专利名称：真空储热反射镜追日太阳能热水器及太阳灶的制作方法
技术领域：
太阳能利用领域；吸收太阳能辐射加热的设备。
(二)
背景技术：
目前使用的太阳能热水器均为受热管吸收太阳能加热水，由聚氨脂泡沫塑料保 温的储水箱保存热水；受热管之间的空隙损失了受热面积，泡沫塑料的保温层导 热系数大热损失严重；而且受热面位置固定，不同的时间和季节入射角不同，降 低了太阳光的吸收效率。
(三)
发明内容
1).真空储热太阳能热水器
把吸收太阳能和储存热水的两个功能，统一由一个球形的用不锈钢薄板外敷选 择性吸受涂层制成的受照水箱来完成；在不同时间和季节有相同的受照面积，球 形的外表面积最小因此热散失面积最小；受照水箱外为玻璃外球其间按国标抽成 S5X10—2Pa真空，其导热系数为0.0008W / M K。这样与传统排管热水器在热 工性能上主要发生三项变化A.受照面积。B.散热面积。C.导热系数。下 面以100升容量的两种热水器为例计算比较它们的热工性能
A. (受照面积)
传统排管式受照面积=受热管直径X受热管长度X根数
=0. 047X1. 2X20=1. 1 m2 球形受照水箱的受照面积=0. 283 nf。相比0.283 m2/1. 1 m2=0. 257 (热工性能 下降O. 257)
B. (散热面积)
传统排管散热面积二2Xl.lm^2.2m2。 100升圆柱体储水箱散热面积为 1. 3 itf总散热面积-2. 2 m2+l. 3 m2=3. 5 m2。
100升球形受照水箱散热面积为1.1 m2。相比3. 5 m71.1 m2=3.18(热工性能上 升3.18)
C. (导热系数)传统排管式使用聚氨脂泡沫塑料保温其导热系数为0. 03W / M K。
球形受照水箱的导热系数为0.0008W / M K 。相比0. 03/0. 0008=37. 5 (热 工性能上升3 7. 5)
总热工系数比为0.257X3.1 8X37.5 = 31倍值得改进。 比较表
热水器形式A受照面积B散热面积c导热系数总热工系数比值
传统排管1. 1 m，3. 5nf0. 03
受照水箱0. 283 m'1. lnf0. 0008
比值0. 257恭3- 18 t37.5 t3 1 t倍
2).追日太阳能热水器
1. 加设反射镜增加功率扩大受照面积是提高功率的最有效途径，而使用反 射镜是最经济的方法。如果再设一直径为1.4米的反射镜,面积为1.54平米,减
去中间直径0. 6米受照水箱的截面积(0. 283 m'),增加受照面积为1. 26平米,是受 照水箱受照面积的1.26 mVO. 283 m'=4. 5倍。那么较传统排管式热水器计算热效 率共提高3 1X4. 5 = 1 4 0倍。
在下面的具体实施方式
2).真空储热反射镜追日太阳能热水器中使用 锥反射镜。5)反射镜追日的三功能太阳灶、6)气动反射镜追日采暖太阳灶中使 用凹反射镜。下文中反射镜一词包含两种反射镜，否则在反射镜之前加锥或凹专 指其中的一种。
2. 合理的追日回转中心反射镜必须具备追日功能才能发挥作用。反射镜的 主光轴与太阳光线平行时称为对日，反射镜主光轴追随太阳光线的运动称为追 日。本发明将反射镜的空间追日分解为水平和竖直两个方向的同时追日来完成。 在反射镜追日过程中，水平追日回转轴心线为锥反射镜重心的垂线(在(五)2).
真空储热反射镜追日太阳能热水器中)或凹反射镜与小受照水箱重心的垂线(在
(五)5).反射镜追日的三功能太阳灶中)或凹反射镜与空气加热器重心的垂线 (在(五)6).气动反射镜追日采暖太阳灶中)。竖直追日回转轴心线通过锥反射镜 的重心(在(五)2).真空储热反射镜追日太阳能热水器中)或凹反射镜与小受照 水箱的重心(在(五)5).反射镜追日的三功能太阳灶中)或凹反射镜与空气加热器的重心(在(五)6).气动反射镜追日采暖太阳灶中)，这样两个方向的旋转都只 克服摩擦力而无须克服任何重力矩。而且追日运动仅是锥反射镜旋转，不承受受 照水箱储水的重量负荷。这就为利用供水压力做为锥反射镜追日的动力提供了可 能。
3. 利用供水压力做为反射镜追日的动力设常用缸体直径50mm截面积为20C m',设水压为2kg/Cnf则可提供40kg的推力足以推动反射镜追日，故水平和竖 直两个方向的追日运动，均来自供水压力驱动液压缸内的活塞经双出活塞杆每端 连接软拉轴，两根软拉轴的断点分别在钢丝绳轮两倒切线位置固定，牵动钢丝绳 轮(钢丝绳轮一词包含水平绳轮(18)、竖直半绳轮(21))并通过它带动反射镜 追曰，不再使用传统的电机和减速机。
这种结构提供了反射镜可双向运动，而且只要活塞静止风载荷不会使反射镜 转动而具有自锁功能。所有活塞杆与绳轮之间均使用自行车或摩托车的闸线，作 为软拉轴传递拉力，软拉轴两端各设自行车闸线用调整组件以固定软拉轴的位置 并调整软拉轴的予张力。
4. 用两个光电池组传感反射镜对日反射镜是通过竖直光电池组和水平光电 池组共同传感对日的，每组光电池由两片相同的光电池板背对背的安装在一起， 背对背的光电池板可向太阳的方向呈一锐角，以确定灵敏度和每次追日的步距 角。水平光电池组竖直的按装在反射镜上，竖直光电池组水平的按装在反射镜 上。当太阳光和任意一组不平行时，必有一面光电池受到照射产生电压，驱动电 先导阀向液压缸供水推动反射镜追日，当运动到对日时,光电池两面均照不到太 阳，电先导阀失电复位液压缸自锁，可低御因风吹而使反射镜转动失去对日的可 能。上述机理同样适用于热水器和太阳灶的反射镜。商品5瓦光电池(长x宽为 250x235mm)足以推动电先导阀。
3).反射镜追日的三功能太阳灶 三功能指热水、太阳灶和冬季采暖。太阳灶反射镜采用凹镜近轴光系统，镜 面曲率半径2米，以焦点为回转中心反射镜和小受照水箱分居两侧，设小受照水 箱直径0. 4米，容量34升，其中心力臂为0. 3米，重力矩应为10. 2公斤 米,反 射镜直径采用1. 4米，估算重量10公斤，重力矩10公斤*米，可略加配重至10.2 公斤，米。太阳灶的受热面在焦距之内，小受照水箱位置在焦距之外，小受照水箱的结构与
发明内容之1).真空储热太阳能热水器,的受照水箱及外球完全 相同仅减小了半径。
传热需要温差,反射镜集中光线的特性和小受照水箱的热工功能,可在冬季户 外产生高温熱源,为向室内供热提供了可能，设反射镜直径1. 4米面积为1. 54平 米，依天气及晨午可吸收太阳能1 1.5千瓦，设回水温度30度供热水温度50 度,根据热工当量1千瓦=860千卡/小时,可加热水43升大于小受照水箱的容量， 说明在天气晴好的情况下直径1.4米的反射镜可稳定的向室内供热。
4).气动反射镜追日采暖太阳灶
与上述3)反射镜追日的三功能太阳灶大多相同,不同之处在于1.反射镜焦点 外小受照水箱用空气加热器替代,反射镜集聚太阳能直接加热空气加热器内的空 气经吹风机送入室内取暖；2.不使用水压驱动反射镜追日而设一微型空压机使用 气压驱动反射镜追日，因用气量很小亦可设一小气瓶手动充气，因此更适用于无 压力水的环境。
附图1.真空储热太阳能热水器， 一种集吸收太阳能加热水并储存热水于一 个受照水箱的太阳能热水器结构图。
附图2.真空储热反射镜追日太阳能热水器主视图 附图3.真空储热反射镜追日太阳能热水器左视图 附图4.减风载反射镜的活镜片结构图 附图5.反射镜追日的自动控制系统图 附图6.反射镜追日的三功能太阳灶主视图 附图7.反射镜追日的三功能太阳灶左视图 附图8.气动反射镜追日采暖太阳灶结构图 具体实施例方式
l).真空储热太阳能热水器(见附图l)-
本实施例是
发明内容
1)真空储热太阳能热水器的具体实施。球形的 受照水箱(1)用薄不锈钢板冲压成两个半球形，顶部分别焊接进水管(8)、出 水管(3),两半球中间环焊成球形的受照水箱(1)，外敷选择性吸收涂层。受照 水箱(1)外为外球(2)，外球(2)用透光性能好的玻璃压制成两个里面带有加强筋半球形，顶部予埋带有伸縮波纹的不锈钢套管(4);在放入受照水箱(1) 和支撑弹性圈(9)后，用封接玻璃焊接成球形并在焊缝中夹焊抽真空管(5);
将进水管(8)、出水管(3)与套管(4)焊接，最后抽真空并焊死抽真空口 (5), 固定钢丝绳(6)增加外球(2)的固定性，圆弧托(7)承受全部重量并传递给 底座(10)。
2).真空储热反射镜追日太阳能热水器(见附图2 (主视)，附图3 (左视)) 本实施例实施
发明内容
1)真空储热太阳能热水器2)追日太阳能 热水器l.加设反射镜增加热水器功率2.合理的追日回转中心3.利用供水压 力做为反射镜追日的动力4.用两个光电池组传感反射镜对日。使用(五)具体 实施方式1).真空储热太阳能热水器为本实施方式的受照水箱(l)，其重量由圆 弧托(7)经前后排列的竖直双出缸(14)及水平双出缸(16)的外壁和包围在它们外 部的支撑套(15)加强筋(26)传递给十字底座(11)。加强筋(26)用来增加垂 直方向上的刚性。缸内运动的活塞是锥反射镜(17)追日的原动件。圆弧托(7) 下端轴径外套一旋转的水平绳轮(18)。
在水平双出缸(16)的活塞杆在两棵水平软拉轴(27)的牵动下,水平绳轮(18)、 支臂(24)和其上部的竖直半绳轮(21)、竖直转轴(20)及锥反射镜(17)做 水平追日运动。
竖直双出缸(14) 一端活塞杆连接两棵前竖直软拉轴(13)通向两个竖直半 绳轮(21)的前部，另一端连接两棵后竖直软拉轴(12)通向两个竖直半绳轮(21) 的后部，四棵钢丝绳的共同做用使两个竖直半绳轮(21)带动锥反射镜(17)做 竖直追日运动。
拉紧钢丝绳(22)交叉拉紧锥反射镜(17)的大端和竖直半绳轮(21)帮助 传递反射镜(17)竖直追日的扭距并增加反射镜(17)的稳定性。
锥反射镜(17)在水平方向应能在180度的范围内旋转追日。设水平绳轮(18) 直径100毫米，半周长为157毫米，活塞运动计算占用长度471毫米。
锥反射镜(17)在竖直方向应能在90度的范围内旋转追日。设竖直半绳轮(21) 直径200毫米，90度弧长为157毫米，活塞运动计算占用长度471毫米。选用竖 直双出缸(14)、水平双出缸(16)直径均为50毫米。两缸等长等径。
锥反射镜(17)为顶角成90度的截园锥,为了使反射光线更向受照水箱(l)的底部集中,锥反射镜(17)的大端也可制成球面与90度的截锥面相切。镜面可用薄 不锈钢板贴复在锥反射镜(17)的骨架上,也可用塑料镀复反射层制造。
下述3).减风载反射镜活镜片为本实施例反射镜使用活镜片时的实施方案。 下述4).反射镜追日的自动控制系统(见附图5)为本实施例的控制系统。
3) .减风载反射镜活镜片(见附图4):
大反射镜的最大问题是风载荷，为了减小风载荷，可将锥反射镜(17)(见附 图2.3.)或凹反射镜(65)(见附图6.7.8)沿中心线切分成若干扇形弧面的小 镜片，并以小镜片的对称中心线为轴制成可绕轴旋转的活镜片，当大风时活镜片 被风吹开，大大降低了载荷截面积，也就大大降低了锥反射镜(17)或凹反射镜 (65)的风载荷。
每片活镜片(31)(见附图4)均在上骨架(32)和下骨架(38)之间，通过 活镜片(31)对称中心线的两棵转轴(34)，可在上骨架(32)、下骨架(38)之 间转动，在转轴(34)和活镜片(31)之间， 一端安有正弹簧(33)，另一端安 有反弹簧(39),在风小的情况下两个弹簧的共同作用使活镜片(31)保持中间 位置。在活镜片(31)的旋转中心线的对称边缘各安一个动磁条(35),纵筋(37) 对应的位置安装定磁条(36),动磁条(35)和定磁条(36)的相互吸引保证了 活镜片(31)在大风吹开后复位时的准确性。
4) .反射镜追日的自动控制系统(见附图5):
当反射镜水平方向不对日时，水平光电池组(23)必有一面受到太阳光照射 产生电压驱动电先导水平阀(56)从中间封闭位置移动，打开压力水向水平双出 缸(16) —侧供水，推动活塞杆通过传动机构牵动反射镜做水平追日运动，直到 对日。同样当反射镜竖直方向不对日时，竖直光电池组(19)必有一面受到太阳 光照射产生电压驱动电先导竖直阀(55)从中间封闭位置移动，打开压力水向竖 直双出缸(14) 一侧供水，推动活塞杆通过传动机构牵动反射镜做竖直追日运动， 直到对日。
压力水由水源管(50)进入，通过过滤器(51)向4个方向供水，向混水阀 (52)、用水器(53)提供低温水源；向水平阀(56)、水平双出缸(16)提供反 射镜水平追日的动力；向竖直阀(55)、竖直双出缸(14)提供反射镜竖直追曰 的动力；向受照水箱(1)提供水源。水在受照水箱(1)内吸收太阳能加热后，经出水管(3)向混水阀(52)、用 水器(53)提供热水。温控管(59)安装在出水管(3)部位外部保温。当水温过 高时串联在光电池电路里的温控管(59)开路，所有电路不通反射镜停止追日。 降低太阳能的吸收防止超温。旁路的安全阀(57)在超压时打开，防止事故发生。 节流阀(54)可调节反射镜追日的速度，当系统匹配得当时也可不设。
5).反射镜追R的三功能太阳灶(见附图6(主视)，附图7(左视))
本实施例执行
发明内容:1).真空储热太阳能热水器:2).反射镜追日太阳 能热水器:l.加设反射镜增加热水器功率:2.合理的追日回转中心:3.利用供水压 力驱动做为反射镜追日4.用两个光电池组传感反射镜对日。3).反射镜追曰的 三功能太阳灶的具体实施。十字底座(11)(见附图6 (主视)、附图7 (左视)) 支撑可旋转的水平绳轮(18)其上前后竖直排列水平双出缸(16)、竖直双出缸 (14)。两缸的顶端安装U形支臂(67)，通过其上的焦点转轴(74),反射镜支 杆(68)、凹反射镜(65)、小受照水箱(71)在两个竖直半绳轮(21)的带动下 可绕焦点转轴(74)做竖直追日转动。灶架(69)固定在U形支臂(67)上。竖 直光电池组(19)固定在反射镜支杆(68)易于受到太阳光照的部位上。当凹反 射镜(65)在竖直方向不对日时，安装在反射镜支杆(68)上的竖直光电池组(19) 必有一侧受到太阳光照射，产生电压启动竖直阀向竖直双出缸(14) 一侧供水使 活塞移动，通过两棵前竖直软拉轴(13)和两棵后竖直软拉轴(12),牵动两个竖 直半绳轮(21)并带动凹反射镜(65)在竖直方向旋转追日。当旋转到凹反射镜 (65)对日时，竖直光电池组(19)两侧均照不到太阳，竖直阀复位关闭水路自 锁，不会因风吹而转动。
凹反射镜(65)为曲率半径2米的球面镜，其直径可在1至1. 5米之间选择。 以焦距为半径(一米)设竖直追日焦点转轴(74)做竖直追日运动。这一点符合 光学凹镜曲率与近轴光焦距的规律。
当凹反射镜(65)在水平方向不对日时，安装在反射镜支杆(68)易于受到 光照的部位上的水平光电池组(23)必有一侧受到太阳光照射，产生电压启动水 平阀向水平双出缸(16) —侧供水使活塞移动，通过水平软拉轴(27),牵动水 平绳轮(18)并带动凹反射镜(65)在水平方向旋转追日。当旋转到凹反射镜(65) 对日时，水平光电池组(23)两侧均照不到太阳，水平阀失电复位关闭水路并自锁，不会因风吹而转动。
冬季采暖时小受照水箱(71)的出水管保温通入室内，接一与空调室内机完 全相同的强制对流散热器，采暖后水仍回小受照水箱(71)继续加热。如小受照 水箱(71)高度合适可形成热对流，否则可加设一小管道泵。
小受照水箱(71)与图1的受照水箱(1)结构完全相同，只是体积小。
6).气动反射镜追日采暖太阳灶(见附图8):
本实施例执行
发明内容
2).1.加设反射镜增加功率:2.合理的追日回 转中心:4.用两个光电池组传感反射镜对日。并具以下特点l.空气加热器(76) 于原位置代替了小受照水箱。空气加热器(76)由金属薄板外敷选择性吸收涂层 制成扁园形，为了增加空气的受热，扁园形空气加热器(76)中间设多道隔环(80), 每道隔环(80)的开口与相邻隔环(80)的开口相差180度，每道隔环(80)内自空气 加热器(76)下平面焊接散热翅片(79)，其高度低于空气加热器厚度。冷空气 由离心吹风机(77)吹入空气加热器(76)在其中加热后，由出风口 (78)经保 温管引到室内采暖。对于过于寒冷的环境可从室内吸入空气送入空气加热器(76) 形成循环结构，提高采暖效果。
2.对于没有压力水的环境，设一小空压机使用压縮空气做为驱动水平双出缸 (16)和竖直双出缸(14)的动力源驱动凹反射镜(65)追日，由于压縮空气比 供水容易有较高的压力，所以水平双出缸(16)和竖直双出缸(14)的直径可以 做的更小。因此耗气量很小亦可不设小空压机而设一小钢瓶，由手动向小钢瓶充 压简化系统。为适应气动特点，控制系统中(见图5)水平阀(56)、竖直阀(55)应 使用P型三位四通换向气阀以使气缸中保持背压抵御风载荷。
权利要求
1.真空储热反射镜追日太阳能热水器及太阳灶(一)前序部分真空储热反射镜追日太阳能热水器及太阳灶，太阳能利用设备。(二)特征部分真空储热反射镜追日太阳能热水器及太阳灶，其特征是利用安装在反射镜上的竖直和水平两个光电池组提供反射镜追日的方向性电信号利用供水压力使液压缸内活塞运动从而驱动反射镜追日。
2. 真空储热太阳能热水器(一) 引用部分独立权利要求真空储热反射镜追日太阳能热水器及太阳灶的从属权利要求2.真空 储热太阳能热水器。(二) 限定部分-真空储热太阳能热水器其特征是将吸受太阳能和存储热水两项功能集中于一个受 照水箱来完成。
3. 反射镜追日廻转中心为重心线(一) 引用部分独立权利要求真空储热反射镜追日太阳能热水器及太阳灶的从属权利要求3.反射 镜追日廻转中心为重心线。(二) 限定部分反射镜追日廻转中心为重心线其特征是反射镜的竖直追R廻转中心为反射镜水平 重心线，反射镜的水平追日廻转中心为反射镜重心垂线。
4. 光电池组(一) 引用部分独立权利要求真空储热反射镜追Fi太阳能热水器及太阳灶的从属权利要求4.光电 池组。(二) 限定部分光电池组其特征是两片相同的光电池背对背为一组，两个光电池组水平和竖直的安 装在反射镜上产生识别方向的效果。
5. 缸体的双功能(一)引用部分独立权利要求真空储热反射镜追闩太阳能热水器及太阳灶的从属权利要求5.缸 体 的 双 功 能 。(二)限定部分缸体的双功能其特征是缸体是反射镜追日动力的结构部分也是反射镜重量负荷支 撑的结构部分。
6. 利用软拉轴、钢丝绳轮传动反射镜追日(一)引用部分-独立权利要求真空储热反射镜追日太阳能热水器及太阳灶的从属权利要求6.利用 软拉轴、钢丝绳轮传动反射镜追日。 ——(二》—限定部分利用软拉轴、钢丝绳轮传动反射镜追日其特征是活塞运动通过和双出活塞杆端相连 接的两棵软拉轴从两侧牵动钢丝绳轮转动以传动给反射镜追R并能自锁。
7. 减风载反射镜(一)引用部分独立权利要求真空储热反射镜追日太阳能热水器及太阳灶的从属权利要求7.减风 载反射镜。(二)限定部分减风载反射镜其特征是将反射镜沿轴向分成若干弧面扇形的活镜片，以活镜片的对 称中心线为转轴，转轴的一端设正弹簧另一端设反弹簧使活镜片在无风时复位，轴两 侧活镜片的边缘各设一动磁条与纵筋上的两个定磁条位置对应以保证复位的精准。
8.反射镜追日的三功能太阳灶 (一)引用部分独立权利要求真空储热反射镜追円太阳能热水器及太阳灶的从属权利要求8.反射 镜追日的三功能太阳灶。(二)限定部分反射镜追曰的三功能太阳灶其特征是在凹反射镜(65)的焦点上设焦点转轴(74)， 反射镜支杆(68)两端分设凹反射镜(65)和小受照水箱(71)并对焦点转轴(74) 的重力矩相等一同绕焦点转轴(74)旋转竖直追闩，太阳灶灶架(69)的受热面与小 受照水箱(71)分居焦点两侧。
9.气动反射镜追R采暖太阳灶(一) 引用部分独立权利要求真空储热反射镜追日太阳能热水器及太阳灶的从属权利要求9.气动 反射镜追日采暖太阳灶。(二) 限定部分气动反射镜追日采暖太阳灶其特征是利用压縮空气作为反射镜追日的动力源利用 反射镜集聚太阳能的功能加热空气加热器内的空气在冬季产生高温气体向室内供 暖。
10.空气加热器一—广)引用部分 独立权利要求真空储热反射镜追日太阳能热水器及太阳灶的从属权利要求10.空气 加热器。(二)限定部分空气加热器其特征是扁园形外壳内有多道隔环每道隔环有一开口，相邻隔环开口相差180度，隔环中间有焊接于外壳底面的散热翅片。
全文摘要
太阳能利用设备。真空储热太阳能热水器吸收太阳能及储存热水两项功能集于一件球形的受照水箱，较传统排管式热水器计算热效率提高31倍；加设反射镜成为真空储热反射镜追日太阳能热水器计算热效率提高140倍；反射镜追日不需要电机、减速机、市电、电池。仅需12伏3瓦光电池作为信号电源，利用供水压力即可推动反射镜追日。反射镜追日三功能太阳灶，一种集太阳灶、热水器、暖气三种功能于一体的太阳能利用设备。气动反射镜追日采暖太阳灶兼有采暖功能适合无压力水源的环境。
文档编号F24J2/38GK101634497SQ200910070059
公开日2010年1月27日 申请日期2009年8月5日 优先权日2009年8月5日
发明者张福隆 申请人:张福隆