ES2595080B1 - Módulo absorbedor de calor para un receptor solar térmico - Google Patents

Módulo absorbedor de calor para un receptor solar térmico Download PDF

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Abstract

Módulo absorbedor de calor para un receptor solar térmico, comprendiendo una carcasa (6) tubular en forma de embudo con un cierre absorbente térmico en una embocadura mayor por la cual entra al módulo un flujo de fluido caloportador (5). El cierre absorbente térmico de la embocadura mayor de la carcasa (6) comprende al menos un eje (7); y un conjunto de elementos calentables (8) unido a cada uno de los ejes (7), y comprendiendo cada uno de los elementos calentables (8) un material absorbente térmico. Los elementos calentables (8) están configurados para girar.

Description

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DESCRIPCION
MODULO ABSORBEDOR DE CALOR PARA UN RECEPTOR SOLAR TERMICO Sector de la tecnica
La presente invencion esta relacionada con el aprovechamiento de energfa solar para producir energfa termica de aplicacion en plantas de generacion electrica o instalaciones semejantes, proponiendo un modulo absorbedor de calor realizado con una formacion estructural que lo hace de un comportamiento funcional ventajoso para la integracion en un receptor solar termico para aprovechamiento de la energfa solar.
Estado de la tecnica
Para el aprovechamiento de energfa solar son conocidos aparatos e instalaciones que comprenden un captador formado por espejos que reflejan la radiacion solar hacia una zona en la que se encuentra un receptor solar termico sobre el que se concentra la radiacion solar que refleja el captador, absorbiendo dicho receptor un calor o energfa calorffica que puede ser utilizada para distintas aplicaciones, como por ejemplo producir vapor de accionamiento de un sistema generador de electricidad.
Una realizacion conocida de estos receptores solares para producir energfa termica, en ese sentido, consiste en un conjunto de modulos absorbedores de calor, comprendiendo cada modulo absorbedor de calor una carcasa en forma de embudo, en cuya embocadura mayor situada en un extremo va dispuesto un material absorbedor termico a modo de cierre absorbente termico.
El material absorbedor termico es un material que se dispone en forma de panel de abeja o formando cuadrfculas en la embocadura mayor. Dicho material absorbedor recibe la radiacion del sol proyectada por los espejos del captador sobre una cara frontal para, por reflexion optica o conduccion y radiacion termica, transmitir la energfa solar al interior del modulo absorbedor. Asf, el material absorbedor termico calienta el aire localizado en el interior del modulo absorbedor de calor correspondiente. Este aire, una vez calentado, sale por una embocadura menor localizada en un extremo opuesto al extremo del modulo en el que se localiza la embocadura mayor.
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El material absorbedor termico se dispone inmovil en la embocadura mayor cubriendo la totalidad de dicha embocadura. De esta forma, los conocidos modulos absorbedores de calor presentan el inconveniente de que su rendimiento termico es bajo, debido al hecho que la mayor parte de calor se absorbe en una zona frontal externa del absorbedor, generando las temperaturas mas altas en esa zona y causando altas perdidas de calor.
Por otro lado, como el material absorbedor termico es un medio estatico, la velocidad relativa entre un fluido caloportador y material absorbedor termico esta determinada por el caudal del fluido caloportador a traves de dicho material absorbedor, el cual es poroso, tambien fijando el coeficiente de conveccion (coeficiente de pelfcula).
Objeto de la invencion
De acuerdo con la invencion se propone un modulo absorbedor de calor realizado con unas caracterfsticas estructurales que lo hacen funcionalmente ventajoso para la incorporacion en receptores solares termicos para el aprovechamiento termico de la energfa solar.
El modulo absorbedor de calor para un receptor solar termico, objeto de la presente invencion, comprende una carcasa tubular en forma de embudo con un cierre absorbente termico en una embocadura mayor por la cual entra al modulo un flujo de fluido caloportador. El cierre absorbente termico de la embocadura mayor de la carcasa comprende al menos un eje y un conjunto de elementos calentables unido a cada uno de los ejes, comprendiendo cada uno de los elementos calentables un material absorbente termico. Los elementos calentables estan configurados para girar.
El cierre absorbente termico puede comprender al menos dos ejes; es decir dos, tres, cuatro, cinco o mas. En este caso los elementos calentables de cada uno de los ejes pueden quedar parcialmente intercalados al tresbolillo respecto de los elementos calentables que se encuentran en los ejes adyacentes. Asf mismo, los ejes pueden estar dispuestos en la embocadura mayor de forma que entre los elementos calentables de cada eje y los elementos calentables de los ejes adyacentes haya un espacio de separacion.
Una caracterfstica importante de la presente invencion es que los elementos calentables pueden estar solidariamente unidos a los ejes, de forma que los ejes y los elementos calentables giran conjuntamente. En este caso, los ejes pueden estar configurados para ser
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accionados por medios de accionamiento, de forma que reciben un movimiento de giro.
Otra caracterfstica importante de la presente invencion, alternativa a la anterior, es que los elementos calentables pueden estar unidos a los ejes mediante medios de rodadura, de forma que los elementos calentables giran con respecto a los ejes. Los medios de rodadura son seleccionados preferentemente entre rodamientos y casquillos de friccion.
De acuerdo especialmente a la ultima caracterfstica, pero sin estar limitada a esta, es decir tambien siendo aplicable cuando los elementos calentables estan solidariamente unidos a los ejes, los elementos calentables comprenden medios de giro para ser girados por el flujo de fluido caloportador. Dichos medios de giro son seleccionados preferentemente entre alabes, protuberancias y combinacion de ambos.
Otra caracterfstica importante es que el modulo objeto de la presente invencion puede adicionalmente comprender unos medios de basculacion para regular la angulacion de un plano que contiene los centros longitudinales de los ejes con respecto a un plano de la embocadura mayor. Dichos medios de basculacion comprenden unas ranuras en la carcasa para la introduccion de un extremo de los ejes, de forma que dichos extremos de los ejes son fijables en un punto cualquiera de la extension longitudinal de cada una de dichas ranuras.
Los elementos calentables preferentemente comprenden un contorno exterior circular y/o tienen forma de disco. Los elementos calentables adicional o alternativamente pueden comprender un material poroso para circulacion del flujo de fluido caloportador a traves de los propios elementos calentables.
Descripcion de las figuras
La figura 1 muestra en esquema una instalacion de aprovechamiento termico de la energfa solar mediante un receptor solar termico formado por modulos absorbedores de calor sobre el que se proyecta la radiacion solar que refleja un captador solar.
La figura 2 es un esquema en vista lateral del calentamiento de un flujo de fluido caloportador mediante una distribucion de elementos calentables, segun una realizacion preferente de la invencion, en uno de los presentes modulos.
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La figura 3 es una representacion frontal de la distribution de los elementos calentables de la figura anterior.
La figura 4 es una perspectiva del modulo absorbedor de calor, segun una realizacion preferente de la invencion, provisto con la distribucion de elementos calentables de la figura anterior.
La figura 5 es una perspectiva del receptor solar termico para aprovechamiento termico de la radiacion solar, compuesto por un conjunto de modulos segun otra realizacion preferente de la invencion.
La figura 6 es una perspectiva de uno de los elementos calentables segun otra realizacion preferente de la invencion.
La figura 7 es una representacion frontal de la distribucion de los elementos calentables de la figura anterior.
Las figuras 8 y 9 muestran los elementos calentables segun otras realizaciones preferentes de la invencion.
Descripcion detallada de la invencion
El objeto de la invencion se refiere a un modulo absorbedor de calor para instalaciones de aprovechamiento termico de la radiacion solar, en las cuales, como muestra la figura 1, un conjunto de espejos (1) proyectan y concentran la radiacion (2) del sol (3) sobre un receptor (4) solar termico, el cual absorbe el calor de dicha radiacion (2) para calentar un flujo de un fluido caloportador (5), por ejemplo aire, destinado a una aplicacion termica cualquiera, como puede ser la produccion de energfa electrica.
Ademas de aire como el fluido caloportador (5), se pueden emplear otros fluidos con caracterfsticas adecuadas con la presente finalidad descrita siempre que el modulo o un conjunto de modulos se encuentre aislado de la atmosfera en un ciclo cerrado, por ejemplo a traves de una ventana de cuarzo.
El presente modulo comprende, tal y como es apreciable en las figuras 4 y 5, una carcasa
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(6) tubular en forma de embudo y un cierre absorbente termico en una embocadura mayor de dicha carcasa (6). El cierre absorbente termico preferentemente comprende al menos un eje (7) de giro, y mas preferentemente al menos dos ejes (7), ademas de un conjunto de elementos calentables (8) por cada uno de los ejes (7), comprendiendo dichos elementos calentables (8) un material absorbente termico a la vez que estan unidos a los ejes (7).
En las realizaciones preferentes en las que el modulo comprende dos o mas de los ejes (7), los elementos calentables (8) de cada uno de los ejes (7) estan muy proximos con respecto a los elementos calentables (8) de los ejes (7) adyacentes, aunque libres de contacto entre si, lo cual se debe a que entre los elementos calentables (8) quedan dispuestos unos espacios de separacion (10). Estos espacios de separacion (10) favorecen el giro de los elementos calentables (8). Los espacios de separacion (10) cumplen el objeto de permitir el giro de los elementos giratorios (8) sin contacto directo entre ellos, el paso del flujo del fluido caloportador (5) al interior de la carcasa (6) y el paso de la radiacion (2) del sol (3) al interior del modulo absorbedor.
Con el objeto principal de permitir la proximidad entre los elementos calentables (8) de los ejes (7) adyacentes entre si, sin impedir el giro de dichos elementos calentables (8), los elementos calentables (8) preferentemente tienen un contorno exterior circular, tal y como se aprecia por ejemplo en las figuras 2, 3 y 6 a 9. En dichas figuras se aprecia como el contorno exterior circular de los elementos calentables (8) puede ser continuo (por ejemplo figuras 2, 6 y 9) o discontinuo (figura 8). Los elementos calentables (8) preferentemente tienen forma de disco.
En dichas realizaciones, los elementos calentables (8) de cada uno de los eje (7) estan dispuestos parcialmente intercalados al tresbolillo respecto de los elementos calentables (8) que se encuentran en los ejes (7) adyacentes. Esta configuracion conlleva un aumento en el numero total de los elementos calentables (8) de los presentes modulos absorbedores de calor, lo que a su vez aumenta la capacidad de absorcion y transmision de calor de dichos modulos.
Por otra parte, segun unas realizaciones preferentes de la presente invencion, la union entre los ejes (7) y los elementos calentables (8) es a traves de unos medios de rodadura (no mostrados en las figuras por motivos de claridad) para permitir un movimiento relativo de los elementos calentables (8) con respecto a los ejes (7). De esta forma, mientras los ejes (7) se
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mantienen inmoviles los elementos calentables (8) pueden girar. Los medios de rodadura son preferentemente seleccionados entre rodamientos y casquillos de friccion.
Con el objeto de favorecer el giro de los elementos calentables (8), los propios elementos calentables (8) comprenden unos medios de giro. Los medios de giro son preferentemente seleccionados entre alabes (12), figura 8, protuberancias (13), figura 9, o combinacion de ambos. Dichos medios de giro estan configurados para la recepcion o impacto del flujo del fluido caloportador (5) y recibir asf un impulso de giro. De esta forma, el giro de los elementos calentables (8) puede ser producido por el flujo del fluido caloportador (5) por conveccion natural o forzada.
Segun otras realizaciones preferentes de la presente invencion, la union entre los ejes (7) y los elementos calentables (8) es una union que impide un movimiento relativo de los elementos calentables (8) con respecto a los ejes (7). Estando, por tanto, los elementos calentables (8) solidariamente unidos a los ejes (7) en los que estan dispuestos. El giro de los ejes (7) conlleva el giro de los elementos calentables (8), y viceversa.
Preferentemente los ejes (7) estan configurados para ser accionados mecanicamente a traves de unos medios de accionamiento convencionales, los cuales no forman parte de la presente invencion. De esta forma los elementos calentables (8) tambien giran. Esta opcion para que los elementos calentables (8) reciban un movimiento de giro es adicional o alternativa a opcion obtenida a traves de los descritos medios de giro.
Por otra parte, el material absorbente termico comprende propiedades reflectantes. Estas propiedades aumentan el aprovechamiento de la radiacion (2) del sol (3), ya que el calor no absorbido por unas zonas de los elementos calentables (8) en las cuales impacta la radiacion (2) de forma directa puede ser absorbido por otras zonas de los elementos calentables (8) en las cuales puede o no impactar directamente dicha radiacion (2).
El material absorbente termico es preferentemente un material poroso, es decir que los elementos calentables (8) comprenden una estructura no maciza o con alojamientos de forma que el fluido caloportador (5) puede circular a traves de los propios elementos calentables (8). Asf, el flujo del fluido caloportador (5) se calienta de forma adicional y muy efectiva.
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Dicho material es un material que comprende unas propiedades que favorecen la capacidad de absorcion de calor. Las superficies de los elementos giratorios (8) expuestas a recibir la incidencia de la radiacion (2) del sol (3), tambien de forma preferente y no limitativa, estan configuradas para maximizar el contacto con la radiacion (2) del sol (3). De esta forma, las superficies externas de los elementos giratorios (8) tienen irregularidades, tales como surcos o canales superficiales, de forma que se aumenta la superficie total expuesta a la radiacion (2) solar.
Asf mismo, y tal y como es apreciable en las figuras 6 y 7, la superficie externa de los elementos calentables (8) puede comprender una geometrfa determinada, preferentemente concava, de forma que se favorece la captacion de la radiacion (2) del sol (3). Esta geometrfa es asemejable a la geometrfa de algunos colectores parabolicos compuestos convencionales. Esta captacion se ve favorecida cada dos de los elementos calentables (8) dispuestos de forma inmediatamente sucesiva a lo largo de los ejes (7) al formar cavidades concavas.
Cuando se proyecta la radiacion (2) del sol (3) frontalmente contra la embocadura mayor los elementos giratorios (8) se calientan. Al girar los elementos giratorios (8) el calor absorbido por los propios elementos giratorios (8) es transportado hacia el interior de la carcasa (6) por el giro de los elementos calentables (8). La velocidad de rotacion de los elementos giratorios (8) contribuye en la determinacion de la capacidad de transmision del calor absorbido hacia el interior de la carcasa (6) por parte de los elementos giratorios (8).
El flujo del fluido caloportador (5) que llega al modulo se calienta tanto en su paso a traves de los propios elementos calentables (8) como al pasar por entre dichos elementos giratorios (8), y junto con el calor transportado por los elementos giratorios (8) con su giro hacia el interior de la carcasa (6), es decir del modulo, se determina un flujo caliente (9) del fluido caloportador (5), tal y como se observa de forma esquematica en la figura 2.
El flujo caliente (9) del fluido caloportador (5), una vez alcanza su mayor temperatura en el interior del modulo absorbedor, sale por una embocadura menor localizada en un extremo de salida, el cual se encuentra en un extremo opuesto de la carcasa (6) al extremo en el que se encuentra la embocadura mayor. Este flujo caliente (9) del fluido caloportador (5) resulta ventajoso en su aplicacion al alcanzar una mayor temperatura final, y al alcanzarse ademas dicha mayor temperatura final en una parte del modulo mas proxima al extremo de salida
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que en los modulos convencionales, lo cual supone una reduccion o eliminacion de las perdidas de calor.
De acuerdo con una realizacion preferente como la mostrada en la figura 4, el modulo objeto de la presente invencion adicionalmente comprende unos medios de basculacion. De acuerdo a otra realizacion preferente como la mostrada en la figura 5 en cambio, el presente modulo carece de dichos medios de basculacion. El objeto de los medios de basculacion es regular la angulacion, inclinacion u orientacion de un plano que contiene los centros longitudinales de los ejes (7) con respecto a un plano de la embocadura mayor, es decir con respecto al plano que contiene el reborde de la carcasa en el extremo en el que se encuentra la embocadura mayor.
Los medios de basculacion comprenden unas ranuras (11) en la carcasa (6) en las que se introducen un extremo de los ejes (7) para su fijacion. La posicion o localizacion de dichos extremos de los ejes (7) se fija en un punto cualquiera de la extension longitudinal de cada una de dichas ranuras (11), mientras el extremo opuesto de los ejes (7) se puede mantener en un mismo punto.
De esta forma, los medios de basculacion permiten regular el angulo de incidencia de la radiacion (2) del sol (3) sobre los elementos calentables (8). Esto conlleva la posibilidad de mantener o incluso aumentar el calor absorbido de forma considerable a lo largo de cada dfa.
De este modo, el presente modulo resulta por consiguiente ventajoso para la composicion de receptores solares termicos como el de la figura 5, proporcionando unas condiciones de gran rendimiento y efectividad para el aprovechamiento de la energfa solar en instalaciones de concentracion y proyeccion de dicha energfa sobre uno de los receptores solares termicos formado por una asociacion de los modulos absorbedores de calor realizados segun la invencion.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Modulo absorbedor de calor para un receptor solar termico, comprendiendo una carcasa
    (6) tubular en forma de embudo con un cierre absorbente termico en una embocadura mayor por la cual entra al modulo un flujo de fluido caloportador (5), caracterizado por que el cierre absorbente termico de la embocadura mayor de la carcasa (6) comprende:
    - al menos un eje (7); y
    - un conjunto de elementos calentables (8) unido a cada uno de los ejes (7), y comprendiendo cada uno de los elementos calentables (8) un material absorbente termico;
    donde los elementos calentables (8) estan configurados para girar.
  2. 2. - Modulo absorbedor de calor segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el cierre absorbente termico comprende al menos dos ejes (7).
  3. 3. - Modulo absorbedor de calor segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que los elementos calentables (8) estan solidariamente unidos a los ejes (7), de forma que los ejes
    (7) y los elementos calentables (8) giran conjuntamente.
  4. 4. - Modulo absorbedor de calor segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los ejes (7) estan configurados para ser accionados por medios de accionamiento, de forma que reciben un movimiento de giro.
  5. 5. - Modulo absorbedor de calor segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que los elementos calentables (8) estan unidos a los ejes (7) mediante medios de rodadura, de forma que los elementos calentables (8) giran con respecto a los ejes (7).
  6. 6. - Modulo absorbedor de calor segun la reivindicacion 5, caracterizado por que los medios de rodadura son seleccionados entre rodamientos y casquillos de friccion.
  7. 7. - Modulo absorbedor de calor segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los elementos calentables (8) comprenden medios de giro para ser girados por el flujo de fluido caloportador (5).
  8. 8. - Modulo absorbedor de calor segun la reivindicacion 7, caracterizado por que los medios
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    de giro son seleccionados entre alabes (12), protuberancias (13) y combinacion de ambos.
  9. 9. - Modulo absorbedor de calor segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado por que los elementos calentables (8) de cada uno de los ejes (7) quedan parcialmente intercalados al tresbolillo respecto de los elementos calentables (8) que se encuentran en los ejes (7) adyacentes.
  10. 10. - Modulo absorbedor de calor segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado por que los ejes (7) estan dispuestos en la embocadura mayor de forma que entre los elementos calentables (8) de cada eje (7) y los elementos calentables (8) de los ejes (7) adyacentes hay un espacio de separacion (10).
  11. 11. - Modulo absorbedor de calor segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que adicionalmente comprende unos medios de basculacion para regular la angulacion de un plano que contiene los centros longitudinales de los ejes (7) con respecto a un plano de la embocadura mayor.
  12. 12. - Modulo absorbedor de calor segun la reivindicacion 11, caracterizado por que los medios de basculacion comprenden unas ranuras (11) en la carcasa (6) para la introduccion de un extremo de los ejes (7), de forma que dichos extremos de los ejes (7) son fijables en un punto cualquiera de la extension longitudinal de cada una de dichas ranuras (11).
  13. 13. - Modulo absorbedor de calor segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los elementos calentables (8) comprenden un contorno exterior circular.
  14. 14. - Modulo absorbedor de calor segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los elementos calentables (8) tienen forma de disco.
  15. 15. - Modulo absorbedor de calor segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los elementos calentables (8) adicionalmente comprenden un material poroso para circulacion del flujo de fluido caloportador (5) a traves de los propios elementos calentables (8).
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