CN102918334B - 预应力太阳能集热模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及形成太阳能集热器的支撑结构的预应力太阳能集热模块，其类型是由包括中央横梁（1）的格条结构形成，必要特征是：中央横梁或转矩箱（1），形成具有多个面的多面体或柱体的形状，其分为多个区段（3），每个区段（3）由多个弯曲板（4）构成；周围的三角点阵结构（16），支撑抛物面反射器（17），该结构由L型元件构成，所有的连接用铆钉形成；以及所有的结构使用多根拉杆（13，14，15）预加应力，拉杆优化了结构的弯曲行为，拉杆包括端部锚固点和中间穿过点，以允许获得必要的曲率和维持拉力。

Description

预应力太阳能集热模块
技术领域
本发明属于集热领域，更具体地其涉及作为反射镜附件和负责集中太阳能辐射的接收器的结构。
背景技术
在从太阳能辐射产生电的工厂中，可以使用多种类型的太阳能集热器（柱状抛物面型集热器，斯特林碟式，具有定日镜的中央塔式，菲涅耳集热器，等），并且它们都需要用于支撑负责集中太阳能辐射的反射镜的结构。
通常，所述结构额外有一个称为太阳能跟踪器的装置，该装置允许它们面向太阳，使它们获得高产量。
本发明在此所要求保护的是涉及到的太阳能集热器模块的支撑结构，而不是将在后附加太阳能跟踪器作为本发明的一个目的。
现有技术中涉及太阳能集热器模块的支撑结构的情况很多，例如专利US6414237，US5069540，ES2326303，ES2161589，CA1088828，EP0082068，U1070880，还有许多其他的。
许多现有技术的发明描述了支撑柱状抛物面型集热器的点阵结构。柱状抛物面型集热器使用柱状抛物面型反射镜收集太阳能能量。接收集中的太阳光线的导管或集热管穿过抛物线的焦点，在该焦点加热液体。一旦液体被加热，当温度接近400℃，如果所述液体变为蒸汽，则输送到涡轮产生电能，或者，如果我们有另一种类型的传热液体，其在所述温度时不是气相，那么它们将被输送到热交换器生产电能。
支撑这些集热器的结构包括多个横梁，臂及其之间的连接结构，横梁是那些支撑中央结构或转矩箱的元件，这些是适应大转矩和弯曲应力的横梁，并且通常非常长，这会产生问题因为这产生的矢量以及传送它到工厂会非常复杂。
由于现有技术的水平，本发明在此要求保护的是打算提供一种结构，该结构作为柱状抛物面型太阳能集热器模块的支撑，并且尽管其由结点和栅的网状结构形成，它有多个特征使得它完全不同于那些现有技术已知的，其在结构强度以及在传送和装配中降低成本两方面有显著的优势。
发明内容
本发明包括用于柱状抛物面型太阳能集热模块的支撑结构。
太阳能领域柱状抛物面型技术的主要组件是：
-柱状抛物面型反射器：柱状抛物面型反射器用来将照射到其表面的太阳能直接辐射反射和集中到吸收管上。镜面是由熔敷在足够坚硬的支撑上的银或铝膜制成。
-吸收管：它由通过真空层分离的两个同心管构成。里面的一个供加热的液体流过的由金属制成，而外面的一个由玻璃制成。
-太阳跟踪系统：最常见的跟踪系统包括绕轴旋转集热器的柱状抛物面型反射器的装置。
-金属结构：集热器的该结构用来向组成它的元件组提供刚性。
要求保护的发明集中在发展不像现有技术中已知的结构，其具有多个基本的特征使其具有显著的优势而超过现有技术。
基本特征是：
1-多个面和分段的多面体或柱体中央结构：结构的中央部分或横梁，也称为转矩箱，是支撑由吸收管的重量和风压引起的转矩的部分。此外，还用于臂的支撑，并且结构的腿部也连接在其上面。相对于现有技术，结构的中央部分或转矩箱的一个主要的特征是几何形状的改变，其从具有三角形或矩形截面发展到多层柱面或多面体。在它的端部，盖作为位于高处的吸收管的锚固点。此外，这种转矩箱包括多个相同长度的区段并且每一区段由许多弧形或折叠的薄板顺次连接构成，这样这些板叠起来运送，方便了物流并且获得一个理想的运输系统。在工厂中，每一个区段从板开始安装，然后通过称为隔板的片状体连接不同的区段，以组装整个转矩箱，该隔板实现了连接并且防止由于吸收管的支架所产生的点负荷在柱面上形成局部凹陷。
2-三角点阵结构：支撑抛物面反射器的周围结构，该结构由L型元件构成，所有的连接用铆钉或等同物形成。
3-拉紧结构：所有的结构使用至少一个拉杆预加应力，该拉杆优化结构的弯曲行为。在这种具有转矩箱的方式中应预防仅有两个点支撑，这个问题可以通过增加管的厚度解决，但是价格和重量会增加。拉杆与矢量反向工作，转矩箱在任意位置或方向上产生的矢量相同，根据具体的位置，一个或其他拉杆起作用，但是他们将总是反向与形变工作。拉杆具有可提供给它们所需预应力的端部锚固点和允许获得必要的曲率以及维持拉力的中间穿过点。
新结构的这三个必要特征有效地并且低成本的解决了目前为止关于转矩，弯曲应力，传送，和结构的装配存在的问题，
附图说明
为了完成实现描述并且帮助更好的理解本发明，附上一组图说明特征而不是作为限制，下面是说明：
图1：模块的正视图
图2：模块的侧视图
图3：模块的立体图
图4：集热管的连接细节
图5：制作每个管的弧形板
图6A：连接隔板
图6B：连接隔板的立体图
图7：垂直拉杆的细节
附图的参考标记说明：
1.中央横梁或转矩箱
2.吸收管
3.转矩箱的区段
4.弧形板
5.隔板
6.吸收管支架
7.铆钉
8.六边形板
9.隔板的轮辐
10.连接一个模块与邻近模块的转矩箱的盖
11.集热器的转动轴
12.设有吸收管支架的转矩箱的盖
13.水平拉杆
14.垂直拉杆
15.水平拉杆
16.三角点阵结构
17.抛物面反射器
18.锥形支撑板
具体实施方式
为了获得对本发明更好的理解，将描述上面根据一个最优实施例的太阳能集热模块。
在图1-3中示出了模块的最优实施例，其中结构的转矩箱或中央部分（1）总长12米。转矩箱（1）分为每个4米的三个区段（3）。每个区段由三个折叠或弧形板（4）构成，当安装时，拼成多面体或柱面管，如图5中所示（在图5中它们是弧形板，但是它们也可以基于折叠制作）。称为隔板（5）的片状体用于连接区段（3）并形成整个管（1）；这些隔板（5）可防止由于吸收管（2）的支架（6）所产生的点负荷在柱面（1）上形成局部凹陷。
图6A和6B中示出了这些隔板（5）。由于它们能实现不同区段（3）之间的连接，可增加装置的刚性以及减少转矩。
隔板（5）通过铆钉（7）与形成转矩箱（1）的区段（3）的板（4）相连。隔板由六边形或柱面板（8）构成（按照转矩箱（1）的几何结构），它们的折叠或曲率与转矩箱（1）的区段（3）的板（4）相符，并且一系列的轮辐（9）可加固该装置。每12米放置两个隔板（5）。
转矩箱（1）也可以作为在地面上支撑结构的腿部的连接部件。
如图1-3中所示，两个盖（10，12）放置在转矩箱（1）的端部。集热器的转动轴（11）和吸收管（2）的支架（6）位于其中一个盖（12）上，另一个盖（10）用于连接这个模块及其相邻的模块。沿着转矩箱的长度方向两个额外的支架（6）附加到吸收管（2）上（图3）。
事实上，转矩箱（1）的几何结构已经改变，现在它是多面体（或柱面），可以极大地简化吸收管（2）和柱面（1）之间的连接元件，如图4所示，锥形支撑板（18）可以直接支撑在柱面（1）上，而若是三角或方形的几何结构，在它们之间引入过渡元件以适应它们的几何结构则是必要的，这就会使得装配困难并且更昂贵。
除转矩箱（1）之外，模块还包括三角点阵结构（16），图2和3中示出，三角点阵结构包括支撑抛物面反射器（17）的围绕结构，该结构由L型元件构成，所有连接由铆钉或等同的连接方法构成。
该模块的另一个必要特征是拉紧结构。如图1到3所示，在最优实施例的情况下，该组结构通过使用三个拉杆预加应力，一个垂直拉杆（14）沿结构的中部从一端到另一端贯穿结构，并且两个水平拉杆（13，15）在转矩箱（1）的每一侧各设置一个。这三个拉杆优化了弯曲行为，并且解决了由于转矩箱（1）仅有两个端点支撑的矢量产生的问题。
因此，拉杆反向于矢量作用，该矢量在转矩箱（1）的任何位置都可能产生。当产生在顶点位置时，只有垂直拉杆（14）起作用；当集热器位于90°时，只有水平拉杆（13或15，取决于旋转方向）起作用，而另两个（14和15或14和13，视情况而定）将不承担任何负载；当在其他中间位置时，垂直拉杆（14）和两个水平拉杆中的一个（13或15，取决于具体方位）起作用，但是它们将总是反向于形变工作。
拉杆具有可提供给它们所需预应力的端部锚固点和允许获得必要的曲率以及维持拉力的中间穿过点。图7示出了垂直拉杆（14）的细节图。
所述结构或集热器模块是为用于柱状抛物面型集热器的特别设计，但是不排除它扩展到其他需要类似特征的工业领域。

Claims (21)

1.具有太阳能集热器的支撑结构的太阳能集热模块，其是由包括中央横梁的格条结构组成，其特征在于，它具有：
-中央横梁或转矩箱(1)，其为具有多个面的多面体或柱体的几何形状，分为多个区段(3)并且每个区段(3)由多个板(4)构成；
-三角点阵结构(16)，用于支撑抛物面反射器(17)，所述三角点阵结构由L型元件构成，所有L型元件之间的连接用铆钉连接。
2.如权利要求1所述的太阳能集热模块，其特征在于，形成中央横梁或转矩箱(1)的区段(3)的板(4)是可弯曲的。
3.如权利要求2所述的太阳能集热模块，其特征在于，中央横梁或转矩箱(1)的不同区段(3)通过被称为隔板(5)的连接元件彼此连接，其中该隔板(5)由折叠面板或柱面板(8)组成。
4.如权利要求3所述的太阳能集热模块，其特征在于，隔板(5)的折叠或曲率匹配转矩箱(1)的区段(3)的板(4)的折叠或曲率。
5.如权利要求3所述的太阳能集热模块，其特征在于，隔板具有多根加固装置的轮辐(9)。
6.如权利要求1所述的太阳能集热模块，其特征在于，两个盖(10，12)位于转矩箱(1)的端部，所述两个盖(10，12)包括第一盖(10)和第二盖(12)。
7.如权利要求6所述的太阳能集热模块，其特征在于，集热器的旋转轴(11)位于第二盖(12)上。
8.如权利要求6所述的太阳能集热模块，其特征在于，集热器还具有吸收管(2)，吸收管(2)的支架(6)位于第二盖(12)上。
9.如权利要求6所述的太阳能集热模块，其特征在于，第一盖(10)用于连接所述转矩箱与其邻近的转矩箱。
10.如权利要求1所述的太阳能集热模块，其特征在于，集热器还具有吸收管(2)，吸收管(2)的多个支架(6)连接在转矩箱(1)上。
11.如权利要求10所述的太阳能集热模块，其特征在于，吸收管(2)的支架(6)是锥形支撑架(18)。
12.如权利要求11所述的太阳能集热模块，其特征在于，吸收管(2)的支架(6)直接支撑在转矩箱(1)上不需要使用任何额外的元件。
13.如权利要求1所述的太阳能集热模块，其特征在于，该支撑结构通过使用至少一个相同的弯曲行为的拉杆预加应力。
14.如权利要求13所述的太阳能集热模块，其特征在于，拉杆(13，14，15)具有提供拉杆所需的预应力的锚固点。
15.如权利要求14所述的太阳能集热模块，其特征在于，锚固点位于拉杆(13，14，15)的端部。
16.如权利要求14所述的太阳能集热模块，其特征在于，拉杆(13，14，15)具有维持曲率和张力的中间点。
17.如权利要求16所述的太阳能集热模块，其特征在于，中间点仅为穿过点。
18.如权利要求16所述的太阳能集热模块，其特征在于，至少一个拉杆沿支撑结构的中部从一端到另一端穿过该支撑结构。
19.如权利要求16所述的太阳能集热模块，其特征在于，至少一个拉杆位于转矩箱(1)的一侧。
20.如权利要求16所述的太阳能集热模块，其特征在于，设置三个拉杆。
21.如权利要求20所述的太阳能集热模块，其特征在于，一个垂直拉杆(14)沿支撑结构的中部从一端到另一端穿过该支撑结构，两个水平拉杆(13，15)在转矩箱(1)的每一侧各设置一个，如此当集热器在顶点位置时，仅垂直拉杆(14)起作用，当集热器处于90°时，只有一个水平拉杆起作用，而当集热器处于其他中间位置时，垂直拉杆(14)、和两个水平拉杆中的一个水平拉杆起作用。
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