ES2295701T3 - Sistema de colector de energia solar con un montaje de soporte de un absorbedor. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de colector solar (10) que comprende una absorbente de calor solar, que comprende un reflector parabólico (14), un absorbente de radiación tubular (ART) (12) y un recinto tubular de vidrio (16), en el que dicho sistema de colector solar comprende adicionalmente un montaje de soporte (20) de un absorbedor o "getter", caracterizado porque dicho montaje de soporte (20) de absorbedor o "getter" comprende: un puente (32) formado por un canal (34) alargado, que tiene una porción de soporte (37) de un absorbedor o "getter" para soportar los absorbedores o "getters" (30), puente (32) que comprende adicionalmente pies (36), unidos de modo fijo al absorbente de radiación tubular (12), que soportan dicho canal (34), de modo que el canal se encuentra separado de dicho absorbente de radiación tubular (12); canal (34) que comprende adicionalmente una superficie reflectora de radiación (33) que encara el ART (12) para bloquear la radiación emitida por el ART (12) y la radiación solarperdida reflejada por el reflector (14).
Description
Sistema de colector de energía solar con un
montaje de soporte de un absorbedor.
Esta invención se encuentra en el campo de los
sistemas de colector de energía solar del tipo denominado colector
enfocado, y concierne particularmente a un soporte y una protección
térmica para absorbedores o "getters" fijada al tubo
metálico de los absorbentes de radiación de tales sistemas de
energía solar.
Los términos absorbedor, absorbedores y material
absorbedor se pueden utilizar de modo intercambiable de aquí en
adelante en la descripción y reivindicaciones.
Por razones tales como la explotación rápida de
las fuentes de energía no renovables, el deseo de fuentes de
energía respetuosas con el medio ambiente, y las ventajas de
proporcionar energía localmente a comunidades y fábricas remotas,
hay un interés continuado en sistemas de energía solar y en las
mejoras de éstos. La investigación continua aumenta la eficiencia
de los sistemas solares, que se hacen gradualmente más eficientes en
costes, y los hace más favorables.
Un tipo particular de sistema de colector solar
es el tipo "colector enfocado", que mejora el efecto de la
energía solar enfocándola sobre un área menor utilizando superficies
espejadas o lentes. En este sistema un reflector, que es
típicamente parabólico, recibe y refleja (enfoca) la radiación solar
incidente sobre un tubo metálico absorbente de radiación (ART), en
forma tubular; el ART está rodeado concéntricamente por un recinto
tubular de vidrio, tratado para limitar la pérdida de calor. Para
aumentar adicionalmente la eficiencia, aumentando la recogida de
radiación solar, el sistema de colector incluye típicamente medios
de seguimiento del sol.
Para minimizar la pérdida de calor por
convención y conducción y para mejorar la eficiencia de recogida de
radiación solar, el espacio entre el absorbente de radiación tubular
(ART) y el recinto tubular de vidrio se vacía hasta una presión muy
baja.
El ART se fabrica en metal con un recubrimiento
que tiene un coeficiente de absorción de la radiación solar alto
para maximizar la transferencia de energía impartida por la
radiación solar que se refleja desde el reflector. Un medio de
transferencia de calor, que por consideraciones prácticas es
típicamente un líquido tal como aceite, fluye por el interior del
ART.
A las altas temperaturas inherentes a los
colectores solares, el medio de transferencia de calor libera algo
de hidrógeno. El hidrógeno liberado, al ser un átomo de tamaño tan
pequeño, puede permear a través de la pared del ART y entrar en el
espacio entre el ART y el recinto tubular de vidrio. Esta situación
es muy indeseable, ya que reduce el vacío o en ese espacio,
permitiendo por lo tanto una pérdida de calor del ART por convección
y conducción. De acuerdo con esto, es crítico retirar este
hidrógeno para conservar la eficiencia del colector solar
enfocado.
Un procedimiento para retirar el hidrógeno del
espacio es mediante la utilización de un absorbedor o
"getter" localizado en su interior, que es un material
que puede comprender una variedad de aleaciones metálicas que
tienen una gran área superficial y afinidad para absorber hidrógeno.
Otras impurezas gaseosas activas, tales como CO, CO_{2}, N_{2}
y H_{2}O, que pudieran entrar en el espacio, pueden por lo tanto
ser absorbidas igualmente.
Los datos publicados sobre el equilibrio de los
absorbedores de hidrógeno comerciales indican que los absorbedores
de hidrógeno pueden tener una capacidad y velocidad de adsorción de
gas enormemente aumentada con una reducción de temperatura
relativamente pequeña, lo que afecta por lo tanto enormemente al
coste de un sistema de colector solar. Con el fin de mantener la
capacidad y velocidad de adsorción de gas del absorbedor, el
absorbedor debe estar soportado en el espacio entre el ART y el
recinto tubular de vidrio, y mantenido a una temperatura
relativamente baja. Así pues, los absorbedores deben estar tan
aislados como sea posible de cualquier transferencia de calor, ya
sea por conducción o radiación.
La radiación puede provenir de cualquiera de dos
fuentes, siendo una de ellas la radiación emitida por el ART. A
pesar del hecho de que el ART tiene un recubrimiento para limitar la
emisión, existe aún una cantidad no despreciable de radiación
emitida por el ART. La segunda fuente de radiación que calienta
potencialmente los absorbedores es la denominada radiación solar
perdida. Esta radiación puede ser el resultado de situaciones en
las cuales algo de radiación solar no es enfocada únicamente de modo
reflejado sobre el ART, sino antes bien se pierde. Esto es debido
típicamente a desalineamientos del reflector o una posición de
montaje del ART imperfecta. Parte de esta "radiación solar
perdida" puede entrar en contacto directa o indirectamente con
los absorbedores en su soporte y, por lo tanto, calentarlos.
La patente norteamericana 4.306.543, de
Doevenspeck et al., divulga un colector solar que comprende
un absorbedor situado dentro de una envolvente transparente de
vacío, definida por un tubo de vidrio externo y un tubo metálico
interno. Una construcción de marco rígido, que se prolonga entre los
tubos de vidrio y metal, soporta el absorbedor y soporta, asimismo,
un calentador. El objetivo del diseño es proporcionar un elemento
calefactor en la envolvente de vacío para fragmentar los
hidrocarburos que pudieran estar presentes. Sin embargo, el diseño
no proporciona protección a los absorbedores frente al
calentamiento.
La patente norteamericana 4.455.998, de Kroontje
et al., divulga un colector solar que comprende un absorbedor
de hidrógeno que se puede calentar reversiblemente, situado dentro
de una envolvente transparente de vacío definida por un tubo de
vidrio. Un depósito, formado en el tubo de vidrio, soporta el
absorbedor, que está cubierto de grasa. Sin embargo, el depósito
está descrito solamente en relación a un colector solar de absorción
en forma de placa. Asimismo, el depósito requiere un tubo de vidrio
especialmente configurado, el depósito -que es parte del tubo de
vidrio- y este depósito no está aislado del calor absorbido por el
tubo de vidrio. Además, el montaje descrito se diseña para calentar
o no el absorbedor alternativamente, con el fin de ayudar a
controlar la temperatura del medio de transferencia de calor en el
colector; no para mantener el absorbedor a una temperatura
baja.
La patente norteamericana 4.508.104, de Takeuchi
et al., divulga asimismo un colector solar que comprende un
absorbedor localizado en una envolvente transparente de vacío. Un
dispositivo de retención compuesto por ballestas actúa para fijar
la posición del tubo interior del colector respecto al tubo
exterior. El dispositivo de retención soporta, asimismo, una
cubierta en forma de ojal de un "absorbedor metálico". La
porción del dispositivo de retención que soporta el absorbedor
metálico se describe tan sólo como en forma de C, y no parece que
proteja el absorbedor de la radiación solar.
De acuerdo con esto, es un objeto de la presente
invención proporcionar un sistema de colector de energía solar, del
tipo de radiación solar enfocada, con un montaje de soporte del
absorbedor que mantiene éste a una temperatura relativamente
baja.
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De acuerdo con la presente invención, se
suministra un sistema de colector solar con un montaje para soportar
absorbedores en un espacio de vacío entre un absorbente de
radiación tubular (ART) y el tubo de vidrio del sistema de colector
solar, que comprende un puente para proporcionar un espacio entre
los absorbedores y el absorbente de radiación tubular, en el que el
puente se diseña y se monta a partir de componentes para minimizar
la superficie de contacto entre ellos, lo que limita, por lo tanto,
la transferencia conductiva de calor.
El montaje de soporte del absorbedor comprende
un montaje de protección frente a la radiación para limitar la
radiación solar reflejada y/o emitida sobre los absorbedores o sobre
un componente (esto es, el puente) en contacto directo o indirecto
con los absorbedores.
El montaje de soporte del absorbedor comprende
un puente formado por un canal alargado, que tiene una porción de
soporte de un absorbedor, puente que comprende adicionalmente pies
unidos de modo fijo al absorbente de radiación tubular que soporta
dicho canal, de modo que el canal está separado de dicho absorbente
de radiación tubular; el canal comprende adicionalmente una
superficie reflectora de radiación que encara el ART para bloquear
la radiación emitida por el ART y la radiación solar perdida
reflejada desde el reflector.
De acuerdo con una realización de la presente
invención, el puente comprende adicionalmente un componente además
del canal, a saber, un escudo de radiación, para bloquear y reflejar
radiación con el fin de minimizar la temperatura de los
absorbedores.
El puente comprende adicionalmente ranuras que
proporcionan libertad axial de movimiento para permitir la
expansión térmica del ART y del puente.
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Con el fin de entender la invención y ver cómo
se puede llevar a cabo en la práctica, se describirán a continuación
realizaciones mediante un ejemplo no limitativo tan sólo, con
referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
La figura 1 es una sección de una porción de
absorbente de energía solar de un colector solar del tipo de
colector enfocado, de acuerdo con la presente invención;
La figura 2 es una vista en perspectiva de un
absorbente de radiación tubular (ART) con un montaje de soporte de
un absorbedor fijo sobre éste;
La figura 3 es una vista posterior de una
realización diferente de un montaje de soporte de un absorbedor;
La figura 4 es una vista superior de un canal de
soporte de un absorbedor que muestra una cubierta del canal; y
La figura 5 es una vista posterior de un canal
modificado del montaje de absorbedor.
Primeramente se dirige la atención a la figura 1
de los dibujos, que muestra una sección de un absorbente de energía
solar, designado generalmente como 10, que constituye parte de un
sistema de colector solar (no mostrado). Tal absorbente 10 de
energía solar puede ser parte de un campo solar que alberga cientos
de metros de unidades de colector. Los colectores pueden ser planos
(placa) o colectores no planos.
El absorbente 10 de energía solar comprende un
absorbente de radiación tubular o ART 12, un reflector 14, y un
recinto tubular de vidrio 16. El ART 12, que está recubierto con un
recubrimiento absorbente de la radiación solar, se aloja
coaxialmente dentro del recinto tubular de vidrio 16, definiéndose
un espacio 18 entre ellos, y está fijo en el foco del reflector 14,
que es típicamente parabólico.
Descansando sobre el ART 12 se encuentra un
montaje de soporte del absorbedor, designado generalmente como 20,
que se muestra en más detalle en las figuras subsiguientes. Debe
notarse que el montaje 20 está fijo en la posición denominada de un
sol, en la que se encara hacia el sol para recibir idealmente
radiación solar tan sólo de aquellos rayos procedentes directamente
del sol, y no de los rayos reflejados por el reflector 14, mucho
más concentrados.
Los rayos de radiación solar R1 y R2 ilustran
cómo los rayos solares reflejados por el reflector 14 atraviesan el
recubrimiento tubular de vidrio 16 para incidir sobre distintas
zonas del ART 12. En contraste, el rayo R3 ilustra la radiación no
reflejada sobre el ART 12, antes al contrario, sobre el montaje 20
de soporte del absorbedor. Este rayo R3 representa la denominada
radiación solar perdida que puede calentar el montaje 20,
reduciendo por lo tanto la capacidad de adsorción del gas de los
absorbedores 30 (mostrado en la figura 2).
Se puede entender que otros rayos, por ejemplo
el rayo R4, pueden reflejarse por la parte superior del ART 12
sobre el montaje 20 de nuevo, calentando, por lo tanto, el montaje y
reduciendo la capacidad de adsorción del gas de los absorbedores
30.
La figura 2 muestra el montaje 20 en la parte
superior del ART 12. En su forma más simple, el montaje 20 comprende
meramente un puente 32 compuesto de un canal 34 que alberga los
absorbedores 30 (mostrados en línea de puntos), y pies metálicos 36
en forma de L. Los pies 36 se fabrican típicamente a partir de una
lámina de metal delgada para limitar el camino de conducción, como
ocurre con todos los componentes asociados con montaje 20. El canal
34 tiene una porción 37 de soporte del absorbedor sobre la cual
descansan los absorbedores 30.
A continuación se pueden apreciar algunas
características de diseño importantes. Los pies 36 están unidos al
ART 12 por un número tan limitado de puntos de contacto como sea
posible, como se ilustra mediante los puntos de soldadura 38 en las
pestañas inferiores 39 de los pies 36. De modo similar, los pies 36
y el canal 34 están en contacto típicamente tan sólo, o
principalmente, en sus bordes, lo que restringe por lo tanto la
conducción térmica entre ellos.
Adicionalmente, el canal 34 presenta ranuras 40
(indicadas mediante línea discontinua) que no sólo permiten que la
porción superior de los pies 36 pase a su través para soportar
establemente el canal, sino que además esas ranuras se prolongan en
la dirección longitudinal del canal para permitir el "juego"
entre el canal y los pies. Asimismo, puede haber algo de
"juego" típicamente en la dirección transversal. Este
"juego" elimina los problemas relacionados con la expansión
diferente del puente 32 y del ART 12, que se produce durante los
ciclos de calentamiento y enfriamiento del colector, cuando se
expone y se oculta alternativamente del sol diariamente o debido a
nubes de paso. En tales ocasiones, el ART 12 se puede calentar más
rápidamente y llega a estar considerablemente más caliente que el
puente 32, lo que da como resultado una diferente expansión y
tamaño en relación al puente.
El canal 34 en sí mismo puede actuar como
reflector de la radiación solar, y por lo tanto se puliría o
recubriría típicamente, sobre al menos su superficie exterior 33
(que encara el ART 12 y el reflector 14); el recubrimiento
típicamente consiste en un metal refractario como plata u oro, u
otros materiales altamente reflectantes, y/o la superficie exterior
se pule para reflejar radiación, tanto infrarroja como visible, de
modo que el canal no se caliente y no será una fuente de conducción
para los absorbedores 30.
La radiación infrarroja se emite por el ART 12 y
la radiación visible se refleja directamente por el reflector 14,
como se ilustra por el rayo R3 en la figura 1. Sin embargo, como un
experto en la técnica entenderá, para proteger el canal 34 de la
radiación solar, y por lo tanto los absorbedores 30 de la
temperatura alta, puede ser preferible emplear uno o más
componentes adicionales para reflejar la radiación anteriormente
mencionada.
En otra realización de la presente invención, la
figura 3 muestra una vista posterior de un montaje 50, en el que se
proporciona tal componente adicional, un escudo de radiación 52.
Solamente se muestra un escudo de radiación 52, pero se puede
utilizar más de uno. El escudo 52 se muestra unido a pies 54, que en
esta realización presentan ranuras 56 para sostener el escudo. El
escudo 52 comprende alas o paredes laterales 57 y 58, que se
prolongan longitudinalmente a lo largo de la longitud del canal 60
(que ahora no necesita ser dimensionado, pulido y/o recubierto para
bloquear y reflejar radiación solar). El escudo 52 presenta,
asimismo, una porción de base 62 (mostrada con línea de puntos),
entre las paredes laterales 57 y 58, y se prolonga bajo la porción
del canal 60 entre los pies 54 (sólo se muestra uno en la figura 3).
Las pestañas 74 (sólo se muestra una en la figura 3) de los pies 54
impiden que la radiación emitida por el ART 12 alcance los extremos
del canal 60.
El escudo 52 se fabrica más convenientemente en
una pieza y la discusión sobre las paredes laterales 57 y 58 y la
porción de base 62 es para clarificar la geometría del escudo y para
enfatizar que refleja la radiación procedente de abajo (del ART
12), así como de los lados (del ART 12 pero, asimismo, la radiación
solar perdida del reflector 14).
El escudo 52, así como el canal 34 de la
realización de la figura 2, está típicamente recubierto y/o pulido
en al menos su superficie 63 que encara el ART 12 y el reflector 14,
con un recubrimiento adecuado, que típicamente consiste en un metal
refractario como plata u oro, u otros materiales altamente
reflectantes, y/o la superficie exterior se pule para reflejar
radiación de modo que no se caliente y no será una fuente de
conducción para los absorbedores 30.
A continuación se pueden observar detalles
importantes adicionales de la presente invención. Entre el ART 12 y
los pies 54 se encuentran espacios 70 en forma de cuña para que el
montaje 50 se pueda unir establemente al ART 12 sin necesidad de
que las pestañas 74 se conformen a la forma cilíndrica del ART.
Asimismo, las porciones 72 exteriores inferiores de los pies 54 no
se prolongan hacia abajo hasta el ART 12. Ambas características
ayudan a mantener la temperatura de los absorbedores 30 en un
mínimo.
Adicionalmente, los pies 54 presentan ranuras 76
que contribuyen a un camino de transferencia de calor desde el ART
12 a los absorbedores 30 más limitado a través del canal 60. Cada
uno de los pies 54 presenta una prolongación 77 en forma de T que
tiene proyecciones laterales 79 para asegurar el canal 60, aunque el
ajuste no es apretado para permitir el "juego" entre el canal
60 y los pies 54.
Asimismo, se puede ver en la figura 3 una
cubierta 78 que puede rodear parcial o totalmente el canal 60. Esta
cubierta 78 es conveniente para cargar los absorbedores 30 en el
canal 60, ya que éstos pueden ser deslizados rápidamente en ella, y
la cubierta evita asimismo que los absorbedores se desplacen del
canal durante el montaje y funcionamiento del sistema de colector
solar. La cubierta 78 puede ser una camisa de malla (ilustrada mejor
en la figura 4), con el fin de proporcionar un área abierta y un
camino fácil para que el hidrógeno y otras impurezas gaseosas se
aproximen y sean adsorbidas por los absorbedores 30.
Para clarificar ciertos componentes, la figura 4
muestra una vista superior de un canal 80 (que se puede diseñar de
modo similar a los canales 34, 60 anteriormente mencionados), que
muestra un montaje de una pluralidad de absorbedores 30, asentados
en el mismo, así como una cubierta de canal en forma de una malla
82. Asimismo, se aprecia una ejemplificación más clara de las
ranuras 40 que, como se comprende de acuerdo con la figura 3,
proporcionan libertad de movimiento o "juego" entre los pies
36, 54, especialmente en la dirección longitudinal, aunque también
en la dirección transversal, incluyendo ángulos entre medias, con el
fin de permitir variaciones en la expansión térmica entre el ART 12
y el puente 32.
Adicionalmente, el canal 80 puede comprender,
por ejemplo, miembros auxiliares 84 para propósitos tales como
incorporar otros componentes apropiados tales como indicadores de
temperatura, etc.
La figura 5 ilustra una modificación diseñada
para limitar adicionalmente la transferencia conductiva de calor a
los absorbedores 30, en la que un canal 86 comprende una cresta 88
que recorre la longitud del canal formando una porción de soporte
89 de un absorbedor. Como se observa, los absorbedores 30 tienen por
lo tanto un contacto físico mucho más limitado con el canal 86, lo
que limita así el camino de transferencia conductiva de calor
originado en el ART 12.
Debe entenderse que existen numerosos patrones
que podrían dar lugar a la porción de soporte 37, 89 del absorbedor
del canal 34, 60, 80, 86 sobre la cual descansan los absorbedores
30, que podrían reducir la conducción de calor entre el canal y los
absorbedores, como por ejemplo muescas (no mostrado).
Debe notarse que los diversos componentes del
montaje de soporte del absorbedor descrito anteriormente, así como
variaciones de los mismos, se proporcionan meramente a modo de
ilustración y en ningún caso son exclusivos, siendo posible muchas
variaciones y modificaciones de los mismos.
Por ejemplo, el escudo de radiación 52 podría
unirse al ART 12 o al canal 60 en lugar de a los pies 54.
En otro ejemplo, el canal 34, 60, 80, 86 de
cualquiera de las anteriores realizaciones podría formarse para
curvarse sobre sí mismo, con el fin de asegurar los absorbedores 30
sobre él. O, en la realización en la que el montaje de soporte 50
del absorbedor tiene un escudo 52, el canal podría ser total o
parcialmente perforado, lo que proporcionaría por lo tanto un menor
camino de transferencia conductiva de calor. En una combinación de
lo anteriormente mencionado, el canal 34, 60, 80, 86 podría ser
perforado y curvado sobre sí mismo, o incluso dotado de forma de
tubo, lo que aseguraría así los absorbedores 30 y permitiría todavía
un acceso relativamente libre del hidrógeno y otras impurezas
gaseosas a los absorbedores, actuando de una manera análoga a la de
la malla 82.
Se apreciará que las anteriores descripciones
sólo pretende ser ejemplos, y que son posibles muchas otras
realizaciones dentro del ámbito de las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (5)
1. Un sistema de colector solar (10) que
comprende una absorbente de calor solar, que comprende un reflector
parabólico (14), un absorbente de radiación tubular (ART) (12) y un
recinto tubular de vidrio (16), en el que dicho sistema de colector
solar comprende adicionalmente un montaje de soporte (20) de un
absorbedor o "getter", caracterizado porque
dicho montaje de soporte (20) de absorbedor o "getter"
comprende:
- un puente (32) formado por un canal (34) alargado, que tiene una porción de soporte (37) de un absorbedor o "getter" para soportar los absorbedores o "getters" (30), puente (32) que comprende adicionalmente pies (36), unidos de modo fijo al absorbente de radiación tubular (12), que soportan dicho canal (34), de modo que el canal se encuentra separado de dicho absorbente de radiación tubular (12); canal (34) que comprende adicionalmente una superficie reflectora de radiación (33) que encara el ART (12) para bloquear la radiación emitida por el ART (12) y la radiación solar perdida reflejada por el reflector (14).
2. El sistema de colector solar (10) de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que los absorbedores o
"getters" (30) son absorbedores o "getters"
de hidrógeno.
3. El sistema de colector solar (10) de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que existe al menos libertad de
movimiento axial entre el canal (34) y los pies (36) para permitir
variaciones en la expansión térmica entre el ART (12) y el puente
(32).
4. El sistema de colector solar (10) de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que el montaje comprende
adicionalmente un escudo de radiación (52), que se prolonga por
debajo y a los lados del canal (34), y tiene una base (62) y paredes
laterales (57, 58) para bloquear la radiación emitida por el
absorbente de radiación tubular (ART) (12) y la radiación solar
perdida reflejada por el reflector (14).
5. El sistema de colector solar (10) de acuerdo
con la reivindicación 4, en el que el escudo de radiación (52)
comprende un recubrimiento reflectante de radiación al menos sobre
una superficie externa (63) de éste.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IL15387203A IL153872A (en) | 2003-01-09 | 2003-01-09 | Getter support assembly for a solar energy collector system |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2295701T3 true ES2295701T3 (es) | 2008-04-16 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES03815132T Expired - Lifetime ES2295701T3 (es) | 2003-01-09 | 2003-08-07 | Sistema de colector de energia solar con un montaje de soporte de un absorbedor. |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6832608B2 (es) |
| EP (1) | EP1588105B1 (es) |
| CN (1) | CN1720419B (es) |
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| AU (1) | AU2003249556B2 (es) |
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| DK (1) | DK1588105T3 (es) |
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| IL (1) | IL153872A (es) |
| PT (1) | PT1588105E (es) |
| WO (1) | WO2004063640A1 (es) |
| ZA (1) | ZA200504851B (es) |
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