ES2372827A1 - Estructura mejorada aplicable a colectores de energía solar cilindro-parabólicos. - Google Patents
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Abstract
Estructura mejorada aplicable a colectores de energía solar cilindro-parabólicos, comprendiendo módulos (2) soportados por pilas (3), con espejos (4) apoyados en una viga (5) o cilindro transmisor de par, formando una parábola cuyo foco atraviesa el tubo absorbedor (6). Los soportes (9) del tubo absorbedor (6) sobre el módulo (2) colector o sobre las pilas (3) son deslizantes, y permiten que el eje (8) o cilindro transmisor de par sea desplazable longitudinalmente. La distancia (d) entre el eje (8) y el dispositivo de apoyo de los espejos (4) más alejado está comprendida en un rango de entre 3036 mm a 3960 mm; y la distancia focal de la parábola definida por los espejos (4) entre 15 0,60d Y 0,81d. La altura de la base de los pilones (3) al eje (8) de giro de la estructura, tanto conductores intermedios y finales, se sitúa entre 1,20d y 1,56d.
Description
Estructura mejorada aplicable a colectores de
energía solar cilindro-parabólicos.
La invención, tal como expresa el enunciado de
la presente memoria descriptiva, se refiere a una estructura
mejorada aplicable a colectores de energía solar
cilindro-parabólicos.
El objeto de la invención se centra en una
estructura soporte aplicable a un colector de energía solar y, más
en particular, a un colector de energía solar
cilindro-parabólico, presentando la particularidad
de contar con un innovador diseño mediante el que se consigue, entre
otros objetivos, que tenga un coste mucho más rentable, y de
construcción simple y fácil de montar en el lugar de la
instala-
ción.
ción.
Otro objetivo de la estructura propuesta
consiste en una reducción trascendente del número de colectores
totales para obtener una misma potencia térmica que en las centrales
termosolares con colectores cilindro-parabólicos
convencionales.
Asimismo, otro objetivo adiciona consiste en
proporcionar unos soportes del tubo absorbedor capaces de mantener
siempre dicho tubo en el foco de la parábola que forma los espejos
reflectores, tanto a temperatura ambiente, como cuando el fluido
térmico se encuentra a temperatura de operación.
El campo de aplicación de la presente invención
se encuentra dentro del sector de la industria dedicado a la
fabricación de elementos, estructuras y colectores para plantas
termosolares en general, y en particular para las de tipo
cilindro-parabólico.
Como es sabido, las plantas termosolares de
tecnología de colector cilindro-parabólico se basan
en la concentración de energía solar por medio de un espejo colector
sobre un fluido térmico, calorífero o caloportador, del que se
extrae gradualmente dicha energía para mover una turbina y un
generador.
La estructura soporte del colector se orienta en
un único eje de giro de forma continua, de tal manera que el espejo
colector siga al sol en su movimiento para la obtención de energía,
principio en el que se basa esta tecnología.
La estructura o colector, está formada por
módulos que están soportados por pilas (intermedias y finales) en
configuración simétrica a ambos lados de una pila central o pila
conductora.
Cada módulo presenta una superficie colectora
formada por espejos apoyados en una viga en celosía o en un
cilindro, que actúa como elemento transmisor de par.
Los espejos forman una superficie con forma
parabólica por cuyo foco atravesará el tubo absorbedor que contiene
el fluido térmico.
Estos espejos, generalmente, se fijan a la viga
mencionada anteriormente mediante perfiles metálicos (brazos en
voladizo) o piezas estampadas, estando unidos en varios puntos a
cada espejo.
Bien la celosía o bien el cilindro estructural
han de estar unidos a las pilas. Esta unión se establece mediante
unas chapas metálicas unidas a través de un cilindro transmisor de
par, tal como se ha señalado anteriormente. Este eje, generalmente
cromado para evitar rozamiento con las cunas de las pilas, permite
los giros para que el actuador situado en la pila central mantenga
el colector orientado hacia el sol.
Por su parte, el tubo absorbedor consta de dos
tubos concéntricos, uno metálico interior, para el trasiego del
fluido térmico, y otro exterior de vidrio, para obtener vacío. Dicho
conjunto se soporta en el foco de la parábola sobre los módulos de
la estructura colectora mediante unos perfiles metálicos que se
encuentran aislados térmicamente del tubo absorbedor.
Cabe señalar que las plantas termosolares dé
tecnología de colector cilindro-parabólico son
conocidas desde hace años, debiendo señalarse que como referencia al
estado actual de la técnica, el solicitante tiene conocimiento de
diversos documentos relacionados con ellas, entre los que cabe
señalar como más relevantes, en cuanto a su estructura, los
siguientes:
- La patente ES2164026, en la que se divulga una
batería de colectores solares parabólicos que están montado sobre
una misma estructura de celosía para orientar al mismo tiempo a los
colectores de la misma batería en seguimiento de la trayectoria
solar, estando formada por una viga horizontal sobre unos carriles
circunferenciales mediante unos apoyos de rodadura. De dicha viga
salen unas columnas, una por cada colector, al que se unen mediante
un dispositivo basculante que, junto con el giro de la estructura
sobre los carriles, permite el seguimiento del sol.
- La patente ES466393, en la que se divulga un
colector que incluye un tubo de soporte sobre el que se fijan una
serie de costillas, que se extiende a lo largo del reflector
parabólico. La unión entre ambos se realiza mediante bridas,
existiendo una serie de costillas intermedias, de material laminar
delgado, que conforman el soporte de todos los colectores. En el
extremo de las costillas existen unos elementos retenedores que los
unen con los elementos reflectores. El conjunto se soporta sobre el
terreno con unos postes sobre los que se disponen medios de arrastre
que mueven los reflectores en seguimiento de la trayectoria
solar.
- La patente ES2274710, en la que se divulga una
brazo de sustentación para un colector solar que se acopla a un
cuerpo central perpendicularmente a la línea focal, el cual tiene
forma de cuña, con un primer lado provisto de apoyos para los
espejos, un segundo lado y un tercer lado que se acopla al cuerpo
central mediante unos soportes. El brazo está formado por chapa
estampada conformando una celosía con nervaduras y porciones
laminares entre dichas nervaduras que dan a la estructura
resistencia y rigidez.
- La patente US4875467, que divulga un soporta
para un colector solar de tipo parabólico, de carácter individual,
consistente en una base en forma de cilindro de poca altura, con
unos brazos que conectan con el soporte sobre el que se sustentas
las membranas que conforman el colector. La unión de los brazos con
el soporte se pivotante y, además, existe un mecanismo de elevación
desde la base hacia el centro del colector, que ayuda a mover el
dispositivo para adecuarlo a la trayectoria solar.
- La patente US2008087277, que divulga un
soporte de colector solar que consta de una base apoyada en el
terreno con dos arcos de circunferencia unidos y que giran
solidariamente sobre la base, y que soportan los colectores.
- La patente US4432343, en la que se divulga
otro soporte de colector, cuya novedad reside en que el
posicionamiento del dispositivo no se hace mediante sensores
solares, sino mediante un programa que considera la posición
relativa del sol y la tierra. Estructuralmente se compone de un
soporte tubular central, en el que se fijan rígidamente unas alas
laterales metálicas. Los colectores se sustentan sobre esta
estructura aplicando una capa de adhesivo sobre las citadas
alas.
alas.
- La patente US4422614, en la que se divulga un
sistema de soporte para paneles solares, cuya estructura consiste en
un tubo conectado a postes sobre los que se instala el dispositivo
de seguimiento de la trayectoria solar. Los paneles se fijan a la
estructura tubular mediante unos soportes metálicos que, en su parte
central, son soldados al tubo y unidos mediante tornillos a los
paneles en su parte superior. Cada uno de estos dispositivos se une
a dos paneles solares, están realizados a partir de chapa de metal y
tienen la misma curvatura de los paneles.
- La patente WO9629745, en la que se divulga un
sistema de captación solar cuya estructura mejora el seguimiento del
sol no solo girando los colectores sin también su eje. El soporte se
realiza, mediante unas columnas con brazos articulados interpuestos
entre colectores y un sistema de giro entre base y brazos que
permite inclinar el eje de los colectores para mejorar la captación
solar.
- La patente US6363926, en la que se divulga un
sistema de colectores solares que tienen forma de concha, divididos
en dos mitades y que pueden moverse de forma que ambas mitades
queden enfrentadas o totalmente extendidas en función de la posición
del sol. El soporte de este sistema consiste en unos postes, con
respecto a los que giran los colectores gracias a un mecanismo de
seguimiento que se sitúa sobre dicho postes. El soporte incluye
además unos miembros estabilizadores transversales a los anteriores,
y un miembro alargado entre postes. Para mantener los colectores en
posición abierta, se contemplan unos cables.
- Y, finalmente, la patente US2003201008, en la
que se divulga un sistema de aprovechamiento de energía solar
mediante colectores parabólicos, en el que se utilizan dos
estructuras de soporte. Una de ellas, fijada al terreno mediante
columnas, y que tiene forma circular. Sobre ella se soporta otra
estructura cuadrada o rectangular que puede girar con respecto a la
primera para aprovechar mejor la energía solar, y sobre la que se
sitúan los colectores solares en filas, los cuales, además, tienen
posibilidad de rotar sobre su línea focal en seguimiento de la
trayectoria solar.
Sin embargo, debe señalarse que, si bien las
patentes señaladas y los dispositivos convencionales conocidos
cumplen satisfactoriamente la función a que se destinan, ninguno de
ellos presenta unas características técnicas, estructurales o de
configuración, semejantes a las que presenta la estructura aquí
preconizada.
Así, la estructura mejorada aplicable a
colectores de energía solar cilindro-parabólicos que
la presente invención propone se configura por sí misma como una
destacable novedad dentro de su campo de aplicación, estando los
detalles caracterizadores que la distinguen adecuadamente recogidos
en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria
descriptiva.
En concreto, la estructura preconizada está
formada por módulos que están soportados por pilas, intermedias y
finales, en configuración simétrica a ambos lados de una pila
central o pila conductora.
Cada uno de dichos módulos presenta una
superficie colectora formada por espejos apoyados en una viga de
celosía o de cilindro, que actúa como elemento transmisor de
par.
Los espejos forman una superficie con forma
parabólica por cuyo foco atravesará el tubo absorbedor que contiene
el fluido térmico.
Estos espejos se fijan a la viga mencionada
anteriormente, mediante perfiles metálicos (brazos en voladizo) o
piezas estampadas unidos en varios puntos a cada espejo.
Bien la celosía o bien el cilindro estructural
han de estar unidos a las pilas. Esta unión se establece mediante
unas chapas metálicas unidas a través de un cilindro transmisor de
par. Este eje, generalmente cromado, para evitar el rozamiento con
las cunas de las pilas, permite los giros para que el actuador
situado en la pila central mantenga el colector orientado hacia el
sol.
El tubo absorbedor consta de dos tubos
concéntricos, uno metálico interior para el trasiego del fluido
térmico, y otro exterior como cubierta de vidrio para obtener
vacío.
Dicho conjunto se soporta en el foco de la
parábola sobre los módulos de la estructura colectora mediante unos
soportes constituidos por perfiles metálicos que se encuentran
aislados térmicamente del tubo absorbedor.
En base a la descrita disposición convencional,
la estructura de la invención presenta la particularidad de contar
con una proyección horizontal o distancia (que en adelante
denominaremos "d") entre el eje de la parábola del colector y
del dispositivo de apoyo de los espejos más alejado del eje
longitudinal del colector, comprendida en un rango de entre 3036 mm
a 3960 mm, debiendo mencionarse que dicha distancia, en las
estructuras convencionales es igual o menor a 2640 mm.
Además, la distancia focal de la parábola
definida por los espejos fijados sobre la estructura está
comprendida entre 0,60 d y 0,81 d, o lo que es lo mismo entre 1967
mm 2565 mm, cuando dicha distancia focal de las estructuras
convencionales no supera los
1710 mm.
1710 mm.
A su vez, la altura de la base de los pilones al
eje de giro de la estructura (normalmente, centro de la parábola),
tanto de los pilones conductores como de los pilones intermedios y
finales, se sitúa en un rango de entre 1,20 d y 1,56 d, o lo que
aproximadamente son entre 3864 mm y 5040 mm.
Siguiendo con la invención, es importante
destacar, que igualmente de forma caracterizadora, los soportes
sobre los que se sustenta el tubo absorbedor sobre el módulo
colector o sobre las pilas son deslizantes, de manera que se unen,
en su parte inferior, mediante un sistema que permite que el eje o
cilindro transmisor de par sea libremente desplazable en sentido
longitudinal con respecto al tubo absorbedor, permitiendo así
compensar las expansiones por dilatación del tubo absorbedor en
condiciones de trabajo. Ello hace que el tubo absorbedor siempre se
mantenga en el foco, tanto cuando éste se encuentra a temperatura
ambiente como cuando su temperatura es la de operación.
Además, dicha disposición permite la colocación
de tubos absorbedores de distintos tamaños y distintos materiales
con diferentes coeficientes de dilatación, lo que supone una ventaja
en cuanto a la flexibilidad del suministro y repuesto de piezas de
la planta.
Así, pues, la ventaja del sistema preconizado
radica, esencialmente, en el sustancial ahorro en el coste del campo
solar de las centrales termosolares, ya que permite una reducción
trascendente del número de colectores totales para obtener una misma
potencia térmica.
Otra de las ventajas debida al nuevo diseño de
los soportes del tubo absorbedor es un mayor rendimiento térmico
durante el enfoque y el desenfoque de los colectores, al asegurar
una presencia constante del tubo absorbedor en el foco, tanto cuando
éste se encuentra a temperatura ambiente como cuando su temperatura
es la de operación.
Se obtiene así una novedosa estructura de
soporte de colector termosolar cilindro-parabólico
que resulta económico en la construcción del campo solar, además de
fácil de montar en campo y sencillo de construir.
La descrita estructura mejorada aplicable a
colectores de energía solar cilindro-parabólicos
representa, pues, una estructura innovadora de características
estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora para tal fin,
razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento
suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se
solicita.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, se acompaña a la presente memoria
descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de
planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha
representado lo siguiente:
La figura número 1.- Muestra una vista en alzado
de un ejemplo de realización de la estructura mejorada aplicable a
colectores de energía solar cilindro-parabólicos
objeto de la invención, en la que se aprecian las principales partes
y elementos de que consta, así como la configuración y disposición
de los mismos.
La figura número 2.- Muestra una vista ampliada
en detalle de una parte de la estructura de la invención, en la que
se aprecian las proporciones de la proyección horizontal o distancia
entre el eje de la parábola del colector y del dispositivo de apoyo
de los espejos más alejado del eje longitudinal del colector.
La figura número 3.- Muestra una vista en alzado
del perfil del colector cilíndrico parabólico, en el que se aprecian
la movilidad longitudinal de los soportes deslizantes del tubo
absorbedor.
Las figuras número 4 y 5.- Muestran sendas
vistas en alzado del soporte deslizante del tubo absorbedor sobre el
módulo del colector y sobre pila, respectivamente.
A la vista de las mencionadas figuras, y de
acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un
ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende
las partes y elementos que se indican y describen en detalle a
continuación.
Así, tal como se aprecia en dichas figuras, la
invención cosiste en una estructura (1) aplicable a colectores de
energía solar cilindro-parabólicos, que de forma
convencional comprende unos módulos (2) soportados por pilas (3),
intermedias y finales, en configuración simétrica a ambos lados de
una pila central o pila conductora; en que cada módulo (2) presenta
una superficie colectora formada por espejos (4) apoyados en una
viga (5) de celosía (tal como el ejemplo representado en la figura
1) o en un cilindro que actúa como elemento transmisor de par,
formando una superficie con forma parabólica por cuyo foco
atravesará el tubo absorbedor (6) que contiene el fluido
térmico.
La viga (5) de celosía (o bien el cilindro
estructural en su caso) se unen a las pilas (3) mediante chapas
metálicas (7) unidas a través de un eje (8) constituido por un
cilindro transmisor de par, que es el que permite los giros para que
el actuador situado en la pila central mantenga el colector
orientado hacia el sol.
El tubo absorbedor (6) se soporta en el foco de
la parábola sobre los módulos (2) de la estructura colectora (1)
mediante unos soportes (9) constituidos por perfiles metálicos que
se encuentran aislados térmicamente del tubo absorbedor (6).
Tal como puede apreciarse en la figura 2, la
proyección horizontal o distancia (d) entre el eje (8) de la
parábola del colector y del dispositivo de apoyo de los espejos (4)
más alejado del eje longitudinal del colector, está comprendida en
un rango de entre 3036 mm a 3960 mm. Y la distancia focal de la
parábola definida por los espejos (4) fijados sobre la estructura
está comprendida entre 0,60 d y 0,81 d, o lo que es lo mismo entre
1967 mm 2565 mm.
A su vez, la altura de la base de los pilones
(3) al eje (8) de giro de la estructura (normalmente, centro de la
parábola), tanto de los pilones conductores como de los pilones
intermedios y finales, se sitúa en un rango de entre 1,20 d y 1,56
d, o lo que aproximadamente son entre 3864 mm y 5040 mm.
Por otra parte, los soportes (9) sobre los que
se sustenta el tubo absorbedor (6) sobre el módulo (2) colector o
sobre las pilas (3) son deslizantes, de manera que se unen, en su
parte inferior, mediante un sistema de unión deslizante que permite
que el eje (8) o cilindro transmisor de par sea libremente
desplazable en sentido longitudinal con respecto al tubo absorbedor
(6), permitiendo así compensar las expansiones por dilatación del
tubo absorbedor (6) en condiciones de trabajo.
Descrita suficientemente la naturaleza de la
presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se
considera necesario hacer más extensa su explicación para que
cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas
que de ella se derivan, haciendo constar que, dentro de su
esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de
realización que difieran en detalle de la indicada a título de
ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se
recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio
fundamental.
Claims (3)
1. Estructura mejorada aplicable a colectores de
energía solar cilindro-parabólicos, del tipo que
comprende unos módulos (2) soportados por pilas (3), intermedias y
finales, en configuración simétrica a ambos lados de una pila
central o pila conductora; en que cada módulo (2) presenta una
superficie colectora formada por espejos (4) apoyados en una viga
(5) de celosía o un cilindro que actúa como elemento transmisor de
par, formando una superficie con forma parabólica por cuyo foco
atraviesa el tubo absorbedor (6) que contiene el fluido térmico; en
que la viga (5) de celosía o el cilindro estructural, en su caso, se
unen a las pilas (3) mediante chapas metálicas (7) unidas a través
de un eje (8) constituido por un cilindro transmisor de par; y en
que el tubo absorbedor (6) se soporta en el foco de la parábola
sobre los módulos (2) de la estructura colectora (1) mediante unos
soportes (9) constituidos por perfiles metálicos que se encuentran
aislados térmicamente del tubo absorbedor (6), caracterizada
por el hecho de que los soportes (9) sobre los que se sustenta el
tubo absorbedor (6) sobre el módulo (2) colector o sobre las pilas
(3) son deslizantes, de manera que se unen a dichos elementos, en su
parte inferior, mediante un sistema de unión deslizante permitiendo
que el eje (8) o cilindro transmisor de par sea libremente
desplazable en sentido longitudinal con respecto al tubo absorbedor
(6).
2. Estructura mejorada aplicable a colectores de
energía solar cilindro-parabólicos, según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la
proyección horizontal o distancia (d) entre el eje (8) de la
parábola del colector y del dispositivo de apoyo de los espejos (4)
más alejado del eje longitudinal del colector, está comprendida en
un rango de entre 3036 mm a 3960 mm; y porque la distancia focal de
la parábola definida por los espejos (4) fijados sobre la estructura
está comprendida entre 0,60 d y 0,81 d, o lo que es lo mismo entre
1967 mm 2565 mm.
3. Estructura mejorada aplicable a colectores de
energía solar cilindro-parabólicos, según las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de que la
altura de la base de los pilones (3) al eje (8) de giro de la
estructura, tanto de los pilones conductores como de los pilones
intermedios y finales, se sitúa en un rango de entre 1,20 d y 1,56
d, o lo que aproximadamente son entre 3864 mm y 5040 mm.
Priority Applications (3)
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PCT/ES2009/070430 WO2010043744A2 (es) | 2008-10-14 | 2009-10-09 | Estructura mejorada aplicable a colectores de energía cilindro-parabólicos |
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