CH654627A5

CH654627A5 - Solar power plant

Info

Publication number: CH654627A5
Application number: CH4156/81A
Authority: CH
Inventors: Bertrand Reymont
Original assignee: Bertrand Reymont
Priority date: 1981-06-23
Filing date: 1981-06-23
Publication date: 1986-02-28
Also published as: ES8306529A1; ZA824394B; ES513360A0

Abstract

A reflector element, parabolically deformable under pressure, has a first elastic diaphragm (1), which has a reflective layer and a second transparent diaphragm (9). The two diaphragms are clamped along their periphery in a bearing ring (3) and form a pressure tight chamber (10). The bearing ring is arranged like a wheel by means of two cable arrangements (7, 8) on a central collector axis (4). This is pivotably mounted at its foot in a joint (5), so that the bearing ring (3) can be rolled on a support base (11), which permits azimuth adjustment of the collector. For adjustment of the angle of elevation, the joint (5) is height adjustable. The collector axis (4) at its other end carries a heat absorption unit (2), which is arranged in the area of the focal point of the reflector. In order to reduce reflection losses, the transparent diaphragm (9) runs essentially perpendicular to the direction of the incident light, which is achieved by supporting it against the front cable arrangement (7). The construction permits a light but stable design of large collectors. <IMAGE>

Description

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **. ** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.

PATENTANSPRÜCHE 1. Sonnenkraftanlage mit einem unter Druck parabolisch verformbaren Reflektorelement aus einer ersten, elastischen Membrane (1), die eine reflektierende Schicht aufweist, und einer zweiten Membrane (9), wobei die Membranen (1, 9) eine druckdichte Kammer bilden und längs ihrer Peripherie in einem Stützring (3) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring radartig an einer zentralen, einseitig in einem Gelenk (5) drehbar gelagerten Achse (4) angeordnet sowie auf einer Unterlage (11; 72) abrollbar ist und dass der Stützring (3) mittels zweier Kabelanordnungen (7, 8) an der Kollektorachse befestigt ist, wobei eine dieser Kabelanordnungen zugleich zur Stützung der zweiten Membrane (9) ausgebildet ist. PATENT CLAIMS 1. Solar power plant with a parabolic deformable reflector element made of a first, elastic membrane (1) having a reflective layer, and a second membrane (9), the membranes (1, 9) forming a pressure-tight chamber and along its periphery are fastened in a support ring (3), characterized in that the support ring is arranged in a wheel-like manner on a central axis (4) which is rotatably mounted on one side in a joint (5) and can be rolled on a support (11; 72) and that the support ring ( 3) is fastened to the collector axis by means of two cable arrangements (7, 8), one of these cable arrangements being designed at the same time to support the second membrane (9).

2. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kollektorachse (4) durch die erste Membrane (1) hindurch erstreckt, wobei diese an der Durchtrittsstelle mittels einer druckdichten Verbindung (24) längs der Kollektorachse verschiebbar ist. 2. Solar power plant according to claim 1, characterized in that the collector axis (4) extends through the first membrane (1), which can be displaced along the collector axis at the passage point by means of a pressure-tight connection (24).

3. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, vordere Kabelanordnung (7) im wesentlichen in der Ebene des Stützringes (3) verläuft und für die Drehmomentsübertragung zwischen diesem und der Kollektorachse ausgebildet ist, wobei die zweite, hintere Kabelanordnung (8) den Stützring (3) mit dem gelenkseitigen Ende der Kollektorachse (4) verbindet. 3. Solar power plant according to claim 1 or 2, characterized in that the first, front cable arrangement (7) extends substantially in the plane of the support ring (3) and is designed for the torque transmission between this and the collector axis, the second, rear cable arrangement (8) connects the support ring (3) to the joint end of the collector axis (4).

4. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 3, wobei die druckdichte Kammer als Überdruckkammer ausgebildet ist und die zweite Membran (9) aus transparentem Material aufgebaut sowie bezüglich der Lichteinfallrichtung vor der reflektierenden Membrane (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Membran bei Druckbeaufschlagung auf die erste, vordere Kabelanordnung (7) abgestützt ist (Fig. 1). 4. Solar power plant according to claim 3, wherein the pressure-tight chamber is designed as an overpressure chamber and the second membrane (9) is made of transparent material and is arranged in front of the reflecting membrane (1) with respect to the direction of light incidence, characterized in that the second membrane when pressurized the first, front cable arrangement (7) is supported (Fig. 1).

5. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 3, wobei die druckdichte Kammer als Unterdruckkammer ausgebildet und die zweite Membran (9) bezüglich der Lichteinfallrichtung hinter der reflektierenden Membran (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Membran bei Druckbeaufschlagung auf die hintere Kabelanordnung abgestützt ist (Fig. 3). 5. Solar power plant according to claim 3, wherein the pressure-tight chamber is designed as a vacuum chamber and the second membrane (9) is arranged behind the reflecting membrane (1) with respect to the direction of light incidence, characterized in that the second membrane is supported on the rear cable arrangement when pressure is applied ( Fig. 3).

6. Sonnenkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kollektorachse (4) im Bereich des Fokus des Reflektorelementes eine Wärmeaufnahmeeinheit (2) angeordnet ist. 6. Solar power plant according to one of the preceding claims, characterized in that a heat absorption unit (2) is arranged on the collector axis (4) in the region of the focus of the reflector element.

7. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorachse (4) eine Thermomaschine enthält zur Umwandlung von Wärme in eine andere Energieform. 7. Solar power plant according to claim 6, characterized in that the collector axis (4) contains a thermal machine for converting heat into another form of energy.

8. Sonnenkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergelenk (5) der Kollektorachse zur Einstellung der Elevation des Reflektorelementes höhenverschiebbar ist. 8. Solar power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing joint (5) of the collector axis for adjusting the elevation of the reflector element is displaceable in height.

9. Sonnenkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur azimutalen Ausrichtung des Reflektorelementes zwei Treibkabel (13, 14) vorgesehen sind, die je mit einem ihrer Enden am Stützring (3) befestigt sind und diesen je in entgegengesetzter Richtung um einen Teil seines Umfanges umspannen, wobei der Stützring auf der Unterlage (11) mittels dieser Kabelzüge abrollbar ist. 9. Solar power plant according to one of the preceding claims, characterized in that for the azimuthal alignment of the reflector element two drive cables (13, 14) are provided, each having one of their ends attached to the support ring (3) and each one in the opposite direction by a part span its circumference, the support ring on the base (11) can be unrolled by means of these cable pulls.

10. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaufnahmeeinheit (33) mittels eines lichtdurchlässigen und für Infrarotstrahlung undurchlässigen, sphärischen Schalenkörpers (34) von der Kollektorkammer druckdicht getrennt ist. 10. Solar power plant according to claim 6, characterized in that the heat absorption unit (33) is separated from the collector chamber in a pressure-tight manner by means of a transparent and spherical shell body (34) which is opaque to infrared radiation.

11. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektorring (3) auf Rollen (70, 77) derart gelagert ist, dass er längs der Kollektorachse (4) rotierbar ist. 11. Solar power plant according to claim 8, characterized in that the collector ring (3) is mounted on rollers (70, 77) such that it can be rotated along the collector axis (4).

12. Sonnenkraftanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Rotationsbewegung mittels tangential am Stützring (3) angeordneten Auslassdüsen (76) erfolgt, durch welche erhitzte Luft aus der Kollektorkammer entlassbar ist. 12. Solar power plant according to claim 11, characterized in that the rotational movement is driven by means of outlet nozzles (76) arranged tangentially on the support ring (3), through which heated air can be discharged from the collector chamber.

Die Erfindung betrifft eine Sonnenkraftanlage mit einem unter Druck parabolisch verformbaren Reflektorelement aus einer ersten, elastischen Membrane, die eine reflektierende Schicht aufweist und einer zweiten Membrane, wobei die Membranen eine druckdichte Kammer bilden und längs ihrer Peripherie in einem Stützring befestigt sind. The invention relates to a solar power plant with a reflector element which can be parabolically deformed under pressure from a first, elastic membrane which has a reflective layer and a second membrane, the membranes forming a pressure-tight chamber and being fastened along their periphery in a support ring.

Sonnenkraftanlagen dieser Art sind z.B. aus der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung Nr. 0 025 834 bekannt. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass die Reflektoren in grossflächiger Ausgetaltung gebaut werden können, und zwar mit erheblich geringerem Aufwand, als entsprechende starre Konstruktionen. Solar power plants of this type are e.g. known from published European patent application No. 0 025 834. They are characterized by the fact that the reflectors can be built in a large area, and with considerably less effort than corresponding rigid constructions.

Gerade die grossflächige Ausgestaltung machte jedoch bisher relativ aufwendige Befestigungsanordnungen nötig, welche zur Nachführung der Kollektoren dieser Anlagen bezüglich des Sonnenstandes geeignet sind und erforderte eine konstruktiv unbefriedigende Halterung, um die Wärmeaufnahmeorgane im Brennpunkt des Reflektors anzuordnen. However, it was precisely the large-scale design that previously made relatively complex fastening arrangements necessary, which are suitable for tracking the collectors of these systems with respect to the position of the sun, and required a structurally unsatisfactory mounting in order to arrange the heat absorption elements in the focal point of the reflector.

Es stellt sich die Aufgabe, einen Sonnenkraftanlageaufbau zu finden, der eine einfache und leichte Ausgestaltung auch der erwähnten Befestigungen und Halterungen erlaubt, was erst die konsequente Ausnutzung der Vorteile derartiger Anlagen erlaubt. The task is to find a solar power plant structure that allows a simple and easy design of the fastenings and brackets mentioned, which only allows the consistent exploitation of the advantages of such systems.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe bei einer Sonnenkraftanlage des eingangs erwähnten Types derart gelöst, dass der Stützring radartig an einer zentralen, einseitig in einem Gelenk drehbar gelagerten Achse angeordnet, sowie auf einer Unterlage abrollbar ist und dass der Stützring mittels zweier Kabelanordnungen an der Kollektorachse befestigt ist, wobei eine dieser Kabelanordnungen zugleich zur Stützung der zweiten Membrane ausgebildet ist. Dieser Aufbau erlaubt einen leichten und dennoch steifen Aufbau, der insbesondere für grossflächige Sonnenkollektoren besonders vorteilhaft ist. According to the invention, this object is achieved in a solar power plant of the type mentioned at the outset such that the support ring is arranged in a wheel-like manner on a central axis which is rotatably mounted on one side in a joint, and can be rolled off on a base and that the support ring is fastened to the collector axis by means of two cable arrangements, one of these cable arrangements is also designed to support the second membrane. This structure allows a light, yet stiff structure, which is particularly advantageous for large-area solar collectors.

Es werden nachstehend zum besseren Verständnis dieser Lösung und ihrer Vorteile verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht einer Anlage mit einem unter Überdruck stehenden, pneumatischen Sonnenkollektor; Fig. 2 eine schematische Frontansicht dieses Kollektors; Fig. 3 eine Schnittansicht eines pneumatischen Kollektors mit Unterdruckkammer; Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Kollektors gemäss Fig. 3; Fig. 5 eine Teildarstellung in Schnittansicht einer Ausführung der Kollektorachse mit den Wärmeaufnahme- und Auswertungsorganen; Fig. 6 eine entsprechende Darstellung einer anderen Ausführung, wobei die Kollektorachse selbst Teil einer als Thermomaschine dienenden Turbine ist;; Fig. 7 eine Schnittdarstellung einer weiteren, der Fig. 6 entsprechenden, jedoch vergrösserten Ausführung, wobei mehrere Turbinen vorgesehen sind; Fig. 7a eine Schnittansicht längs der Linie A-A in Fig. 7; Fig. 8 eine perspektivische Teilansicht eines um seine Symmetrieachse rotierenden Sonnenkollektors; Various exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with the aid of the drawings in order to better understand this solution and its advantages. In it show: Figure 1 is a sectional view of a system with a pressurized pneumatic solar collector. Fig. 2 is a schematic front view of this collector; 3 shows a sectional view of a pneumatic collector with a vacuum chamber; FIG. 4 shows a perspective view of the collector according to FIG. 3; Figure 5 is a partial representation in sectional view of an embodiment of the collector axis with the heat absorption and evaluation organs. 6 shows a corresponding representation of another embodiment, the collector axis itself being part of a turbine serving as a thermal machine; FIG. 7 shows a sectional illustration of a further embodiment, corresponding to FIG. 6 but enlarged, with several turbines being provided; Fig. 7a is a sectional view taken along line A-A in Fig. 7; 8 shows a perspective partial view of a solar collector rotating about its axis of symmetry;

Fig. 9 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsart eines um seine Achse rotierbaren Kollektors; Fig. 9a eine Detailansicht des Kollektors nach Fig. 9, und Fig. 10 a-e verschiedene Ausführungen der sich zwischen Kollektorachse und Stützring erstreckenden Kabelanordnungen zur Stützung der zweiten Membran und zur Übertragung eines Drehmomentes. 9 shows a sectional view of a further embodiment of a collector which can be rotated about its axis; Fig. 9a is a detailed view of the collector of FIG. 9, and 10 a-e different versions of the cable arrangements extending between the collector axis and the support ring for supporting the second membrane and for transmitting a torque.

Zur Erläuterung des zugrundeliegenden Prinzips wird zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Wie in der eingangs erwähnten europäischen Patentveröffentlichung ausführlich dargelegt ist, verformt sich eine elastische frei verformbare und entlang ihres Randes in einem Stützring 3 fest eingespannte Membran 1 unter Druckbelastung angenähert zu Paraboloidform. Dies bedeutet, dass sich parallel einfallendes Licht nach der Reflexion im wesentlichen an einer Stelle, dem Brennpunkt, sammelt, wo es mittels einer Wärmeaufnahmeeinheit 2 absorbiert und zunächst in thermische Energie umgewandelt wird. Bei geeigneter Wahl des Membranmaterials, d.h. bei Verwendung sehr stark dehnbarer Folien, wie Vinyl oder Gummi, gelingt es, die Tiefe Ymax des Reflektorelementes etwa gleich seiner Brennweite zu machen. To explain the underlying principle, reference is first made to FIGS. 1 and 2. As explained in detail in the European patent publication mentioned at the beginning, an elastic, freely deformable membrane 1, which is firmly clamped along its edge in a support ring 3, approximately deforms into a parabolic shape under pressure. This means that after the reflection, parallel incident light essentially collects at a point, the focal point, where it is absorbed by a heat absorption unit 2 and is first converted into thermal energy. With a suitable choice of membrane material, i.e. when using very extensible films, such as vinyl or rubber, the depth Ymax of the reflector element can be made approximately equal to its focal length.

Dies erlaubt es wiederum, die Wärmeaufnahmeeinheit 2 im wesentlichen in der Ebene des Stützringes 3 anzuordnen. This in turn makes it possible to arrange the heat absorption unit 2 essentially in the plane of the support ring 3.

Ausgehend von diesen Erkenntnissen soll ein möglichst einfacher und kostengünstiger Aufbau für grossflächige Kollektoren dieser Art geschaffen werden. Die hierzu gefundene Grundkonstruktion beruht auf der Verwendung einer starr ausgebildeten Kollektorachse 4, welche an ihrem Fusspunkt 5 gelenkig befestigt ist und an ihrem anderen Ende die Wärmeaufnahmeeinheit 2 trägt. Die Kollektorachse 2 dient ferner zur Zu- und Wegführung des Arbeitsfluids bzw. zur Aufnahme der Thermomaschine selbst, wie nachfolgend noch im Detail erläutert wird. An der Kollektorachse 4 ist mittels zweier Kabelsysteme 7, 8 der Stützring 3 angebracht, der wegen seiner Mehrfachfunktion im weiteren Kollektorring genannt werden soll. Der Kollektorring 3 hält die verspiegelte Membran 1, sowie eine zweite Membran 9 längs ihrer Peripherie druckdicht fest, so dass sie zwischen sich eine Druckkammer bilden. Based on these findings, the simplest and most cost-effective structure possible for large-area collectors of this type is to be created. The basic construction found for this is based on the use of a rigid collector axis 4 which is articulated at its base 5 and carries the heat absorption unit 2 at its other end. The collector axis 2 is also used for supplying and removing the working fluid or for receiving the thermal machine itself, as will be explained in detail below. The support ring 3 is attached to the collector axis 4 by means of two cable systems 7, 8, which should be mentioned in the further collector ring because of its multiple function. The collector ring 3 holds the mirrored membrane 1 and a second membrane 9 pressure-tight along its periphery, so that they form a pressure chamber between them.

Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. list die zweite Membran aus transparentem Material, und die Druckkammer 10 wird gegenüber dem Umgebungsdruck auf Überdruck gehalten. Der Kollektorring 3 ist ferner zugleich dazu ausgestaltet, dass er auf einem bogenförmig angelegten Sockel 11, der mit dem Boden verbunden ist, über einen gewissen Teil seines Umfanges um den Gelenkpunkt 6 abgerollt werden kann. Dies zur azimutalen Nachführung des Kollektors bezüglich des Sonnenstandes. Die Abrollbewegung wird durch zwei gegensinnig in Rinnen 12 um den Kollektorring 3 geführte und an Befestigungspunkten 16 fixierte Kabel 13, 14 bewerkstelligt (Fig. 2, Fig. 4), welche von zwei Winden 15 angetrieben werden.Während des Betriebes bleiben jeweils beide Kabel 13, 14 unter Spannung, sodass, wie aus Fig. 2 leicht ersichtlich, die Position des Kollektors zu jeder Zeit wohldefiniert ist. Die azimutale Nachführung kann kontinuierlich erfolgen. Die Ausrichtung des Kollektors bezüglich des Elevationswinkels geschieht mittels eines Höhenverstellmechanismus 17 am Fusspunkt 5 der Kollektorachse 4. Der Gelenkpunkt 6 kann z.B. mittels einer Spindel 18, die über einen Hebemotor 20 von einer Mutter 19 angetrieben wird, angehoben werden, womit sich der Elevationswinkel der Kollektorachse verkleinert.Es versteht sich, dass die Höhenlage des Sockels 11 bezüglich des Höhenverstellmechanismus dem jeweiligen geographischen Standort des Kollektors angepasst werden muss, so dass insbesondere in den strahlungsintensiven Tageszeiten, d.h. bei hoch stehender Sonne, die nötigen Elevationswinkel erreicht werden. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the second membrane made of transparent material, and the pressure chamber 10 is kept at overpressure with respect to the ambient pressure. The collector ring 3 is also at the same time designed so that it can be rolled over a certain part of its circumference around the articulation point 6 on an arched base 11 which is connected to the floor. This is for azimuthal tracking of the collector with respect to the position of the sun. The rolling movement is accomplished by two cables 13, 14 (FIG. 2, FIG. 4) which are guided in opposite directions in channels 12 around the collector ring 3 and are fixed at fastening points 16 and which are driven by two winches 15. Both cables 13 remain during operation , 14 under voltage, so that, as can easily be seen from FIG. 2, the position of the collector is well-defined at all times. The azimuthal tracking can take place continuously. The alignment of the collector with respect to the elevation angle takes place by means of a height adjustment mechanism 17 at the base point 5 of the collector axis 4. The articulation point 6 can e.g. by means of a spindle 18, which is driven by a nut 19 via a lifting motor 20, which reduces the elevation angle of the collector axis , so that especially in the radiation-intensive times of the day, ie when the sun is high, the necessary elevation angles can be achieved.

Der Kollektorring 3 ist, wie bereits erwähnt, mittels zweier Kabelsysteme 7, 8 fahrradähnlich an der Kollektorachse 4 angeordnet. Das vordere Kabelsystem 7 liegt im wesentlichen in der Ebene des Kollektorringes 3, während sich das hintere Kabelsystem vom Kollektorring gegen den Fusspunkt 5 der Kollektorachse hin erstreckt. Das vordere Kabelsystem 7 ist ferner so ausgestaltet, dass es ein Drehmoment zwischen der Kollektorachse 4 und dem Kollektorring 3 übertragen kann (vgl. die verschiedenen Ausführungen gemäss Fig. 10), d.h. As already mentioned, the collector ring 3 is arranged on the collector axis 4 in a bicycle-like manner by means of two cable systems 7, 8. The front cable system 7 lies essentially in the plane of the collector ring 3, while the rear cable system extends from the collector ring towards the base point 5 of the collector axis. The front cable system 7 is also designed such that it can transmit a torque between the collector axis 4 and the collector ring 3 (cf. the different designs according to FIG. 10), i.e.

die Angriffsrichtungen der Kabel an den Befestigungspunkten 21 zum Kollektorring sowie an den Befestigungspunkten 22 zur Kollektorachse verlaufen mindestens teilweise nicht radial. the directions of attack of the cables at the attachment points 21 to the collector ring and at the attachment points 22 to the collector axis are at least partially non-radial.

Hinsichtlich der Membrananordnung ist zu unterscheiden zwischen Überdruckkollektoren (Fig. 1,2, 5-7, 9) sowie Unterdruckkollektoren (Fig. 3, 4). Beim erstgenannten Typ (vgl. Fig. 1) ist in Lichteinfallsrichtung vor der reflektierenden Membran 1 eine transparente Membran 9 angeordnet. Zur Verminderung von Reflexionsverlusten an der transparenten Membran muss diese mit der Lichteinfallsrichtung einen Winkel bilden, der möglichst nahe bei 90" liegt. Die Einhaltung dieser Bedingung wird trotz Verwendung einer elastischen Membran 9 dadurch ermöglicht, dass diese von innen auf das vordere Kabelystem 7 abgestützt ist. With regard to the membrane arrangement, a distinction must be made between positive pressure collectors (FIGS. 1, 2, 5-7, 9) and negative pressure collectors (FIGS. 3, 4). In the first-mentioned type (see FIG. 1), a transparent membrane 9 is arranged in front of the reflecting membrane 1 in the direction of light incidence. In order to reduce reflection losses on the transparent membrane, the latter must form an angle with the direction of incidence of light that is as close as possible to 90 ". Compliance with this condition is made possible despite the use of an elastic membrane 9 in that it is supported on the front cable system 7 from the inside .

Dazu weist das vordere Kabelsystem 7 vorzugsweise eine maschenartige Struktur auf (Fig. 10), wobei die einzelnen Maschen eine Flächenausdehnung aufweisen, welche eine relativ geringe Ausbauchung der transparenten Membran sicherstellen. For this purpose, the front cable system 7 preferably has a mesh-like structure (FIG. 10), the individual meshes having an area dimension which ensure a relatively slight bulging of the transparent membrane.

Beim zweitgenannten Typ (vgl. Fig. 3) braucht die Membran nicht transparent zu sein, da sie hinter der Reflektormembran 1 liegt. Sie wird aussen am hinteren Kabelsystem 8 angeordnet, so dass sie vom Unterdruck in der Kammer gegen dieses gezogen wird, um sich darauf abzustützen. In the second type (cf. FIG. 3), the membrane does not need to be transparent, since it lies behind the reflector membrane 1. It is arranged on the outside of the rear cable system 8, so that it is pulled against it by the negative pressure in the chamber in order to be supported thereon.

Die reflektierende Membran list nur längs ihrer Peripherie fest gehalten und ist im übrigen frei verformbar. An der Durchtrittsstelle der Kollektorachse 4 ist die Membran 1 an einer Hülse 24 befestigt, welche auf der Kollektorachse 4 unter Sicherstellung eines druckdichten Abschlusses verschiebbar ist. Durch geeignete Druckregulierung kann somit die Tiefe der Reflektormembran 1 und damit die Lage des Brennpunktes eingestellt werden. The reflective membrane is only firmly held along its periphery and is otherwise freely deformable. At the point of passage of the collector axis 4, the membrane 1 is fastened to a sleeve 24 which can be displaced on the collector axis 4 while ensuring a pressure-tight seal. The depth of the reflector membrane 1 and thus the position of the focal point can thus be set by suitable pressure regulation.

Im Bereich des Brennpunktes ist die Wärmeaufnahmeeinheit angeordnet. Verschiedene diesbezügliche Ausführungsformen werden nun anhand der Fig. 5 bis Fig. 7 näher dargestellt. The heat absorption unit is arranged in the area of the focal point. Various embodiments in this regard are now shown in more detail with reference to FIGS. 5 to 7.

In Fig. 5 ist schematisch eine Ausführung gezeigt, bei welcher die Kollektorachse 4 für die Zu- und Wegfuhr des Arbeitsfluids ausgestaltet ist. Sie weist hierzu einen Mantel 30 auf, innerhalb dessen die Zu- und Wegfuhrleitungen 31, 32 angeordnet sind. Die Zufuhr des kalten Arbeitsfluids erfolgt durch die aussenliegende Zufuhrleitung 31, welche in einen spiralenförmigen Kesselkörper 33 mündet. Dieser ist in einem transparenten sphärischen Körper 34 angeordnet, der z.B. aus Quarzglas ausgebildet sein kann und folgende Eigenschaften hat. Er weist im Bereich der Lichtwellenlängen eine Durchlässigkeit auf, reflektiert jedoch im Infrarotbereich, so dass möglichst wenig Wärmestrahlung zurück in die Druckkammer gelangt. Ferner ist er druckdicht ausgebildet, falls er nicht unter Kammerdruck steht. Nach aussen ist die Wärmeaufnahmeeinheit mit einer Isolation 36 gegen Wärmeverluste gesichert. Das im Kesselheizkörper 33 erhitzte bzw. verdampfte Fluid wird über die Leitung 32, die durch einen Isoliermantel 35 von der Zufuhrleitung getrennt ist, durch die Kollektorachse nach unten geführt und gelangt dort über ein schematisch dargestelltes Rohrsystem 37 in eine ausserhalb des Kollektors angeordnete Turbine 35, welche über ein Getriebe 39 mit einem Generator 40 verbunden ist. Ferner ist die Turbine 38 über ein Getriebe mit einem Ventilator 44 verbunden, der einen Kondensator 42 kühlt. Das Fluid gelangt hernach mittels einer Pumpe 43 wiederum in die Zufuhrleitung 31. Die Rohrleitungen 37 sind dabei derart an die Kollektorachse 4 angeschlossen, dass die oben erläuterten Nachführbewegungen möglich sind.Die beschriebene Anordnung, welche gemäss Fig. 5 in einem Überdruckkollektor dargestellt ist, eignet sich in gleicher Weise auch für den Unterdrucktyp (Fig. 3). 5 schematically shows an embodiment in which the collector axis 4 is designed for the supply and removal of the working fluid. For this purpose, it has a jacket 30 within which the supply and removal lines 31, 32 are arranged. The cold working fluid is supplied through the external supply line 31, which opens into a spiral-shaped boiler body 33. This is arranged in a transparent spherical body 34 which e.g. can be formed from quartz glass and has the following properties. It has a transmittance in the range of the light wavelengths, but reflects in the infrared range, so that as little heat radiation as possible gets back into the pressure chamber. Furthermore, it is pressure-tight if it is not under chamber pressure. To the outside, the heat absorption unit is secured with insulation 36 against heat loss. The fluid which is heated or evaporated in the boiler heating element 33 is led down through the collector axis via the line 32, which is separated from the supply line by an insulating jacket 35, and arrives there via a schematically illustrated pipe system 37 into a turbine 35 arranged outside the collector, which is connected to a generator 40 via a gear 39. Furthermore, the turbine 38 is connected via a transmission to a fan 44 which cools a condenser 42. The fluid then arrives in the feed line 31 by means of a pump 43. The pipes 37 are connected to the collector axis 4 in such a way that the above-described tracking movements are possible. The arrangement described, which is shown in FIG. 5 in a positive pressure collector, is suitable in the same way for the negative pressure type (Fig. 3).

In Fig. 6 ist eine Variante gezeigt, bei welcher die Kollektorachse 4 selbst als Träger einer Wärmemaschine ausgebildet ist. Auf der Kollektorunterseite befindet sich eine Luftansaug öffnung 50. Mittels Lagern 53 ist ein Rotor 54 drehbar auf der Kollektorachse 4 gelagert, auf dem Kompressorschaufeln 55 angeordnet sind, welche sich bezüglich an einem Mantel 58 stationär angeordneten Leitapparatflügeln 56 drehen. Der Mantel 58 ist über Kreuzschaufeln 59 mit der Kollektorachse 4 verbunden und mündet in eine Wärmeaufnahmekammer. 6 shows a variant in which the collector axis 4 itself is designed as a carrier of a heating machine. An air intake opening 50 is located on the underside of the collector. By means of bearings 53, a rotor 54 is rotatably mounted on the collector axis 4, on which compressor blades 55 are arranged, which rotate relative to a jacket 58 arranged on guide vanes 56. The jacket 58 is connected to the collector axis 4 via cross blades 59 and opens into a heat absorption chamber.

Diese ist wiederum von einem sphärischen transparenten und druckdichten Körper 34 umschlossen und weist in seinem Innern einen ebenfalls sphärischen luftdurchlässigen Heizkörper 60 auf. Dieser absorbiert das gesammelte Licht und wird dabei erhitzt. Die komprimierte Luft tritt durch den Heizkörper und erwärmt sich dabei. Die heisse und unter Druck stehende Luft expandiert durch eine mehrstufige Turbine 61. Diese weist einen Mantel 62 auf, der mittels zweier Kreuzschaufeln 63 an der Kollektorachse 4 befestigt ist und an seiner Aussenseite das vordere Kabelsystem 7 trägt. Der Rotor 64 der Turbine ist ebenfalls auf der Kollektorachse 4 gelagert, welche im Bereich des Heizkörpers 60 mit einer Wärmeisolationsschicht 65 versehen ist. Die Turbine 61 treibt einen Generator 66. Die darin gewonnene elektrische Energie wird über Leitungen 67 dem erwähnten Elektromotor 57 zugeführt.Die gewonnene Energie übersteigt die für den Antrieb des Kompressors nötige Energie erheblich. Der Überschuss wird mittels eines weiteren Generators 68, der vom Rotor 54 des Kompressors angetrieben ist, gewonnen und steht als elektrische Energie zur Verfügung. Die beschriebene Anlage hat den Vorteil kompakten Aufbaus. This is in turn enclosed by a spherical transparent and pressure-tight body 34 and has a likewise spherical air-permeable heating element 60 in its interior. This absorbs the collected light and is heated in the process. The compressed air passes through the radiator and heats up. The hot and pressurized air expands through a multi-stage turbine 61. This has a jacket 62 which is fastened to the collector axis 4 by means of two cross blades 63 and carries the front cable system 7 on its outside. The rotor 64 of the turbine is also mounted on the collector axis 4, which is provided with a heat insulation layer 65 in the region of the radiator 60. The turbine 61 drives a generator 66. The electrical energy obtained therein is fed via lines 67 to the electric motor 57 mentioned. The energy obtained considerably exceeds the energy required to drive the compressor. The excess is obtained by means of a further generator 68, which is driven by the rotor 54 of the compressor, and is available as electrical energy. The system described has the advantage of a compact structure.

In Fig. 7 ist ein entsprechender Kollektor gezeigt, jedoch für eine grössere Kollektorfläche abgewandelt. Insbesondere weist die Kollektorachse 4 vier Turbineneinheiten 61 bzw. A corresponding collector is shown in FIG. 7, but modified for a larger collector area. In particular, the collector axis 4 has four turbine units 61 or

vier Kompressoren auf, wie sich aus Fig. 7a ergibt. Bei derart grossen pneumatischen Kollektoren werden die auf den Haltering ausgeübten Zentripetalkräfte CF sehr gross, was eine relativ schwere Ausgestaltung des Kollektorringes 3 erforderlich macht. Um diesem entgegenzuwirken, können sehr grosse Kollektoren zur Rotation um ihre eigene Achse ausgebildet werden, wie dies in den Fig. 7 und 8 angedeutet ist. four compressors, as can be seen from Fig. 7a. With such large pneumatic collectors, the centripetal forces CF exerted on the retaining ring become very large, which necessitates a relatively heavy design of the collector ring 3. In order to counteract this, very large collectors can be designed for rotation about their own axis, as is indicated in FIGS. 7 and 8.

Die so entstehenden Zentrifugalkräfte des Stützringes selbst gleichen die von den Kabelsystemen 7, 8 und den Membranen auf den Kollektorring ausgeübten Kräfte ganz oder zum Teil aus. Dies erlaubt eine verhältnismässig leichte Konstruktion des Kollektorringes. Um diese Rotation zu bewerkstelligen liegt der Kollektorring auf Lagerrädern 70 auf, die von Motoren 61 antreibbar sind und auf einem Wagen angeordnet sind, welcher zur azimutalen Einstellung des Kollektors längs einer entsprechenden Bahn 73 bewegbar ist. The centrifugal forces of the support ring itself thus compensate for all or part of the forces exerted by the cable systems 7, 8 and the membranes on the collector ring. This allows a relatively light construction of the collector ring. In order to accomplish this rotation, the collector ring rests on bearing wheels 70 which can be driven by motors 61 and are arranged on a carriage which can be moved along a corresponding path 73 for azimuthal adjustment of the collector.

In Fig. 9 und 9a schliesslich ist eine weitere Art der Energiegewinnung mit dem beschriebenen Sonnenkollektor dargestellt. Hierbei wird die vom erläuterten sphärischen Körper 34 in die Druckkammer abgestrahlte Energie, welche den Kammerdruck ansteigen lässt, ebenfalls zur Energiegewinnung beigezogen. Der Kollektorring 3 ist dabei über mehrere Durchlasse 75 mit dem Kammerinnern verbunden. Aussen am Kollektorring sind Düsen 76 angeordnet, welche einen Auslass in Tangentialrichtung des Kollektorringes aufweisen. Der Kollektorring 3 ist ferner auf Lagerrädern 77 gelagert, welche einerseits mit einem Generator 78 und andererseits mit einer Luftpumpe 79 verbunden sind. Die Luftpumpe ist über eine Zuleitung 80 mit dem Kammerinnern verbunden. Beim Ansteigen des Kammerdruckes durch die Erwärmung wird der Uberdruck in geregelter Weise kontinuierlich oder pulsweise durch die Düsen 76 entlassen.Der entstehende Rückstoss lässt den Kollektor um seine Achse rotieren, wodurch die Lagerräder 77 einen Antrieb erfahren. Finally, FIGS. 9 and 9a show a further type of energy generation with the solar collector described. In this case, the energy radiated from the spherical body 34 explained into the pressure chamber, which causes the chamber pressure to rise, is also used to generate energy. The collector ring 3 is connected to the interior of the chamber via a plurality of passages 75. Nozzles 76 are arranged on the outside of the collector ring and have an outlet in the tangential direction of the collector ring. The collector ring 3 is also mounted on bearing wheels 77 which are connected on the one hand to a generator 78 and on the other hand to an air pump 79. The air pump is connected to the interior of the chamber via a supply line 80. When the chamber pressure rises due to the heating, the overpressure is released in a controlled manner continuously or in pulses through the nozzles 76. The recoil which arises causes the collector to rotate about its axis, as a result of which the bearing wheels 77 are driven.

Dadurch wird einerseits der Generator 78 und andererseits die Luftpumpe 79 angetrieben, wobei letztere der Kammer in geregelter Weise kalte Luft zuführt. Auch hier erfolgt die azimutale Einstellung über einen Wagen 72. This drives the generator 78 on the one hand and the air pump 79 on the other hand, the latter supplying cold air to the chamber in a controlled manner. The azimuthal adjustment is also carried out here via a carriage 72.

Die Fig. l Oa-e schliesslich stellen mehrere geeignete Ausführungen des vorderen Kabelsystems 7 dar, welches die Drehmoment übertragende Verbindung zwischen Kollektorachse 4 und Kollektorring 3 darstellt und beim Überdruckkollektor zugleich die transparente Membrane stützt. Die Maschengrösse ist dabei so zu wählen, dass die transparente Membran nicht allzu stark ausbaucht, wodurch die Reflexionsverluste vermindert werden können, wie bereits ausgeführt. Finally, FIGS. 10a-e represent several suitable designs of the front cable system 7, which represents the torque-transmitting connection between the collector axis 4 and the collector ring 3 and at the same time supports the transparent membrane in the overpressure collector. The mesh size is to be chosen so that the transparent membrane does not bulge too much, as a result of which the reflection losses can be reduced, as already stated.

Die in verschiedenen Varianten beschriebene Kollektorkonstruktion erlaubt einen einfachen und leicht ausgebildeten Aufbau grossflächiger pneumatischer Kollektoren. Die Herstellungskosten solcher Kollektoren lassen sich damit ohne Einbusse an Stabilität und Wirkungsgrad erheblich senken. The collector design described in different variants allows a simple and easily constructed construction of large-area pneumatic collectors. The manufacturing costs of such collectors can thus be significantly reduced without sacrificing stability and efficiency.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Solar power plant with a parabolic deformable reflector element made of a first, elastic membrane (1) having a reflective layer, and a second membrane (9), the membranes (1, 9) forming a pressure-tight chamber and along its periphery are fastened in a support ring (3), characterized in that the support ring is arranged in a wheel-like manner on a central axis (4) which is rotatably mounted on one side in a joint (5) and can be rolled on a support (11; 72) and that the support ring ( 3) is fastened to the collector axis by means of two cable arrangements (7, 8), one of these cable arrangements being designed at the same time to support the second membrane (9).

2. Solar power plant according to claim 1, characterized in that the collector axis (4) extends through the first membrane (1), which can be displaced along the collector axis at the passage point by means of a pressure-tight connection (24).

3. Solar power plant according to claim 1 or 2, characterized in that the first, front cable arrangement (7) extends substantially in the plane of the support ring (3) and is designed for the torque transmission between this and the collector axis, the second, rear cable arrangement (8) connects the support ring (3) to the joint end of the collector axis (4).

4. Solar power plant according to claim 3, wherein the pressure-tight chamber is designed as an overpressure chamber and the second membrane (9) is made of transparent material and is arranged in front of the reflecting membrane (1) with respect to the direction of light incidence, characterized in that the second membrane when pressurized the first, front cable arrangement (7) is supported (Fig. 1).

5. Solar power plant according to claim 3, wherein the pressure-tight chamber is designed as a vacuum chamber and the second membrane (9) is arranged behind the reflecting membrane (1) with respect to the direction of light incidence, characterized in that the second membrane is supported on the rear cable arrangement when pressure is applied ( Fig. 3).

6. Solar power plant according to one of the preceding claims, characterized in that a heat absorption unit (2) is arranged on the collector axis (4) in the region of the focus of the reflector element.

7. Solar power plant according to claim 6, characterized in that the collector axis (4) contains a thermal machine for converting heat into another form of energy.

8. Solar power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing joint (5) of the collector axis for adjusting the elevation of the reflector element is displaceable in height.

9. Solar power plant according to one of the preceding claims, characterized in that for the azimuthal alignment of the reflector element two drive cables (13, 14) are provided, each having one of their ends attached to the support ring (3) and each one in the opposite direction by a part span its circumference, the support ring on the base (11) can be unrolled by means of these cable pulls.

10. Solar power plant according to claim 6, characterized in that the heat absorption unit (33) is separated from the collector chamber in a pressure-tight manner by means of a transparent and spherical shell body (34) which is opaque to infrared radiation.

11. Solar power plant according to claim 8, characterized in that the collector ring (3) is mounted on rollers (70, 77) such that it can be rotated along the collector axis (4).

12. Solar power plant according to claim 11, characterized in that the rotational movement is driven by means of outlet nozzles (76) arranged tangentially on the support ring (3), through which heated air can be discharged from the collector chamber.

The invention relates to a solar power plant with a reflector element which can be parabolically deformed under pressure from a first, elastic membrane which has a reflective layer and a second membrane, the membranes forming a pressure-tight chamber and being fastened along their periphery in a support ring.

Solar power plants of this type are e.g. known from published European patent application No. 0 025 834. They are characterized by the fact that the reflectors can be built in a large area, and with considerably less effort than corresponding rigid constructions.

However, it was precisely the large-scale design that previously made relatively complex fastening arrangements necessary, which are suitable for tracking the collectors of these systems with respect to the position of the sun, and required a structurally unsatisfactory mounting in order to arrange the heat absorption elements in the focal point of the reflector.

The task is to find a solar power plant structure that allows a simple and easy design of the fastenings and brackets mentioned, which only allows the consistent exploitation of the advantages of such systems.

According to the invention, this object is achieved in a solar power plant of the type mentioned at the outset such that the support ring is arranged in a wheel-like manner on a central axis which is rotatably mounted on one side in a joint, and can be rolled off on a base and that the support ring is fastened to the collector axis by means of two cable arrangements, one of these cable arrangements is also designed to support the second membrane. This structure allows a light, yet stiff structure, which is particularly advantageous for large-area solar collectors.

Various exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with the aid of the drawings in order to better understand this solution and its advantages. In it show: Figure 1 is a sectional view of a system with a pressurized pneumatic solar collector. Fig. 2 is a schematic front view of this collector; 3 shows a sectional view of a pneumatic collector with a vacuum chamber; FIG. 4 shows a perspective view of the collector according to FIG. 3; Figure 5 is a partial representation in a sectional view of an embodiment of the collector axis with the heat absorption and evaluation organs. 6 shows a corresponding representation of another embodiment, the collector axis itself being part of a turbine serving as a thermal machine; ; FIG. 7 shows a sectional illustration of a further embodiment, corresponding to FIG. 6 but enlarged, with several turbines being provided; Fig. 7a is a sectional view taken along line A-A in Fig. 7; 8 shows a perspective partial view of a solar collector rotating about its axis of symmetry;

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