專利名稱：太陽能反射器陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括多個定日鏡的太陽能反射器陣列，和涉及在該陣列中使用的定日鏡。在本說明書中，術(shù)語“定日鏡”理解為表示一種裝置，它可將入射的輻射太陽能反射至目標(它可以隨時間變化)，并被驅(qū)動跟蹤太陽的相對運動。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出并在一些情況下開發(fā)了太陽能陣列，包括所謂多塔式太陽能陣列。這些陣列可將入射在陣列內(nèi)的定日鏡上的輻射太陽能反射至一個或多個目標收集器上。為了加大反射和集中輸入的輻射太陽能，提出了各種陣列結(jié)構(gòu)以減小定日鏡的互相阻擋和遮蔭。在本說明書中可參考分別在1996年3月28日和1997年12月19日提出的國際專利申請PCT/AU96/00177和PCT/AU9700864；并且可參考下列二篇文章Mills，D.R.和Schramek，P“帶全套定日鏡的多塔式太陽能陣列(MTSA)”-第9屆國際太陽能熱集中工藝學(xué)術(shù)討論會論文集，Solar Paces，F(xiàn)ont-Romeu，F(xiàn)ramce，1998，6月；Schramek.P和Mills D.R“多塔式太陽能陣列的定日鏡場的位能”-第10屆國際太陽能熱集中工藝學(xué)術(shù)討論會論文集。Solar Paces，Sydney，Australia，2000.3月。
為了使地面面積利用最優(yōu)，必需布置和制造太陽能陣列內(nèi)的定日鏡，使定日鏡間隔很接近地放置，并同時使相鄰的定日鏡的相對運動不發(fā)生干涉。后一個要求特別適用于多塔式太陽能陣列，因為要求相鄰的定日鏡將入射的輻射能反射至安裝在不同的塔上的收集器，并且要求啟動任何一個定日鏡，使其指向從一個收集器改變至另一個收集器。另外，為了提高驅(qū)動效率和降低成本，要求定日鏡能便于成組配套，和對于一個陣列內(nèi)的一組定日鏡使用公共的驅(qū)動裝置。下面的情況有助于滿足這些要求，即除了定日鏡要重新定向以外，定日鏡只需根據(jù)太陽的運動集中地運動。即盡管根據(jù)相對于目標收集器的位置不同，正常情況下，定日鏡的指向是彼此不同的，但所有的定日鏡可以在相同方向被驅(qū)動轉(zhuǎn)動相同的角度dφH＝dφS/2(式中dφH為定日鏡的反射器的角度改變；dφS為入射的輻射能的角度改變)。然而，盡管有這種方便，但在設(shè)計使定日鏡的間隔互相靠近，又不干涉的結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟的驅(qū)動裝置方面有一些困難，因為為了能將有用的太陽能反射至相應(yīng)的目標收集器，必需在任何陣列中設(shè)置非常多的定日鏡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于一種定日鏡，它可設(shè)置在一陣列中，同時優(yōu)選，它設(shè)置成滿足上述的條件本發(fā)明提供了一種定日鏡，它包括一個反射器零件；一個在地平面上面支承該反射器零件的支座；一個在使用中將支座圍繞固定的、在定日鏡使用中基本上與地平面平行的第一根軸的轉(zhuǎn)動驅(qū)動傳給支座的驅(qū)動裝置；一種將反射器零件安裝在支座上的裝置；該裝置可使反射器零件，相對于支座，圍繞著不與第一根軸平行的第二根軸作轉(zhuǎn)動運動；和一個驅(qū)動裝置，它在使用中可將繞第二根軸的轉(zhuǎn)動運動傳給反射器零件。
用于將繞支軸轉(zhuǎn)動運動傳給支座的驅(qū)動裝置包括第一個驅(qū)動裝置；用于將繞支軸的轉(zhuǎn)動運動傳給反射器零件的驅(qū)動裝置包括與第一個驅(qū)動裝置隔開的第二個驅(qū)動裝置。
可以為平或彎曲的反射器零件，可以由多個子反射器零件構(gòu)成。另外，多個反射器零件可以由一個支座支承。然而，為了充分發(fā)揮后一種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的優(yōu)點，多個反射器零件需要利用不平行的第二根軸安裝在支座上。
定日鏡可以用在大規(guī)模的陣列中(例如占地面積達到100公頃的陣列)或用在較小的陣列中(例如可以放置在建筑物的頂部或其他有限的空間中)。因此，在本說明書中所用的術(shù)語“地平面”應(yīng)理解為是指在其上放置定日鏡的抽象的(水平或傾斜)平面。在大規(guī)模陣列的情況下，地平面包括定日鏡占據(jù)的地面面積，但應(yīng)理解，地面面積本身不需要是平的。調(diào)整單個反射器零件彼此相對的位置，可以適應(yīng)地面地形的變化。另外，至少是定日鏡占據(jù)的一部分地面面積可以形成山丘的一部分，并與水平線傾斜。
考慮到上述問題，本發(fā)明還提供了一種包括如上述所述的多個定日鏡的太陽能反射器陣列，定日鏡排成一排，將入射的輻射太陽能反射至至少一個目標收集器。
在該陣列的每一排中的至少一些定日鏡的支座互相連接，并且在該陣列的每一排中的至少一些定日鏡的反射器零件互相連接。
這樣，在優(yōu)選實施例中，可以使用第一和第二個驅(qū)動裝置中的每一個裝置，將繞支軸的轉(zhuǎn)動運動傳給多個定日鏡，并且由該陣列內(nèi)的大量的定日鏡來分享驅(qū)動裝置的控制。重要的一點是，在大規(guī)模陣列中，可以節(jié)約資金成本。
將大量的定日鏡陣列合成一套可以進行公共的驅(qū)動控制，并且將每一個定日鏡的反射器零件可樞轉(zhuǎn)地安裝在也可樞轉(zhuǎn)的支座上，可以實現(xiàn)這種控制。這樣，即使相鄰的反射器零件之間有相對運動，也可使該陣列內(nèi)的定日鏡隔開較近。
目標收集器，或在多塔式太陽能陣列的情況下的目標收集器可以包括可以接收太陽能，并將太陽能轉(zhuǎn)換為另一種形式能量的任何形式的收集器。例如，每一個目標收集器可以包括一排熱交換流體可通過的吸收太陽能的收集器零件。另一種方案是，在小規(guī)模系統(tǒng)中，目標收集器可以包括一組光電管。
定日鏡的反射器零件包括一個可樞轉(zhuǎn)地安裝在支座上的玻璃鏡。另外，反射器圍繞它可樞轉(zhuǎn)地安裝在支座上的第二根軸與第一根軸垂直。這樣，在優(yōu)選實施例中，支座圍繞著固定的、與地平面平行的第一根軸安裝，可作繞支軸的轉(zhuǎn)動運動；而反射器零件圍繞著與第一根軸垂直的第二根軸安裝在支座上，可作繞支軸的轉(zhuǎn)動運動。
定日鏡的反射器零件的多邊形形狀。為了最大限定地覆蓋地面，最好是安裝在支座上，使第二根軸位于通過反射器零件周邊的二個最遠的點的線上。反射器零件也可以為方形，在這種情況下，第二根軸位于反射器零件的對角線上。作為另一種形式，反射器零件可以(最好為)六角形形狀。在這種情況下，第二根軸位于與六角形相對的角度相交，可通過二個最遠點的線上。
反射器零件最好為包括三對基本上平行的邊的六角形。在這種情況下，六角形可以理論上分成一個矩形的中心部分和二個三角形的末端部分。
六角形的邊最好成比例，使通過矩形部分的四個角的一個假想圓的圓弧完全位于三角形末端部分內(nèi)；在極限情況下，與每一個三角形部分的相鄰的邊相切。已經(jīng)確定，使用多個這種反射器可使地面覆蓋達到100％。
第一個驅(qū)動裝置可包括一根驅(qū)動軸，它可圍繞與第一根軸平行的軸轉(zhuǎn)動，并將回轉(zhuǎn)驅(qū)動傳至定日鏡支座，當多個定日鏡放置在一個陣列中時，至少該陣列每一排的一些定日鏡的支座，由這種公共的驅(qū)動軸連接在一起。另外，第一個驅(qū)動裝置還包括一個電機，可將驅(qū)動傳給在定日鏡陣列中的多根驅(qū)動軸。另外，在陣列較小的情況下，最好使用一個電機，將驅(qū)動傳給定日鏡陣列中的所有驅(qū)動軸。
第二個驅(qū)動裝置可包括一個與定日鏡的反射器零件的后側(cè)(不反射)連接，和可被驅(qū)動將繞第二根軸的轉(zhuǎn)動運動傳給反射器零件的驅(qū)動件。另外，該驅(qū)動件利用一個可鎖緊的球接頭(或其他萬向接頭)與反射器零件的后側(cè)連接，以便使反射器零件再相對于驅(qū)動件調(diào)整位置。不論在陣列內(nèi)相鄰的反射器零件的相對角度位置如何，這種結(jié)構(gòu)可使得在裝配一組定日鏡的過程中，單獨放置相鄰的反射器零件，并可使在定日鏡一個給定排內(nèi)的驅(qū)動件互相平行。
通過使相應(yīng)的驅(qū)動件與構(gòu)成第二個驅(qū)動裝置一部分的一個共同移動運動機構(gòu)連接，可將在一組定日鏡的一個給定排內(nèi)的多個反射器零件連接在一起。通過調(diào)整驅(qū)動件的長度或調(diào)整移動運動機構(gòu)的工作平面，以適應(yīng)驅(qū)動件的角度運動，可將成套的移動運動傳給多個驅(qū)動件。
定日鏡的反射器零件的支座為弧形形狀，并且其每一個末端，與反射器零件的后側(cè)連接。最好，支座為半圓形，在二種情況下，其半徑的中心與反射器零件的反射表面的幾何中心一致。
從下面對定日鏡和定日鏡陣列的一個優(yōu)選實施例的說明中，將可以更充分地了解本發(fā)明。說明是參照附圖進行的。


圖1為安裝在支座上的矩形反射器零件的示意圖；圖2為方形反射器零件陣列的一部分的平面圖；圖3為六角形反射器零件的陣列的一部分的平面圖；圖4示意性地表示具有安裝在弧形支座上的一個反射器零件的定日鏡的側(cè)視圖；圖5表示定日鏡的一個排，并且示意性地表示將繞支軸的轉(zhuǎn)動運動傳給定日鏡支座和反射器零件的第一和第二個驅(qū)動裝置；圖6表示由圖5所示的多排定日鏡陣列成的一個陣列；圖7和圖8表示使反射器零件相對于其支座繞支軸轉(zhuǎn)動，單一個定日鏡的反射器零件的移動運動的另一種方法；圖9示意性地表示將一個反射器零件安裝在尺寸小的支座上；和圖10表示反射器零件的三種可替代的優(yōu)選的幾何形狀。
具體實施例方式
圖1表示一個定日鏡的示意性平面圖，它具有一個支承在矩形框架12形式的支座11內(nèi)的一個矩形反射器零件10。支座11用于在地平面13上面支承反射器零件(如圖4所示)，并且支座本身可樞轉(zhuǎn)地安裝在一個支承結(jié)構(gòu)14上。支座的支軸15(以后稱為“第一根軸”)固定，并與地平面13平行。
反射器零件10圍繞著與第一根軸15垂直的支軸16(以后稱為“第二根軸”)，可樞轉(zhuǎn)地安裝在支座11上。這樣，可以認為反射器零件10是支承在萬向接頭中，其支座11和該支承的反射器零件可繞第一根固定的軸15轉(zhuǎn)動，而反射器零件可以獨立地繞第二根軸16，相對于支座轉(zhuǎn)動。如果1.第一根軸15固定，與地平面13平行；2.第二根軸16位于通過反射器零件10的最遠的點的線上；和3.反射器零件10的形狀可使定日鏡彼此靠近放置，則定日鏡陣列可以最優(yōu)地覆蓋地面。
在圖1所示結(jié)構(gòu)的情況下，第二個標準不能滿足，因為第二根軸16不通過矩形的對角線。另外，在本說明書后面將提到，使用具有專門確定的幾何形狀的六角形反射器，可以最好地滿足第三個標準。
圖2和圖3的結(jié)構(gòu)比圖1所示的結(jié)構(gòu)優(yōu)越。圖2表示利用通過方形的對角線的第二根軸16，可樞轉(zhuǎn)地安裝在相應(yīng)的支座11上的一組方形的反射器零件10。同樣，圖3表示利用通過六角形的對角的第二根軸16，可樞轉(zhuǎn)地安裝在相應(yīng)的支座11上的一組六角形反射器零件10。
然而，在圖2和圖3所示的結(jié)構(gòu)中，在支座和/或支座內(nèi)的反射器零件一定的傾斜下，至少一些支座11可以擋住入射的輻射太陽能照射在反射器上。這會降低陣列的性能，并且必需使陣列內(nèi)的至少一些定日鏡分開，從而減少了對地面的有效覆蓋。另外，該支座本身不可能形成對地面的最優(yōu)覆蓋。
采用圖4～6示意性地表示的支座結(jié)構(gòu)可避免這些問題。
如圖4～6所示，支座11從反射器零件10向后伸出，并且形狀為弧形，或更具體地說為半圓形。支座的半徑中心17與反射器零件的反射表面的幾何中心一致，它與第一根軸15在一直線上。支座的末端部分18利用與第二根軸16重合放置的軸承支承的軸(沒有示出)，與反射器零件連接。
如示意圖所示，通常，支座11可以作成一個金屬或塑料框架，并安裝在支承結(jié)構(gòu)19上，將反射器零件10放置在地平面13上面的要求高度上。
支座11支承在可使支座繞半徑中心17作回轉(zhuǎn)運動的空轉(zhuǎn)滾子20上，并且驅(qū)動軸21利用驅(qū)動軸和支座之間的齒輪連接(沒有示出)，將回轉(zhuǎn)驅(qū)動傳給支座。驅(qū)動軸21的軸線與第一根軸15平行；并且圖中沒有示出，當需要將圍繞第一根軸回轉(zhuǎn)運動傳給反射器零件10時，驅(qū)動軸21與通電的電氣馬達或液壓馬達連接。
驅(qū)動件22通過可鎖緊的球接頭(沒有示出)與反射器零件10的后側(cè)連接，使反射器零件開始處在相對于驅(qū)動件22的所要求的方向上。采用一個直線往復(fù)移動機構(gòu)23(見圖5和圖6)將繞邊軸的運動傳給驅(qū)動件22，并使反射器零件10圍繞第二根軸16轉(zhuǎn)動。
圖5表示排成一排的，安裝在支座上的多個反射器零件，圖6表示在一小的定日鏡陣列內(nèi)的多個排。在每一種情況下，每一排內(nèi)的定日鏡都由一根驅(qū)動軸21連接在一起。另外，在每一排中，利用一根作移動的軸23，可使從相應(yīng)的反射器零件10向后伸出的多個平行的驅(qū)動件22連接在一起。
圖7和圖8表示使反射器零件圍繞第二根軸16，相對于支座11轉(zhuǎn)動的一個定日鏡的反射器零件10的移動運動的另一種方法。因為當驅(qū)動件22繞支軸轉(zhuǎn)動，使反射器零件10轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動件22的有效長度(在垂直方向)改變，因此必需采取措施保持驅(qū)動件22和移動軸23之間的連接。如圖8所示，它可通過使驅(qū)動件可伸縮，或如圖7所示，通過使對驅(qū)動件22進行繞支軸轉(zhuǎn)動的驅(qū)動，升高和降低移動運動軸23來達到。
雖然，為了避免相鄰的定日鏡之間遮蔭，支座11的末端部分18之間的長度要與反射器零件10的主要軸的長度相適應(yīng)，但最好支座11的尺寸較小。這表示在圖9中，當尺寸改變時，必需采取一些特殊的結(jié)構(gòu)，來驅(qū)動驅(qū)動件22。
如上所述，反射器零件10的形狀應(yīng)能使定日鏡放置得最優(yōu)，較緊湊。這可通過用圖10A、B、和C所示的一種或另一種方法(一般來說)來制造反射器零件來達到。在每一種情況下，反射器零件10為包括三對平行的邊和長度相等的四個邊24的六角形形狀。另外，在每一種情況下，主對角線a的長度比每一個零件二個相對的邊25之間的距離上的長度上。六角形的邊成比例，使通過矩形部分四個角的一個假想圓的弧27完全在三角形末端部分內(nèi)；或在極限條件下，與每一個三角形部分的二個相鄰的邊相切。在這種情況下，六角形的比例滿足下列標準a≥c+b2/c……(式1)式中，在任何一種情況下，c相應(yīng)于每一個邊25的長度。在間隔小的一組反射器中，每一個反射器都成比例，以滿足式(1)。因此，驅(qū)動定日鏡時，可以避免反射器碰撞。結(jié)果，甚至當反射器間隔很近時，該組反射器也能覆蓋100％的地面。
應(yīng)當理解，先前技術(shù)的參考文獻·1996年3月28日提出的PCT/AU96/00177，·1997年12月19日提出的PCT/AU97/00864，·Mills D.R.和Schramek P.的文章“帶成套定日鏡的多塔式太陽能陣列(MTSA)”-第9屆國際太陽能熱集中工藝學(xué)術(shù)討論會論文集，Solar Paces，F(xiàn)ont-Romeu，F(xiàn)rance，1998，6月；和·Schramek.P和Mills D.R的文章“多塔式太陽能陣列的定日鏡場的位能”-第10屆國際太陽能熱集中工藝學(xué)術(shù)討論會論文集，Solar Paces，Sydney，Australia，2000年3月。
并不是使這些先前技術(shù)的文獻成為公知常識的一部分，不論在澳大利亞或任何其他國家都如此。
對以上所述和所附權(quán)利要求書所述的發(fā)明可以作各種改變和改進。
權(quán)利要求
1.一種定日鏡，它包括一個反射器零件；一個在地平面上面支承該反射器零件的支座；一個在使用中將支座圍繞固定的、在定日鏡使用中基本上與地平面平行的第一根軸的轉(zhuǎn)動驅(qū)動傳給支座的驅(qū)動裝置；一種將反射器零件安裝在支座上的裝置；該裝置可使反射器零件相對于支座圍繞著不與第一根軸平行的第二根軸作轉(zhuǎn)動運動；和一個驅(qū)動裝置，它在使用中可將繞第二根軸的轉(zhuǎn)動運動傳給反射器零件。
2.如權(quán)利要求1所述的定日鏡，其特征為，用于將繞支軸轉(zhuǎn)動運動傳給支座的驅(qū)動裝置包括第一個驅(qū)動裝置；用于將繞支軸的轉(zhuǎn)動運動傳給反射器零件的驅(qū)動裝置包括與第一個驅(qū)動裝置隔開的第二個驅(qū)動裝置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的定日鏡，其特征為，反射器零件包括一個玻璃鏡。
4.如權(quán)利要求1或2所述的定日鏡，其特征為，反射器零件包括一個金屬鏡。
5.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的定日鏡，其特征為，反射器零件圍繞著它可樞轉(zhuǎn)地安裝在支座上的第二根軸與第一根軸垂直。
6.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的定日鏡，其特征為，反射器零件形狀為多邊形。
7.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的定日鏡，其特征為，反射器零件安裝在支座上，使第二根軸在通過反射器零件的周邊上的二個最遠點的線上。
8.如權(quán)利要求6所述的定日鏡，其特征為，反射器零件的形狀為六角形。
9.如權(quán)利要求8所述的定日鏡，其特征為，反射器零件的六角形形狀包括三對基本上平行的，包圍中心矩形部分和二個三角形末端部分的邊。
10.如權(quán)利要求9所述的定日鏡，其特征為，六角形的邊是成比例的，使通過矩形部分的4個角的假想圓的弧完全位于三角形的末端部分內(nèi)，或在極限條件下，與每一個三角形部分的相鄰的邊相切。
11.如權(quán)利要求2～10中任何一條所述的定日鏡，其特征為，第一個驅(qū)動裝置包括圍繞著與第一根軸平行軸轉(zhuǎn)動，并且將回轉(zhuǎn)驅(qū)動傳給定日鏡支座的一根驅(qū)動軸。
12.如權(quán)利要求2～11中任何一條所述的定日鏡，其特征為，第二個驅(qū)動裝置包括與定日鏡的反射器零件的后側(cè)連接，并且被驅(qū)動從而將圍繞第二根軸的轉(zhuǎn)動傳給反射器零件的驅(qū)動件。
13.如權(quán)利要求12所述的定日鏡，其特征為，驅(qū)動件通過一個可調(diào)節(jié)的接點與反射器零件的后側(cè)連接。
14.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的定日鏡，其特征為，定日鏡的反射器零件的支座為弧形形狀，并且其每一個末端與反射器零件連接。
15.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的定日鏡，其特征為，支座為半圓形形狀，其半徑的中心與反射器零件的反射表面的幾何中心一致。
16.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的定日鏡，其特征為，反射器零件具有一個平的反射表面。
17.如權(quán)利要求1～15中任何一條所述的定日鏡，其特征為，反射器零件具有一個曲線形的反射表面。
18.一種包括如上述權(quán)利要求中任何一條所述的多個定日鏡的太陽能反射器陣列，其特征為，定日鏡排成一排，將入射的輻射太陽能反射至至少一個目標收集器。
19.如從屬于權(quán)利要求11的權(quán)利要求18所述的太陽能反射器陣列，其特征為，在該陣列的每一排中的至少一些定日鏡的支座，利用一個公共的所述驅(qū)動軸連接在一起。
20.如權(quán)利要求19所述的太陽能反射器陣列，其特征為，第一個驅(qū)動裝置中的至少一些裝置包括一個電機，用于將驅(qū)動傳給多個驅(qū)動軸。
21.如權(quán)利要求19所述的太陽能反射器陣列，其特征為，使用一個電機，將驅(qū)動傳給在定日鏡陣列中的所有驅(qū)動軸。
22.如權(quán)利要求18～21中任何一條所述的太陽能反射器陣列，其特征為，在該陣列給定排內(nèi)的多個反射器零件，通過將相應(yīng)的驅(qū)動件與構(gòu)成第二個驅(qū)動裝置一部分的一個公共移動運動機構(gòu)連接，而連接在一起。
23.如權(quán)利要求22所述的太陽能反射器陣列，其特征為，設(shè)有調(diào)節(jié)驅(qū)動件長度的裝置，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動件的長度，可將成套的移動運動傳給多個驅(qū)動件。
24.如權(quán)利要求22所述的太陽能反射器陣列，其特征為，設(shè)有調(diào)節(jié)驅(qū)動件長度的裝置，通過調(diào)節(jié)移動運動機構(gòu)的工作平面，適應(yīng)驅(qū)動件的角度位移，可將成套的移動運動傳給多個驅(qū)動件。
全文摘要
一種定日鏡，它包括一個反射器零件；一個在地平面上面支承該反射器零件的支座；一個在使用中將支座圍繞固定的、在定日鏡使用中基本上與地平面平行的第一根軸的轉(zhuǎn)動驅(qū)動傳給支座驅(qū)動裝置；一種將反射器零件安裝在支座上的裝置；該裝置可使反射器零件，相對于支座，圍繞著不與第一根軸平行的第二根軸作轉(zhuǎn)動運動；和一個驅(qū)動裝置，它在使用中可將繞第二根軸的轉(zhuǎn)動運動傳給反射器零件?？梢詾槠交驈澢姆瓷淦髁慵梢杂啥鄠€子反射器零件構(gòu)成。另外，多個反射器零件可以由一個支座支承。多個上述的定日鏡可以形成太陽能反射器陣列，定日鏡則將入射的輻射太陽能反射至至少一個目標收集器。
文檔編號F24J2/38GK1630798SQ02805965
公開日2005年6月22日 申請日期2002年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月7日
發(fā)明者戴維·米爾斯, 菲利普·施拉米克 申請人:悉尼大學(xué)