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Dokumentenidentifikation DE102006025007A1 06.12.2007
Titel Rinnenkonzentratorelement
Anmelder Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., 51147 Köln, DE
Erfinder Pottler, Klaus, Dr., Aguadulce, ES
DE-Anmeldedatum 30.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006025007
Offenlegungstag 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse F24J 2/14(2006.01)A, F, I, 20060530, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G02B 5/08(2006.01)A, L, I, 20060530, B, H, DE   G02B 5/10(2006.01)A, L, I, 20060530, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Rinnenkonzentratorelement zur Konzentrierung von Solarstrahlung auf ein Absorberrohr besteht aus einer Verbundplatte (16), die eine Tragplatte (14) und eine Spiegelplatte (15) aufweist. Die Tragplatte (14) besteht aus Wellblech und auf ihren Scheiteln ist die Spiegelplatte (15) befestigt. Das Konzentratorelement ist insgesamt biegbar und kann einen ebenen und einen gebogenen Zustand annehmen. Eine hochgenaue Einstellung auf die gewünschte Spiegelform ist möglich. Die Herstellung des Konzentratorelements ist einfach und das Element ist leichtgewichtig.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Rinnenkonzentratorelement mit einer Verbundplatte aus einer flexiblen Spiegelplatte und einer Tragplatte.

Rinnenkonzentratorelemente werden in Solaranlagen zur Gewinnung von Energie aus der Solarstrahlung benutzt. Die Rinnenkonzentratorelemente werden zu Rinnenkonzentrator-Modulen von mehreren zehn Metern Länge und mehr zusammengesetzt. Sie bestehen aus gebogenen Spiegelplatten, die die Sonnenenergie nach Art eines Hohlspiegels auf ein Absorberrohr konzentrieren. Das Absorberrohr wird von einem Wärmeübertragungsmedium, z.B. Wasser, durchflossen und die Wärme bzw. der entstehende Dampf kann anschließend industriell verwertet werden.

Die in linienkonzentrierenden solarthermischen Kraftwerken eingesetzten Spiegel, wie Parabolrinnen und Fresnel-Kollektoren, zur Konzentration der Sonnenstrahlung müssen in ihrer Form sehr genau den geometrischen Vorgaben entsprechen, um einen hohen optischen Wirkungsgrad zu ermöglichen.

Es ist bekannt, Rinnenkonzentratorelemente aus etwa 4mm dicken Glasspiegeln herzustellen. Die dickwandigen Konzentratorelemente besitzen insbesondere an den Kanten und parallel zu den Absorberrohren Formabweichungen, die den optischen Wirkungsgrad reduzieren. Die Konzentratorelemente sind durch die große Wandstärke schwer. Sie können relativ leicht zerbrechen, insbesondere bei hohen Windlasten. Die Konzentratorelemente werden bei der Herstellung vorgebogen. Daher ist der Transport sehr aufwändig. Die Konzentratorelemente müssen speziell für bestimmte Brennweiten und Aperturweiten der Kollektoren angefertigt werden. Hierzu sind spezielle Formen nötig.

Konzentratoren mit einer formgebenden Stützstruktur, die eine Spiegelfläche aus dünnem Glas trägt, sind kostenintensiv. Die Stützstrukturen müssen auch hier für jeden speziellen Einzelfall gesondert angefertigt werden. Hinzu kommen Schwierigkeiten, die sich durch unterschiedliche thermische Expansionskoeffizienten von Glas und Stützstruktur ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rinnenkonzentratorelement zu schaffen, das kostengünstig herstellbar und transportierbar ist und leicht an unterschiedliche Verhältnisse angepasst werden kann.

Das erfindungsgemäße Rinnenkonzentratorelement ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Hiernach besteht die Tragplatte aus einem Wellblech und die Spiegelplatte ist mit den Scheiteln des Wellblechs verbunden.

Durch die linienförmige Verbindung der Spiegelplatte mit den Scheiteln des Wellblechs ist das Konzentratorelement in Richtung der Krümmung sehr flexibel, in Längsrichtung der Konzentratorrinne jedoch starr. Das Konzentratorelement kann daher in flacher Form transportiert werden und bei seiner Montage durch eine Stützstruktur in die gewünschte Form gezwungen werden. Es ist auch möglich, das Konzentratorelement mit einer rinnenförmigen Gestalt zu fertigen und es für den Transport in eine flache Form zu zwingen. Im Betrieb sind die Rinnenkonzentratorelemente an formgebenden Auslegerarmen einer Kollektor-Skelettstruktur befestigt, wodurch eine linienförmige Führung erreicht wird, die die gewünschte Biegelinie hochgenau wiedergibt. Insbesondere ist diese Konstruktion in Richtung der Längsachse des Rinnenkonzentrators so steif, dass der Spiegel zwischen den Auslegerarmen nicht durchhängt. Die Konstruktion kann durch unterschiedliche Gestaltung und Variation der Spiegelfläche der jeweiligen Anwendung angepasst werden. Diese Anpassung umfasst u.a. die folgenden Größen:

  • a) unterschiedliche Blechdicken, Wellenabstände, Wellenhöhen
  • b) unterschiedliche Blecharten: Materialien, Lochbleche, etc.
  • c) unterschiedliche Wellenformen: Sinus, Zickzack, Dreieck, Trapez, etc.
  • d) unterschiedliche Oberflächenbehandlungen: Verzinkung, Lackierung, etc.
  • e) unterschiedliche Glasarten und Glasdicken
  • f) unterschiedliche Verklebungen.

Die erfindungsgemäße Konstruktion bietet folgende Vorteile:

  • 1) die Sollform wird hochgenau eingehalten, dadurch kann der Wirkungsgrad des Kollektors gegenüber der Benutzung der derzeitigen Standard-Glasfacetten gesteigert werden;
  • 2) der Dünnglasspiegel hat gegenüber einem 4mm dicken Glasspiegel einen höheren Reflexionskoeffizienten das führt zu einem höheren Kollektorertrag;
  • 3) sie kann für unterschiedliche Konzentratoren eingesetzt werden (z.B. unterschiedliche Brennweiten und Aperturweiten), d.h. ein Konzept und Herstellungsverfahren für unterschiedliche Endprodukte;
  • 4) die ist in vielen Baugrößen herstellbar, d.h. Kostenersparnis durch große Facetten bei Herstellung und Montage;
  • 5) sie ist einfach zu produzieren (ein ebenes Blech wird mit einem ebenen Spiegel verklebt);
  • 6) sie ist kostengünstig produzierbar;
  • 7) sie ist kostengünstig transportierbar (Transport im ebenen Zustand, Formaufprägung erst bei der Montage);
  • 8) sie ist statisch tragfähig; das Spiegelelement kann als statisch tragfähiges Element eingesetzt werden; dadurch werden die statischen Anforderungen an die Skelettstruktur reduziert.

Die Erfindung sieht die Benutzung eines einachsig frei beweglichen Wellbleches in Verbindung mit einem Dünnglasspiegel vor. Durch die Wellen wird das Element in Längsrichtung der Wellen stabilisiert und in Richtung senkrecht zu den Wellen flexibel, so dass sich das Element ideal an die Linienführung anpassen kann und diese Form zwischen den Linienführungen nicht signifikant verliert.

Die Verbindung der Spiegelplatte mit den Scheiteln des Wellblechs kann beispielsweise durch Kleben erfolgen. Wenn die beiden Platten schweißbar oder lötbar sind, kann auch eine entsprechende Schweiß- oder Lötverbindung erfolgen.

Es besteht die Möglichkeit, dass die Spiegelplatte und die Tragplatte aus demselben Material, insbesondere Aluminium, bestehen. Dabei ist eine Kombination "Aluminiumwellblech – reflektierendes Aluminiumblech" möglich. Anstelle einer nachträglichen Verbindung beider Platten nach ihrer Herstellung kann die Verbundplatte auch einstückig hergestellt werden, wobei ebenfalls beide Platten aus demselben Material bestehen. Möglich ist auch eine Kombination einer Spiegelplatte aus Glas mit einer Tragplatte aus Stahl.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines Schnitts eines Rinnenkonzentrators,

2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von 1 und

3 eine vergrößerte Darstellung der Verbundplatte in perspektivischer Ansicht.

In 1 ist ein Rinnenkonzentrator 10 dargestellt, der Bestandteil eines Rinnenkollektors ist. Der Rinnenkonzentrator 10 besteht aus einem langgestreckten Spiegel, der aus zahlreichen Konzentratorelementen 11 zusammengesetzt ist. Die Modullänge eines Rinnenkonzentrators kann mehrere zehn Meter lang sein und seine Höhe beträgt in der Regel mehrere Meter. Der Rinnenkonzentrator 10 ist parabolförmig gekrümmt. Er konzentriert das Sonnenlicht auf ein längslaufendes Absorberrohr 12, das von einem Wärmeübertragungsmedium, z.B. Wasser, durchflossen ist, dessen Wärme verwertet wird. Der Rinnenkonzentrator 10 ist an einer (nicht dargestellten) Stützstruktur an Auslegerarmen befestigt. Diese Stützstruktur wird dem Sonnenstand nachgeführt, so dass der Rinnenkonzentrator 10 stets auf die Sonne ausgerichtet ist und das parallel einfallende Sonnenlicht auf eine Fokallinie fokussiert, längs der das Absorberrohr 12 verläuft. Das Kollektorrohr ist von Stützen 13 gehalten.

Die Erfindung betrifft ein Konzentratorelement 11. Die Erfindung ist bei einem Rinnenkonzentrator anwendbar, der aus mehreren Konzentratorelementen zusammengesetzt ist, sowie auch bei einem Rinnenkollektor, der aus einem einzigen Konzentratorelement besteht.

1 zeigt einen Querschnitt durch das Konzentratorelement 11. Dieses besteht aus einer rückwärtigen Tragplatte 14 und einer frontseitigen Spiegelplatte 15. Die Tragplatte 14 besteht aus einem Wellblech aus Wellen, die im vorliegenden Fall sinusförmig sind. Auf den Scheiteln oder Maxima der Wellen ist die Spiegelplatte 15 befestigt.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Tragplatte 14 aus Dünnglas und ist auf den Scheiteln des Wellblechs angeklebt. Die Tragplatte 14 befindet sich auf der konvexen Rückseite der Spiegelplatte 15. Die Spiegelplatte 15 ist mit einem Spiegelbelag versehen, um ein gutes Reflexionsverhalten zu erzeugen. Die Wellen der Tragplatte 14 verlaufen in Längsrichtung des Konzentratorelements, also parallel zu dem Absorberrohr 12. Die aus der Tragplatte 14 und der Spiegelplatte 15 bestehende Verbundplatte 16 ist gemäß 2 gebogen, wobei der gebogene Zustand entweder den Entlastungszustand oder einen aufgezwungenen Zustand darstellt. Die Verbundplatte 16 hat eine solche Flexibilität, dass sie beide Zustände einnehmen kann.

Die Tragplatte 14 hat bei diesem Ausführungsbeispiel eine Wellenamplitude von 10mm und eine Wellenlänge von mindestens 20mm.

Die Verbundplatte 16 ist auf Seiten der Tragplatte 14 an den Auslegerarmen einer Stützstruktur befestigt, welche die Verbundplatte in die gewünschte Form zwingt.

In 3 ist die Verbundplatte 16 in flach gelegtem Zustand dargestellt. Die Tragplatte 14 aus Wellblech bildet die Stützstruktur. Auf der einen Seite der Tragplatte befindet sich die Spiegelplatte 15, die an den Scheiteln 18 der Tragplatte linienförmig befestigt ist. Die Spiegelplatte 15 ist in diesem Zustand der Verbundplatte planar.

Im gebogenen Zustand liegt die Brennweite des Konzentratorelements etwa bei 500-2000mm.


Anspruch[de]
Rinnenkonzentratorelement mit einer Verbundplatte (16) aus einer flexiblen Spiegelplatte (15) und einer Tragplatte (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte (14) aus einem Wellblech besteht und die Spiegelplatte (15) mit den Scheiteln (18) des Wellblechs verbunden ist. Rinnenkonzentratorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelplatte (15) aus biegsamem Dünnglas besteht. Rinnenkonzentratorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelplatte (15) aus Metall besteht. Rinnenkonzentratorelement nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellblech aus Metall besteht. Rinnenkonzentratorelement nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte (14) an Auslegerarmen formgebend befestigt ist. Rinnenkonzentratorelement nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte (14) aus Aluminium und die Spiegelplatte (15) ebenfalls aus Aluminium besteht. Rinnenkonzentratorelement nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte (14) eine Wellenamplitude von mindestens 5mm hat. Rinnenkonzentratorelement nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte (14) eine Wellenlänge von mindestens 10mm hat. Rinnenkonzentratorelement nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundplatte (16) vorgebogen ist und zum Transport einen ebenen Zustand einnehmen kann. Rinnenkonzentratorelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundplatte (16) aus Tragplatte (14) und Spiegelplatte (15) einstückig hergestellt ist, insbesondere als Strangpressteil.






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