ES2325704B1 - Receptor solar. - Google Patents

Abstract

Receptor solar.

El receptor solar comprende una parte (10) de soporte y un absorbedor (22) dispuesto en la misma que está expuesto a la radiación solar en el lado abierto de la parte de soporte. El absorbedor (22) está hecho de alambre de acero resistente a las altas temperaturas y comprende unas planchas (24) dispuestas una sobre otra. La zona frontal del absorbedor (22) forma una parte (ET) de recepción de la radiación y la zona posterior constituye una parte (DT) de estrangulación para establecer la presión requerida.

Description

Receptor solar.

La invención se refiere a un receptor solar para la absorción de radiación solar con el fin de obtener energía, con una parte de soporte, que sostiene un absorbedor permeable al aire constituido por material de alambre.

En el documento DE 197 44 541 C2 (DLR) se describe un receptor solar volumétrico para una central de energía solar. El receptor solar presenta un cuerpo de absorbedor, cuya superficie de receptor se orienta hacia la radiación solar incidente. El aire ambiente como medio portador térmico se succiona a través de la superficie de receptor. Los cuerpos de absorbedor los sostiene en cada caso una parte de soporte. Básicamente se conocen dos formas de construcción de absorbedores: absorbedores volumétricos y absorbedores de absorción directa. Los absorbedores volumétricos presentan estructuras de absorbedor de estructuras, géneros de punto o espumas en nido de abeja metálicas o cerámicas. El aire ambiente fluye a través de estos absorbedores, que en este caso se mantienen de forma convectiva.

La solicitud de patente no publicada previamente, más antigua, 10 2004 030 433 (DLR) describe un receptor solar que también presenta numerosos cuerpos de absorbedor permeables al aire dispuestos unos al lado de otros, de los que cada uno se fija a una parte de soporte, que forma un canal para un flujo de aire que pasa por el cuerpo de absorbedor.

En el caso de un receptor solar o receptor abierto, se calienta el aire ambiente que se desplaza a través del absorbedor a aproximadamente 800ºC. Esto significa que el material del absorbedor y de la parte de soporte debe ser resistente a las altas temperaturas y que tampoco debe romperse en caso de un funcionamiento prolongado. Además deben ajustarse entre sí los coeficientes de dilatación térmicos. El absorbedor correspondiente y la parte de soporte perteneciente al mismo son un factor de coste fundamental.

En la práctica, hasta el momento, se han utilizado casi exclusivamente absorbedores cerámicos porosos, porque prometían una mayor seguridad durante el funcionamiento en comparación con los aceros para altas temperaturas como material de absorbedor. Sin embargo, las estructuras cerámicas tienden, debido a su fragilidad, a grietas capilares en el material y reventones de piezas completas en caso de carga térmica. Otro aspecto consiste en que los procedimientos de unión utilizados en los absorbedores cerámicos tales como la adhesión o bloqueo mecánico hasta el momento no funcionan de una manera segura y, debido a los tiempos de parada y las reparaciones, conducen a un aumento en los costes. Hasta el momento los absorbedores metálicos sólo se han investigado de manera experimental y han sido desplazados a un segundo plano en comparación con la variante cerámica.

El objeto de la presente invención es crear un receptor solar que tenga una resistencia al calor y una estabilidad elevadas y en el que se reduzca el riesgo de fallos a consecuencia de una carga térmica continua y una carga térmica alterna.

El receptor solar según la presente invención está definido en la reivindicación 1. A este respecto, el absorbedor se compone de un alambre de metal resistente a las altas temperaturas y tiene una parte de recepción expuesta a la radiación solar, en la que penetra la radiación, y una parte de estrangulación dispuesta por detrás.

En el receptor solar según la invención el absorbedor se compone de un material de alambre de acero resistente a las altas temperaturas. Presenta una parte de recepción orientada hacia la radiación solar y por detrás, una parte de estrangulación.

Durante el funcionamiento de un receptor solar de estructura modular, que contiene numerosas partes de soporte con un absorbedor en cada caso, debe tenerse en cuenta que en todos los absorbedores el aire se caliente hasta aproximadamente la misma temperatura. Esto requiere el uso de zonas de estrangulación individuales por detrás de cada absorbedor para conseguir una distribución uniforme del flujo másico y para evitar sobrecalentamientos por inestabilidad del flujo. Habitualmente las zonas de estrangulación se componen de placas perforadas, que se fabrican de manera individual. Estas placas perforadas, debido al material resistente a las altas temperaturas, por un lado, y al tratamiento individual de los orificios, por el otro, son de fabricación y montaje costosos. Además era necesario unir la placa perforada con el absorbedor, por ejemplo mediante soldadura.

En el caso del receptor solar según la invención la parte de estrangulación se compone, al igual que la parte de recepción, de alambre de metal, por ejemplo de un tejido de punto alámbrico. El término género de punto debe comprender todas las formas y estructuras de alambre, es decir, también tela no tejida, géneros de mallas y de punto, ovillos y otras estructuras regulares o aleatorias. Lo importante es que el absorbedor de alambre tenga una porosidad definida, que por un lado es necesaria para que la radiación solar pueda penetrar en el interior de la parte de recepción, y que por otro lado, se requiere para el flujo de aire. Finalmente es importante una porosidad definida en la parte de estrangulación para medir el efecto de estrangulación y conseguir un flujo uniforme estable. A pesar de que la parte de recepción y la parte de estrangulación se componen del mismo material, ambos pueden tener porosidades o espesores de material diferentes. Éstos pueden conseguirse porque la parte de estrangulación se comprime de una manera controlada y a este respecto obtiene un mayor espesor del material que la parte de recepción.

La parte de estrangulación compuesta de material de alambre constituye una solución considerablemente más económica que las zonas de estrangulación individuales compuestas de placas perforadas. Al prescindir de una placa perforada compleja se reducen claramente los costes de fabricación. Igualmente, en comparación con los absorbedores cerámicos, se da lugar a menores costes de fabricación y mantenimiento, especialmente debido a la tendencia disminuida a la rotura.

En general la profundidad de la parte de recepción asciende a desde 20 hasta 30 mm. El grosor del absorbedor en la dirección del flujo de aire es preferiblemente superior a 30 mm y especialmente superior a 60 mm. En una forma de realización práctica se encuentra en el orden de magnitud de 100 mm. De este modo la primera parte es entonces la parte de recepción y la parte que se encuentra por detrás tiene exclusivamente un efecto de estrangulación para evitar inestabilidades en el flujo y para establecer la presión requerida para un comportamiento de succión uniforme. Puesto que se utiliza el mismo material para la parte de recepción como para la parte de estrangulación, es suficiente con ajustar exactamente los espesores de paquete. No se esperan roturas de material entre ambas partes, puesto que no existe ninguna línea límite de definición exacta entre la parte de recepción y la parte de estrangulación.

Como material para el absorbedor es adecuado el material 1.4876 (Incoloy 800 HT) o 1.4767, que en cada caso son resistentes hasta 1400ºC en funcionamiento continuo. El material de la parte de soporte se compone preferiblemente de 1.4841. La estabilidad y baja oxidación de estos materiales se constataron experimentalmente.

El absorbedor se compone preferiblemente de planchas superpuestas de tejido de alambre. Estas planchas pueden estar colocadas una sobre otra sin estar unidas o también componerse de una tira continua, configurada en zigzag.

El receptor solar según la invención es adecuado especialmente para una construcción modular, en la que las partes de soporte se componen de cálices iguales entre sí, cuyas zonas frontales son cuadradas. Estos cálices también se componen de chapa de acero resistente a las altas temperaturas. Al contrario que en el caso de la variante cerámica esto no conduce a roturas ni fisuras en el material. La fabricación también es mucho más sencilla con respecto a la cerámica. Tampoco es necesario un tipo de unión rígido y fijo entre absorbedor y la parte de soporte, necesario en la realización de cerámica.

A continuación se explicará con más detalle un ejemplo de realización de la invención con referencia a los dibujos.

Muestran:

la figura 1, una vista lateral de una parte de soporte,

la figura 2, una vista frontal de la parte de soporte desde la dirección de la flecha II (figura 1) y

la figura 3, una representación esquemática del paquete de alambres que forma el absorbedor.

En los dibujos se representa un módulo de un receptor solar construido de forma modular. Pueden disponerse numerosos módulos del mismo tipo unos al lado de otros de tal manera que se forme una superficie de recepción de radiación única.

La parte 10 de soporte es una carcasa fabricada de chapa de acero, que en total está construida en forma de cáliz. Presenta una parte 12 frontal rectangular y una parte 14 tubular posterior cilíndrica. Entremedias se encuentra una parte 16 de paso generalmente cónica, que también lleva a cabo el ajuste de la sección transversal cuadrada de la parte frontal a la sección transversal cilíndrica de la parte tubular de diámetro disminuido. La parte 10 de soporte se compone de varios elementos individuales, unidos mediante costuras de soldadura. En su perímetro está cerrado y sólo está abierto en su lado 18 frontal y en el lado 20 posterior.

En la parte 12 frontal se encuentra el absorbedor 22, que se compone de material de alambre. El absorbedor 22 se compone de numerosas planchas 24, que se disponen una sobre otra. Las planchas 24 tienen un ancho que rellena el ancho de la parte 12 frontal. Las planchas se disponen directamente superpuestas formando un paquete compacto, de modo que rellenan toda la superficie de sección transversal de la parte 12 frontal. En este caso se obtiene un paquete compacto de las planchas.

La figura 3 muestra la formación de una pila de planchas, de la que el absorbedor 22 se compone de planchas 24 individuales dispuestas una sobre otra, que en cada caso se componen de un tejido de alambre.

Tal como muestra la figura 1, el absorbedor forma una parte ET de recepción expuesta a la radiación y una parte DT de estrangulación dispuesta por detrás. Tanto la parte ET de recepción como la parte DT de estrangulación se componen de las planchas 24 dispuestas unas sobre otras por capas, es decir, del mismo material de alambre. La parte ET de recepción indica aquella parte de la profundidad del absorbedor 22 en la que penetra la radiación solar. La parte DT de estrangulación no tiene ninguna función de absorción de radiación. Da lugar al establecimiento de una presión, necesaria para obtener un flujo estable.

La parte 14 tubular posterior y la parte 16 de paso son huecas y están vacías y sólo sirven para evacuar el aire calentado.

Claims (6)

1. Receptor solar con una parte (10) de soporte que sostiene un absorbedor (22) permeable al aire compuesto de material de alambre, formando la pieza (10) de soporte un canal para un flujo de aire que pasa a través del absorbedor, caracterizado porque el absorbedor (22) presenta una parte (ET) de recepción expuesta a la radiación solar, en la que penetra la radiación, y una parte (DT) de estrangulación dispuesta por detrás.

2. Receptor solar según la reivindicación 1, caracterizado porque el absorbedor (22) presenta en la dirección del flujo del aire una longitud superior a 30 mm, especialmente superior a 60 mm.

3. Receptor solar según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el absorbedor (22) se compone de planchas (24) superpuestas.

4. Receptor solar según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el absorbedor (22) se compone de un tejido de alambre.

5. Receptor solar según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el absorbedor se compone de uno de los materiales resistentes a las altas temperaturas 1.4876 o 1.4767.

6. Receptor solar según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la parte (10) de soporte se compone de chapa del material 1.4841.