追踪式太阳光集热装置

摘要

本发明公开了追踪式太阳光集热装置，包括储热箱，其特征在于：所述储热箱的底部均匀设置有吸热管，所述吸热管的一侧设置有调向机构，所述调向机构的中部固定有聚光凸透镜，所述储热箱的底部贯通连接有热水管，所述储热箱的一侧贯通连接有冷水管，所述聚光凸透镜的底部设置有传热装置，所述传热装置包括聚光部，所述聚光凸透镜的外壁对应安装有弹性固定带，所述弹性固定带与聚光部相连接，所述聚光部的一侧连接有伸缩变形部，所述伸缩变形部的底部连接有柔性导热夹套，所述柔性导热夹套与吸热管相卡接，所述伸缩变形部的内部填充有锡，所述柔性导热夹套的两侧贯通连接有热介质管，本发明，具有快速加热和减少热能损失的特点。

权利要求

1.追踪式太阳光集热装置，包括储热箱(1)，其特征在于：所述储热箱(1)的底部均匀设置有吸热管(11)，所述吸热管(11)的一侧设置有调向机构，所述调向机构的中部固定有聚光凸透镜(2)，所述储热箱(1)的底部贯通连接有热水管(13)，所述储热箱(1)的一侧贯通连接有冷水管(12)；

所述聚光凸透镜(2)的底部设置有传热装置(4)，所述传热装置(4)包括聚光部(46)，所述聚光凸透镜(2)的外壁对应安装有弹性固定带(47)，所述弹性固定带(47)与聚光部(46)相连接，所述聚光部(46)的一侧连接有伸缩变形部(45)，所述伸缩变形部(45)的底部连接有柔性导热夹套(44)，所述柔性导热夹套(44)与吸热管(11)相卡接；

所述伸缩变形部(45)的内部填充有锡；

所述柔性导热夹套(44)的两侧贯通连接有热介质管(42)，所述热介质管(42)上设置有水泵(43)，所述热介质管(42)的一端伸入储热箱(1)的内部，且伸入部分为螺旋形，所述储热箱(1)的一端连接有速热管(41)，所述速热管(41)的一端伸入螺旋形的内部；

所述聚光凸透镜(2)的外部设置有调焦装置(3)，所述调焦装置(3)包括包裹在聚光凸透镜(2)外部的固定壳体(37)，所述固定壳体(37)的两侧设置有柔性膜(35)，所述柔性膜(35)的表面呈弧形，所述柔性膜(35)与聚光凸透镜(2)之间填充有液体玻璃树脂，所述固定壳体(37)的两端分别贯通连接有罗茨泵二(36)和罗茨泵一(33)，所述罗茨泵二(36)与罗茨泵一(33)之间贯通连接有换热器一(32)，所述换热器一(32)的两端还连接有换热管一(31)，所述换热管一(31)位于储热箱(1)的内部。

2.根据权利要求1所述的追踪式太阳光集热装置，其特征在于：所述罗茨泵二(36)与罗茨泵一(33)之间贯通连接有伸缩折叠部(34)。

3.根据权利要求2所述的追踪式太阳光集热装置，其特征在于：所述热水管(13)的一侧设置有蒸汽传导装置(5)，所述蒸汽传导装置(5)包括包裹层(51)，所述包裹层(51)位于热水管(13)的外侧，所述热水管(13)的一端设置有电热丝(52)，所述电热丝(52)的一端连接有加热电源(53)，所述热水管(13)的顶部位于聚光凸透镜(2)的焦点位置，所述热水管(13)采用高热传导材质。

4.根据权利要求3所述的追踪式太阳光集热装置，其特征在于：所述热水管(13)的顶部通过轴承连接有蒸汽吸盘(56)，所述蒸汽吸盘(56)的顶部贯通连接有蒸汽管(55)，所述蒸汽管(55)的一端贯通连接有换热器二(54)，所述冷水管(12)与换热器二(54)贯通连接，所述蒸汽管(55)的一端连接有冷凝管，所述冷水管(12)内设置有单向阀，所述冷凝管与冷水管(12)贯通连接。

5.根据权利要求4所述的追踪式太阳光集热装置，其特征在于：所述热水管(13)的底部外壁设置有压力腔，所述压力腔的内部设置有驱动叶片，蒸汽管(55)的一端与压力腔贯通连接，所述热水管(13)与储热箱(1)转动连接。

6.根据权利要求5所述的追踪式太阳光集热装置，其特征在于：所述调向机构包括丝杆，所述聚光凸透镜(2)的四周设置有丝杆螺母，所述丝杆与丝杆螺母相螺接，所述丝杆螺母的一端连接有电机。

说明书

追踪式太阳光集热装置

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳能发电技术领域，具体为追踪式太阳光集热装置。

背景技术

[0002] 追踪式太阳能热水器是将太阳光能转化为热能的装置，它跟随阳光的方向，将水从低温加热到高温，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器的水温升高速度
与气温和光线强度以及热水器的容量有关，普通三四人洗澡用量的热水器，在炎炎夏日两
三个小时即可达到六七十度，冬季气温很低没有太阳的时候，太阳能热水器内水的温度很
难升高，需要外加电加热器辅助加热，增加了设备的额外成本；

[0003] 现有的太阳能热水器在运输至家庭中的过程中，水会将热能转移到管壁上，随着较长的运输路径会损失较多的热能,而莱顿弗罗斯特效应是一种液体不会润湿炙热的表
面，而仅仅在其上形成一个蒸气层的现象，蒸气层会极大地降低水的热传导速度，目前该效
应衍生出来的技术还未在太阳能热水器上应用。因此，设计快速加热和减少热能损失的追
踪式太阳光集热装置是很有必要的。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供追踪式太阳光集热装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：追踪式太阳光集热装置，包括储热箱的底部均匀设置有吸热管，所述吸热管的一侧设置有调向机构，所述调向机构的中
部固定有聚光凸透镜，所述储热箱的底部贯通连接有热水管，所述储热箱的一侧贯通连接
有冷水管，由于聚光凸透镜可以将入射的太阳光形成聚光效应，从而可以迅速加热某个吸
热管，使得局部的水得以快速加热，无需外加辅助加热器，节约设备成本，调向机构用于给
聚光凸透镜进行调向，使之能够始终对准太阳，冷水管用于上水，热水管用于将加热后的水
通入居民家中。

[0006] 根据上述技术方案，所述聚光凸透镜的底部设置有传热装置，所述传热装置包括聚光部，所述聚光凸透镜的外壁对应安装有弹性固定带，所述弹性固定带与聚光部相连接，
所述聚光部的一侧连接有伸缩变形部，所述伸缩变形部的底部连接有柔性导热夹套，所述
柔性导热夹套与吸热管相卡接，聚光凸透镜聚光的焦点热量被聚光部吸收，传导至伸缩变
形部，当聚光凸透镜的方向调整时，柔性导热夹套脱离吸热管，调整完毕时伸缩变形部拉
伸，从而使得柔性导热夹套夹紧下一个合适位置的吸热管，便于热量更快地传递。

[0007] 根据上述技术方案，所述伸缩变形部的内部填充有锡，当阳光的热量传输至伸缩变形部时，由于锡的熔点较低，融化后的锡可以任意变形，在太阳光消失的时候比如晚上，
锡预冷凝固，可以更好地保持和记忆聚光凸透镜的位置，便于下次出太阳时更快地对准太
阳光的方向。

[0008] 根据上述技术方案，所述柔性导热夹套的两侧贯通连接有热介质管，所述热介质管上设置有水泵，所述热介质管的一端伸入储热箱的内部，且伸入部分为螺旋形，所述储热
箱的一端连接有速热管，所述速热管的一端伸入螺旋形的内部，柔性导热夹套的热量经过
热介质管的传输进入储热箱的内部，其中部的冷水被快速加热，经过速热管向居民的家中
泵送，得以实现快速的热水供给。

[0009] 根据上述技术方案，所述聚光凸透镜的外部设置有调焦装置，所述调焦装置包括包裹在聚光凸透镜外部的固定壳体，所述固定壳体的两侧设置有柔性膜，所述柔性膜的表
面呈弧形，所述柔性膜与聚光凸透镜之间填充有液体玻璃树脂，所述固定壳体的两端分别
贯通连接有罗茨泵二和罗茨泵一，所述罗茨泵二与罗茨泵一之间贯通连接有换热器一，所
述换热器一的两端还连接有换热管一，所述换热管一位于储热箱的内部，当回收聚光凸透
镜的热量时，首先同向启动两个罗茨泵二和罗茨泵一，使其内部的液体玻璃树脂能够在柔
性膜与聚光凸透镜之间来回泵送，热量被传递至换热器一内，再通过换热管一传递至储热
箱的内部，便于聚光凸透镜热能的回收。

[0010] 根据上述技术方案，所述罗茨泵二与罗茨泵一之间贯通连接有伸缩折叠部，当罗茨泵二与罗茨泵一的泵液方向不同时，如向中间挤时，其两端的压力下降，可以将伸缩折叠
部的液体玻璃树脂挤入固定壳体内部，如向两边挤时，由于其中间的压力下降，会将柔性膜
底部的液体玻璃树脂挤入伸缩折叠部，从而改变聚光凸透镜的弧度，以此改变聚光的焦点，
当焦点较大时导热面积大但导热速率慢，适用于需要较多热水的场合，当焦点较小时导热
面积小但导热速率高，适用于需要热水温度高但水量少的场合。

[0011] 根据上述技术方案，所述热水管的一侧设置有蒸汽传导装置，所述蒸汽传导装置包括包裹层，所述包裹层位于热水管的外侧，所述热水管的一端设置有电热丝，所述电热丝
的一端连接有加热电源，所述热水管的顶部位于聚光凸透镜的焦点位置，所述热水管采用
高热传导材质，当热水向下泵送时，启动加热电源，电热丝发热，从而将热水管的管壁快速
加热至莱顿弗罗斯特临界点，使得热水管内最外圈的热水汽化，形成蒸汽膜，极大地降低蒸
汽的传导速率，保证热水的温度降低速率维持较低的速度。

[0012] 根据上述技术方案，所述热水管的顶部通过轴承连接有蒸汽吸盘，所述蒸汽吸盘的顶部贯通连接有蒸汽管，所述蒸汽管的一端贯通连接有换热器二，所述冷水管与换热器
二贯通连接，所述蒸汽管的一端连接有冷凝管，所述冷水管内设置有单向阀，所述冷凝管与
冷水管贯通连接，当汽化的水蒸气向上流动时，流向蒸汽吸盘内并流入蒸汽管内部，经过换
热器二降低温度给冷水管内的水，使其预热，防止热能的浪费。

[0013] 根据上述技术方案，所述热水管的底部外壁设置有压力腔，所述压力腔的内部设置有驱动叶片，蒸汽管的一端与压力腔贯通连接，所述热水管与储热箱转动连接，当蒸汽管
的蒸汽流向压力腔时，蒸汽的作用力会推动驱动叶片转动，带动热水管转动，从而避免热水
管的一处地方受到炙烤，使之受热均匀，提高热水管的使用寿命，并且可以充分利用蒸汽作
为动能，防止蒸汽动能的浪费。

[0014] 根据上述技术方案，所述调向机构包括丝杆，所述聚光凸透镜的四周设置有丝杆螺母，所述丝杆与丝杆螺母相螺接，所述丝杆螺母的一端连接有电机，当调整聚光凸透镜的
角度时，首先启动电机，其输出轴带动丝杆转动，从而改变丝杆螺母和聚光凸透镜的角度，
从而能够更加适应不同方向入射的阳光。

[0015] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过设置有聚光凸透镜和传热装置，可以利用凸透镜的聚光效应快速对部分热水器的水进行加热，无需将储热箱所
有的水加热即可实现小批量的使用热水，加快了热水的供给效率，通过设置有调焦装置，可
以对凸透镜的厚度和焦距进行调节，使得聚光的范围产生变化，平衡加热的温度和水流量。

附图说明

[0016] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0017] 图1是本发明的整体结构示意图；

[0018] 图2是本发明的调焦装置结构示意图；

[0019] 图3是本发明的传热装置结构示意图；

[0020] 图4是本发明的蒸汽传导装置结构示意图；

[0021] 图中：1、储热箱；11、吸热管；2、聚光凸透镜；3、调焦装置； 4、传热装置；5、蒸汽传导装置；12、冷水管；13、热水管；31、换热管一；32、换热器一；33、罗茨泵一；34、伸缩折叠部；
35、柔性膜；36、罗茨泵二；37、固定壳体；41、速热管；42、热介质管；43、水泵；44、柔性导热夹
套；45、伸缩变形部；46、聚光部；47、弹性固定带；48、夹持座；51、包裹层；52、电热丝；53、加
热电源；54、换热器二；55、蒸汽管；56、蒸汽吸盘；6、调向机构。

具体实施方式

[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 请参阅图1‑4，本发明提供技术方案：追踪式太阳光集热装置，包括储热箱1，其特征在于：储热箱1的底部均匀设置有吸热管11，吸热管11的一侧设置有调向机构，调向机构
的中部固定有聚光凸透镜2，储热箱1的底部贯通连接有热水管13，储热箱1的一侧贯通连接
有冷水管12，由于聚光凸透镜2可以将入射的太阳光形成聚光效应，从而可以迅速加热某个
吸热管11，使得局部的水得以快速加热，无需外加辅助加热器，节约设备成本，调向机构用
于给聚光凸透镜2 进行调向，使之能够始终对准太阳，冷水管12用于上水，热水管13 用于
将加热后的水通入居民家中；

[0024] 聚光凸透镜2的底部设置有传热装置4，传热装置4包括聚光部 46，聚光凸透镜2的外壁对应安装有弹性固定带47，弹性固定带47 与聚光部46相连接，聚光部46的一侧连接有
伸缩变形部45，伸缩变形部45的底部连接有柔性导热夹套44，柔性导热夹套44与吸热管11
相卡接，聚光凸透镜2聚光的焦点热量被聚光部46吸收，传导至伸缩变形部45，当聚光凸透
镜2的方向调整时，柔性导热夹套44 脱离吸热管11，调整完毕时伸缩变形部45拉伸，从而使
得柔性导热夹套44夹紧下一个合适位置的吸热管11，便于热量更快地传递；

[0025] 伸缩变形部45的内部填充有锡，当阳光的热量传输至伸缩变形部45时，由于锡的熔点较低，融化后的锡可以任意变形，在太阳光消失的时候比如晚上，锡预冷凝固，可以更
好地保持和记忆聚光凸透镜2的位置，便于下次出太阳时更快地对准太阳光的方向；

[0026] 柔性导热夹套44的两侧贯通连接有热介质管42，热介质管42 上设置有水泵43，热介质管42的一端伸入储热箱1的内部，且伸入部分为螺旋形，储热箱1的一端连接有速热管
41，速热管41的一端伸入螺旋形的内部，柔性导热夹套44的热量经过热介质管42的传输进
入储热箱1的内部，其中部的冷水被快速加热，经过速热管41向居民的家中泵送，得以实现
快速的热水供给；

[0027] 聚光凸透镜2的外部设置有调焦装置3，调焦装置3包括包裹在聚光凸透镜2外部的固定壳体37，固定壳体37的两侧设置有柔性膜 35，柔性膜35的表面呈弧形，柔性膜35与聚
光凸透镜2之间填充有液体玻璃树脂，固定壳体37的两端分别贯通连接有罗茨泵二36和罗
茨泵一33，罗茨泵二36与罗茨泵一33之间贯通连接有换热器一32，换热器一32的两端还连
接有换热管一31，换热管一31位于储热箱 1的内部，当回收聚光凸透镜2的热量时，首先同
向启动两个罗茨泵二36和罗茨泵一33，使其内部的液体玻璃树脂能够在柔性膜35与聚光凸
透镜2之间来回泵送，热量被传递至换热器一32内，再通过换热管一31传递至储热箱1的内
部，便于聚光凸透镜2热能的回收；

[0028] 罗茨泵二36与罗茨泵一33之间贯通连接有伸缩折叠部34，当罗茨泵二36与罗茨泵一33的泵液方向不同时，如向中间挤时，其两端的压力下降，可以将伸缩折叠部34的液体玻
璃树脂挤入固定壳体 37内部，如向两边挤时，由于其中间的压力下降，会将柔性膜35底部
的液体玻璃树脂挤入伸缩折叠部34，从而改变聚光凸透镜2的弧度，以此改变聚光的焦点，
当焦点较大时导热面积大但导热速率慢，适用于需要较多热水的场合，当焦点较小时导热
面积小但导热速率高，适用于需要热水温度高但水量少的场合；

[0029] 热水管13的一侧设置有蒸汽传导装置5，蒸汽传导装置5包括包裹层51，包裹层51位于热水管31的外侧，热水管31的一端设置有电热丝52，电热丝52的一端连接有加热电源
53，热水管31的顶部位于聚光凸透镜2的焦点位置，热水管31采用高热传导材质，当热水向
下泵送时，启动加热电源53，电热丝52发热，从而将热水管 31的管壁快速加热至莱顿弗罗
斯特临界点，使得热水管31内最外圈的热水汽化，形成蒸汽膜，极大地降低蒸汽的传导速
率，保证热水的温度降低速率维持较低的速度；

[0030] 热水管31的顶部通过轴承连接有蒸汽吸盘56，蒸汽吸盘56的顶部贯通连接有蒸汽管55，蒸汽管55的一端贯通连接有换热器二54，冷水管12与换热器二54贯通连接，蒸汽管55
的一端连接有冷凝管，冷水管12内设置有单向阀，冷凝管与冷水管12贯通连接，当汽化的水
蒸气向上流动时，流向蒸汽吸盘56内并流入蒸汽管55内部，经过换热器二54降低温度给冷
水管12内的水，使其预热，防止热能的浪费；

[0031] 热水管13的底部外壁设置有压力腔，压力腔的内部设置有驱动叶片，蒸汽管55的一端与压力腔贯通连接，热水管13与储热箱1转动连接，当蒸汽管55的蒸汽流向压力腔时，
蒸汽的作用力会推动驱动叶片转动，带动热水管13转动，从而避免热水管13的一处地方受
到炙烤，使之受热均匀，提高热水管13的使用寿命，并且可以充分利用蒸汽作为动能，防止
蒸汽动能的浪费；

[0032] 调向机构包括丝杆，聚光凸透镜2的四周设置有丝杆螺母，丝杆与丝杆螺母相螺接，丝杆螺母的一端连接有电机，当调整聚光凸透镜 2的角度时，首先启动电机，其输出轴
带动丝杆转动，从而改变丝杆螺母和聚光凸透镜2的角度，从而能够更加适应不同方向入射
的阳光。

[0033] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存
在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要
素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。

[0034] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的
保护范围之内。