ES2355228A1

ES2355228A1 - Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra.

Info

Publication number: ES2355228A1
Application number: ES200901092A
Authority: ES
Inventors: Juan Martinez-Val Piera; Francesc Martinez-Val Piera
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-04-27
Also published as: ES2355228B1

Abstract

Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, que consta de una estructura en cercha, o viga triangulada, longitudinal (19) y cuadernas transversales (21) para soportar el espejo de concentración (1), todo lo cual pende de un cilindro hueco (24) concéntrico al tubo absorbedor (7), cuyo eje axial coincide con el eje de giro del espejo para enfoque al sol, estando ese peso suspendido equilibrado en masa con un contrapeso diametralmente opuesto a la espina dorsal, en forma de viga longitudinal también solidaria al cilindro hueco que se asienta en el pilar del extremo en el que descansa todo el peso, salvo el del tubo absorbedor, que puede estar suspendido de una viga cenital fija, o apoyado en una viga-celosía que esté bajo el tubo, descansando en ambos casos la viga de soporte sobre pilares independientes en los extremos del colector.

Description

Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra.

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el campo de los colectores de energía solar térmica mediante concentración cilindro-parabólica de la radiación originaria, que se enfoca sobre un tubo de superficie absorbente de la radiación, por dentro del cual circula un fluido calorífero que transporta el calor solar absorbido hasta un fin útil, como puede ser un ciclo termodinámico. En estos colectores se concentra la radiación solar en un eje focal longitudinal, próximo y paralelo al cual se ubica el citado tubo absorbedor.

Antecedentes de la invención

Como antecedente genérico hay que señalar la central solar térmica SEGS de California (www.fplenergy.com/
portfolio/contents/segs_viii.shtml) y varios montajes existentes en la Plataforma Solar de Almería (www.psa.es) así como en centrales en construcción en España (Andasol, www.flagsol.com/andasol), que usan colectores que giran sobre su eje longitudinal de sujeción, que habitualmente está muy próximo al ápice de la parábola (en cada sección recta) y por lo general coincide, en cada sección recta, con el centro de gravedad de dicha sección. Esta disposición provoca que el tubo se desplace en un movimiento giratorio de traslación respecto del eje de sujeción del conjunto, a medida que todo el cilindro parabólico ha de girar para estar siempre orientado al sol, de tal modo que los rayos de éste sean reflejados hacia el eje focal del cilindro parabólico.

Dicho giro de traslación del tubo (asociado al del cilindro en un todo) comporta un problema: debe, disponerse de un acoplamiento rotativo desde los extremos del tubo absorbedor a los tubos fijos de conexión con la instalación de conversión de energía. Ello se hace actualmente mediante un tubo radial, que va de la línea del eje de sujeción al eje focal, o viceversa (según entre o salga el fluido del colector), teniendo que estar dicho tubo radial conectado al tubo del eje focal mediante una pieza tubular en forma de codo, que en su extremo horizontal tiene una junta rotativa para conectar con el tubo del eje parabólico. A su vez, una pieza en codo similar, con junta rotativa, hace falta para conectar el tubo radial con el tubo fijo que conecta con la instalación fija.

En las patentes norteamericanas 4,243,019 y 4,515,148 se propone, con montajes diferentes, el uso de un tubo fijo para absorber la radiación solar concentrada, coincidiendo el eje de giro con el eje central del tubo, pero en ambos casos el conjunto del espejo parabólico y su estructura soporte ha de girar en torno a dicho eje de manera muy excéntrica, pues el centro de gravedad de cada sección recta de dicho conjunto giratorio está muy alejado del eje de giro; lo cual provoca importantes pares de vuelco en la estructura, y dificultades de enfoque, lo que ha motivado que esos colectores no hayan llegado a su comercialización, como sí han llegado los colectores equilibrados en masa, pero que necesitan juntas rotativas por no coincidir el eje del tubo con el eje de giro.

Usualmente, el tubo absorbedor va recubierto de un cilindro de material transparente, típicamente vidrio, y entre ambos tubos se hace el vacío para minimizar las pérdidas térmicas. Como el tubo transparente no tiene buenas propiedades mecánicas a la flexión, no se puede hacer de longitud muy larga, siendo habitualmente de 4 metros, para los vidrios usados a tal fin. Cada 4 metros, ambos tubos, el metálico interior y el exterior de vidrio, se sueldan entre sí mediante un fleje con forma de corona circular plegada, con objeto de mantener el citado vacío. Eso constituye un módulo de tubo absorbedor, y los tubos se empalman módulo tras otro mediante soldadura del tubo metálico, que en esa zona es aislado térmicamente. En las uniones entre módulos consecutivos de tubo se ubican los soportes del tubo, bien de manera rígida sobre la propia estructura del espejo parabólico, en el caso convencional, bien sobre los pilares de apoyo a través del juego de giro que proporciona un cojinete, en los modelos antedichos de colector con tubo fijo de las patentes norteamericanas 4,243,019 y 4,515,148, que sin embargo no tienen estructuras equilibradas.

El problema a resolver, pues, es encontrar un montaje en el cual el tubo del fluido calorífero esté fijo, siempre en el eje focal o en inmediata cercanía y paralelo a él, y que el eje de giro coincida con el eje del tubo, que recibirá la radiación solar reflejada desde un espejo parabólico con un sistema de soporte longitudinal y transversal que, en su conjunto, esté equilibrados en cada sección recta, es decir, su centro de gravedad coincida con el centro de giro en dicha sección recta, y que el equilibrio de masas se consiga sin merma de rigidez mecánica que dificultara el enfoque del colector.

Descripción de la invención

La invención consiste en configurar el colector cilindro-parabólico de reflexión simple, con tubo absorbedor fijo, y equilibrado en masa, mediante aplicación de las innovaciones que consisten en:

-: un sistema de sustentación del espejo cilindro-parabólico que consta de una estructura en cercha, o viga triangulada, longitudinal, que se sitúa en el volumen de sombra del tubo sobre la parábola, aprovechando esa zona inhábil de la concentración óptica, siendo solidaria dicha estructura en cercha longitudinal con un brazo estructural inferior radial en cada uno de sus extremos longitudinales, estando unido cada brazo, en cada extremo, con el cilindro hueco que hace descansar toda la estructura sobre el pilar que se enraíza firme en el terreno; saliendo transversalmente de la cercha longitudinal antedicha, por debajo del espejo, unas estructuras transversales o cuadernas, que a su vez van arriostradas longitudinalmente por larguerillos, soportando todo ello, rígidamente, a los mosaicos de los que se compone el espejo parabólico; consiguiendo con dicha estructura de cercha longitudinal que el armazón de soporte tenga gran rigidez, y que haya menos separación entre el centro de gravedad de la estructura soporte del espejo y el centro de giro del mismo, que coincide con el centro del tubo absorbedor; y girando el conjunto de elementos antedichos, solidarios con el cilindro hueco, en la rotación de éste sobre el eje de giro, que es el eje axial del tubo, y a su vez coincide con la recta virtual de unión de los centros de los ojales de los pilares de soporte del conjunto en el terreno;

-: unos tirantes transversales que parten del travesaño superior de la cercha longitudinal, y van simétricamente a ensamblarse con larguerillos y cuadernas así mismo simétricas, disponiéndose estos pares de tirantes con cierta separación longitudinal entre ellos;

-: un sistema de equilibrado en masas, que consta de un contrapeso longitudinal por encima del tubo absorbedor, en el sentido de llegada de la radiación solar, y por tanto en oposición diametral a la cercha longitudinal antedicha, consistiendo dicho contrapeso en una viga o elemento similar, de anchura igual al diámetro del cilindro transparente que envuelve al tubo absorbedor, estando soportada dicha viga longitudinal, en cada uno de sus extremos, en un brazo estructural superior, diametralmente opuesto al brazo estructural soporte de la cercha longitudinal, siendo solidarios ambos brazos con el cilindro hueco de apoyo del conjunto estructural sobre el pilar maestro de soporte en el suelo; estando definida la masa de la viga contrapeso, por unidad de longitud, de tal modo que se equilibra, en cada sección recta, con el peso que pende de los brazos estructurales inferiores que sujetan la cercha longitudinal y resto del armazón más el espejo, de tal manera que el producto de la masa total, por unidad de longitud, suspendida del armazón inferior, multiplicada por la distancia de su centro de gravedad al eje de giro, sea igual en valor absoluto al producto de la masa total, por unidad de longitud, soportada por el armazón superior de la viga-contrapeso, por la distancia de su centro de gravedad al eje de giro; siendo la masa total suspendida del armazón inferior la que comprende a la cercha longitudinal descrita anteriormente, con sus cuadernas, larguerillos y los mosaicos especulares y toda parte estructural solidaria con dicho armazón; y siendo la masa total soportada del armazón superior la de la viga contrapeso que está justo en posición diametralmente contraria a la sombra originariamente proyectada por el tubo absorbedor y su envoltura transparente;

-: un sistema de rigidización de los brazos radiales inferior y superior que consta de unos brazos asimismo radiales pero perpendiculares al eje de simetría del espejo y el colector, siendo solidarios estos brazos trasversales, por su extremo interior, por cada lado, con el cilindro hueco giratorio, y acabando dichos brazos en sendas piezas de unión rígida, en las cuales se ensamblan, desde la viga de contrapeso, unos brazos en rombo y así mismo se ensamblan desde la parte inferior del brazo inferior otros brazos en rombo, formando los brazos rómbicos y los radiales, una estructura rígida;

-: un sistema de soporte del tubo absorbedor de la radiación, que exteriormente tendrá apoyos fijos en tierra que no son objeto de la invención, y que en la zona interior del colector se apoya en el larguero longitudinal superior de la estructura en cercha longitudinal, merced a unas abrazaderas-correderas con bulón rodante que deslizan sobre dicho larguero en función de dilataciones y contracciones del tubo, y abrazan a éste de forma rígida transversalmente merced a una horquilla inferior que abraza a su vez al larguero, efectuando dicho abrazo en la zona de unión soldada entre módulos consecutivos de tubo, teniendo las abrazaderas del tubo, interiormente, un cojinete de rodamientos que habilita el giro entre la abrazadera y el aislante que rodea al tubo en dichas uniones;

-: una variante del sistema de soporte del tubo absorbedor de la radiación, independiente de la estructura en cercha longitudinal, y consistente en una viga longitudinal que corre por debajo del tubo, y en general tiene forma de cercha o celosía, y está fijamente apoyada en unos pilares existentes en los extremos del colector, enraizados en el terreno, siendo estos pilares más externos, respecto del colector, que los pilares maestros de soporte de los armazones superior e inferior en uno y otro extremo, pasando la viga longitudinal de soporte del tubo por dentro del ojal formado por el hueco del cilindro rotatorio en el que se asientan los armazones antedichos; y asentándose el tubo absorbedor sobre la viga longitudinal de soporte, en disposición transversalmente rígida por el abrazo de la horquilla inferior de la abrazadera-corredera sobre el filete superior de la viga, abrazando así mismo la abrazadera al tubo por la zona de la unión soldada entre módulos consecutivos, siendo la abrazadera longitudinalmente deslizante merced al bulón superior que desliza sobre la cara superior de la viga de soporte, ajustándose el deslizamiento del bulón a las dilataciones y contracciones longitudinales, según variaciones de temperatura;

-: una segunda variante del sistema de soporte del tubo absorbedor de la radiación, independiente de la estructura en cercha longitudinal, y consistente en una viga longitudinal cenital que corre por encima del tubo, y está fijamente apoyada en unos pilares existentes en los extremos del colector, enraizados en el terreno, siendo estos pilares más externos, respecto del colector, que los pilares maestros de soporte de los armazones superior e inferior en uno y otro extremo; pasando la viga longitudinal cenital, de la que pende el tubo, por dentro del ojal formado por el hueco del cilindro rotatorio en el que se asientan los armazones antedichos; y pendiendo el tubo absorbedor de la viga longitudinal cenital, en disposición transversalmente rígida por el abrazo de las pletinas que cuelgan desde el pasador del bulón que desliza sobre la cara superior de la viga de soporte, ajustándose el deslizamiento del bulón a las dilataciones y contracciones longitudinales, según variaciones de temperatura, estando el tubo abrazado por la zona de las unión soldada entre módulos consecutivos;

-: un sistema de sustentación sobre el terreno basado en un pilar con varios componentes en cada extremo, dentro del cual existe una estructura principal, o pilar maestro, con una cara al extremo longitudinal del colector cilindro-parabólico, teniendo dicha estructura principal un agujero cilíndrico u ojal en el que descansa un cojinete de bolas o de rodillos, sobre el que se asienta el cilindro hueco que es solidario en su cara exterior con los brazos estructurales inferior y superior, que radialmente sustentan, respectivamente, la estructura de cercha longitudinal y cuadernas y larguerillos en la que se asienta el conjunto de mosaicos especulares cilindro-parabólicos, y la viga de contrapeso;

-: un mecanismo de giro del cilindro hueco y de todo lo solidario a él, compuesto por una rueda dentada concéntrica y solidaria al cilindro hueco, engranada a un tornillo sinfín gobernado por un motor, y que se halla más afuera del pilar maestro, que a su vez está unido al siguiente pilar maestro del colector consecutivo, si éste existe, mediante una traviesa superior, estando en tal caso también unidos entre sí los cilindros huecos de los pilares consecutivos;

-: un complemento del sistema de sustentación sobre el terreno, basado en un pilar interior, solidario, por la traviesa superior, con la estructura del pilar maestro, teniendo el pilar interior una oquedad para permitir el paso del tubo absorbedor longitudinalmente y para dar base de apoyo en la que asienta la viga longitudinal inferior que soporta al tubo absorbedor en la modalidad de montaje con tubo fijo no vinculado a la estructura en cercha longitudinal;

-: una variante del complemento del sistema de sustentación sobre el terreno, basado en un pilar interior, solidario, por la traviesa superior, con la estructura del pilar maestro, teniendo el pilar interior una oquedad para permitir el paso del tubo absorbedor longitudinalmente, y otra oquedad superior con forma cuadrangular, con base de apoyo en la que asienta la viga longitudinal cenital de la que pende el tubo absorbedor, en la modalidad de montaje de tubo fijo con viga cenital;

-: una variante de mecanismo de giro del cilindro hueco y de todo lo solidario a él, ubicado en la zona interior del pilar compuesto de cada extremo, que en caso de colectores sucesivos y para montajes del tubo absorbedor solidario con vigas fijas, consiste en una estructura con dos ruedas dentadas unidas al mismo eje, engranadas ambas ruedas en sendas superficies dentadas de la cara exterior del extremo interior del cilindro hueco del que penden las estructuras del armazón del colector, teniendo una de las ruedas engranado a su vez un tornillo sinfín que hace girar el conjunto por la acción de un motor-actuador, en función del enfoque al sol; siendo el eje de las dos ruedas dentadas paralelo al tubo absorbedor, y estando encastrado en sus extremos en sendos rodamientos embebidos en las caras internas de los pilares maestros consecutivos;

-: una lira de dilatación/contracción del tubo absorbedor, en el tramo entre pilares maestros de colectores consecutivos;

-: un espejo plano transversal situado en los extremos longitudinales de cada tramo de colector, siendo el espejo de carácter semicircular pero de perímetro parabólico, y siendo solidario al brazo estructural inferior en el que se soporta la cercha longitudinal y el resto de su armazón, girando el espejo con dicho brazo en su rotación sobre el eje de giro, existiendo este espejo en el extremo norte, mirando al sur, en los montajes del eje del colector según el meridiano, en el Hemisferio Norte; y estando el espejo en el sur del colector, mirando hacia el norte, en el Hemisferio Sur; y existiendo dicho espejo en ambos extremos, en los montajes según el paralelo;

-: un segundo espejo plano transversal situado en los extremos longitudinales de cada tramo de colector, que cubre la zona que queda libre en la sección recta del cilindro hueco en el que se soportan las estructuras superior e inferior del colector, siendo solidario este espejo transversal a la viga longitudinal fija de la que pende o en la que se soporta, según la modalidad, el tubo absorbedor, existiendo este espejo en el extremo norte, mirando al sur, en los montajes del eje del colector según el meridiano, en el Hemisferio Norte; y estando en el sur del colector, mirando hacia el norte, en el Hemisferio Sur; y existiendo dicho espejo en ambos extremos, en los montajes según el paralelo.

Breve descripción de las figuras

La figura 1 muestra el esquema de un corte transversal de un espejo parabólico, con el tubo absorbedor y su cubierta transparente, señalándose la zona de la parábola que queda en la sombra del espejo cuando éste está enfocado al sol, siendo por tanto inhábil a efectos de captación solar.

La figura 2 muestra el esquema de un corte transversal de un espejo parabólico, con el tubo absorbedor y su cubierta transparente y la estructura en cercha longitudinal en la zona o volumen de sombra proyectada por el tubo, más las cuadernas transversales que se proyectan desde dicha cercha, así como los tirantes transversales.

La figura 3 muestra el esquema de la figura anterior en la que se ha introducido el contrapeso superior que está en el plano de simetría del conjunto parabólico, y que rota solidariamente a éste (pero se han omitido los tirantes transversales, que no son obligatorios en la invención). En la parte baja se aprecia el brazo del que cuelga la cercha longitudinal del armazón inferior, y se ve detrás del corte transversal de la cercha, en esta vista de tipo frontal.

La figura 4 muestra el esquema de una sección longitudinal de los armazones superior e inferior del colector y de su unión con el cilindro hueco que se soporta sobre los cojinetes del pilar, habiendo en este caso una única rueda dentada solidaria asimismo con el cilindro hueco; y soportándose en este caso el tubo sobre el larguero superior de la cercha longitudinal, a través de unas abrazaderas-correderas en las juntas de unión soldada entre módulos de tubo, abrazando dicha abrazaderas a un cojinete circular de bolas, por lo que se mantiene el tubo fijo aunque gire el armazón del espejo cilindro-parabólico.

La figura 5 muestra el esquema, en sección transversal, de los apoyos del tubo fijo absorbedor de la radiación, sobre el larguero superior de la cercha longitudinal, en la modalidad básica de sujeción del tubo, que está fijo respecto de tierra por los apoyos exteriores que tenga, no contemplados en la invención.

La figura 6 muestra el esquema frontal, en sección transversal, de los apoyos en los extremos longitudinales del colector, viéndose también el armazón de brazos solidarios con el cilindro giratorio, incluyendo la estructura rómbica de rigidización. El brazo superior se prolonga hacia arriba por detrás de la viga contrapeso para hacerse solidario con ella merced a soldadura, unión atornillada u otro modo de unión rígida. Así mismo, el brazo inferior se prolonga hacia abajo por detrás de la cercha longitudinal para hacerse solidario con ella merced a soldadura, unión atornillada u otro modo de unión rígida.

La figura 7 muestra otra vista de la figura anterior, en la que se aprecia el perfil exterior hexagonal del cilindro hueco de soporte en el pilar, en su tramo que sobresale del pilar, para engastar en ese perfil la rueda estructural unida a los brazos que soportan los armazones superior, inferior y estructura rómbica.

La figura 8 muestra un perfil longitudinal esquemático en el que de arriba abajo puede verse la viga de contrapeso en el plano de simetría; el tubo fijo absorbedor; la viga fija que soporta al tubo y en la que se aprecian los elementos deslizantes que permiten la dilatación y contracción de éste; la estructura inferior con su cercha longitudinal en el volumen de sombra del tubo y las cuadernas de soporte de los mosaicos especulares; viéndose también los espejos transversales en el extremo longitudinal norte (a la izquierda) tanto el espejo solidario al armazón inferior, como el espejo solidario a la viga fija de la que se suspende el tubo fijo.

La figura 9 muestra un corte longitudinal de los pilares que soportan la estructura indicada en la figura 8, habiendo desde derecha a izquierda, y en la zona del eje, el tubo fijo absorbedor de la radiación y la viga que soporta a dicho tubo fijo; el armazón superior de soporte del contrapeso en el plano de simetría; el armazón inferior; que al igual que el superior, está unido al cilindro hueco que se soporta sobre el cojinete que asienta en el ojal del pilar principal derecho; que como tal pilar es a su vez solidario, mediante el travesaño superior, con el pilar principal izquierdo, simétrico a él, en caso de continuidad del colector; estando los ojales de ambos pilares atravesados longitudinalmente por el tubo absorbedor y la viga fija, y apoyando ésta en el pilar intermedio interior; teniendo además dispuesto en la parte superior de los pilares principales un eje longitudinal sobre el que rotan sendas ruedas dentadas que apoyan en las caras superiores de las superficies más internas de los cilindros huecos por un lado y por otro, habiendo además en una de las ruedas un tornillo sin fin para producir el giro de todo el conjunto.

La figura 10 muestra un corte transversal del pilar intermedio de los apoyos en los extremos, identificados en la figura anterior, viéndose de arriba a abajo el tubo con su aislante (en esa zona no incide la radiación) y la viga fija que los soporta y que está asentada en dicho pilar, y la parte superior del pilar, que se hace solidaria con los pilares principales de cada lado, viéndose también a trazos el cilindro hueco giratorio que sustenta toda la estructura giratoria.

La figura 11 muestra un perfil longitudinal esquemático en el que de arriba abajo puede verse la viga de contrapeso en el plano de simetría; la viga fija de la que pende el tubo y en la que se aprecian los elementos deslizantes que permiten la dilatación y contracción de éste; el tubo fijo absorbedor; la estructura inferior con su cercha longitudinal en el volumen de sombra del tubo y las cuadernas de soporte de los mosaicos especulares; viéndose también los espejos transversales en el extremo longitudinal norte (a la izquierda) tanto el espejo solidario al armazón inferior, como el espejo que cuelga de la viga fija de la que se suspende el tubo fijo.

La figura 12 muestra un corte longitudinal de los pilares que soportan la estructura indicada en la figura 11, habiendo desde derecha a izquierda, y en la zona del eje, el tubo fijo absorbedor de la radiación y la viga de la que pende dicho tubo fijo; el armazón superior de soporte del contrapeso en el plano de simetría; el armazón inferior; que al igual que el superior, está unido al cilindro hueco que se soporta sobre el cojinete que asienta en el ojal del pilar principal derecho; que como tal pilar es a su vez solidario, mediante la pieza superior, con el pilar principal izquierdo, simétrico a él, en caso de continuidad del colector; estando los ojales de ambos pilares atravesados longitudinalmente por el tubo absorbedor y la viga fija, y apoyando ésta en el pilar intermedio interior; teniendo además dispuesto en la parte superior de los pilares principales un eje longitudinal sobre el que rotan sendas ruedas dentadas que apoyan en las caras superiores de las superficies más internas de los cilindro huecos por un lado y por otro, habiendo además en una de las ruedas un tornillo sinfín para producir el giro de todo el conjunto.

La figura 13 muestra un corte transversal del pilar intermedio de los apoyos en los extremos, identificados en la figura anterior, viéndose de abajo arriba el tubo con su aislante (en esa zona no incide la radiación) la viga fija de la que pende el tubo y que está asentada en dicho pilar, y la parte superior del pilar, que se hace solidaria con los pilares principales de cada lado, habiendo un gran ojal en esa parte superior, que permite el paso del eje de las ruedas dentadas.

La figura 14 muestra un corte transversal de los elementos deslizantes de los que pende el tubo fijo mediante unas abrazaderas en la zonas de las uniones metálicas entre módulos consecutivos, estando las abrazaderas colgadas de unas pletinas suspendidas de un bulón con eje pasante que hace firme el conjunto, y permite el giro del bulón sobre la cara superior de la viga fija cenital.

La figura 15 muestra el ojal de los pilares en el extremo en la cara norte, viéndose el tubo absorbedor en el centro del ojal, la viga cenital encima, y el espejo que cierra la mayor parte del ojal para reflejar la radiación de fuga de nuevo sobre el tubo absorbedor que queda a su sur, señalándose también esquemáticamente el borde superior del espejo transversal inferior, solidario con le armazón inferior de soporte del espejo.

Modos preferentes de realización de la invención

Para la mejor descripción de estas realizaciones, a continuación se relacionan los elementos relevantes del colector y de los sistemas que son parte de la invención:

1.: Sección recta del espejo cilindro-parabólico.

2.: Ápice o punto mínimo de la parábola 1, que se supone abierta hacia arriba. Cuando el eje de simetría de la parábola apunta al sol, este ápice, así como la parte central de la parábola, queda en la sombra del tubo 7.

3.: Foco de la parábola, en el cual confluyen todos los rayos reflejados en ella, cuando inciden paralelamente al eje de simetría.

4.: Eje de simetría de la sección recta 1, que va del ápice 2 al foco 3.

5.: Punto externo derecho del espejo.

6.: Punto externo izquierdo del espejo, simétrico al 5. Todos los subsistemas del colector son simétricos respecto de ese eje, 4, que en su desarrollo longitudinal, conforma el plano de simetría del colector.

7.: Tubo absorbedor de la radiación solar concentrada. Está fijo. No rota ni se desplaza. Sin embargo, el eje de giro del cuerpo 1 coincide con el eje central del tubo.

8.: Centro del tubo absorbedor En la figura coincide con el foco 3. pero se puede desplazar hacia abajo en un valor menor que el radio del tubo, permaneciendo siempre en el eje de simetría. El centro de giro del espejo 1 siempre coincide con el centro 8 del tubo (no con el foco 3).

9.: Punto superior del tubo absorbedor.

10.: Cubierta cilíndrica transparente del tubo 7, concéntrica y solidaría a él. Aunque es transparente, cuando los rayos inciden en ella de manera muy oblicua respecto del radio, se distorsionan notoriamente sus trayectorias, por efecto lente.

11.: Rayo solar original que es tangente por la derecha a la cubierta 10.

12.: Rayo solar original que es tangente por la izquierda a la cubierta 10.

13.: Punto de la parábola 1 en el que incide el rayo 11 que es tangente por la derecha a la cubierta 10.

14.: Punto de la parábola 1 en el que incide el rayo 12 que es tangente por la izquierda a la cubierta 10. Es simétrico al punto 13, y la zona entre ambos es la zona de sombra producida por el tubo 7 y su cubierta 10.

15.: Rayo reflejado desde el punto 13, hacia el foco 3.

16.: Rayo reflejado desde el punto 14, simétrico al 15.

17.: Triángulo que queda entre los rayos 15 y 16; y es el volumen de sombra inferior al tubo y su cubierta, y es ópticamente inútil, y por tanto muy aprovechable para ubicar parte de la cercha longitudinal del colector.

18.: Rayo reflejado desde el punto 5, hacia el foco 3, y que es el rayo mas exterior de los reflejados por la derecha.

19.: Estructura en cercha longitudinal del armazón inferior que soporta el espejo parabólico 1. Parte de esa cercha longitudinal está dentro del volumen de sombra 17, lo cual acerca hacia el radio del tubo el centro de gravedad de los pesos del espejo y su estructura, y confiere a este conjunto mayor rigidez a la torsión.

20.: Parte inferior de la cercha 19, que está por debajo del espejo parabólico 1, para unirse a las cuadernas 21.

21.: Cuadernas transversales que se ensamblan rígidamente en la parte 20 de la cercha longitudinal 19, y a las cuales se unen rígidamente los mosaicos o piezas que componen el espejo.

22.: Larguerillos de arriostramiento longitudinal de las cuadernas 21, con los que forma el entramado que sujeta a los mosaicos del espejo.

23.: Brazo rígido unido solidariamente al extremo longitudinal de la cercha 19, y que sale, como tal brazo, radialmente del cilindro hueco 24 que se asienta en el cojinete 29 encajado en el ojal del pilar 30, de apoyo de todo el colector en el terreno.

24.: Cilindro hueco giratorio sobre el cojinete 29 encajado en el ojal del pilar 30, y que está unido a los brazos inferior, 23, y superior, 25, de soporte de los respectivos armazones, y a los brazos transversales 76, a través de una pieza circular, 38, engastada en el tetón hexagonal del cilindro 24, que sobresale del pilar 30.

25.: Brazo superior rígido unido solidariamente al cilindro hueco 24, y que radialmente va hasta hacerse solidario con el extremo longitudinal de la viga longitudinal de contrapeso 26.

26.: Viga longitudinal de contrapeso que está soportada en sus extremos por los brazos 25 y corre paralela al tubo 7, y gira solidariamente con la estructura inferior del espejo 1 y con la cercha longitudinal 19.

27.: Abrazadera, con cojinete interior, que abraza la zona de unión soldada entre módulos consecutivos de tubo metálico, no habiendo cubierta transparente en esa zona, sino aislante térmico.

28.: Larguero longitudinal superior de la cercha longitudinal 19, que soporta al tubo 7, de forma fija, mediante su unión deslizante con las abrazaderas 27.

29.: Cojinete de bolas o rodillos que se asienta firme sobre el ojal 31 del pilar 30, y a la vez soporta al cilindro hueco 24.

30.: Pilar maestro en el que descansa todo el peso del colector por ese extremo.

31.: Ojal, o abertura circular en el pilar 30.

32.: Rueda dentada solidaria al cilindro 24, para girar el espejo 1 y el armazón que lo sostiene, constituido por la cercha 19, cuadernas 21 y larguerillos 22.

33.: Tornillo sinfín engranado a la rueda 32 para provocar el giro de ésta.

34.: Asiento y motor del tornillo 33.

35.: Cojinete interno a la abrazadera 27.

36.: Aislante interno al cojinete 35, que es el recubrimiento de la zona de unión soldada entre tubos consecutivos.

37.: Espejo en los extremos del colector, solidario con el armazón inferior 19, que cubre la sección recta de la parábola.

38.: Pieza circular, de perfil interno hexagonal, engastada en el tetón hexagonal del cilindro hueco 24, y en la que se unen solidariamente los brazos 23 y 25.

39.: Abrazadera fija, con aislante interior, que amordaza las uniones soldadas entre tubos consecutivos, y queda colgada de la viga fija cenital 40, a través de las pletinas 42 que penden de los elementos 41.

40.: Viga fija cenital, cuya función es mantener fijo el tubo absorbedor.

41.: Elemento de sujeción del tubo 7 desde la viga 40, compuesto de un bulón atravesado por un pasador del que penden fijamente las pletinas 42.

42.: Pletinas que penden desde el pasador de los elementos 41 y amordazan las abrazaderas 39.

43.: Espejo plano fijo en los extremos del colector, que cubre la casi totalidad de la parte libre de la sección recta del ojal 31. en los montajes con viga fija.

44.: Abrazadera fija, colgada de la viga fija cenital 40, de la que pende el espejo 44.

45.: Superficie dentada del cilindro 24, en la parte del mismo que sobresale por la cara interior, opuesta al colector, del pilar 30.

46.: Rueda dentada que se engrana con la superficie 45, y va mantenida por el eje 47, al cual es solidaria.

47.: Eje de la rueda 46, que a su vez puede servir de eje para la siguiente rueda 46, del siguiente colector, si continúan los módulos consecutivos.

48.: Cojinetes embebidos en los pilares 30, en los que se encastra el eje 47.

49.: Tornillo sinfín engranado en una de las ruedas 46, para producir el giro de los espejos parabólicos que vayan solidarios entre sí por tener uniones consecutivas con pares de ruedas dentadas 46, y sus correspondientes superficies de rodadura engranada, 45.

50.: Motor actuador y soporte del tornillo 49.

51.: Pilar interior para soporte de la viga fija cenital 40.

52.: Ojal en el pilar 51 donde apoya rígidamente la viga 40.

53.: Travesaño estructural que hace solidarios, por la parte superior, los pilares maestros consecutivos, y éstos con el 51.

54.: Aislamiento térmico del tubo 7 en la zona interna a los pilares 30.

55.: Aislamiento térmico del tubo 7 en la zona de unión soldada entre módulos de tubo consecutivos, que es abrazada por la abrazadera 39.

56.: Bulón rodante del elemento 41.

57.: Pasador interno al bulón 56.

58.: Rodamientos de sujeción del pasador 57, a su vez asentados en cada extremo del bulón 56.

59.: Tuercas de sujeción de la pletinas 42 al pasador 57.

60.: Línea virtual que es el lugar geométrico de los centros de gravedad de las secciones rectas del espejo y armazón suspendidos del brazo 23.

61.: Línea virtual que es el lugar geométrico de los centros de gravedad de las secciones rectas de la viga contrapeso soportada por el brazo 25.

62.: Eje de giro, que es la recta virtual que une los centros geométricos de los ojales 31 de los pilares 30 de un colector.

63.: Lira de dilatación/contracción del tubo 7, en el tramo entre pilares de colectores consecutivos. Puede tener forma de U o forma de Z, con un par de brazos transversales a la dirección original del tubo (fig. 13).

64.: Terreno.

65.: Eje axial del tubo. En condiciones nominales de la invención, coincide con el eje de giro 62.

66.: Largueros transversales desde el travesaño superior de la cercha longitudinal 19 a las cuadernas 21.

67.: Viga, en celosía o cercha, fija sobre los pilares 70, sobre la que se sustenta el tubo 7 (figura 8).

68.: Abrazadera de conexión entre el tubo 7 y la viga 67.

69.: Bulón que rueda sobre la cara superior de la viga 67 o del larguero 28.

70.: Pilar de sustentación de la viga fija 67, en cada extremo del colector.

71.: Base de apoyo de la viga 67 en el pilar 70 (figura 10).

72.: Horquilla de agarre del bulón 69 en la viga 67.

73.: Horquilla de agarre del bulón 69 en el larguero 28 (figura 5).

74.: Cojinetes internos en los extremos del bulón 69 (figura 5).

75.: Pasador, con tapas roscadas en sus extremos, del bulón 69 (figura 5).

76.: Brazos radiales solidarios al cilindro 24, transversales al eje de simetría 4.

77.: Piezas de unión rígida en los extremos de los brazos 76 (figura 6).

78.: Brazos en rombo que unen rígidamente la viga contrapeso 26 con las piezas 77, por cada lado.

79.: Brazos en rombo que unen rígidamente la parte inferior, 20, de la cercha longitudinal 19, con las piezas 77, por cada lado.

La invención se puede materializar según diversas variantes en el soporte del tubo fijo, por lo cual se describirán a continuación las tres variantes principales, análogas entre sí, pero con diferencias en la manera en la que el tubo absorbedor se hace permanecer fijo y siempre en la misma posición focal respecto de la parábola del espejo que rota alrededor del tubo fijo. La invención se estructura en un armazón inferior que cuelga del brazo radial inferior del cilindro de giro que existe en cada extremo del colector, y que está encastrado en el ojal del soporte o pilar que hace descansar todo el peso en el suelo.

Esa estructura inferior se compone esencialmente de una cercha, o viga triangulada, longitudinal, de la que salen transversalmente unas cuadernas cuyo perfil superior soporta unos larguerillos en los cuales se asienta el espejo parabólico.

Para equilibrar en peso la parte giratoria del colector, se dispone de una viga longitudinal en oposición diametralmente opuesta, en la sección recta, a la cercha antedicha, estando dicha viga unida al cilindro giratorio del pilar, mediante un brazo radial, diametralmente opuesto al brazo inferior anteriormente descrito.

La conjunción de estos elementos en una determinada estructura constructiva cabe hacerla con algunas variantes, como se indica a continuación:

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A). Modalidad básica del colector

Para materializar esta invención se parte de disponer de un espejo cilindro-parabólico (1) que se asienta sobre un armazón de cuadernas transversales (21) entroncadas en la parte inferior (20) de una cercha longitudinal longitudinal (19) que ocupa parcialmente el volumen de sombra (17) del tubo absorbedor (7) y de su cubierta transparente (10), según se ve en la figura 1, en la que el volumen de sombra (17) está definido por el espacio existente entre los rayos 15 y 16, que respectivamente vienen reflejados de los puntos 13 y 14, en los que inciden los rayos solares 11 y 12, que son tangentes, por la derecha y por la izquierda respectivamente, a la cubierta transparente (10) del tubo 7. El espejo cilindro-parabólico (1) abarca desde el punto 5, por la derecha, hasta su simétrico 6, respecto del eje de simetría 4, pues todo el montaje ha de ser simétrico respecto de ese eje. El eje, virtual, de simetría (4) está definido por la recta de unión del ápice (2) de la parábola (1) y su foco (3), así mismo virtuales. El espejo cilindro-parabólico (1) está interrumpido entre los puntos 13 y 14, pues esa zona, inútil a efectos ópticos, se emplea para situar la cercha longitudinal 19, como se ve en la figura 2, que también muestra las cuadernas 21, sobre las que asienta el espejo, hecho generalmente de módulos, que en su cara posterior llevan adheridas unas piezas 22 roscadas en su interior, que quedan ensamblas con las cuadernas a través de unión atornillada.

Un complemento estructural importante lo pueden dar los tirantes transversales 66, que parten del travesaño superior de la cercha longitudinal 19, y van a unirse a puntos de cuadernas simétricas. Aunque proyecten algo de sombra sobre el espejo, proporcionan una rigidez mecánica que puede compensar, por la mayor precisión del enfoque de concentración de la radiación.

Aunque en ambas figuras se ha supuesto que el centro 8 del tubo 7 (que es siempre el eje de giro en estos colectores) coincide con el foco (3) de la parábola, cabe efectuar el montaje poniendo el tubo más cerca del ápice (2) de tal manera que lo que coincida con el foco 3 sea el punto más alto (9) del tubo 7. Eso da mayor uniformidad de la intensidad de la radiación sobre el tubo, pues el rayo más extremo (18) no impactaría en el tubo a la altura de su centro, aproximadamente, sino casi en la parte de arriba del tubo, que tendría iluminada casi toda su periferia, no sólo la parte inferior.

La estructura descrita no está equilibrada si se limita a esos elementos, por lo que, como puede verse en la figura 3, por el lado diametralmente opuesto a la cercha longitudinal (19), del cilindro hueco 24, se dispone, solidariamente con él, el brazo radial (25), que soporta una viga contrapeso (26), cuyo centro de gravedad se mantiene siempre en el eje de simetría (4).

Para especificar la invención con las prescripciones que comporta, se define un sistema de coordenadas de tal modo que "y" representa la altura en el eje de simetría de la parábola, y "x" es la coordenada perpendicular, siendo el origen de coordenadas o punto (0,0) el ápice (2) de la parábola.

La parábola se define en función de un parámetro geométrico, de proporcionalidad entre el cuadrado de la abscisa y la ordenada, llamando "a" a dicho parámetro, y siendo la expresión

1

o usando alternativamente la expresión con el parámetro "p"

2

El foco (3) de la parábola se encuentra en el punto de coordenadas (x,y) que corresponden a 3

Por precisión, a las coordenadas de un punto se las va a identificar por la letra correspondiente seguida de un subíndice con el número que identifica al punto, y las coordenadas del foco (3) son pues

4

El centro del tubo (8), que a su vez es el centro de giro en esa sección (eje 62), se halla en coincidencia con el foco, y por tanto tiene las coordenadas anteriores, aunque existe la variante de bajar el tubo hasta que no sea su centro (8) sino su punto superior (9) el que coincida con el foco. De elegir esta variante, la posición del centro del tubo (8) y del centro de giro (eje 62), está dada por

5

siendo R el radio del tubo 7.

Un punto esencial en las prescripciones de construcción es el centro de gravedad de toda la masa suspendida del brazo inferior (23). Dicho centro es el punto virtual 60 y tiene por coordenadas (x_{60}, y_{60}), que abreviadamente identificamos por simetría como (0,c), siendo

6

donde w es el peso repartido según la línea de la parábola, y E el de la estructura que no va proporcionalmente a la parábola, y siendo c_{p} la ordenada del centro de gravedad de la parte parabólica, y c_{e} la ordenada del centro de gravedad de la estructura adicional.

La viga contrapeso 26 se dispone en paralelo al centro del tubo (y eje de giro 62) con su centro de gravedad, punto 61, a una distancia tal que el producto de esa distancia por la masa de la viga es igual al producto de la distancia del centro de gravedad de las masas suspendidas del brazo 23, punto 60, al centro de giro, por la masa total suspendida, que hemos llamado (w+E), Si a la masa de la viga 26 se la denota por V, la prescripción de la invención es:

7

lo cual define y_{61} cuando el colector ha sido definido en sus elementos básicos suspendidos del brazo 23, incluyendo en ello la forma de la parábola adoptada, lo cual define su foco y, por ende, a través de la ecuación (6), la posición del centro del tubo, y_{8}, que es el centro de giro.

En este primer montaje, que llamamos básico, según se ve en las figuras 4 y 5, el tubo (7) va soportado sobre el larguero superior (28) de la cercha longitudinal (19) merced a unas abrazaderas (27) que abrazan el tubo en las zonas de unión soldada entre tramos o módulos consecutivos de tubo, habiendo en el interior de cada abrazadera (27) un cojinete o rodamiento (35) que desliza en su giro sobre un recubrimiento o aislante (36) que apoya en la unión soldada entre tramos de tubos.

La estructura de soporte del espejo, con el espejo incluido, va suspendida de sendos pilares (30) en sus extremos, enraizados en el terreno (64), estando constituidos los cabezales de dichos pilares por una pieza con orificio cilíndrico horizontal, llamada ojal (31), con cabida para que, concéntricamente, pase el tubo absorbedor (7) con su cubierta (10), y se encastre, sin tocar a la cubierta 10, un tubo grueso giratorio (24) apoyado en el cojinete 29. El tubo grueso 24 es solidario, a través de una pieza circular de rigidez (38), con el brazo radial inferior (23) al cual se une la cercha (19) por su extremo longitudinal correspondiente, y por tanto la estructura adicional de cuadernas (21) y larguerillos (22). El tubo grueso giratorio (24) es asimismo solidario con el brazo radial superior (25).

Ambos brazos, superior (25) e inferior (23) están solidariamente unidos a la pieza circular 38, que se engasta firmemente en el cilindro 24 que se asienta en el cojinete 29 que está inserto en el ojal 31 del pilar 30. Este pilar soporta todo el peso y el momento que le transmita, en ese extremo, el conjunto de elementos que se sustentan en él, bien a través del brazo superior (25) o del inferior (23). El cilindro 24 tiene una peculiaridad en su extremidad que da hacia el colector, pues la parte que sobresale del cilindro se mecaniza con un perfil hexagonal, formando un tetón en el que se engasta la pieza circular 38, a la que se sueldan o se fijan con roblones o de cualquier otra manera firme, los brazos 23 y 25.

El giro del colector y del contrapeso se produce merced a un rueda dentada (32) solidaria con el cilindro hueco 24, que gira según lo ordena el motor-actuador 34, a través del tornillo sinfín 33 sobre el que actúa, que a su vez va engranado en la rueda 32.

El cilindro hueco 24 puede hacerse solidario con la misma pieza del siguiente colector, si van dos consecutivos, en cuyo caso comparten además la rueda dentada 32 y mecanismo actuador de tornillo 33 y motor 34. Cuando los módulos de colector se acaban en la hilera en cuestión, ya no hay rueda dentada 32, y el montaje acaba en el pilar, aunque el tubo 7 sigue su curso más allá de él, al pasar a través del ojal.

Un elemento esencial son los apoyos del colector, y en la figura 6 se visualiza un corte transversal del entronque de los dos brazos superior (25), inferior (23) y transversales (76) con la pieza 38, que va engastada firmemente en el cilindro hueco 24, que descansa sobre el cojinete 29, pasando el tubo 7 por el hueco dejado por el cilindro 24 en el centro del ojal 31 del pilar 30. Ello conforma la estructura rómbica formada por las parejas de brazos 78 y 79, solidarios a los extremos de los brazos radiales 23, 25 y 76, por su unión en las juntas rígidas 77.

Con objeto de ensamblar apropiadamente la pieza 38 con el cilindro hueco giratorio 24, el tetón que sobresale de éste respecto del exterior del pilar en el que está alojado, se conforma como un hexágono, siendo asimismo hexagonal el perfil interior de la pieza 38, que a su vez sirve para unirse solidariamente a los brazos inferior 23 y superior 25, así como a los transversales 76.

Para aprovechar la radiación oblicua que se escaparía del colector, se dispone el espejo plano transversal (37) que se ubica en un extremo del colector. Con montaje geográfico del eje del colector según el meridiano, en el hemisferio norte, este espejo (37) sólo se pone en el extremo norte, mirando al sur. En el hemisferio sur, se pondría en el extremo sur, mirando al norte.

En este montaje básico, el tubo 7 se mantiene fijo por las uniones que tenga en sus extremos con los tubos fijos de la instalación fija en tierra, y por los cojinetes 35 de las abrazaderas 27 que van unidas deslizantemente a la cercha longitudinal 19 por su asiento en el larguero superior de ésta, 28. Dicho asiento va asegurado por la horquilla 73, que es solidaria a la abrazadera 27 a través del pasador 75 de tapas roscadas, que es el eje del bulón 69, que rueda sobre la cara superior del larguero 28 merced a los cojinetes 74 que soportan a dicho pasador. No obstante, por dilataciones y deflexiones de los diversos componentes del colector, puede haber cierta excentricidad entre el eje del tubo y el eje de giro, pues éste está definido por la línea virtual 62 que une los centros de los ojales de los pilares a ambos extremos longitudinales del colector. Si se produce una divergencia entre el eje de giro 62 y el eje axial del tubo, 65, las abrazaderas 27 puede tensar transversalmente el tubo 7, sometiéndole a fatiga.

Como variante que evita ese problema potencial, se presenta el montaje con tubo fijo solidario rígidamente a una viga fija, que puede ser inferior o superior, y con la cual tiene ligaduras deslizantes para dilatarse y contraerse.

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B). Variante de tubo fijo sobre viga inferior fija

Conservando la estructura del espejo y su armazón como las descritas, en la modalidad básica A, esta nueva variante se refiere a hacer descansar el tubo fijo 7 sobre una viga fija 67, merced a unas abrazaderas 68 que descansan sobre unos bulones 69 que pueden deslizar longitudinalmente sobre la cara superior de la viga 67, pero son transversalmente rígidas (figura 8). La viga 67 va apoyada en unos pilares 70, en cada extremo, enraizados en el terreno (64) situados más allá de los pilares 30, con los cuales hace cuerpo conjunto por la parte superior, según se ve en la figura 9, que muestra la estructura longitudinal de los pilares maestros 30 en los que apoyan los colectores, en sus dos extremos longitudinales. Es una estructura simétrica, en la que a la derecha queda el pilar izquierdo de sujeción del colector de la derecha, y a la izquierda, el pilar derecho de sujeción del colector de la izquierda. En el centro está el pilar 70, donde se apoya la viga fija 67, en la base de un ojal rectangular, 71. En esa misma zona se ubica una lira (63) de dilatación/contracción del tubo 7.

En este montaje, el diámetro del ojal 31 del pilar 30 aloja el paso del tubo 7 y de la viga fija 67, y ese paso ha de ser posible con todas las posiciones de giro del espejo parabólico 1, por lo cual el ojal 31 es muy amplio. Para evitar pérdidas de radiación reflejada por éste en el extremo del módulo colector, además del espejo plano transversal 37, también existente en el montaje básico, se dispone otro espejo 43, que es un espejo plano fijo, en el extremo del colector, solidario a la viga 67 y que cubre la casi totalidad de la parte libre de la sección recta del ojal 31. Con montaje geográfico del eje del colector según el meridiano, en el hemisferio norte este espejo sólo se pone en el extremo norte, mirando al sur. En el hemisferio sur, se pondría en el extremo sur, mirando al norte.

Por su extremidad interior, el cilindro 24 tiene una banda exterior dentada (45) sobre la que se engrana una rueda dentada (46) que va sobre un eje horizontal (47) paralelo al tubo absorbedor 7, estando el eje 47 asentado sobre un par de rodamientos 48, embebidos en los pilares consecutivos que hay, para sustentar a un colector y al siguiente. En esa situación, el eje 47 lleva montadas dos ruedas dentadas 46, apoyando cada una de ellas sobre la banda exterior dentada del cilindro hueco 24 de cada pilar, que corresponden a colectores consecutivos. A través de esa doble rueda con eje común, se transmite el mismo giro a ambos colectores, con un solo mecanismo de actuación, que es el tornillo sinfín 49, que lleva su motor de actuación 50.

En el caso de llegar al extremo de la hilera de módulos de colector, la estructura se acaba en el pilar 70, siguiendo su camino la viga 67 y el tubo 7, con los soportes pertinentes directos a tierra. En tal situación no existen las ruedas dentadas 46 ni sus elementos anejos, habiendo sólo un pilar 30.

El citado pilar 70 está rematado arriba con la unión estructural 53 que lo hace solidario con los pilares 30. El pilar contiene la base 71 del ojal del pilar, donde apoya la viga 67, y el corte del tubo 7, con un aislante térmico 54, en esa zona que no está expuesta al sol, y el sistema de soporte con rigidez transversal y sin ligaduras longitudinales, con la abrazadera 68, el bulón 69 y la horquilla 72.

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C). Variante con tubo fijo colgado de viga cenital

Cabe configurar la sujeción fija del tubo 7 con una viga fija cenital, la cual también produce, como la inferior 67, algunas sombras sobre el espejo, pero no perturba la concentración de rayos sobre el tubo 7, si bien esta perturbación es minúscula en las vigas 67 tipo celosía.

En la figura 11 puede verse que la estructura del espejo y su armazón son exactamente como las descritas, apreciándose la cercha longitudinal 19, las cuadernas transversales 21 y el brazo inferior 23, por la parte de abajo. El tubo 7 pende de una viga fija cenital 40, merced a unas pletinas 39 que caen de unos elementos 41 que pueden deslizar longitudinalmente sobre la cara superior de la viga 40, pero son transversalmente rígidas. La viga 40 va apoyada, con empotramiento, en unos pilares 51, en cada extremo, enraizados en el terreno (64) situados más allá de los pilares 30, con los cuales hace cuerpo conjunto por la parte superior, según se ve en la figura 12, que muestra la estructura longitudinal de los pilares en los que apoyan los colectores, en sus dos extremos longitudinales. Es una estructura simétrica, en la que a la derecha queda el pilar izquierdo de sujeción del colector de la derecha, y a la izquierda, el pilar derecho de sujeción del colector de la izquierda. En el centro está el pilar 51, donde se apoya la viga fija cenital 40, en un ojal rectangular 52. En esa misma zona se ubica una lira (63) de dilatación/contracción del tubo
7.

En este montaje, para evitar pérdidas de radiación reflejada por éste en el extremo del módulo colector, además del espejo plano transversal 37, también se dispone del segundo espejo (43) que cubre la casi totalidad de la parte libre de la sección recta del ojal 31.

En el caso de llegar al extremo de la hilera de módulos de colector, la estructura se acaba en el pilar 51, siguiendo su camino la viga cenital 40 y el tubo 7, con los soportes pertinentes directos a tierra.

El pilar 51 está rematado arriba con la unión estructural 53 que lo hace solidario con los pilares 30. El pilar 51 contiene el ojal 52 que es el apoyo de empotramiento de la viga cenital 40. El tubo 7, con un aislante térmico 54 en esa zona entre pilares 30, que no está expuesta al sol, adopta forma de lira 63, que hace forma de U o de Z o variación análoga, para absorber las variaciones de longitud por cambios de temperatura.

Los elementos 41 de sujeción del tubo 7, desde la viga cenital fija 40, consisten en una abrazadera 39, que encierra al aislante térmico 55, que protege además la zona de soldadura entre tramos consecutivos de tubo, que es donde se colocan estos elementos, pendiendo la abrazadera 39, y por ende el tubo 7, de unas pletinas 42 por cada lado, que amordazan rígidamente la abrazadera 39 por debajo, y por arriba cuelgan de un pasador, 57, que atraviesa un bulón, 56, que rueda por encima de la cara superior de la viga cenital fija 40, cuando se ha de acomodar a las variaciones de longitud del tubo 7, estando el pasador asentado en sendos cojinetes 58, en el interior de los extremos del bulón, cuyo pasador 57 se hace firme en los extremos por una unión roscada 59, en la que quedan también atravesadas las pletinas 52, por cada lado.

En este modo de realización con tubo 7 colgante de viga cenital fija 40, se coloca un espejo plano fijo (43) mirando al sur, en el extremo norte del colector cubriendo la casi totalidad de la parte libre de la sección recta del ojal 31, y sólo se usa en el montaje geográfico del eje del colector según el meridiano, en el hemisferio Norte. En el hemisferio Sur, se invertirían los puntos cardinales en lo relativo a este espejo, que pende de la viga cenital fija 40, merced a la abrazadera 44.

Una vez descrita de forma clara la invención, se hace constar que las realizaciones particulares anteriormente descritas son susceptibles de modificaciones de detalle siempre que no alteren el principio fundamental y la esencia de la invención.

Claims

1. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, basado en la concentración de radiación solar que se produce cuando ésta incide sobre un espejo cilindro-parabólico en dirección paralela al plano longitudinal de simetría del espejo, reflejándose la radiación hacia la línea focal longitudinal del espejo cilindro-parabólico, coaxialmente con la cual se dispone un tubo absorbedor de la radiación, que exteriormente al colector tendrá apoyos fijos en tierra que no son objeto de la invención, caracterizado porque el colector dispone de un sistema de sustentación del espejo cilindro-parabólico (1) que consta de una estructura en cercha longitudinal (19) que se sitúa en el volumen de sombra (17) del tubo (7) sobre la parábola, siendo solidaria dicha estructura en cercha longitudinal con un brazo estructural inferior radial (23) en cada uno de sus extremos longitudinales, y estando cada brazo (23), en cada extremo, unido al correspondiente cilindro hueco (24) que hace descansar toda la estructura sobre el pilar (30) que se enraíza firme en el suelo, en cada extremo; saliendo transversalmente de la parte inferior (20) de la cercha longitudinal (19) antedicha, por debajo del espejo (1), unas estructuras transversales o cuadernas (21), que a su vez van arriostradas longitudinalmente por larguerillos (22), soportando todo ello, rígidamente, a los mosaicos de los que se compone la superficie parabólica del espejo (1); y girando el conjunto de elementos antedichos solidarios con el cilindro hueco (24) en la rotación de éste sobre el eje de giro, que es el eje axial del tubo (65), y a su vez coincide con la recta virtual (62) de unión de los centros de los ojales de los pilares (30) de soporte del conjunto en el terreno (64).

2. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicación primera, caracterizado porque el colector dispone de unos tirantes transversales (66) que parten del travesaño superior de la cercha longitudinal (19), y van simétricamente a ensamblarse con larguerillos (22) y cuadernas (21) así mismo simétricos, disponiéndose estos pares de tirantes con cierta separación longitudinal entre ellos.

3. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicación primera, caracterizado porque el colector dispone de un sistema de equilibrado en masas, que consta de un contrapeso longitudinal (26) por encima del tubo absorbedor (7), en el sentido de llegada de la radiación solar, y por tanto en oposición diametral a la cercha longitudinal (19), consistiendo dicho contrapeso en una viga o elemento similar, de anchura igual al diámetro del cilindro transparente (10) que envuelve al tubo absorbedor (7), estando soportada dicha viga longitudinal, en cada uno de sus extremos, en un brazo estructural superior (25), diametralmente opuesto al brazo estructural inferior (23) soporte de la cercha longitudinal (19), siendo solidarios ambos brazos con el cilindro hueco (24) de apoyo del conjunto estructural sobre el pilar (30) de soporte en el terreno (64); estando definida la masa de la viga contrapeso, por unidad de longitud, de tal modo que se equilibra, en cada sección recta, con el peso que pende de los brazos estructurales inferiores que sujetan la cercha longitudinal (19) y resto del armazón más el espejo (1), de tal manera que el producto de la masa total suspendida, por unidad de longitud, del brazo radial inferior (23) multiplicada por la distancia de su centro de gravedad (60) al eje de giro (62), es igual en valor absoluto al producto de la masa total, por unidad de longitud, soportada por el brazo superior (25) de la viga-contrapeso (26) por la distancia de su centro de gravedad (61) al eje de giro (62); siendo la masa total suspendida del armazón inferior la que comprende a la cercha longitudinal descrita anteriormente, con sus cuadernas, larguerillos (22) y los mosaicos especulares y toda parte estructural solidaria con dicho armazón; y siendo la masa total soportada del armazón superior la de la viga contrapeso que está justo en posición diametralmente contraria a la sombra originariamente proyectada por el tubo absorbedor (7) y su envoltura transparente (10).

4. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones primera a tercera, caracterizado porque el colector dispone de un sistema de rigidización de los brazos radiales (23) y (25), que consta de unos brazos (76) asimismo radiales pero perpendiculares al eje de simetría (4) del espejo y el colector, siendo solidarios estos brazos trasversales, por su extremo interior, por cada lado, con el cilindro hueco giratorio (24), y acabando dichos brazos (76) en sendas piezas de unión rígida (77), en las cuales se ensamblan, desde la viga de contrapeso (26), unos brazos en rombo (78) y así mismo se ensamblan desde la parte inferior del brazo inferior (23) otros brazos en rombo (79), formando los brazos rómbicos (78) y (79) y los radiales, (23), (25) y (76), una estructura rígida.

5. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el colector dispone de un sistema de soporte del tubo absorbedor (7), que en la zona del colector se apoya en el larguero longitudinal superior (28) de la estructura en cercha longitudinal (19), merced a unas abrazaderas-correderas (27) con bulón rodante (69) que deslizan sobre dicho larguero en función de dilataciones y contracciones del tubo (7), y abrazan a éste de forma rígida transversalmente merced a una horquilla inferior (73) que abraza a su vez al larguero (28), efectuando dicho abrazo en la zona de unión soldada entre módulos consecutivos de tubo, teniendo las abrazaderas del tubo, interiormente, un cojinete de rodamientos (35) que habilita el giro entre la abrazadera y el aislante (36) que rodea al tubo en dichas uniones.

6. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones primera a cuarta, caracterizado porque el colector dispone de una variante del sistema de soporte del tubo absorbedor de la radiación, independiente de la estructura en cercha longitudinal (19), y consistente en una viga longitudinal (67) que corre por debajo del tubo (7), y en general tiene forma de cercha o celosía, y está fijamente apoyada en unos pilares (70) existentes en los extremos del colector, enraizados en el terreno (64), siendo estos pilares más externos, respecto del colector, que los pilares maestros (30) de soporte de los armazones superior e inferior en uno y otro extremo, pasando la viga longitudinal (67) de soporte del tubo por dentro del ojal formado por el hueco del cilindro rotatorio en el que se asientan los armazones antedichos; y asentándose el tubo absorbedor sobre la viga longitudinal de soporte, en disposición transversalmente rígida por el abrazo de la horquilla inferior (72) de la abrazadera-corredera (68) sobre el filete superior de la viga (67), abrazando así mismo la abrazadera al tubo (7) por la zona de la unión soldada entre módulos consecutivos, siendo la abrazadera longitudinalmente deslizante merced al bulón superior (69) que desliza sobre la cara superior de la viga de soporte, ajustándose el deslizamiento del bulón a las dilataciones y contracciones longitudinales del tubo (7), según variaciones de temperatura.

7. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones primera a cuarta, caracterizado porque el colector dispone de una segunda variante del sistema de soporte fijo del tubo absorbedor de la radiación, consistente en una viga longitudinal cenital fija (40) apoyada en unos pilares (51), enraizados en el terreno (64), existentes en los extremos del colector, siendo estos pilares más externos, respecto del colector, que los pilares (30) de soporte de los armazones superior e inferior en uno y otro extremo, pasando la viga longitudinal cenital (40) por dentro del ojal (31) formado por el hueco del cilindro rotatorio (24) en el que se asientan los armazones antedichos a través de los brazos radiales 23 y 25; y colgando el tubo absorbedor (7) de la viga longitudinal cenital (40), en disposición transversalmente rígida por el abrazo de las pletinas (42) de las que pende, pero longitudinalmente deslizante merced al bulón (56) superior que desliza sobre la cara superior de la viga cenital (40), ajustándose el deslizamiento del bulón a las dilataciones y contracciones longitudinales del tubo (7), según variaciones de temperatura, y abrazando las pletinas (42) al tubo absorbedor por la zona de unión soldada entre tramos sucesivos de tubo (7).

8. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el colector dispone de un sistema de sustentación con varios componentes en cada extremo, cuya estructura principal es un pilar maestro (30), con una cara al extremo longitudinal del colector cilindro-parabólico, teniendo dicha pilar (30) un agujero cilíndrico u ojal (31) en el que descansa un cojinete de bolas o de rodillos (29), sobre el que se asienta el cilindro hueco (24) que es solidario en su cara exterior con los brazos estructurales inferior (23) y superior (24), que radialmente sustentan, respectivamente, la estructura de cercha longitudinal (19) y cuadernas (21) y larguerillos (22) en la que se asienta el conjunto de mosaicos especulares cilindro-parabólicos, y la viga de contrapeso (26).

9. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el colector dispone de un mecanismo de giro del cilindro hueco (24) y de todo lo solidario a él, compuesto por una rueda dentada (32) concéntrica y solidaria al cilindro hueco, engranada a un tornillo sinfín (33) gobernado por un motor (34), y que se halla más afuera del pilar maestro (30), que a su vez está unido al siguiente pilar maestro del colector consecutivo, si éste existe, mediante una traviesa superior, estando en tal caso también unidos entre sí los cilindros huecos (24) de los pilares (30) consecutivos.

10. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el colector dispone de un complemento del sistema de sustentación sobre el terreno, basado en un pilar interior (70), solidario, por la traviesa superior (53), con la estructura del pilar maestro (30), teniendo el pilar interior una oquedad para permitir el paso del tubo absorbedor longitudinalmente y para dar base de apoyo (71) en la que asienta la viga longitudinal inferior (67) que soporta al tubo absorbedor (7) en la modalidad de montaje con tubo fijo no vinculado a la estructura en cercha longitudinal (19).

11. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el colector dispone de un complemento del sistema de sustentación sobre el terreno, basado en un pilar interior (51), solidario, por la traviesa superior (53), con la estructura del pilar maestro (30), teniendo el pilar interior (51) una oquedad para permitir el paso del tubo absorbedor (7) longitudinalmente, y otra oquedad superior (52) con forma cuadrangular, con base de apoyo en la que asienta la viga fija longitudinal cenital (40) de la que pende el tubo absorbedor (7) en la segunda variante de soporte fijo del tubo.

12. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el espacio entre pilares maestros (30), en caso de colectores sucesivos, para las variantes de tubo (7) solidario a vigas fijas, inferior (67) o superior (49), se dispone una estructura con dos ruedas dentadas (46) unidas al mismo eje (47), engranadas ambas ruedas en sendas superficies dentadas (45) de la cara externa del extremo interior del cilindro hueco (24) del que penden las estructuras del armazón del colector, teniendo una de las ruedas (46) engranado a su vez un tornillo sinfín (49) que hace girar el conjunto en función del enfoque al sol por la acción del motor (50); siendo el eje (47) de las dos ruedas dentadas (46) paralelo al tubo absorbedor (7), y estando encastrado en sus extremos en sendos rodamientos (48) embebidos en las caras internas de los pilares consecutivos.

13. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se dispone una lira (63) de dilatación/contracción del tubo absorbedor, en el tramo entre pilares maestros (30) de colectores consecutivos.

14. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por que consta de un espejo plano transversal (37), situado en el extremo longitudinal de cada tramo de colector, siendo el espejo (37) de carácter semicircular pero de perímetro parabólico, y siendo solidario al brazo estructural inferior (23) en el que se soporta la cercha longitudinal (19) y el resto de su armazón más el espejo (1), girando el espejo (37) con dicho brazo (23) en su rotación sobre el centro de giro (62), existiendo este espejo (37) en el extremo norte, mirando al sur, en los montajes del eje del colector según el meridiano, en el Hemisferio Norte; y estando el espejo en el sur del colector, mirando hacia el norte, en el Hemisferio Sur; y existiendo dicho espejo en ambos extremos, en los montajes según el paralelo.

15. Colector solar cilindro-parabólico equilibrado en el volumen de sombra, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por que consta de un espejo plano transversal (43) situado en el extremo longitudinal de cada tramo de colector, que cubre la zona que queda libre en la sección recta del cilindro hueco (24) en el que se soportan las estructuras superior e inferior del armazón a través de los brazos 25 y 23, siendo solidario este espejo transversal (43) con la viga longitudinal fija, bien inferior (67) ó bien superior (40) que sustenta al tubo absorbedor (7), existiendo este espejo (43) en el extremo norte, mirando al sur, en los montajes del eje del colector según el meridiano, en el Hemisferio Norte; y estando en el sur del colector, mirando hacia el norte, en el Hemisferio Sur; y existiendo dicho espejo en ambos extremos, en los montajes según el paralelo.