CN103038579A - 用于圆柱形太阳能集热器的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于圆柱形太阳能集热器的结构，包括在其中央具有梁或力矩箱（1）的格状杆结构（16），所述结构能够保持任意形状的接收器（2）以及任意形状（抛物线形、参数化的，等等）的连续或间断的主反射器（17、17’）。该结构还可保持辅助再集中器。根据本发明，力矩箱（1）是分成不同部分（3）的圆柱体或具有多个面的多面体，每个部分（3）由多个板（4）形成。环绕的三角格状结构（16）由L部分形成，所有的连接件由铆钉或类似物形成。该结构沿着力矩箱（1）的长度包括多个环绕且加强力矩箱（1）的六边形框架（19）以及将接收器保持在力矩箱（1）之上的多个支撑件。

Description

用于圆柱形太阳能集热器的结构
技术领域
本发明涉及太阳能集热器领域，具体地，涉及用于固定负责聚集太阳能辐射的所述集热器的结构。
背景技术
基于太阳能辐射的电能生产设施可使用各种类型的太阳能集热器（圆柱形集热器、斯特林盘、具有日光反射装置的中央塔、菲涅耳集热器），并且，所有的这些集热器需要用于负责聚集太阳能辐射的镜的支撑结构。
在圆柱形集热器中，最受欢迎的是抛物柱面集热器，其主反射器呈抛物物状。近来，出现了一种被称为参数化圆柱集热器的新型集热器。这种集热器与抛物柱面集热器的区别在于其主反射器的形状不符合抛物线。此外，参数化圆柱集热器也有一些发展，其中，反射器不符合连续曲线，而是分成若干部分，由此获得间断主反射器，从而实现额外的优势，这是因为其允许风逸出并降低每平方米镜上的相关负载。在其他情况下，一般还在接收器上添加有辅助再集中器，这增加了接收器上的太阳能辐射的聚集。
这种类型的集热器的一个实例在同一申请人的题为“Parametriccylindrical solar collector having an optimised secondary reconcentrator andmethod for designing same”(Colector solar cilíndrico paramétrico conreconcentrador secundario optimizado y su procedimiento de
Figure BDA00002537914700011
的西班牙专利申请P200902422中寻求保护。
不考虑集热器类型，所述结构一般具有被称为太阳能跟踪器的设备，其允许将其自身朝向太阳，从而实现高性能。
本领域内有许多涉及太阳能集热器模块的支撑结构，例如专利US6414237,US5069540,ES2326303,ES2161589,CA1088828,EP0082068,U1070880以及许多其他专利。
本领域内的许多发明描述了支撑抛物柱面类型的集热器的格状结构。
支撑这些集热的结构由一系列梁、臂和连接件形成，由作为用于中央结构（指梁）的支撑件（其也被称为力矩箱）的元件形成。梁经受大的力矩和弯曲应力，并且它们通常十分长，这使得在其弯曲时产生问题。此外，其在很大程度上使到工厂的运输复杂化。
考虑到现有技术，本发明的目的是提供一种用途广泛的结构，以作为圆柱形太阳能集热器模块（不论是抛物线或参数化的）的支撑，其具有连续或间断的主反射器，具有或不具有辅助再集中器，并且其允许任何受体形状。可以随后连接到其上的太阳能跟踪器并非本发明的主题。
除了其用途广泛之外，尽管由结和条的网状结构形成，本发明具有明显不同于现有技术的一组特征，解决了影响这种类型的集热器的重要技术问题，例如组件的结构性抗力，降低了负载和成本，由此有助于运输和安装。
发明内容
本发明由用于圆柱形太阳能集热器模块的支撑结构组成。
圆柱形太阳能技术领域内的主要元件如下：
-主圆柱形反射器：其用途是反射和聚集落入其表面的直接太阳能辐射。通过沉积在提供足够刚性的支撑件上的银或铝膜获得定向反射面。其在形状上可以是抛物线形或参数化的，并且可以是连续或间断的。在间断形状的情况下，反射器被分成三个不同的段。一种最常见的分法是将主反射器分成个参数段和一个中央的且上升的抛物线段。然而，还具有其他可能性。
-接收器：负责吸收太阳能的元件，并且加热的流体循环通过该接收器。有若干种形状的接收器，最常见形状包括两个同心管，流体循环通过的金属内管以及外部玻璃管，在两管之间维持真空。本发明的提出的结构适用于所有的接收器形状。
-辅助再集中器：增加接收器上太阳能辐射的聚集的反射元件，但其并非总是安装在集热器上。当安装时，其一般位于接收器之上。
-太阳能跟踪器：最常见的跟踪系统由绕轴旋转反射器的设备组成。
-结构：集热器结构的用途是保持和加强其元件的组装。该元件是本发明的目的。
本发明致力于开发一种与现有技术不同的结构，相比于现有的结构，其具有多个为其提供重要优势的必要特征。
这些必要特征如下：
1、力矩箱的中央主体形状：结合在力矩箱中的一个主要特征在于其相对于现有技术的形状变化，从具有矩形或三角形部分变化为圆柱形或多面的多面体。另一个不同在力矩箱并非由单个元件组成，而是由等长的一系列部分组成，每个部分由若干薄板形成，薄板可以是曲板或折板。板在运输时堆叠在一起，在很大程度上有利于物流，并实现适当的运输系统。一但处于工厂中，从板开始安装每个部分，随后安装完整的力矩箱，将不同部分利用被称为膜片的元件连接起来，由于由锥形基部施加的点负载支撑了同心管接收器，这实现了连接并防止了在圆柱体中产生局部凹陷。
力矩箱的这种设计与承受由接收器的重量（其自身重量和风力）而引起的张力有关。力矩箱支撑三角格状结构，而三角格状结构又在连续反射器的情况下支撑完整的主反射器，并且在间断反射器的情况下支撑其各个段。
在同心管接收器的情况下，其还保持承受接收器的中间的锥形基部支撑件，并且结构组件在地表面所支撑的腿固定到力矩箱上。
2、环绕力矩箱的六边形框架：力矩箱沿其长度上以连续部分的形式环绕有六边形框架。六边形的上部侧边保持下述部件：格状杆，当需要时主反射器的中央段（在间断反射器的情况下，并且如果主反射器被分成的部分的数量是奇数）和辅助再集中器（当应用时）。该框架还执行将三角格状结构连接到力矩箱上的功能。六边形框架由L部分形成，其所有的连接件由铆钉或任意等同连接系统形成。
3、紧密结构：该结构组件通过两个横拉杆预紧，由此优化了其在弯曲时的性能，并避免了力矩箱仅抵靠在其腿上。可以通过增加管的厚度解决该问题，这还能提供更大的刚性，但也增加了价格和重量。拉杆通过构建对抗弯曲（可能在力矩箱的任意位置和朝向发生）的阻力而发挥作用。根据所述位置，一个拉杆或另一个拉杆或二者将起作用，但它们将总是通过构建抵抗变形的阻力而发挥作用。拉杆在其末端具有提供期望预紧的结合点，并且具有中间的通孔，其允许提供必要的曲率并且能够维持张紧状态。
4、格状立柱：用于支撑辅助再集中器（当应用时），并且在一些情况下，还支撑接收器。这些立柱抵靠在六边形框架的上部段上。
5、锥形基部支撑件：其在某些情况下安装用于支撑位于力矩箱正上方的接收器，而不在六边形上安装格状立柱。它们直接抵靠在力矩箱上，受益于其圆形或多面的多面体形状并不需要任意其他的中间元件。
结构的这些技术特征是将本发明的系统与现有技术区分开来的特征。除了这些特征之外，结构具有环绕的三角格状结构，类似于现有技术中的结构，其目的是支撑完整的主反射器（在连续反射器的情况下）和支撑反射器末端的段（在间断反射器的情况下）。该结构由L部分利用铆钉连接件或类似物形成。
上述特征提供了用途广泛的新型结构，使得其适用于任意类型的圆柱形太阳能集热器，其形状是抛物线形或参数的，具有连续或间断的主反射器的，具有或不具有辅助再集中器并适用于所有的接收器形状。此外，其以有效且经济的方式解决了迄今以来的在扭转和弯曲张力方面、结构运输和安装方面的问题，还允许更大的开口以获得更多的太阳能，降低了风力负载，并允许力矩箱更靠近接收器，提供了装置的稳定性。
附图说明
为了完善说明，并且为了帮助理解本发明，以非限制性实例地方式示出了下述附图：
图1是优选实施方式的结构的正视图；
图2是优选实施方式的结构的侧视图；
图3是优选实施方式的结构的立体图；
图4是锥形基部支撑件连接到力矩箱的连接关系的详细视图；
图5示出了组成力矩箱的每个部分的折板；
图6示出了组成力矩箱的这些部分的连接膜片。
附图标记说明：
1   中央主体或力矩箱
2   偏心管接收器
3   力矩箱的部分
4   曲板
5   膜片
6   锥形基部支撑件
7   铆钉
8   六方形板
9   膜片辐条
10  连接到相邻力矩箱的模块上的力矩箱盖
11  集热器的旋转轴
12  具有用于接收器的支撑件的力矩箱盖
13  横拉杆
15  横拉杆
16  三角格状结构
17  接收器的参数段
17’接收器的抛物线段
18  锥形基部
19  六边形框架
20  格状立柱
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下文将描述根据优选实施方式的太阳能集热器模块。
在示例性实施方式中，支撑该结构的集热器是参数化圆柱集热器，其具有分成三个部分的间断主反射器：位于其末端的两个参数化部分17以及较高的中央抛物线部分17’。不具有辅助再集中器，接收器是偏心管接收器2并支撑在格状立柱20上，而格状立柱20位于六边形框架19上。
图1示出了要求保护的结构的优选实施方式的正视图。在所述实施方式中，结构的力矩箱或中央主体1的总长为12米。力矩箱1被分成长均为四米的三个部分3。为了连接这些部分3并形成完整的管1，使用了被称为膜片5的部件。
此外，三角格状结构16位于力矩箱并且该组结构在地表上所支撑的腿（未示出）固定到所述力矩箱上。
两个盖10、12位于力矩箱1的末端。集热器11的旋转轴位于一个盖12上。另一盖10用于将太阳能集热器模块连接到其附近的一个盖上。
图2示出的要求保护的结构的侧视图。该视图示出了围绕力矩箱1的六边形框架19。由于这些六边形框架19，力矩箱1沿着其长度在若干部分上被加强。六边形框架19的上侧边用于支撑格状立柱20，格状立柱20支撑接收器2。此外，假定主反射器是间断的，则六边形框架19还支撑中央抛物线段17’。六边形框架19的靠近上部的两侧边是自由的。六边形框架19的三个较低的侧边允许进行从力矩箱1到三角格状结构16的过渡。
除了力矩箱1之外，本申请要求保护的结构还包括三角格状结构16，该三角格状结构16包括有用于支撑反射器的参数部分17的围绕结构。该结构由L部分形成，其所有的连接件由铆钉或等同连接系统形成。
图3示出的结构的三向投影立体图，示出了预紧结构组件的横拉杆13、15。横拉杆13、15中的每一个均位于力矩箱1的一个侧边上。其目的是优化弯曲时的性能并解决在使力矩箱1仅支撑在腿上时发生的弯曲问题。因此，拉杆通过构建对抗弯曲（可能在力矩箱1的任意位置发生）的阻力而发挥作用。拉杆在其末端具有结合点，这提供了期望的预紧，而中部的通孔允许给予其必要的曲率并且能够维持张紧状态。
图4示出了当未安装格状立柱20时的连接到力矩箱1上的可以保持接收器2的锥形基部18的支撑件6的连接的详细视图。力矩箱1的形状已经改变并且是多面体（或圆柱体）的事实允许在很大程度上简化接收器2和圆柱体1之间的连接元件，正如图4所示，这是由于支撑件6能够利用简单的锥形基部18支撑在力矩箱1上，而在现有技术中的三角形或方形情况下，需要在二者之间引入十分复杂的过渡系统以适应这些形状，这使得安装更复杂且昂贵。
图5示出了形成力矩箱1的每个部分3的板4。在该优选实施方式中，力矩箱1的每个部分3由三个折板或曲板4形成，当安装时，折板或曲板4组成了构成力矩箱1的抛物线或圆柱形管。在图5中，它们被示出为曲板，但也可以利用折板形成。
图6示出了在图1提及的膜片5的几何形状的详情。由于这些膜片，组成力矩箱1的不同部分3之间的连接件可以被具体化，从而增加组件的刚性并降低扭转张力。膜片5通过铆钉7或任意其他等同连接系统连接到形成力矩箱1的部分3的板4上。膜片由六边形板或圆柱形板8（取决于力矩箱1的几何形状）形成，六边形板或圆柱形板8的褶曲或曲率与力矩箱1的部分3的板4的褶曲或曲率相匹配。膜片还包括用于加强组件的一系列辐条9。对于分成三个4米部分的12米长的管来说，需要两个膜片5。
上述的结构专门设计用于圆柱形太阳能集热器中，但并不排除将其扩展应用到需要类似特点的其他工业领域。

Claims (19)

1.一种用于圆柱形太阳能集热器的结构，包括在其中央具有梁或力矩箱（1）的格状杆结构（16），所述结构能够保持任意形状的接收器（2）以及任意形状（抛物线形、参数化的，等等）的连续或间断的主反射器（17、17’），并且该结构还可保持辅助再集中器，其特征在于：
-中央的梁或力矩箱（1）是分成不同部分（3）的圆柱体或具有多个面的多面体，每个部分（3）由多个板（4）形成；
-环绕的三角格状结构（16）由L部分形成，所有的连接件由铆钉或类似物形成；
-沿着中央的梁或力矩箱（1）的长度包括多个环绕且加强梁或力矩箱（1）的六边形框架（19）；
-还包括将接收器保持在力矩箱（1）之上的多个支撑件。
2.如权利要求1所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，板是折板或曲板（4）。
3.如权利要求2所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，中央的梁或力矩箱（1）的不同部分（3）通过被称为为膜片（5）的连接元件彼此连接，膜片（5）由褶曲的或圆柱形的板（8）形成，褶曲的或圆柱形的板（8）的褶曲或曲率与力矩箱（1）的部分（3）的板（4）的褶曲或曲率相匹配。
4.如权利要求3所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，膜片具有加强组件的一系列辐条（9）。
5.如权利要求1所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，两个盖（10、12）位于力矩箱（1）的末端。
6.如权利要求5所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，集热器（11）的旋转轴位于一个盖（12）上。
7.如权利要求5所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，盖（10）用于将该太阳能集热器模块连接到其附近的盖上。
8.如权利要求1所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，保持接收器（2）的支撑件（6）抵靠在锥形基部上，该锥形基部位于力矩箱（1）的正上方。
9.如权利要求1所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，保持接收器（2）的支撑件（20）直接抵靠在六边形框架（19）的上部侧边上。
10.如权利要求9所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，保持接收器（2）的支撑件（20）还保持辅助再集中器。
11.如权利要求9所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，支撑件（20）是格状立柱形状。
12.如权利要求1所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，六边形的上部侧边支撑间断主反射器的中央段（17’）。
13.如权利要求1所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，六边形框架（19）的靠近上部侧边的两条侧边是自由的。
14.如权利要求1所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，六边形框架（19）的三条较低的侧边实现从力矩箱（1）至三角格状结构（16）的过渡。
15.如权利要求1所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，该结构组件是张紧的。
16.如权利要求14所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，该结构通过两条横拉杆（13、15）张紧，每条横拉杆位于力矩箱（1）的一个侧边上。
17.如权利要求15所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，拉杆（13、15）具有预紧的结合点和用于维持曲率和张力的中部的通孔。
18.如权利要求16所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，结合点位于拉杆（13、15）的末端。
19.如权利要求1所述的用于圆柱形太阳能集热器的结构，其特征在于，三角格状结构（16）在连续反射器的情况下支撑完整的主反射器，并且在间断反射器的情况下支撑反射器末端的段。
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