DE202017003097U1

DE202017003097U1 - Fresnel-Spiegel-Vorrichtung

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Publication number: DE202017003097U1
Application number: DE202017003097.7U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2017-07-18
Anticipated expiration: 2027-06-13

Abstract

Fresnel-Spiegel-Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtkonstruktion auf einem drehbaren Gestell (2) mit Chassis (2a) und Stellmotor (1) gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fresnel-Spiegel-Vorrichtung, bestehend aus einer Anzahl von unterschiedlich geformten Spiegelelementen zum Zwecke einer Hochtemperaturerzeugung mittels optischer Konzentratoren. Der Fresnel-Spiegel-Aufbau stellt sich folgendermaßen dar:
Auf einem Drehgestell mit Chassis und Stellmotor befindet sich die komplette Fresnelspiegelkonstruktion. Die Anlage besteht aus einem Spiegelfeld mit einzeln beweglichen, länglichen Flachspiegeln. Jeder einzelne Reflektor wirft das einfallende Sonnenlicht gebündelt auf den parabolen Hauptspiegel, der in Höhe einer Spiegellänge fest angeordnet ist. Die gebildete Fokallinie wird vom Primärspiegel auf zwei gewölbte Spiegel konzentriert. Hier erfolgt eine Punktfokussierung der Strahlung, die im weiteren Verlauf auf einen Parabolspiegel trifft. Der Lichtstrahl wird nun geradlinig fokussiert und von zwei Diagonalspiegel auf den Erhitzerkopf eines Stirlingmotors oder Dampfturbine gerichtet. Der hohe Konzentrationsfaktor der Spiegelanlage und die damit verbundene Hochtemperaturerzeugung für den Betrieb von Wärmekraftmaschinen oder Mini-Dampfturbinen bedeutet höchste Leistungswirkungsgrade.
Nachteile bei dieser Bauart entstehen, wenn die Lichtstrahlung linearfokussiert wird. Bei diesem thermodynamischen Vorgang wird nur Wärme im mittleren Temperaturbereich erzielt.
Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, eine Anordnung der anfangs genannten Bauart zu konstruieren, der den dargestellten Nachteil beseitigen soll.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, die Spiegelanordnung so auszurichten, dass die bekannte Brennlinienfokussierung noch einmal zu einem Brennpunkt konzentriert wird. Die Folge ist eine Temperatursteigerung und damit eine Leistungserhöhung. Bei den Fresnelanlagen der bekannten Art werden die Spiegelelemente nur einachsig und zweidimensional nachgeführt. Die hier beschriebene Vorrichtung ist in ihrer Nachführung mithilfe des Drelgestells zweiachsig und dreidimensional ausgerichtet. Dieser Vorgang führt zu einer weiteren massiven Energieeffizienz.
Aus der nachfolgenden Beschreibung und der perspektivischen und schematischen Darstellungen der Fresnel-Spiegel-Vorrichtung soll die Erfindung ausführlich erläutert werden.
1: Perspektivische und schematische Darstellung der Fresnel-Spiegel-Vorrichtung.
2: Perspektivische Darstellung des Drehgestell der Fresnel-Spiegel-Vorrichtung.
3: Perspektivische Darstellung der Fresnel-Spiegel-Vorrichtung und deren dreidimensionaler Strahlenverlauf des Sonnenlichtes.
4: Zweidimensionale Darstellung der Parabolspiegel und des Strahlenververlaufs der Fresnel-Spiegel-Vorrichtung.
Wie aus den 4 Darstellungen (1–4) zu ersehen ist, besteht die Fresnel-Spiegel-Vorrichtung aus einer Anzahl verschiedener Spiegel 3a–h und optischer Konzentratoren 4, 5a–b, 6 zum Zwecke einer Hochtemperaturgenerierung. Hierunter versteht man ein linien- und punktfokussierendes Spiegelsystem, bei dem mehrere, parallel zum festsitzenden Hauptspiegel 4 angeordnete einzelne Flachspiegel 3a–h der Sonnenposition nachgeführt werden. Weiter lenkt der parabole Primärspiegel 4, der über dem Spiegelfeld 3a–h verläuft, die lineare Strahlung auf zwei Parabolreflektoren 5a–b, die dann punktfokussiert wird. Im weiteren Verlauf gelangt das gebündelte Licht auf einen Parabolspiegel 6, der den Strahl mittels zweier Diagonalspiegel auf den Erhitzerkopf eines Stirlingmotors richtet. Zur statischen Stabilität der Parabolspiegel tragen die einzelnen Halterungen 7a–d bei.
Der Vorteil der Fresnelkonstruktion liegt darin, dass die Anlage mit Hilfe eines Drehgestell 2 mit Stellmotor 2a und Nachführmotoren 8a–h an den einzelnen Spiegelelementen 3a–h zweiachsig und dreidimensional der Sonne nachtgeführt werden. Die zusätzliche räumliche Ausrichtung bedeutet höhere Energieeffizienz.
Die Flachbauweise der Konstruktion reduziert die Windlasten auf ein Minimum, im Gegensatz zu den aufgeständerten Parabolrinnenkollektoren. Um eine hohe Winkelgenauigkeit zu erzielen, ist jeder Flachspiegel mit einem Stellmotor versehen. Die Ausrichtung des Spiegelfeldes erfolgt mittels einer präzisen mechanisch/elektrischen Zeitsteuerung. So werden unnötige Winkelabweichungen ausgeschlossen. Die bekannten Fresnelkollektoren erreichen aufgrund ihrer linearen Spiegelreflexion nur ein mittleres Temperaturniveau. Die punktfokussierende Spiegelkonstruktion erzielt durch den höheren Konzentrationsfaktor höchste Temperaturen und bewirkt einen hocheffizienten Betrieb einer Wärmekraftmaschine oder den Einsatz einer Dampfturbine. Das dargestellte Spiegelsystem generiert Wirkungsgrade wie ein Paraboloidreflektor.

Claims

Fresnel-Spiegel-Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtkonstruktion auf einem drehbaren Gestell (2) mit Chassis (2a) und Stellmotor (1) gelagert ist.
Fresnel-Spiegel-Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass längliche Flachspiegel (3a–h) mittels einzelner Stellmotoren (8a–h) einachsig und zweidimensional beweglich sind.
Fresnel-Spiegel-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der parabole Primärspiegel (4) über dem Spiegelfeld (3a–h) ausgerichtet ist.
Fresnel-Spiegel-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Hauptspiegel (4) linear gebündelten Lichtstrahlen auf zwei gewölbte Reflektoren (5a–b) geleitet werden.
Fresnel-Spiegel-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das auftreffende Licht von zwei Spiegelelementen (5a–b) punktfokussiert wird.
Fresnel-Spiegel-Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung von einem zusätzlichen Parabolspiegel (6) geradlinig und punktkonzentriert auf den Erhitzerkopf eines Stirlingmotors oder Mini-Dampfturbine trifft.