ES2565488T3 - Absorbedor para receptor solar y receptor solar que comprende al menos un absorbedor de este tipo - Google Patents

Absorbedor para receptor solar y receptor solar que comprende al menos un absorbedor de este tipo Download PDF

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ES2565488T3 ES11725728.7T ES11725728T ES2565488T3 ES 2565488 T3 ES2565488 T3 ES 2565488T3 ES 11725728 T ES11725728 T ES 11725728T ES 2565488 T3 ES2565488 T3 ES 2565488T3
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Abstract

Absorbedor para receptor solar (R1, R2, R3, R4) de central solar de torre que comprende una cubierta (8) de la que al menos una pared (9) está destinada a iluminarse, un núcleo (12) rodeado al menos en parte por la cubierta (8) y al menos un tubo (10) que atraviesa el núcleo (12) y que se extiende sensiblemente en una dirección paralela a la pared (9) destinada a iluminarse, estando dicho tubo (10) destinado a la circulación de un fluido que va a calentarse, caracterizado porque el núcleo es de al menos un material que presenta un coeficiente de conductividad térmica superior o igual a 100 W.m-1.K-1 dado a la temperatura ambiente.

Description

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DESCRIPCION
Absorbedor para receptor solar y receptor solar que comprende al menos un absorbedor de este tipo Campo tecnico y tecnica anterior
La presente invencion se refiere a un absorbedor para receptor solar, a un receptor solar que comprende al menos un absorbedor de este tipo y a una central solar de concentracion que comprende al menos un receptor de este tipo, mas particularmente a una central solar de torre.
La tecnologia solar termica de concentracion consiste en usar la radiacion solar para calentar un fluido caloportador que sirve como fuente caliente en un ciclo termodinamico. La concentracion permite alcanzar temperaturas mas o menos elevadas y asi beneficiarse de rendimientos de conversion termodinamicos mas o menos importantes.
Normalmente existen cuatro familias de sistemas solares de concentracion (Concentrating Solar Power (CSP) en ingles) los colectores cilindro-parabolicos con foco lineal (los concentradores lineales de Fresnel), los sistemas de torre con receptor central y las parabolas con foco movil.
Una central solar de torre comprende concretamente un receptor solar que recibe la radiacion solar transmitida por espejos denominados heliostatos. El receptor solar es la sede de la conversion de la radiacion solar en calor sensible. Forma un intercambiador termico en el que el aporte de calor se realiza exclusivamente en forma de radiacion absorbida por una pared y despues difundido mediante conduccion en la estructura interna del intercambiador. El fluido de transferencia, o caloportador, circula en la estructura interna y se calienta mediante intercambio por conveccion.
El receptor solar se somete a condiciones de funcionamiento muy intensas. En efecto, se somete a una temperatura de servicio elevada, a gradientes termicos a traves de su estructura interna asociados a la transferencia por conduccion de un flujo de calor elevado, y a rapidas variaciones de temperatura de grandes amplitudes, concretamente durante pasos de nubes.
De manera frecuente, una estructura de receptor comprende una pluralidad de tubos yuxtapuestos en los que circula el fluido de transferencia, recibiendo una parte de la superficie de esos tubos la radiacion solar con tubos yuxtapuestos. Esta tecnica esta particularmente adaptada en el caso en el que el fluido de transferencia es un liquido, tal como agua liquida, aceite o sales fundidas. En cambio, en el caso de gases, tales como vapor de agua o aire, el coeficiente de intercambio en la pared disminuye, la iluminacion de una cara de los tubos por el flujo solar elevado conlleva una diferencia de temperatura importante entre la cara iluminada y la cara trasera, por tanto se producen deformaciones que pueden conducir a la rotura de tubos.
Con el fin de evitar la aparicion de una diferencia de temperatura importante entre la cara sometida a la radiacion solar y la cara que no se somete a la misma, se han propuesto receptores de absorbedor volumetrico. Un ejemplo de un receptor de este tipo se describe en el documento 'The “Porcupine”: A Novel High-Flux Absorber For Volumetric Solar Receiver”, J. Karni, A. Kribus, R. Rubin, P. Doron, en J. Solar Energy Engineering, 1998, Vol.120 / 85-95. Este receptor comprende un bosque de agujas cuyos ejes estan sensiblemente alineados con la radiacion luminosa y un fluido de transferencia circula en la proximidad de estas agujas calentadas, lo cual provoca su calentamiento. Este tipo de receptor ofrece una gran eficacia de transferencia, en cambio tiene un diseno complejo, un coste elevado y no se ha sometido a prueba en aplicaciones industriales a gran escala.
El documento US 2008/011290 A1, un absorbedor para recepcion solar de central solar de torre segun el preambulo de la reivindicacion 1.
Por consiguiente, un objetivo de la presente invencion es ofrecer un absorbedor para receptor solar que presente un pequeno gradiente termico en el interior de su estructura y adecuado para gestionar variaciones bruscas de las condiciones de iluminacion por la radiacion solar.
Exposicion de la invencion
El objetivo mencionado anteriormente se logra mediante un absorbedor para receptor solar que comprende una pluralidad de tubos en los que circula un gas de transferencia, una cubierta rigida y un nucleo de un material con buena conductividad termica y en el que se integran los tubos.
La cubierta garantiza el mantenimiento mecanico de los tubos y el nucleo garantiza la transferencia termica por conduccion y un almacenamiento del calor, permitiendo reducir los efectos de una variacion brusca de la temperatura. En efecto, durante el paso de una nube, debido a la inercia termica del nucleo, la temperatura en el interior del absorbedor baja progresivamente y de manera relativamente lenta, lo que limita las tensiones aplicadas a los tubos. La inercia termica del material tambien desempena un papel durante la desaparicion de la nube, ya que evita un aumento demasiado brusco de la temperatura. Por otro lado, debido a su buena conductividad termica, el
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material restituye de manera homogenea el calor almacenado. Ademas, garantiza un pequeno gradiente termico en el interior del absorbedor.
La variacion progresiva y lenta de la temperatura tambien permite proteger los elementos aguas abajo del receptor, que de hecho tambien se someten a variaciones de temperatura. Ademas, gracias a la invencion, los sistemas de regulacion de los modulos de conversion termodinamica de las centrales solares de concentracion pueden simplificarse, ya que se suavizan las variaciones de temperatura del fluido en la salida del absorbedor.
En otras palabras, se integran tubos de fluido de transferencia en un material adecuado para gestionar las rapidas variaciones de las condiciones de iluminacion.
Esta matriz desempena el papel de disipador de flujo de calor, asi como de almacenamiento termico de corta duracion.
En un ejemplo ventajoso, tambien es posible integrar en el absorbedor un sistema de almacenamiento complementario para obtener un almacenamiento termico de calor mas importante, y de ese modo ralentizar adicionalmente la velocidad de disminucion de la temperatura durante la desaparicion del flujo solar. Por ejemplo, puede consistir en una base de material similar al nucleo que se situa en la cara trasera de la cara destinada a recibir el flujo solar. Dicha base de material puede corresponder a mas del 10%, el 20% e incluso el 50% en masa de material que forma el nucleo complementario. Se entiende que dicha base no se atraviesa por los tubos.
La presente invencion tiene entonces como objeto un absorbedor para receptor solar de central solar de torre que comprende una cubierta de la que al menos una pared esta destinada a iluminarse, un nucleo de al menos un material con buena conductividad termica rodeado al menos en parte por la cubierta y al menos un tubo que atraviesa el nucleo y que se extiende sensiblemente en una direccion paralela a la pared destinada a iluminarse, estando dicho tubo destinado a la circulacion de un fluido que va a calentarse. Segun la invencion, el al menos un material del nucleo presenta un coeficiente de conductividad termica superior o igual a 100 W.m'1.K'1 dado a la temperatura ambiente.
El nucleo es de un material solido y opaco, a la temperatura ambiente y a las temperaturas de funcionamiento del absorbedor.
El calor que se transfiere al fluido a traves de la cubierta, despues el nucleo y despues la pared del tubo, permite el uso de un fluido a presion, por ejemplo superior a 5 bar en caliente en los tubos, lo cual no permiten los dispositivos en los que los tubos son transparentes y el fluido se calienta directamente por el flujo luminoso que impacta sobre los tubos.
El absorbedor segun la invencion comprende ventajosamente una pluralidad de tubos que se extienden sensiblemente en una direccion paralela a la pared destinada a iluminarse. Los tubos se distribuyen preferiblemente en varias capas, comprendiendo cada capa varios tubos, estando las capas superpuestas a lo largo de una direccion sensiblemente normal a la pared destinada a iluminarse.
En una variante de realizacion, el absorbedor segun la presente invencion comprende una parte complementaria de un material adecuado para almacenar calor en contacto con el nucleo, no atravesandose dicha parte complementaria por tubos. La parte complementaria esta dispuesta por ejemplo de manera opuesta a la pared destinada a iluminarse con respecto al nucleo. La parte complementaria puede formar una sola pieza con el nucleo, o formar un deposito que contiene un material de cambio de fase o un metal fundido. El deposito puede estar formado, por ejemplo, por material poroso impregnado con un material de cambio de fase.
Preferiblemente, la cubierta y los tubos son de un mismo material, y son por ejemplo de acero inoxidable o de material refractario y el nucleo es de cobre, de aleacion de wolframio o aleacion de niquel.
El absorbedor segun la presente invencion puede realizarse mediante soldadura por difusion, ventajosamente mediante compresion isostatica en caliente.
La presente invencion tambien tiene como objeto un receptor solar de central solar de torre que comprende al menos un absorbedor segun la presente invencion, un colector de entrada que distribuye el fluido en el absorbedor y un colector de salida.
En un modo particularmente ventajoso, el receptor comprende una pluralidad de absorbedores dispuestos uno al lado de otro formando un pavimento, estando previsto un juego suficiente entre los absorbedores adyacentes de manera que se evita un contacto entre los absorbedores en caso de dilatacion, comprendiendo cada absorbedor ademas su propio circuito de fluido en el que esta destinado a circular un fluido destinado a calentarse por el flujo solar, estando los circuitos de fluido de los absorbedores conectados entre si.
La red de fluido de cada absorbedor comprende una entrada de alimentacion y una salida de evacuacion del fluido,
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desembocando dichas entradas y salidas preferiblemente en una cara del absorbedor opuesta a la cara destinada a iluminarse.
La presente invencion tambien tiene como objeto una central solar de torre que comprende una torre, al menos un receptor de la presente invencion, montado sobre dicha torre, estando el al menos un tubo del receptor conectado en la entrada a una alimentacion de fluido y en la salida a un sistema que usa el fluido calentado, al menos un heliostato orientado hacia el receptor.
El fluido calentado puede ser un gas, por ejemplo aire y el sistema que usa el gas calentado es una turbina de gas. Breve descripcion de los dibujos
La presente invencion se comprendera mejor con ayuda de la siguiente descripcion y de los dibujos adjuntos en los que:
- la figura 1A es una vista en perspectiva de un receptor segun la invencion segun un primer modo de realizacion,
- la figura 1B es una vista de detalle de la figura 1 A,
- la figura 2A es una vista en seccion transversal de un ejemplo de realizacion de un absorbedor de un receptor solar segun la presente invencion,
- la figura 2B es una vista en seccion transversal de una variante de la figura 2A,
- la figura 2C es una vista en perspectiva de un absorbedor segun la presente invencion que comprende tres capas de tres tubos,
- la figura 2D es una vista en perspectiva de otra variante de realizacion de un absorbedor segun la presente invencion,
- la figura 3 es una vista en seccion transversal de otro ejemplo de realizacion de un absorbedor segun la presente invencion que comprende una zona de almacenamiento termico complementaria,
- las figuras 4A y 4B son vistas en seccion transversal de variantes de realizacion de un absorbedor segun la presente invencion que ponen en practica materiales de cambio de fase,
- la figura 5A es una vista lateral de un absorbedor segun la presente invencion durante su ensamblaje mediante soldadura por difusion,
- la figura 5B es una vista en seccion transversal segun el plano A-A del absorbedor de la figura 5A,
- la figura 5C es una vista en seccion longitudinal segun el plano B-B del absorbedor de la figura 5A,
- la figura 6 es una representacion grafica de la evolucion de la temperatura medida en el interior del absorbedor de la figura 2C,
- la figura 7 es una representacion grafica de la evolucion de la temperatura modelizada en un absorbedor del tipo de aquel de la figura 3 y en un absorbedor del tipo de aquel de la figura 2C,
- la figura 8 es una representacion esquematica de una central solar segun la presente invencion,
- la figura 9 es una representacion esquematica de un segundo modo de realizacion de un receptor segun la presente invencion en el que se superpone el mapa de flujo solar,
- la figura 10 es una representacion esquematica de otro ejemplo de realizacion de un receptor segun el segundo modo de realizacion,
- las figuras 11A y 11B son vistas en perspectiva esquematicas de la cara delantera y de la cara trasera respectivamente de una realizacion practica del receptor de la figura 10,
- las figuras 12, 13 y 14 son representaciones esquematicas de diferentes modos de conexion entre absorbedores de un receptor segun el segundo modo de realizacion,
- la figura 15 es una representacion esquematica de otro ejemplo de realizacion de un receptor modular segun el segundo modo de realizacion,
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- la figura 16 es una representacion grafica de la evolucion de la temperatura en °C del fluido y de la pared del absorbedor destinada a iluminarse en el caso en el que el fluido frio alimenta los absorbedores situados en una zona de alto flujo, y los absorbedores situados en una zona de bajo flujo se alimentan con el fluido que sale de los absorbedores situados en la zona de alto flujo.
Exposicion detallada de modos de realizacion particulares
El absorbedor segun la presente invencion esta particularmente adaptado para el calentamiento de gas, no obstante tambien permite el calentamiento de liquido. Por consiguiente, en la siguiente descripcion el gas o el liquido se denominaran “fluido”.
En las figuras 1A y 1B puede verse una representacion esquematica de un receptor R1 solar segun la presente invencion que comprende un absorbedor 4 solar segun la presente invencion del cual puede verse un ejemplo mas particularmente en la figura 2A.
El receptor comprende un colector 5 de entrada que distribuye el fluido en el absorbedor 4, y un colector 7 de fluido en la salida del absorbedor 4. El absorbedor 4 es el lugar del intercambio termico entre el flujo solar concentrado que impacta sobre una de sus caras y el fluido que circula en el interior de canales 10 colocados en un nucleo 12 del absorbedor 4. Los tubos 10 y el nucleo 12 estan cubiertos por una aleacion que forma una cubierta 8 resistente a la alta temperatura de pared impuesta por el impacto del flujo solar. En la figura 1B, puede verse en detalle la entrada del absorbedor 4, representandose la cubierta 8 de manera transparente.
En la figura 2A puede verse una vista en seccion de un absorbedor 4 segun la presente invencion. En el ejemplo representado, tiene sensiblemente una forma paralelepipedica de eje longitudinal X, representandose este eje en la figura 2C y en las figuras 5A a 5C.
El absorbedor puede tener cualquier forma, no obstante es preferible que comprenda al menos una superficie sensiblemente plana para recibir de manera optima el flujo solar.
El absorbedor comprende una cara 6 destinada a recibir la radiacion solar reflejada por heliostatos (no representados), la radiacion solar se esquematiza por el sol. No obstante, debe observarse que generalmente la cara 6 no esta iluminada directamente por el sol o al menos no principalmente.
En la figura 8, puede verse una representacion esquematica de una central solar segun la invencion que comprende heliostatos 24 orientados hacia el receptor R1 montado en la cima de una torre 22. La trayectoria real del flujo solar F se reenvia y concentra mediante los heliostatos 24 hacia el receptor R1.
Tal como se describio anteriormente, el absorbedor comprende una cubierta 8 de forma paralelepipedica de la que una pared 9 porta la cara 6 destinada a iluminarse, tubos 10 que se extienden a lo largo del eje X y un nucleo 12 que rellena la cubierta 8 y atravesado por los tubos 10. El nucleo 12 se realiza de un material que ofrece una buena conductividad termica.
El nucleo 12 garantiza una funcion de almacenamiento termico, variando la duracion de este almacenamiento en funcion de la inercia del material del nucleo. Ademas, se elige un material con un alto coeficiente de conduccion termica que garantiza una temperatura homogenea del nucleo. Esta temperatura homogenea garantiza que el absorbedor experimenta pocas solicitaciones termomecanicas en el grosor. El coeficiente de conduccion termica es superior o igual a 100 W.m-1.K-1, este valor esta dado para la temperatura ambiente.
El nucleo es de un material solido y opaco, a la temperatura ambiente y a las temperaturas de funcionamiento del absorbedor, lo que garantiza un contacto permanente entre el nucleo y los tubos y garantiza una homogeneidad de temperatura alrededor de los tubos.
El nucleo comprende al menos un metal o una aleacion a base de metal, preferiblemente un metal o una aleacion de metales a base de cobre y/o de aluminio.
Como variante, el nucleo puede realizarse de magnesio, de plata, de oro, de zinc, de wolframio.
Las aleaciones pueden ser laton, bronce, aleaciones de Al/Si y Al/Cu, Monel (70Ni-30Cu), materiales compuestos a base de cobre con sistemas dispersos de alumina (Glidcop).
En el ejemplo representado, los tubos estan distribuidos en varias capas c1, c2, c3 paralelas a la cara 6 destinada a iluminarse. Los tubos en el interior de cada capa estan dispuestos unos al lado de los otros de manera sensiblemente paralela.
En el ejemplo representado, los tubos de las diferentes capas estan alineados en columnas. Alternativamente, las capas pueden disponerse al tresbolillo.
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La cubierta 8 esta prevista para garantizar un mantenimiento mecanico del absorbedor. Se realiza entonces de un material adecuado para soportar temperaturas elevadas, en particular su pared que soporta la cara 6 destinada a iluminarse, ya que se somete a la radiacion solar. La cubierta resistente a alta temperatura forma una proteccion para el nucleo cuyos materiales de alta conductividad podrian danarse al contacto con el aire a alta temperatura, por ejemplo podrian experimentar una oxidacion muy grande y dano.
Como variante, puede considerarse realizar la cubierta de varios materiales. Por ejemplo, puede usarse una aleacion “de alta temperatura” para la cara expuesta y aleaciones menos resistentes en otras partes para las demas caras.
Los tubos 10 tambien estan destinados a resistir altas temperaturas y la oxidacion ya que transportan un fluido a alta temperatura. Preferiblemente, se elige el mismo material para la cubierta y para los tubos, lo cual simplifica la fabricacion.
Para temperaturas inferiores a 700°C, la cubierta y los tubos pueden realizarse de acero inoxidable. Para temperaturas superiores, pueden usarse materiales refractarios o aleaciones a base de niquel. Entre estos materiales, pueden mencionarse de manera no limitativa Inconel 600®, Inconel 800®, Inconel 617®, Haynes 230®, Haynes 120®.
En el ejemplo de la figura 2A, los tubos tienen secciones circulares, no obstante esta forma no es en ningun caso limitativa. Ademas, los tubos no son necesariamente identicos.
En la figura 2B, el absorbedor 4.1 comprende tubos 10.1 de seccion rectangular y tubos 10.2 de seccion cuadrada. De manera ventajosa, los tubos de seccion rectangular estan dispuestos de manera que su dimension mayor es normal a la cara 6 destinada a iluminarse, los intercambios termicos se mejoran ya que se aumenta la superficie de intercambio entre el nucleo y los tubos y se aumenta la compacidad.
Los tubos pueden ser rectos, presentar ondulaciones o multiples escalones. En este ultimo caso, por ejemplo un tubo puede tener una parte situada en la parte inferior y una parte en la parte del absorbedor en la representacion de las figuras 1A y 1B, y acodamientos para conectar estas dos partes.
En la figura 2C, puede verse una vista en perspectiva de otro ejemplo de absorbedor 4.2 que comprende tres capas de tres tubos 10. En el ejemplo representado, la cubierta 8 comprende extremos longitudinales mas gruesos, por ejemplo esto se obtiene mecanizando la parte central de la cubierta 8. Esta caracteristica presenta las ventajas de disponer de suficiente material como para poder soldar los colectores a nivel de los extremos, y de tener una mejor transferencia del flujo de calor en la parte central de la cubierta. En efecto, la cubierta ofrece una conductividad termica mas baja que la del nucleo 12 y constituye por tanto una barrera frente a la transferencia termica. Haciendola mas delgada, esta barrera se reduce.
En la figura 2D, puede verse una variante de realizacion del absorbedor 4.3 de la figura 2C, en el que la entrada y la salida de cada tubo 10 desemboca en la cara 7 opuesta a la cara 6 destinada a iluminarse, y no en las caras de extremo. Los tubos 10 comprenden entonces una parte recta y dos acodamientos a nivel de los extremos longitudinales.
Tambien se representan colectores 16 de alimentacion y de evacuacion, estos estan destinados a conectarse a las entradas y salidas de los tubos respectivamente. Esta variante presenta la ventaja de optimizar la superficie sometida al flujo solar y evita que las conexiones de fluido se sometan directamente al flujo solar.
En la figura 6, puede verse una representacion grafica de la evolucion de la temperatura T en °C en el interior de un absorbedor de las figuras 2C y 5B en funcion del tiempo t en segundos.
La curva CI representa la evolucion de la temperatura del fluido en la salida del absorbedor, para una temperatura de entrada de 20°C.
La curva CII representa la evolucion de la temperatura de la pared 9 de la cubierta que porta la cara 6 en la entrada del absorbedor
La curva CIII representa la evolucion de la temperatura de la pared 9 en el centro del absorbedor.
La curva CIV representa la evolucion de la temperatura de la pared 9 de la cubierta en la salida del absorbedor.
Aproximadamente a t = 250 s, la cara 6 destinada a iluminarse ya no se ilumina, por ejemplo debido al paso de una nube. El paso de un estado iluminado a un estado no iluminado es muy rapido. Ahora bien, gracias a la invencion, las temperaturas no disminuyen bruscamente, sino que disminuyen progresivamente. En particular, la temperatura del gas, gracias a la presencia del nucleo, disminuye de manera muy progresiva, lo cual permite reducir los choques
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termicos en el interior del absorbedor y en los elementos aguas abajo. Se constata que hacen falta aproximadamente 300 segundos para evacuar el calor almacenado en el absorbedor.
El absorbedor de la figura 2C cuyas medidas de temperatura se representan en la figura 6 presenta las siguientes caracteristicas:
- tiene forma paralelepipedica de 800 mm de longitud, de 50 mm de ancho y de 50 mm de altura,
- la cubierta es de acero inoxidable 316L,
- el nucleo es de cobre puro,
- los tubos estan en un numero de 9 de acero inoxidable 316L, tienen un diametro interno de 8 mm y externo de 10 mm, insertados en el nucleo,
- el conjunto se suelda mediante compresion isostatica en caliente.
En la figura 3, puede verse otro ejemplo de realizacion de un absorbedor 104 segun la presente invencion que comprende una masa 14 de material complementaria no atravesada por tubos.
Preferiblemente, la masa 14 termica complementaria esta dispuesta de manera opuesta a la cara 6 destinada a iluminarse con respecto a los tubos 12, de este modo no se interpone entre el flujo solar y los tubos. Como variante puede considerarse disponer esta masa entre los tubos y la cara destinada a iluminarse.
En el ejemplo representado en la figura 3, esta masa termica complementaria forma una sola pieza con el nucleo, el flujo termico es entonces continuo entre el nucleo y la masa 14 termica complementaria. Puede preverse conectarla al nucleo mediante soldadura, preferiblemente mediante soldadura por difusion en compresion isostatica en caliente (CIC), mediante adhesion o mediante medios mecanicos.
Esta masa 14 termica complementaria permite almacenar mas calor, aumentando asi la inercia del absorbedor 104. Las dimensiones de la masa 14 termica complementaria se adaptan en funcion de la duracion de almacenamiento deseada o del nivel de suavizado de la temperatura buscado. En efecto, cuanto mas importante es la masa 14, mas importante es el calor que puede liberarse en caso de paso de una nube, lo cual permite ralentizar adicionalmente la disminucion de la temperatura en el interior del absorbedor. Se entiende bien que las dimensiones de la masa termica complementaria tambien se eligen en funcion del volumen maximo ocupado deseado.
En la figura 7, puede verse una modelizacion de la evolucion de la temperatura T en °C del fluido en la salida del absorbedor 104 en funcion del tiempo t en s en el caso de un absorbedor segun la figura 2C (en trazo continuo) y de un absorbedor segun la figura 3 (en trazo discontinuo). Se observa que el efecto de ralentizacion de la disminucion de la temperatura se amplifica adicionalmente por la presencia de esta masa 14 termica complementaria, ya que la temperatura disminuye aproximadamente dos veces menos rapido gracias a la presencia de la masa 14 termica complementaria.
La temperatura de 300°C hacia la que tienden los fluidos corresponde a la temperatura de entrada del fluido en el absorbedor.
La modelizacion de la figura 7 se realizo considerando una masa 14 termica complementaria con un grosor de 30 mm, lo cual corresponde a duplicar la masa de cobre.
Por consiguiente, eligiendo las dimensiones de la masa 14 termica complementaria, es posible modificar de manera sencilla las caracteristicas termicas del absorbedor.
En la figura 4A puede verse un ejemplo de realizacion del absorbedor 104 segun la presente invencion en el que la masa 14.1 termica complementaria esta formada por un material de cambio de fase confinado entre el nucleo y la cubierta. El material de cambio de fase puede ser aluminio u otro metal fundido, por ejemplo Ag o Sn o una sal fundida (nitrato), cuya temperatura de cambio de fase esta adaptada a la temperatura de salida del fluido.
El absorbedor comprende entonces un deposito 18.1 anadido al nucleo de manera opuesta a la cara 6 destinada a iluminarse lleno de un material 20.1 de cambio de fase. Este deposito esta destinado a confinar el material 20.1 de cambio de fase cuando pasa al estado liquido.
En este ejemplo de realizacion, el almacenamiento termico se realiza en forma de calor sensible y latente.
En la figura 4B, puede verse una variante de realizacion del absorbedor 104.2 de la figura 4A, en el que la masa 14.2 termica complementaria esta formada por una estructura 18.2 porosa impregnada con un material 20.2 de cambio de fase. La estructura 18.2 porosa puede ser una espuma de niquel o grafito.
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Entonces la masa 14.2 termica complementaria puede adherirse directamente o soldarse mediante soldadura fuerte al nucleo. En el caso de una adhesion, el adhesivo elegido garantiza una buena conductividad termica.
El absorbedor segun la presente invencion proporciona una proteccion intrinseca del receptor. En efecto, la inercia termica del nucleo evita una variacion brusca de temperatura de los elementos del receptor. Gracias, ademas, a una buena conduccion termica del nucleo existe un pequeno gradiente termico en el grosor y el nucleo restituye por tanto de manera homogenea el calor almacenado. Los tubos tambien se someten todos ellos a la misma temperatura de pared. Por tanto los tubos ya no se someten entonces a ciclos termicos muy grandes, por ejemplo durante un paso de nubes. Por ejemplo, en el absorbedor de la figura 2C, solo se midio un gradiente de temperatura inferior a 5°C en el grosor del absorbedor para un flujo maximo de 300 kW/m2.
El absorbedor segun la presente invencion tambien ofrece una proteccion de los componentes situados aguas abajo del receptor en el sentido de circulacion del fluido, ya que la temperatura de salida de gas del receptor varia de manera progresiva y mas lenta en caso de alternancia de nubes. Esta variacion progresiva no genera entonces estados transitorios termicos violentos en los componentes situados aguas abajo del receptor.
El hecho de que la temperatura del fluido disminuya de manera progresiva y mas lenta es particularmente interesante en el caso en el que el gas calentado alimenta una turbina de gas. En efecto, en las turbinas de gas del estado de la tecnica, para paliar estas alternancias de nubes, se preve una camara de combustion de apoyo con el fin de mantener la temperatura del gas. Gracias a la invencion, es mas facil regular la camara de combustion ya que los estados transitorios de temperatura de entrada son lentos. Ademas, los componentes aguas arriba del absorbedor tienen una vida util aumentada ya que se ven menos sometidos a variaciones de las condiciones de funcionamiento.
Ahora van a describirse ejemplos de procedimiento de fabricacion de receptor segun la presente invencion.
El receptor y mas particularmente el absorbedor segun la presente invencion puede realizarse mediante perforaciones de canales en el nucleo, insercion de los tubos y despues ensamblaje de la cubierta mediante soldadura.
Tambien puede preverse ensamblar piezas elementales sencillas lo cual evita la realizacion de perforaciones mediante mecanizado.
En el caso de ensamblaje de piezas elementales, el ensamblaje puede obtenerse mediante soldadura fuerte o soldadura por fusion con ayuda de diferentes fuentes de energia, tales como un arco electrico y haces de alta energia.
De manera particularmente ventajosa, el absorbedor segun la presente invencion puede realizarse mediante soldadura por difusion, y de manera aun mas ventajosa mediante compresion isostatica en caliente, denominada a continuacion CIC.
La tecnica de ensamblaje mediante soldadura por difusion se conoce bien y solo se recordara brevemente en el presente documento.
La soldadura por difusion consiste en aplicar, a alta temperatura y durante un tiempo dado, una presion sobre las superficies que van a ensamblarse. Gracias a esta tecnica, se obtiene una continuidad del material entre las piezas elementales, mediante eliminacion de los juegos y de las porosidades bajo el efecto combinado de la temperatura y de la fuerza.
Gracias a la realizacion mediante soldadura por difusion, el absorbedor no presenta zonas de menor resistencia a la temperatura, ya que se evita el aporte de materiales de punto de fusion mas bajo, necesarios para el ensamblaje mediante soldadura fuerte.
Por tanto, el absorbedor segun la presente invencion presenta uniones particularmente resistentes, ya que no presenta debilidad a nivel de las juntas, y se evitan los riesgos de escape.
Ademas, es posible realizar un absorbedor con diferentes materiales con el fin de disociar las funciones requeridas y optimizar cada una de ellas. Tal como se describio anteriormente, se elige un material resistente a la corrosion a alta temperatura para realizar los canales en contacto con el fluido, un material de alta conductividad termica para realizar el nucleo, y una cubierta en contacto con el flujo solar adecuada para soportar temperaturas elevadas. Ademas, gracias al ensamblaje mediante soldadura por difusion, pueden realizarse uniones entre aleaciones metalicas que no pueden soldarse mediante las tecnicas convencionales, por ejemplo el cobre y el acero inoxidable o una aleacion a base de niquel o wolframio y el acero.
En el caso particularmente interesante del ensamblaje mediante CIC, las piezas elementales son por ejemplo
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planchas, placas, chasis, tubos curvados o no. Realizando el absorbedor segun la presente invencion mediante CIC, pueden obtenerse geometnas particularmente complejas.
Ademas, gracias a la CIC, pueden realizarse de manera sencilla absorbedores de gran tamano, lo cual es particularmente interesante en el caso de una central termica.
En las figuras 5A a 5C, pueden verse diferentes vistas de una realizacion de un absorbedor segun la figura 2A antes de su ensamblaje mediante soldadura por difusion.
En el ejemplo representado, el procedimiento de ensamblaje consiste en apilar placas y tubos con el fin de formar el absorbedor.
El procedimiento comprende entonces las siguientes etapas:
- colocar una placa 202 inferior de acero inoxidable,
- disponer una placa 204 de cobre dotada de tres ranuras longitudinales que forman cada una un lecho para un tubo de acero inoxidable, sobre la placa 202 inferior,
- disponer en cada una de las ranuras, un tubo 206 de acero inoxidable,
- recubrir los tubos mediante una placa 208 de cobre dotada en su cara inferior de ranuras, de manera que los tubos se rodean mediante cobre. La placa de cobre esta dotada en su cara superior de tres ranuras que forman cada una un lecho para tubos de acero inoxidable, para formar una segunda capa de tuberfas,
- disponer en cada una de las ranuras, un tubo 206 de acero inoxidable,
- recubrir mediante una placa 208 de cobre dotada en su cara inferior de ranuras, de manera que los tubos se rodean mediante cobre. La placa de cobre esta dotada en su cara superior de tres ranuras que forman cada una un lecho para un tubo de acero,
- disponer en cada una de las ranuras, un tubo 206 de acero inoxidable que forma una tercera capa de tuberfas,
- recubrir mediante una placa 210 de cobre dotada en su cara inferior de ranuras, siendo la cara superior plana,
- disponer una placa 212 de acero inoxidable,
- disponer lateralmente placas 214 de acero inoxidable por toda la altura y toda la longitud del apilamiento,
- colocar el conjunto asf formado en una caja 216 estanca al gas y en la que se hace vacfo, y dotada de paredes 218 longitudinales perforadas por orificios para el paso de los extremos longitudinales de los tubos 206; se suelda el extremo de los tubos de manera estanca a la caja 216.
- disponer a continuacion la caja en una atmosfera a alta temperatura, e inyectar un gas a presion que entra en los tubos y en el exterior de la caja, aplicando una fuerza sobe el apilamiento. Tras la compresion isostatica en caliente, se retira mediante mecanizado la caja 216 y se hace la cubierta 214 mas delgada en la parte central del absorbedor.
En el ejemplo representado, el absorbedor comprende tres capas de tres tubos, pero esto no es en ningun caso limitativo. Ademas, la eleccion de materiales se facilita unicamente a modo de ejemplo.
Ademas, pueden elegirse placas 204, 208 y 210 de cobre que tienen clases diferentes.
Se entiende bien que puede considerarse realizar un receptor solar ensamblando varios absorbedores tales como los descritos anteriormente. Los tubos de los absorbedores estan conectados entre sf. Tambien puede considerarse apilar placas de las que algunas estaran perforadas y delimitaran directamente los conductos de los tubos. Tambien podra realizarse el nucleo a partir de polvo en el que se introduciran los tubos.
En la figura 9, puede verse un ejemplo de realizacion de un receptor R2 segun un segundo modo de realizacion particularmente ventajoso que comprende una pluralidad de absorbedores 4 segun la presente invencion. Los absorbedores 4 estan dispuestos uno al lado de otro de manera que se forma un pavimento sensiblemente continuo. Esta previsto un juego j entre los bordes de dos absorbedores adyacentes con el fin de permitir una dilatacion libre de cada uno de los absorbedores sin riesgos de contacto y de deterioro.
El juego j depende de los materiales que constituyen los absorbedores, mas particularmente de sus coeficientes de dilatacion. El juego j no es necesariamente identico entre todos los absorbedores, puede ser el caso por ejemplo si no todos los absorbedores se realizan del mismo material.
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El juego puede estar comprendido por ejemplo entre 1 y 15 mm, por ejemplo ser del orden de 7 mm.
Por ejemplo, en el caso en el que los absorbedores se realizan de acero inoxidable o una aleacion a base de niquel, puede preverse un juego del orden de 7 mm correspondiente a la dilatacion. El experto en la tecnica puede calcular el juego entre los absorbedores con sus conocimientos generales.
En el ejemplo representado, el pavimento es de forma cuadrada.
Ademas, segun la presente invencion, cada absorbedor comprende su propio circuito 402 de fluido visible en la figura 11B y esquematizado por las flechas 404 en la figura 10 del otro ejemplo de realizacion, permitiendo una gran libertad en la realizacion de un circuito de fluido.
En el ejemplo representado, el receptor comprende 18 absorbedores.
Los absorbedores, en el ejemplo representado, son de forma rectangular.
En la figura 9 se superpone de manera esquematica al receptor el mapa del flujo solar concentrado caracteristico de una central de torre. Este mapa comprende zonas sensiblemente concentricas, la zona mas oscura es la que recibe el flujo solar maximo, y la zona mas clara es la que recibe el flujo solar minimo.
La zona que recibe el flujo maximo esta situada en el centro del mapa y se designa como I, y la zona que recibe el flujo minimo es la zona situada mas en el exterior y se designa como VII, las zonas intermedias se designan como II a VI.
Los heliostatos de la central solar estan orientados de manera que la zona I recubre una zona central del receptor.
Los absorbedores estan entonces preferiblemente orientados de manera que encuentran el menor numero de zonas I a VII con el fin de que se sometan a un flujo que varie poco. Por ejemplo, los absorbedores centrales estan situados principalmente en la zona I y en menor medida en la zona II. Preferiblemente, la orientacion de los absorbedores es tal que al menos la mayoria de los absorbedores no se iluminan por las seis zonas I a VII.
Asi, gracias a la realizacion modular segun la invencion, los absorbedores reciben flujos de intensidades proximas, y no a la vez el flujo maximo y el flujo minimo.
Como variante, los dos absorbedores M1 centrales puede estar orientados de manera que su longitud se extiende en paralelo al eje Y y se ofrece un funcionamiento identico a la disposicion de la figura 9.
A continuacion en la descripcion se distinguiran las zonas en dos categorias, las zonas de alto flujo y los absorbedores M1 situados en esta zona y las zonas con bajo flujo y los absorbedores M2 situados en esta zona.
Se entiende bien que cuanto mas importante es el numero de absorbedores, y por tanto mas reducida es su superficie, mas se reduce la inhomogeneidad del flujo en la superficie de cada absorbedor. Entonces se aumenta la precision de los limites entre las regiones definidas por los absorbedores y, por tanto, es posible aproximarse a la forma de las zonas de flujo diferentes.
Tambien puede preverse tener absorbedores de formas diferentes en un mismo receptor con el fin de mejorar adicionalmente la precision.
No obstante, por motivos economicos y de realizacion practica, ya que cada absorbedor tiene su propia conexion de fluido, en general se elige limitar el numero de absorbedores y por tanto tener una determinada inhomogeneidad del flujo por algunos o todos los absorbedores. Ademas, generalmente es mas economico disponer de un absorbedor convencional en lugar de varios absorbedores, y ello aunque el funcionamiento del receptor no sea optimo.
Por ejemplo, los absorbedores se colocan sobre un marco de soporte dotado de montantes transversales de manera que se soporta la carga de cada uno de los absorbedores. Preferiblemente, los absorbedores no seran solidarios con el soporte para limitar los problemas de diferencia de dilatacion termica entre el material de los absorbedores y el del marco de soporte. Por ejemplo, los absorbedores se colocan sobre el soporte, y las tuberias de alimentacion de fluido y de evacuacion del fluido garantizan la flexibilidad del sistema.
Preferiblemente, las tuberias son calorifugas para reducir las perdidas termicas a nivel de las conexiones entre los absorbedores. La calorifugacion es del tipo conocido por el experto en la tecnica.
Entonces puede preverse alimentar de manera especifica cada absorbedor en funcion del flujo solar que lo ilumina. Por ejemplo, puede preverse alimentar con fluido frio los absorbedores situados en las zonas de alto flujo y alimentar
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los absorbedores situados en las zonas de bajo flujo con el fluido que sale de las zonas de alto flujo.
Asi, por ejemplo, los absorbedores situados en las zonas de alto flujo se conectan en paralelo a una fuente de fluido frio, y se conectan en serie con los absorbedores situados en las zonas de bajo flujo.
En las figuras 10, 11A y 11B puede verse otro ejemplo de realizacion de un receptor R3 modular segun la presente invencion.
En la figura 11A puede verse el receptor del lado de su cara destinada a recibir el flujo solar, y en la figura 11B puede verse el receptor del lado de las conexiones de fluido entre los absorbedores del receptor en la cara trasera del receptor.
Tal como se constata en la figura 9 que representa el mapa de los flujos que tambien se aplica al receptor R3, la zona de alto flujo se situa en el centro y la zona de bajo flujo se situa en el exterior. El receptor R3 presenta una distribucion simplificada con respecto a la del receptor R1 de la figura 9.
El receptor R3 comprende en total 18 absorbedores, ocho absorbedores M1 estan situados en el centro en la zona de alto flujo y diez absorbedores M2 estan situados en el exterior rodeando a los absorbedores M1 en la zona de bajo flujo. Entonces puede preverse que los ocho absorbedores M1 esten conectados en paralelo y conectados en serie con los diez absorbedores M2. En el ejemplo representado, la alimentacion de los absorbedores M1 se realiza en el centro del receptor.
La distribucion de los absorbedores del receptor R2 permite reproducir la distribucion del flujo solar sobre el receptor. Esta distribucion permite mejorar de manera sensible el funcionamiento del receptor con respecto al de los receptores del estado de la tecnica.
En la figura 11B puede verse un ejemplo de circuito de fluido de conexion entre los absorbedores del receptor R3.
El circuito de fluido comprende un conducto 416 de alimentacion de los absorbedores M1, alimentandose estos en paralelo, saliendo dos conductos 418.1 y 418.2 de recogida del fluido calentado de los absorbedores M1. Cada conducto 418.1, 418.2 recogida recoge el fluido calentado de cuatro absorbedores M1, y lo redistribuye en cuatro absorbedores M2 en paralelo mediante subconductos 420.
El fluido en la salida de los absorbedores M2 se recoge mediante dos conductos 422.1, 422.2, conectados entre si mediante un conducto 424 principal que agrupa todo el fluido calentado que sale del receptor. Este conducto 424 principal esta conectado, por ejemplo, a una zona de almacenamiento del fluido calentado en vista de su uso.
En las figuras 12, 13 y 14 pueden verse ejemplos de conexion entre los absorbedores M1 situados en una zona de alto flujo y los absorbedores M2 situados en la zona de bajo flujo.
En la figura 12, todos los absorbedores M1 se alimentan en paralelo. En la salida de los absorbedores M1, el fluido calentado en cada absorbedor M1 se recoge en paralelo y se mezcla con el fin de homogeneizar la temperatura del fluido antes de alimentar de nuevo en paralelo cada uno de los absorbedores M2. La recogida del fluido calentado en los absorbedores M2 tambien se realiza en paralelo. Este modo de conexion presenta la ventaja de garantizar una homogeneizacion de la temperatura del fluido entre cada zona de flujo.
En la figura 13, puede verse otro ejemplo de conexion de los absorbedores M1 y M2.
En este ejemplo, se crean subgrupos de absorbedores, en particular cada zona de flujo comprende ocho absorbedores, se realizan dos subgrupos G1, G1’ de cuatro absorbedores M1 en la zona de alto flujo, y se realizan dos subgrupos G2, G2’ de cuatro absorbedores M2 en la zona de bajo flujo.
Los dos subgrupos G1, G1’ se alimentan en paralelo, los absorbedores en cada subgrupo se alimentan en paralelo.
Cada subgrupo G1, G1’ esta conectado en serie a un subgrupo G2, G2’, y los absorbedores M2 de cada uno de los subgrupos G2, G2’ se alimentan en paralelo.
El fluido en la salida de los subgrupos G2, G2’ se recoge en paralelo, despues se mezclan los fluidos recogidos en cada uno de los subgrupos.
En la figura 14, puede verse otro ejemplo de conexion, en el que los absorbedores M1 se alimentan en paralelo y cada absorbedor M1 esta conectado en serie con un absorbedor M2, el fluido en la salida de los absorbedores m2 se recoge en paralelo.
Se entiende bien que el receptor puede comprender mas de dos zonas de flujo, y por consiguiente, las conexiones descritas en las figuras 12 a 14 se adaptan por ejemplo a una distribucion de los absorbedores en tres, incluso mas,
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zonas de flujo solar.
Preferiblemente, la arquitectura del circuito de fluido de conexion es tal que genera un caudal del fluido identico o casi identico entre los absorbedores. El diseno del circuito tiene entonces en cuenta perdidas de carga generadas por los absorbedores y por el diametro de los conductos elegidos.
Tal como se explico anteriormente, los absorbedores estan dispuestos uno al lado de otro de manera que se forma un pavimento sensiblemente continuo. Esta previsto un juego j entre los bordes de dos absorbedores adyacentes con el fin de permitir una dilatacion libre de cada uno de los absorbedores, reduciendo asi los riesgos de contacto entre los absorbedores y su deterioro.
En la figura 15, puede verse otro ejemplo de realizacion en el que el receptor R4 tiene una forma circular y comprende dos absorbedores concentricos, un primer absorbedor M1 central circular sometido al alto flujo y un absorbedor M2 exterior anular sometido al bajo flujo. Esta previsto un juego j entre el borde del primer absorbedor y el borde interior del segundo absorbedor.
Se entiende bien que un receptor modular que presenta cualquier otra forma y que comprende absorbedores que tienen cualquier forma, por ejemplo rectangular, en rombo, en forma de elipse o de cualquier forma no se sale del marco de la presente invencion.
El absorbedor de la figura 2C esta particularmente adaptado a la realizacion de un receptor modular segun la invencion. En efecto, los tubos 10 desembocan en la cara trasera 7 del absorbedor y los colectores 16 tambien estan dispuestos en la cara trasera.
Entonces los colectores 16 no se someten al flujo solar, por tanto se reducen las solicitaciones termicas, lo cual limita de hecho los riesgos de dano de los mismos. Estos pueden realizarse entonces con materiales que tienen una menor resistencia a la temperatura y generalmente un precio de coste mas bajo. Por otro lado, en el caso en el que los colectores se conectan por soldadura fuerte a los tubos, se reducen los riesgos de escape.
Ademas, el hecho de disponer las salidas de los tubos y los colectores en la cara trasera permite aumentar la superficie util del receptor. En efecto, tal como puede verse en las figuras 9 a 12B, casi la totalidad de la superficie del receptor orientada frente al flujo solar sirve para transmitir la energia del flujo solar al fluido. En efecto, toda la superficie del receptor esta compuesta por las caras 6 de los absorbedores, excepto por los espacios entre los absorbedores que forman zonas perdidas, no obstante su anchura puede optimizarse de manera que se reducen sus superficies.
Tambien de manera ventajosa, se preve que la conexion entre los tubos 10 y el circuito de fluido exterior es adecuada para absorber las dilataciones diferenciales entre los absorbedores. Para ello pueden ponerse en practica fuelles de dilatacion.
De manera aun mas ventajosa, se realizan los tubos de alimentacion que tienen directamente una forma que permite prescindir de los fuelles de dilatacion, por ejemplo estos forman liras de dilatacion. Los tubos de recogida tambien pueden formar liras de dilatacion, no obstante el problema de dilatacion es menor porque se atraviesan por un fluido calentado y experimentan en si mismos una dilatacion.
Gracias a la modularidad geometrica del receptor, es posible adaptar el absorbedor en funcion del flujo solar en el que se situa. Los absorbedores situados en la zona de alto flujo se realizan de uno o varios materiales resistentes a las altas temperaturas, mientras que los situados en la zona de bajo flujo pueden realizarse de materiales resistentes a temperaturas mas bajas. Entonces puede reducirse generalmente el coste de fabricacion asociado a los materiales de los absorbedores.
Gracias a la modularidad del receptor, es posible realizar circuitos de fluido diferentes y asi optimizar la realizacion de los absorbedores en funcion de las necesidades y de las condiciones de funcionamiento deseadas o impuestas.
A continuacion en la descripcion, va a considerarse un receptor formado por absorbedores tales como el representado en la figura 16. La pared considerada es la que porta la cara 6 iluminada por el flujo.
Si el fluido de entrada alimenta el absorbedor situado en la zona de bajo flujo, la temperatura de la pared es moderada. Normalmente con una temperatura de entrada de fluido de 300°C, la temperatura de la pared es del orden de 550°C. Entonces puede usarse un acero inoxidable para la realizacion del absorbedor. En cambio, el absorbedor situado en la zona de alto flujo se alimenta mediante un fluido ya precalentado por el absorbedor situado en la zona de bajo flujo y, debido a la exposicion al alto flujo, la temperatura de la pared alcanza entonces aproximadamente 1000°C.
Entonces pueden elegirse materiales diferentes de un absorbedor a otro, en funcion de la zona de flujo en la que se situa. Considerando que el material menos resistente mecanicamente tiene generalmente un precio de coste mas
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bajo que un material mas resistente a la temperatura, puede optimizarse el coste de fabricacion del receptor.
En la figura 16 puede verse la evolucion de la temperatura T en °C del fluido o de la pared del absorbedor que porta la cara 6 en el caso en el que el fluido frio alimenta los absorbedores situados en la zona de alto flujo, y los absorbedores situados en la zona de bajo flujo se alimentan con el fluido que sale de los absorbedores situados en la zona de alto flujo.
E1 designa la entrada de los absorbedores en la zona de alto flujo; S1 designa la salida de los absorbedores en la zona de alto flujo; E2 designa la entrada de los absorbedores en la zona de bajo flujo; y S2 designa la salida de los absorbedores en la zona de bajo flujo.
La temperatura de la pared del absorbedor situado en la zona de alto flujo se representa mediante la curva C.
La temperatura de la pared del absorbedor situado en la zona de bajo flujo se representa mediante la curva D.
La temperatura del fluido que circula en el absorbedor situado en la zona de alto flujo se representa mediante la curva A.
La temperatura del fluido que circula en el absorbedor situado en la zona de bajo flujo se representa mediante la curva B.
Se constata en este ejemplo de alimentacion de fluido que las temperaturas de las paredes de los absorbedores son casi identicas. Entonces pueden usarse absorbedores que tienen las mismas propiedades de resistencia a la temperatura. En este caso particular, la temperatura maxima de los absorbedores es de 900°C, entonces pueden usarse materiales a base de niquel.
Se entiende bien que el receptor segun la presente invencion puede presentar cualquier tipo de conexion de fluido, por ejemplo, pero de manera no limitativa:
- todos los absorbedores pueden alimentarse en paralelo mediante una fuente de fluido frio, independientemente del flujo que recibe cada absorbedor,
- tal como se describio anteriormente, puede preverse alimentar en paralelo los absorbedores situados en la zona de alto flujo con el fluido frio, alimentandose los absorbedores situados en la zona de bajo flujo con el fluido que sale de los absorbedores situados en la zona de alto flujo; o
- tal como tambien se describio anteriormente, alimentar en paralelo los absorbedores situados en la zona de bajo flujo con el fluido frio, alimentandose los absorbedores situados en la zona de alto flujo con el fluido que sale de los absorbedores situados en la zona de bajo flujo.
De manera alternativa, puede ser ventajoso conectar en serie dos o varios absorbedores, y conectar en paralelo los grupos de absorbedores conectados en serie. Por ejemplo, en el caso en el que el receptor comprende 16 absorbedores, se conectan ventajosamente pares de absorbedores en serie con el fin de no tener mas que 8 conexiones en paralelo, lo cual permite reducir las disparidades de caudal entre los absorbedores y por tanto disminuir los riesgos de aparicion de puntos calientes. Ademas, se mejora la distribucion del fluido ya que las perdidas de carga aumentan con respecto a 16 conexiones en paralelo. Si bien la puesta en serie de absorbedores permite reducir los riesgos de una mala distribucion de fluido con respecto a una disposicion totalmente en paralelo, es deseable garantizar un nuevo mezclado del fluido en la salida de los absorbedores M1 de manera que los fluidos que alimentan los absorbedores M2 tengan niveles de temperatura identicos, tal como se esquematiza en la figura 9.
Gracias a este ejemplo de receptor modular segun la presente invencion, puede obtenerse un fluido que sale de los absorbedores cuyas temperaturas son proximas. Esto no es el caso con los receptores del estado de la tecnica que estan formados por tubos dispuestos unos al lado de otros, extendiendose de un borde a un borde opuesto del receptor. En efecto, cada tubo no recibe el mismo flujo y este varia por la longitud de cada tubo, las temperaturas del fluido que sale de cada tubo pueden variar de manera considerable, lo cual puede provocar danos para los elementos aguas abajo del receptor. El nuevo mezclado en la salida de los absorbedores M1 es por tanto particularmente interesante para evitar los danos en los elementos aguas abajo.
Ademas, el receptor modular segun la presente invencion presenta la ventaja de tener un mantenimiento simplificado. En efecto, si un absorbedor es defectuoso, por ejemplo en caso de escape, este puede remplazarse de manera unitaria, sin requerir remplazar el receptor completo. Ademas, este remplazo reduce considerablemente el tiempo de parada de la central solar. Ademas del coste reducido de la reparacion, la duracion de la intervencion se reduce de manera sensible, tanto mas cuanto que es posible tener algunos absorbedores en reserva al contrario que un receptor completo.
El receptor segun la presente invencion tambien ofrece la ventaja de adaptarse facilmente para modificar su
potencia. Concretamente en el caso de la realizacion de receptores de mayores potencias, basta con aumentar el numero de etapas y el numero de absorbedores por etapa.

Claims (16)

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    REIVINDICACIONES
    1. Absorbedor para receptor solar (R1, R2, R3, R4) de central solar de torre que comprende una cubierta (8) de la que al menos una pared (9) esta destinada a iluminarse, un nucleo (12) rodeado al menos en parte por la cubierta (8) y al menos un tubo (10) que atraviesa el nucleo (12) y que se extiende sensiblemente en una direccion paralela a la pared (9) destinada a iluminarse, estando dicho tubo (10) destinado a la circulacion de un fluido que va a calentarse, caracterizado porque el nucleo es de al menos un material que presenta un coeficiente de conductividad termica superior o igual a 100 W.m'1.K'1 dado a la temperatura ambiente.
  2. 2. Absorbedor segun la reivindicacion 1, que comprende una pluralidad de tubos (10) que se extienden sensiblemente en una direccion paralela a la pared (9) destinada a iluminarse.
  3. 3. Absorbedor segun la reivindicacion 2, en el que los tubos (10) estan distribuidos en varias capas (c1, c2, c3), comprendiendo cada capa (c1, c2, c3) varios tubos (10), estando las capas (c1, c2, c3) superpuestas a lo largo de una direccion sensiblemente normal a la pared (9) destinada a iluminarse.
  4. 4. Absorbedor segun una de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende una parte (14, 14.1, 14.2) complementaria de un material adecuado para almacenar calor en contacto con el nucleo (12), no estando dicha parte (14, 14.1, 14.2) complementaria atravesada por tubos.
  5. 5. Absorbedor segun la reivindicacion 4, en el que la parte (14, 14.1, 14.2) complementaria esta dispuesta de manera opuesta a la pared (9) destinada a iluminarse con respecto al nucleo.
  6. 6. Absorbedor segun la reivindicacion 4 o 5, en el que la parte (14) complementaria forma una sola pieza con el nucleo (12).
  7. 7. Absorbedor segun la reivindicacion 4, en el que la parte (14.1, 14.2) complementaria es un deposito (18.1, 18.2) que contiene un material (20.1, 20.2) de cambio de fase o un metal fundido.
  8. 8. Absorbedor segun la reivindicacion 7, en el que el deposito esta formado por material (18.2) poroso impregnado con un material (20.2) de cambio de fase.
  9. 9. Absorbedor segun una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la cubierta (8) y el al menos un tubo (10) son de un mismo material.
  10. 10. Absorbedor segun la reivindicacion 9, en el que la cubierta (8) y el al menos un tubo (10) son de acero inoxidable o de material refractario y el nucleo es de cobre, de aleacion de wolframio o aleacion de niquel.
  11. 11. Absorbedor segun una de las reivindicaciones 1 a 10, que se realiza mediante soldadura por difusion, ventajosamente mediante compresion isostatica en caliente.
  12. 12. Receptor solar de central solar de torre que comprende al menos un absorbedor (4, 104, 104.1, 104.2) segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, un colector (5) de entrada que distribuye el fluido en el absorbedor y un colector (7) de salida.
  13. 13. Receptor solar segun la reivindicacion 12, que comprende una pluralidad de absorbedores dispuestos uno al lado de otro formando un pavimento, estando previsto un juego suficiente entre los absorbedores adyacentes de manera que se evita un contacto entre los absorbedores en caso de dilatacion, comprendiendo cada absorbedor ademas su propio circuito de fluido en el que esta destinado a circular un fluido destinado a calentarse por el flujo solar, estando los circuitos de fluido de los absorbedores conectados entre si.
  14. 14. Receptor solar segun la reivindicacion 13, en el que la red de fluido de cada absorbedor comprende una entrada de alimentacion y una salida de evacuacion del fluido, desembocando dichas entradas y salidas en una cara del absorbedor opuesta a la cara (6) destinada a iluminarse.
  15. 15. Central solar de torre que comprende una torre (22), al menos un receptor (R1, R2, R3, R4) segun la reivindicacion 12, 13 o 14, montado sobre dicha torre, estando el al menos un tubo (10) del receptor (2) conectado en la entrada a una alimentacion de fluido y en la salida a un sistema que usa el fluido calentado, al menos un heliostato (24) orientado hacia el receptor.
  16. 16. Central solar segun la reivindicacion 15, en la que el fluido calentado es un gas, por ejemplo aire y el sistema que usa el gas calentado es una turbina de gas.
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