小型万向太阳能热水器的设计与建模

蔡佳麟 谭毅业 林泳

摘 要：在煤炭石油等化石资源日益枯竭的今天，开发新型能源产品已势在必行。主要研究与设计了一款针对岭南地区的小型万向太阳能热水器，以增加对太阳能的使用时间，提高在有效采光面积内的热转换率，增加有效的热水量，同时提升热水器对安装环境的适应性。

关键词：太阳能；高效应用；热水器

中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.23.094

1 小型万向太阳能热水器建模设计

1.1 组成与设计要求

如图1、图2、图3所示，小型万向太阳能热水器主要由储水箱、出水管、太阳能支撑板、太阳能板、集热功能管、传感器、集热板、支架、太阳能板支架、太阳能板、主体机座、蓄電池、进水管、储水箱支架、齿轮柱、辅助支撑连接杆、螺旋支撑柱、齿轮副、轴承、电机等构成。

储水箱支架与热水器支架可安装万向轮，亦可安装于阳台、屋顶、墙壁上等。

1.2 总体设计

小型万向太阳能热水器主要由热水器、蓄电装置、转动控制装置、角度调节装置、储水保温装置与控制单元搭建而成，结构如图1所示。

1.3 工作流程

如图1、图2、图3所示，热水器中的集热板将能量集中于集热功能管将进水管流入的水加热，热水从出水管流入储水箱中；蓄电装置中的太阳能板将太阳能转换为电能，储存于蓄电池中，用于夜间热水供应不足时加热储水箱中的水；转动控制装置中的齿轮副由电机带动集热板向着日照方向转动，让集热功能管尽可能接受较长时间的日照；角度调节装置中的辅助支撑连接杆与螺旋支撑柱可根据纬度的不同调节集热板的角度，以便尽可能的获得最大的太阳辐射量。

2 虚拟装配与试验平台的搭建

2.1 虚拟安装

将小型万向太阳能热水器所需零件进行三维虚拟建模后，在三维环境下进行三维虚拟装配，可得到小型万向太阳能热水器整机的三维模型效果图，如图4所示。

2.2 试验平台的搭建

为获取小型万向太阳能热水器相关数据，以便更改与完善设计图纸，我们搭建了试验平台，本文截取其中一部分作为示例，如图5所示。

3 结论

（1）小型万向太阳能热水器安装简便，体型轻巧，环境适应性强，可安装于阳台、屋顶、墙壁上等。

（2）有采热率高、节能、使用简捷安全等特性。可针对农业领域进行适当改造。

（3）美观，制作成本低，结构稳定，易于安装运输。

（4）功能多样，能够通过主轴电机驱动集热板270度旋转，同时主轴上安装了连接集热板的螺旋支撑柱，可以使集热板一定范围内上下摆动，达到追踪太阳光的效果。

参考文献

[1]华磊.太阳能热水器智能控制装置[D].南宁：广西大学，2012.

[2]杨金焕，毛家俊，陈中华.不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的计算[J].上海交通大学学报，2002，（07）.