輻射收集器的製作方法

2023-06-12 18:35:51 8

專利名稱：輻射收集器的製作方法
輻射收集器
本發明涉及一種按照權利要求1所述的輻射收集器。所述類型的輻射收集器或集中器應用於太陽能發電廠等中。直到現在由於還沒有克服光生伏打技術的缺陷而不能夠應用該技術以近似彌補成本的方式產生太陽能電。相反， 一些時間以來，太陽熱發電廠已經在工業的規模上產電，其價格，相對於光生伏打技術而言，接近於採用常規方式產的電的當今普遍的商業價格。
在太陽熱發電廠中，太陽的輻射通過收集器藉助於集中器被反射和特定地聚焦到某個地點上，由此在該處形成高溫。被集中的熱量可以引出和用於運4亍熱力才幾如渦4侖才幾，該熱力才幾又驅動發電的發電才幾。
目前使用三種基本形式的太陽熱發電廠盤式斯特林系統(Dish-Sterling-System ),》荅式太陽能電站系統和拋物面槽式系統。
盤式斯特林系統裝備有拋物面反射鏡,它們將太陽光集中到其上布置有熱量接收器的焦點上。反射鏡可雙軸轉動地支承，以便能夠跟蹤當時的太陽位置,和具有幾米直至10m和更大的直徑,由此則達到每模塊直至50kW的功率。在熱量接收器中安裝的斯特林發動機將熱能直接地轉換成機械功，而通過該枳4成功產電。
在這點上可以參見US-PS4,543，945中所述的實施例和在西班牙安裝的歐盟Distal和Eurodish設備。
US-PS4,543,945在第一實施例中顯示了具有一個壓力室的收集器的結構原理,該壓力室由兩個圓的、相互上下重疊在一起的、在邊緣上連接的膜構成,其中上部的膜是透明的而下部的膜具有反射層。在充氣的狀態下壓力室具有透鏡的形狀,其中兩個膜球形地彎曲，結果，通過透明的部分入射的輻射被反射層集中到一個區域中，在此處熱量可以被取走。在第二實施例中，採用負壓室取代壓力室，從而通過環境壓力將具有反射層的膜置於球形的工作位置上。
設備Distal I和Distal II(分別在1992年和1997年投入運行)具有安裝在構架中的集中器,該集中器作為可擴張的膜繃在構架上和通過真空泵保持在工作位置上。原則上，該構架構成一個密封的空腔,該空腔用膜覆蓋住，如在鼓的膜的情況下那樣。通過真空泵產生的負壓將形成集中器的膜吸入到構架中(或通過環境壓力從外部壓入到構架中)和然後佔據
基本上球形的，但是幾乎是拋物面形狀的工作位置。DistalII具有8.5m的反射鏡直徑或集中器直徑。
採用膜具有重量小的優點,這又使得在其上安裝膜的構架的費用較小。與常規的、重的和製造費用高的反射鏡相比，其結構費用明顯較小。對於具有高功率的系統，則將多個收集器(其本身是小的)對準到同一個熱量接收器。
儘管結構費用在採用(透鏡形狀的)壓力室下相對於上述負壓結構的Distal II還可能有利地是較低的,但是該壓力室至今為止還沒有得到應用因為在大尺寸下壓力室的可變形性，和因而集中器的可變形性,例如由於風的原因，是非常大的缺陷。集中器的變形大大地減小了設備的效率。這種缺陷在可以防風保護地插入到剛性構架中的作為集中器的負壓膜情況下是不存在的。
盤式斯特林系統在技術上是令人感興趣的，但是用於在工業規模上生產電具有缺陷。
塔式太陽能發電站系統具有一個中央的、升高地(在"塔"上)安裝的吸收器，其用於吸收通過上百個至上千的單個反射鏡向它反射的太陽光,由此太陽的輻射能通過許多反射鏡或集中器集中在吸收器中和由此使溫度達到直至1300°C,這有利於連接在下遊的熱機(一般是用於發電的蒸汽渦輪機或流體渦輪機電站)的效率。在加尼福尼亞的設備"Solar two"具有數個MW的功率。
拋物面槽發電廠具有大數量的收集器,它們具有橫向尺寸較小的長形集中器,和由此不是具有一個焦點，而是具有一個聚焦線。這些線性集中器目前具有20m直至150m的長度。用於被集中的熱量(直至近500QC)的吸收器管在聚焦線上延伸,該管將熱量輸送到發電廠。熱油或過熱水蒸氣例如可以用作輸送介質。
FR-PS1319144公開了一種用於拋物面槽發電廠的池式或槽式收集器,它具有圓柱形的壓力室，該壓力室具有一個透明的區域和一個反射的區域。採用這種設置原則上可以設想到，對通過圓柱形壓力室分布的吸收器管沿著它的長度進行加熱。按照所述FR-PS的另一個實施例具有在壓力室中可樞轉布置的、被壓力加載的柔性的集中器，由此可以考慮在時間上受季節等的原因而改變的太陽位置。集中器通過其密封唇可移動地
7頂靠到圓柱形壓力室的壁上,由此產生它的可樞轉性。壓力室由此具有通過集中器分開的兩個壓力區。在壓力區之間可以達到的壓力差被這樣地限制，為了有利於集中器的可樞轉性應該避免由於密封唇頂壓在壓力室
的壁上出現的"過大的摩擦力"("friction ecx會ssive")。如何建立和維持所需的壓力(由於密封唇的有限的密封性存在一種通過壓力室的恆定的洩漏空氣流)不是要討論的問題，因為有"dispositif de pompageappropri6 non repr§sent§"。這種槽收集器的圓柱形構造在當今要求的上述尺寸下是不合乎要求的或是不實用的。其形成的巨大的例如可能被風影響的面積要求用結實的構架加強圓柱形的壓力室，如已經在所述的FR-PS中關於圓柱形體的加強作用的"nervures annulaires"方面所提到的那樣。由此該公開的實施例喪失了在FR-PS開頭所述的重量較輕，輸送較容易和有利的結構的優,泉。
在南加尼福尼亞的9個SEGS拋物面槽電站共同產生約350MW的功率;在內華達州的 一個附加的電站應該在2007年併入該網中並且提供60MW以上的功率。拋物面槽發電廠的另一個示例是在安大路西亞的處於建設中的Andasoll系統，其具有510000m2的集中器面積和50MW的功率，其中吸收器管中的溫度應該達到約400。C。成本估計為數個億歐元€。
可以粗略地記錄出一個太陽能發電廠的總費用的40%或更多產生於收集器,和發電廠的效率的確定是由集中器的質量決定的。
相應地，本發明的任務是提供一種輻射收集器,它避免所述的缺陷,重量輕和便宜並且例如也可以在具有非常大的尺寸的作為槽式收集器的構造中使用。
該任務通過一種具有權利要求1的特徵的輻射收集器解決。由於壓力腔中的壓力即使在一個或兩個壓力腔的容積改變時也淨皮保持,因此處於壓力下的反射器的位置和由此它的功能保持不受影響,這大大地減小了受風的影響而不可避免的收集器變形的問題。
這適用於尤其是當設置了用於塔式太陽能發電廠的大的收集器時,亦即甚至可以具有大面積的展開的反射器,也適用於當設置了用於拋物面槽發電廠的尤其是大的收集器。拋物面槽發電廠的也是大的收集器通過它們的外表面由於(i)它們的尺寸以及由於(ii)流動技術上的原因和由於它們凸起地圓滑處理的形狀而容易受到風的影響。同樣的情況也適合
8被用於盤式斯特林系統收集器,其中較小的尺寸雖然導致較輕的(和較有利的)結構，但是由此也導致抵抗能力的減小。
在一個優選的實施例中，設有一個輻射收集器，其包括一個至少部分地由柔性的膜形成的壓力室,該壓力室具有用於要被集中的輻射的、透明的區域,包括一個固定布置在壓力室中的,具有柔性的、流體密封的膜
的集中器,該集中器具有 一個與透明的區域面對的、反射輻射的側面和一個與輻射相背離的側面和氣壓地通過在反射的側面上存在的壓力保持在集中輻射的工作位置上,其中集中器將壓力室分成具有較高的工作壓力的第 一壓力腔和具有較低的工作壓力的第二壓力腔,和其中設有用於當在運行中由於外部影響改變一個或兩個壓力腔的容積時在壓力腔中產生和維持適合工作的具有預定的差的壓力的機構。
由於在該優選的實施例中集中器牢固地和流體密封地布置在壓力室中,第一和第二壓力腔是流體密封的，結果， 一旦被建立的壓力就保持維持狀態和在兩個壓力腔之間可以恆定地保持一個非常小的差壓而不需要大的調節費用。由於該差壓即使在壓力腔容積改變時也被維持,因此集中器的工作位置也保持不變,例如即使在風作用在壓力室的表面上和
使其變形的情況下，其一般的結果是導致相關的壓力腔的容積改變。換言之情況是這樣的,使壓力室變形的外部影響不再不利地影響收集器的功能。
在一個特別優選的實施例中，可以在提出的任務之外使用 一種作為集中器作用的、反射的膜,該膜由於不存在的(參見上面對於塔式太陽能發電廠的合適的實施例)或很小的差壓(對於所有發電廠的合適的實施例)而受到較小的負荷和可以相應地構造。相對於常規的集中器，較低的負荷意味著集中器在工作位置上的較少的擴張和由此反射層受到較小的
負荷,該反射層通常是較脆的(例如在用Mylar (邁拉)製成的膜上蒸汽澱積的鋁層)。在較大擴張下在反射層(鋁)中產生的微觀裂紋的主要部分沒有出現,這改善了集中器的反射能力和由此也改善發電廠的效率。此外膜可以、沒計成沒有加強部分或具有4艮少的加強部分，如例如纖維加強件，此時則具有非常平滑的表面，其進一步有利地改善了集中器的反射能力。
在按照權利要求6的另 一個特別優選的實施例中，通過流體通道向壓力腔中加載壓力空氣，空氣在該流體通道中可以在兩個方向上流動，和在其中設有用於產生壓力的風扇。通過風扇的恆定的轉速即使在一個
相對於外界(或其它的壓力水平)敞開的通道下也能夠將相配屬的壓力腔中的壓力維持恆定。相對於外界敞開的通道也保證,在壓力腔的容積突然
變小情況下,例如由於一陣風,收集在壓力腔中的流體的一個相應的部分可以排出到外界,而壓力由於風扇繼續轉動而不會或僅僅短時間地下降到額定值以下。同樣這也適用於壓力腔容積增大的情況,其中在專業人員的相應的設計下通過風扇可以提供足夠的空氣，以始終維持額定壓力。
本發明的附加的實施例在從屬權利要求中描述。
以下依照附圖詳細描述本發明。
附圖中


圖1示意地示出了在斯特林系統的示例上一個按照本發明的輻射收集器的橫截面視圖，
圖2示出了在槽收集器的示例上圖1的收集器的另一個實施例，圖3示出了圖2的收集器的一個視圖，
圖4示出了按照本發明的收集器具有用於供給壓力流體的設置的簡
圖，
圖5示意地示出了按照本發明的輻射收集器的另一個實施例的橫截面視圖,其適用於構造近似於拋物面形地彎曲的集中器，圖6示出了圖5的收集器的一個特別的實施例，圖7示出了按照本發明的收集器的另一個實施例，其具有周邊支撐
環，
圖8示出了按照圖7的收集器的壓力室的從下方看的視圖,和圖9示出了按照圖7的收集器的壓力室的從上方看的俯視圖。圖1顯示了 一個輻射收集器1的橫截面視圖,它適用於例如盤式斯特林系統和在以下簡稱為"收集器1"。
收集器1具有構造成流體密封的膜的集中器2，它由柔性材料,例如由邁拉(Mylar)(聚脂薄膜)製成。集中器2的反射輻射3(此處為太陽輻射)的側面4為此目的例如具有蒸汽澱積的或層積的鋁層。可以使用任何合適的具有所需的反射特性的材料。集中器2的與輻射相背離的側面用10表示j皮反射的側面4反射的輻射用3，表示。
集中器2牢固地布置在壓力室5中，後者由至少部分柔性的膜形成。在所示的實施例中，壓力室5在運行中具有透鏡形狀的具有圓的外形的輪廓和由一個下部的柔性的膜面6和上部的柔性的膜面7構成,該膜面7 具有用於要被集中的輻射3的透明的區域8。集中器在兩個膜面6,7之 間延伸，直到壓力室5的邊緣區,其中通過設置的壓力分布形成凸起的第 一壓力腔12和凹入的第二壓力腔13。
膜6,7由PVC,PU或矽樹脂塗層的紡織織物,如聚酯織物或玻璃纖維 織物或其它合適的材料製成。上述成分也可以適當地組合。所述類型的 紡織織物例如從FERRARI公司的名稱為Precontraint⑧1002/1202/1302或 Interglass公司的名稱為ATEX3000的產品而為人所知。
作為用於透明的區域8或用於上部的柔性的膜7的材料，優選採用 ETFE(乙烯-匹氟乙烯共聚物)或Mylar 。
原則上具有100至200微米厚度的ETFE薄膜是合適的。ETFE是 非常透光的並且非常能抵擋UV輻射和耐受風蝕。同樣合適的是高強度 的透明的聚乙烯薄膜或其它的透明材料。膜6,7的厚度可以減小,如果該 膜用一個寬網眼的薄鋼或數量網罩住的話,該網在工作位置上排出由於 在壓力室5中存在的流體壓力造成的負荷。
集中器2將壓力室5分成具有較高工作壓力的笫一壓力腔12和較 低工作壓力的第二壓力腔13。集中器2通過該壓差被氣壓地保持在使輻 射集中的工作位置上,如圖中所示。
第一流體通道14通到第一壓力腔12,第二流體通道15通到第二壓 力腔13;其中， 一種流體,在該情況下是空氣，可以通過兩個流體通道在兩 個方向上流動，以維持額定工作壓力。每個流體通道14,15配置有優選 構造成風扇17,18的流體泵。
在按照規定運行風扇17，18情況下，在第一壓力腔12中建立壓力， 其中同時地空氣通過通道15到達第二壓力腔中。風扇17由例如具有壓 力傳感器的合適的調節機構這樣地進行控制,使第一壓力腔12中的壓力 到達額定值,該額定值在1至5mbar的範圍,優選在2至5mbar的範圍和 特別優選在3至4mbar的範圍。風扇18由第二調節機構,其也可以具有 壓力傳感器,這樣地進行控制,使第二壓力腔13中的壓力較小,其中此時 相對於第一壓力腔12存在的差壓小於0.5mbar,優選在0.05至0.2mbar 的範圍,和特別優選在0.05至O.lmbar的範圍。調節機構以及風扇的驅動 裝置可以由專業人員容易地確定和設計，因此被省去以使附圖清楚並且 對其也不做更詳細的描述。
ii通過這些壓力值實現,一方面處於額定壓力下的壓力室5雖然其剛 性足夠使其能適於工作地用在發電廠中,但是用於收集器的具有8至15 米的直徑的上述膜材料的強度沒有被負荷超過(該負荷在5mbar壓力，即 50kg/m下,至少到達約750kg/m)。
另一方面，使集中器2保持在工作位置上的預定的差壓顯著較小, 結果可以使用較薄的膜和同時它的擴展較小,這反過來首先可以保護反 射的塗層或實現質量改善的塗層，並且因此如上所述為明顯提高收集器 的效率和由此提高發電廠的效率作出貢獻。此外，可以利用額定差壓的
的曲率和由此調節它的^焦點,從而即使由於溫度:溼度,老化等等造:集
中器膜的小的延伸變化也能夠被簡單、快速和精確地補償。
如果在運行中壓力腔12,13中的一個或兩個的容積受外部影響被改 變時，流體通道14,15與風扇17，18—起形成用於產生並繼續維持在壓 力腔12,13中適於工作的預定的差壓的機構
如上所提及的,儘管處於額定壓力下的壓力室5具有一定的剛度,但 是它在例如風的壓力下的表現不是剛硬的，而是按照事物的本質是柔性 的,結果壓力室5的容積和由此其中一個或兩個壓力腔12,13的容積可以 改變。例如第二壓力腔13的變小在這種情況下必將導致壓力增大和最 終導致集中器位置的改變。換言之,在集中器2的可以到達的特性方面的 有利的低差壓在這種情況下不利的,和導致集中器2的易發生變化的位 置穩定性,這反過來又會降低收集器的效率。但是通過流體通道15與風 扇18的所示的設置防止了這種負面影響。
在風影響下部的柔性的膜6的情況下，空氣被從第二壓力腔13中 擠出，和流入(在風扇的作用方向上)第一壓力腔12中。通過適當的控制 風扇18維持住額定差壓。如果在壓力腔13中又恢復了原始的容積,那麼 空氣逆著風扇作用方向上相應地流回來。即使由於風的影響而出現差壓 短期波動,該波動也比在沒有以所示方式作用的流體通道15情況下可以 出現的波動小得多並且特別是被更大地衰減。結果是,太陽能發電廠可以 在不利的氣候期間利用本配置更長地維持由柔性的材料製成的收集器 的運行。
風扇18不受外部影響的幹擾始終維持差壓。由於通過第二流體通 道15而在壓力腔12和13之間存在一個敞開的連接,因此在風扇18不轉動情況下不會發生不允許的壓力平衡。在"靜態的"即不受幹擾的運行狀
態下，處於流體通道15中的空氣柱在轉動的風扇18情況下保持靜止, 額定差壓繼續保持不變。
以與通過風扇17的相同方式，通過與外界連通的流體通道14維持 第一壓力腔12d中的額定壓力或在上部的柔性的膜17變形情況下例如 由於風的影響將該額定壓力調節到額定值。
流體通道14(以及通道15)與構造成持續運行的風扇的流體泵一起 的這種開式結構同時形成一種針對第一壓力腔12(和第二壓力腔13)的 過壓平衡:由於交變的白天溫度和交變的太陽輻射，使得在壓力室5的內 部,尤其是在第 一壓力腔12中存在交變的溫度，該交變的溫度在封閉的壓 力室5情況下可能導致壓力改變,這種壓力改變會損壞膜6,7或集中器2。 利用與外界始終敞開的連接，消除了這種危險,過壓也可以在運轉的風扇 17(或也包括18)的逆流上放出。此外在第一壓力腔12中的冷卻中，用 於額定壓力所需的空氣由於持續運轉的風扇17而被按照需要輸送到其 中。換言之情況是這樣的,即在流體通道中依據需要使空氣在兩個方向上 流動，以使在相關聯的壓力腔12,13中具有額定工作壓力。
在另 一個實施例中，在集中器2本身上設置一個開口來取代流體通 道15,該開口具有一個風扇(或另一個具有相同功能的流體泵)。此時該 開口有利地布置在熱量接收器20的陰影中(參見下面)。
依據集中器2的切割情況，該集中器在工作壓力或額定差壓下具有 球形的或近似拋物面的形狀和位於工作位置上/人而入射的太陽射線5 通過受壓力限制的球形的或拋物面的結構反射到一個聚焦點區域,在該 區域中又布置有一個熱量接收器20。
由柔性的材料,優選由膜製成的集中器2可以整體件地設計或由多 個部分組裝在一起。在整體件結構的情況下，在額定差壓下本身抗拉的 集中器材料有 一定的擴張,從而產生 一 個球形的工作位置，即半球狀的工 作位置。如果採用多個部分，那麼可以預先確定該工作位置,其中將不同 部分的切割與球形的或拋物面形狀進行匹配。
與熱量接收器20相連接的是(在盤式斯特林系統的情況下)一臺斯 特林發動機21,其中熱量接收器20和發動機21 —起懸置在臂22上,該臂 又牢固地支撐在收集器1的框架部件23上,使得在收集器1跟蹤太陽位 置而樞轉時熱量接收器20始終保持在集中器2的聚焦點區域中。
13沿著彎曲地構造的框架部件23的邊緣區域懸置壓力室5,該框架部 件可以構造成雙T形支架,從而樞轉驅動裝置25的滾子24'可以使收集器 1適當地樞轉以便跟蹤太陽位置。該用於太陽收集器的在兩個方向上的 適當的樞轉驅動裝置的構造對於專業人員來說是已知的，如例如由Dish 和Eurodish系統中已知,因此在本情況下可以對於示意圖中的情況保留 只在一個方向上的樞轉。
特別優選地，該框架基本上由水泥或預製的水泥構件製成，如更後 面詳細描述的那樣。
下部的柔性的膜6和上部的柔性的膜7以及收集器2的上下放置的 和相互連接起來的邊緣被圍繞支撐環26包繞並且以適當的、可以由專 業人員實施的方式固定在支撐環上。支撐環26也用常規方式固定的框 架部件23上。
結果是可提供一種相對於常規的反射鏡重量大大減輕的集中器2, 其允許這種收集器1的結構大大地簡化,因此可以更有利地構造。
圖2顯示了按照本發明的池式或槽式收集器30的橫截面視圖。在 通過反射的射線5'形成的聚焦線區域31中有一個用於被集中的輻射能 的吸收器管32,該吸收器管懸置在具有支柱33和34的支座上。
基本上矩形構造的集中器35通過差壓保持在適於工作的位置上,其 中第一壓力腔36中的額定壓力比第二壓力腔37中的大。為了簡化附圖， 沒有示出用於產生和維持在壓力腔36,37中適於工作的預定的差壓的機 構，因為它們是與圖1中所示的相同的方式構造的(參見通道14,15和風 扇17,18)。
通過差壓使得基本上矩形構造的集中器35的橫截面球形地或近似 拋物面地彎成拱形，其具有在縱向上平4亍延伸的表面線(Mantellinien), 從而塗覆在其上的反射層39這樣地反射射線3,使得該射線在聚焦線區 域31中和沿著該區域聚集。集中器35
輻射可通過的(或:考慮使用的材料輻射儘可能可通過的)上部的柔 性的膜40與下部的,柔性的膜41 一起形成枕墊形的矩形壓力室42,在該 壓力室中流體密封地和牢固地布置集中器35和在上部的和下部的膜之 間直到朝著收集器的邊緣區延伸。壓力室42通過集中器35被分成第一, 凸起成形的壓力腔和第二,凹入成形的壓力腔。
壓力室42通過框架46,例如通過一個為了簡化視圖沒有示出的螺
14紋緊固件，支承在支座45上,該螺紋緊固件固定集中器35和柔性的膜 40,41的上下疊置的邊緣。
池式或槽式收集器30的基本結構包括必需的可活動性對於技術人 員來說是已知的,例如由加尼福尼亞的SEGS設備系統得知。
由於開頭所述的大的尺寸(長度直到150m或更長)通過按照本發明 的收集器30實現的重量和成本的降低具有重要意義。可以粗略地估計 重量可以從30kg/m2每m2集中器面積降低到10kg/m 其中相應的成本降 低為50%，即可以從當前的60$/1112下降到30$/m2。該比例也適用於按 照本發明的其它實施例。
圖3顯示了在側面由上方看的池收集器或槽收集器30的視圖，以 說明該比例。由壓力腔36,37(圖2)構成的壓力區相應地具有長的矩形枕 墊的形狀。
與之相反，也可以通過相應的切割來構造集中器,其在側面62具有 半月形的側壁,從而過壓區具有圓柱形部段的形狀，該圓柱形部段具有大 致平行的側壁。但是枕墊形是有利的,以便在早上較早的時候或在接近晚 上較晚的時候還將在側面50上入射到收集器30中的傾斜地入射的太陽 光至少部分地轉向到聚焦線區域31(圖2)中。
在附圖中示出了一個在功能上對應於通道14(圖1)的流體通道51, 也示出了一個在功能上對應於通道15(圖1)的流體通道52。同樣示出的 是以風扇形式構造的流體泵53,54，它們具有與圖1的風扇17，18相同的 功能。其工作方式相應地參見針對圖1的描述。
為了說明該比例，圖4顯示了通過具有保證按照本發明的功能的示 意繪製的流體通道和流體泵的壓力室5或42的橫截面。
布置在流體通道60中的第一流體泵61在壓力室62中的產生流體 壓力,該壓力室由下部的，柔性的膜63和具有透明的區域69的上部的,柔 性的膜64構成。壓力室62被集中器65分成第一壓力腔66和第二壓力 腔67。壓力腔66,67通過流體通道70相互連接起來,其中在該通道中設 有第二流體泵71,它構造成可以將流體從壓力腔67泵送到壓力腔66中。
在運行中流體泵71的泵送作用相對於流體泵70的泵送作用這樣地 設置,使得在壓力腔66中建立和維持流體壓力p+Ap和在壓力腔67中建 立和維持流體壓力p。差壓Ap作用到集中器65上和將集中器保持在使 輻射集中的工作位置上。在兩個通道60,70中流體可以在兩個方向上流動,/人而始終可以發生 由於壓力腔66，67的變形或溫度波動的壓力平衡(壓力腔66暴露在太陽 下,壓力腔67 —般沒有暴露)。流體泵,優選為風扇被相應地控制。
在附圖中還示出了將壓力室62夾持在其中的框架75。該框架(與圖 1的框架20和圖2的框架46 —樣)優選地和令人驚異地由一種水泥結構 構造。在圖2的描述中提及的槽收集器尺寸情況下，用於具有足夠剛度 的框架的鋼結構在材料成本和重量方面相對於例如預製的水泥構件的 框架結構是不利的。太陽能發電廠優選設立在沙漠或其它偏僻地區。材 料的運輸，在此處是針對具有所需尺寸的鋼製框架，是昂貴的。水泥結構 實際上可以在任何地方現場地製造。
圖5以圖4的收集器的示意視圖顯示了按照本發明的輻射收集器的 另一個實施例。相同的元件用相同的附圖標記表示。
笫二壓力腔67具有置於中央的核心區80,該核心區通過構造成密封 裝置81的機構而與第一壓力腔67的其餘的區域82分開。通過該機構 可以在核心區80中維持適於工作的氣動壓力,該氣壓小於第二壓力腔67 的其餘的區域82中的壓力。核心區80通過流體通道83與其餘的區域 82連接,其中流體通道82具有流體泵84。流體泵84又優選以風扇的形 式構造,它布置在敞開的通道83中和在核心區80和其餘的區域82之間 產生一個壓力降,使得在核心區中形成壓力pl,該壓力小於在其餘的區域 82中的壓力p,其中壓力p,如所述那麼，比第一壓力腔66中的壓力小了 Ap。換言之，情況下是為了減小核心區的氣壓壓力，流體可以從核心區 流出。
壓力pl使得在運行中集中器65在它的中心比在它的外部邊緣區域 稍微更強地彎曲，結果它以拋物面程度多於球形程度的方式彎曲,相應地 改善了輻射的集中和由此又一次提供了收集器的效率。
核心區因此位於集中器65的區域中,在該區域中希望它具有最大的 曲率。在圓形的收集器的情況下是在它的中心，在槽收集器的情況下是 沿著它的中央表面線。
在該實施例中專業人員也可以按照常規方式通過流體泵84的風扇 設計壓力調節機構。在此處也可以在外部影響的情況下發生壓力平衡(部 分地在與風扇的反流下),如在針對圖1和4的描述中所提及的那樣。
密封裝置優選具有密封唇,它可工作地與集中器65共同作用，即可以在核心區80和其餘的區域82之間產生足夠的密封,而不會對集中器65 產生例如機械上的損傷。
在這點上特別優選的是一種密封裝置,它的密封唇在運行中與集中 器之間具有很小的距離,從而排除了任何機械損傷。為了避免機械損傷也 設置可半透過的泡沫材料條作為與集中器65的接觸元件。但是在具有 密封唇或可半透過的泡沫材料條的距離情況下，空氣隙或泡沫材料的尺 寸這樣地設計，使得從周圍區域流入核心區的流體量小於通過流體泵84 可以輸送的流體量。
圖6顯示了圖5的按照本發明的輻射收集器的另一個實施例。相同 的元件也用相同的附圖標記表示。
為了附圖清楚起見省去了流體通道60,70(圖5)。
更詳細地示出了用於在核心區80中維持一個適於工作的氣壓壓力 的機構的 一個特別的實施例,該壓力小於第二壓力腔67的其餘的區域82 中的壓力。在框架部件23(也參見圖l)上支撐有密封裝置90,它與壓力室 62的下部的,柔性的膜的部段63',63",63'"流體密封地連接。密封裝置90 的與集中器65共同作用的元件優選與針對圖5的描述中提及的元件相 同地構造,其具有例如密封唇或可半透過的泡沫材料條。
由於密封裝置90不是支撐在下部的,柔性的膜63(圖5)上,而是支撐 在支架部分23上,因此改善了壓力室62的穩定性。
依據附圖描述的實施例具有被施加了壓力的集中器,因此在相應的 壓力腔中具有不同的壓力。如果使用用於塔式太陽能發電廠的收集器, 那麼集中器的曲率不是強制性地需要的，因為塔處於相對很遠的距離上。 平面的或平的反射鏡在這種發電廠得到很好的使用。
如果現在在附圖中所示的實施例中將第 一 和第二壓力腔中的壓力 維持相同的水平,那麼集中器,即在該情況下是柔性的、反射的反射器， 佔據一個平的位置。此時具有良好反射特性的、本身是金銀絲細工式制 造的,即容易受傷的膜可以作為反射器使用，因為該膜由壓力室保護。當
壓力室由於例如風的影響被變形時，反射器基本上繼續保持在它的位置 上,因為連接兩個壓力腔的溢流區域負責自發的壓力平衡。溢流區域有利 地構造成通道15(圖l);但是它也可以構造成反射器中的開口。
按照圖7至9的另 一個實施例也適合於抵制幹擾的風的影響或可以 實現用於壓力室的相應較低的費用的懸置機構。
17此外，每個過壓區可以分成片區，以便改善機械穩定性,尤其是當使 用按照圖7的槽式設置時。
以下描述的實施例，尤其是具有支撐環134，可以與圖7至9所示 的那樣實施或者與按照圖1至6的一個實施例組合地實施。，換言之情 況是這樣的，例如支撐環134可以具有相應的好處地布置在所有實施例 中。類似的情況也適合於分成片區的壓力腔或環形腔構造的壓力腔;專業 人員可以自由地按照需要組合這些特徵,它們不局限於所示的實施例。
圖7現在以收集器130的形式顯示了本發明的一種優選的實施例, 收集器130基本上與前面的附圖中的收集器結構相同,但是也可以不同 地構造，其中反射層設置在壓力室外壁的內側面上,如圖7所示。修改了 壓力室131的構造,其包括修改了的壓力腔壁132和修改的壓力腔壁133, 其中壓力室131固定在特殊構造的支撐環134上。
在此處在工作位置上旋轉對稱地構造的壓力室131具有對稱軸 135(但是如提及的那樣,壓力室也可以不同地構造例如也可以是槽形 的)。壓力腔壁133在對稱軸135的地點上相對於壓力腔壁132被拉入和 通過間隔件136固定在壓力腔壁132上，從而形成環腔137形式的過壓 區。
間隔件136優選地由圓柱體138構成，其具有在兩側凸出的銷栓， 銷栓通過開口不僅突入到壁132中而且突入到壓力腔壁133中和在末端 側用封閉件139,410這樣地連接，使得集中器132的壁或在圖中顯示的 設置的對應部段和壓力腔壁133流體密封地固定在圓柱體138和封閉件 139,140之間。
這種設置的一個優點是集中器133或壓力腔壁134由於壓力負載而
集中器133或可以實現較弱的尺寸設計。反射的面的損失相對於這些優 點是不重要的。
此時通過夾持環141和142與支撐環134固定連接,其中與框架部件114 固定連接的下部的夾持環142承擔支座的功能,該支座支承由集中器單 元131和支撐環134組成的剛性的設置131,134。上部的夾持環142用 於將設置131,134固定在框架部件113上。
兩個夾持環141,142優選地相互擰接在一起,其中在壓力腔壁133的集中器132的相互疊置的邊緣中以及在支撐環134的適當的內凸緣中的 的螺釘或相應的孔可以由專業人員容易地設計和因此為了附圖更簡潔 而沒有示出。
配有足夠內壓力的支撐環134(專業人員可以對此容易地測量)吸收 由於環腔137中的壓力而存在徑向的向內指向的力的主要部分,從而夾 持環141,142的尺寸可以設計而可以相應地專支輕。
支撐環134的氣壓的構造不受集中器單元131的環腔結構的約束。 它也可以取代支撐環120(圖1)。與收集器的在本說明書中描述的其它元 件一樣，這種元件可以自由地組合而沒有離開本發明的範圍。
圖8顯示了圖7的集中器單元131從下方看的立體圖，而圖9顯示 了從上方看的圖。
這些圖展示了壓力室131和氣壓的支撐環134的相互間的尺寸。槽 143顯示了可以將設置131,134置於夾持環142上並且固定在其上的地點。
圖9還顯示了用於夾持環142的上部的槽144,封閉件140和對稱軸 135,其中清楚地表示了過壓區137(圖8)的環形腔的結構。
如提及的那樣,設置131,134具有足夠的剛性,以便被用於收集器120 的輕的框架中和在使用中承受住通常的風的強度。
權利要求
1.輻射收集器，包括一個至少部分地由柔性的膜形成的壓力室，該壓力室具有對於要反射的輻射透明的區域，其特徵在於在壓力室中固定布置的、具有柔性的膜的反射器，該反射器具有一個面對透明的區域的、反射輻射的側面和一個與輻射相背離的側面和該反射器將壓力室分成第一壓力腔和第二壓力腔，和其中設有機構，用於當在運行中一個或兩個壓力腔的容積由於外部影響而被改變時在壓力腔中產生和保持適於工作的在預定的範圍中的壓力。
2. 按照權利要求1所述的輻射收集器,其中用於產生在壓力腔中的 壓力的所述機構具有將第 一和第二壓力腔相互連接的、用於在壓力腔中 存在的流體的溢流區域。
3. 按照權利要求1或2所述的輻射收集器,其中所述至少部分地由 柔性的膜形成的壓力室具有用於要被集中的輻射的透明的區域,和所述 在壓力室中固定地布置的反射器構造成具有柔性的流體密封的膜的集 中器,該集中器具有與透明的區域面對的、反射輻射的側面和與輻射相背 離的側面和通過在反射的側面上存在的壓力氣壓地保持在集中輻射的 工作位置上,其中集中器將壓力室分成具有較高的工作壓力的第一壓力 腔和具有較低的工作壓力的第二壓力腔，和其中用於產生在壓力腔中的 壓力的所述機構被進一步構造成，用於當在運行中一個或兩個壓力腔的 容積由於外部影響而被改變時在壓力腔中產生和保持適於工作的具有 預定的差的壓力。
4. 按照權利要求3所述的輻射收集器,其中預定的差壓小於0.5mbar 優選在0.05至0.2mbar的範圍，和特別優選在0.05至O.lmbar的範圍。
5. 按照權利要求3或4中之一所述的輻射收集器,其中在第一壓力 腔中的工作壓力在1至5mbar的範圍,優選在2至5mbar的範圍和特別優 選在3至4mbar的範圍。
6. 按照權利要求3至5中之一所述的輻射收集器,其中壓力室具有 帶圓形外形的透鏡形狀的輪廓,該輪廓由上部的和下部的,各是柔性的膜 面構造,它的上部的用於要被集中的輻射的膜面是透明的,其中集中器在 上部的和下部的膜面之間直到朝著邊緣區延伸地布置,使得在運行中第 一壓力腔凸起地成形和第二壓力腔凹入地成形，和其中壓力室沿著它的 邊緣區域懸置在一個框架上。
7. 按照權利要求3至5中之一所述的池式或槽收集器,其中壓力室 具有帶矩形外形的枕墊形的輪廓,它由上部的和下部的,各是柔性的膜面 構成,它的上部的用於要被集中的輻射的膜面是透明的,其中集中器在上 部的和下部的膜面之間直到朝著邊緣區延伸地布置，使得,在運行中第一 壓力腔凸起地和第二壓力腔凹入地成形,和其中壓力室沿著它的邊緣區 域懸置在一個框架上。
8. 按照權利要求3至7中之一所述的輻射收集器,其中壓力腔在運 行中被填充一種流體，優選為空氣,其中用於產生預定的差壓的所述機構 具有通入第 一壓力 腔的第 一流體通道和通入第二壓力腔的第二流體通 道，通過這些通道流體可以在兩個方向上流動以^更維持額定工作壓力， 其中在每個流體通道中設有優選作為風扇構造的流體泵,它可以這樣地 運行，使得在所配屬的壓力腔中形成對應的額定工作壓力。
9. 按照權利要求8所述的輻射收集器,其中兩個壓力腔通過第二流 體通道相互連接。
10. 按照權利要求6或7所述的輻射收集器,其中所述框架基本上由 水泥製成和優選設置預製的水泥構件。
11. 按照權利要求3至10中之一所述的輻射收集器,其中笫二壓力 腔具有設置在中央的核心區,和設有用於在核心區中維持適於工作的氣 壓壓力的機構，該壓力小於第二壓力腔的其餘的區域中的壓力,使得在運 行中集中器通過在核心區中的近似於拋物面形式的、較強的曲率和在其 餘的區域中的較弱的曲率改善地集中輻射。
12. 按照權利要求11所述的輻射收集器,其中所述機構具有密封裝 置，該密封裝置在集中器的膜的與輻射相背離的側面和壓力室的與其相 配屬的膜之間將核心區與第二壓力腔的其餘的區域適於工作地分開,和 其中所述才幾構還具有 一個流體通道,通過它流體可以從核心區流出以便 減小核心區中的氣壓壓力。
13. 按照權利要求12所述的輻射收集器,其中核心區和第二壓力腔的其餘的區域通過至少一個流體通道相互連接,通過該通道流體可以在 兩個方向上流動以便維持額定差壓，其中在至少 一個流體通道中設有優 選作為風扇構造的流體泵，它可以這樣地運行，使得在相配屬的壓力腔 中形成對應的額定工作壓力。
14. 按照權利要求12所述的太陽能收集器,其中密封裝置具有適於工作地與集中器的膜共同作用的密封唇。
15. 按照權利要求14所述的太陽能收集器,其中在運行中密封唇至 集中器和/或一個可半透過的泡沫材料條之間具有一個距離，使得從周圍 的區域流到核心區中的流體量小於從周圍的區域流到核心區中的流體 量小於通過流體泵84可以輸送的流體量。
16. 按照權利要求12所述的太陽能收集器,其中密封裝置設計為用 於壓力室的支架結構的部分和優選由水泥製成。
17. 按照前面的權利要求中之一所述的輻射收集器,其中過壓區被 分成多個片區(80,81)。
18. 按照權利要求17所述的輻射收集器,其中兩個相鄰的片區貼靠 在與所述開口連接的流體通道上和與該流體通道適於工作地連接。
19. 按照前面的權利要求中之一所述的輻射收集器(1,130),其中集 中器(2,132)由一種膜製成，該膜由用PVC,PU和/或矽樹脂塗層的聚酯織 物和/或一種聚酯膜，優選由Mylar,和/或玻璃纖維織物製成,該織物在一 個側面設有反射輻射的塗層,其中該反射層優選由鋁製成,特別優選通過 蒸汽沉積製成。
20. 按照前面的權利要求中之一所述的輻射收集器(1,130),其中壓 力腔壁(6,133)至少部分地由乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)構成,和優選地 用高強度的PET和/或用鋼網或塑料網加強。
21. 按照前面的權利要求中之一所述的輻射收集器(1,130),其中收 集器在工作位置上具有旋轉對稱的形狀和優選地構造成拋物面反射鏡 或反射的球面形拱頂。
22. 按照權利要求21所述的輻射收集器(30),其中壓力腔壁(133)在 對稱軸的地方上相對於集中器(32)被拉入，使得所述腔在運行狀態中具 有近似環腔的構造。
23. 按照權利要求21所述的輻射收集器(1,30),其中收集器在運行狀 態中具有池或槽的形狀。
24. 按照權利要求21所述的輻射收集器(1,30),其中收集器在運行狀 態中具有帶拋物面構造的橫截面的形狀的池。
25. 按照前面的權利要求中之一所述的輻射收集器(1，30),其中壓力 腔壁(10,33,59)沿著集中器(2,32)的一個或多個表面線朝著壓力腔壁被拉 入，使得所述腔具有兩個或多個相互平行地延伸的片區。
26. 按照前面的權利要求中之一所述的輻射收集器(1,30),其中設有一個外周環形的支撐環(134),它機械地穩定壓力室和優選與壓力室 一體地連接。
27. 按照權利要求26所述的輻射收集器(1,30),其中支撐環(134)構造成可充氣的結構。
全文摘要
按照本發明的輻射收集器具有一個壓力室，該壓力室被集中器分成第一壓力腔和第二壓力腔。在壓力腔之間的小的壓差使集中器在射線集中的形式下保持適於工作的狀態和使得集中器的反射層承受較低的磨損。輻射收集器還具有合適地構造的用於在相應的壓力腔中建立額定壓力的機構，所述機構可以補償例如由於風負荷產生的壓力腔容積的改變。
文檔編號F24J2/10GK101657685SQ200780042773
公開日2010年2月24日 申請日期2007年9月28日 優先權日2006年9月27日
發明者A·佩德雷蒂 申請人:空氣光能源Ip有限公司