CN114244261A - 一种气动定日镜装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能利用领域，且公开了一种气动定日镜装置，包括水平底座，水平底座与竖直立柱固定连接，竖直立柱顶部设有万向球铰链，万向球铰链上端连接蝶式镜面，蝶式镜面底部一侧固定连接水平方向伸缩管，所述竖直立柱与俯仰伸缩管的一端固定连接，俯仰伸缩管的另一端与所述水平方向伸缩管固定连接，所述蝶式镜面上边沿固定有空心支架，空心支架上端固定有空气膨胀腔。本发明通过蝶式镜面聚焦太阳光，聚焦光随着太阳的偏移照射到空气膨胀腔上的散热片时，散热片升温使空气膨胀腔腔体内空气膨胀，膨胀空气通过单向导气阀进入水平方向伸缩管或俯仰伸缩管，伸缩管长度变化使镜面随太阳转动，不需要使用电机，降低了定日镜的成本。

Description

一种气动定日镜装置

技术领域

本发明涉及太阳能利用领域，具体为一种气动定日镜装置。

背景技术

目前能源是世界的头等难题，煤炭、石油等紧缺，而可再生能源所占比例远远没法满足需求。

当下最理想的可再生能源就是太阳能，太阳能利用主要有光热发电、光伏发电、日光照明以及农村使用的太阳灶，使用定日镜可以很大程度提高太阳能的利用率，但是当下定日镜都是电机驱动的定日镜，成本高，技术难度大，不便于推广，很大程度上限制了太阳能的利用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的以下缺点，应用本发明装置，降低蝶式光热发电、光伏发电和日光照明中定日镜的成本，改变农村太阳灶手动调节的方式，本发明中的俯仰伸缩管部分可以解决槽式光热发电中定日镜成本，同时能适应多种地形和环境。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种气动定日镜装置，包括水平底座，其特征在于：水平底座与竖直立柱固定连接，竖直立柱顶部设有万向球铰链，万向球铰链上端连接蝶式镜面，蝶式镜面底部一侧固定连接水平方向伸缩管，蝶式镜面底部另外一侧固定连接齿条，所述水平方向伸缩管上设有气动马达，气动马达的齿轮与齿条啮合连接，所述竖直立柱中间设置成弧形，竖直立柱的弧形部位与俯仰伸缩管的一端固定连接，俯仰伸缩管的另一端与所述水平方向伸缩管固定连接，所述蝶式镜面上边沿固定有空心支架，空心支架上端固定有空气膨胀腔。

所述俯仰伸缩管包括圆弧形管体，圆弧形管体内滑动连接活塞，活塞固定连接圆弧形空心活塞杆，圆弧形空心活塞杆外滑动连接圆弧形管体，圆弧形空心活塞杆内设第一通气道和第二通气道，第一通气道和管上腔体相通，第二通气道和管下腔体相通，圆弧形空心活塞杆的另一端连接气压控制换向阀，气压控制换向阀包括第一滑动柱，第一滑动柱外设管体，管体与第一滑动柱之间通过压簧连接，管体上下均设有限位槽，管体中间开设上排气口和下排气口，上排气口与第一通气道相通，下排气口与第二通气道相通，所述气压控制换向阀设有第一进气口和第二进气口。

所述水平方向伸缩管，包括收容管，收容管内滑动连接第一套管，第一套管内滑动连接第二套管，第二套管内滑动连接第三套管，第三套管另一端外接镂空管，镂空管侧面设有气动马达，所述镂空管底部设有气动马达进气阀和双向储能开关。

气动马达进气阀包括第二滑动柱，第二滑动柱上端固定连接第一档杆，第二滑动柱下端固定连接第二档杆，第二滑动柱设有阀门内孔，第二滑动柱外管体设有两阀门外孔，所述气动马达进气阀下端连接柱塞式排气阀。

柱塞式排气阀包括柱塞，柱塞和腔体之间通过压簧连接，腔体上设有第一出气口，柱塞与柱体固定连接，柱塞外侧设有排气通道。

双向储能开关包括下压块和上压块，下压块和上压块通过压簧连接并且均设有限位槽，下压块和下锁止杆一端通过铰链连接，下锁止杆另一端与下压块之间装有压簧，下压块上设有第三档杆，上压块上设有第四档杆和上锁止槽，所述双向储能开关管壁中央位置下侧开设下锁止槽，双向储能开关管壁下端上方设有上压锁止杆机构，上压锁止杆机构包括上锁止杆，上锁止杆设有凹槽，上锁止杆外面设有约束管，约束管上设有长方形孔。

所述空气膨胀腔设有四个密闭腔体，每个密闭腔体均设有一个第一单向进气阀和一个单向导气阀，空气膨胀腔每个密闭腔体底部开设弧形口，弧形口内嵌入散热片，第一单向导气阀与第一空心支架上端连通，第二单向导气阀与第二空心支架上端连通，第三单向导气阀与第三空心支架上端连通，第四单向导气阀与第四空心支架上端连通。

进一步的，圆弧形管体上设有第一安全阀和第二安全阀。

进一步的，水平伸缩管上的收容管另一端设有第三进气口和第三安全阀。

进一步的，气动马达上设有第四进气口，气动马达输出轴连接齿轮，齿轮与齿条啮合连接，齿条上固定按压触发组合件，按压触发组合件包括弹性按压柱和楔形触发柱，所述按压触发组合件固定位置可以通过齿条上的预留孔调节。

进一步的，活塞、圆弧形管体下端与圆弧形空心活塞杆滑动连接处、第一滑动柱两端、第一套管上端与收容管滑动连接处、第二套管上端与第一套管滑动连接处、第三套管上端与第二套管滑动连接处、第二滑动柱上的阀门内孔上下侧及滑动柱最下侧均设有密封垫圈。

进一步的，散热片外露部分设计成黑色粗糙面，散热片与弧形口之间采用隔热密封材料，空气膨胀腔底部外侧采用反光材料。

进一步的，水平底座上固定有空气储能罐，空气储能罐上开设有第二单向进气阀和第二出气口及第四安全阀。

进一步的，所述俯仰伸缩管、水平方向伸缩管和齿条都是圆弧形，圆心位于万向球铰链，所述收容管管体上侧和所述上压块在同一圆周上，所述弹性按压柱和所述下压块在同一圆周上，所述楔形触发柱和所述约束管上的长方形孔4在同一圆周上。

进一步的，第一空心支架下端与第三进气口用气管连通，第二空心支架下端与第二进气口用气管连通，第三空心支架下端与单向进气阀用气管连通，第四空心支架下端与第一进气口用气管连通，第二出气口与一端阀门外孔用气管连通，另一端阀门外孔与第四进气口用气管连通。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、通过蝶式镜面聚焦太阳光，随着太阳偏移，当聚焦光移动到第一空气膨胀腔、第二空气膨胀腔、第四空气膨胀腔的底部散热片时，散热片温度升高，使密闭腔体内空气膨胀，膨胀空气通过单向导气阀进入水平方向伸缩管或俯仰伸缩管，各伸缩管长度变化，推动蝶式镜面随太阳转动，当聚焦光移动到第三空气膨胀腔，第三密闭腔体里面膨胀空气通过单向导气阀，再通过导气管最终储存在空气储能罐中，其中水平伸缩管伸长到一定程度，齿条上的按压触发组合件中的弹性按压柱和楔形触发柱碰触双向储能开关，双向储能开关通过档杆使柱塞式排气阀和气动马达进气阀打开，气动马达转动，气动马达齿轮扭力作用到齿条使蝶式镜面复位，采用这种简单的方式达到定日目的，降低了利用传感器或者电脑模拟轨迹追踪的复杂程度，结构简单，生产成本低；

2、此定日镜不使用电机，可以应用多种地形，也可用于戈壁滩、沙漠等恶劣的环境中，也可以推广到农村，改进太阳灶，利用定日太阳灶储存太阳光热，解决北方冬天取暖问题，还可以改变室内采光的定日镜；

3、通过空气储能罐储存的压缩空气能可进一步扩展其他功能， 例如加装气动雨刷器。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明俯仰伸缩管剖面结构示意图；

图3为图2中A处的局部放大结构示意图；

图4为图2中B处的局部放大结构示意图；

图5为本发明水平方向伸缩管和齿条整体结构示意图；

图6为图5中C处的局部放大结构示意图；

图7为本发明水平方向伸缩管剖面结构示意图；

图8为图7中E处的局部放大结构示意图；

图9为图8中F处的局部放大结构示意图；

图10为图5中D处的局部放大结构示意图；

图11为本发明按压触发组合件剖面结构示意图；

图12为本发明空气膨胀腔剖面结构示意图和散热片结构示意图；

图13为本发明空气膨胀腔俯视图；

图14为本发明空气膨胀腔仰视图；

具体实施方式

结合说明书附图和实施例，对本发明进行详细说明。

实施例一，参照图1，一种气动定日镜装置，包括水平底座1，其中水平底座1与竖直立柱2固定连接，竖直立柱2顶部设有万向球铰链21，万向球铰链21上端连接蝶式镜面6，蝶式镜面6底部一侧固定连接水平方向伸缩管4，蝶式镜面6底部另外一侧固定连接齿条5，所述水平方向伸缩管4上设有气动马达47，气动马达47的齿轮与齿条5啮合连接，所述竖直立柱2中间设置成弧形，竖直立柱2的弧形部位与俯仰伸缩管3的一端固定连接，俯仰伸缩管3的另一端与所述水平方向伸缩管4固定连接，所述蝶式镜面6上边沿固定有空心支架7，空心支架7上端固定有空气膨胀腔8。

在本实施例中，需要说明的是蝶式镜面6的重心在万向球铰链21上，水平方向伸缩管4、齿条5和俯仰伸缩管均以万向球铰链21为圆心伸缩变化，同时水平方向伸缩管4只控制镜面自东向西追日运动，俯仰伸缩管3只控制镜面随太阳高度角俯仰运动，本设备安装时要求俯仰伸缩管圆弧所对的方向为正南，俯仰伸缩管6圆弧与竖直立柱2中间弧形正对，考虑到风力影响伸缩管伸缩变化，伸缩管用内径相对较大圆弧形管体。

实施例二 ，参照图2、图3和图4，基于实施例1的基础上，俯仰伸缩管3包括圆弧形管体31，圆弧形管体31内滑动连接活塞32，活塞32固定连接圆弧形空心活塞杆33，圆弧形空心活塞杆33外滑动连接圆弧形管体31，圆弧形空心活塞杆33内设第一通气道331和第二通气道332，第一通气道331和管上腔体34相通，第二通气道332和管下腔体35相通，圆弧形空心活塞杆33的另一端连接气压控制换向阀36，气压控制换向阀36包括第一滑动柱361，第一滑动柱361外设管体362，管体362与第一滑动柱361之间通过压簧连接，管体361上下均设有限位槽，管体362中间开设上排气口363和下排气口364，上排气口363与第一通气道331相通，下排气口364与第二通气道332相通，所述气压控制换向阀36设有第一进气口365和第二进气口366。

在本实施例中，第一进气口365一侧的气压如果高于第二进气口366一侧，向下气压差使第一滑动柱361向下运动，上排气口363打开，第一进气口365进入的空气通过上排气口363进入管上腔体34，管上腔体34内气压增加，推动活塞32向下滑动，管下腔体35内空气受挤压从安全阀38排出，第二进气口366一侧的气压如果高于第一进气口365一侧，向上气压差使第一滑动柱361向上运动，下排气口364打开，第二进气口366进入的空气通过下排气口364进入管下腔体35，管下腔体35内气压增加，推动活塞32向上滑动，管上腔体34内空气受挤压从安全阀37排出。

实施例三，参考图5和图7， 基于实施例1的基础上，水平方向伸缩管4，包括收容管411，收容管411内滑动连接第一套管412，第一套管412内滑动连接第二套管413，第二套管413内滑动连接第三套管414，第三套管414另一端固定连接镂空管42，镂空管42侧面设有气动马达47，所述镂空管42底部设有气动马达进气阀44和双向储能开关45。

在本实施例中，其中各套管、收容管、镂空管均为圆弧管，都以万向球铰链21为圆心，且弧长相等，对应弧度为π/3，第三套管414固定连接镂空管42，镂空管42正中间固定在俯仰伸缩缩管3上，因此膨胀空气从第三进气口（415）进入水平伸缩管4内腔体，第三套管414和镂空管42不动，收容管411、第一套管412和第二套管413伸长，各套管收缩在一起时水平伸缩管4与蝶式镜面连接处到竖直立柱2成π/6弧度，各套管伸长可使蝶式镜面由东到西方向转过180度，可以从日出追踪到日落。

实施例四，参考图6、图8和图9，气动马达进气阀44包括第二滑动柱441，第二滑动柱441上端固定连接第一档杆442，第二滑动柱441下端固定连接第二档杆443，第二滑动柱441设有阀门内孔444，第二滑动柱441外管体设有两阀门外孔445， 所述气动马达进气阀44下端连接柱塞式排气阀43。

柱塞式排气阀43包括柱塞432，柱塞432和腔体431之间通过压簧连接，腔体431上设有第一出气口433，柱塞432与柱体434固定连接，柱塞432外侧设有排气通道435。

双向储能开关45包括下压块451和上压块455，下压块451和上压块455通过压簧连接并且均设有限位槽，下压块451和下锁止杆453一端通过铰链连接，下锁止杆453另一端与下压块451之间装有压簧454，下压块451上设有第三档杆452，上压块455上设有第四档杆456和上锁止槽457，所述双向储能开关45管壁中央位置下侧开设下锁止槽458，双向储能开关45管壁下端上方设有上压锁止杆机构46，上压锁止杆机构46包括上锁止杆461，上锁止杆461设有凹槽462，上锁止杆461外面设有约束管463，约束管463上设有长方形孔464。

工作原理：蝶式镜面6聚焦太阳光，随着太阳自东向西偏移，当聚焦光斑照射到空气膨胀腔8的散热片811时，空气膨胀腔8的密闭腔体821内空气受热膨胀，空气通过单向导气阀841经导气管从第三进气口415进入到水平方向伸缩管4腔体内，水平方向伸缩管4伸长，推动蝶式镜面6自东向西转动，聚焦光斑向密闭腔体821的西面移动，当光斑照射到散热片813，密闭腔体823内空气受热膨胀，通过单向导气阀843经导气管从第二单向进气阀91进入空气储能罐9中，同时散热片811冷却，外界空气通过密闭腔体821上的单向进气阀进入密闭腔体821，光斑离开散热片813，散热片813冷却，外界空气通过密闭腔体823上的单向进气阀进入密闭腔体823，光斑再次移动到散热片811时，密闭腔体821内空气再次受热膨胀，依次重复，随着水平伸缩管4伸长，蝶式镜面6转动推动齿条5向气动马达47的齿轮啮合移动，齿条5上的按压触发组合件51与双向储能开关45接触后，随着齿条5移动，弹性按压柱52向下挤压下压块451，下压块451向下滑动，当下压块451上的下锁止杆453进入下锁止槽458后，下压块不再移动 ，按压触发组合件51继续移动，当楔形触发柱53进入上锁止杆461的凹槽462，带动上锁止杆461上移，脱离上锁止槽457，上压块455在压簧的作用下向下滑动到限位槽处，上压块455向下运动时第四档杆456推动第二档杆443向下移动，带动第二滑动柱441向下移动，推动柱塞式排气阀43打开，水平伸缩管4腔体内空气经第一出气口433、排气通道435排向外界。第二滑动柱441向下滑动，同时第二滑动柱441上的阀门内孔444和第二滑动柱441外管体上的两阀门外孔445接通，空气储能罐9中的压缩空气通过阀门孔进入气动马达47上的第四进气口471，气动马达47上的齿轮转动，带动齿条反向退出，齿条推动蝶式镜面6自西向东转动，蝶式镜面6压缩水平方向伸缩管4，水平方向伸缩管4收缩，当收容管411下端挤压上压块455，上压块455向上滑动，当上锁止杆461进入上锁止槽457，因为上锁止槽457间隙较宽，上压块455继续向上滑动，当上压块455上端管体内壁挤压下锁止杆453三角部位时，下锁止杆453脱离下锁止槽458，下压块451在压簧的作用下向上滑动到限位槽处，下压块451向上滑动时，第三档杆452推动第一档杆442向上带动第二滑动柱441向上滑动，气动马达进气阀44阀门孔关闭，柱塞式排气阀43在压簧作用下柱塞432复位，关闭阀门，不同季节，太阳高度变化，当聚焦光斑向北移动，照射到散热片814时，密闭腔体824内空气受热膨胀，空气通过单向导气阀844经导气管从第一进气口365进入到管上腔体34，管上腔体34内气压增加，推动圆弧形管体31向上滑动，带动水平方向伸缩管4向上转动，带动蝶式镜面6向南转，随着太阳高度变化，当聚焦光斑向北移动，照射到散热片812时，密闭腔体822内空气受热膨胀，空气通过单向导气阀842经导气管从第一进气口366进入到管上腔体35，管上腔体35内气压增加，推动圆弧形管体31向下滑动，带动水平方向伸缩管4向下转动，带动蝶式镜面6向北转。

Claims (9)

1.一种气动定日镜装置，包括水平底座（1），其特征在于：水平底座（1）与竖直立柱（2）固定连接，竖直立柱（2）顶部设有万向球铰链（21），万向球铰链（21）上端连接蝶式镜面（6），蝶式镜面（6）底部一侧固定连接水平方向伸缩管（4），蝶式镜面（6）底部另外一侧固定连接齿条（5），所述水平方向伸缩管（4）上设有气动马达（47），气动马达（47）的齿轮与齿条（5）啮合连接，所述竖直立柱（2）中间设置成弧形，竖直立柱（2）的弧形部位与俯仰伸缩管（3）的一端固定连接，俯仰伸缩管（3）的另一端与所述水平方向伸缩管（4）固定连接，所述蝶式镜面（6）上边沿固定有空心支架（7），空心支架（7）上端固定有空气膨胀腔（8）；

所述俯仰伸缩管（3）包括圆弧形管体（31），圆弧形管体（31）内滑动连接活塞（32），活塞（32）固定连接圆弧形空心活塞杆（33），圆弧形空心活塞杆（33）外滑动连接圆弧形管体（31），圆弧形空心活塞杆（33）内设第一通气道（331）和第二通气道（332），第一通气道（331）和管上腔体（34）相通，第二通气道（332）和管下腔体（35）相通，圆弧形空心活塞杆（33）的另一端连接气压控制换向阀（36），气压控制换向阀（36）包括第一滑动柱（361），第一滑动柱（361）外设管体（362），管体（362）与第一滑动柱（361）之间通过压簧连接，管体（361）上下均设有限位槽，管体（362）中间开设上排气口（363）和下排气口（364），上排气口（363）与第一通气道（331）相通，下排气口（364）与第二通气道（332）相通，所述气压控制换向阀（36）设有第一进气口（365）和第二进气口（366）；

所述水平方向伸缩管（4），包括收容管（411），收容管（411）内滑动连接第一套管（412），第一套管（412）内滑动连接第二套管（413），第二套管（413）内滑动连接第三套管（414），第三套管（414）另一端外接镂空管（42），镂空管（42）侧面设有气动马达（47），所述镂空管（42）底部设有气动马达进气阀（44）和双向储能开关（45）；

气动马达进气阀（44）包括第二滑动柱（441），第二滑动柱（441）上端固定连接第一档杆（442），第二滑动柱（441）下端固定连接第二档杆（443），第二滑动柱（441）设有阀门内孔（444），第二滑动柱（441）外管体设有两正对的阀门外孔（445）， 所述气动马达进气阀（44）下端连接柱塞式排气阀（43）；

柱塞式排气阀（43）包括柱塞（432），柱塞（432）和腔体（431）之间通过压簧连接，腔体（431）上设有第一出气口（433），柱塞（432）与柱体（434）固定连接，柱塞（432）外侧设有排气通道（435）；

双向储能开关（45）包括下压块（451）和上压块（455），下压块（451）和上压块（455）通过压簧连接并且均设有限位槽，下压块（451）和下锁止杆（453）一端通过铰链连接，下锁止杆（453）另一端与下压块（451）之间装有压簧（454），下压块（451）上设有第三档杆（452），上压块（455）上设有第四档杆（456）和上锁止槽（457），所述双向储能开关（45）管壁中央位置下侧开设下锁止槽（458），双向储能开关（45）管壁下端上方设有上压锁止杆机构（46），上压锁止杆机构（46）包括上锁止杆（461），上锁止杆（461）设有凹槽（462），上锁止杆（461）外面设有约束管（463），约束管（463）上设有长方形孔（464）；

所述空气膨胀腔（8）包括四个密闭腔体，分别是第一密闭腔体（821）、第二密闭腔体（822）、第三密闭腔体（823）和第四密闭腔体（824），每个密闭腔体（82）均设有一个第一单向进气阀（85）和一个单向导气阀（84），空气膨胀腔（8）每个密闭腔体底部开设弧形口（83），弧形口（83）内嵌入散热片（81），第一单向导气阀（841）与第一空心支架（71）上端连通，第二单向导气阀（842）与第二空心支架（72）上端连通，第三单向导气阀（843）与第三空心支架（73）上端连通，第四单向导气阀（844）与第四空心支架（74）上端连通。

2.根据权利要求1所述的一种气动定日镜装置，其特征在于：圆弧形管体（31）上设有第一安全阀（37）和第二安全阀（38）。

3.根据权利要求1所述的一种气动定日镜装置，其特征在于：水平伸缩管（4）上的收容管（411）另一端设有第三进气口（415）和第三安全阀（416）。

4.根据权利要求1所述的一种气动定日镜装置，其特征在于：气动马达（47）上设有第四进气口（471），气动马达（47）输出轴连接齿轮，齿轮与齿条（5）啮合连接，齿条（5）上固定按压触发组合件（51），按压触发组合件（51）包括弹性按压柱（52）和楔形触发柱（53），所述按压触发组合件（45）固定位置可以通过齿条（5）上的预留孔（54）调节。

5.根据权利要求1所述的一种气动定日镜装置，其特征在于：活塞（32）、圆弧形管体（31）下端与圆弧形空心活塞杆（33）滑动连接处、第一滑动柱（361）两端、第一套管（412）上端与收容管（411）滑动连接处、第二套管（413）上端与第一套管（412）滑动连接处、第三套管（414）上端与第二套管（413）滑动连接处、第二滑动柱（441）上的阀门内孔（444）上下侧及滑动柱（441）最下侧均设有密封垫圈。

6.根据权利要求1所述的一种气动定日镜装置，其特征在于：散热片（81）外露部分设计成黑色粗糙面，散热片（81）与弧形口（83）之间采用隔热密封材料，空气膨胀腔（8）底部外侧采用反光材料。

7.根据权利要求1所述的一种气动定日镜装置，其特征在于：水平底座（1）上固定有空气储能罐（9），空气储能罐（9）上开设有第二单向进气阀（91）和第二出气口（92）及第四安全阀（93）。

8.根据权利要求1、4所述的一种气动定日镜装置，其特征在于：所述俯仰伸缩管（3）、水平方向伸缩管（4）和齿条（5）都是圆弧形，圆心位于万向球铰链（21）所述收容管（411）管体上侧和所述上压块（455）在同一圆周上，所述弹性按压柱（52）和所述下压块（451）在同一圆周上，所述楔形触发柱（53）和所述约束管（463）上的长方形孔（464）在同一圆周上。

9.根据权利要求1、3、4、7所述的一种气动定日镜装置，其特征在于：第一空心支架（71）下端与第三进气口（415）用气管连通，第二空心支架（72）下端与第二进气口（366）用气管连通，第三空心支架（73）下端与单向进气阀（91）用气管连通，第四空心支架（74）下端与第一进气口（365）用气管连通，第二出气口（92）与一端阀门外孔（445）用气管连通，另一端阀门外孔与第四进气口（471）用气管连通。

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