專利名稱：輻射能收集設備的漂浮平臺的制作方法
技術領域：
本發明涉及輻射能收集設備，在這種設備中，輻射能集中器和／或收集器受到支承而漂浮在液體上，這種設備可在液體上移動而跟蹤太陽的運動。
我的美國專利第5309893號和第5592932號的內容在本說明書中用作參考，在這兩個專利中公開了從太陽收集和集中輻射太陽能的輻射能收集設備。在該設備中，太陽能集中器包括多個帶狀鏡子，它們沿拋物線設置，形成一個組合拋物槽。所述鏡子支承在一個浮體上，該浮體可以轉動在白天的進程中跟隨太陽，以便保證有效的能量集中。浮體也支承太陽能收集器。其用于收集由太陽能集中器集中的太陽能。
本發明的目的是提供一種在使用中可靠和有效的用于漂浮地將太陽能收集設備支承在流體上的方法和裝置。在一個推薦的方面中本發明的目的是提供一種裝置，如果出現浮力損失，該裝置能夠使漂浮支承裝置的浮力得以保持或提高。本發明的其它目的和優點將在下面的描述中闡明。
按照本發明的一個方面，提供一種輻射能收集設備，它包括太陽能收集裝置、用于將所述太陽能收集裝置支承在液體上的平臺裝置、在所述平臺裝置下面用于容納空氣并向所述平臺裝置提供漂浮升力的艙室裝置，所述艙室裝置在其最下側是敞開的。
艙室裝置適當地包括多個獨立的艙室。艙室最好在平臺裝置的下側布置在間隔開來的位置上。
在一種形式中，艙室可以包括與平臺裝置整體形成的艙室。在另一種形式中，艙室可以包括連接于平臺裝置下側的可分離的中空體。在另一種形成中，艙室可以被制造并安裝在平臺裝置的下側上。艙室也可以包括上述布置的任意組合。
當與平臺裝置整體形成時，艙室可以由在平臺裝置下側面上的多條向下延伸的肋或凸緣限定，肋或凸緣限定艙室的側面，艙室的底部由平臺裝置的下側面限定。肋或凸緣可以為不同的結構以形成艙室。例如，艙室可以為圓形、方形、六邊形或其它任何橫截面形狀。在一種形式中，肋或凸緣可以包括橫跨平臺裝置延伸的第一系列基本平行的肋或凸緣和基本與第一系列肋或凸緣成直角延伸的第二系列相交的肋或凸緣。
雖然推薦與平臺裝置整體形成，但是，肋或凸緣也可以連接在平臺裝置的下側面上，為此目的，可以為一種互鎖結構。當需要使艙室氣密時，可以使用適當的密封裝置，特別是在相交的肋或凸緣及它們在平臺裝置上的連接的結合部上。
在平臺裝置的下側面上使用肋或緣也可增加平臺裝置的剛度和強度，使其可以用更輕質的材料構制或使厚度較薄。
當艙室是可分離的中空體時，它們可以是中空的長方體或正方體的形式，例如，可以為倒置且連接或固定在平臺裝置下側面上的桶狀形式的。
如果需要，漂浮平臺可以包括整體形成的艙室和分離體的組合。一些分離體可以設置在整體形成的艙室內，所述艙室可以具與中空體的外部形狀相似的內部形狀。
一種形式的平臺裝置，在其上表面的一種形式中，可以包括一系列為限定太陽能收集裝置的反射器如鏡子設置的座。反射器座可以為與水平面成一個增加的角度的平表的形式，從而使安裝在其上的反射器構成一個組合的拋物槽，以便將太陽能集中在拋物槽的焦點線上或其附近設置的靶上。反射器適當地為玻璃或其它反光材料如拋光金屬的長帶狀鏡子的形式。
在平臺裝置上的反射器座可以形成得使一對平臺裝置可以彼此相對、端部對端部地相鄰設置，以便形成組合拋物槽。因此，在這種結構的反射器座在拋物槽中心以外具有與水平面增加的角度。一系列相對的這種平臺裝置可以按照這種方式布置，連接于適當的框架，或借助于適當的框架連接起來。一般八個這樣的平臺裝置可以按照兩列四排的矩陣設置。在使用中由浮動平臺裝置支承的框架可以用作靶或任何形式的太陽能接收器的支承件。框架可以包括圍繞各平臺裝置周邊的框架構件。平臺裝置最好包括在其周邊的槽，在框架構件上的連接構件伸入所述槽中并支承在槽中的肩部上。
在另一種形式中，平臺裝置的上表面可設有光電池座。為此目的，平臺裝置在其上表面可以包括多個以太陽的平均下傾角(mean declination)傾斜的表面，它根據運行緯度而變化。這些表面一般與水平面成20°-70°角傾斜。或者，光電池可以安裝在分離的構件上，例如安裝在平面構件上，該平面構件與平臺裝置成一個設定的或可調的角度安裝。
在一種結構中，平臺裝置由塑料構成，艙室和反射器或光電池座或表面在平臺裝置的相反側面上形成。但是，平臺裝置也可以由其它材料如鋁等金屬構成。在另一種替代形式中，平臺裝置可以用玻璃增強塑料制成，或用玻璃增強塑料或其它可模制的材料如混凝土模制。混凝土可以包括輕型混凝土，例如內有輕質材料如泡沫塑料球。
為了保證平臺裝置保持其浮力，可以設置向艙室供應空氣的裝置。在一種形式中，空氣供應裝置可以包括一條位于艙室下面的空氣供應軟管或管道。通過軟管供應的空氣形成在液體中的氣泡，這些氣泡上升而向艙室供應空氣以便從艙室置換液體。軟管或管道適當地設有一系列在縱向間隔開來的位置上的孔，以便通過孔排出空氣。過量的空氣將簡單地逸至漂浮平臺裝置的外端或從一個艙室流至下一個艙室。平臺裝置適當地以相連陣列的形式布置，以便圍繞一條豎直軸線轉動，拋物槽(或光電池座)彼此對準或平行。這種陣列作為整體可以圍繞豎直軸線在液體上轉動以追隨太陽。
軟管或管道最好設置得相對于平臺裝置或平臺裝置的陣列的轉動軸線在直徑方向上延伸。這可保證在一整天中平臺裝置轉過大約180°以跟隨太陽。每個平臺裝置將相繼地經過軟管并暴露于氣泡而使艙室相繼地充氣。
空氣供應軟管可以連接于適當的泵，泵可按照需要工作，或以設定的間隔工作，以便通過軟管或管道向艙室供應空氣。
因此，本發明的另一個方面提供了一種太陽能收集設備，它包括一個太陽能收集器、用于將太陽能收集器支承在液體上的平臺裝置、在平臺裝置下面用于容納空氣并向平臺裝置提供漂浮升力的艙室裝置，所述艙室裝置在其最下側是敞開的，以及一個選擇性地向所述艙室供應空氣的裝置。
在另一個方面，本發明提供一種將太陽能收集設備漂浮地支承在液體上的方法，所述方法包括以下步驟設置平臺裝置，該平臺裝置在其下側具有多個空氣艙室以支承所述太陽能收集設備；以及選擇性地向所述艙室供應空氣，以便保持所述平臺裝置的浮力，從而將所述收集設備正常地保持在液面上。
平臺裝置也可以包括使其在險惡天氣條件如冰雹條件下能夠浸沒的裝置，以便保護反射器或光電池，使其免于損壞。為此目的，可以設置從艙室釋放的裝置。這種裝置可以包括連接于每個艙室的通道和連接于或位于通道中的閥門，使空氣可以從艙室釋放。艙室可以彼此相連，以便連通于一條共用的放氣管道。連接于艙室的所有放氣管道可以連接于一個共用的閥，該閥可以被打開，以便使空氣可以從所有艙室同時放出，從而使平臺裝置可以浸沒。平臺裝置可以浸沒的深度可以由浮標調控，浮標是按照與我的前述美國專利第5309893號中所述類似的方式固定在平臺裝置上的。
為了更清楚理解及實施本發明，現在對照以下附圖描述本發明的推薦實施例。
圖1的平面圖表示裝有漂浮平臺的太陽能收集器組件陣列的典型布置；圖2的示意側視圖表示圖1所示的太陽能收集器組件陣列漂浮在液體上；圖3是一組漂浮平臺的立體圖，這些漂浮平臺是圖1和2的陣列中使用的太陽能集中器的拋物槽；圖4是使用圖3所示太陽能集中器的太陽能收集器組件的側視圖，用剖面表示平臺；圖4A表示在圖4的太陽能收集器組件中使用的另一種靶；圖5是圖4所示平臺的一部分的下側視圖，表示空氣艙室；圖6以平面圖表示另一種收集器組件的平臺及受支承的平臺框架的一部分；圖7是圖6所示平臺框架的端視圖8從下側表示在圖6所示裝置中使用的平臺；圖9是沿圖8中A-A線的圖8的本體裝置的放大的局部剖視圖；圖10至12分別是沿圖6中C-C和D-D線的剖視圖；圖13表示本發明的一個替代實施例。
現在參閱附圖，首先參閱圖1，圖1表示輻射能如太陽能的收集組件11的陣列10，這種組件更清楚地表示在圖4中。太陽能收集組件11的陣列10基本以圓形結構布置，在作為支承的水或其它液體12上漂浮，陣列10可以圍繞處于陣列中心的豎直軸線轉動，按照我的前述美國專利第5309893號中所述的方式跟蹤太陽的運動。當然，太陽能收集組件的陣列10可以包括任意數目的收集組件11，以適應陣列10的特定應用要求或能量需求。
在圖3和4中更清楚表示的每個太陽能收集組件11包括一個平臺組件13，它能夠按照下文中描述的方式漂浮在液體12如水上。在本實施例中，平臺組件13是由8個相同的平臺14構成的，成對的平臺在兩個彼此相對的列中以端部對端部的關系布置。平臺14在其上側面上或上側面中設有多個斜平面15，它們限定長帶狀反射器16(圖3中以剖開視圖表示了其中的一個)的座，反射器支承在座上。平面15從平臺組件13的中心線水平向外，沿著在平臺13相反側的拋物線以增加的角度布置，從而使反射器16構成一個呈拋物槽狀的組合主反射器或集中器。
在本實施例中的平臺14安裝在一個框架17上，該框架包括外周框架構件18和一個中央框架構件19。反射器16適當地呈玻璃或塑料的帶狀鏡子的形式，但是，它們也可以為任何其它高度反光的材料。每個平臺組件13在其相對的端部和側部可以通過連接構件連接于相鄰的平臺13組件13，或組裝成圖1的結構，連接構件最好在平臺組件13在水或液體上漂浮時可在相鄰的太陽能收集組件11的平臺組件13之間可進行一定程度的樞轉式及水平的相對運動。
反射器16用于將太陽能向著一個靶20集中，靶20借助成對的相反向下向外延伸的斜柱21支承在每個平臺組件13的上方，所述斜柱在其下端安裝在外部框架構件18上。在圖4中，靶20包括副集中組件，副集中組件包括一對相對間隔開來的平面反射器22，平面反射器22具有彼此面對且平行地延伸的反射面，以及一系列圓筒形拋物副反射器23，它將能量集中在能量收集構件24上，在本實施例中，能量收集構件是管狀的，承載能量轉換介質，并通過連接管25連接于集流組件26。這樣裝置公開在我的上述美國專利第5592923號中。
或者，如圖4A所示，來自主集中組件的能量被集中在靶27上，靶27包括用于產生電流的光電池或任何其它形式的接收和／或轉化能量的裝置。
如更清楚地表示在圖4和5中的平臺14在其下側面上設有多條向下的肋28，肋組29基本平行于表面15延伸，另外的肋組30垂直于表面15延伸。相交的肋28的肋組29和30在平臺14的下側面上限定一系列艙室31，艙室在其側面和在平臺14的下表面上的底部是封閉的，但是，在其最下側卻是敞開的。因此，空氣可存留在艙室31中并以圖4所示的方式向平臺14和平臺組件13提供浮力，因而使承載反射器16的表面15通常很好地位于水或液體12的表面上方。除了限定艙室31以外，肋或凸緣28向平臺提供剛性。如果需要或者作為替代，例如中空的桶或容器形式的附加中空體32可以設置在艙室31內并咬合固定在那里，中空體32提供捕獲空氣的增加的容積。這種中空體32可以設置在所有的艙室31中或只是設置在選擇的艙室內，選擇的艙室例如在需要增加浮力的位置，例如在平臺組件13的相對側。
為了使艙室31(和／或中空體32)再充氣，例如在平臺組件13中的浮力損失的情形中，一條空氣供應管道33可以如圖2和4所示設置在平臺組件13下面，并連接于適當的空氣源如泵34。管道33最好基本在陣列10的直徑方向上延伸，如圖1所示。管道33設有多個間隔開來的孔35，以便使空氣可從管道33逸出。因此，從泵34送至管道33的空氣將通過孔35以氣泡36方式冒出，氣泡在達到液體12的液面時將空氣送入艙室31。在工作過程中，太陽能收集組件11的陣列10在液體12上圍繞一條豎直中心軸線轉動，以便追隨太陽從日出至日落。因此，陣列10在一天中大致運動180°。如果當平臺組件13轉動以追蹤太陽時空氣送至管道33，那么，在每個收集組件11中的所有艙室31將暴露于來自管道33和孔35的氣泡，當艙室經過管道33時相繼地被充氣。一個艙室31中過度充注的空氣將溢流至相鄰的艙室31或流過平臺的邊緣。可能只是每周或每月才需要向艙室再充氣。
例如，顯然通過改變肋或凸緣28的結構，在平臺14的下側面上的艙室31可以為不同的形狀。作為一個實例，肋或凸緣28的肋組29和30可以彼此相對地設置以形成菱形或方形。肋或凸緣28也可以只設置在平臺14的一部分上。
另外，在一種替代結構中，成對的相對的平臺14，不是單獨地形成，而是可以一起以單一組件形成，從而限定一個支承反射鏡16的拋物槽。外框架17也可以為許多不同的結構，在一些實施例中可以形成為平臺14的一部分。
圖6至12表示本發明的一個替代實施例，它類似于上述的實施例，但是在本例中，平臺40是由可模制的材料如混凝土模制的。如上所述，在本實施例中的平臺40以兩列四排的陣列布置，在每排中的相對的平臺40構成一個組合拋物槽。平臺40形成有多個平面或表面41，這些表面從框架43的中間構件42向外與水平面的角度逐漸增大，在使用中框架43是由漂浮平臺40支承的。框架43還包括端部框架構件44和側部框架構件45，它們限定平臺40陣列的邊界。中間框架構件46位于相鄰平臺40之間，在中間構件42和側部框架構件45之間延伸并與其連接。這些構件42，45和46為箱形截面形狀，并且使用例如輕質耐腐蝕材料如鍍鋅鋼制造。
如圖8和9所示的每個平臺40是矩形體結構的，包括向下延伸的周邊肋47，肋47設有圍繞平臺40的周邊延伸的槽48，這樣做的目的將在下文中說明。另一條肋49在平臺40的中央縱向延伸，而三條等間距的肋50在平臺40的橫向延伸，與中央的肋49相交，肋50的橫截面形狀與肋49相似。相交的肋49和50，以及周邊肋47在本實施例中構成8個凹部51，這些凹部在其下側敞開，在其它方面這些凹部是氣密的。在平臺40的下側面上顯然也可以設置許多不同的肋結構以形成空氣艙室51。
現在參閱圖10至12，這些圖詳示了框架43和平臺40之間的連接情況。在圖10中，一個鞍狀連接構件52在中間框架構件46上設置并在其上固定，構件52具有一對下垂臂53，在其下部54向外張開，以便設置在有關平臺40的槽48中。
在圖11所示的框架43的側部，設有一個類似的連接構件55，但在本例中，構件55只包括一個鞍狀構件52的腿部，但是包括一個類似的下垂臂53，該臂具有一個向外張開的部分54，該部分設置在槽48中。
如圖12所示，在中央框架構件42上，連接構件55設置在框架構件42的任一側，下垂臂53的向外張開的部分54也設置在槽48中。
各連接構件52和55借助任何適當的緊固裝置固定在有關的框架構件46和44及42上。連接構件52和55適當地在各框架構件的全長上延伸并借助間隔開來的緊固件固定。連接構件52和55可以用輕質彈性材料如薄的鍍鋅鋼材形成。
為了組裝的目的，框架43被組裝并鋪放在一平表面例如地板或地面上。然后將各平臺40與框架43對準并降下，以便分別定位在側部和／或中間框架構件44和46和端部和中央框架構件45和42之間。當降下平臺40時，連接構件52和55的各個部分54將被向內偏轉，直至達到槽48，此時部分54將向外彈出以便處于槽48內。當框架43放在地面上時，平臺40的側部56抵靠在中間和／或側部框架構件44和46上。但是在漂浮時，框架43是通過連接構件52和55的部分54在槽48中設置，其下端抵靠在肩部57上而受到支承的。支承太陽能靶(見圖4)的框架臂21可以裝在端部框架構件44上。或者，如圖11的虛線所示，托架可以固定在框架構件44的下側面上，支柱21固定在托架上。
組裝的平臺40按照與圖4所示相同的方式浮在液體上，浮力是由艙室51內的空氣提供的。平臺40除支承框架43外，還通過支柱21支承靶20。裝有平臺40的太陽能收集組件可以布置成圖1所示的結構，如上所述，空氣供應軟管或管道33可以設置在平臺40下面，以便根據需要向艙室51提供空氣。
裝有平臺14的圖4所示平臺組件13和裝有平臺40的平臺組件可以設置使平臺14和40在險惡天氣條件下能夠浸沒的裝置。為此目的，可以設置從艙室31或51放氣的裝置。圖11中示出一種典型的布置，一條通氣通路58從艙室51延伸至平臺40以外，以便通過放氣管道59連接于放氣閥60。在每個平臺的每個艙室51(或31)都可以設置類似的裝置，或者，每個平臺的艙室51可通過貫穿肋49的通路(圖9中虛線所示)與每個平臺40的放氣通路58相連。另外，在整個陣列中的所有平臺14的所有放氣管道59可以彼此連接，并連接于一個通氣閥60。閥60通常是閉合的，以便密封艙室51，但是當需要浸沒平臺14或40時，例如，遇到冰雹時，可以打開閥60，使空氣從艙室51(或31)逸出，直至平臺14或40浸沒在液面下，使反射器16受到保護。浸沒的深度可以由圍繞平臺14或40的周邊設置的適當浮標來控制。在險惡天氣過后，可以通過管道33再次向艙室31或51供應空氣，或者，艙室也可以通過放氣管道59供應的空氣進行消除。
現在參閱圖13，該圖以剖視圖表示一種替代實施例的平臺61，在本例中，其用于承載光電池。平臺61在其下側面上結構與平臺40類似，限定著艙室62。在其上側面上，平臺61包括一系列表面63，這些表面傾斜于太陽下傾角，在本例中成30°角。但是，該角度可以根據需要而改變。表面63承載光電池64，平臺61與其它平臺61按照與圖1所示相似的結構布置成漂浮的陣列。因此，平臺61在液體上轉動，在白天追隨太陽的運動，從而使光電池64最大限度地接收陽光。與其它實施例一樣，可以通過管道33使艙室62再充空氣，以便保持平臺浮力。這可以在白天平臺61轉動過程中進行，從而保證所有的艙室62被再次充氣。
在支承光電池的一種替代布置中，所有光電池可以安裝在一個平面支承件上，該平面支承件可以與水平面成一個角度，例如，太陽的平均下傾角布置在平臺上。
平臺61也可以設有如圖11所示的艙室通氣裝置，以便使平臺61及所承載的光電池可浸沒在液面下，從而在險惡的天氣條件下保護光電池。
雖然上面已描述了本發明的圖示實施例，但是，本專業技術人員顯然可對其進行各種修改和變化而并不超出本發明的范圍。
權利要求
1．一種輻射能收集設備，它包括太陽能收集裝置、用于將所述太陽能收集裝置支承在液體上的平臺裝置和用于容納空氣，向所述平臺裝置提供漂浮升力的在所述平臺裝置下側面上的艙室裝置，所述艙室裝置在其下側面是敞開的。
2．如權利要求1所述的輻射能收集設備，其特征在于所述艙室裝置包括多個獨立的艙室。
3．如權利要求2所述的輻射能收集設備，其特征在于所述艙室是與所述平臺裝置整體成形的。
4．如權利要求1所述的輻射能收集設備，其特征在于所述艙室裝置包括安裝在平臺裝置下側面上的分離式中空體。
5．如權利要求2所述的輻射能收集設備，其特征在于所述艙室是由所述平臺裝置下側面上向下延伸的肋或凸緣限定的。
6．如權利要求5所述的輻射能收集設備，其特征在于所述肋或凸緣形成為第一系列的橫跨所述平臺裝置延伸的肋或凸緣和第二系列的與所述第一系列的肋或凸緣基本垂直的肋或凸緣。
7．如權利要求1所述的輻射能收集設備，其特征在于所述平臺裝置在其上側面上包括太陽能集中裝置和／或太陽能接受裝置。
8．如權利要求7所述的輻射能收集設備，其特征在于所述太陽能集中裝置包括一系列反射器座，這些反射器座包括各自的表面，這些表面按照與水平面成增加的角度傾斜，因而其上安裝的反射器構成一個組合拋物槽，以便在一條或多條聚焦線上集中太陽能。
9．如權利要求8所述的輻射能收集設備，其特征在于一對所述平臺裝置以端部對端部的關系相鄰但彼此相反地布置，以形成所述組合集中拋物槽。
10．如權利要求7所述的輻射能收集設備，其特征在于包括一個由所述平臺裝置支承的框架，其用于承載太陽能靶。
11．如權利要求10所述的輻射能收集設備，其特征在于所述框架包括圍繞各平臺裝置周邊的框架構件。
12．如權利要求11所述的輻射能收集設備，其特征在于所述平臺裝置包括在其周邊上的槽，在所述框架構件上的連接構件伸入所述槽中并在槽內的肩部上受到支承。
13．如權利要求1所述的輻射能收集設備，其特征在于包括用于選擇性地向所述艙室供應空氣的裝置。
14．如權利要求13所述的輻射能收集設備，其特征在于所述空氣供應裝置包括位于所述平臺裝置下面的一條空氣供應管道和用于向所述管道供應空氣的裝置。
15．如權利要求14所述的輻射能收集設備，其特征在于所述管道設有一系列間隔開來的孔，使空氣可穿過這些孔逸出。
16．一種太陽能收集設備，它包括一個太陽能收集器、用于將所述太陽能收集器支承在液體上的平臺裝置、用于容納空氣，向所述平臺裝置提供漂浮升力的在所述平臺裝置下側面上的艙室裝置，所述艙室裝置在其下側面上是敞開的，以及用于選擇性地向所述艙室供應空氣的裝置。
17．如權利要求16所述的太陽能收集設備，其特征在于所述平臺裝置設置得圍繞一根豎直軸線在液體上轉動以追蹤太陽的運動，所述向艙室供應空氣的裝置包括在所這平臺裝置下面的在直徑上延伸的空氣管道裝置。
18．如權利要求17所述的太陽能收集設備，其特征在于所述管道裝置包括多個用于向所述艙室供應空氣的孔。
19．如權利要求16所述的太陽能收集設備，其特征在于包括用于選擇性地從所述艙室放氣的裝置，以便浸沒所述平臺裝置和所述太陽能收集器。
20．一種在液體上漂浮支承輻射太陽能收集設備的方法，所述方法包括以下步驟設置平臺裝置，所述平臺裝置下側面上具有多個空氣艙室；以及選擇性地向所述艙室供應空氣，以便保持所述平臺裝置的浮力，從而通常地將所述收集設備保持在液面上方。
全文摘要
一種輻射能收集設備(11),它包括一個漂浮在液體上的平臺組件(13),所述平臺組件的上側面支承著太陽能集中器的反射器(16),所述平臺組件的下側面設有多個下側面敞開的艙室(31),所述艙室容納空氣,以便提供將反射器(16)保持在液面上方的漂浮升力。空氣可以通過在平臺組件(13)下面的空氣管道(33)送至艙室(31),管道(33)具有多個孔(35),空氣穿過這些孔。
文檔編號F24J2/52GK1292861SQ99803829
公開日2001年4月25日 申請日期1999年3月9日 優先權日1998年3月10日
發明者阿蘭·J·約曼斯 申請人:阿蘭·詹姆斯·約曼斯