1.本发明涉及可再生能源高效利用领域，尤其涉及一种集蒸汽回收与表面清洁为一体的太阳能集热制冷装置。
背景技术：
2.太阳能具有储量大，分布广，无污染等特点，已成为世界上最丰富的可再生清洁能源。太阳能转换应用主要有两种方式：太阳能电转换和太阳能热转换。前者通过涡轮机或光伏电池将太阳辐射转化为电能，而后者则直接将太阳能转化为热能，用于发电或其他应用。近年来，太阳热转换问题备受学者关注，太阳能集热器是吸收太阳辐射并将产生的热能传递给传热介质的装置，将纳米流体作为工作流体可提高集热效率。
3.然而，集热器内产生的蒸汽会成为集热过程中不可忽视的热阻，阻碍纳米流体的集热，若不及时排出，则会很大程度地降低集热效率，造成能源的浪费。另外，当集热器表面的落灰会进一步影响纳米流体的集热效率。因此，如何及时收集利用多余蒸汽并高效地清除太阳能集热器表面的积灰已成为一个亟需解决的问题。
技术实现要素：
4.针对上述问题，为解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种集蒸汽回收与表面清洁为一体的太阳能集热制冷装置，在实现太阳能光热与辐射制冷相结合的同时，回收蒸汽用于集热制冷主体表面的清洁，大大减少了太阳能集热过程中的热阻及热量损失。
5.为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
6.一种集蒸汽回收与表面清洁为一体的太阳能集热制冷装置，包括集热制冷主体、热水箱、冷水箱、冷凝水储存箱、翻转机构和表面清洁机构，所述集热制冷主体的上端与所述热水箱管道连接，所述集热制冷主体的下端分别和所述冷水箱及所述冷凝水储存箱管道连接，所述冷凝水储存箱与所述冷水箱上表面螺栓连接，所述翻转机构固定于所述集热制冷主体的右侧，且控制所述集热制冷主体的翻转，所述表面清洁机构通过螺栓连接固定于屋顶表面，且位于所述集热制冷主体下端，所述表面清洁机构与所述冷水箱上表面螺栓连接，且与所述冷凝水储存箱下表面管道连接。
7.进一步的，所述集热制冷主体包括若干平行排布的集热制冷单元，所述集热制冷单元包括真空玻璃和绝热层，所述绝热层将所述真空玻璃分隔成流体室和冷水室，所述流体室内填充有纳米流体，纳米流体选用具有优异太阳能光热性能及高稳定性的材料，如金、银、铜、铝、重掺杂半导体、金属氧化物、硫族化合物和石墨烯等，所述冷水室内填充有冷水，所述冷水室侧的所述真空玻璃外表面覆辐射制冷膜。
8.进一步的，所述热水箱通过热水箱进水管连接水源，且通过热水管连接居民生活用水末端，换热盘管置于所述热水箱内，所述换热盘管内部填充有纳米流体，所述热水箱内部填充有待加热水，所述换热盘管中的纳米流体与所述热水箱内部填充的待加热水进行热量交换，为提高纳米流体与待加热水之间的传热性能，所述换热盘管采用高导热系数材质，
如铜。所述冷水箱通过冷水箱进水管连接水源，且通过冷水管连接居民生活用水末端。所述热水箱进水管和所述冷水箱进水管连接的水源可以是自来水、地下水或者其他可以正常供居民使用的水。
9.进一步的，所述集热制冷单元通过旋转轴与所述热水箱管道连接，所述旋转轴包括传输管、绝热表面和第一轴承，所述第一轴承优先选用深沟球轴承，该类轴承摩擦系数小，极限转速高，结构简单，制造成本低，精度高，无需经常维护。所述流体室通过所述传输管与所述换热盘管管道连接，纳米流体在所述流体室、所述传输管和所述换热盘管内部流动，所述冷水室通过所述传输管与所述冷水箱管道连接，冷水在所述冷水室、所述传输管和所述冷水箱内部流动，所述绝热表面覆于所述传输管外表面，所述第一轴承与所述传输管同心，且置于所述传输管外表面。
10.进一步的，所述集热制冷单元内部设有浮球阀和挡板，所述浮球阀设置在所述旋转轴的补水管上，所述浮球阀上的浮球静置于所述流体室内的纳米流体表面，所述挡板与所述流体室下部的内表面焊连接。当所述流体室内的纳米流体水位低于设定值时，浮球阀自动开启，水通过补水管流入流体室，流体室内的纳米流体水位达到设定值时浮球阀自动关闭。
11.进一步的，所述冷凝水储存箱通过冷凝水管与所述流体室相连，所述冷凝水管上端略高于所述挡板，蒸汽在所述流体室内表面形成冷凝水并依靠重力滑落，冷凝水分别流经所述挡板和所述冷凝水管，储存至所述冷凝水储存箱中，所述冷凝水管选用伸缩软管，具有一定富余长度。所述冷凝水储存箱通过排水管与所述表面清洁机构相连，所述排水管上设有单向阀，所述冷凝水储存箱设有液位监测装置，优先选用uqk-99系列浮球液位开关，利用其内部的磁性浮子随液位升降监测所述冷凝水储存箱内冷凝水的液位，冷凝水的液位达到一定值时，控制所述排水管上的单向阀开启，使冷凝水流入所述表面清洁机构中。
12.进一步的，所述翻转机构包括电机、转动杆、定位板、活动绳、连接片和电机控制器，所述电机设置于所述转动杆上端，且与所述电机控制器电连接，所述电机控制器控制电机按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作，确保转动杆转动设定角度，进而实现集热制冷主体的翻转。所述连接片与所述集热制冷单元的三等分处胶接，所述定位板与所述转动杆焊接，且其位置与所述连接片相对应，所述活动绳缠绕在所述定位板和所述连接片上。
13.进一步的，所述表面清洁机构包括底座、连接轴一、电动推杆、第二轴承、牵引绳、连接轴二、驱动轮、单片机、水槽、清洁滚轴和清洁布料，所述底座通过螺栓连接固定于屋顶表面，所述电动推杆通过所述连接轴一与所述底座连接，所述电动推杆端部与所述第二轴承焊连接，所述牵引绳两端分别与所述连接轴二和所述电动推杆端部固定连接，所述连接轴二为内齿结构，所述驱动轮为外齿结构，所述连接轴二和所述驱动轮相啮合，所述单片机通过电机控制所述驱动轮旋转，所述水槽与所述冷水箱上表面螺栓连接，所述水槽的上端与所述集热制冷主体上表面持平，所述清洁滚轴两端与所述第二轴承连接，所述清洁布料缠绕在所述清洁滚轴外表面，且选用吸水性强的布料。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
15.1、通过翻转机构实现了太阳能光热与辐射制冷的有效结合，分别利用太阳能光热技术与辐射制冷技术生成热水和冷水，满足生活用水需求的同时，节省了空间利用。
16.2、采用纳米流体直接吸收式太阳能集热，有效利用了纳米流体的高光热转化性能、高稳定性及其杀菌作用，提高了系统的集热效率，降低了热损，且延长了系统的使用寿命。
17.3、集热单元上表面设置一定坡度，通过回收利用集热体内部因纳米流体吸热而产生的蒸汽，降低了纳米流体光热吸收的热阻，实现了太阳能的高效利用。
18.4、纳米流体在流体室充分吸收太阳能之后自然对流上升，经过旋转轴进入换热盘管，无需使用循环动力装置，实现了能源的节约。
19.5、换热盘管深入热水箱内部，加大了纳米流体和水的换热面积，同时换热盘管采取高导热系数材料，减少了传热热阻，进而加快了纳米流体与待加热水之间的热量传递进程，提高了换热效率。
20.6、使用浮球阀实时监测纳米流体的液位，实现自动补水，避免因蒸汽的回收造成纳米流体含量的降低，进一步保证了纳米流体的光热吸收有序进行；
21.7、冷凝水管选用伸缩软管，具有一定富余长度，有效配合集热制冷单元的翻转过程。
22.8、采用液位监测装置对冷凝水储存箱内的冷凝水量进行监测，当冷凝水达到表面清洁所需水量后，控制排水管上的单向阀自动开启，利于后续表面清洁过程的进行。
23.9、表面清洁机构采取双程清洁，有效保证集热制冷主体表面(包括真空玻璃及辐射制冷膜双面)污垢清除效果，装配关系较优，方便维修与转移，同时，水槽的上端与集热制冷主体上表面持平，有效减少表面清洁机构运行时提升推杆所需的功率消耗。
附图说明
24.图1为本发明实施例整体结构示意图；
25.图2为本发明实施例集热制冷单元和热水箱结构示意图；
26.图3为本发明实施例集热制冷单元、热水箱和冷水箱内部流体分布示意图；
27.图4为本发明实施例集热制冷单元、冷水箱和冷凝水储存箱剖面示意图；
28.图5为本发明实施例翻转机构运行示意图；
29.图6为本发明实施例表面清洁机构运行示意图；
30.图7为本发明实施例旋转轴示意图；
31.图8为本发明实施例驱动轮示意图；
32.其中：集热制冷主体1、热水箱2、冷水箱3、冷凝水储存箱4、翻转机构5、表面清洁机构6、旋转轴7、集热制冷单元11、真空玻璃12、绝热层13、流体室14、冷水室15、辐射制冷膜16、浮球阀17、挡板18、换热盘管21、热水箱进水管22、热水管23、冷水箱进水管31、冷水管32、冷凝水管41、排水管42、单向阀43、液位监测装置44、电机51、转动杆52、定位板53、活动绳54、连接片55、电机控制器56、底座61、连接轴一62、电动推杆63、第二轴承64、牵引绳65、连接轴二66、驱动轮67、单片机68、水槽69、清洁滚轴610、清洁布料611、传输管71、绝热表面72、第一轴承73、补水管74、浮球171、第一轴承垫圈731。
具体实施方式
33.为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明做进一步详述，该实施例
仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
34.图1-8示出了一种集蒸汽回收与表面清洁为一体的太阳能集热制冷装置的具体实施例。
35.图1示出了实施例的整体结构，一种集蒸汽回收与表面清洁为一体的太阳能集热制冷装置主要包括集热制冷主体1、热水箱2、冷水箱3、冷凝水储存箱4、翻转机构5和表面清洁机构6，其中的集热制冷主体1的上端与热水箱2管道连接，集热制冷主体1的下端分别和冷水箱3及冷凝水储存箱4管道连接，冷凝水储存箱4与冷水箱3上表面螺栓连接，翻转机构5固定于集热制冷主体1的右侧，且控制集热制冷主体1的翻转，表面清洁机构6通过螺栓连接固定于屋顶表面，且位于集热制冷主体1下端，表面清洁机构6与冷水箱3上表面螺栓连接，且与冷凝水储存箱4下表面管道连接。热水箱2内存储集热制冷主体1在白天加热后的热水，冷水箱3用于存储集热制冷主体1在夜晚降温后的冷水。
36.图2示出了实施例中集热制冷单元11及热水箱2结构示意图，集热制冷主体1包括若干平行排布的集热制冷单元11，集热制冷单元11包括真空玻璃12和绝热层13，绝热层13将真空玻璃12分隔成流体室14和冷水室15，绝热层13防止了流体室14和冷水室15之间的热量传递，流体室14内填充有纳米流体，纳米流体通过吸收太阳能实现集热，冷水室15内填充有冷水，冷水室15侧的真空玻璃12外表面覆辐射制冷膜16，辐射制冷膜16可以将冷水室15中的热量散于空气中，达到制冷目的，集热制冷单元11通过旋转轴7与热水箱2连接。
37.图3示出了实施例中集热制冷单元11、热水箱2及冷水箱3内部流体分布示意图，热水箱2通过热水箱进水管22连接水源，且通过热水管23连接居民生活用水末端，冷水箱3通过冷水箱进水管31连接水源，且通过冷水管32连接居民生活用水末端。换热盘管21置于热水箱2内，旋转轴7包括传输管71、绝热表面72和第一轴承73，绝热表面72覆于传输管71外表面，第一轴承73与传输管71同心，且置于传输管71外表面。流体室14通过传输管71与换热盘管21管道连接，纳米流体在流体室14、传输管71和换热盘管21内部流动，热水箱2内部填充有待加热水，换热盘管21中的纳米流体与热水箱2内部填充的待加热水进行热量交换。冷水室15通过传输管71与冷水箱3管道连接，冷水在冷水室15、传输管71和冷水箱3内部流动。
38.图4示出了实施例中集热制冷单元11、冷水箱3及冷凝水储存箱4剖面示意图，集热制冷单元11内部设有浮球阀17和挡板18，浮球阀17设置在旋转轴7的补水管74上，浮球阀17上的浮球171静置于流体室14内的纳米流体表面，挡板18与流体室14下部的内表面焊连接。冷凝水储存箱4通过冷凝水管41与流体室14相连，冷凝水管41上端略高于挡板18，蒸汽在流体室14内表面形成冷凝水并依靠重力滑落，冷凝水分别流经挡板18和冷凝水管41，储存至冷凝水储存箱4中，冷凝水储存箱4通过排水管42与表面清洁机构6相连，排水管上42设有单向阀43，冷凝水储存箱4设有液位监测装置44。
39.图5示出了实施例中翻转机构5运行示意图，翻转机构5固定于集热制冷主体1的右侧，翻转机构5包括电机51、转动杆52、定位板53、活动绳54、连接片55和电机控制器56，电机51设置于转动杆52上端，且与电机控制器56电连接，连接片55与集热制冷单元11的三等分处胶接，定位板53与转动杆52焊接，且其位置与连接片55相对应，活动绳54缠绕在定位板53和连接片55上。
40.图6示出了实施例中表面清洁机构6运行示意图，表面清洁机构6包括底座61、连接轴一62、电动推杆63、第二轴承64、牵引绳65、连接轴二66、驱动轮67、单片机68、水槽69、清
洁滚轴610和清洁布料611，底座61通过螺栓连接固定于屋顶表面，电动推杆63通过连接轴一62与底座61连接，电动推杆63端部与第二轴承64焊连接，牵引绳65两端分别与连接轴二66和电动推杆63端部固定连接，连接轴二66为内齿结构，驱动轮67为外齿结构，连接轴二66和驱动轮67相啮合，单片机68通过电机控制驱动轮67旋转，水槽69与冷水箱3上表面螺栓连接，水槽69的上端与集热制冷主体1上表面持平，清洁滚轴610两端与第二轴承64连接，清洁布料611缠绕在清洁滚轴610外表面。
41.图7示出了实施例旋转轴7示意图，旋转轴7包括传输管71、绝热表面72和第一轴承73，纳米流体和冷水分别在两个传输管71内流动。绝热表面72覆于传输管71外表面，避免流体传输过程中热量损失，第一轴承73与传输管71同心，且置于传输管71外表面，第一轴承73上下表面均设有第一轴承垫圈731。
42.图8示出了实施例驱动轮67示意图，连接轴二66为内齿结构，驱动轮67为外齿结构，连接轴二66和驱动轮67相啮合，单片机68通过电机控制驱动轮67带动连接轴二66旋转，从而使牵引绳65缠绕在连接轴二66上。
43.上述实施例的工作流程及原理如下：
44.白天进行太阳能集热，集热制冷主体1的集热制冷单元11处于太阳能光热侧。太阳光照射到流体室14中的纳米流体，纳米流体凭借自身优异的光热转换性能，吸收太阳辐射并转化为内能，实现集热目的。通过热水箱进水管22向热水箱2注入一定量的水，流体室14里的纳米流体吸收热量后温度升高，自然对流上升穿过旋转轴7，到达换热盘管21，并和热水箱2内的水进行热量交换，换热后的纳米流体温度降低，自然下降至流体室14中继续吸收太阳能，实现循环换热。在纳米流体传输的过程中，因旋转轴7外表面为绝热表面72，避免了传输过程中的热量损失，同时，流体室14与冷水室15中间通过绝热层13相隔，避免纳米流体的热量进一步扩散。当热水箱2内的热水温度达到设定值，热水从热水管23流出，供生活所用。因为纳米流体是以水作为基液，将纳米粒子分散进水中制备而成的，所以在集热期间，集热制冷单元11的流体室14内部由于纳米流体吸收太阳能热量，流体温度将升高，当温度达到水的蒸发温度时，水蒸发形成蒸汽，蒸汽上升至真空玻璃12内表面时自然冷凝，所形成的冷凝水依据重力流至挡板18，通过冷凝水管41流入冷凝水储存箱4。由于蒸汽的回收，纳米流体的液位将有所下降，当浮球阀17检测到流体室14内纳米流体的液位低于设定值时，浮球阀17自动开启，控制补水管74持续通过传输管71向流体室14注水，直至浮球171随纳米流体液面的回升达到设定高度，浮球阀17关闭，控制补水管74停止注水。
45.夜晚进行辐射制冷，翻转机构5控制集热制冷主体1翻转。电机控制器56控制电机51启动，带动转动杆52旋转，进一步驱动与定位板53相连的活动绳54的移动，使连接片55完成180
°
翻转，从而带动集热制冷单元11的冷水室15侧翻转至面向夜空。翻转过程中，集热制冷单元11通过第一轴承73以旋转轴7为轴心进行旋转。此时，冷凝水管41因选用伸缩软管，具有一定富余长度，不受集热制冷单元11翻转的影响。通过冷水箱进水管31向冷水箱3注入一定量的水，冷水室15内的水通过辐射制冷膜16将热量辐射至夜空，水温降低后的冷水基于自然对流经旋转轴7到达冷水箱3，冷水箱3内部的常温水回流至冷水室15内，实现循环制冷，当冷水箱内的冷水温度达到设定值，冷水从冷水管32流出，供生活所用。
46.当液位监测装置44监测到冷凝水储存箱4储存的冷凝水量达到一定量时，单向阀43开启，冷凝水通过排水管42流进水槽69。待清洁布料611完全润湿后，单片机68控制表面
清洁机构6开启集热制冷主体1的表面清洁工作。具体为：单片机68通过电机控制驱动轮67转动，进而带动上方两个底座61处连接轴二66的转动，使牵引绳65持续缠绕在连接轴二66上，同时，单片机68也控制电动推杆63的推出，进而带动清洁滚轴610的提升。此时，清洁布料611接触到集热制冷单元11的表面(真空玻璃12或辐射制冷膜16表面)，清洁滚轴610在第二轴承64内部转动，带动清洁布料611在集热制冷单元11的表面滚动，实现表面清洁的目的。当清洁滚轴610运行到集热制冷单元11的上部顶端时，单片机68控制驱动轮67反向转动，进而带动上方两个底座61处连接轴二66的反向转动，使牵引绳65脱离连接轴二66，同时，单片机68也控制电动推杆63的收回，使清洁滚轴610带动清洁布料611在集热制冷单元11表面向下运行进行滚动清洁，最终回到初始位置，完成集热制冷主体1表面的双程清洁。
47.上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。