ES2615129T3 - Dispositivo para la conexión de un conducto fijo a un tubo absorbedor de una central eléctrica termosolar - Google Patents

Dispositivo para la conexión de un conducto fijo a un tubo absorbedor de una central eléctrica termosolar Download PDF

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Abstract

Dispositivo para la conexión de un conducto fijo a un tubo absorbedor de una central eléctrica termosolar, pudiendo llevarse a cabo un movimiento giratorio de al menos un colector de energía solar (2) alrededor de un eje (A) y pudiendo arrastrarse un tubo absorbedor (3) durante el movimiento giratorio, que comprende a) una conexión de tubo flexible (1) entre el conducto fijo (4) y el tubo absorbedor (3), presentando la conexión de tubo flexible (1) un tubo flexible metálico, que está configurado como tubo flexible corrugado metálico de varias capas, y estando acoplada la conexión de tubo flexible (1) a un sistema de compensadores con al menos un compensador angular, al menos un compensador universal y/o al menos uno cardánico, en particular tres compensadores angulares, y b) un medio para la conexión libre de momento de giro y/o libre de fuerzas, del conducto de tubo flexible (1) al tubo absorbedor (3), en el que la conexión de tubo flexible (1) está acoplada por un extremo (12) a un paso giratorio (5), disponiéndose al menos un accionamiento (6) alineado con respecto al eje de giro del paso giratorio (5), y presentando el medio para la conexión libre de momento de giro y/o libre de fuerzas el conducto de tubo flexible (1), cuyo primer extremo (11) está conectado al tubo absorbedor (3) y cuyo segundo extremo (12) está conectado a través del paso giratorio (5) al conducto fijo (4) y alojado de manera giratoria, alineándose el eje de giro del segundo extremo (12) con el eje de pivote (A) del al menos un colector de energía solar (3).

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo para la conexion de un conducto fijo a un tubo absorbedor de una central electrica termosolar
La invention se refiere a un dispositivo para la conexion de un conducto fijo a un tubo absorbedor de una central electrica termosolar segun el preambulo de la reivindicacion 1.
A dia de hoy, se utilizan cada vez en mayor medida, centrales electricas termosolares para producir energia de forma respetuosa con el medio ambiente. Este tipo de centrales electricas presentan colectores de energia solar, como por ejemplo, espejos parabolicos. Especialmente en centrales electricas de canales parabolicos, los colectores presentan espejos de cilindros parabolicos y tubos receptores (llamados tambien tubos absorbedores). Con estos espejos de cilindros parabolicos, se absorbe la radiation solar y se entrega a traves de tubos receptores a un medio de trabajo, por ejemplo, aceite. En este caso, pueden lograrse en el sistema, temperaturas de 500 °C o mas. Dado que los colectores de energia solar han de estar configurados de forma movil debido al aparente movimiento del sol, existen altos requisitos en lo que se refiere a las conexiones entre partes de la instalacion.
La presente invencion se basa en la tarea de proporcionar un dispositivo, el cual garantice tambien en el caso de altas temperaturas y/o presiones, un movimiento inmejorable de los colectores de energia solar.
Esta tarea se soluciona segun la invencion mediante un dispositivo con las caracteristicas de la reivindicacion 1, en concreto un dispositivo para la conexion de un conducto fijo a un tubo absorbedor de una central electrica termosolar, pudiendo llevarse a cabo un movimiento de giro de al menos un colector de energia solar alrededor de un eje y pudiendo arrastrarse un tubo absorbedor durante el movimiento de giro. El dispositivo segun la invencion presenta una conexion de tubo flexible entre el conducto fijo y el tubo absorbedor, y un medio para la conexion libre de momento de giro y/o libre de fuerzas, del conducto de tubo de flexible al tubo absorbedor.
La conexion de tubo flexible esta acoplada por un extremo con un paso giratorio y al menos un accionamiento esta dispuesto alineado con respecto al eje de giro de un paso giratorio y la conexion de tubo flexible presenta un tubo flexible metalico, el cual esta configurado como tubo flexible corrugado de metal de varias capas. Para la absorcion de fuerzas, la conexion de tubo flexible esta acoplada a un sistema de compensadores con al menos un compensador angular, al menos un compensador universal y/o al menos uno cardanico, en particular tres compensadores angulares.
Segun la invencion, el medio para la conexion libre de momento de giro presenta un conducto de tubo flexible, cuyo primer extremo esta conectado al tubo absorbedor y cuyo segundo extremo esta alojado de forma giratoria, alineandose el eje de giro del segundo extremo con el eje de pivote del al menos un colector de energia solar. Mediante esta disposition geometrica, se posibilita de manera sencilla una conexion libre de momento de giro.
Es ventajoso ademas de ello, cuando el medio para la conexion libre de momento de giro presenta un medio para la sincronizacion del movimiento giratorio de la conexion de tubo flexible con el movimiento giratorio del al menos un colector de energia solar.
Para la production de una conduction forzada, es ventajoso cuando el movimiento giratorio puede transmitirse mediante un elemento de conexion rigido entre un accionamiento giratorio del al menos un colector de energia solar y la conexion de tubo flexible.
Es ventajoso ademas de ello, cuando la conexion de tubo flexible esta acoplada adicional o alternativamente a al menos un compensador lateral. Es ventajoso tambien, cuando al menos un accionamiento esta dispuesto de forma alineada con respecto al eje de giro del paso giratorio.
La invencion se explica a continuation con mayor detalle haciendo referencia a las figuras de los dibujos mediante diferentes ejemplos de realization. Muestran:
La Fig. 1 una vista en perspectiva de una primera forma de realizacion del dispositivo segun la invencion;
La Fig. 2 una vista lateral de una segunda forma de realizacion del dispositivo segun la invencion;
La Fig. 3 una vista en perspectiva de una tercera forma de realizacion del dispositivo segun la invencion;
La Fig. 4 una vista en detalle de la tercera forma de realizacion;
La Fig. 5 una vista lateral de una cuarta forma de realizacion del dispositivo segun la invencion.
Debido al movimiento aparente del sol, los colectores 2 de centrales electricas termosolares han de seguir a lo largo
del dia el estado del sol cambiante.
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Cuando se usan por ejemplo, espejos de cilindros parabolicos en una central electrica termosolar como colectores 2, se establece una linea focal en direccion norte-sur y se gira alrededor de un eje de giro A en direccion este-oeste, siguiendo el recorrido del sol.
El medio (por ejemplo, aceite) a calentar mediante la radiacion solar, se guia en este caso a traves de tubos absorbedores 3 (llamados tambien tubos receptores), los cuales se encuentran esencialmente en la linea focal de los espejos de cilindros parabolicos.
Teniendose en cuenta una posicion de parque de condiciones meteorologicas desfavorables (es decir, la superficie de espejo esta dirigida hacia abajo), resulta un movimiento giratorio de los colectores 2 de aproximadamente 270° alrededor del eje A.
Las centrales electricas termosolares, las cuales funcionan por ejemplo, segun el principio de espejos de cilindros parabolicos, requieren elementos flexibles entre un conducto de tubo fijo 4 y los tubos absorbedores que llevan a cabo el movimiento giratorio. El conducto fijo 4 es una conduccion para el medio absorbedor, la cual esta montada de manera fija en relacion con los tubos absorbedores 3.
Debido a la alta carga termica, los conductos de tubo flexibles 1 y sus conexiones estan sometidos a altas cargas mecanicas. Como temperaturas de funcionamiento pueden alcanzarse 500 °C y presiones de hasta 100 bares.
Debido a ello ha de contarse con que tambien han de alojarse extensiones longitudinales transversales con respecto al plano de pivote de los colectores de energia solar 2, de los componentes utilizados (por ejemplo, tubo absorbedor 3, conducto fijo 4).
En lo sucesivo se describe mediante diferentes ejemplos de realizacion, la conexion de al menos un conducto fijo a un tubo absorbedor 3 de una instalacion solar.
En la Fig. 1 se representa una parte de una instalacion termosolar, la cual presenta un colector de energia solar 2 en forma parabolica. Como sera explicado mas adelante, estas instalaciones termosolares presentan habitualmente una pluralidad de colectores de energia solar 2.
En este colector de energia solar 2 se recoge luz solar incidente y se focaliza en la linea focal. En la linea focal hay dispuesto un tubo absorbedor 3, el cual es atravesado por un medio absorbedor, en este caso aceite. Este medio absorbedor fluye a traves de un conducto de tubo flexible 1, de un paso giratorio 5 y de un conducto fijo 3, para entregar entonces en pasos de proceso conectados posteriormente (no representados en este caso), el calor almacenado.
Como paso giratorio 5 se indica particularmente un dispositivo, el cual permite transmitir un movimiento de giro mecanico a traves de un objeto, como por ejemplo, pared de recipiente. Los pasos giratorios pueden estar configurados por ejemplo, a modo de junta plana de un eje o a modo de junta de bolas de varios ejes. En el presente ejemplo de realizacion, el conducto de tubo flexible 1 esta dispuesto de manera giratoria en el paso giratorio 5. El conducto de tubo flexible 1 esta configurado en este caso como tubo flexible corrugado de metal de varias capas (por ejemplo, diametro de 50 o 65 mm). Para hacer frente a altas presiones, el tubo flexible metalico esta provisto de un trenzado. Para la reduction de las perdidas de calor, el conducto de tubo flexible esta rodeado por una capa de aislamiento flexible. Como temperatura exterior del conducto de tubo flexible pueden asumirse de 70 a 80 °C. La capa de aislamiento esta rodeada ademas, por una barrera de vapor y una capa de protection mecanica de tubo flexible de bobinado de perfil.
El colector de energia solar 2 esta configurado de manera pivotante alrededor del eje A, orientandose el angulo de pivote en funcion del estado del sol. Es posible tambien una posicion de apagado de emergencia, con un espejo parabolico dirigido hacia el suelo.
Cuando se pivota el colector de energia solar 2, se mueve tambien el tubo absorbedor 3. Un elemento de conexion 7 que se encuentra en direccion de rotation, conecta el eje de pivote (A) del colector de energia solar 2 al tubo absorbedor 3. A traves del tubo absorbedor 3 se produce el arrastre del conducto de tubo flexible 1, no garantizandose debido a la disposition geometrica un accionamiento libre de momento de giro y/o libre de fuerzas, del conducto de tubo flexible 1.
No libre de momento de giro y/o no libre de fuerzas significa en este contexto, que los momentos de giro y/o las fuerzas que hacen su aparicion en la conexion, actuan mecanicamente sobre el tubo absorbedor 3 y empujan este fuera del foco.
La disposicion geometrica presenta en este caso un primer extremo 11 del conducto de tubo flexible 1, el cual esta conectado de manera resistente al giro al tubo absorbedor 3, de manera que este primer extremo 11 ha de reproducir el movimiento del tubo absorbedor 3 y del conector de energia solar 2. A ello se suman ademas, movimientos de compensation, los cuales se basan por ejemplo, en la extension longitudinal del tubo absorbedor 3. Debido a las altas diferencias de temperatura entre el estado del aire del entorno y las temperaturas de las piezas de
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la instalacion en el estado de funcionamiento, puede darse una extension longitudinal axial del tubo absorbedor 3. En este caso es posible en todo caso una extension longitudinal en el orden de magnitud de los 50 cm. Esta extension longitudinal tambien es recogida por la conexion de tubo flexible 1 (vease la Fig. 4 para diferente posicion de la conexion de tubo flexible 1).
El segundo extremo 12 del conducto de tubo flexible 1 esta conectado al conducto fijo 4. En este caso se produce la conexion a traves del paso giratorio 5.
Cuando se pivota ahora el tubo absorbedor 3, se arrastra el conducto de tubo flexible 1 debido a la conexion en el primer extremo 11, sin que en el tubo absorbedor 3 ataque un momento de giro mencionable. Esto es valido tambien para las situaciones de funcionamiento, en las cuales el tubo absorbedor 3 experimenta debido a influencias termicas una extension longitudinal.
A ello se suma, que se minimizan las perdidas de presion en el conducto de tubo flexible 1, ya que el sistema no tiene reducciones de diametro ni en los elementos flexibles ni tampoco en los de rotacion. Los diametros de los tubos conectados se mantienen sin perdidas en los elementos.
Las fuerzas que actuan sobre los conductos de tubo conectados, se evitan, ya que los elementos flexibles en los que se basa la invencion, compensan las fuerzas por si mismos en gran medida y no las ejercen sobre los tubos conectados. Esto es particularmente importante para las fuerzas, las cuales actuan sobre el tubo absorbedor, ya que este, sin cargas de influencias exteriores, no experimenta ninguna flexion. El tubo absorbedor se mantiene ahora siempre en el punto focal del colector de energia solar y puede absorber de forma optima la energia de los rayos de sol altamente concentrados y transmitirla al fluido fluyente.
El objetivo de la forma de realizacion es minimizar o evitar completamente las fuerzas y los momentos, los cuales se ejercen a traves del tubo absorbedor 3 sobre el conducto de conexion flexible 1.
Ventajosamente, con la introduccion de fuerza para la rotacion del colector de energia solar 2 con el tubo absorbedor 3, se produce al mismo tiempo un giro sincronizado del paso giratorio 5 y un movimiento giratorio simultaneo de los elementos flexibles.
En este caso es ventajoso, cuando se usan sistemas de compensador de tres articulaciones para alta solicitacion de presion y de temperatura. El funcionamiento del sistema de compensador de tres articulaciones es analogo al funcionamiento de conductos de tubo flexible. Los diferentes movimientos se distribuyen en este caso en tres compensadores, lo cual es compensado por lo demas por un conducto de tubo flexible de una vez. La ventaja del sistema de compensadores es la posibilidad de una carga por presion mayor.
En la Fig. 2 se representa una segunda forma de realizacion. En este caso hay dispuesto un accionamiento 6 en un eje, alineado con el paso giratorio 5. La disposicion alineada asegura que las cargas mecanicas en la conexion al tubo absorbedor 3 se mantengan lo mas bajas posibles.
Por lo demas, esta forma de realizacion es analoga a la primera forma de realizacion, de manera que puede hacerse referencia a la descripcion de mas arriba.
Mediante el accionamiento sincronizado del movimiento giratorio del colector de energia solar 2 y del paso giratorio 5 con elementos flexibles conectados para la expansion termica transversalmente con respecto al plano de rotacion, se descarga el tubo absorbedor 3 completamente de fuerzas de flexion. Debido a ello se excluye una flexion, y el tubo absorbedor 3 se mantendra siempre en el punto focal del colector de energia solar 2 (no representado en la Fig. 2). Debido a ello se aumenta notablemente el grado de actuacion y el rendimiento energetico de la instalacion termosolar.
La longitud de los colectores de energia solar 2 puede aumentarse, de manera que se logran costes de produccion y de funcionamiento mas economicos.
En la Fig. 3 se representa una tercera forma de realizacion, la cual se basa en la primera forma de realizacion. En este caso se representa un recorte mas grande de una instalacion termosolar, en concreto dos colectores de energia solar 3. A la izquierda y a la derecha de los dos colectores de energia solar 3 representados, puede disponerse basicamente cualquier cantidad de colectores de energia solar 3 adicionales.
Como en la primera forma de realizacion, los conductos de tubo flexibles 1 estan conectados por el primer extremo 11 a los tubos absorbedores 3. Por el segundo extremo 12, estan conectados a traves de pasos giratorios 5 a conductos fijos 4.
La Fig. 4 muestra una vista en detalle de las conexiones de tubo de la forma de realizacion representada en la Fig. 3. En este caso se representa en el primer extremo 11 del conducto de tubo flexible 1 representado a la derecha, como puede desplazarse la conexion al tubo absorbedor 3 debido a expansiones termicas. En el estado frio, se
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adopta la primera posicion, en el estado caldeado, la segunda posicion 11'' y en el estado caliente la tercera posicion 11'''.
En la Fig. 5 se representa una cuarta forma de realization, la cual se basa en la segunda forma de realization (Fig. 2). En este caso se proporcionan dos accionamientos 6, los cuales estan alineados con el eje de giro del paso giratorio 5. Como en la Fig. 4, se representa tambien la compensation de la extension longitudinal del tubo absorbedor 3.
Mediante esta configuration es posible dejar fuera de funcionamiento segmentos de absorbedor individuales sin influir en el funcionamiento del resto de los segmentos. Esto puede tener utilidad en el caso de casos de mantenimiento o de reparacion.
Las formas de realizacion descritas se describen en relation con espejos parabolicos como colectores de energia solar 3. Basicamente las formas de realizacion de la invention pueden usarse tambien en el caso de otros tipos de centrales electricas termosolares, las cuales presentan un medio absorbedor, el cual es calentado por irradiacion solar. Son posibles tambien basicamente otras disposiciones de los colectores de energia solar 3.
La invencion no se limita en su realizacion a los ejemplos de realizacion preferidos indicados anteriormente. Mas bien es concebible una cantidad de variantes, las cuales hacen uso del dispositivo segun la invencion tambien en el caso de configuraciones basicamente de otro tipo.
Lista de referencias
1 Conducto de tubo flexible
2 Colector de energia solar
3 Tubo absorbedor
4 Conducto fijo
5 Paso giratorio
6 Accionamiento
7 Elemento de conexion rigido
11 Primer extremo del conducto de tubo flexible
12 Segundo extremo del conducto de tubo flexible
A Eje de pivote del colector de energia solar

Claims (4)

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    15
    20
    25
    30
    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo para la conexion de un conducto fijo a un tubo absorbedor de una central electrica termosolar, pudiendo llevarse a cabo un movimiento giratorio de al menos un colector de ene^a solar (2) alrededor de un eje (A) y pudiendo arrastrarse un tubo absorbedor (3) durante el movimiento giratorio, que comprende
    a) una conexion de tubo flexible (1) entre el conducto fijo (4) y el tubo absorbedor (3), presentando la conexion de tubo flexible (1) un tubo flexible metalico, que esta configurado como tubo flexible corrugado metalico de varias capas, y estando acoplada la conexion de tubo flexible (1) a un sistema de compensadores con al menos un compensador angular, al menos un compensador universal y/o al menos uno cardanico, en particular tres compensadores angulares, y
    b) un medio para la conexion libre de momento de giro y/o libre de fuerzas, del conducto de tubo flexible (1) al tubo absorbedor (3), en el que
    la conexion de tubo flexible (1) esta acoplada por un extremo (12) a un paso giratorio (5), disponiendose al menos un accionamiento (6) alineado con respecto al eje de giro del paso giratorio (5), y presentando el medio para la conexion libre de momento de giro y/o libre de fuerzas el conducto de tubo flexible (1), cuyo primer extremo (11) esta conectado al tubo absorbedor (3) y cuyo segundo extremo (12) esta conectado a traves del paso giratorio (5) al conducto fijo (4) y alojado de manera giratoria, alineandose el eje de giro del segundo extremo (12) con el eje de pivote (A) del al menos un colector de energia solar (3).
  2. 2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el medio para la conexion libre de momento de giro, presenta un medio para la sincronizacion del movimiento giratorio de la conexion de tubo flexible (1) con el movimiento giratorio del al menos un colector de energia solar (2).
  3. 3. Dispositivo segun las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el movimiento giratorio puede transmitirse mediante un elemento de conexion rigido (7) entre un accionamiento giratorio del al menos un colector de energia solar (3) y la conexion de tubo flexible (1).
  4. 4. Dispositivo segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la conexion de tubo flexible (1) esta acoplada a al menos un compensador lateral.
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