一种车用集热管聚光装置及其控制方法与流程

本发明涉及车用太阳能领域，特别涉及一种车用集热管聚光装置及其控制方法。

背景技术：

太阳能集热管，太阳能热水器真空管是太阳能热水器的核心元件，被誉为太阳能热水器的"心脏"，真空管质量的优劣直接影响到太阳能热水器的使用寿命和性能，太阳能产业的快速发展也带动了真空管企业的发展，一方面是围绕真空管的专利技术在不断推陈出新，另一方面是真空管企业和生产线最近几年都如同雨后春笋般地增加。

房车，又称“车轮上的家”，兼具“房”与“车”两大功能，但其属性还是车，是一种可移动、具有居家必备的基本设施的车种。房车是由国外引进的时尚设施车种，其车上的居家设施有：卧具、炉具、冰箱、橱柜、沙发、餐桌椅、盥洗设施、空调、电视、音响等家具和电器。房车对热水的需求量很大，应用太阳能真空管提供热水，能够节省大部分能源。

现有的集热管存在以下缺陷：首先，由于太阳的移动不能始终受到太阳直射，因而利用太阳光的时间较短，尤其是用于在房车上，随车辆位置的移动，光线的角度在时刻变化；其次，由于材质的限制，在热效率、保温性能和耐热冲击性上存在不足。

因此，一种能够解决上述缺陷的车用集热管聚光装置及其控制方法成为解决问题的关键。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种车用集热管聚光装置，其设有圆弧反射柱面，能够随日光移动，并将阳光反射至集热管，提高了太阳能的利用率。

本发明的目的在于提供一种车用集热管聚光装置的控制方法，其能够根据光线实时调整圆弧反射柱面的位置，进而提高了太阳能的利用率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括：

集热管，其内部设有供水流流过的容纳腔，用于吸收太阳辐射能将其转化成热能；

圆弧柱面导轨，其设置在所述集热管的下侧，所述集热管设置在所述圆弧柱面导轨的中心；以及

圆弧反射柱面，其外周与所述圆弧柱面导轨的内周相匹配并具有相同的曲率；所述圆弧反射柱面能够沿圆弧柱面导轨的内弧面滑动，用于将太阳光反射至集热管；

动力装置，其与所述圆弧反射柱面连接，用于驱动圆弧反射柱面在圆弧柱面导轨的弧面上移动；

控制装置，其至少部分设置在所述圆弧反射柱面上，并与所述动力装置电联接，用于控制动力装置驱动所述圆弧反射柱面在圆弧柱面导轨的弧面上移动。

优选的是，在所述圆弧柱面导轨的内弧面设有多道凹槽，在所述圆弧反射柱面的下端面设有多个滚轮，所述滚轮分别与所述凹槽相匹配。

优选的是，所述动力装置包括：

第一电机和第二电机，其分别设置在所述圆弧柱面导轨的两侧，在所述第一电机和第二电机的输出轴前端分别固设有第一缠线辊和第二缠线辊，用于提供牵引动力；

第一牵引绳，其一端与第一缠线辊连接，另一端与所述圆弧反射柱面的侧边中部连接；以及

第二牵引绳，其一端与第二缠线辊连接，另一端与所述圆弧反射柱面的另一侧边中部连接；

其中，在所述圆弧柱面导轨侧边缘的中部设有定滑轮，用于滚动支撑所述第一牵引绳和第二牵引绳。

优选的是，还包括：

多根辅助牵引绳，其分别设置在所述圆弧反射柱面的两侧，一端与所述圆弧反射柱面相连，另一端与同侧的第一缠线辊或第二缠线辊相连；

多个定滑轮，其设置在所述圆弧柱面导轨侧边缘的前部或后部，或圆弧柱面导轨外弧面的前部或后部，用于滚动支撑所述辅助牵引绳。

优选的是，所述圆弧反射柱面由反射率高的镜子制成，所述圆弧反射柱面的截面圆弧的圆心角为120度。

优选的是，所述圆弧柱面导轨由硼硅玻璃制成，所述圆弧柱面导轨的截面圆弧的圆心角为180度。

优选的是，所述集热管由双层的硼硅玻璃制成，在所述双层的硼硅玻璃之间设有真空层。

优选的是，所述控制装置包括：

第一光线照度传感器和第二光线照度传感器，其分别设置在所述圆弧反射柱面的左部和右部；

多个第三光线照度传感器，其位于所述第一光线照度传感器和第二光线照度传感器之间，并沿所述圆弧反射柱面的圆周排布；

控制器，其分别与所述第一光线照度传感器、第二光线照度传感器和多个第三光线照度传感器电联接。

一种上述任一项所述集热管聚光装置的控制方法，包括如下步骤：

a、控制器对接收到的第一光线照度传感器、第二光线照度传感器和多个第三光线照度传感器测量的照度；

b、当第一光线照度传感器和第二光线照度传感器的测量的照度分别为e1和e2，当e1和e2不一致时，控制器检测多个第三光线照度传感器测量的照度值，选取第三光线照度传感器测量的最大照度e3；比较e1和e2与e3相差的数值；

当e3-e1＞e3-e2时，控制器向第一光线照度传感器的一侧电机输出信号，第一光线照度传感器的一侧电机启动，开始以一定速度正转，同时控制器向第二光线照度传感器的一侧电机输出信号，第二光线照度传感器的一侧电机启动，开始以相同速度反转，当第一电机转动角度为α，第二电机转动角度为-α时，第一电机和第二电机停止转动；

其中，

当e3-e1＜e3-e2时，控制器向第二光线照度传感器的一侧电机输出信号，第二光线照度传感器的一侧电机启动，开始以一定速度正转，同时控制器向第一光线照度传感器的一侧电机输出信号，第一光线照度传感器的一侧电机启动，开始以相同转速反转，当第一电机转动角度为-β，第二电机转动角度为β时，第一电机和第二电机停止转动；

其中，圆弧反射柱面的半径为r、缠线辊的半径为r，h1为圆弧反射柱面的深度。

优选的是，还包括：

通过实时检测集热管温度t，计算集热管温度变化率，进而调整电机转动角度，以获得最佳集热效果：

当e3-e1＞e3-e2时，修正第一电机转动角度为α′，第二电机转动角度为-α′：

其中，λ为集热管内液体导热系数，a为集热管导热面积；rj为集热管内径；dt/dn为温度梯度；dn为热流方向微分长度；

当e3-e1＜e3-e2时，修正第二电机转动角度为β′，第一电机转动角度为-β′

其中，c集热管内液体比热容，m为集热管内液体质量。

本发明的有益效果是：1、设有圆弧反射柱面和圆弧柱面导轨，能够随日光移动，并将阳光反射至集热管，提高了太阳能的利用率；2、所述集热管为双层结构，由硼硅玻璃制成，具有较好的热效率、保温性能和耐热冲击性。

附图说明

图1是本发明一种集热管聚光装置的主视图。

图2是本发明一种集热管聚光装置的右视图。

具体实施方式

下面结合附图对发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-2所示，本发明的一种实现形式，为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括：

集热管110，在集热管110的内部设有容纳腔，用于吸收太阳辐射能将其转化成热能；作为一种优选，所述集热管110由双层的硼硅玻璃制成，在所述双层的硼硅玻璃之间设有真空层。作为进一步优选，所述集热管110的一端设有进水口，另一端设有出水口。在所述集热管110的下端设有支撑柱111。

圆弧柱面导轨130设置在所述集热管110的下方，所述集热管110设置在所述圆弧柱面导轨130的中心。圆弧柱面导轨130设置在所述集热管110的下侧，所述集热管110设置在所述圆弧柱面导轨的中心。作为一种优选，所述圆弧柱面导轨由硼硅玻璃制成。所述圆弧柱面导轨的截面圆弧的圆心角为180度。作为进一步优选，在所述圆弧柱面导轨130的内弧面设有多道凹槽131。在所述圆弧柱面导轨130的下部设有支架。

圆弧反射柱面120的外周与所述圆弧柱面导轨130的内周相匹配并具有相同的曲率；并与所述所述集热管110同心设置；所述圆弧反射柱面能够沿圆弧柱面导轨130的内弧面滑动，用于将太阳光反射至集热管110。作为一种优选，所述圆弧反射柱面120由反射率高的镜子制成，所述圆弧反射柱面120的截面圆弧的圆心角为120度。作为进一步优选，在所述圆弧反射柱面的下端面设有多个滚轮121，所述滚轮121分别与所述凹槽131相匹配。

动力装置与所述圆弧反射柱面120连接，用于带动圆弧反射柱面在圆弧柱面导轨的弧面上移动。作为一种优选，所述动力装置包括：第一电机141和第二电机142分别设置在所述圆弧柱面导轨130的两侧，在所述第一电机141和第二电机142的输出轴前端分别固设有第一缠线辊141a和第二缠线辊142a，用于提供牵引动力；第一牵引绳143的一端与第一缠线辊141a连接，另一端与所述圆弧反射柱面120的侧边中部连接；以及第二牵引绳144的一端与第二缠线辊142a连接，另一端与所述圆弧反射柱面120的另一侧边中部连接；其中，在所述圆弧柱面导轨120侧边缘的中部设有定滑轮145，用于滚动支撑所述第一牵引绳143和第二牵引绳144。

控制装置，其至少部分设置在所述圆弧反射柱面上，并与所述动力装置电联接，用于控制动力装置驱动所述圆弧反射柱面在圆弧柱面导轨的弧面上移动。

在使用过程中，动力装置带动圆弧反射柱面120随日光移动，将阳光反射至集热管110，使集热管110能够接受较长时间、较强的日光，从而提高了集热管110的热效率。

在另一个实施例中，在所述圆弧柱面导轨130的内弧面设有多道凹槽131，在所述圆弧反射柱面120的下端面设有多个滚轮121，所述滚轮121分别与所述凹槽131相匹配。

在另一个实施例中，所述动力装置包括：第一电机141和第二电机142分别设置在所述圆弧柱面导轨130的两侧，在所述第一电机141和第二电机142的输出轴前端分别固设有第一缠线辊141a和第二缠线辊142a，用于提供牵引动力；第一牵引绳143的一端与第一缠线辊141a连接，另一端与所述圆弧反射柱面120的侧边中部连接；以及第二牵引绳144的一端与第二缠线辊142a连接，另一端与所述圆弧反射柱面120的另一侧边中部连接；其中，在所述圆弧柱面导轨120侧边缘的中部设有定滑轮145，用于滚动支撑所述第一牵引绳143和第二牵引绳144。

在另一个实施例中，还包括：多根辅助牵引绳146分别设置在所述圆弧反射柱面120的两侧，辅助牵引绳146一端与所述圆弧反射柱面120相连，另一端与同侧的第一缠线辊141a或第二缠线辊142a相连；多个定滑轮145设置在所述圆弧柱面导轨130侧边缘的前部或后部，或圆弧柱面导轨外弧面的前部或后部，用于滚动支撑所述辅助牵引绳146。

在另一个实施例中，所述圆弧反射柱面120由反射率高的镜子制成。所述圆弧反射柱面120的截面圆弧的圆心角为120度。

在另一个实施例中，所述圆弧柱面导轨130由硼硅玻璃制成。所述圆弧柱面导轨130的截面圆弧的圆心角为180度。

在另一个实施例中，所述集热管110由双层的硼硅玻璃制成，在所述双层的硼硅玻璃之间设有真空层。

在另一个实施例中，第一光线照度传感器151和第二光线照度传感器152，其分别设置在所述圆弧反射柱面的左部和右部；

多个第三光线照度传感器153，其位于所述第一光线照度传感器和第二光线照度传感器之间，并沿所述圆弧反射柱面的圆周排布；

控制器，其分别与所述第一光线照度传感器151、第二光线照度传感器152和多个第三光线照度传感器153电联接。

一种上述任一项所述集热管聚光装置的控制方法，包括如下步骤：

a、控制器对接收到的第一光线照度传感器、第二光线照度传感器和多个第三光线照度传感器测量的照度；

b、当第一光线照度传感器和第二光线照度传感器的测量的照度分别为e1和e2，当e1和e2不一致时，控制器检测多个第三光线照度传感器测量的照度值，选取第三光线照度传感器测量的最大照度e3；比较e1和e2与e3相差的数值；

当e3-e1＞e3-e2时，控制器向第一光线照度传感器的一侧电机输出信号，第一光线照度传感器的一侧电机启动，开始以一定速度正转，同时控制器向第二光线照度传感器的一侧电机输出信号，第二光线照度传感器的一侧电机启动，开始以相同速度反转，当第一电机转动角度为α，第二电机转动角度为-α时，第一电机和第二电机停止转动；

其中，

当e3-e1＜e3-e2时，控制器向第二光线照度传感器的一侧电机输出信号，第二光线照度传感器的一侧电机启动，开始以一定速度正转，同时控制器向第一光线照度传感器的一侧电机输出信号，第一光线照度传感器的一侧电机启动，开始以相同转速反转，当第一电机转动角度为-β，第二电机转动角度为β时，第一电机和第二电机停止转动；

其中，圆弧反射柱面的半径为r、缠线辊的半径为r，h1为圆弧反射柱面的深度。

通过实时检测集热管温度t，计算集热管温度变化率，进而调整电机转动角度，以获得最佳集热效果：

当e3-e1＞e3-e2时，修正第一电机转动角度为α′，第二电机转动角度为-α′：

其中，λ为集热管内液体导热系数，a为集热管导热面积；rj为集热管内径；dt/dn为温度梯度；dn为热流方向微分长度；

当e3-e1＜e3-e2时，修正第二电机转动角度为β′，第一电机转动角度为-β′

其中，c集热管内液体比热容，m为集热管内液体质量。

如上所述本发明一种车用集热管聚光装置及其控制方法，1、设有圆弧反射柱面和圆弧柱面导轨，能够随日光移动，并将阳光反射至集热管，提高了太阳能的利用率；2、所述集热管为双层结构，由硼硅玻璃制成，具有较好的热效率、保温性能和耐热冲击性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。