CN103884116A - 反射镜追日的双向棘轮机构 - Google Patents

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Abstract

反射镜追日的双向棘轮机构，太阳能光热利用领域，具有反射镜的聚射式太阳能集热器的追日机构。聚射式太阳能集热器半个世纪未能广泛使用，是由于追日机构昂贵、笨重，双向棘轮机构提供了经济简单的反射镜追日功能。使用聚射式太阳能集热器冬季受热管受到的照射强度，是传统直射式太阳能集热器夏季受热管受到照射强度的三倍，因此开创了太阳能集热器用于采暖的新领域。反射镜端面呈长方形，可紧密的排列在建筑物屋顶和立墙，形成建筑物的外遮阳，节省夏季屋顶、墙体向室内传热这个空调的主要能耗。

Description

反射镜追日的双向棘轮机构
(一)技术领域：
太阳能光热利用，具有反射镜的聚射式太阳能集热器的追日构件。
(二)背景技术：
目前所有的民用太阳能光热利用产品均为直射式，不具备对太阳光的聚集功能。冬季太阳光弱，气温低，直射式无法在光热转化元件上产生高温，由于传热率与温差成正比，致使传统直射式太阳能集热器在全国大部分地区，冬季无法正常工作，已延续半个世纪无重大突破。
夏季太阳对建筑物的直射，使墙体70度的高温不断向室内传热，这是空调电耗的主要部分。目前尚无为空调节能而设置的，建筑物大面积的外遮阳设施，并与太阳能利用相结合。
(三)发明内容：
1.要解决的技术问题：
太阳能，能量巨大，但能量密度很低。反射镜是扩大太阳能收集面积最经济的方法，同时会将反射镜大面积的太阳光，集中起来射向面积小的受热管，使约十倍左右的直射光强，射向受热管形成高温光热转化。反射镜的使用是提高太阳能集热器热效率、冬季利用太阳能采暖、扩大太阳能的使用范围的唯一途径。约半个世纪反射镜没有形成在民用上的使用，皆因使用反射镜就必须使其具备追日功能，而这项功能的实现到目前为止，复杂、昂贵不可能在民用商品上使用，本发明提供一种简单、经济的反射镜追日技术方案，以实现高效的聚射式取代直射式，促使太阳能集热器的升级换代。
2.技术方案：
反射镜的追日是以步进的形式进行的，步进角以反射光不会射出受热管为极限，因此受热管的直径决定了步进角，满足上述条件的步进角为6度。
两套结构相同的追日机构，对称的安装在抛物柱形反射镜1的两端，支撑反射镜1及受热管2，并同时驱动反射镜1追日。每套机构内部按运动状态分为三部分，静止、摆动和步进转动。从位置上说静止部分最靠近支架斜撑37，步进转动部分最靠近反射镜1的端面，摆动部分居于中间。
静止部分，支撑和防止反射镜1在风载下偶然转动，千斤座垫22，固定千斤座26，通过两棵千斤座螺栓21固定在支架斜撑37上，固定千斤座26中线上为3阶梯孔，孔径最大的部分靠近双向棘轮27，内装固定千斤23，在固定千斤簧36的作用下，固定千斤23顶端插入双向棘轮27的齿槽，固定千斤23尾端由固定千斤绳35牵引，经过固定千斤簧36的中心，再经小孔通向逆滑轮3和顺滑轮10，两棵止返销25一端嵌入固定千斤座26的对称位置，另一端在V形的逆千斤24、顺千斤25外侧棘爪下方。
摆动部分，将逆钢丝绳30、顺钢丝绳34的拉动转化为，摆板32以轴9为圆心逆、顺时针的双向摆动，摆板32上端两侧对称的两孔，一个孔挂逆钢丝绳30和返程弹簧28，另一个孔挂顺钢丝绳34和返程弹簧28，逆千斤24，顺千斤33均呈V字形，中间有园柱插入摆板32下端对称的两孔中，靠近中心线的内侧棘爪在步进千斤簧38的作用下，插入双向棘轮27的齿槽，用于推动双向棘轮27的步进，在摆动中，运动方向一侧千斤的外侧棘爪在静止的止返销25作用下，使千斤转动，内侧棘爪脱离双向棘轮27，即在步进运动时双向棘轮机构瞬时成为单向机构，完成步进。
步进转动部分，扇形的双向棘轮27通过三棵棘轮螺栓29与反射镜接板8固定在一起，反射镜接板8与反射镜1端面钢架及镜辐4通过螺栓或焊接固定在一起，在逆千斤24或顺千斤33的推动下，以轴9为中心可正、反方向步进转动，使反射镜1步进追日。
3.有益效果：
要扩大对太阳能的利用，就要扩大接收面积，使用反射镜接收太阳能较现用的真空管式、平板式要经济许多，而且安装便捷坚固耐用。
反射镜对太阳光的聚集作用，使受热管的受照强度十倍于(反射镜宽度与受热管直径比)太阳光的直射。冬季太阳光强约为夏季的三分之一，就是说使用反射镜，即使是冬季，受热管受到的照射强度，也是直射式夏季的三倍，这就给冬季利用太阳能采暖提供了热力学基础。
反射镜的镜口端面为长方形，可紧密的排列在建筑物向阳面的外墙和屋顶，形成外遮阳，夏季气温在30至40度，而太阳直射的墙面温度可高达70度以上，所以夏季空调的电耗，主要消耗在降低墙面和屋顶向室内的传热上，反射镜的使用夏季可大幅降低空调的能耗，冬季又可采暖，这就大大降低对化石能源的消耗，降低雾霾的发生。
可与建筑一体化同设计、同施工，生产有太阳能利用系统的绿色建筑，也可对旧建筑逐步加装，进行绿色节能环保改造。
(四)附图说明：
说明书附图共两幅，图1为双向棘轮机构的局部详图，图2为聚射式太阳能集热器的总体外观侧视图，并选作摘要附图。
附图中件号和表示的零件为：1.反射镜，2.受热管，3.逆滑轮，4.镜辐，5.光电池板支架，6.逆光电池板，7.顺光电池板，8.反射镜接板，9.轴，10.顺滑轮，11.逆电磁铁，12.顺电磁铁，20.支架接板，21.千斤座螺栓，22.千斤座垫，23.固定千斤，24.逆千斤，25.止返销，26.固定千斤座，27.双向棘轮，28返程弹簧，29.棘轮螺栓，30.逆钢丝绳，32.摆板，33.顺千斤，34.顺钢丝绳，35.固定千斤绳，36.固定千斤簧，37.支架斜撑，38.步进千斤簧，A为反射镜1过焦线的对称平面，B为过反射镜1直线边缘与A平面平行的平面。
(五)具体实施方式：
1.太阳能地热采暖器：
反射镜1的端面钢架直接并通过镜辐4和反射镜接板8固定在一起。反射镜1焦线上的受热管2经转接件固定在轴9上。对称相同的支架斜撑37的底端，从反射镜1两侧由地脚螺栓安装在建筑物立墙或屋顶上。顶端焊接轴9。两棵千斤座螺栓21穿过千斤座垫22把固定千斤座26，紧固在支架斜撑37上。固定千斤座26内的固定千斤23，在固定千斤簧36的弹力作用下，插入双向棘轮27的齿槽，保证步进精度和防止风载使反射镜1意外转动。
逆光电池板6和顺光电池板7用光电池板支架5固定在反射镜1的下两侧。
上午太阳升高时，太阳光与地面的夹角大于A面、B面与地面的夹角，由于反射镜1的遮挡，逆光电池板6受照面积增加，顺光电池板7受照面积减少，逆光电池板6电压升高，启动逆电磁铁11吸引拉动逆滑轮3，逆滑轮3拉动固定千斤绳35从双向棘轮27的棘槽中拉出固定千斤23。此时逆钢丝绳30牵动摆板32做逆时针转动，由逆千斤24推动双向棘轮27，经棘轮螺栓29、反射镜接板8、镜辐4推动反射镜1逆时针向上追日。位置固定的止返销25挡住顺千斤33外侧棘爪，使其旋转，其内侧棘爪脱离双向棘轮27，机构成为单向棘轮机构，完成步进。步进后逆光电池6，受照面积减少，电压降低，电路关闭，在返程弹簧28的拉动下，摆板32返程，顺千斤33放过双向棘轮27一齿，摆板32恢复为中间位置，为下一个步进做准备。
下午太阳降低时，太阳光与地面的夹角小于A面、B面与地面的夹角，由于反射镜1的遮挡，顺光电池板7受照面积增加，逆光电池板6受照面积减少，顺光电池板7电压升高，启动顺电磁铁12吸引拉动顺滑轮10，顺滑轮10拉动固定千斤绳35从双向棘轮27的棘槽中拉出固定千斤23。此时顺钢丝绳34牵动摆板32做顺时针转动，由顺千斤33推动双向棘轮27，经棘轮螺栓29、反射镜接板8、镜辐4推动反射镜1顺时针向下追日。位置固定的止返销25挡住逆千斤24外侧棘爪，使其旋转，其内侧棘爪脱离双向棘轮27，机构成为单向棘轮机构，完成步进。步进后顺光电池板7，受照面积减少，电压降低，电路关闭，在弹簧28的拉动下，摆板32返程，逆千斤24放过双向棘轮27一齿，摆板32恢复中间位置，为下一个步进做准备。
太阳能地热采暖器，由埋在室内地面下的盘管散热器、室外的本机(太阳光聚集吸收的光热转化设备，可一台或多台并联使用)、置于室内，外层保温的储水箱三部分组成。三部分的水平高度依次升高，三部分之间用管道串联，水为传热工质，热动力循环。作为防冻和节能措施，储水箱与受热管2之间的管道接入单向节流阀，在受热管2内加热后的水，流向储水箱时阀单向开启，是白天的工作状态，阴天或夜间储水箱向受热管2节流供水抗冻，在管道保温好的情况下，热损失很小，防冻可靠。
2.窗罩式太阳能集热器：
将本机安装在窗檐上方，由于冬、夏季太阳有47度的入射角变化，及反射镜1的追日运动，夏季反射镜1将阳光全部遮挡不会射入窗内，冬季丝毫不会影响太阳光对窗的照射，并可同样向室内提供热水和采暖。

Claims (1)

1.反射镜追日的双向棘轮机构，具有反射镜的聚射式太阳能集热器的一种追日机构，其特征是两套结构相同的追日机构，对称的安装在抛物柱形反射镜(1)的两端，支撑反射镜(1)及受热管(2)，并同时驱动反射镜(1)追日，每套机构内部按运动状态分为三部分，静止、摆动和步进转动，
静止部分，支撑和防止反射镜(1)在风载下偶然转动，千斤座垫(22)，固定千斤座(26)，通过两棵千斤座螺栓(21)固定在支架斜撑(37)上，固定千斤座(26)中线上为3阶梯孔，孔径最大的部分靠近双向棘轮(27)，内装固定千斤(23)，在固定千斤簧(36)的作用下，固定千斤(23)顶端插入双向棘轮(27)的齿槽，固定千斤(23)尾端由固定千斤绳(35)牵引，经过固定千斤簧(36)的中心，再经小孔通向逆滑轮(3)和顺滑轮(10)，两棵止返销(25)一端嵌入固定千斤座(26)的对称位置，另一端在V形的逆千斤(24)、顺千斤(33)外棘爪下侧，
摆动部分，将逆钢丝绳(30)顺钢丝绳(34)的拉动转化为，摆板(32)以轴(9)为圆心逆、顺时针的双向摆动，摆板(32)上端对称的两孔，一个孔挂逆钢丝绳(30)和返程弹簧(28)，另一个孔挂顺钢丝绳(34)和返程弹簧(28)，逆千斤(24)，顺千斤(33)均呈V字形，中间有园柱插入摆板(32)下端对称的两孔中，接近中心线的内端棘爪在步进千斤簧(38)的作用下，插入双向棘轮(27)齿槽，用于推动双向棘轮(27)的步进，在摆动中，运动方向一侧千斤的外端棘爪，在静止的止返销(25)的作用下，使千斤转动，棘爪脱离双向棘轮(27)，即在步进运动时双向棘轮机构瞬时成为单向机构，完成步进，
步进转动部分，扇形的双向棘轮(27)通过三棵棘轮螺栓(29)与反射镜接板(8)固定在一起，反射镜接板(8)与反射镜(1)端面钢架及镜辐(4)通过螺栓或焊接固定在一起，在逆千斤(24)或顺千斤(33)的推动下，以轴(9)为中心可正反方向步进转动，使反射镜(1)步进追日。
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