球笼式万向节（35）、固定支架（36）、旋转底座（37）；所述蓄电池Ⅰ（2）、控制单元Ⅰ（3）和步进电机Ⅰ（4）安装在电机支架（1）上，所述盘形凸轮（5）安装在步进电机Ⅰ（4）的主轴上，所述连杆（6）的一端铰接在盘形凸轮（5）上，另一端铰接在滑杆（8）上，所述滑杆（8）的上端焊接在上支撑座（9）上，并位于圆柱滑槽（7）中，所述上支撑座（9）安装在旋转底座（37）上并可绕其自身轴线旋转，所述圆柱滑槽（7）通过肋板固定在竖直滑道（25）上；所述真空管（12）安装在真空管支架Ⅰ（10）和真空管支架Ⅱ（13）上，所述真空管支架Ⅰ（10）和真空管支架Ⅱ（13）安装在旋转主轴（19）上，所述反射镜（11）安装在反射镜支架（18）上，所述反射镜支架（18）安装在旋转主轴（19）上，所述旋转底座（37）与竖直导杆（23）焊接在一起，所述竖直导杆（23）安装在竖直滑道（25）中并与竖直滑道弹簧（24）相连；所述步进电机Ⅱ（14）、控制单元Ⅱ（15）和蓄电池Ⅱ（16）安装在活动支架（17）上，所述活动支架（17）的一端与水平导杆（20）焊接在一起，所述水平导杆（20）安装在水平滑道（22）中并与水平滑道弹簧（21）相连；所述旋转主轴（19）安装在上支撑座（9）和下支撑座（34）上并通过球笼式万向节（35）与步进电机Ⅱ（14）的主轴相连，所述下支撑座（34）安装在活动支架（17）上并可绕其自身轴线旋转；图1中所述水平滑道（22）和竖直滑道（25）分别焊接在固定支架（36）上；所述光敏电阻R1（26）、光敏电阻R2（27）、光敏电阻R3（28）、光敏电阻R4（29）、光敏电阻R5（30）、光敏电阻R6（31）、光敏电阻R7（32）、光敏电阻R8（33）分别安装在反射镜（11）上。
2.根据权利要求1所述控制单元Ⅰ（3），其特征在于，根据安装在反射镜（11）上的光敏电阻R1（26）、光敏电阻R2（27）、光敏电阻R3（28）和光敏电阻R4（29）所受到的光照强度控制步进电机Ⅰ（4）的主轴的正反转和停止；当光敏电阻R1（26）和光敏电阻R2（27）所受光强与光敏电阻R3（28）和光敏电阻R4（29）所受到的光强产生差异时，步进电机Ⅰ（4）的主轴驱动盘形凸轮（5）和连杆（6）使滑杆（8）在圆柱滑槽（7）中上下移动，从而使上支撑座（9）上下移动，旋转主轴（19）和反射镜（11）绕下支撑座（34）的轴中心线旋转，最终使反射镜（11）上的光敏电阻R1（26）、光敏电阻R2（27）、光敏电阻R3（28）和光敏电阻R4（29）所受到的光照强度相同，控制单元Ⅰ（3）使步进电机Ⅰ（4）的主轴停转，旋转主轴（19）和反射镜（11）停转，此过程用于追踪和控制太阳高度角；由于一年之间反射镜（11）开口所在平面和水平面之间所需倾角变化幅度一般为10°～60°，因此选用可以在两轴最大交角为42°时传递扭矩的球笼式万向节（35）连接旋转主轴（19）和步进电机Ⅱ（14）的主轴，并使步进电机Ⅱ（14）的主轴的轴中心线和水平面之间的夹角设置为一年之间反射镜（11）开口所在平面和水平面之间所需倾角的平均值，可较好地满足追踪和控制太阳高度角的要求；所述控制单元Ⅱ（15）根据安装在反射镜（11）上的光敏电阻R5（30）、光敏电阻R6（31）、光敏电阻R7（32）和光敏电阻R8（33）所受到的光照强度控制步进电机Ⅱ（14）的主轴的正反转和停止；当光敏电阻R5（30）和光敏电阻R6（31）所受到的光照强度与光敏电阻R7（32）和光敏电阻R8（33）产生差异时，控制单元Ⅱ（15）使步进电机Ⅱ（14）的主轴正转或反转，从而驱动旋转主轴（19）和反射镜（11）绕旋转主轴（19）的轴中心线旋转，使光敏电阻R5（30）、光敏电阻R6（31）、光敏电阻R7（32）和光敏电阻R8（33）所受到的光照强度相同，控制单元Ⅱ（15）使步进电机Ⅱ（14）的主轴停转，进而旋转主轴（19）和反射镜（11）停转，此过程用于追踪太阳由东向西的旋转角。
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