ES2458090T3 - Espejo colector solar residencial para colectores de gran superficie y de baja concentración - Google Patents

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Abstract

Conjunto de espejo que comprende una pluralidad de elementos de espejo (10); una pluralidad de vigas de soporte dispuestas verticalmente (12); una pluralidad de barras de soporte (14) que están unidas horizontalmente a las vigas de soporte (12) de modo que forman una disposición de compartimentos de suspensión para dichos elementos de espejo; en el que cada elemento de espejo (10) comprende elementos de suspensión (22) y una tira de unión (24) para disponer cada uno de dichos elementos de espejo (10) en un compartimento de suspensión, caracterizado por que comprende una base (18) para hacer que el conjunto de espejo sea rotatorio, en el que al menos dos de dichas vigas de soporte (12) están acopladas a dicha base (18) por medio de una bisagra (16) y barras de palanca (26), en el que cada barra de palanca (26) está acoplada de manera pivotante a dicha base (18) en su primer extremo y acoplada de manera deslizante a una de dichas vigas de soporte (12) en su segundo extremo.

Description

Espejo colector solar residencial para colectores de gran superficie y de baja concentración
La invención se refiere a un conjunto de espejo que puede utilizarse como colector solar de gran superficie y como colector de baja concentración.
Se conoce un sistema para recoger y transferir calor solar utilizable, por ejemplo, por el documento US 3.905.352. En ese documento, el sistema emplea aparatos de espejo “de seguimiento solar” que se mueven por una órbita predeterminada y que comprenden preferiblemente una pluralidad de unidades de espejo separadas circunferencialmente. Cada unidad de espejo comprende preferiblemente una multiplicidad de espejos que pueden ajustarse individualmente dispuestos en bloque que reflejan en órbita rayos solares ventajosamente hacia un área de absorción de calor concentrado de un novedoso vaporizador o caldera que utiliza preferiblemente mercurio y vapor de mercurio como medio de absorción de calor, de conducción y de transferencia. Las unidades reflectoras planas en múltiples bloques están montadas sobre una plataforma giratoria o sobre un carril para girar en una secuencia sincronizada con el desplazamiento del sol y el novedoso vaporizador o caldera está montado axialmente con respecto al aparato giratorio y preferiblemente es estacionario con una disposición de obturador aislante que gira en órbita con las unidades reflectoras de espejo y que deja al descubierto, a través del control, el área de absorción de calor concentrado en la parte superior del vaporizador. En órbita, la inclinación de los reflectores de espejo planos individuales de las unidades en múltiples bloques se controla de manera sumamente eficaz mediante medios mecánicos y/o electromecánicos en respuesta al movimiento orbital de dichos bloques de espejos mediante sensores solares disponibles actualmente y posteriores. Preferiblemente, el solicitante emplea un sensor solar comercial que se utiliza para orientar una plataforma de 360 grados hacia el sol en azimut y un segundo sensor solar que se utiliza para orientar un mecanismo de elevación desde -10 grados hasta +40 grados o más en elevación. Los sensores comercialmente disponibles incluyen los controles y mecanismos de accionamiento necesarios para ajustar individualmente los espejos en órbita para reflejar de manera eficaz rayos solares hacia el área crítica del vaporizador.
El documento US 5 347 402 A da a conocer un conjunto de espejo según el preámbulo de la reivindicación 1. Puede verse un inconveniente de este diseño y de diseños similares conocidos en la técnica anterior en la alta concentración de energía solar que hace que el área que rodea el colector solar esté muy caliente, pudiendo las corrientes de convección de aire dispersar el calor al área de espejo. Otro inconveniente de estos sistemas es que los conjuntos de espejo dados a conocer en la técnica anterior son vulnerables a ráfagas de viento repentinas a pesar de que los elementos de espejo individuales estén montados por medio de un complicado sistema.
Otro inconveniente de los diseños de espejo reflectores conocidos es que estos diseños no pueden ampliarse a escala a áreas más allá de aproximadamente 300 m2 sin sufrir graves problemas estructurales y de control. Otro inconveniente más de los sistemas de la técnica anterior es que se utilizan piezas realizadas a medida que pueden ser difíciles y costosas de fabricar.
Existe por tanto en la técnica anterior la necesidad de un conjunto de espejo mejorado que sea sencillo de fabricar, indiferente a las influencias ambientales, tales como viento o lluvia y que pueda dimensionarse en gran medida.
La presente invención por tanto se refiere a un conjunto de espejo que comprende una pluralidad de elementos de espejo; una pluralidad de vigas de soporte dispuestas verticalmente; una pluralidad de barras de soporte que están unidas horizontalmente a las vigas de soporte de modo que forman una disposición de compartimentos de suspensión para dichos elementos de espejo; en el que cada elemento de espejo comprende elementos de suspensión y una tira de unión para disponer cada uno de dichos elementos de espejo en un compartimento de suspensión, caracterizado porque comprende una base para hacer que el conjunto de espejo sea rotatorio, en el que al menos dos de dichas vigas de soporte están acopladas a dicha base por medio de una bisagra y barras de palanca, en el que cada barra de palanca está acoplada de manera pivotante a dicha base en su primer extremo y está acoplada de manera deslizante a una de dichas vigas de soporte en su segundo extremo.
Preferiblemente, cada elemento de espejo tiene dichos elementos de suspensión dispuestos en un primer extremo del mismo para suspender dicho elemento de espejo de una primera barra de soporte.
Además, cada elemento de espejo puede tener dicha tira de unión dispuesta en un segundo extremo del mismo, estando el segundo extremo dispuesto preferiblemente de manera opuesta al primer extremo, para unir dicho elemento de espejo a una segunda barra de soporte adyacente a la primera barra de soporte. Por tanto, cada elemento de espejo que está unido de manera flexible a las barras de soporte horizontales puede oscilar individualmente en reacción con, por ejemplo, una ráfaga de viento repentina, evitando así una alta carga estructural sobre todo el conjunto. Otra ventaja de la presente invención es que pueden utilizarse piezas estructurales y mecánicas disponibles convencionalmente, lo que da como resultado un proceso de fabricación sencillo y económico.
Todos los elementos de espejo son preferiblemente planos.
Además, cada barra de palanca está acoplada preferiblemente de manera deslizante y de manera pivotante a una
de dichas vigas de soporte por medio de una corredera y una articulación giratoria unida a dicha corredera y a dicho segundo extremo opuesto de dicha barra de palanca. Cada barra de palanca puede estar acoplada de manera pivotante a dicha base por medio de una articulación giratoria unida a dicho primer extremo de dicha barra de palanca y acoplada a un tornillo de transmisión de potencia.
Además, los tornillos de transmisión de potencia pueden estar acoplados a un árbol equipado con engranajes helicoidales que pueden hacerse funcionar mediante motores para hacer que los tornillos de transmisión de potencia puedan hacerse funcionar conjuntamente. Dichos engranajes helicoidales están diseñados para bloquear el movimiento procedente del viento sin traspasarlo a los motores. Dichos engranajes pueden estar equipados con frenos, que pueden utilizarse, por ejemplo de noche, para amortiguar las vibraciones del sistema y proporcionar una larga vida a los engranajes.
Detalles adicionales de la presente invención y ventajas alcanzadas mediante la misma resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de realizaciones preferidas.
La figura 1a muestra un conjunto de espejo según una primera realización de la presente invención.
La figura 1b muestra a la derecha un conjunto de espejo según la presente invención y una segunda realización a la izquierda sobre un tejado que no forma parte de esta invención.
La figura 2 muestra una vista en perspectiva del conjunto de espejo según la primera realización.
La figura 3 muestra un elemento de espejo que forma parte de un conjunto de espejo según la presente invención.
La figura 4 muestra otra vista en perspectiva de un conjunto de espejo según la primera realización de la presente invención.
La figura 5 muestra una corredera y una articulación en una viga de soporte vertical que forma parte del conjunto de espejo según la primera realización de la presente invención.
La figura 6 muestra una viga de soporte dispuesta verticalmente que está unida mediante bisagra a una base.
La figura 7 muestra un elemento de base rotatorio.
La figura 8 muestra un conjunto de espejo que no forma parte de la presente invención.
La figura 9 muestra dicho conjunto de espejo de la figura 8 en más detalle.
La figura 10 muestra un sujetacables dispuesto en una esquina del conjunto de espejo de la figura 8.
La figura 11 muestra poleas inferiores e intermedias del conjunto de espejo de la figura 8.
La figura 12 muestra poleas superiores del conjunto de espejo de la figura 8.
La figura 13 muestra varios conjuntos de espejo según la figura 8 dispuestos uno al lado de otro.
En la figura 1a se muestran dos conjuntos de espejo según la primera realización de la presente invención, de los que uno está instalado en el suelo y el otro está instalado en el tejado de una construcción para proporcionar sombra a la pared sur y al techo, respectivamente. En la figura 1b, dicho segundo conjunto de espejo en el tejado se ha cambiado por un conjunto de espejo según una segunda realización que no forma parte de esta invención.
Según la primera realización, el conjunto de espejo 100 tal como se muestra en la figura 2 comprende una disposición de elementos de espejo 10. Unas vigas de soporte dispuestas verticalmente 12 y unas barras de soporte dispuestas horizontalmente 14, que están unidas a las vigas de soporte, forman una estructura 102 en forma de disposición de compartimentos de suspensión para dichos elementos de espejo 10. Por tanto, la pluralidad de elementos de espejo planos 10 del conjunto de espejo 100 forma una gran área de espejo, sustancialmente plana.
Dichas vigas de soporte dispuestas verticalmente 12 están acopladas a una base 18 del conjunto de espejo por medio de una bisagra 16. Dicha base 18 comprende un elemento de base rotatorio 20 alrededor del cual puede rotar el conjunto de espejo alrededor de un eje en ángulo recto con respecto al suelo sobre el que está colocado el conjunto de espejo 100.
En la figura 3 se muestra un primer plano de un elemento de espejo suspendido 10. Dicho elemento de espejo 10 está suspendido desde una primera barra de soporte superior por medio de dos elementos de suspensión 22 en forma de ganchos o pinzas. Dichos elementos de suspensión 22 están dispuestos en un primer extremo superior del elemento de espejo 10. El segundo extremo opuesto, inferior, del elemento de espejo 10 está unido a una barra de soporte adyacente, inferior, por medio de una tira de unión 24. Dicha tira de unión 24 está hecha de un material elástico para permitir que cada espejo 10 oscile de un lado a otro en caso de fuertes vientos, lluvia e influencias ambientales similares.
La figura 4 muestra una vista posterior del conjunto de espejo 100 según la primera realización. Tal como puede observarse en la figura 4, la estructura superior 102 del conjunto de espejo 100 definida por vigas de soporte dispuestas verticalmente 12 y barras de soporte dispuestas horizontalmente 14 se sostiene en posición por medio de barras de palanca 26. Cada barra de palanca 26 está acoplada a una viga de soporte 12 por medio de una corredera 28 dispuesta en un carril guía formado en cada viga de soporte 12 y una articulación giratoria 30 unida a dicha corredera 28 y al extremo superior de dicha barra 26. Esta configuración se muestra en la figura 5.
El extremo inferior de cada barra de palanca 26 está unido a la base 18 por medio de otra articulación giratoria 32, tal como se muestra en la figura 6. Además, dicha barra de palanca 26 se sostiene mediante un brazo 34 para proporcionar estabilidad adicional. Dicha articulación giratoria 32 unida al extremo inferior de cada brazo de palanca 26 está acoplada a un tornillo de transmisión de potencia 36. Los tornillos de transmisión de potencia 36 del conjunto de espejo pueden hacerse funcionar conjuntamente por medio de un árbol equipado con engranajes helicoidales (no mostrado) que pueden hacerse funcionar mediante un motor o motores con el fin de subir o bajar la estructura superior 102 formada por vigas de soporte 12 y barras de soporte 14 alrededor de la bisagra 16. Se utilizan engranajes helicoidales para bloquear el movimiento procedente de, por ejemplo, ráfagas de viento repentinas sin transferir el movimiento a los motores de movimiento.
Para permitir que el conjunto de espejo gire alrededor de un eje virtual en ángulo recto con respecto al suelo sobre el que está colocado dicho conjunto de espejo, dicho conjunto de espejo descansa sobre el elemento de base rotatorio 20, tal como se muestra en la figura 7.
En la figura 8 se muestra una configuración básica de un conjunto de espejo que no pertenece a la presente invención. Una disposición de elementos de espejo planos 10 está dispuesta de manera flexible entre vigas de soporte verticales 12 y barras de soporte horizontales 14, tal como se ha descrito anteriormente por medio de elementos de suspensión 22 y tiras de unión 24. Dicha estructura 102 está suspendida, a su vez, de cuatro postes 38, estando cada uno dispuesto en una esquina de la estructura 102 de conjunto de espejo 100. La estructura 102 formada por vigas de soporte 12 y barras de soporte 14, está suspendida de dichos postes 38 por medio de cables 40, 42, estando guiados dichos cables 40, 42 mediante poleas inferiores, intermedias y superiores 44, 46 y 48. En las figuras 9 a 12 se muestran detalles relativos a estos postes 38 y poleas 44, 46 y 48.
Cada cable superior 40 está acoplado y guiado mediante un sujetacables 50 montado en una esquina de la estructura 102. Dicho cable 40 llega hasta la polea superior 48 desde la que discurre en paralelo al poste bajando hasta la polea inferior 44. En o cerca de la polea inferior 44, dicho cable 40 está acoplado a un motor (no mostrado) con el fin de recoger o soltar dicho cable 40. De manera similar, el cable 42 está acoplado al sujetacables 50 desde abajo y está guiado mediante la polea intermedia 46. El cable 42 está acoplado a otro motor (no mostrado) con el fin de recoger o soltar dicho segundo cable 42.
Ajustando las respectivas longitudes de los cables 40, 42 es posible, por tanto, definir la altura de cada una de las cuatro esquinas de la estructura 102 del conjunto de espejo 100. De este modo es posible disponer de manera flexible dicha disposición plana de elementos de espejo 10 con respecto a dos ejes ortogonales.
La figura 13 muestra una posible disposición, en la que cuatro estructuras 102 están dispuestas y suspendidas de postes 38. Por tanto es posible utilizar la segunda realización para configurar una superficie de espejo con libertad de configuración y dimensionamiento.
El alcance de protección se determinará por las reivindicaciones adjuntas, utilizándose la descripción y los dibujos para interpretar las reivindicaciones.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Conjunto de espejo que comprende
    una pluralidad de elementos de espejo (10);
    una pluralidad de vigas de soporte dispuestas verticalmente (12);
    5 una pluralidad de barras de soporte (14) que están unidas horizontalmente a las vigas de soporte (12) de modo que forman una disposición de compartimentos de suspensión para dichos elementos de espejo;
    en el que cada elemento de espejo (10) comprende elementos de suspensión (22) y una tira de unión (24) para disponer cada uno de dichos elementos de espejo (10) en un compartimento de suspensión, caracterizado por que comprende una base (18) para hacer que el conjunto de espejo sea rotatorio, en el
    10 que al menos dos de dichas vigas de soporte (12) están acopladas a dicha base (18) por medio de una bisagra (16) y barras de palanca (26), en el que cada barra de palanca (26) está acoplada de manera pivotante a dicha base (18) en su primer extremo y acoplada de manera deslizante a una de dichas vigas de soporte (12) en su segundo extremo.
  2. 2. Conjunto de espejo según la reivindicación 1, en el que cada elemento de espejo tiene dichos elementos de
    15 suspensión (22) dispuestos en un primer extremo del mismo para suspender dicho elemento de espejo (10) de una primera barra de soporte (14).
  3. 3. Conjunto de espejo según la reivindicación 1 ó 2, en el que cada elemento de espejo (10) tiene dicha tira de unión (24) dispuesta en un segundo extremo del mismo para unir dicho elemento de espejo (10) a una segunda barra de soporte (14) adyacente a la primera barra de soporte (14).
    20 4. Conjunto de espejo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que todos los elementos de espejo
    (10) son planos.
  4. 5. Conjunto de espejo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que cada barra de palanca (26) está acoplada de manera deslizante y pivotante a una de dichas vigas de soporte (12) por medio de una corredera (28) y una articulación giratoria (30) unida a dicha corredera y a dicho segundo extremo de dicha
    25 barra de palanca (26).
  5. 6. Conjunto de espejo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que cada barra de palanca (26) está acoplada de manera pivotante a dicha base (18) por medio de una articulación giratoria (32) unida a dicho primer extremo de dicha barra de palanca (26), en el que dicha articulación giratoria (32) está acoplada a un tornillo de transmisión de potencia (36).
    30 7. Conjunto de espejo según la reivindicación 6, en el que los tornillos de transmisión de potencia (36) están acoplados a un árbol equipado con engranajes helicoidales para hacer que los tornillos de transmisión de potencia (36) puedan hacerse funcionar conjuntamente.
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