CN106894959B - 一种温差驱动的动力机构及活动遮阳装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温差驱动的动力机构及活动遮阳装置，属于自动控制领域。动力机构包括第一集热器、第二集热器；第一集热器和第二集热器均为中空的密封腔体，内部装填有热膨胀介质；第一集热器和第二集热器分别为环境温度感应集热器或辐射热感应集热器中的一种；所述的第一集热器和第二集热器的内腔分别连通两个密闭腔体，当所述的热膨胀介质膨胀时，两个密闭腔体中增加的压力分别推动对外动力输出元件做出反馈动作。本发明通过设置两个集热器，利用介质的热胀冷缩原理，通过纯机械结构实现了温差驱动的动力输出，相对于现有技术中采用电气设备实现的温差驱动机构而言，其寿命、可靠性和使用成本都得到了大大的优化，有利于推广。

Description

一种温差驱动的动力机构及活动遮阳装置

技术领域

本发明属于自动控制领域，具体涉及一种温差驱动的动力机构及活动遮阳装置。

背景技术

在建筑节能及农业生产领域，时常需要根据温差或太阳辐射角度来控制某些装置的状态，比如活动遮阳装置。目前的活动遮阳装置，一般可以分为手动遮阳装置和电动遮阳装置。手动遮阳装置造价低，使用方便，但是使用场合受限制，无法大规模地应用于建筑外立面上；电动遮阳装置控制方便，但是一般含有电机装置，造价高，维护费用高。而且，目前的电动遮阳装置大部分采用传感器来感应光照和温度，然后通过单片机等设备来控制遮阳装置的角度调节机构。例如，申请号为200820054458.5的实用新型专利公开了一种外遮阳装置，其通过卷扬机构通过用户手动控制，实现调节遮阳帘覆盖门窗的比例。申请号为201510380653.1的发明专利公开了一种用于SUV车的全自动防晒遮阳防尘装置，它通过齿轮齿条传动装置、齿条伸缩装置和导杆伸缩装置实现遮阳帘的方位变化。然而，这些电子设备的寿命和可靠性上的缺陷使得电动遮阳装置在使用时出现故障的概率较高。尤其是用在建筑外遮阳的场景下，由于电机长年风吹日晒，寿命有限。且若要实现自动控制的功能，往往得集成很多自动检测和控制模块，系统十分复杂。此外，在农业生产领域，出于大规模应用和节约使用费用的角度考虑，也需要一种结构简单、无需电力驱动的自动遮阳装置。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中自动遮阳装置中必须采用电器元件实现温差控制的缺陷，并提供一种完全采用机械结构的温差驱动的动力机构。本发明所采用的具体技术方案如下：

温差驱动的动力机构包括第一集热器(为叙述方便，将其命名为集热器A)、第二集热器(为叙述方便，将其命名为集热器B)；集热器A和集热器B均为中空的密封腔体，内部装填有热膨胀介质；集热器A和集热器B分别为环境温度感应集热器或辐射热感应集热器中的一种，所述的环境温度感应集热器用于单独感应环境温度，使内部热膨胀介质随环境温度变化而同步变化，所述的辐射热感应集热器用于同时感应环境温度和热辐射，使内部热膨胀介质随环境温度和热辐射造成的温度变化而同步变化；集热器A和集热器B的内腔分别连通两个密闭腔体，当所述的热膨胀介质受热膨胀时，两个密闭腔体中增加的压力分别推动对外动力输出元件做出反馈动作。

本发明主要利用介质的热胀冷缩原理来推动对外动力输出元件(如活塞杆、齿轮等)移动，其中热膨胀介质是指在介质温度升高时，介质体积会增大的物质，如水、油、油气混合物、压缩空气、低比热容非共沸介质或其他能够热膨胀的物质。两个集热器中所填充的热膨胀介质可以相同，也可以不同，具体视使用环境而定。

两个密闭腔体使对外动力输出元件做出的反馈动作可以是多种形式。比如，可以以驱动动力输出元件向不同的方向移动来实现，动力输出元件的移动可以通过两个力同时作用于元件的两个相反方向来实现，也可以驱动动力输出元件向相同的方向移动，然后分别作用于外部机构中。此外，还可以通过分别作用于两个或更多个元件上，使其均发生与力的大小成比例的位移，然后通过机械装置(如杠杆、滚轮等)将两种或多种位移进行部分抵消后，使抵消后的位移反映在动力输出元件的最终位移上。当然，也可以采用其他形式实现，此处不做特殊限定。两个集热器能够对外输出的力或者位移是由热膨胀介质的热膨胀率、集热器和密闭腔体的形状等因素共同决定的，可以根据不同的使用目的设置不同的组合方式。

本发明的工作原理如下：由于环境温度感应集热器主要用于感知环境温度，其不吸收辐射热，或仅吸收极少量的辐射热，其内部热膨胀介质的温度接近于环境温度；而辐射热感应集热器主要用于在感知环境温度的同时，也吸收辐射热(如太阳辐射热等)，其内的介质温度高于环境温度，其温度与环境温度的差值视辐射热的强度定，当辐射热越强时，差值越大，当辐射热越弱时，差值越小，当不接受辐射时，其温度与环境温度感应集热器内的介质温度相同，即接近于环境温度。由于集热器A和集热器B均为密封腔体，因此其中的热膨胀介质在接受热量后发生膨胀，对与其相连接的密闭腔体产生压力，而两个集热器中的压力可以直接或者间接从不同的方向对整个动力机构中向外输出动力的元件施加作用力。当两个集热器均没有收到辐射热，其中的介质温度均与环境温度相同，或收到等量的辐射热，其中的介质温度虽高于环境温度，但两者温度相同，此时对向外输出动力的元件所产生的力相互抵消或者受到力的作用所产生的位移相互抵消。

根据功能组合方式的不同，上述集热器A、集热器B，可以有三种组合方式，即环境温度感应集热器+环境温度感应集热器；环境温度感应集热器+辐射热感应集热器；辐射热感应集热器+辐射热感应集热器。上述不同的组合方式，有着不同的应用方式，典型的应用方式如下：

环境温度感应集热器(集热器A)+环境温度感应集热器(集热器B)：将集热器A置于室内，集热器B置于室外，则本动力机构可以对室、内外温差作出响应；或将集热器A置于介质A内，集热器B置于介质B内，则本动力机构可以对介质A、介质B的温差作出响应。其典型的应用是根据室、内外温差，控制房间通风口的面积。

环境温度感应集热器(集热器A)+辐射热感应集热器(集热器B)：本动力机构可对辐射强度作出响应；

辐射热感应集热器(集热器A)+辐射热感应集热器(集热器B)：集热器A、B均用于辐射热感应，其区别在于：集热器A、集热器B，其各自的吸热面(向阳面)朝向不同的方向(如集热器A朝东或东南方向；集热器B朝西或西南方向)，则在一天时间内，从早到晚，由于太阳东升西落，不同时间集热器A、集热器B吸收的太阳辐射有所不同，集热器A、B内介质的温度也有所不同。故本动力机构可对辐射方向作出响应。

需要指出的是，本发明中尽管将集热器和密闭腔体分别作为一个部件描述，但并不意味着其一定是两个独立的部件，当密闭腔体在集热器上一体化成型或者直接内置于集热器中时，也属于本发明的保护范围。

上述方案仅仅为本发明的基本方案，在此基础上，还可以采用多种优选的改进方案：

作为第一种优选方式，所述的两个密闭腔体均位于活塞机构中，分别推动活塞杆向相反的方向移动。在该方式下，密闭腔体作为活塞杆末端的推动装置，密闭腔体中的压力直接作用于活塞上，使活塞杆前端发生位移，该位移可以用于驱动外部的机构运动。

基于第一种优选方式，还可以作为进一步的改进：所述的活塞机构中，包括两个独立的活塞组件，每个活塞组件包括一个套筒和一条活塞杆，两个套筒分别安装于第一集热器和第二集热器上，且连通热膨胀介质所在的腔体；活塞杆同轴安装于套筒内，且其上连接的活塞与套筒密闭耦合形成圆柱副；其中一个集热器或套筒固定于另一个集热器的活塞杆上，并随该活塞杆同步运动；当热膨胀介质膨胀时，两条活塞杆的伸长方向相反；没有固定集热器或套筒的活塞杆用于对外输出动力。

在该优选方式中，两个集热器实现温差驱动的原理如下(假设集热器A为环境温度感应集热器，集热器B为辐射热感应集热器)。本发明中，为了方便叙述，将集热器A驱动的活塞杆简称为活塞杆A，将集热器B驱动的活塞杆简称为活塞杆B)：

假设集热器及套筒中介质的总初始体积为V，套筒内表面截面积为S，热膨胀介质(假设两个集热器中介质相同，集热器和套筒的结构也相同)温度上升后体积膨胀，假设膨胀率为α，则活塞杆被向外推出距离。由于介质膨胀率主要与介质前后的温升Δt有关，因此Δx实际上是V、S和Δt的函数V越大、S越小或Δt越大，则Δx越大。

将本动力机构固定于建筑表面(可以是活塞杆A的端头固定，也可以是集热器B或套筒B固定，以下假设为集热器B固定，活塞杆A为本动力机构的输出端，以下称为执行活塞杆或执行杆)。以正午时分为例，与夜间相比，用于感应太阳辐射强度的集热器B吸收太阳辐射热，其内介质的温度由t₀升高到t_b，介质受热膨胀，推动活塞杆B向右移动x_b距离；用于感应环境温度的集热器A与周围空气进行热交换，其内介质的温度由t₀升高到t_a，介质受热膨胀，推动活塞杆A向左移动x_a距离。但是，由于集热器A固定在活塞杆B上，活塞杆B向右移动x_b距离的同时，也带动活塞杆A向右移动x_b距离。综上，活塞杆A的端头实际向右移动x＝x_b-x_a距离。上述x的具体数值，主要受Δt＝t_b-t_a，即由太阳辐射强度所带来的温差的影响。因此，执行活塞杆A的实际位移，主要与太阳辐射强度有关(中午辐射强度比早上强，夏天的辐射强度比冬天强，晴天比阴天强)，而环境温度对执行活塞杆A位移的影响被部分抵消。

因此，本动力机构，可以很好地对太阳辐射强度作出反馈，并输出对应的位移量，以驱动外部装置进行相应动作。

上述驱动方式是假设集热器中介质相同，集热器和套筒的结构也相同的情况，当这些参数不同时，两个活塞杆在相同温度下也会产生不同的位移，可以用于驱动其他情形下有特殊用途的外部机构。集热器A、B的另外一个作用，是增大本动力机构中介质的初始体积，增强其推动活塞杆的能力，因此当需要对位移进行放大时，可以考虑调整集热器体积与套筒横截面积；当然也可以采用其他的位移放大装置。

而且，在前一种优选方式中，集热器和活塞组件是一体的，之间刚性连接。这种刚性连接方案使得集热器必须与外部待驱动的设备组合成一体。对一些应用场合，集热器布置困难或因集热器的存在，会对建筑立面完整性造成视觉破坏，由此会大大降低本发明的适用性。同时，动力机构的尺寸和机械结构也影响了本发明实际应用的灵活性。

因此，作为第二种优选方式提供了另一种替代方式：活塞机构包括密闭套筒和活塞杆，活塞杆上连接的活塞与套筒密闭耦合形成圆柱副，所述的活塞将密闭套筒分隔为两个独立的密闭腔室(为表述方便，分别记为第一腔室12、第二腔室13)，集热器A和集热器B的内腔分别连通至两个密闭腔室，用于在热膨胀介质膨胀时对活塞施加相反的作用力。

与上一中优选方式通过位移相互抵消的方式不同，本优选方式中，直接通过对活塞杆末端的活塞施加相反的力，利用部分抵消后的合力驱动活塞杆运动。在本优选方式中，将活塞杆与集热器分离，二者间用细导管(可以为柔性导管或刚性导管)连接，由此集热器可以灵活布置在任何满足感应条件的地方，其几何尺寸、外形和朝向布置更灵活。执行器组件(如活塞杆)尺寸小巧，易于嵌入活动遮阳装置内部，其推力和行程易于定制，也利于标准化、系列化。

本方案的工作原理如下：

太阳辐射感应组件由两个集热器组成，分别为集热器A与集热器B。集热器A用于感应太阳辐射强度，可固定于任何太阳直射处(如屋顶、露台、挑檐)。集热器B用于环境温度补偿，固定在遮阳处(也可以叠放在集热器A下方)，使之不能受阳光直射)。由于集热器A、集热器B受太阳辐射量的差别，其内部介质的温升和热膨胀量不同，形成不同的内压，两者的压差主要与太阳辐射强度有关。在不同太阳辐射强度作用下，集热器A、集热器B的压力差推动套筒内活塞及与之相连的活塞杆运动，最终驱动遮阳装置执行相应动作。

基于第二种优选方式，还可以作为进一步的改进：集热器A和集热器B的内腔分别连接一个膨胀缓冲装置，所述的膨胀缓冲装置采用开式定压管或填充有空气的密闭容器。当采用开式定压管时，开式定压管为中空的管状物，朝上安装，定压管固定在集热器上，其底部与集热器内部相通。当集热器温度升高时，介质膨胀，定压管内的液面上升。由于集热器A、集热器B内介质温度不同，相应导致定压管A、定压管B内液面高度不同，于是第一腔室、第二腔室内介质的压力也不相同，活塞在两侧压差的作用下移动，最终两侧压力达到平衡。此时执行活塞杆可输出位移。当采用密闭容器时，该容器可加设于集热器的外部，并通过管道连通集热器内腔。容器内部充气用于缓冲液态集热介质的压力，提供膨胀空间，该方式适用于集热器内充满了液态介质的情况。另外，容器也可以是集热器内腔本身的一部分，即集热器中装填液态或气-液相变介质，并呈非满液式，预留一部分空间作为缓冲膨胀室用于吸收过大的膨胀压力。

上述各方案中，动力输出元件均是在压力差或位移差的作用下自动产生位移的，但在实际使用过程中，经常会遇到需要手动关闭温差感应功能的情况，比如在冬天尽管内外温差较大，但是用户依然希望太阳能够照射进入房间，此时需要切断温差感应。针对该需求，基于上述任一方案，还可以提供如下改进：所述的两个密闭腔体通过管路连通，且该管路上设有通断控制装置(通常选用针阀、球阀、闸阀、截止阀等阀门)。当阀门关闭时，两个集热器以及两个密闭腔体相互独立，但当阀门开启时，第一腔室与第二腔室之间的压差被消除，活塞及执行活塞杆可以自由移动，可以根据用户需要进入手动定位模式。当手动定位完成后，关闭阀门，执行器组件即可恢复自动调节模式。

另外，部分外部装置中需要动力机构提供曲线位移行程，因此基于上述任一方案，还可以提供如下改进：所述的活塞组件中，套筒内腔和活塞杆的延伸方向均呈弧线形，使活塞杆在运动时对外输出动力的末端运动轨迹也呈弧线形。

本发明中第一集热器、第二集热器可采用市售的组件，只要其能够实现各自的功能即可。本发明中基于上述任一方案，提供一种优选实现：所述的环境温度感应集热器和辐射热感应集热器的壳体上均设有热传导区，用于内部热膨胀介质与外部环境进行热交换；所述的辐射热感应集热器位于热辐射范围内的集热面上还设有辐射集热区，用于吸收外部热辐射并加热内部热膨胀介质。

该方案中，环境温度感应集热器或辐射热感应集热器需要根据用户需求，区别性地感知环境温度和辐射强度。该功能的实现原理如下：

感知环境温度的方法：集热器采用热传导区域来实现内部介质与外部环境的热量交换，主要通过传热、对流方式进行换热。热传导区域可以是一部分，也可以覆盖整个集热器。为了防止辐射吸热对内部介质的影响，在集热器所有可能接受辐射的方向(或主要方向)可以设有遮阳板或其它遮挡物(“其它遮挡物”也可是其它的集热器自身的某部分)，遮阳板或其它遮挡物与集热器表面之间有隔热层(可以是空气、玻璃棉、橡塑、泡沫或其它隔热层)，以避免集热器直接受辐射(如太阳光)照射。除设有遮阳板的表面以外，集热器的其它表面与空气或水或其它介质直接接触，主要通过传导、对流的方式换热，使得集热器内的介质温度接近于环境温度。

感知辐射热的方法：集热器上不仅具有热传导区，还有辐射集热区。集热器接受辐射的表面不设遮阳板，甚至可以采用集热增强措施，以直接接受辐射(如太阳辐射)。集热器接受辐射后(如太阳辐射)，内部介质吸收辐射热，从而导致集热器内的介质温度高于环境温度。

另外，除了遮挡物的方式之外，作为替代的方法，也可以在环境温度感应集热器、辐射热感应集热器的表面刷不同的油漆、涂料或者其他反射层、进行不同的表面处理等方法，或采用不同的材料制作，使得环境温度感应集热器表面的黑度小于辐射热感应集热器表面的黑度，即环境温度感应集热器吸收太阳辐射的能力远弱于辐射热感应集热器，从而使得即便同样都受太阳光直接照射，环境温度感应集热器内介质的温度也低于辐射热感应集热器内介质的温度。

当然除此之外，还可能存在多种变形，但本领域技术人员可以根据需要进行设计，均属于本发明的保护范围。

上述各方案通过两个集热器的温差实现了温度感应调节功能，但实际使用时，还存在需要感知光照方向的需求，比如在夏季日照较强的时候，需要使遮阳装置的朝向随着阳光入射角的变化而调整，而上述装置尚无法实现该功能。因此基于上述任一方案，提供一种优选实现：所述的第一集热器和第二集热器均采用辐射热感应集热器，且第一集热器和第二集热器的辐射集热区接收热辐射的方向不同。

该方案的实现原理如下：由于一天内，太阳东升西落，不同时刻，集热器A的吸热面、集热器B的吸热面吸收的太阳辐射强度会有所不同，相应地导致集热器A、集热器B内介质温度不同。在太阳光从直接照射吸热面A，到慢慢转变为直接照射吸热面B的过程中，活塞杆的绝对位移呈现不断变化，实现了光照方位的实时跟踪。

本发明的另一目的在于提供一种温差驱动的活动遮阳装置，包括遮阳装置和前述任一技术方案中的温差驱动的动力机构，动力机构的对外动力输出元件与遮阳装置的遮阳状态调节机构配合连接，通过对外动力输出元件的位移变化改变活动遮阳装置的遮阳状态。遮阳状态调节机构可以是角度调节机构或者位置调节结构等实现方式。该方案的具体实现方式将通过后续实施例进行详细说明。

需要指出，由于本发明中动力机构的某些集热器亦随温差变化而移动或转动，因此实际上只需调整该集热器的尺寸以将其兼作为遮阳板，或在集热器表面固定一块遮阳板，即可实现本发明所述自动遮阳的目的。

本发明通过设置两个集热器，利用介质的热胀冷缩原理，通过纯机械结构实现了温差驱动的动力输出，相对于现有技术中采用电气设备实现的温差驱动机构而言，其寿命、可靠性和使用成本都得到了大大的优化，有利于推广。

附图说明

图1为本发明温差驱动的动力机构的一种实现方式(箭头表示活塞杆在介质膨胀时的伸缩方向)；

图2为本发明温差驱动的动力机构的第二种实现方式；

图3为本发明温差驱动的动力机构的第三种实现方式；

图4为本发明温差驱动的动力机构的第四种实现方式；

图5为本发明温差驱动的动力机构的第五种实现方式；

图6为本发明温差驱动的动力机构的第六种实现方式；

图7为本发明温差驱动的动力机构的第七种实现方式；

图8为本发明温差驱动的动力机构的第八种实现方式；

图9为本发明温差驱动的动力机构的第九种实现方式；

图10为本发明温差驱动的动力机构的第十种实现方式；

图11为本发明温差驱动的动力机构的简化示意图；

图12为本发明活动遮阳装置的第一种实现方式(图中箭头方向表示日照方向，下同)；

图13为本发明活动遮阳装置的第二种实现方式；

图14为本发明活动遮阳装置的第三种实现方式；

图15为本发明活动遮阳装置的第四种实现方式；

图16为本发明活动遮阳装置的第五种实现方式；

图17为本发明活动遮阳装置的第六种实现方式；

图中：1-集热器A、2-集热器B、3-套筒A、4-套筒B、5-活塞杆A、6-活塞杆B、7-热膨胀介质、8-输出杆、9-吸热面A、10-吸热面B、11-驱动齿轮、12-第一腔室、13-第二腔室、14-导管、15-通断控制装置、16-膨胀室、17-开式定压管、18-齿轮盘、19-遮阳板、20-铰链、21-连接杆、22-联动杆、23-百叶片、24-绳索或连杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

本发明温差驱动的动力机构，其中设置有第一集热器和第二集热器。第一集热器和第二集热器均为中空的密封腔体，该腔体可以是长方体，也可以是圆柱体、三角体或其它任意形状。两个集热器的内部腔体最终装填有热膨胀介质(如水、油、油气混合物、压缩空气或气－液相变流体)。两个集热器，根据具体使用场合要求，均可根据需要设计为环境温度感应集热器或辐射热感应集热器。环境温度感应集热器用于单独感应环境温度，使内部热膨胀介质随环境温度变化而同步变化。辐射热感应集热器用于同时感应环境温度和热辐射，使内部热膨胀介质随环境温度和热辐射造成的温度变化而同步变化。第一集热器和第二集热器的内腔分别连通两个密闭腔体，由于两个集热器是密闭的，因此当其内部的介质膨胀时，与集热器相连的密闭腔体也受到相应的压力，可以利用该压力，驱动对外动力输出元件发生位移，该位移可以用于继续驱动需要随温差变化而做出相应反馈动作的机构。

本发明中，由于具有两个集热器，可以感应不同位置或者环境下的温度，因此当两个集热器中的温度不同时，可以对两个集热器所产生的膨胀差异进行利用。具体的利用方式可以视实际情况进行调整，包括：两个集热器所采用的类型(环境温度感应集热器或辐射热感应器)、两种集热器类型的具体实现方式、对外动力输出元件的驱动方式等。下面通过具体实施例进行详细描述。

在一个实施例中，如图1所示，温差驱动的动力机构由集热器A1、套筒A3、活塞杆A5、集热器B2、套筒B4、活塞杆B6组成。集热器A1、集热器B2均为相同的内部中空的密封腔体，填充有热膨胀介质实现热膨胀。套筒A3、套筒B4为相同的中空的圆杆或方杆，其末端分别固定在集热器A1、集热器B2上并连通集热器内腔。活塞杆A5、活塞杆B6的末端膨大，形成活塞，且分别与套筒A3、套筒B4的内腔截面紧密贴合，集热器内部热膨胀介质7受热膨胀后，对活塞产生压力，驱动活塞杆发生移动。当集热器内部介质又重新冷却时，活塞杆复位。集热器B2本体固定，活塞杆B6的端头固定在集热器A1的表面，使集热器A1随着活塞杆B6的移动而移动。活塞杆A5、活塞杆B6反向安装，在介质膨胀时活塞杆移动方向相反。由此，当两个集热器中介质均升温时，集热器A1在活塞杆B6推动下向右移动，而活塞杆A5则向左移动，两者的位移可以相互抵消，最终位移将与两个集热器所在环境的温差有关。此时将活塞杆A5作为对外动力输出元件，可以驱动外部装置。当然，假如将活塞杆A5固定于墙面，集热器B2不固定，在两个集热器具有温差时，集热器B2将会发生移动，可以作为对外动力输出元件。

该动力机构中，集热器A1和集热器B2均可以设置于建筑外墙，但集热器B2采用辐射热感应集热器，集热器A1采用环境温度感应集热器。具体做法为集热器B2的表面可涂高吸收率涂层，并设置散热翅片以增强与环境的换热，该集热器向阳设置。而集热器A1进行遮阳处理，其表面也设置散热翅片。由此，该动力机构能够实现感应光照强度的功能，当光照增强时，两个集热器所处的环境温度基本相同，但集热器B2由于受到太阳光辐射，因此其内部温度更高，产生的温差最终表现为执行活塞杆A5发生一定位移。

基于该实施例，还可以进行多种改进方案。

例如，在另一实施例中的执行杆端部设有螺纹、卡口、孔洞等造型，以便于其与被驱动外部装置(如遮阳板、窗帘、连接杆等)直接或间接连接。

再例如，由于执行杆的移动距离与集热器内部空腔体积、套筒横截面积和两个集热器温差有关。除改变集热器内部空腔体积、套筒横截面积之外，对于某些使用场合，当所输出的位移还是太小导致无法满足使用要求时，可以在执行杆后连接一个位移放大器，对执行杆输出的位移进行放大，然后用来驱动遮阳机构。上述位移放大器，可以是一种动滑轮结构，也可以是一种杠杆或杠杆组合，也可以是大、小齿轮组等形式。

另外，上述方案中对外动力输出元件的位移是由根据装置结构和温差自动产生的，但在某些时候，用户可能需要解除上述控制限制。此时，可以采用不同方式来消除该驱动机构的位移差。

一种方式为：为辐射感应集热器设置一个活动遮阳罩，遮阳罩平时打开，使得辐射感应集热器可以直接暴露在太阳光照下。当需要解除太阳光照控制时，只需将遮阳罩关闭即可。此时辐射感应集热器不吸收太阳辐射热，其内介质温度与环境温度感应集热器内的介质温度相同，温差为0，从而使得执行杆对外动力输出元件的输出量为0。

另一种方式为：利用管道连通两个集热器的内腔，在该管道上设置通断控制装置15，通常选用针阀等阀门。正常使用时，针阀关闭，两个集热器的内腔相互独立，起到温差控制效果。当需要撤销该温差控制时，打开针阀，两个集热器的内腔相互连通，此时两条活塞杆可以自由移动，可以根据用户需要进入手动定位模式。当手动定位完成后，关闭阀门，动力机构又可恢复自动调节模式。该方式中，管道的连通方式可以直接连通集热器内腔，也可以间接地连通与集热器内腔相通的其他内腔(如套筒等)。

上述实施例中，活塞杆均是直线位移的，而部分情况下可能会用到曲线位移。因此，在另一实施例中，如图2所示，将套筒A3、套筒B4均设置为1/4圆弧形(其作为活塞腔体的套筒内腔需要为该形状，但套筒外壳可以采用任意形态)。同时将活塞杆A5、活塞杆B6制造成与套筒相匹配的圆弧形。由此，最终执行活塞杆A5的末端运动轨迹也呈弧线形。

上述实施例中，由于集热器A1是固定在活塞杆B6上的，而集热器A1中通常会装填有大量的介质，特别是液态介质会导致其重量偏大，影响整体稳定性。因此，在另一实施例中，将图1所示结构改为双活塞杆结构：集热器A1和集热器B2上均同时固定两个并行的套筒和两条并行的活塞杆，然后将集热器B2上的活塞杆B6固定于墙面，将集热器A1上的活塞杆A5末端固定于集热器A1上，然后在集热器A1的外壳表面连接一条输出杆8，集热器B2内有一通孔，输出杆8从该通孔内穿过(如图3所示)。该输出杆8作为对外动力输出元件。本方案采用对称式设计，结构更加稳定，机构内部受力均匀，不易损坏。集热器A1、集热器B2其中之一作辐射感应集热器，另一个作环境温度感应集热器，具体分工可根据具体应用场合确定。当然，也可以两个都作为环境温度感应集热器，分别设置于室内和室外，以实现室内外温差感应。另外，此处的集热器A1和集热器B2可以分割为多个集热器，分别连接活塞杆实现上述功能，使布置更为灵活，但其缺陷可能导致不同集热器之间的温差存在差异，各活塞杆的位移不同。

在实际使用过程中，不仅存在感应温差或辐射强度的需求，还存在感应辐射角度的技术需求。因此本发明还提供了一种针对前述方式的改进方案。其基本结构如图4所示，与图1的方案相比，其区别为集热器A1和集热器B2均采用辐射热感应集热器，且两个集热器的辐射集热区接收热辐射的方向相背。其感应辐射(以太阳光为例)角度的原理如下：一天内太阳东升西落，不同时刻，集热器A1和集热器B2吸收的太阳辐射强度会有所不同，相应地导致集热器A1、集热器B2内介质温度不同。在太阳光从直接照射吸热面A9，到慢慢转变为直接照射吸热面B10的过程中，执行杆的绝对位移呈现为从左往右的移动过程。其中当吸热面A9、吸热面B10吸收等量的太阳辐射量时，活塞杆A5的位置刚好移到中间位置，当辐射量不同时，活塞杆A5会相应地偏离中间位置。可以通过活塞杆A5的位置变化来控制不同的外部装置产生不同状态。当然，集热器A1和集热器B2的集热面也可以设计成如图5所示的上下形式，使活塞杆B6一端固定于墙面，活塞杆A5固定于集热器B2上，在集热器A1上连接一条输出杆8。当需要感应的方向不是完全朝向两个相背方向时，也可以使两个集热器的辐射感应方向不同即可，无需完全相背。

本发明上述所述的各方案中，集热器与对外动力输出元件均为一体或者刚性连接的。这种连接方案使得对外动力输出元件必须与集热器一体化安装。对一些应用场合，比如动力机构布置困难或因动力机构的存在或者对建筑立面完整性造成视觉破坏时，是不太适用的。同时，动力机构的尺寸和机械结构也影响了本发明实际应用的灵活性。

因此，在另一实施例中，将执行活塞杆与集热器分离，二者间用导管14(可以为柔性导管或刚性导管)连接，形成如图6的设计。与前面所述的各方案不同，本实施例中，仅具有一条活塞杆和一个密闭套筒。活塞杆上连接的活塞与套筒密闭耦合形成圆柱副，活塞将密闭套筒分隔为两个独立的密闭腔室，集热器A1和集热器B2的内腔分别通过导管14连通至第二腔室13和第一腔室12，当热膨胀介质7膨胀时对活塞施加相反的作用力。

以集热器A1为辐射感应集热器，集热器B2为环境温度感应集热器为例，说明本方案的工作原理：

集热器A1用于感应太阳辐射强度，可固定于任何太阳直射处(如屋顶、露台、挑檐)。集热器B2用于环境温度的补偿，固定在遮阳处(也可以叠放在集热器A1下方，使之不能受阳光直射)。由于集热器A1、集热器B2受太阳辐射量的差别，其内部介质的升温量和热膨胀量不同，形成不同的内压，两者的压差主要与太阳辐射强度有关。第一腔室12和第二腔室13两个压力腔，分别承接集热器A1与集热器B2的热膨胀内压。在不同太阳辐射强度作用下，集热器A1、集热器B2的压力差推动套筒内活塞及与之相连的执行活塞杆运动，最终驱动遮阳装置执行相应动作。

本方案相对于之前刚性连接的方案而言，其集热器部分与对外动力输出元件分离布置，通过导管14连接。太阳辐射感应组件可以灵活布置在任何太阳直射处，其几何尺寸、外形和朝向布置更灵活。执行器组件尺寸小巧，易于嵌入活动遮阳装置内部，其推力和行程易于定制，也利于标准化、系列化。

当然，事实上，本发明中套筒和活塞杆也可以采用前面实施例中2套独立组件的形式，每套组件的套筒压力腔分别连接集热器内腔，也可以实现集热器和对外动力输出元件的分离布置。

该分离布置的技术方案也可以采用多种改进方式，例如当集热器使用液态介质并注满内腔时，可以在原方案的集热器顶部通过垂直管道连接一密闭容器作为膨胀室16。膨胀室16内部充气用于缓冲液态集热介质的压力，提供膨胀空间。进一步地，液态或气-液相变介质集热器可以做成非满液式，预留一部分空间作为膨胀室，用于吸收过大的膨胀压力。

当然，膨胀室16也可以采用开式定压管17代替。开式定压管17为中空的管状物，朝上安装，开式定压管17固定在集热器上，其底部与集热器内腔相通。当集热器温度升高时，介质膨胀，定压管内的液面上升。由于集热器A1、集热器B2内介质温度不同，相应导致集热器A1上的定压管A、集热器B2上的定压管B内液面高度不同，于是第一腔室12、第二腔室13内介质的压力也不相同，活塞在两侧压差的作用下移动，最终两侧压力达到平衡，此时执行活塞杆输出相应的位移。

如图7～9所示，集热器A1和集热器B2之间也可以如前所述通过导管14连接，并设置管路通断控制装置15。当阀门关闭时，执行器组件执行正常的驱动动作，完成自动调节。当阀门开启时，第一腔室12与第二腔室13之间的压差被消除。消除压差后，关闭阀门，执行器组件又可恢复自动调节模式。套筒、执行活塞杆可以做成弧形，集热器A1、集热器B2可以设计成集热方向相背，以感应不同方向的太阳光。

以上所述的各技术方案中，对外动力输出元件均为活塞杆，两个集热器对活塞杆的作用方向是相反的。但事实上，两条活塞杆的作用方向可以是同向的，此时可以通过行星轮等机械结构对位移或作用力进行相应的方向转换。另外，除直接用活塞杆作为对外动力输出元件之外，也可以将活塞杆的作用转换为驱动齿轮11的位移。如图10所示，为另一种变形，将集热器A1、集热器B2均固定于建筑表面，活塞杆A5、活塞杆B6上均设有锯齿，活塞杆A5、活塞杆B6的中间夹有一驱动齿轮11，锯齿与驱动齿轮11啮合，当活塞杆A5向右移动x_a距离时，带动驱动齿轮11向右移动x_a距离；当活塞杆B6向左移动x_b距离时，带动驱动齿轮11向左移动x_b距离。故驱动齿轮11实际位移为x＝x_b-x_a。驱动齿轮11上通过连接件连接至待驱动的外部机构，即可用于输出位移。由此可见，对外动力输出元件只要针对与两个集热器相连的两个密闭腔体中增加的压力做出反馈动作即可，并不一定要限定其采用何种形式。

上述各方案中的温差驱动的动力机构，其可以用于驱动各种形式的外部设备。其中一种重要应用场景是太阳能驱动的活动遮阳装置。该装置以太阳辐射热为动力源，针对不同的太阳辐射强度，调整遮阳装置的遮阳效果。

为表述方便，将图1、图3、图6、图10所示方案简化为图11.a所示，将图2、图7及其他执行活塞杆的末端运动轨迹呈弧线形的方案简化为图11.b所示，将图4、5、图8及其他第一集热器和第二集热器的辐射集热区接收热辐射的方向不同的方案简化为图11.c所示。所有简化图中突出的长条形构件，均表示本动力机构的用于对外输出动力的输出杆8(即动力机构中的对外动力输出元件，根据前述方式，可以是活塞杆、齿轮或者集热器本体)。

如图12所示，本活动遮阳装置用于随太阳光照强度改变遮阳板19方向，其由前述的动力机构、遮阳板19组成，其中遮阳板19底部带有一个齿轮盘18，动力机构的输出杆8上带有齿轮锯齿并可与齿轮盘18啮合传动。遮阳板19随齿轮盘18的转动而调整方向。当两个集热器的温度相同时，遮阳板19的平衡位置与建筑外立面垂直。

当无光照或太阳辐射强度很弱时(如冬天的中午，虽然太阳光可能垂直照射本动力机构的吸热面，但是由于冬天太阳高度角很小，阳光中的辐射很弱)，此时遮阳板19垂直于建筑外立面，对窗户、幕墙等不起遮挡作用，如图12.a所示。当光照强度有所加强时，输出杆8在集热器内部压力作用下伸长并向外输出位移，带动齿轮盘18顺时针转动，进而带动遮阳板19顺时针转动。此时，遮阳板19能对太阳光进行轻微遮挡，减少其进入建筑内部的量，如图12.b所示。当光照强度很强时，输出杆8继续向外输出位移，带动齿轮盘18顺时针转动，进而带动遮阳板19顺时针转动。此时，遮阳板19与太阳光线呈垂直状态，可最大限度地阻挡太阳光直接进入室内，降低空调能耗，如图12.c所示。

上述方案是通过齿轮盘18实现的，但事实上还可以采用其他的替代方式。

在另一实施例中，如图13所示，本活动遮阳装置由动力机构、两块遮阳板19、两根连接杆21组成。其中两块遮阳板19通过活动铰链20或其它活连接方式连接在一起。连接杆21的一端与输出杆8的端头连接，另一端与遮阳板19连接。上述连接杆21两个端头的连接，均为铰接或其它活连接方式。另外，为了使多个活动遮阳装置能够同时伸展和收缩，可以在输出杆8上水平布设一条联动杆22，将连接杆21下方全部铰接于联动杆22上。当无光照，或太阳辐射强度很弱时，此时遮阳板19呈收起状态，如图13.a所示。当光照强度有所加强时，此时遮阳板19呈半打开状态，如图13.b所示。当光照强度很强时，此时遮阳板19呈完全打开状态，如图13.c所示。

在另一实施例中，采用百叶片的方式实现。如图14所示，本活动遮阳装置由动力机构、遮阳百叶片23组成。用于调节百叶片23状态的绳索或连杆24与输出杆8连接。当无光照，或太阳辐射强度很弱时，此时百叶片23完全透光，如图14.a所示。当光照强度有所加强时，此时百叶片23呈半打开状态，如图14.b所示。当光照强度很强时，此时百叶片23透光区域收紧至很小，隔离大部分光照，如图14.c所示。当然，具体的百叶片角度可以根据实际需要进行设计。

在另一实施例中，采用控制两组遮阳板19相对位置的方式实现。如图15所示，本活动遮阳装置由动力机构、两组遮阳板19组成。每组遮阳板19均由若干遮阳片构成，遮阳片呈直线布置(遮阳片也可以与遮阳板组的整体呈一定的夹角)，两片遮阳片之间有一定的间隔缝隙，以便太阳光穿过。两组遮阳板19，其中一组固定，另外一组受输出杆8控制。其原理是通过调整两组遮阳板19之间间隔缝的重叠面积，达到调节总遮阳面积的目的。当无光照，或太阳辐射强度很弱时，此时遮阳板19间隙完全重合，如图15.a所示。当光照强度有所加强时，此时遮阳板19间隙部分重合，如图15.b所示。当光照强度很强时，此时遮阳板19间隙大部分不重合，如图15.c所示。当然，具体的遮阳片角度可以根据实际需要进行设计。

另外，图11.b所示的方案可以通过如下方式实现遮阳。如图16所示，本活动遮阳装置由动力机构、一块遮阳板19组成。其中遮阳板19一端通过铰链20固定在建筑外立面上，另一端铰接在输出杆8的端头。当无光照，或太阳辐射强度很弱时，此时遮阳板19垂直于建筑立面，如图16.a所示。当光照强度有所加强时，此时遮阳板19呈半遮挡状态，如图16.b所示。当光照强度很强时，此时遮阳板19呈全遮挡状态，如图16.c所示。

图11.c所示的方案可以通过如下方式实现随光照方向而改变遮阳状态。如图17所示，本活动遮阳装置的遮阳板19处设计与图12所示方案一致。当无光照时，或动力机构的两块吸热面接收同样强度的光照时，此时遮阳板19平行于建筑外立面，如图17.b所示。当动力机构的两块吸热面，仅其中一面受太阳光直接照射，另一面未受照射，或其中一面的太阳光照射强度强于另一面时，此时遮阳板19迎着阳光射入的方向，如图17.a和17.c分别为不同方向日照时的状态所示。

另外，上述各方案均是通过输出杆8来控制外部遮阳装置的，但事实上，对外动力输出元件也可以是集热器本身。例如图1～5中的集热器本身会在温差作用下发生位移的，因此通过改变集热器外部形状或者在集热器表面固定遮阳板，直接使遮阳部位随集热器本体的移动而移动，即可实现随光照改变而发生遮阳状态改变的功能。当然，遮阳部位设置的位置与方式需要根据需要遮阳的对象进行设计，使其满足相应的遮阳需求。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。例如，本发明中温差驱动的动力机构的应用场景并不一定局限于活动遮阳装置中，还可以应用在其他相关领域中。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种温差驱动的动力机构，其特征在于，包括第一集热器、第二集热器；第一集热器和第二集热器均为中空的密封腔体，内部装填有热膨胀介质；第一集热器和第二集热器分别为环境温度感应集热器或辐射热感应集热器中的一种，所述的环境温度感应集热器用于单独感应环境温度，使内部热膨胀介质随环境温度变化而同步变化，所述的辐射热感应集热器用于同时感应环境温度和热辐射，使内部热膨胀介质随环境温度和热辐射造成的温度变化而同步变化；所述的第一集热器和第二集热器的内腔分别连通两个密闭腔体，当所述的热膨胀介质膨胀时，两个密闭腔体中增加的压力分别推动对外动力输出元件做出反馈动作；所述的两个密闭腔体均位于活塞机构中，分别推动活塞杆移动；所述的活塞机构中，包括两个独立的活塞组件，每个活塞组件包括一个套筒和一条活塞杆，两个套筒分别连接至第一集热器和第二集热器，且连通热膨胀介质所在的腔体；活塞杆同轴安装于套筒内，且其上连接的活塞与套筒密闭耦合形成圆柱副；其中一个集热器或套筒固定于另一个集热器的活塞杆上，并随该活塞杆同步运动；当热膨胀介质膨胀时，两条活塞杆的伸长方向相反；没有固定集热器的活塞杆用于对外输出动力。

2.一种温差驱动的动力机构，其特征在于，包括第一集热器、第二集热器；第一集热器和第二集热器均为中空的密封腔体，内部装填有热膨胀介质；第一集热器和第二集热器分别为环境温度感应集热器或辐射热感应集热器中的一种，所述的环境温度感应集热器用于单独感应环境温度，使内部热膨胀介质随环境温度变化而同步变化，所述的辐射热感应集热器用于同时感应环境温度和热辐射，使内部热膨胀介质随环境温度和热辐射造成的温度变化而同步变化；所述的第一集热器和第二集热器的内腔分别连通两个密闭腔体，当所述的热膨胀介质膨胀时，两个密闭腔体中增加的压力分别推动对外动力输出元件做出反馈动作；所述的两个密闭腔体均位于活塞机构中，分别推动活塞杆移动；所述的活塞机构包括密闭套筒和活塞杆，活塞杆上连接的活塞与套筒密闭耦合形成圆柱副，所述的活塞将密闭套筒分隔为两个独立的密闭腔室，第一集热器和第二集热器的内腔分别连通至两个密闭腔室，用于在热膨胀介质膨胀时对活塞施加相反的作用力。

3.如权利要求2所述的温差驱动的动力机构，其特征在于，所述的第一集热器和第二集热器的内腔分别连接一个膨胀缓冲装置，所述的膨胀缓冲装置采用开式定压管或填充有空气的密闭容器。

4.如权利要求1~3任一所述的温差驱动的动力机构，其特征在于，所述的两个密闭腔体通过管路连通，且该管路上设有通断控制装置。

5.如权利要求1~3任一所述的温差驱动的动力机构，其特征在于，所述的活塞组件中，套筒内腔和活塞杆的延伸方向均呈弧线形，使活塞杆在运动时对外输出动力的末端运动轨迹也呈弧线形。

6.如权利要求1~3任一所述的温差驱动的动力机构，其特征在于，所述的环境温度感应集热器和辐射热感应集热器的壳体上均设有热传导区，用于内部热膨胀介质与外部环境进行热交换；所述的辐射热感应集热器位于热辐射范围内的集热面上还设有辐射集热区，用于吸收外部热辐射并加热内部热膨胀介质。

7.如权利要求1～3所述的温差驱动的动力机构，其特征在于，所述的第一集热器和第二集热器均采用辐射热感应集热器，且第一集热器和第二集热器的辐射集热区接收热辐射的方向不同。

8.一种温差驱动的活动遮阳装置，其特征在于，包括遮阳装置和权利要求1~7任一所述的温差驱动的动力机构，动力机构的对外动力输出元件与遮阳装置的遮阳状态调节机构配合连接，通过对外动力输出元件的位移变化改变活动遮阳装置的遮阳状态。