JP2017519173A - 集光型太陽熱発電用の安価な放物面円筒形トラフ - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2014年5月13日に出願され、「Low Cost Parabolic Cylindrical Trough forConcentrated Solar Power」と題する米国仮特許出願第61/992373号の優先権および恩典を主張しており、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
本発明の一実施形態に従って、方法は、太陽エネルギーの収集(集積)および集光用の大型(例えば、6m×12mの開口を有する)放物面円筒形トラフを構築することを可能にする。大型トラフは、低い組み立てコストで業界標準の金属構成要素から安価に製作されることができ、それは運用条件の下で高い固有の集光効率を維持する。高い効率は、表面形状の精度(一般にほんの2〜3mmの範囲または1万のうちの約2〜3の部品)の結果であり、それにより当該トラフによってほぼ100%の集光効率を可能にすることができる。更に、トラフが製作されるパネルは、パネルが本発明の実施形態に従って製作されたリブの形状を担うので、予め湾曲される必要がない。予め湾曲するステップを取り除くことは、経済的利点という結果になる。
一般に、集光型太陽熱発電用の大型の放物面(パラボラ)トラフを正確に製作するための方法は、複数の長方形の反射パネルを、隣接するパネルの縁部(エッジ)を位置合わせすることにより組み立て、放物面トラフを画定するために正確に形作られた一組のリブにこれらパネルの背面を機械的に固定することを含む。リブを形作るための革新的な方法が提供される。連続的なシェルとして実現された反射パネルがトラフの全体にわたる剛性および強度に寄与することに欠くことのできない役割を果たす革新的な設計が提供される。
一実施形態において、精密なリブは、放物面トラフの形成を容易にするために製作され得る。図3を参照すると、単一ブレースドリブ300、即ち辺毎に単一のすじかい(ブレース、斜材)を有するリブが、業界標準サイズの中空管から丸められた精密ロール成形管から構成された上部管310を組み込む。上部管は、中心(中央)で接合(結合)された2つの半管(315a、315b)(例えば、それぞれが同じ半管)から構成されることができ、又は代案として、単一の管から丸められ得る。上部管は、真束320(例えば、垂直支柱)及びすじかい330と組み合わされて、剛性が高くて安定した構造体を提供することができ、この場合、すじかい及び真束も標準的なサイズの管から製作されている。接合プレート340が様々な構造要素を剛構造へと接続するために設けられ得る。構造用接着剤、ボルト、リベット、溶接、又は他の金属接合技術の何らかの組み合わせを用いて、リブ部品を結合して剛構造を生むことができる。
3つの点が与えられた場合、これらの点に適合する円の中心と半径を如何にして求めるか?3つの点は、それらが同じ直線上にない場合かつその場合に限り、一意の円を決定する。解析幾何学から、我々は、3つの点、即ち
(x1、y1)、(x2、y2)、(x3、y3)
を通過する一意の円が存在することが分かっている。
それは、以下の行列式を解くことにより求められ得る。即ち
(x2+y2)M11−x・M12+y・M13−M14=0
ここで、(x2+y2)=r2なので、これは以下のように簡略化され得る。
(x−x0)2+(y−y0)2−r0 2=0
となる。
これを展開すると、
(x2−2xx0+x0 2)+(y2−2yy0+y0 2)−r0 2=0
となる。
項を並べ替えて代入すると、
r2−2xx0−2yy0+x0 2+y0 2−r0 2=0
となる。
行列式から類似の項を同等とみなし、円の一般式は以下により与えられる。即ち
反射パネルは、リブに接合されて反射トラフを形成することができる。一般に、これらは有利には、高い効率と耐久性のフィルム、例えばミネソタ州セントポールの3M Companyにより製造されている3M(登録商標)Specular Film-Protected、又はコロラド州アーバダのReflecTech, Inc.により製造されているReflecTech(登録商標)PlusMirror Filmで基材(例えば、シートメタル)の片側をコーティングすることにより、形成され得る。本発明の一実施形態に従って、トラフ表面の形成用のパネルが提供される。図8を参照すると、例えば12mの長さのトラフに関して、各パネル370は12mの長さlを有することができる。これらパネルは、例えば4フィート(1.22m)幅の幅wである標準ロールから伸ばされて平板化され、剪断され得る。材料のロールは、ニューハンプシャー州コンコードのCohen Steelから入手可能な亜鉛メッキされた鋼板(例えば、16〜18ゲージ)とすることができる。これら6枚のシートパネルは、ミラーフィルムで上面810が覆われ得る。長縁対長縁に配置されて、端部リブと内側リブのオフセットパラボラの上面に押し付けて固定され、7.32mの幅を有する6枚のこれらパネルは、12mの長さ及び投射開口6.46mの放物面円筒形反射面へと湾曲され得る。
太陽光の集光用反射器は、連続したトラフを形成する複数の細長いパネル及び当該パネルを支持するように構成されたフレームを含む反射組立体を含むことができる。一実施形態において、フレームは、複数の間隔を置いて配置された支持体、例えばトラスを含むことができ、この場合、各トラスは、オフセットパラボラを画定する表面を有する少なくとも1つのリブを含む。更に、当該実施形態は、フレームを形成するために組み立てられるべき主要な構成要素として、一組の精密なリブ(即ち5つの内側リブと2つの端部リブ)、及び6枚の反射パネルを含むことができる。内側リブはそれぞれ、真束および2つのすじかいに配置された単一の上部管を含むことができる。端部リブは、より強くすることができ、2本の管の間にスペーサが配置された状態で2本の管からなるサンドイッチ構造を含むことができ、真束および2つのすじかいも組み込んでいる。
太陽熱収集器の分野で使用するためのトラフを完成するために、それが所定位置に構築されない場合、トラフは好適には、図13に示されるように、トラフが1つの次元における軸の周りを回転することができるように、軸1310を組み込む2つの支持体に装着される。次いで、レシーバがトラフの焦線に沿って装着される。レシーバは一般に4mの長さで入手可能であるので、レシーバの設計は、レシーバ支持構造体が端部リブに及び他の内側リブ毎に取り付けられ得る限り、2m毎に離隔されたリブと適合する。トラフを完成するための最後の主な作業は、トラフ回転用の手段を組み込むことである。風の状況で及び1時間当たり公称15°の非常に低い回転速度の状況で必要とされ得る大きなトルクの結果として、低電力を暗示し、油圧装置が好適である。これらの準備が完了した状態で、トラフは、隣接するトラフに接続されることができ、その結果、作動流体がトラフの場を介して流れることができ、次いでトラフが、太陽追尾システムの制御下で動作させることができる。
Claims (33)
- 太陽集光用の反射器(1300)であって、
連続したトラフ(1330)を形成する複数の細長いパネル(370)を含む反射組立体(1340)と、
前記パネルを支持するように構成されたフレーム(1230)とを含み、前記パネルに取り付けられた状態の前記フレームが、前記トラフの上面に放物線の輪郭を画定する、反射器(1300)。 - 前記複数のパネルが、z湾曲部(910)又はフランジ(900)の少なくとも1つを用いて接合されて、接着、ボルト締め及びリベット打ちの少なくとも1つによって互いに取り付けられる、請求項1に記載の反射器。
- 前記複数のパネルが、接着、ボルト締め及びリベット打ちの少なくとも1つによって前記パネルに取り付けられる接続ストリップ又はチャネル(920)を用いて接合される、請求項1に記載の反射器。
- 隣接するパネル(370)により画定された継ぎ目(930)にわたって配置された接続ストリップ(920)を更に含む、請求項1に記載の反射器。
- 前記反射組立体が少なくとも3枚のパネルを含む、請求項1に記載の反射器。
- 少なくとも1枚のパネルが、金属シートを含む、請求項1に記載の反射器。
- 少なくとも1枚のパネルが、基材上に配置されたフィルムを含む、請求項1に記載の反射器。
- 前記フレームが複数の離隔された支持体を含む、請求項1に記載の反射器。
- 少なくとも1つの支持体がトラスを含む、請求項8に記載の反射器。
- 前記トラスが、オフセットパラボラを画定する表面を有する少なくとも1つのリブ(300)を含む、請求項9に記載の反射器。
- 前記少なくとも1つのリブが管(310)を含む、請求項10に記載の反射器。
- 太陽反射鏡(1300)を製作する方法であって、
連続したトラフ(1330)を形成するために、弧状表面(1050)上に複数の細長いパネル(370)を位置合わせするステップと、
前記パネルの裏面にフレーム(1230)を固定するステップとを含む、方法。 - 前記複数のパネルが、少なくとも3枚のパネルを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記弧状表面がオフセットパラボラを画定する、請求項12に記載の方法。
- 前記フレームが複数の離隔された支持体を含む、請求項12に記載の方法。
- 少なくとも1つの支持体がトラスを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記トラスが、オフセットパラボラ表面を有する少なくとも1つのリブ(300)を含む、請求項16に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのリブが管(310)を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記複数のパネルをフランジ(900)で相互接続することを更に含む、請求項12に記載の方法。
- 溶接、ろう付け、ボルト締め、及び接着の少なくとも1つによって前記複数のパネルを相互接続することを更に含む、請求項12に記載の方法。
- オフセットパラボラ表面(350)を有する管(310)を形成するための方法であって、
a.リングロール成形機械(400)のローラ(410、420)間に中空管(310)を挿入するステップと、
b.所定の曲率半径(443)を有する弧へと前記管の一部をロール成形するステップと、
c.前記機械を調整し、直前の曲率半径(443)と異なる所定の曲率半径(442)を有する弧へと前記管の次の部分をロール成形するステップと、
d.前記ステップcを1回又は複数回繰り返して、前記管のオフセットパラボラ表面の形成を完了するステップとを含む、方法。 - 各所定の曲率半径が、前記中空管により画定されるべきオフセットパラボラ上の3つの等しく離隔された点(501〜507)に適合される円の半径からなる、請求項21に記載の方法。
- 前記中空管が、アルミニウム、亜鉛メッキ鋼、及びスチールからなるグループから選択された材料からなる、請求項21に記載の方法。
- 前記ステップcが、少なくとも2回繰り返される、請求項21に記載の方法。
- 前記管が、正方形および長方形の少なくとも1つを画定する横断面を含む、請求項21に記載の方法。
- 第1の中空管からなる下部管(720)と、
第2の中空管からなり、前記下部管から離隔されている上部管(310)と、
前記下部管と前記上部管との間に配置された複数のスペーサ(710)とを含み、
少なくとも前記上部管がオフセットパラボラ表面(350)を画定する、リブ(700)。 - 前記第1の中空管および前記第2の中空管の少なくとも一方が、アルミニウム、亜鉛メッキ鋼、及びスチールからなるグループから選択された材料からなる、請求項26に記載のリブ。
- 前記複数のスペーサが、アルミニウム、亜鉛メッキ鋼、及びスチールからなるグループから選択された材料からなる、請求項26に記載のリブ。
- 前記下部管を支持する真束(320)及び少なくとも2つのすじかい(330)を更に含む、請求項26に記載のリブ。
- 不適切に湾曲した細長い管(310)を修正するための方法であって、
前記管(310)の一部を貫いて切断部(610)を作成するステップと、
前記管をオフセットパラボラの弧(350)へと曲げるステップと、
前記切断部へパートナ(630)を付着することにより、所定の弧を安定化するステップとを含む、方法。 - 前記管を曲げることが、リングロール成形機械(400)を用いることを含む、請求項30に記載の方法。
- 前記管が中空である、請求項30に記載の方法。
- 前記パートナが、アルミニウム、亜鉛メッキ鋼、及びスチールからなるグループから選択された材料からなる、請求項30に記載の方法。
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