CN105526725A - 弧齿条定位的反射镜追日机构 - Google Patents

Abstract

弧齿条定位的反射镜追日机构。绿色能源、太阳能光热利用领域。聚射式太阳能集热器反射镜的追日机构。聚射式太阳能集热器性能明显优于直射式，其未能广泛使用，是由于聚射式就必须使反射镜具有追日功能，原有追日机构昂贵、笨重，无法在民用中使用。弧齿条定位的反射镜追日机构，提供了最简单的反射镜追日功能。使聚射式太阳能集热器受热管受到的照射强度，是直射式的约10倍，因此开创了太阳能集热器用于冬季采暖的新领域。而且新结构易于与建筑一体化，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

弧齿条定位的反射镜追日机构

(一)技术领域：

可再生清洁能源、太阳能的热利用，聚射式太阳能集热器，反射镜的一种追日机构。

(二)背景技术：

目前所有民用太阳能热利用产品，无论是真空管式或平板式，均为直射式。冬季由于气温低、太阳光弱，形不成温差而无法吸收、利用太阳能。在冬季最需要热源的时候，太阳能的利用却呈休眠状态。

反射镜能集聚太阳光，提高冬季太阳能的品位，克服冬季太阳光弱的缺点。但使用反射镜，就必须使其具有追日功能。目前工业上使用的，逻辑或程序自动控制系统，控制电动机、通过减速机传动，驱动反射镜追日。方法过于复杂、贵重、笨重，无法在民用中使用。使民用太阳能设备长期停滞在直射式水平，在冬季最需要热源时，太阳能利用设备却瘫痪的低水平。

(三)发明内容：

1.要解决的技术问题：

a.解决扩大太阳能利用的经济技术问题：

太阳能能量巨大，但能量密度很低。要大量的利用太阳能，就必须大幅度的提高收集器的面积。目前真空管式、平板式结构复杂、脆弱、造价高很难大幅度提高收集器的面积。b.克服冬季太阳能利用的瓶颈：

冬季太阳光弱、气温低无论是真空管式或平板式，这些直射式太阳能集热器冬季均不能形成传热所需的温差，致使在最需要热源的冬季，太阳能利用设备却呈休眠状态。

c.提供适于民用的追日机构：

聚射式比直射式，有受照单位面积成本低、热效率高等很多优点，所以聚射式已经在工业中得到使用，而民用上仍停留在直射式。其原因是，聚射式的反射镜必须有追日功能，目前追日系统复杂、贵重、笨重而无法在民用中使用。

d.实现与建筑一体化：

太阳能的吸收和使用距离越近越好，这就是与建筑一体化。新集热器结构简单、安装方便，易于与建筑一体化，夏季为建筑物外遮阳、冬季供暖，是未来建筑物的共生体，可与建筑物同设计、同施工生产有太阳能利用系统的绿色建筑，也可对旧建筑进行逐步加装，改造成为绿色建筑。

e.本专利就是使用新结构、新技术、新材料、新元件解决原追日系统的复杂、贵重、笨重问题。使追日系统简单化，使民用太阳能产品进入聚射式时代，使大面积利用太阳能采暖成为可能。扩大受照面积，提高太阳能集热器的功率。用聚射式提高冬季太阳能的品位，使太阳能集热器可用于冬季采暖。用绿色能源取代化石能源，消减雾霾、保护环境。

2.技术方案：

抛物柱形反射镜的追日以步进方式进行，反射镜每次追日旋转的角度为步进角，步进角以反射光不会射出受热管为极限，因此步进角由受热管直径和反射镜制造精度决定。调整棘轮周节、摆杆臂长、使它们共同满足步进角及电磁铁行程的要求。

反射镜1的顺时针追日动力，为顺电磁铁26的电磁引力。反射镜1的逆时针追日动力，为逆电磁铁28的电磁引力。

各部件按运动状态分为静止、摆动、步进三种。

机架部分及受热管5、轴6等为静止部件：

地脚螺栓24将两件长方形底座板23固定在建筑物上，两件底座板23分别置于反射镜1的两端，每件长方形底座板23的两端各焊接角钢支腿22，两颗支腿22顶端焊接轴6，两颗轴6从两端支撑反射镜1水平的固定在建筑物外檐。安装时，要使两颗轴6的中心线在同一几何中心线上。

两颗轴6的最内端，通过托盘螺栓29，固定两件受热管托盘4，从两端共同支撑受热管5在反射镜1的焦线上。

定位千金20、弧齿条17和其相关零件是为防止反射镜1的偶然转动设置的。

定位千金座19的左右两端通过定位座铆钉18固定在两条支腿22上。定位千金座19的竖直对称平面上设一孔，孔中动配合置定位千金20，定位千金20顶端为齿条形与定位弧齿条17无隙配合，定位千金20下端安装定位钢丝绳25。当定位电磁铁27通电时，定位钢丝绳25拉动定位千金20向下，使其顶端移出定位弧齿条17的齿顶圆外，使反射镜1可步进转动。定位电磁铁27断电时，定位千金簧21使定位千金20返程，定位千金20顶端插入定位弧齿条17齿间，使反射镜1固定。

位弧齿条17由齿板铆钉16固定在镜端接板9中心线下方，并使定位弧齿条17的几何圆心与镜端接板9的中心孔同心，定位弧齿条17和定位千金20可准确步进角，并防止风载荷等引起反射镜1的偶然转动。

摆杆7及安装在其上的顺千斤金11、逆千斤31等为摆动部件：

摆杆7是以竖中心线为线对称的横长条形，其中心孔动配合的套在轴6上。

摆杆7的右端，静配合穿过顺千金轴10，并在摆杆7两侧留有轴端。靠近顺棘轮3一侧的轴端，动配合套顺千金11。顺千金11右端一侧小孔挂顺钢丝绳13，另一侧为棘爪。顺千金轴10靠近支腿22的另一轴端，挂顺摆杆簧14。用于摆杆7的顺时针复位。

顺千金簧12使顺千金11的棘爪，在顺钢丝绳13不牵引的状态下脱离顺棘轮3的棘齿。摆杆7的左端，静配合穿过逆千金轴30，并在摆杆7的两侧留有轴端。靠近逆棘轮8一侧的轴端，动配合套逆千金31。逆千金31左端一侧小孔挂逆钢丝绳33。另一侧为棘爪。逆千金轴30靠近支腿22的另一轴端，挂逆摆杆簧34用于摆杆7的逆时针复位。

逆千金簧32使逆千金31的棘爪，在逆钢丝绳33不牵引的状态下脱离逆棘轮8的棘齿。反射镜1及安装在其上的部件为步进部件：

反射镜1两端的周边及与镜端接板9之间的连接结构为镜辐2，镜端接板9焊接在镜辐2上，焊接时应使镜端接板9的中心孔与反射镜1的重心及焦点相重合，反射镜1两端镜端接板9的中心孔，动配合套在两端的轴6上。

具有相同周节的顺棘轮3、逆棘轮8均为扇形，扇形夹角略小于90度，顺棘轮3、逆棘轮8通过棘板铆钉15分别固定在镜端接板9中心线的左、右侧，它们的几何圆心与镜端接板9的中心孔同心，右侧的顺棘轮3以顺时针为工作方向，左侧的逆棘轮8以逆时针为工作方向。

3.有益效果：

a.使用反射镜扩大接受太阳能的面积，较现有的真空管式、平板式要经济许多，而且安装便捷、耐候性强，技术经济效果好，因此使用反射镜扩大对太阳能的利用，提高集热器功率，提高太阳能在整个能源中的占比最具前景。

b.由于反射镜对太阳光的聚集作用，使受热管的受照强度十倍于太阳光的直射(反射镜宽度与受热管直径比)，大大提高了冬季太阳能的品位，这给冬季利用太阳能采暖提供了热力学基础。可为中南部大半个中国的冬季采暖，提供热源。

c.由于采用新技术、新材料、新元件。追日机构简单、经济、耐候性强，虽有追日运动，整机不需外电源，为与建筑一体化提供了基础。

d.新集热器结构简单，易于与建筑一体化，夏季为建筑物外遮阳、冬季供暖，是未来建筑物的共生体，因此可与建筑同设计同施工，生产有太阳能利用系统的绿色建筑，也可对旧建筑进行逐步加装，改造成为绿色建筑。

e.由于太阳光冬、夏季有47度的入射角变化，安装在窗户上方的反射镜，夏季全部挡住太阳光对窗户的入射，提供夏凉的功能。冬季丝毫不挡太阳光对窗户的入射，提供冬暖的功能。

f.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达70度，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，建筑物有外遮阳可大幅降低夏季空调能耗，冬季又可用于采暖，这就降低了占总能耗三分之一的建筑物能耗，降低二氧化碳排放，降低雾霾的发生。

g.用最经济的反射镜，扩大受照面积，提高太阳能集热器的功率。用反射镜的聚射提高冬季太阳能的品位，使中南部大半个中国用太阳能采暖。用绿色能源取代化石能源，消减雾霾、保护环境。

(四)附图说明：

图1是弧齿条定位的反射镜追日机构，驱动一侧结构简图。因较能整体反映机构形态，故选做摘要附图。

图2是图1中心部位的局部放大图，较详细反映反射镜1的追日机构。

图3是图2的A向侧视，，表现顺时针追日结构的轴向位置。

附图中零件和它们代表的序号是：反射镜1、镜辐2、顺棘轮3、受热管托盘4、受热管5、轴6、摆杆7、逆棘轮8、镜端接板9、顺千金轴10、顺千金11、顺千金簧12、顺钢丝绳13、顺摆杆簧14、棘板铆钉15、齿板铆钉16、定位弧齿条17、定位座铆钉18、定位千金座19、定位千金20、定位千金簧21、支腿22、底座板23、地脚螺栓24、定位钢丝绳25、顺电磁铁26、定位电磁铁27、逆电磁铁28、托盘螺栓29、逆千金轴30、逆千金31、逆千金簧32、逆钢丝绳33、逆摆杆簧34。

(五)具体实施方式：

抛物柱形反射镜1端面呈长方形，长度约是宽度的3至4倍，反射镜1东西向水平安装在建筑物向阳墙面或屋顶上。采用竖直单向追日方式，表面为反光材料制成的反射镜1，左右两端通过镜辐2、镜端接板9，支撑在轴6上，可以绕轴6转动，两端的轴6焊接在两条支腿22上，两条支腿22焊接在底座板23上，地脚螺栓24固定底座板23在建筑物向阳面立墙或屋顶上。

当整机不是竖直向上安装时，可在钢丝绳上加装导向滑轮，以保证电磁铁竖直的工作状态。

反射镜1顺、逆追日的原理、结构及动作过程相同，顺、逆追日动力分别来自顺电磁铁26和逆电磁铁28的电磁引力。

反射镜1顺时针追日动作的过程是：顺电磁铁26、定位电磁铁27通电，定位电磁铁27通过定位钢丝绳25，拉动定位千金20向下脱出定位弧齿条17的齿槽，为反射镜1步进做准备。同时顺电磁铁26通过顺钢丝绳13拉顺千金11，顺千金11以顺千金轴10为中心转动，顺千金11的棘爪进入顺棘轮3的棘齿。使顺棘轮3带动反射镜1以轴6为圆心顺时针步进转动。之后顺电磁铁26、定位电磁铁27断电，失去引力，顺千金11在顺千金簧12的作用下逆时针转动，顺千金11的棘爪脱离顺棘轮3的棘齿，摆杆7在逆摆杆簧34的牵引下逆时针旋转复位，定位千金20在定位千金簧21的作用下，插入定位弧齿条17的齿隙中，一个顺步进追日动作过程完成。

反射镜1逆时针追日动作的过程是，逆电磁铁28、定位电磁铁27通电，定位电磁铁27通过定位钢丝绳25，拉动定位千金20向下脱出定位弧齿条17的齿槽，为反射镜1步进做准备。同时逆电磁铁28通过逆钢丝绳33拉逆千金31，逆千金31以逆千金轴30为中心转动，逆千金31的棘爪进入逆棘轮8的棘齿，使逆棘轮8带动反射镜1以轴6为圆心逆时针步进转动。之后逆电磁铁28、定位电磁铁27断电，失去引力，逆千金31在逆千金簧32的作用下顺时针转动，逆千金31的棘爪脱离逆棘轮8的棘齿，摆杆7在顺摆杆簧14的牵引下顺时针旋转复位，定位千金20在定位千金簧21的作用下，插入定位弧齿条17的齿隙中，一个逆步进追日动作过程完成。

窗罩式太阳能集热器：

将集热器安装在向阳窗檐的上方。由于冬、夏季太阳光有47度的入射角变化，及反射镜1的追日运动。夏季反射镜1将太阳光全部遮挡，太阳光不会射入室内，起到夏季外遮阳的作用，冬季丝毫不会影响太阳光由窗户对室内的照射，同时集热器可向室内提供热水和采暖。

Claims (1)

1.弧齿条定位的反射镜追日机构，具有反射镜的聚射式太阳能集热器的一种追日机构，其特征是具有相同周节的顺棘轮(3)、逆棘轮(8)均为扇形，扇形夹角略小于90度，顺棘轮(3)、逆棘轮(8)通过棘板铆钉(15)分别固定在镜端接板(9)中心线的左、右侧，它们的几何圆心与镜端接板(9)的中心孔同心，右侧的顺棘轮(3)以顺时针为工作方向，左侧的逆棘轮(8)以逆时针为工作方向，

摆杆(7)是以竖中心线为线对称的横长条形，其中心孔动配合的套在轴(6)上，摆杆(7)的右端，静配合穿过顺千金轴(10)，并在摆杆(7)两侧留有轴端，靠近顺棘轮(3)一侧的轴端，动配合套顺千金(11)，顺千金(11)右端一侧小孔挂顺钢丝绳(13)，另一侧为棘爪，顺千金轴(10)靠近支腿(22)的另一轴端，挂顺摆杆簧(14)，用于摆杆(7)的顺时针复位，

顺千金簧(12)使顺千金(11)的棘爪，在顺钢丝绳(13)不牵引的状态下脱离顺棘轮(3)的棘齿，

摆杆(7)的左端，静配合穿过逆千金轴(30)，并在摆杆(7)两侧留有轴端，靠近逆棘轮(8)一侧的轴端，动配合套逆千金(31)，逆千金(31)左端一侧小孔挂逆钢丝绳(33)，另一侧为棘爪，逆千金轴(30)靠近支腿(22)的另一轴端，挂逆摆杆簧(34)，用于摆杆(7)的逆时针复位，

逆千金簧(32)使逆千金(31)的棘爪，在逆钢丝绳(33)不牵引的状态下脱离逆棘轮(8)的棘齿，

定位弧齿条(17)由齿板铆钉(16)固定在镜端接板(9)中心线下方，并使定位弧齿条(17)的几何圆心与镜端接板(9)的中心孔同心，

定位千金座(19)的左右两端通过定位座铆钉(18)固定在两条支腿(22)上，定位千金座(19)的竖直对称平面上设一孔，孔中动配合置定位千金(20)，定位千金(20)顶端为齿条形与定位弧齿条(17)无隙配合，定位千金(20)下端安装定位钢丝绳(25)，当定位电磁铁(27)通电时，定位钢丝绳(25)拉动定位千金(20)向下，使其顶端移出定位弧齿条(17)的齿顶圆外，使反射镜(1)可步进转动，定位电磁铁(27)断电时，定位千金簧(21)使定位千金(20)返程，定位千金(20)顶端插入定位弧齿条(17)齿间，使反射镜(1)固定。