ES2332620A1 - Campo de colectores solares. - Google Patents
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Abstract
Campo de colectores solares. El campo de colectores solares presenta numerosos colectores que forman series de colectores en U (51-57). Cada serie de colectores presenta una fila de ida (R1) y una fila de retorno (R2) de colectores. Para la generación de vapor recalentado con temperatura constante está prevista en cada serie de colectores una tubería de inyección (12) que conecta la salida del primer colector (K1) con la entrada del último colector (Kn) de esta serie (S1) de colectores. El paso por la tubería de inyección (12) regula la temperatura de salida de la serie de colectores. Gracias a las cortas tuberías de inyección (12) se evitan las tuberías largas dentro del sistema de inyección.
Description
Campo de colectores solares.
La invención se refiere a un campo de colectores
solares con numerosos colectores que forman al menos una serie de
colectores que consta de colectores conectados en serie por los que
circula un medio líquido evaporable, presentando la serie de
colectores al menos una primera fila de colectores a través de los
cuales el medio circula en una primera dirección y en un primer
sentido, y al menos una segunda fila de colectores a través de los
cuales el medio circula en la misma dirección y sentido contrario,
y con un sistema de inyección para la inyección de medio líquido al
interior de uno de los colectores de la serie de colectores.
Son conocidos campos de colectores solares que
presentan colectores cilindroparabólicos. Un espejo
cilindroparabólico alargado enfoca la radiación solar incidente
concentrándola sobre un tubo absorbedor a través del cual circula
un medio evaporable. En el documento DE 43 31 784 C2 (DLR) está
descrito un colector de este tipo. Tales colectores son
habitualmente reunidos en forma de una serie de colectores que
consta de numerosos colectores conectados en serie. La serie de
colectores a través de cuyos colectores el medio circula en serie
forma una primera fila de colectores de ida y una segunda fila de
colectores de retorno. Con ello, cada serie de colectores tiene un
trazado en U.
Es conocida la técnica de construir centrales
solares que efectúan directamente la evaporación de agua, en las
cuales circula agua a través de las series de colectores, siendo
dicha agua evaporada por el creciente calentamiento. El vapor puede
ser aportado a un bloque de central eléctrica para accionar una
turbina de vapor que por ejemplo acciona a un generador eléctrico.
Las centrales eléctricas de colectores cilindroparabólicos en las
que se efectúa directamente la evaporación de agua necesitan un
sistema de inyección mediante el cual se regula la temperatura de
salida del vapor generado y recalentado en el campo de colectores.
El sistema de inyección es habitualmente un sistema de tuberías
aparte que discurre desde el bloque de la central eléctrica hasta
el último colector de cada serie de colectores y de nuevo de
regreso al bloque de la central eléctrica. Debido a ello se tienen
unas tuberías de inyección de gran longitud. Además de sus altos
costes de instalación, éstas presentan también desventajas en cuanto
al funcionamiento del bloque de la central eléctrica, tales como
adicionales pérdidas de calor y presión y el retraso del proceso de
calentamiento inicial por la mañana, debido a lo cual disminuye la
producción diaria de energía eléctrica. El sistema de inyección
permite hacer que la turbina de vapor funcione con su rendimiento
óptimo, y permite además evitar que se produzcan en la turbina
peligrosos estados del proceso termodinámico, como p. ej. la
formación de pequeñas gotas. Con el sistema de inyección se efectúa
una regulación de la temperatura del vapor en el extremo de salida
de la serie de colectores. La regulación de la temperatura se logra
mediante la inyección de agua en la entrada del último colector de
la serie de colectores.
Puesto que el sistema de inyección debe
satisfacer exigencias específicas en materia de presión y
temperatura, el sistema de inyección central que habitualmente se
utiliza está realizado como sistema de tuberías aparte que discurre
desde el bloque de la central eléctrica hasta el último colector de
cada serie de colectores y de nuevo de regreso. El retorno del
sistema de inyección sirve para que durante el funcionamiento pueda
ser bombeada a través del sistema de tuberías más agua que la que
es necesaria para la inyección, para poder hacer que las tuberías
de inyección se mantengan a una temperatura suficientemente alta.
De otro modo se enfriaría demasiado en las largas tuberías de
inyección el agua, que por lo demás circula muy lentamente.
La invención persigue la finalidad de crear un
campo de colectores solares con un sistema de inyección mejorado y
simplificado, en el que se vean reducidos los costes de fabricación
y de instalación y mejore asimismo el comportamiento en
funcionamiento.
El campo de colectores solares según la
invención está definido por la reivindicación 1. Dicho campo de
colectores solares se distingue por el hecho de que el sistema de
inyección presenta una tubería de inyección que conecta una salida
de uno de los colectores de la primera fila con una entrada de uno
de los colectores de la segunda fila de la misma serie de
colectores.
La invención prescinde de un sistema de
inyección central con largas tuberías de ida y de retorno
conectadas al bloque de la central eléctrica. El campo de
colectores solares según la invención se distingue por un
conexionado particularmente favorable y estratégico de las tuberías
de inyección individuales, de las cuales está prevista
respectivamente una para cada serie de colectores. Esta tubería de
inyección va de un colector a otro colector de la misma serie de
colectores y forma por consiguiente en cierto modo una tubería de
derivación por la cual circula una pequeña parte del fluido de la
serie de colectores en cuestión. El agua de alimentación
precalentada que se encuentra en los respectivamente primeros
colectores de la serie de colectores es según la invención
utilizada para la regulación de la temperatura del vapor. De esta
manera se consigue reducir en hasta un 80% las longitudes de tubo en
comparación con un sistema de inyección central habitual. En
funcionamiento se da la ventaja de que no se producen importantes
pérdidas de calor y presión, y de que el proceso de calentamiento
inicial tiene lugar prácticamente sin retraso.
La invención se basa en el conocimiento de que
en la salida de los primeros colectores de cada serie de colectores
hay agua de alimentación precalentada que está a alta presión y a
alta temperatura. Debido al trazado en U de una serie de
colectores, los primeros colectores y el último colector de una
misma serie están espacialmente muy próximos. La invención aprovecha
esta circunstancia estableciendo para cada serie de colectores
individualmente una corta tubería de inyección entre la salida de
uno de los primeros colectores y la entrada de uno de los últimos
colectores. Estos colectores que quedan conectados mediante la
tubería de inyección están con preferencia situados directamente
uno frente a otro, con lo cual la tubería de inyección puede tener
una pequeña longitud. La tubería de inyección contiene una válvula
regulable que regula la cantidad de agua a inyectar en dependencia
de la temperatura del vapor del último colector, para mantener a
esta temperatura del vapor al nivel de un valor deseado o de una
gama de valores deseada. La inyección es efectuada sobre la base de
la caída de presión existente entre el primer colector y el último
colector de la serie de colectores.
Según una configuración preferida de la
invención está previsto que la tubería de inyección conecte la
salida del colector que es el primero en la dirección de
circulación con la entrada del último colector. Como alternativa hay
también la posibilidad de conectar la salida del segundo colector
con la entrada del último colector. La invención prevé en general
que sean conectadas mediante la tubería de inyección las entradas y
salidas inmediatamente contiguas de dos colectores de la misma
serie de colectores.
El campo de colectores solares puede presentar
numerosas series de colectores que paralelamente entre sí están
conectadas a un bloque de central eléctrica que contiene al menos
una turbina de vapor. Todas las series de colectores del campo de
colectores solares pueden estar conectadas con el bloque de la
central eléctrica a través de una única tubería de ida y una única
tubería de retorno. La inyección de agua es efectuada con
exclusividad internamente dentro de la respectiva serie de
colectores.
Se aclara más detalladamente a continuación un
ejemplo de realización de la invención haciendo referencia al
dibujo.
En el dibujo se muestra lo siguiente:
La Figura 1 muestra una representación
esquemática de un campo de colectores solares con el sistema de
inyección según la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
En la Figura 1 está representado un bloque de
central eléctrica 10 que contiene una turbina de vapor que por
ejemplo acciona a un generador eléctrico. El vapor necesario es
generado por un campo de colectores KF que contiene numerosos
colectores K que están configurados como colectores
cilindroparabólicos para la captación de energía solar. Los
colectores K tienen cada uno un espejo parabólico alargado que
enfoca la radiación solar concentrándola sobre un tubo absorbedor a
través del cual circula el medio a calentar. Los colectores solares
son orientados automáticamente ya sea de manera individual o bien
en grupos de acuerdo con la altura del sol, de manera que captan en
todo momento un máximo de la energía solar.
El campo de colectores solares KF consta en el
presente ejemplo de realización de siete series de colectores que
están identificadas con las referencias S_{1} ... S_{7}. Cada
una de las series de colectores está conectada a una tubería de ida
VL y a una tubería de retorno RL y a través de éstas con el bloque
de la central eléctrica 10. Una bomba (no representada) bombea al
medio (agua, vapor) al interior de la tubería de ida VL, a través
de las series de colectores S_{1}-S_{7} que
están conectadas paralelamente entre sí, y al interior de la tubería
de retorno RL. Por consiguiente hay una caída de presión de la
tubería de ida VL a la tubería de retorno RL.
Cada serie de colectores
S_{1}-S_{7} contiene numerosos colectores K que
están conectados en serie entre la tubería de ida VL y la tubería de
retorno RL. Los colectores contiguos están conectados entre sí
mediante un trozo de tubo. Los colectores de una serie de
colectores están identificados con las referencias
K_{1}-K_{2} ... K_{n}. Los subíndices van en
aumento en el orden de sucesión de los colectores en la dirección
del medio circulante. La dirección de circulación está indicada
mediante flechas para la serie de colectores S_{1}.
Cada serie de colectores consta de una primera
fila R_{1} de colectores y de una segunda fila R_{2} de
colectores. Los colectores de la primera fila R_{1} están
alineados entre sí en dirección longitudinal, es decir que están
dispuestos de manera que constituyen unos la prolongación de otros,
y el medio circula a través de los mismos en una primera dirección
y un primer sentido, de manera que la primera fila R_{1}
constituye la fila de colectores de ida. Por los colectores de la
segunda fila R_{2} el medio circula en la misma dirección y
sentido contrario. Estos colectores están asimismo dispuestos de
manera que constituyen unos la prolongación de otros y forman una
fila de retorno que está en conexión con la tubería de retorno
RL.
También cada una de las restantes series de
colectores está configurada de la misma manera como se ha descrito
anteriormente para la serie de colectores S_{1}.
Según la invención, la salida del colector
K_{1} que es el primero en la dirección de circulación está en
conexión con la entrada del colector K_{n} que es el último en la
dirección de circulación y pertenece asimismo a la misma serie de
colectores, siendo dicha conexión establecida mediante una tubería
de inyección 12 que contiene una válvula reguladora 13. La tubería
de inyección 12 forma una tubería de derivación a través de la cual
el fluido precalentado en el primer colector K_{1} es inyectado
al interior del último colector K_{n}. La cantidad de fluido
inyectado se deriva de la temperatura del vapor a la salida del
colector K_{n}. Dicha cantidad es incrementada para impedir un
excesivo recalentamiento, o bien es reducida para impedir un
insuficiente recalentamiento del vapor producido.
Puesto que dentro de la serie de colectores los
colectores están dispuestos en una fila de ida y una fila de
retorno R_{1}, R_{2}, el primer colector K_{1} y el último
colector K_{n} de la serie de colectores en la dirección de
circulación son paralelos entre sí e inmediatamente contiguos, por
lo cual la tubería de inyección 12 puede ser muy corta. Esto trae
consigo como consecuencia por un lado un ahorro de material de
tubería y por otro lado ventajas en el ámbito de la explotación,
como son p. ej. las menores pérdidas de calor y presión y el más
rápido calentamiento inicial matutino de la instalación.
No es imprescindiblemente necesario poner a la
salida del primer colector en conexión con la entrada del último
colector por medio de la tubería de inyección 12. Antes bien, como
alternativa puede estar también por ejemplo la salida del segundo
colector K_{2} en conexión con la entrada del penúltimo colector
o del último colector, o bien pueden establecerse otras conexiones
cortas dentro del sistema colector corto. Lo importante es que no
está prevista para la inyección una propia red de alimentación
central.
Claims (4)
1. Campo de colectores solares con numerosos
colectores que forman al menos una serie
(KS_{1}-KS_{7}) de colectores que consta de
colectores conectados en serie por los que circula un medio líquido
evaporable, presentando la serie de colectores al menos una primera
fila (R_{1}) de colectores a través de los cuales el medio
circula en una primera dirección y un primer sentido, y al menos una
segunda fila (R_{2}) de colectores a través de los cuales el
medio circula en la misma dirección y sentido contrario, y con un
sistema de inyección para la inyección de medio líquido al interior
de uno de los colectores de la serie de colectores;
caracterizado por el hecho de que
el sistema de inyección presenta una tubería de
inyección (12) que conecta una salida de uno de los colectores de
la primera fila (R_{1}) con una entrada de uno de los colectores
de la segunda fila (R_{2}).
2. Campo de colectores solares según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la
tubería de inyección (12) conecta la salida del colector (K_{1})
de la serie de colectores que es el primero en la dirección de
circulación con la entrada del último colector (K_{n}).
3. Campo de colectores solares según la
reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que los
colectores que quedan en conexión por medio de la tubería de
inyección (12) están dispuestos en filas inmediatamente contiguas y
enfrentados mutuamente.
4. Campo de colectores solares según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que el
campo de colectores solares (KF) presenta varias series
(S_{1}-S_{7}) de colectores que paralelamente
entre sí están conectadas a un bloque de central eléctrica (10) que
contiene al menos una turbina de vapor.
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