一种壁挂式太阳能跟踪蓄热系统的制作方法

本发明属于太阳能蓄热技术利用领域，尤其涉及一种壁挂式太阳能跟踪蓄热系统,具体来说涉及一种应用套管式真空管集热器并辅以自动跟踪及蓄热装置，减少集热器末端损失和余弦损失的新型壁挂式太阳能跟踪蓄热系统。

背景技术：

目前，太阳能热水系统主要有紧凑式和分离式两种，具体来说主要分为平板单机太阳能热水器、热管式真空管太阳能热水器和阳台壁挂式太阳能热水器。但是平板太阳能热水器散热较快保温性能差，热管式真空管集热器集热效率较低，阳台壁挂式太阳能热水器安装面积有限、成本较高、实用效果较差。除此之外，传统集热器没有自动跟踪功能，使得集热系统集热时长和集热器角度受限，余弦损失和末端损失增大。另外，在中高温或大规模用能场合，传统集热器只能产生40～100℃的热水或70～200℃的热空气，运行效率低，传热温差小、安装容积有限使得传统的太阳能热水器的应用受到限制。

一般情况下，自来水在太阳能集热器加热后直接使用或者储存于水箱中，通常作为生活用水。目前市场上的主流产品是分体式太阳能热水器或者紧凑式太阳能热水器，但无论哪种情况，都存在储水箱容积大、蓄热密度低、承压有限的问题；此外，在循环过程中会产生一些不凝气体或因局部高温生成汽水混合物，从而导致换热系数的降低，集热不稳定，集热效果差；蓄热温差小，散热损失大，在恶劣天气下储能范围较小。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服传统太阳能集热器集热效果差的缺陷，以及阳台壁挂式太阳能集热器制作成本较高、节能效率低的技术不足，提供一种提高集热效率的壁挂式太阳能跟踪蓄热系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种壁挂式太阳能跟踪蓄热系统，包括由集热装置与蓄热装置构成的油路，所述蓄热装置管程为水，壳程为导热油，所述集热装置由设置于集热面板上的集热管、所述集热管上端以法兰连接的软管以及与所述软管相连的连集器构成，所述连集器上设置有固定于墙体上的保温盒，所述保温盒的两侧设置有入油口和出油口，所述集热管上设置有集热面板的俯仰角调节机构和转动机构，所述俯仰角调节机构和转动机构均由步进电机驱动，所述集热管表面设置有光感应器，所述光感应器接收太阳光高度角、方位角光信号，经光信号集成运算放大器传输至集控中心，所述集控中心控制所述步进电机动作，驱动所述俯仰角调节机构和转动机构工作。

所述集控中心核心为avr单片机，所述光感应器为光敏二极管，所述光敏二极管分为纵向布置和横向布置，其中纵向布置是与集热管平行布置，横向布置为与集热管垂直布置，纵向布置探测太阳高度角偏差，横向布置探测太阳方位角偏差。

所述集热管上端的法兰上设置有齿轮，所述转动机构由齿轮、与所述齿轮啮合的齿条以及设置于所述集热管下端的从动轴承构成，实现所述集热管沿其中心轴在[-90°，90°]之间转动。

所述俯仰角调节机构为液压传动装置，由设置于所述集热面板上端的连杆和下端的液压驱动装置构成。

所述俯仰角调节机构为丝杠-滑块-连杆传动装置，丝杠转动，迫使滑块移动，进而控制连杆转动。

所述集热管为太阳能真空管集热器，由内外管腔构成，所述太阳能真空管集热器表面与所述集热面板连接且共同封装在真空玻璃管内。

所述太阳能真空管集热器由内聚光式真空吸热管和同心套管式真空管集热器其中之一构成。

所述软管为波纹软管，所述软管外设置有保温材料，由岩棉、矿棉其中之一构成。

所述连集器由分油器和集油器构成，所述连集器间设置有导热块，所述连集器外设有隔热材料。

所述集热管顶端头设置有膨胀节。

本发明的有益效果：

1、本发明在提高集热效率的同时增大太阳能集热器集热运行温度区间，有效克服太阳能稳定性差、集热效率低的不足，适合大规模民用用能场合及中高温工业应用。

2、本发明可以安装在建筑物高层或者空旷区域建筑物墙体上，增大适用范围，解决高层建筑集热面积不足的问题；双向跟踪系统可以同时跟进太阳高度角和方位角，减小余弦损失和末端损失，提高集热效率。

3、本发明分体蓄热式系统将集热-蓄热-放热-用热各个环节单独分立，避免了水中不凝性气体及局部汽化对传热过程的影响，提高蓄热密度，保证集热效果稳定；分体模式还可实现需求侧管理的多情景供能模式，具有极大的普适性，特别适用于宾馆、学校等大规模用水场所及工业中高温用能场所，减少对化石能源的依赖，实现经济运行、节能管理；分体结构避免水持续性的加热、冷却以及与金属长时间接触，保证水质，减少水中的危害成分，保证用户健康。

4、本发明相对于传统集热器，普适性强、集热效率高、安全指数大，满足人们对水温和水质的高品质要求和符合现代社会追求科学节能的理念。

5、随着全球节能意识的日益深入，本发明的新型太阳能集热器将具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明集热装置结构示意图。

图3为本发明控制原理图。

图4为为本发明所选用的用于跟踪式集热器的两种管型：

(a)、为内聚光真空管集热器主视图；

(b)、为同心套管式真空管集热器主视图；

(c)、为内聚光真空管集热器侧视图；

(d)、为同心套管式真空管集热器侧视图。

图5为本发明室外集热面板上端局部示意图。

图6为本发明集热装置外形结构三维视图。

附图标记：1-集热装置、2-集热面板、3-集控中心、4-步进电机、5-俯仰角调节机构，6-转动机构、7-循环泵、8,10-控制阀门、9-蓄热装置、11-入油口、12-集油器、13-软管、14-集热管、15-真空玻璃管、16-分油器、17-导热块、18-保温材料、19-出油口、20-上法兰、21-法兰、22-齿轮、23-齿条、24-保温盒、25-穿墙螺丝、26-从动轴承、27-支架、28-液压驱动装置

101-内管；102-外管；103-聚光板；104-管壳；105-吸热面板。

具体实施方式

下面通过附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。

如图1和图2所示以及如图6所示，本发明的集热面板安装于建筑物高层或者空旷区域建筑物墙体的结构示意图所示，本发明包括以管道和泵相连的集热装置1与蓄热装置9构成的油路，以虚线为界线，分为室内和室外两部分：室外部分1为集热装置，2为集热面板，集控制中心3将各路采集的信号计算后，通过步进电机4分别控制转动机构6和俯仰角调节机构5两个传动装置，使得集热管14改变俯仰角和管排朝向，以跟踪太阳的高度角和方位角；室内部分，由循环泵7、两侧控制阀门8和10、蓄热装置9组成，所述蓄热装置9的管程为水，壳程为导热油,在实际负荷需求下灵活的实现热量的蓄存和释放。

所述集热装置1由设置于集热面板2上的集热管14、在所述集热管14上端以法兰21连接的软管13以及与所述软管13相连的连集器构成，由于两端转动的需要，故软管13上下端的接头采用法兰盘式，保证其可承受一般工作压力并且不会轻易脱落，所述软管13为波纹软管，由不锈钢、铜或铁材质材质构成，所述软管13内部分内、外两个通道，保证内外工质不会混合；所述软管13外设置有保温材料，如岩棉、矿棉；所述集热管14上端包含分油器16、集油器12、导热块17、保温材料18，如图5所示集油器12与分油器16共同构成连集器，所述连集器与所述导热块17相连，由于导热块17与支管呈叉排布置，故每个支管的分油器16和集油器12与不同的导热块17相连，整个保温盒24左端口多布置一个分油器16，右端口多布置一个集油器12，各个集油器12与分油器16内流体不交汇。

所述连集器外设有隔热材料；考虑热胀冷缩，所述集热管14顶端头设置有膨胀节，所述集热管14为太阳能真空管集热器，由内外管腔构成，所述太阳能真空管集热器表面与集热面板2连接且共同封装在真空玻璃管15内。如图4所示，所述太阳能真空管集热器由内聚光式真空吸热管和同心套管式真空管集热器其中之一构成，两种集热器均为内管101流入、外管102流出和外部设置管壳104，所不同的是内聚光真空管集热器上采用聚光板103吸热，同心套管式真空管集热器上采用吸热面板105吸热，；且可实现中高温集热，集热器流体出口温度达60-250℃；所述连集器上设置有固定于墙体上的保温盒24，所述保温盒24的两侧设置有入油口11和出油口19，所述集热管14上设置有俯仰角调节机构5和转动机构6，所述俯仰角调节机构5和转动机构6均由步进电机4驱动，所述集热管14表面设置有光感应器，本实施例光感应器为光敏二极管，所述光敏二极管接收太阳光高度角、方位角光信号，经光信号集成运算放大器传输至集控中心3，所述集控中心3核心为avr单片机，所述集控中心3控制所述步进电机4动作，驱动所述俯仰角调节机构5和转动机构6工作，所述法兰21上设置有齿轮22，与所述齿轮22啮合的齿条23固定在集热面板2上，所述转动机构6由所述齿轮22、与所述齿轮22啮合的齿条23以及设置于所述集热管14下端的从动轴承26构成，实现所述集热管14沿其中心轴在[-90°，90°]之间转动，所述俯仰角调节机构5为液压传动装置，由设置于所述集热面板2上端的连杆和下端的液压驱动装置28构成，所述俯仰角调节机构5也可采用丝杠-滑块-连杆传动装置，丝杠转动，迫使滑块移动，进而控制连杆转动。

工作过程：

导热油从入油口11进入保温盒24后，经若干分油器16将导热油均分后，通过软管13送入内管，吸热后从外管腔流出，内外管腔共同构成集热管14，集热管14表面与集热面板2或者聚光板相连，共同封装在真空玻璃管15内；热的导热油经过软管13后，由若干集油器12将其汇集后送至出油口19流出；保温盒24内还有保温材料18和导热块17，减小外部热损失和各管路热应力；软管13两端采用法兰连接，上法兰20固定，法兰21内扣于齿轮22内，齿轮22与齿条23咬合，在步进电机4驱动置于室内，图中未显示下可以产生角位移，使得管排可沿管中心轴在[-90°，90°]范围内转动；集热管14下部置于滚子从动轴承26，起到固定集热管14和减小扭矩的作用，在管排所在集热面板2两端，有连杆或液压驱动装置28，实现集热面板俯仰角改变；如图2和图5所示，集热面板2上端和下端靠支架27支撑，支架27通过穿墙螺丝25固定。

如图3所示，在集热管14表面的光敏二极管分为纵向布置和横向布置，其中纵向指与集热管14平行布置，横向布置为与集热管14垂直布置，纵向布置探测太阳高度角偏差，横向布置探测太阳方位角偏差，两类信号通过集成运放传输至avr单片机，经过avr单片机计算后输出指令信号至驱动模块以驱动步进电机4，步进电机4根据指令调节齿轮-齿条传动机构及丝杠-滑块连杆机构或液压传动机构，分别调整管束朝向和面板倾角。

集热管内常用的传热工质及其与之良好相容的管材，如下表1所述。

表1：常用传热工质及其相关参数

应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。