ES2299374A1 - Turbina solar de reaccion. - Google Patents
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Abstract
Instalación para la obtención de energía mecánica a partir de energía solar térmica mediante la combinación de una instalación solar térmica convencional conectada a unos intercambiadores de calor, que sustituyen la cámara de combustión de las turbinas de reacción convencionales, alojados en el interior de una virola vertical aislada térmicamente del exterior, de diámetro en un primer tramo decreciente con la altura hasta un punto en el que comienza a incrementarse su diámetro y a partir del cual se ubica un tronco de cono coaxial al objeto de seguir garantizando una sección de superficie libre decreciente con la altura, y en la que se va a generar una posterior aceleración del flujo ascendente de aire responsable del movimiento de una turbina ubicada en el extremo superior de la virola.
Description
Turbina solar a reacción.
En concreto, la presente memoria descriptiva se
refiere a una turbina solar a reacción para la obtención de energía
mecánica a partir de energía solar térmica.
No existe, que sepamos, nada similar, ya que lo
único que se ha intentado explotar es la turbulencia ciclónica,
generada en un tubo cilíndrico vertical, calentado directamente por
el sol, y, como máximo, con sopladores en su base que faciliten y
aumenten dicha turbulencia, algo que nada tiene que ver con la
presente invención.
En el presente caso, lo único que conseguiría la
turbulencia sería aumentar la fricción y, como consecuencia,
disminuir la velocidad ascensional, empeorando el rendimiento, por
lo que se insertan unas placas verticales de laminación de forma
que se consigue un flujo lo más lineal posible y que al tiempo
sirvan para sujetar la columna soporte de la turbina y a
estabilizar el conjunto.
Las Torres Solares en Fuente del Fresno y
Australia, inspiradas en la anteriormente construida en 1982, en
Manzanares (Ciudad Real) de 195 m de altura, erigidas sobre un
campo recolector de 240 m de diámetro, capaz de producir una
potencia de 50 Kw. Existen dos proyectos de torres solares, uno,
pionero en Europa, prevé la instalación de una torre solar de 750 m
de altura en Fuente del Fresno, (Ciudad Real), y una similar, en
fase de construcción, en Australia, con una altura de 1000 m para
obtener 200 Mw.
Ambas, se basan en el calentamiento directo del
aire a nivel del suelo, a través del colector transparente de una
superficie (de 350 Ha. en el caso de Fuente del Fresno), que luego
es conducido a través de la chimenea.3/15.
El AVE (Atmospheric Vortex Engine) de Louis
Michaud, utiliza una tecnología análoga provocando un vórtice en el
interior de la chimenea, con lo que reduce drásticamente su altura
hasta 100 m. para igual potencia.
A modo de explicación de la invención, la
"Turbina Solar a Reacción" consiste en una instalación para la
obtención de energía mecánica a partir de energía solar térmica
mediante la combinación de una instalación solar térmica
convencional conectada a unos intercambiadores de calor, que
sustituyen la cámara de combustión de las turbinas a reacción
convencionales, alojados en el interior de una virola vertical
aislada térmicamente del exterior, de diámetro en un primer tramo
decreciente con la altura hasta un punto en el que comienza a
incrementarse su diámetro y a partir del cual se ubica un tronco de
cono coaxial al objeto de seguir garantizando, simultáneamente, un
diámetro creciente, en una sección de superficie libre decreciente
con la altura, y en la que se va a generar una posterior
aceleración del flujo ascendente de aire responsable del movimiento
de una turbina ubicada en el extremo superior de la virola.
Así los intercambiadores propuestos calentarán
mediante la circulación del fluido portador del calor en
contracorriente el flujo de aire que se introduce por la parte
inferior de la virola favorecido, alternativamente, por un
compresor axial.
Obviamente, para alimentar los intercambiadores
de calor se utilizarán placas solares térmicas dispuestas de forma
óptima en función de las potencias deseadas y provistas de un
acumulador y un mezclador al objeto de mantener el fluido que
circula por los intercambiadores a una temperatura constante que
permita, también, un movimiento constante en la turbina.
En la instalación descrita el movimiento de la
turbina generará el movimiento del compresor, cuando se disponga
del mismo, y en cualquier caso producirá una energía mecánica e
incluso eléctrica si así se requiriera disponible para cualquier
aplicación.
Por último, alternativamente para suplir
situaciones en las que la energía solar térmica o la retenida en el
acumulador no fuera suficiente para mantener la temperatura deseada
en el circuito primario se puede complementar el mismo con una
caldera convencional, que garantice el funcionamiento del conjunto
en condiciones óptimas.
Respecto a la entrada de la corriente de aire
desde el ambiente exterior hacia el interior de la turbina
compacta, se puede obtener un mejor aprovechamiento del viento en
la zona donde se lleva a cabo la instalación alojando entre el
suelo y el contorno exterior de la base de la virola una cortina
orientable que mediante sensores de velocidad y dirección del
viento se active y ubique de forma automática maximizando el caudal
de aire que entra en el sistema mediante el aprovechamiento de las
corrientes naturales cuando estas generen un caudal superior al
previsto sin corriente exterior alguna.
Con objeto de presentar una realización de la
invención "Turbina Solar a Reacción" se muestran a
continuación unas figuras en las que se representa de un modo
práctico la realización de la invención descrita.
\ding{226} Figura (1): Vista en perspectiva
principal de la virola o estructura principal de la turbina
compacta.
\ding{226} Figura (2): Vista en perspectiva
principal de detalle interior de la
carcasa-virola.
\ding{226} Figura (3): Vista en perspectiva
principal del rotor de la turbina compacta.
\ding{226} Figura (4): Vista en perspectiva
principal del intercambiador alojado en el interior de la
virola
\ding{226} Figura (5): Esquema principal de
instalación.
\ding{226} Figura (6): Vista en perspectiva
principal de la turbina compacta.
En dichas figuras, los elementos numerados se
relacionan a continuación:
\global\parskip0.500000\baselineskip
(1):
\tabulTobera de admisión
(2):
\tabulCarcasa o envolvente de turbina
(3):
\tabulCompresor axial del rotor
(4):
\tabulAnillo de soporte
(5):
\tabulColumna soporte de la turbina
(6):
\tabulTroncos de cono deflectores
(7):
\tabulEstabilizadores desviadores laminares
(8):
\tabulPaletas laminadoras
(9):
\tabulAnillo superior de fricción anti-cabeceo
(10):
\tabulTurbina a reacción
(11):
\tabulPaletas Turbina
(12):
\tabulSuperficie envolvente exterior
(13):
\tabulSuperficie envolvente interior
(14):
\tabulSuperficie de cierre superior
(15):
\tabulAnillos de fricción exterior
(16):
\tabulAnillos de fricción interior
(17):
\tabulEje principal
(18):
\tabulPlato de toma de fuerza
(19):
\tabulColector caliente del intercambiador
(20):
\tabulSerpentines
(21):
\tabulColector frío del intercambiador
(22):
\tabulTurbina completa
(23):
\tabulPlacas solares térmicas
(24):
\tabulBomba de circulación
(25):
\tabulAcumulador de retorno frío
(26):
\tabulAcumulador de sobrantes calientes
(27):
\tabulLa caldera de arranque y emergencia
(28):
\tabulAislamiento de carcasa
(29):
\tabulDeflector
(30):
\tabulDistanciadotes estabilizadores
(31):
\tabulPlato de acoplamiento utilizador.
\global\parskip0.000000\baselineskip
A la vista de las figuras 1 puede observarse a
modo de ejemplo de realización preferente del "Turbina Solar a
Reacción" que esta se lleva a cabo a partir de una virola
compuesta de una tobera de admisión (1) ubicada en el extremo
inferior del conjunto y unida a una carcasa o envolvente general de
la turbina (2) por la que se conduce, comprime y acelera una
corriente de aire que se desplaza hacia arriba procedente de un
compresor axial (3) alojado en el extremo inferior del rotor tal
como se muestra en la figura 2 y 3.
Todo el conjunto de la virola y turbina está
soportado por un anillo se soporte (4) con sus correspondientes
pilares de elevación sobre la superficie del suelo.
La columna de soporte de la turbina (5) va desde
la base de la virola, situada a la altura del anillo (4), hasta la
parte superior de la misma en la que la que se aloja un tronco de
cono (6) que junto con la envolvente general de la turbina (2)
genera una aceleración adicional en el flujo de aire que se
desplaza hacia el extremo superior del conjunto donde se ubica la
turbina a reacción (10), tal como se muestra en la figura 3, de la
que se obtiene el par motor.
Para garantizar la solidez del conjunto se
dispone de la columna soporte de la turbina (5), el tronco de cono
defector (6) y parte inferior de la carcasa general (2) a través de
unos desviadores laminares (7). Mientras que entre el extremo
superior del tubo de soporte de la turbina (5) y la superficie
interior del tronco de cono (6) se ubica un anillo de fricción (8)
que puede ir provisto de los respectivos cojinetes. Por último, el
extremo superior y exterior del cuerpo general de la virola se
termina en un anillo (9) que va a evitar los cabeceos del
rotor.
En la figura 3 puede observarse la turbina a
reacción (10), formada por paletas (11), la superficie envolvente
exterior (12), la superficie envolvente interior (13) y la
superficie de cierre superior (14) y soportada por los anillos de
fricción exterior (15) e interior (16).
En la citada figura 3 se observa, así mismo el
eje (17), que une todo el conjunto y transmite el movimiento y la
fuerza generada en la turbina al compresor axial (3) y al plato de
toma de fuerza (18) pudiéndose conectar a la misma una dinamo, un
alternador, etc.
Para la obtención de la energía se disponen
placas solares térmicas externas, que trasmiten el calor a un
fluido que se hace pasar por los intercambiadores situados en el
interior de la virola, y por encima del compresor axial (3) en el
caso de que la instalación disponga de dicho compresor tal como se
muestra en la figura 4.
Estos intercambiadores podrán ser tanto de flujo
lineal como de flujo cruzado, u otros. A modo de ejemplo de
realización se han dispuesto en flujo lineal en contracorriente y
en el mismo se indica el colector caliente (19), los serpentines
(20) con o sin aletas disipadoras y el colector frío (21) o de
salida del líquido.
Para una mejor comprensión de la invención en la
figura 5 se muestra de forma conjunta la instalación de la virola,
la turbina, el rotor y los intercambiadores.
La figura 6, corresponde a un esquema de
funcionamiento genérico, en la misma se observa una sección
trasversal de la turbina completa (22), una instalación placas
solares térmicas (23), la bomba de circulación (24), el acumulador
de retorno frío (25), el acumulador de sobrantes calientes (26), la
caldera de arranque y emergencia (27), a utilizar si se quiere
acelerar el arranque o funcionar cuando ambos acumuladores (25 y
26) no den la temperatura necesaria mediante el líquido caliente
acumulado y/o cuando no sean suficientes las placas solares (23) y,
por último, el conjunto de válvulas de regulación, válvulas
antiretorno, sensores térmicos, electro válvulas, etc., que
permitirían un funcionamiento genérico.
Así mismo, la superficie externa de la virola
(2) se dispone con un aislamiento térmico (28) que minimice las
perdidas de calor en el conjunto.
No se considera necesario hacer más extensa esta
descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el
alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan.
Los materiales empleados, formas, tamaños, número y disposición de
los elementos que se describen serán susceptibles de variación
siempre y cuando ello no suponga una alteración en la esencialidad
del invento.
Claims (4)
1. Turbina Solar a Reacción para la obtención
de energía mecánica a partir de energía solar térmica
caracterizada por llevarse a cabo mediante la combinación de
una instalación de placas solares térmicas convencional conectada a
unos intercambiadores de calor, los cuales se encuentran alojados
en el interior de una virola vertical, aislada térmicamente del
exterior. Esta virola posee un diámetro, en un primer tramo,
decreciente con la altura, hasta un punto que comienza a
incrementarse su diámetro y a partir del cual se ubica un tronco de
cono coaxial, el cual tiene por objeto seguir garantizando,
simultáneamente, un diámetro creciente, en una sección de
superficie libre, decreciente con la altura. En dicha sección se
genera una aceleración adicional del flujo ascendente de aire,
responsable del movimiento de una turbina ubicada en el extremo
superior de la virola.
2. Turbina Solar a Reacción para la obtención
de energía mecánica a partir de energía solar térmica según
reivindicación 1 caracterizada porque los intercambiadores de
calor alojados en el interior de la virola vertical calientan
mediante la circulación del fluido portador del calor en
contracorriente el flujo de aire que se introduce por la parte
inferior de la virola favorecido, alternativamente, por un
compresor axial.
3. Turbina Solar a Reacción para la obtención
de energía mecánica a partir de energía solar térmica según
reivindicación 1 y 2, caracterizada porque alternativamente
para suplir situaciones en las que la energía solar térmica o la
retenida en el acumulador no fuera suficiente para mantener la
temperatura deseada en el circuito primario se puede complementar
el mismo con una caldera convencional, que garantice el
funcionamiento del conjunto en condiciones óptimas.
4. Turbina Solar a Reacción para la obtención
de energía mecánica a partir de energía solar térmica según
reivindicación 1, 2 y 3, caracterizada porque
alternativamente para un mejor aprovechamiento del viento en la
zona donde se lleva a cabo la instalación se puede alojar entre el
suelo y el contorno exterior de la base de la virola una cortina
orientable que mediante sensores de velocidad y dirección del viento
se active y ubique de forma automática maximizando el caudal de
aire que entra en el sistema mediante el aprovechamiento de las
corrientes naturales cuando estas generen un caudal superior al
previsto sin corriente exterior alguna.
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