ES2413929A2

ES2413929A2 - Paneles receptores solares

Info

Publication number: ES2413929A2
Application number: ES201190061A
Authority: ES
Inventors: Andrew Plotkin; Craig Gillum
Original assignee: Babcock Power Services Inc
Current assignee: Babcock Power Services Inc
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2010-02-04
Publication date: 2013-07-17
Also published as: WO2010093551A3; US8397710B2; US20100199974A1; AU2010213980A1; IL214521A; ES2413929R1; AU2010213980B2; WO2010093551A2; IL214521A0

Abstract

Una caldera para un receptor solar incluye una pluralidad de paneles de caldera dispuestos unos al lado de otros de manera que los paneles forman una sección de pared de caldera. Un sistema de tuberías conecta de manera fluídica la pluralidad de paneles de caldera juntos para encaminar un fluido de trabajo a través de la sección de pared de caldera desde una entrada de la sección de pared de caldera hasta una salida de la sección de pared de caldera. Los sistemas de tuberías y los paneles de caldera están configurados y adaptados para encaminar el fluido de trabajo a través de cada uno de los paneles de caldera en una dirección común.

Description

5 REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS

La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud provisional

US nº 61/151.984, presentada el 12 de febrero de 2009, de la solicitud provisional

US nº 61/152.011, presentada el 12 de febrero de 2009, de la solicitud provisional

10 US nº 61/152.035, presentada el 12 de febrero de 2009, de la solicitud provisional US nº 61/152.049, presentada el 12 de febrero de 2009, de la solicitud provisional US nº 61/152.077, presentada el 12 de febrero de 2009, de la solicitud provisional US nº 61/152.114, presentada el 12 de febrero de 2009, y de la solicitud provisional US nº 61/152.286, presentada el 13 de febrero de 2009, cada una de las cuales se

15 incorpora a la presente memoria en su totalidad como referencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1.: Campo de la invención 20

La presente invención se refiere a la producción de energía solar, y más particularmente, a paneles receptores solares para su utilización en calderas solares.

2.: Descripción de la técnica relacionada 25

La generación de energía solar se ha considerado una fuente viable para ayudar a responder a las necesidades energéticas en un momento en el que aumenta la conciencia sobre aspectos medioambientales de la producción de energía. La producción de energía solar se basa principalmente en la capacidad para captar y

30 transformar la energía del sol disponible en grandes cantidades, y puede producirse con muy poco impacto sobre el medio ambiente. La energía solar puede utilizarse sin crear residuos radiactivos, como en la producción de energía nuclear, y sin producir emisiones contaminantes incluyendo los gases de efecto invernadero como en la producción de energía a partir de combustibles fósiles. La producción de energía solar es independiente de los costes de combustible fluctuantes y no consume recursos no renovables.

Los generadores de energía solar emplean generalmente campos de espejos

5 controlados, denominados heliostatos, para recoger y concentrar la luz solar sobre un receptor para proporcionar una fuente de calor para la producción de energía. Un receptor solar adopta típicamente la forma de un panel de tubos que transportan un fluido de trabajo a través de los mismos. Los generadores solares previos han utilizado fluidos de trabajo tales como sal fundida porque presenta la capacidad de almacenar

10 energía, permitiendo la generación de energía cuando no hay radiación solar. Los fluidos de trabajo calentados se transportan normalmente hasta un intercambiador de calor en el que ceden el calor a un segundo fluido de trabajo tal como aire, agua, o vapor. La energía se genera conduciendo aire o vapor calentado a través de una turbina que acciona un generador eléctrico.

15 Más recientemente, se ha determinado que la producción de energía solar puede incrementarse y simplificarse utilizando agua/vapor como único fluido de trabajo en un receptor que es una caldera. Esto puede eliminar la necesidad de un intercambiador de calor ineficaz entre dos fluidos de trabajo diferentes. Este desarrollo ha llevado a nuevos desafíos en la manipulación del calor solar intenso sin daño para

20 el sistema. En una caldera solar, las tasas de transferencia de calor pueden alcanzar niveles de aproximadamente 2-3 veces la tasa de transferencia de calor de una caldera calentada con combustibles fósiles típica. Esta alta tasa de transferencia de calor intensifica los problemas relativos al mantenimiento, calentamiento uniforme y distribución de flujo en todos los diseños conocidos de paneles de caldera. Si el flujo a

25 través de una parte de un panel receptor es insuficiente cuando se utiliza agua/vapor como un fluido de trabajo, puede producirse un sobrecalentamiento en esa parte del panel. Dicho sobrecalentamiento puede dar como resultado un daño o fallo del panel y sus tubos constituyentes si se permite que las temperaturas se vuelvan intensas. Adicionalmente, las calderas solares difieren de las calderas calentadas con

30 combustibles fósiles en cuanto a las horas de funcionamiento. Las calderas calentadas con combustibles fósiles funcionan normalmente de manera continua, parando sólo para el mantenimiento rutinario ocasional, mientras que las calderas solares deben arrancar y parar una vez al día debido a la salida y la puesta del sol. Hay un ciclo diario de dilatación térmica que puede dar como resultado un aumento de las fracturas

por fatiga en los componentes de caldera habituales. Mientras que los sistemas conocidos de producción de energía solar se han

considerado generalmente satisfactorios para sus propósitos, sigue existiendo la

5 necesidad en la técnica de proporcionar receptores solares que puedan mejorar la distribución de flujo de fluido y de calor, así como proporcionar una capacidad de drenaje y una resistencia a la fatiga mejoradas. También ha permanecido la necesidad en la técnica de receptores solares de este tipo que sean fáciles de fabricar y de utilizar. La presente invención proporciona una solución a estos problemas.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La invención objeto se refiere a una caldera para un receptor solar nueva y útil. La caldera incluye una pluralidad de paneles de caldera dispuestos uno al lado de otro 15 de manera que los paneles forman una sección de pared de caldera. Un sistema de tuberías establece una conexión fluídica entre la pluralidad de paneles de caldera juntos para encaminar un fluido de trabajo a través de la sección de pared de caldera desde una entrada de la sección de pared de caldera hasta una salida de la sección de pared de caldera. El sistema de tuberías y los paneles de caldera están

20 configurados y adaptados para encaminar el fluido de trabajo a través de cada uno de los paneles de caldera en una dirección común. En determinadas formas de realización, la dirección común en la que se encamina el fluido de trabajo a través de cada uno de los paneles de caldera es ascendente. La caldera puede incluir además al menos una válvula de drenaje y al

25 menos una válvula de ventilación cada una en comunicación fluídica con el sistema de tuberías en la que el sistema de tuberías, los paneles de caldera, al menos una válvula de drenaje, y al menos una válvula de ventilación están configurados y adaptados para drenar los paneles de caldera de fluido de trabajo. Puede proporcionarse al menos una válvula de drenaje y al menos una válvula de ventilación para cada panel de caldera.

30 Según determinadas formas de realización, el sistema de tuberías está configurado y adaptado para encaminar fluido de trabajo a través de una serie de pares de paneles de caldera individuales. Los paneles de caldera individuales de cada par de paneles de caldera están en paralelo entre sí dentro del par de paneles de caldera respectivo. El sistema de tuberías puede incluir una pluralidad de tuberías de flujo descendente, estableciendo cada tubería de flujo descendente una conexión fluídica de colectores de salida superiores de un primer par de paneles de caldera a colectores de entrada inferiores de un segundo par de paneles de caldera. La sección

5 de pared de caldera puede incluir cuatro pares de paneles de caldera individuales.

La invención también proporciona una caldera para un receptor solar que incluye una pluralidad de paredes de caldera que rodean un espacio interior de caldera. Cada pared de caldera incluye una pluralidad de paneles de caldera dispuestos uno al lado de otro para formar al menos una sección de pared de caldera.

10 El sistema de tuberías establece una conexión fluídica entre la pluralidad de paneles de caldera juntos para encaminar un fluido de trabajo a través de cada sección de pared de caldera desde una entrada de la sección de pared de caldera hasta una salida de la sección de pared de caldera. El sistema de tuberías y los paneles de caldera están configurados y adaptados para encaminar el fluido de trabajo a través de

15 cada uno de los paneles de caldera en una dirección común. La invención también proporciona una caldera para un receptor solar que incluye un tambor de caldera en comunicación fluídica con un generador de vapor, un supercalentador, y un recalentador. Cada uno de entre el generador de vapor, el supercalentador, y el recalentador incluye al menos una pared de caldera. Cada pared

20 de caldera incluye una pluralidad de paneles de caldera dispuestos uno al lado de otro. El sistema de tuberías conecta de manera fluídica la pluralidad de paneles de caldera juntos para encaminar un fluido de trabajo a través de la al menos una pared de caldera desde al menos una entrada de al menos una pared de caldera hasta al menos una salida de al menos una pared de caldera. El sistema de tuberías y los

25 paneles de caldera están configurados y adaptados para encaminar el fluido de trabajo a través de cada uno de los paneles de caldera en una dirección ascendente. En determinadas formas de realización, cada pared de caldera incluye una sección que presenta cuatro pares de paneles de caldera individuales, en la que el sistema de tuberías de cada uno del supercalentador y el recalentador está

30 configurado y adaptado para encaminar fluido de trabajo a través de una serie de pares de paneles de caldera individuales, y en la que los paneles de caldera individuales de cada par de paneles de caldera están en paralelo entre sí dentro del par de paneles de caldera respectivo. Según determinadas formas de realización, cada uno de entre el generador de vapor, el supercalentador, y el recalentador incluye cuatro paredes de caldera que rodean un interior de caldera, en la que el generador de vapor, el supercalentador, y el recalentador están apilados en alineación entre sí.

Estas y otras características de los sistemas y procedimientos de la invención

5 objeto se pondrán más claramente de manifiesto para los expertos en la materia a partir de la siguiente descripción detallada de las formas de realización preferidas consideradas junto con los dibujos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

10 Para que los expertos en la técnica a la cual pertenece la invención objeto entiendan fácilmente cómo fabricar y utilizar los dispositivos y procedimientos de la invención objeto sin excesiva experimentación, a continuación en la presente memoria se describirán con detalle formas de realización preferidas de los mismos haciendo

15 referencia a determinadas figuras, en las que:

la figura 1 es una vista en alzado de una forma de realización ejemplificativa de

una sección de paneles de caldera en una pared de caldera construida según la

presente invención, que muestra el lado interior de los paneles incluyendo el sistema

20 de tuberías para transportar el fluido de trabajo a través de los paneles; la figura 2 es una vista esquemática de una configuración ejemplificativa de paneles de caldera construidos según la presente invención, que muestra todos los paneles conectados en serie entre sí, que muestra la trayectoria de flujo desde la entrada de la pared de caldera hasta la salida de la pared de caldera de manera que

25 hay un flujo ascendente en cada panel, y que muestra la configuración de válvula de ventilación y drenaje; la figura 3 es una vista esquemática de un sistema de caldera de la técnica anterior que muestra la disposición de válvulas de ventilación y drenaje en una pared convencional de paneles de caldera;

30 la figura 4 es una vista esquemática de otro sistema de caldera de la técnica anterior que muestra la disposición de válvulas de ventilación y drenaje en una pared convencional de paneles de caldera;

la figura 5 es una vista esquemática de los paneles de caldera de la figura 1,

que muestra el flujo ascendente a través de cada par de paneles paralelos, y que

muestra el flujo descendente a través del sistema de tuberías;

la figura 6 es una vista esquemática de otra forma de realización ejemplificativa

5 de una sección de paneles de caldera en una pared de caldera construida según la presente invención, que muestra una configuración de flujo para un generador de vapor;

la figura 7 es una vista esquemática de una forma de realización ejemplificativa de una caldera solar construida según la presente invención, que muestra cuatro 10 paredes de caldera en una vista en planta esquemática; y

la figura 8 es una vista en perspectiva de la caldera solar de la figura 7, que

muestra un generador de vapor, supercalentador, y recalentador apilados en

alineación entre sí.

15 DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS FORMAS DE REALIZACIÓN PREFERIDAS

A continuación, se hará referencia a los dibujos en los que números de

referencia iguales identifican aspectos o características estructurales similares de la

invención objeto. Con el propósito de explicar e ilustrar, y no de limitar, en la figura 1

20 se muestra una vista parcial de una forma de realización ejemplificativa de una caldera según la invención y se designa generalmente con el carácter de referencia 100. En las figuras 2, y 5 y 8, se proporcionan otras formas de realización de una caldera según la invención, o aspectos de la misma, tal como se describirá. Los sistemas de la invención pueden utilizarse para mejorar la distribución de calor y distribución de flujo

25 en calderas, por ejemplo, en la generación de energía solar. En una caldera, la inestabilidad de flujo paralelo se define como un estancamiento y una inversión del flujo de fluido en tubos de flujo descendente. La inestabilidad de flujo en circuitos de flujo descendente cuando la carga estática de flujo entre dos colectores comunes es mayor que la caída de presión de fricción en los

30 tubos entre esos mismos colectores. Esto crea un campo de flujo en el que la presión aumenta a lo largo de la trayectoria de flujo creando un gradiente de presión en contra. Estas condiciones pueden existir durante el funcionamiento en carga baja asociado con el arranque y la parada. Cuando existe un gradiente de presión en contra, y se aplica a los tubos un estado de desequilibrio tal como un calentamiento solar no

regular, pueden producirse el estancamiento de flujo y la inversión de flujo. En una caldera solar, la longitud de los paneles puede ser relativamente corta

en comparación con longitudes de paneles convencionales. Es posible utilizar paneles

5 más largos, como en las calderas de combustibles fósiles convencionales, lo que extendería la entrada de calor por un área mayor. Sin embargo, la eficacia de una caldera solar está directamente relacionada con la cantidad de pérdida de radiación, que es función del área de panel. Por lo tanto, es deseable utilizar paneles más cortos

o menores que en las calderas de combustibles fósiles habituales. Al problema se le

10 añade el deseo en las aplicaciones de receptores solares de presentar paneles rectos sin curvaturas. Los paneles rectos contribuyen a una baja caída de presión de fricción lo que lleva a inestabilidades de flujo. El campo de radiación solar dirigido por los heliostatos hacia las calderas solares generalmente no es perfectamente uniforme. Los campos de radiación solar no uniformes dan como resultado un calentamiento

15 asimétrico de los paneles de caldera tanto en dirección vertical como horizontal. Los ciclos diarios de arranque y parada, la configuración geométrica, y el calentamiento asimétrico producen condiciones en las que a menudo se da el caso de que la carga estática es mayor que la pérdida de presión de fricción, provocando inestabilidad de flujo paralelo. Cuando esto ocurre, algunos tubos en un panel de caldera dado pueden

20 experimentar un estado sin flujo, lo que puede llevar a un sobrecalentamiento de tubo y a fallo. Haciendo referencia a continuación a la figura 1, se muestra una caldera 100 para utilizar como receptor solar según la presente invención que puede abordar el problema de la inestabilidad de flujo paralelo. La caldera 100 incluye ocho paneles de

25 caldera 102a-102h que se disponen uno al lado de otro de modo que forman una sección 101 de una pared de caldera. Cada uno de los paneles 102a-102h se compone de una pluralidad de tubos individuales que recorren desde una entrada en el colector inferior 104a-104h hasta una salida en el colector superior 106a-106h, respectivamente. Un fluido de trabajo, tal como agua, vapor, o una mezcla de vapor de

30 agua, fluye a través del interior de los tubos mientras la radiación solar calienta los tubos desde el exterior. El fluido de trabajo sirve de este modo para transportar calor de la radiación solar para utilizarse en la generación de energía, por ejemplo, pasando a través de una turbina de vapor.

Haciendo referencia a continuación a la figura 5, la sección de pared de caldera 101 de la figura 1 se muestra esquemáticamente para mostrar las partes de flujo ascendente y flujo descendente de la misma. Se introduce fluido de trabajo en la sección 101 en la tubería de entrada 170. La tubería de entrada 170 alimenta el fluido

5 de trabajo desde una fuente fría a los colectores inferiores 104a y 104b de los dos primeros paneles 102a y 102b, respectivamente. El fluido de trabajo fluye hacia arriba a través de los tubos de cada panel 102a y 102b hasta los respectivos colectores superiores 106a y 106b, que alimentan la tubería 108a. La tubería 108a transporta el fluido de trabajo hacia abajo hasta los colectores inferiores 104c y 104d del siguiente

10 par de paneles 102c y 102d, respectivamente. El fluido de trabajo pasa hacia arriba a través de los tubos de paneles 102c y 102d hasta los colectores superiores 106c y 106d, que alimentan la tubería 108b. La tubería 108b transporta el fluido de trabajo hacia abajo hasta los colectores inferiores 104e y 104f del tercer par de paneles 102e y 102f, respectivamente. El fluido de trabajo pasa hacia arriba a través de los tubos de

15 paneles 102e y 102f hasta los colectores superiores 106e y 106f, que alimentan la tubería 108c. La tubería 108c transporta el fluido de trabajo hacia abajo hasta los colectores inferiores 104g y 104h del par final de paneles 102g y 102h, respectivamente. El fluido de trabajo pasa hacia arriba a través de los tubos de paneles 102g y 102h hasta los colectores superiores 106g y 106h, respectivamente,

20 que alimentan la tubería 108d. La tubería 108d devuelve el fluido de trabajo calentado a un retorno caliente. Las flechas de flujo en la figura 5 indican esquemáticamente el recorrido del fluido de trabajo a través de la sección de pared de caldera 101 mostrada en la figura

1. Como puede observarse en la figura 5, el sistema de tuberías que incluye las

25 tuberías 170 y 108a-108d encamina el fluido de trabajo a través de los paneles 102a102h de modo que la dirección de flujo a través de cada uno de los paneles 102a-102h es ascendente. También se puede observar en la figura 5 que los paneles 102a-102h se disponen en una serie de cuatro pares de paneles. Cada par presenta dos paneles en paralelo entre sí, por ejemplo, los paneles 102a y 102b están en paralelo entre sí,

30 realizando el primer par en una serie de cuatro pares. Cada par de paneles constituye un paso simple. La caldera 100 es una caldera de cuatro pasos, lo que significa que el fluido de trabajo pasa a través de cada sección de calentamiento 101 cuatro veces mientras fluye desde la tubería de entrada 170 hasta una salida de tubería 108d.

Haciendo referencia a continuación a la vista esquemática de otra forma de realización ejemplificativa de una caldera 30 mostrada en la figura 2, ocho tuberías 108, tales como las tuberías 108a-108d descritas previamente, establecen una conexión fluídica entre ocho paneles, tales como los paneles 102a-102h descritos

5 previamente, juntos en serie de modo que se encamina el fluido de trabajo a través de la pared de caldera desde una entrada (marcada como “suministro frío”) de la pared de caldera hasta una salida (marcada como “retorno caliente”) de la pared de caldera. Todos los paneles 102 de caldera solar 30 están configurados para el flujo ascendente, al igual que en la caldera 100 descrita previamente en relación con la

10 figura 5. La caldera 30 difiere de la caldera 100 descrita previamente en que la caldera 30 presenta ochos paneles 102 en serie simple entre sí, sin pares de paneles en paralelo. Los expertos en la materia apreciarán fácilmente que puede utilizarse cualquier número de paneles apropiado, y que cualquier número de subconjuntos de paneles adecuado puede estar paralelo sin alejarse del espíritu y el alcance de la

15 invención. Utilizar todos los paneles de flujo ascendente tal como se describió anteriormente con respecto a las calderas 30 y 100 elimina el gradiente de presión en contra que es condición necesaria para la inestabilidad de flujo paralelo. El sistema de tuberías (por ejemplo, tuberías 108) lleva el flujo de vapor desde la parte superior de

20 un panel o grupo de paneles paralelos (por ejemplo, paneles 102) hasta la parte inferior del siguiente panel o grupo de paneles paralelos, repitiéndose el patrón para tantos paneles o grupos de paneles paralelos como estén presentes.

Como se indica en la figura 2, el sistema de tuberías incluye válvulas de drenaje 111 y ventilaciones 110 en tuberías 108 para drenar los paneles de caldera 25 102 de fluido de trabajo. Las válvulas de ventilación 110 y de drenaje 111 pueden utilizarse para drenar paneles 102 para el mantenimiento o si la meteorología requiere el drenaje nocturno, cuando la caldera no se calienta para evitar daños debidos a la congelación del agua en los tubos de paneles 102. El ejemplo mostrado en la figura 2 muestra una ventilación 110 proporcionada para cada panel de caldera 102, y una

30 válvula de drenaje 111 entre cada par de paneles 102. Los expertos en la materia reconocerán fácilmente que puede utilizarse cualquier número de drenajes/ventilaciones sin alejarse del espíritu y el alcance de la invención.

Las figuras 3 y 4 muestran configuraciones de receptor solar de la técnica anterior en las que algunos paneles presentan flujo ascendente y otros presentan flujo descendente. En la figura 3, el sistema de caldera 10 es una pared convencional de paneles de caldera en la que uno de cada dos paneles receptores presenta flujo

5 ascendente y uno de cada dos paneles receptores presenta flujo descendente. La figura 4 muestra un sistema 20 que, de manera similar, presenta uno de cada dos paneles con flujo ascendente y uno de cada dos paneles con flujo descendente.

Las configuraciones de paso múltiple de las calderas 30 y 100 descritas previamente son muy apropiadas para utilizarse en secciones de supercalentador y 10 recalentador de calderas solares. Debido a la entrada de calor altamente variable, que puede variar drásticamente en una distancia muy corta, pueden darse grandes desequilibrios de temperatura de vapor, lo cual puede producir un sobrecalentamiento y en última instancia el fallo de los tubos. Utilizando pasos múltiples, que son de longitud relativamente corta, se permite que el fluido se mezcle y alcance un equilibrio,

15 que mantiene los desequilibrios de temperatura de vapor en un mínimo. Es ventajoso que los generadores de vapor en calentadores de caldera presenten una configuración de paso simple en la que se suministra agua líquida subenfriada y se devuelve un mezcla saturada de vapor/agua. La figura 6 muestra esquemáticamente el encaminamiento de fluido de trabajo

20 a través de una sección 201 de una pared de caldera de generador de vapor de la caldera 100. Se introduce fluido de trabajo a través de dos tuberías de entrada 270a y 270b. La tubería de entrada 270a alimenta los colectores inferiores 204a-204d de los paneles 202a-202d, respectivamente, y la tubería de entrada 270b alimenta los colectores inferiores 204e-204h de los paneles 202e-202h, respectivamente. El fluido

25 de trabajo se transporta en paralelo hacia arriba a través de los tubos de paneles 202a-202h hasta los respectivos colectores superiores 206a-206h. Los colectores 206a y 206b alimentan la tubería de salida 208a, los colectores 206c y 206d alimentan la tubería de salida 208b, los colectores 206e y 206f alimentan la tubería de salida 208c, y los colectores 206g y 206h alimentan la tubería de salida 208d. Las tuberías

30 de salida 208a-208d devuelven el fluido de trabajo caliente a un retorno caliente, tal como un tambor para separar vapor saturado de agua líquida saturada. Como se puede apreciar en la figura 6, la sección 201 encamina fluido de trabajo a través de cada uno de ocho paneles en una dirección ascendente, tal y como se describió

previamente con respecto a la sección 101. Haciendo referencia a continuación a la figura 7, la caldera 100 incluye un

supercalentador 160. El supercalentador 160 incluye cuatro paredes de caldera 103n,

5 103e, 103s, y 103w, las cuales se disponen en un plano rectangular alrededor de un espacio interior 165. Cada una de las cuatro paredes de caldera incluye una o más secciones 101 de paneles individuales, como se mostró previamente en la figura 1, cuyas superficies exteriores forman una superficie de recepción solar. Hay un total de ocho paneles 102 por pared de caldera para un total de treinta y dos paneles

10 individuales 102. El supercalentador 160 incluye dos circuitos de ocho pasos simétricos, descritos como sigue. Se suministra vapor del tambor 161 a los dos paneles 102 de la sección 101n de la pared 103n que están más cerca del centro de la pared 103n (por motivos de claridad, sólo se marcan algunos de los treinta y dos paneles 102 en la

15 figura 7). Esto constituye el primer paso. Desde ahí, el vapor se suministra a los dos paneles restantes de la sección 101n para el segundo paso. Los pasos del tercero al sexto se encuentran en los cuatro pares de paneles 102 en la sección 101e de la pared 103e. Los ocho paneles 102 de la pared 103e se configuran como se muestra en la figura 5. Desde el último par de paneles en la pared 103e, se suministra vapor a

20 los dos paneles en la sección 101s más cercana a la esquina para el séptimo paso. Finalmente el vapor pasa desde el séptimo paso hasta los dos últimos paneles 102 de la sección 101s, que están más cerca del centro de la pared 103s, para el octavo y último paso. Se han descrito los ocho pasos de la mitad superior del supercalentador 160, como se orientan en la figura 7. Los ocho pasos de la mitad inferior del

25 supercalentador 160 son simétricos a los ocho pasos de la mitad superior que acaba de describirse, como se puede observar en la figura 7, por tanto no se repetirá una descripción de los ocho pasos para la mitad inferior del supercalentador 160 en la figura 7. Cada circuito de ochos pasos del supercalentador 160 devuelve vapor supercalentado para utilizarlo en la producción de energía, tal como en una fase de

30 alta presión de una turbina de vapor. Haciendo referencia a continuación a la figura 8, la caldera 100 también incluye un generador de vapor 162 y recalentador 164 que están configurados con paredes de caldera esencialmente en el mismo plano rectangular como se muestra en la figura 7.

Sin embargo, en el caso del generador de vapor 162, los treinta y dos paneles se conectan para flujo paralelo en un paso simple como se muestra en la figura 6 en vez de en una configuración de ocho pasos. Las secciones 201 del generador de vapor 162 se conectan cada una para recibir agua saturada del tambor 161 y para devolver 5 una mezcla de vapor saturado y agua saturada al tambor 161. Las secciones del recalentador 164 están en conexión fluídica para recibir vapor utilizado en la fase de alta presión de una turbina de vapor, y para devolver vapor recalentado para producir energía además de la energía producida por el supercalentador 160, tal como en una fase de baja presión de una turbina de vapor. De este modo, cada uno del generador 10 de vapor 162, el supercalentador 160, y el recalentador 164 están en comunicación fluídica con el tambor 161 para formar circuito o ciclo de vapor. Los expertos en la materia apreciarán fácilmente que el circuito o ciclo puede adaptarse para estar abierto

o cerrado, o en cualquiera otra configuración adecuada para una aplicación dada, sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención.

15 Todavía haciendo referencia a la figura 8, el recalentador 164, el generador de vapor 162, y el supercalentador 160 están apilados y alineados como se muestra en la figura 8 con el recalentador 164 en la parte inferior, el generador de vapor 162 en el medio, y el supercalentador 160 en la parte superior. Con los paneles individuales (por ejemplo 102) alineados estrechamente unos junto a otros tanto horizontal como

20 verticalmente, las superficies colectivas de los noventa y seis paneles totales crean cuatro superficies de receptor sustancialmente sólidas para recibir la radiación solar desde los heliostatos en los cuatro lados de la caldera 100. Las paredes 103n, 103e, 103s, y 103w pueden disponerse para estar orientadas al Norte, Este, Sur y Oeste, respectivamente, por ejemplo, y la caldera 100 puede situarse en la parte superior de

25 una torre receptora central en un campo de heliostatos. Con una configuración de receptor de este tipo, un campo de heliostatos puede rodear la caldera 100 por todas las direcciones cardinales para suministrar radiación para calentar el fluido de trabajo. Aunque se describe en el contexto de una caldera de cuatro lados con recalentamiento simple que presenta un total de noventa y seis paneles individuales,

30 los expertos en la materia apreciarán fácilmente que puede utilizarse cualquier número y configuración adecuados de supercalentador, recalentador, y fases de generación de vapor, paneles, y lados sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención. Además, aunque los sistemas de caldera se han descrito previamente en el contexto de la utilización de vapor como fluido de trabajo para impulsar una turbina de vapor de múltiples fases, los expertos en la materia apreciarán fácilmente que puede utilizarse cualquier fluido de trabajo adecuado para cualquier fin adecuado sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención.

5 Los procedimientos y sistemas de la presente invención, tal como se describieron anteriormente y se muestra en los dibujos proporcionan flujo en la misma dirección en cada panel de una pared de panel de caldera, tal como en un receptor solar. Esta configuración proporciona una distribución de flujo y calor mejorada para reducir el riesgo de sobrecalentamiento debido a inestabilidades de flujo paralelo en

10 comparación con configuraciones previamente conocidas. Esto también proporciona capacidad de drenaje eficaz de los paneles. Aunque el aparato y los procedimientos de la invención objeto se han mostrado y descrito haciendo referencia a formas de realización preferidas, los expertos en la materia apreciarán fácilmente que pueden realizarse cambios y/o modificaciones de

15 las mismas sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención.

Claims

R E I V I N D I C A C I ON E S

1. Caldera para un receptor solar que comprende:

5 a) una pluralidad de paneles de caldera dispuestos unos al lado de otro de manera que los paneles forman una sección de pared de caldera; y

b) un sistema de tuberías que conecta de manera fluídica la pluralidad de paneles de caldera juntos para encaminar un fluido de trabajo a través de la sección de pared de caldera desde una entrada de la sección de pared de caldera hasta

10 una salida de la sección de pared de caldera, estando configurados y adaptados el sistema de tuberías y los paneles de caldera para encaminar el fluido de trabajo a través de cada uno de los paneles de caldera en una dirección común.

15 2. Caldera según la reivindicación 1, en la que la dirección común es ascendente.
3. Caldera según la reivindicación 1, que comprende además al menos una válvula de drenaje y al menos una válvula de ventilación cada una en comunicación

20 fluídica con el sistema de tuberías, estando configurados y adaptados el sistema de tuberías, los paneles de caldera, dicha al menos una válvula de drenaje, y dicha al menos una válvula de ventilación para drenar los paneles de caldera de fluido de trabajo.

25 4. Caldera según la reivindicación 3, en la que están previstas al menos una válvula de drenaje y al menos una válvula de ventilación para cada panel de caldera.
5. Caldera según la reivindicación 1, en la que el sistema de tuberías está configurado y adaptado para encaminar fluido de trabajo a través de una serie de

30 pares de paneles de caldera individuales, y en la que los paneles de caldera individuales de cada par de paneles de caldera están en paralelo entre sí dentro del respectivo par de paneles de caldera.
6. Caldera según la reivindicación 5, en la que la dirección común es ascendente.
7. Caldera según la reivindicación 6, en la que el sistema de tuberías incluye

5 una pluralidad de tuberías de flujo descendente, estableciendo cada tubería de flujo descendente una conexión fluídica de colectores de salida superiores de un primer par de paneles de caldera a colectores de entrada inferiores de un segundo par de paneles de caldera.

10 8. Caldera según la reivindicación 7, en la que la sección de pared de caldera incluye cuatro pares de paneles de caldera individuales.
9. Caldera para un receptor solar que comprende:

15 a) una pluralidad de paredes de caldera que rodean un espacio interior de caldera, incluyendo cada pared de caldera:

i) una pluralidad de paneles de caldera dispuestos uno al lado de otro para formar al menos una sección de pared de caldera; y

20 ii) un sistema de tuberías que conecta de manera fluídica la pluralidad de paneles de caldera juntos para encaminar un fluido de trabajo a través de cada sección de pared de caldera desde una entrada de la sección de pared de caldera hasta una salida de la sección de pared de caldera, estando configurados y adaptados el sistema de tuberías y los paneles de

25 caldera para encaminar el fluido de trabajo a través de cada uno de los paneles de caldera en una dirección común.
10. Caldera según la reivindicación 9, en la que la dirección común es

ascendente. 30
11. Caldera según la reivindicación 9, que comprende además al menos una válvula de drenaje y al menos una válvula de ventilación cada una en comunicación fluídica con el sistema de tuberías, estando configurados y adaptados el sistema de tuberías, los paneles de caldera, dicha al menos una válvula de drenaje, y dicha al menos una válvula de ventilación para drenar los paneles de caldera de fluido de trabajo.

5 12. Caldera según la reivindicación 11, en la que están previstas al menos una válvula de drenaje y dicha al menos una válvula de ventilación para cada panel de caldera.
13. Caldera según la reivindicación 9, en la que el sistema de tuberías está

10 configurado y adaptado para encaminar fluido de trabajo a través de una serie de pares de paneles de caldera individuales, y en la que los paneles de caldera individuales de cada par de paneles de caldera están en paralelo entre sí dentro del respectivo par de paneles de caldera.

15 14. Caldera según la reivindicación 13, en la que el sistema de tuberías incluye una pluralidad de tuberías de flujo descendente, estableciendo cada tubería de flujo descendente una conexión fluídica de colectores de salida superiores de un primer par de paneles de caldera a colectores de entrada inferiores de un segundo par de paneles de caldera.
15. Caldera según la reivindicación 13, en la que cada sección de pared de caldera incluye cuatro pares de paneles de caldera individuales.
16. Caldera para un receptor solar que comprende:

25 a) un tambor de caldera; b) un generador de vapor en comunicación fluídica con el tambor de caldera; c) un supercalentador en comunicación fluídica con el tambor de caldera; y d) un recalentador en comunicación fluídica con el tambor de caldera, incluyendo

30 cada uno de entre el generador de vapor, el supercalentador, y el recalentador:

i) al menos una pared de caldera, incluyendo cada pared de caldera una pluralidad de paneles de caldera dispuestos uno al lado de otro;

ii) un sistema de tuberías que conecta de manera fluídica la pluralidad de paneles de caldera juntos para encaminar un fluido de trabajo a través de dicha al menos una pared de caldera desde al menos una entrada de dicha al menos una pared de caldera hasta al menos una salida de dicha al

5 menos una pared de caldera, estando configurados y adaptados el sistema de tuberías y los paneles de caldera para encaminar el fluido de trabajo a través de cada uno de los paneles de caldera en una dirección ascendente.

10 17. Caldera según la reivindicación 16, en la que el sistema de tuberías de cada uno de entre el supercalentador y el recalentador está configurado y adaptado para encaminar fluido de trabajo a través de una serie de pares de paneles de caldera individuales, y en la que los paneles de caldera individuales de cada par de paneles de caldera están en paralelo entre sí dentro del respectivo par de paneles de caldera, e

15 incluyendo cada pared de caldera una sección que presenta cuatro pares de paneles de caldera individuales.
18. Caldera según la reivindicación 17, en la que cada uno de entre el generador de vapor, el supercalentador, y el recalentador incluye cuatro paredes de

20 caldera que rodean un interior de caldera, y en la que el generador de vapor, el supercalentador, y el recalentador están apilados en alineación entre sí.