DE2739254A1

DE2739254A1 - Solar heat collector - with reflecting mirror composed of flat mirror strips of varying inclination

Info

Publication number: DE2739254A1
Application number: DE19772739254
Authority: DE
Inventors: Lorenz Koeniger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-08-31
Filing date: 1977-08-31
Publication date: 1979-03-08

Abstract

A solar heat collector is fitted with a converging mirror which reflexts the sun's rays on a collector and is adjusted to follow the path of the sun. The mirror consists of a large number of individual flat mirror strips which are mounted on a common plane. Their angles are so adjusted, depending on the distance from the central collector that the rays, impinging perpendicularly on the plane, are reflected to the collector. The arrangement avoids the use of expensive parabolic mirrors and is easy to assemble on site.

Description

Sonnenkollektor Solar collector

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Aufnehmer steht relativ zum Spiegel immer an derselben Stelle; er steht in fester Verbindung mit einem Träger, an dem der Spiegel festgelegt ist. Der Sonnen- oder Solarkollektor kann auch als Sonnenofen bezeichnet werden. Der Spiegel wird im allgemeinen laufend und automatisch durch Antrieb so verstellt, daß die Sonnenstrahlen bei jedem Sonnenstand wie angegeben reflektiert werden.The invention relates to a solar collector according to the preamble of claim 1. The transducer is always in the same place relative to the mirror; it is firmly connected to a carrier to which the mirror is fixed. The solar or solar collector can also be referred to as a solar furnace. Of the The mirror is generally continuously and automatically adjusted by the drive in such a way that that the sun's rays are reflected as indicated at every position of the sun.

Als Spiegel eignet sich naheliegenderweise ein Parabolspiegel.A parabolic mirror is obviously suitable as a mirror.

Er kann die Form eines länglichen, im Querschnitt parabolischen Trogs haben. Die reflektierten Sonnenstrahlen treffen sich in einer parallelen Brennlinie. Ein solcher Sonnenkollektor ist aufwendig, besonders in der Herstellung. Dies liegt begründet in der Parabol- bzw. Trogform des Spiegels und des Trägers und in einem genauen, aufwendigen Ausrichten des Spiegels oder von Spiegelhälften in Bezug auf den Aufnehmer. Dieser Aufwand vervielfacht sich bei einer Spiegelbatterie.It can take the form of an elongated trough with a parabolic cross-section to have. The reflected rays of the sun meet in a parallel focal line. Such a solar collector is expensive, especially to manufacture. This lies based on the parabolic or trough shape of the mirror and the carrier and in one precise, complex alignment of the mirror or from mirror halves in relation to the transducer. This effort is multiplied with a mirror battery.

Aufgabe gemäß der Erfindung ist es, einen Sonnenkollektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei dem man von der Parabolform des Spiegels abkommt und möglichst wenig Aufwand getrieben wird.The object according to the invention is to provide a solar collector according to the To create the preamble of claim 1, in which one of the parabolic shape of the mirror comes off and as little effort as possible is made.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the characterizing part of the claim 1 solved.

Der Spiegel ist also ein ebener Spiegel. Er ist einfach aufgebaut und leicht herstellbar. Die ebenen Einzelspiegel sind einfach und leicht, und sie sind leicht herstellbar. Insbesondere handelt es sich um plattenförmige, ebene Einzelspiegel. Die einfachen und leichten Einzelspiegel sind auf einem gemeinsamen Träger mit wenig Aufwand in der jeweils erforderlichen Lage anbringbar bzw. festlegbar. Ein Ausrichten der Einzelspiegel in Bezug auf den Aufnehmer ist wenig aufwendig. Auch der Träger darf jetzt eben sein. Er kann z. B. eine ebene Platte sein. Er kann aber auch ein Rohrgitterwerk mit einer relativ dünnen, ebenen Platte auf der Spiegelseite sein. In jedem dieser Fälle sind der Träger und seine Herstellung wenig aufwendig. Der Spiegel ist insbesondere quadratisch. Er kann klein, mittelgroß, als Quadrat z. B. 10 m x 10 m groß, oder sehr groß sein. Er kann z. B. eine anfangs genannte Spiegelbatterie ersetzen.So the mirror is a flat mirror. It's simple and easy to manufacture. The flat individual mirrors are simple and light, and they are easy to manufacture. In particular, they are plate-shaped, flat individual mirrors. The simple and light individual mirrors are on a common carrier with little Effort can be attached or fixed in the respective required position. An alignment the individual mirror in relation to the sensor is not very expensive. Also the carrier may be now. He can z. B. be a flat plate. But he can also be a Tubular latticework with a relatively thin, flat plate on the mirror side. In each of these cases, the carrier and its manufacture are not very expensive. Of the Mirror in particular is square. It can be small, medium, as a square z. B. 10 m x 10 m, or be very large. He can e.g. B. one at the beginning Replace the mirror battery mentioned.

Der Aufnehmer weist eine ausgeprägte Strahlenauftrefffläche auf.The sensor has a pronounced radiation impingement surface.

Für das Ausrichten der Einzelspiegel kann z. B. pro Einzelspiegel eine Einstellschraube vorgesehen sein, und zwar zum Schwenken des Einzelspiegels um eine Basiskante oder -ecke, oder man benutzt z. B. Keile unter den Einzelspiegeln. Auch kann man den Träger bzw. die Platte mit ein- oder herausgearbeiteten, ebenen, schrägen Auflageflächen für z. B. aufzuklebende Einzelspiegel versehen, beispielsweise durch Einpressen. Es können z. B. in einer Presse sämtliche Auflageflächen gleichzeitig eingepreßt werden. Oder man kann auch einen solchen Träger durch Spritzgießen oder dgl. herstellen.For aligning the individual mirror can, for. B. per individual mirror an adjusting screw can be provided, namely for pivoting the individual mirror around a base edge or corner, or you can use e.g. B. Wedges under the individual mirrors. The carrier or the plate can also be machined in or out, flat, inclined support surfaces for z. B. provided single mirror to be glued, for example by pressing. It can e.g. B. all contact surfaces in a press at the same time be pressed in. Or you can also make such a carrier by injection molding or like. Manufacture.

Die Einzelspiegel können auf den Auflageflächen z. B. durch Aufdampfen oder dgl. hergestellt werden.The individual mirrors can be placed on the support surfaces, for. B. by vapor deposition or the like.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich: Danach stellt der Spiegel vorzugsweise das genannte Mosaik dar (Anspruch 2); die Einzelspiegel sind jeweils insbesondere quadratisch. Die Kugelform des Aufnehmers (Anspruch 3) und auch die genannte Größe des Kugeldurchmessers (Anspruch 4) im Zusammenhang mit der Mosaikbauart ergeben folgendes: Die reflektierten Strahlen treffen auf eine Fläche bzw. kugel- oder kugelhaubenförmige Fläche, d. h. Brennfläche, so daß ein relativ großer Spiegel mehrere Parabolspiegel mit Brennlinie ersetzen kann. Wesentlich ist dabei, daß bei dem großen Spiegel fnr ein durch die Bestrahlung der Brennfläche erwärmtes Fluid ein weitaus kleineres Leitungssystem ausreicht. Der Aufnehmer ist insbesondere eine Kugel bzw. eine Hohlkugel. Ein mittelgroßer, quadratischer Spiegel kann z. B. 10 m x 10 m groß sein und aus 400 quadratischen Einzelspiegeln von je 0,5 m x 0,5 m bestehen und in der Kugel genannten Durchmessers bei Wasser Heißdampf von z. B. mindestens 300 OC erzeugen.Further advantageous developments of the invention can be found in the subclaims can be seen: According to this, the mirror preferably represents the said mosaic (claim 2); the individual mirrors are in particular square. The spherical shape of the transducer (Claim 3) and also the mentioned size of the ball diameter (Claim 4) in connection with the mosaic construction result in the following: The reflected Rays meet a surface or a spherical or spherical dome-shaped surface, d. H. Focal surface, so that a relatively large mirror can replace several parabolic mirrors with a focal line can. It is essential that in the case of the large mirror for one by the irradiation a much smaller piping system is sufficient for the fluid heated to the focal surface. The transducer is in particular a sphere or a hollow sphere. A medium sized, square mirror can e.g. B. 10 mx 10 m and 400 square There are individual mirrors of 0.5 mx 0.5 m each and the diameter mentioned in the sphere with water superheated steam from z. B. generate at least 300 OC.

Dem Aufnehmer strömt innen im allgemeinen eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, zu. Insbesondere verdampft diese bzw. dieses durch die Bestrahlung, so daß also Dampf den Aufnehmer verläßt.A liquid, in particular, generally flows inside the transducer Water, too. In particular, this or this evaporates by the irradiation, so that so steam leaves the transducer.

Bei quadratischem Einzelspiegel ist der Kugeldurchmesser ungefähr gleich der Diagonale desselben. Je kleinerder Einzelspiegel also der Kugeldurchmesser ist, desto höher ist die Temperatur in der Kugel. Man kann also dadurch auslegungsgemäß eine Heißdampftemperatur erhalten, die weitaus größer als die gewünschte ist, so daß die gewünschte auch bei nicht so sonnigem Wetter erreicht wird. - Der Aufnehmer kann z. B. über dem Mittelgebiet des Spiegels angeordnet sein. - Die im Anspruch 5 angegebene Anordnung der Einzelspiegel ist im Hinblick auf das genannte Festlegen und Ausrichten bzw. Schwenken der Einzelspiegel günstiger als eine schachbrettartige Anordnung.In the case of a square single mirror, the diameter of the sphere is approximate equal to the diagonal of the same. The smaller the individual mirror, i.e. the sphere diameter the higher the temperature in the sphere. So you can by interpretation get a superheated steam temperature that is far greater than the desired, so that the desired is achieved even in not so sunny weather. - The pickup can e.g. B. be arranged over the central area of the mirror. - The one in the claim 5 specified arrangement of the individual mirrors is with regard to the aforementioned definition and aligning or pivoting the individual mirrors cheaper than a checkerboard Arrangement.

Es kann auch gemäß dem Anspruch 6 vorgegangen werden. Diese Bauart ist recht einfach. Das in den Ansprüchen 3 und 4 und im Zusammenhang mit den Ansprüchen 2 bis 4 Angegebene gilt sinngemäß auch im Zusammenhang mit dem Anspruch 6. Dabei ist der Aufnehmer dann insbesondere ein Zylinder bzw. ein Hohlzylinder.The procedure according to claim 6 can also be used. This type is pretty easy. That in claims 3 and 4 and in connection with the claims 2 to 4 specified also apply accordingly in connection with claim 6. Thereby the transducer is then in particular a cylinder or a hollow cylinder.

Wird gemäß dem Anspruch 7 vorgegangen, so wird eine Behinderung von Reflexionsstrahlen vermieden und kann ferner ein Wind durch die Zwischenräume hindurch, wodurch der Spiegel einen geringeren Luftwiderstand hat. - Die Bauart gemäß dem Anspruch 8 ist z. B.If you proceed according to claim 7, a disability of Avoided reflection rays and a wind can also pass through the spaces, whereby the mirror has less air resistance. - The type according to the Claim 8 is z. B.

für kleine Spiegel gedacht. Der Spiegel bzw. der Sonnenkollektor kann dadurch leichter transportiert und z. B. auf Campingplätzen verwendet werden. - Der Aufnehmer kann so ausgebildet sein, daß er direkt als Koch- oder Grilleinrichtung dient.intended for small mirrors. The mirror or the solar panel can thus transported more easily and z. B. used on campsites. - The sensor can be designed so that it can be used directly as a cooking or grilling device serves.

Im allgemeinen gilt im Rahmen der Erfindung folgendes: Der Spiegel wird laufend so verstellt, daß die Sonnenstrahlen senkrecht auf ihn treffen, und die Einzelspiegel liegen so, daß bei diesem senkrechten Auftreffen die Strahlen konvergierend auf den Aufnehmer reflektiert werden.In general, the following applies within the scope of the invention: The mirror is continuously adjusted so that the rays of the sun hit it perpendicularly, and the individual mirrors are positioned in such a way that at this perpendicular impingement the rays be reflected converging on the transducer.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Sonnenkollektors gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.In the drawing are two embodiments of the solar collector shown schematically according to the invention.

Fig. 1 zeigt den einen Sonnenkollektor in Seitenansicht, Fig. 2 zeigt diesen in Ansicht aus Richtung A, und Fig. 3 zeigt ihn in Ansicht aus Richtung B; Fig. 4 zeigt den anderen Sonnenkollektor in Stirnansicht, und Fig. 5 zeigt ihn in Draufsicht.Fig. 1 shows the one solar collector in side view, Fig. 2 shows this in view from direction A, and FIG. 3 shows it in view from direction B; Fig. 4 shows the other solar collector in front view, and Fig. 5 shows it in Top view.

Aus Fig. 1 bis 3 ist ein ebener, quadratischer Spiegel 10 ersichtlich, der über seine ganze Fläche aus handelsüblichen, plattenförmigen, quadratischen Einzelspiegeln 11 gebildet ist.From Fig. 1 to 3, a flat, square mirror 10 can be seen, which over its entire surface is made of commercially available, plate-shaped, square Individual mirrors 11 is formed.

Diese sind mosaikartig, und zwar wie die Felder bei einem Schachbrett, angeordnet und auf einem quadratischen Träger 18 befestigt. Ihre Spiegelebenen 17 liegen so, daß die zueinander parallelen, im Raum senkrecht auf den Spiegel 10 treffenden Sonnenstrahlen 12 konvergierend auf einen hohlkugelförmigen Aufnehmer 13 reflektirert werden - siehe die Strahlen 12'.These are like a mosaic, like the fields on a chess board, arranged and fastened on a square carrier 18. Your mirror planes 17 lie in such a way that the mutually parallel and perpendicular to the mirror 10 in space Sun rays 12 converging on a hollow spherical transducer 13 reflected become - see the rays 12 '.

In Fig. 1 sind einige Einzelspiegel 11 und die Zunahme des Spiegelebenenwinkels mit größer werdendem Aufnehmer-Einzelspiegel-Abstand zu sehen. Die Außenoberfläche des Aufnehmers 13 ist also kugelförmig und wird als Brennfläche bezeichnet. Der Kugeldurchmesser ist etwa so groß wie die Diagonale 15 des Einzelspiegelquadrats. Der Aufnehmer 13 ist an einer geraden, senkrecht zur Spiegelebene 24 des Spiegels 10 verlaufenden Strebe 16 befestigt, die am Träger 18 fest vorgesehen ist, und zwar in der Mitte der Kante 19 des Trägers 18. Schräge Streben 20, 22 und 23 dienen der Abstützung der Strebe 16 am Träger 18.In Fig. 1 are some individual mirrors 11 and the increase in the mirror plane angle to be seen with increasing transducer-individual mirror distance. The outside surface of the transducer 13 is thus spherical and is referred to as the focal surface. Of the The diameter of the sphere is approximately as large as the diagonal 15 of the individual mirror square. The transducer 13 is on a straight, perpendicular to the mirror plane 24 of the mirror 10 extending strut 16 is attached, which is fixedly provided on the carrier 18 is, in the middle of the edge 19 of the carrier 18. Inclined struts 20, 22 and 23 serve to support the strut 16 on the carrier 18.

Der Träger 18 mit den Teilen 10, 16, 20, 22, 23 und 13 ist durch eine vertikale Drehachse 21 drehbar. Diese sitzt mit ihrem unteren Ende fest in einer Scheibe 25 und drehbar in einer auf dem Boden stehenden oder befestigten Scheibe 26. Die Drehachse 21 ist durch eine schräge Stützstange 27 auf der Scheibe 25 abgestützt. An der Angriffsstelle der Drehachse 21 am Träger 18 befindet sich an diesem eine horizontale, parallel zur Spiegelebene 24 verlaufende Kippachse 28 zum Kippen des Trägers 18 mit den genannten Teilen. Die Achsen 21 und 28 werden angetrieben und dabei so gesteuert, daß während des Tages laufs der Sonne immer ein senkrechter Einfall der Sonnenstrahlen 12 auf den Spiegel 10 gewährleiste-t ist. Anstelle des Antriebs der Achse 28 kann ein Antrieb zum Kippen des Trägers 18 um die Achse 28 durch eine am Träger 18 angreifende Stange 33 vorgesehen sein. Ein Waagerechtkippen des Trägers 18 um die Achse 28 ermöglicht ein leichtes Aufbringen der Einzelspiegel 11 auf den Träger 18 und eine leichte Wartung, insbesondere Reinigung, der Einzelspiegel 11.The carrier 18 with the parts 10, 16, 20, 22, 23 and 13 is through a vertical axis of rotation 21 rotatable. This sits firmly with its lower end in one Disc 25 and rotatable in a disc standing or fixed on the floor 26. The axis of rotation 21 is supported on the disk 25 by an inclined support rod 27. At the point of application of the axis of rotation 21 on the carrier 18 is located on this one horizontal tilt axis 28 running parallel to the mirror plane 24 for tilting the Carrier 18 with the parts mentioned. The axles 21 and 28 are driven and controlled in such a way that during the day the sun is always vertical Incidence of the sun rays 12 on the mirror 10 is guaranteed. Instead of The drive of the axis 28 can be a drive for tilting the carrier 18 about the axis 28 be provided by a rod 33 engaging the carrier 18. A horizontal tilt of the carrier 18 around the axis 28 enables the individual mirrors to be easily attached 11 on the carrier 18 and easy maintenance, in particular cleaning, of the individual mirrors 11.

Anstelle der schachbrettartigen Anordnung der Einzelspiegel kann über die ganze Fläche des Spiegels die im Anspruch 5 genannte Anordnung auf Kreisen und/oder Kreisteilen treten, wie dies in Fig. 2 für Kreisteile (14) angedeutet ist.Instead of the chessboard-like arrangement of the individual mirrors, over the entire surface of the mirror the arrangement mentioned in claim 5 on circles and / or Circle parts occur, as indicated in Fig. 2 for circle parts (14).

Gemäß Fig. 4 und 5 handelt es sich um die Bauart mit den länglichen Einzelspiegeln. Sie sind mit 29 bezeichnet, und jeder Einzelspiegel 29 reicht von der einen Stirnseite des Spiegels bis zur anderen. Die Einzelspiegel haben Abstand 34 voneinander.According to FIGS. 4 and 5, it is the type with the elongated Single mirrors. They are labeled 29, and each individual mirror 29 ranges from one end of the mirror to the other. The individual mirrors are spaced apart 34 from each other.

Sie sind äuf einem ebenen Träger 30 befestigt. Der hohlzylindrische, parallele Aufnehmer (Brennrohr) 31 ist von einer am Träger 30 befestigten Strebe 32 getragen.They are attached to a flat support 30. The hollow cylindrical, parallel sensor (combustion tube) 31 is from a strut attached to the carrier 30 32 worn.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims solar collector with a corresponding to the position of the sun adjustable mirror that converges the sun's rays on a transducer of the solar collector, characterized in that the mirror (10) is made of flat individual mirrors (11) are formed, which are arranged in a common plane (24) are and their mirror planes (17) are so that the beam convergence mentioned (Rays 12 ') results.

2. Solar collector according to claim 1; characterized in that the Mirror (10) represents a mosaic of the individual mirrors (11).

3. Solar collector according to claim 2, characterized in that the The sensor (13) is spherical at least on the side of incidence of the rays.

4. Solar collector according to claim 3, characterized in that the Ball diameter at least approximately equal to the longest extension (diagonal 15) is the mirror surface of the or the largest single mirror (11).

5. Solar collector according to claim 2, 3 or 4, characterized in that that the individual mirrors on concentric circles and / or parts of circles (14) are arranged, the center of which is the vertical projection of the transducer (13) is on said common plane (24).

6. Solar collector according to claim 1, characterized in that the Individual mirrors (29) are elongated and each of the same width and in one and the same direction are arranged parallel to each other, the transducer (31) runs parallel to these individual mirrors (29).

7. Solar collector according to one of claims 1 to 6, characterized in that that between the individual mirrors (11, 29) or groups of the same distance (34) is present is.

8. Solar collector according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the one from the individual mirrors (11, 29) formed mirrors from at least consists of two parts connected by hinges and these parts around the hinges are collapsible and so this mirror is collapsible.