本發(fā)明屬于太陽能蓄熱技術(shù)利用領(lǐng)域，尤其涉及一種壁掛式太陽能跟蹤蓄熱系統(tǒng),具體來說涉及一種應(yīng)用套管式真空管集熱器并輔以自動(dòng)跟蹤及蓄熱裝置，減少集熱器末端損失和余弦損失的新型壁掛式太陽能跟蹤蓄熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，太陽能熱水系統(tǒng)主要有緊湊式和分離式兩種，具體來說主要分為平板單機(jī)太陽能熱水器、熱管式真空管太陽能熱水器和陽臺(tái)壁掛式太陽能熱水器。但是平板太陽能熱水器散熱較快保溫性能差，熱管式真空管集熱器集熱效率較低，陽臺(tái)壁掛式太陽能熱水器安裝面積有限、成本較高、實(shí)用效果較差。除此之外，傳統(tǒng)集熱器沒有自動(dòng)跟蹤功能，使得集熱系統(tǒng)集熱時(shí)長和集熱器角度受限，余弦損失和末端損失增大。另外，在中高溫或大規(guī)模用能場合，傳統(tǒng)集熱器只能產(chǎn)生40～100℃的熱水或70～200℃的熱空氣，運(yùn)行效率低，傳熱溫差小、安裝容積有限使得傳統(tǒng)的太陽能熱水器的應(yīng)用受到限制。

一般情況下，自來水在太陽能集熱器加熱后直接使用或者儲(chǔ)存于水箱中，通常作為生活用水。目前市場上的主流產(chǎn)品是分體式太陽能熱水器或者緊湊式太陽能熱水器，但無論哪種情況，都存在儲(chǔ)水箱容積大、蓄熱密度低、承壓有限的問題；此外，在循環(huán)過程中會(huì)產(chǎn)生一些不凝氣體或因局部高溫生成汽水混合物，從而導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)的降低，集熱不穩(wěn)定，集熱效果差；蓄熱溫差小，散熱損失大，在惡劣天氣下儲(chǔ)能范圍較小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)太陽能集熱器集熱效果差的缺陷，以及陽臺(tái)壁掛式太陽能集熱器制作成本較高、節(jié)能效率低的技術(shù)不足，提供一種提高集熱效率的壁掛式太陽能跟蹤蓄熱系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種壁掛式太陽能跟蹤蓄熱系統(tǒng)，包括由集熱裝置與蓄熱裝置構(gòu)成的油路，所述蓄熱裝置管程為水，殼程為導(dǎo)熱油，所述集熱裝置由設(shè)置于集熱面板上的集熱管、所述集熱管上端以法蘭連接的軟管以及與所述軟管相連的連集器構(gòu)成，所述連集器上設(shè)置有固定于墻體上的保溫盒，所述保溫盒的兩側(cè)設(shè)置有入油口和出油口，所述集熱管上設(shè)置有集熱面板的俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)均由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述集熱管表面設(shè)置有光感應(yīng)器，所述光感應(yīng)器接收太陽光高度角、方位角光信號(hào)，經(jīng)光信號(hào)集成運(yùn)算放大器傳輸至集控中心，所述集控中心控制所述步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)所述俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作。

所述集控中心核心為avr單片機(jī)，所述光感應(yīng)器為光敏二極管，所述光敏二極管分為縱向布置和橫向布置，其中縱向布置是與集熱管平行布置，橫向布置為與集熱管垂直布置，縱向布置探測太陽高度角偏差，橫向布置探測太陽方位角偏差。

所述集熱管上端的法蘭上設(shè)置有齒輪，所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由齒輪、與所述齒輪嚙合的齒條以及設(shè)置于所述集熱管下端的從動(dòng)軸承構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)所述集熱管沿其中心軸在[-90°，90°]之間轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為液壓傳動(dòng)裝置，由設(shè)置于所述集熱面板上端的連桿和下端的液壓驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成。

所述俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為絲杠-滑塊-連桿傳動(dòng)裝置，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使滑塊移動(dòng)，進(jìn)而控制連桿轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述集熱管為太陽能真空管集熱器，由內(nèi)外管腔構(gòu)成，所述太陽能真空管集熱器表面與所述集熱面板連接且共同封裝在真空玻璃管內(nèi)。

所述太陽能真空管集熱器由內(nèi)聚光式真空吸熱管和同心套管式真空管集熱器其中之一構(gòu)成。

所述軟管為波紋軟管，所述軟管外設(shè)置有保溫材料，由巖棉、礦棉其中之一構(gòu)成。

所述連集器由分油器和集油器構(gòu)成，所述連集器間設(shè)置有導(dǎo)熱塊，所述連集器外設(shè)有隔熱材料。

所述集熱管頂端頭設(shè)置有膨脹節(jié)。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明在提高集熱效率的同時(shí)增大太陽能集熱器集熱運(yùn)行溫度區(qū)間，有效克服太陽能穩(wěn)定性差、集熱效率低的不足，適合大規(guī)模民用用能場合及中高溫工業(yè)應(yīng)用。

2、本發(fā)明可以安裝在建筑物高層或者空曠區(qū)域建筑物墻體上，增大適用范圍，解決高層建筑集熱面積不足的問題；雙向跟蹤系統(tǒng)可以同時(shí)跟進(jìn)太陽高度角和方位角，減小余弦損失和末端損失，提高集熱效率。

3、本發(fā)明分體蓄熱式系統(tǒng)將集熱-蓄熱-放熱-用熱各個(gè)環(huán)節(jié)單獨(dú)分立，避免了水中不凝性氣體及局部汽化對(duì)傳熱過程的影響，提高蓄熱密度，保證集熱效果穩(wěn)定；分體模式還可實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理的多情景供能模式，具有極大的普適性，特別適用于賓館、學(xué)校等大規(guī)模用水場所及工業(yè)中高溫用能場所，減少對(duì)化石能源的依賴，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、節(jié)能管理；分體結(jié)構(gòu)避免水持續(xù)性的加熱、冷卻以及與金屬長時(shí)間接觸，保證水質(zhì)，減少水中的危害成分，保證用戶健康。

4、本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)集熱器，普適性強(qiáng)、集熱效率高、安全指數(shù)大，滿足人們對(duì)水溫和水質(zhì)的高品質(zhì)要求和符合現(xiàn)代社會(huì)追求科學(xué)節(jié)能的理念。

5、隨著全球節(jié)能意識(shí)的日益深入，本發(fā)明的新型太陽能集熱器將具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明集熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明控制原理圖。

圖4為為本發(fā)明所選用的用于跟蹤式集熱器的兩種管型：

(a)、為內(nèi)聚光真空管集熱器主視圖；

(b)、為同心套管式真空管集熱器主視圖；

(c)、為內(nèi)聚光真空管集熱器側(cè)視圖；

(d)、為同心套管式真空管集熱器側(cè)視圖。

圖5為本發(fā)明室外集熱面板上端局部示意圖。

圖6為本發(fā)明集熱裝置外形結(jié)構(gòu)三維視圖。

附圖標(biāo)記：1-集熱裝置、2-集熱面板、3-集控中心、4-步進(jìn)電機(jī)、5-俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，6-轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、7-循環(huán)泵、8,10-控制閥門、9-蓄熱裝置、11-入油口、12-集油器、13-軟管、14-集熱管、15-真空玻璃管、16-分油器、17-導(dǎo)熱塊、18-保溫材料、19-出油口、20-上法蘭、21-法蘭、22-齒輪、23-齒條、24-保溫盒、25-穿墻螺絲、26-從動(dòng)軸承、27-支架、28-液壓驅(qū)動(dòng)裝置

101-內(nèi)管；102-外管；103-聚光板；104-管殼；105-吸熱面板。

具體實(shí)施方式

下面通過附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明的實(shí)施例是為了更好地使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，并不對(duì)本發(fā)明作任何的限制。

如圖1和圖2所示以及如圖6所示，本發(fā)明的集熱面板安裝于建筑物高層或者空曠區(qū)域建筑物墻體的結(jié)構(gòu)示意圖所示，本發(fā)明包括以管道和泵相連的集熱裝置1與蓄熱裝置9構(gòu)成的油路，以虛線為界線，分為室內(nèi)和室外兩部分：室外部分1為集熱裝置，2為集熱面板，集控制中心3將各路采集的信號(hào)計(jì)算后，通過步進(jìn)電機(jī)4分別控制轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6和俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5兩個(gè)傳動(dòng)裝置，使得集熱管14改變俯仰角和管排朝向，以跟蹤太陽的高度角和方位角；室內(nèi)部分，由循環(huán)泵7、兩側(cè)控制閥門8和10、蓄熱裝置9組成，所述蓄熱裝置9的管程為水，殼程為導(dǎo)熱油,在實(shí)際負(fù)荷需求下靈活的實(shí)現(xiàn)熱量的蓄存和釋放。

所述集熱裝置1由設(shè)置于集熱面板2上的集熱管14、在所述集熱管14上端以法蘭21連接的軟管13以及與所述軟管13相連的連集器構(gòu)成，由于兩端轉(zhuǎn)動(dòng)的需要，故軟管13上下端的接頭采用法蘭盤式，保證其可承受一般工作壓力并且不會(huì)輕易脫落，所述軟管13為波紋軟管，由不銹鋼、銅或鐵材質(zhì)材質(zhì)構(gòu)成，所述軟管13內(nèi)部分內(nèi)、外兩個(gè)通道，保證內(nèi)外工質(zhì)不會(huì)混合；所述軟管13外設(shè)置有保溫材料，如巖棉、礦棉；所述集熱管14上端包含分油器16、集油器12、導(dǎo)熱塊17、保溫材料18，如圖5所示集油器12與分油器16共同構(gòu)成連集器，所述連集器與所述導(dǎo)熱塊17相連，由于導(dǎo)熱塊17與支管呈叉排布置，故每個(gè)支管的分油器16和集油器12與不同的導(dǎo)熱塊17相連，整個(gè)保溫盒24左端口多布置一個(gè)分油器16，右端口多布置一個(gè)集油器12，各個(gè)集油器12與分油器16內(nèi)流體不交匯。

所述連集器外設(shè)有隔熱材料；考慮熱脹冷縮，所述集熱管14頂端頭設(shè)置有膨脹節(jié)，所述集熱管14為太陽能真空管集熱器，由內(nèi)外管腔構(gòu)成，所述太陽能真空管集熱器表面與集熱面板2連接且共同封裝在真空玻璃管15內(nèi)。如圖4所示，所述太陽能真空管集熱器由內(nèi)聚光式真空吸熱管和同心套管式真空管集熱器其中之一構(gòu)成，兩種集熱器均為內(nèi)管101流入、外管102流出和外部設(shè)置管殼104，所不同的是內(nèi)聚光真空管集熱器上采用聚光板103吸熱，同心套管式真空管集熱器上采用吸熱面板105吸熱，；且可實(shí)現(xiàn)中高溫集熱，集熱器流體出口溫度達(dá)60-250℃；所述連集器上設(shè)置有固定于墻體上的保溫盒24，所述保溫盒24的兩側(cè)設(shè)置有入油口11和出油口19，所述集熱管14上設(shè)置有俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6，所述俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6均由步進(jìn)電機(jī)4驅(qū)動(dòng)，所述集熱管14表面設(shè)置有光感應(yīng)器，本實(shí)施例光感應(yīng)器為光敏二極管，所述光敏二極管接收太陽光高度角、方位角光信號(hào)，經(jīng)光信號(hào)集成運(yùn)算放大器傳輸至集控中心3，所述集控中心3核心為avr單片機(jī)，所述集控中心3控制所述步進(jìn)電機(jī)4動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)所述俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6工作，所述法蘭21上設(shè)置有齒輪22，與所述齒輪22嚙合的齒條23固定在集熱面板2上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6由所述齒輪22、與所述齒輪22嚙合的齒條23以及設(shè)置于所述集熱管14下端的從動(dòng)軸承26構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)所述集熱管14沿其中心軸在[-90°，90°]之間轉(zhuǎn)動(dòng)，所述俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5為液壓傳動(dòng)裝置，由設(shè)置于所述集熱面板2上端的連桿和下端的液壓驅(qū)動(dòng)裝置28構(gòu)成，所述俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5也可采用絲杠-滑塊-連桿傳動(dòng)裝置，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使滑塊移動(dòng)，進(jìn)而控制連桿轉(zhuǎn)動(dòng)。

工作過程：

導(dǎo)熱油從入油口11進(jìn)入保溫盒24后，經(jīng)若干分油器16將導(dǎo)熱油均分后，通過軟管13送入內(nèi)管，吸熱后從外管腔流出，內(nèi)外管腔共同構(gòu)成集熱管14，集熱管14表面與集熱面板2或者聚光板相連，共同封裝在真空玻璃管15內(nèi)；熱的導(dǎo)熱油經(jīng)過軟管13后，由若干集油器12將其匯集后送至出油口19流出；保溫盒24內(nèi)還有保溫材料18和導(dǎo)熱塊17，減小外部熱損失和各管路熱應(yīng)力；軟管13兩端采用法蘭連接，上法蘭20固定，法蘭21內(nèi)扣于齒輪22內(nèi)，齒輪22與齒條23咬合，在步進(jìn)電機(jī)4驅(qū)動(dòng)置于室內(nèi)，圖中未顯示下可以產(chǎn)生角位移，使得管排可沿管中心軸在[-90°，90°]范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；集熱管14下部置于滾子從動(dòng)軸承26，起到固定集熱管14和減小扭矩的作用，在管排所在集熱面板2兩端，有連桿或液壓驅(qū)動(dòng)裝置28，實(shí)現(xiàn)集熱面板俯仰角改變；如圖2和圖5所示，集熱面板2上端和下端靠支架27支撐，支架27通過穿墻螺絲25固定。

如圖3所示，在集熱管14表面的光敏二極管分為縱向布置和橫向布置，其中縱向指與集熱管14平行布置，橫向布置為與集熱管14垂直布置，縱向布置探測太陽高度角偏差，橫向布置探測太陽方位角偏差，兩類信號(hào)通過集成運(yùn)放傳輸至avr單片機(jī)，經(jīng)過avr單片機(jī)計(jì)算后輸出指令信號(hào)至驅(qū)動(dòng)模塊以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)4，步進(jìn)電機(jī)4根據(jù)指令調(diào)節(jié)齒輪-齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及絲杠-滑塊連桿機(jī)構(gòu)或液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別調(diào)整管束朝向和面板傾角。

集熱管內(nèi)常用的傳熱工質(zhì)及其與之良好相容的管材，如下表1所述。

表1：常用傳熱工質(zhì)及其相關(guān)參數(shù)

應(yīng)當(dāng)理解的是，這里所討論的實(shí)施方案及實(shí)例只是為了說明，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。