本申請要求于2014年5月13日提交的名為“用于集中太陽能發(fā)電的低成本拋物柱面槽(Low Cost Parabolic Cylindrical Trough for Concentrated Solar Power)”的美國臨時專利申請No.61/992,373的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該專利申請的全部內(nèi)容被通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及用于在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中使用的槽及其形成方法。

背景技術(shù)：

集中太陽能發(fā)電系統(tǒng)聚焦太陽能以加熱工作流體，從而產(chǎn)生用于在常規(guī)熱力發(fā)動機(通常為汽輪機)中使用以產(chǎn)生電力的蒸汽。通常，拋物柱面反射器(經(jīng)常被稱之為槽)將太陽能聚焦在沿著反射器的焦線布置的接收器或吸收器上。參考圖1，在示例性系統(tǒng)中，在大型陣列110中安裝有多個反射器100，并且結(jié)合有用以追蹤太陽的運動的裝置，以便可將照射在每個反射器上的太陽光集中在其接收器120上。這些接收器被互連在一起，使得工作流體可以以連續(xù)循環(huán)的方式流過現(xiàn)場和熱力發(fā)動機。參見http://en.wikipedia.org/wiki/Concentrated_solar_power，加利福尼亞(California)州圣伯納迪諾(San Bernardino County)縣北部的354兆瓦的太陽能熱電廠(SEGS)的太陽能復(fù)合體的一部分的圖像。

參考圖2，適于在圖1的系統(tǒng)中使用的能量收集機構(gòu)可以包括具有反射表面210的太陽能收集器/集中器200，該反射表面210限定拋物柱面形狀的槽220?？梢詾樵摫砻嫣峁┲С薪Y(jié)構(gòu)，例如桁架系統(tǒng)。該支承結(jié)構(gòu)可以適于改變該表面的指向方向以例如追蹤入射的太陽能的方向和/或提供對該槽結(jié)構(gòu)的配載(stowage)。結(jié)構(gòu)230a和230b可以設(shè)置于該槽的每個端部，以支承沿著該槽的焦線定位的管狀接收器250。這些結(jié)構(gòu)以使該槽可以在致動器240的控制下圍繞柱(post)的頂部樞轉(zhuǎn)的方式固定到該槽。參見美國專利公開文獻No.2013/0047978，其被以適用法律所允許的最大程度通過引用并入本文中。

由于存在高效率所需要的高表面精度，導(dǎo)致大型拋物面反射器(例如槽)可能是復(fù)雜的并且是制造昂貴的。起作用的因素是反射表面優(yōu)選地在多種操作狀況下(包括在指向角范圍內(nèi)以及在可變的風(fēng)力負載和熱負載下)維持拋物面精度。驅(qū)動因素是需要精確地設(shè)計和制造這些結(jié)構(gòu)(例如，用于支承反射表面并維持其精度的肋和/或桁架)。一種常用技術(shù)是對這些桁架使用水射流制造(這是一種昂貴的工藝)。作為選擇，可以較為不精確地制造這些結(jié)構(gòu)，但是，隨后可能需要在現(xiàn)場對該結(jié)構(gòu)作出許多調(diào)整和對齊，以獲必需的精確度。

需要一種用于精確地形成、成形和維持用于與拋物面反射器一起使用的結(jié)構(gòu)的廉價方法；并且，需要大型精確成形的反射表面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一種實施例，一種方法能夠構(gòu)建用于收集和集中太陽能的大型(例如，具有6m×12m的孔徑)拋物柱面槽。大型槽可被以低裝配成本利用工業(yè)標準金屬部件廉價地制成，并且在運行狀況下維持高固有收集效率。該高效率是表面輪廓精度(通常處于若干毫米的范圍內(nèi)，或者約為幾萬分之幾)的結(jié)果，該效率可以通過該槽實現(xiàn)近乎100％的收集效率。此外，制造槽所使用的面板不需要被預(yù)彎曲，這是因為它們呈現(xiàn)出根據(jù)本發(fā)明的實施例制造的肋的形狀。預(yù)彎曲步驟的消除導(dǎo)致了經(jīng)濟利益。

在一方面中，本發(fā)明的多個實施例包括一種用于太陽能集中的反射器，該反射器包括(i)反射組件，其包括形成連續(xù)槽的多個細長面板；以及(ii)框架，其被構(gòu)造成支承面板，其中，該框架與附接的面板一起在該槽的頂側(cè)上限定拋物面輪廓。

可包括下列特征中的一個或多個?？赏ㄟ^使用z形彎曲部或凸緣中的至少一個來連結(jié)這多個面板，該z形彎曲部或凸緣中的至少一個被通過粘接、螺栓連接和鉚接中的至少一種來彼此連接?？赏ㄟ^使用連接條或通道來連結(jié)這多個面板，該連接條或通道被通過粘接、螺栓連接或鉚接附接到這些面板。連接條可以被橫跨由相鄰面板限定的接縫設(shè)置。

反射組件可包括至少三個面板。至少一個面板可以包括金屬板。至少一個面板可包括設(shè)置在基底上的膜。

該框架可以包括多個間隔開的支承件。至少一個支承件可包括桁架。該桁架可包括至少一個肋，該至少一個肋具有限定偏置拋物面的表面。這至少一個肋可包括管。

在另一方面中，本發(fā)明的多個實施例包括一種制造太陽能反射器的方法，該方法包括下列步驟：將多個細長面板在弧形表面上對齊，以形成連續(xù)槽；以及將框架固定到這些面板的背面。

可包括下列特征中的一個或多個。這多個面板可包括至少三個面板。弧形表面可限定偏置拋物面?？蚣芸砂ǘ鄠€間隔開的支承件。至少一個支承件可包括桁架。該桁架可包括至少一個肋，該至少一個肋具有偏置拋物面表面。該至少一個肋可包括管?？衫猛咕墝⑦@多個面板互連?？赏ㄟ^焊接、硬釬焊、螺栓連接和/或粘接將這多個面板互連。

在另一方面中，本發(fā)明的多個實施例包括一種用于形成具有偏置拋物面表面的管的方法。該方法包括下肋步驟：將中空管插在環(huán)形輥軋機的輥子之間。將該管的一部分輥軋成具有預(yù)定曲率半徑的弧形。調(diào)節(jié)該機器，并將該管的下一部分輥軋成具有與緊接的前一曲率半徑不同的預(yù)定曲率半徑的弧形；以及重復(fù)該步驟一次或多次，以完成形成該管的偏置拋物面表面。

可包括下列特征中的一個或多個。每個預(yù)定曲率半徑可包括擬合于待由中空管限定的偏置拋物面上的三個等間隔的點的圓弧的半徑。該中空管可包括鋁、鍍鋅鋼和/或鋼。該管可包括限定正方形和/或矩形的橫截面。

在另一方面中，本發(fā)明的多個實施例包括一種肋，其具有包括第一中空管的下部管。上部管可包括第二中空管并與下部管間隔開。多個間隔件可被設(shè)置在下部管和上部管之間。至少上部管可限定偏置拋物面表面。

可包括下列特征中的一個或多個。第一中空管和第二中空管中的至少一個可包括鋁、鍍鋅鋼和/或鋼。這多個間隔件可包括鋁、鍍鋅鋼和/或鋼。該肋可包括中柱和支承下部管的至少兩個支撐桿。

在另一方面中，本發(fā)明的多個實施例包括一種用于校正不適當(dāng)?shù)貜澢募氶L管的方法。該方法包括貫穿該管的一部分制作切口。將該管彎曲成偏置拋物面輪廓。通過把加固板施加到該切口來穩(wěn)定住預(yù)定輪廓。

可包括下列特征中的一個或多個。將該管彎曲可包括使用環(huán)形輥軋機。該管可以是中空的。該加固板可包括鋁、鍍鋅鋼和/或鋼。

附圖說明

圖1是一系列集中太陽能發(fā)電槽的示意圖；

圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的拋物柱面槽的示意性等距視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例構(gòu)建的肋的側(cè)視示意圖；

圖4A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的被在三輥軋機中彎曲的管的側(cè)視示意圖；

圖4B是半管件的側(cè)視示意圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的以三圓弧近似法選擇不同的半徑和中心以限定曲率半徑；

圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于模擬偏置拋物面的三圓弧方法；

圖5B詳細示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的在三圓弧近似法中所涉及的多個步驟；

圖6A和圖6B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有校正曲率的管的側(cè)視示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例構(gòu)建的肋的側(cè)視示意圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的面板的透視示意圖；

圖9A和圖9B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于將面板緊固在一起的凸緣和彎曲部的側(cè)視示意圖及U形通道條的側(cè)視示意圖；

圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例的槽組件固定裝置的側(cè)視示意圖；

圖11A是面板背面的被連接到肋的z形彎曲部/凸緣的等距視圖，而圖11B是面板背面的被連接到肋的U形通道的等距視圖；

圖12是根據(jù)本發(fā)明的實施例的槽組件固定裝置的側(cè)視示意圖；以及

圖13是根據(jù)本發(fā)明的實施例形成的拋物面槽的透視示意圖。

具體實施方式

通常，一種用于精確地制造用于集中太陽能的大型拋物面槽的方法包括：通過將相鄰面板的邊緣對齊來裝配多個矩形反射面板，以及將這些面板的背面機械地固定到一組被精確成形的肋以限定該拋物面槽。提供了一種用于成形這些肋的創(chuàng)新方法。提供了一種創(chuàng)新設(shè)計，其中，被實現(xiàn)為連續(xù)殼體的反射面板在有助于該槽的整體剛度和強度方面起到了關(guān)鍵性的作用。

優(yōu)選地，使用工業(yè)標準材料和技術(shù)，從而消除了制造特殊部件的需要。鍍鋅材料可被用于防腐蝕以及避免諸如噴漆之類的維護。

精確成形的肋的制造

在一種實施例中，可以制造精密肋以便于形成拋物面槽。參見圖3，單支撐肋300(即每側(cè)具有單個支撐桿的肋)結(jié)合有上部管310，該上部管310由利用工業(yè)標準尺寸的中空管輥軋而成的精軋管構(gòu)成。該上部管可由被于中心處連結(jié)的兩個半管(315a、315b)(例如，相同的半管)組成，或者作為選擇可以由單個管輥軋而成。該上部管可以與中柱320(例如，豎直柱)和支撐桿330組合以提供剛性且穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，其中，支撐桿和中柱也被制成為具有標準管尺寸?？梢栽O(shè)置連結(jié)板340以將多個結(jié)構(gòu)元件連接成剛性結(jié)構(gòu)?？梢允褂媒Y(jié)構(gòu)粘接劑、螺栓連接、鉚接、焊接或其它金屬連結(jié)技術(shù)的一些組合來連結(jié)肋部件以產(chǎn)生剛性結(jié)構(gòu)。

每個管均可以是由例如鋁或鍍鋅鋼制成的標準尺寸的中空管。鍍鋅鋼可以是較廉價的替代物，而鋁由于其較低的重量而可能是所期望的。用于在槽的端部處使用的肋通常比在這些端肋之間被間隔開的內(nèi)部肋強度高，這是因為端肋承受該槽的全部重量。適用于內(nèi)部肋的彎曲上部管可具有厚度為3mm的矩形橫截面(例如，正方形橫截面，或尺寸為40mm寬×80mm深的橫截面)。使用于內(nèi)部肋的其它結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸可為40mm×40mm×3mm。適用于端肋的上部管的尺寸可以為80mm×120mm，厚度為4mm，或者該上部管由被連結(jié)在一起的多個彎曲管組成，以獲得適當(dāng)?shù)膹姸?。用于端肋的其它結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸可為80mm×80mm×4mm。中空管通常由于其剛度重量比而是優(yōu)選的。

彎曲的上部管可以在工業(yè)標準輥軋機中成形，該工業(yè)標準輥軋機例如為三輥軋機，諸如可從美國衣阿華(IA)州達文波特(Davenport)鎮(zhèn)的Ercolina CNC購買到的CE 100角度矯正機/型彎機。

槽反射表面的精度可以由肋300的上表面或頂表面350的精度確定。將會明白的是，槽的反射表面380遵循拋物面形狀，并且，上部管310的表面350相對于該拋物面偏移反射表面面板370自身的厚度360，例如，面板厚度360為1.61mm。因此，肋的上部管的上表面的預(yù)期形狀是偏置拋物面。盡管在圖3中僅示出了一個面板370，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，多個反射表面面板370可以被設(shè)置在肋的頂表面350上。

參考圖4A，工業(yè)標準的三輥軋機將直線形狀輥軋成圓弧。三輥軋機400通常具有上部輥410和兩個下部輥420，在上部輥的底部與連接下部輥的頂部的直線之間限定有可變的間距d₁。具有深度d₂的管310可以在這三個輥之間進給，只要d₂小于d₁即可。例如，如果間距d₁增加到85mm左右，則深度為80mm的管可以被容易地進給到該機器中。在剛剛將管端插入到輥軋機中之后，根據(jù)期望待在該管中產(chǎn)生的彎曲度，可變間距d₁就優(yōu)選地被減小到小于d₂的值(例如，在該示例中小于80mm)。當(dāng)推動管通過這些輥時，它變得被彎曲成弧形。

偏置拋物面可被用于形成拋物面槽。由于焦點在原點、焦距為Fl的拋物面的方程由如下方程給出

z(x)＝-FI+x^2/(4^＊FI)

對于厚度為t的面板，用于將施加該面板的肋的頂部的偏置拋物面曲線由下列方程給出

z′(x)＝-FI+x^2/(4^＊FI)-t/(2^＊FI)^＊SQRT(x^2+4^＊FI^2)

已經(jīng)表明，通過用一組圓弧(即，用于拋物面弧的每個半部的至少兩個且優(yōu)選地為三個圓弧)來模擬預(yù)期偏置拋物面，在實踐中可以獲得所需精度。

參考圖4B，可以實施三圓弧近似，以便以如下方式對半管315進行輥軋。一組七個等距離間隔開的基準點431-437將半管315劃分成六個長度相等的節(jié)段451-456，從而在使該半管移動超過待輥軋部分的末端時，在每個端部處都留下一些材料以在該輥軋機中支承該半管。針對從基準點431至433、從基準點433至435、以及從基準點435至437的具有如所示的三個不同的曲率半徑(半徑441、半徑442、半徑443)的三個區(qū)段計算圓弧近似度。將筆直的半管插在三輥軋機的輥子之間。輥子首先被間隔開以提供適合于該上部半管的基準點435至437的端部區(qū)段的曲率半徑(半徑443)，并且介于點431和437之間的整個半管被輥軋到該半徑曲率。接下來，在將部分輥軋的半管定位成使得來自基準點435至437的端部區(qū)段超過這些輥子之后，減小輥子間距以提供適合于來自基準點433至435的區(qū)段的較小曲率半徑，并且在點431和435之間對半管進行輥軋。接下來，在將部分輥軋的半管定位成使得從基準點433至437的部分超出這些輥子就位之后，輥子間距被再次減小以提供適合于從基準點431至433的區(qū)段的較小的曲率半徑，并且在點431和433之間對半管進行輥軋。最后，輥子被移開以釋放彎曲的上部半管，并且，移除位于點431和437之外的多余的未輥軋的直料。在該工藝過程中，最初可以進行調(diào)整以補償輥軋后的半管從被輥軋時的輪廓“回彈”的趨勢，但是一旦進行這些校準調(diào)整，接連的半管可以在不進行調(diào)整的情況下進行輥軋。在實踐中，采用一些實踐輥軋可能是有用的，并且可以使用精密的水射流切割模板來檢查進度并進行精細調(diào)整。此外，如由本領(lǐng)域技術(shù)人員所認識到的那樣，對該過程作出的微小調(diào)整可平滑這三個近似圓弧之間的過渡。

可以看出，上述過程可以延伸到輥軋整個上部管310而非輥軋如上所述的半管315。

對于一段偏置拋物面，可以計算圓弧的參數(shù)(例如，其中心和其半徑)，使得該圓弧在三個點(即，這段偏置拋物面的開始點、這段偏置拋物面的中點和這段偏置拋物面的結(jié)束點)處截斷偏置拋物面。因此，如果弧角不是太大，則該圓的限定該圓弧的點因此可以是對于該拋物面的良好近似。圖5A和圖5B示出了對于焦點在原點且焦距為1710mm的拋物面的半管的三圓弧近似。偏置拋物面曲線500被位于該偏置拋物面曲面的表面上的從其中心到其外邊緣的一組七個等距離間隔開的點501-507劃分成六個節(jié)段。六條直線510連接這七個點，并且六條正交線520垂直于這些連接線豎立。前兩條正交線的交點530確定第一近似圓弧的中心。第二對正交線的交點540建立第二圓弧的中心。第三對正交線的交點550確定第三圓弧的中心。第一近似圓弧的半徑是從點530到點501、點502或點503中的任何點的距離，這些距離在構(gòu)造上是相等的。同樣，第二近似圓弧的半徑是從點540到點503、點504或點505中的任一個的距離，這些距離在構(gòu)造上是相等的，對于第三圓弧也是如此類推。第一圓弧將穿過被標記為501、502、503的點；第二圓弧將通過點503、504和505等等。通過該三圓弧近似，在具有兩個不同半徑的弧所連結(jié)的點503和505處，產(chǎn)生了斜率的小的不連續(xù)性，但是這在實踐中是很小的，并且傾向于通過該輥軋機的性能而得到平滑。

基于三個點對于圓弧進行的近似是本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的，并且被描述在例如可在http://mysite.verizon.net/res148h4j/zenosamples/zs_circle3pts.html獲得的Stephen R.I Schmitt的“來自于三個點的圓弧的中心和半徑(Center and Radius of a Circle from Three Points)”，并再現(xiàn)如下：

給定三個點，人們?nèi)绾握业綌M合那些點的圓弧的中心和半徑？在且僅在這三個點不在同一直線上的情況下，這三個點確定唯一的圓弧。根據(jù)解析幾何，我們知道穿過三個點存在唯一的圓?。?/p>

(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，(x₃，y₃)

它可以通過求解下列行列式方程來找到：

這可以通過對該行列式的第一行的余因子進行求值來求解該行列式方程。該行列式可以被寫成這些余因子的方程：

(x²+y²)M₁₁-x·M₁₂+y·M₁₃-M₁₄＝0

由于(x²+y²)＝r²，這可以被簡化為

具有半徑r₀和中心(x₀，y₀)的圓弧的通用方程是

(x-x₀)²+(y-y₀)²-r₀²＝0

展開該方程，給出：

(x²-2x·x₀+x₀²)+(y²-2y·y₀+y₀²)-r₀²＝0

重新排列各項，并且給出代入方程：

r²-2x·x₀-2y·y₀+x₀²+y₀²-r₀²＝0

使得來自該行列式方程的同類項相等，并且用于該圓弧的通用方程給出：

注意，當(dāng)M₁₁等于零時無解。在這種情況下，這些點并不在一個圓弧上；這些點可能都在一條直線上。

可以使用四個或更多個圓弧來更好地模擬該偏置拋物面，但是在實踐中證明三個圓弧就足以將誤差減小到小于1mm。

例如，對于焦點在原點處、焦距為1.71m且作為使用1.61mm厚的面板的結(jié)果而具有偏置距為1.61mm的拋物面，使用上述過程構(gòu)建的第一近似圓弧將以x＝-0.012m且y＝1.852m為圓心，半徑為3.65m，從而穿過如圖5B中詳細示出的偏置拋物面的點501、點502和點503。

有利的是，如果這樣的輥軋機是可用的，即它可根據(jù)使該管根據(jù)預(yù)期曲線移動通過輥子時的位置動態(tài)地改變輥子的間距(例如，連續(xù)或不斷地動態(tài)改變該間距)，則圓弧近似并非必需的，并且該管可以在一次連續(xù)通過中被理想地進行輥軋。

已經(jīng)設(shè)想出了兩種方法來提高和保持比可在三輥軋機中進行輥軋所提供的輥軋精度高的輥軋精度。可以使用精密夾具來裝配每個肋，從而結(jié)合例如精確表面以承靠在肋的頂部上。首先，由于如圖3中所示，上部管受到支撐以形成該肋，因此支撐桿330與中柱320協(xié)作可被用于在三個附接點處將該管保持于正確位置，并消除某些大誤差。通常，支撐桿被于沿著上部管的長度的路線的2/3處附接到該上部管。支撐桿可被鎖定就位，使得加強和維持支撐桿和中柱的附接點處的精度。

其次，該管可以被部分地切割，在該切口處彎曲，以去除該點附近的誤差，并且然后以使該管保持其新形狀的方式使該管的強度恢復(fù)。在這些“切割和恢復(fù)”設(shè)計中，使用精密夾具600可能是有利的。參考圖6A，其描繪了該操作的細節(jié)，在遠離將面對該槽表面的側(cè)面的側(cè)面上，在將要減小誤差620的點處部分地切割610不適當(dāng)?shù)貜澢墓?10。在該管的強度減弱的情況下，通過迫使該管靠在具有所需形狀的精密夾具上而對該管進行重新成形，并且隨后，通過將材料以恢復(fù)該管的結(jié)構(gòu)強度的方式固定在切口上，從而將該管固定在該狀態(tài)中。圖6B反映了一種通過將加固板(partner)630固定到切割管以恢復(fù)其強度的便利的恢復(fù)強度的方式。便利的是，加固板可以具有與管本身相同的尺寸和材料。其它強度恢復(fù)方法可包括在切口處進行焊接或?qū)骞潭ǖ焦艿膫?cè)面和頂部或者在切口上方固定通道形狀。該方法的校正彎曲管中的誤差的能力取決于切割管的剛度或慣量與強度恢復(fù)后的該管的剛度或慣量的比率，并且可以容易地是超過10的比率，使得誤差可以得到很好地校正。這類設(shè)計可以被稱為高慣量比設(shè)計。

取決于正被輥軋的管的深度和厚度，輥軋機在它們可輥軋的材料的尺寸方面受到限制。長而寬的槽上的端肋可能需要無法通過可獲得的機器進行輥軋的尺寸。在這些情況下，復(fù)合肋組件可能是必需的。

參考圖7，在示例性實施例中，復(fù)合肋組件700可以包括夾層結(jié)構(gòu)，該夾層結(jié)構(gòu)包括彎曲的上部管310和彎曲的下部管720，在上部管和下部管之間設(shè)置有多個短的彎曲的定距管(或加固板)710。在單支撐設(shè)計中，兩個支撐桿330和中柱320被連結(jié)到管的夾層結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生剛性肋。這些管和支撐桿和中柱可被使用設(shè)置在該肋的每一側(cè)面上的板通過結(jié)構(gòu)粘接劑、螺栓連接、鉚接、焊接或其它金屬連結(jié)技術(shù)的某種組合連結(jié)，以產(chǎn)生剛性肋結(jié)構(gòu)。板的面積被選擇成提供與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的充分交搭，以產(chǎn)生牢固的接合部。從強度到質(zhì)量考慮，所有的管優(yōu)選地是中空的?？梢允褂萌佨垯C來成形這些管，其中，定距管的曲率和下部管的曲率優(yōu)選地不同于偏置拋物面的上部管310的曲率，使得可以針對下部管和間隔件計算新的圓弧近似值。

在示例性復(fù)合肋中，彎曲管和間隔件可由80mm深×60mm寬且4mm厚的中空管制成，從而為復(fù)合肋結(jié)構(gòu)提供的深度為240mm。在該示例中，用于中柱和支撐桿的適當(dāng)尺寸可以是80mm×60mm。

這種復(fù)合肋可以使用精密夾具進行制造。通常，對于由通過間隔件分隔開并且被結(jié)合在一起成為單個單元的兩個管組成的這些夾層式設(shè)計，復(fù)合組件的慣量(剛度)遠大于各個部件的慣量(剛度)之和，使得當(dāng)將部件壓靠在精密成形設(shè)備或夾具上并附接在一起時，整體復(fù)合組件的剛度將限制在將復(fù)合組件從夾具中釋放時的“回彈”或變形。因此，復(fù)合組件非常緊密地保持高度精密的夾具或成形設(shè)備的形狀。復(fù)合肋是高慣量比設(shè)計的另一示例，這是因為輥軋工藝中的誤差可以通過慣量比進行校正。

復(fù)合肋實施例具有的優(yōu)點是，可以通過該夾層技術(shù)形成更深的肋，并且由此形成更為堅固的肋。輥軋機在它們可以輥軋的區(qū)段的最大深度方面受到限制，但是通過將兩個輥軋區(qū)段與間隔件組合，可以產(chǎn)生三倍深度限制的復(fù)合區(qū)段。此外，為了進行強度-重量優(yōu)化，可以使用深度不同于上部管深度和下部管深度的間隔件。通常，類似這樣的深肋由于力和扭矩在大型槽的端部處的集中而被用于大型槽的端部處，但是可以有利地是輕型的以用作中肋。

也可以設(shè)想到彎曲管靠在精密夾具上的沖壓成形。由于該管在被從壓機上釋放時將回彈一定程度，因此優(yōu)選地是，精確地控制該夾具的形狀，并且可以建立補償以對該現(xiàn)象作出補償。該方法可以在一次通過中形成彎曲管，但是它是不靈活的，并且如果從不同的制造商獲得參數(shù)略有不同的管，則可能不得不修改沖壓夾具。

通過這些技術(shù)的一些組合，可以實現(xiàn)優(yōu)于±1mm的肋表面輪廓精度，這又導(dǎo)致可以在固有反射效率接近100％的情況下將能量捕獲和聚焦在接收器上的槽拋物面。

面板的制備

反射面板可以被連結(jié)到肋以形成反射槽。通常，這些可以通過在基底(例如金屬板)的一側(cè)上涂覆以一種高效且耐用的膜(例如)而有利地形成，該膜例如為由明尼蘇達州(MN)圣保羅市(St Paul)的3M公司制造的鏡面防護膜或者由科羅拉多州(CO)阿瓦達市(Arvad)的ReflecTech公司制造的鏡面膜。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了用于形成槽表面的面板。參考圖8，對于例如12米長的槽而言，每個面板370可以具有12m的長度l。這些面板可以從例如寬度w為4英尺(1.22米)寬的標準卷上展開、壓平和剪切。這卷材料可以是可從新罕布什爾州(NH)康科德市(Concord)的Cohen Steel公司購買到的鍍鋅鋼板，例如，16至18加侖(ga)的鍍鋅鋼板。這些板材中的六個可以利用鏡面膜覆蓋在上表面810上。在將長邊緣放置到長邊緣并固定靠在端肋和內(nèi)部肋的偏置拋物面的頂部表面上的情況下，這些面板中的六個(寬度為7.32米)可以被彎曲成12米長且投影孔徑為6.46米的拋物柱面反射表面。

極為期望的是，出于三個原因，將面板沿著它們的鄰接邊緣連續(xù)地連結(jié)，以產(chǎn)生連續(xù)的或整體式的殼體。將邊緣連結(jié)改善了槽表面在肋之間的點處的精度。其次，由此可以產(chǎn)生對于板和槽本身而言是有用的縱向加強，即，垂直于肋的橫向方向的加強。第三，用于連結(jié)面板的裝置也可被用于將面板固定到肋。

參見圖9A，在一種實施例中，或者在展開該面板370時或者在已將該面板切割成一定長度之后，沿面板的邊緣形成凸緣或彎曲部。該實施例描繪了形成在該面板的一個邊緣上的凸緣900和沿著另一邊緣形成的z形彎曲部910。z形彎曲部和凸緣因此在該面板的背面上突出，從而使得該面板的前反射表面810不存在阻礙物。當(dāng)將兩個面板連結(jié)時，該凸緣的外邊緣以將面板牢固地保持在一起的方式固定到z形彎曲部的外邊緣。凸緣深度優(yōu)選地小于用于使兩個面板牢固地配合的z形彎曲部的深度。結(jié)構(gòu)粘接劑、螺栓連接、鉚接、焊接或其它金屬連結(jié)技術(shù)的一些組合可以被用于連結(jié)z形彎曲部和凸緣。示例性設(shè)計可能具有67mm深且51mm寬的Z形彎曲部，其中，凸緣的寬度為42mm。可以看出，該面板接合部在垂直于該面板的方向上呈現(xiàn)出深度(d)并在平行于該面板的方向上呈現(xiàn)出寬度(w)。

以這種方式通過z形彎曲部和凸緣的某種組合連結(jié)面板具有的優(yōu)點是，不需要附加的結(jié)構(gòu)件來連結(jié)面板，盡管存在每個面板的反射面積被減少了結(jié)合成z形彎曲部和凸緣的量的缺點。在示例性設(shè)計中，寬度為1.22m的面板可能被減小到可用寬度為1.07m，其包括了用于彎曲半徑的余量。

在如圖9B中所示的替代實施例中，U形通道920可以被沿著鄰接邊緣(例如，接縫)930固定，以將面板連結(jié)在一起并提供縱向剛度。示例性設(shè)計可以具有100mm的寬度(w)和80mm的深度(d)，從而具有與面板本身的厚度相同的金屬厚度。替代實施例使用相對于第一實施例的附加的結(jié)構(gòu)材料件，但是每個反射面板的全部1.22m的表面現(xiàn)在都是可用的?？梢匀菀椎叵氲接靡栽诒趁嫔线B結(jié)面板的其它設(shè)計，例如使用中空矩形管而非U形通道等將凸緣添加到U型通道。在極限情況下，U形通道可以被簡化為簡單的連結(jié)條。

六面板示例性設(shè)計包括五個面板接合部。在將面板裝配到該槽中之前將面板連結(jié)在一起是可能的，如圖9A和圖9B中所示。作為選擇，它們可以在被靠在肋上彎曲之后被連結(jié)。盡管面板現(xiàn)在是彎曲的并且U形通道是平的，但是在U形通道的寬度上的曲率是足夠小的，使得U形通道將繼續(xù)與面板良好接觸。作為選擇，成對的面板可以在被彎曲之前連結(jié)起來，并且這三對面板可以在被彎曲之后被連結(jié)起來。

在適當(dāng)實施的設(shè)計中，六個連結(jié)的面板將機械地作為一個連續(xù)的殼體或片材起作用。由于當(dāng)被附接到肋時面板變成是彎曲的，因此結(jié)果是產(chǎn)生了具有拋物面本身的深度的薄殼體。在對兩個外邊緣進行附加增強的情況下，該薄殼體由于拋物面本身的相當(dāng)大的深度而是本質(zhì)上相對較為堅固的。

槽的裝配

一種用于集中太陽能的反射器可以包括反射組件，該反射組件包括形成連續(xù)槽的多個細長面板和被構(gòu)造成支承面板的框架。在一種實施例中，框架可以包括多個間隔開的支承件，例如桁架，每個桁架包括至少一個肋，該肋具有限定偏置拋物面的表面。此外，該實施例可包括作為待裝配以形成框架的主要部件的一組精確肋(即五個內(nèi)部肋和兩個端肋)以及六個反射面板。內(nèi)部肋可以各自包括設(shè)置在中柱和兩個支撐桿上的單個上部管。端肋可以是更為堅固，并且可以包括由兩個管構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，這兩個管之間設(shè)置有間隔件并且還結(jié)合有中柱和兩個支撐桿。

參考圖10，類似于傳統(tǒng)的造船技術(shù)，該槽可以被倒置地裝靠在裝配夾具或固定裝置1000上。槽組件成形設(shè)備1010在七個肋將定位的位置處提供了精確的拋物面1050。通常，該成形設(shè)備的拋物面形的頂部表面1050可以被使用精密技術(shù)(例如水射流切割或數(shù)字控制機加工)來制造，這是因為裝配夾具被多次重復(fù)使用以構(gòu)建槽的大型組。示例性實施方式是構(gòu)造七個成形設(shè)備1010并將它們以精確且穩(wěn)定的方式附接到固定裝置基座1020。成形設(shè)備被間隔開2m，使得裝配夾具的總長度(L)為12m。交叉支撐桿1030和水平支撐桿1040被用于維持整個結(jié)構(gòu)的仔細對齊?？梢栽谘b配夾具1000中設(shè)置多個交叉支撐桿1030(例如，可以在每個成形設(shè)備1010內(nèi)設(shè)置一組或多組交叉支撐桿，或者可以在一些成形設(shè)備1010內(nèi)設(shè)置交叉支撐桿，但在其它成形設(shè)備1010上并不設(shè)置)。

在典型實施例中，成對的兩個平坦面板可以被沿其它們的長邊緣預(yù)先連結(jié)以產(chǎn)生三個面板對。由于結(jié)合面積大，因此結(jié)構(gòu)粘接劑可能是優(yōu)選的粘合方法，但是可以采用其它機械連結(jié)技術(shù)(例如螺栓連接或鉚接)來連結(jié)面板。這些對隨后將反射表面向下置靠在裝配夾具的成形設(shè)備上。第一面板對可以被沿著該固定裝置的右側(cè)邊緣放置，第二面板對可以被沿著固定裝置的左側(cè)邊緣放置，并且第三面板對處于中間。在該階段處，面板開始獲得成形設(shè)備的曲率，因為板材在橫向方向上幾乎沒有強度。這三個面板對隨后被靠在它們的兩個鄰接邊緣上連結(jié)，由此使得所有的六個面板被連結(jié)起來。作為選擇，所有的六個面板均可被預(yù)連結(jié)，或者在將六個單獨的面板放置在該槽裝配夾具中時完成所有的面板連結(jié)操作。實際上，面板成為一個例如長度為12m的整體式的面板。如果面板被通過U形通道連結(jié)，則弧寬為完整的24英尺；如果面板寬度已經(jīng)被通過將凸緣或z形彎曲部輥軋到面板中而減小，則弧寬略小。

接下來，將肋于成形設(shè)備所在的位置處放置在面板上。在放置之前，肋可以被涂覆有粘接劑，或者可將粘接劑放置在面板的肋將附接于其上的背面上。在該階段中，將六個面板保持在位于它們下方的成形設(shè)備和位于它們的上方的肋之間，從而迫使先前平坦的面板變成具有精確拋物面形的頂部表面的形狀?？膳c鍍鋅材料共存的相對快速的硬化粘接劑由于低成本而是優(yōu)選的結(jié)合方法，該硬化粘接劑例如為(Henkel公司)。

由于將肋放置在槽的反射表面的背面上，因此它們并不在前側(cè)上造成陰影或阻擋，從而導(dǎo)致了高光學(xué)效率。

在槽后側(cè)上，優(yōu)選地避免肋和縱向z形彎曲部/凸緣或U形通道之間的機械干涉?；蛘呃呖梢员活A(yù)先刻凹痕用于z形彎曲部/凸緣或通道以越過并且肋的通過圍繞凹口或z形彎曲部/凸緣或通道施加板而恢復(fù)的強度可以被取代并被在肋越過的地方移除。第二替代方案可能是優(yōu)選的，這是因為橫向肋是比縱向部分更主要的結(jié)構(gòu)部件。在任一情況下，經(jīng)由面板背面結(jié)構(gòu)將面板連接到肋是必不可少的?？梢栽诶叩纳戏绞褂猛屑芤曰謴?fù)所中斷的凸緣或通道的強度，并且還將它們附接到它們所越過的肋以產(chǎn)生整體式結(jié)構(gòu)。托架被設(shè)計成橫越該肋并且附接到肋的任一側(cè)上的兩個z形彎曲部/凸緣或桁條以及附接到肋本身。

在如圖11A所描繪的示例性設(shè)計中，對于寬度為40mm且肋間距為2m的肋，z形彎曲部/凸緣每2m被刻有40mm寬的切口，使得40mm寬的肋300可以在面板底部與肋頂部接觸的情況下裝配在該切口中。在肋被各自間隔開2米的情況下，Z形彎曲部/凸緣的不間斷長度為1.96m。具有突片(tab)1116的托架1115被放置在肋本身上，并且可以通過突片附接到位于肋的兩側(cè)上的z形彎曲部/凸緣。托架可以被使用孔1129優(yōu)選地沿著肋中性軸線螺栓連接到肋，并且被使用孔1128進一步穿過z形彎曲部/凸緣組合件螺栓連接。結(jié)構(gòu)粘接劑可以被用于補充螺栓連接或單獨提供結(jié)構(gòu)連結(jié)手段。

在采用U形通道連結(jié)面板的替代示例性設(shè)計中，U形通道920的底部可以延伸約等于肋的高度(例如，80mm)的長度并且向上彎曲以形成突片1121，用于接觸如在圖11B中所描繪的80mm的肋300。隨后將該突片1121固定到該肋的側(cè)面。此外，U形通道的側(cè)面可以被進一步延伸與U形通道的底部的長度相同的長度，例如80mm，并且作為突片1122彎曲出來以接觸該肋的側(cè)面，從而產(chǎn)生附加的附接面積。當(dāng)然可以在突片中設(shè)置孔，以將它們穿過肋螺紋連接起來。此外，突片1121可以被進一步延伸，使得它可以在肋的底部上彎曲以提供甚至更多的附接面積。

使用托架或其它方式將面板附接到肋優(yōu)選地使用結(jié)構(gòu)粘接劑來實現(xiàn)，如果需要，通過其它標準連結(jié)方法(例如螺栓連接或鉚接)來補充。將會注意到的是，所有的緊固和固定操作都在槽的背面進行，使得根本不影響前反射表面。

作為裝配槽中的最后兩個步驟，可將加強管沿著拋物柱面的兩個外邊緣固定到面板的兩個外邊緣，并且可以以某種方式交叉支撐這些肋。

在圖12中描繪了替代的裝配技術(shù)。在該裝配技術(shù)中，可將該槽使用肋自身豎立裝配就位以形成臨時裝配固定裝置1200(例如，槽裝配夾具)。將兩個槽端支承件(未示出)放置就位，并且將端肋(參見圖13中的肋300a)放置并固定在這些支承件的旋轉(zhuǎn)軸上。隨后，將五個內(nèi)部肋300在將它們保持為豎立以與兩個端肋對齊的對齊基座1210(例如，裝配夾具基座)上設(shè)置就位。可以在該工藝中的該階段施加肋交叉支撐桿1220。接下來，將面板對設(shè)置在適當(dāng)位置中，從處于該槽的中間處的面板對開始，并且隨后將這兩個面板對添加到另一側(cè)。當(dāng)將面板對設(shè)置就位時，反射表面豎立，將結(jié)構(gòu)粘接劑施加到它們的背面，在那里，它們將接觸并附接到肋。為了確保適當(dāng)?shù)那屎土己玫恼掣叫?，在肋線的上方，將某種重量或力施加于面板的前側(cè)。加重材料當(dāng)然可以具有順應(yīng)且光滑的表面，以并不損壞或刮擦該膜表面。該面板對被如前所述附接到該肋。

當(dāng)將第二面板對和第三面板對設(shè)置就位時，施加結(jié)構(gòu)粘接劑，其中，面板接觸肋并且面板對連結(jié)相鄰面板對。再次使用加重來迫使面板對靠在肋的上表面上?？梢愿鶕?jù)需要添加鉚釘和螺栓以連結(jié)面板對，并且這些面板對被經(jīng)由前述方法之一附接到該肋。作為槽組裝中的最后主要步驟，可將加強管1320(例如，加強梁)沿拋物面的兩個外邊緣固定到面板的兩個外邊緣，如圖13中所示。在一些實施例中，肋300a和300b的底部可以被聯(lián)接到桁條梁1350，該桁條梁1350可以加強反射器1300的結(jié)構(gòu)。雖然交叉支撐桿1220在圖13中未示出，但是反射器1300的肋300在某些實施例中可以被(例如，以圖12中所示的方式)交叉支撐。

作為選擇，面板可以被一個接一個地附接，而非成對地附接。

一旦任何結(jié)構(gòu)粘接劑已經(jīng)固化到足夠的強度，則除去位于肋的下方的對齊基底。結(jié)果是槽被在其旋轉(zhuǎn)軸上搭建就位，從而為最后的步驟作好準備。

肋和板組裝的結(jié)果是通過面板的深度和肋的深度獲得其強度的整體殼體。不需要廣大的后側(cè)空間框架，這是因為面板被不僅用于反射陽光，而且用于有助于該槽的結(jié)構(gòu)強度。不需要昂貴的裝配技術(shù)(如同焊接或大量螺栓連接)并且可以使用鍍鋅材料。面板不必被預(yù)先彎曲，這是因為它們從被迫并且被固定靠在肋的彎曲部分的精確偏置拋物面上獲得其形狀。肋的上表面的精度因此是最終精度的決定因素，并由此是槽的效率的決定因素。

槽的深度包括在由框架1230(例如，肋和它們的交叉支撐桿)產(chǎn)生的背面上的拋物面的深度和桁架的深度。該深度和整個結(jié)構(gòu)在被適當(dāng)?shù)剡B結(jié)和粘附時作為整體結(jié)構(gòu)起作用的事實導(dǎo)致在受到重力和風(fēng)例荷載時的剛性結(jié)構(gòu)。以這種方式構(gòu)建的槽并不具有大旋轉(zhuǎn)剛度，并且因此用以使該槽旋轉(zhuǎn)的致動器可以被附接到該槽的兩端。因此，槽是彼此獨立的，從而導(dǎo)致在不平坦的區(qū)域上容易確定位置。

槽完成

為了完成用于在太陽能收集器的領(lǐng)域中使用的槽，如果并未將其安裝就位，該槽就被優(yōu)選地安裝在結(jié)合有軸1310的兩個支承件上，使得該槽可以被在一個維度中圍繞軸旋轉(zhuǎn)，如圖13中所示。隨后沿著該槽的焦線安裝接收器。由于接收器通?？蛇_到4m的長度，因此接收器設(shè)計可與每兩米間隔開的肋共存，這是因為接收器支承結(jié)構(gòu)可被安裝到端肋和每隔一個的內(nèi)部肋。用以完成槽的最后一個主要任務(wù)是結(jié)合用于槽旋轉(zhuǎn)的裝置。作為可在風(fēng)況下且在非常低的旋轉(zhuǎn)速度(額定為每小時15°，意指低功率)的狀況下所需要的大扭矩的結(jié)果，液壓系統(tǒng)是優(yōu)選的。在完成這些設(shè)置之后，可將該槽連接到相鄰的槽，使得工作流體可以流過槽的區(qū)域，并且隨后可以在太陽能追蹤系統(tǒng)的控制下將該槽置于操作中。

參考圖13，所得到的反射器1300可以包括具有由六個面板370形成的槽結(jié)構(gòu)1330的反射組件1340，這六個面板370被沿著它們的長邊緣對齊且連結(jié)，并且被機械地固定到沿著面板的長度均勻地(例如，每2米)設(shè)置的七個精確背面肋(例如，端肋300a和內(nèi)部肋300b)。形成該槽的反射表面810的面板是彎曲的并且被通過背面肋300的偏置拋物面形狀保持為必要的拋物面形狀。拋物面的優(yōu)選焦距為1.4-2.0m，更為優(yōu)選地為1.7m，從而對應(yīng)于中心處的3.4m的曲率半徑。如果槽的曲率過大，則不能有效地使用面板面積，而如果曲率太低，則指向誤差被在槽的邊緣處放大，并且該槽是不夠深的以獲得強度和剛度。

本發(fā)明的所述實施例均旨在僅是示例性的，并且許多變化和修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言都將是明易的。所有數(shù)值和范圍都是示例性的并且不被視為是限制性的。包括材料、工藝步驟和數(shù)值的所有組合和排列的所有這種變化和修改均旨在處于本發(fā)明的如在所附權(quán)利要求書中所限定的范圍內(nèi)。