专利名称：聚焦式太阳能热水器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于太阳能应用领域，涉及一种聚焦式太阳能热水器。
技术背景随着人们对太阳能了解的不断深入，太阳能的应用正快速地进入我们的生活，各种各样的太阳能热水器相继面世，方便了人们的生活。目前市场上的太阳能热水器普遍采用玻璃真空热管集热，为了提高其集热效率，一些厂家在玻璃真空热管的下面设置整体结构的不锈钢或铝板压制的反射聚光镜完成聚光的作用，但这种结构的反射聚光镜存在不少弊端，一是它的聚光效率不高，二是不便于跟踪太阳。为提高采热效率，也出现一些使反射聚光镜平动或转动的太阳跟踪装置，使反射聚光镜跟踪太阳，但是，由于反射聚光镜置于热管的背面，它们仅适合于使用单根热管集热的太阳能热水器，不适合于使用多根热管集热的太阳能热水器，因而，如何进一步提高使用多根热管集热的太阳能热水器的热效率，还是一个急待解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种使用多根热管集热、且热效率高的聚焦式太阳能热水器。
本实用新型所提供的聚焦式太阳能热水器的结构如下，由热水器支架、水箱、进水管、出水管、两根以上集热管、聚光镜和太阳跟踪装置组成，所述的集热管包括金属热管和套在其外部的玻璃管，金属热管的冷凝段插入水箱；所述太阳跟踪装置包括太阳能电池、电动机和传动机构，电动机接太阳能电池、电动机驱动传动机构带动聚光镜跟踪太阳，其特点是所述聚光镜采用菲涅耳透镜，每根集热管上配有一个透镜架，透镜架上有一个以上焦距相同的菲涅耳透镜，菲涅耳透镜置于透镜架的上部、集热管的上方，且与其平行，每个菲涅耳透镜与集热管内部金属热管的距离等于菲涅耳透镜的焦距，各集热管上的透镜架由一根联动杆连接。所述的透镜架是由两端的支撑件和支撑件上的透镜框组成，菲涅耳透镜置于透镜框内，支撑件的下方是一个开口朝上的半圆形环，集热管置于透镜架两端半圆形环的上方，其中靠近热水器支架的一个透镜架两端支撑件下方的半圆形环两侧固接着向下的托架，托架的底面延伸至透镜架的外侧，太阳能电池板和电动机装在该托架的底面上，太阳能电池板装在延伸至透镜架外侧的托架底面上，所述太阳跟踪装置中的传动机构由电动机的转轴、装在转轴上的齿轮，及该透镜架支撑件下方的一个半圆形环组成，该半圆形环的外表面为齿轮状，该外表面为齿轮状的半圆形环与装在电动机转轴上的齿轮啮合。
本实用新型所提供的聚焦式太阳能热水器的工作原理如下，太阳光照射菲涅耳透镜，由于置于透镜架上面的菲涅耳透镜与集热管平行，且，每个菲涅耳透镜与集热管内部金属热管的距离等于菲涅耳透镜的焦距。经菲涅耳透镜聚光后，将太阳热集中在集热管内部金属热管的蒸发段上，如采用的是柱面菲涅耳透镜，其焦线正好落在金属热管的蒸发段上，如采用一个以上点聚焦菲涅耳透镜，每个菲涅耳透镜的焦点都落在金属热管的蒸发段上，形成断续的焦线，使金属热管内部的工质得到充足的热量，很快地蒸发，变为汽态工质，进入冷凝段，与水箱内的冷水进行热交换后变为液态工质，又流回蒸发段，重新受热、蒸发形成热循环，由于。由于菲涅耳透镜将所采集的太阳热全部聚集在金属热管的蒸发段上，使得进入冷凝段的汽态工质温度较高，很快就能把水箱内的水加热。同时，由于采用了由电动机的转轴、装在转轴上的齿轮，及该透镜架支撑件下方的一个半圆形环状齿轮组成的传动机构，各集热管上的透镜架由一根联动杆连接，使传动机构可以同时带动几个透镜架一起转动，太阳跟踪装置使每个透镜架上的菲涅耳透镜始终对着太阳，这更进一步提高了集热管的集热效率，使得采用这种结构的聚焦式太阳能热水器，单根集热管的实际集热面积比其他同类型的集热管的集热面积大得多，所以如果水箱的容积相同，采用本实用新型所提供的聚焦式太阳能热水器使用的集热管比同类型的其它真空管太阳能热水器数量少，因此，热泄漏点也少，热效率就更高了，它既可做热水器使用，又可做开水器用。
本实用新型所提供的聚焦式太阳能热水器由于采用了装在集热管正面的菲涅耳透镜将太阳热聚集在集热管内，并采用了联动杆实现透镜架的联动，有效地解决了多根集热管同时跟踪太阳的难题，同时扩大了集热管的采热面积，大大地提高了采用多根集热管集热的太阳能热水器的集热效率，该聚焦式太阳能热水器还可做开水器用，它具有结构简单、使用方便的优点。
图1是本实用新型所提供的聚焦式太阳能热水器实施例的总体结构示意图；
图2是图1中聚焦式太阳能热水器中位于各透镜架一端的支撑件的结构及联结示意图；图3是装在一个透镜架下方支撑太阳跟踪装置的托架底面安装示意图；图4是图1中聚焦式太阳能热水器中太阳跟踪装置的控制电路原理图。
图1-图3中1为金属热管，2为套在金属热管外部的玻璃管，3为热水器支架，4为水箱，5为进水管，6为出水管，7为菲涅耳透镜，8为透镜支架，8.1为透镜框，8.2为支撑件，8.3为透镜架上的半圆环，8.3’为透镜架上外表面为齿轮状的半圆环，9为支撑太阳跟踪装置的托架，9.1为支撑太阳跟踪装置的托架底面，10为太阳能电池板，11为联动杆，12为电动机，13为装在电动机转轴上的齿轮，14为电动机转轴，16为行程开关，18为限位块、19、连杆，20为销钉，21为连杆19上的滑槽。
图4中15为双向开关，16为行程开关，17为复位电源，10为太阳能电池，12为直流电动机。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的具体实施方式
，如图1-图4分别为本实用新型一个实施例的总体结构示意图(顶视图)、位于各透镜架一端的支撑件的结构及联结示意图、装在一个透镜架下方支撑太阳跟踪装置的托架底面安装示意图及太阳跟踪装置的控制电路原理图等。由图可知该实施例中聚焦式太阳能热水器由热水器支架3、水箱5、进水管6、出水管7、集热管、聚光镜和太阳跟踪装置组成，该实施例中聚焦式太阳能热水器的聚光镜采用菲涅耳透镜7，采用3根集热管，集热管由金属热管1及其外部套有的真空玻璃管2组成，每根集热管上有一个透镜架8，菲涅耳透镜7置于透镜架8的上部，且与集热管平行，每根集热管的透镜架上有5个焦距相同的点聚焦菲涅耳透镜，每个菲涅耳透镜与集热管内金属热管2的距离等于菲涅耳透镜7的焦距，各集热管上的透镜架由一根联动杆11连接，连杆19一端连在透镜架上，另一端的滑槽挂在热水器支架上的销钉20上。图2是聚焦式太阳能热水器中透镜架及太阳跟踪装置传动机构的示意图，该图是由图2、图3可知透镜架8由两端的支撑件8.2和支撑件上的透镜框8.1组成，透镜框8.1的走向与集热管同向，菲涅耳透镜7置于透镜框8.1内，支撑件8.2的下方有一个开口朝上的半圆环8.3，集热管置于此半圆环的上方，其中靠东边的一个透镜架两端支撑件下方半圆环两侧固接着支撑太阳跟踪装置的托架9，太阳能电池板10、电动机12置于托架9的底面9.1上，托架9的底面9.1延伸至透镜架的外侧，太阳能电池板10就装在这延伸至透镜架外侧的底面上，电动机的转轴14、装在该转轴上的齿轮13和与其啮合的外表面为齿轮状的圆环8.3’构成了太阳能跟踪装置的传动机构，各集热管上的透镜架由一根联动杆11连接，透镜架通过连杆19上的滑槽21挂在热水器支架的销钉20上。当菲涅耳透镜正对着太阳时，太阳能电池板的采光面被金属热管的阴影所遮住的面积最大，此时，太阳能电池所产生的电能不足以驱动透镜架转动，透镜架不动；随着地球绕着太阳转动，太阳能电池板的采光面被金属热管的阴影所遮住的面积逐渐减小，太阳能电池所产生的电能通过电动机及传动机构带动几个透镜架一起转动，至太阳能电池所产生的电能不足以驱动透镜架转动，透镜架再次停止转动，这样，周而复始地跟踪太阳。从图4可知太阳跟踪装置的控制电路由双向开关15、行程开关16、复位电源17、太阳能电池10、直流电动机12及限位块18构成。太阳跟踪装置的控制电路工作原理如下所述直流电动机12通过双向开关15与太阳能电池10和复位电源17相连，行程开关16位于直流电动机12与复位电源17之间，限位块18装于热水器支架3上，行程开关16装于透镜支架8的下部托架9的外侧，当双向开关15合于a位时，直流电机12与太阳能电池10相接，由太阳能电池、直流电机和传动机构实现菲涅耳透镜对太阳的跟踪。双向开关15合于b位时，直流电动机12与复位电源17相接，由复位电源17带动直流电动机12反转，实现透镜与集热管转至清晨初始位置。当菲涅耳透镜转至早晨正对阳光初始位置后，装在热水器支架3上的限位块18触动装于透镜支架8的下部托架9的外侧行程开关16，直流电动机12与复位电源17间断开，随后将双向开关15与合于a位，即可实现菲涅耳透镜与集热管对太阳的再次跟踪。双向开关可设于室内。本实用新型中菲涅耳透镜7可采用点聚焦菲涅耳透镜也可采用线聚焦菲涅耳透镜，集热管中金属热管1采用不锈钢或铜材制作，套在外部的真空玻璃管2采用高透明度的耐高温玻璃制作，热水器支架3、水箱4、透镜架8、托架9、齿轮13与联动杆11、连杆19及销钉20等可采用钢材制作，进水管5、出水管6采用镀锌管，电动机采用直流电动机，复位电源采用蓄电池。
权利要求1.一种聚焦式太阳能热水器，由热水器支架、水箱、进水管、出水管、两根以上集热管、聚光镜和太阳跟踪装置组成，所述的集热管包括金属热管和套在其外部的玻璃管，金属热管的冷凝段插入水箱；所述太阳跟踪装置包括太阳能电池、电动机和传动机构，电动机接太阳能电池、电动机驱动传动机构带动聚光镜跟踪太阳，其特征在于所述聚光镜采用菲涅耳透镜，每根集热管上配有一个透镜架，透镜架上有一个以上焦距相同的菲涅耳透镜，菲涅耳透镜置于透镜架的上部、集热管的上方，且与其平行，每个菲涅耳透镜与集热管内部金属热管的距离等于菲涅耳透镜的焦距，各集热管上的透镜架由一根联动杆连接。
2.根据权利要求1所述的聚焦式太阳能热水器，其特征在于所述的透镜架是由两端的支撑件和支撑件上的透镜框组成，菲涅耳透镜置于透镜框内，支撑件的下方是一个开口朝上的半圆形环，集热管置于透镜架两端半圆形环的上方，其中靠近热水器支架的一个透镜架两端支撑件下方的半圆形环两侧固接着向下的托架，托架的底面延伸至透镜架的外侧，太阳能电池板和电动机安装在该托架的底面上，太阳能电池板安装在延伸至透镜架外侧的托架底面上，所述太阳跟踪装置中的传动机构由电动机的转轴、装在转轴上的齿轮，及该透镜架支撑件下方的一个半圆形环组成，该半圆形环的外表面为齿轮状，该外表面为齿轮状的半圆形环与装在电动机转轴上的齿轮啮合。
专利摘要本实用新型提供一种聚焦式太阳能热水器，属于太阳能应用领域。它由热水器支架、水箱、进水管、出水管、两根以上集热管、聚光镜和太阳跟踪装置组成，特点是采用菲涅耳透镜做聚光镜，每根集热管上装有一个透镜架，菲涅耳透镜置于透镜架的上部，且与集热管平行，每根集热管的透镜架上有一个以上焦距相同的菲涅耳透镜，菲涅耳透镜与集热管内金属热管的距离等于菲涅耳透镜的焦距，各集热管上的透镜架由一根联动杆连接。该聚焦式太阳能热水器采用了菲涅耳透镜和可以联动的透镜架，有效地解决了多根热管跟踪太阳的难题，大大地提高了聚焦式太阳能热水器的集热效率，该太阳能热水器还具有结构简单、使用方便的优点。
文档编号F24J2/10GK2674360SQ200420024428
公开日2005年1月26日 申请日期2004年1月17日 优先权日2004年1月17日
发明者吴锡国, 吴锡波 申请人:吴锡波