專利名稱:太陽(yáng)能反射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能反射裝置、太陽(yáng)能收集裝置以及反射太陽(yáng)輻射的方法,所述全部均可適于在太陽(yáng)能熱力發(fā)電廠中使用。
背景技術(shù):
聚光太陽(yáng)能發(fā)電(CSP)系統(tǒng)使用透鏡或鏡子將大面積的陽(yáng)光聚焦到小目標(biāo)區(qū)域上。聚焦的光用于對(duì)常規(guī)發(fā)電廠中使用的工作流體或載熱流體(HTF)進(jìn)行加熱。利用跟蹤系統(tǒng)對(duì)透鏡或鏡子取向,以在整個(gè)太陽(yáng)日都聚焦最大量的陽(yáng)光。其中一項(xiàng)最有效的聚光技術(shù)為拋物面,其包括線性拋物面反射器,該反射器將光聚集到沿著反射器的焦線布置的集熱元件上。集熱元件一般為集熱管,其可填充水以用于生成蒸汽或者可填充有HTF。在太陽(yáng)日拋物面槽式反射器旋轉(zhuǎn)以保持面向太陽(yáng)取向。常規(guī) 系統(tǒng)的實(shí)例當(dāng)前在歐洲和美國(guó)運(yùn)轉(zhuǎn),其形成一體構(gòu)造形式的反射器和集熱管,使得整個(gè)構(gòu)造在太陽(yáng)日繞指定軸線旋轉(zhuǎn)。這些系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)并且可能需要中央集熱管平移。它們因此必須利用諸如柔性軟管或更通常的旋轉(zhuǎn)球接頭等組件將旋轉(zhuǎn)集熱管連接到靜態(tài)管道工程,該靜態(tài)管道工程會(huì)將受熱流體傳送至相關(guān)發(fā)電廠的發(fā)電工段。使用旋轉(zhuǎn)球接頭有多個(gè)相關(guān)缺點(diǎn),其中主要的是相關(guān)成本,包括安裝中的資本成本以及與大領(lǐng)域太陽(yáng)能收集器的順利運(yùn)作相關(guān)的維護(hù)成本。另外還存在與旋轉(zhuǎn)球接頭相關(guān)的密閉完整性問題。已知在此類接頭處會(huì)發(fā)生裂漏,其可引起火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)并導(dǎo)致潛在危險(xiǎn)液體和相關(guān)煙霧的排放。另一個(gè)與旋轉(zhuǎn)接頭相關(guān)聯(lián)的問題是其硬度。高硬度是嘗試確保密閉完整性的必然結(jié)果,但高硬度接頭需要高功率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并引起反射器中產(chǎn)生不良扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,從而降低反射器效率并增大發(fā)電廠的寄生負(fù)載。某些系統(tǒng)嘗試了通過獨(dú)立于集熱管旋轉(zhuǎn)反射器來解決上述問題,如在GB2235786中那樣。根據(jù)該系統(tǒng),通過集熱管從中穿過的軸承來旋轉(zhuǎn)反射器;旋轉(zhuǎn)是通過驅(qū)動(dòng)軸發(fā)動(dòng)的,所述驅(qū)動(dòng)軸將鋸齒狀弓形構(gòu)造接合在反射器的凸形表面上。遺憾的是,此類系統(tǒng)僅僅是將與旋轉(zhuǎn)接頭相關(guān)的高成本和維護(hù)問題換為與更復(fù)雜構(gòu)造和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)的相當(dāng)成本和問題。因此,仍然需要一種解決上面提到的常規(guī)系統(tǒng)缺點(diǎn)的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)。拋物面太陽(yáng)能收集器已知容易受到大風(fēng)的嚴(yán)重?fù)p壞。如果出現(xiàn)大風(fēng)情況,有必要將反射器旋轉(zhuǎn)至特定的“大風(fēng)”位置,其中拋物面反射器及其支承結(jié)構(gòu)上的負(fù)載會(huì)降到最小。大多數(shù)拋物面設(shè)計(jì)依賴液壓臂來旋轉(zhuǎn)反射器,并且因此在必要時(shí)必須利用這些將反射器置于大風(fēng)位置。如果出現(xiàn)電源故障,則必須利用便攜式液壓備用系統(tǒng)。將此類系統(tǒng)運(yùn)送至現(xiàn)有液壓驅(qū)動(dòng)的位置并且隨后連接至該驅(qū)動(dòng),以將反射器置于大風(fēng)位置。由于太陽(yáng)能收集工廠的大規(guī)模運(yùn)作,因此要旋轉(zhuǎn)的反射器數(shù)以及備用系統(tǒng)可能需要移動(dòng)的距離會(huì)很大。出現(xiàn)電源故障時(shí)將整個(gè)太陽(yáng)能區(qū)域置于大風(fēng)位置的過程因此可能會(huì)極其耗時(shí)。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明,提供了一種太陽(yáng)能反射裝置,其包括可旋轉(zhuǎn)反射組合件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),可以操作該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以驅(qū)動(dòng)反射組合件在其旋轉(zhuǎn)軸線處的旋轉(zhuǎn);反射組合件包括限定焦軸的彎曲線性反射器、可以操作以大致平衡反射器自重的配重、以及支承結(jié)構(gòu),反射器和配重通過該支承結(jié)構(gòu)可旋轉(zhuǎn)地安裝在沿著反射器焦軸的位置。將反射組合件安裝在該組合件繞其旋轉(zhuǎn)的焦軸處顯著簡(jiǎn)化裝置構(gòu)造并因此降低制造和安裝的資本成本。此外,在旋轉(zhuǎn)軸線處驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)使得可利用簡(jiǎn)化的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),從而進(jìn)一步降低成本并增加裝置的可靠性??梢酝ㄟ^在軸線處驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的精密控制,使得能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的太陽(yáng)跟蹤并實(shí)現(xiàn)效率方面的相關(guān)有益效果。通過使反射器的自重與配重平衡并從而形成反射組合件,驅(qū)動(dòng)反射器旋轉(zhuǎn)所需的功率得以大大降低,從而節(jié)約了能量并減小了在反射器中引起的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。反射組合件的安裝位置可以例如位于反射組合件的相對(duì)兩端。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可包括馬達(dá)和直接齒輪傳動(dòng)裝置,后者可以例如利用蝸輪和齒輪兩者。
驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以基本上安裝于反射器的焦軸上。因此,至少驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的最終驅(qū)動(dòng)齒輪可以安裝于焦軸上或圍繞該焦軸安裝,同時(shí)電源和任何其他相關(guān)傳動(dòng)裝置與其相鄰。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以包括基本上安裝于反射器焦軸上的成一直線的驅(qū)動(dòng)組合件。由于旋轉(zhuǎn)過程中驅(qū)動(dòng)馬達(dá)不隨反射器移動(dòng),因此無需到馬達(dá)的長(zhǎng)移動(dòng)電纜,并且此外不會(huì)將馬達(dá)的重量添加到反射器組合件的重量。反射組合件可以通過軸承可旋轉(zhuǎn)地安裝在固定機(jī)架上。在本發(fā)明的實(shí)施例中,軸承安裝在機(jī)架支腳的正上方,以便牢靠地承載反射組合件和配重所施加的負(fù)載。在本發(fā)明的實(shí)施例中,反射組合件可以采用對(duì)開的Cooper 軸承或其他合適的軸承類型安裝。反射組合件的支承結(jié)構(gòu)可以包括軸頸和多個(gè)輻射臂,其中至少一個(gè)輻射臂延伸至反射器并且其中至少另一個(gè)輻射臂延伸至配重。這樣,就可通過位于反射器焦軸處的軸頸相對(duì)兩側(cè)上的相應(yīng)臂支承反射器和配重。預(yù)期使用隨反射器旋轉(zhuǎn)的軸頸比替代形式的排列易于安裝。至少兩個(gè)臂可延伸至反射器,其中每個(gè)臂延伸至彎曲反射表面的每個(gè)末端。反射組合件的反射器可為拋物面槽式反射器??梢圆僮鞣瓷浣M合件的配重以將反射組合件偏置到預(yù)定的旋轉(zhuǎn)位置。此類位置可以例如為“大風(fēng)”位置,其中對(duì)反射組合件并尤其是對(duì)反射器起作用的外部力可以降到最小。配重可以操作來使反射組合件在重力作用下采用預(yù)定的旋轉(zhuǎn)位置。例如,可以構(gòu)造并安裝配重,使得其繞旋轉(zhuǎn)軸線生成力矩,該力矩比反射器生成的力矩小某預(yù)定的量。因此,當(dāng)不存在其他鎖定或旋轉(zhuǎn)力時(shí),配重將導(dǎo)致反射組合件在重力作用下呈現(xiàn)某個(gè)位置,其中配重位于其距地面最遠(yuǎn)距離處并且反射器被取向?yàn)槲挥谄浣馆S正下方。在本發(fā)明所有方面的實(shí)施例中,配重可由沿著反射器組合件長(zhǎng)度間隔開的位置處支承的兩個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)部分構(gòu)成。例如,配重可以位于反射器的各個(gè)端部。這不同于其中單個(gè)配重沿著反射器的長(zhǎng)度延伸的實(shí)施例。其中配重位于反射器各個(gè)端部的實(shí)施例可能優(yōu)于其中單個(gè)配重沿著反射器長(zhǎng)度延伸的實(shí)施例,因?yàn)楹笳呖赡軆A向于在其自重下彎曲并且在支承配重的支承件中產(chǎn)生彎曲和扭力。此外,位于反射器組合件相對(duì)兩端的單獨(dú)配重可能是優(yōu)選的,原因是與沿著反射器長(zhǎng)度延伸的配重相比,它們將會(huì)在反射器上產(chǎn)生較少陰影。
太陽(yáng)能反射組合件可進(jìn)一步包括在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與反射組合件之間運(yùn)作的離合器機(jī)構(gòu)??梢圆僮麟x合器機(jī)構(gòu)以使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與反射組合件接合或使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)脫離反射組合件,并且可以配置離合器機(jī)構(gòu)以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。出于本說明書的目的,術(shù)語(yǔ)“離合器機(jī)構(gòu)”在本說明書范圍內(nèi)包括可以起到將被驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接至驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作用的所有組件或設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,提供了一種太陽(yáng)能反射裝置,其包括可旋轉(zhuǎn)的反射組合件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),可以操作該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以鄰近反射組合件的旋轉(zhuǎn)軸線施加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng),所述旋轉(zhuǎn)軸線與反射組合件的反射器的焦軸基本重合。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以包括馬達(dá)和直接齒輪傳動(dòng)裝置,后者可以例如利用蝸輪和齒輪兩者。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以基本上安裝于反射器的焦軸上。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以包括基本上安裝于反射器的焦軸上的成一直線的驅(qū)動(dòng)組合件。在本發(fā)明所有方面的實(shí)施例中,使用蝸輪和齒輪可以提供優(yōu)于其他類型傳動(dòng)裝置(例如液壓式驅(qū)動(dòng))的優(yōu)點(diǎn),因?yàn)楫?dāng)不對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)以旋轉(zhuǎn)反射組合件時(shí),它會(huì)鎖定反射組 合件的位置并且起到減小或消除任何偏移的作用,同時(shí)無需斷裂機(jī)構(gòu)或不斷調(diào)整以維持太陽(yáng)能的最佳聚焦。在蝸輪或齒輪排列中,齒輪可以與軸頸軸向?qū)R并且固定到該軸頸,并且蝸輪可連接至馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。可以通過例如彈簧或其他彈力構(gòu)件偏置蝸輪,從而將蝸桿螺旋元件擠壓成與齒輪的齒狀物接觸,并因而減少齒輪中的任何擺動(dòng)或浮動(dòng)并因此減少反射組合件的可能移動(dòng)。與其他排列相比,使用蝸輪和齒輪排列還可能需要較小馬達(dá)和齒輪箱。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,提供了一種太陽(yáng)能收集裝置,包括本發(fā)明第一或第二方面的太陽(yáng)能反射裝置,以及沿著反射器焦軸固定安裝的集熱元件。集熱元件可為集熱管。使反射組合件圍繞固定的集熱元件(例如收集管)旋轉(zhuǎn)使得能夠在將集熱元件連接至太陽(yáng)能熱力發(fā)電廠的靜態(tài)管道工程時(shí)不再需要旋轉(zhuǎn)接頭、柔性管道或其他可調(diào)式組件。不再需要旋轉(zhuǎn)接頭減少了資本成本和維護(hù)成本、縮短了太陽(yáng)能收集器停機(jī)時(shí)間并提高了被傳送通過集熱元件的流體的密閉完整性。去掉旋轉(zhuǎn)接頭還減小了引起的扭力和相應(yīng)的反射器變形,從而改善太陽(yáng)跟蹤和太陽(yáng)能聚集。沒有了剛性旋轉(zhuǎn)接頭,需要較小功率就可旋轉(zhuǎn)反射器。集熱元件可適用于傳送在太陽(yáng)能熱力發(fā)電廠中使用的例如工作流體(例如水)或載熱流體。集熱元件安裝在沿著反射器的焦軸分布的至少兩個(gè)固定支承件上。支承件可位于反射組合件的相對(duì)兩端。固定支承件可以可操作地連接到其上安裝有反射組合件的固定機(jī)架,從而簡(jiǎn)化太陽(yáng)能收集裝置的總體構(gòu)造。集熱元件可以延伸穿過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪傳動(dòng)裝置,從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化構(gòu)造。例如,集熱管可以穿過組合件每一端處的軸承,并且可與軸承間隔開,從而不與之接觸。通過將集熱管與軸承間隔開,可以通過收集管中的流體減少對(duì)軸承的有害加熱,并從而提高可靠性。在一個(gè)實(shí)施例中,集熱管與軸承之間的空間可為簡(jiǎn)單的氣隙。在另一個(gè)實(shí)施例中,可以將絕緣材料置于收集管與收集管從中穿過的軸承之間的徑向空間內(nèi)。收集管與軸承之間的徑向間隙可以例如大于25mm,或者可以大于50mm或可以大于75mm。徑向間隙可以例如小于200mm或者可以小于100mm。太陽(yáng)能收集裝置還可包括至少一個(gè)輔助性支承件,可以操作該支承件以支承集熱元件的自重。可以沿著跨越反射器的集熱元件區(qū)域布置輔助性支承件。通過支承集熱元件的自重,可以適應(yīng)較大反射器跨度,從而在將多個(gè)太陽(yáng)能收集裝置組裝成陣列時(shí)增大收集器容量和總體場(chǎng)效率。輔助性支承件可以獨(dú)立于反射組合件。例如,裝置可以包括構(gòu)造在反射器組合件周圍和上方的機(jī)架,集熱元件可以從該機(jī)架懸掛下來。作為另外一種選擇,輔助性支承件可以可操作地連接反射器和集熱元件。輔助性支承件可以包括集熱元件支承臂,其固定地連接到反射器的反射表面并且可旋轉(zhuǎn)地連接到集熱元件??梢蕴峁┹o助性反射器,其相對(duì)于反射器可旋轉(zhuǎn)地固定并繞旋轉(zhuǎn)軸線安裝,以反射來自主反射器裝置的太陽(yáng)能,所述太陽(yáng)能不在旋轉(zhuǎn)軸線處直接聚焦。因此,原本不會(huì)直接落在集熱元件上的來自主反射器的反射太陽(yáng)能朝著旋轉(zhuǎn)軸線(收集器裝置位于此處)反射 回去。這樣,可以提高裝置的效率。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,提供了一種太陽(yáng)能收集陣列,其包括多列根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能收集裝置,每一列均包括多個(gè)太陽(yáng)能收集裝置和單個(gè)集熱元件,每一列中的多個(gè)太陽(yáng)能收集裝置被布置成使得它們的焦軸重合,每一列中的單個(gè)集熱元件沿著重合的焦軸安裝。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面,提供了一種反射太陽(yáng)輻射的方法,包括形成反射組合件,其包括限定焦軸的線性彎曲反射器、可以操作以平衡反射器自重的配重以及支承結(jié)構(gòu);安裝反射組合件以用于圍繞反射器的焦軸旋轉(zhuǎn);以及驅(qū)動(dòng)反射組合件在其旋轉(zhuǎn)軸線處旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的還有一個(gè)方面,提供了一種太陽(yáng)能收集裝置,包括可旋轉(zhuǎn)反射組合件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),可以操作該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以驅(qū)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)反射組合件的旋轉(zhuǎn),所述反射組合件包括彎曲的線性反射器和偏置裝置,可以操作該偏置裝置以將反射組合件偏置到預(yù)定的旋轉(zhuǎn)位置。偏置裝置可以例如包括配重,可以操作該配重以在重力作用下將反射組合件偏置到預(yù)定的位置。離合器機(jī)構(gòu)可以在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與反射組合件之間運(yùn)作,以便使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與反射組合件接合或者使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)脫離反射組合件。可以配置離合器機(jī)構(gòu)以用于遠(yuǎn)程操作。本發(fā)明的方面有助于適合大規(guī)模操作的裝置。例如,本發(fā)明的裝置適于容納至少20米(例如至少50米,例如至少75米,并且甚至最多100米)的反射器長(zhǎng)度。現(xiàn)有技術(shù)排列不太容易能夠適應(yīng)此類大小的反射器系統(tǒng)。
為了更好地理解本發(fā)明,并且更清晰地示出其可以付諸實(shí)施的方式,現(xiàn)在將以舉例的方式提及附圖,其中圖I為太陽(yáng)能收集裝置的局部透視圖。圖2為反射組合件的局部透視圖。圖3為太陽(yáng)能反射裝置的局部透視圖。圖4為太陽(yáng)能收集裝置的透視圖。圖5為示出圖I的太陽(yáng)能收集裝置的進(jìn)一步細(xì)節(jié)的局部截面圖。圖6為示出收集管支承臂的局部透視圖。
圖7a至7c示出了圖6中示出的軸承排列的細(xì)節(jié)。圖8a和Sb示出了包括另外的反射器裝置的排列的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)DI至4,太陽(yáng)能收集裝置2包括太陽(yáng)能反射裝置60和收集管6形式的集熱元件。太陽(yáng)能反射裝置60(圖3中示出)包括線性拋物面反射器4、兩個(gè)配重裝置8、10形式的配重17以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12。反射器4和配重裝置8、10通過兩個(gè)支承裝置22、24形式的支承結(jié)構(gòu)15連接,并且這些元件一起構(gòu)成太陽(yáng)能反射組合件20 (圖2中示出)。安裝太陽(yáng)能反射組合件20以用于繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn),收集管6沿著該旋轉(zhuǎn)軸線延伸。反射器4是線性拋物面反射器,或拋物面,并且沿著軸線X從第一端部21線性延伸到第二端部23。反射器4限定焦軸F,接近反射器的太陽(yáng)輻射會(huì)聚到該焦軸上。包括反射器4的反射組合件20被安裝成使得其旋轉(zhuǎn)軸線與反射器4的焦軸F重合,使得反射組合件能夠圍繞反射器4的焦軸F旋轉(zhuǎn)。反射器4可以是單片帶涂層的銀、拋光鋁或鏡像玻璃,·但也可以是V型拋物面,該拋物面由兩個(gè)反射器形成,所述反射器采用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的方式被布置成彼此成一角度。配重裝置8、10和支承裝置22、24位于反射器4的每個(gè)端部21、23,使得反射器4的每個(gè)端部具有相應(yīng)的配重裝置8、10和支承裝置22、24。特別參考圖I和5,每個(gè)支承裝置22、24均包括軸頸26,其具有從其第一端部伸出的環(huán)形凸緣28以及在一個(gè)支承平面中從軸頸26徑向延伸的三個(gè)或更多個(gè)支承臂30、32、34,該平面在反射器4的邊緣21、23處或附近與反射器4相交。為了清楚起見,以下說明的大部分是指反射器4第一端部21處的第一支承裝置22,但應(yīng)當(dāng)理解,會(huì)在反射器4第二端部23處的第二支承裝置24上找到對(duì)應(yīng)部件。支承裝置22的支承臂30、32、34通過螺栓36連接到軸頸26,所述螺栓將支承臂30、32、34與軸頸26的環(huán)形凸緣28接合。作為另外一種選擇,支承臂30、32、34和軸頸26可以整體成形。其中兩個(gè)支承臂30、32朝反射器4的第一端部21延伸并且連接到該第一端部。反射器支承臂30、32中的第一個(gè)朝反射器4的上部(如圖I所見)線性邊緣38延伸并且固定到該邊緣,反射器支承臂30、32中的第二個(gè)朝反射器4的下部(如圖I所見)線性邊緣40延伸并且固定到該邊緣。第三支承臂34從軸頸26延伸到配重裝置8。如圖I可見,支承臂30、32、34被布置成使得配重裝置8和反射器4位于軸頸26旋轉(zhuǎn)軸線的相對(duì)兩側(cè)。兩個(gè)支承裝置22、24的支承臂尺寸被設(shè)定成使得每個(gè)軸頸26的旋轉(zhuǎn)軸線均與反射器的焦軸F重合,從而使得反射器能夠繞其焦軸旋轉(zhuǎn)。反射器4的全部重量通過支承臂和兩個(gè)支承裝置22、24的軸頸承載,并繞軸頸26的旋轉(zhuǎn)軸線形成力臂。配重裝置8、10—起構(gòu)成配重17,可以操作該配重以基本上平衡反射器4的力臂。因此選擇配重裝置8、10的材料和尺寸,以及配重裝置支承臂34的長(zhǎng)度和取向,從而盡可能接近地與反射器4的自重所形成的力矩相抵。應(yīng)當(dāng)理解,反射器4與配重17之間的精確平衡難以實(shí)現(xiàn)。因此,設(shè)計(jì)并安裝配重17以與反射器的自重基本上平衡;實(shí)現(xiàn)的平衡與可行的平衡盡可能接近。此類平衡足以提供所需優(yōu)點(diǎn),顯著減小旋轉(zhuǎn)反射器4所需的驅(qū)動(dòng)力并因而減小其中采用裝置2的發(fā)電廠寄生負(fù)載。必需驅(qū)動(dòng)力的減小所提供的附加優(yōu)點(diǎn)是出現(xiàn)電源故障時(shí)可以手動(dòng)旋轉(zhuǎn)反射組合件20。手動(dòng)曲柄(未示出)可以鄰近驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12提供并且可以用于通過向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12提供手動(dòng)驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)反射組合件20。在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中,設(shè)計(jì)并安裝配重17,使得其與反射器4的重量基本上平衡,并且此外將反射組合件20偏置到所需的旋轉(zhuǎn)位置。例如,可以構(gòu)造并安裝配重17以繞旋轉(zhuǎn)軸線形成比反射器4稍小的力矩,使得在重力下,配重17將導(dǎo)致反射組合件20采用一個(gè)位置,此時(shí)配重17位于其距地面最遠(yuǎn)的距離處并且反射器設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸線正下方。配重17可以被構(gòu)造成將反射組合件20偏置到任何所需的旋轉(zhuǎn)位置,并且在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中可以操作該配重以朝大風(fēng)位置(其中反射器4上的風(fēng)負(fù)載降到最小)偏置反射組合件20。此類排列具有額外的優(yōu)點(diǎn),即出現(xiàn)功率損耗時(shí),反射組合件20可以在重力下呈現(xiàn)大風(fēng)位置,從而僅僅依賴配重17的偏置效應(yīng)并且不需要任何施加的驅(qū)動(dòng)力。配重17由合適的材料形成,例如混凝土或鋼。配重可由混凝土和鋼的有利組合形成。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中,配重17包括安裝在反射器4的相對(duì)線性邊緣處的兩個(gè)配重裝置8、10。希望在接觸地面的支承件處承載配重17的大部分負(fù)載,從而允許反射器4盡可能自由地在支承件之間旋轉(zhuǎn)??梢栽诜瓷淦?邊緣處采用多個(gè)較小的配重裝置,同時(shí)結(jié)合在該邊緣處的更多基本的配重裝置。然而,應(yīng)當(dāng)理解,可以采用其他物理結(jié)構(gòu)形成配重17。例如,在一個(gè)次優(yōu)選的實(shí)施例中,配重17可以包括位于反射器4的線性中心附近的單個(gè)配重裝置。作為另外一種選擇,可以利用多個(gè)尺寸基本相同的配重裝置來平衡反射器自重。
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反射器4和配重裝置8、10通過支承裝置22、24安裝在靜態(tài)機(jī)架15上,該機(jī)架可為如附圖所示的兩個(gè)U型腿14、16的形式。支承裝置22、24的每個(gè)軸頸26可旋轉(zhuǎn)地接納在軸承42中,該軸承安裝在對(duì)應(yīng)的U型腿14、16上表面的正上方,同時(shí)凸緣28和支承臂30、32、34從中伸出的軸頸26的第一端部面朝彼此。軸承42優(yōu)選地為對(duì)開的Cooper"軸承,但可以為任何其他適當(dāng)?shù)妮S承類型。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12安裝在機(jī)架15的U型腿14上,與軸承42和軸頸26直接相鄰。根據(jù)一個(gè)可供選擇的實(shí)施例,驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以安裝在與支承反射組合件20的U型腿14分開的專用架子或機(jī)架上。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12包括馬達(dá)44、驅(qū)動(dòng)軸45、蝸桿46和蝸輪48。沿著與反射組合件20的旋轉(zhuǎn)軸線正交的軸線布置馬達(dá)44、驅(qū)動(dòng)軸45和蝸桿46。馬達(dá)44通過驅(qū)動(dòng)軸45驅(qū)動(dòng)蝸桿46的旋轉(zhuǎn)。蝸桿46與蝸輪48嚙合以驅(qū)動(dòng)蝸輪48圍繞與反射組合件20的旋轉(zhuǎn)軸線重合的軸線旋轉(zhuǎn)。圍繞其上支承有反射器4和配重裝置8的軸頸26第二端部安裝蝸輪48并且將蝸輪固定到該第二端部。蝸輪48、軸頸26、支承臂30、32、34、反射器4和配重裝置8因此作為單個(gè)實(shí)體旋轉(zhuǎn),同時(shí)各個(gè)元件之間具有固定連接。因此,利用蝸桿46和蝸輪48通過馬達(dá)44的操作而驅(qū)動(dòng)反射組合件20 (包括反射器4、支承裝置22、24和配重裝置
8、10)的旋轉(zhuǎn)。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例,整個(gè)反射組合件20的旋轉(zhuǎn)由單個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12驅(qū)動(dòng),該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可布置在反射組合件的第一或第二端部。在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中,通過一起運(yùn)作的兩個(gè)相同驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12在反射器4兩端驅(qū)動(dòng)協(xié)調(diào)的旋轉(zhuǎn),反射器的每個(gè)端部21、23均具有與相鄰支承裝置22、24連通的相關(guān)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12。使兩個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12同步,從而降低反射器4中扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的發(fā)生率。應(yīng)當(dāng)理解,通過蝸桿46和蝸輪48,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)反射組合件20的雙向旋轉(zhuǎn)的精細(xì)控制,并且通過將蝸桿46的活動(dòng)鎖定在固定位置而確保位置的穩(wěn)定性。此外,由于配重17的平衡操作,驅(qū)動(dòng)反射組合件20的旋轉(zhuǎn)需要相對(duì)較小的力,并且可以采用具有較低功率要求的單個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12來驅(qū)動(dòng)反射組合件20的旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn),即驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12是固有地可靠并簡(jiǎn)單的機(jī)械排列,其十分適于大規(guī)模操作并需要最少的維護(hù)??梢栽O(shè)想出該排列的可供選擇的實(shí)施例,其采用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12的可供選擇構(gòu)型,所述構(gòu)型提供類似程度的構(gòu)造簡(jiǎn)單性和操作可靠性。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn),即在驅(qū)動(dòng)反射組合件的旋轉(zhuǎn)過程中反沖和相關(guān)損耗極小,從而確保太陽(yáng)能收集裝置2作為一個(gè)整體的最大效率。離合器機(jī)構(gòu)(未示出)可以在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12與反射組合件20之間運(yùn)作,以便使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12與反射組合件20接合或脫離。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例,使用由電池供電的螺線管或小型馬達(dá)使傳動(dòng)銷、鍵、齒條或其他機(jī)械離合器脫離,從而將反射組合件20與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12分離??梢酝ㄟ^來自操作員的遠(yuǎn)程信號(hào)觸發(fā)脫離操作。反射組合件20—旦脫離驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12就可在手動(dòng)曲柄的作用下(可接合驅(qū)動(dòng)軸一端的承窩)或在如上所述的配重17的偏置作用下旋轉(zhuǎn)(例如)以便呈現(xiàn)大風(fēng)位置。在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例(未示出)中,驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以包括成一直線的驅(qū)動(dòng)組合件,其中馬達(dá)44和驅(qū)動(dòng)軸45基本上位于反射器4的焦軸上。再次參見圖1,收集管6沿著反射器4的焦軸F固定安裝,該焦軸也是如上所述的反射組合件20的旋轉(zhuǎn)軸線。收集管6因此延伸穿過軸頸26 (其上支承有反射器4和配重 裝置8、10),并延伸穿過蝸輪48以安置在專用支腳50上。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,收集管6包括由玻璃真空管圍繞的多個(gè)帶涂層鋼管的操作工段。這些操作工段采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式通過管道工段接合到一起。可以利用三個(gè)或四個(gè)操作工段跨越單個(gè)反射器4,其中管路工段從跨度的任一側(cè)延伸以穿過軸頸26。這些管路工段涂覆有適當(dāng)絕緣材料以保護(hù)軸頸26抵御流過收集管6的受熱流體并確保軸頸26繞收集管6平滑旋轉(zhuǎn)。也可以設(shè)想收集管的可供選擇的實(shí)施例,例如不具有玻璃真空管。如圖4所示,收集管6安裝在反射器4每個(gè)端部的支腳50上。可采用從凹面(即,反射器4的反射表面70)延伸的收集管支承臂72、74的形式向收集管提供附加的支承。收集管支承臂72、74剛性連接到反射器4并且朝收集管6延伸以采用可旋轉(zhuǎn)方式環(huán)繞收集管
6。因此,收集管支承臂72、74向收集管6提供支承和穩(wěn)定性,但是可以例如通過使用適當(dāng)?shù)妮S承連接而圍繞收集管6的周長(zhǎng)自由旋轉(zhuǎn)。收集管支承臂72、74以及它們與收集管6的相互作用的細(xì)節(jié)在圖6和7中示出。收集管支承臂72、74包括固定安裝到拋物面反射器4上的輕量支承柱。支承臂72、74通過軸承連接80支承收集管6。軸承連接80各自包括由合適的高溫級(jí)材料形成的導(dǎo)向套84,在該導(dǎo)向套內(nèi)容納有對(duì)開的套管軸承84。對(duì)開軸承84的優(yōu)選材料為碳,因?yàn)樘季哂懈邷匦阅堋⒆鳛楦稍镞\(yùn)行軸承材料的能力以及相對(duì)低的成本。通過對(duì)開的兩片鋼扣環(huán)86將軸承84保持在導(dǎo)向套82內(nèi)的合適位置。在收集管6與對(duì)開軸承84之間具有間隙88,以允許進(jìn)行軸向和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并允許在各種組件中出現(xiàn)不同量的熱膨脹。扣環(huán)86和軸承84的對(duì)開性質(zhì)確??梢栽诓桓蓴_收集管6的情況下移除并替換這些組件。圖8a和Sb示出了允許收集附加太陽(yáng)能的裝置變型。一個(gè)另外的弓形反射器100與收集管6緊密間隔開,并且適于反射已由反射器4反射但未聚焦在收集管6上的太陽(yáng)能。所述另外的反射器100與反射器4同心并且安裝在支承臂72上并與反射器4 一起旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例(未示出)中,可以通過圍繞反射組合件20構(gòu)造并且基本上在該組合件上方的構(gòu)架支承收集管6。例如,收集管6可以從安裝在位于反射組合件20正上方的合適框架上的臂懸掛下來。收集管6的支承件因此可完全獨(dú)立于太陽(yáng)能收集裝置2的剩余組件。在使用中,太陽(yáng)能收集裝置2被裝配在根據(jù)附圖的合適位點(diǎn)。通過反射器4將太陽(yáng)輻射聚焦到安裝在反射器4的焦軸F處的收集管6上。流體流過收集管6并被通過反射器4聚焦的會(huì)聚太陽(yáng)輻射加熱。傳感器(未示出)感測(cè)太陽(yáng)相對(duì)于反射器4的位置并且向一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)44發(fā)送信號(hào)以旋轉(zhuǎn)反射組合件20,使得反射器4被取向成朝著太陽(yáng)輻射的最大可用會(huì)聚程度。馬達(dá)44通過蝸桿46和蝸輪48將旋轉(zhuǎn)力傳送至軸頸26,從而引起反射組合件20旋轉(zhuǎn),使得反射器4跟蹤太陽(yáng)在空中的位置。反射器4的重量由配重裝置8、10平衡,確保只需要極小的力就可驅(qū)動(dòng)反射組合件20的旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12的蝸桿46和蝸輪48有助于確保可實(shí)現(xiàn)對(duì)反射組合件20位置的精密控制,從而將反射組合件保持在獲得最大太陽(yáng)輻射會(huì)聚程度的正確取向。應(yīng)當(dāng)理解,反射組合件20 (包括反射器4、配重裝置8、10和支承結(jié)構(gòu)15)圍繞固定的收集管6旋轉(zhuǎn)。反射組合件20的獨(dú)立旋轉(zhuǎn)確保收集管6可以無需允許旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)球接頭或其他可調(diào)式連接器而固定地連接到其他靜態(tài)管道工程。不再需要此類可調(diào)式連接器確保管路系統(tǒng)中具備極佳的密閉完整性,從而增大可被裝置加熱的流體的范圍。本發(fā)明的裝置還有另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn),即當(dāng)反射器4在太陽(yáng)日圍繞收集管6旋轉(zhuǎn)時(shí),收集管6上的會(huì)聚太陽(yáng)輻射的入射線圍繞固定的收集管6的周長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)。這樣,就避免了沿著收集管6生成單 個(gè)熱點(diǎn)或單條“熱線”,以及隨之發(fā)生的沿著這條線的管路表面降解。本發(fā)明因此還提供了一種反射并收集太陽(yáng)輻射的有利方法,其涉及在反射組合件20的旋轉(zhuǎn)軸線處而不是在遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸線的位置驅(qū)動(dòng)該反射組合件的旋轉(zhuǎn),并引起該旋轉(zhuǎn)圍繞固定的收集管6進(jìn)行。本發(fā)明的太陽(yáng)能收集裝置2尤其適于在太陽(yáng)能熱力發(fā)電廠中使用。在此類發(fā)電廠中,使用太陽(yáng)能產(chǎn)生熱量以形成超熱蒸汽。隨后采用已知方式使用該蒸汽驅(qū)動(dòng)電力生產(chǎn)。利用大面積的太陽(yáng)能集熱器對(duì)工作流體(例如水)或載熱流體(例如硅油)進(jìn)行加熱。靜態(tài)管道將受熱流體傳輸?shù)桨l(fā)電廠的發(fā)電設(shè)施。需要相當(dāng)規(guī)模的太陽(yáng)能收集(涉及大量單個(gè)收集器)才能提供必要熱量以對(duì)太陽(yáng)能熱力發(fā)電廠供以燃料。在此類規(guī)模下,資本成本、維護(hù)和可靠性的問題變得至關(guān)重要。本發(fā)明提供了一種太陽(yáng)能收集裝置,該裝置固有地適于此類大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明的太陽(yáng)能收集裝置2相對(duì)易于構(gòu)造,從而減小了新廠構(gòu)建的資本支出。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12易于制造和裝配,并固有地可靠且易于維護(hù),從而縮短太陽(yáng)能收集領(lǐng)域的計(jì)劃內(nèi)和計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間。在旋轉(zhuǎn)軸線處旋轉(zhuǎn)反射組合件消除了復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)和支承機(jī)構(gòu),從而減少了需要制造和維護(hù)的組件零件數(shù)。通過使反射器4的重量與配重17平衡,減小了驅(qū)動(dòng)反射器4的旋轉(zhuǎn)所需的功率,從而減小了發(fā)電廠的寄生負(fù)載。此外,還使扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和隨之而來的反射器4變形降至最小。本發(fā)明的太陽(yáng)能收集裝置2還解決了與將太陽(yáng)能反射器置于適當(dāng)?shù)拇箫L(fēng)位置相關(guān)的問題。配重17的平衡效應(yīng)確??墒褂檬謩?dòng)曲柄或其他手持工具旋轉(zhuǎn)反射器4,從而不再需要便攜式液壓備用系統(tǒng)。此外,如果配重17被構(gòu)造成將反射組合件偏置到大風(fēng)位置,則只需簡(jiǎn)單地通過遠(yuǎn)程分離驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)并允許組合件在重力下移動(dòng),就可將反射器4放置于大風(fēng)位置。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能反射裝置,包括 可旋轉(zhuǎn)反射組合件;和 可以操作以驅(qū)動(dòng)所述反射 組合件在其旋轉(zhuǎn)軸線處旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu); 所述反射組合件包括限定焦軸的彎曲線性反射器、可以操作以與所述反射器的自重基本上平衡的配重以及支承結(jié)構(gòu),所述反射器和配重通過所述支承結(jié)構(gòu)可旋轉(zhuǎn)地安裝在沿著所述反射器的所述焦軸的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)能反射裝置,其中所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括馬達(dá)和直接齒輪傳動(dòng)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的太陽(yáng)能反射裝置,其中所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基本上安裝在所述反射器的所述焦軸上。
4.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能反射裝置,其中所述反射組合件通過軸承可旋轉(zhuǎn)地安裝在固定機(jī)架上。
5.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能反射裝置,其中所述支承結(jié)構(gòu)包括軸頸和多個(gè)輻射臂,其中至少一個(gè)所述輻射臂延伸到所述反射器并且其中至少另一個(gè)所述輻射臂延伸到所述配重。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能反射裝置,其中所述反射器為拋物面槽式反射器。
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能反射裝置,其中所述配重可以操作來將所述反射組合件偏置到預(yù)定的旋轉(zhuǎn)位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能反射裝置,其中所述配重可以操作來導(dǎo)致所述反射組合件在重力作用下采用所述預(yù)定的旋轉(zhuǎn)位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的太陽(yáng)能反射組合件,還包括在所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述反射組合件之間運(yùn)作的離合器機(jī)構(gòu)。
10.一種太陽(yáng)能收集裝置,包括 根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能反射裝置,以及沿著所述反射器的所述焦軸固定安裝的集熱元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽(yáng)能收集裝置,其中所述集熱元件包括集熱管。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的太陽(yáng)能收集裝置,其中所述集熱元件安裝在沿著所述反射器的所述焦軸分布的至少兩個(gè)固定支承件上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽(yáng)能收集裝置,其中所述固定支承件可操作地連接到其上安裝有所述反射組合件的所述固定機(jī)架上。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能收集裝置,其中所述集熱元件延伸穿過所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述齒輪傳動(dòng)裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽(yáng)能收集裝置,其中在所述集熱元件與所述齒輪傳動(dòng)裝置之間設(shè)置有間隙。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能收集裝置,還包括至少一個(gè)輔助性支承件,所述輔助性支承件可以操作來支承所述集熱元件的自重。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的太陽(yáng)能收集裝置,其中所述輔助性支承件沿著跨越所述反射器的所述集熱元件的區(qū)域定位。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的太陽(yáng)能收集裝置,其中所述輔助性支承件獨(dú)立于所述反射組合件。
19.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的太陽(yáng)能收集裝置,其中所述輔助性支承件可操作地連接所述反射器和所述集熱元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽(yáng)能收集裝置,其中所述輔助性支承件包括集熱元件支承臂,所述集熱元件支承臂固定地連接到所述反射器的反射表面并可旋轉(zhuǎn)地連接到所述集熱元件。
21.一種太陽(yáng)能收集陣列,包括多列根據(jù)權(quán)利要求10至20中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能收集裝置,每一列均包括多個(gè)太陽(yáng)能收集裝置和單個(gè)集熱元件,每一列中的多個(gè)太陽(yáng)能收集裝置被布置為使得它們的焦軸重合,每一列中的單個(gè)集熱元件沿著重合的所述焦軸安裝。
22.—種反射太陽(yáng)輻射的方法,包括 形成反射組合件,所述反射組合件包括限定焦軸的線性彎曲反射器、可以操作以平衡所述反射器的自重的配重以及支承結(jié)構(gòu); 安裝所述反射組合件以用于圍繞所述反射器的所述焦軸旋轉(zhuǎn);以及 驅(qū)動(dòng)所述反射組合件在其旋轉(zhuǎn)軸線處旋轉(zhuǎn)。
23.—種基本上如本文所述的太陽(yáng)能收集裝置,參考所述附圖并如所述附圖所示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽(yáng)能反射裝置(60),包括可旋轉(zhuǎn)反射組合件(20)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(12),可以操作所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以驅(qū)動(dòng)所述反射組合件(20)在其旋轉(zhuǎn)軸線處旋轉(zhuǎn)。所述反射組合件(20)包括限定焦軸F的彎曲線性反射器(4)、可以操作以平衡所述反射器(4)的自重的配重(17)以及支承結(jié)構(gòu)(15),所述反射器(4)和配重(17)通過所述支承結(jié)構(gòu)可旋轉(zhuǎn)地安裝在沿著所述反射器(4)的所述焦軸F的位置。本發(fā)明還公開了一種太陽(yáng)能收集裝置(2),包括如上所公開的太陽(yáng)能反射裝置(60)和集熱元件(6),其沿著所述反射器(4)的所述焦軸F固定地安裝。另外,本發(fā)明公開了一種反射太陽(yáng)輻射的方法,包括形成反射組合件(20)、安裝所述反射組合件(20)以用于圍繞所述反射器(4)的所述焦軸F旋轉(zhuǎn),以及驅(qū)動(dòng)所述反射組合件(20)在其旋轉(zhuǎn)軸線處旋轉(zhuǎn)。所述反射組合件20包括限定所述焦軸F的線性彎曲反射器4、可以操作以與所述反射器(4)的自重基本上平衡的配重(17)以及支承結(jié)構(gòu)(15)。
文檔編號(hào)F24J2/14GK102893101SQ201180023967
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者弗蘭克·佩蘭 申請(qǐng)人:道康寧公司