專利名稱：跟蹤立式儲(chǔ)熱-采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)，尤其是一種應(yīng)用在光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的跟 蹤立式儲(chǔ)熱-采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)，屬于太陽能集熱技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
跟蹤立式儲(chǔ)熱_采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)是一種太陽能聚光集熱 系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用光子晶體聚光板把將入射光聚焦在聚焦線上，使位于聚焦線的太陽能接 收器位于較高的溫度，利用自然循環(huán)的方式用水進(jìn)行冷卻太陽能接收器，從而達(dá)到對(duì)水加 熱目的。據(jù)申請(qǐng)人了解，目前使用的臥式太陽能熱水器，雖然加熱效果好，但是存在以下幾 方面的問題1.占用面積大，尤其是對(duì)于在城市高層建筑上使用的太陽能熱水器，由于所有用 戶都是用頂層有限面積放置太陽能熱水器，所以有限而積勢(shì)必不足以滿足用戶的要求。2.有效利用太陽能時(shí)間短，由于大部分熱水器部的集熱板都是固定不動(dòng)的，所以 勢(shì)必會(huì)造成有效利用太陽能時(shí)間短的缺點(diǎn)。3.利用太陽能效率低，集熱板都存在集熱的同時(shí)會(huì)部分反射太陽能而造成部分的 能量損耗，這也就造成了利用太陽能低的缺點(diǎn)。本發(fā)明在技術(shù)和材料上克服了以上臥式太陽能熱水器存在的不足，可以更好更有 效的利用太陽能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種跟蹤立式儲(chǔ)熱_采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱 系統(tǒng)，并使用新型材料來確保更好的利用太陽能的聚光集熱。使用太陽能電池板來部分或 完全替代傳統(tǒng)的太陽能為本發(fā)明所涉及的被動(dòng)式光感應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)供電，從而更好，更全面， 更有效率的利用太陽能。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種跟蹤立式儲(chǔ)熱_采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系 統(tǒng)，該系統(tǒng)被安裝在帶有被動(dòng)式光感應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)托盤上，其特征在于包括由立式采 熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱，主光子晶體聚光板，輔助光子晶體聚光板，太陽能電池板以及若干數(shù) 量的金屬玻璃封接式真空熱管和環(huán)狀絕熱水管組成；以上六大組成部分的安裝結(jié)構(gòu)為，主 光子晶體聚光板，金屬玻璃封接式真空熱管和環(huán)狀絕熱水管均與立式采熱_儲(chǔ)熱結(jié)合式水 箱連接，太陽能電池板與輔助光子晶體聚光板連接。所述的立式儲(chǔ)熱-采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)，其特征在于所述的 主光子晶體聚光板緊密附著于立式采熱_儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱外側(cè)。所述的輔助光子晶體聚光板以分布于附著在立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱周圍的 塊狀絕熱材料中間金屬玻璃封接式真空熱管為聚焦線位于立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱的 外圍。所述的立式儲(chǔ)熱-采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)，其特征在于所述的太陽能電池板被放置于輔助光子晶體聚光板的聚光面周圍(包括頂部和側(cè)面)并與輔助光 子晶體聚光板同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的金屬玻璃封接式真空熱管放置于主光子晶體聚光板的聚焦線和位于立式 采熱_儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱側(cè)面的保溫材料結(jié)合處，所述的金屬玻璃封接式真空熱管的冷卻端 均插入與立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱底部相連接的環(huán)狀絕熱水管內(nèi)，在冷卻金屬玻璃封接 式真空熱管內(nèi)工作介質(zhì)的同時(shí)使水加熱。本發(fā)明跟蹤立式儲(chǔ)熱_采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)的工作原理為在 本發(fā)明所涉及的被動(dòng)式光感應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下，本發(fā)明的跟蹤立式儲(chǔ)熱-采熱結(jié)合型太 陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)就會(huì)整體調(diào)整為接收太陽能的最好角度，主光子晶體聚光板和輔 助光子晶體聚光板把太陽能聚光聚焦到位于聚光板聚焦線位置的金屬玻璃封接式真空熱 管上，金屬玻璃封接式真空熱管的冷卻端均插入與立式采熱_儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱底部相連接 的環(huán)狀絕熱水管內(nèi)，在冷卻金屬玻璃封接式真空熱管內(nèi)工作介質(zhì)的同時(shí)使水加熱。本發(fā)明跟蹤立式儲(chǔ)熱_采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)中光子晶體聚光 板吸收聚焦的原理為光子晶體即光子帶隙材料，從材料結(jié)構(gòu)上看，光子晶體是一類在光學(xué) 尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)和制造的晶體。與半導(dǎo)體晶格對(duì)電子波函數(shù)的調(diào)制 相類似，光子帶隙材料能夠調(diào)制具有相應(yīng)波長(zhǎng)的電磁波一當(dāng)電磁波在光子帶隙材料中傳 播時(shí)，由于存在布拉格散射而受到調(diào)制，電磁波能量形成能帶結(jié)構(gòu)。能帶與能帶之間出現(xiàn)帶 隙，即光子帶隙。所具能量處在光子帶隙內(nèi)的光子，不能進(jìn)入該晶體。光子晶體和半導(dǎo)體在 基本模型和研究思路上有許多相似之處，原則上人們可以通過設(shè)計(jì)和制造光子晶體及其器 件，達(dá)到控制光子運(yùn)動(dòng)的目的。光子晶體(又稱光子禁帶材料)的出現(xiàn)，使人們操縱和控制 光子的夢(mèng)想成為可能。由于光子晶體光子禁帶的出現(xiàn)，使得利用光子晶體制作聚光板成為可能，同時(shí)也 使在光吸收階段最大程度利用太陽能成為可能。本發(fā)明所使用的光子晶體材料是寬禁帶 的，從而在可見光范圍內(nèi)的光子能夠被聚焦到太陽能集熱器上。本發(fā)明跟蹤立式儲(chǔ)熱_采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)光學(xué)聚焦的幾何 光學(xué)原理為圓弧形聚光而可以把光線聚焦到圓弧的焦點(diǎn)上，圓弧如果在空間上形成圓弧 面，則圓弧面就可以把光線聚焦在一條位于圓弧面所在圓的圓心線上。與現(xiàn)有的大范圍使用的臥式儲(chǔ)熱-采熱分離性結(jié)構(gòu)的太陽能熱水器相比本本發(fā) 明會(huì)產(chǎn)生以下三方面有益效果1.本發(fā)明由于采用立式儲(chǔ)熱-采熱結(jié)合型結(jié)構(gòu)所以能大幅度的節(jié)省太陽能熱水 器所占用的空間。2.本發(fā)明由于是跟蹤式太陽能熱水器的采熱集熱系統(tǒng)，所以本發(fā)明能在本發(fā)明所 涉及的被動(dòng)式光感應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下，根據(jù)光強(qiáng)的變化自動(dòng)調(diào)整接收太陽能的角度，所 以能長(zhǎng)時(shí)間的接收太陽能。3.本發(fā)明由于采用由光子晶體材料制作聚光板，所以能避免傳統(tǒng)聚光板對(duì)光的吸 收，從而最大程度的利用太陽能。4.本發(fā)明采用太陽能電池板的設(shè)計(jì)，可以部分或全部代替現(xiàn)有傳統(tǒng)電能為本發(fā)明 所涉及的被動(dòng)式光感應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)供電，從而最大程度的利用太陽能。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)的三維線框構(gòu)成圖；圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)的三維線框三視圖；圖3為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體三視圖；圖4為本發(fā)明的立式采熱_儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱三維實(shí)體圖；圖5為本發(fā)明的立式采熱_儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱三維線框圖；圖6為本發(fā)明的立式采熱_儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱三維線框圖三視圖；圖7為本發(fā)明的光子晶體聚光板示例(一)；圖8為本發(fā)明的光子晶體聚光板示例(二)；圖9為本發(fā)明的光子晶體聚光板的光學(xué)原理圖；圖10為本發(fā)明的太陽能電池板三維實(shí)體圖示例；圖11為本發(fā)明的太陽能電池板的三維實(shí)體圖三視圖；圖12為本發(fā)明的太陽能電池板的三維線框圖三視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。對(duì)照?qǐng)D1可以看出本實(shí)施例的跟蹤立式儲(chǔ)熱-采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集 熱系統(tǒng)中，帶有上光子晶體聚光板6的立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱1，輔助光子晶體聚光板 2以及連在輔助光子晶體聚光板聚光面周圍的太陽能電池板3被固定在帶有被動(dòng)式光感應(yīng) 傳動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)托盤上，并隨著帶有被動(dòng)式光感應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)托盤同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，主光子 晶體聚光板6和輔助光子晶體聚光板2把太陽能聚焦到金屬玻璃封接式真空熱管5上，金 屬玻璃封接式真空熱管5的冷卻端均插入與立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱1底部相連接的環(huán) 狀絕熱水管4內(nèi)，在冷卻金屬玻璃封接式真空熱管5內(nèi)工作介質(zhì)的同時(shí)使水加熱。對(duì)照?qǐng)D2，圖3可以看到本實(shí)施例的跟蹤立式儲(chǔ)熱-采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光 集熱系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的三維線框三視圖和本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體三視圖。對(duì)照?qǐng)D4可以清楚看出本實(shí)施例的跟蹤立式儲(chǔ)熱-采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光 集熱系統(tǒng)在圖1中的立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱1的清楚構(gòu)成，立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水 箱主要由主吸收面的光子晶體聚光板7和分布在水箱周圍的塊狀保溫材料8構(gòu)成。在圖5 中可以看到立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱周圍塊狀保溫材料的中間固定有金屬玻璃封接式 真空熱管9。在圖6中可以看到本實(shí)施例中立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱的三維線框三視圖， 更為清楚的了解立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱。在圖7，圖8中可以看到本實(shí)施例中主光子晶體聚光板和輔助管子晶體聚光板的 具體位置。其中以金屬玻璃封接式真空熱管5為聚焦線的輔助光子晶體聚光板2分布在立 式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱1的外側(cè)周圍。這些輔助光子晶體板2把太陽能聚焦到主體固定 在立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱1的外側(cè)周圍的塊狀保溫材料中間的金屬玻璃封接式真空熱 管5上，金屬玻璃封接式真空熱管5的冷卻端均插入與立式采熱_儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱1底部 相連接的環(huán)狀絕熱水管4內(nèi)，在冷卻金屬玻璃封接式真空熱管5內(nèi)工作介質(zhì)的同時(shí)使水加 熱。光子晶體聚光板的光學(xué)原理圖見圖9。圖10中可以清楚看到本實(shí)施例的跟蹤立式儲(chǔ)熱_采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)太陽能聚光板3的空間結(jié)構(gòu)。圖10中的太陽能聚光板3固定在輔助光子晶體聚 光板2的聚光面外側(cè)周圍。采用太陽能電池板的目的是部分或全部取代常規(guī)電能來供應(yīng)安 裝在旋轉(zhuǎn)托盤上的被動(dòng)式光感應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)。以達(dá)到充分利用太陽能的目的。在圖11，圖12 可以清楚的看到太陽能電池板的三維實(shí)體圖三視圖和太陽能電池板的三維線框圖三視圖。
本實(shí)施例考慮了優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)巧妙自然，新穎而且使用。聚光集熱效率，光熱轉(zhuǎn) 換效率比傳統(tǒng)的太陽能熱水器有大幅度的提升。而且在有效利用太陽能的時(shí)間和有效光聚 焦面積的方面是傳統(tǒng)的太陽能熱水器所無法比擬的。 除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還有其他多種實(shí)施方式。例如也可以用其他形式或其他 材料的聚光鏡來聚焦光能。再如用其他形式的太陽能集熱裝置來替代本裝置的金屬玻璃封 接式真空熱管，等等。凡等同替換或等效變形形成的技術(shù)方案均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種跟蹤立式儲(chǔ)熱-采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)被安裝在帶有被動(dòng)式光感應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)托盤上，其特征在于包括由立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱，主光子晶體聚光板，輔助光子晶體聚光板，太陽能電池板以及若干數(shù)量的金屬玻璃封接式真空熱管和環(huán)狀絕熱水管組成；主光子晶體聚光板，金屬玻璃封接式真空熱管和環(huán)狀絕熱水管均與立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱連接，太陽能電池板與輔助光子晶體聚光板連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式儲(chǔ)熱_采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)，其特征 在于所述的主光子晶體聚光板緊密附著于立式采熱_儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式儲(chǔ)熱_采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)，其特征 在于所述的輔助光子晶體聚光板以分布于附著在立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱周圍的塊狀 絕熱材料中間金屬玻璃封接式真空熱管為聚焦線位于立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱的外圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式儲(chǔ)熱-采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)，其特征 在于所述的太陽能電池板被放置于輔助光子晶體聚光板的聚光面周圍并與輔助光子晶體 聚光板同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式儲(chǔ)熱-采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)，其特 征在于所述金屬玻璃封接式真空熱管放置于主光子晶體聚光板的聚焦線和位于立式采 熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱側(cè)面的保溫材料結(jié)合處，所述的金屬玻璃封接式真空熱管的冷卻端插 入與立式采熱_儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱底部相連接的環(huán)狀絕熱水管內(nèi)，在冷卻金屬玻璃封接式真 空熱管內(nèi)工作介質(zhì)的同時(shí)使水加熱。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種跟蹤立式儲(chǔ)熱-采熱結(jié)合型太陽能熱水器聚光集熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)被安裝在帶有被動(dòng)式光感應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)托盤上，其特征在于包括由立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱，主光子晶體聚光板，輔助光子晶體聚光板，太陽能電池板以及若干數(shù)量的金屬玻璃封接式真空熱管和環(huán)狀絕熱水管組成；主光子晶體聚光板，金屬玻璃封接式真空熱管和環(huán)狀絕熱水管均與立式采熱-儲(chǔ)熱結(jié)合式水箱連接，太陽能電池板與輔助光子晶體聚光板連接。通過本發(fā)明可大幅度的節(jié)省太陽能熱水器所占用的空間，能長(zhǎng)時(shí)間的接收太陽能，能避免傳統(tǒng)聚光板對(duì)光的吸收，從而最大程度的利用太陽能。
文檔編號(hào)F24J2/32GK101871697SQ201010213768
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者楊曉東, 郭康賢 申請(qǐng)人:廣州大學(xué)