专利名称：自动向阳聚光型太阳能热水器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于太阳能利用领域，具体涉及一种太阳能热水器。
背景技术：
在现有的太阳能热水器中，利用固定方位的采能管吸收不断变位的太阳光，尽管采能管制造技术日臻完善但其吸光性能仅能发挥到30％左右，且不能将水烧开，在冬季和高寒地带使用受到限制。目前也有人设计了聚光型太阳能热水器，但由于聚光带的移动，使制造大面积聚光镜受到限制，还由于反射镜的连续转动耗电多等问题存在。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服现有太阳能热水器采能效率低，及聚光型太阳能热水器因日光的移动至使聚光焦带和采能管不断移动的问题。
本实用新型的技术方案本实用新型涉及一种自动向阳聚光型太阳能热水器，包括采能管、聚光镜、进水管、加热保温水箱和储水保温水箱，其特征在于所述聚光镜两端安装在自动向阳装置的半圆环上，半圆环与圆形槽环连接并能在其中滑移；聚光镜中部设有半圆环齿轮，该齿轮与纬向转动机构啮合，圆形槽环和纬向转动机构均固定在转动支架上；采能管一端固定在圆形槽环的中心位置，其散热端与加热保温水箱连接；纬向转动机构受其对称平衡传感电路控制。所述转动支架一端固定在转轴上，另一端与弧形槽环连接并能在其中滑移；在靠近转轴处的圆形槽环下方设有以转轴为圆心的弧形齿轮并固定在转动支架上；弧形齿轮与经向转动机构啮合并受其对称平衡传感动路控制；弧形槽环和经向传动机构均固定在底座上，转轴设在底座的支架上。半圆环齿轮、半圆环和圆形槽环的圆心连线与聚光镜焦带重合，焦带与采能管的中心轴线重合。所述的每组对称平衡传感电路中光敏电阻分别放置在调节架的中央隔板的两侧，并分别与电压比较器、集成运放、电阻、二极管、固态继电器连接成对称平衡传感电路，形成X点电位与Y点电位，在固态继电器的输出端分别连接蓄电池，并共用小型直流电机和电磁铁螺线管。调节架I和调节架II的中央隔板上方分别设有水平遮光板并分别并固定在调节架上；调节架I固定在半圆环上并处于圆心处，与聚光镜纬向同步转动，调节架II固定在转动支架的加热保温箱上，与聚光镜经向同步转动，调节架I下方设有竖直遮光板，并固定在转动支架上。半圆环与圆形槽环通过柱形滚轮连接，转动支架的一端也通过柱形滚轮与弧形槽环连接。所述自动向阳装置设有电磁制动闸。所述聚光镜为抛物线柱面反射聚光镜。
本实用新型的有益效果是可以使聚光镜的反射光在采能管的中心轴上聚焦，焦带、采能管和加热保温水箱相对静上，使采能管获得最佳的加热效果既能为人们生活提供热水，也能为人们生活提供开水。使用地域广，尤其适合高寒地带和冬季使用，电机能耗低。使用一组对称传感电路和操作部件，可使普通的太阳热水器在水平面内自动向阳。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型主视图。
图2为本实用新型俯视图。
图3为本实用新型左视图。
图4为本实用新型右视图。
图5为本实用新型对称平衡传感电路图。
图6为本实用新型电磁制动闸结构原理图。
图中1、遮光板，2、柱形滚轮，3、光敏电阻，4、调节架I，5、采能管，6、半圆环齿轮，7、闸头 8、圆形槽环，9、加热保温水箱，10、调节架II，11、光敏电阻，12、储水保温箱，13、热水管，14、开水自动控制阀，15、转轴，16、进水网孔，17、进水管，18、日用出水管，19、顺流阀，20、弧形齿轮，21、转轴齿轮，22、变速齿轮，23、电机II，24、电机I，25、变速齿轮，26、转轴齿轮，27、聚光镜，28、转动支架，29、弧形槽环，30、半圆环，31、底座，32、电磁铁螺线管，33、电位器，34、分压电阻，35、电阻，36、电压比较器，37、集成运放，38、二级管，39、固定继电器，40、软铁，41、闸架，42、拉伸弹簧。
具体实施方式
参见
图1、2、3、4，本实用新型的聚光镜27为一种抛物线柱面反射镜(也可为旋转抛物面反射镜或透镜)，聚光镜两端固定在半圆环30上，且中部安装半圆环齿轮6。，半圆环30与圆形槽环8通过柱形滚轮2连接，使半圆环30沿圆形槽环8滑移。半圆环齿轮6与纬向转动机构啮合。纬向传动机构包括电机I 24，变速齿轮25和转轴齿轮26。圆形槽环8和纬向转动机构均固定在转动支架28上。采能管5的一端固定在圆形槽环8中心处，其散热端与加热保温水箱连接。聚光镜的焦带与其两端的半圆环30、圆形槽环8及中部的半圆环齿轮的圆心连线重合，也恰好与采能管中心轴线重合。采能管5、圆形槽环8、加水箱保温箱9和焦带相对静止。采能管为全玻璃真空集热管或热管式，可用1支或多支捆绑使用。纬向转动机构的转动受其对称平衡传感电路控制，如图5所示。转动支架28一端固定在转轴15上，另一端两侧与弧形槽环29通过柱形滚轮2连接。转动支架28以转轴15为圆心可沿弧形槽环29滑移。在靠近转轴15处的圆形槽环8的下方设有弧形齿轮20。弧形齿轮20与经向转动机构啮合，其包括电机II 23、转轴齿轮21和变速齿轮22。经向转动机构受其对称平衡传感电路控制。
在控制纬向转动的对称平衡传感电路中，光敏电阻3、3′分别是用三个相同型号光敏电阻并联而成，其并联后的形状如 和 分别放置在调节架I 4的中央隔板两侧，并在中央隔板上方，即在两光敏感电阻上方设有遮光板。两光敏电阻分别与电压比较器36、集成运放37、电阻34、35、二极管38和固态断电器39连接成纬向对称平衡传感电路，形成X点电位和Y点电位。在固态继电器的输出端分别连接蓄电池I和II，并共用小型直流电机24和电磁铁螺线管32。
在控制经向转动的对称平衡传感电路中，光敏电阻11，11′分别放置在调节架II 10的中央隔板两侧，两光敏电阻受光面向上，在两光敏电阻上方即中央隔板上方放置遮光板。光敏电阻11，11′分别与电压比较器，集成运放，电阻、二极管和固态继电器连接成经向对称平衡传无电路，形成X点电位与Y点电位在固态继电器的输出端分别连接蓄电池I和II，并共用小型直流电机23和电磁铁螺线管。在聚光镜纬向转动和经向转动的柱形滚轮处分别设电磁制动闸，如图6所示。电磁制动闸包括电磁铁螺线管32、软铁40、闸架41、闸头7和拉伸弹簧42。当电路导通作纬向或经向转动时，螺线管32产生电磁将软铁40吸住，闸头42松开。当转动结束时电路断开，在拉伸弹簧43作用下闸头将柱形滚轮闸住。
热水系统包括进水管17、加热保温水箱9、储水保温箱12、开水自动控制阀14、热水管13、顺流阀19、日用出水管18。当加热保温水箱9中的水加热至沸水时，开水自动控制阀14自动打开，经热水管13流入储水保温箱12供日常生活使用。
纬向自动向阳工作原理在安装时，使调节架4上两光敏电阻，都受不到光照，抛物线柱面反射镜主光轴(轴面)与入射光平行(入射角等于0度)。
A、两光敏电阻受阳光照度一样聚光镜不转动假如两光敏电阻3、3′都受到阳光照射，则均为亮阻，阻值小，两电压比较器36、36′正相端输入电压高于反相端偏置电压，两电压比较器输出同样高的电压，两集成运放37、37′输出同样大小的电流IA＝IB＞0，由于电阻341和电阻342各自和对称电阻341′、342′相等，因而X点和Y点的电位相等，两点的电位差为零，两固态继电器39、39′控制端无电流通过，输出端均不导通，电机24不工作，柱形滚轮被钳住在圆形槽环8上不动，聚光镜不转动。
当无阳光照射或都受不到阳光照射时，两光敏电阻3、3′均为暗阻，阻值大，两电压比较器36、36′正相端输入电压低于反相端偏置电压，两电压比较器均截止，两集成运放37、37′输出电流IA＝IB＝0。X点的电位与Y点电位相等，两固态继电器不工作，电机24不工作，聚光镜不转动。
为了减少电耗，在调节架I 4上两光敏电阻正上方即中央隔板上方放置遮光板，构成最小的太阳光入射α。当光线入射角＜α时，两光敏电阻都受不到光照，当入射角＞α，两光敏电阴中心必有一个受到光照B、两光敏电阻受阳光照度不一样聚光镜转动假如调节架4处于水平位置时，在午前某时刻，阳光入射角大于α，东面的光敏电阻受到阳光照射，西面光敏电阻受不到光照，则X点电位高于Y点电位，由于二极管38的作用，固态继电器SSRA控制端有电源，输出端导通，电机24上齿轮顺时针(从左往右看)转动，变速齿轮25与转轴齿轮26反时针(从上往下看)转动，半圆环齿轮6顺时针转动，直到两个光敏电阻都受不到光照为止。此时，入射光与抛物线柱面的主光轴几乎平行。在固态继电器SSRA输出端导通的同时，即电机24启动的同时，圆形槽环上的电磁制动闸立即反制动，柱形滚轮7在圆形槽环8中移动，聚光反射镜转动。在电机24停止工作的同时，电磁制动闸立即制动，柱形滚轮7被钳住，反射镜停止转动。
由于太阳向西(地球向东)移动，当入射角大于α角偏向西时，西面的光敏电阻受到光照，而东面的光敏电阻受不到光照，同理Y点的电位高于X点电位，由于二极管38的作用，固态继电器SSRB控制端有电流，输出端导道，电机24上齿轮逆时针转动，变速齿轮25与转轴齿轮26顺时针转动，半圆环齿轮6逆时针转动，直到两个光敏电阻都受不到光照为止。由于太阳连续不间断地向西移动，西面光敏电阻由受光照变为不受光照，由不受光照变为受光照，这样如此小间歇不断跟踪太阳，这样由纬向对称传感电路和电机驱动反射镜作纬向转动使得射向抛物线柱面反射镜的太阳光入射角由α角为0，再由0变为α角，如此小间歇不断跟踪太阳反射聚光。
C、特殊情况下遮光板1的作用在次日早晨，太阳未升起之前，调节架I 4面向正西。当太阳初升之时，西面光敏电阻处在下方被遮光板1挡住了阳光，而受不到光照。东面光敏电阻处在上方，在三个并联的光敏电阻中，其中受光面向西的受不到光照，受光面向上的电受不到光照，仅有其中一个受光面向东的光敏电阻受到光照，致使电机24齿轮和半圆环齿轮顺时针转动，直到两光敏电阻都受不到光照为止，此时，抛物线柱面聚光镜的主光轴(面)向东。
假如早上有阳光，上午是阴天而下午是睛天。在早上有阳光的情况下，反射镜完成了180度翻转使主光轴朝东，上午是阴天，无光照，调节架I 4和聚光镜均不转动。下午有阳光，东面光敏电阻被遮光板1档住了阳光而受不到光照。西面的光敏电阻中的一个受光面向东的光敏电阻受不到光照，但其中另外两个光敏电阻总有一个受到光照，致使电机24逆时针转动，变速齿轮25和转轴齿轮26顺时针转动，半圆环齿轮6逆时针转动。直到二个光敏电阻都受不到光照为止。此时聚光镜的主光轴(面)与入射光线几乎平行。
假如入射光线与调节架I 4中央隔板垂直，则受光面与入射光线平行的两光敏电阻感光弱，仅有受光面与入射光垂直的光敏电阻感光。而使反射镜转动，直到反射镜主光轴与入射光平行为止。
经向自动向阳工作原理在安装时，使调节架II 10上两个光敏电阻都受不到光照，抛物线柱面聚光镜主光轴与入射光线平行。
A、当光敏电阻同样受到光照和同样不受光照，转动支架在经向均不转动。
B、两个光敏电阻受光照不一样时，如自夏至日后，太阳由南向北移动，北面的光敏电阻由受光照变为不受光照，由不受光照变为受光照如此反复，使转动支架顺时针(从前往后看)断续转动跟踪太阳。
反射聚光定位采能原理反射聚光定位采能结构如
图1、3、4，取反射镜两端的半圆环的水平直径为X轴，通过圆心的竖直直径为Y轴，则半圆环的方程为X2+Y2＝R2抛物线方程为 Y＝aX2+bX2+C为了使圆心与焦点重合，则抛物线的准线方程Y＝-R，由抛物轨迹的定义可知，抛物线顶点坐标为(0，-R/2)，与X轴交点坐标(R，0)和(-R，0)则圆心和焦点重合的抛物线方程为Y＝(1/R)X2-R抛物线柱面反射镜两端固定在半圆环上，半圆环上的柱形滚轮置于半圆形槽环8中，并以半圆形槽环为其运动轨迹，绕焦带(圆心连线)转动。采能管5位于焦带上，散热端插入加热保温水箱中，加热保温箱固定在转动支架上，另一端固定在圆形槽环上，这样无论反射镜怎样转动，焦带位置不动。采能管、加热保温水箱及圆形槽环8、处于相对静止，形成反射聚光、定位采能结构。在入射光线由入射角为γ变为γ+Δα角时，反射光线由直射到焦带到偏离焦带，但偏离焦带距离不得大于γ(采能管的半径)，反射光线偏离最大角tgδ＝γ/Rmax(R为半圆环的半径)，则δ＝Arctg(γ/Rmax)，因此在设置调节架4时，上面遮光板不能太宽，α＜δ，β＜δ，故选用光敏电阻时间常数不能太大，也不能太小，在安装电磁制动闸时，线圈暂态过程时间不能太长，确保聚焦和散光时，反射光线均能照射在采能管上。采能管用一支全玻璃真空热管(或热管式)也可用五支捆绑使用，以增大采能半径，减少反射镜纬向转动的次数，减少电耗。
权利要求1.一种自动向阳聚光型太阳能热水器，包括采能管、聚光镜、进水管、加热保温水箱和储水保温水箱，其特征在于所述聚光镜两端安装在自动向阳装置的半圆环上，半圆环与圆形槽环连接并能在其中滑移；聚光镜中部设有半圆环齿轮，该齿轮与纬向转动机构啮合，圆形槽环和纬向转动机构均固定在转动支架上；采能管一端固定在圆形槽环的中心位置，其散热端与加热保温水箱连接；纬向转动机构受其对称平衡传感电路控制。
2.根据权利要求1所述的自动向阳聚光型太阳能热水器，其特征在于所述转动支架一端固定在转轴上，另一端与弧形槽环连接并能在其中滑移；在靠近转轴处的圆形槽环下方设有以转轴为圆心的弧形齿轮并固定在转动支架上；弧形齿轮与经向转动机构啮合并受其对称平衡传感动路控制；弧形槽环和经向传动机构均固定在底座上，转轴设在底座的支架上。
3.根据权利要求1所述的自动向阳聚光型太阳能热水器，其特征在于半圆环齿轮、半圆环和圆形槽环的圆心连线与聚光镜焦带重合，焦带与采能管的中心轴线重台。
4.根据权利要求1或2所述的自动向阳聚光型太阳能热水器，其特征在于所述的每组对称平衡传感电路中光敏电阻分别放置在调节架的中央隔板的两侧，并分别与电压比较器、集成运放、电阻、二极管、固态继电器连接成对称平衡传感电路，形成X点电位与Y点电位，在固态继电器的输出端分别连接蓄电池，并共用小型直流电机和电磁铁螺线管。
5.根据权利要求4所述的自动向阳聚光型太阳能热水器，其特征在于调节架(4)和(10)的中央隔板上方分别设有水平遮光板并分别并固定在调节架上；调节架(4)固定在半圆环上并处于圆心处，与聚光镜纬向同步转动，调节架(10)固定在转动支架的加热保温箱上，与聚光镜经向同步转动，调节架(4)下方设有竖直遮光板，并固定在转动支架上。
6.根据权利要求1或2所述的自动向阳聚光型太阳能热水器，其特征在于半圆环与圆形槽环通过柱形滚轮连接，转动支架的一端也通过柱形滚轮与弧形槽环连接。
7.根据权利要求1所述的自动向阳聚光型太阳能热水器，其特征在于所述自动向阳装置设有电磁制动闸。
8.根据权利要求1所述的自动向阳聚光型太阳能热水器，其特征在于所述聚光镜为抛物线柱面反射聚光镜。
专利摘要本实用新型涉及一种自动向阳聚光型太阳能热水器，它包括采能管、聚光镜、进水管、加热保温水箱和储水保温水箱，聚光镜安装在自动向阳装置上。该装置受对称平衡传感电路控制，能跟随太阳作纬向和经向转动，使聚光镜的反射光在采能管的中心轴上聚焦。焦带、采能管和加热保温水箱相对静止，采能管获得最佳的加热效果。本实用新型既能为人们生活提供热水，也能为人们提供开水，使用地域广，尤其适合高寒地带和冬季使用，电机能耗低。
文档编号F24J2/10GK2656896SQ0327836
公开日2004年11月17日 申请日期2003年9月5日 优先权日2003年9月5日
发明者倪明旺, 张秀莲 申请人:倪明旺