ES2317788A1 - Turbina solar a reaccion. - Google Patents

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Abstract

Turbina solar a reacción. 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 alojados en el interior de una virola vertical de sección decreciente con la altura y aislada térmicamente del exterior y en la que se va a generar un flujo ascendente de aire responsable del movimiento de una turbina ubicada en el extremo superior de la virola. Para un mejor aprovechamiento del viento en la zona donde se lleva a cabo la instalación, se puede instalar en la zona de la tobera que da entrada a la corriente de aire exterior a la virola, una cortina orientable y escamoteable, que, a través de sensores, se oriente de forma automática maximizando el caudal de aire que entra en el sistema mediante el aprovechamiento de las corrientes naturales.

Description

Turbina solar a reacción.
Antecedentes en el estado de la técnica
La presente invención e constituye como certificado de adición y viene referida a las mejoras realizadas en la patente de invención española n° 200602605 (4), la cual consiste en la base cuya esencia desarrolla y mejora sustancialmente la presente adición.
La presente invención tiene por objeto las mejoras en dicha turbina, expuestas en los párrafos siguientes.
Explicación de la invención
A modo de explicación de la invención, la presente adición consiste en una idéntica 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 alojados en el interior de una virola vertical de sección decreciente con la altura y aislada térmicamente del exterior y en la que se va a generar un 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 al 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 la potencia deseada y provista 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.
Así mismo, la presente adición incorpora a la patente principal, la mejora consistente en que para un mejor aprovechamiento del viento en la zona donde se lleva a cabo la instalación, se puede instalar en la zona de la tobera que da entrada a la corriente de aire exterior a la virola, una cortina orientable y escamoteable, que, a través de sensores, se oriente de forma automática maximizando el caudal de aire que entra en el sistema mediante el aprovechamiento de las corrientes naturales.
Descripción de las figuras
Con objeto de presentar una realización de la invención Primer Certificado de Adición a la patente principal n° 200602605 (4) denominada "Turbina solar a reacción", se muestran a continuación unas figuras en las que se representa de un modo esquemático la realización de la invención descrita.
\ding{226} Figura (1): Vista en perspectiva principal de la virola o estructura externa de la turbina.
\ding{226} Figura (2): Vista en perspectiva principal de la estructura central de soporte.
\ding{226} Figura (3): Vista en perspectiva principal del rotor alojado en el interior de la virola.
\ding{226} Figura (4): Esquema principal del intercambiador de calor y del anillo e aspersión.
\ding{226} Figura (5): Vista en perspectiva principal de la sección de la turbina completa.
\ding{226} Figura (6): Esquema de funcionamiento del conjunto.
\vskip1.000000\baselineskip
En dichas figuras, los elementos numerados se relacionan a continuación:
(1):
Tobera de admisión.
(2):
Carcasa o envolvente del motor de la turbina.
(3):
Compresor axial del rotor.
(4):
Anillo inferior de soporte.
(5):
Columna de soporte y de alojamiento del eje rotor.
(6):
Tronco de cono desviador del flujo.
(7):
Desviadores laminares, con funciones de centraje de la columna de soporte.
(8):
Anillo de fricción inferior.
(9):
Anillo de fricción y antivibración superior.
(10):
Turbina a reacción.
(11):
Paletas de turbina de sección cilíndrica (sin alabeo).
(12):
Superficie envolvente exterior de la turbina.
(13):
Superficie envolvente interior de la turbina.
(14):
Sujeción del eje.
(15):
Anillo de fricción exterior.
(16):
Anillos de fricción interiores.
(17):
Eje principal.
(18):
Plato de toma de fuerza o placa de ensamblaje al eje para el utilizador.
(19):
Colector caliente del intercambiador.
(20):
Serpentines del intercambiador.
(21):
Colector frío del intercambiador.
(22):
Turbina completa.
(23):
Placas solares térmicas.
(24):
Bomba de circulación.
(25):
Acumulador de retorno frío.
(26):
Acumulador de sobrantes calientes.
(27):
Caldera de arranque y emergencia.
(28):
Aislamiento térmico de la virola.
(29):
Deflector del flujo de entrada.
(30):
Patas de soporte distanciadoras y estabilizadoras de la virola.
(31):
Placa de acoplamiento del utilizador.
(32):
Anillos micronizadores de agua.
Ejemplo de realización preferente
El funcionamiento de la instalación en su conjunto quedó claramente descrito en el documento de la patente principal, mientras que la vista de la figura 1, que ahora se aporta, puede observarse a modo de ejemplo de realización preferente de la "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 limitada por un desviador de flujo y la carcasa o envolvente general de la turbina (2).
Después de comprimir mediante un compresor axial (3) alojado en el extremo inferior del rotor tal como se muestra en la figura 2, se conduce hacia arriba atravesando los intercambiadores de calor y el anillo de aspersión Figura (3).
La virola va reduciendo su diámetro para acelerar el flujo.
Un tubo (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 virola toma forma de tronco de cono (6) de diámetro creciente de forma que junto con la envolvente general del motor (2) generará una aceleración adicional en el flujo de aire que se desplaza hacia el extremo superior del conjunto donde se ubica una turbina a reacción (10) tal como se muestra en la figura 2, de la que se obtiene el par motor.
Todo el conjunto de la virola y turbina está soportado por un anillo inferior (4) con sus correspondientes soportes de elevación sobre la superficie del suelo.
Evidentemente, es necesario garantizar la solidez del conjunto, tubo (5), cono (6) y parte inferior de la carcasa general (2) a través de unos desviadores laminares (7). Mientras que entre el extremo superior del tubo (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 termina en un anillo (9) que va a evitar los cabeceos del rotor.
La superficie externa de la virola (2) dispone de un aislamiento térmico que reducirá las perdidas de calor en el conjunto.
En la figura 2 puede observarse la turbina a reacción (10), formada por las paletas (11), la superficie envolvente exterior (12), la superficie envolvente interior (13) y superior (14) y soportada por los anillos de fricción exterior (15) e interior (16).
En la citada figura 2 se observa, así mismo, el eje (17), que une todo el conjunto motor y transmite el movimiento y la fuerza generada en la turbina al compresor axial (3) y a la placa de acoplamiento al utilizador (18).
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 3.
También calentarán el agua comprimida que se utilice para el micronizador, cuando éste exista.
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 del motor completo (22), una instalación de 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 anti-retorno, sensores térmicos, electro válvulas, etc., que permitirían un funcionamiento genérico.
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 (6)

1. Turbina solar a reacción, caracterizada por la sustitución en el motor (22) a reacción de la cámara de combustión por energía solar térmica, la cual se llevar a cabo mediante la combinación de una instalación de placas solares térmicas convencionales conectada a unos intercambiadores de calor alojados en el interior de una virola vertical de sección decreciente con la altura, y aislada térmicamente del exterior, y en la que se va a generar un flujo ascendente de aire responsable del movimiento de una turbina a reacción ubicada en el extremo superior de la virola.
2. Turbina solar a reacción según reivindicación 1, caracterizada por la utilización de dos troncos de cono concéntricos situados en el extremo superior del conjunto de conducción del flujo, de sección creciente y espejo decreciente, mediante los cuales a más de seguir acelerando el flujo, se lo separa del eje del motor a fin de utilizar esta distancia para obtener en este un mejor par.
3. Turbina solar a reacción según reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque la estructura de la turbina a reacción del motor, Figura (3) forma un solo sólido, constituido por envolventes y paletas con uniones rígidas entre todos ellos, siendo solo móvil el conjunto, que forma en su interior de sección creciente y espejo decreciente canales aceleradores del fluido.
4. Turbina solar a reacción según reivindicaciones 1, 2 y 3 caracterizada por la introducción de agua micronizada a alta temperatura y presión, Figura 4 (detalle 32), por encima de los intercambiadores de calor para obtener un ulterior aumento de la densidad, presión y velocidad del flujo que llegue al motor y en consecuencia mejorar su rendimiento.
5. Turbina solar a reacción según reivindicaciones 1, 2, 3 y 4 caracterizada porque puede, 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 complementar el mismo con una caldera convencional, o unos quemadores de gas, que podría ser el metano producido por los residuos orgánicos de los vertederos, que garanticen el funcionamiento del conjunto en condiciones extremas.
6. Turbina solar a reacción según reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 5 caracterizada porque, alternativamente, para un mejor aprovechamiento del viento en el lugar donde se lleva a cabo la instalación, acepta en la zona de la tobera opuesta a la dirección del viento local, y siempre que la intensidad de este lo aconseje, la instalación de una cortina compacta orientable y escamoteable, que, a través de sensores, se oriente de forma automática maximizando el caudal de aire.
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