專利名稱：高效智能型太陽能熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種具有全自動跟蹤光源并聚焦太陽光能量的高效智能型太陽能熱水器。
背景技術(shù)：
近年來，在太陽能的光熱應(yīng)用方面，已有很多太陽能熱水器生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)和推廣平板式或真空管式太陽能熱水器，這些傳統(tǒng)的太陽能熱水器在使用中存在以下問題1、傳統(tǒng)的太陽能熱水器是直接接受太陽光的照射，由于太陽光的能量密度低，在最好的垂直照射條件下，最大值也僅有每平方米1000瓦左右，因此，照射的太陽能量密度低，無法獲得高溫?zé)嵩础?br> 2、傳統(tǒng)的太陽能熱水器在安裝時須先選定一個朝南的方位，然后再以一定的傾角固定在地面上。但是，由于太陽的位置是不斷變化的，每天在變，四季也在變。導(dǎo)致傳統(tǒng)的太陽能熱水器受太陽光垂直照射時間短，吸收的太陽能量少。無法在一年四季都產(chǎn)生高溫?zé)崴?br> 3、由于傳統(tǒng)的太陽能熱水器都以朝南的方位和一定的傾角固定在地面上。受太陽光照射角度和建筑物方位的限制，一般只能安裝在平坦的屋頂上或空曠的地方，現(xiàn)在城市中的很多建筑都是斜面屋頂，除了朝南的斜面屋頂外，其它的斜面屋頂都不能安裝。安裝場地受到限制，使用局限性很大。
4、安裝在平坦屋頂上的傳統(tǒng)的太陽能熱水器，其進(jìn)出水管隨著樓層的增加而加長，散熱面積大大增加，損失的熱量導(dǎo)致水溫降低。
5、傳統(tǒng)的太陽能熱水器效率低，為了確保供水量和供水溫度，通常只能采用增加聚熱板面積的辦法來解決，導(dǎo)致它的占地面積大，現(xiàn)在城市建設(shè)高速發(fā)展，高層建筑越來越多，每個住戶擁有的屋頂面積越來越小，根本不可能保證讓每個住戶都能在屋頂上安裝傳統(tǒng)的太陽能熱水器，在城市使用空間日趨緊張的今天，限制了它的推廣應(yīng)用。
6、目前，也有些技術(shù)方案也可以全方位跟蹤太陽位置，方法一般分為兩類一是用機(jī)械方法跟蹤，此法由于跟蹤裝置體積大、笨重、精度低，故障率高，所以市場上未見成熟商品。二是用電子傳感器檢測太陽位置，再由電子裝置判斷處理實現(xiàn)跟蹤，此法需要較多的傳感器才能準(zhǔn)確判斷出太陽位置，因而接線多、工藝復(fù)雜、故障率高，所以市場上也未見成熟商品。
綜上所述，傳統(tǒng)的太陽能熱水器受太陽光垂直照射時間短，吸收的太陽能量少。即使是目前最好的真空管式太陽能熱水器，夏天也只能產(chǎn)生八、九十度的熱水，冬天只能產(chǎn)生四、五十度的熱水，水溫除了家庭淋浴外，很難找到其他應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計，240度以下的用熱，占人類能源消耗總量的百分之五十，而且主要是集中在100度以上。所以，要想為太陽能的光熱應(yīng)用找到廣闊的市場，就必須提高太陽能熱水器的出水溫度，使之可以在冬天也能產(chǎn)生八、九十度的熱水，甚至于生產(chǎn)出100度以上的高溫蒸汽。并且該太陽能熱水器的體積又要足夠小，使之可以在陽臺或窗邊等空間狹小的地方也能安裝使用，提高太陽能熱水器的適用性。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述傳統(tǒng)太陽能熱水器存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種具有全自動跟蹤光源并聚焦太陽光能量的高效智能型太陽能熱水器，它的智能控制驅(qū)動器以單片計算機(jī)為核心構(gòu)成，能夠根據(jù)在安裝時通過便攜式輸入器輸入的安裝地點經(jīng)度、緯度、日期時間和安裝朝向等4個參數(shù)，計算出該太陽能熱水器的實際控制方案，全方位的跟蹤太陽位置，實現(xiàn)對太陽位置的軟件跟蹤。它能把太陽光能量密度提高數(shù)倍后，再照射到位于焦線處的熱水器聚熱管上，可以使太陽能熱水器的聚熱管一年四季都始終處在太陽光垂直直射的方位上，既大大延長了太陽垂直照射的時間，又使太陽光能量密度大幅度提高，太陽能利用率得到極大提高。
本實用新型由太陽能聚熱管，太陽光聚焦裝置，自動跟蹤光源智能控制器、控制軟件和驅(qū)動執(zhí)行裝置等組成，反射鏡、聚熱管、聚光透鏡安裝在下支架和上支架之間，反射鏡和聚光透鏡通過步進(jìn)電機(jī)或電磁液壓閥驅(qū)動裝置與單片計算機(jī)為核心的控制驅(qū)動器相聯(lián)，并可相對于其焦線位置的聚熱管旋轉(zhuǎn)。
所述安裝在聚熱管上下方的反射鏡和聚光透鏡可同時采用，也可只用其一。
所述上支架高度調(diào)節(jié)桿可以電動或液壓升降。
所述齒輪鏈條傳動裝置可以采用電動或液壓轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)。
它采用現(xiàn)代先進(jìn)的計算機(jī)控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)和機(jī)電技術(shù)巧妙的組合而成，是光、機(jī)、電一體化產(chǎn)品，以單片計算機(jī)為核心的智能控制驅(qū)動器，能夠根據(jù)在安裝時通過便攜式輸入器輸入的安裝地點經(jīng)度、緯度、日期時間和安裝朝向等4個參數(shù)，計算出該太陽能熱水器的實際控制方案，全方位的跟蹤太陽位置，實現(xiàn)對太陽位置的軟件跟蹤和齒輪鏈條傳動裝置的控制。和現(xiàn)有技術(shù)及產(chǎn)品相比，本實用新型的優(yōu)點和積極效果在于1、本實用新型可把太陽光能量密度提高數(shù)倍后，再照射到處在焦線位置的太陽能熱水器的聚熱管上，使聚熱管上的溫度大幅度提高，使之獲得高溫?zé)嵩础?br> 2、本實用新型能跟蹤太陽位置，使聚熱管一年四季都始終處在太陽光垂直直射的最佳工作條件下，使聚熱管直射時間大大增加，吸收的太陽能量多。
3、本實用新型由于能跟蹤太陽位置，并聚焦太陽光能量，所以太陽能利用率大幅度提高，不但夏天能產(chǎn)生高溫?zé)崴诙疽材墚a(chǎn)生高溫?zé)崴?。在日照好的地區(qū)，可產(chǎn)生高溫蒸汽，極大的擴(kuò)展了太陽能光熱應(yīng)用的范圍。
4、本實用新型使太陽能利用率大幅度提高，所以，在出水溫度和供水量與傳統(tǒng)的太陽能熱水器相同的條件下，體積可大大減小，重量減輕，占地面積小，因此，即可安裝在屋頂上，又可安裝在有日照的陽臺內(nèi)，甚至于室內(nèi)有陽光的窗子邊。如果安裝在平坦的屋頂上或空曠的地方，安裝密度可以大大提高。如果安裝在東西單朝向的陽臺或斜面屋頂上時，也可達(dá)到很好的使用效果。
5、本實用新型由于體積小，重量輕，占地面積小，可就近安裝在有日照的陽臺內(nèi)，其進(jìn)出水管很短，散熱面積小，損失的熱量很低。
6、本實用新型由于采用計算機(jī)軟件控制，控制器無傳感器，體積小、重量輕，它能自動根據(jù)安裝地的日照條件，選擇最佳控制方案。節(jié)約了大量的硬處理元件，可靠性極高。
7、本實用新型在出水溫度和供水量與傳統(tǒng)的太陽能熱水器相同的條件下，比傳統(tǒng)太陽能熱水器體積小、重量輕。節(jié)約下來的材料成本可補(bǔ)償控制器的費(fèi)用，因此本實用新型制造成本接近傳統(tǒng)的太陽能熱水器，具有安裝操作簡便、適用性廣、制作成本低，可靠性高的特點，從而大幅度提高其實用性。
由此可見，本實用新型具有能高效率利用太陽能，供水溫度高，安裝位置適應(yīng)性廣，占地面積小等傳統(tǒng)的太陽能熱水器無法比擬的優(yōu)點。對推廣使用可再生能源，減少環(huán)境污染、節(jié)約資源將起到十分積極的作用。


圖1為本實用新型的一種立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型在早晨、中午、傍晚時的光路示意圖。
圖3為本實用新型由多個聚光透鏡5和反射鏡3、及聚熱管4等部件構(gòu)成的一種組合式結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4和圖5為本實用新型在不同季節(jié)時的側(cè)面示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步描述。
本實用新型提出的太陽能熱水器由進(jìn)水管及下支架1、出水管及上支架2、反射鏡3、聚熱管4、聚光透鏡5、智能控制驅(qū)動器6、上支架高度調(diào)節(jié)桿7、齒輪鏈條傳動裝置8等部分構(gòu)成。下支架1和上支架2支撐著由反射鏡3、聚熱管4、聚光透鏡5和齒輪端板構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元。冷熱水通過進(jìn)水管及下支架1、出水管及上支架2，用軟管與儲水箱連通。反射鏡3和聚光透鏡5固定在齒輪端板上，并可繞著穿過齒輪端板的聚熱管4旋轉(zhuǎn)，圖2為聚光透鏡5或反射鏡3隨著早晨、中午、傍晚時的陽光10繞著聚熱管4旋轉(zhuǎn)時的光路示意圖。
上支架高度調(diào)節(jié)桿7可以電動或液壓升降。齒輪鏈條傳動裝置8可以電動或液壓轉(zhuǎn)動。智能控制驅(qū)動器6以單片計算機(jī)為核心構(gòu)成，它能夠根據(jù)在安裝時通過便攜式輸入器輸入的安裝地點經(jīng)度、緯度、日期時間和安裝朝向等4個參數(shù)，計算出該太陽能熱水器的實際控制方案，控制步進(jìn)電機(jī)或電磁液壓閥驅(qū)動裝置，使該太陽能熱水器的反射鏡3、聚光透鏡5繞著聚熱管4旋轉(zhuǎn)，跟蹤太陽的每天升降。同時驅(qū)動上支架高度調(diào)節(jié)桿7升降，跟蹤四季太陽的高度，如圖4，5所示。使處于焦線位置的聚熱管4，一年四季都始終處在太陽光垂直直射并高度聚焦的最佳工作條件下，以此獲得高溫?zé)崴Ｓ捎诓徊捎脗鞲衅魈綔y太陽的位置，避免了現(xiàn)有的各種電子跟日裝置易受云層和各種反射光干擾、傳感器多接線復(fù)雜故障率高，以及機(jī)械跟日裝置體積大重量重位置不精確等弊病。此外，智能控制器還可輕松實現(xiàn)冬季對太陽能熱水器聚熱管和水箱的防爆保護(hù)。
在本實用新型中，聚光透鏡5和反射鏡3可同時采用，也可只用其一。
權(quán)利要求1.一種高效智能型太陽能熱水器，它由進(jìn)水管及下支架(1)、出水管及上支架(2)、反射鏡(3)、聚熱管(4)、聚光透鏡(5)、智能控制驅(qū)動器(6)、上支架高度調(diào)節(jié)杠(7)、齒輪鏈條傳動裝置(8)等部分構(gòu)成，其特征在于反射鏡(3)、聚熱管(4)、聚光透鏡(5)安裝在下支架(1)和上支架(2)之間，反射鏡(3)和聚光透鏡(5)通過步進(jìn)電機(jī)或電磁液壓閥驅(qū)動裝置與單片計算機(jī)為核心的控制驅(qū)動器(6)相聯(lián)，并可相對于其焦線位置的聚熱管(4)旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱水器，其特征在于安裝在聚熱管(4)上下方的反射鏡(3)和聚光透鏡(5)可同時采用，也可只用其一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱水器，其特征在于上支架高度調(diào)節(jié)桿(7)可以電動或液壓升降。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱水器，其特征在于齒輪鏈條傳動裝置(8)可以采用電動或液壓轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱水器，其特征在于以單片計算機(jī)為核心的智能控制驅(qū)動器(6)，能夠根據(jù)在安裝時通過便攜式輸入器輸入的安裝地點經(jīng)度、緯度、日期時間和安裝朝向等4個參數(shù)，計算出該太陽能熱水器的實際控制方案，全方位的跟蹤太陽位置，實現(xiàn)對太陽位置的軟件跟蹤和齒輪鏈條傳動裝置(8)的控制。
專利摘要一種高效智能型太陽能熱水器，它的智能控制器以單片計算機(jī)為核心構(gòu)成，能根據(jù)安裝的經(jīng)度、緯度、日期時間、安裝朝向等參數(shù)，實現(xiàn)對太陽位置的軟件跟蹤。能把太陽光能量密度提高數(shù)倍后，再照射到位于焦線處的聚熱管上，可使聚熱管一年四季都處在太陽光垂直直射的方位上，大大延長太陽垂直照射時間，太陽光能量密度大幅提高，下支架1和上支架2支撐著反射鏡3、聚熱管4、聚光透鏡5；反射鏡3和聚光透鏡5通過齒輪鏈條傳動裝置8與智能控制驅(qū)動器6相聯(lián)；并可繞聚熱管4旋轉(zhuǎn)。
文檔編號F24J2/40GK2603919SQ0323343
公開日2004年2月18日 申請日期2003年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月4日
發(fā)明者舒叢新 申請人:舒叢新