HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen
Sonnenstrahlungskonzentratoraufbau mit einem Untersatz, einem
Sonnenstrahlungskonzentrator, der mit dem Untersatz schwenkbar verbunden
ist, einem einzigen Stellorgan, das mit dem schwenkbar
verbundenen Untergestell und dem Sonnenstrahlungskonzentrator
verbunden ist, eine Übertragungseinrichtung, die mit dem einzigen
Stellorgan verbunden ist, wobei das Untergestell und der
Sonnenstrahlungskonzentrator zum Übertragen der Bewegung des
einzigen Stellorgans in eine Drehbewegung des
Sonnenstrahlungskonzentrators um das Untergestell dienen, wobei die
Übertragungseinrichtung eine untere Stangenschwenkverbindung
mit dem Untergestell und eine obere Stange aufweist.
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Sonnenstrahlungskonzentratoren sind typischerweise große
Reflektoren oder Gruppierungen kleinerer Reflektoren, die
durch einen Rahmen getragen sind, der es ihnen erlaubt, in
Richtung zur Sonne ausgerichtet zu werden. Es besteht ein
großes Interesse an mit Sonnenstrahlung versorgten
Elektrizitätserzeugungssystemen, welche diese
Sonnenstrahlungskonzentratoren in Kombination mit Sonnenstrahlungsempfängern,
Stirling-Kreislaufmotoren und elektrischen Generatoren
verwenden, um kommerzielle Mengen an Elektrizität zu erzeugen.
Stirling-Kreislaufmotoren und verwandte Vorrichtungen zur
Nutzung von Sonnenstrahlungsenergie, die in Verbindung mit den
erfindungsgemäßen
Sonnenstrahlungskonzentrator-Elevationsantriebsmechanismen verwendet werden, können solche umfassen,
die durch den Anmelder der vorliegenden Erfindung, Stirling
Thermal Motors, Inc., bereits entwickelt wurden,
einschließlich solchen, die in den US-Patenten Nrn. 4 707 990,
4 715 183, 4 785 633 und 4 911 144 erläutert sind, die unter
Bezugnahme in die vorliegende Offenbarung eingeschlossen sind.
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Um Sonnenstrahlungsenergie bzw. Solarenergie in wirksamer
Weise zu konzentrieren, müssen sich
Sonnenstrahlungskonzentratoren täglich in zwei Richtungen drehen, azimutal (ausgehend
von einer allgemein ostwärts weisenden Position bei
Sonnenaufgang in eine allgemeine westwärts weisenden Position bei
Sonnenuntergang) und elevationsmäßig (aus einer zum Horizont
weisenden Position bei Sonnenuntergang in eine maximale
Sonnenstrahlungselevationsposition (die niedriger als die oder
gleich der zum Zenit weisenden Position ist) in der Mitte des
Tags und zurück in eine zum Horizont weisende Positionbei
Sonnenuntergang), um der Sonne zu folgen. Die azimutale
Drehung ist als horizontale Drehung bekannt und die
elevationsmäßige Drehung ist als vertikale Drehung bekannt. Weil
Sonnenstrahlungskonzentratoren lediglich einen
Elevationsbewegungsbereich von einer zum Horizont weisenden Position in eine
zum Zenit weisenden Position (lediglich 90º der
Elevationsbahn) benötigen, um (ordnungsgemäß) zu arbeiten, waren
Sonnenstrahlungskonzentrator-Elevationsantriebsmechanismen gemäß
dem Stand der Technik typischerweise auf diesen Bereich
begrenzt.
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Bedienpersonen von sonnenstrahlungsversorgten
Elektrizitätserzeugungssystemen haben jedoch erkannt, dass es häufig
vorteilhaft wäre, den Sonnenstrahlungskonzentrator in einer abwärts
weisenden Position anzuordnen, wenn das
Sonnenstrahlungssammelsystem verstaut werden soll, wie etwa dann, wenn es nicht
betreibbar ist (bei Nacht oder beispielsweise während
Reparaturvorgängen) oder wenn die Wahrscheinlichkeit besteht, dass
es durch das Wetter beschädigt wird (beispielsweise während
Hagel oder Gewitter). Sonnenstrahlungskonzentratoren sind
üblicherweise in der zum Horizont weisenden Position
angeordnet worden, wenn das Sonnenstrahlungssammelsystem verstaut
wird, um die Menge an Staub und Schmutz zu verringern, die
sich auf der Oberfläche des Konzentrators sammelt. Die Menge
an Staub und Schmutz, die sich auf den Sonnenstrahlungskonzentrator
in der zum Horizont weisenden Position sammelt, ist
wesentlich geringer als die Menge, die er in der zum Zenit
weisenden Position oder einer beliebigen anderen Position
zwischen der zum Horizont weisenden Position und der zum Zenit
weisenden Position sammeln würde. Staub und Schmutz auf der
Reflexionsoberfläche des Sonnenstrahlungskonzentrators
verringert seinen Wirkungsgrad beim Konzentrieren der
Sonnenstrahlungsenergie. In der zum Horizont weisenden Position
präsentiert der Konzentrator jedoch den größten freiliegenden
Querschnitt und Widerstand gegenüber Windkräften, wodurch die
Wahrscheinlichkeit einer Ermüdung oder einer Störung der
Sonnenstrahlungskonzentratortragstruktur erhöht wird. Vom Wind
geblasene Partikel, wie etwa Sand, können die
Reflexionsoberfläche des Konzentrators ebenfalls beschädigen, wenn er in der
zum Horizont weisenden Position angeordnet ist. Niederschlag,
insbesondere Hagel, kann eine ernsthafte Beschädigung der
Reflexionsoberfläche des Sonnenstrahlungskonzentrators
verursachen, wenn er sich in der zum Zenit weisenden Position, der
zum Horizont weisenden Position oder in einer beliebigen
Position zwischen der zum Horizont weisenden Position und der
zum Zenit weisenden Position befindet.
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Durch Plazieren des Sonnenstrahlungskonzentrators in der
abwärts weisenden Position sind hingegen sämtliche dieser
Probleme verringert oder beseitigt. Wenig bis überhaupt kein
Schmutz oder Staub sammelt sich auf der Reflexionsoberfläche
des Konzentrators, wenn er sich in der abwärts weisenden
Position befindet. Der freiliegende Querschnitt und der
Widerstand gegenüber dem Wind sind ebenfalls minimiert. Vom Wind
geblasene Partikel haben eine geringe Chance, die
Reflexionsoberfläche des Konzentrators zu beschädigen. Niederschlag, wie
etwa Hagel, kann durch eine Abdeckung auf der Rückseite des
Sonnenstrahlungskonzentrators in harmloser Weise abgelenkt
werden.
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Konstruktionen von Mechanismen gemäß dem Stand der Technik zum
Antreiben eines Sonnenstrahlungskonzentrators zwischen der zum
Zenit weisenden Position und der abwärts weisenden Position
haben ein Paar von verbundenen bzw. aneinandergelenkten
herkömmlichen 90º-Elevationsantriebsmechanismen verwendet. Wenn
beide dieser Mechanismen gleichzeitig in jeder Richtung mit
ihrem maximalen Bahnstellungsgrad gleichzeitig bewegt werden,
kann der Sonnenstrahlungskonzentrator zwischen der zum Zenit
weisenden Position und der abwärts weisenden Position gedreht
werden. Während diese aneinander gelenkte Kombination von
Mechanismen den gewünschten Grad an Elevationsbahn in dem
Sonnenstrahlungskonzentrator erzeugt, verdoppelt sie die
Kosten, den erforderlichen Wartungsaufwand und die
Wahrscheinlichkeit einer mechanischen Störung im Vergleich zu einem
einzigen herkömmlichen 90º-Elevationsantriebsmechanismus. Um
das Paar von herkömmlichen Mechanismen zu verpacken bzw.
zusainmenzubauen, ist es häufig notwendig, die Betätigungsebene
der Mechanismen zu versetzen, was in den kombinierten
Mechanismus unerwünschte Torsionskräfte einleitet.
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Die EP-A-0 309 168 offenbart einen Antriebsmechnismus für
einen Sonnenstrahlungskonzentrator, der schwenkbar an einem
Untergestell durch ein X-förmiges Querelement angebracht ist.
Diese Druckschrift enthält keine Offenbarung in Bezug auf die
Möglichkeit, die Reflexionseinrichtung (10) zwischen einer zum
Zenit weisenden Position und einer abwärts weisenden Position
zu drehen.
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Die FR 2 436 342 offenbart einen Schwenkmechanismus, der durch
ein lineares Stellorgan angetrieben ist, dessen bewegliches
Ende mit einem Schwenkarm und einem Zugarm verbunden ist,
während das andere Ende des Zugarms mit dem anderen Ende
verbunden ist, das mit einem schwenkbaren Element verbunden
ist, dessen anderes Ende mit einer Schwenkbasis verbunden ist,
auf welcher das Stellorgan und der schwenkbare Arm ebenfalls
mit ihren anderen Enden angebracht sind. Dieser Mechanismus
ist zur Verschwenkung über einen Bereich von etwa 180º geeigent,
während es nicht erforderlich ist, den Mechanismus neben
der verschwenkten Anlage anzuordnen.
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Schließlich offenbart die Druckschrift 4579 von A. K. AGARWAL,
Renewable Energy 2 (1992), April, Nr. 2, Head. Hill Hall,
Oxford, GB, S. 181, einen zweiachsigen
Spurverfolgungsmechanismus zur Verwendung gemeinsam mit einem
Sonnenstrahlungskochge rät. Der offenbarte Spurverfolgungsmechanismus erlaubt
ein Drehen des Sonnenstrahlungskonzentrators in Azimut-
Richtung ebenso wie eine Verschwenkung des
Sonnenstrahlungskonzentrators um einen Winkel zwischen der horizontalen
und der vertikalen Richtung des Konzentratortragarms. Es ist
keine Möglichkeit offenbart, den Konzentrator zwischen einer
zum Zenit weisenden Position und einer abwärts weisenden
Position zu verschwenken.
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Um diese Probleme zu überwinden, verwendet der durch die
Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs festgelegte
erfindungsgemäße Mechanismus ein einziges lineares Stellorgan,
das mit einem Paar von Stangen verbunden ist, die ihrerseits
mit dem Konzentrator-/Empfängertragarm und dem Untergestell
verbunden sind, welches den Sonnenstrahlungskonzentrator und
den Sonnenstrahlungsempfänger trägt. Dieser Mechanismus
erzeugt ein planares Vier-Stangen-Gelenk mit einem
Freiheitsgrad, welcher eine vollständige 180º-Elevationsdrehung des
Sonnenstrahlungskonzentrators unter Verwendung von lediglich
einem einzigen linearen Stellorgan ermöglicht. Weil das
lineare Stellorgan mit den gegenüberliegenden Elementen des Gelenks
verbunden ist, ist im wesentlichen ein Fünf-Stangen-Gelenk
bzw. eine -struktur gebildet. Das lineare Betätigungsorgan
dient als Stütze oder Klammer, die den Mechanismus beim
Widerstehen gegenüber Druck- und Zugkräften unterstützt. Dies ist
wichtig, weil kommerzielle Sonnenstrahlungskonzentratoren und
zugeordnete Anlagen häufig sehr groß sind (eine
Reflektorgruppierung kann einen Durchmesser von beispielsweise 15 m
aufweisen), und weil Gravitations- und Windkräfte große Kräfte auf
die Sonnenstrahlungskonzentrator-Elevationsantriebsmechanismen
ausüben, die bei diesen Applikationen verwendet werden. Gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das
lineare Stellorgan aus einer motorangetriebenen Leitschnecke,
welche mit einem Folgermutterabschnitt eines Schlittens
kämmend im Eingriff steht, der die oberen und unteren Stangen
verbindet, die mit dem Untergestell und dem
Sonnenstrahlungskonzentrator verschwenkbar verbunden sind. Durch Bewegen
des Schlittens nach innen und außen entlang der Leitschnecke
kann der Sonnenstrahlungskonzentrator aus einer abwärts
weisenden Position in eine zum Zenit weisende Position und zurück
in eine abwärts weisende Position gedreht werden.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
erschließen sich aus einer Betrachtung der nachfolgenden
Beschreibung und der anliegenden Ansprüche in Verbindung mit den
anliegenden Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des
Sonnenstrahlungskonzentrators, des Sonnenstrahlungsempfängers, des
Untergestells und des Elevationsantriebsmechanismus in
der zum Horizont weisenden Position;
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Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht des
Sonnenstrahlungskonzentrators, des Sonnenstrahlungsempfängers, des
Untergestells und des Elevationsantriebsmechanismus von
Fig. 1;
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Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht des
Sonnenstrahlungskonzentrators, des Untergestells und des
Elevationsantriebsmechanismus von Fig. 1 unter
Darstellung insbesondere der Bestandteile des
Elevationsantriebsmechanismus;
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Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht des
Sonnenstrahlungskonzentrators, des Sonnenstrahlungsempfängers, des
Untergestells und des Elevationsantriebsmechanismus von
Fig. 1 in der zum Zenit weisenden Position;
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Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht des
Sonnenstrahlungskonzentrators, des Sonnenstrahlungsempfängers, des
Untergestells und des Elevationsantriebsmechanismus von
Fig. 1 in der abwärts weisenden Position.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Der Sonnenstrahlungskonzentrator-Elevationsantriebsmechanismus
gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt und
allgemeinen mit 10 bezeichnet. Der
Sonnenstrahlungskonzentrator-Elevationsantriebsmechanismus 10 umfasst eine untere
Stange 12 und eine obere Stange 14. Die untere Stange 12 ist
schwenkbar mit einem Untergestell 16 (über einen drehbaren
Kranz 28, wie nachfolgend erläutert) und der oberen Stange 14
verbunden. Die obere Stange 14 ist schwenkbar mit der unteren
Stange 12 und einem Konzentrator-/Empfänger-Tragarm 18
verbunden. Das Untergestell 16 ist am Untergrund 20 typischerweise
unter Verwendung eines Fusses oder eines Tragpolsters
befestigt und trägt die gesamte Sonnenstrahlungskonzentrator-
/Empfängerstruktur. Der Konzentrator-/Empfänger-Tragarm 18
trägt sowohl den Sonnenstrahlungsempfänger 22 wie den
Sonnenstrahlungskonzentratorrahmen 24. Reflektorfacetten 26 sind
mit dem Konzentratorrahmen 24 verbunden und durch diesen
getragen. Der Begriff "Sonnenstrahlungskonzentrator", wie er
in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, betrifft die
Sonnenstrahlungsreflexionsoberfläche (wie etwa die
Reflektorfacetten 26), den Rahmen, der diese Sonnenreflexionsoberfläche
trägt (wie etwa den Sonnenstrahlungskonzentratorrahmen 24),
die Tragstruktur, die mit diesem Rahmen verbunden ist, wenn er
sich um das Untergestell dreht (wie etwa den Konzentrator-
/Empfänger-Tragarm 18), und eine beliebige andere Einrichtung,
die an der Tragstruktur angebracht ist, die sich um das
Untergestell dreht (wie etwa den Sonnenstrahlungsempfänger 22).
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Weil der Sonnenstrahlungskonzentrator sich azimutmäßig ebenso
wie elevationsmäßig drehen muss, um der Sonne zu folgen, muss
der obere Teil des Untergestells 16 in der Lage sein, sich
azimutmäßig zu drehen oder ein Azimut-Antriebsmechanismus muss
verwendet werden, um das Untergestell 16 mit dem Konzentrator-
/Empfänger-Tragarm 18 zu verbinden. Bei dieser Ausführungsform
ist ein Azimut-Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) zwischen
dem Untergestell 16 und dem Kranz 28 angebracht, wodurch der
Kranz 28 azimutmäßig um das Untergestell 16 sich zu drehen
vermag.
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Der Konzentrator-/Empfänger-Tragarm 18 dreht sich
elevationsmäßig in bezug auf das Untergestell 16 um ein Konzentrator-
/Empfänger-Gelenk bzw. -Schwenkelement 30. Der Mechanismus,
der es erlaubt, dass der Konzentrator-/Empfänger-Tragarm 18
sich um das Untergestell 16 am Konzentrator-/Empfänger-
Schwenkelement 30 dreht, umfasst Lager oder ähnliche Bauteile,
damit der Konzentrator-/Empfänger-Tragarm selbst dann frei zu
verschwenken vermag, während er das große Gewicht des
Konzentrator-/Empfänger-Tragarms, des
Sonnenstrahlungskonzentratorrahmens 24, der Reflektorfacetten 26 und des
Sonnenstrahlungsempfängers 22 trägt. Das Schwerkraftzentrum der sich um
das Konzentrator-/Empfänger-Schwenkelement 30 drehenden
Bauteile ist typischerweise so nahe wie möglich am Zentrum des
Konzentrator-/Empfänger-Schwenkelements 30 ausgebildet, um die
Kraft zu verringern, die erforderlich ist, diese Bauteile um
das Konzentrator-/Empfänger-Schwenkelements zu drehen. Wie
nachfolgend näher erläutert, wird der
Konzentratorelevationsantriebsmechanismus 10 durch ein lineares Stellorgan 32
betätigt, das an der untere Stange 12, der oberen Stange 14
und dem Konzentrator-/Empfänger-Tragarm 18 angebracht ist.
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Eine Vorderansicht der Reflektorfacetten 26, des Sonnentrahlungslconzentratorrahmens
24, des Sonnenstrahlungsempfängers 22
und des Untergestells 16 ist in Fig. 2 gezeigt. Wie aus Fig. 2
klar hervorgeht, sind die Reflektorfacetten 26 allgemein
kreisförmig um den Sonnenstrahlungsempfänger 22 angeordnet.
Die Sonnenstrahlungsenergie, welche durch die
Reflektorfacetten 26 reflektiert wird, wird in den Sonnenstrahlungsempfänger
22 geleitet bzw. gerichtet, wo sie genutzt wird durch eine
Stirling-Kreislaufmotor-Elektrizitätserzeugerkombination zur
Erzeugung von Elektrizität. Die Reflektorfacetten 26 sind an
dem sonnenstrahlungskonzentratorrahmen 24 befestigt und werden
durch diesen getragen. Der Sonnenstrahlungsempfänger 22 ist
durch den Konzentrator-/Empfänger-Tragarm 18 getragen, der
schwenkbar am Untergestell 16 angebracht ist, das am
Untergrund 20 fixiert ist.
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Aus Fig. 2 geht hervor, dass der untere zentrale Teil des
Sonnenstrahlungskonzentratorrahmens und das Zentrum und die
beiden unteren zentralen Reflektorfacetten in der Gruppierung
nicht vorhanden sind. Der Bereich, in welchem die zentrale
Reflektorfacette ansonsten angeordnet ist, ist eingenommen
durch denjenigen Teil des Konzentrator-/Empfänger-Tragarms 18,
der mit dem Sonnenstrahlungskonzentratorrahmen verbunden ist.
Der untere zentrale Teil des
Sonnenstrahlungskonzentratorrahmens und der beiden unteren zentralen Reflektorfacetten sind
weggelassen, um einen Ausschnitt oder eine Kerbe in der
Gruppierung zu erzeugen, der bzw. die einen Kontakt zwischen dem
Sonnenstrahlungskonzentrator und dem Untergestell 16
verhindert, wenn der Konzentrator aus der zum Horizont weisenden
Position in die zum Zenit weisende Position gedreht wird.
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Eine vergrößerte Ansicht des Sonnenstrahlungskonzentrator-
Elevationsantriebsmechanismus 10 ist in Fig. 3 gezeigt. Der
Sonnenstrahlungskonzentrator-Elevationsantriebsmechanismus 10
umfasst eine untere Stange 12 und eine obere Stange 14. Die
untere Stange 12 ist schwenkbar mit dem Kranz 28 verbunden
(der drehbar mit dem Untergestell 16 verbunden ist, wie vorstehend
erläutert), und mit der oberen Stange 14. Die obere
Stange 14 ist schwenkbar mit der unteren Stange 12 verbunden
und mit dem Konzentrator-/Empfänger-Tragarm 18. Wie vorstehend
erläütert, ist das Untergestell 16 am Untergrund 20 fixiert.
Der Konzentrator-/Empfänger-Tragarm 18 trägt den
Sonnenstrahlungsempfänger 22 und den Sonnenstrahlungskonzentratorrahmen
24, der seinerseits die Reflektorfacetten 26 trägt.
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Ein planares Vier-Stangen-Gelenk bzw. eine
-Verbindungseinrichtung mit einem Freiheitsgrad ist gebildet durch folgende
Elemente: Die untere Stange 12 zwischen dem Kranz-/untere
Stange-Schwenkelement 34 und dem untere-Stange-(obere-Stange-
Schwenkelement 36, die obere Stange 14 zwischen dem untere-
Stange-/obere-Stange-Schwenkelement 36 und dem obere-Stange-
/Tragarm-Schwenkelement 38, den Konzentrator-/Empfänger-
Tragarm 18 zwischen dem obere-Stange-/Tragarm-Schwenkelement
3ß und dem Konzentrator-/Empfänger-Schwenkelement 30 und den
Kranz 28 zwischen dem Kranz-/untere-Stange-Schwenkelement 34
und dem Konzentrator-/Empfänger-Schwenkelement 30. Dieser
Mechanismus kann als Grashof-Mechanismus klassifiziert werden,
weil (wobei zu Analysezwecken außer acht gelassen wird der
physikalische Eingriff zwischen den Gelenkstrukturen) ein
Gelenk bzw. Verbindungselement in der Lage ist, eine
vollständige Drehung relativ zu den anderen drei Gelenken bzw.
Verbindungselementen durchzuführen. Bei der vorliegenden
Gelenkanordnuag bzw. Verbindungselementanordnung muss das Gelenk, das
gebildet ist durch den Konzentrator-/Empfänger-Tragarm 18
zwischen dem obere-Stange-/Tragarm-Schwenkelement 38 und dem
Konzentrator-/Empfänger-Schwenkelement 30 in der Lage sein,
sich um 180º relativ zu dem Untergestell 16 zu drehen, und
deshalb ist dieses Gelenk, wenn der physikalische Eingriff
zwischen den Gelenkstrukturen außer Betracht bleibt, in der
Lage, eine vollständige Drehung relativ zu den anderen drei
Gelenke durchzuführen.
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Der Sonnenstrahlungskonzentrator-Elevationsantriebsmechanismus
10 umfasst außerdem ein lineares Stellorgan 32, welches das
Vier-Stangen-Gelenk antreibt. Bei dieser Ausführungsform
umfasst das lineare Stellorgan 32 einen Stellorganmotor 40,
eine Leitschnecke 42 und einen Schlitten 44. Der
Stellorganmotor 40 ist schwenkbar mit dem Konzentrator-/Empfänger-Tragarm
18 an dem Betätigungsorgan-/Tragarm-Schwenkelement 46
verbunden. Wenn der Stellorganmotor 40 mit Strom versorgt wird, wird
die Leitschnecke bzw. Leitspindel 42 entweder im Uhrzeigersinn
oder im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Der Schlitten 44 weist
einen Folgermutterabschnitt auf, der im kämmenden Eingriff mit
der Leitschnecke 42 steht. Wenn die Leitschnecke 42 gedreht
wird, wird der Schlitten 44 entweder in Richtung auf das
Stellorgan-/Tragarm-Schwenkelement 46 oder weg von dem Stell-
organ-/Tragarm-Schwenkelement bewegt. Der Schlitten 44 ist
außerdem mit der unteren Stange 12 und der oberen Stange 14 an
dem untere-Stange-/obere-Stange-Schwenkelement 36 verbunden.
Wenn der Schlitten 44 in Richtung auf das Stellorgan-/Tragarm-
Schwenkelement 46 bewegt wird, kommt die untere Stange 12
unter einem stärker geneigten Winkel in Bezug auf das
Untergestell 16 zu liegen, und wenn der Schlitten 44 weg von dem
Stellorgan-/Tragarm-Schwenkelement 46 bewegt wird, kommt die
untere Stange 12 in einem stärker geneigten Winkel in Bezug
auf das Untergestell 16 zu liegen.
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Während das lineare Stellorgan 32 weiterhin in der Lage wäre,
das Vier-Stangen-Gelenk zu drehen, wenn der Schlitten 44 mit
entweder der unteren Stange 12 oder der oberen Stange 14 an
beliebiger Stelle zwischen dem Kranz-/untere-Stange-
Schwenkelement 34 und dem obere-Stange-/Tragarm-Schwenkelement
38 verbunden wäre, und zwar durch Anbringen des Schlittens 44
an dem untere-Stange-/obere-Stange-Schwenkelement 36, wobei
die untere Stange 12 und die obere Stange 14 mit dem Schlitten
44 schwenkbar verbunden sind, sind die durch das lineare
Stellorgan 32 über den Schlitten 44 übertragenen Kräfte
direktionell ausgerichtet mit dem Körper der Stange und verursachen
ausschließlich Druck- oder Zugkräfte innerhalb der Stangen.
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Wenn der Schlitten 44 entweder an der unteren Stange 12 oder
der oberen Stange 14 an einer beliebigen Stelle zwischen dem
Kranz-/untere-Stange-Schwenkelement 34 und dem obere-Stange-
/Tragarm-Schwenkelement 38 angebracht wäre, würden
unerwünschte Biegemomente in der Stange erzeugt werden, an welcher der
Schlitten 44 angebracht ist.
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Das lineare Stellorgan 32 erzeugt dadurch, dass es mit
gegenüberliegenden Elementen des Vier-Stangen-Gelenks verbunden ist,
im wesentlichen ein Fünf-Stangen-Gelenk bzw. eine Fünf-
Stangen-Struktur. Das lineare Stellorgan wirkt als Stütze oder
Klammer zur Unterstützung des Mechanismus beim Widerstehen von
Druck-- und Zugkräften innerhalb des Gelenks bzw. der
Gelenkanordnung. Dies ist wichtig, weil die Reflektorfacetten 26 und
der Sonnenstrahlungskonzentratorrahmen 24 typischerweise sehr
groß sind, und weil die Sonnenstrahlungsempfänger
üblicherweise sehr schwer sind. Die diesbezüglichen Gravitations- und
Windkräfte, die typischerweise an
Sonnenstrahlungskonzentrator-Elevationsantriebsmechanismen angelegt sind, sind häufig
groß. Die Kräfte, denen jedes Element des
Elevationsantriebsmechanismus ausgesetzt ist, können sich dramatisch ändern,
wenn der Sonnenstrahlungskonzentrator ausgehend vom Zenit, zur
abwärts weisenden Position gedreht wird. Das lineare
Stellorgan 32 kann beispielsweise Zug unterliegen, wenn der
Sonnenstrahlungskonzentrator sich in der abwärts weisenden
Position befindet, oder es kann Druck unterliegen, wenn der
Sonnenstrahlungskonzentrator sich in der zum Zenit weisenden
Position befindet.
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Das lineare Stellorgan 32 ist typischerweise derart
konfiguriert, dass der Schlitten 44 seine am weitesten außen liegende
Bahnposition entfernt von dem Stellorgan-/Tragarm-
Schwenkelement 46 erreicht, wenn die Reflektorfacetten 26 sich
in der abwärts weisenden Position befinden. Wie vorstehend
erläutert, werden die Reflektorfacetten 26 typischerweise in
der abwärts weisenden Position während betriebsfreier Stunden
angeordnet, wie etwa während der Nacht, oder wenn Reparaturen
durchgeführt werden, um zu verhindern, dass Staub und Schmutz
sich auf der Oberfläche der Reflektoren sammelt. Sie werden
außerdem in der abwärts weisenden Position während Perioden
starker Unwetter, wie während Hagel oder Gewitter, angeordnet.
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Während das lineare Stellorgan 32 von einem beliebigen Typ
eines linearen Stellorganmechanismus sein kann, der sowohl
Zug- wie Druckkräfte aufnimmt, wie etwa ein Hydraulikzylinder,
ist die Verwendung einer elektromotorangetriebenen
Leitschnecke (und gegebenenfalls eines Bremsmechanismus, um zu
verhindern, dass der Motor rückwärts angetrieben wird) sehr wirksam,
weil dem Elektromotor nur dann Strom zugeführt werden muss,
wenn der Elevationswinkel des Sonnenstrahlungskonzentrators
geändert werden muss.
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Fig. 4 zeigt den
Sonnenstrahlungskonzentrator-Elevationsantriebsmechanismus 10 und die zugeordneten Bauteile von Fig.
1, nachdem das lineare Stellorgan 32 den Schlitten 44 entlang
der Leitschnecke 42 in seine am weitesten innenliegende
Bahnposition in Richtung auf das Stellorgan-/Tragarm-
Schwenkelement 46 bewegt hat. Die Reflektorfacetten 26 sind
aus der zum Horizont weisenden Position in die zum Zenit
weisende Position gedreht worden. Die untere Stange 12 hat
ihren Neigungswinkel in Bezug auf das Untergestell 16
geändert. Die obere Stange 14 ist in Bezug auf das Untergestell 16
gedreht und verschoben worden. Der Teil des Konzentrator-
/Empfänger-Tragarms 18 zwischen dem Konzentrator-/Empfänger-
Schwen kelement 30 und dem Stellorgan-/Tragarm-Schwenkelement-
Punkt 46 ist aus einer vertikalen Position in eine horizontale
Position gedreht worden. Hierbei handelt es sich um diejenige
Position, welche die Reflektorfacetten 26 einnehmen würden,
wenn die Sonne direkt über ihnen steht.
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Fig. 5 zeigt den Sonnenstrahlungskonzentrator-
Elevationsantriebsmechanismus 10 von Fig. 1, nachdem das
lineare Stellorgan 32 den Schlitten 44 in die am weitesten
außenliegende Bahnposition weg von dem Stellorgan-/Tragarm-
Schwenkelement 46 bewegt hat, und wenn die Reflektorfacetten
26 in die abwärts weisende Position gedreht sind. Die untere
Stange 12 hat erneut ihren Neigungswinkel in Bezug auf das
Untergestell 16 geändert. Die obere Stange 14 ist erneut
gedreht und verschoben worden in Bezug auf das Untergestell
16. Der Teil des Konzentrator-/Empfänger-Tragarms 18 zwischen
dem Konzentrator-/Empfänger-Schwenkelement 30 und dem
Stellorgan-/Tragarm-Schwenkelement-Punkt 46 ist in die
gegenüberliegende horizontale Position im Vergleich zu der Position dieses
Teils in Fig. 4 gedreht worden. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird
das lineare Stellorgan 32 typischerweise derart konfiguriert,
dass der Schlitten 44 seine endgültige äußere Bahngrenze
entlang der Leitschnecke 42 weg von dem Stellorgan-/Tragarm-
Schwenkelement 46 erreicht, wenn die Empfängerfacetten 46 in
die abwärts weisende Position gedreht worden sind. Hierbei
handelt es sich um diejenige Position, welche die
Empfängerfacetten einnehmen würden, wenn der Sonnenstrahlungskonzentrator
in der Verstauposition zu liegen kommt.
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Wie aus Fig. 5 hervorgeht, kann die Höhe des Untergestells 16
dem Konzentrator-/Empfänger-Tragarm 18 keinen ausreichenden
Freira um bereitstellen, damit er in eine vertikal abwärts
weisende Position gedreht wird, ohne dass er mit dem
Untergrund 20 kollidiert. Um diesen potentiellen (störenden)
Eingriff zu kompensieren, kann der Konzentrator-/Empfänger-
Tragarm 18 gelenkig gelagert werden. Wie in Fig. 5 gezeigt,
vermag dann, wenn der Sonnenstrahlungskonzentrator in der
abwärts weisenden Position zu liegen kommt, ein Empfänger-
Endabschnitt 48 des Konzentrator-/Empfänger-Tragarms 18, um
das Tragarm-Schwenkelement 50 zu verschwenken, um eine
Kollision mit dem Untergrund 20 zu vermeiden. In dieser Position
wird Zugriff auf den Sonnenstrahlungsempfänger 22 auf
Untergrundniveau erhalten, wodurch zu Wartungs- oder
Reparaturzwecken auf den Sonnenstrahlungsempfänger 22 problemlos zugegriffen
werden kann.
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Wie aus Fig. 1, 4 und 5 hervorgeht, wird eine vollständige
180º-Drehung der Reflektorfacetten 26 zwischen der zum Zenit
weisenden Position und der abwärts weisenden Position durch
den Sonnenstrahlungskonzentrator-Elevationsantriebsmechanismus
10 unter Verwendung eines einzigen linearen Stellorgans und
von zwei Stangen ermöglicht, die mit dem Konzentrator-
/Empfänger-Tragarm 18 und dem Kranz 28 schwenkbar verbunden
sind, der am Untergestell 16 drehbar angebracht ist. Durch
Anordnen der Reflektorfacetten 26 in der abwärts weisenden
Position wird erreicht, dass sich kein Staub oder Schmutz auf
der Reflexionsoberfläche der Facetten sammelt, dass der
freiliegende Querschnitt und die Beständigkeit gegenüber Wind des
Konzentrators minimiert ist, und dass windgeblasene Partikel
eine geringe Chance haben, die Reflexionsoberfläche der
Reflektorfacetten zu beschädigen, und dass Niederschlag, wie
etwa Hagel, in harmloser Weise durch eine Abdeckung abgelenkt
werden kann, die an der Rückseite der Empfängerfacetten
angebracht ist.
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Die durch die Reflektorfacetten 26 konzentrierte
Sonnenstrahlungsenergie wird in den Sonnenstrahlungsempfänger 22
fokussiert, wo die Energie auf ein Arbeitsfluid übertragen wird.
Dieses Arbeitsfluid überträgt die Energie zu einer
Vorrichtung, welche die Energie nutzt, wie etwa einen angeschlossener
Stirling-Kreislaufmotor und einen Elektrizitätsgenerator bzw.
-erzeuger.