结构框架和太阳能收集器模块的制作方法
【专利摘要】公开了一种太阳能收集器模块和用于其构造的技术。在一个方面中，太阳能收集器模块包括反射器和支撑反射器的三维结构框架。结构框架包括一组基本结构形状和一组轴向框架构件，该一组轴向框架构件连接在基本结构形状的角部之间形成用于扭矩从结构框架的一端向另一端的传输的螺旋路径。在另一方面中，用于组装太阳能收集器模块的方法包括对模块的部件进行预组装。
【专利说明】结构框架和太阳能收集器模块
【背景技术】
[0001]槽式太阳能收集器是用于聚光太阳能发电(CSP)厂的众所周知的收集器技术。如图1中所示，这种发电厂通常利用将入射的太阳辐射聚集在包含工作流体的管状管道上的、跟随太阳轨迹的大型聚焦反射器阵列。聚焦的辐射加热工作流体、例如油或者其它流体。加热的工作流体由管道输送至中央位置，在中央位置处，其积累的热能可以用于传统热力发动机中，例如产生驱动蜗轮来发电的蒸汽。在其它应用中，例如，在工作流体是用于家用或者商用的加热的水的情况下，加热的工作流体可以直接使用。在已经利用其热能之后，工作流体可以再循环通过收集器阵列从而再次进行加热。
[0002]收集器阵列可以很大、覆盖几平方千米并且包括上千个收集器模块，例如图1的示意图中所示出的模块101。图1中示出了若干模块，每个模块具有类似的构型。收集器的场或者阵列可以分成平行回路，使得在工作流体在由管道输运至中央位置之前不需要循环通过整个收集器场，而是例如在每个加热周期过程中穿过单行的几十个模块。回路的许多布置是可能的。每个模块通常包括由在反射器的背侧上(远离太阳)的框架或者桁架系统103支持的抛物线式反射器102。框架增加了模块的刚性。模块通常支撑在位于模块之间的塔架104上。
[0003]收集器模块通常分组成每个都成行地连接的若干相邻的模块的可旋转的太阳能收集器组件(SCAs)。即，SCA通常包括由以线性的布置的塔架支撑的若干收集器模块，使得每个SCA中的收集器模块能够绕纵向轴线旋转。为达到最佳收集效率，SCA中的所有模块优选地共同旋转从而在白天跟随太阳的轨迹。每个SCA可以由在SCA的中心附近、在SCA的端部处、或者在SCA内的另一位置处的驱动机构(未示出)移动。SCA中的收集器模块可以通过使用传统扭矩传输组件彼此耦接，传统扭矩传输组件包括中央扭矩元件(轴)从而使邻接的模块耦接。可替代地，相邻的模块可以在其边缘或者边沿附近耦接，使得扭矩主要通过作用在边沿和旋转轴线处的力偶、而不是通过中心轴的旋转而在模块之间进行传输。优选地，模块之间的耦接适合SCA的热膨胀和收缩。关于“边缘驱动”扭矩传输的系统和方法的更多描述可在2009年4月I日提交的标题为“槽式收集器模块的扭矩传输(TorqueTransfer Between Trough Collector Modules) ”的共同待审的美国专利申请 12/416，536中找到，该申请的全部内容通过参引的方式并入本文用于所有目的。
[0004]SCA模块传输来自至少两个不同来源的扭矩。第一，位于SCA的中央附近的驱动机构将扭矩直接施加至与驱动机构相邻的这些模块。对于SCA中的其它模块而言，扭矩从一个模块向另一个模块进行耦接使得SCA中的整组模块联合旋转。第二，模块阵列也承受风载荷，风载荷可将非常大的力和扭矩施加在阵列上。每个模块上的风载荷被传输至相邻的模块。产生的扭矩在SCA的端部模块处可能是最小的，但是可以通过在SCA行中的模块积累直到驱动机构必须抵抗许多模块的积累的扭转的风载荷。总施加的扭矩可以是成百上千牛米。为了保持阵列朝向太阳的适当瞄准，驱动机构必须能够抵抗并且克服由风载荷产生的扭矩，并且SCA必须足够硬使得没有模块从最佳瞄准大量偏斜而使其能量收集性能大幅降低。尽管扭矩在驱动机构附近最大，并且与驱动机构相邻的模块必须克服最大扭矩，但是偏斜可能从驱动机构向外积累，并且可能在距离驱动机构最远的SCA的端部处最大。
[0005]为了实现足够的硬度，框架或者桁架系统103应当设计成在可接受的小偏斜的情况下承受可预期的扭矩。另外，两个或者更多个光学精确装置例如SCA的模块的耦接需要组件以相对高精度地构成从而用于适当的能量收集。另外，需要每个模块重量轻，易于组装，并且成本低。在大部件中，这些相互竞争的设计目标——刚度、精度、轻质、易于组装、以及低成本——依赖于收集器模块的框架和桁架部分的设计。因此，需要在太阳能收集器模块中使用的改进的框架设计。
[0006]因为CSP系统的时间上的效率十分依赖于反射器能够暴露于日光下多少时间，因此CSP系统通常位于强日光区域中，这通常也是高温环境。这些环境通常是低成本的沙漠位置，其将大量日光与大量空间相结合从而安置收集太阳能的多个镜子。
[0007]不幸地，尽管沙漠提供用于太阳能收集的极好环境，但是，这些相同的环境通常对需要收集太阳能的物理结构不利。为了收集用于热力发动机的足够的太阳能量，需要大表面积的镜子。提供和安置所需镜子的较大表面积的最经济有效的方法是使用较少较大的镜面板而不是很多较小的镜面板。但是，随着镜面板的尺寸增大，由于较大镜面板本身以及需要支撑它们的结构的重量，在这些镜面板上的物理应力也增大。高温环境也放大物理应力，并且随着时间的流逝能够扭曲镜面的精确凹陷形状，镜面的精确凹陷形状对于实现到收集装置的最大太阳能反射是必要的。
[0008]改进的框架结构将提供优良扭矩强度和刚度，以及在弯曲中的强度和刚度，同时高效地利用材料。
【发明内容】
[0009]本发明的实施方式涉及在聚光太阳能收集器模块的设计和构型中的改进。本发明的方面包括在用于太阳能收集器模块的框架的布局上和在结点处的框架的结构构件的结合上的改进。
[0010]根据一个方面，太阳能收集器模块包括三维结构框架，其中，三维结构框架包括沿结构框架的纵向轴线间隔开的一组基本结构形状。每个基本结构形状包括布置成多边形的一组框架构件。三维结构框架还包括将相邻的基本结构形状的角部进行结合的一组轴向框架构件使得轴向框架构件形成螺旋路径，螺旋路径用于扭矩从结构框架的一个纵向端部向另一纵向端部的传输。太阳能收集器模块还包括反射器，反射器耦接至三维结构框架并且成形为将太阳能辐射聚集在收集器上。在一些实施方式中，太阳能收集器模块包括多个复合板，并且每个复合板可以支撑在仅两个间隔开的位置处。在一些实施方式中，反射器悬架于三维结构框架的边缘之外。反射器可以呈抛物柱面的形状。在一些实施方式中，太阳能收集器模块还包括多个反射器支撑结构，每个反射器支撑结构与基本结构形状中的对应一者的一个边缘一致。反射器支撑结构可以与间隔的基本结构形状一致。在一些实施方式中，反射器包括多个反射器板，每个反射器板沿其宽度凹陷。在一些实施方式中，反射器包括多个反射器板，每个反射器板沿其长度凹陷。
[0011]根据另一方面，三维结构框架包括沿结构框架的纵向轴线间隔开的一组基本结构形状。每个基本结构形状包括布置成多边形的一组框架构件。三维结构形状还包括将相邻的基本结构形状的角部进行结合的一组轴向框架构件使得轴向框架构件形成螺旋路径，螺旋路径用于扭矩从结构框架的一个纵向端部向另一纵向端部的传输。在一些实施方式中，每个基本结构形状包括三个并且仅有三个框架构件。在一些实施方式中，每个基本结构形状包括四个并且仅有四个框架构件。在一些实施方式中，每个基本结构形状包括五个或更多个框架构件。基本结构形状可以是正多边形。所有基本结构形状可以是相同的。在所有基本结构形状中的所有构件可以是相同的。所有轴向构件可以是相同的。所有基本结构形状中的所有构件和所有轴向构件可以均是相同的。在一些实施方式中，三维结构框架还包括在每个基本结构形状的每个角部处的枢纽，并且在每个对应基本结构形状角部处汇聚的所有框架构件结合至对应枢纽。在一些实施方式中，至少一个枢纽包括:弯曲板，弯曲板具有凹侧并且包括用于将在枢纽处汇聚的轴向框架构件进行连接的特征；以及横板，横板横切于弯曲板的凹侧并且横切于结构框架的纵向轴线进行固定，横板包括用于将在枢纽处汇聚的对应基本结构形状的框架构件进行连接的特征。所有枢纽可以是相同的。在一些实施方式中，至少两个框架构件的端部形成凸缘，并且具有凸缘的两个框架构件在不使用单独的枢纽的情况下通过使用凸缘直接进行结合。在一些实施方式中，三维结构框架还包括将两个框架构件的凸缘进行结合的紧固件，其中，紧固件处于单剪切。在一些实施方式中，三维结构框架还包括将两个框架构件的凸缘进行结合的紧固件，其中，紧固件处于双剪切。在一些实施方式中，所有框架构件的端部形成凸缘，并且在不使用单个枢纽的情况下通过直接连接对应凸缘，完成在框架构件之间的连接。
[0012]根据另一方面，在三维结构框架的结点处的连接包括:弯曲板，弯曲板具有凹侧并且包括用于将三维结构框架的构件进行连接的特征；和横板，横板横切于弯曲板的凹侧并横切于弯曲板中的弯曲部的轴线进行固定，横板包括用于将三维结构框架的构件进行连接的特征。连接还包括连接至弯曲板的至少两个框架构件，以及连接至横板的至少两个框架构件。横板可以焊接至弯曲板。在一些实施方式中，弯曲板限定孔，框架构件用销连接、用铆钉连接、或者用螺钉连接至孔。在一些实施方式中，横板限定孔，框架构件用销连接、用铆钉连接、或者用螺钉连接至孔。
[0013]根据另一方面，在三维结构框架的结点处的连接包括具有在连接处汇聚的端部的至少两个框架构件。在连接处汇聚的每个框架构件端部形成具有连接特征的凸缘，并且凸缘在不使用单独的枢纽的情况下彼此连接。在一些实施方式中，每个凸缘限定至少一个开口，并且，凸缘通过使用设置成通过开口的紧固件进行结合，紧固件从由销、螺钉、以及铆钉组成的组中进行选择。紧固件可以处于双剪切。紧固件可以处于单剪切。
[0014]根据另一方面，组装太阳能收集器模块的方法包括:提供多个框架构件；提供一个或者更多个枢纽；并且对多个框架构件和一个或者更多个枢纽进行预组装从而形成次级组件。框架构件中的一者与枢纽中的一者的每个连接仅使用允许对应的框架构件和枢纽绕对应的紧固件的相对旋转的单个对应的紧固件。方法还包括将框架构件布置成紧凑构型，紧凑构型比次级组件要在太阳能收集器模块中使用的膨胀构型更紧凑。紧凑构型可以是大致线性的构型。在一些实施方式中，方法还包括将次级组件膨胀成次级组件要在太阳能收集器模块中使用的膨胀构型，并且添加额外的紧固件从而将框架构件保持到一个或者更多个枢纽的。方法还可以包括将次级组件与多个类似的次级组件结合从而形成三维结构框架。方法还可以包括将反射器耦接至三维结构框架从而将太阳能聚集在接收器上。多个框架构件可以包括至少四个轴向框架构件。在一些实施方式中，对多个框架构件和一个或者更多个枢纽进行预组装从而形成次级组件包括:对于在次级组件中的至少一对相邻的轴向构件，将对应的一对构件在一端处附接至相同的枢纽，并且在另一端处附接至不同的枢纽。在一些实施方式中，方法还包括提供多个折叠横向框架构件；将各自处于折叠构型的折叠横向框架构件附接在相邻的枢纽之间；并且将次级组件膨胀成其要在太阳能收集器模块中使用的构型，同时展开折叠横向框架构件直到每个折叠横向框架构件基本上伸直。
[0015]根据另一方面，包含在太阳能收集器模块的三维结构框架中的次级组件包括多个框架构件以及一个或者更多个枢纽。多个框架构件和一个或者更多个枢纽相互连接；并且框架构件中的一者与枢纽中的一者的每个连接仅使用允许对应框架构件和枢纽绕对应紧固件的相对旋转的单个对应的紧固件。次级组件布置成紧凑构型，紧凑构型比次级组件要在太阳能收集器模块中使用的膨胀构型更紧凑。紧凑构型可以是基本上线性的构型。在一些实施方式中，次级组件包括至少四个轴向构件，并且，对于至少一对相邻的轴向构件，对应的一对构件在一端处附接至相同的枢纽，并且在另一端处附接至不同的枢纽。
[0016]在通过示例示出本发明的原理的优选实施方式的下列描述中，本发明的其它特征和优势应当变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1示出了聚光太阳能发电厂的一部分的示意图。
[0018]图2示出了根据本发明的实施方式的三维结构框架的斜视图。
[0019]图3A至3E更详细地示出了图2的三维结构框架的元件。
[0020]图4A和4B示出了根据其它实施方式的三维结构框架的斜视图和端视图。
[0021]图5A和5B示出了根据实施方式的枢纽或者结点连接器。
[0022]图6A至6E示出了根据实施方式的太阳能收集器模块中的三维结构框架的使用。
[0023]图7A至7D示出了根据实施方式的用于在结构框架的结点处产生在框架构件之间的连接的技术。
[0024]图8示出了根据实施方式的由沿其长度凹进的反射器板制成的反射器的斜视图。
[0025]图9示出了根据实施方式的由沿其宽度凹进的反射器板制成的反射器的斜视图。
[0026]图10示出了带有附加注释的图6A的三维结构框架。
[0027]图1lA至IlC示出了根据本发明的实施方式的次级组件。
[0028]图12A至12D示出了根据本发明的其它实施方式的次级组件。
[0029]图13A至13E示出了根据本发明的其它实施方式的次级组件。
【具体实施方式】
[0030]图2示出了根据本发明的实施方式的三维结构框架200的斜视图。框架200利用相互连接成为框架提供良好扭转强度和硬度以及弯曲的强度和硬度的布置的框架构件，同时高效地利用材料。
[0031]为了此公开内容的目的，框架构件是连接在框架的两个结点之间的细长结构元件。每个构件优选地是基本上刚性的，并且定尺寸成在不屈服或者变形的情况下承受预期的压缩和拉伸载荷。每个框架构件也可以定尺寸使得其抵抗轴向拉伸或者压缩使得整个三维结构框架能够满足其用于扭转和弯曲硬度的性能目标。在一些实施方式中，框架构件也可以承受弯曲载荷。框架构件可以通过使用所谓枢纽或者结点连接器的装置而在框架的结点处相互连接。框架构件可以由任何适当材料，例如钢、铝、其它金属、金属合金、或者复合材料制成。框架构件可以是例如圆形或者矩形截面形状的管状，可以制成例如角形、C截面、或者I截面的形状，或者可以是其它形状。框架构件可以是整体的，或者可以是组合的，例如包括有利于在框架构件与枢纽之间的过渡的连接器元件。
[0032]三维结构框架200包括沿结构框架200的纵向轴线202间隔开的一组基本结构形状201a-201d。在图2的示例中，每个基本结构形状201a_201d包括布置成正方形的四个框架构件，尽管在其它实施方式中，基本结构形状可以是其它多边形形状。例如，基本结构形状201a-201d可以是三角形，可以具有五个边，或者其它数量的边。在一些实施方式中，多边形是相同的正多边形，即使在其它实施方式中，基本结构形状可以不都相同，并且可以不是正多边形。
[0033]基本结构形状的数量也可以根据需要变化。尽管四个基本结构形状201a_201d在三维结构框架200中被示出，但是可以使用更多或更少的基本结构形状。
[0034]在示例性三维结构框架200中，基本结构形状201a_201d中的每一者均相对于轴向相邻的基本结构形状绕纵向轴线202旋转45度。可以使用其它旋转角度。轴向框架构件203(图2中仅计入了轴向框架构件203中的一些)将基本结构形状201a-201d的角部结合。例如，两个轴向框架构件203从基本结构形状201a的每个角部延伸至基本结构形状201b的两个最近的角部。类似地，两个轴向框架构件203从结构形状201b的每个角部延伸至基本结构形状201c的两个最近的角部，等等。因此，轴向框架构件203形成沿三维结构框架200的长度的八个螺旋扭矩传递路径。螺旋路径204中的一者在图2中突出显示。由轴向框架构件203形成的螺旋路径的一半进行右手弯曲，另一半进行左手弯曲。联合的螺旋路径形成用于从三维结构框架200的一端向另一端传递扭矩的非常有效的结构。基本结构形状201a-201d的框架构件保持轴向框架构件203的间隔。因此，三维结构框架200具有类似于管的特性，这是用于传递扭矩的非常有效的形状。
[0035]图3A至3E具体地示出了三维结构框架200的元件。在图3A中，基本结构形状201a至201d沿结构框架200的纵向轴线202间隔开、独立示出。尽管基本结构形状201a至201d示出为相等间隔，但这不作为要求。图3B示出了基本结构形状201a和201b的端视图，其示出了基本结构形状201b相对于基本结构形状201a旋转。
[0036]图3C示出了从基本结构形状201a的一个角部向基本结构形状201b的最近的角部延伸的两个轴向框架构件203。图3D为图3C的布置的端视图。图3E示出了具有如图2中所示的在适当位置处的所有轴向框架构件的示例性三维结构框架200的端视图。(不是所有轴向框架构件203都在图3E中标出。)
[0037]在一些实施方式中，三维结构框架的布置能实现物流和制造高效。在现有间隔框架桁架设计中，已经可以使用许多不同框架构件形状和尺寸，以及在间隔框架中的不同结点处使用的不同枢纽。框架组件的复杂和零件采购和装配的物流造成所产生的特有零件的较大数量。参考本发明的一些实施方式，在基本结构形状中使用的所有框架构件可以是相同的，使得与传统间隔框架桁架相比，减小了三维结构框架200中的特有零件的数量。另外，所有轴向框架构件203可以彼此相同。在一些实施方式中，包括轴向框架构件和基本结构形状中使用的框架构件的所有框架构件是相同的，使得贯穿三维结构框架仅使用一个框架构件构型。在一些实施方式中，贯穿三维结构框架所使用的所有枢纽也是相同的。
[0038]图4A和4B示出了根据其它实施方式的三维结构框架400的斜视图和端视图。三维结构框架400使用沿纵向轴线402间隔开的三角形基本结构形状401a至401d。轴向框架构件403沿框架形成用于扭矩传输的六个螺旋路径。也可以使用具有其它数量的构件的基本结构形状。
[0039]图5A和5B示出了根据实施方式的枢纽或者结点连接器500，其可以用于三维结构框架例如框架400的相互连接构件。示例性枢纽500包括具有凹侧502的弯曲板501。弯曲板501沿弯曲部503弯曲，弯曲部503具有轴线504。横板505横切于弯曲部503的轴线504而固定至弯曲板501的凹侧502。弯曲板502和横板505两者都包括用于连接框架构件的特征。在示例性枢纽500中，板限定孔506 (仅标出孔506中的一些)，孔506可以用于例如通过使用销、铆钉、或者螺钉来连接框架构件。也可以设想其它类型的连接特征和方法。横板505可以通过任何适当方式、例如通过沿焊接线507焊接而固定至弯曲板501。
[0040]图5B示出了六个框架构件508至513与枢纽500的连接。框架构件508和509可以是基本结构形状、例如三维结构框架400的基本结构形状401b的构件。框架构件510、511、512以及513是轴向框架构件，例如三维结构框架400的轴向构件403中的一些。虽然图5B中未示出紧固件，但是，框架构件508至513可以用销连接、用铆钉连接、用螺钉连接、或者其它方式紧固至枢纽500。示例枢纽500可以特别适合于具有三角形基本结构形状的三维结构框架，但是类似的枢纽可以构造用于具有其它构件数量的基本结构形状的框架。在一些实施方式中，框架中的所有枢纽是相同的，但是这不作为要求。
[0041]如上所述的三维结构框架特别适合于在聚光太阳能收集器模块中使用。聚光太阳能收集器的每个模块可能需要承受并且传输具有有限扭矩变形的相当大的扭矩从而保持太阳能收集器组件中的模块的对准，并且还可能需要抵抗弯曲从而保持在接收管上的反射的太阳能辐射的适当的聚焦。
[0042]图6A至6E示出了根据实施方式的太阳能收集器模块中的三维结构框架600的使用。在此示例中，如图6A中所示，三维结构框架600使用七个基本结构形状601a至601g，七个基本结构形状601a至601g中的每一者都是三角形。基本结构形状601a至601g沿三维结构框架600的纵向轴线602间隔开，并且由轴向框架构件603连接，图6A中仅标出了一些轴向框架构件603。由轴向框架构件603形成的六个螺旋扭矩传递路径604中的一者在图6A中突出显示。额外的支杆605可被设置在三维结构框600的每个端部处，从而将结构框架600安装至支承部606并且辅助在相邻的模块之间传递扭矩。支承部606能够使模块绕轴线旋转从而跟随太阳的轨迹。由支承部606限定的旋转轴线不需要与三维结构框架600的纵向轴线相同，但是可以位于完成的太阳能收集器模块的质心附近。
[0043]图6B示出了具有在适当位置处的太阳能收集器模块的额外的元件的三维结构框架600。接收器管607由接收器支架608a至608c支撑，接收器支架608a至608c例如在基本结构形状601处相应地附接至三维结构框架600。接收器管607优选地位于反射器的焦线处或者其附近，并且接收从反射器反射的集中的太阳能辐射。
[0044]图6C示出了具有如图6B中示出的接收器管和接收器支架并且还具有附加的四个反射器支撑结构609a至609d的三维结构框架600。在此示例中，使用四个反射器支撑结构，四个反射器支撑结构与间隔的(每隔一个的)基本结构形状601a、601c、601e、以及601g一致。反射器支撑结构609a至609d可以单独地进行组装，并且随后附接至三维结构框架600。太阳能收集器模块的构型的此模块形式与传统间隔框架设计相比可以更有效地将模块的镜面支撑功能与模块的扭矩传输功能分开，并且因此，可以有利于产品开发和改进，因为可以在不影响另一者的情况下，对结构框架600或者对反射器支撑结构609a至609d进行设计改变，只要结构框架600与反射器支撑结构609a至609d之间的连接保持在其固定位置处。
[0045]图6D示出了将檩条610a至610d添加到反射器支撑结构609a至609d。檩条可以有利于将反射器安装至到模块。
[0046]图6E示出了将反射器611安装到太阳能收集器模块。反射器611通过檩条610a至610d和反射器支撑结构609a至609d耦接至三维结构框架600。反射器611成形为将辐射聚集到收集器管607上。反射器611可以包括共同地形成反射器611的部段，例如复合镜面板。示例的复合镜面板可以包括结构部件，例如聚异氰脲酸酯泡沫、聚丙烯蜂窝、或者夹在由金属、玻璃纤维或者其它适当材料制成的外层板之间的其它结构部件，其中反射表面应用于板的一侧。其它技术和材料可以用于构造复合板。在一些实施方式中，每个复合镜面板可被支撑在仅两个间隔开的位置处，例如，在檩条610a和610b处，或者在檩条610c和610d处。复合镜面板可被悬架于三维结构框架的边缘之外，如图6E中所示。
[0047]图7A至7D示出了用于在结构框架的结点处产生框架构件之间的连接的另一技术。图7A至7D的技术不需要使用枢纽或者结点连接器，并且因此可以大幅地减少构造结构框架所需的零件数量。
[0048]在图7A中，框架构件701和702是框架的基本结构形状中的一者的构件，并且其它框架构件703至706是轴向框架构件。例如通过按压或者冲压将在示出的结点处汇聚的每个框架构件701至706的端部形成凸缘。例如，轴向框架构件705的端部已经进行按压从而形成凸缘707。在此示例中，凸缘707包括彼此对准的两个平面部708和709从而有利于将凸缘707与其它框架构件上的类似凸缘结合。面708和709中的每一者限定一对开口710，当框架适当地进行组装时，该对开口 710定位成与其它框架构件上的凸缘中的类似开口相匹配。例如，框架构件可以通过使用销、螺钉、铆钉、或者通过开口 710的其它紧固件进行结合。(紧固件未在图7A中示出。)也可以设想结合框架构件的其它方法，例如双面点焊(direct welding)。
[0049]图7B示出了从横向角度观察的图7A的结点。示例性框架构件701至706的凸缘被安置为彼此相邻并且利用单剪切的任何销、螺钉、或者铆钉进行连接。图7C示出了另一示例实施方式，其中，框架构件的端部形成具有两个间隔开的部分的凸缘。一个框架构件的凸缘的一部分配合在另一框架构件凸缘的部分之间，使得结合两个构件的销、螺钉、或者铆钉被安置为双剪切。例如，如在图7C中能够看到，一个框架构件的凸缘711的一部分在位置713处配合在来自另一框架构件的凸缘712的部分之间，反之亦然。此布置可以产生更强的结合部。图7D示出了具有包括两个间隔开的部分715a和715b的凸缘714的框架构件的另一不例。
[0050]在其它实施方式中，提供了复合反射器。反射器可以是用于聚光太阳能(CSP)系统，其中，反射器可以将太阳能改变方向并且聚集在接收器处。反射器可以是系统中的任一具体反射器的全部或者仅次级部分。[0051]在反射器是CSP中的一个反射器的次级部分的实施方式中，反射器可以沿其长度凹进。以此方式，这些反射器当并列布置时能够产生更大的总反射器。另一组并列反射器可以布置在这样一组的上面或者下面从而产生更大的总反射器。图8示出了根据实施方式的反射器860的斜视图，其中，反射器由沿其长度凹进的反射器板800构成。
[0052]在反射器是CSP中的一个反射器的次级部分的其它实施方式中，反射器可以沿其宽度凹进。以此方式，这些反射器当并列布置时能够产生较大的总反射器。图9示出了根据实施方式的反射器900的斜视图，其中，反射器由沿其长度凹进的反射器板910构成。
[0053]根据本发明的实施方式的结构框架，例如如图2、图4A或者图6A中示出的结构框架可以有利于一定的生产和组装效率。其中的一些将在下文中在三维结构框架600的背景下进行描述，为了便于参照，三维结构框架600在图10中被再次示出。三维结构框架600包括七个基本结构形状601a至601g,其中的每一者均为三角形。基本结构形状601a至601g沿三维结构框架600的纵向轴线602间隔开，并且由轴向框架构件603进行连接，图6A中仅标出了轴向框架构件603中的一些。
[0054]三维结构框架600可以认为是包括六个“分隔间” IOOla至lOOlf，每个分隔间从基本结构形状601a至601g中的一者向下一者延伸。参照分隔间IOOlc和lOOld，这些分隔间部分地由从三角形基本结构形状601d的三个角部延伸的轴向框架构件603形成。例如，分隔间IOOlc和IOOld的顶部由在结点1003处汇聚、以1002共同地标出的四个轴向框架形成。对于总共12个轴向框架构件，分隔间IOOlc和IOOld的外部的其余部分由在结点1004处汇聚的四个轴向框架构件和在结点1005处汇聚的四个轴向框架构件形成。(当使用除了三角形的基本结构形状时，需要更多轴向框架构件来限定分隔间。例如，当基本结构形状是方形时，那么将需要16个轴向框架构件来限定两个相邻的分隔间的外部。) [0055]在一些实施方式中，三维结构框架600设计使得所有的轴向框架构件603彼此相同，并且使得在所有节点(可能除了在三维结构框架600的端部处的结点之外)处的枢纽或者结点连接器彼此相同。另外，制成基本结构形状601b至601f的所有框架构件(和可能地制成基本结构形状601a和601g的构件中的一些)可以彼此相同。因此，三维结构框架600可以包括四十二个相同的轴向框架构件603、用于制成基本结构形状601的十九个相同的框架构件、以及在基本结构形状601b至601f的角部处的十五个相同的结点连接器，使得三维结构框架600的主体由仅三个特有零件类型和用于连接它们的紧固件制成。在轴向框架构件603和基本结构形状601a至601g的构件彼此相同的实施方式中，三维结构框架600的主体可以由六十一个相同框架构件和十五个相同枢纽制成。
[0056]在一方面，三维结构框架600的许多零件是相同的事实意味着在使用许多收集器模块的大型安装中，用于组装模块的三维结构框架的单独的结构构件能够制造成非常大的体积，这产生在框架构件的构成上的生产高效率。另外，三维结构框架中的特有零件的小数量简化了零件采购的总量控制、运送以及其它方面。
[0057]在另一方面，三维结构框架600的部分可以在运送至工作地点之前进行预组装，在工作地点处，例如在聚光太阳能发电厂中，最终收集器模块将进行安装使用。例如，三维结构框架600的部分可以在单个框架构件和结点连接器进行装配的位置附近或者在中间位置处进行组装。三维结构框架的部分的预组装可以在室内进行，使得模块组件中的至少一些不太可能受到不利天气的妨碍。预组装使材料以较大的次级组件运送至最终工作位置而不是单个构件分开地进行运送，这简化了材料处理并且减小了可能在室外发生的、丢失零件或者将零件放错工作地点的风险。
[0058]在一个预组装技术中，成组的四个或者更多个轴向框架构件603，例如如图10中的1002共同地标出的成组的轴向框架构件可以部分地预组装至其共同的结点连接器。图1lA示出了组装至枢纽1102的由IIOla至IIOld标出的四个轴向框架构件，枢纽1102类似于图5A中示出的枢纽500。预组装的框架构件IlOla至IlOld和枢纽1102形成次级组件1100。图1lB示出了包括枢纽1102和轴向框架构件IlOla至IlOld与枢纽1102的连接的图1lA的区域的放大图。在次级组件1100中，轴向框架构件IlOla至IlOld中的每一者均通过使用单个对应铆钉或者其它适当紧固件1103a至1103d附接至枢纽1102。优选地，次级组件1100布置成紧凑运送构型以运送至工作地点。在运送构型中，包含在次级组件1100中的构件比在完成的三维结构框架中更紧凑地布置。例如，在图1lA的布置中，轴向框架构件IlOla至IlOld布置成基本上线性的构型。
[0059]在施加适度扭矩的情况下，轴向框架构件IlOla至IlOld能够绕对应铆钉1103a至1103d旋转使得次级组件1100能够膨胀成将在三维结构框架600中使用的构型，如图1lC中所示。铆钉或者其它紧固件能够继而安置在轴向框架构件IlOla至IlOld的端部中的其它孔中，这增大了次级组件的强度和刚度。
[0060]一旦预组装的次级组件已经膨胀，则其能够通过使用额外的枢纽和铆钉或者其它紧固件在工作地点处结合在一起，并且形成基本结构形状601b至601f的框架构件能够进行附接。任何特有端部构件能够进行附接，从而完成三维结构框架，并且反射器可以耦接至三维结构框架从而完成太阳能收集器模块。
[0061]尽管次级组件1100包括连接至一个枢纽的仅四个轴向框架构件从而形成约为轴向框架构件IlOla至IlOld的两倍长度的次级组件，然而可以使用更大或者更小的次级组件。例如，仅一个或者两个轴向框架构件能够连接至枢纽从而形成次级组件。或者另外的枢纽和轴向框架构件可被附接至轴向框架构件IlOla至IlOld中的一些或者全部的端部，从而形成较长的次级组件，这仅受制于运送产生的次级组件的实用性。
[0062]图12A至12D示出了三维结构框架600的预组装零件的另一示例。在此示例中，三维结构框架600的两个分隔间所需要的全部轴向框架构件被组装至形成次级组件1200的枢纽。在此示例中，十二个轴向框架构件1201a至12011通过使用九个枢纽1202a至1202i进行组装。在次级组件1200中，每对相邻的轴向框架构件在一端处附接至相同的枢纽，并且在相反端处附接至不同的枢纽。例如，相邻的轴向构件1201a和1201b均在一端处附接至枢纽1202b，但是轴向构件1201a在另一端处附接至枢纽1202f而轴向构件1201b附接至另一枢纽1202d。类似地，相邻的轴向构件1201b和1201e均在一端处附接至枢纽1202d，但是在另一端处,轴向构件1201b附接至枢纽1202b而轴向构件1201e附接至枢纽1202a。
[0063]如在之前示例中，仅一个铆钉或者其它适当紧固件用在轴向框架构件1201a至12011中的每一者的每个端部处。这允许轴向框架构件和枢纽承受绕紧固件的相对旋转，从而将次级组件压缩成图12A的紧凑、大致直线的布置，并且还使如由箭头1203a至1203c示出的次级组件1200膨胀。随着次级组件1200膨胀，其端部更加靠近在一起，如由箭头1204a 和 1204b 所示。
[0064]图12B示出了图12A的一部分的放大图，其示出了将轴向框架构件附接至枢纽1202d至1202f的单个铆钉。(不是所有铆钉都在图12B中可见。)
[0065]图12C示出了呈在最终三维结构框架中使用的构型的、处于其完全膨胀状态的次级组件1200。图12C中的虚线示出基本结构形状将被安置从而完成三维结构框架600的两个分隔间部分的位置。图12D示出了具有在适当位置处的基本结构形状1205a至1205c的次级组件1200。铆钉或者其它紧固件将随后被安置在框架构件和枢纽结合的所有匹配孔中。
[0066]多个类似次级组件可以随后通过使用额外的轴向框架构件和附加的任何特有端部构件连接在一起，从而完成三维结构框架600。反射器可以随后附接至三维结构框架，从而完成如上所述的太阳能收集器模块。
[0067]可以形成次级组件的其它尺寸。例如，用于形成三维结构框架600的仅单个分隔间的次级组件能够通过从次级组件1200省略轴向框架构件1201c、1201d、1201g、1201h、1201k、以及12101和枢纽1202g、1202h、以及1202i而制成。以此方式形成的次级组件1300在图13A中示出。在次级组件1300中，六个轴向框架构件如上所述附接至六个枢纽1301a至 1301fo
[0068]如图13B中所示，通过使用折叠横向框架构件可以有利于这种次级组件的膨胀和进一步组装。在图13B中，折叠横向框架构件1302a至1302f已经连接在相邻的枢纽之间。每个折叠横向框架构件包括铰接在一起的两个部分。
[0069]一旦附接至枢纽，折叠横向框架构件1302a_1302f可以展开，同时轴向框架构件被拉开，如图13C和13D中所示，其示出了在次级组件1300展开的进行阶段。一旦折叠横向框架构件1302a至1302f伸直，则它们形成被组装的分隔间的基本结构形状，并且横切于最终三维结构框架的轴线。折叠横向构件可以随后紧固在其伸直构型中，并且其它紧固件放置在适当位置从而将轴向框架构件完全紧固至枢纽，由此完成分隔间。其它分隔间可以以类似方式形成并且结合在一起从而形成三维结构框架，例如三维结构框架600。可以添加反射器从而完成太阳能收集器模块。
[0070]根据当前优选实施方式，上文已经对本发明进行描述使得能够传达本发明的理解。但是，有在文中未具体描述但是可由本发明所应用的用于收集器系统的一些构型。因此，本发明不应该看成限于文中描述的【具体实施方式】，而是，应当理解，本发明基本上具有关于收集器系统的宽泛的适用性。因此，随附权利要求的范围内的所有改型、变形、或者等同的布置和执行应当认为在本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种太阳能收集器模块，包括: 三维结构框架，其中，所述三维结构框架包括沿所述结构框架的纵向轴线间隔开的一组基本结构形状，每个所述基本结构形状包括布置成多边形形状的一组的框架构件，并且其中，所述三维结构框架还包括将相邻的基本结构形状的角部进行结合的一组轴向框架构件使得所述轴向框架构件形成螺旋路径，所述螺旋路径用于将扭矩从所述结构框架的一个纵向端部向另一纵向端部进行传输；以及 反射器，所述反射器耦接至所述三维结构框架并且成形为将太阳能辐射聚集在收集器上。
2.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，其中，所述反射器包括多个复合板。
3.根据权利要求2所述的太阳能收集器模块，其中，每个复合板被支撑在仅两个间隔开的位置处。
4.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，其中，所述反射器被悬架于所述三维结构框架的边缘之外。
5.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，其中，所述反射器呈抛物柱面的形状。
6.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，还包括多个反射器支撑结构，每个反射器支撑结构与所述基本结构形状中的对应的一者的一个边缘一致。
7.根据权利要求6所述的太阳能收集器模块，其中，所述反射器支撑结构与间隔的基本结构形状一致。
8.根据权利要求1所 述的太阳能收集器模块，其中，所述反射器包括多个反射器板，每个反射器板沿其宽度凹进。
9.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，其中，所述反射器包括多个反射器板，每个反射器板沿其长度凹进。
10.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，其中，每个基本结构形状包括三个并且仅有三个框架构件。
11.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，其中，每个基本结构形状包括四个并且仅有四个框架构件。
12.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，其中，每个基本结构形状包括五个或更多个框架构件。
13.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，其中，所述基本结构形状是正多边形。
14.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，其中，所有所述基本结构形状是相同的。
15.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，其中，所有所述基本结构形状中的所有所述构件是相同的。
16.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，其中，所有所述轴向构件是相同的。
17.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，其中，所有所述基本结构形状中的所有所述构件以及所有所述轴向构件均是相同的。
18.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，还包括在每个基本结构形状的每个角部处的枢纽，其中，在每个对应的基本结构形状角部处汇聚的所有所述框架构件结合至所述对应的枢纽。
19.根据权利要求18所述的太阳能收集器模块，其中，至少一个枢纽包括: 弯曲板，所述弯曲板具有凹侧并且包括用于将在所述枢纽处汇聚的所述轴向框架构件进行连接的特征；以及 横板，所述横板横切于所述弯曲板的所述凹侧并横切于所述结构框架的所述纵向轴线进行固定，所述横板包括用于将在所述枢纽处汇聚的所述对应的基本结构形状的所述框架构件进行连接的特征。
20.根据权利要求18所述的太阳能收集器模块，其中，所有所述枢纽是相同的。
21.根据权利要求1所述的太阳能收集器模块，其中，至少两个框架构件的端部形成凸缘，并且具有所述凸缘的所述两个框架构件在不使用单独的枢纽的情况下通过使用所述凸缘而直接结合。
22.根据权利要求21所述的太阳能收集器模块，还包括使所述两个框架构件的所述凸缘结合的紧固件，其中，所述紧固件处于单剪切。
23.根据权利要求21所述的太阳能收集器模块，还包括使所述两个框架构件的所述凸缘结合的紧固件，其中，所述紧固件处于双剪切。
24.根据权利要求21所述的太阳能收集器模块，其中，所有所述框架构件的端部形成凸缘，并且在不使用单独的枢纽的情况下通过将所述对应的凸缘直接连接而完成所述框架构件之间的连接。
25.一种在太阳能收集器模块的三维结构框架的结点处的连接，所述连接包括: 弯曲板，所述弯曲板具有凹侧并且包括用于将所述三维结构框架的构件进行连接的特征； 横板，所述横板横切于所述弯曲板的所述凹侧并横切于所述弯曲板中的弯曲部的轴线进行固定，所述横板包括用于将所述三维结构框架的构件进行连接的特征；以及 连接至所述弯曲板的至少两个框架构件；以及 连接至所述横板的至少两个框架构件。
26.根据权利要求25所述的在太阳能收集器模块的三维结构框架的结点处的连接，其中，所述横板被焊接至所述弯曲板。
27.根据权利要求25所述的在太阳能收集器模块的三维结构框架的结点处的连接，其中，所述弯曲板限定孔，框架构件用销连接至所述孔，用铆钉连接至所述孔，或者用螺钉连接至所述孔。
28.根据权利要求25所述的在太阳能收集器模块的三维结构框架的结点处的连接，其中，所述横板限定孔，框架构件用销连接至所述孔，用铆钉连接至所述孔，或者用螺钉连接至所述孔。
29.一种在太阳能收集器模块的三维结构框架的结点处的连接，所述连接包括具有在所述连接处汇聚的端部的至少两个框架构件，其中，在所述连接处汇聚的每个框架构件端部形成具有连接特征的凸缘； 其中，所述凸缘在不使用单独的枢纽的情况下彼此连接。
30.根据权利要求29所述的在太阳能收集器模块的三维结构框架的结点处的连接，其中，每个凸缘限定至少一个开口，并且其中，所述凸缘通过使用设置成通过所述开口的紧固件进行结合，所述紧固件从由销 螺钉、以及铆钉组成的组中进行选择。
31.根据权利要求30所述的在太阳能收集器模块的三维结构框架的结点处的连接，其中，所述紧固件处于双剪切。
32.根据权利要求30所述的在太阳能收集器模块的三维结构框架的结点处的连接，其中，所述紧固件处于单剪切。
33.一种组装太阳能收集器模块的方法，所述方法包括: 提供多个框架构件； 提供一个或者更多个枢纽； 对所述多个框架构件和所述一个或者更多个枢纽进行预组装从而形成次级组件，其中，所述框架构件中的一者与所述枢纽中的一者的每个连接仅使用允许所述对应的框架构件和枢纽绕所述对应的紧固件的相对旋转的单个对应的紧固件；并且 将所述框架构件布置成紧凑构型，所述紧凑构型比所述次级组件要在所述太阳能收集器模块中进行使用的膨胀构型更紧凑。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述紧凑构型是大致线性的构型。
35.根据权利要求33所述的方法，还包括: 将所述次级组件膨胀成所述次级组件要在所述太阳能收集器模块中使用的所述膨胀构型；并且 添加额外的紧固件从而将所述框架构件保持到所述一个或者更多个枢纽。
36.根据权利要求35所述的方法，还包括:` 将所述次级组件与多个类似次级组件结合从而形成三维结构框架。
37.根据权利要求36所述的方法，还包括: 将反射器耦接至所述三维结构框架。
38.根据权利要求33所述的方法，其中，所述多个框架构件包括至少四个轴向框架构件。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，对所述多个框架构件和所述一个或者更多个枢纽进行预组装从而形成次级组件包括:对于所述次级组件中的至少一对相邻的轴向构件，将所述对应的一对所述构件在一端处附接至相同的枢纽，并且在另一端处附接至不同的枢纽。
40.根据权利要求39所述的方法，还包括: 提供多个折叠横向框架构件； 将各自处于折叠构型的所述折叠横向框架构件附接在相邻的枢纽之间；并且将所述次级组件膨胀成其要在所述太阳能收集器模块中使用的所述构型，同时展开所述折叠横向框架构件直到每个所述折叠横向框架构件基本上伸直。
41.一种包含在太阳能收集器模块的三维结构框架中的次级组件，所述次级组件包括: 多个框架构件；以及 一个或者更多个枢纽； 其中，所述多个框架构件与所述一个或者更多个枢纽相互连接； 其中，所述框架构件中的一者与所述枢纽中的一者的每个连接仅使用允许所述对应框架构件和枢纽绕所述对应紧固件的相对旋转的单个对应的紧固件；并且其中，所述次级组件布置成紧凑构型，所述紧凑构型比所述次级组件要在所述太阳能收集器模块中进行使用的膨胀构型更紧凑。
42.根据权利要求41所述的次级组件，其中，所述紧凑构型是基本上线性的构型。
43.根据权利要求41所述的次级组件，其中，所述次级组件包括至少四个轴向构件，并且其中，对于至少一对相邻的轴向构件，所述对应的一对所述构件在一端处附接至相同枢纽，并且在另一端处附接至不同的枢纽。
【文档编号】F24J2/14GK103620318SQ201280030240
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年4月19日 优先权日:2011年4月19日
【发明者】约瑟夫·艾辛格, 克里·曼宁, 帕特里克·马科特, 内森·斯特高尔 申请人:阿文戈亚太阳能公司