专利名称：转动式平板太阳能热水器及转动式太阳能-电能转化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能利用装置，特别是转动式平板太阳能热水器及转动 式太阳能-电能转化装置。
背景技术：
专利号为200410025771. 2的中国发明专利提供了一种真空玻璃盖板平板式 太阳能热水器，它具有保温材料和外框组成的箱体，在箱体上方设有真空玻璃 平板，箱体内设有热管和肋片组成的吸热板，热管的冷凝段设在与贮水箱相连 通的加热水箱内、或者贮水箱内，吸热板置于真空玻璃平板下面。该结构利用 真空玻璃平板的高透光性和防止散热性，可使太阳光线穿透真空玻璃平板照射 到吸热板上，加热热管内的工作介质，从而通过工作介质的流动传热使贮水箱 或加热水箱内的水受热。该装置存在的不足之处在于(1)真空玻璃平板价格 十分昂贵，制作工艺复杂，不仅成本很高，而且维修更换不易，因此普通老百 姓难以购买。(2)众所周知，太阳在天空中的位置是随一天中的时刻不同而变 化着的，即太阳光线与真空玻璃平板所在平面的夹角会随时刻而变化；而该装 置由于是固定不动的，其真空玻璃平板与太阳光线的入射角度在一天之中保持 恒定不变，即在一天中只有一个时刻是与太阳光线垂直的，因此不能充分获得 太阳光的最大能流密度，效价比不高。
同样，已有的用于吸收太阳能并将其转化为电能的平板吸收转化器也是固 定式结构，因此也存在着不能充分获得太阳光的最大能流密度，效价比不高的 问题。
发明内容
为了解决现有技术所存在的上述问题，本发明的技术方案一提供了一种转 动式平板太阳能热水器，它可使集热箱体在一天或一天中的某段时间随太阳在 天空中的位置变化而旋转，从而保证该热水器最大限度地获得太阳光的最大能 流密度，既充分利用了太阳光能，提高了热水器的工作效率，又有利于降低制 造成本、简化制造工艺。
本发明技术方案一是这样构成的，它包括集热箱体，箱体上方设有玻璃平 板和平铺在玻璃平板下方的吸热板，吸热板由热管和集热肋片组成，热管的冷 凝段设在加热水箱内，其特征在于集热箱体下部设有用于带动其转动的转动 轴和用于带动转动轴转动的转动装置，转动轴与地轴平行，即转动轴所在转动 平面与所在地地平面的夹角9等于当地纬度，转动装置的控制端受时钟控制使 得转动轴所在转动平面在一定时刻保持与太阳光线垂直的角度而绕转动轴旋
转；玻璃平板与转动平面之间具有-23.5° 23.5°的夹角9 '，玻璃平板与转 动平面的相交线垂直于转动轴。
较之已有技术而言，本发明由于采用与地轴平行的转动轴带动集热箱体随 太阳在天空中的变化而旋转，使得太阳光线在一天中或一天中的某段时间能始 终保持垂直转动轴所在转动平面的方向照射，因此一方面有利于保证该热水器 最大限度地获得太阳光的最大能流密度，提高太阳光能的利用率和热水器的热 效率，另一方面，由于太阳光能的利用率和热水器的热效率大大提高，因此可 以将原有覆盖在集热箱体上方的真空玻璃平板改成价格便宜的普通玻璃平板， 从而大大降低制造成本，简化制造工艺。
上述技术方案中，使玻璃平板与转动平面之间具有-23.5° 23.5°的夹角 0 '，主要是考虑到太阳光线会随着春夏秋冬的变化而改变入射角度，因此制 作时最好根据季节的变化设置不同的夹角，最好的方法是采用一种升降或转动 装置使玻璃平板与转动平面之间的夹角e '随着季节的变化而调整适当的角 度，但这样做的成本较高，而且工作的稳定性难以保证，因此最简易的方法就 是直接通过支撑架使玻璃平板及吸热板与转动平面之间保持固定的角度，并在 玻璃平板与转动平面之间添加保温材料层，而考虑到冬天天气寒冷，需要的热
量较多，而夏天天气热，需要的热量较少，因此将该夹角e'设置在约12°左
右为较佳选择。
上述技术方案中的玻璃平板可以采用双层普通玻璃平板或真空玻璃平板或 蜂窝式结构的平板。采用双层普通玻璃平板可以保证太阳光入射，而又防止热 量散发，因此可在确保较充分利用太阳能的同时大大降低生产成本。而采用真 空玻璃平板和蜂窝式结构的平板，可使集热箱体的保温性能进一步提高，但价 格较为昂贵。
为了便于转动轴的转动并确保转动轴转动的平稳性，上述技术方案中的转 动装置包括连接于转动平面下方的半圆形齿圈或齿轮、用于带动齿圈或齿轮转 动的齿轮或齿条减速传动装置、以及用于带动齿轮或齿条减速传动装置的动力 机构，半圆形齿圈或齿轮的轴线与转动轴的轴线重合。
上述动力机构包括电机、及与电机的控制端连接且由时钟控制程序控制的 单片机。
由于一天中在9: 00 15:00期间，太阳光线最为充足，是利用太阳能的最
重要时段，并且为了使该装置的转动较为牢靠，结构简单，占用空间小，上述
技术方案中，单片机内部设置的时钟控制程序可使转动轴带动箱体仅在9: 00
15:00期间旋转且保持与太阳光线垂直的角度旋转，而超过20:00后自动回转到 9: OO时的角度。
为了防止在刮风下雨时，转动平面受到较大的晃动，转动平面下方设有位 于转动轴径向两侧的限位挡块用于防止转动平面转动超过设定的角度。
此外，为了方便同时加热多个热水器，从而进一步节约成本、减少占用空 间，可将多个集热箱体依次排列，由共同设置时钟控制程序的单片机、或由共 同的电机通过共同的齿轮或齿条减速传动装置与每个集热箱体的半圆形齿圈或 齿轮连接传动。
本发明的另一技术方案提供了 一种转动式太阳能-电能转化装置，它可使用 于吸收太阳能并将其转化为电能的平板吸收转化器在一天或一天中的某段时间 随太阳在天空中的变化而旋转，从而保证该平板吸收转化器最大限度地获得太 阳光的最大能流密度，充分利用太阳光能，提高平板吸收转化器的工作效率。
本发明的技术方案二如下 一种转动式太阳能-电能转化装置，它包括用于 吸收太阳能并将其转化为电能的平板吸收转化器，其特征在于所述平板吸收 转化器设有用于带动其转动的转动轴和用于带动转动轴转动的转动装置，转动 轴与地轴平行，即转动轴所在转动平面与所在地地平面的夹角等于当地讳度， 转动装置的控制端受时钟控制，使得转动轴所在转动平面在一定时刻保持与太 阳光线垂直的角度而绕转动轴旋转。
平板吸收转化器的转动平面可以为硅太阳能电池板或其它转化装置。
转动装置的结构可采用与本发明技术方案一的转动式平板太阳能热水器相 同的结构。而且，同样可采用多个平板吸收转化器依次排列，由共同设置时钟 控制程序的单片机、或由共同的电机通过共同的齿轮或齿条减速传动装置与每 个平板吸收转化器的半圆形齿圈或齿轮连接传动。
本发明转动式平板太阳能热水器与转动式太阳能-电能转化装置的结构原 理、解决的技术问题、技术方案构思基本相同，都是利用与地轴平行的转动轴 带动集热箱体、或平板吸收转化器(如硅太阳能电池板等)，随太阳在天空中的 变化而旋转，使得太阳光线在一天中或一天中的某段时间能始终保持垂直转动 轴所在转动平面的方向照射，因此有利于保证该装置最大限度地获得太阳光的 最大能流密度，提高太阳光能的利用率和该装置的工作效率。
图1是表示本发明实施例1的转动结构示意图。
图2是传动装置8的局部示意图。
图3是由多个图1所示结构组成的结构示意图。
图4是本发明转动式平板太阳能热水器的集热部分示意图。 图5是图4的剖视图(图中省略转动轴)。 图6是集热箱体的侧面剖视图。 图7是本发明实施例1的整体示意图。
具体实施例方式
下面结合说明书附图和具体实施方式
对本发明内容进行详细说明 实施例l
一种转动式平板太阳能热水器，它包括集热箱体l，箱体可采用聚氨酯保温 材料和铝制外框组成。箱体1上方设有玻璃平板2和平铺在玻璃平板下方的吸 热板，玻璃平板2采用普通玻璃制成，它们之间留有适当间隙。吸热板由多个 热管3和集热肋片4组成，热管的冷凝段31设在加热水箱6内，加热水箱6通 过软管(软管要适当长，便于加热水箱6随集热箱体转动，而贮水箱是不动的) 与贮水箱5相连通，从而循环加热水；或者也可以通过软管直接将自来水等引 入加热水箱内加热，然后再用软管连接加热水箱的出水口而直接向外界供应热 水。热管的冷凝段31上也设有散热肋片32，冷凝段31高于蒸发段，并与蒸发 段之间设有隔热块33。吸热板通过支撑架41支撑在箱体上方。
热管可采用铜或铁制成的重力热管，铜制热管中的工作物质可采用水，铁 制热管的工作物质可采用氨水，都是价格便宜的环保工作物质。当太阳光透过 玻璃平板2后，被表面涂有吸热涂层的传热板吸收，由于热管传热性能好，热 管中的工作物质吸热后发生相变过程，将热量传给加热水箱内的水，加热水箱 内的水再与贮水箱内的水进行热交换。集热箱体四周和底部采用保温性能好的 保温材料进行保温。玻璃平板2可以采用双层普通玻璃平板或真空玻璃平板或 蜂窝式结构的平板，从性价比考虑，采用如图5和图6所示的双层普通玻璃平 板为较佳选择。
集热箱体下部设有用于带动其转动的转动轴7和用于带动转动轴转动的转 动装置8,转动轴与地轴平行，即转动轴所在转动平面71与所在地地平面的夹 角e等于当地纬度，转动装置的控制端受时钟控制，使得转动轴所在转动平面 在一定时刻保持与太阳光线垂直的角度而绕转动轴旋转；玻璃平板与转动平面 之间具有-23.5° 23.5°的夹角e',其中以约12。为较佳，玻璃平板与转动 平面的相交线垂直于转动轴。
转动装置8包括连接于转动平面下方的半圆形齿圈或齿轮81、用于带动齿 圈或齿轮转动的齿轮或齿条减速传动装置82、以及用于带动齿轮或齿条减速传 动装置的动力机构83,半圆形齿圈或齿轮的轴线与转动轴的轴线重合。当然转 动装置也可以是直接带动转轴端部转动的动力传动装置，但由于是通过端部传
递力矩，力臂较短，不是最理想的传动方式。
上述动力机构包括电机、及与电机的控制端连接且由时钟控制程序控制的 单片机。
如图2所示，在电机的带动下，齿条82通过带动半圆形齿圈81而带动整 个集热箱体绕转动轴轴线按时刻均匀转动。
单片机内部设置的时钟控制程序可使转动轴带动箱体仅在9: 00 15:00期 间保持与太阳光线垂直的角度旋转，而超过20:00后自动回转到9: OO时的角 度。
转动平面71下方设有位于转动轴径向两侧的限位挡块9用于防止转动平面 转动超过设定的角度。
实际使用时，可将多个集热箱体依次排列，由共同设置时钟控制程序的单 片机、或由共同的电机通过共同的齿轮或齿条减速传动装置82与每个集热箱体 的半圆形齿圈或齿轮连接传动。
上述装置整体结构整洁合理，接收太阳光面积充分，玻璃平板对太阳辐射 透明度好，而对箱内热辐射不透明度较高，整个结构具有效率高，工艺简单， 便宜等优点。
实施例2
如图l去掉贮水箱5的示意图， 一种转动式太阳能-电能转化装置，它包括
用于吸收太阳能并将其转化为电能的平板吸收转化器，其特征在于所述平板
吸收转化器设有用于带动其转动的转动轴7和用于带动转动轴转动的转动装置 8，转动轴与地轴平行，即转动轴所在转动平面71与所在地地平面的夹角等于 当地纬度，转动装置的控制端受时钟控制使得转动轴所在转动平面在一定时刻 保持与太阳光线垂直的角度而绕转动轴旋转。
平板吸收转化器的转动平面71可以为硅太阳能电池板等。 转动装置等的结构可采用与实施例1的转动式平板太阳能热水器相同的结 构。而且，同样可采用多个平板吸收转化器依次排列(如图3去掉C水箱5的 示意图)，由共同设置时钟控制程序的单片机、或由共同的电机通过共同的齿轮 或齿条减速传动装置与每个平板吸收转化器(如硅太阳能电池板等)的半圆形 齿圈或齿轮连接传动。
权利要求
1.一种转动式平板太阳能热水器，它包括集热箱体(1)，箱体上方设有玻璃平板(2)和平铺在玻璃平板下方的吸热板，吸热板由热管(3)和集热肋片(4)组成，热管的冷凝段(31)设在加热水箱(6)内，其特征在于集热箱体下部设有用于带动其转动的转动轴(7)和用于带动转动轴转动的转动装置(8)，转动轴与地轴平行，即转动轴所在转动平面(71)与所在地地平面的夹角等于当地纬度，转动装置的控制端受时钟控制，使得转动轴所在转动平面在一定时刻保持与太阳光线垂直的角度而绕转动轴旋转；玻璃平板与转动平面之间具有-23.5°～23.5°的夹角，玻璃平板与转动平面的相交线垂直于转动轴。
2. 根据权利要求l所述的转动式平板太阳能热水器，其特征在于转动装 置(8)包括连接于转动平面下方的半圆形齿圈或齿轮(81)、用于带动齿圈或 齿轮转动的齿轮或齿条减速传动装置(82)、以及用于带动齿轮或齿条减速传动 装置的动力机构(83)，半圆形齿圈或齿轮的轴线与转动轴的轴线重合。
3. 根据权利要求2所述的转动式平板太阳能热水器，其特征在于所述动 力机构包括电机、及与电机的控制端连接且由时钟控制程序控制的单片机；单 片机内部设置的时钟控制程序可使转动轴带动箱体仅在9:00 15:00期间旋转、 且保持与太阳光线垂直的角度旋转，而超过20:00后自动回转到9: OO时的角 度；转动平面(71)下方设有位于转动轴径向两侧的限位挡块(9)用于防止转 动平面转动超过设定的角度。
4. 根据权利要求3所述的转动式平板太阳能热水器，其特征在于所述玻 璃平板(2)为双层普通玻璃平板或真空玻璃平板或蜂窝式结构的平板；玻璃平 板与转动平面之间的夹角约为12° 。
5. 根据权利要求2 4中任一项所述的转动式平板太阳能热水器，其特征 在于多个集热箱体依次排列，由共同设置时钟控制程序的单片机、或由共同 的电机通过共同的齿轮或齿条减速传动装置与每个集热箱体的半圆形齿圈或齿 轮连接传动。
6. —种转动式太阳能-电能转化装置，它包括用于吸收太阳能并将其转化为电能的平板吸收转化器，其特征在于所述平板吸收转化器设有用于带动其转动的转动轴(7)和用于带动转动轴转动的转动装置(8)，转动轴与地轴平行， 即转动轴所在转动平面(71)与所在地地平面的夹角等于当地纬度，转动装置 的控制端受时钟控制，使得转动轴所在转动平面在一定时刻保持与太阳光线垂 直的角度而绕转动轴旋转。
7. 根据权利要求6所述的转动式太阳能-电能转化装置，其特征在于平板吸收转化器的转动平面(71)为硅太阳能电池板。
8. 根据权利要求6或7所述的转动式太阳能-电能转化装置，其特征在于 转动装置(8)包括连接于转动平面下方的半圆形齿圈或齿轮(81)、用于带动 齿圈或齿轮转动的齿轮或齿条减速传动装置(82)、以及用于带动齿轮或齿条减 速传动装置的动力机构(83)，半圆形齿圈或齿轮的轴线与转动轴的轴线重合。
9. 根据权利要求8所述的转动式太阳能-电能转化装置，其特征在于所 述动力机构包括电机、及与电机的控制端连接且由时钟控制程序控制的单片机; 单片机内部设置的时钟控制程序可使转动轴带动平板吸收转化器仅在9: 00 15:00期间旋转、且保持与太阳光线垂直的角度旋转，而超过20:00后自动回转 到9: 00时的角度；转动平面(71)下方设有位于转动轴径向两侧的限位挡块(9)用于防止转动平面转动超过设定的角度。
10. 根据权利要求9所述的转动式太阳能-电能转化装置，其特征在于多 个平板吸收转化器依次排列，由共同设置时钟控制程序的单片机、或由共同的 电机通过共同的齿轮或齿条减速传动装置与每个平板吸收转化器的半圆形齿圈 或齿轮连接传动。
全文摘要
本发明涉及太阳能利用装置，特别是一种转动式平板太阳能热水器及转动式太阳能-电能转化装置。它们都是利用与地轴平行的转动轴带动集热箱体、或平板吸收转化器(如硅太阳能电池板等)，随太阳在天空中的变化而旋转，使得太阳光线在一天中或一天中的某段时间能始终保持垂直转动轴所在转动平面的方向照射，因此有利于保证该装置最大限度地获得太阳光的最大能流密度，提高太阳光能的利用率和该装置的工作效率。
文档编号F24J2/20GK101201206SQ200610135329
公开日2008年6月18日 申请日期2006年12月15日 优先权日2006年12月15日
发明者陈奋策 申请人:陈奋策