一种屋顶安装的太阳能集热储能装置的制作方法

1.本发明涉及太阳能设备技术领域，更具体地说，它涉及一种屋顶安装的太阳能集热储能装置。


背景技术：

2.太阳能(solar energy)，是一种可再生能源，是指太阳的热辐射能(参见热能传播的三种方式：辐射)，主要表现就是常说的太阳光线，在现代一般用作发电或者为热水器提供能源，在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳能发电是一种新兴的可再生能源，广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等。
3.特别针对热能的利用方式来说，参考cn113418306a(一种具有保温效果的太阳能集热储能罐)或cn108895677a(一种相变集热储能一体太阳能热水器)，由此可见，目前对于太阳能的利用方式，收集热能并加以收集储存和利用，如太阳能热水器。
4.由上述，在太阳能热水器将太阳能转换为热能的过程，其结构是由集热管、储水箱及支架等相关零配件组成，把太阳能转换成热能主要依靠真空集热管，真空集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而得到所需热水。
5.此类设备投入运营的过程中，受到光照条件的影响，例如在晴天等光照充足的地域环境中，可以对冷水进行加热以便储存热能，但是在雨雪天气或者阴天等光照不足的环境中，无法采集热能，无法加热冷水，其内部的热水急剧降温，太阳能热水器无法使用，而冷水在加热过程中，水中的钙镁离子在加热过程中,慢慢的从开水中析出,当水烧开以后,起初以漂浮物的形式存在水表面,如果再持续加热会在水中形成悬浮物,悬浮物沉淀在水底或附着在容器内壁上就形成了水垢，特别是冷水在加热之后再冷却的过程中，加速水垢的形成，而在太阳能热水器无法使用的过程，热水降温，并长时间储存在集热管中，水垢沾附在集热管中，影响加热效率，影响后续的正常实用，因此，为解决此类问题，我们提出一种屋顶安装的太阳能集热储能装置。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种屋顶安装的太阳能集热储能装置，解决当前太阳能集热储能过程中，因为无法采集太阳能加热冷水，并随着冷却后的热水长时间储存在集热管中，而加速管内壁的水垢形成过程，影响后续正常运行过程中加热效率。
7.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：所述支撑底座的上表面中心位置安装有恒温水箱，所述恒温水箱的上表面中心位置固定安装有冷水箱，所述冷水箱下表面沿恒温水箱的外部呈均匀分布固定安装有连接管口，每个所述连接管口的下端内部均设置有集热管，所述集热管的内部中间位置固定安装有中间隔板，且所述集热管内部沿中间隔板划分为冷水仓和热水仓，所述冷水仓沿靠近恒温水箱的方向，所述热水仓沿远离恒温水箱的方向，所述中间隔板的下端与集热管的内壁底端之间设置有间隙，所述冷水
仓和热水仓的水流流向沿中间隔板的设置方向呈u型；
8.所述冷水箱内壁底端沿连接管口开设有冷水进入口，所述冷水进入口的设置位置与冷水仓的设置方向一致，所述冷水箱内壁设置有连接板，所述连接板的下表面呈均匀分布固定安装有橡胶密封圈，每个所述橡胶密封圈与冷水进入口的内径之间匹配，所述冷水箱上表面固定安装有保护套，且所述冷水箱的上表面位于保护套的内部分别固定安装有伺服电机和控制单元，所述伺服电机的输出轴贯穿冷水箱上表面的中心位置且与冷水箱之间转动连接，且所述伺服电机的末端与连接板的中心位置固定连接，所述集热管位于靠近热水仓的圆周外壁上端固定安装有热水出口，且每个所述集热管沿热水出口的设置位置设置有环形水道，所述恒温水箱的外部设置有气动排水单元。
9.通过采用上述技术方案，整体装置中以集热管作为接受太阳光中的热辐射的结构，对其内部的冷水进行加热，而集热管内部沿中间隔板分割为冷水仓和热水仓，使水流流向以u型流动，而热水仓中冷水接受太阳热辐射进行加热，在加热到一定程度后，利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而得到所需热水；
10.所有的集热管以环形分布，有一面区域的集热管接受太阳热辐射，而随着太阳光入射角度的偏移，该部分的热水或者没有加热完全的冷水完全进入到恒温水箱中，集热管内部处于无水的状态，从而不会加速水垢的形成；
11.所以如上述内容表示，整体结构可以随着光照条件进行自由调节，在有光照条件的环境中，可以随着太阳光角度的偏移，逐次排出其内部的热水，改变连接板的角度，选择性的打开对应位置的冷水进入口，并再次注入冷水进行循环加热，在连续无光照条件的环境中，集热管内部出无水状态。
12.本发明进一步设置为：所述环形水道上分别固定安装有保温排水管口和连接阀口，所述保温排水管口和连接阀口的设置数量与集热管的设置数量相等，每个所述保温排水管口与恒温水箱之间连通，每个所述连接阀口与热水出口之间连通；
13.所述气动排水单元中有多个真空通道组成，所述真空通道位于每个相邻集热管的中间位置，所述真空通道的上表面中心位置固定安装有排气管口，所述集热管靠近冷水仓的圆周外壁上固定安装有进气口，所述进气口与排气管口之间连通；
14.所述真空通道内部底端位置上固定安装有直线电机，所述直线电机的输出端固定安装有abs推杆，所述abs推杆的顶端位置固定安装有活塞板，所述活塞板与真空通道内壁之间滑动连接。
15.通过采用上述技术方案，每个集热管的外部均设置有单独存在的保温排水管口和连接阀口，用来中转热水，使每个集热管之间互不影响干涉，在此基础上，利用abs推杆带动活塞板上移产生气压差，对集热管内部进行充气挤压，加速热水循环到恒温水箱中进行储存，实现气动排水的作用。
16.本发明进一步设置为：保护套的上表面固定安装有太阳能光伏板，且保护套内部分别固定安装有光能转换器和蓄电池，太阳能光伏板、光伏转换器和蓄电池之间互为电性连接。
17.通过采用上述技术方案，整体结构除了采集热能，还利用太阳能光伏板采集太阳能并转换为电能，以此作为整体装置的能源来源。
18.本发明进一步设置为：连接板下表面与冷水箱内壁底端之间设置有间隙，且连接
板下表面与冷水箱内壁底端之间的间隙小于橡胶密封圈的厚度。
19.通过采用上述技术方案，通过连接板上的橡胶密封圈保证冷水进入口分别处于相对密封或连通的状态，方便之后的进气挤压排水，以及防止冷水进入到冷水仓。
20.本发明进一步设置为：连接板上开设有缺口，缺口的开口弧度大于两个相邻的冷水进入口的间距。
21.通过采用上述技术方案，在使用过程中，至少保证两个以上的集热管内部处于有水状态。
22.本发明进一步设置为：环形水道上呈均匀分布固定安装有回流限制套，每个回流限制套位于相邻的保温排水管口和连接阀口的中间位置，且每个回流限制套内部均设置有堵球，堵球的直径大于环形水道的内径，且堵球的一侧固定安装有拉伸弹簧，拉伸弹簧的末端与回流限制套的内部一端固定连接。
23.通过采用上述技术方案，环形水道内部的热水具有一定流速沿一个集热管流向另外一个集热管中的过程中，由回流限制套进行限制水流，例如在其中一个集热管中的热水流入另一个集热管或者进入到和恒温水箱中的过程中，当水流不具备流速时，在拉伸弹簧的作用下，通过堵球堵住环形水道的内径通口，热水不会回流到初始位置中的集热管中。
24.本发明进一步设置为：堵球靠近回流限制套内部另一端，环形水道内部的水流流向为逆时针或顺势针，且环形水道内部堵球的靠近方向与日出到日落的方向相反。
25.通过采用上述技术方案，以改变堵球的设置位置，配合太阳光入射角度的改变，保证水流与日出到日落的方向一致。
26.本发明进一步设置为：每个连接管口靠近热水仓的圆周外壁上端固定安装有呈竖向分布的排气阀管，排气阀管的顶端内部设置有排气通管，排气通管的底端与排气阀管之间连通，且排气通管的圆周外壁上呈均匀分布开设有泄气口，排气通管的顶端位置固定安装有重力堵帽；
27.连接管口的内部固定安装有中间定位隔板，中间定位隔板位于中间隔板靠近冷水仓的位置。
28.通过采用上述技术方案，在冷水加热之后，水蒸气顶住排气通道并上移，使泄气口露出到排气阀管上，泄出水蒸气，而在水蒸气消失之后，在重力堵帽的作用下，排气通道复位堵住排气阀管；
29.而中间定位隔板可以作为定位安装集热管的结构。
30.本发明进一步设置为：重力堵帽的横截面呈圆锥状，且重力堵帽下端之间大于排气阀管的上端直径。
31.通过采用上述技术方案，重力堵帽既保证排气通道可以复位的前提下，通过重力堵帽的形状，防止异物进入到排气通道中。
32.本发明进一步设置为：真空通道的外部包裹有橡胶保护垫套，且真空通道沿活塞板上侧的内部体积大于集热管的内壁体积。
33.通过采用上述技术方案，设置的橡胶保护垫套可以用来保护集热管，并且真空通道沿活塞板上侧的内部体积大于集热管的内壁体积，保证可以将集热管内部的水分完全挤压排出。
34.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
35.1.整体装置中的集热管分为冷水仓和热水仓，水流沿着冷水仓和热水仓以u型流动，热水仓作为接受太阳光热辐射的一面，对其内部的冷水进行加热，并在加热到一定程度后，利用直线电机带动活塞板活动，产生气压差，对集热管内部进行挤压，将集热管内部的热水完全挤压到下一个集热管或者恒温水箱中进行保存，保证水分在充分加热中产生的钙离子吸附在集热管中形成水垢；
36.2.整体结构的排水过程与周围环境的太阳光入射角度匹配，例如一面接收太阳光的集热管内部中水分充分加热后并排出，可以重新注入冷水，但是在遇到长期处于雨雪天气或者阴天天气时，集热管内部的水分在排出后，不会重新冷水，保证集热管内部处于无水状态，从而集热管内部不会再出现水垢；
37.3.热水在循环过程中，具备一定流速的热水沿着环形水道进行流动，例如热水沿着一个集热管流向另外一个集热管中，水流推动相邻集热管中间位置上的回流限制套内部的堵球，使其回流限制套内部处于流通状态，但是在水流不具备一定流速时，在拉伸弹簧的作用下，带动堵球复位，从而可以避免热水回流的问题；
38.4.整体装置内部的电子元件，例如控制单元、直线电机和伺服电机运行过程所需的电能，均由光能转换器转换的电能提供，无需外接电源。
附图说明
39.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
40.图1为本发明的结构示意图；
41.图2为本发明中的图1的拆分图；
42.图3为本发明中的保护套部件的剖切图；
43.图4为本发明中的冷水箱部件的剖切图；
44.图5为本发明中的集热管部件的正向剖切图；
45.图6为本发明中的真空通道部件的剖切图；
46.图7为本发明中的环形水道部件的正视图；
47.图8为本发明中的图7的局部剖切图；
48.图9为本发明中的连接管口部件的剖切图。
49.附图中标记及对应的零部件名称：
50.1、保护套；2、冷水箱；3、集热管；4、支撑底座；5、橡胶保护垫套；6、恒温水箱；7、光能转换器；8、伺服电机；9、控制单元；10、蓄电池；11、连接管口；12、排气阀管；13、连接板；14、橡胶密封圈；15、冷水进入口；16、中间隔板；17、热水出口；18、排气管口；19、真空通道；20、活塞板；21、直线电机；22、abs推杆；23、回流限制套；24、环形水道；25、连接阀口；26、堵球；27、拉伸弹簧；28、排气通管；29、重力堵帽；30、进气口；31、冷水仓；32、热水仓；33、太阳能光伏板；34、保温排水管口；35、中间定位隔板；36、泄气口。
具体实施方式
51.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图1-9，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并
不作为对本发明的限定。
52.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
53.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
54.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
55.实施例
56.一种屋顶安装的太阳能集热储能装置，包括支撑底座4，支撑底座4的上表面中心位置安装有恒温水箱6，恒温水箱6的上表面中心位置固定安装有冷水箱2，冷水箱2下表面沿恒温水箱6的外部呈均匀分布固定安装有连接管口11，每个连接管口11的下端内部均设置有集热管3，集热管3的内部中间位置固定安装有中间隔板16，且集热管3内部沿中间隔板16划分为冷水仓31和热水仓32，冷水仓31沿靠近恒温水箱6的方向，热水仓32沿远离恒温水箱6的方向，中间隔板16的下端与集热管3的内壁底端之间设置有间隙，冷水仓31和热水仓32的水流流向沿中间隔板16的设置方向呈u型；
57.冷水箱2内壁底端沿连接管口11开设有冷水进入口15，冷水进入口15的设置位置与冷水仓31的设置方向一致，冷水箱2内壁设置有连接板13，连接板13的下表面呈均匀分布固定安装有橡胶密封圈14，每个橡胶密封圈14与冷水进入口15的内径之间匹配，冷水箱2上表面固定安装有保护套1，且冷水箱2的上表面位于保护套1的内部分别固定安装有伺服电机8和控制单元9，伺服电机8的输出轴贯穿冷水箱2上表面的中心位置且与冷水箱2之间转动连接，且伺服电机8的末端与连接板13的中心位置固定连接；
58.集热管3位于靠近热水仓32的圆周外壁上端固定安装有热水出口17，且每个集热管3沿热水出口17的设置位置设置有环形水道24，
59.气动排水单元中有多个真空通道19组成，真空通道19的上表面中心位置固定安装有排气管口18，集热管3靠近冷水仓31的圆周外壁上固定安装有进气口30，进气口30与排气管口18之间连通；
60.真空通道19内部底端位置上固定安装有直线电机21，直线电机21的输出端固定安装有abs推杆22，abs推杆22的顶端位置固定安装有活塞板20，活塞板20与真空通道19内壁之间滑动连接。
61.环形水道24上分别固定安装有保温排水管口34和连接阀口25，保温排水管口34和连接阀口25的设置数量与集热管3的设置数量相等，每个保温排水管口34与恒温水箱6之间连通，每个连接阀口25与热水出口17之间连通。
62.保护套1的上表面固定安装有太阳能光伏板33，且保护套1内部分别固定安装有光能转换器7和蓄电池10，太阳能光伏板33、光伏转换器7和蓄电池10之间互为电性连接。
63.连接板13下表面与冷水箱2内壁底端之间设置有间隙，且连接板13下表面与冷水箱2内壁底端之间的间隙小于橡胶密封圈14的厚度。
64.连接板13上开设有缺口，缺口的开口弧度大于两个相邻的冷水进入口15的间距。
65.环形水道24上呈均匀分布固定安装有回流限制套23，每个回流限制套23位于相邻的保温排水管口34和连接阀口25的中间位置，且每个回流限制套23内部均设置有堵球26，堵球26的直径大于环形水道24的内径，且堵球26的一侧固定安装有拉伸弹簧27，拉伸弹簧27的末端与回流限制套23的内部一端固定连接。
66.堵球26靠近回流限制套23内部另一端，环形水道24内部的水流流向为逆时针或顺势针，且环形水道24内部堵球26的靠近方向与日出到日落的方向相反。
67.每个连接管口11靠近热水仓32的圆周外壁上端固定安装有呈竖向分布的排气阀管12，排气阀管12的顶端内部设置有排气通管28，排气通管28的底端与排气阀管12之间连通，且排气通管28的圆周外壁上呈均匀分布开设有泄气口36，排气通管28的顶端位置固定安装有重力堵帽29；
68.连接管口11的内部固定安装有中间定位隔板35，中间定位隔板35位于中间隔板16靠近冷水仓31的位置。
69.重力堵帽29的横截面呈圆锥状，且重力堵帽29下端之间大于排气阀管12的上端直径。
70.真空通道19的外部包裹有橡胶保护垫套5，且真空通道19沿活塞板20上侧的内部体积大于集热管3的内壁体积。
71.工作原理：在安装过程中，首先通过对应位置上的中间定位隔板35限制集热管3的安装位置，保证热水仓32处于外部区域用来接收太阳光的热辐射，并确定好回流限制套23内部的堵球26的偏移角度，将保温排水管口34连接恒温水箱6上，而连接阀口25连接在热水出口17上，并确保环形水道24的设置方向与如日出到日落的方向保持一致，另外因为连接板13上设置有缺口，至少保证有两个以上的冷水进入口15处于连通状态，在向冷水箱2内部注入冷水的过程中，冷水通过冷水进入口15注入到对应位置的集热管3中，分别充斥在冷水仓31和热水仓32中；
72.在将整体装置安装好之后，其中直接到太阳光热辐射的集热管3内部的热水仓32中的冷水逐渐升温到一定温度，而冷水仓31中冷水不接受太阳光热辐射，利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而得到所需热水，通过启动伺服电机8，带动连接板13旋转一定角度，堵住对应位置的冷水进入口15，使其对应位置的集热管3内部的冷水仓31处于封闭状态，此时，启动直线电机21，并带动abs推杆22上移，带动活塞板20上移一部分，产生气压差，挤压对应位置的集热管3内部的热水，热水仓32上端部分的热水受到气压推动，沿着热水出口17进入到连接阀口25进入到环形水道24中，经过回流限制套23，推动堵球26移动，使回流限制套23内部处于连通状态，所以热水沿着保温排水管口34进入到恒温水箱6中储存，在上述过程中，分为如下步骤：
73.1：在光照条件良好的环境中，当一部分的热水被挤压到恒温水箱6中后，再次启动伺服电机8转动连接板，使对应位置的冷水进入口15处于连通状态，冷水再次进入到集热管3中，再次接收太阳光进行加热；
74.2：在长期处于雨雪天气或者阴天环境时，当某一处位置的集热管3内部的一部分
热水被挤压到恒温水箱6中后，持续启动直线电机21，使活塞板20继续上移，使集热管3内部所有的水分完全进入到恒温水箱6中，无需再次启动伺服电机8，对应位置的冷水进入口15依旧处于封闭状态，对应位置的集热管3内部处于无水状态，仅仅保留两个以上的集热管3内部处于有水状态；
75.3：热水在气压差的作用下，使热水具有一定流速，从而可以推动堵球26移动，但是在活塞板20移动的前提下，热水失去流速，在拉伸弹簧27的作用下，堵球26复位，重新堵住回流限制套23的内部一端，防止热水回流到初始位置的集热管3中；
76.4：在步骤1中，还包括如下部分：整体装置为固定式安装，太阳光入射角度自然发生变化，只有一面的集热管3接收到太阳光热辐射，伺服电机8随着太阳光入射角度的改变，旋转连接板13，实现某一处位置的冷水进入口15处于封闭状态或连通状态，例如在一面区域的集热管3内部无热水时，该位置的冷水进入口15处于封闭状态，沿着日出到日落方向的集热管3内部的热水可以持续进入到恒温水箱6中；
77.5：在热水仓32内部冷水加热到一定温度后，产生的水蒸气顶住排气通道28上移，直至泄气口36露出在排气阀管12的上端位置，水蒸气沿着泄气口36排出，而在水蒸气量减少之后，在重力堵帽29的作用下，泄气口36复位，排气阀管12处于封闭状态。
78.以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。