ES2398405T3 - Sistema de colector solar de campo - Google Patents

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ES2398405T3 ES08807772T ES08807772T ES2398405T3 ES 2398405 T3 ES2398405 T3 ES 2398405T3 ES 08807772 T ES08807772 T ES 08807772T ES 08807772 T ES08807772 T ES 08807772T ES 2398405 T3 ES2398405 T3 ES 2398405T3
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Abstract

Sistema de colector solar de campo, que comprende una pluralidad de reflectores parabólicos; un tubo derecepción térmica, cuyo centro coincide con el foco de los reflectores parabólicos y que consiste en una tuberíametálica de recepción térmica (1) y tubos de vidrio (2) que están alojados dentro, en el que para permitir la dilataciónde la tubería metálica de recepción térmica (1) y su desplazamiento libre e independientemente de los tubos devidrio (2), para proporcionar cierre al vacío, para proporcionar un soporte para la totalidad del elemento receptortérmico (D), y también para proporcionar una cámara de vacío continuo para la longitud total de la unidad colectoraparabólica, un sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacío (E) conecta entre sí los tubos de vidrio (2) yla tubería metálica de recepción térmica (1); Para permitir que la tubería metálica de recepción térmica (1)permanezca inmóvil mientras el panel parabólico está girando alrededor de esta, una unidad de soporte rotativo (21)conecta el panel parabólico al sistema conector de tubo de vidrio (E); para proporcionar un cierre al vacío mientras latubería metálica de recepción térmica (1) se desplaza debido a la dilatación térmica, se disponen unidades dedilatación flexibles (29) en el extremo de cada unidad colectora parabólica; y para prevenir que el agua noevaporada restante pase a través de otros colectores y para proporcionar el factor de dilatación térmica para latubería metálica de recepción de calor (1), se disponen bucles verticales (52) entre los colectores parabólicossucesivos conectados en serie, situados en el lado de evacuación de la unidad parabólica en el que, el sistemaconector de tubo de vidrio y junta estanca al vacío (E) comprende una unidad cerámica (7) para permitir a la tuberíametálica de recepción térmica (1) dilatarse y deslizarse libremente sobre las bolas (11) situadas en el centro de launidad cerámica (7) y para proporcionar aislamiento térmico entre la tubería metálica de recepción térmica (1)situada en el centro de esta y los tubos de vidrio (2); unidades de silicona (4) para proporcionar cierre al vacíoalrededor del tubo de vidrio (2) y para proporcionar suficiente flexibilidad para proteger el tubo de vidrio (2) de lasvibraciones y de las fuerzas de flexión que pudieran producirse en las partes metálicas; Una unidad de proteccióncontra calor y UV (3) para proporcionar aislamiento térmico y de radiación UV a la unidad de silicona (4); y unaunidad de soporte estacionaria (18) para proporcionar la base para todas la unidades de conexión de tubo de vidrioen el que; el sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacío (E) se instala en su totalidad de la formasiguiente; la unidad metálica de soporte estacionaria (18) se desliza en la tubería metálica de recepción de calor (1),la unidad de cerámica (7) se desliza sobre la tubería metálica de recepción térmica (1) y se dispone en el interior dela unidad de soporte estacionaria (18), juntas de cierre al vacío (25) se disponen en los pernos (19) en ambos ladosde la unidad de soporte metálica (18), las anillas metálicas (26) se disponen en los pernos (19) en ambos lados de launidad de soporte metálica (18), tubos de vidrio (2) previamente dispuestos en la unidades de silicona (4) sondeslizados en posición desde ambos lados, las anillas metálicas (27) son deslizadas en la unidad de silicona (4) conel fin de presionarla para proporcionar un cierre al vacío, la totalidad de la unidad es asegurada con pernos (28), elensamblaje completo es instalado en la mitad inferior (6) del soporte giratorio y de la unidad de alojamiento (21), lamitad superior (5) del soporte giratorio y de la unidad de alojamiento (21) es bajada y asegurada.

Description

Sistema de colector solar de campo
Campo de la tecnica
[0001] Esta invencion se refiere a los desarrollos en los colectores en forma cilindro-parabolica que concentran la luz solar en el eje de un foco, convirtiendola en otras formas de energia tales como calor y electricidad.
Estado de la tecnica
[0002] Actualmente, los colectores cilindro-parabolicos (sistema de colector solar de campo) son utilizados para captar la energia solar a fin de obtener de esta electricidad y calor. Estos sistemas comprenden largos reflectores parabolicos con forma cilindro-parabolica, tubos de recepcion termica que son situadas en el foco de los reflectores donde los rayos que vienen desde los reflectores son captados y en el que hay un fluido, y un sistema de rotacion que alinean los reflectores con el sol. Los rayos que llegan a los recolectores que estan dirigidos hacia el sol son reflejados y captados en los tubos de recepcion termica que estan situados en el foco del reflector. El tubo d e recepcion termica esta provisto con dos tub os dentro donde una disposicion de vacio esta situad a en el espacio entre ellos. Un fluido que proporciona la transferencia de calor, se pasa a traves del t ubo interior. El tubo exterior esta fabricado de vidrio. Mediante la concentracion de los rayos que llegan desde los reflectores en el tu bo de recepcion termica, este tubo logra temperaturas muy altas; de esta manera, el fluido situado en el tubo interior puede ser calentado. La energia termica puede ser convertida en la energia electrica, cuando se desee, por medio de estos fluidos que logran temperaturas altas.
[0003] Los colectores solares de campo existentes del tipo de tecnologia de energia termica tiene problemas de diseno que causan perdida de eficiencia termodinamica y un aumento de los costes de fabricacion, instalacion, funcionamiento y mantenimiento: Estos problemas de diseno son los siguientes:
[0004] Por su naturaleza, una parabola reflectante debe recibir la incidencia solar en un angulo perpendicular a su apertura a fin de ser capaz de concentrarla en su punto focal. Ya que el radio de la tuberia de recepcion termica (alrededor de 8 cm) situada en el punto focal de la parabola es relativamente pequeno en comparacion con la apertura de la parabola (alrededor de 570 cm), incluso pequenos desplazamientos desde su posicion perpendicular causan que la calidad de la concentracion baje y que finalmente pierda la tuberia de recepcion termica. Por tanto, se requiere que el "colector cilindro-parabolico" siga de forma precisa el sol todo el dia a una velocidad equivalente a la de la rotacion de la tierra (0,004 grados/segundos. o 0,25 grados/minuto.).
[0005] Todos los disenos actuales estan basados en la colocacion del centro de rotacion en el centro gravitacional del peso total de todas las partes giratorias. Esto se hace para reducir la cantidad de energia requerida para la rotacion.
[0006] Sin embargo, ya que el "centro de rotacion" y el "punto focal" (8) de la parabola no estan superpuestos en estos sistemas, como se muestra en la figura 1, la tuberia de recepcion termica tiene que ser girada todo el dia para mantenerla en el punto focal de la parabola (8) que esta moviendose continuamente. Esto a su vez requiere que la tuberia de conexion de extremos que conectan la tuberia de recepcion termica en movimiento con la conduccion de vapor estacionaria en el suelo deba de ser flexible.
[0007] Los sistemas de colectores solares de campo que son construidos por LUZ en California (USA) pueden ponerse como un ejemplo de estos sistemas. En los sistemas de LUZ, los reflectores parabolicos que son muchos metros mas largos que los tubos de recepcion termica que estan situados en sus focos son rotados conjuntamente. El problema mas fundamental de este sistema es que los tubos de recepcion termica que estan fabricados con un material fragil son movibles. En tanto que los tubos de recepcion termica sean movibles, seran objeto de mayor carga de par y son utilizadas mangueras flexibles en las conexiones de los puntos de comienzo y final de los reflectores parabolicos con los tubos fijos. Los tubos de recepcion termica que son objeto de la carga de par tienen mayores posibilidades de romperse. Por otro lado, se entiende que las conexiones de mangueras flexibles no es un sistema seguro ya que la temperatura del fluido que es transferido dentro del tubo de recepcion termica es de 300 a 500°C. Ademas, se ha averiguado de las observaciones de campo que la estructura de armazon, que soporta los espejos parabolicos, es tambien debil contra el par y el movimiento de carga que actua debido a la unidad de traccion y al viento. Debido a estas cargas, los reflectores parabolicos se rompen frecuentemente, causando por tanto el aumento de coste de funcionamiento.
[0008] Por tanto, despues de varias pruebas tuvieron que cambiar de "Direct Steam Generation [generacion de vapor directa]" (DSG) a utilizar aceite como el "heat transfer fluid" (liquido de transferencia termica). Aunque el aceite caliente no tiene las dinamicas del vapor, las mangueras seguian rompiendose ocasionalmente, derramando aceite en los colectores parabolicos cubiertos de espejo. El aceite caliente es luego bombeado a la estacion central donde se pasa a traves de intercambiadores termicos para generar vapor desde los depositos de agua. Sin embargo esta operacion en dos etapas resulta en perdidas termodinamicas hasta del 15%.
2�
[0009] Debido a los problemas encontrados en el sistema de LUZ anteriormente indicado, se inicia el proyecto EUROTROUGH apoyado por la Union Europea. En el ambito de este proyecto, la parte inferior de los reflectores parabolicos estan sustentados por una estructura de armazon que pueda resistir mas contra el par y la carga de movimiento, y hay tubos movible no flexibles unidos a las uniones giratorias en los puntos de conexion de los tubos de rec epcion termica mov ible con los tub os fijos. A unque e l sistem a de armazon que es desarrollado por EUROTROUGH es mas seguro que el sistema de LUZ, no se pudieron eliminar completamente los problemas de roturas de los tubos de recepcion termica. Se entiende a partir de las observaciones de campo, que la posibilidad de rotura de los tubos de recepcion termica solo se reduce en cierta medida ya que en este sistema son movibles tambien. Ademas, tambien se ha revelado a partir de las observaciones de campo que el fluido caliente se fuga frecuentemente de estas conexiones de los tubos de recepcion termica que comprenden puntos de conexion de articulacion rotatoria.
[0010] Otro problema de diseno que existe en las tecnologias actuales puede verse en la figura 2, que muestra que la conexion entre los tubos de vidrio (2) y las tuberias receptoras termicas metalicas (103). En las tecnologias actuales el tu bo de vidrio (102) es c onectado a l as tuberias receptoras termicas m etalicas (103) desde ambos extremos por una unidad de dilatacion metalica (101). Estas partes metalicas son conectadas a los tubos de vidrio
(102) por medio de una tecnica especial de soldado laser. El vacio es formado e n el anillo de la tuberia metalica
(103) y del tubo de vidrio (102) durante el proceso de soldado. Despues estas unidades son soldadas conjuntamente para formar la longitud total del elemento de recepcion termica. Sin embargo:
-
Cuando el agua alcanza temperaturas por encima de 300° C, se escapaunpoco de hidrogeno del agua y pasaa traves de la tuberia de vapor a la zona de vacio. Ya que hay presion atmosferica en el exterior, el hidrogeno permanece en el anillo al vacio y causa que el vacio baje gradualmente. Para prevenir esto, se desarrolla una barra metalica especial denominada "desgasificador (getter)" y es situada en el interior de tubo de vidrio. Sin embargo, el desgasificador tiene una capacidad especifica de absorber hidrogeno. Esta es una d e las razones importantes de porque los disenos actuales han vuelto a utilizar aceite como fluido de transmision termica en lugar de lograr el deseado generacion de vapor directa.
-
Las partes metalicas de dilatacion soldadas al vidrio tienen una resistencia muy baja al calor. Por tanto, reduc e gradualmente la conexion especial del tubo de vidrio.
-
La pieza metalica de dilatacion conduce inevitablemente parte de la vibracion y el par creado por las partes metalicas a los tubos de vidrio, causando que estos se rompan.
[0011] Existe un problema adicional de diseno en separadores de alta presion (se pueden ver en la figura 24). Ya que los ensamblajes de recepcion termico (tuberia metalica, tubos de vidrio etc.) son situa dos horizontalmente, dependiendo de la cuantia de caudal de entrada de agua (45), un parte del agua (46) a traves de la tuberia no llega a hacerse vapor (47). Por tanto la descarga, especialmente desde algunas de las primeras unidades, contiene agua caliente (46) asi como vapor (47). Esto tambien impide que el vapor (47) sea seco que es necesario para las turbinas de vapor. Para tratar con esto, los sistemas de la tecnica anterior utilizan separadores de alta presion en la descarga de las pocas primeras unidades colectoras parabolicas. El agua separada por este separador es devuelta al flujo de entrada, recirculandola hasta que llega ha hacerse vapor completamente. Sin embrago esto aumenta la ineficiencia del sistema, asi como anade costes al sistema.
[0012] El documento de la tecnica anterior EP 1787067 revela un sistema de colector solar en donde un tubo corrugado, un fuelle de dilatacion o una membrana enrollada son utilizados para compensar la dilatacion de los tubos.
[0013] El documento de la tecnica anterior WO 98/38457 A revela un conducto de absorcion para prevenir que el liquido pase a traves del co nducto pero que permite la transicion al gas. Dicho conducto comprende una seccion elevada para evitar el movimiento del liquido. El sistema del documento WO 98/38457 A es util para sistemas de conductos estaticos.
[0014] La presente invencion proporciona un sistema de colector solar de campo q ue supera los problemas de diseno anteriormente indicados con un aumento de laeficienciay reduce los costes de fabricacion, instalaciony mantenimiento reducidos.
Resumen de la invencion
[0015] De acuerdo con la presente invencion; que revela los desarrollos en los colectores solares con reflectores parabolicos, que rotan alrededor de un tubo de recepcion termica fijo; el sistema d e colector solar de campo comprende;
[0016] Un "un sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca al vacio" que permite a la tuberia de recepcion termica dilatarse y moverse libremente dentro y de forma independiente del tubo de vidrio, proporciona un cierre al vacio y proporciona soporte a la totalidad del elemento de recepcion termica;
[0017] Una " unidad d e dil atacion fle xible" situada en el extrem o de cada u nidad de col ector p arabolico, que proporciona un cierre al vacio mientras la tuberia de recepcion termica es movida libremente debido a la dilatacion termica.
[0018] Un tubo vertical situado en el lado de descarga de la unidad de colector parabolico, que puede ser utilizado en lugar del separador a ras de suelo y que proporciona simultaneamente para la dilatacion termica de la tuberia de recepcion termica.
[0019] Un corta vientos para envolver el colector solar de campo para desviar el viento por encima de los colectores
parabolicos. [0020] Un soporte semicircular y una estructura giratoria que soporta los reflectores parabolicos y proporcionan una proteccion eficaz mientras que al mismo tiempo permite un sistema simple para seguir el sol.
Objeto de la Invencion [0021] El objeto de la presente invencion es proporciona un sistema de colector solar de campo (con reflectores parabolicos rotando alrededor de un tub o de recepcion termico fijo) teniendo un "un sistema conector de tubo d e vidrio y junta estanca al vacio" que permite a la tuberia de recepcion termica dilatarse y moverse libremente dentro y
de forma independiente del tubo de vidrio y proporciona un cierre al vacio y proporciona al mismo tiempo soporte a la totalidad del elemento de recepcion termico. [0022] Otro objeto de la invencion es utilizar una unidad de dilatacion flexible para proporcionar cierre al vacio
despues del ultimo ensamblaje conector de tubo de vidrio en la parte de descarga del colector parabolica, mientras
la tuberia de recepcion termica es movida libremente debido a la dilatacion termica. [0023] Otro objeto de la invencion es utilizar un bucle vertical entre los colectores parabolicos sucesivos (situados en el lado de descarga de las unidades de colector parabolico) para proporcionar factor de dilatacion termica para la tuberia de recepcion termicay tambien para evitar que el agua restante (que no se ha evaporado) pase a la siguiente tuberia y a que permanezca en la tuberia de recepcion termica hasta que llegue a ser vapor.
[0024]Otro objeto de la invencion es resolver el problema de la carga del viento y prevenir el problema de la rotura del espejocausado por la carga del viento, mediante la utilizacion de un cortaviento para envolver el colector solar de campo para desviar el viento por encima de los colectores parabolicos.
[0025] Otro objeto de la invencion es reducir los gastos de mantenimiento y recambio; que se aumentaran en caso
de rotura de los tubos de vidrio; con la ayuda del "sistema conector de tubo de vidrio". [0026] Otro objeto de la invencion es utilizar un "sistema conector de tubo de vidrio" para proporcionar una camara de vacio continuo para la totalidad de la longitud de la unidad de colector parabolico, permitiendo para creacion y mantenimiento repetido del vacio desde una sola valvula situada en cualquier extremo de la u nidad de colector parabolico, eliminando la necesidad actual de utilizacion de la barra desgasificadora para absorber hidrogeno.
8reve descripcion de los dibujos
[0027] El sistema de colector solar de campo de acuerdo con la presente invencion es mostrado en los dibujos adjuntos en los que: La figura 1 muestra el diseno de colector solar de campo del estado de la tecnica anterior. La figura 2 muestra la conexion del tubo de vidrio y de tuberia de recepcion termica metalica de la tecnica anterior. La figura 3 muestra la totalidad del sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca al vacio La figura 4 muestra vistas frontal y lateral de la unidad ceramica. La figura 5 muestra la conexion de las dos mitades de la unidad ceramica. La figura 6 muestra vistas frontal y lateral de la unidad de silicona. La figura 7 muestra vistas frontal y lateral de la proteccion termica y UV de la unidad de silicona. La figura 8 muestra la conexion de tubo de vidrio y la unidad de silicona. La figura 9 muestra la unidad de soporte metalica estacionaria. La figura 10 muestra la unidad de soporte giratorio y alojamiento. Las figuras 11 a 19 muestran las etapas de instalacion de la totalidad del sistema de conector de tubo de vidrio.
La figura 20 muestra la conexion de la unidad de dilatacion flexible. La figura 21 muestra la conexion de la unidad de dilatacion a la tuberia de recepcion termica. La figura 22 muestra la unidad de dilatacion flexible. La figura 23 muestra las posiciones contraidas y dilatadas de la unidad de dilatacion. La figura 24 muestra la necesidad de separadores de alta presion en los sistemas de la tecnica anterior. La Figura 25 muestra el diseno simple del bucle vertical. La figura 26 muestra el diseno de bucle vertical. La figura 27 muestra el cortavientos. La figura 28-a muestra las perdidas en los lados de entrada y salida de la unidad receptora termica en los sistemas
de la tecnica anterior. La figura 28-b muestra tubos de vidrio adicionales en el lado de descarga. La figura 29 muestra una estructura giratoria soportando el panel de espejo parabolico. La figura 30 muestra la estructura giratoria soportando el panel de espejo parabolico en diferentes posiciones. [0028] La parte en la figuras estan numeradas una a una y los terminos correspondientes de estos numeros se dan
a continuacion. Centro de gravedad de todas las partes giratorias (A) Punto focal de la parabola (8) Apertura de la parabola (C) Unidad de dilatacion metalica (101) Tubo de vidrio (102) Tuberia de recepcion termica (103) Desgasificador (104) Punto de soldado (105) Tuberia de recepcion termica (1) Tubo de vidrio (2) Aislante (3) Unidad de sellado (silicona) (4) Mitad superior de la estructura de soporte giratorio (5) Mitad inferior de la estructura de soporte giratorio (6) Elemento receptor de calor, HRE (D) El sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacio (E) Unidad ceramica (7) Mitades de unidad ceramica (8) Juntas de rotula (9) Perno (10) 8ola (11) Cara posterior de unidad de silicona (12)
Cara anterior de unidad de silicona (13) Labio externo (14) Parte en forma tipo brida (15) Ranura (16) Cara posterior aislante (17) Unidad metalica de soporte estacionaria (18) Perno (19) Anilla en forma de U Soporte giratorio y unidad de alojamiento (21) 8isagra (22) Ensamblaje de bolas de alineamiento / ruedas (23) Conector (24) Juntas de cierre al vacio (25) Anilla metalica (26) Anilla metalica (27) Perno (28) Unidad de dilatacion flexible (29) Soplador (30) Anilla metalica (31) 8oquillas roscadas atornilladas (32) 8ridas atornilladas/abulonada (33) Anilla flexible (34) Anilla de silicona (35) Junta (36) Anilla metalica (37) Perno (38) El ultimo ensamblaje conector de tubo de vidrio (39) El ultimo tubo de vidrio unido a la unidad de dilatacion flexible (40) Ensamblaje conector (41) Anclaje de la tuberia de vapor (42) Pata de soporte (43) Pata de soporte (44) Cuantia de caudal de entrada (45) Agua caliente (46) Vapor (47) El ultimo tubo de vidrio y unidad de dilatacion (48) Anclaje corredizo (49)
Anclaje fijo (50)
Tubo de vidrio del siguiente colector parabolico (51)
Separador y bucle de dilatacion de calor (52)
Cortavientos (53)
5 Colector parabolico (54)
Viento (55)
Lado de entrada (56)
Lado de salida (57)
Tubo de vidrio adicional (58)
10 Cimientos (59)
Estructura estacionaria (60)
Estructura giratoria (61)
Superficie parabolica cubierta por espejo (62)
La cuerda es fijada a la estructura rotativa (63)
15 Cuerda para el sistema rotativo (64)
Estructura estacionaria semicircular (65)
Ruedas (66)
Descripcion detallada de la invencion
[0029] Sistema d e co lector solar de camp o d e ac uerdo con la inv encion qu e c omprende m ultiples refl ectores
20 parabolicos; un tubo de recepcion termica, cuyo centro coincide con el foco de los reflectores parabolicos y que consiste en una tuberia de recepcion termica (1) y un tubo de cristal (2) que estan alojados dentro (el tubo de vidrio envuelve la tuberia receptora termica desde fuera); un sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacio (E) que conecta los tubos de vidrio (2) y tuberia de recepcion termica (1); unidad de Soporte giratorio (21), que conecta el panel parabolico al sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacio(E) y que permite que la tuberia
25 receptora termica (1) estar fija mientras el panel parabolico gira alrededor suya; "unidad de dilatacion flexible" (29) situada en el extremo de cada unidad de colector parabolico que proporciona cierre al vacio mientras la tuberia de recepcion termica (1) se mueve debido a la dilatacion termica; y un bucle vertical (52) situado en el lado de descarga de la unidad parabolica, que puede ser utilizada en lugar de un separador de agua y que tambien permite la dilatacion termica de la tuberia de recepcion termica (103).
30 [0030] La figura 3 muestra la totalidad del "sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca al vacio" (E) que conecta los tubos de vidrio (2) y tuberia de recepcion termica (1). Este sistema ti ene tres funciones, estas son; permitir a la tuberia de recepcion termica (1) dilatarse y moverse libremente dentro de e independientemente del tubo de vidrio (2); proporcionar cierre al vacio; y proporcionar soporte a la totalidad del elemento de recepcion termica (D). El sistema de tu bo de vidrio y junta estanca a vacio (E) tambi en proporciona una camara de vacio
35 continuo para la totalidad de la longitud de la unidad de colector parabolico, permitiendo desde una sola valvula la creacion y el mantenimientorepetido del vacio situada en cualquier extremo de la unidad de colector parabolico, eliminando la necesidad actual de utilizacion de la barra desgasificadora para absorber hidrogeno. Este sistema tambien reduce los costes d e mantenimiento y recambio; que se a umentaran en caso de rotura de los tubos d e vidrio (2).
40 [0031] El sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacio (E) comprende una unidad ceramica (7) que permite a la tuberia de recepcion termica (1) dilatarse y deslizarse libremente sobre las bolas (11) situadas en el centro de la unidad ceramica (7) y proporciona aislamiento termico entre la tuberia de recepcion de calor (1) a ser situada en centro y el tubo de vidrio (2); una unidad de silicona (4) que proporciona cierre al vacio alrededor del tubo de vidrio (2) y que proporciona suficiente flexibilidad para proteger el tubo de vidrio (2) de las vibraciones y fuerzas
45 de flexion quepuedan producirse en las partes metalicas; una unidad de proteccion contra calor y UV (3) para proporcionar aislamiento termico y de radiacion UV a la unidad de silicona (4); y una unidad de soporte estacionaria
(18) para proporcionar la base para todas la unidades de conexion de tubo de vidrio
[0032] En las figuras 4 y 5, la unidad ceramica (7) se muestra en detalle; La unidad ceramica (7) consiste en dos partes cilin dricas huec as (8). En un la do de c ada mitad (8), ha y u na pl uralidad de j untas de rotula ( 9) (preferiblemente 6 juntas de rotula); 6 bolas (11) estan alojadas entre las dos mitades de la unidad ceramica (7), en el interior de dichas juntas de rotula (9), formando una especie de cojinete; dichas dos mitades (8) de la unidad ceramica (7) son pegadas mutuamente, asegurando que el pegamento no llegue cerca de las bo las (11), despues de que la bolas (11) se situen entre las mitades (8); ademas de pegadas, dichas mitades ceramicas (8) son tambien atornilladas para pro porcionar soli dez adicional. Las bo las (11) estan f abricadas pref eriblemente d e ceram ica, aunque puede utilizarse otros materiales.
[0033] La figura 6 muestra vistas frontal y lateral de la unidad de silicona (4). La unidad de silicona (4) tiene una forma de cilindro hueco, en el que la cara trasera (12) de este cilindro hueco se extiende con un diametro mayor a fin de proporcionar una forma tipo brida (15); existiendo en la cara delantera (13) de la unidad de silicona (4) una ranura circular (16); el labio externo (14) de la unidad de silicona (4) se m antiene de espesor fino para aumentar su flexibilidad para asi cuando se aplica el vacio dentro del tubo de vidrio (2), la presion atmosferica causara su cierre en la superficie exterior del tubo de vidrio (2), proporcionando un cierre al vacio fuerte. El material de esta unidad necesita ser seleccionado para permitir un buen cierre en el vidrio, ser flexible a altas temperaturas y tener una vida funcional larga. Para este proposito se ha seleccionado un material de silicona especial para la unidad piloto, pero puede ser de algun otro material que cumpla los mismos requisitos.
[0034] Incluso el silicona especial disenado para uso en alta temperaturas, es sensible a la luz ultravioleta (UV). Por tanto deberia ser sombreado de la luz solar. Esto es especialmente importante en la superficie interna de la unidad de silicona donde le pueden dar los rayos concentrados. Una unidad aislante flexible (3) es utilizada para deslizar y cubrir la cara interna, que tambien proporciona algo de aislamiento contra la transferencia de calor radiante a traves del vacio a la unidad de silicona (4). Las vistas frontal y lateral de la unidad deproteccion termica y de UV (3) se muestran en la figura 7. Como se puede ver en esta figura, de proteccion termica y de UV (3) tiene una forma cilindrica hueca, donde la cara trasera (17) de este cilindro hueco se extiende con un diametro mayor a fin de cubrir la cara anterior (13) de la unidad de silicona (4) y proporciona un mejor asilamiento. Esta unidad puede ser fabricada de cualquier material que no reaccione quimicamente cuando es sometido a la luz y calor, preferiblemente se utiliza lana ceramica.
[0035] En la figura 8, se muestra la conexion el tubo de vidrio (2) y la unidad de silicona (4). El aislante de UV (3) es situado en la parte hueca, y el tubo de vidrio (2) es deslizado en la ranura (16) de la unidad de silicona (4)
[0036] La figura 9 muestra vistas lateral frontal de la unidad metalica de soporte (18). Como se puede ver en la figura 9, la base de la unidad metalica de soporte (18) es una anilla circular, con sus labios exteriores formando una anilla en forma de U cilindrica (20). Los pernos (19) a los que seran ajustados las juntas, las anillas metalicas y la piezas de silicona son soldadas a la pieza metalica de esta unidad metalica de soporte metalica (18) para eliminar las tuercas en el interior de la anilla en forma de U (2 0) donde estaran las ruedas de alineamiento y/o las bolas de alineamiento.
[0037] En la figura 10, se muestras las vistas lateral y frontal del soporte giratorio y unidad de alojamiento (21). Esta unidad c omprende un ensamblaje de b olas de a lineamiento (o r uedas) (23) que proporciona u na g uia multidireccional para este soporte giratorio (21) y una unidad de alojamiento para deslizar alrededor del sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacio (E); la bisagra (22) para permitir a la mitad superior de esta unidad de soporte (21) abrirse mientras los tubos de vidrio (2) son instalados y con la ayuda de esta bisagra (22), despues de que la instalacion de los tubos de vidrio (2) ha sido completada, la mitad superior de esta unidad de soporte (21) es cerrada y fijada a la mitad inferior; un conector (23) a la pata de soporte que esta unido al colector parabolico.
[0038] La instalacion de la totalidad de sistema de conector de tubo de vidrio y junta estanca al vacio (E) se explica a partir de las figuras 11 a 19.
Las etapas son las siguientes:
1.
La unidad metalica de soporte estacionaria (18) es deslizada en la tuberia de recepcion termica (puede verse en la figura 11).
2.
La unidad ceramica se desliza sobre la tuberia de recepcion termica (1) y ajustada dentro de la unidad metalica de soporte estacionaria (18). (Figura12)
3.
Las juntas de cierre al vacio (25) son ajustadas en los pernos (19) en ambos lados la unidad metalica de soporte (18). (Figura 13).
4.
Las anillas metalicas (26) son ajustadas en los pernos (19) en ambos lados la unidad metalica de soporte (18). El proposito d e estas ani llas ( 26) es; presi onar a las j untas flexib les (2 5) para pr oporcionar cierre al vacio, y proporcionar guias a la unidad de silicona (4) en el centro, evitado que esta se deslice fuera de la unidad metalica de soporte (18). (Figura 14).
5.
Los tubos de vidrio (2) previamente ajustados sen las unidades de silicona (4) son deslizados en posicion desde ambos lados. (Figura 15).
6.
Las anillas metalicas (27) son deslizadas en la unidad de silicona (4) con el fin de p resionarla para proporcionar un cierre al vacio. (Figura 16).
7.
La totalidad de la unidad es asegurada con pernos (28). (Figura 17).
8.
El ensamblaje completo es instalado en la mitad inferior (6) del soporte rotativo y de la unidad de alojamiento (21). (Figura 18).
9.
La mitad superior (5) del soporte rotativo y de la unidad de alojamiento (21) es bajada y asegurada. (Figura 19)
[0039] Despues de que se coloque el ultimo sistema conector de tubo de vidrio (E), la unidad de dilatacion flexible
(29) es unidad a la unidad de soporte (18) como si otro ensamblaje de tubo de vidrio (2) se dispusiera por encima. (Como se puede ver apartir de la figura 20). (Mismas juntas, anillas, etc.). El proposito de este ensamblajees proporcionar un cierre al vacio mientras la tuberia de recepcion termica (1) se mueve debido a la dilatacion termica.
[0040] La conexion de la unidad de dilatacion (29) a la tuberia metalica de recepcion termica (1) puede verse en la figura 21. Estas etapas de conexion son las siguientes;
1.
Las boquillas roscadas atornilladas (32) son soldadas a las tuberias (1);
2.
Las bridas atornilladas (33) son fijadas en las boquillas roscadas atornilladas (32);
3.
Las anillas flexibles (34) son embutidas entre los labios interiores de las bridas (33) y el espesor de pared de las boquillas roscadas atornilladas. Esto para proporcionar un cierre adicional para presiones altas de vapor dentro de la tuberia (1);
4.
Una anilla de silicona (35) se fija sobre la brida (33). El proposito de estas piezas de silicona es la de proporcionar aislamiento termico entre todas la piezas metalicas y la unidad de dilatacion flexible;
5.
Se utiliza una junta (36) para proporciona cierre al vacio alrededor de los pernos (38);
6.
Se utilizan anillas metalicas (37) para apretar las juntas flexibles (36);
7.
Los pernos (38) son apretados para fijar la totalidad del montaje
[0041] En la figura 22, se puede ver el ultimo ensamblaje conector de tubo de vidrio (39) en el lado de descargar del colector parabolico; el ultimo tubo de vidrio unido a la unidad de dilatacion flexible (40); la unidad de dilatacion flexible (29); el ensamblaje conector (41) que fija la unidad de dilatacion flexible (29) a las tuberia de vapor, que es el ultimo punto de cierre al vacio; anclaje de tuberia de vapor (42) que permite a la tuberia deslizarse fuera cuando se dilata mientras impide que esta se mueva hacia arriba y abajo; pata de soporte (43) a la unidad de anclaje y ; patas de so porte ( 44) un idas al c olector parabolico, cu yas u nidades g iran junto con el c olector par abolico mie ntras proporcionan soporte al ensamblaje de recepcion termico que es estacionario.
[0042] La figura 23 muestra las posiciones dilatadas y contraidas de la unidad de dilatacion (29). Como se puede ver, mientras las tuberias de vapor se dilatan, no hay movimiento en el lado del tubo de vidrio.
[0043] El sistema de colector solar de campo de acuerdo con la presente invencion incluye bucles verticales (puede verse un diseno simple en la figura 25, el bucle vertical puede verse en la figura 26) entre los colectores parabolicos sucesivos conectados en serie, situados en el lado de evacuacion de la unidad parabolica. Se pueden utilizar estos bucles verticales (52) en lugar de separadores.
[0044] Ya que el agua es mas pesada que el vapor, con la ayuda del bucle vertical casi toda el agua se quedara en la tuberia de recepcion termica (1) hasta que llegue a ser vapor. Si la cuantia de caudal de entrada de agua (45) es demasiado alta, parte del agua puede derramarse a traves del primer o segundo bucle vertical entre los colectores parabolicos sucesivos conectados en serie. Sin embargo el vapor seco es obtenido despues de la tercera o cuarta unidad colectora parabolica, eliminando la multitud de separadores situados en el suelo entre las unidades de colector parabolico utilizados actualmente.
[0045] Los disenos existentes no pueden utilizar estas unidades verticales ya que sus ensamblajes de recepcion termica giran junto con la estructura de colector parabolico. En otras palabras, cuando este rota, podria perder altura y dejar que el agua manara. Esto no sucede en la presente invencion ya que el ensamblaje de recepcion termica es fijo.
[0046] Como se puede ver en la figura 26, el diseno de bucle vertical (52) tambien proporciona una funcion de dilatacion termica para la tuberia de recepcion termica. De acuerdo con este diseno despues del ultimo tubo de vidrio y la unidad de dilatacion (48) del colector cilindro-parabolico anterior, la tuberia metalica de recepcion de calor pasa a traves de un anclaje corredizo (49) y despues de formar un bucle vertical (52), esta llega a un anclaje fijo (50) situado en el lado de entrada del siguiente colector parabolico. Por medio de esto, la dilatacion aumentara la altura o anchura del bucle, pero no afectara a ningun colector parabolico.
[0047] En una realizacion de la presente invencion, el sistema de colector solar de campo tambien incluye un cortavientos (53) de 2 metros de alto para envolver el colector solar de campo a fin de desviar el viento (55) por encima de dichos colectores parabolicos (54). Se simu lan mediante la ejecucion de los programas FLUENTy NASTRAN cargas de viento con y son el cortavientos (53), y se ve que con este desviador de viento se puede alcanzar vientos de hasta 125 km/h sin problemas serios mientras los disenos actuales tienen que ser apagados cuando el viento alcanza 60 km/h. Los efectos de este cortavientos pueden verse de forma simple en la figura 27.
[0048] La incidencia solar alcanza el suelo a un angulo. Este angulo se aumenta cuando nos movemos mas al norte
o al sur desde el Ecuador. En las instalaciones de colectores solares de campo existentes la longitud total del tubo de vidrio (2) y del ensamblaje de tuberia de recepcion termica (1) son iguales a la longitud del colector solar (como se puede ver en la figura 28 a).
[0049] Esto provoca dos fuentes de ineficiencias:
a) Una longitud significativa del ensamblaje de recepcion termica en el lado de entrada (56) no recibe la luz solar concentrada;
b) Una longitud adicional significativa de la luz solar concentrada no llega al ensamblaje de recepcion termica en su lado de descarga (56)
[0050]Para este caso, en una realizacion alternativa de la presente invencion, un tubo de vidrio adicional (58) es montado en el lado de descarga del sistema y la energia solar que se pierde en el sistema existente es recuperada. Esto es posible al hecho de que el ensamblaje de recepcion de calor es estacionario en la presente invencion (Ver figura 28b).
[0051] La figura 29 y 30 muestran otra realizacion de la presente invencion que muestra una estructura giratoria (61) que soporta el panel de espejo parabolico (62), tirando de las cuerdas (64). Esto es solo un ejemplo de dicho soporte y de la estructura giratoria (61). Lo mismo puede ser alcanzado por medio de diferentes modificaciones de detalle. Lo importante aqui es qu e laestructura giratoriareposaen una pluralidad de ruedas (66) posicionadas en una estructura estacionaria semicircular (65). Estas ruedas (66) permiten un movimiento facil y una buena resistencia a las cargas de viento. La cuerdas (64) son arrastradas por un motor central de velocidad ajustable. La velocidad del motor central es ajustada por sensores solares, de tal manera que el seguimiento del sol es preciso.
[0052] Los desarrollos de la anteri ormente indicada realizaciones preferidas de sistemas de colectores solares de campo no pretenden limitar el alcance de la proteccion de la invencion. De acuerdo con la informacion descrita con la invencion, las modificaciones a realizar en los desarrollos en este sistema de colector solar preferido deberan ser evaluadas dentro del alcance de la proteccion, como se define por las reivindicaciones.

Claims (17)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Sistema d e colector s olar de cam po, q ue com prende una pluralidad de r eflectores par abolicos; un tubo de recepcion termica, cuyo centro coincide con el foco de los reflectores parabolicos yque consiste en una tuberia metalica de recepcion termica (1) y tubos de vidrio (2) que estan alojados dentro, en el que para permitir la dilatacion de la tuberia metalica de recepcion termica (1) y su desplazamiento libre e independientemente de los tubos de vidrio (2), para proporcionar cierre al vacio, para proporcionar un soporte para la totalidad del elemento receptor termico (D), y tambien para proporcionar una camara de vacio continuo para la longitud total de la unidad colectora parabolica, un sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacio (E) conecta entre si los tubos de vidrio (2) y la tuberia met alica d e rece pcion termica (1); Para permitir que la tuberia meta lica de recepc ion termica (1) permanezca inmovil mientras el panel parabolico esta girando alrededor de esta, una unidad de soporte rotativo (21) conecta el panel parabolico al sistema conector de tubo de vidrio (E); para proporcionar un cierre al vacio mientras la tuberia metalica de recepcion termica (1) se desplaza debido a la dilatacion termica, se disponen unidades de dilatacion fle xibles (2 9) en el e xtremo d e cada un idad colectora p arabolica; y para preve nir q ue el ag ua n o evaporada restante pase a traves de otros colectores y para proporcionar el factor de dilatacion termica para la tuberia metalica de recepcion de calor (1), se dispon en bucles verticales (52) entre los colectores parabolicos sucesivos conectados en serie, situados en el lado de evacuacion de la unidad parabolica en el que, el sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca al vacio (E) comprende una unidad ceramica (7) para permitir a la tuberia metalica de recepcion termica (1) dilatarse y deslizarse libremente sobre las bolas (11) situadas en el centro de la unidadceramica (7) y para proporcionar aislamiento termico entre la tuberia metalica de recepcion termica (1) situada en el centro de esta y los tubos de vidrio (2);unidades de silicona (4) para proporcionar cierre al vacio alrededor del tubo de vidrio (2) y para proporcionar suficiente flexibilidad para proteger el tubo de vidrio (2) de las vibraciones y de las fuerzas de flexion que pudieran producirse en las partes metalicas; Una unidad de proteccion contra calory UV (3) para proporcionar aislamiento termico y de radiacion UV a la unidad de silicona (4); y una unidad de soporte estacionaria (18) para proporcionar la base para todas la unidades de conexion de tubo de vidrio en el que; el sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacio (E) se instala en su totalidad de la forma siguiente; la unidad metalica de soporte estacionaria (18) se desliza en la tuberia metalica de recepcion de calor (1), la unidad de ceramica (7) se desliza sobre la tuberia metalica de recepcion termica (1) y se dispone en el interior de la unidad de soporte estacionaria (18), juntas de cierre al vacio (25) se disponen en los pernos (19) en ambos lados de la unidad de soporte metalica (18), las anillas metalicas (26) se disponen en los pernos (19) en ambos lados de la unidad de soporte metalica (18), tubos de vidrio (2) previamente dispuestos en la unidades de silicona (4) son deslizados en posicion desde ambos lados, las anillas metalicas (27) son deslizadas en la unidad de silicona (4) con el fin de presionarla para proporcionar un cierre al vacio, la totalidad de la unidad es asegurada con pernos (28), el ensamblaje completo es instalado en la mitad inferior (6) del soporte giratorio y de la unidad de alojamiento (21), la mitad superior (5) del soporte giratorio y de la unidad de alojamiento (21) es bajada y asegurada.
  2. 2.
    Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que la unidad ceramica (7) consiste en dos mitades cilindricas huecas (8); en un lado de cada mitad (8), hay una pluralidad de juntas de rotula (9); estando alojadas las bolas (11) entre las dos mitades de la unidad ceramica (7), en el interior de dichas juntas de rotula (9), for mando un a e specie de c ojinete; dic has d os mitades ( 8) de la u nidad ceramica ( 7) son pe gadas mutuamente, asegurando que el pegamento no llegue cerca de las bolas (11), despues de que la bolas (11) se situen entre las mitades (8); ademas de pegadas, dichas mitades ceramicas (8) son tambien atornilladas para proporcionar solidez adicional.
  3. 3.
    Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 2 en la que, dichas bolas (11) estan fabricadas de material ceramico.
  4. 4.
    Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que la unidad de silicona (4) tiene forma de cilindro hueco, en el que la cara trasera (12) de este cilindro hueco se extiende con un diametro mayor a fin de proporcionar una forma tipo brida (15); existiendo en la cara delantera (13) de la unidad de silicona (4) una ranura circular (16); el labio externo (14) de la unidad de silicona (4) se m antiene de espesor fino para aumentar su flexibilidad.
  5. 5.Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que; la unidad de proteccion contra calor y UV (3) es una unidad aislante flexible, utilizada para deslizarla sobre la cara interior de la unidad de silicona
    (4) cubriendola.
  6. 6.Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 o reivindicacion 4 en el que la unidad de proteccion contra calor y UV (3) tiene una forma cilindrica hueca, la cara trasera (17) de cuyo cilindro hueco se extiende con un diametro mayor a fin de cubrir la cara anterior (13) de la unidad de silicona (4).
  7. 7.
    Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1, reivindicacion 4 o reivi ndicacion 5 en e l que la unidad de proteccion contra el calor y los UV (3) esta fabricada de lana ceramica.
  8. 8.
    Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que, la base de la unidad de soporte metalica (18) es una anilla circular, con sus labios exteriores formando una anilla en forma de U cilindrica (20), los pernos (19) a los que seran ajustados las juntas, las anillas metalicas y la piezas de silicona son soldadas a la pieza
    metalica de esta unidad de soporte metalica (18) para eliminar las tuercas en el interior de la anilla en forma de U
    (20) donde estaran las ruedas de alineamiento y/o las bolas de alineamiento.
  9. 9. Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que, el soporte giratorio y la unidad de alojamiento (21) comprende un ensamblaje de bolas de alineamiento (o ruedas) (23 ) que proporciona una guia multidireccional para este soporte giratorio (21) y una unidad de alojamiento para deslizar alrededor del sistema conector de tubo de vidrio y junta estanca a vacio (E); una bisagra (22) para permitir a la mitad superior de esta unidad de soporte (21) abrirse mientras los tubos de vidrio (2) son instalados y con la ayuda de esta bisagra (22), despues de que la instalacion de los tubos de vidrio (2) ha sido completada, la mitad superior de esta unidad de soporte (21) es cerrada y fijada a la mitad inferior; un conector (23) a la pata de soporte que esta unido al colector parabolico.
  10. 10.Sistema de colecto solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 9 en el que despues de colocar el ultimo sistema de conector de tubo de vidrio y junta estanca al vacio (E), la unidad de dilatacion flexible (29) es unida a la unidad de soporte (18) de igual manera como si otro ensamblaje de tubo de vidrio (2) se dispusiera por encima.
  11. 11.Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 9 en el que la union de la unidad de dilatacion (29) a la tuberia metalica de recepcion termica (1) comprende las siguientes etapas, las boquillas roscadas atornilladas (32) son soldadas a las tuberias (1); las bridas atornilladas (33) son fijadas en las boquillas roscadas atornilladas (32); las anillas flexibles (34) son embutidas entre los labios interiores de las bridas (33) y el espesor de pared de las boquillas roscadas atornilladas, una anilla de silicona (35) se fija sobre la brida (33), las anillas metalicas (37) son utilizadas para apretar las juntas flexibles (36), los pernos (38) son apretados para fijar la totalidad del montaje y una junta (36) es utilizada alrededor de pernos (38) para proporcionar un cierre al vacio.
  12. 12.
    Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que despues del ultimo tubo de vidrio (2) y la unidad de dilatacion (48) del colector cilindro-parabolico anterior, la tuberia metalica de recepcion termica (1) pasa a traves de un anclaje corredizo (49) y despues de formar un bucle vertical (52), esta llega a un anclaje fijo (50) situado en el lado de entrada del siguiente colector parabolico.
  13. 13.
    Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que, el sistema tambien incluye un cortavientos (53) de 2 metros de alto para envolver el colector solar de campo a fin de desviar el viento (55) por encima de dichos colectores parabolicos (54).
  14. 14.
    Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que, un tubo de vidrio adicional (58) es montado en el lado de descarga del sistema.
  15. 15.
    Sistem a d e col ector s olar de cam po de acuerdo c on l a re ivindicacion 1 en el qu e p ara permitir un fac il movimiento de los reflectores parabolicos (62) y una buena resistencia contra la carga del viento, dicho sistema comprende una estructura giratoria (61) que reposa en una pluralidad de ruedas (66) posicionadas en una estructura estacionaria semicircular (65)
  16. 16.
    Sistema de colector solar de campo de acuerdo con la reivindicacion 14 en la que, la estructura giratoria (61) soporta el panel de espejo parabolico (62), tirando de las cuerdas (64), dichas cuerdas (64) son arrastradas por un motor central de velocidad ajustable.
  17. 17.
    Sistema de colector solar cilindro-parabolicos de campo de acuerdo con la reivindicacion 15 en el que, la velocidad del motor central es ajustada por sensores solares.
    Posicion manana Posicion mediodia Po sicion tarde F igura 1
    Figura 2 Figura 3 F igura 4
    F igura 5 Figura 6
    Figura 7 Figura 8
    F igura 9 F igura 10
    Figura 11 F igura 12
    F igura 13 Figura 14
    F igura 15 F igura 16 Figura 17 Figura 18 Figura 19 Figura 20 Figura 21
    F igura 22 F igura 23 F igura 24
    F igura 25 F igura 26
    F igura 27
    F igura 28 a
    Figura 28 b
    Figura 29 F igura 30
    REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCION
    La lista de referencias citada por el solicitante lo es solamente para utilidad del lector, no formando parte de los documentos de patente europeos. Aun cuando las referencias han sido cuidadosamente recopiladas, no pueden excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad a este respecto.
    5 Documentos de patente citados en la descripcion
    EP 1787067 A [0012] W O 9838457 A [0013]
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