一种热效率最高的真空平板太阳热水器Word格式.docx

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其吸热器安装在密闭透光容器内，锯齿面透光板、真空壳对接成密闭透光容器，容器内的真空支撑在吸热器的迎光侧和背光侧，真空壳里侧是热辐射隔离膜，外侧是保温层，防冻传感器在循环输水管上，真空补压嘴和真空度传感器固定在集热器上，自动跟踪阳光的机构使集热器以上边沿为轴，一个边沿在螺纹丝杠上直线往返运动，等价于玩具电机功率的微电机、传动轴、减速箱按顺序设置。

它是一种免坡度地安装在阳台围栏或窗下墙壁上，是一种不破碎、高真空、耐高寒、防冻堵、安装简单的集热器。

单位面积热效率是目前各类集热器中最高的一种，站在窗口可以方便擦洗集热器表面浮灰。

说明书

真空锯齿式自动跟踪太阳集热器

（一）技术领域：

本发明涉及一种太阳能集热器。

该集热器特别适用于建筑一体化。

安装在自家阳台或窗户下方的墙壁上使用。

（二）背景技术：

目前真空集热器的构成是：

一种液态介质，被一种表面涂有吸热涂层的容器包裹，构成吸热器。

吸热器，被一种透光的容器包裹，构成集热器。

将两种容器夹层中的空气抽走，构成真空集热器。

目前真空集热器有两类，一类是真空平板集热器，透光容器采用的是平板玻璃，透光面是平面。

另一类是真空玻璃管集热器，透光容器采用的是玻璃管，透光面是圆弧曲面。

目前两类真空集热器都不适用于墙立面。

原因是，真空平板集热器无法免坡度安装于墙立面。

真空玻璃管构成平板集热器，虽然可以免坡度安装于墙立面，但是，意外或人为飞来物、冰雹使集热器破碎，高空坠落容易造成人身伤害。

“真空”二字让真空玻璃管集热器占据了70%以上的市场。

存在的问题也是不少的。

例如，过长的输水管线，在烟道中无法施加保温层，无论有无管道排空，由于冷水、冷管的存在，每次用水时都要面对冷水的无奈。

即便如此，“宝贵”的烟道也容纳不了几根水管。

占玻璃管圆弧曲面1/10的中心线处的面积不反光，圆弧曲面9/10的面积存在不同程度的反光。

单位面积热效率比真空玻璃管高很多的平板集热器，长期以来却没有市场。

其原因是不能有效的抽制“真空”。

不管哪一类集热器，要成为市场认可的产品，都必须通过“真空”这个难关。

专利号为ZL02274634.X的《壁挂式太阳能热水器》，只是发明了一类新的集热器透光面。

为集热器免坡度安装开了一条路，成为一种免坡度安装于墙立面的太阳能集热器还存在很多问题。

影响了实际使用。

由于板面自身强度不够，做成中空后，存在，空气温度过高时集热器出现胀箱现象，空气温度过低时出现瘪箱现象，安装维修不方便等问题。

关键所在是“真空”问题没有解决。

现有的集热器，无法解决季节差、时间差造成集热器安装坡度或迎光坡度的偏离。

偏离的入射角产生光反射。

消除入射角偏差，只有用“自动跟踪阳光”来解决。

（三）发明内容：

为了使楼房最大可利用空间的墙立面得到有效利用，为了兼顾平板集热器的热效率和真空管集热器的真空效果。

本发明提供一种，真空锯齿式自动跟踪太阳集热器。

其核心是一种新型的真空集热器。

它是一种免坡度安装、不破碎、高真空、耐高寒、高保温、自动跟踪阳光、安装简单、维修方便的高效率的建筑一体化集热器。

具有，模块化，包装运输方便，管线规范，建筑楼房时预留墙眼和输水管线简单，旧楼后续安装容易的特点。

集热器自动排空，将集热器的水送回贮水箱，手动排空用于停电等特殊情况。

所以，防冻性很好，使集热器的使用不受地域限制。

“真空”和“自动跟踪阳光”，这两个长期难以解决的问题，引伸出四个具体问题：

①真空支撑如何做到接触面积小、支撑点多、遮挡光线少、冷热传导性小。

②如何消除有机透光板热胀冷缩产生的尺寸变化。

③怎样解决集热器跟踪阳光时，软、硬输水管都无法跟随集热器位移。

④怎样使集热器具有很强的抗风能力，做到低成本、结构简单、性能可靠。

该集热器用真空隔热原理，阻隔吸热器的热能与外界的交换。

用保温层隔断真空壳与大气之间的冷热交换。

用热辐射隔离膜阻断吸热器对真空壳的热辐射。

用真空壳的外伞沿解决集热器抗风能力及真空密闭的可靠性。

用自动跟踪阳光提高集热器的热效率。

用万向旋转器将线位移转变成角位移，是自动跟踪阳光成败的关键之一。

本发明要解决的技术问题：

1、真空玻璃管平板集热器易碎，悬挂于墙立面不安全；

2、不同季节和时间，阳光进入集热器的入射角不同，锯齿面的坡度无法兼顾各个时期的入射角，产生光反射；

3、有机材料构成透光板，强度不足难以抽真空；

4、材料性慢泄漏，集热器若干年后真空度下降；

5、集热器真空度下降后，使用者不易及时发现；

6、高寒地区冻堵后胀裂集热器；

7、目前的真空平板集热器保温性欠佳；

8、透光板热胀冷缩，胀坏集热器；

9、锯齿透光板四周密封的可靠性；

10、集热器的抗风能力；

11、万向旋转器动态连接处，动态保温；

12、上下限温度控制方式不适合集热器水温控制；

13、冷水管从集热器下方引出，管线远离窗口强度不好及无法施加保温层；

14、集热器高空安装及维护不方便。

本发明采用的技术方案：

一种真空锯齿式自动跟踪太阳集热器，它包括吸热器、透光容器，其特征在于吸热器安装于透光容器内，透光容器是由锯齿透光板和真空壳构成，透光容器的向阳表面为锯齿面，锯齿面是由锯齿透光板构成，真空壳里侧安装有热辐射隔离膜，外侧安装有保温层，吸热器的两根循环输水管分别从集热器两侧的上方引出，透光容器包括有真空支撑，真空支撑是由透光网格支架和隔热网格支架组成，隔热网格支架支撑在吸热器的背光面，透光网格支架与吸热器接触，透光容器还包括有真空补压嘴、真空度传感器、悬挂支架；

真空补压嘴的防漏锁紧座密闭的固定在集热器的真空壳上，真空度传感器的壳体密闭的固定在集热器的真空壳上，集热器上的悬挂折页用螺栓连接在悬挂支架上，吸热器包括防冻传感器，防冻传感器是用空心螺栓或空心螺帽连接在循环水管上，循环输水管靠近墙眼处设有可以组合、分解的管接头，该集热器还包括自动跟踪阳光的机构，该机构是使集热器以上边沿为轴，使集热器的一个边沿在螺纹丝杠上直线往返运动，该机构包括阳光入射角传感器、微电机、悬挂支架及仰角位移驱动、万向旋转器；

其中的仰角位移驱动包括螺纹丝杠、减速箱、传动轴、传动轴连接器、驱动齿轮、悬挂折页、位移折页、支撑折页；

其中的阳光入射角传感器安装在集热器上，微电机、传动轴连接器、传动轴、传动轴连接器、减速箱按顺序设置，其中微电机等价于玩具电机的功率，采用双轴输出，仰角位移驱动是左右对称的两套，减速后的动力传给驱动齿轮，减速箱的驱动齿轮带动位移折页在螺纹丝杠上移动的结构是驱动齿轮和位移折页的一页套在螺纹丝杠上，位移折页的另一页固定在真空壳上，悬挂折页的一页固定在真空壳上，悬挂折页的另一页与悬挂支架用螺栓连接，支撑折页的一页与螺纹丝杠的一端连接，支撑折页的另一页固定在悬挂支架的下方，万向旋转器串接在循环输水管上。

真空补压嘴它包括防漏锁紧座、防漏锁紧罩、防漏罩、弹性胶管、密封垫圈；

真空补压嘴的防漏锁紧座密闭的固定在真空壳上，密封垫圈在防漏锁紧座上，防漏锁紧罩压紧密封垫圈的同时，防漏罩在防漏锁紧罩的推动下垂直挤压密封垫圈，单向封闭抽气孔的弹性胶管包在防漏锁紧座上的抽气孔上，弹性胶管采用弹性好的耐热橡胶制成。

真空度传感器它包括电子开关、传感器的壳体；

该传感器的壳体密闭的固定在真空壳上，跟随真空气室的压力改变而形变的封闭的壳体是用波纹管或弯曲金属管制成，电子开关是用磁铁和霍尔元件构成，电子开关受控于形变气室的形变。

真空支撑，其中的透光网格支架是用有机透光材料构成网格支架，在该支架与吸热器接触的一侧组装了采用绝热材料制成的条，隔热网格支架是用绝热材料制成网格支架，透光网格支架和隔热网格支架的支撑接触面都是刀刃状或凸起的圆弧状。

阳光入射角传感器是安装在集热器上，所说的传感器是由若干个光敏元件安装在阴影板上，被垂直安装在阴影板上的遮阳板所等分。

万向旋转器它包括旋转器外壳、旋转器内壳、滑动耐磨垫圈、陶瓷环、防漏密封圈；

该旋转器串接在循环输水管中，旋转器内壳插在旋转器外壳中，滑动耐磨垫圈套在旋转器内壳上，滑动耐磨垫圈连接在旋转器外壳上，防漏密封圈、陶瓷环、陶瓷环、防漏密封圈按顺序设置在两壳对接区域的壳内部。

1、解决集热器破碎的技术方案：

用含有耐紫外线工艺的有机透光材料，一次成型锯齿透光板，替代真空玻璃管，构成重量轻、不破碎的真空锯齿式自动跟踪太阳集热器。

2、解决季节和时间差产生光反射的技术方案：

用集热器自动跟踪阳光，补偿由于季节差产生的阳光入射角偏差。

自动跟踪阳光主要由阳光入射角传感器、微电机、悬挂支架及若干个仰角位移驱动、万向旋转器所组成，它包含有使集热器向阳侧的平面垂直于某一圆弧轨迹，该圆弧轨迹的一端垂直于墙立面，集热器沿该圆弧轨迹自动重复往返位移的机构。

自动跟踪阳光需要解决如下四个问题：

①解决软、硬输水管无法跟随集热器位移的技术方案：

用万向旋转器将输水管线的线位移转换成角位移。

万向旋转器是由，两根对接的水管，细水管插在粗水管中，靠近墙眼的一端设有可以组合、分解的管接头，所说的对接处包含有能相对反方向旋转的连接和防漏机构。

由于安全的需要，安装和维修工作必须在窗口处伸手可及的范围里。

所以，所有的输水管线不能远离窗口。

假如，集热器以底边沿为轴旋转，硬连接的输水管无法跟随集热器位移。

假如，采用弹簧软水管虽然能够跟随，但是，寿命很短，承受水压能力差，软水管施加保温材料后失去柔软性，也无法跟随集热器位移。

只有，集热器以上边沿为轴旋转，配以万向旋转器，才是可行的。

②解决阳光入射角传感器的技术方案：

阳光入射角传感器如果安装在窗台或墙上，检测的是绝对入射角，控制复杂成本高。

阳光入射角传感器安装在集热器上，检测的是入射角偏差，控制简单成本低，运行可靠。

③解决万向旋转器和悬挂折页的轴线不在一条直线上的技术方案：

如果不在一条直线上，就无法将线位移转换成角位移。

解决的办法是，在集热器两侧的输水管引出端，各增加一个Z型管接头。

④解决集热器沿圆弧轨迹自动重复往返位移的技术方案：

仰角位移驱动是由集热器上固定的若干个高强度折页和悬挂支架上固定的若干个高强度折页，使集热器的一个边沿，在螺纹丝杠上直线往返运动，限位磁铁组装在螺纹丝杠的顶端。

采用两套仰角位移驱动，集热器稳定度好，抗风能力强。

由于减速比很大，驱动齿轮在螺纹丝杠上停止转动时，无须锁定机构，集热器也不会随风移动。

3、解决有机材料构成透光板，强度不足难以抽真空的技术方案：

目前真空平板集热器的支撑用的是玻璃条，固定玻璃条的材料遮挡了一定量的光线。

支撑过多时，吸热器和大气之间会出现程度不同的冷热交换现象。

真空支撑的优劣是集热器的关键所在。

以下从两方面加以解决：

①增强透光板自身的整板强度：

用于免坡度安装的锯齿透光板的锯齿，具备了力学中稳定度最好的三角结构。

平面有机透光板一次成型锯齿透光板后，整板强度提高了百倍。

也为点接触的真空支撑创造了条件。

②采用高绝热、低挡光的真空支撑：

真空支撑是由透光网格支架和隔热网格支架组成，其中，所说的透光网格支架是用有机透光材料构成网格支架，该支架与吸热器接触的一侧，组装了绝热材料制成的条，其中，所说的隔热网格支架是用绝热材料制成网格支架，所说的透光网格支架和隔热网格支架的支撑接触面都是刀刃状或凸起的圆弧状。

采用网格支架，是因为，可以将支撑接触面加工成刀刃状，而玻璃作不到。

可以将网格支架的单位网格面积做的很小，而玻璃作不到。

有机透光材料的热传导系数比玻璃小很多，冷热交换自然也就小很多。

隔热条很细，且紧贴在吸热器侧，所以遮挡光线极微。

透光网格支架配以隔热条是为了提高有机透光材料的耐热性。

采用插编的方式制成网格支架是因为工艺简单，成本低。

支撑接触面采用点和线接触方式，绝热性更好。

外力作用下网格支架不断裂，而玻璃条支撑易断裂。

用绝热网格支架替代吸热器和真空壳之间的聚氨酯发泡，是为了提高绝热性。

4、解决材料性慢泄漏的技术方案：

材料方面无法解决慢泄漏，但是可以侧面解决。

不能因为自行车出厂时，无法做到轮胎永远不漏气，而被拒绝使用。

在集热器上设置真空补压嘴，真空补压嘴它是一种，可以随时反复组合分解的若干道密封机构，所说的若干道密封是用防漏罩沿立筋轨道垂直压紧密封垫圈，用弹性胶管单向封闭抽气孔。

达到简单、方便、迅速的补充真空压力。

5、解决集热器真空度下降后，使用者不易及时发现的技术方案：

在集热器上设置简单、可靠、寿命长的真空度传感器，将压力转换成电信号，提供给电子声光报警。

使用户及时发现真空度是否下降。

真空度传感器它包含有电子开关、能跟随真空气室的压力改变而形变的封闭的壳体，所说的壳体是用波纹管或弯曲金属管制成。

所说的电子开关是用磁铁和霍尔元件构成。

6、解决集热器冻堵的技术方案：

解决冻堵有三种途径：

①提高抗冻性，即集热器反复冻堵过程中，集热器不会被冻裂。

②提高防冻性，即用电加热等办法，防止集热器的水温降到零度以下。

③提高耐冻性，即提高集热器的保温性或加大集热器的贮水量，使集热器在一定时间内不冻堵。

分析抗冻性：

控制集热器内部水的结冻顺序，还是在集热器内设冰冻膨胀吸收器，还是使用具有伸缩性的材料制成集热器的易冻部位。

本途径存在，工艺复杂、弹性材料成本高易老化。

即便抗冻性过关，集热器不会被冻裂。

可是未排空的水，增加了储能的质量。

夜晚储存的低温能量，将抵消白天等量的有效热能。

分析保温性：

提高集热器的保温性或加大集热器的贮水量，是有局限性的。

无法抵御偶然性，即无法知道每次寒流的最低温度是多少，无法知道会不会突破保温性的底线。

现有材料种类及价格等原因，使提高保温性受到限制。

综合比较后可以看出，提高防冻性，经济实用、简单可靠。

根据不同地域，选取具体方案，①用管道泵自动局部增温的方式防止偶然到来的寒流冻裂集热器。

②用集热器自动排空方式，保证长期工作在冻堵温度下的集热器不发生冻堵现象。

集热器自动排空是由水泵将集热器中的水全部抽入贮水箱时，高水位处的电磁阀关闭，空气从输水管道上的进气装置进入集热器。

两种方式都有手动排空。

手动排空用于停电、水泵故障、维修。

以上方式比电热带、电伴带，省电，安全。

不存在停电误区。

共享的防冻传感器的可靠性在于与被测介质接触的方式。

防冻传感器是用空心螺栓或空心螺帽连接在循环水管上，使温度传感器可重复的放置在循环水管的水中。

7、解决目前的真空平板集热器保温性欠佳的技术方案：

在真空壳的开口四周设有一定宽度的外伞沿，所说的真空壳，里侧安装有热辐射隔离膜，外侧安装有保温层。

用热辐射隔离膜挡住吸热器的热辐射，虽然简单，但是有效。

用低成本的隔热网格支架替代真空支撑的聚氨酯发泡，目的是，提高绝热性，降低成本。

聚氨酯发泡移到真空壳外面，其支撑作用恢复为保温作用，使其保温性得到充分发挥。

提高了集热器保温性和性能价格比。

目前，真空平板集热器是在吸热器背光面，用聚氨酯发泡作为真空支撑。

聚氨酯发泡在真空层内，保温性没有得到发挥。

大面积长时间接触的情况下，热传导性是明显的，温差越大越明显。

影响保温性的另一原因，吸热器悬空在真空壳内，要有一定的固定和连接，吸热器的两根循环水管从真空壳里引出时产生硬连接。

尤其是焊接时，其冷热传导是明显的。

8、解决透光板热胀冷缩，胀坏集热器的技术方案：

有机透光材料的膨胀系数比金属大很多，一般情况下，四周必须留出膨胀空间。

预留膨胀空间使结构和工艺复杂化。

膨胀出的尺寸极易破坏真空密封。

解决的办法是，用锯齿透光板的锯齿吸收垂直方向的尺寸变化。

用锯齿透光板两侧凸起的半圆形折弯吸收水平方向的尺寸变化。

9、解决锯齿透光板四周密封可靠性的技术方案：

四周的结构关系到真空密封的可靠性。

使真空壳开口的四周形成一个一定宽度的外伞沿。

密封胶作用在外伞沿这个大的平面上，由于接触面积大，相对提高了胶的附着力、扭曲力、剪切力。

10、解决集热器抗风能力的技术方案：

真空壳的板材不可能很厚的情况下，结构合理性非常重要。

关系到安全程度，抗风能力，使用寿命。

用于自动跟踪阳光的轴和轴套，如果分解在集热器的侧面和悬挂支架上，由于作用点集中，力的作用方向不好，会使真空壳形变。

使集热器安装复杂，维修不便。

采用轴和轴套集中的方式，即采用轴和轴套为一体的高强度折页，将其分别固定在外伞沿的四个角上，用高强度折页的多孔固定，分散对真空壳外伞沿的拉力，是简单有效的办法。

11、解决万向旋转器动态连接处，动态保温的技术方案：

用保温材料将万向旋转器包裹起来，保温材在万向旋转器的动态连接缝处横向断开，在其断开处设置耐磨、密封机构。

12、解决上下限温度控制方式不适合集热器水温控制的技术方案：

用自适应式温差控制，替代上下限温度控制。

自适应式温差控制，类似水涨船高的控制水的温度。

不会出现阳光不好，水温达不到设定的上限值，管道泵不转。

不会出现水温超过设定的上限值，管道泵转个不停的现象。

13、解决集热器下方的冷水管远离窗口，管线强度不好及无法施加保温层的技术方案：

吸热器是利用水的温差，自循环收集热量。

所以吸热器循环水管必须是热水管在上，冷水管在下，水温才能循环起来。

安装工作必须是站在窗口伸手可及的范围里。

约束条件决定了，只有改变平板集热器的冷水管都是从下方引出的惯例，将两根水管分别从集热器两侧的上方引出。

14、解决集热器高空安装及维修不方便的技术方案：

将悬挂固定机构与集热器分离。

两根循环水管入户处，采用管接头连接。

做到安装简单。

维修采用不拆卸悬挂支架，简单的将集热器和悬挂支架分离后，就可以将集热器拿进屋里的做法。

本发明具有以下优点：

△集热器不会被意外或人为飞来物、冰雹击碎，免除了高空坠落伤人的忧患。

△集热器可以免坡度安装于墙立面，实现建筑一体化。

△集热器自动跟踪阳光，提高了集热器的热效率。

△集热器的真空度很好。

2mm厚的压克力板制成锯齿透光板，经不同程度透光支撑后，真空度可达0.05Mpa至0.1Mpa。

△真空支撑的特点是，支撑接触面积小、支撑点密集、遮挡光线少、绝热性好、支撑耐热性好。

其中每个支撑点的支撑接触面积，仅为0.1mm2。

透光网格支架还具有抑制真空夹层中残留空气对流的作用。

因为，真空夹层中残留空气对流是影响保温性的主要原因之一。

△集热器防冻性和耐冻性很好。

集热器自动排空机构，使集热器在任何高寒地区都不会发生冻堵现象。

手动排空不受停电和故障的困扰。

△锯齿透光板具有很强的消除热胀冷缩产生的尺寸变化，保证了真空密封的可靠性。

△集热器具有近似承压式的水流量，又有非承压式停电停水时，水箱的水可供应急，用水量灵活，省水，价格低，寿命长等特点。

△贮水箱安装在阳台或一般户型时，不用循环泵便可以自循环。

安装于特殊户型或某种原因输水管线不留坡度时，可用管道泵附助循环。

采用自适应式温差控制，消耗有效电能少，50W的专用管道泵，每月耗电仅9角钱。

△输水管线热损耗非常小。

户外输水管线总长0.5m。

户内、户外循环输水管任何部位都可以方便的加保温层。

△集热器和贮水箱分离后，贮水箱在室内热损耗小。

冬天，更是明显。

△集热器热效率高，启动快。

它具有真空玻璃集热器的真空效果，又具有平板集热器热效率高的特点。

△集热器具有真空欠压报警和真空补压功能。

可以随时、灵活、方便、简单的真空补压。

如同自行车补气。

△集热器具有很强的抗风能力，不易形变。

△集热器模块化，便于包装和运输及产品系列化。

集热器循环水管引出端的连接方式，采用缩进式内螺纹连接。

集热器外观是规整的长方体。

△集热器安装简单、维修方便。

体积为1.2m×

0.7m×

8cm，重量仅20公斤左右，站在室内的窗口处就可以安装和维修。

△集热器不受狂风、大雪、冰雹、灰尘的侵扰。

不放在房顶上，就不会损坏楼顶的防水。

不会引起顶层居民的烦感和有意破坏。

打开窗户可以清除锯齿透光板表面的浮灰，保证集热器的集热效率。

集热器安装在自家窗户外面，关系独立，经济独立，符合民意。

太阳能建筑一体化是国内外太阳能发展的必然方向。

（四）附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图7是图1的C-C侧视放大图；

图2是图1的A-A侧视剖面图；

图8是图7的I-I放大图；

图3是图1的B-B侧视放大图；

图9是图7的J-J放大图；

图4是图3的F-F放大图；

图10是图1的D-D侧视放大图；

图5是图3的G-G放大图；

图11是图1的E-E侧视放大图；

图6是图3的H-H放大图；

图12是自动排空与手动排空示意图。

图1、101.循环水温度传感器，102.内连接架，103.悬挂支架，

104.热胀冷缩吸收瓦，105.驱动齿轮，106.减速箱，107.传动轴连接器，108.传动轴，109.微电机，A-A.见图2，B-B.见图3,C-C.见图7，

D-D.见图10，E-E.见图11。

图2、201.密封装饰夹，202.悬挂折页，203.保护壳，204.保温层，205.真空壳，206.热辐射隔离膜，207.隔热网格支架，208.吸热器，

212.锯齿透光板，213.真空气室，214.支撑折页，215.位移折页。

图3、F-F.真空补压嘴，G-G.阳光入射角传感器，H-H.真空度传感器。

图4、401.防漏锁紧罩，402.防漏罩，403.弹性胶管，404.抽气孔，

405.密封垫圈，406.防漏锁紧座，407.密封垫圈。

图5、501.遮阳板，502.光敏元件，503.阴影板。

图6、601.形变气室，602.壳体，603.磁铁，604.霍尔元件。

图7、I-I.防冻传感器，J-J.万向旋转器。

图8、801.温度传感器导线，802.温度传感器，803.密封垫圈，804.密封螺栓。

图9、901.陶瓷环，902.旋转器外壳，903.旋转器内壳，904.防漏