DE10056077B4

DE10056077B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften eines optischen Spiegelelementes

Info

Publication number: DE10056077B4
Application number: DE10056077A
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Ing. Eck; Marc Roeger
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2020-11-09
Also published as: DE10056077A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften eines parabolrinnenförmigen, eine Längsachse und eine im Querschnitt parabelförmige Spiegelfläche aufweisenden optischen Spiegelelementes, dadurch gekennzeichnet, daß man auf einer Ebene, die durch die Längsachse und eine quer zur Längsachse verlaufende Verbindungsstrecke, die die Brennlinie der Spiegelfläche mit der Schnittlinie der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche verbindet, definiert ist, einen ein Muster aufweisenden Gegenstand positioniert und daß man das von der Spiegelfläche auf eine Bildfläche projizierte reale Bild des Musters mit einem bei Vorliegen optimaler Abbildungseigenschaften zu erwartenden Idealbild des Musters vergleicht, wobei man die Bildfläche im Bereich der Verbindungsstrecke positioniert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften eines parabolrinnenförmigen oder paraboloidförmigen optischen Spiegelelementes mit im Querschnitt parabelförmiger Spiegelfläche.
Die Erfindung betrifft außerdem Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zur optischen Bestimmung der Abbildungseigenschaften eines parabolrinnenförmigen oder paraboloidförmigen Kollektors mit einem in der Brennlinie bzw. im Brennpunkt des Kollektors angeordneten Absorberelement zur Erwärmung eines Fluids.
Optische Spiegelelemente mit im Querschnitt parabelförmiger Spiegelfläche kommen beispielsweise bei Anlagen zur solaren Direktverdampfung zum Einsatz. Hierbei wird mittels des Spiegelelementes Sonnenstrahlung auf ein Absorberelement reflektiert und dadurch ein Fluid, üblicherweise Wasser, im Absorberelement erwärmt, so daß es zumindest teilweise verdampft. Das Spiegelelement ist hierbei meist als parabolrinnenförmiger Kollektor ausgebildet, d. h. als rinnenförmiger Kollektor mit im Querschnitt parabelförmiger Spiegelfläche. Mittels des Kollektors wird direkte Sonnenstrahlung auf ein koaxial zur Längsachse des Kollektors in dessen Brennlinie ausgerichtetes Verdampferrohr gerichtet. Das durch das Verdampferrohr strömende Fluid wird teilweise verdampft, und der dampfförmige Anteil des Flüssigkeit-Dampfgemisches des Fluids wird anschließend vom flüssi gen Anteil abgetrennt und nach Durchlaufen einer nachgeordneter Überhitzereinheit, in der der Dampf weiter erhitzt wird, einer mit einem elektrischen Generator gekoppelten Turbine zugeführt zur Gewinnung elektrischer Energie.
Alternativ kann bei einer solaren Direktverdampfungsanlage auch ein paraboloidförmiger Kollektor zum Einsatz kommen, d. h. ein rotationssymmetrischer Kollektor mit im Querschnitt parabelförmiger Spiegelfläche, in dessen Brennpunkt ein Verdampferelement zum Erwärmen und zumindest teilweisen Verdampfen des Fluids gehalten ist.
Der Wirkungsgrad derartiger solarer Direktverdampfungsanlagen hängt unter anderem von den Abbildungseigenschaften des zum Einsatz kommenden optischen Spiegelelementes ab. Die Abbildungseigenschaften werden im wesentlichen durch die Oberflächenbeschaffenheit der Spiegelfläche sowie durch deren Ausrichtung bestimmt. Üblicherweise umfaßt das Spiegelelement mehrere schräg zueinander ausgerichtete Spiegelfacetten, die in ihrer Gesamtheit die im Querschnitt ungefähr parabelförmige Spiegelfläche ausbilden. Die Spiegelfacetten werden hierbei von einer Tragstruktur gehalten, die, beispielsweise bei wechselnder Intensität der auf sie einwirkenden Sonnenstrahlung und auch aufgrund des einwirkenden Winddruckes erheblichen thermischen und mechanischen Belastungen unterworfen ist. Diese Belastungen können zu Fehljustierungen der Spiegelfacetten führen, wodurch die Abbildungseigenschaften des Spiegelelementes verschlechtert werden. Dies wiederum hat eine Ver ringerung des Wirkungsgrades der solaren Direktverdampfungsanlage zur Folge.

Aus der DE 42 31 851 C2 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften asphärischer Spiegel bekannt, das sich den physikalischen Effekt der Interferenz zu Nutze macht. Hierzu kommt eine Lichtquelle zum Einsatz, die spektral reine und kohärente Lichtstrahlung bereitstellt. Die Lichtstrahlung wird auf den Spiegel gerichtet und die reflektierte Strahlung trifft auf ein Ronchi-Gitter mit vorbestimmter und im wesentlichen einheitlicher Periodizität. Die durch das Gitter hindurchtretende Lichtstrahlung bildet ein Interferenzmuster, das im Hinblick auf mögliche Oberflächendefekte des Spiegels ausgewertet werden kann.

Die DE 196 43 018 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften von Spiegeln, bei dem ebenfalls eine künstliche Lichtquelle zum Einsatz kommt. Die von der Lichtquelle austretende Lichtstrahlung wird auf ein Raster gerichtet zur Erzeugung eines Streifenmusters aus abwechselnd hellen und dunklen Streifen. Dieses Streifenmuster wird auf den Spiegel gerichtet, und das vom Spiegel reflektierte Bild des Streifenmusters wird mittels einer Zeilenkamera analysiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe die Abbildungseigenschaften des optischen Spiegelelementes auf einfache Weise bestimmt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften eines parabolrinnenförmigen, eine Längsachse und eine im Querschnitt parabelförmige Spiegelfläche aufweisenden optischen Spiegelelementes dadurch gelöst, daß man auf einer Ebene, die durch die Längsachse und eine quer zur Längsachse verlaufende Verbindungsstrecke, die die Brennlinie der Spiegelfläche mit der Schnittlinie der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche verbindet, definiert ist, einen ein Muster aufweisenden Gegenstand positioniert und daß man das von der Spiegelfläche auf eine Bildfläche projizierte reale Bild des Musters mit einem bei Vorliegen optimaler Abbildungseigenschaften zur erwartenden Idealbild des Musters vergleicht, wobei man die Bildfläche im Bereich der Verbindungsstrecke positioniert.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß man die Abbildungseigenschaften des optischen Spiegelelementes auf einfache Weise dadurch bestimmen kann, daß man auf einer Ebene, die durch die Längsachse der Spiegelfläche und eine quer zur Längsachse verlaufende Verbindungsstrecke definiert ist, die die Brennlinie der Spiegelfläche mit der Schnittlinie der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche verbindet, einen Gegenstand positioniert, der ein vorgegebenes Muster trägt, und daß man das von der Spiegelfläche auf eine im Bereich der Verbindungsstrecke positionierte Bildfläche projizierte Bild des Musters mit dessen Idealbild vergleicht, das bei Vorliegen optimaler Abbildungseigenschaften aufgrund theoretischer Erwägungen zu erwarten ist. Die hierbei feststellbaren Verzerrungen ermöglichen eine unmittelbare Bestimmung der Abbildungseigenschaften des Spiegelelementes. Insbesondere kann aufgrund gegebenenfalls auftretender Verzerrungen festgestellt werden, in welchem Bereich der Spiegelfläche eine Fehljustierung bezogen auf den idealen parabelförmigen Querschnittsverlauf vorliegt. Dies ermöglicht es bei Ausgestaltung des Spiegelelementes in Form mehrerer separater Spiegelfacetten, einzelne Spiegelfacetten nachzujustieren.

Im einfachsten Fall kann das Bild des Musters auf einen Bildschirm projiziert werden, der quer zu der die Brennlinie mit der Schnittlinie der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche verbindenden Verbindungsstrecke ausgerichtet ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn man das Bild des Musters mittels einer Kamera erfaßt. Die Kamera wird hierbei auf der genannten Verbindungsstrecke positioniert. Um die Bestimmung der Abbildungseigenschaften des Spiegelelementes zu automatisieren, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß man das Bild des Musters mittels einer elektronischen Bildverarbeitungseinheit mit dem bei optimalen Abbildungseigenschaften zu erwartenden Idealbild vergleicht. Hierzu kann eine an sich bekannte und deshalb vorliegend nicht näher erläuterte Bildverarbeitungssoftware herangezogen werden.

Wie bereits erläutert, ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Bild des Musters auf einer auf der Verbindungsstrecke positionierten Bildfläche zu erfassen. Als vorteilhaft hat sich hierbei erwiesen, wenn man das Bild des Musters unmittelbar an dem dem Spiegel abgewandten Ende des Gegenstandes erfaßt.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn man einen Gegenstand mit einem Muster verwendet, das sich von der Brennlinie der Spiegelfläche bis zur Schnittlinie der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche erstreckt, denn dadurch wird die gesamte Spiegelfläche von den vom Muster ausgehenden und auf die im Bereich der genannten Verbindungsstrecke positionierte Bildfläche reflektierten Lichtstrahlen erfaßt. Auf diese Weise kann ohne Veränderung der Position des Musters der gesamte Querschnittbereich der Spiegelfläche hinsichtlich seiner Abbildungseigenschaften geprüft werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn man das von der Spiegelfläche an der Schnittlinie der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche erzeugte Bild des Musters mit dem Idealbild vergleicht, indem man an dieser Schnittlinie ein Bildflächenträger, beispielsweise eine Kamera, positioniert. Dies gibt die Möglichkeit, den gesamten Querschnittsbereich der Spiegelfläche zu beurteilen, ohne daß hierbei der Bildflächenträger entlang der Verbindungsstrecke zwischen der Brennlinie und der Schnittlinie der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche versetzt werden muß.

Von Vorteil ist es, wenn man einen Gegenstand mit einem zweidimensionalen Muster verwendet. Das Muster wird in der durch die genannte Verbindungsstrecke und die Längsachse des Spiegelelementes vorgegebenen Ebene anordnet. Der Einsatz eines derartigen Musters ermöglicht die Bestimmung eines Längsabschnittes des parabolrinnenförmigen Spiegelelementes, ohne daß hierzu das Muster in Längsrichtung versetzt werden muß.

So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß man einen Gegenstand mit einem Muster verwendet, das mehrere parallel zur Längsachse des Spiegelelementes ausgerichtete Streifen aufweist. Vorzugsweise werden hierbei zur Verdeutlichung des Musters farbige Streifen verwendet.

Es kann auch vorgesehen sein, daß man einen Gegenstand mit einem Muster verwendet, das eine Gitterstruktur aufweist. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn eine rechtwinklige Gitterstruktur zum Einsatz kommt, denn dies ermöglicht eine besonders einfache Bestimmung gegebenenfalls auftretender Verzerrungen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß man als Gegenstand eine Leinwand oder einen Schirm mit einem aufgebrachten Muster verwendet.

Bei einem Verfahren zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften eines paraboloidförmigen, eine Rotationsachse und eine im Querschnitt parabelförmige Spiegelfläche aufweisenden optischen Spiegelelementes wird die ein gangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß man auf einer Verbindungsstrecke, die den Brennpunkt der Spiegelfläche mit dem Schnittpunkt der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche verbindet, einen Gegenstand mit einem rotationssymmetrischen Muster positioniert, wobei man das Muster koaxial zur Rotationsachse ausrichtet, und daß man das von der Spiegelfläche auf eine Bildfläche projizierte reale Bild des Musters mit einem bei Vorliegen optimaler Abbildungseigenschaften zu erwartenden Idealbild des Musters vergleicht, wobei man die Bildfläche im Bereich der Verbindungsstrecke positioniert.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn man zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften des paraboloidförmigen Spiegelelementes als Gegenstand einen koaxial zur Rotationsachse des Spiegelelementes ausgerichteten Stab verwendet. Der Stab kann beispielsweise ein Streifenmuster in Form mehrerer, in Längsrichtung des Stabes in gleichmäßigem Abstand zueinander angeordneter Farbringe aufweisen.

Wie eingangs erwähnt, betrifft die Erfindung außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des voranstehend genannten Verfahrens zur optischen Bestimmung der Abbildungseigenschaften eines parabolrinnenförmigen oder paraboloidförmigen Kollektors mit einem in der Brennlinie bzw. im Brennpunkt des Kollektors angeordneten Absorberelement zur Erwärmung eines Fluids.

Bei einer Vorrichtung zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften eines parabolrinnenförmigen Kollektors mit einer Spiegelfläche und mit einem in der Brennlinie angeordneten Absorberelement wird die eingangs genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung einen mit dem Absorberelement lösbar verbindbaren Gegenstand umfaßt, der ein Muster aufweist und in einer Ebene positionierbar ist, die durch eine Längsachse des Kollektors und eine quer zur Längsachse verlaufende Verbindungsstrecke definiert ist, die die Brennlinie des Kollektors mit der Schnittlinie der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche des Kollektors verbindet, und daß die Vorrichtung einen auf dieser Verbindungsstrecke positionierbaren Bildflächenträger aufweist mit einer Bildfläche, auf die vom Kollektor ein Bild des Musters projizierbar ist.

Wie bereits erläutert, kann das vom Kollektor auf die Bildfläche des Bildflächenträgers projizierte Bild des Musters mit einem Idealbild des Musters verglichen werden, das bei Vorliegen optimaler Abbildungseigenschaften aufgrund theoretischer Erwägungen zu erwarten ist. Die durch den Vergleich gegebenenfalls feststellbaren Verzerrungen ermöglichen eine einfache Bestimmung der Abbildungseigenschaften des Kollektors. Da der Kollektor üblicherweise mehrere Spiegelfacetten umfaßt, die in ihrer Gesamtheit die im Querschnitt im wesentlichen parabelförmige Spiegelfläche des Kollektors ausbilden, kann durch Vergleich des projizierten realen Bildes des Musters mit dessen Idealbild eine mögliche Fehljustie rung einer oder mehrerer Spiegelfacetten ebenso erkannt werden wie eine Beeinträchtigung von deren optischer Oberflächenbeschaffenheit, d. h. Welligkeit, Rauhigkeit, Reflexionsgrad und dergleichen.

Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Bildflächenträger eine Kamera vorgesehen, die auf der Verbindungsstrecke positionierbar ist, welche die Brennlinie des Reflektors mit der Schnittlinie der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche des Reflektors verbindet.

Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Vorrichtung eine elektronische Bildverarbeitungseinheit umfaßt, die elektronisch mit der Kamera koppelbar ist, denn dadurch kann der Vergleich des Bildes des Musters mit dessen Idealbild automatisiert werden.

Als günstig hat es sich erwiesen, wenn der Gegenstand ein zweidimensionales Muster aufweist, das in der durch die genannte Verbindungsstrecke und die Längsachse des parabolrinnenförmigen Kollektors vorgegebenen Ebene ausrichtbar ist.

Als Gegenstand kann beispielsweise eine zwischen der Brennlinie der Spiegelfläche des Kollektors und der Schnittlinie der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche aufspannbare Leinwand zum Einsatz kommen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß der Gegenstand in Längsrichtung des Absorberrohrs verschiebbar mit dem Absorberrohr verbindbar ist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht eine besonders einfache Handhabung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur optischen Bestimmung der Abbildungseigenschaften des Kollektors über dessen gesamte Längserstreckung.

Bei einer Vorrichtung zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften eines paraboloidförmigen Kollektors mit einer Spiegelfläche und mit einem im Brennpunkt der Spiegelfläche angeordneten Absorberelement wird die eingangs genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung einen mit dem Absorberelement lösbar verbindbaren, ein rotationssymmetrisches Muster aufweisenden Gegenstand aufweist, wobei das Muster koaxial zur Rotationsachse des paraboloidförmigen Kollektors ausrichtbar ist, und daß der Gegenstand auf einer Verbindungsstrecke positionierbar ist, die den Brennpunkt der Spiegelfläche des Kollektors mit dem Schnittpunkt der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche verbindet, und daß die Vorrichtung einen auf der Verbindungslinie positionierbaren Bildflächenträger umfaßt mit einer Bildfläche, auf die ein von der Spiegelfläche des Kollektors reflektiertes Bild des Musters projizierbar ist.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der Gegenstand stabförmig ausgestaltet ist. Wie bereits erläutert, ist es hierbei von Vorteil, wenn der Gegenstand in Form eines Stabes ausgebildet ist, der in Stablängsrichtung gleichmäßig verteilt eine Vielzahl von Farbringen trägt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

1: eine perspektivische Teildarstellung einer Anlage zur solaren Direktverdampfung;

2: eine vereinfachte Schnittdarstellung eines bei der Anlage zur solaren Direktverdampfung zum Einsatz kommenden Parabolrinnenkollektors mit einer Vorrichtung zur Bestimmung von dessen Abbildungseigenschaften;

3: eine Seitenansicht des in 2 dargestellten Parabolrinnenkollektors mit der Vorrichtung zur Beurteilung seiner Abbildungseigenschaften;

4: eine Prinzipdarstellung eines idealen und eines realen Bildes, das mittels der Vorrichtung zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften des in den 2 und 3 dargestellten Parabolrinnenkollektors erzeugbar ist und

5: einen Prinzipdarstellung eines idealen und eines realen Bildes, das mittels einer Vorrichtung zur Beurteilung der Abbildungseigenschaf ten eines paraboloidförmigen Kollektors erzeugbar ist.

In 1 ist schematisch eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte Anlage zur solaren Direktverdampfung dargestellt, mit deren Hilfe ein Fluid, üblicherweise Wasser, mittels Sonnenstrahlung teilweise verdampft und der dampfförmige Anteil anschließend zusätzlich überhitzt werden kann. Der überhitzte Wasserdampf wird dann in üblicher Weise einer mit einem elektrischen Generator gekoppelten Turbine zugeführt zur elektrischen Energiegewinnung.
Die Direktverdampfungsanlage 10 umfaßt eine Verdampfereinheit 12 zur zumindest teilweisen Verdampfung des Fluids sowie eine der Verdampfereinheit 12 nachgeordnete Überhitzereinheit 14 zur Überhitzung des Dampfanteils des Fluids. Zur Erwärmung des Fluids bzw. zur weiteren Erhitzung von dessen dampfförmigem Anteil weisen die Verdampfereinheit 12 und die Überhitzereinheit 14 jeweils einen Kollektor 16 bzw. 18 auf, mit dessen Hilfe die auf die Kollektoroberfläche auftretende Sonnenstrahlung in Richtung auf ein Absorberelement in Form eines Verdampferrohrs 20 bzw. in Form eines Überhitzerrohrs 22 gebündelt werden kann.
Das zu verdampfende Fluid kann dem Verdampferrohr 20 über eine Versorgungsleitung 24 zugeführt werden. Beim Durchströmen des Verdampferrohrs 20 wird das Fluid von der auftreffenden Sonnenstrahlung erwärmt und teilweise verdampft. Der dampfförmige Anteil des Fluids kann vom flüssigen Anteil mittels eines sich in Strömungsrichtung an das Verdampferrohr 20 anschließenden Separators 26 abgetrennt werden. Dieser umfaßt erste und zweite Verzweigungsleitungen 28 bzw. 30, die vertikal ausgerichtet nach oben bzw. nach unten verlaufen und zusammen mit dem der Versorgungsleitung 24 abgewandten Endbereich des Verdampferrohrs eine T-förmige Leitungsverzweigung 32 ausbilden.
Der flüssige Anteil des Flüssigkeits-Dampfgemisches wird von der zweiten Verzweigungsleitung 30 über eine Rückführleitung 34, in die eine an sich bekannte und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellte Rezirkulationspumpe geschaltet ist, zur Versorgungsleitung 24 zurückgeführt, so daß die Anlage zur solaren Direktverdampfung 10 rezirkulierend betrieben werden kann.
Der dampfförmige Anteil des durch das Verdampferrohr 20 hindurch geführten Fluids wird von der ersten Verzweigungsleitung 28 aufgenommen und über ein U-förmiges Zwischenstück zur weiteren Überhitzung dem Überhitzerrohr 22 zugeführt.
Wie insbesondere aus 1 deutlich wird, sind die Kollektoren 16 und 18 jeweils rinnenförmig ausgestaltet und weisen eine koaxial zu dem Verdampferrohr 20 bzw. dem Überhitzerrohr 22 ausgerichtete Längsachse 38 auf. Quer zur Längsachse 38 ist die nachfolgend als Spiegelfläche bezeichnete Kollektoroberfläche 40 parabelförmig gekrümmt. Dies wird insbesondere aus 2 deutlich. Die Spiegelfläche 40 wird hierbei von mehreren, paral lel zur Längsachse 38 ausgerichteten und aneinander anliegenden Spiegelfacetten 42 ausgebildet, die von einer Tragstruktur 44 bzw. 46 gehalten sind.
Der Wirkungsgrad der solaren Direktverdampfungsanlage 10 wird u. a. von den Abbildungseigenschaften der Kollektoren 16 und 18 bestimmt. Die Abbildungseigenschaften wiederum sind von der Oberflächenbeschaffenheit der Spiegelfläche 40 abhängig sowie von der Ausrichtung der Spiegelfacetten 42. Zur Beurteilung der Abbildungseigenschaften der Kollektoren 16 und 18 kommt eine Vorrichtung 50 zum Einsatz, die in den 2 und 3 dargestellt ist. Die Vorrichtung umfaßt eine elektronische Kamera 52, die in Höhe der Schnittlinie der Flächennormalen 54 und 56 der parallel zur Längsachse 38 verlaufenden seitlichen Endbereiche 58 bzw. r der Spiegelfläche 40 angeordnet ist. Dieser Schnittlinie wird im folgenden mit B bezeichnet.
Wie bereits erwähnt, sind das Verdampferrohr 20 und das Überhitzerrohr 22 jeweils in der Brennlinie der Spiegelfläche 40 der Kollektoren 16 bzw. 18 angeordnet. Die Brennlinie wird im folgenden mit F bezeichnet. Zwischen der Brennlinie F und der Schnittlinie B der Flächennormalen 54 und 56 ist ein Gegenstand in Form einer Leinwand 62 angeordnet, die mittels einer Haltevorrichtung 64 lösbar verbindbar und entlang des Verdampferrohrs 20 verschiebbar am Verdampferrohr 20 gehalten ist. Alternativ kann die Leinwand 62 mittels der Haltevorrichtung 64 auch entlang der Längsachse 38 verschiebbar am Überhitzerrohr 22 positioniert werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel überdeckt die Leinwand 62 die gesamte Verbindungsstrecke FB, die die Brennlinie F mit der Schnittlinie B der Flächennormalen 54 und 56 verbindet und senkrecht zur Längsachse 38 ausgerichtet ist. Die Leinwand 62 ist in einer Ebene aufgespannt, die durch die Verbindungsstrecke FB sowie die Längsachse 38 definiert ist. Sowohl auf ihrer der Flächennormalen 54 zugewandten Oberseite als auch auf ihrer der Flächennormalen 56 zugewandten Unterseite trägt die Leinwand 62 jeweils ein Muster 66 in Form einer Vielzahl von parallel zur Längsachse 38 ausgerichteten Streifen 68.
Das in der durch die Verbindungsstrecke FB und die Längsachse 38 definierten Ebene angeordnete Streifenmuster 66 wird von der Spiegelfläche 40 reflektiert, so daß im Bereich der Schnittlinie B der Flächennormalen 54 und 56 von den Reflektionsstrahlen 70 ein Bild des Streifenmusters auf das Objektiv der Kamera 52 projiziert wird. Von der Kamera 52 kann somit ein Bild des Streifenmusters 66 aufgenommen werden, und dieses Bild kann zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften des Kollektors 16 bzw. des Kollektors 18 mit einem Idealbild des Musters 66 verglichen werden, das bei Vorliegen optimaler Abbildungseigenschaften aufgrund theoretischer Überlegungen zu erwarten ist.
In 4 ist auf der linken Hälfte das Idealbild des streifenförmigen Musters 66 dargestellt, daß theore tisch bei optimalen Abbildungseigenschaften des Kollektors 16 erzielt werden kann.
Auf der rechten Hälfte der 4 ist schematisch ein praktisch erzielbares Bild des streifenförmigen Musters 66 dargestellt, wobei die unter realen Bedingungen auftretenden Verzerrungen zur Verdeutlichung übertrieben stark dargestellt sind.
Das von der Kamera 52 aufgenommene Bild 74 des streifenförmigen Musters 66 wird mittels einer über eine Signalleitung 76 mit der Kamera 52 verbundenen Bildverarbeitungseinheit 78 mit dem Idealbild des Musters 66 verglichen, so daß festgestellt werden kann, welche Oberflächenbereiche der Spiegelfläche 40 zu Verzerrungen führen. Diese Oberflächenbereiche können anschließend nachbearbeitet werden, insbesondere ist es möglich, einzelne Spiegelfacetten 42 nachträglich zu justieren, so daß insgesamt ein Bild des Streifenmusters 66 erzielt werden kann, das nur sehr geringe Unterschiede zu dessen Idealbild aufweist.
Zur Beurteilung der gesamten Spiegelfläche 40 kann die Leinwand 62 zusammen mit der Kamera 52 mittels der Haltevorrichtung entlang des Verdampferrohrs 20 verschoben werden, so daß über die gesamte Länge des Kollektors 16 eine zuverlässige Beurteilung von dessen Abbildungseigenschaften möglich ist.
In entsprechender Weise können auch die Abbildungseigenschaften des Kollektors 18 beurteilt werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die Leinwand 62 zusammen mit der Kamera 52 mittels der Haltevorrichtung 64 an das Überhitzerrohr 22 anzukoppeln.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kamera 52 im Bereich der Schnittlinie B der Flächennormalen 54 und 56 angeordnet. Dies ermöglicht eine Erfassung der Spiegelfläche 40 über deren gesamten Querschnittsbreite. Soll lediglich ein engerer Bereich der Spiegelfläche 40 beurteilt werden, so kann hierzu die Kamera 52 auf der Verbindungsstrecke FB in Richtung auf die Brennlinie F verschoben werden. Je geringer der Abstand zwischen der Kamera 52 und der Brennlinie F, desto schmaler ist der Bereich der Spiegelfläche 40, der mittels der Kamera 52 durch Vergleich des auf die Kamera 52 projizierten Bildes des Musters 66 mit dessen Idealbild untersucht werden kann.
Soll statt der in den 1, 2 und 3 dargestellten parabolrinnenförmigen Spiegelfläche 40 die Spiegelfläche eines paraboloidförmigen Kollektors dargestellt werden, in dessen Brennpunkt ein Verdampferelement positioniert ist zur zumindest teilweisen Verdampfung eines Fluids, so kann hierzu statt der Leinwand 62 ein Gegenstand in Form eines Stabes zum Einsatz kommen, der koaxial zur Rotationsachse des paraboloidförmigen Kollektors ausgerichtet ist und ein Muster in Form einer Vielzahl von den Stab umgebenden Ringstreifen trägt. Ein derartiges rotationssymmetrisches Muster führt bei einer paraboloidförmigen Spiegelfläche zu einem Idealbild, wie es auf der linken Hälfte der 5 darge stellt ist. Das Idealbild zeigt eine Vielzahl konzentrischer Kreise. Durch Beeinträchtigung der Oberflächenbeschaffenheit der paraboloidförmigen Spiegelfläche sowie durch Fehljustierung einzelner Oberflächenbereiche kommt es in der Praxis zu Verzerrungen, so daß statt des in 5 auf der linken Hälfte dargestellten Idealbildes von einem rotationssymmetrischen Muster ein reales Bild erzeugt wird, wie es in 5 auf der rechten Hälfte 82 dargestellt ist. Wiederum können durch Vergleich des rotationssymmetrischen Idealbildes mit dem mittels der Kamera 52 erfaßten realen Bild 82 die Abbildungseigenschaften des paraboloidförmigen Kollektors bestimmt werden, so daß durch eine Nachbearbeitung der Spiegelfläche und insbesondere durch eine nachträgliche Justierung einzelner Flächenbereiche die Abbildungseigenschaften des Kollektors verbessert werden können.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften eines parabolrinnenförmigen, eine Längsachse und eine im Querschnitt parabelförmige Spiegelfläche aufweisenden optischen Spiegelelementes, dadurch gekennzeichnet, daß man auf einer Ebene, die durch die Längsachse und eine quer zur Längsachse verlaufende Verbindungsstrecke, die die Brennlinie der Spiegelfläche mit der Schnittlinie der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche verbindet, definiert ist, einen ein Muster aufweisenden Gegenstand positioniert und daß man das von der Spiegelfläche auf eine Bildfläche projizierte reale Bild des Musters mit einem bei Vorliegen optimaler Abbildungseigenschaften zu erwartenden Idealbild des Musters vergleicht, wobei man die Bildfläche im Bereich der Verbindungsstrecke positioniert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bild des Musters mit einer Kamera erfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bild des Musters mittels einer elektronischen Bildverarbeitungseinheit mit dem Idealbild vergleicht.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bild des Musters unmittelbar an dem dem Spiegel abgewandten Ende des Gegenstandes erfaßt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Gegenstand mit einem Muster verwendet, das sich von der Brennlinie der Spiegelfläche bis zur Schnittlinie der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche erstreckt, und daß man die Bildfläche an der Schnittlinie der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche positioniert und das von der Spiegelfläche auf die Bildfläche projizierte Bild des Musters mit dem Idealbild vergleicht.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Gegenstand mit einem zweidimensionalen Muster verwendet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Gegenstand mit einem Muster verwendet, das mehrere parallel zur Längsachse des Spiegelelementes ausgerichtete Streifen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Gegenstand mit einem Muster verwendet, das eine Gitterstruktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster eine rechtwinklige Struktur aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Gegenstand eine Leinwand oder einen Schirm mit einem aufgebrachten Muster verwendet.
Verfahren zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften eines paraboloidförmigen, eine Rotationsachse und eine im Querschnitt parabelförmige Spiegelfläche aufweisenden optischen Spiegelelementes, dadurch gekennzeichnet, daß man auf einer Verbindungsstrecke, die den Brennpunkt der Spiegelfläche mit dem Schnittpunkt der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche verbindet, einen Gegenstand mit einem rotationssymmetrischen Muster positioniert, wobei man das Muster koaxial zur Rotationsachse ausrichtet, und daß man das von der Spiegelfläche auf eine Bildfläche projizierte reale Bild des Musters mit einem bei Vorliegen optimaler Abbildungseigenschaften zu erwartenden Idealbild des Musters vergleicht, wobei man die Bildfläche im Bereich der Verbindungsstrecke positioniert.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als Gegenstand einen koaxial zur Rotationsachse des Spiegelelementes ausgerichteten Stab verwendet.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur optischen Bestimmung der Abbildungseigenschaften eines parabolrinnenförmigen Kollektors mit einer Spiegelfläche (40) und mit einem in der Brennlinie des Kollektors angeordneten Absorberelement zur Erwärmung eines Fluids, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (50) einen mit dem Absorberelement (20; 22) lösbar verbindbaren, ein Muster (66) aufweisenden Gegenstand (62) umfaßt, der positionierbar ist auf einer Ebene, die definiert ist durch eine Längsachse (38) des Kollektors (16; 18) sowie eine quer zur Längsachse (38) verlaufende Verbindungsstrecke (FB), die die Brennlinie (F) der Spiegelfläche (40) mit der Schnittlinie (B) der Flächennormalen (54, 56) der seitlichen Endbereiche (58, 60) der Spiegelfläche (60) verbindet, und daß die Vorrichtung (50) einen auf der Verbindungsstrecke (FB) positionierbaren Bildflächenträger (52) aufweist mit einer Bildfläche, auf die vom Kollektor (16; 18) ein Bild (74) des Musters (66) projizierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (50) eine Kamera (52) als Bildflächenträger aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (50) eine elektronische Bildverarbeitungseinheit (78) umfaßt, die elektronisch mit der Kamera (52) koppelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand (62) ein zweidimensionales Muster (66) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand eine zwischen der Brennlinie (F) und der voranstehend genannten Schnittlinie (B) aufspannbare Leinwand (62) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand (62) in Längsrichtung des Absorberrohrs (20) verschiebbar mit dem Absorberrohr (20) verbindbar ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Ansprüche 11 oder 12 zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften eines paraboloidförmigen Kollektors mit einer Spiegelfläche und mit einem im Brennpunkt des Kollektors angeordneten Absorber element zur Erwärmung eines Fluids, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen mit dem Absorberelement lösbar verbindbaren, ein rotationssymmetrisches Muster aufweisenden Gegenstand aufweist, wobei das Muster koaxial zur Rotationsachse des Kollektors ausrichtbar ist, und daß der Gegenstand auf einer Verbindungsstrecke positionierbar ist, die den Brennpunkt der Spiegelfläche des Kollektors mit dem Schnittpunkt der Flächennormalen der seitlichen Endbereiche der Spiegelfläche verbindet, und daß die Vorrichtung einen auf der Verbindungslinie positionierbaren Bildflächenträger umfaßt mit einer Bildfläche, auf die vom Kollektor ein Bild des Musters projizierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand stabförmig ausgebildet ist.