BE1013638A3 - Inrichting voor het benutten van geconcentreerde zonne-energie. - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een inrichting voor het benutten van geconcentreerde zonne-energie, welke inrichting een lineaire primaire concentrator, (1) bevat die uit één of meer spiegels bestaat en de zonnestraling opvangt en weerkaatst naar een langwerpige evenwijdig aan de primaire concentrator opgestelde absorber (2) en een over deze absorber opgestelde secundaire concentrator (3). De primaire concentrator (1) is zo naar de absorber (2) gericht dat er drie evenwijdig aan de absorber (2) gerichte brandpuntslijnen (20,21,22) worden gevormd.

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Inrichting voor het benutten van geconcentreerde zonneenergie. 



  Deze uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het benutten van geconcentreerde zonne-energie, welke inrichting een lineaire primaire concentrator bevat die uit   een   of meer spiegels bestaat en de zonnestraling opvangt en weerkaatst naar een langwerpige evenwijdig aan de primaire concentrator opgestelde absorber en een over deze absorber opgestelde secundaire concentrator. 



  Een lineaire concentrator is een concentrator die zich in een richting recht, normaal gezien horizontaal, uitstrekt. 



  Dwars op deze richting bezit hij een gepaste vorm om de zonnestraling op te vangen en geconcentreerd te weerkaatsen in de richting van de absorber en de secundaire concentrator. 



  Doordat de zon een bol is, is de zonnestraling een niet-evenwijdige straling, hetgeen voor de toepassing ervan een probleem vormt. Deze niet-evenwijdige straling geeft immers aanleiding tot het vormen van een beeld van de zon in de brandpuntslijn van de primaire concentrator. In feite is er geen echte brandpuntslijn maar een strook die een verzameling van brandpuntslijnen vormt. 



   Deze vlek wordt overigens vergroot door fouten van de optische instrumenten, dit zijn de spiegels van de primaire en secondaire concentrators. 



   De lijn in het midden van een set op de primaire concentrator weerkaatste evenwijdige stralen is de 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 reflectie van het middelpunt van de zonneschijf in een perfecte optica. 



  De uiterste lijnen van deze bundel evenwijdige stralen beschrijven de reflecties van, voor lineaire systemen, de twee randen van de zonneschijf die men nog wenst te concentreren, met inbegrip van de maximum toegelaten optische fouten. 



  Het is duidelijk dat om de warmteverliezen zo klein mogelijk te houden het buitenoppervlak van de absorber moet worden beperkt. 



  Om dit te bereiken, wordt reeds gebruik gemaakt van de zogenoemde CPC (Compound Parabolic Collector) technologie voor de secundaire concentrator. 



  Deze technologie maakt het mogelijk de concentratie van de zonnestraling te verdubbelen en dus de doorsnede van de absorber en de warmteverliezen bij een bepaalde temperatuur te halveren. 



  De optische verliezen in de secundaire concentrator zijn in de meeste gevallen evenwel groter dan de besparing van de warmteverliezen, zodat deze technologie niet veel wordt toegepast. 



  Bij de CPC technologie worden raaklijnen van een bundel stralen tangentieel naar de absorber geleid. De figuur die hierdoor ontstaat, bundelt binnen de opening van de secundaire concentrator en binnen de aanvaardingshoek alle stralen af op de absorber. 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 



  Meestal is er een fysisch contact tussen de aborber en de secundaire concentrator, maar dit is niet altijd mogelijk omwille van de temperatuurslimiet van de secundaire concentrator. 



   In dergelijke gevallen wordt een opening gelaten tussen de absorber en de erboven gelegen concentrator. Indien er geen concentratieverlies is, ontstaat daarentegen een verlies door de opening. Stralen die door deze opening zijn gericht worden niet nuttig gebruikt. 



   Tevens wordt de secundaire concentrator zo geconstrueerd dat voor een bepaalde hoek van de stralen naar een uiterste punt van de absorber, dit is soms tangentieel, deze stralen op deze absorber gereflecteerd worden. Voor andere hoeken kunnen er meerdere reflecties zijn van de straling binnen de secundaire concentrator, hetgeen ook een vermindering van rendement betekent. 



   De uitvinding heeft een inrichting voor het benutten van geconcentreerde zonne-energie als doel die voornoemde nadelen vermijdt en een minimum aan verliezen van zonne-energie met zieh meebrengt. 



   Dit doel wordt volgens de uitvinding verwezenlijkt doordat de primaire concentrator zo naar de absorber gericht is dat er drie evenwijdig aan de absorber gerichte brandpuntslijnen worden gevormd. 



   Bij voorkeur zijn de drie brandpuntslijnen binnen de ruimte begrensd door de secundaire concentrator gelegen. 



   De middelste brandpuntslijn kan in het verticale vlak door 'het midden van de absorber zijn gelegen. 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 Deze middelste brandpuntslijn is dan bij voorkeur binnen de absorber gelegen. 



  De secundaire concentrator is doelmatig een CPCconcentrator. 



  De absorber kan een ronde buis zijn. 



  Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een inrichting voor het benutten van geconcentreerde zonne-energie volgens de uitvinding beschreven met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin : figuur 1 schematisch een vooraanzicht weergeeft van een inrichting volgens de uitvinding ; figuur 2 op grotere schaal het gedeelte weergeeft dat in figuur 1 met F2 is aangeduid ; figuren 3 en 4 dwarse doorsneden weergeven van de secundaire concentrator en de absorber van de inrichting volgens de vorige figuren, waarop enkele uiterste stralen zijn aangeduid. 



  De inrichting voor het benutten van zonne-energie volgens de uitvinding weergegeven in figuur 1 bestaat in hoofdzaak uit een zieh horizontaal in de oost-westrichting uitstrekkende primaire concentrator   1,   een daarboven opgestelde absorber 2 die zieh eveneens horizontaal in de oost-westrichting uitstrekt en een secundaire concentrator 3 die zieh evenwijdig aan de primaire concentrator 1 als een kap boven de absorber 2 uitstrekt. 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 



  De primaire concentrator 1 kan een parabolische doorsnede bezitten of, zoals in het weergegeven voorbeeld, in segmenten verdeeld zijn en bestaan uit een aantal vlakke spiegelstroken 4 met bijvoorbeeld een breedte van 0, 5 m. 



  Elk van de spiegelstroken 4 is in zijn midden vastgemaakt op een door een buis 5 gevormde wentelas die gelagerd is op een gestel 6. 



  De buizen 5 zijn samen of afzonderlijk wentelbaar door niet in de figuur 1 weergegeven middelen op zodanige manier dat ze de zon 7 volgen. Wanneer de spiegelstroken 4 in de   . oost-westrichting   zijn gericht, is voor het grootste gedeelte van de dag de wenteling van deze spiegelstroken 4 in functie van het seizoen. 



  De absorber 2 is in zijn meest eenvoudige uitvoeringsvorm een ronde metalen buis waarin het op te warmen fluidum stroomt en die aan de buitenkant bekleed is met een warmte-absorberende bekleding, bijvoorbeeld een zwarte laag die erop gesputterd werd. 



  Deze buis kan omgeven zijn door een niet in figuur 1 weergegeven buis van hittebestendig glas. 



  De buis van de absorber 2 is op regelmatige afstanden door middel van een ophanging 8 opgehangen aan een langsligger 9 die hangt aan portalen 10 die vastgemaakt zijn aan voornoemd gestel 6. 



  Tussen twee opeenvolgende ophangingen 8 is een secundaire concentrator 3 opgesteld. 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 



  De secundaire concentrator 3 is geconstrueerd volgens de CPC-technologie en bevat een spiegel 11 die uit twee quasi parabolische helften 11A en   11B   die elkaars spiegelbeeld vormen en in het midden, op een afstand boven de absorber 2, met een kleine naar onder gerichte punt 11C op elkaar aansluiten zoals in detail in de figuren 2 tot 4 is weergegeven. 



  Deze spiegel 11 is aan de bovenzijde bekleed met thermisch isolerend materiaal 12 en op regelmatige afstanden door middel van jukken 13 aan voornoemde langsligger 9 opgehangen. 



   Zoals weergegeven in figuur 3 maakt een lijn 14 door de punt 11C van de spiegel 11 en rakend aan een zijde, namelijk links in figuur 3, aan de absorber 2 een hoek A met de horizontale. Een lijn 15 door de punt 11C maar   rakend   aan de tegenovergelegen zijde aan de absorber 2 maakt een hoek B met de horizontale. 



   Elk van de spiegelstroken 4 van de primaire concentrator 1 straalt in principe een evenwijdige bundel stralen terug naar de absorber 2. Voor de eenvoud is in figuur 1 uitsluitend de middellijn 16 van elk van deze bundels weergegeven en de twee uiterste stralen 17 van de concentrator 1 in zijn geheel. 



   Indien de hellingshoek van een bundel evenwijdige stralen en dus de hellingshoek C van een middellijn 16 kleiner is dan de hoek A dan raakt de hoogst gelegen straal 18 tangentieel de bovenkant van de absorber 2, terwijl de laagst gelegen uiterste straal 19 van de bundel na   een   'reflectie op de spiegel 11 tangentieel raakt aan de bovenzijde van de absorber 2, zoals weergegeven in figuur 3. 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 



  Hetzelfde geldt wanneer de hellingshoek C van de bundel groter is dan de hoek B. 



  Het gedeelte van de primaire concentrator 1 met een dergelijke hoek C van de bundels kleiner dan de hoek A moet een parabool vormen met brandpuntslijn rechts van de . absorber 2 in figuur 3. 



  Is de hoek C groter dan de hoek B dan moet dit gedeelte van de primaire concentrator 1 een gedeelte van een parabool vormen waarvan de brandpuntslijn links van de absorber 2 in figuur 3 is gelegen. 



  Wanneer de hellingshoek D van de bundel tussen de hoeken A en B is gelegen, raken beide uiterste stralen 18 en 19 van de bundel de absorber 2 tangentieel na   een   weerkaatsing op de spiegel 11, zoals weergegeven in figuur 4. 



  Voor de gereflecteerde stralen waarvan de hoek tussen de hoeken A en B is gelegen, moet de primaire concentrator 1 een parabool vormen met de brandpuntslijn in het midden, op   . het   verticale vlak door het midden van de absorber 2. 



  Dit betekent in de praktijk dat de primaire concentrator 1 zo gericht is dat er drie evenwijdig aan de absorber 2 en de concentrators 1 en 3 gerichte brandpuntslijnen 20,21 en 22 ontstaan zoals in detail in figuur 2 is weergegeven. 



  De drie brandpuntslijnen 20,21 en 22 zijn binnen de ruimte 23 begrensd door de spiegel 11 gelegen. De middelste brandpuntslijn 20 is op het verticale vlak door het midden van de absorber 2 en van de spiegel 11 gelegen en zelfs binnen de absorber 2. 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 De andere twee brandpuntslijnen 21 en 22 liggen aan weerszijden van de brandpuntslijn 20, op dezelfde hoogte van elkaar maar iets lager dan de brandpuntslijn 20. 



  De primaire concentrator 1 moet niet noodzakelijk uit vlakke spiegelstroken 4 bestaan. Deze stroken kunnen enigszins gebogen zijn in hun dwarsrichting of de concentrator 1 kan uit een gebogen stuk bestaan. 



  Ook de secundaire concentrator 3 moet niet noodzakelijk de in de figuren weergegeven vorm bezitten en een spiegel 11 bezitten met twee quasi parabolische gedeelen HA en 11B. 



  Hij kan bijvoorbeeld een spiegel bezitten die uit drie segmenten, bijvoorbeeld drie quasi parabolische gedeelten, met drie brandpunten bestaat. 



  Hij moet ook niet noodzakelijk van het CPC-type zijn. 



  De absorber 2 kan andere vormen aannemen dan deze van een ronde buis. Hij kan bijvoorbeeld een plaat zijn. 



  De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch dergelijke inrichting voor het benutten van geconcentreerde zonne-energie kan in verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (12)

Conclusies.

1.-Inrichting voor het benutten van geconcentreerde zonne-energie, welke inrichting een lineaire primaire concentrator (1) bevat die uit een of meer spiegels bestaat en de zonnestraling opvangt en weerkaatst naar een langwerpige evenwijdig aan de primaire concentrator opgestelde absorber (2) en een over deze absorber opgestelde secundaire concentrator (3), daardoor gekenmerkt dat de primaire concentrator (1) zo naar de absorber (2) gericht is dat er drie evenwijdig aan de absorber (2) gerichte brandpuntslijnen (20, 21, 22) worden gevormd.

2.-Inrichting volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat . de drie brandpuntslijnen (20, 21, 22) binnen de ruimte begrensd door de secundaire concentrator (3) zijn gelegen.

3. - Inrichting volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de middelste brandpuntslijn (20) in het verticale vlak door het midden van de absorber (2) is gelegen.

4.-Inrichting volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de middelste brandpuntslijn (21) binnen de absorber (2) is gelegen.

5.-Inrichting volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de secundaire concentrator (3) een CPC-concentrator is.

6.-Inrichting volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de absorber (2) een ronde buis is. <Desc/Clms Page number 10>

7.-Inrichting volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat, indien raaklijnen aan de absorber (2) vanuit het midden van de secundaire concentrator (3) respectievelijk hoeken A en B maken met de horizontale, het EMI10.1 gedeelte van de primaire concentrator (1) waarvan de weerkaatste stralen een hoek maken met de horizontale die tusen de hoeken A en B is gelegen een brandpunt bezit dat op het verticale vlak door de absorber (2) is gelegen.

8.-Inrichting volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat, indien raaklijnen aan de absorber (2) vanuit het midden van de secundaire concentrator (3) respectievelijk hoeken A en B maken met de horizontale, het gedeelte van de primaire concentrator (1) waarvan de weerkaatste stralen een hoek maken met de horizontale die kleiner is dan de hoek A of groter is dan de hoek B een brandpunt bezit dat aan de ene zijde, respectievelijk aan de andere zijde van de absorber (2) is gelegen. EMI10.2

9.-Inrichting volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de primaire concentrator (1) een aantal vlakke wentelbare spiegelstroken (4) bevat.

10.-Inrichting volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de vlakke spiegelstroken (4) zo gericht zijn dat de uiterste stralen van de evenwijdige bundel die ze reflecteren naar de absorber (2) hetzij tangentieel aan deze absorber (2) zijn, hetzij na een weerkaatsing door de secundaire concentrator (3) de bovenkant van de absorber (2) tangentieel raken.

11.-Inrichting volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de secundaire concentrator (3) een <Desc/Clms Page number 11> spiegel (11) bevat die uit twee quasi parabolische gedeelten (llA en 11B) bestaat.

12.-Inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 10, daardoor gekenmerkt dat de secundaire concentrator (3) een spiegel bevat die uit drie segmenten bestaat met drie brandpunten.